机械设计知识点

1、强度、刚度及寿命要求 结构工艺性要求 可靠性要求 经济性要求质量小的要求设计计算 校核计算标准化、系列化、通用化通称“三化”静应力强度：运用材料力学中的知识对零件进行静应力强度计算。变应力强度：应力变化次数N103 ,按静应力强度计算 103 N 104 低周疲劳 N104 高周疲劳，绝大多数通用零件机械工作时机械零件所受的力或力矩统称为载荷。静载荷 变载荷名义载荷 是指在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。计算载荷 考虑受到各种附加载荷的作用，通常引入载荷系数K。 计算载荷是载荷系数与名义载荷的乘积。稳定变应力的5个主要参数smax 最大应力smin 最小应力sm 平均应力sa 应力幅

2、r 循环特征r=+1 静应力 r=0 脉动循环变应力 r=-1 对称循环变应力或者 零件的最大工作应力（MPa）； 零件的工作许用应力（MPa）；lim 零件材料的极限应力（MPa）；S 零件的计算安全系数；S 零件的许用安全系数。静应力下，失效（断裂或塑性变形）是瞬时出现的。在变应力下，失效（ 疲劳破坏）则是一个发展的过程。静应力强度计算中，其极限应力通常只与材料的性能有关。KN 寿命系数时KN=1疲劳点蚀 减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相互滑动，或有相对滑动的趋势时，在接触面上产生抵抗滑动阻力的现

3、象称为摩擦，过度磨损会使机器丧失应有的精度，产生振动和噪声，缩短使用寿命内摩擦外摩擦 静摩擦 动摩擦摩擦力主要由两方面因素构成：一是摩擦表面间的粘着作用，另一是相对运动时较硬表面的微凸体尖峰对较软表面的犁刨作用。两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦 干摩擦使接触表面间的摩擦力始终处于静摩擦力和动摩擦力的反复交迭变更之中，这种现象称为“爬行。摩擦副不允许出现干摩擦状态摩擦表面之间的润滑剂与金属表面形成的能保护金属不致粘着的一层极薄的薄膜称为边界膜，这时两摩擦表面的摩擦状态称为边界摩擦。 吸附膜和化学反应膜边界摩擦不能完全避免金属直接接触，仍有磨损产生。但摩擦因素小些，磨损轻一些。

4、当两摩擦表面被具有一定压力和足够厚度的液体层完全分隔开、表面凸峰不直接接触，这种摩擦状态称液体摩擦，也称液体润滑。是一种理想的摩擦状态当两摩擦表面不能被具有压力的液体层完全分隔开，摩擦表面间处于既有边界摩擦又有液体摩擦的混合状态称为混合摩擦。液体摩擦润滑状态是最理想的润滑状态；干摩擦是应该避免的；边界摩擦和混合摩擦最常见，亦称边界润滑和混合润滑状态，有时也称非全液体润滑状态。摩擦副表面在接触或相对运动过程中，导致表面材料的逐渐消失或转移的现象，称为磨损。磨合阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段磨粒磨损、粘着磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损。大多数的磨损都是以复合形式出现 微动磨损就是一种典型的复合磨损

5、形式在摩擦面间加入润滑剂可以降低摩擦、减轻磨损，同时润滑油膜能起到减振、防锈等作用。润滑油 动力粘度(绝对粘度) h和运动粘度vn。润滑方法有定期润滑和连续供油润滑两种形式。利用摩擦副表面的相对运动，将粘性流体带进摩擦面之间，自行产生足够厚的粘性流体膜，把摩擦面完全分隔开，并利用流体膜产生的压力平衡外载荷的流体润滑称为流体动力润滑。组成机械的各个部分需要用各种联接零件或各种方法组合起来，称为联接。可拆联接：螺纹联接、键联接。 不可拆联接：铆接、焊接普通螺纹（三角形螺纹）联接 矩形、梯形、锯齿形螺纹传动单线螺纹升角小(一般l5)，易于自锁，多用于联接；多线螺纹升角大，效率高，多用于传动。 螺栓联

6、接： 被联接件必须打成通孔，通常用于被联接件不太厚和便于加工通孔的场合。双头螺柱联接：被联接件不能打成通孔，经常拆卸的场合。 螺钉联接： 被联接件不能打成通孔，不经常拆卸的场合。 紧定螺钉联接： 用于轴向或周向固定，传递不大的力或力矩螺栓联接中的螺栓受力分为受轴向力和受横向力两种。前者的失效形式多为螺纹部分的塑性变形或断裂；后者在工作时，失效形式为螺杆被剪断，螺杆或孔壁被压溃等。对受拉螺栓联接 普通螺栓联接 以螺栓杆的抗拉强度条件作为计算依据 (危险截面为螺纹小径d1处)；对受剪螺栓联接 铰制孔螺栓联接 以螺栓的抗剪强度、螺杆或孔壁的挤压强度条件作为计算依据 (危险截面为光杆直径ds处)。 普

7、通螺栓连接仅靠摩擦力来承担横向载荷时，其尺寸较大。为了避免以上缺点，可用键、套筒或销来承担横向工作载荷，而螺栓仅起联接作用，这样所需的预紧力小，螺栓直径也小。 即有两个或两个以上的螺栓联接承受同一载荷称为螺栓组防松的关键就是防止螺旋副的相对转动 利用摩擦、直接自锁和破坏螺纹副关系为了使螺纹牙受力比较均匀，采用悬置螺母，内斜螺母，和环槽螺母等，或将螺母材料选得软一些、弹性模量低的 采用加高螺母对提高螺栓强度并没有多少作用。减小附加应力 螺栓附加应力主要指由偏载荷引起的弯曲应力。为此在工艺上要求螺纹孔轴线与联接中各承压面垂直，如常采用凸台、沉孔等结构减轻应力集中 螺纹的牙根和收尾、螺栓头部与栓杆交

8、接处，都有应力集中，特别是在旋合螺纹的牙根处。适当加大牙根圆角半径、在螺纹收尾处用退刀槽、在螺母承压面以内的螺杆有余留螺纹等，以减轻应力集中。降低应力幅 当螺栓拧紧后受轴向工作载荷时，其疲劳破坏的主要因素是螺栓上应力幅的大小。减少螺栓刚度或增大被联接件刚度都可减小应力幅，但同时预紧力则应适当增大改善制造工艺 设计时应从结构和工艺上采取措施，必须注意支承面的平整。例如，在铸件或锻件等末加工表面上安装螺栓时，通常采用凸台或沉头座等结构，经局部切削加工后可获得平整的支承面。螺旋传动主要用来将回转运动变成直线运动，同时传递运动和动力，也可用以调整零件的相互位置。传力螺旋；传导螺旋；调整螺旋。轴上零件(

9、如齿轮、带轮、链轮、蜗轮等回转零件)往往以其轮毂和轴联在一起，称为轴毂联接。其功用主要是用于实现轴与轴上零件的周向固定，并传递转矩。其联接方式很多，常用有键联接、销联接、成型联接、过盈联接等平键联接工作面：两侧面工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩结构简单，装拆方便，对中性好，应用广泛。常见的平键有普通平键、导向平键、薄型平键、滑键。其中普通平键和薄型平键用于静联接，导向平键和滑键用于动联接。普通平键 A圆头 B平头 C半圆头薄型平键导向平键 A B半圆键联接 侧面为工作面具有自调整性，但键槽对轴的强度削弱大，用于锥形轴端，传递不大的转矩。楔键联接 上下表面为工作面靠楔紧后上下面产生的摩擦力传

10、递转矩，也能传递单向的轴向力。常用于对中性要求不高、载荷平稳的低速场合切向键联接 由一对斜度1:100的楔键组成，其上下两面(窄面)为工作面一对切向键只能传递单向转矩，当传递双向转矩时，采用两对切向键并互成120布置 。切向键多用于载荷较大，对中要求不严的场合，轴的直径大于100cm上。在轴上加工出多个键齿称花键轴，而在轮毂孔上加工出多个键齿则称内花键，二者组成的联接称为花键联接 两侧面为工作面，工作时靠轴与轮毂齿侧面的挤压传递转矩 适于传递载荷较大和定心精度要求较高的动、静联接，特别是对常滑移的动联接更具有独特的优越性 。矩形花键 渐开线花键平键的剖面尺寸bh（b为键宽，h为键高）按轴的直径

11、d从标准中查出，键的长度L则按轮毂的宽度而定，一般等于或略短于轮毂宽度静联接，其主要失效形式是挤压破坏，即键、轴、轮毂三者中较弱零件(通常为轮毂)的工作面被压溃，常作挤压强度计算。在严重过载时也可能出现键的截面被剪切破坏的现象。对导向平键等动联接，其主要失效形式为工作面的过度磨损，即键、轴、轮毂三者中较弱零件(通常为轮毂)的工作面被磨损，常限制工作面的平均压强作条件性计算。 定位销主要用于定位。联接销主要用于轴毂联接 。安全销主要用于安全装置中的过载剪断元件 圆柱销：不经常拆卸处 圆锥销：经常拆卸处 开口销：防松槽销： 经常拆卸处利用非圆剖面的轴与相应的轮毂孔的零件构成的轴毂联接称为成型联接

12、轴与毂孔可以是柱形的 ，也可以是锥形的。前者只能传递转矩，后者除传递转矩外，还能传递单向轴向力胀紧联接，也称弹性环联接，是利用以锥面贴合并挤紧在轴毂之间的内、外弹性钢环构成的联接。 过盈联接是利用轴与轮毂的过盈配合实现的联接。带传动由主动带轮1、从动带轮3和传动带2以及机架组成。摩擦传动和啮合传动带的截面形状分：平带、V带 40、圆带和多楔带传动a带在带轮上的包角（rad），一般为主动轮。带传动在工作时，带受到拉力后要产生弹性变形。由于带所受的拉力是变化的，因此带弹性变形也是变化的由于带传动中存在着带的弹性变形的变化，导致了带与带轮之间有一定的相对速度，因此存在带与带轮间的相对滑动。这种因弹性

13、变形而引起的相对滑动称之为带传动的弹性滑动。由于过载而引起的带与带轮间全面、显著的相对运动。打滑是可以避免的。带传动的失效形式有带的打滑、疲劳断裂和磨损。带的打滑和疲劳断裂是最常见的失效形式，因此， 带传动的设计准则是：既要在工作中充分发挥其工作能力而又不打滑，同时还要求传动带有足够的疲劳强度，以保证一定的使用寿命。 带速一般在v=525m/s内为宜 小带轮上的包角120张紧目的：保证带的传动能力dd1过小弯曲应力过大带寿命降低 定期张紧 自动张紧 张紧轮张紧一般张紧轮放在松边的内侧靠近大轮处，使带只受单向弯曲，且对小轮上的包角影响较小。张紧轮轮槽尺寸与带轮相同，但直径小于小轮的直径。但也可放

14、在外侧靠小带轮处。链传动是用于两个或两个以上链轮之间以链作为中间挠性件的一种非共轭啮合传动，它靠链条与链轮齿之间的啮合来传递运动和动力。 滚子链和齿形链内链板与套筒间、外链板与销轴间均为过盈配合，滚子与套筒之间、套筒与销轴间则为间隙配合，形成动联接。 相邻两销轴轴心线间的距离称为节距链节数为偶数时，采用连接链节，可采用开口销或弹簧夹固定链节数为奇数时，可采用过渡链节。过渡链节受附加弯矩，其强度较低在一般情况下，最好不用奇数链节。但在重载、冲击、反向等繁重条件下工作时，采用全部由过渡链节构成的链，柔性较好，能缓和冲击和振动。链传动运动不均匀性的特征，是由于围绕在链轮上的链条形成了正多边形这一特点

15、所造成的，故称为链传动的多边形效应。多边形效应将引起链的动载荷、链的振动及链的过早破坏。链传动的多边形效应是链传动的固有属性，不可消除。采用较多的链轮齿数和较小的节距对降低动载荷是有利的。 开式、半开式及闭式传动。轮齿折断润滑良好的闭式齿轮传动 齿面点蚀 点蚀首先出现在靠近节线的齿根面上，然后再向其它方向扩展高速重载 散热条件不良 闭式齿轮传动 齿面胶合齿面磨粒磨损 开式齿面塑性变形一般发生在硬度低的齿面闭式齿轮传动 主要失效形式是轮齿折断、齿面点蚀和胶合。目前，一般只进行齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度计算；当有短时过载时，还应进行静强度计算；对于高速大功率的齿轮传动，还应进行抗胶合计算。

16、 开式齿轮传动 主要失效形式是轮齿折断和磨粒磨损，磨损尚无完善的计算方法，故目前只进行齿根弯曲疲劳强度计算，并适当加大模数以考虑磨粒磨损的影响；有短时过载时，仍应进行静强度计算。 对齿轮材料性能的基本要求是：齿面要硬，齿芯要韧。蜗杆传动 失效形式：齿面点蚀，轮齿折断，齿面胶合，齿面磨损一般只对蜗轮轮齿进行承载能力计算。由于材料和结构上的原因，蜗杆螺旋齿部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度，失效经常发生在蜗轮轮齿上。在闭式传动中，蜗杆副多因齿面胶合或点蚀而失效。通常按齿面接触疲劳强度进行设计，按齿根弯曲疲劳强度进行校核。此外，还应作热平衡核算。在开式传动中，蜗轮多发生齿面磨损和轮齿折断，应以保证齿根

17、弯曲疲劳强度作为开式传动的主要设计准则。足够的强度、减摩性好、耐摩、抗胶合轴分为心轴、传动轴和转轴。 自行车三根轴（前、中、后）属何种轴 心轴、转轴、传动轴轴上零件和轴要有准确的相对位置，即定位要准确。轴和轴上零件在受力后，由定位确定的相对位置不应改变，即需要固定零件在轴上的轴向定位和固定通常是以轴肩、轴环、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等实现常用的周向定位方法有键联接、花键联接、成形联接、销联接和过盈配合等，通称轴毂联接。轴的结构工艺性留有砂轮越程槽、螺纹退刀槽等不同轴段键槽应布置在同一母线上装零件的轴端应有倒角直径相近的轴段，其过渡圆角、倒角、键槽、退刀槽等结构尺寸尽量统一轴的强度计算方

18、法主要有四种：按扭转强度条件计算，按弯扭合成强度条件计算，按疲劳强度条件（安全系数校核）计算及按静强度条件计算。 内圈、外圈、滚动体、保持架 滚动轴承向心轴承 推力轴承 向心推力轴承轴承尺寸的计算就是针对轴承的主要失效形式点蚀破坏，进行轴承寿命计算及抗塑性变形的静强度计算。轴承的支承结构形式 两端单向固定 轴工作温度变化不大的短轴一端固定、一端游动 适用于温度变化较大的长轴。 两端游动 人字齿圆柱齿轮传动中的小齿轮轴必须采用两端游动支承。但大齿轮的轴向位置必须固定轴承内圈的定位通常采用轴肩或套筒。为保证轴承能顺利地进行拆卸，轴肩的高度不能超过轴承内圈高度的3/4。可用轴用弹性挡圈固定 、螺钉固定轴端挡圈、圆螺母和止动垫片固定、紧定衬套固定。 外圈可用孔用弹性挡圈、轴承端盖固定、螺纹环紧固、轴用弹性挡圈嵌入轴承外圈的止动槽内紧固。轴承游隙通常可以通过调整轴承端盖与机座之间的垫片的厚度来达到。 润滑目的：降低阻力、散热、吸振、防锈方式：高速时采用油润滑，低速时采用脂润滑密封 目的：防尘、防水、防止润滑剂流失密封装置：