机械设计基础知识总结

1、1 机械设计基础知识总结 机械零件常用材料：普通碳素结构钢优质碳素结构钢、 合金结构钢、铸钢、铸铁 . 2 常用的热处理方法：退火、正火、淬火、回火、调质、 化学热处理、增强机构的刚度、保证机械运转性能 . 9 螺纹的种类： 普通螺纹、 管螺纹、矩形螺纹、 梯形螺纹、 锯齿形螺纹 . 10 自锁条件：入W书即螺旋升角小于等于当量摩擦角. 11 螺旋机构传动与连接：普通螺纹由于牙斜角 B大，自锁 性好，故常用于连接；矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹因 B小， 传动效率高，故常用于传动 . 12 螺旋副的效率：n =有效功/输入功=tan入/tan 般螺旋 升角不宜大于 40。在 d2 和 P 一定的情

2、况下，锁着螺纹线 数n的增加，入将增大，传动效率也相应增大。因此，要提 高传动效率，可采用多线螺旋传动 . 13 螺旋机构的类型及应用：变回转运动为直线运动，传 力螺旋、传导螺旋、调整螺旋变直线运动为回转运动. 14 螺旋机构的特点： 具有大的减速比； 具有大的里的增益； 反行程可以自锁；传动平稳，噪声小，工作可靠；各种不同 螺旋机构的机械效率差别很大 1 24 齿廓啮合基本定律：作平面啮合的一对齿廓，它们的瞬 时接触点的公法线， 必于两齿轮的连心线交于相应的节点 C， 该节点将齿轮的连心线所分的两个线段的与齿轮的角速成 反比。 25 根切：产生原因：用齿条型刀具加工齿轮时。若被加 工齿轮的齿

3、数过少，道具的齿顶线就会超过轮坯的啮合极限 点，这时会出现刀刃把齿轮根部的渐开线齿廓切去一部分的 现象，即根切；后果：使得齿轮根部被削弱，齿轮的抗弯 能力降低，重合度减小；解决方法：正变位齿 26 正变位齿轮优点：可以加工出齿数小于 Zmin 而不发生 根切的齿轮，使齿轮传动结构尺寸减小；选择适当变位量来 满足实际中心距得的要求；提高小齿轮的抗弯能力，从而提 高一对齿轮传动的总体强度 . 27 齿轮的失效形式：齿轮折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿 面磨损；开式齿轮主要失效形式为齿轮磨损和轮齿折断；闭 式齿轮主要是齿面点蚀和轮齿折断；蜗杆传动的失效形式为 轮齿的胶合、点蚀和磨损 . 28 齿轮设计准

4、则：对于一般使用的齿轮传动，通常只按保 证齿面接触疲劳强度及保证齿根弯曲疲劳强度进行计算 . 29 参数选择：齿数：保持分度圆直径不变，增加齿数能 增大重合度，改善传动的平稳性，节省制造费用，故在满足 齿根弯曲疲劳强度的条件下，齿数多一些好；闭式 z=2040 开式z=1720 ;齿宽系数：大齿轮齿宽b2=b;小齿轮 b1=b2+mm齿数比：直齿 uw 5;斜齿 uW 67;开式齿轮 或手动齿轮 u 可取到 812. 30 直齿轮传动平稳性差， 冲击和噪声大; 斜齿轮传动平稳， 冲击和噪声小，适合于高速传动 . 31 轮系的功用：获得大的传动比;实现变速、变向传动; 实现运动的合成与分解;实现

5、结构紧凑的大功率传动 . 32 带传动优缺点： 优点： 具有良好的弹性， 能缓冲吸振， 尤其是 V 带没有接头，传动较平稳，噪声小；过载时带在带 轮上打滑，可以防止其他器件损坏；结构简单，制造和维护 方便，成本低；适用于中心距较大的传动；缺点：工作中 有弹性滑动，使传动效率降低，不能准确的保持主动轴和从 动轴的转速比关系；传动的外廓尺寸较大；由于需要张紧， 使轴上受力较大；带传动可能因摩擦起电，产生火花，故不 能用于易燃易爆的场合 .33. 影响带传动承载能力的因素：初 拉力 Fo 包角 a 摩擦系数 f 带的单位长度质量 q 速度带传动 的主要失效形式：打滑和疲劳破坏；设计准则：在不打滑的

6、前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。 33 弹性滑动与打滑：打滑：由于超载所引起的带在带轮上 的全面滑动，可以避免；弹性滑动：由于带的弹性变形而引 起的带在带轮上的滑动，不可避免 . 34 螺纹连接的基本类型：螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉 连接、紧螺钉连接 . 35 螺纹连接的防松：摩擦防松、机械防松、永久防松 . 36 提高螺栓连接强度的方法：避免产生附加弯曲应力；减 少应力集中 . 37 键连接类型：平键连接、半圆键连接、楔键连接、花键 连接. 38 平键的剖面尺寸确定：键的截面尺寸bx h以及键长L. 39 联轴器与离合器区别：连这都是用来连接两轴，使它们 一起旋转并传递扭矩的器件，用联轴

7、器连接的两根轴，只有 在停止运转后用拆卸的方法才能将他们分离；离合器则可在 工作过程中根据工作需要不必停转随时将两轴接合或分离 40 联轴器分类：刚性联轴器和挠性联轴器 43. 联轴器类型 的选择：对于低速、刚性大的短轴可选用刚性联轴器；对于 低速、刚性小的长轴可选用无弹性元件的挠性联轴器；对传 递转矩较大的重型机械可选用齿式联轴器；对于高速、有振 动和冲击的机械可选用有弹性元件的挠性联轴器；对于轴线 位置有较大变动的两轴，则应选用十字轴万向联轴器 . 41 轴承摩擦状态：干摩擦状态、边界摩擦状态、液体摩擦 状态、混合摩擦状态；边界和混合摩擦统称为非液体摩擦 . 42 验算轴承压强p:控制其单

8、位面积的压力，防止轴瓦的 过度磨损；演算 pv :控制单位时间内单位面积的摩擦功耗 fpv ，防止轴承工作时产生过多的热量而导致摩擦面的胶合 破坏；演算v:当压力比较小时，p和pv的演算均合格的轴 承，由于滑动速度过高，也会发生因磨损过快而报废，因此 需要保证v . 43 非液体摩擦滑动轴承的主要失效形式为磨损和胶合 . 47. 轴的分类:心轴、转轴、传动轴 . 44 轴的计算注意：轴上有键槽时，放大轴径：一个键槽 3-5 ；两个键槽 7-10 . 式中弯曲应力为对称循环 变应力，当扭转切应力为静应力时，取a =；当扭转切应力 为脉动循环变应力时，取 a =；若扭转切应力为对称循环变 应力时，

9、取 a =1 45 轴结构设计一般原则:轴的受力合理，有利于满足轴的 强度条件；轴和轴上的零件要可靠的固定在准确的工作位置 上；轴应便于加工；轴上的零件要便于拆装和调整；尽量减 少应力集中等 . 46 滚动轴承类型选择影响因素:转速高低、受轴向力还是 径向力、载荷大小、安装尺寸的要求等 . 47 机械速度波动： 原因：原动机的驱动力和工作机的阻抗力都是变化的， 若两者不能时时相适应，就会引起机械速度的波动。当驱动 功大于阻抗功时，机器出现盈功，机器的动能增加，角速度 增大，反之相反。危害：速度波动会导致在运动副中产生 附加动压力，并引起机械振动，降低机械的寿命，影响机械 效率和工作质量；调节方

10、法：周期性：在机械中加上一个 转动惯量较大的回转件飞轮； 非周期性： 采用调速器来调节 这类零件一般有轴、衬套等零件，在视图表达时，只要 画出一个基本视图再加上适当的断面图和尺寸标注，就可以 把它的主要形状特征以及局部结构表达出来了。为了便于加 工时看图，轴线一般按水平放置进行投影，最好选择轴线为 侧垂线的位置。 在标注轴套类零件的尺寸时，常以它的轴线作为径向尺 寸基准。由此注出图中所示的 14、11等。这样就把设 计上的要求和加工时的工艺基准统一起来了。而长度方向的 基准常选用重要的端面、接触面或加工面等。 如图中所示的表面粗糙度为的右轴肩，被选为长度方向 的主要尺寸基准，由此注出 13、

11、28、和等尺寸；再以右轴端 为长度方向的辅助基，从而标注出轴的总长 96。 齿轮等零件，它们的主要结构大体上有回转体，通常还带有 各种形状的凸缘、均布的圆孔和肋等局部结构。在视图选择 时，一般选择过对称面或回转轴线的剖视图作主视图，同时 还需增加适当的其它视图把零件的外形和均布结构表达出 来。如图中所示就增加了一个左视图，以表达带圆角的方形 凸缘和四个均布的通孔。 在标注盘盖类零件的尺寸时，通常选用通过轴孔的轴线 作为径向尺寸基准，长度方向的主要尺寸基准常选用重要的 端面。 这类零件一般有拨叉、连杆、支座等零件。由于它们的 加工位置多变，在选择主视图时，主要考虑工作位置和形状 特征。对其它视图

12、的选择，常常需要两个或两个以上的基本 视图，并且还要用适当的局部视图、断面图等表达方法来表 达零件的局部结构。踏脚座零件图中所示视图选择表达方案 精练、清晰对于表达轴承和肋的宽度来说，右视图是没有必 要的，而对于 T 字形肋，采用剖面比较合适。 在标注叉架类零件的尺寸时，通常选用安装基面或零件 的对称面作为尺寸基准。尺寸标注方法参见图。 一般来说， 这类零件的形状、 结构比前面三类零件复杂， 而且加工位置的变化更多。这类零件一般有阀体、泵体、减 速器箱体等零件。在选择主视图时，主要考虑工作位置和形 状特征。 选用其它视图时， 应根据实际情况采用适当的剖视、 断面、局部视图和斜视图等多种辅助视图

13、，以清晰地表达零 件的内外结构。 在标注尺寸方面，通常选用设计上要求的轴线、重要的 安装面、接触面、箱体某些主要结构的对称面等作为尺寸基 准。对于箱体上需要切削加工的部分，应尽可能按便于加工 和检验的要求来标注尺寸。 常见孔的尺寸注法；倒角的尺寸注法。 盲 孔、螺纹孔、沉 孔 锪平孔 倒角 1) 表面粗糙度的概念 零件表面上具有较小间距的峰谷所组成的微观几何形 状特性，称为表面粗糙度。这主要是在加工零件时，由于刀 具在零件表面上留下的刀痕及切削分裂时表面金属的塑性 变形所形成的。零件表面粗糙度是也是评定零件表面质量的 一项技术指标，它对零件的配合性质、工作精度、耐磨性、 抗腐蚀性、密封性、外观

14、等都有影响。在保证机器性能的前 提下，为获得相应的零件表面粗糙度，应根据零件的作用， 选用恰当的加工方法，尽量降低生产成本。一般来说，凡零 件上有配合要求或有相对运动的表面，表面粗糙度参数值要 小。 2) 表面粗糙度的代号、符号及其标注GB/T 131-1993 规 定了表面粗糙度代号及其注法。图样上表示零件表面粗糙度 的符号见下表。 3) 表面粗糙度的主要评定参数 零件表面粗糙度的评定参数有： 1) ) 轮廓算术平均偏差 - 在取样长度内，轮廓偏距绝对 值的算术平均值。 Ra 的数值及取样长度 l 见表。 2) ) 轮廓最大高度 - 在取样长度内，轮廓峰顶线与轮廓 峰底线的距离。 使用时优先

15、选用 Ra 参数。 2. 表面粗糙度的标注要求 4) 表面粗糙度的代号标注示例 表面粗糙度高度参数 Ra、 Rz、Ry 在代号中用数值标注 时，除参数代号 Ra 可省略外，其余在参数值前需标注出相 应的参数代号Rz或Ry,标注示例见表。 表面粗糙度的标注表面粗糙度中数字及符号的方向 5) 表面粗糙度代在图样上的标注方法 1) ) 表面粗糙度代号一般应注在可见轮廓线、尺寸界线 或它们的延长线上，符号的尖端必须从材料外指向表面。 2) ) 表面粗糙度代号中数字及符号的方向必须按规定 标注。 3. 表面粗糙度的标注示例 在同一图样上，每一表面一般只标注一次代号，并尽可 能地靠近有关的尺寸线。当空间狭

16、小或不便标注时可以引出 标注。 当零件所有表面具有相同的表面粗糙度要求时，可 统一标注在图样的右上角，当零件的大部分表面具有相同的 表面粗糙度要求时，对其中使用最多的一种代号可以同时注 在图样的右上角，并加注 其余 两字。凡统一标注的表面粗 糙度代号及说明文字，其高度均应该是图样标注的倍。 零件上连续表面、重复要素的表面和用细实线连接不连 续的同一表面，其表面粗糙度代号只注一次。 同一表面上有不同的表面粗糙度要求时，应用细实线 画出其分界线，并注出相应的表面粗糙度代号和尺寸。 齿轮、螺纹等工作表面没有画出齿 形时，其表面粗糙度代号注法见图。 中心孔的工作表面，键槽的工作表面， 倒角，圆角的表面

17、粗糙度代号可以简化标注。 需要将零件局部热处理或局部镀覆时，应用粗点画线画 出其范围 并标注出相应尺寸，也可将其要求注写在表面粗糙度符 号长边的横线上。 2. 标准公差和基本偏差 为便于生产，实现零件的互换性及满足不同的使用要求， 国家标准极限与配合规定了公差带由标准公差和基本偏 差两个要素组成。标准公差确定公差带的大小，而基本偏差 确定公差带的位置。 1) 标准公差 标准公差的数值由基本尺寸和公差等级来决定。其中公 差等级是确定尺寸精确程度的标记。标准公差分为 20 级， 即IT01 , ITO, IT1，IT18。其尺寸精确程度从 IT01到 IT18 依次降低。标准公差的具体数值见有关标

18、准。 2) 基本偏差 基本偏差是指在标准的极限与配合中，确定公差带相对 零线位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零线的那个偏差。 当公差带在零线的上方时，基本偏差为下偏差；反之，则为 上偏差。基本偏差共有 28 个，代号用拉丁字母表示，大写 为孔，小写为轴。从基本偏差系列图中可以看出：孔的基本 偏差AH和轴的基本偏差kzc为下偏差；，孔的基本偏 差KZC和轴的基本偏差 ah为上偏差，JS和js的公差带 对称分布于零线两边、 孔和轴的上、 下偏差分别都是 +IT/2 、 -IT/2 。基本偏差系列图只表示公差带的位置，不表示公差 的大小，因此，公差带一端是开口，开口的另一端由标准公 差限定。 基本偏

19、差和标准公差，根据尺寸公差的定义有以下的计 算式： ES=EI+IT 或 EI=ES-IT ei=es-IT 或 es=ei+IT 孔和轴的公差带代号用基本偏差代号与公差带等级代 号组成。 配合 基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系， 称为配合。根据使用要求的不同，孔和轴之间的配合有松有 紧，因而国标规定配合种类： 1）间隙配合 孔与轴装配时，有间隙的配合。孔的公差带在轴的公差 带之上。 2）过渡配合 孔与轴装配时，可能有间隙或过盈的配合。孔的公差带 与轴的公差带互相交叠。 3）过盈配合 孔与轴装配时有过盈的配合。孔的公差带在轴的公差带 之下。 基准制 : 在制造配合的零件时，使其

20、中一种零件作为基准件，它 的基本偏差一定，通过改变另一种非基准件的基本偏差来获 得各种不同性质配合的制度称为基准制。根据生产实际的需 要，国家标准规定了两种基准制。 1 ）基孔制 基孔制 - 是指基本偏差为一定的孔的公差带与不同基 本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度。见左下图 基孔制的孔称为基准孔，其基本偏差代号为H,其下偏差为 J | _A 零。 2）基轴制 基轴制 - 是指基本偏差为一定的轴的公差带与不同基 本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度。见右下图。 基轴制的轴称为基准轴，其基本偏差代号为h，其上偏差为 J | _A 零。 配合代号 配合代号由孔和轴的公差带代号组成，写成分

21、数形式， 分子为孔的公差带代号，分母为轴的公差带代号。凡是分子 中含 H 的为基孔制配合，凡是分母中含 h 的为基轴制配合。 例如$ 25H7/g6的含义是指该配合的基本尺寸为$ 25、 基孔制的间隙配合，基准孔的公差带为H7,，轴的公差带为 g6。 例如 $ 25N7/h6 的含义是指该配合的基本尺寸为$ 25、 基轴制过渡配合，基准轴的公差带为h6,孔的公差带为N7。 公差与配合在图样上的标注 1）在装配图上标注公差与配合，采用组合式注法。 2）在零件图上的标注方法有三种形式。 4. 形位公差 零件加工后，不仅存在尺寸误差，而且会产生几何形状 及相互位置的误差。圆柱体，即使在尺寸合格时，也

22、有可能 出现一端大，另一端小或中间细两端粗等情况，其截面也有 可能不圆，这属于形状方面的误差。阶梯轴，加工后可能出 现各轴段不同轴线的情况，这属于位置方面的误差。所以， 形状公差是指实际形状对理想形状的允许变动量。位置公差 是指实际位置对理想位置的允许变动量。两者简称形位公差。 形位公差项目符号 1) 形状和位置公差的代号 国家标准 GB/T 1182-1996 规定用代号来标注形状和位 置公差。在实际生产中，当无法用代号标注形位公差时，允 许在技术要求中用文字说明。 形位公差代号包括：形位公 差各项目的符号，形位公差框格及指引线，形位公差数值和 其他有关符号，以及基准代号等。框格内字体的高度 h 与图 样中的尺寸数字等高。 2) 形位公差标注示例 一根气门阀杆，在图中所标注的形位公差附近添加的文 字，只是为了给读者作说明而重复写上的，在实际的图样中 不需要重复注写。 1. 零件上的铸造结构 1) 铸造圆角 当零件