机械设计

机械总论零件材料

  1. 机械设计有要设计两个东西：一个是承载能力设计，还有一个结构设计

  2. 变应力类型：稳定交变应力、规律性不稳定交变应力、非规律性不稳定变应力

  3. σa\sigma _ a为应力幅值，σm\sigma _ m为平均应力，r=σminσmaxr=\frac{\sigma _ {min}}{\sigma _ {max}}为循环特性，a=σaσma=\frac{\sigma _ a}{\sigma _ m}为幅值比

  4. 疲劳断裂过程：产生微小裂纹，微裂纹逐渐扩展，突然脆性断裂

  5. σ - N曲线，即材料疲劳曲线之一，分为有限寿命区和无限寿命区。有限寿命区中CD段当中循环次数NN与其相应应力σrN\sigma _{rN}之间的关系式为σrN=σrN0Nm\sigma _{rN} = \sigma _r \sqrt[m]{\frac{N_0}{N}}，其中σr\sigma _r为无限寿命区最大应力，N0N_0为循环基数（规定值），mm为材料常数（规定值）

  6. 等寿命曲线，又称材料极限应力线图，即材料疲劳曲线之二

  7. 零件疲劳强度和材料疲劳强度之间有一个系数Kσ=σ−1σ−1eK_{\sigma} = \frac{\sigma _ {-1}}{\sigma _{-1e}}。零件极限应力线图

  8. 提高机械零件疲劳强度的措施：降低零件商的应力集中、采用具有高疲劳强度的材料、提高零件的表面质量

  9. 接触疲劳失效经典之点蚀过程，一开始是接触疲劳导致裂纹产生

  10. 润滑剂可分为气体（空气、惰性气体）、液体（润滑油）、半固体（润滑脂）、固体（石墨）

  11. 随压力增大，流体分子间距离缩短，引力增加，因而粘度随之增大

螺纹连接

  1. 零件通过静连接形成构件，构件通过动连接形成机构，机构通过协调组合形成机器

  2. 连接分为静连接和动连接。静连接可分为可拆连接、不可拆连接、过盈配合连接

  3. 单线螺纹用于连接（自锁性好），多线螺纹用于传动（效率高）

  4. 螺纹牙形：三角形、梯形 、矩形、锯齿形等

  5. 螺纹连接类型：螺栓连接，螺钉连接，双头螺柱连接，紧定螺钉连接，吊环螺钉连接，T型槽螺栓，地脚螺栓连接，膨胀螺钉/螺栓

  6. 螺栓性能等级可以计算出最小抗拉强度和最小屈服强度，进而得知制作螺栓的材料

  7. 螺纹连接的预紧作用：提高连接刚度、防送能力、紧密性

  8. 工作时螺栓总拉力等于工作载荷与残余预紧力之和，而不是工作载荷与预紧力之和

  9. 变载荷下螺栓，应力幅越小，疲劳强度越高

  10. 螺栓若没有轴向载荷作用时，轴向只有预紧力作用

  11. 螺栓组设计时数量偶数最适宜，布置应远离对称中心。普通螺栓连接同时承受轴向、横向载荷时，可采用抗剪元件承受横向力（减载套筒，减载销，减载键）。

  12. 提高螺纹连接强度的措施：改善螺纹牙间受力分配、减小附加弯曲应力、降低应力幅σa\sigma _ a、减轻应力集中、改善制造工艺

  13. 螺纹的主要参数：大径dd、小径d1d _ 1、中径d2d _ 2、线数nn、螺距PP、导程PhP _ h、螺纹升角Φ\Phi、牙型角α\alpha、接触高度hh

轴毂连接

  1. 普通平键应用广泛，其用于静连接，周向固定，传递扭矩T，但不能承受轴向力及轴向固定

  2. 提高键的强度：提高键长、采用双键

  3. 矩形花键小径定心，渐开线花键齿形定心

  4. 销可以分为：定位销、连接销、安全销

带传动链传动

  1. 带的挠曲性是由材料的弹性（固有特性）来实现，链的挠曲性由链的结构设计来实现的，刚性链节通过链节间的回转副使链节能绕在链轮上产生挠曲

  2. 弹性滑动（elastic creep）是微观的，肉眼很难看到；打滑（slipping）是宏观的，肉眼可见

  3. 链传动具有不均匀性

  4. 带传动三种类型：平带、V带、 多楔带（平带与V带的组合）、同步带

  5. 窄V带承载高，宽V带用于调速机构中

  6. V带带轮由轮缘（与带相连部分）、轮毂（安装在轴上部分）、轮辐组成（带轮端面联接其他构件的部分）

  7. 带传动工作时，紧边在下，松边在上（否则包角减小，承载能力下降）；链传动工作时，紧边在上，松边在下（为了咬合）

  8. 带传动最大有效拉力FmaxF _ {max}和三个因素有关：初拉力F0F _ 0、★小带轮包角α1\alpha _ 1、摩擦系数μ\mu

  9. 带传动中，假设初拉力F0F _ 0，工作时上松边拉力F2F _ 2，下紧边拉力F1F _ 1，则关系式F0−F2=F1−F0F _ 0 - F _ 2 = F _ 1 - F _ 0，即拉力差相等

  10. 交变应力引起疲劳破坏

  11. 带传动的设计准则：在不打滑的前提下具有一定的疲劳强度和寿命

  12. V带传动设计方法：确定计算功率、选择V带的带型、确定带轮的基准直径ddd _ d并验算带速vv、确定中心距aa并选择V带的基准长度LdL _ d、验算小带轮上的包角α1\alpha _ 1、确定带的根数zz、确定带的初拉力F0F _ 0、计算带传动的压轴力FpF _ p

  13. V带传动的张紧：定期张紧装置、自动张紧装置

  14. 链传动适合低速场景，带传动适合高速场景

  15. 链传动紧边在上，松边在下

  16. 链传动的瞬时传动比不是固定的，平稳性差，但平均传动比是固定的，i平均=n1n2=z2z1=constanti _ {平均} = \frac{n _ 1}{n _ 2} = \frac{z _ 2}{z _ 1} = constant

  17. 链传动相对于齿轮传动来说优点：适合远距离传动，成本低（制造和安装精度）。缺点：只能用于平行轴间传动，且同向传动；传动比不是常量，振动，平稳性差，噪音大，成本比带传动高

  18. 链传动中链板为什么是8字形？为了等强度

  19. 链的三个基本参数：链节距pp，链节数LpL _ p（一般为偶数），排数zpz _ p（增加排数会增加承载能力，但是排数越大，承载越不均）

  20. 链的代号：（链号）(-)（排数）(×)（链节数）( ) （标准编号） 例如：08A-1×87 GB/T1243-2006，表示A系列，节距p=12.7mm（08系列标准节距），单排，87节

  21. 齿形链承受冲击能力比滚子链好，噪音低，平稳，俗称无声链

  22. 链传动失效形式：疲劳破坏，铰链磨损，胶合，冲击破坏，静力拉断，链轮轮齿破坏

  23. 链传动尽量不要垂直布置，会导致链条的松弛，进而影响啮合。最好水平防止，或与水平面呈小于45℃夹角。要垂直也可以，不过要安装张紧轮，或者两轮错开

  24. 链传动张紧的目的不决定工作能力，决定垂度大小和防止链条振动

齿轮传动

  1. 齿轮传动基本要求：传动平稳，承载能力高

  2. 传动比ii和齿数比u=z大齿轮z小齿轮≥1u = \frac{z _ {大齿轮}}{z _ {小齿轮} } \geq 1不同，减速传动u=iu = i，增速传动u=1iu = \frac{1}{i}

  3. 齿轮失效形式：轮齿折断（局部，整体），齿面损伤（点蚀、胶合、磨损、塑性变形）

  4. 齿轮折断原因：疲劳，过载

  5. 胶合：油膜破坏容易引起胶合，是一种严重的粘着磨损，齿面沿滑动方向粘焊、撕脱，形成沟痕。有冷胶合和热胶合之分。胶合容易形成“咬死”现象

  6. 塑性变形：塑形流动，一般出现在比较软的齿面，重载条件

  7. 大小齿轮材料要有硬度差，应强化小齿轮，小齿轮硬度大于大齿轮

  8. 直齿圆柱齿轮受力分析，斜齿圆柱齿轮受力分析，其中斜齿轴向力FaF _ a方向分析（Fa1F _ {a1}为主动轮受到的轴向力，Fa2F _ {a2}为从动轮受到的轴向力）

  9. 斜齿圆柱齿轮旋向判断

  10. 锥齿轮的齿数比与锥角Σ\Sigma有关，当锥角Σ=90∘\Sigma = 90^{\circ}时，齿数比才是z2z1\frac{z _ 2}{z _ 1}

  11. 齿轮润滑方式：浸油（低速），喷油（高速）

蜗轮蜗杆传动

  1. 蜗杆：单头传动比高，自锁性能好，效率低；多头相反。一般采用右旋（除特殊要求外）

  2. 蜗杆精度等级：IT6~IT9

  3. 锡青铜抗胶合，抗点蚀，抗磨损能力强

  4. 蜗轮蜗杆正确啮合条件：mx1=mt2=mm _ {x1} = m _ {t2} = m，mx1m _ {x1}是蜗杆轴向模数，mt2m _ {t2}是蜗轮端面模数

  5. 单头蜗杆保证自锁，多头蜗杆保证传动

  6. 蜗轮蜗杆变位目的：凑中心距，凑传动比，提高承载能力和传动效率

轴

  1. 轴的作用：支撑轴上回转零件，传递运动和动力

  2. 轴分为：按轴线形状（直轴，曲轴，软轴），按载荷（转轴，心轴，传动轴），按载荷区分实例（看是否沿着轴的方向延伸过，延伸过就是转轴或传动轴，没延伸过就是心轴。如果轴上有零件，则承受弯矩，所以此时为转轴而不是传动轴）

  3. 轴的材料：碳素钢（45钢应用最广），合金钢（重载），铸铁（曲轴，凸轮轴）

  4. 轴的失效形式：疲劳破坏（疲劳强度校核），变形过大（刚度计算），振动折断（振动稳定性计算），塑性变形（静强度计算）

  5. 轴的组成：轴颈，轴头，轴身，轴肩

  6. 轴设计的常见错误

滑动轴承

  1. 滑动轴承的优点：寿命长，宜于高速；耐冲击、振动（油膜吸振作用）；结构简单，可用于曲轴；承载能力高（重载）

  2. 滑动轴承的缺点：起动阻力大（针对动压润滑），润滑、维护较滚动轴承复杂

  3. 滑动轴承特别适用于高速，特高速，重载，高精度场合上

  4. 轴瓦要用减摩耐磨材料来做

  5. 单层轴瓦材料：黄铜，灰铸铁；多层轴瓦：多种减磨材料

  6. 滑动轴承设计准则：至少保持边界摩擦状态，也就是边界油膜至少不能破裂

滚动轴承

  1. 滚动轴承内外圈材料：轴承钢

  2. 滚动轴承代号基本代号：（类型代号-背的那些）（宽度系列代号-0级别时可以不标，但对于调心滚子和圆锥滚子，需要标0）（直径系列代号-指内径相同时外径尺寸系列）（内径代号-两位数字，d=代号 * 5，但有特殊情况，d < 10另有规定，00-10，01-12，02-15，03-17），其中直径代号一般要×5才是内径大小 例如：6308，指的是深沟球轴承，宽度系列为0级，直径系列为3级，内径为40mm，0级公差，0级游隙

  3. 滚动轴承代号后置代号：（内部结构代号）（公差等级代号-0级不标）（游隙代号-0级不标）（配置代号）（其他代号） 例如：7211C，指的是角接触球轴承，宽度系列为0级，直径系列为2级，内径为55mm，0级公差，0级游隙，接触角为15° 例如：N408/P5，指的是圆柱滚子轴承，宽度系列为0级，直径系列为44级，内径为40mm，5级公差，0级游隙

  4. 轴向载荷FaF _ a，径向载荷FrF _ r。角接触球轴承和圆锥滚子轴承可同时承受FrF _ r和FaF _ a；深沟球承受FrF _ r大，FaF _ a小；推力球轴承承受FaF _ a大，FrF _ r小

  5. 承载能力：球轴承<滚子轴承；耐冲击：球轴承<滚子轴承；极限转速nlimn _ {lim}：球轴承>滚子轴承。载荷大、有冲击选择滚子轴承，转速高选择球轴承

  6. 推力轴承允许的极限转速很低

  7. 斜齿轮，锥齿轮，蜗轮轴转动的时候产生轴向载荷，应采用可承受轴向载荷的轴承

  8. 由于轴承是标准件，所以选择配合的时候，内圈配合采用基孔制。外圈配合采用基轴制

  9. 外径和内径配合都是负偏差

  10. 正装，反装。因为反装力的支点作用点间隔B2B _ 2大，所以反装刚度大

  11. 选择合理的轴承配置方案：根据挠度，弯矩来考虑。悬臂齿轮的时候适合反装，挠度小，弯矩小（l02<l01l _ {02} < l _ {01}）；齿轮在中间的时候适合正装，挠度小，弯矩小

  12. 轴承基本额定寿命L10L _ {10}物理意义：对一批轴承而言：指90%轴承能达到或超过的寿命

  13. 轴承基本额定动载荷C：滚动轴承的额定寿命恰好等于106r10 ^ {6} r（转）时，轴承所能承受的载荷值。用“C”表示

  14. 有压力角α的轴承载荷作用中心不在轴承中心位置

  15. （重要）轴承力方向平衡，总结，判断放松端和压紧端

联轴器

  1. 联轴器分为刚性联轴器，挠性联轴器和其他联轴器

  2. 刚性联轴器包括：套筒联轴器，凸缘联轴器，夹克联轴器

  3. 凸缘联轴器：刚性联轴器里应用最广泛，常用于传递大动力大运动

  4. 夹克联轴器擅长装拆，套筒联轴器适合小场合，因为用紧定螺钉等固定

  5. 万向联轴器适用于两轴有较大偏斜角的场合

  6. 卡旦误差：指的是在万向联轴器的情境下，输入轴角速度ω1\omega _ 1不变的前提下，输出轴的角速度ω2\omega _ 2的取值是个范围ω1cos⁡α≤ω2≤ω1cos⁡cos⁡α\omega _ 1 \cos \alpha \leq \omega _ 2 \leq \frac{\omega _ 1}{\cos \cos \alpha}

  7. 如何消除卡旦误差： （1）主动、从动、中间三轴共面 （2）主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等（W形和Z形布置） （3）中间轴两端的叉头应在同一平面内

  8. 新型无弹性元件的挠性联轴器：施密特联轴器，它的好处是可以随时改变轴的位置，并且适合极端径向位移的情况下。（你的角速度很好，但它接下来是我的了）

离合器

  1. 牙嵌离合器常用于转矩不大，低速的情况

  2. 牙嵌型离合器又分为：牙嵌离合器和齿轮离合器

  3. 摩擦型离合器又分为：圆盘摩擦离合器和锥面摩擦离合器

  4. 摩擦型离合器不可避免会出现打滑，但打滑同样可以说明过载保护

  5. 超越离合器工作原理：顺时针和逆时针不同接合分离

弹簧

  1. 弹簧的作用：缓冲吸振，储存能量，控制机械的运动（凸轮弹簧控制阀门开闭），测量力的大小（秤）

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