机械设计基础知识总结.docx
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机械设计基础知识总结
机械设计基础知识总结
1
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.
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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.
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自锁条件：
λ≤ψ即螺旋升角小于等于当量摩擦角.
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螺旋机构传动与连接：
普通螺纹由于牙斜角β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β小，传动效率高，故常用于传动.
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螺旋副的效率：
η=有效功/输入功=tanλ/tan一般螺旋升角不宜大于40°。
在d2和P一定的情况下，锁着螺纹线数n的增加，λ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.
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螺旋机构的类型及应用：
①变回转运动为直线运动，传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋②变直线运动为回转运动.
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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
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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。
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根切：
①产生原因：
用齿条型刀具加工齿轮时。
若被加工齿轮的齿数过少，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；②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；③解决方法：
正变位齿.
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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.
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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.
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齿轮设计准则：
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.
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参数选择：
①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=20~40开式z=17~20；②齿宽系数：
大齿轮齿宽b2=b；小齿轮b1=b2+mm；③齿数比：
直齿u≤5；斜齿u≤6~7；开式齿轮或手动齿轮u可取到8~12.
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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.
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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；实现结构紧凑的大功率传动.
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带传动优缺点：
①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；②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：
在不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。
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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.
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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.
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螺纹连接的防松：
摩擦防松、机械防松、永久防松.
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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.
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键连接类型：
平键连接、半圆键连接、楔键连接、花键连接.
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平键的剖面尺寸确定：
键的截面尺寸b×h以及键长L.
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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.
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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.
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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.
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验算轴承压强p：
控制其单位面积的压力，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≤.
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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.
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轴的计算注意：
①轴上有键槽时，放大轴径：
一个键槽3°--5°；两个键槽7°--10°.②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α=；当扭转切应力为脉动循环变应力时，取α=；若扭转切应力为对称循环变应力时，取α=1
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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.
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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.
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机械速度波动：
①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。
②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；③调节方法：
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Ф14、Ф11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、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。
这类零件的基本形状是扁平的盘状，一般有端盖、阀盖、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，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/T131-1993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，IT0，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A～H和轴的基本偏差k～zc为下偏差；，孔的基本偏差K～ZC和轴的基本偏差a～h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-ITei=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，其上偏差为零。
配合代号
配合代号由孔和轴的公差带代号组成，写成分数形式，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φ25H7/g6的含义是指该配合的基本尺寸为φ25、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φ25N7/h6的含义是指该配合的基本尺寸为φ25、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/T1182-1996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
当零件的毛坯为铸件时，因铸造工艺的要求，铸件各表面相交的转角处都应做成圆角。
铸造圆角可防止铸件浇铸时转角处的落砂现象及避免金属冷却时产生缩孔和裂纹。
铸造圆角的大小一般取R=3~5mm，可在技术要求中统一注明。
2）起模斜度
用铸造的方法制造零件毛坯时，为了便于在砂型中取出模样，一般沿模样拔模方向作成约1∶20的斜度，叫做拔模斜度。
因此在铸件上也有相应的拔模斜度，这种斜度在图上可以不予标注，也不一定画出，如下图所示；必要时，可以在技术要求中用文字说明。
3）铸件厚度
当铸件的壁厚不均匀一致时，铸件在浇铸后，因各处金属冷却速度不同，将产生裂纹和缩孔现象。
因此，铸件的壁厚应尽量均匀，见上图；当必须采用不同壁厚连接时，应采用逐渐过渡的方式，见上图。
铸件的壁厚尺寸一般采用直接注出。
2.零件上的机械加工结构
1）退刀槽和砂轮越程槽
在零件切削加工时，为了便于退出刀具及保证装配时相关零件的接触面靠紧，在被加工表面台阶处应预先加工出退刀槽或砂轮越程槽。
车削外圆时的退刀槽，其尺寸一般可按"槽宽×直径"或"槽宽×槽深"方式标注。
磨削外圆或磨削外圆和端面时的砂轮越程槽。
2）钻孔结构
用钻头钻出的盲孔，在底部有一个120°的锥角，钻孔深度指的是圆柱部分的深度，不包括锥坑。
在阶梯形钻孔的过渡处，也存在锥角120°圆台，其画法及尺寸注法。
用钻头钻孔时，要求钻头轴线尽量垂直于被钻孔的端面，以保证钻孔准确和避免钻头折断。
三种钻孔端面的正确结构。
3）凸台和凹坑
零件上与其他零件的接触面，一般都要加工。
为了减少加工面积，并保证零件表面之间有良好的接触，常常在铸件上设计出凸台，凹坑。
螺栓连接的支撑面凸台或支撑面凹坑的形式；为了减少加工面积，而做成凹槽结构。
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