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机械设计复习提纲

一、机械设计基础知识

1、机器的组成：机器的主体一般是由原动部分（一个或几个用来接收外界能源的原动机）、传动部分（把原动机的运动和动力传递给执行部分）和执行部分（实现机器生产职能）组成的。机器的基本组成要素是机器零件。

2、机器应满足的要求：使用功能要求、经济性要求（1.提高设计及制造经济性的主要途径①力求做到产品系列化、部件通用化和零件标准化。②积级运用现代设计理论和制造方法，尽量采用新技术、新材料、新结构、新工艺。③认真做好设计及制造的组织工作，实行科学管理，千方百计的降低材料用量及制造工时，以及提高机器的制造和装配工艺性，亦可在不同程度上提高设计及制造的经济性。2.提高使用经济性的主要措施①提高机器的机械化和自动化水平，以提高劳动生产率及减少管理、维护费费用。②选用效率高的传动系统及支承工具，以提高机械效率，减少动力和燃料的消耗。③采用适当的防护和润滑装置，以延长机器工作寿命及降低维护费用。④采用可靠的密封装置，防止漏油、漏气等无意义的损耗。）、劳动保护要求、工艺性要求、可靠性要求、其它特殊的要求。

3、机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。

4、机器零件应满足的基本要求：避免在预定寿命期内失效的要求（避免在预定寿命期内失效的要求）、结构工艺性要求（设计的结构应便于加工和装配）、经济性要求（零件应有合理的生产加工和使用维护的成本）、质量小的要求（质量小

则可节约材料，质量小则灵活、轻便）、可靠性要求（应降低零件发生故障的可能性（概率））。

二、轴毂联接的设计知识

1、平键联接：①工作原理：平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，故定心性较好。②平键的分类：普通平键（普通平键与轮毂上键槽的配合较紧，属静联接）、导向平键（导向平键和滑键与轮毂或轴的键槽配合较松，属动联接）。③失效形式及设计准则：普通平键联接（静联接），其主要失效形式是工作面的压溃，有时也会出现键的剪断，但一般只作联接的挤压强度校核。对于导向平键联接和滑键联接，其主要失效形式是工作面的过度磨损，通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。

2、半圆键联接：键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的键槽中绕其圆心摆动，以适应轮毂上键槽的斜度，安装方便。常用于锥形轴端与轮毂的联接。

3、楔键联接：楔键的上、下表面为工作面，两侧面为非工作面。键的上表面与键槽底面均有1:100的斜度。工作时，键的上下两工作面分别与轮毂和轴的键槽工作面压紧，靠其摩擦力和挤压传递扭矩。

4、切向键联接：由两个斜度为1:100的楔键组成。一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互成120°〜130°角的两个键。切向键的上下两面为工作面，工作时，靠工作面的挤压力及轴与毂间的摩擦力来传递力矩。

5、花键联接的定心方式：①矩形花键联接的定心方式为小径定心。即外花键和内花键的小径为配合面，大径处有间隙。其特点是定心精度高，定心的稳定性好，能用磨削的方法消除热处理变形。②渐开线花键的定心方式是齿形定心，内、外花键的齿顶和齿根处都留有间隙。当齿受载时，齿上的径向力能起到自动定心作用，有利于各齿均匀受载。

6、花键联接的失效形式和设计准则：花键联接的主要时效性死是工作面被压坏（静联接）和工作面过度磨损（动联接）。因此静联接通常按工作面的挤压强度进行校核计算，动联接通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核。

7、无键连接（型面联接及胀紧套联接）的特点：（1）型面连接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆连接，它是无键连接的一种型式。它的特点是①装拆方便，对中性良好；②连接面上没有应力集中源，减少了应力集中；③锥体型面连接中作用很大的推力，且挤压应力比齿联接中的挤压应力高，承载能力较低；④切削加工较复杂，不能保证配合精度，应用尚不广泛。但由于成型工艺的发展，促进了型面连接在轻载联接中的应用。（2）胀紧连接是在毂孔与轴之间装入胀紧连接套（简称胀套），在轴向力作用下，同时胀紧轴与毂而构成的一种静连接。它的特点是定心性好，装拆方便，引起的应力集中较小，承载能力较高，并且有安全保护作用。但对于要在轴和毂孔间安装胀套，应用有时受到结构的限制。

8、过盈联接的特点及应用：①过盈连接是利用被联件间的过盈配合直接把被连接件连接在一起。②过盈连接的优点：构造简单、定心性好、承载能力高，在振动下能可靠地工作。主要缺点：装配困难和对配合尺寸的精度要求较高。③过盈连接主要用于轴与毂、轮圈与轮芯、滚动轴承的装配连接。

三、螺纹连接的知识

1、螺纹的几何参数：①大径d——即螺纹的公称直径。②小径dl ——常用于连接的强度计算。③中径d2 —常用于连接的几何计算，确定螺纹的几何参数。④螺距P ——螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。⑤牙型角a ——螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。⑥升角W ——螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。⑦线数n 一一螺纹的螺旋线数目。

⑧导程S ——螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离。S=nPo

2、螺纹的类型：①连接用螺纹：连接用螺纹的当量摩擦角较大，自锁性好，有利于实现可靠连接。②传动用螺纹：传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。

3、螺纹连接的基本类型：①螺栓联接：普通螺栓联接、钗制孔螺栓联接；②双头螺柱联接；③螺钉联接；④紧定螺钉联接。

4、螺纹联接的预紧（目的和原理）：①螺纹联接的预紧是指联接在装配过程中不只是拧上螺母或螺钉使各联接面贴合，而

且必须拧紧，使联接在承受工作载荷前，各构件已预先收到了力的作用，这个预加的作用力称为预紧力。②预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。③预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限。s的80%=④预紧力的控制：利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可采用测力矩扳手或定力矩扳手，对于重要的螺栓连接，也可以采用测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。

5、螺纹联接的防松（目的和原理）：①螺纹连接一般都能满足自锁条件不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下, 或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致连接失效。②防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。③按工作原理的不同，防松方法分为摩擦防松、机械防松和永久防松等。

6、提高螺栓联接强度的措施：①降低影响螺栓疲劳强度的应力幅（会分析）；②改善螺纹牙上载荷分布不均的现象；③避免或减小附加应力；④减小应力集中的影响；⑤采用合理的制造工艺方法。

四、传动部分基础知识

1、带传动、链传动和齿轮传动的特点：（1）①带传动的特点：中心距变化范围广、结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲减振；摩擦式带传动有弹性滑动和打滑的现象，传动比不稳定。②带传动在各类机械中应用广泛。（2）①链传动的特点：与带传动相比，链传动能保持准确的平均传动比，径向压轴力小，适于低速情况下工作。与齿轮传动相比，链传动安装精度要求较低，成本低廉，可远距离传动。链传动的主要缺点是不能保持恒定的瞬时传动比。②链传动主要用在要求工作可靠、转速不高，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的场合。（3）①齿轮传动的主要特点：传动效率高，可达99%。在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高；结构紧凑，与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小；与各类传动相比，齿轮传动工作可靠，寿命长；传动比稳定，无论是平均值还是瞬时值，这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一；与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度要求高，价格较贵。②齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围十分广泛，型式多样，传递功率从很小到很大（可高达数万千瓦）。

2、带传动、链传动和齿轮传动的失效及设计准则：（1）带传动的主要失效形式是打滑和传动带的疲劳破坏。带传动的设计准则：在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。（2）链传动的失效形式有链的疲劳破环、链条较链的磨损、链条皎链的胶合以及链条的静力拉断。（3）齿轮传动的失效主要是指轮齿的失效，其失效形式是多种多样的。常见的失效形式有：轮齿折断（主要原因是根部受脉动循环或对称循环弯曲变应力引起的疲劳断裂）、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形。对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是：保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断；保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。由实践得知：闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。

3、带传动的打滑和弹性滑动（原因、后果）：（1）带的工作载荷进一步加大，有效圆周力达到临界值Fee后，则带与带轮间会发生显著的相对滑动，即产生打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急速降低，带传动失效。（2）带传动中因带的弹性变形变化所导致的带与带轮之间的相对运动，称为弹性滑动。弹性滑动导致从动轮的圆周速度v2小于主动轮的圆周速度vl,使得带传动的实际传动比不稳定。

4、滚子链的结构、链传动的多边形效应：（1）滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。内链板与套筒之间、外链板与销轴之间为过盈联接；滚了与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。（2）链传动中，链条的前进速度和上下抖动速度是周期性变化的，链轮的节距越大，齿数越少，链速的变化就越大。当主动链轮匀速转动时，从动链轮的角速度以及链传动的瞬时传动比都是周期性变化的，因此链传动不宜用于对运动精度有较高要求的场合。链传动的不均匀性的特征，是由于围绕在链轮上的链条形成了正多边形这一特点所造成的，故称为链传动的多边形效应。

5、带传动的参数选择：

6、链传动的参数选择：课本p91—p92o

7、齿轮传动的参数选择：①压力角a的选择：一般情况下取a =20°②齿数的选择：当dl已按接触疲劳强度确定时，因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好！一般情况下，闭式齿轮传动：zl=20~40；开式齿轮传动：zl=17~20。

zl t

m I

重合度e f

-传动平稳

抗弯曲疲劳强度降低

齿高h I

一减小切削量、减小滑动率

③齿宽系数巾d的选择：f齿宽b t f有利于提高强度，但Sd过大将导致K8 t

五、轴承、轴和联轴器、离合器的基础知识

1、轴、轴承的功用：①轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。②轴承的作用是支承轴或其他的转动零件。

2、轴的类型及特点：（1）按照承受载荷的不同，轴可分为①心轴：只承受弯矩的轴；②传动轴：只承受扭矩的轴；③转轴：

同时承受弯矩和扭矩的轴。（2）按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。（3）直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。

3、轴承的类型及特点：（1）根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承【旋转精度高、启动力矩小、是标准件，选用方便】（2）根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承（或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。（3）根据润滑状态，滑动轴承可分为：不完全液体润滑滑动轴承、完全液体润滑滑动轴承。

4、滚动轴承的代号：滚动轴承代号构成：①内径代号（右侧1、2位数字）：内径代号乂5=内径，如：08表示轴承内径d=5X08=40mmo对于轴承内径d为10、12、1

5、17mm的轴承，分别用00、01、02、03作为内径代号。②外径系列代号（右侧第3个数字）：有特轻（0、1）、轻（2）、中（3）、重（4）之分。③宽度系列代号（左侧第2个数字，可省略）：有8、0、1、2、3、4、5和6,对应同一直径系列的轴承，其宽度依次递增。多数轴承在代号中不标出代号0,但对于调心滚子轴承（2类）和圆锥滚子轴承（3类），宽度系列代号。应标出。④类型代号（左侧第1个数字）：常用轴承代号为2 （调心滚子轴承）、3 （圆锥滚子轴承）、5 （推力球轴承）、6 （深沟球轴承）、7 （角接触球轴承）、N （圆柱滚子轴承）六类。⑤公差等级代号（/后面的数字）：公差分2、4、5、6（6x）、0如共五个级别，等级依次降低。以/P2、/P4、/P5、/P6（/P6x）为代号，0级不标注。轴承代号示例①6308： 6—深沟球轴承，3—中系列，08 一内径d=40mm,公差等级为0 如游隙组为0组；©N105/P5： N一圆柱滚子轴承，1—特轻系列，05—内径d=25mm,公差等级为5如游隙组为0 组；③7214AC/P4：7一角接触球轴承，2—轻系列，14一内径d=70mm,公差等级为4级，游隙组为。组，公称接触角a =25°；④30213：3—圆锥滚子轴承，2—轻系列，13—内径d=65mm, 0一宽度代号（0不可省略），公差等级为0级，游隙组为。组；⑤6103： 6一深沟球轴承，1—特轻系列，03—内径d=17mm,公差等级为0级，游隙组为。组。

5、轴、轴承的失效：滚动轴承主要的失效形式:点蚀、磨损、胶合、断裂。此外还有：转速较高而润滑油不足时引起轴承烧伤；润滑油不清洁而使滚动体和滚道过度磨损；装配不当而使轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等。滑动轴承常见失效形式有：轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘（胶合）、疲劳剥落和腐蚀。滑动轴承还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。

6、轴、轴承的常用材料：①轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。②所谓轴承材料，一般是指滑动轴承直接与轴颈接触部位（轴瓦或轴承衬或轴承座）所用的材料。由于轴颈常用钢材制成，因此轴承材料就应该选择那些与钢轴相互摩擦时，摩擦系数小和磨损小的减损材料。对轴承材料的基本要求是由轴承的失效形式决定的。轴承的主要失效形式是磨损以及胶合等; 此外，在变载荷的作用下，也会发生疲劳点蚀。因而对轴承材料的主要要求是：具有良好的减摩、耐磨性和磨合性；足够的强度；良好的导热性和热稳定性；良好的抗胶合能力；对润滑油的吸附能力强；易于加工等。常用材料有：灰铸铁、轴承合金、铜合金（铸造青铜、铸造黄铜）、铝合金、陶质金属、塑料。

7、联轴器、离合器的异同：①联轴器和离合器是机械装置中常用的部件，它们主要用于连接轴与轴，以传递运动与转矩，也可用作安全装置。②联轴器适用于将两轴连接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有在机器停车时才可将两轴分离；离合器在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置，它可用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向。

8、联轴器、离合器的类型：（1）联轴器的分类：①刚性联轴器（套筒联轴器、凸缘联轴器、夹壳联轴器）②挠性联轴器：无弹性元件挠性联轴器（十字滑块联轴器、滑块联轴器、齿式联轴器、万向联轴器、滚了链联轴器）、有弹性元件挠性联轴器（弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器、轮胎联轴器、膜片联轴器、星形弹性联轴器）。

（2）离合器的类型：①按其工作原理可分为嵌入式、摩擦式两类；②按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式两类；

③按操纵方式分有机械离合器、电磁离合器、液压离合器和气压离合器等；④可自动离合的离合器有超越离合器、离心离合器和安全离合器等，它们能在特定条件下自动地接合或分离。

9、联轴器、离合器的类型选择：（1）联轴器的选择：应全面了解工作载荷的大小和性质、转速高低、工作环境等，结合常用联轴器的性能、应用范围及使用场合选择联轴器的类型。①低速、刚性大的短轴可选用刚性联轴器；②低速、刚性小的长轴可选用无弹元件挠性联轴器；③传递转矩较大的重型机械选用齿式联轴器；④对于高速、有振动和冲击的机械，选用弹性元件挠性联轴器；⑤轴线位置有较大变动的两轴，应选用万向联轴器；⑥有安全保护要求的轴，选用安全联轴器。（2）离合器的选择：①嵌入式离合器的结构简单，外形尺寸较小，两轴间的连接无相对运动，一般适用于低速接合，转矩不大的场合。②摩擦式离合器可在任何转速下实现两轴的接合或分离；接合过程平稳，冲击振动较小；有过载保护作用。但尺寸较大，在接合或分离过程中要产生滑动摩擦，故发热量大，磨损也较大。③电磁摩擦离合器可实现远距离操纵，动作迅速，没有不平衡的轴向力，因而在数控机床等机械中获得了广泛的应用。