机械设计基础知识点总结

1、机械设计基础知识点1、循环应力下，零件的主要失效形式是疲劳断裂。 疲劳断裂过程：裂纹萌生、裂纹扩展、断裂 2、疲劳断裂的特点： a max W a B 甚至 a max W a S 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果 断口通常没有显著的塑性变形。不论是脆性材料，还 是塑性材料，均表现为脆性断裂。更具突然性，更危险。 断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。3、应力集中产生的主要原因：零件截面形状发生的突然变化。有效应力集中系 数总比理论应力集中系数小 4、影响疲劳强度的主要因素一. 应力集中的影响1. 应力集中产生的主要原因：零件截面形状发生的突然变化2. 名义应力a和实际最大应力a max3. 理论应力集中系数与有效应力集中系数二. 尺寸效应1. 零件尺寸越大，疲劳强度越低2. 尺寸及截面形状系数 a、 T三. 表面状态的影响1. 零件的表面粗糙度的影响2. 表面质量系数0四. 表面处理的影响1. 零件表面施行不同的强化处理的影响2. 表面质量系数0 q五. 弯曲疲劳极限综合影响系数5、可能发生的应力变化规律应力比为常数 r=C 绝大多数转轴的应力状态 平均应力为常数 a m

2、=C 振动着的受载弹簧 最小应力为常数 a min=C 紧螺栓连接受轴向载荷 6、6、不稳定变应力规律性 按疲劳损伤累积假说进行疲劳强度计算 非规律性 用统计方法进行疲劳强度计算 7、提高机械零件疲劳强度的措施尽可能降低零件上应力集中的影响在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，可采 用减载槽来降低应力集中 的作用综合考虑零件的性能要求和经济性，采用具有高疲劳强度的材料及适当的热处 理和各种表面强化处理适当提高零件的表面质量，特别是提高有应力集中部 位的表面加工质量，必 要时表面作适当的防护处理尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲 劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用(探伤检验)8、在工程实际中，往往会发生工作应力小于许用应力时所发生的突然断裂，这 种现象称为低应力脆断。9、通过对大量结构断裂事故分析表明，结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应 力断裂的内在原因。10、两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，由于变形其接触处为一小面 积，通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。这 时零件强度称为接触强度。接触失效形式常表现为疲劳点

3、蚀11、普通螺纹以大径 d 为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最 大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。粗牙螺纹应用最广。12、细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高 缺点：不耐磨，易滑扣。应用：薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。13、孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合,能精确固定被连接的相对位置，能承受 横向载荷，孔加工精度高14、螺钉连接用于结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困 难。双头螺柱连接连接件厚，允许拆装。紧定螺钉连接用于固定两个零件的相对 位置并可传递不大的力或转矩。15、垫圈作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。16、预紧力：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前， 预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。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。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 ss 的 80%。17、预紧力控制方法: (1)凭手感经验(2)测力矩扳手(3)定力矩扳手(4)测定伸长 量18、防松防止螺旋副

4、相对转动。防松的方法：1. 利用附加摩擦力防松 2. 采 用专门防松元件防松 3 冲点防松法、粘合法防松19、螺栓连接的主要失效形式受拉螺栓 ： 塑性变形 螺纹部分疲劳断裂轴向变载荷受剪螺栓 ： 剪断 压溃螺杆和孔壁的贴合面经常拆卸 ：滑扣因经常拆装20、紧螺栓连接强度计算：1. 仅承受预紧力的紧螺栓连接改进措施：(1) 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用(2) 采用无间隙的铰制孔用螺栓。2. 承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接3. 承受工作剪力的紧螺栓连接21、基本原则(六项)： 1、为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常连接 接合面的几何形状都设计成 2、螺栓布置应使各螺栓的受力合理(1) 对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置8个以 上的螺栓，以免载荷分布过于不均；(2) 当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘， 以减少螺栓的受力。(3) 当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗剪零件来承受横向载荷。 (键、套筒、销等) 3、螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间 4、为了便于在圆周

5、上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成 4、 6、 8 等偶数。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同 5、避免螺栓承受附加的弯曲载荷 6、合理选择螺栓组的防松装置22、螺栓组连接的受力分析时所作假设:(1) 所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均同；(2) 螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；(3) 受载后连接接合面仍保持为平面。23、受力分析的类型：受横向载荷、受转矩、受轴向载荷、受倾覆力矩24、承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：疲劳断裂25、提高螺栓连接强度的措施一、降低影响螺栓总拉伸载荷F2的变化范围措施一：降低螺栓刚度(c b Cb , e b Cm , e m e m) 措施三：综合措施( C b Cm , F0 F0 )宜采取措施: 采用柔性结构：加弹性元件、或采用柔性螺栓(腰杆、空心螺栓)。有密封要求时，宜采用刚度较大的金属垫片或密封环二、改善螺纹牙间的载荷分布：加厚螺母不能提高连接强度！ 措施: 采用均载螺母三、减小应力集中 1.增大过渡圆角 2.切制卸载槽 3.卸载过渡结构四、避免或减小附加应力采用凸台或沉孔结构 切削加工支承面 采用球面垫圈

6、和腰环螺栓可以保证螺 栓的装配精度。五、采用特殊制造工艺 冷镦头部、滚压螺纹26、滚动螺旋优点: (1)摩擦损失小、效率在 90%以上；(2) 磨损很小，传动精度高；(3) 不自锁，可实现直线 旋转运动转换； 缺点： (1)结构复杂、制造困难；(2) 有些机构为防止逆转需要另加自锁机构。27、键连接作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的 轴向固定或移动。28、平键连接特点：定心好、装拆方便。种类 ： 普通平键 导向平键主要失效形式：压溃(静连接)、磨损(动连接)、剪断。若强度不足时，可采用双键连接。考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按 1.5 个键计算。一、导向平键 结构特点：长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆，制有起键螺孔。零件可以 在轴上移动，构成动连接。二、双钩头滑键 结构特点：两端有钩头，键固定在轮毂上，键短，槽长。三、单圆钩头滑键结构特点：单圆钩头，嵌入轮毂中。29、半圆键连接 优点：定心好，装配方便。 缺点：对轴的削弱较大，只适用于轻载连接。特别适用于锥形轴端的连接。30、楔键连接和切向键连接结构特点：键的上表面有 1:100 的斜度，轮毂槽的底面也

7、有 1:100 的斜度。 缺点：定心精度不高。应用：只能应用于定心精度不高，载荷平稳和低速的连接。 类型：普通楔键、钩头楔键。31、花键连接 优点：(1)均匀受力；(2)对轴的削弱程度小；(3)承载能力高；(4)轴上零件与 轴的对中性好；(5)导向性好；(6)可用磨削方法提高加工精度及连接质量。缺点：齿根仍有应力集中，需专用设备制造，成本高。32、渐开线花键：有a =30 a =45。两种，对应的齿顶高分别为0.5m、0.4m 与渐开线齿轮相比，花键齿短，齿根宽，不产生根切的最小齿数较少。 定心方式：齿形定心：具有自动定心作用，受力均匀。特点：制造工艺性好，精度高，齿根强度高，易于定心。常用于传递大扭矩和 大轴径的场合。a =45。的花键工作面高度较小，承载能力较低，多用于载荷较 轻，直径较小的静连接。特别适用于薄壁零件的连接。33、型面连接的特点：(1) 装拆方便，对中性好；(2) 连接面上没有应力键槽和尖角，减少了应力集中；(3) 可传递较大的扭矩；(4) 切削加工有难度，不易保证配合精度。34、胀套连接的优点：定心好、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

8、用。 缺点：由于轴与毂孔之间要安装胀套，有时应用受结构 尺寸的限制。35、销连接 作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。36、带传动的优点：(1) 适用于中心距较大的传动；(2) 间接的柔性传动，挠性好，可缓和冲击、吸收振动；(3) 过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它零件的损坏；(4) 结构简单、成本低廉。缺点：传动的外廓尺寸较大，需要张紧装置，传动比不稳定、效率较低，寿命较短,传动功率一般 PW50kW、线速度v=525(40)m/s、传动比35(10)37、当带与带轮之间出现打滑趋势时，摩擦力达到最大值，有效拉力也达到最大。38、影响最大有效拉力因素：1) 预紧力F0 F0 t Fee tF0 过大，带的磨损加剧, 加快松弛,降低寿命。F0 过小， 影响带的工作能力，容易产生打滑。2) 包角a t总摩擦力Fft Fee t,对传动有利。3) 摩擦系数 ft Fee t ，对传动有利。39、最大应力a max出现在紧边与小轮的接触处。40、带的弹性滑动与打滑 带绕过主动轮时，将逐渐缩短并沿轮面滑动，使带速落后于轮速。 带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速

9、超前于轮速。 这种因材料的弹性变形而产生的滑动被称为弹性滑动。 若带的工作载荷进一步加大，有效圆周力达到临界值 Fec 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，这种情况应当避免。41、带传动的主要失效形式是打滑和传动带的疲劳破坏。设计准则：在不打滑的 条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。42、V 带轮设计的要求： 各轮槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使带的载荷分布较为均匀。 结构工艺性好、无过大的铸造内应力、质量分布均匀。 轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损。 轮槽楔角随带轮直径的减小而减小。带轮的材料：通常采用铸铁，常用材料的牌号为HT150和HT200。转速较高时宜采用铸钢或用 钢板冲压后焊接而成。 小功率时可用铸铝或塑料。带轮的结构与尺寸 四种典型结构：实心式、腹板式、孔板式、轮辐式43、带传动的张紧的目的(1) 根据摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；(2) 运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能 正常工作。带传动的张紧方法1. 调整中心距 2.采用张紧轮 3.自动张紧44、同步带传动 组成：同步带(同步齿形带)是以钢丝为抗拉体，外包聚氨脂或橡胶。 结构特点：横截面为矩形，带面具有等距横向齿的环形传动带，带轮轮面也制成 相应的齿形。传动特点：靠带齿

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