机械设计

机械设计基础知识点梳理，涵盖了机械设计绪论、连接、传功、轴系零部件、弹簧、机座和箱体等，适用于考研复试！

机械设计

• 总论
  • 零件主要失效形式
    • 整体断裂
    • 过大残余变形
    • 表面破坏
    • 破坏正常工作条件引起的失效
  • 零件设计准则：强度/刚度/寿命/振动稳定性/可靠性
  • 提高机械零件疲劳强度的措施
    • 降低应力集中影响
    • 选用疲劳强度高的材料和规定
    • 提高零件的表面质量
    • 减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸
  • 摩擦
    • 干摩擦
    • 边界摩擦
    • 混合摩擦
    • 流体摩擦
  • 磨损（磨合阶段-稳定磨损阶段-剧烈磨损阶段）
    • 粘附磨损
    • 磨粒磨损
    • 疲劳磨损
    • 冲蚀磨损
    • 机械化学磨损
    • 微动磨损
  • 润滑剂
    • 降低摩擦，减轻磨损，防锈，散热，缓冲，吸振，密封
    • 润滑油
      • 粘度，润滑性，凝点，氧化稳定性
      • 极压性
        • 润滑油中加入含硫氯磷的有机极性化合物后，油中极性分子在金属表面生成抗磨，耐高压的化学反应边界膜的性能。
      • 闪点
        • 油在标准仪器中加热所蒸发出的油气一遇火焰即能发出闪光时的最低温度
    • 润滑脂
      • 稠度/滴点
    • 添加剂
      • 提高润滑剂的油性，极压性，推迟润滑剂的老化变质，改善其物理性能
    • 润滑方法
      • 油润滑
        • 滴油/油环/飞溅/压力循环润滑
      • 脂润滑
• 连接
  • 螺纹连接
    • 螺纹
      • 普通螺纹：牙型为等边三角形，牙型角60°
      • 管螺纹：牙型为等腰三角形，牙型角55°
      • 矩形螺纹：牙型为正方形，牙型角0°
      • 梯形螺纹：牙型为等腰梯形，牙型角30°
    • 螺纹连接类型
      • 螺栓连接，双头螺柱连接，螺钉连接，紧定螺钉连接
    • 螺纹连接防松
      • 摩擦防松
        • 对顶螺母
        • 弹簧垫圈
        • 自锁螺母
      • 机械防松
        • 开口销与六角开槽螺母
        • 止动垫圈
        • 串联钢丝
      • 破坏螺旋副运动关系防松
        • 铆合
        • 冲点
        • 涂胶
    • 螺栓组设计
      • 连接接合面的几何形状通常设计成轴对称的简单几何形状
      • 使各螺栓受力合理
      • 螺栓的排列应有合理的间距，边距
      • 分布在同一圆周上的螺栓数目应取偶数
      • 避免螺栓承受附加的弯曲载荷
  • 螺旋传动
    • 传力螺旋
    • 传导螺旋
    • 调整螺旋
  • 键连接
    • 平键连接：结构简单，装拆方便，对中性较好
      • 普通平键（圆头A，平头B，单圆头C型），薄型平键
        • 静连接
      • 导向平键，滑键
        • 动连接
    • 半圆键连接：工艺性较好，装配方便，轴上键槽较深，对轴强度削弱较大
    • 楔键连接，切向键连接
  • 花键连接（外花键+内花键）
    • 优点：连接受力均匀，轴与毂的强度削弱少，承受较大载荷，对中性好，导向性好
    • 缺点：齿根仍有应力集中，成本高
    • 矩形/渐开线花键
  • 无键连接
    • 型面连接
      • 装拆方便，保证良好对中性，减少了应力集中，传递较大转矩，加工复杂
    • 胀紧连接
      • 定心性好，装拆方便，承载能力强，有安全保护作用，受结构尺寸限制
  • 销连接
    • 定位销（固定零件之间的相对位置）
    • 连接销（连接，传递不大的载荷）
    • 安全销（安全装置中的过载剪短元件）
  • 铆接，焊接，胶接，过盈连接
• 传动
  • 带传动
    • 优：结构简单，传动平稳，造价低廉，缓冲吸震
    • 缺：存在弹性滑动和打滑现象，传动比不稳定
  • 链传动
    • 优：无弹性滑动和打滑现象，保持准确的平均传动比，传动效率高，结构紧凑，制造安装精度要求低，成本低
    • 缺：不能保持恒定的瞬时传动比，有噪声
  • 齿轮传动
    • 特点：效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比稳定，精度要求高，价格较贵
    • 失效形式
      • 轮齿折断
        • 提高抗折断能力：采用正变位齿轮，增大齿根强度，减少齿根应力集中，增大轴及支承的刚性
      • 齿面磨损
      • 齿面点蚀
      • 齿面胶合
      • 塑性变形
  • 蜗杆传动
    • 特点：传动比大，结构紧凑，冲击载荷小，传动平稳，噪声低，具有自锁性
    • 圆柱蜗杆传动
      • 普通圆柱蜗杆传动
        • 阿基米德蜗杆
        • 渐开线蜗杆
        • 法线直廓蜗杆
        • 锥面包络蜗杆
          • 便于磨削，精度较高
      • 圆弧圆柱蜗杆传动
        • 效率高，承载能力强，体积小，质量小，结构紧凑
    • 环面蜗杆传动
    • 锥蜗杆传动
      • 重合度大，传动比范围大，承载能力和效率较高，传动具有不对称性
• 轴系零部件
  • 轴承
    • 滚动轴承
      • 启动所需力矩小，旋转精度高，选用方便
    • 滑动轴承
      • 整体式径向滑动轴承
        • 特点：结构简单，价格低廉，轴承间隙过大时无法调整，装拆不便
        • 多用在低速，轻载或间歇性工作的机器里
      • 对开式径向滑动轴承
      • 止推滑动轴承
        • 结构简单，润滑方便，广泛应用于低速轻载场合
      • 失效形式
        • 磨粒磨损/刮伤/咬粘/疲劳剥落/腐蚀
      • 轴瓦
        • 整体式/对开式
  • 联轴器与离合器
    • 区别
      • 联轴器将两轴连接在一起，机器运转时两轴不能分离，停车并将连接拆开才能分离
      • 离合器在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离
    • 联轴器
      • 刚性联轴器（凸缘）
        • 优：构造简单，成本低，传递较大转矩
        • 缺：两轴有相对位移时，会在机件内引起附加载荷，使工作情况恶化
      • 挠性联轴器
        • 无弹性元件
          • 十字滑块
          • 滑块
            • 结构简单，尺寸紧凑，适用于小功率，高转速而无剧烈冲击处
          • 十字轴式万向
            • 结构紧凑，维护方便，应用于汽车，多头钻床中
          • 齿式
            • 传递很大力矩，允许有较大偏移量，安装精度要求低；质量大，成本高
          • 滚子链
            • 结构简单，尺寸紧凑，质量小，装拆方便，维修容易，价廉，具有一定的补偿性能和缓冲性能，不宜用于逆向和高速传动
        • 有弹性元件
          • 弹性套柱销
            • 制造容易，装拆方便，成本较低，寿命短
          • 弹性柱销
            • 结构简单，安装，制造方便，耐久性好，弹性柱销有一定缓冲和吸振能力
          • 梅花形弹性/轮胎式/膜片联轴器
    • 离合器
      • 牙嵌离合器
        • 用于转矩不大，低速接合处
      • 圆盘摩擦离合器
  • 轴
    • 按承受载荷分
      • 转轴-既承受弯矩又承受扭矩
      • 心轴-转动/固定心轴
      • 传动轴-只承受扭矩不承受弯矩
    • 按轴线形状分
      • 曲轴/直轴
    • 按外形
      • 光轴-形状简单，加工容易，应力集中源少，轴上零件不易装配及定位-心轴/传动轴
      • 阶梯轴-形状复杂，加工困难，应力集中源多，轴上零件易装配及定位-转轴
    • 提高强度措施
      • 1，合理布置轴上零件以减小轴的载荷。2，改进轴上零件的结构以减小轴的载荷。3，改进轴的结构减小应力集中的影响。4，改进轴的表面质量提高轴的疲劳强度。
• 其他
  • 弹簧
    • 圆柱螺旋弹簧
      • 圆柱螺旋压缩弹簧
      • 圆柱螺旋拉伸弹簧
  • 机座和箱体
    • 设计要求：精度/工作/工艺性/运输性要求
  • 减速器
    • 齿轮减速器：传动效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，应用范围广
    • 蜗杆减速器：更大传动比，工作平稳，噪声较小，传动效率较低
    • 行星齿轮减速器：减速比大，体积小，重量轻，效率高
  • 变速器
    • 有级变速器
    • 无级变速器