6机械设计

注册暖通设备工程师考试，内容如 机械设计的设计准则：1. 强度准则、2. 刚度准则、3. 寿命准则、4. 振动稳定性准则、5. 可靠性准则，可直接打印。

机械基础

• 基础知识
  • 1. 机械设计的一般原则和程序
    • 机械设计的一般原则
      • 四大原则（ ）
    • 机械设计的一般程序
      • 一计两设一编制
    • 机械零件的设计步骤
  • 2. 机械设计的设计准则
    • 1. 强度准则
    • 2. 刚度准则
    • 3. 寿命准则
    • 4. 振动稳定性准则
    • 5. 可靠性准则
  • 3. 许用应力和安全系数
    • 1. 名义载荷、计算载荷、工作载荷
    • 2. 应力分类
      • 静应力、变应力、平均应力、应力幅、应力的循环特性
    • 3. 循环特性
      • -±1,0，
    • 4. 许用应力及表示方法
      • 静应力
        • 塑性材料取
        • 脆性材料取
      • 变应力取
• 常用机构
  • 1. 平面机构及自由度
    • 平面机构自由度计算公式：F=
    • 机构具有确定运动的条件：自由度＞0，原动件数目＝机构自由度数目
    • 铰链四杆机构（长度abcd）
      • 若a+d≤b+c，则存在曲柄
        • 最短杆为机架，双曲柄机构
        • 最短杆邻杆为机架，曲柄摇杆机构
        • 最短杆对面杆为机架，双摇杆机构
      • 若a+d＞b+c,则为双摇杆机构
      • 死点存在条件
        • 传动角g越大，传动性能越好
        • 曲柄摇杆机构是否存在死点位置，取决于从动件是否与连杆共线。
          • 曲柄为原动件，不出现死点
          • 摇杆为原动件，出现死点
      • 急回特性
        • q>0°，则k>1，机构具有急回特性
  • 2. 凸轮机构
    • 1. 凸轮机构分类
      • 1. 按凸轮形状分：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮
      • 2. 按从动件高副分
        • 尖顶从动件
          • 构造简单、易磨损、用于仪表机构
        • 滚子从动件
          • 磨损小，应用广
        • 平底从动件
          • 受力好、润滑好，用于高速传动
      • 3. 按从动件的运动分：移动从动件、摆动从动件
    • 2. 从动件的基本运行规律
      • 1. 运动规律
        • V
          • 冲击
            • 应用场合
      • 2. 等速运动
        • 1
      • 3. 等加速等加速
        • 2
      • 4. 余弦加速度
        • 1。57.
      • 5. 正弦加速度
        • 2
    • 3. 凸轮曲线的绘制（反转法）
      • 1. 尖底直动从动件盘形凸轮机构
      • 2. 滚子直动从动件盘形凸轮机构
        • 实际廓线曲率半径：ra
        • 理论廓线曲率半径:r
        • 滚子半径：rT
        • 内凹凸轮不存在实际廓线变尖的问题
        • ra=r-rT。若ra＞0，轮廊正常；＝0，变尖易磨损；＜0，运动失真
      • 3. 平底直动从动件盘形凸轮机构
      • 4. 基圆半径的确定
        • 最大压力角a≤[a]（一般30-50°）
        • 基圆半径越小，压力角越大，越易自锁；使r尽可能小
  • 3. 螺纹连接
    • 1螺纹的分类及主要参数和常用类型
      • 1. 最大螺距者称为粗牙螺纹，其余均为细牙螺纹。
      • 2. 主要参数：D大径, d1 小径 ，d2中径，P螺距
      • 3.
      • 4. a牙型角b牙侧角 对称牙侧角b=a/2
      • 5. 牙型，旋向，头数
    • 2螺旋副的受力分析、效率和自锁
      • 1. 螺纹升角小于摩擦角时，其具有自锁特性
      • 2. 自锁：三角形＞梯形＞锯齿形＞矩形
      • 3. 效率：与自锁相反
    • 3螺纹连接的基本类型
      • 1. 螺栓：被连接件通孔不带螺纹，被联接件不太厚，装拆方便。还可定位。
      • 2. 螺钉：用于有一联接件较厚， 且不需经常装拆的场合。
      • 3. 双头螺柱：用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合
      • 4. 紧定螺钉：常用来固定两零件的相对位置，并可用来传递不大的力和力矩。
    • 4螺纹连接的强度计算
      • 1. 只受预紧力的紧螺栓连接 受横向外载荷的紧螺栓连接 承受轴向工作载荷的紧螺栓连接（压力容器）
      • 2. 主要失效形式：螺栓杆断裂；螺纹的压溃和剪断；磨损发生划扣现象
    • 5螺纹连接设计时应注意的问题（提高螺栓强度的措施）
      • ①降低螺栓总拉伸载荷的变化范围（疲劳破坏）
        • 1降低螺栓刚度的措施
          • 1. 增加螺栓的长度
          • 2. 采用空心螺杆，截面惯性矩小些
          • 3. 减小无螺纹部分的螺杆直径
          • 4. 螺母下安装弹性元件
        • 2增大被连接件刚度的措施
          • 采用刚度较大的垫片
      • ②改变螺纹牙间的载荷分布
        • 1)悬置螺母、环槽螺母
        • 2）内斜螺母
        • 3)钢丝螺套
        • 从螺纹支撑面算起，第一圈受载最大，以后各圈递减，第八圈以后的螺纹牙几乎不承受荷载。
      • ③减小应力集中
        • 螺纹的牙根和收尾、螺栓头部与螺栓交接处、螺杆截面变化处都会发生应力集中。
        • 增大过渡处圆角、切制卸载槽，使截面变化均匀，减小应力集中。
      • ④避免或减小附加应力
        • 1. 原因：制造误差、支撑面不平或被连接件刚度小等原因
        • 2. 后果：可能产生偏置载荷而引起弯曲应力，导致螺栓断裂
        • 3. 改善措施：采用凸台或沉孔等结构，获得平整的支撑面
      • ⑤防松
        • 1. 根本问题在于要防止螺旋副的相对运动
        • 2. 摩擦防松
          • 弹簧垫圈、对顶螺母、尼龙圈锁紧螺母
        • 3. 机械防松
          • 开口销、带翅垫片、止动垫片
        • 4. 其他防松
          • 冲点法、焊点法、串联钢丝法
  • 4. 齿轮机构
    • 1齿轮机构的类型和特点
      • 类型
        • 1按一对齿轮轴线的相对位置分
          • 1平面齿轮传动
            • 直齿圆柱、平行斜齿轮圆柱、人字齿轮传动
          • 2空间齿轮传动
            • 圆锥齿轮、蜗杆传动、准双曲面、交错轴斜齿轮传动
        • 2按齿轮传动的工作条件分
          • 1. 开式齿轮传动
            • 外露，润滑较差，易磨损
          • 2. 半开式齿轮传动
            • 介于上两者之间,有防护罩
          • 3. 闭式齿轮传动
            • 封闭在箱体内，润滑条件好
        • 3按轮齿齿廓曲线形状分
          • 渐开线、圆弧、摆线、抛物线齿轮
      • 特点
        • 优点
          • 1传动比恒定，传动精度高
          • 2适用圆周速度和功率范围广
          • 3效率高
          • 4结构紧凑，工作可靠且寿命长
        • 缺点
          • 1制造安装精度高，成本高
          • 2不适宜传递远距离的运动
    • 2啮合基本定律和渐开线
      • i12=
      • 四线合一：啮合线，公法线，内公切线、正压力作用线
    • 3直齿圆柱齿轮各部分名称和尺寸
      • 齿轮各部分名称及符号
        • 四圆、三弧、三高、一角、一齿宽B
      • 齿轮的基本参数
        • 1齿数Z：齿轮圆周上轮齿的总数
        • 2模数m：设计者给定
          • 分度圆周长πd= ，分度圆直径d= =mz
        • 3压力角a
          • 标准压力角20°
        • 4齿顶高系数h*a，顶系系数C*
          • 我国标准规定h*a=1，C*=0.25
    • 4渐开线正确啮合的条件和连续传动的条件
      • 1. 正确啮合条件：齿距P相等或两轮的模数和压力角分别相等
      • 2. 传动比公式：i12=
      • 3. 连续传动的条件：啮合弧与齿距之比称为重合度e=啮合弧/齿距＞1
    • 5渐开线齿轮加工方法及根切现象
      • 齿轮轮齿的加工方法
        • 仿形法：适用单件小批量生产
        • 范成法：适用大批量生产。切削过程连续，生产率高；加工精度高
      • 根切现象
        • 轮齿根部已加工好的渐开线齿廓被刀具切掉的现象。
        • 后果：齿根强度削弱，重合度减小。
        • 防止根切方法：增大刀具和轮坯之间的距离；直齿圆柱齿轮不产生根切的最少齿数 z ≥17
    • 6齿轮的失效
      • 失效形式
        • 齿轮折断
          • 齿面点蚀
            • 齿面胶合
              • 齿面磨损
                • 齿面塑性变形
      • 原因
      • 常见齿轮类型
      • 防治措施
    • 7直齿圆柱齿轮的强度计算
      • 1. 计算准则
        • 闭式软齿面
          • 主要失效形式为点蚀破坏，按齿面接触疲劳强度设计，再用齿根弯曲疲劳强度校核。
        • 闭式硬齿面
          • 主要失效形式为齿轮折断，按齿根弯曲疲劳强度设计，再用齿面接触疲劳强度校核。
        • 开式齿轮传动
          • 主要失效形式为磨粒磨损和因磨损引起的齿轮折断，参考闭式硬齿面计算
      • 2. 齿轮上的作用力:圆周力、径向力、法向力
      • 3. 齿面接触疲劳强度计算
        • • 传动比i和齿宽b一定时，与直径d或中心距a有关，与模数m无关
      • 4. 齿根弯曲强度计算
    • 8斜齿圆柱齿轮传动及其受力分析
      • 啮合条件：斜必合法，外反内同（模数m、压力角a、螺旋角b）
      • 受力分析：圆周力Ft、径向力Fr、轴向力Fa
      • 轴向力的方向：左右手定则：用手握住齿轮的轴线，四指弯曲指向齿轮转动的方向，拇指指向即为齿轮轴向力的方向
    • 9直齿圆柱、斜齿圆柱齿轮和蜗杆传动比较
      • 1. 直齿轮
        • 齿面接触线与齿向(轴线)平行
        • 突然进入/脱离啮合(加载/卸载)
        • 传动平稳性差，冲击，振动，噪音大，适合低速和低载的传动
      • 2. 斜齿轮
        • 1. 齿面接触线为斜线
        • 2. 逐渐进入/脱离啮合(加载/卸载)
        • 3. 传动平稳，冲击小，不振动，噪音小，但工作中会产生轴向力
        • 4. 适合高速和重载的传动
      • 3. 蜗杆传动
        • 1. 结构紧凑，传动比大
        • 2. 工作平稳、噪声小
        • 3. 传动效率较低
        • 4. 成本高
        • 5. 可制成具有自锁性的蜗杆
    • 10蜗杆传动蜗杆传动
      • 1. 参数
        • 1. 导程角g
        • 2. 螺旋线数Z1
          • 1-单头蜗杆，2双头蜗杆，≥3多头蜗杆
          • 蜗杆头数小时，传动效率低，但可获得大的传动比，且反行程具有自锁性
          • 头数多时，传动效率高
        • 3. 直径系数q：q值增大则蜗杆直径d1增大，蜗杆的刚度提高q=d1/m
        • 4. 传动比i=w1/w2=n1/n2=Z2/Z1≠d2/d1
      • 2. 蜗轮蜗杆啮合条件
        • 蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等
        • m相等，a相等，螺旋线方向相同且l=b
      • 3. 受力大小：圆周力Ft、轴向力Fa、径向力Fr
      • 4. 蜗杆（主动件）受力方向
        • 1. 圆周力与其转向相反
        • 2. 蜗杆径向力指向各自轮心
        • 3. 蜗杆轴向力左右手螺旋法则
      • 5. 蜗轮蜗杆的主要失效形式
        • 1. 胶合和磨损
        • 2. 材料
          • 涡轮齿圈采用青铜：减摩、耐磨性、抗胶合
          • 蜗杆采用碳素钢与合金钢：表面光洁、硬度高。
• 机械传动
  • 带传送
    • 1. 带传动的类型及特点
      • 主要作用：用来传递转矩和改变转速。
      • 按传动原理分、按用途分、按传动带的截面形状分
        • 平带、V 带、多楔带、圆形带、齿形带（同步带）
      • 特点和应用
        • 优点
          • （1）能缓冲吸振，传动平稳，噪音小
          • （2）具有过载保护作用
          • （3）结构简单，制造、安装和维护方便，成本低
          • （4）适用于两轴距离较大的传动
        • 缺点
          • （1）不能保证恒定的传动比，传动精度和传动效率低
          • （2）带对轴有很大的压轴力 （3）带传动装置结构不够紧凑 （4）带的寿命较短 （5）不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合
        • 应用
          • 1、常用在高速级 2、适用于要求传动平稳、传动比不要求准确，100千瓦以下的中小功率的远距离传动。 如：汽车发动机、拖拉机、石材切割机等。 3、V带传动是应用最广
    • 2. 带传动的工作状况
      • 1. 参数：中心距a、包角a、大小轮直径的d1/d2、初拉力F0、有效拉力F、紧边拉力F1、松边拉力F2
      • 2. 工作时，紧边拉力F1= ，松边拉力F2=
      • 3. 有效拉力F=
        • 打滑首先发生在小皮带轮上
        • 只考虑小皮带轮的包角＞120°
          • 中心距a增大
          • 直径差减小
          • 张紧轮
      • 4. 弹性滑动及打滑
        • 现象
          • 弹性滑动----发生在带与轮的部分接触长度上
          • 打滑----发生在带与轮的全部接触长度。
        • 原因
          • 弹性滑动：带两边的拉力差，带的弹性。
          • 打滑：过载。
        • 结论
          • 弹性滑动：不可避免。 打滑：可避免。
      • 5. 最大应力：=由紧边和松边的拉力产生的拉应力+离心拉力产生的拉应力+弯曲应力
        • 最大应力出现在紧边与小轮的接触处
        • 带轮基圆半径越小，带越厚，则弯曲应力越大
      • 6. 失效形式：打滑、疲劳破坏
    • 3. V带的主要参数和设计计算
    • 4. 带轮的材料和结构
      • 铸铁、钢和非金属
      • 实心式、腹板式、轮辐式
    • 5. V型带的张紧方式（初拉力减小）
      • 调整中心距张紧方式
      • 张紧轮
        • 放在松边的内侧，靠近大轮
  • 齿轮传动
    • 见上
  • 轮系
    • 1. 轮系分类
      • 定轴轮系
        • 平面定轴轮系
          • 轴平行且固定
        • 空间定轴轮系
          • 轴不平行轴且固定
      • 周转轮系（行星轮系）
        • 至少有一个齿轮的轴线（位置不固定，轴心线与太阳轮轴心共线）绕另一齿轮的轴线转 动的齿轮传动系统
    • 2. 定轴轮系及其传动比
    • 3. 周转轮系及其传动比
    • 4. 轮系的功用
      • 1. 可获得大的传动比
      • 2. 实现较远距离的传动
      • 3. 实现变速与换向传动
      • 4. 用于运动的合成或分解
      • 5. 实现分路传动
• 机械通用零部件
  • 轴
    • 1. 轴的分类
      • 按照承受载荷的不同可分为
        • 心轴
          • 只承受弯矩，例如火车车轮轴
        • 传动轴
          • 只承受扭矩，例如汽车传动轴
        • 转轴
          • 同时承受弯矩和扭矩，如减速器轴
      • 按轴线分类
        • 直轴、曲轴、软轴
    • 2. 轴的材料
      • 碳素钢、合金钢，高强度铸铁等
    • 3. 轴的结构
      • 定位、安装
        • 1. 轴向定位
          • 限制零件相对轴的移动
            • 轴肩及套筒进行轴向定位
            • 轴肩、圆螺母（止动片）套筒、弹性挡圈、 紧定螺钉、轴端挡圈等进行轴向固定。
        • 2. 径向定位
          • 限制轮件相对轴的转动
            • 键、花键、销、过盈配合、弹性环联接、成形联接等实现
      • 减小应力集中
        • 合理布置轴上零件，可以改善轴的受力状况，使轴上的最大弯矩或扭矩减小
        • 减小应力集中
          • 1轴肩处应采用较大的过渡圆角半径
          • 2尽量避免在轴上（特别是应力大的部位）开横孔、凹槽或切制螺纹
          • 4在轮毂上做出卸载槽，也能减小过盈配合处的局部应力
    • 4. 轴的计算
      • 1扭转强度计算(传动轴）
      • 2轴的弯扭合成强度计算（转轴）（弯扭合成校核）
      • 提高轴的刚度的措施：增加支撑点，减小轴跨度，增加截面积，改用弹性模量大的材料等。
    • 5. 轴毂联接
      • 轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并用来传递运动和扭矩。
    • 6. 联轴器
      • 主要用于轴与轴之间的连接
      • 分类
        • 刚性联轴器
          • 固定式
            • 套筒式、凸缘式、夹壳式
          • 可移动式
            • 齿式、滑块、万向
        • 弹性联轴器
          • 弹性套柱销、弹性柱销、轮胎式
  • 滚动轴承
    • 1. 滚动轴承及分类
      • 受载荷方向
        • 向心轴承
          • 主要用于承受径向载荷0°≤a≤45°
        • 推力轴承
          • 主要用于承受轴向载荷45°≤a≤90°
      • 滚动体
        • 球
        • 滚子
    • 2. 滚动轴承的代号
      • 基本代号
        • 3
        • N
        • 6
        • 7
      • 内径代号
        • 00 01 02 03 04~99
    • 3. 滚动轴承的选择计算
      • 寿命计算
        • 以转数表示寿命
          • L10=
        • 以小时数计算寿命
          • Lh=
        • e表示轴承的寿命指数，球轴承= ，滚子轴承=
      • 当量载荷计算
        • 当量动载荷P
    • 4. 滑动轴承
      • 特性
        • ①轴颈与轴瓦靠面接触，可用于承受载荷特殊的情况（重载、振动载荷、冲击载荷等）：内燃机、汽轮机等； ②用于支承刚度要求高的情况：机床； ③用于旋转运动精度高的场合：仪表； ④用于转速特别高的场合：电机； ⑤用于径向尺寸受到限制的场合：（曲轴的轴承） ⑥某些特殊的工作条件：水中，泥浆中，腐蚀性介质中等。
      • 分类
        • 径向滑动轴承
          • 常用于低速、轻载场合
        • 推力滑动轴承
      • 润滑
        • 润滑油润:滑油润滑应用广
        • 润滑脂:对润滑要求不高，难以经常供油或摆动工作非液体摩擦滑动轴承。
        • K≤1900，采用脂润滑。脂润滑只能采用间歇供应,油润滑可连续也可间接供应
• 3卸载槽、过渡肩环或凹切圆角增大轴肩圆角半径，以减小局部应力