機械設計基礎知識點梳理
導語：關於機械設計基礎知識點，大家有必要進行梳理。以下是小編整理的機械設計基礎知識點，供各位閱讀和參考，希望對大家有所幫助。
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機械零件常用材料：普通碳素結構鋼（Q屈服強度）優質碳素結構鋼（20平均碳的質量分數為萬分之20）、合金結構鋼（20Mn2錳的平均質量分數約為2%）、鑄鋼（ZG230-450屈服點不小於230，抗拉強度不小於450）、鑄鐵（HT200灰鑄鐵抗拉強度）.
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常用的熱處理方法：退火（隨爐緩冷）、正火（在空氣中冷卻）、淬火（在水或油中迅速冷卻）、回火（吧淬火後的零件再次加熱到低於臨界溫度的一定溫度，保溫一段時間後在空氣中冷卻）、調質（淬火+高溫回火的過程）、化學熱處理（滲碳、滲氮、碳氮共滲).
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機械零件的結構工藝性：便於零件毛坯的製造、便於零件的機械加工、便於零件的裝卸和可靠定位 .
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機械零件常見的失效形式：因強度不足而斷裂；過大的彈性變形或塑性變形；摩擦表面的過度磨損、打滑或過熱；連線鬆動；容器、管道等的洩露；運動精度達不到設計要求 .
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應力的分類：分為靜應力和變應力。最基本的變應力為穩定迴圈變應力，穩定迴圈變應力有非對稱迴圈變應力、脈動迴圈變應力和對稱迴圈變應力三種.
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疲勞破壞及其特點：變應力作用下的破壞稱為疲勞破壞。特點：在某類變應力多次作用後突然斷裂；斷裂時變應力的最大應力遠小於材料的屈服極限；即使是塑性材料，斷裂時也無明顯的塑性變形。確定疲勞極限時，應考慮應力的大小、迴圈次數和迴圈特徵.
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接觸疲勞破壞的特點：零件在接觸應力的反覆作用下，首先在表面或表層產生初始疲勞裂紋，然後再滾動接觸過程中，由於潤滑油被基金裂紋內而造成高壓，使裂紋擴充套件，最後使表層金屬呈小片狀剝落下來，在零件表面形成一個個小坑，即疲勞點蝕。疲勞點蝕危害：減小了接觸面積，損壞了零件的光滑表面，使其承載能力降低，並引起振動和噪聲。疲勞點蝕使齒輪。滾動軸承等零件的主要失效形式.
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引入虛約束的原因：為了改善構件的受力情況（多個行星輪）、增強機構的剛度（軸與軸承）、保證機械運轉效能.
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螺紋的種類：普通螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋.
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自鎖條件：λ≤ψ即螺旋升角小於等於當量摩擦角.
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螺旋機構傳動與連線：普通螺紋由於牙斜角β大，自鎖性好，故常用於連線；矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋因β小，傳動效率高，故常用於傳動.
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螺旋副的效率：η=有效功/輸入功=tanλ/tan（λ+ψv）一般螺旋升角不宜大於40°。在d2和P一定的情況下，鎖著螺紋線數n的增加，λ將增大，傳動效率也相應增大。因此，要提高傳動效率，可採用多線螺旋傳動.
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螺旋機構的型別及應用：①變回轉運動為直線運動，傳力螺旋（千斤頂、壓力機、臺虎鉗）、傳導螺旋（車窗進給螺旋機構）、調整螺旋（測微計、分度機構、調整機構、道具進給量的微調機構）②變直線運動為迴轉運動.
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螺旋機構的特點：具有大的減速比；具有大的裡的增益；反行程可以自鎖；傳動平穩，噪聲小，工作可靠；各種不同螺旋機構的機械效率差別很大（具有自鎖能力的的螺旋副效率低於50%).
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連桿機構廣泛應用的原因：能實現多種運動形式的轉換；連桿機構中各運動副均為低副，壓強小、磨損輕、便於潤滑、壽命長；其接觸表面是圓柱面或平面，製造比較簡易，易於獲得較高的製造精度.
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曲柄存在條件：①最短杆長度+最長杆長度≤其他兩杆之和②最短杆為連架杆或機架.
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凸輪運動規律及衝擊特性：①等速：剛性衝擊、低速輕載②等加速等減速：柔性衝擊、中速輕載③餘弦加速度：柔性衝擊、中速中載④正弦加速度：無衝擊、高速輕載.
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凸輪機構壓力角與基圓半徑關係：r0=v2/(ωtanα)-s，其中r0為基圓半徑，s為推杆位移量 .
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滾子半徑選擇：ρa=ρ-r，當ρ=r時，在凸輪實際輪廓上出現尖點，即變尖現象，尖點很容易被磨損；當ρ＜r時，實際廓線發生相交，交叉線的上面部分在實際加工中被切掉，使得推杆在這一部分的運動規律無法實現，即運動失真；所以應保證ρ＞r，通常取r≤0.8ρ，一般可增大基圓半徑以使ρ增大.
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齒輪傳動的優缺點：①優點：適用的圓周速度和功率範圍廣；傳動比精確；機械效率高；工作可靠；壽命長；可實現平行軸、相交軸交錯軸之間的傳動；結構緊湊；②缺點：要求有較高的製造和安裝精度，成本較高；不適宜於遠距離的兩軸之間的傳動.
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漸開線的特性：
①發生線在基圓上滾過的一段長度等於基圓上被滾過的弧長；
②漸開線上任一點的法線必與基圓相切，且N點位漸開線在K點的曲率中心，線段NK為其曲率半徑；
③cosαk=ON/OK=rb/rk漸開線上各點的壓力角不等，向徑rk越大，其壓力角越大，基圓上壓力角為零；
④漸開線的形狀取決於基圓大小，隨著基圓半徑增大，漸開線上對應點的曲率半徑也增大，當基圓無限大時，漸開線成為直線，故漸開線齒條的齒廓為直線；
⑤基圓以內無漸開線
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齒輪齧合條件：必須保證處於齧合線上的各對齒輪都能正確的進入齧合狀態，m1=m2=m；α1=α2=α即模數和壓力角都相等；斜齒輪還要求兩輪螺旋角必須大小相等，旋向相反；錐齒輪還要求兩輪的錐距相等；渦輪蝸桿要求蝸桿的導程角與渦輪的螺旋角大小相等，旋向相同
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輪齒的連續傳動條件：重合度ε=B1B2/ρb＞1（實際齧合線段B1B2的長度大於輪齒的法向齒距）1
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齒廓齧合基本定律：作平面齧合的一對齒廓，它們的瞬時接觸點的公法線，必於兩齒輪的連心線交於相應的節點C，該節點將齒輪的連心線所分的兩個線段的與齒輪的角速成反比。
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根切：①產生原因：用齒條型刀具（或齒輪型刀具）加工齒輪時。若被加工齒輪的齒數過少，道具的齒頂線就會超過輪坯的齧合極限點，這時會出現刀刃把齒輪根部的漸開線齒廓切去一部分的現象，即根切；②後果：使得齒輪根部被削弱，齒輪的抗彎能力降低，重合度減小；③解決方法：正變位齒.
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正變位齒輪優點：可以加工出齒數小於Zmin而不發生根切的齒輪，使齒輪傳動結構尺寸減小；選擇適當變位量來滿足實際中心距得的要求；提高小齒輪的抗彎能力，從而提高一對齒輪傳動的總體強度.
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齒輪的失效形式：齒輪折斷、齒麵點蝕、齒面膠合、齒面磨損；開式齒輪主要失效形式為齒輪磨損和輪齒折斷；閉式齒輪主要是齒麵點蝕和輪齒折斷；蝸桿傳動的失效形式為輪齒的膠合、點蝕和磨損.
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齒輪設計準則：對於一般使用的齒輪傳動，通常只按保證齒面接觸疲勞強度及保證齒根彎曲疲勞強度進行計算.
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引數選擇：①齒數：保持分度圓直徑不變，增加齒數能增大重合度，改善傳動的平穩性，節省製造費用，故在滿足齒根彎曲疲勞強度的條件下，齒數多一些好；閉式z=20~40開式z=17~20；②齒寬係數：大齒輪齒寬b2=b；小齒輪b1=b2+（2~10）mm；③齒數比：直齒u≤5；斜齒u≤6~7；開式齒輪或手動齒輪u可取到8~12.
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直齒輪傳動平穩性差，衝擊和噪聲大；斜齒輪傳動平穩，衝擊和噪聲小，適合於高速傳動.
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輪系的功用：獲得大的傳動比（減速器）；實現變速、變向傳動（汽車變速箱）；實現運動的合成與分解（差速器、汽車後橋）；實現結構緊湊的大功率傳動（發動機主減速器、行星減速器）.
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帶傳動優缺點：①優點：具有良好的彈性，能緩衝吸振，尤其是V帶沒有接頭，傳動較平穩，噪聲小；過載時帶在帶輪上打滑，可以防止其他器件損壞；結構簡單，製造和維護方便，成本低；適用於中心距較大的傳動；②缺點：工作中有彈性滑動，使傳動效率降低，不能準確的保持主動軸和從動軸的轉速比關係；傳動的外廓尺寸較大；由於需要張緊，使軸上受力較大；帶傳動可能因摩擦起電，產生火花，故不能用於易燃易爆的場合.33.影響帶傳動承載能力的因素：初拉力Fo包角a摩擦係數f帶的單位長度質量q速度v.34.帶傳動的主要失效形式：打滑和疲勞破壞；設計準則：在不打滑的前提下，具有一定的疲勞強度和壽命。
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彈性滑動與打滑：打滑：由於超載所引起的帶在帶輪上的全面滑動，可以避免；彈性滑動：由於帶的彈性變形而引起的帶在帶輪上的滑動，不可避免 .
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螺紋連線的基本型別：螺栓連線（普通螺栓連線、鉸制孔用螺栓連線）、雙頭螺柱連線、螺釘連線、緊螺釘連線.
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螺紋連線的防松：摩擦防松（彈簧墊圈、雙螺母、橢圓口自鎖螺母、橫向切口螺母）、機械防松（開口銷與槽形螺母、止動墊圈、圓螺母止動墊圈、串連鋼絲）、永久防松（衝點法、端焊法、黏結法）.
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提高螺栓連線強度的'方法：避免產生附加彎曲應力；減少應力集中.
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鍵連線型別：平鍵連線（側面）、半圓鍵連線（側面）、楔鍵連線（上下面）、花鍵連線（側面）.
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平鍵的剖面尺寸確定：鍵的截面尺寸b×h（鍵寬×鍵高）以及鍵長L.
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聯軸器與離合器區別：連這都是用來連線兩軸（或軸與軸上的迴轉零件），使它們一起旋轉並傳遞扭矩的器件，用聯軸器連線的兩根軸，只有在停止運轉後用拆卸的方法才能將他們分離；離合器則可在工作過程中根據工作需要不必停轉隨時將兩軸接合或分離 .
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聯軸器分類：剛性聯軸器（無補償能力）和撓性聯軸器（有補償能力）43.聯軸器型別的選擇：對於低速、剛性大的短軸可選用剛性聯軸器；對於低速、剛性小的長軸可選用無彈性元件的撓性聯軸器；對傳遞轉矩較大的重型機械可選用齒式聯軸器；對於高速、有振動和衝擊的機械可選用有彈性元件的撓性聯軸器；對於軸線位置有較大變動的兩軸，則應選用十字軸萬向聯軸器.
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軸承摩擦狀態：幹摩擦狀態、邊界摩擦狀態、液體摩擦狀態、混合摩擦狀態；邊界和混合摩擦統稱為非液體摩擦.
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驗算軸承壓強p：控制其單位面積的壓力，防止軸瓦的過度磨損；演算pv：控制單位時間內單位面積的摩擦功耗fpv，防止軸承工作時產生過多的熱量而導致摩擦面的膠合破壞；演算v：當壓力比較小時，p和pv的演算均合格的軸承，由於滑動速度過高，也會發生因磨損過快而報廢，因此需要保證v≤[v].
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非液體摩擦滑動軸承的主要失效形式為磨損和膠合. 47.軸的分類：心軸（轉動心軸、固定心軸；只承受彎矩不承受扭矩）、轉軸（即承受彎矩又承受扭矩）、傳動軸（主要承受扭矩，不承受或承受很小彎矩）.
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軸的計算注意：①軸上有鍵槽時，放大軸徑：一個鍵槽3°--5°；兩個鍵槽7°--10°.②式中彎曲應力為對稱迴圈變應力，當扭轉切應力為靜應力時，取α=0.3；當扭轉切應力為脈動迴圈變應力時，取α=0.6；若扭轉切應力為對稱迴圈變應力時，取α=1（α為摺合係數）
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軸結構設計一般原則：軸的受力合理，有利於滿足軸的強度條件；軸和軸上的零件要可靠的固定在準確的工作位置上；軸應便於加工；軸上的零件要便於拆裝和調整；儘量減少應力集中等.
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滾動軸承型別選擇影響因素：轉速高低、受軸向力還是徑向力、載荷大小、安裝尺寸的要求等.
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機械速度波動：
①原因：原動機的驅動力和工作機的阻抗力都是變化的，若兩者不能時時相適應，就會引起機械速度的波動。當驅動功大於阻抗功時，機器出現盈功，機器的動能增加，角速度增大，反之相反。②危害：速度波動會導致在運動副中產生附加動壓力，並引起機械振動，降低機械的壽命，影響機械效率和工作質量；③調節方法：週期性：在機械中加上一個轉動慣量較大的迴轉件飛輪；非週期性：採用調速器來調節。