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機械設計基礎知識點梳理
導語:關于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(yōu)質(zhì)碳素結構鋼(20平均碳的質(zhì)量分數(shù)為萬分之20)、合金結構鋼(20Mn2錳的平均質(zhì)量分數(shù)約為2%)、鑄鋼(ZG230-450屈服點不小于230,抗拉強度不小于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(吧淬火后的零件再次加熱到低于臨界溫度的一定溫度,保溫一段時間后在空氣中冷卻)、調(diào)質(zhì)(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:便于零件毛坯的制造、便于零件的機械加工、便于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;連接松動;容器、管道等的泄露;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(wěn)定循環(huán)變應力,穩(wěn)定循環(huán)變應力有非對稱循環(huán)變應力、脈動循環(huán)變應力和對稱循環(huán)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后突然斷裂;斷裂時變應力的最大應力遠小于材料的屈服極限;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、循環(huán)次數(shù)和循環(huán)特征.
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接觸疲勞破壞的特點:零件在接觸應力的反復作用下,首先在表面或表層產(chǎn)生初始疲勞裂紋,然后再滾動接觸過程中,由于潤滑油被基金裂紋內(nèi)而造成高壓,使裂紋擴展,最后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,并引起振動和噪聲。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)、保證機械運轉性能.
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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即螺旋升角小于等于當量摩擦角.
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螺旋機構傳動與連接:普通螺紋由于牙斜角β大,自鎖性好,故常用于連接;矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋因β小,傳動效率高,故常用于傳動.
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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于40°。在d2和P一定的情況下,鎖著螺紋線數(shù)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,可采用多線螺旋傳動.
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螺旋機構的類型及應用: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(diào)整螺旋(測微計、分度機構、調(diào)整機構、道具進給量的微調(diào)機構)②變直線運動為回轉運動.
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螺旋機構的特點:具有大的減速比;具有大的里的增益;反行程可以自鎖;傳動平穩(wěn),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于50%).
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連桿機構廣泛應用的原因:能實現(xiàn)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、便于潤滑、壽命長;其接觸表面是圓柱面或平面,制造比較簡易,易于獲得較高的制造精度.
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曲柄存在條件:①最短桿長度+最長桿長度≤其他兩桿之和②最短桿為連架桿或機架.
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凸輪運動規(guī)律及沖擊特性:①等速:剛性沖擊、低速輕載②等加速等減速:柔性沖擊、中速輕載③余弦加速度:柔性沖擊、中速中載④正弦加速度:無沖擊、高速輕載.
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凸輪機構壓力角與基圓半徑關系:r0=v2/(ωtanα)-s,其中r0為基圓半徑,s為推桿位移量 .
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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(xiàn)尖點,即變尖現(xiàn)象,尖點很容易被磨損;當ρ<r時,實際廓線發(fā)生相交,交叉線的上面部分在實際加工中被切掉,使得推桿在這一部分的運動規(guī)律無法實現(xiàn),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(yōu)缺點:①優(yōu)點:適用的圓周速度和功率范圍廣;傳動比精確;機械效率高;工作可靠;壽命長;可實現(xiàn)平行軸、相交軸交錯軸之間的傳動;結構緊湊;②缺點:要求有較高的制造和安裝精度,成本較高;不適宜于遠距離的兩軸之間的傳動.
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漸開線的特性:
、侔l(fā)生線在基圓上滾過的一段長度等于基圓上被滾過的弧長;
、跐u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;
、踓osαk=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;
、軡u開線的形狀取決于基圓大小,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;
、莼鶊A以內(nèi)無漸開線
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齒輪嚙合條件:必須保證處于嚙合線上的各對齒輪都能正確的進入嚙合狀態(tài),m1=m2=m;α1=α2=α即模數(shù)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(xù)傳動條件:重合度ε=B1B2/ρb>1(實際嚙合線段B1B2的長度大于輪齒的法向齒距)1
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齒廓嚙合基本定律:作平面嚙合的一對齒廓,它們的瞬時接觸點的公法線,必于兩齒輪的連心線交于相應的節(jié)點C,該節(jié)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(chǎn)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(shù)過少,道具的齒頂線就會超過輪坯的嚙合極限點,這時會出現(xiàn)刀刃把齒輪根部的漸開線齒廓切去一部分的現(xiàn)象,即根切;②后果:使得齒輪根部被削弱,齒輪的抗彎能力降低,重合度減;③解決方法:正變位齒.
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正變位齒輪優(yōu)點:可以加工出齒數(shù)小于Zmin而不發(fā)生根切的齒輪,使齒輪傳動結構尺寸減。贿x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、齒面點蝕、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;閉式齒輪主要是齒面點蝕和輪齒折斷;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:對于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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參數(shù)選擇:①齒數(shù):保持分度圓直徑不變,增加齒數(shù)能增大重合度,改善傳動的平穩(wěn)性,節(jié)省制造費用,故在滿足齒根彎曲疲勞強度的條件下,齒數(shù)多一些好;閉式z=20~40開式z=17~20;②齒寬系數(shù):大齒輪齒寬b2=b;小齒輪b1=b2+(2~10)mm;③齒數(shù)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(wěn)性差,沖擊和噪聲大;斜齒輪傳動平穩(wěn),沖擊和噪聲小,適合于高速傳動.
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輪系的功用:獲得大的傳動比(減速器);實現(xiàn)變速、變向傳動(汽車變速箱);實現(xiàn)運動的合成與分解(差速器、汽車后橋);實現(xiàn)結構緊湊的大功率傳動(發(fā)動機主減速器、行星減速器).
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帶傳動優(yōu)缺點:①優(yōu)點:具有良好的彈性,能緩沖吸振,尤其是V帶沒有接頭,傳動較平穩(wěn),噪聲;過載時帶在帶輪上打滑,可以防止其他器件損壞;結構簡單,制造和維護方便,成本低;適用于中心距較大的傳動;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系;傳動的外廓尺寸較大;由于需要張緊,使軸上受力較大;帶傳動可能因摩擦起電,產(chǎn)生火花,故不能用于易燃易爆的場合.33.影響帶傳動承載能力的因素:初拉力Fo包角a摩擦系數(shù)f帶的單位長度質(zhì)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:由于超載所引起的帶在帶輪上的全面滑動,可以避免;彈性滑動:由于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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螺紋連接的基本類型:螺栓連接(普通螺栓連接、鉸制孔用螺栓連接)、雙頭螺柱連接、螺釘連接、緊螺釘連接.
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螺紋連接的防松: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(沖點法、端焊法、黏結法).
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提高螺栓連接強度的方法:避免產(chǎn)生附加彎曲應力;減少應力集中.
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鍵連接類型:平鍵連接(側面)、半圓鍵連接(側面)、楔鍵連接(上下面)、花鍵連接(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(lián)軸器與離合器區(qū)別:連這都是用來連接兩軸(或軸與軸上的回轉零件),使它們一起旋轉并傳遞扭矩的器件,用聯(lián)軸器連接的兩根軸,只有在停止運轉后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(jù)工作需要不必停轉隨時將兩軸接合或分離 .
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聯(lián)軸器分類:剛性聯(lián)軸器(無補償能力)和撓性聯(lián)軸器(有補償能力)43.聯(lián)軸器類型的選擇:對于低速、剛性大的短軸可選用剛性聯(lián)軸器;對于低速、剛性小的長軸可選用無彈性元件的撓性聯(lián)軸器;對傳遞轉矩較大的重型機械可選用齒式聯(lián)軸器;對于高速、有振動和沖擊的機械可選用有彈性元件的撓性聯(lián)軸器;對于軸線位置有較大變動的兩軸,則應選用十字軸萬向聯(lián)軸器.
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軸承摩擦狀態(tài):干摩擦狀態(tài)、邊界摩擦狀態(tài)、液體摩擦狀態(tài)、混合摩擦狀態(tài);邊界和混合摩擦統(tǒng)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(nèi)單位面積的摩擦功耗fpv,防止軸承工作時產(chǎn)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,由于滑動速度過高,也會發(fā)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循環(huán)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循環(huán)變應力時,取α=0.6;若扭轉切應力為對稱循環(huán)變應力時,取α=1(α為折合系數(shù))
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軸結構設計一般原則:軸的受力合理,有利于滿足軸的強度條件;軸和軸上的零件要可靠的固定在準確的工作位置上;軸應便于加工;軸上的零件要便于拆裝和調(diào)整;盡量減少應力集中等.
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滾動軸承類型選擇影響因素: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:
、僭颍涸瓌訖C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。當驅動功大于阻抗功時,機器出現(xiàn)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(chǎn)生附加動壓力,并引起機械振動,降低機械的壽命,影響機械效率和工作質(zhì)量;③調(diào)節(jié)方法:周期性:在機械中加上一個轉動慣量較大的回轉件飛輪;非周期性:采用調(diào)速器來調(diào)節(jié)。
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