50個機械設(shè)計基礎(chǔ)知識點,機械工程師都應(yīng)該知道!
1、機械零件常用材料:普通碳素結(jié)構(gòu)鋼(Q屈服強度)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(20平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為萬分之20)、合金結(jié)構(gòu)鋼(20Mn2錳的平均質(zhì)量分?jǐn)?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)
2、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(把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(xué)熱處理(滲碳、滲氮、碳氮共滲)
3、機械零件的結(jié)構(gòu)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
4、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(dá)不到設(shè)計要求
5、應(yīng)力的分類:分為靜應(yīng)力和變應(yīng)力。最基本的變應(yīng)力為穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力,穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力有非對稱循環(huán)變應(yīng)力、脈動循環(huán)變應(yīng)力和對稱循環(huán)變應(yīng)力三種。
6、疲勞破壞及其特點:變應(yīng)力作用下的破壞稱為疲勞破壞。特點:在某類變應(yīng)力多次作用后突然斷裂;斷裂時變應(yīng)力的最大應(yīng)力遠(yuǎn)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(yīng)考慮應(yīng)力的大小、循環(huán)次數(shù)和循環(huán)特征
7、接觸疲勞破壞的特點:零件在接觸應(yīng)力的反復(fù)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
8、引入虛約束的原因:為了改善構(gòu)件的受力情況(多個行星輪)、增強機構(gòu)的剛度(軸與軸承)、保證機械運轉(zhuǎn)性能
9、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
10、自鎖條件:λ≤ψ即螺旋升角小于等于當(dāng)量摩擦角
11、螺旋機構(gòu)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
12、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(yīng)增大。因此,要提高傳動效率,可采用多線螺旋傳動
13、螺旋機構(gòu)的類型及應(yīng)用:①變回轉(zhuǎn)運動為直線運動,傳力螺旋(千斤頂、壓力機、臺虎鉗)、傳導(dǎo)螺旋(車窗進給螺旋機構(gòu))、調(diào)整螺旋(測微計、分度機構(gòu)、調(diào)整機構(gòu)、道具進給量的微調(diào)機構(gòu))②變直線運動為回轉(zhuǎn)運動
14、螺旋機構(gòu)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(gòu)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%)
15、連桿機構(gòu)廣泛應(yīng)用的原因:能實現(xiàn)多種運動形式的轉(zhuǎn)換;連桿機構(gòu)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。
16、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。
17、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
18、凸輪機構(gòu)壓力角與基圓半徑關(guān)系:r0=v2/(ωtanα)-s,其中r0為基圓半徑,s為推桿位移量
19、滾子半徑選擇:ρa=ρ-r,當(dāng)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(dāng)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(yīng)保證ρ>r,通常取r≤0.8ρ,一般可增大基圓半徑以使ρ增大
20、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(jié)構(gòu)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(yuǎn)距離的兩軸之間的傳動
21、漸開線的特性:
①發(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;
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漸開線的形狀取決于基圓大小,隨著基圓半徑增大,漸開線上對應(yīng)點的曲率半徑也增大,當(dāng)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(nèi)無漸開線。
22、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(dǎo)程角與渦輪的螺旋角大小相等,旋向相同
23、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)
24、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(yīng)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。
25、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:正變位齒輪
26、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(jié)構(gòu)尺寸減??;選擇適當(dāng)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
27、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
28、齒輪設(shè)計準(zhǔn)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。
29、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
30、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。
31、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(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動(發(fā)動機主減速器、行星減速器)
32、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(jié)構(gòu)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(zhǔn)確的保持主動軸和從動軸的轉(zhuǎn)速比關(guān)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(shè)計準(zhǔn)則:在不打滑的前提下,具有一 定的疲勞強度和壽命。
35、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
36、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。
37、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(jié)法)
38、提高螺栓連接強度的方法:避免產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力;減少應(yīng)力集中
39、鍵連接類型:平鍵連接(側(cè)面)、半圓鍵連接(側(cè)面)、楔鍵連接(上下面)、花鍵連接(側(cè)面)
40、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
41、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(zhuǎn)零件),使它們一起旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)隨時將兩軸接合或分離。約比攻絲大1倍,加工精度和表面質(zhì)量比攻絲略高。
螺紋滾壓的優(yōu)點:①表面粗糙度小于車削、銑削和磨削;②滾壓后的螺紋表面因冷作硬化而能提**度和硬度;③材料利用率高;④生產(chǎn)率比切削加工成倍增長,且易于實現(xiàn)自動化;⑤滾壓模具壽命很長。但滾壓螺紋要求工件材料的硬度不超過HRC40;對毛坯尺寸精度要求較高;對滾壓模具的精度和硬度要求也高,制造模具比較困難;不適于滾壓牙形不對稱的螺紋。
按滾壓模具的不同,螺紋滾壓可分搓絲和滾絲兩類。
6、搓絲
兩塊帶螺紋牙形的搓絲板錯開 1/2螺距相對布置,靜板固定不動,動板作平行于靜板的往復(fù)直線運動。當(dāng)工件送入兩板之間時,動板前進搓壓工件,使其表面塑性變形而成螺紋(圖6[搓絲])。
7、滾絲
有徑向滾絲、切向滾絲和滾壓頭滾絲 3種。
①徑向滾絲:2個(或3個)帶螺紋牙形的滾絲輪安裝在互相平行的軸上,工件放在兩輪之間的支承上,兩輪同向等速旋轉(zhuǎn)(圖7 [徑向滾絲]),其中一輪還作徑向進給運動。工件在滾絲輪帶動下旋轉(zhuǎn),表面受徑向擠壓形成螺紋。對某些精度要求不高的絲杠,也可采用類似的方法滾壓成形。
②切向滾絲:又稱行星式滾絲,滾壓工具由1個旋轉(zhuǎn)的**滾絲輪和3塊固定的弧形絲板組成(圖8[切向滾絲])。滾絲時,工件可以連續(xù)送進,故生產(chǎn)率比搓絲和徑向滾絲高。
③滾絲頭滾絲:在自動車床上進行,一般用于加工工件上的短螺紋。滾壓頭中有3~4個均布于工件外周的滾絲輪(圖 9[滾絲頭滾絲])。滾絲時,工件旋轉(zhuǎn),滾壓頭軸向進給,將工件滾壓出螺紋。
8、電火花螺紋加工
普通螺紋的加工一般使用加工中心或者攻絲設(shè)備和工具,有時也可以手工攻絲。但是某些特殊情況下,上述方法不易獲取好的加工效果,比如因疏忽而導(dǎo)致在零件熱處理之后需要加工螺紋,或者因為材料因素限制,比如需要在硬質(zhì)合金工件上直接攻絲。這時候就需要考慮電火花的加工方式。
電火花將于機加工方式相比,順序相同,都需要先打底孔,且底孔直徑要根據(jù)工況來確定。電極需要加工成螺紋狀,加工過程中電極需要能夠旋轉(zhuǎn)。