機械設(shè)計基礎(chǔ)機構(gòu)設(shè)計

1/1機械設(shè)計基礎(chǔ)機構(gòu)設(shè)計

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程是高職教育中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其實踐性很強、涉及面廣、具有一定的代表性。通過該課程的學習，學生應(yīng)該掌握常用機構(gòu)及通用零部件的基本設(shè)計理論、設(shè)計方法，具備機械設(shè)計實驗技能和設(shè)計簡單機械及傳動裝置的基本技能。

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)量分數(shù)為萬分之20)、合金結(jié)構(gòu)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).

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).

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.

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(shè)計要求.

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.

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.

接觸疲勞破壞的特點：零件在接觸應(yīng)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.

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.

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.

自鎖條件：λ≤ψ即螺旋升角小于等于當量摩擦角.

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.

螺旋副的'效率：η=有效功/輸入功=tanλ/tan(λψv)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.

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.

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%).

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.

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.

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.

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.

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ρr，通常取r≤ρ，一般可增大基圓半徑以使ρ增大.

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;不適宜于遠距離的兩軸之間的傳動.

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

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

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

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。

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，重合度減小;③解決方法：正變位齒.

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.

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.

齒輪設(shè)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.

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.

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.

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).

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)，噪聲小;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速度帶傳動的主要失效形式：打滑和疲勞破壞;設(shè)計準則：在不打滑的前提下，具有一定的疲勞強度和壽命。

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.

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.

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).

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.

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).

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.

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.

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(zhuǎn)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(yīng)選用十字軸萬向聯(lián)軸器.

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.

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].

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(zhuǎn)動心軸、固定心軸;只承受彎矩不承受扭矩)、轉(zhuǎn)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