机械设计的结构要素
一、机械结构件的结构要素与设计方法
1、1 结构件的几何要素
机械结构的功能主要就是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成,一个零件通常有多个表面,在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触,把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。
零件的功能表面就是决定机械功能的重要因素,功能表面的设计就是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计,可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。
1、2 结构件之间的联接
在机器或机械中,任何零件都不就是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能与其它特征外,还必须研究零件之间的相互关系。
零件的相关分为直接相关与间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的,成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关与运动相关两类。位置相关就是指两零件在相互位置上有要求,如减速器中两相邻的传动轴,其中心距必须保证一定的精度,两轴线必须平行,以保证齿轮的正常啮合。运动相关就是指一零件的运动轨迹与另一零件有关,如车床刀架的运动轨迹必须平行于于主轴的中心线,这就是靠床身导轨与主轴轴线相平行来保证的,所以,主轴与导轨之间位置相关;而刀架与主轴之间为运动相关。
多数零件都有两个或更多的直接相关零件,故每个零件大都具有两个或多个部位在结构上与其它
零件有关。在进行结构设计时,两零件直接相关部位必须同时考虑,以便合理地选择材料的热处理方式、形状、尺寸、精度及表面质量等。同时还必须考虑满足间接相关条件,如进行尺寸链与精度计算等。一般来说,若某零件直接相关零件愈多,其结构就愈复杂;零件的间接相关零件愈多,其精度要求愈高。
1、3 结构设计据结构件的材料
机械设计中可以选择的材料众多,不同的材料具有不同的性质,不同的材料对应不同的加工工艺,
结构设计中既要根据功能要求合理地选择适当的材料,又要根据材料的种类确定适当的加工工艺,并根据加工工艺的要求确定适当的结构,只有通过适当的结构设计才能使所选择的材料最充分的发挥优势。
设计者要做到正确地选择材料就必须充分地了解所选材料的力学性能、加工性能、使用成本等信息。结构设计中应根据所选材料的特性及其所对应的加工工艺而遵循不同的设计原则。
二、机械结构设计的基本要求
机械产品应用于各行各业,结构设计的内容与要求也就是千差万别,但都有相同的共性部分。下面就机械结构设计的三个不同层次来说明对结构设计的要求。
1、功能设计满足主要机械功能要求,在技术上的具体化。如工作原理的实现、工作的可靠性、工艺、材料与装配等方面。
2、质量设计兼顾各种要求与限制,提高产品的质量与性能价格比,它就是现代工程设计的特征。具体为操作、美观、成本、安全、环保等众多其它要求与限制。在现代设计中,质量设计相当重要,往往决定产品的竞争力。那种只满足主要技术功能要求的机械设计时代已经过去,统筹兼顾各种要求,提高产品的质量,就是现代机械设计的关键所在。
3、优化设计与创新设计用结构设计变元等方法系统地构造优化设计空间,用创造性设计思维方法与其它科学方法进行优选与创新。
三、机械结构基本设计准则
机械设计的最终结果就是以一定的结构形式表现出来的,按所设计的结构进行加工、装配,制造成最终的产品。所以,机械结构设计应满足作为产品的多方面要求,基本要求有功能、可靠性、工艺性、经济性与外观造型等方面的要求。此外,还应改善零件的受力,提高强度、刚度、精度与寿命。因此,机械结构设计就是一项综合性的技术工作。由于结构设计的错误或不合理,可能造成零部件不应有的失效,使机器达不到设计精度的要求,给装配与维修带来极大的不方便。机械结构设计过程中应考虑如下的结构设计准则。
1、现预期功能的设计准则
产品的设计主要目的就是为了实现预定的功能要求,因此实现预期功能的设计准则就是结构设计
首先考虑的问题。要满足功能要求,必须做到以下几点。
(1)明确功能:结构设计就是要根据其在机器中的功能与与其她零部件相互的连接关系,确定参数
尺寸与结构形状。零部件主要的功能有承受载荷、传递运动与动力,以及保证或保持有关零件或部件之间的相对位置或运动轨迹等。设计的结构应能满足从机器整体考虑对它的功能要求。
(2)功能合理的分配:产品设计时,根据具体情况,通常有必要将任务进行合理的分配,即将一个功
能分解为多个分功能。每个分功能都要有确定的结构承担,各部分结构之间应具有合理、协调的联系,以达到总功能的实现。多结构零件承担同一功能可以减轻零件负担,延长使用寿命。V型带截面的结构就是任务合理分配的一个例子。纤维绳用来承受拉力;橡胶填充层承受带弯曲时的拉伸与压缩;包布层
与带轮轮槽作用,产生传动所需的摩擦力。例如,若只靠螺栓预紧产生的摩擦力来承受横向载荷时,会使螺栓的尺寸过大,可增加抗剪元件,如销、套筒与键等,以分担横向载荷来解决这一问题。
(3)功能集中:为了简化机械产品的结构,降低加工成本,便于安装,在某些情况下,可由一个零件或部件承担多个功能。功能集中会使零件的形状更加复杂,但要有度,否则反而影响加工工艺、增加加工成本,设计时应根据具体情况而定。
2、满足强度要求的设计准则
(1) 等强度准则:零件截面尺寸的变化应与其内应力变化相适应,使各截面的强度相等。按等强度原理设计的结构,材料可以得到充分的利用,从而减轻了重量、降低成本。如悬臂支架、阶梯轴的设计等。
(2) 合理力流结构:为了直观地表示力在机械构件中怎样传递的状态,将力瞧作犹如水在构件中流动,这些力线汇成力流。表示这个力的流动在结构设计考察中起着重要的作用。力流在构件中不会中断,任何一条力线都不会突然消失,必然就是从一处传入,从另一处传出。力流的另一个特性就是它倾向于沿最短的路线传递,从而在最短路线附近力流密集,形成高应力区。其它部位力流稀疏,甚至没有力流通过,从应力角度上讲,材料未能充分利用。因此,若为了提高构件的刚度,应该尽可能按力流最短路线来设计零件的形状,减少承载区域,从而累积变形越小,提高了整个构件的刚度,使材料得到充分利用。
(3) 减小应力集中结构:当力流方向急剧转折时,力流在转折处会过于密集,从而引起应力集中,设计中应在结构上采取措施,使力流转向平缓。应力集中就是影响零件疲劳强度的重要因素。结构设计时,应尽量避免或减小应力集中。其方法在相应的章节会作介绍,如增大过度圆角、采用卸载结构等。
(4) 使载荷平衡结构:在机器工作时,常产生一些无用的力,如惯性力、斜齿轮轴向力等,这些力不但增加了轴与轴衬等零件的负荷,降低其精度与寿命,同时也降低了机器的传动效率。所谓载荷平衡就就是指采取结构措施部分或全部平衡无用力,以减轻或消除其不良的影响。这些结构措施主要采用平衡元件、对称布置等。
3、满足结构刚度的设计准则
为保证零件在使用期限内正常地实现其功能,必须使其具有足够的刚度。
4、考虑加工工艺的设计准则
机械零部件结构设计的主要目的就是:保证功能的实现,使产品达到要求的性能。但就是,结构设计的结果对产品零部件的生产成本及质量有着不可低估的影响。因此,在结构设计中应力求使产品有良好的加工工艺性。所谓好的加工工艺指的就是零部件的结构易于加工制造,任何一种加工方法都有可能不能制造某些结构的零部件,或生产成本很高,或质量受到影响。因此,对于设计者认识一种加工方法的特
点非常重要,以便在设计结构时尽可能的扬长避短。实际中,零部件结构工艺性受到诸多因素的制约,如生产批量的大小会影响坯件的生成方法;生产设备的条件可能会限制工件的尺寸;此外,造型、精度、热处理、成本等方面都有可能对零部件结构的工艺性有制约作用。因此,结构设计中应充分考虑上述因素对工艺性的影响。
5、考虑装配的设计准则
装配就是产品制造过程中的重要工序,零部件的结构对装配的质量、成本有直接的影响。有关装配的结构设计准则简述如下:
(1)合理划分装配单元:整机应能分解成若干可单独装配的单元(部件或组件),以实现平行且专业
化的装配作业,缩短装配周期,并且便于逐级技术检验与维修。
(2)使零部件得到正确安装:保证零件准确的定位、避免双重配合、防止装配错误。
(3)使零部件便于装配与拆卸:结构设计中,应保证有足够的装配空间,如扳手空间;避免过长配合
以免增加装配难度,使配合面擦伤,如有些阶梯轴的设计;为便于拆卸零件,应给出安放拆卸工具的位置,如轴承的拆卸。
6、考虑维护修理的设计准则
(1) 产品的配置应根据其故障率的高低、维修的难易、尺寸与质量的大小以及安装特点等统筹安排,凡需要维修的零件部件,都应具有良好的可达性;对故障率高而又需要经常维修的部位及应急开关,应提供最佳的可达性。
(2) 产品特别就是易损件、常拆件与附加设备的拆装要简便,拆装时零部件进出的路线最好就是直线或平缓的曲线。
(3) 产品的检查点、测试点等系统的维护点,都应布置在便于接近的位置上。
(4) 需要维修与拆装的产品,其周围要有足够的操作空间。
(5) 维修时一般应能瞧见内部的操作,其通道除了能容纳维修人员的手或臂外,还应留有供观察的适当间隙。
7、考虑造型设计的准则
产品的设计不仅要满足功能要求,而且还应考虑产品造型的美学价值,使之对人产生吸引力。从心理学角度瞧,人60%的决定取决于第一印象。技术产品的社会属性就是商品,在买方市场的时代,为产品设计一个能吸引顾客的外观就是一个重要的设计要求;同时造型美观的产品可使操作者减少因精力疲
惫而产生的误操作。
外观设计包括三个方面:造型、颜色与表面处理。
考虑造型时,应注意尺寸比例协调、形状简单统一以及色彩、图案的支持与点缀。
单色只使用于小构件。大的特别就是运动构件如果只用一种颜色就会显得单调无层次,一个小小的附加色块会使整个色调活跃起来。在多个颜色并存的情况下,应有一个起主导作用的底色,与底色相对应的颜色叫对比色。但在一个产品上,不同色调的数量不宜太多,太多的色彩会给人一种华而不实的感觉。
舒服的色彩大约位于从浅黄、绿黄到棕的区域。这个趋势就是渐暖,正黄正绿往往显得不舒服;强烈的灰色调显得压抑。对于冷环境应用暖色,如黄、橙黄与红。对于热环境用冷色,如浅蓝。所有颜色都应淡化。另外,通过一定的色彩配置可使产品显得安全、稳固。将形状变化小的、面积较大的平面配置浅色,而将运动、活跃轮廓的元件配置深色;深色应安置于机械的下部,浅色置于上部。
8、考虑成本的设计准则
设计时应简化产品及维修操作:
(1)设计时,要对产品功能进行分析权衡,合并相同或相似功能,消除不必要的功能,以简化产品与维修操作。
(2)设计时,应在满足规定功能要求的条件下,使其构造简单,尽可能减少产品层次与组成单元的数量,并简化零件的形状。
(3)产品应尽量设计简便而可靠的调整机构,以便于排除因磨损或飘移等原因引起的常见故障。对易发生局部耗损的贵重件,应设计成可调整或可拆卸的组合件,以便于局部更换或修复。避免或减少互相牵连的反复调校。
(4)要合理安排各组成部分的位置,减少连接件、固定件、使其检测、换件等维修操作简单方便,尽可能做到在维修任一部分时,不拆卸、不移动或少拆卸、少移动其她部分,以降低对维修人员技能水平的要求与工作量。
机械设计知识点总结（一） 1．螺纹联接的防松的原因和措施是什么? 答：原因——是螺纹联接在冲击，振动和变载的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，联接有可能松脱，高温的螺纹联接，由于温度变形差异等原因，也可能发生松脱现象，因此在设计时必须考虑防松。措施——利用附加摩擦力防松，如用槽型螺母和开口销，止动垫片等，其他方法防松，如冲点法防松，粘合法防松。 2．提高螺栓联接强度的措施 答：（1）降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围：a，为了减小螺栓刚度，可减螺栓光杆部分直径或采用空心螺杆，也可增加螺杆长度，b，被联接件本身的刚度较大，但被链接间的接合面因需要密封而采用软垫片时将降低其刚度，采用金属薄垫片或采用O形密封圈作为密封元件，则仍可保持被连接件原来的刚度值。（2）改善螺纹牙间的载荷分布，（3）减小应力集中，（4）避免或减小附加应力。 3．轮齿的失效形式 答：（1）轮齿折断，一般发生在齿根部分，因为轮齿受力时齿根弯曲应力最大，而且有应力集中，可分为过载折断和疲劳折断。（2）齿面点蚀，（3）齿面胶合，（4）齿面磨损，（5）齿面塑性变形。 4．齿轮传动的润滑。 答：开式齿轮传动通常采用人工定期加油润滑，可采用润滑油或润滑脂，一般闭式齿轮传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度V的大小而定，当V<＝12时多采用油池润滑，当V>12时，不宜采用油池润滑，这是因为（1）圆周速度过高，齿轮上的油大多被甩出去而达不到啮合区，（2）搅由过于激烈使油的温升增高，降低润滑性能，（3）会搅起箱底沉淀的杂质，加速齿轮的磨损，常采用喷油润滑。 5．为什么蜗杆传动要进行热平衡计算及冷却措施 答：由于蜗杆传动效率低，发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高，润滑失效，导致齿轮磨损加剧，甚至出现胶合，因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。措施——1），增加散热面积，合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片，2）提高表面传热系数，在蜗杆轴上装置风扇，或在箱体油池内装设蛇形冷却水管。
《机械设计基础》知识要点 绪论；基本概念：机构，机器，构件，零件，机械 第1章：1）运动副的概念及分类 2）机构自由度的概念 3）机构具有确定运动的条件 4）机构自由度的计算 第2章：1）铰链四杆机构三种基本形式及判断方法。 2）四杆机构极限位置的作图方法 3）掌握了解：极限位置、死点位置、压力角、传动角、急回特性、极位夹角。 4）按给定行程速比系数设计四杆机构。 第3章：1）凸轮机构的基本系数。 2）等速运动的位移，速度，加速度公式及线图。 3）凸轮机构的压力角概念及作图。 第4章：1）齿轮的分类（按齿向、按轴线位置）。 2）渐开线的性质。 3）基本概念：节点、节圆、模数、压力角、分度圆，根切、最少齿数、节圆和分度圆的区别。 4）直齿轮、斜齿轮基本尺寸的计算；直齿轮齿廓各点压力角的计算；m = p /π的推导过程。 5）直齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮的正确啮合条件。 第5章：1）基本概念：中心轮、行星轮、转臂、转化轮系。 2）定轴轮系、周转轮系、混合轮系的传动比计算。 第9章：1）掌握：失效、计算载荷、对称循环变应力、脉动循环变应力、许用应力、安全系数、疲劳极限。 了解：常用材料的牌号和名称。 第10章: 1）螺纹参数d、d1、d2、P、S、ψ、α、β及相互关系。 2）掌握：螺旋副受力模型及力矩公式、自锁、摩擦角、当量摩擦角、螺纹下行自锁条件、常用螺纹类型、螺纹联接类型、普通螺纹、细牙螺纹。 3）螺纹联接的强度计算。 第11章: 1）基本概念：轮齿的主要失效形式、齿轮常用热处理方法。 2）直齿圆柱齿轮接触强度、弯曲强度的计算。 3）直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮的作用力（大小和方向）计算及受力分析。 第12章: 1）蜗杆传动基本参数：m a1、m t2、γ、β、q、P a、d1、d2、V S及蜗杆传动的正确啮合条件。 2）蜗杆传动受力分析。 第13章: 1）掌握：带传动的类型、传动原理及带传动基本参数：d1、d2、L d、a、α1、α2、F1、F2、F0 2）带传动的受力分析及应力分析：F1、F2、F0、σ1、σ2、σC、σb及影响因素。 3）弹性滑动与打滑的区别。 4）了解：带传动的设计计算。 第14章: 1）轴的分类（按载荷性质分）。 2）掌握轴的强度计算：按扭转强度计算，按弯扭合成强度计算。 第15章: 1）摩擦的三种状态：干摩擦、边界摩擦、液体摩擦。 第16章: 1）常用滚动轴承的型号。 2）向心角接触轴承的内部轴向力计算，总轴向力的计算。 滚动轴承当量动载荷的计算。滚动轴承的寿命计算。 第17章: 1）联轴器与离合器的区别 第一章平面机构的自由度和速度分析 1、自由度：构件相对于参考系的独立运动称为自由度。 2、运动副：两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。构件组成运动副后，其运动受到约束，自由度减少。
做机械设计的人员需具备的知识和技能这个具备的知识就是越多越好了。 我现在就在一厂里面做这个。感觉还是挺难的，因为很多东西你都要去了解、首先来说画图，就不是简单的把图形画出来，你得去了解机器的配合，设备是怎么运转的，这样你才能更好的掌握各个零件之间的尺寸、余量该怎么放，对形位公差有些什么要求。而这有要求你对机加工有个大楷的了解，什么机床能加工成什么样子，粗糙度啊什么的。 另外的话你还需要了解材料，比如45，40CR之类的有些什么特性，在后期处理的时候有什么不同，不同材料采用什么样的加工工艺、淬火后能达到什么硬度、变形量的大小等等。 另外： 1. 熟练掌握工程制图标准和表示方法。掌握公差配合的选用和标注。 2 熟悉常用金属材料的性能、试验方法及其选用。掌握钢的热处理原理，熟悉常用金属材料的热处理方法及其选用。了解常用工程塑料、特种陶瓷、光纤和纳米材料的种类及应用。3．掌握机械产品设计的基本知识与技能，能熟练进行零、部件的设计。熟悉机械产品的设计程序和基本技术要素，能用电子计算机进行零件的辅助设计，熟悉实用设计方法，了解现代设计方法。 4．掌握制订工艺过程的基本知识与技能，能熟练制订典型零件的加工工艺过程，并能分析解决现场出现的一般工艺问题。熟悉铸造、压力加工、焊接、切（磨）削加工、特种加工、表面涂盖处理、装配等机械制造工艺的基本技术内容、方法和特点并掌握某些重点。熟悉工艺方案和工艺装备的设计知识。了解生产线设计和车间平面布置原则和知识。 5．熟悉与职业相关的安全法规、道德规范和法律知识。熟悉经济和管理的基础知识。了解管理创新的理念及应用。 6．熟悉质量管理和质量保证体系，掌握过程控制的基本工具与方法，了解有关质量检测技术。 7．熟悉计算机应用的基本知识。熟悉计算机数控（CNC）系统的构成、作用和控制程序的编制。了解计算机仿真的基本概念和常用计算机软件的特点及应用。 8．了解机械制造自动化的有关知识。 9.熟练的画出符合国家标准的产品设计图纸和工艺图（工装、卡具等）。 10.熟练的运用机械原理、机械机构、机械设计及国家标准和国际标准,按设计任务要求：创造性的设计效果好、出成本低产品。
机械工程师考试大纲，你看一下有没有含金量 Ⅰ.基本要求 1．熟练掌握工程制图标准和表示方法。掌握公差配合的选用和标注。 2．熟悉常用金属材料的性能、试验方法及其选用。掌握钢的热处理原理，熟悉常用金属材料的热处理方法及其选用。了解常用工程塑料、特种陶瓷、光纤和纳米材料的种类及应用。3．掌握机械产品设计的基本知识与技能，能熟练进行零、部件的设计。熟悉机械产品的设计程序和基本技术要素，能用电子计算机进行零件的辅助设计，熟悉实用设计方法，了解现代设计方法。 4．掌握制订工艺过程的基本知识与技能，能熟练制订典型零件的加工工艺过程，并能分析解决现场出现的一般工艺问题。熟悉铸造、压力加工、焊接、切（磨）削加工、特种加工、表面涂盖处理、装配等机械制造工艺的基本技术内容、方法和特点并掌握某些重点。熟悉工艺方案和工艺装备的设计知识。了解生产线设计和车间平面布置原则和知识。 5．熟悉与职业相关的安全法规、道德规范和法律知识。熟悉经济和管理的基础知识。了解管理创新的理念及应用。 6．熟悉质量管理和质量保证体系，掌握过程控制的基本工具与方法，了解有关质量检测技术。7．熟悉计算机应用的基本知识。熟悉计算机数控（CNC）系统的构成、作用和控制程序的编制。了解计算机仿真的基本概念和常用计算机软件的特点及应用。 8．了解机械制造自动化的有关知识。 Ⅱ.考试内容 一、工程制图与公差配合 1．工程制图的一般规定 （1）图框 （2）图线 （3）比例 （4）标题栏 （5）视图表示方法 （6）图面的布置 （7）剖面符号与画法 2．零、部件（系统）图样的规定画法 （1）机械系统零、部件图样的规定画法（螺纹及螺纹紧固件的画法齿轮、齿条、蜗杆、蜗轮及链轮的画法花键的画法及其尺寸标注弹簧的画法） （2）机械、液压、气动系统图的示意画法（机械零、部件的简化画法和符号管路、接口和接头简化画法及符号常用液压元件简化画法及符号） 3．原理图 （1）机械系统原理图的画法 （2）液压系统原理图的画法 （3）气动系统原理图的画法 4．示意图 5．尺寸、公差、配合与形位公差标注 （1）尺寸标注 （2）公差与配合标注（基本概念公差与配合的标注方法） （3）形位公差标注 6．表面质量描述和标注 （1）表面粗糙度的评定参数
机械设计需要哪些知识 一，机械设计所要了解的周边知识以及所要具备的观察视角。 1，熟练翻阅机械设计手册。对于标准件以及常用件的一些技术特征要了熟于心。比如要清 楚各类轴承，带传动，链传动，齿轮传动，丝杠传动，蜗轮蜗杆等的使用场合，使用方式，以及相关的技术特征。对于具体应用时的选型计算则可对照设计手册的图表和公式进行具体确定。 2，知道N家常用件供应商并熟练翻阅其产品样本。现在机械设计趋向于模块化，对于机械设备制造工厂的整体技术要求更侧重于对于一些配件和部件的组装应用。比如台湾HIWIN，日本THK，德国FAG，FESTO。。。。。对于此，要做到当你在设计某个零件或部件或要完成某个动作或功能的时候必须得知道目前是否有专业的厂商在生产或提供能实现某个部位的功能要求的成熟的零配件。 3，熟悉原材料情况。比如你要知道目前市场上有卖的冷轧或热轧铁板以及各类型材的规格 尺寸，有经验的工程师往往都会知道你安排给采购的单子往往到最后是会变得面目全非的。。因为在钢材市场，普遍存在变薄，变窄，变短这些情况，采购买回来的东西往往是和你坐办公室根据设计手册里选出来的相关数据存在比较大的折扣。 4，深度了解各类常用机床的结构原理和性能特点。所谓万变不离其宗，机床亦是如此。设 计一台机器的过程可类比是小孩堆积木一般，一个部件一个组件进行堆积，然后把这些具备不同功能的部件或组建遵循某种规律联系起来。在这个过程中就需要你熟练掌握一些常用机构或装置的功能和特性。而我们所常见的车，铣，钻，刨，磨，镗。。。等机床上应用的结构或原理都是经过了数十上百年的考验，对于其稳定性和可应用性我们无需过多地怀疑。比如车床的刀架结构，卡盘结构，尾座的锁紧机构，主轴轴承布置，磨床主轴密封结构，刨床的连杆机构等等。。。 其实说这么多，想表述的就两字，对于这些稳定的常用的结构我们要学会在设计新机床时“借鉴”或者说是“参照”。从另一方面来说了解各类常用机床的结构原理和性能特点是出一张零件图纸的前提基础。举个例子来说就是当你完成一张图纸时最起码你自己要知道这张图纸上的这个零件的大体加工过程。这个所谓的大体了解楼主个人认为是好比要加工一条常见的轴类零件，当你了解车床，铣床，磨床的一些特性后就不会在图纸上出现没有了螺纹退 刀槽，砂轮越程槽等情况，同时也不会对轴类零件的长度方向尺寸随意标注个IT6，IT7的公差要求。 5，具备一定的机床装配能力。很多人会问，这完全是装配工的活了，我做为一个设计人员 过多地了解这方面知识干什么？当然，会这么问的往往都是些刚入行的新手。当你永远不去了解这方面的知识时就永远理解不了针对一条长轴进行过渡或过盈装配时因为你那图纸上的左轴承位和右轴承位相距太大而轴承却只能从左到右或从右到左装配时，那两轴承位之间那么长一段装配距离所带来的痛苦。当然，你也肯定不会想起当这条轴最后要进行轴端螺纹锁紧时，因为你图纸上缺少了限制这条轴锁紧时转动用的夹持平面而导致无法顺利锁紧。当然，你就更想不到或是理解不了哪个位置哪些孔或哪些销位是需要装配时定配的。
第二章平面机构的结构分析 §2.1 基本概念 构件：运动单元体 零件：制造单元体构件可由一个或几个零件组成。 ?构件：由一个或几个零件组成的没有相对运动的刚性系统。机器或机构中最小的运动单元。 ?零件：机器或机构中最小的制造单元。 ?例如：曲轴——单一零件。 ?连杆——多个零件的刚性组合体。 ?注意：构件与零件联系与区别？ 一、机构的组成 机架：机构中相对不动的构件 原动件：驱动力（或力矩）所作用的构件。→输入构件 从动件：随着原动构件的运动而运动的构件。→输出构件 在任何一个机构中，只能有一个构件作为机架。在活动构件中至少有一个构件为原动件，其余的活动构件都是从动件。 二、自由度、约束 自由度：构件具有独立运动参数的数目（相对于参考系） 在平面内作自由运动的构件具有3个自由度；在三维空间作自由运动的构件具有6个自由度。约束：运动副对构件间相对运动的限制作用 ?对构件施加的约束个数等于其自由度减少的个数。 三、运动副 使两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接成为运动副。运动副的作用是约束构件的自由度。 四、运动副类型及其代表符号 1. 低副——两构件以面接触而形成的运动副。 A.转动副：两构件只能在一个平面内作相对转动，又称作铰链。 自由度数1，只能转动； 约束数2，失去了沿X、Y方向的移动。 B.移动副：两构件只能沿某一轴线作相对移动。 自由度数1，只能X方向移动； 约束数2，失去Y方向移动和转动。
2. 高副—— 两构件以点或线接触而构成的运动副。 自由度数 2， 保持切线方向的移动和转动 约束数 1， 失去法线方向的移动。 五、运动链 运动链:若干个构件通过运动副联接而成的相互间可作相对运动的系统。 闭式运动链简称闭链：运动链的各构件首尾封闭 开式运动链简称开链：未构成首尾封闭的系统 §2.2 机构运动简图 定义：用运动副代表符号和简单线条来反映机构中各构件之间运动关系的简图。 构件均用形象、简洁的直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。 §2.3 平面机构的自由度计算 机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数目。（与构件数目，运动副的类型和数目有关） 一、机构自由度计算公式 H L 23P P n F --= 式中，n 为活动构件个数; L P 为低副个数；H P 为高副个数。 (a)双曲线画规机构 F=3n- 2PL-PH=3×5-2×7-0=1 (b) 牛头刨床机构 F=3n- 2PL-PH=3×6-2×8-1=1 二、机构具有确定运动的条件 机构要能运动，它的自由度必须大于零。 F ≤0，构件间无相对运动，不成为机构。
机械设计习题及答案 第一篇总论 第一章绪论 一．分析与思考题 1-1 机器的基本组成要素是什么? 1-2 什么是零件?什么是构件?什么是部件?试各举三个实例。 1-3 什么是通用零件?什么是专用零件?试各举三个实例。 第二章机械设计总论 一．选择题 2-1 机械设计课程研究的内容只限于_______。 (1) 专用零件的部件(2) 在高速，高压，环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件(3) 在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件(4) 标准化的零件和部件 2-2 下列8种机械零件：涡轮的叶片，飞机的螺旋桨，往复式内燃机的曲轴，拖拉机发动机的气门弹簧，起重机的起重吊钩，火车车轮，自行车的链条，纺织机的纱锭。其中有_____是专用零件。 (1) 3种(2) 4种(3) 5种(4) 6种 2-3 变应力特性可用σmax,σmin,σm, σa, r 等五个参数中的任意_____来描述。 (1) 一个(2) 两个(3) 三个(4) 四个 2-4 零件的工作安全系数为____。 (1) 零件的极限应力比许用应力(2) 零件的极限应力比零件的工作应力 (3) 零件的工作应力比许用应力(4) 零件的工作应力比零件的极限应力 2-5 在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的____。 (1) 屈服点(2) 疲劳极限(3) 强度极限(4) 弹性极限 二．分析与思考题 2-1 一台完整2-3 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些? 2-2 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些? 2-3 什么是零件的强度要求?强度条件是如何表示的?如何提高零件的强度? 2-4 什么是零件的刚度要求?刚度条件是如何表示的?提高零件刚度的措施有哪些? 2-5 机械零件设计中选择材料的原则是什么? 2-6 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450， 2-7 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别? 第三章机械零件的强度 一．选择题 3-1 零件的截面形状一定，如绝对尺寸(横截面尺寸)增大，疲劳强度将随之_____。 (1) 增高(2) 不变(3) 降低 3-2 零件的形状，尺寸，结构相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度______。 (1) 较高(2) 较低(3) 相同 3-3 零件的表面经淬火，渗氮，喷丸，滚子碾压等处理后，其疲劳强度_______。 (1) 增高(2) 降低(3) 不变(4) 增高或降低视处理方法而定 二．分析与思考题
1螺纹联接的防松的原因和措施是什么 答：原因——是螺纹联接在冲击，振动和变载的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，联接有可能松脱，高温的螺纹联接，由于温度变形差异等原因，也可能发生松脱现象，因此在设计时必须考虑防松。措施——利用附加摩擦力防松，如用槽型螺母和开口销，止动垫片等，其他方法防松，如冲点法防松，粘合法防松。 2．提高螺栓联接强度的措施 答：（1）降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围：a，为了减小螺栓刚度，可减螺栓光杆部分直径或采用空心螺杆，也可增加螺杆长度，b，被联接件本身的刚度较大，但被链接间的接合面因需要密封而采用软垫片时将降低其刚度，采用金属薄垫片或采用O形密封圈作为密封元件，则仍可保持被连接件原来的刚度值。（2）改善螺纹牙间的载荷分布，（3）减小应力集中，（4）避免或减小附加应力。3．轮齿的失效形式答：（1）轮齿折断，一般发生在齿根部分，因为轮齿受力时齿根弯曲应力最大，而且有应力集中，可分为过载折断和疲劳折断。（2）齿面点蚀，（3）齿面胶合（4）齿面磨损（5）齿面塑性变形。 4．齿轮传动的润滑。 答：开式齿轮传动通常采用人工定期加油润滑，可采用润滑油或润滑脂，一般闭式齿轮传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度V的大小而定，当V＜＝12时多采用油池润滑，当V＞12时，不宜采用油池润滑，这是因为（1）圆周速度过高，齿轮上的油大多被甩出去而达不到啮合区，（2）搅由过于激烈使油的温升增高，降低润滑性能，（3）会搅起箱底沉淀的杂质，加速齿轮的磨损，常采用喷油润滑。 5．为什么蜗杆传动要进行热平衡计算及冷却措施 《 答：由于蜗杆传动效率低，发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高，润滑失效，导致齿轮磨损加剧，甚至出现胶合，因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。措施——1），增加散热面积，合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片，2）提高表面传热系数，在蜗杆轴上装置风扇，或在箱体油池内装设蛇形冷却水管。6．带传动的有缺点。 答，优点——1）适用于中心距较大的传动，2）带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动，3）过载时带与带轮间产生打滑，可防止损坏其他零件，4）结构简单，成本低廉。缺点——1）传动的外廓尺寸较大，2）需要张紧装置，3）由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比，4）带的寿命短，5）传动效率较低。 8 与带传动和齿轮传动相比，链传动的优缺点 答：与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可减小轴承的摩擦损失，结构紧凑，能在温度较高，有油污等恶劣环境条件下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低，中心距较大时其传动结构简单。链传动的缺点——瞬时链速和瞬时传动比不是常数，传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。9．轴的作用，转轴，传动轴以及心轴的区别。 答：轴是用来支持旋转的机械零件。转轴既传动转矩又承受弯矩。传动轴只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小。心轴则只承受弯矩而部传动转矩。 < 10．轴的结构设计主要要求。 答：1），轴应便于加工，轴上零件要易于装拆。2），轴和轴上零件要有准确的加工位置，3）各零件要牢固而可靠的相对固定，4）改善受力状况，减小应力集中。11．形成动压油膜的必要条件。 答：1）两工作面间必须有楔形形间隙，2）两工作面间必须连续充满润滑油或其他粘性流体，3）两工作面间必须有相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油从大截面流进，小截面流出，此外，对于一定的载荷，必须使速度，粘度及间隙等匹配恰当。 13．变应力下，零件疲劳断裂具有的特征。 答：1）疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至屈服极限低，2）不管脆性材料或塑像材料，疲劳断裂口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂，3）疲劳断裂是损伤的积累。 14．机械磨损的主要类型——磨粒磨损，粘着磨损，疲劳磨损，腐蚀磨损。 … 15．垫圈的作用——增加被联接件的支撑面积以减小接触处的压强和避免拧紧螺母时擦伤被联接件的表面。16．滚动螺旋的优缺点。 答：优点——1）磨损很小，还可以用调整方法消除间隙并产生一定预变形来增加刚度，因此其传动精度很高，2）不具有自锁性，可以变直线运动为旋转运动。缺点——1）结构复杂，制造困难，2）有些机构中为了防止逆转而需另加自锁机构。 18 齿轮传动的功率损耗包括——啮合中的摩擦损耗，搅动润滑油的油阻损耗，轴承中的摩擦损耗。 20．轴瓦材料的性能——1）摩擦系数小，2）导热性好，热膨胀系数小，3）耐磨，耐蚀，抗胶合能力强，4）要有足够的机械强度和可塑性。 21提高螺纹连接强度的措施a降低影响螺栓疲劳强度的应力幅b改善螺纹牙上载荷分布不均的现象c减小应力集中的影响d采用合理的制造工艺方法 22提高轴的强度的常用措施 / a合理布置轴上零件以减小轴的载荷b改进轴上零件的结构以减小轴的载荷c改进轴的结构已减小轴的载荷d改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度
机械工程材料基本知识 1.1 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。 1.1.1强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为c,单位为MPa 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用③ 表示。抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用c表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。 1.1.2塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号S表示。断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用表示。 伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。 1.1.3 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。硬度的测试方法很多，生产
机械工程师知识架构 —2018.12.15 第一大类是所有工程师的基础； 第二大类是设计工程师、工艺工程师、热处理工程师需要掌握的； 第三大类是设计工程师需要掌握的； 第四大类是工艺工程师需要掌握的，设计工程师需要了解的； 第五大类是设计工程师领导人需要掌握的，设计工程师需要了解的； 第六大类是质量工程师需要掌握的，设计工程师需要了解计量与检测； 第七大类是数控工程师需要掌握的，计算机绘图所有工程师需要掌握的； 第八大类是物流工程师、设备工程师、工厂布局工程师需要掌握的 一、工程制图与公差配合 1．工程制图的一般规定 （1）图框 （2）图线 （3）比例 （4）标题栏、明细表 （5）视图表示方法 （6）图面的布置 （7）剖面符号与画法 2．零部件图样的规定画法 （1）机械系统零、部件图样的规定画法（螺纹及螺纹紧固件的画法齿轮、齿条、蜗杆、蜗轮及链轮的画法花键的画法及其尺寸标注弹簧的画法） （2）机械、液压、气动系统图的示意画法（机械零、部件的简化画法和符号管路、接口和接头简化画法及符号常用液压元件简化画法及符号） 3．原理图 （1）机械系统原理图的画法 （2）液压系统原理图的画法 （3）气动系统原理图的画法
4．示意图 5．尺寸、公差、配合与形位公差标注 （1）尺寸标注 （2）公差与配合标注（基本概念公差与配合的标注方法） （3）形位公差标注 6．表面质量描述和标注 （1）表面粗糙度的评定参数 （2）表面质量的标注符号及代号 （3）表面质量标注的说明 7．尺寸链 二、工程材料 1．金属材料 （1）材料特性（力学性能物理性能化学性能工艺性能） （2）晶体结构（晶体的特性金属的晶体结构金属的结晶金属在固态下的转变合金的结构） （3）铁碳合金相图（典型的铁碳合金的结晶过程分析碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响铁碳合金相图的应用） （4）试验方法（拉力试验冲击试验硬度试验化学分析金相分析无损探伤） （5）材料选择（使用性能工艺性能经济性） 2．其他工程材料 （1）工程塑料（常用热塑性工程塑料常用热固性工程塑料常用塑料成型方法工程塑料的应用） （2）特种陶瓷（氧化铝陶瓷氮化硅陶瓷碳化硅陶瓷氮化硼陶瓷金属陶瓷） （3）光纤（种类应用） （4）纳米材料（种类应用） 3．热处理 （1）热处理工艺（钢的热处理铸铁热处理有色金属热处理） （2）热处理设备（燃料炉电阻炉真空炉感应加热电源）
n P t P α γ C D A B ω P 12δδt h s = 12ωδt h v = 2=a 21222δδt h s =12 1 24δδωt h v =22 124t h a δω=2122)(2δδδ-- =t t h h s )(4121 2δδδω-=t t h v 22124t h a δ ω-=绪论：机械：机器与机构的总称。机器：机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。机构：是具有确定相对运动的构件的组合。用来传递运动和力的有一个构件为机架的用构件能够相对运动的连接方式组成的构件系统统称为机构。构件：机构中的（最小）运动单元一个或若干个零件刚性联接而成。是运动的单元，它可以是单一的整体，也可以是由几个零件组成的刚性结构。零件：制造的单元。分为：1、通用零件，2、专用零件。 一：自由度：构件所具有的独立运动的数目称为构件的自由度。 约束：对构件独立运动所施加的限制称为约束。运动副：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接。高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。低副：两构件通过面接触而构成的运动副。根据两构件间的相对运动形式，可分为转动副和移动副。F = 3n- 2PL-PH 机构的原动件（主动件）数目必须等于机构的自由度。复合铰链：三个或三个以上个构 件在同一条轴线上形成的转动副。由m 个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应 为（m-1）个。虚约束：重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束。计算机构的自由度时，虚约束应除去不计。局部自由度: 与输出件运动无关的自由度，计算机构自由度时可删除。 二：连杆机构：由若干构件通过低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。优点：(1)面接触低副，压强小，便于润滑，磨损轻，寿命长，传力大。(2)低副易于加工，可获得较高精度，成本低。(3)杆可较长，可用作实现远距离的操纵控制。(4)可利用连杆实现较复杂的运动规律和运动轨迹。缺点：(1)低副中存在间隙，精度低。(2)不容易实现精确复杂的运动规律。铰链四杆机构：具有转换运动功能而构件数目最少的平面连杆机构。整转副：存在条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。构成：整转副是由最短杆及其邻边构成。类型判定：(1）如果：lmin+lmax ≤其它两杆长度之和，曲柄为最短杆；曲柄摇杆机构：以最短杆的相邻构件为机架。双曲柄机构：以最短杆为机架。双摇杆机构：以最短杆的对边为机架。(2)如果： lmin+lmax ＞其它两杆长度之和；不满足曲柄存在的条件，则不论选哪个构件为机架，都为双摇杆机构。急回运动：有不少的平面机构，当主动曲柄做等速转动时，做往复运 动的从动件摇杆，在前进行程运行速度较慢，而回程运动速度要快，机构的这种性质就是所谓的机构的“急回运动”特性。 压力角：作用于C 点的力P 与C 点绝对速度方向所夹的锐角α。传动角：压力角的余角γ，死点：无论我们 在原 动件上施加 多大的力都不能使机构运 动，这种位置我们称为死点γ=0。解决办法：（1）在机构中安装大质量的飞轮，利用其惯性闯过转折点；（2）利用多组机构来消除运动不确定现象。即连杆BC 与摇杆CD 所夹锐角。 三：凸轮: 一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。从动件: 被凸轮直接推动的构件。机架: 固定不动的构件(导路)。凸轮类型：(1)盘形回转凸轮(2)移动凸轮 (3)圆柱回转凸轮 从动件类型：(1)尖顶从动件(2)滚子从动件(3)平底从动件(1)直动从动件 (2)摆动从动件 1基圆：以凸轮最小向径为半径作的圆，用rmin 表示。2推程：从动件远离中心位置的过 程。推程运动角δt ；3远休止：从动件在远离中心位置停留不动。远休止角δs ；4回程:从动件由远离中心位置向中心位置运动的过程。回程运动角δh ；5近休止:从动件靠近中心位置停留不动。近休止角δs ˊ；6行程:从动件在推程或回程中移动的距离，用 h 表示。7从动件位移线图：从动件位移S2与凸轮转角δ1之间的关系曲线称为从动件位移 线图。1.等 速运动规 律: 1、特点：设计简单、匀速进给。始点、末点有刚性冲击。适于低速、轻载、从动杆质量不大，以及要求匀速的情况。 2、等加速等减速运动规律: 推程等加速段运动方程： 推 程 等减速段运动方程： 柔 性冲击:加速度发 生有限值的突变（适用于中速场合） 3、简谐运动规律: 柔性冲击 四：根切根念：用范成法加工齿轮时，有时会发现刀具的顶部切入了轮齿的根部，而把齿根切去了一部分，破坏了渐开线齿廓，如图这种现象称为根切。 根切形成的原因：标准齿轮：刀具的齿顶线超过了极限啮合点N 。 不根切的条件可以表示为： 不根切的最少齿数为： 标准齿轮：指m 、α、ha*、c* 均取标准值，具有标准的齿顶高和齿根高，且分度圆齿厚s 等于齿槽宽e 的齿轮。 成型法：加工原理：成形法是用渐开线齿形的成形铣刀直接切出齿形。加工：(a) 盘形铣刀加工齿轮。(b)指状铣刀加工齿轮。缺点：加工精度低；加工不连续，生产率低；加工成本高。优点：可以用普通铣床加工。 范成法：加工原理：根据共轭曲线原理，利 用一对齿轮互相啮合传动时，两轮的齿廓互为包络线的原理来加工。加工：(a)齿轮插刀:是一个齿廓为刀刃的外齿轮。(b)齿条插刀（梳齿刀）:是一个齿廓为刀刃的齿条。原理与用齿轮插刀加工相同，仅是范成运动变为齿条与齿轮的啮合运动。(c)滚刀切齿:原理与用齿条插刀加工基本相同,滚刀转动时，刀刃的螺旋运动代替了齿条插刀的展成运动和切削运动。 九：失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。类型：（1）断裂。在机械载荷或应力作用下(有时还兼有各种热、腐蚀等因素作用)，使物体分成几个部分的现象，通常定义为固体完全断裂，简称断裂。静力拉断、疲劳断裂。（2）变形。由于作用零件上的应力超过了材料的屈服极限，使零 1 1PN PB ≤2 sin sin * α α mz m h a ≤ α 2* min sin 2a h z = )]cos(1[212δδπt h s -=)sin(2112δδπδωπt t h v =)cos(2122122δδπ δωπt t h a =
机械结构设计基础知识 1前言 1.1机械结构设计的任务 机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以，结构设计的直接产物虽是技术图纸，但结构设计工作不是简单的机械制图，图纸只是表达设计方案的语言，综合技术的具体化是结构设计的基本内容。 1.2机械结构设计特点 机械结构设计的主要特点有：（1）它是集思考、绘图、计算（有时进行必要的实验）于一体的设计过程，是机械设计中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。（2）机械结构设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯一的。（3）机械结构设计阶段是一个很活跃的设计环节，常常需反复交叉的进行。为此，在进行机械结构设计时，必须了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求 2机械结构件的结构要素和设计方法 2.1结构件的几何要素 机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。 零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。 2.2结构件之间的联接 在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。 零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的，成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，以保证齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关，如车床刀架的运动轨迹必须平行于于主轴的中心线，这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来保证的，所以，主轴与导轨之间位置相关；而刀架与主轴之间为运动相关。 多数零件都有两个或更多的直接相关零件，故每个零件大都具有两个或多个部位在结构上与其它零件有关。在进行结构设计时，两零件直接相关部位必须同时考虑，以便合理地选择材料的热处理方式、形状、尺寸、精度及表面质量等。同时还必须考虑满足间接相关条件，如进行尺寸链和精度计算等。一般来说，若某零件直接相关零件愈多，其结构就愈复杂；零件的间接相关零件愈多，其精度要求愈高。例如，轴毂联接见图1。 2.3结构设计据结构件的材料及热处理不同应注意的问题 机械设计中可以选择的材料众多，不同的材料具有不同的性质，不同的材料对应不同的加工工艺，结构设计中既要根据功能要求合理地选择适当的材料，又要根据材料的种类确定适当的加工工艺，并根据加工工艺的要求确定适当的结构，只有通过适当的结构设计才能使所选择的材料最充分的发挥优势。 设计者要做到正确地选择材料就必须充分地了解所选材料的力学性能、加工性能、使用成本等信息。结构设计中应根据所选材料的特性及其所对应的加工工艺而遵循不同的设计原则。
1螺纹联接的防松的原因和措施是什么? 答：原因——是螺纹联接在冲击，振动和变载的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，联接有可能松脱，高温的螺纹联接，由于温度变形差异等原因，也可能发生松脱现象，因此在设计时必须考虑防松。措施——利用附加摩擦力防松，如用槽型螺母和开口销，止动垫片等，其他方法防松，如冲点法防松，粘合法防松。 2．提高螺栓联接强度的措施 答：（1）降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围：a，为了减小螺栓刚度，可减螺栓光杆部分直径或采用空心螺杆，也可增加螺杆长度，b，被联接件本身的刚度较大，但被链接间的接合面因需要密封而采用软垫片时将降低其刚度，采用金属薄垫片或采用O形密封圈作为密封元件，则仍可保持被连接件原来的刚度值。（2）改善螺纹牙间的载荷分布，（3）减小应力集中，（4）避免或减小附加应力。3．轮齿的失效形式答：（1）轮齿折断，一般发生在齿根部分，因为轮齿受力时齿根弯曲应力最大，而且有应力集中，可分为过载折断和疲劳折断。（2）齿面点蚀，（3）齿面胶合（4）齿面磨损（5）齿面塑性变形。 4．齿轮传动的润滑。 答：开式齿轮传动通常采用人工定期加油润滑，可采用润滑油或润滑脂，一般闭式齿轮传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度V的大小而定，当V＜＝12时多采用油池润滑，当V＞12时，不宜采用油池润滑，这是因为（1）圆周速度过高，齿轮上的油大多被甩出去而达不到啮合区，（2）搅由过于激烈使油的温升增高，降低润滑性能，（3）会搅起箱底沉淀的杂质，加速齿轮的磨损，常采用喷油润滑。 5．为什么蜗杆传动要进行热平衡计算及冷却措施 答：由于蜗杆传动效率低，发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高，润滑失效，导致齿轮磨损加剧，甚至出现胶合，因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。措施——1），增加散热面积，合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片，2）提高表面传热系数，在蜗杆轴上装置风扇，或在箱体油池内装设蛇形冷却水管。6．带传动的有缺点。 答，优点——1）适用于中心距较大的传动，2）带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动，3）过载时带与带轮间产生打滑，可防止损坏其他零件，4）结构简单，成本低廉。缺点——1）传动的外廓尺寸较大，2）需要张紧装置，3）由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比，4）带的寿命短，5）传动效率较低。 8 与带传动和齿轮传动相比，链传动的优缺点 答：与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可减小轴承的摩擦损失，结构紧凑，能在温度较高，有油污等恶劣环境条件下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低，中心距较大时其传动结构简单。链传动的缺点——瞬时链速和瞬时传动比不是常数，传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。9．轴的作用，转轴，传动轴以及心轴的区别。 答：轴是用来支持旋转的机械零件。转轴既传动转矩又承受弯矩。传动轴只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小。心轴则只承受弯矩而部传动转矩。 10．轴的结构设计主要要求。 答：1），轴应便于加工，轴上零件要易于装拆。2），轴和轴上零件要有准确的加工位置，3）各零件要牢固而可靠的相对固定，4）改善受力状况，减小应力集中。11．形成动压油膜的必要条件。 答：1）两工作面间必须有楔形形间隙，2）两工作面间必须连续充满润滑油或其他粘性流体，3）两工作面间必须有相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油从大截面流进，小截面流出，此外，对于一定的载荷，必须使速度，粘度及间隙等匹配恰当。 13．变应力下，零件疲劳断裂具有的特征。 答：1）疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至屈服极限低，2）不管脆性材料或塑像材料，疲劳断裂口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂，3）疲劳断裂是损伤的积累。 14．机械磨损的主要类型——磨粒磨损，粘着磨损，疲劳磨损，腐蚀磨损。 15．垫圈的作用——增加被联接件的支撑面积以减小接触处的压强和避免拧紧螺母时擦伤被联接件的表面。16．滚动螺旋的优缺点。 答：优点——1）磨损很小，还可以用调整方法消除间隙并产生一定预变形来增加刚度，因此其传动精度很高，2）不具有自锁性，可以变直线运动为旋转运动。缺点——1）结构复杂，制造困难，2）有些机构中为了防止逆转而需另加自锁机构。 18 齿轮传动的功率损耗包括——啮合中的摩擦损耗，搅动润滑油的油阻损耗，轴承中的摩擦损耗。 20．轴瓦材料的性能——1）摩擦系数小，2）导热性好，热膨胀系数小，3）耐磨，耐蚀，抗胶合能力强，4）要有足够的机械强度和可塑性。 21提高螺纹连接强度的措施a降低影响螺栓疲劳强度的应力幅b改善螺纹牙上载荷分布不均的现象c减小应力集中的影响d采用合理的制造工艺方法 22提高轴的强度的常用措施 a合理布置轴上零件以减小轴的载荷b改进轴上零件的结构以减小轴的载荷c改进轴的结构已减小轴的载荷d改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 3滚动轴承正常的失效形式是内外圈滚道或滚动体上的点蚀破坏 46308—内径为40mm的深沟球轴承尺寸系列03，0级公差，0组游隙 7211c—内径为55mm的角接触球轴承，尺寸系列02，接触角15°，0级公差，0组游隙 N408\p5—内径为40mm的外圈无挡边圆柱滚子轴
名称 牌号（日标）使用范围备注 45号钢45#（S45C）机架钢板，支撑板，普通连接零 件，轴杆零件，仿形件 调质硬度在（洛氏硬度） HRC20-30之间，电镀Cr，发 黑 铬12Cr12Mo1V2 （SKD11） 热处理后用于冲压模，高强度零 件，耐磨零件，冲切刀 硬化处理HRC35-62，电镀Cr P203Cr2Mo 适用于大中型精密模具，易加 工，材质匀称度高，适合抛光模 具 购买来就具备硬度HRC30-36 NAK80（NAK80）模具钢，适合做高效落料模，冲 载模及压印模， 各种切刀 购买来就具备硬度HRC37-43 ASP60ASP60超级高合金高速钢，刀具、切断 车刀、成形刀、冷作工具 良好的热处理尺寸稳定，红 硬性高，硬化处理HRC64-68 锋钢/风钢W6Mo5Cr4V2 （SKH51） 宜于制造强力切割用，耐磨，耐 冲击各种工具刀，高级冲模，螺 丝模 硬化处理HRC60-64 ，高温下 也可具备硬度 名称 牌号（日标）使用范围备注 冷轧钢板Q195钣金折弯件，镀锌板，外罩，壳 体，防护板，喷漆支架 0.5-6mm内选用 镀锌钢板镀锌钢板用于防生锈，强度要求不高，底 板，盖板，防护板，电气安装板 表面电镀有锌层，耐蚀性、 涂漆性、装饰性 不锈钢 0Cr18Ni9 (SUS304） 防锈零件，水箱，料盒，落料滑 槽，外观件 不需要电镀，快速加工使用 零件 ，比喷漆钢板更效率 不锈铁4Cr17(SUS430)紧急代替电镀件，可热处理，有 一定的防锈性能，连接件 HRC35-55，电镀Cr 软光轴45#或40cr 支撑柱，机构连接件，连杆，手 柄杆，轴承连杆 表面有硬铬，亮白，易加 工，轴外径公差g6 硬光轴GCR15直线轴承用轴杆，高耐磨高硬 度，尺寸精度要求高的零件，可 作定位销 HRC602硬化层深度：0.8- 3mm，轴外径公差g6