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西南大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識
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機(jī)械零件常用材料：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（Q屈服強(qiáng)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(diǎn)不小于230，抗拉強(qiáng)度不小于450）、鑄鐵（HT200灰鑄鐵抗拉強(qiáng)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(xué)熱處理（滲碳、滲氮、碳氮共滲).
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機(jī)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(jī)械加工、便于零件的裝卸和可靠定位 .
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機(jī)械零件常見的失效形式：因強(qiáng)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(yùn)動精度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求 .
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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.
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疲勞破壞及其特點(diǎn)：變應(yīng)力作用下的破壞稱為疲勞破壞。特點(diǎn)：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.
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接觸疲勞破壞的特點(diǎn)：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(kuò)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(diǎn)蝕。疲勞點(diǎn)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(diǎn)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(gòu)件的受力情況（多個行星輪）、增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的剛度（軸與軸承）、保證機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)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(dāng)量摩擦角.
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螺旋機(jī)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.
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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(yīng)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(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用：①變回轉(zhuǎn)運(yùn)動為直線運(yùn)動，傳力螺旋（千斤頂、壓力機(jī)、臺虎鉗）、傳導(dǎo)螺旋（車窗進(jìn)給螺旋機(jī)構(gòu)）、調(diào)整螺旋（測微計(jì)、分度機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)、道具進(jìn)給量的微調(diào)機(jī)構(gòu)）②變直線運(yùn)動為回轉(zhuǎn)運(yùn)動.
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螺旋機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：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(jī)構(gòu)的機(jī)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(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用的原因：能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動形式的轉(zhuǎn)換；連桿機(jī)構(gòu)中各運(yùn)動副均為低副，壓強(qiáng)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(jī)架.
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凸輪運(yùn)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(jī)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 .
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滾子半徑選擇：ρa(bǔ)=ρ-r，當(dāng)ρ=r時，在凸輪實(shí)際輪廓上出現(xiàn)尖點(diǎn)，即變尖現(xiàn)象，尖點(diǎn)很容易被磨損；當(dāng)ρ＜r時，實(shí)際廓線發(fā)生相交，交叉線的上面部分在實(shí)際加工中被切掉，使得推桿在這一部分的運(yùn)動規(guī)律無法實(shí)現(xiàn)，即運(yùn)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.
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齒輪傳動的優(yōu)缺點(diǎn)：①優(yōu)點(diǎn)：適用的圓周速度和功率范圍廣；傳動比精確；機(jī)械效率高；工作可靠；壽命長；可實(shí)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(diǎn)：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.
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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；
�、跐u開線上任一點(diǎn)的法線必與基圓相切，且N點(diǎn)位漸開線在K點(diǎn)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(diǎn)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(yīng)點(diǎn)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
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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(jìn)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
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輪齒的連續(xù)傳動條件：重合度ε=B1B2/ρb＞1（實(shí)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(diǎn)的公法線，必于兩齒輪的連心線交于相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)C，該節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，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�。虎劢鉀Q方法：正變位齒.
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正變位齒輪優(yōu)點(diǎn)：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(shí)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(qiáng)度.
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齒輪的失效形式：齒輪折斷、齒面點(diǎn)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(diǎn)蝕和輪齒折斷；蝸桿傳動的失效形式為輪齒的膠合、點(diǎn)蝕和磨損.
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齒輪設(shè)計(jì)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(qiáng)度及保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)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(fèi)用，故在滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)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(shí)現(xiàn)變速、變向傳動（汽車變速箱）；實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的合成與分解（差速器、汽車后橋）；實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動（發(fā)動機(jī)主減速器、行星減速器）.
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帶傳動優(yōu)缺點(diǎn)：①優(yōu)點(diǎn)：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(hù)方便，成本低；適用于中心距較大的傳動；②缺點(diǎn)：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(jì)準(zhǔn)則：在不打滑的前提下，具有一定的疲勞強(qiáng)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(jī)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(diǎn)法、端焊法、黏結(jié)法）.
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提高螺栓連接強(qiáng)度的方法：避免產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力；減少應(yīng)力集中.
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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）.
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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(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(yùn)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 .
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聯(lián)軸器分類：剛性聯(lián)軸器（無補(bǔ)償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補(bǔ)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(jī)械可選用齒式聯(lián)軸器；對于高速、有振動和沖擊的機(jī)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.
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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(yàn)算軸承壓強(qiáng)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(dǎo)致摩擦面的膠合破壞；演算v：當(dāng)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(bào)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(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矩）.
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軸的計(jì)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(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力，當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，取α=0.3；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取α=0.6；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，取α=1（α為折合系數(shù)）
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軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般原則：軸的受力合理，有利于滿足軸的強(qiáng)度條件；軸和軸上的零件要可靠的固定在準(zhǔn)確的工作位置上；軸應(yīng)便于加工；軸上的零件要便于拆裝和調(diào)整；盡量減少應(yīng)力集中等.
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滾動軸承類型選擇影響因素：轉(zhuǎn)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(jī)械速度波動：
①原因：原動機(jī)的驅(qū)動力和工作機(jī)的阻抗力都是變化的，若兩者不能時時相適應(yīng)，就會引起機(jī)械速度的波動。當(dāng)驅(qū)動功大于阻抗功時，機(jī)器出現(xiàn)盈功，機(jī)器的動能增加，角速度增大，反之相反。②危害：速度波動會導(dǎo)致在運(yùn)動副中產(chǎn)生附加動壓力，并引起機(jī)械振動，降低機(jī)械的壽命，影響機(jī)械效率和工作質(zhì)量；③調(diào)節(jié)方法：周期性：在機(jī)械中加上一個轉(zhuǎn)動慣量較大的回轉(zhuǎn)件飛輪；非周期性：采用調(diào)速器來調(diào)節(jié).
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