机械结构设计的方法和基本要求 摘要：随着现代机械制造业的快速发展，对机械产品质量也提出更高的要求。 从现行大多机械设备设计情况看，更注重以自动化、轻量化、精密型以及高效型 等为设计方向。但也有部分设备运行中在噪声、振动问题上较为严重，不仅影响 设备综合性能的发挥，也容易对操作人员带来一定的伤害。通过实践研究发现， 将动态设计方法引入其中，对提升机械结构设计水平可起到明显作用。 关键词：机械结构设计；方法；要求 引言 机械结构设计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。 1机械零件结构工艺性分析的重要性 日常生产中，在对机器零件进行设计时，要求其结构不仅具体满足使用条件，而且要求结构的工艺性能良好，即具有很强的可行性和经济性。只有满足机械结 构设计的工艺性，才能保障生产地顺利进行，还具有零件装载完整、成本消耗少 等优点，能在市场竞争中处于优势地位。因此机器零件的结构工艺性设计是进行 机械设计的关键，其涉及面广、综合性强，值得深入研究。 此外，重视对机械零件的结构工艺性进行分析，可以促进机械加工工艺过程 合理化，减少工作量，提高工作效率。具体来讲，应该做好以下几方面工作：1）认真分析机械零件的结构对机械零件（尤其是复杂零件）的结构进行分析时，首 先要通过对图纸的详细分析，弄清各零件在产品中的装配关系和作用，再对该零 件指数（包括形状、尺寸等）和性质（如粗糙度等）进行详细分析；2）认真分 析零件加工工艺性在对机械零件的结构进行了详细、认真分析的基础上，搞清楚 各形状和尺寸的设计基准，分析个表面工艺性，检查各加工面设计基准与定位基 准是否重合，避免基准链换算而增加计算工作量。 2.机械结构设计常见问题分析 2.1机械结构在温度变化较大时，会产生较大的尺寸变化 较长零部件或者机械结构在温度变化较大时，会产生较大的尺寸变化，在设 计时应考虑温度变化产生的自由伸缩空间，如可以采用能够自由移动的支座、自 由胀缩的管道结构等。 2.2滑动轴承采用接触式密封结构 由于滑动轴承比滚动轴承的间隙大，而且滑动轴承发生一些磨损后，轴心产 生相应的移动，因此滑动轴承宜采用接触式密封结构。 2.3同一轴上布置两个键时，根据不同的键类型，选择不同的结构方式 半圆键是靠侧面传力的，由于键槽较深，若在同一个横剖面内采用对称布置 两个半圆键，将严重削弱轴的强度，最好将两个半圆键设计在同一轴向母线上， 平键两侧是工作面，上表面与轮毂键槽底面间有间隙，工作时靠轴槽、键及毂槽 的侧面受挤压来传递转矩，不能实现轴上零件的轴向固定，靠上下面压紧产生承 受载荷，连接处的偏压也承受载荷。 2.4对于带传动、链传动错误的结构设计 带传动结构设计时，由于紧边下垂较小，而松边下垂较大，应使紧边在下，
《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。
复习课本，课后每章作业题，以及打印习题 做过作业题每个都必须掌握，没掌握看书，涉及到公式记住，讲过的题必须掌 握方法， 一绪论 1、机器的基本组成要素是什么？ 【答】机械系统总是由一些机构组成，每个机构又是由许多零件组成。所以，机器的基本组成要素就是机械零件。 2、什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例。 【答】在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。 在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。 3、在机械零件设计过程中，如何把握零件与机器的关系？ 【答】在相互连接方面，机器与零件有着相互制约的关系； 在相对运动方面，机器中各个零件的运动需要满足整个机器运动规律的要求； 在机器的性能方面，机器的整体性能依赖于各个零件的性能，而每个零件的设计或选择又和机器整机的性能要求分不开。 二机械设计总论 1、机器由哪三个基本组成部分组成？传动装置的作用是什么？ 【答】机器的三个基本组成部分是：原动机部分、执行部分和传动部分。 传动装置的作用：介于机器的原动机和执行部分之间，改变原动机提供的运动和动力参数，以满足执行部分的要求。 2、什么叫机械零件的失效？机械零件的主要失效形式有哪些？ 【答】机械零件由于某种原因丧失工作能力或达不到设计要求的性能称为失效。 机械零件的主要失效形式有 1）整体断裂； 2）过大的残余变形（塑性变形）； 3）零件的表面破坏，主要是腐蚀、磨损和接触疲劳； 4）破坏正常工作条件引起的失效：有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作，如果破坏了这些必要的条件，则将发生不同类型的失效，如带传动的打滑，高速转子由于共振而引起断裂，滑动轴承由于过热而引起的胶合等。
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。
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
第4章常用机构 4.1 平面连杆机构 4.1.1 平面连杆机构的组成 我们将机构中所有构件都在一平面或相互平行的平面内运动的机构称为平面机构。 1、构件的自由度 如图4－1所示，一个在平面内自由运动的构件，有沿X轴移动，沿y轴移动或绕A点转动三种运动可能性。我们把构件作独立运动的可能性称为构件的“自由度”。所以，一个在平面自由运动的构件有三个自由度。可用如图4－1所示的三个独立的运动参数x、y、θ表示。 2、运动副和约束 平面机构中每个构件都不是自由构件，而是以一定的方式与其他构件组成动联接。这种使两构件直接接触并能产生一定运动的联接，称为运动副。两构件组成运动副后，就限制了两构件间的部分相对运动，运动副对于构件间相对运动的这种限制称为约束。机构就是由若干构件和若干运动副组合而成的，因此运动副也是组成机构的主要要素。
两构件组成的运动副，不外乎是通过点、线、面接触来实现的。根据组成运动副的两构件之间的接触形式，运动副可分为低副和高副。 （1）低副两构件以面接触形成的运动副称为低副。按它们之间的相对运动是转动还是移动，低副又可分为转动副和移动副。 ①转动副组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线作相对转动的运动副。通常转动副的具体结构形式是用铰链连接，即由圆柱销和销孔所构成的转动副，如图4－2（a）所示。 ②移动副组成运动副的两构件只能作相对直线移动的运动副，如图4－2（b）所示。 由上述可知，平面机构中的低副引入了两个约束，仅保留了构件的一个自由度。因转动副和移动副都是面接触，接触面压强低，称为低副。我们将由若干构件用低副连接组成的机构称为平面连杆机构，也称低副机构。由于低副是面接触，压强低，磨损量小，而且接触面是圆柱面和平面，制造简便，且易获得较高的制造精度。此外，这类机构容易实现转动、移动等基本的运动形式及转换，因而是在一般机械和仪器中应用广泛。平面连杆机构也有其缺点：低副中的间隙不易消除，引起运动误差，且不易精确地实现复杂的运动规律。 （2）高副两构件以点或线接触形成的运动副称为高副，如图4－3所示。这类运动副因为接触部位是点或线接触，接触部位压强高，故称为高副。
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）
机械设计模拟题 一、填空题（每小题2分，共20分） 1、机械零件的设计方法有理论设计经验设计模型试验设计。 2、机器的基本组成要素是机械零件。 3、机械零件常用的材料有金属材料高分子材料陶瓷材料复合材料。 4、按工作原理的不同联接可分为形锁合连接摩擦锁合链接材料锁合连接。 5、联接按其可拆性可分为可拆连接和不可拆连接。 6、可拆联接是指不需破坏链接中的任一零件就可拆开的连接。 7、根据牙型螺纹可分为普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹。 8、螺纹大径是指与螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径，在标准中被定为公称直径。 9、螺纹小径是指螺纹最小直径，即与螺纹牙底相切的假想的圆柱直径。 10、螺纹的螺距是指螺纹相邻两牙的中径线上对应两点间的轴向距离。 11、导程是指同一条螺纹线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴线距离。 12、螺纹联接的基本类型有螺栓连接双头螺栓连接螺钉连接紧定螺钉连接。 13、控制预紧力的方法通常是借助测力矩扳手或定力矩扳手，利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。 14、螺纹预紧力过大会导致整个链接的结构尺寸增大，也会使连接件在装配或偶然过载时被拉断。 15、螺纹防松的方法，按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松、破坏螺旋运动关系防松。 16、对于重要的螺纹联接，一般采用机械防松。 17、受横向载荷的螺栓组联接中，单个螺栓的预紧力F?为。
18、键联接的主要类型有平键连接半圆键连接楔键连接切向键连接。 19、键的高度和宽度是由轴的直径决定的。 20、销按用途的不同可分为定位销连接销安全销。 21、无键联接是指轴与毂的连接不用键或花键连接。 22、联轴器所连两轴的相对位移有轴向位移径向位移角位移综合位移。 23、按离合器的不同工作原理，离合器可分为牙嵌式和摩擦式。 24、按承受载荷的不同，轴可分为转轴心轴传动轴。 25、转轴是指工作中既承受弯矩又受扭矩的轴。 26、心轴是指只受弯矩不承受扭矩的轴。 27、传动轴是指只受扭矩不受弯矩的轴。 28、轴上零件都必须进行轴向和周向定位。 29、轴上常用的周向定位零件有键花键销紧定螺钉。 30、轴上零件的轴向定位常用轴肩套筒轴端挡圈轴端端盖圆螺母。 31、根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承。 32、滑动轴承按其承受载荷方向的不同，可分为径向轴承和止推轴承。 33、滑动轴承的失效形式有磨粒磨损、刮伤、咬粘、疲劳剥落、腐蚀。 34、向心轴承是主要承受径向载荷的轴承。 35、推力轴承是指只能承受轴向载荷的轴承。 36、向心推力轴承是指能同时承受轴向和径向载荷的轴承。 37、轴承的基本额定寿命是指一组相同的轴承在相同条件下进行运转时，90%不发生点蚀破坏前的转数或工作小时数。
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。
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
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 =