机械设计全面.docx

1、机械设计全面机械设计流程：1、根据用户订货、市场需要和新科研成果制定设计任务。2、初步设计。包括确定机械的工作原理和基本结构形式，进行运动设计、结构设计并绘制初步总图以及初步审查。3、技术设计。包括修改设计（根据初审意见）、绘制全部零部件和新的总图以及第二次审查。4、工作图设计。包括最后的修改（根据二审意见）、绘制全部工作图（如零件图、部件装配图和总装配图等）、制定全部技术文件（如零件表、易损件清单、使用说明等）。5、定型设计。用于成批或大量生产的机械。对于某些设计任务比较简单（如简单机械的新型设计、一般机械的继承设计或变型设计等）的机械设计可省去初步设计程序。机械设计基本知识：1、机械零件常

2、用材料：普通碳素结构钢（Q屈服强度）优质碳素结构钢（20平均碳的质量分数为万分之20）、合金结构钢（20Mn2锰的平均质量分数约为2%）、铸钢（ZG230-450屈服点不小于230，抗拉强度不小于450）、铸铁（HT200灰铸铁抗拉强度）2、常用的热处理方法：退火（随炉缓冷）、正火（在空气中冷却）、淬火（在水或油中迅速冷却）、回火（吧淬火后的零件再次加热到低于临界温度的一定温度，保温一段时间后在空气中冷却）、调质（淬火+高温回火的过程）、化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗）3、机械零件的结构工艺性：便于零件毛坯的制造、便于零件的机械加工、便于零件的装卸和可靠定位4、机械零件常见的失效形式：因强度

3、不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损、打滑或过热；连接松动；容器、管道等的泄露；运动精度达不到设计要求5、应力的分类：分为静应力和变应力。最基本的变应力为稳定循环变应力，稳定循环变应力有非对称循环变应力、脉动循环变应力和对称循环变应力三种6、疲劳破坏及其特点：变应力作用下的破坏称为疲劳破坏。特点：在某类变应力多次作用后突然断裂；断裂时变应力的最大应力远小于材料的屈服极限；即使是塑性材料，断裂时也无明显的塑性变形。确定疲劳极限时，应考虑应力的大小、循环次数和循环特征7、接触疲劳破坏的特点：零件在接触应力的反复作用下，首先在表面或表层产生初始疲劳裂纹，然后再滚动接触过程中，由于

4、润滑油被基金裂纹内而造成高压，使裂纹扩展，最后使表层金属呈小片状剥落下来，在零件表面形成一个个小坑，即疲劳点蚀。疲劳点蚀危害：减小了接触面积，损坏了零件的光滑表面，使其承载能力降低，并引起振动和噪声。疲劳点蚀使齿轮。滚动轴承等零件的主要失效形式8、引入虚约束的原因：为了改善构件的受力情况（多个行星轮）、增强机构的刚度（轴与轴承）、保证机械运转性能9、螺纹的种类：普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹10、自锁条件：即螺旋升角小于等于当量摩擦角11、螺旋机构传动与连接：普通螺纹由于牙斜角大，自锁性好，故常用于连接；矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹因小，传动效率高，故常用于传动12、螺旋副的效

5、率：=有效功/输入功=tan/tan（+v）一般螺旋升角不宜大于40。在d2和P一定的情况下，锁着螺纹线数n的增加，将增大，传动效率也相应增大。因此，要提高传动效率，可采用多线螺旋传动13、螺旋机构的类型及应用：变回转运动为直线运动，传力螺旋（千斤顶、压力机、台虎钳）、传导螺旋（车窗进给螺旋机构）、调整螺旋（测微计、分度机构、调整机构、道具进给量的微调机构）变直线运动为回转运动14、螺旋机构的特点：具有大的减速比；具有大的里的增益；反行程可以自锁；传动平稳，噪声小，工作可靠；各种不同螺旋机构的机械效率差别很大（具有自锁能力的的螺旋副效率低于50%）15、连杆机构广泛应用的原因：能实现多种运动形

6、式的转换；连杆机构中各运动副均为低副，压强小、磨损轻、便于润滑、寿命长；其接触表面是圆柱面或平面，制造比较简易，易于获得较高的制造精度16、曲柄存在条件：最短杆长度+最长杆长度其他两杆之和最短杆为连架杆或机架。17、凸轮运动规律及冲击特性：等速：刚性冲击、低速轻载等加速等减速：柔性冲击、中速轻载余弦加速度：柔性冲击、中速中载正弦加速度：无冲击、高速轻载18、凸轮机构压力角与基圆半径关系：r0=v2/(tan)-s，其中r0为基圆半径，s为推杆位移量19、滚子半径选择：a=-r，当=r时，在凸轮实际轮廓上出现尖点，即变尖现象，尖点很容易被磨损；当r时，实际廓线发生相交，交叉线的上面部分在实际加工

7、中被切掉，使得推杆在这一部分的运动规律无法实现，即运动失真；所以应保证r，通常取r0.8，一般可增大基圆半径以使增大20、齿轮传动的优缺点：优点：适用的圆周速度和功率范围广；传动比精确；机械效率高；工作可靠；寿命长；可实现平行轴、相交轴交错轴之间的传动；结构紧凑；缺点：要求有较高的制造和安装精度，成本较高；不适宜于远距离的两轴之间的传动21、渐开线的特性：发生线在基圆上滚过的一段长度等于基圆上被滚过的弧长；渐开线上任一点的法线必与基圆相切，且N点位渐开线在K点的曲率中心，线段NK为其曲率半径；cosk=ON/OK=rb/rk 渐开线上各点的压力角不等，向径rk越大，其压力角越大，基圆上压力角为

8、零；渐开线的形状取决于基圆大小，随着基圆半径增大，渐开线上对应点的曲率半径也增大，当基圆无限大时，渐开线成为直线，故渐开线齿条的齿廓为直线；基圆以内无渐开线22、齿轮啮合条件：必须保证处于啮合线上的各对齿轮都能正确的进入啮合状态， m1=m2=m；1=2=即模数和压力角都相等；斜齿轮还要求两轮螺旋角必须大小相等，旋向相反；锥齿轮还要求两轮的锥距相等；涡轮蜗杆要求蜗杆的导程角与涡轮的螺旋角大小相等，旋向相同23、轮齿的连续传动条件：重合度=B1B2/b1（实际啮合线段B1B2的长度大于轮齿的法向齿距）124、齿廓啮合基本定律：作平面啮合的一对齿廓，它们的瞬时接触点的公法线，必于两齿轮的连心线交于

9、相应的节点C，该节点将齿轮的连心线所分的两个线段的与齿轮的角速成反比。25、根切：产生原因：用齿条型刀具（或齿轮型刀具）加工齿轮时。若被加工齿轮的齿数过少，道具的齿顶线就会超过轮坯的啮合极限点，这时会出现刀刃把齿轮根部的渐开线齿廓切去一部分的现象，即根切；后果：使得齿轮根部被削弱，齿轮的抗弯能力降低，重合度减小；解决方法：正变位齿轮26、正变位齿轮优点：可以加工出齿数小于Zmin而不发生根切的齿轮，使齿轮传动结构尺寸减小；选择适当变位量来满足实际中心距得的要求；提高小齿轮的抗弯能力，从而提高一对齿轮传动的总体强度27、齿轮的失效形式：齿轮折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损；开式齿轮主要失效形式

10、为齿轮磨损和轮齿折断；闭式齿轮主要是齿面点蚀和轮齿折断；蜗杆传动的失效形式为轮齿的胶合、点蚀和磨损28、齿轮设计准则：对于一般使用的齿轮传动，通常只按保证齿面接触疲劳强度及保证齿根弯曲疲劳强度 进行计算29、参数选择：齿数：保持分度圆直径不变，增加齿数能增大重合度，改善传动的平稳性，节省制造费用，故在满足齿根弯曲疲劳强度的条件下，齿数多一些好；闭式z=2040开式z=1720；齿宽系数：大齿轮齿宽b2=b；小齿轮b1=b2+（210）mm；齿数比：直齿u5；斜齿u67；开式齿轮或手动齿轮u可取到81230、直齿轮传动平稳性差，冲击和噪声大；斜齿轮传动平稳，冲击和噪声小，适合于高速传动31、轮系

11、的功用：获得大的传动比（减速器）；实现变速、变向传动（汽车变速箱）；实现运动的合成与分解（差速器、汽车后桥）；实现结构紧凑的大功率传动（发动机主减速器、行星减速器）32、带传动优缺点：优点：具有良好的弹性，能缓冲吸振，尤其是V带没有接头，传动较平稳，噪声小；过载时带在带轮上打滑，可以防止其他器件损坏；结构简单，制造和维护方便，成本低；适用于中心距较大的传动；缺点：工作中有弹性滑动，使传动效率降低，不能准确的保持主动轴和从动轴的转速比关系；传动的外廓尺寸较大；由于需要张紧，使轴上受力较大；带传动可能因摩擦起电，产生火花，故不能用于易燃易爆的场合33、影响带传动承载能力的因素：初拉力Fo包角a 摩

12、擦系数f 带的单位长度质量q 速度v34、带传动的主要失效形式：打滑和疲劳破坏；设计准则：在不打滑的前提下，具有一 定的疲劳强度和寿命。35、弹性滑动与打滑：打滑：由于超载所引起的带在带轮上的全面滑动，可以避免；弹性滑动：由于带的弹性变形而引起的带在带轮上的滑动，不可避免36、螺纹连接的基本类型：螺栓连接（普通螺栓连接、铰制孔用螺栓连接）、双头螺柱连接、螺钉连接、紧螺钉连接37、螺纹连接的防松：摩擦防松（弹簧垫圈、双螺母、椭圆口自锁螺母、横向切口螺母）、机械防松（开口销与槽形螺母、止动垫圈、圆螺母止动垫圈、串连钢丝）、永久防松（冲点法、端焊法、黏结法）38、提高螺栓连接强度的方法：避免产生附加

13、弯曲应力；减少应力集中39、键连接类型：平键连接（侧面）、半圆键连接（侧面）、楔键连接（上下面）、花键连接（侧面）40、平键的剖面尺寸确定：键的截面尺寸bh（键宽键高）以及键长L41、联轴器与离合器区别：连这都是用来连接两轴（或轴与轴上的回转零件），使它们一起旋转并传递扭矩的器件，用联轴器连接的两根轴，只有在停止运转后用拆卸的方法才能将他们分离；离合器则可在工作过程中根据工作需要不必停转随时将两轴接合或分离42、联轴器分类：刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）43、联轴器类型的选择：对于低速、刚性大的短轴可选用刚性联轴器；对于低速、刚性小的长轴可选用无弹性元件的挠性联轴器；对传递

14、转矩较大的重型机械可选用齿式联轴器；对于高速、有振动和冲击的机械可选用有弹性元件的挠性联轴器；对于轴线位置有较大变动的两轴，则应选用十字轴万向联轴器44、轴承摩擦状态：干摩擦状态、边界摩擦状态、液体摩擦状态、混合摩擦状态；边界和混合摩擦统称为非液体摩擦45、验算轴承压强p：控制其单位面积的压力，防止轴瓦的过度磨损；演算pv：控制单位时间内单位面积的摩擦功耗fpv，防止轴承工作时产生过多的热量而导致摩擦面的胶合破坏；演算v：当压力比较小时，p和pv的演算均合格的轴承，由于滑动速度过高，也会发生因磨损过快而报废，因此需要保证vv46、非液体摩擦滑动轴承的主要失效形式为磨损和胶合47、轴的分类：心轴

15、（转动心轴、固定心轴；只承受弯矩不承受扭矩）、转轴（即承受弯矩又承受扭矩）、传动轴（主要承受扭矩，不承受或承受很小弯矩）48、轴的计算注意：轴上有键槽时，放大轴径：一个键槽3-5；两个键槽7-10式中弯曲应力为对称循环变应力，当扭转切应力为静应力时，取=0.3；当扭转切应力为脉动循环变应力时，取=0.6；若扭转切应力为对称循环变应力时，取=1 （为折合系数）49、轴结构设计一般原则：轴的受力合理，有利于满足轴的强度条件；轴和轴上的零件要可靠的固定在准确的工作位置上；轴应便于加工；轴上的零件要便于拆装和调整；尽量减少应力集中等50、滚动轴承类型选择影响因素：转速高低、受轴向力还是径向力、载荷大小

16、、安装尺寸的要求等51、机械速度波动：原因：原动机的驱动力和工作机的阻抗力都是变化的，若两者不能时时相适应，就会引起机械速度的波动。当驱动功大于阻抗功时，机器出现盈功，机器的动能增加，角速度增大，反之相反。危害：速度波动会导致在运动副中产生附加动压力，并引起机械振动，降低机械的寿命，影响机械效率和工作质量；调节方法：周期性：在机械中加上一个转动惯量较大的回转件飞轮；非周期性：采用调速器来调节。机械设计注意事项：第1章 提高强度和刚度的结构设计1.1避免受力点与支持点距离太远1.2避免悬臂结构或减小悬臂长度1.3勿忽略工作载荷可以产生的有利作用1.4受振动载荷的零件避免用摩擦传力1.5避免机构中

17、的不平衡力1.6避免只考虑单一的传力途径1.7不应忽略在工作时零件变形对于受力分布的影响1.8避免铸铁件受大的拉伸应力1.9避免细杆受弯曲应力1.10受冲击载荷零件避免刚度过大1.11受变应力零件避免表面过于粗糙或有划痕1.12受变应力零件表面应避免有残余拉应力1.13受变载荷零件应避免或减小应力集中1.14避免影响强度的局部结构相距太近1.15避免预变形与工作负载产生的变形方向相同1.16钢丝绳的滑轮与卷筒直径不能太小1.17避免钢丝绳弯曲次数太多，特别注意避免反复弯曲1.18起重时钢丝绳与卷筒联接处要留有余量1.19可以不传力的中间零件应尽量避免受力1.20尽量避免安装时轴线不对中产生的附

18、加力1.21尽量减小作用在地基上的力第2章 提高耐磨性的结构设计2.1避免相同材料配成滑动摩擦副2.2避免白合金耐磨层厚度太大2.3避免为提高零件表面耐磨性能而提高对整个零件的要求2.4避免大零件局部磨损而导致整个零件报废2.5用白合金作轴承衬时，应注意轴瓦材料的选择和轴瓦结构设计2.6润滑剂供应充分，布满工作面2.7润滑油箱不能太小2.8勿使过滤器滤掉润滑剂中的添加剂2.9滑动轴承的油沟尺寸、位置、形状应合理2.10滚动轴承中加入润滑脂量不宜过多2.11对于零件的易磨损表面增加一定的磨损裕量2.12注意零件磨损后的调整2.13同一接触面上各点之间的速度、压力差应该小2.14采用防尘装置防止磨

19、粒磨损2.15避免形成阶梯磨损2.16滑动轴承不能用接触式油封2.17对易磨损部分应予以保护2.18对易磨损件可以采用自动补偿磨损的结构第3章 提高精度的结构设计3.1尽量不采用不符合阿贝原则的结构方案3.2避免磨损量产生误差的互相叠加3.3避免加工误差与磨损量互相叠加3.4导轨的驱动力作用点，应作用在两导轨摩擦力的压力中心上，使两条导轨摩擦力产生的力矩互相平衡3.5对于要求精度较高的导轨，不宜用少量滚珠支持3.6要求运动精度的减速传动链中，最后一级传动比应该取最大值3.7测量用螺旋的螺母扣数不宜太少3.8必须严格限制螺旋轴承的轴向窜动3.9避免轴承精度的不合理搭配3.10避免轴承径向振摆的不

20、合理配置3.11避免紧定螺钉影响滚动导轨的精度3.12当推杆与导路之间间隙太大时，宜采用正弦机构，不宜采用正切机构3.13正弦机构精度比正切机构高第4章 考虑人机学的结构设计问题4.1合理选定操作姿势4.2设备的工作台高度与人体尺寸比例应采用合理数值4.3合理安置调整环节以加强设备的适用性4.4机械的操纵、控制与显示装置应安排在操作者面前最合理的位置4.5显示装置采用合理的形式”4.6仪表盘上的刻字应清楚易读4.7旋钮大小、形状要合理4.8按键应便于操作4.9操作手柄所需的力和手的活动范围不宜过大4.10手柄形状便于操作与发力4.11合理设计坐椅的尺寸和形状4.12合理设计坐椅的材料和弹性4.

21、13不得在工作环境有过大的噪声4.14操作场地光照度不得太低第5章 考虑发热、腐蚀、噪声等问题的结构设计5.1避免采用低效率的机械结构5.2润滑油箱尺寸应足够大5.3分流系统的返回流体要经过冷却5.4避免高压容器、管道等在烈日下曝晒5.5零件暴露在高温下的部分忌用橡胶，聚乙烯塑料等制造56精密机械的箱体零件内部不宜安排油箱，以免产生热变形5.7对较长的机械零部件，要考虑因温度变化产生尺寸变化时，能自由变形5.8淬硬材料工作温度不能过高5.9避免高压阀放气导致的湿气凝结5.10热膨胀大的箱体可以在中心支持5.11用螺栓联接的凸缘作为管道的联接，当一面受日光照射时由于两面温度及伸长不同，产生弯曲5

22、.12与腐蚀性介质接触的结构应避免有狭缝5.13容器内的液体应能排除干净5.14注意避免轴与轮毂的接触面产生机械化学磨损（微动磨损）5.15避免易腐蚀的螺钉结构5.16钢管与铜管联接时，易产生电化学腐蚀，可安排一段管定期更换5.17避免采用易被腐蚀的结构5.18注意避免热交换器管道的冲击微动磨损5.19减少或避免运动部件的冲击和碰撞，以减小噪声5.20高速转子必须进行平衡5.21受冲击零件质量不应太小5.22为吸收振动，零件应该有较强的阻尼性第6章 铸造结构设计6.1分型面力求简单6.2铸件表面避免内凹6.3表面凸台尽量集中6。4大型铸件外表面不应有小的凸出部分6.5改进妨碍起模的结构6.6避

23、免较大又较薄的水平面6.7避免采用产生较大内应力的形状6.8防止合型偏差对外观造成不利影响6.9采用易于脱芯的结构6.10分型面要尽量少6.11铸件壁厚力求均匀6.12用加强肋使壁厚均匀6.13考虑凝固顺序设计铸件壁厚6.14内壁厚应小于外壁厚6.15铸件壁厚应逐渐过渡6.16两壁相交时夹角不宜太小6.17铸件内腔应使造芯方便6.18不用或少用型芯撑6.19尽量不用型芯6.20铸件的孔边应有凸台6.21铸件结构应有利于清除芯砂6.22型芯设计应有助于提高铸件质量6.23铸件的孔尽可能穿通6.24合理布置加强肋6.25保证铸件自由收缩，避免产生缺陷6.26注意肋的受力6.27肋的设置要考虑结构稳

24、定性6.28去掉不必要的圆角6.29化大为小，化繁为简6.30注意铸件合理传力和支持第7章 锻造和冲压件结构设计7.1自由锻零件应避免锥形和楔形7.2相贯形体力求简化7.3避免用肋板7.4自由锻件不应设计复杂的凸台7.5自由锻造的叉形零件内部不应有凸台7.6模锻件的分模面尺寸应当是零件的最大尺寸，且分模面应为平面7.7模锻件形状应对称7.8模锻件应有适当的圆角半径7.9模锻件应适于脱模7.10模锻件形状应尽量简单7.11冲压件的外形应尽可能对称7.12零件的局部宽度不宜太窄7.13凸台和孔的深度和形状应有一定要求7.14冲压件设计应考虑节料7.15冲压件外形应避免大的平面7.16弯曲件在弯曲处

25、要避免起皱7.17注意设计斜度7.18防止孔变形7.19简化展开图7.20注意支撑不应太薄7.21薄板弯曲件在弯曲处要有切口7.22压肋能提高刚度但有方向性7.23拉延件外形力求简单7.24拉延件的凸边应均匀7.25利用切口工艺可以简化结构7.26冲压件标注尺寸应考虑冲模磨损7.27标注冲压件尺寸要考虑冲压过程第8章 焊接零件毛坯的结构8.1合理设计外形8.2减少边角料8.3采用套料剪裁8.4断面转折处不应布置焊缝8.5焊件不能不顾自己特点，简单模仿铸件8.6截面形状应有利于减少变形和应力集中8.7正确选择焊缝位置8.8不要让焊接影响区相距太近8.9注意焊缝受力8.10焊缝的加强肋布置要合理8

26、.11减小焊缝的受力8.12减小热变形8.13合理利用型材，简化焊接工艺8.14焊缝应避开加工表面8.15考虑气体扩散8.16可以用冲压件代替加工件8.17采用板料弯曲件以减少焊缝第9章 机械加工件结构设计9.1注意减小毛坯尺寸9.2加工面与不加工面不应平齐9.3减小加工面的长度9.4不同加工精度表面要分开9.5将形状复杂的零件改为组合件以便于加工9.6避免不必要的精度要求9.7刀具容易进入或退出加工面9.8避免加工封闭式空间9.9避免刀具不能接近工件9.10不能采用与刀具形状不适合的零件结构形状9.11要考虑到铸造误差的影响9.12避免多个零件组合加工9.13复杂加工表面要设计在外表面而不要

27、设计在内表面上9.14避免复杂形状零件倒角9.15必须避免非圆形零件的止口配合9.16避免不必要的补充加工9.17避免无法夹持的零件结构9.18避免无测量基面的零件结构9.19避免加工中的冲击和振动9.20避免在斜面上钻孔9.21通孔的底部不要产生局部未钻通9.22减少加工同一零件所用刀具数9.23避免加工中的多次固定9.24注意使零件有一次加工多个零件的可能性第10章 热处理和表面处理件结构设计10.1避免零件各部分壁厚悬殊10.2要求高硬度的零件（整体淬火处理）尺寸不能太大10.3应避免尖角和突然的尺寸改变10.4避免采用不对称的结构10.5避免开口形零件淬火10.6避免淬火零件结构太复杂

28、10.7避免零件刚度过低，产生淬火变形10.8采用局部淬火以减少变形10.9避免孔距零件边缘太近10.10高频淬火齿轮块两齿轮间应有一定距离10.11电镀钢零件表面不可太粗糙10.12电镀的相互配合零件在机械加工时应考虑镀层厚度10.13注意电镀零件反光不适于某些工作条件第11章 考虑装配和维修的机械结构设计11.1拆卸一个零件时避免必须拆下其他零件11.2避免同时装入两个配合面11.3要为拆装零件留有必要的操作空间11.4避免因错误安装而不能正常工作11.5采用特殊结构避免错误安装11.6采用对称结构简化装配工艺11.7柔性套安装时要有引导部分11.8难以看到的相配零件，要有引导部分11.9

29、为了便于用机械手安装，采用卡扣或内部锁定结构11.10紧固件头部应具有平滑直边，以便拾取11.11零件安装部位应该有必要的倒角11.12自动上料机构供料的零件，应避免缠绕搭接11.13简化装配运动方式11.14对一个机械应合理划分部件11.15尽量减少现场装配工作量11.16尽量采用标准件11.17零件在损坏后应易于拆下 回收材料第12章 螺纹联接结构设计12.1对顶螺母高度不同时，不要装反12.2防松的方法要确实可靠12.3受弯矩的螺杆结构，应尽量减小螺纹受力12.4避免螺杆受弯曲应力12.5避免用螺纹件定位12.6螺钉应布置在被联接件刚度最大的部位12.7避免在拧紧螺母（或螺钉）时，被联接件产生过大的变形12.8法兰螺栓不要布置在正下面12.9侧盖的螺栓间距，应考虑密封性能12.10不要使螺孔穿通，以防止泄漏12.11螺纹孔不应穿通两个焊接件12.12对深的螺孔，应在零件上设计相应的凸台12.13高速旋转体的紧固螺