機械設計基礎知識點

1、循環應力下，零件的主要失效形式是疲勞斷裂。

疲勞斷裂過程：

裂紋萌生、裂紋擴展、斷裂

2、疲勞斷裂的特點：

▲omaxW。B甚至omaxWaS

▲疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結果

▲斷口通常沒有顯著的塑性變形。不論是脆性材料，還

是塑性材料，均表現為脆性斷裂。更具突然性，更危險。

▲斷裂面累積損傷處表面光滑，而折斷區表面粗糙。

3、應力集中產生的主要原因：零件截面形狀發生的突然變化。有效應力集中系

數總比理論應力集中系數小

4、影響疲勞強度的主要因素

—.應力集中的影響

1.應力集中產生的主要原因：零件截面形狀發生的突然變化

2.名義應力O和實際最大應力。max

3.理論應力集中系數與有效應力集中系數

二.尺寸效應

1.零件尺寸越大，疲勞強度越低

2.尺寸及截面形狀系數￡a、￡T

三.表面狀態的影響

1.零件的表面粗糙度的影響

2.表面質量系數B

四.表面處理的影響

1.零件表面施行不同的強化處理的影響

2.表面質量系數Bq

五.彎曲疲勞極限綜合影響系數

5、可能發生的應力變化規律

應力比為常數r=C絕大多數轉軸的應力狀態

平均應力為常數Om=C振動著的受載彈簧

最小應力為常數omin=C緊螺栓連接受軸向載荷6、

6、不穩定變應力

規律性按疲勞損傷累積假說進行疲勞強度計算

非規律性用統計方法進行疲勞強度計算

7、提高機械零件疲勞強度的措施

▲盡可能降低零件上應力集中的影響

▲在不可避免地要產生較大應力集中的結構處，可采用減載槽來降低應力集中

的作用

▲綜合考慮零件的性能要求和經濟性，采用具有高疲勞強度的材料及適當的熱處

理和各種表面強化處理

▲適當提高零件的表面質量，特別是提高有應力集中部位的表面加工質量，必

要時表面作適當的防護處理

▲盡可能地減少或消除零件表面可能發生的初始裂紋的尺寸，對于延長零件的疲

勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用（探傷檢驗）

8、在工程實際中，往往會發生工作應力小于許用應力時所發生的突然斷裂，這

種現象稱為低應力脆斷。

9、通過對大量結構斷裂事故分析表明，結構內部裂紋和缺陷的存在是導致低應

力斷裂的內在原因。

10、兩個零件在受載前是點接觸或線接觸。受載后，由于變形其接觸處為一小面

積，通常此面積甚小而表層產生的局部應力卻很大，這種應力稱為接觸應力。這

時零件強度稱為接觸強度。接觸失效形式常表現為疲勞點蝕

11、普通螺紋以大徑d為公稱直徑，同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最

大的稱為粗牙螺紋，其余的統稱為細牙螺紋。粗牙螺紋應用最廣。

12、細牙螺紋的優點：升角小、小徑大、自鎖性好、強度高

缺點：不耐磨，易滑扣。

應用：薄壁零件、受動載荷的連接和微調機構。

13、孔和螺栓桿多采用基孔制過渡配合,能精確固定被連接的相對位置，能承受

橫向載荷，孔加工精度高

14、螺釘連接用于結構簡單，省了螺母，不宜經常拆裝，以免損壞螺孔而修復困

難。雙頭螺柱連接連接件厚，允許拆裝。緊定螺釘連接用于固定兩個零件的相對

位置并可傳遞不大的力或轉矩。

15、墊圈作用：增加支撐面積以減小壓強，避免擰緊螺母擦傷表面、防松。

16、預緊力：大多數螺紋連接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，

預先受到力的作用，這個預加作用力稱為預緊力。

預緊的目的：增強連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現縫隙或

發生相對移動。

預緊力的確定原則：擰緊后螺紋連接件的預緊應力不得超過其材料的屈服極限

ss的80%o

17、預緊力控制方法：（1）憑手感經驗⑵測力矩扳手⑶定力矩扳手（4）測定伸長

量

18、防松——防止螺旋副相對轉動。防松的方法：1.利用附加摩擦力防松2.采

用專門防松元件防松3沖點防松法、粘合法防松

19、螺栓連接的主要失效形式

受拉螺栓：塑性變形——螺紋部分

疲勞斷裂——軸向變載荷

受剪螺栓：剪斷

壓潰——螺桿和孔壁的貼合面

經常拆卸：滑扣——因經常拆裝

20、緊螺栓連接強度計算：

1.僅承受預緊力的緊螺栓連接

改進措施：

(1)采用鍵、套筒、銷承擔橫向工作載荷。螺栓僅起連接作用

(2)采用無間隙的較制孔用螺栓。

2.承受預緊力和工作拉力的緊螺栓連接

3.承受工作剪力的緊螺栓連接

21、基本原則(六項)：

▲1、為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證連接結合面受力均勻，通常連接

接合面的兒何形狀都設計成

▲2、螺栓布置應使各螺栓的受力合理

(1)對于錢制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置8個以

上的螺栓，以免載荷分布過于不均；

(2)當螺栓連接承受彎矩或轉矩時，應使螺栓的位置適當靠近連接接合面的邊緣,

以減少螺栓的受力。

(3)當同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，采用抗剪零件來承受橫向載荷。

(鍵、套筒、銷等)

▲3、螺栓的排列應有合理的間距、邊距，以保證扳手空間

▲4、為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數

目取成4、6、8等偶數。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應相同

▲5、避免螺栓承受附加的彎曲載荷

▲6、合理選擇螺栓組的防松裝置

22、螺栓組連接的受力分析時所作假設：

(1)所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均同；

(2)螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合；

(3)受載后連接接合面仍保持為平面。

23、受力分析的類型：受橫向載荷、受轉矩、受軸向載荷、受傾覆力矩

24、承受軸向變載荷時，螺栓的損壞形式：疲勞斷裂

25、提高螺栓連接強度的措施

一、降低影響螺栓總拉伸載荷F2的變化范圍

措施一：降低螺栓剛度(。b<Cb,0'b<6b)

措施二：提高被連接件剛度(C'm>Cm,9,m>0m)

措施三：綜合措施(C'b<Cb,C'm>Cm,F'0>F0)

宜采取措施：采用柔性結構：加彈性元件、或采用柔性螺栓(腰桿、空

心螺栓)。有密封要求時，宜采用剛度較大的金屬墊片或密封環

二、改善螺紋牙間的載荷分布：加厚螺母不能提高連接強度！

措施：采用均載螺母

三、減小應力集中1.增大過渡圓角2.切制卸載槽3.卸載過渡結構

四、避免或減小附加應力

采用凸臺或沉孔結構切削加工支承面采用球面墊圈和腰環螺栓可以保證螺

栓的裝配精度。

五、采用特殊制造工藝冷鎖頭部、滾壓螺紋

26、滾動螺旋

優點：(1)摩擦損失小、效率在90強以上；

⑵磨損很小，傳動精度高；

(3)不自鎖，可實現直線——旋轉運動轉換；

缺點：(1)結構復雜、制造困難；

(2)有些機構為防止逆轉需要另加自鎖機構。

27、鍵連接作用：用來實現軸和軸上零件的周向固定以傳遞扭矩，或實現零件的

軸向固定或移動。

28、,平鍵連接

特點：定心好、裝拆方便。種類：普通平鍵導向平鍵

主要失效形式：壓潰(靜連接)、磨損(動連接)、剪斷。

若強度不足時，可采用雙鍵連接。考慮到載荷分布的不均勻性，校核強度時按

1.5個鍵計算。

一、導向平鍵

結構特點：長度較長，需用螺釘固定。為便于裝拆，制有起鍵螺孔。零件可以

在軸上移動，構成動連接。

二、雙鉤頭滑鍵

結構特點：兩端有鉤頭，鍵固定在輪轂上，鍵短，槽長。

三、單圓鉤頭滑鍵

結構特點：單圓鉤頭，嵌入輪轂中。

29、半圓鍵連接

優點：定心好，裝配方便。

缺點：對軸的削弱較大，只適用于輕載連接。

特別適用于錐形軸端的連接。

30、楔鍵連接和切向鍵連接

結構特點：鍵的上表面有I：100的斜度，輪轂槽的底面也有1:100的斜度。

缺點：定心精度不高。

應用：只能應用于定心精度不高，載荷平穩和低速的連接。

類型：普通楔鍵、鉤頭楔鍵。

31＞花鍵連接

優點：(1)均勻受力；(2)對軸的削弱程度小；(3)承載能力高；(4)軸上零件與

軸的對中性好；(5)導向性好；(6)可用磨削方法提高加工精度及連接質量。

缺點：齒根仍有應力集中，需專用設備制造，成本高。

32、漸開線花鍵：有a=30°a=45°兩種，對應的齒頂高分別為0.5m、0.4m

與漸開線齒輪相比，花鍵齒短，齒根寬，不產生根切的最小齒數較少。

定心方式：齒形定心：具有自動定心作用，受力均勻。

特點：制造工藝性好，精度高，齒根強度高，易于定心。常用于傳遞大扭矩和

大軸徑的場合。a=45。的花鍵工作面高度較小，承載能力較低，多用于載荷較

輕，直徑較小的靜連接。特別適用于薄壁零件的連接。

33、型面連接的特點：

⑴裝拆方便，對中性好；

(2)連接面上沒有應力鍵槽和尖角，減少了應力集中；

(3)可傳遞較大的扭矩；

(4)切削加工有難度，不易保證配合精度。

34、脹套連接的優點：定心好、裝拆方便，引起的應力集中較小，承載能力較高，

并且有安全保護作用。缺點：由于軸與轂孔之間要安裝脹套，有時應用受結構

尺寸的限制。

35、銷連接作用：固定零件之間的相對位置，并可傳遞不大的載荷。

36、帶傳動的優點：

⑴適用于中心距較大的傳動；

(2)間接的柔性傳動，撓性好，可緩和沖擊、吸收振動；

(3)過載時帶與帶輪之間會出現打滑，避免了其它零件的損壞；

(4)結構簡單、成本低廉。

缺點：傳動的外廓尺寸較大，需要張緊裝置，傳動比不穩定、效率較低，

壽命較短,傳動功率一般PW50kW、線速度v=5?25(40)m/s、傳動比3?5(10)

37、當帶與帶輪之間出現打滑趨勢時，摩擦力達到最大值，有效拉力也達到最大。

38、影響最大有效拉力因素：

1)預緊力F0F0t——Feet

F0過大，——帶的磨損加劇，加快松弛，降低壽命。

F0過小，——影響帶的工作能力，容易產生打滑。

2)包角at——總摩擦力Fft——Feet，對傳動有利。

3)摩擦系數ftFeef,對傳動有利。

39、最大應力cmax出現在緊邊與小輪的接觸處。

40、帶的彈性滑動與打滑

帶繞過主動輪時，將逐漸縮短并沿輪面滑動，使帶速落后于輪速。

帶經過從動輪時，將逐漸被拉長并沿輪面滑動，使帶速超前于輪速。

這種因材料的彈性變形而產生的滑動被稱為彈性滑動。

若帶的工作載荷進一步加大，有效圓周力達到臨界值Fee后，則帶與帶輪間會發

生顯著的相對滑動，即產生打滑。打滑將使帶的磨損加劇，從動輪轉速急速降低，

帶傳動失效，這種情況應當避免。

41、帶傳動的主要失效形式是打滑和傳動帶的疲勞破壞。設計準則：在不打滑的

條件下，具有一定的疲勞強度和壽命。

42、V帶輪設計的要求：

各輪槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使帶的載荷分布較為均勻。

結構工藝性好、無過大的鑄造內應力、質量分布均勻。

輪槽工作面要精細加工，以減少帶的磨損。

輪槽楔角隨帶輪直徑的減小而減小。

帶輪的材料：

通常采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150和HT200。轉速較高時宜采用鑄鋼或用

鋼板沖壓后焊接而成。小功率時可用鑄鋁或塑料。

帶輪的結構與尺寸

四種典型結構：實心式、腹板式、孔板式、輪輻式

43、帶傳動的張緊的目的

(1)根據摩擦傳動原理，帶必須在預張緊后才能正常工作；

(2)運轉一定時間后，帶會松弛，為了保證帶傳動的能力，必須重新張緊，才能

市堂'T作

帶傳通的張緊方法

1.調整中心距2.采用張緊輪3.自動張緊

44、同步帶傳動

組成：同步帶(同步齒形帶)是以鋼絲為抗拉體，外包聚氨脂或橡膠。

結構特點：橫截面為矩形，帶面具有等距橫向齒的環形傳動帶，帶輪輪面也制成

相應的齒形。

傳動特點：靠帶齒與輪齒之間的嚙合實現傳動，兩者無相對滑動，而使圓周速度

同步，故稱為同步帶傳動。

優點：1.傳動比恒定；2.結構緊湊；3.由于帶薄而輕，抗拉強度高，故帶速高達

40m/s,傳動比可達10,傳遞功率可達200kw；4.效率高，高達0.98。

缺點：成本高；對制造和安裝要求高。

45、齒輪傳動的特點：傳動效率高；結構緊湊、工作可靠，壽命長；傳動比穩

定；制造及安裝精度要求高，價格較貴。

46、直齒圓柱齒輪：齒數z,模數m,尺寬b,變位系數x,分度圓壓力角a=20

°，齒頂高系數ha*=l,頂隙系數c*=0.25；不變位齒輪中心矩a=（dl+d2）/2、

分度圓直徑d=zm；

斜齒圓柱齒輪：法向模數mn（標準值），螺旋角0,其余同直齒圓柱齒輪，

端面模數mt=mn/cosP

47、輪齒的失效形式：輪齒折斷、齒面點蝕、齒面膠合、齒面磨損、齒面塑性

變形

（齒面磨損）措施：1.減小齒面粗糙度2.改善潤滑條件，清潔環境3.提

高齒面硬度

提高輪齒抗折斷能力的措施：

（1）增大齒根過渡圓角半徑，消除加工刀痕，減小齒根應力集中；

（2）增大軸及支承的剛度，使輪齒接觸線上受載較為均勻；

（3）采用合適的熱處理，使輪齒芯部材料具有足夠的韌性；

（4）采用噴丸、滾壓等工藝，對齒根表層進行強化處理。

（齒面膠合）措施：1.提高齒面硬度2.減小齒面粗糙度3.增加潤滑油粘度（低

速）4.加抗膠合添加劑（高速）

48、齒輪的設計準則

▲保證足夠的齒根彎曲疲勞強度，以免發生齒根

▲保證足夠的齒面接觸疲勞強度，以免發生齒面點蝕

▲對高速重載齒輪傳動，除以上兩設計準則外，還應按齒面抗膠合能力的準則進

行設計

由工程實踐得知：

▲閉式軟齒面齒輪傳動，以保證齒面接觸疲勞強度為主

▲閉式硬齒面或開式齒輪傳動，以保證齒根彎曲疲勞強度為主

▲開式齒輪傳動按彎曲疲勞強度設計，將計算所得的模數m適當加大，以補償磨

損的影響。

49、對齒輪材料性能的要求齒輪的齒體應有較高的抗折斷能力，齒面應有較

強的抗點蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：齒面硬、芯部韌。

常用齒輪材料（鋼材的韌性好，耐沖擊，通過熱處理和化學處理可改善材料

的機械性能，最適于用來制造齒輪。）

鍛鋼含碳量為0.15%~0.6卿）碳素鋼或合金。一般用齒輪用碳素鋼，重要

齒輪用合金鋼。

鑄鋼耐磨性及強度較好，常用于大尺寸齒輪。

鑄鐵常作為低速、輕載、不太重要的場合的齒輪材料；

非金屬材料適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場合。

49、齒輪材料的熱處理和化學處理

表面淬火、滲碳淬火、調質、正火、滲氮

特點及應用：調質、正火處理后的硬度低，BBSW350,屬軟齒面，工藝簡單、

用于一般傳動。當大小齒輪都是軟齒面時，因小輪齒根薄，彎曲強度低，故在選

材和熱處理時，小輪比大輪硬度高：20-50HBS

表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬硬齒面。其承

載能力高，但一般需要磨齒。常用于結構緊湊的場合。

50、齒輪材料選用的基本原則

（1）齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強度、壽命、可靠性、經濟性等；

（2）應考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工藝；

（3）正火碳鋼，只能用于制作在載荷平穩或輕度沖擊下工作的齒輪；調質碳鋼可

用于在中等沖擊載荷下工作的齒輪；

（4）合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪；

（5）航空齒輪要求尺寸盡可能小，應采用表面硬化處理的高強度合金鋼；

（6）鋼制軟齒面齒輪，其配對兩輪齒面的硬度差應保持在30-50HBS或更多。

51、改善齒向載荷不均勻的措施：

（1）增大軸、軸承及支座的剛度；（2）對稱軸承配置；（3）適當限制輪齒寬度；

（4）盡可能避免懸臂布置；（5）輪齒修形（腰鼓齒）。

52、齒輪傳動的誤差的影響：

1.轉角與理論不一致，影響運動的準確性；

2.齒形不是準確無誤的漸開線，瞬時傳動比不恒定，速度波動引起震動、沖擊和

噪音，影響運動平穩性；

3.齒向誤差導致輪齒上的載荷分布不均勻，使輪齒提前損壞，影響載荷分布的不

均勻性。

53、高速齒輪傳動采用噴油潤滑的理由：

（1）V過高，油被甩走，不能進入嚙合區；

⑵攪油過于激烈，使油溫升高，降低潤滑性能；

3）攪起箱底沉淀的雜質，加劇輪齒的磨損。

54、整體式向心滑動軸承

組成：軸承座、軸套或軸瓦等

特點：（1）結構簡單，成本低廉。（2）因磨損而造成的間隙無法調整。（3）只能

從沿軸向裝入或拆。

應用：低速、輕載或間歇性工作的機器中。

55、剖分式向心滑動軸承（將軸承座或軸瓦分離制造，兩部分用螺栓聯接）

特點：結構復雜，可以調整因磨損而造成的間隙，安裝方便。

應用場合：低速、輕載或間歇性工作的機器。

56、滑動軸承常見失效形式

磨粒磨損——進入軸承間隙的硬顆粒有的隨軸一起轉動，對軸承表面起研磨作

用。

刮傷——進入軸承間隙的硬顆粒或軸徑表面粗糙的微觀輪廓尖峰，在軸承表面劃

出線狀傷痕。

膠合——當瞬時溫升過高，載荷過大，油膜破裂時或供油不足時，軸承表面材料

發生粘附和遷移，造成軸承損傷。

疲勞剝落——在載荷得反復作用下，軸承表而出現與滑動方向垂直的疲勞裂紋，

擴展后造成軸承材料剝落。

腐蝕——潤滑劑在使用中不斷氧化，所生成的酸性物質對軸承材料有腐蝕，材料

腐蝕易形成點狀剝落。

57、軸承材料性能的要求

(1)減摩性——材料副具有較低的摩擦系數。

(2)耐磨性——材料的抗磨性能，通常以磨損率表示。

(3)抗膠合——材料的耐熱性與抗粘附性。

(4)摩擦順應性——材料通過表層彈塑性變形來補償軸承滑動表面初始配合不

良的能力。

(5)嵌入性——材料容納硬質顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動表

面發生刮傷或磨粒磨損的性能。

(6)磨合性——軸瓦與軸頸表面經短期輕載運行后，形成相互吻合的表面形狀和

粗糙度的能力。

此外還應有足夠的強度和抗腐蝕能力、良好的導熱性、工藝性和經濟性。

工程上常用澆鑄或壓合的方法將兩種不同的金屬組合在一起，性能上取長補短。

57、常用軸承材料

一、金屬材料?

軸承合金優點：f小，抗膠合性能好、對油的吸附性強、耐腐蝕性好、容易

跑合、是優良的軸承材料，常用于高速、重載的軸承。

缺點：價格貴、機械強度較差；

只能作為軸承襯材料澆注在鋼、鑄鐵、或青銅軸瓦上。

銅合金優點：青銅強度高、承載能力大、耐磨性和導熱性都優于軸承合金。

工作溫度高達250℃0

缺點：可塑性差、不易跑合、與之相配的軸徑必須淬硬。

青銅可以單獨制成軸瓦，也可以作為軸承襯澆注在鋼或鑄鐵軸瓦上。

鋁基合金有相當好的耐腐蝕性和較高的疲勞強度，摩擦性能也較好。在部

分領域取代了較貴的軸承合金與青銅。

鑄鐵：用于不重要、低速輕載軸承。

二、非金屬材料

工程塑料：具有摩擦系數低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蝕、可用水、

油及化學溶液等潤滑的優點。

缺點：導熱性差、膨脹系數大、容易變形。為改善此缺陷，可作為軸承襯粘復

在金屬軸瓦上使用O

碳-石墨：是電機電刷常用材料，具有自潤滑性，用于不良環境中。

橡膠軸承：具有較大的彈性，能減輕振動使運轉平穩，可用水潤滑。常用于潛

水泵、沙石清洗機、鉆機等有泥沙的場合。

木材：具有多孔結構，可在灰塵極多的環境中使用。

58、軸瓦的形式和結構

整體式需從軸端安裝和拆卸，可修復性差。

對開式

。

修復

，可

拆卸

裝和

部安

的中

從軸

直接

薄壁可以

高。

要求

精度

加工

孔的

承座

對軸

，故

不足

剛度

，但

材料

厚壁節省

。

要求

精度

加工

孔的

承座

對軸

降低

，可

剛度

度和

的強

足夠

單材卷具有

鐵。

灰鑄

銅，

如黃

瓦，

成軸

接作

以直

料可

的材

足夠

多材淞強度

。

軸瓦

制作

材料

用多

故采

足，

度不

襯強

鑄造軸承

。

軸瓦

厚壁

用于

，適

均可

生產

大批

件、

，單

性好

工藝

軋制鑄造

率。

生產

高的

有很

，具

軸瓦

薄壁

用于

只適

法

位方

的定

軸瓦

59、

。

移動

相對

向的

和周

軸向

產生

之間

承座

與軸

軸瓦

防止

目的：

緣

做凸

兩端

端或

瓦一

將軸

位——

緣定

：凸

定位

軸向

)定位

定位唇

凸耳(

銷釘

釘、

定螺

：緊

定位

周向

面。

副表