机械设计方案（第十版）重点知识

第一章绪论

1.机器是用来代替人们体力和部分脑力劳动的工具。

2.机器的基本组成要素是机械冬件。

第二章机械设计总论

1.原动机部分是驱动整部机器完成预定功能的动力源。

2.执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分。

3.传动部分是用来完成运动形式、运动及动力参数转变的。

4.机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。

5.设计机器的一般程序：计划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段、技术文件编

制阶段、计算机在机械设计中的应用。

6.机器的主要要求：使用功能要求、经济性要求、劳动保护和环境保护要求、寿

命可靠性的要求。

7.机械零件的主要失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏、破

坏正常工作条件引起的失效。

8.设计机械零件时应满足的基本要求：避免在预定寿命期内失效的要求、结构工

艺性要求、经济性要求、质量小的要求、可靠性要求。

9.避免在预定寿命期内失效要求：况度、刚度、寿命。

10.机械零件的设计准则：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、

可靠性准则。

11.平均工作时间MTTF：对不可修复的零件，其失效前的平均工作时间。

12.平均故障间隔时间MTBF：对可修复的零件，其平均故障间隔时间。

第三章机械零件的强度

1.机械中各零件之间力的传递，是通过两个零件的接触来实现的，接触分为外接

触和内接触，也可分为点接触和线接触。

2.可以吧一切引起失效的外部作用的参数称为应力，把零件本身抵抗失效的能力

称为强度。

第四章摩擦、磨损及润滑概述

1.当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或

有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象称

为摩擦，产生的阻力称为摩擦力。

2.摩擦分为两类：一类是发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的内摩擦；另一

类是当相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑动的趋势时，在接触表面上

产生的阻碍相对滑动的外摩擦。

3.仅有相对滑动趋势时的摩擦称为静摩擦。

4.相对滑动进行中的摩擦称为动摩擦。

5.摩擦分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦及混合摩擦。

6.摩擦力号=/•%（其中：4为法向载荷，/为摩擦因数）。

7.运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移，称为磨损。

8.磨损过程分为三个阶段：磨合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。

9.润滑剂可分为气体、液体、半固体和固体。

10.润滑油主要分为三类：有机油（通常是动植物油）、矿物油（石油产品）、化

学合成油。

11.润滑油评判指标：黏度、润滑性、极压性、闪电、凝点与倾点、氧化稳定性。

12.润滑油的黏度可定性地定义为它的流动阻力，是润滑油最重要的性能之一。

13流体润滑分为流体动力润滑和流体静力润滑。

第五章螺纹连接和螺旋传动

1.螺纹连接作为紧固件用，要求保证连接强度。

2.螺旋传动作为传动件用，要求保证螺旋副的传动精度、效率和磨损寿命等。

3.螺纹分为外螺纹和内螺纹。

4.在圆柱或圆锥外表面上形成的螺纹称外螺纹。

5.在圆柱孔或圆锥孔内壁上形成的螺纹称内螺纹。

6.内、外螺纹旋合组成的运动副称为螺纹副或螺旋副。

7.根据螺旋线绕行方向，螺纹可分为右螺旋和左螺旋。

8.螺纹根据牙型螺纹分为普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。

9.螺纹的主要几何参数:

1）大径^一螺纹的最大宜径，即与螺纹牙顶相切的假想

圆柱的直径，在标准中被定为公称H径0

2）小径4—螺纹的最小直径,即与螺纹牙底相切的假想

圆柱的宜径,在强度计算中常作为摞杆危险截面的计算克径

3）中径4——通过螺纹轴向截面内牙型上的沟槽和凸起宽

度相等处的假想回柱的H讣中在是确定螺纹几何参数和配合性

质的宜径

4）线数〃一螺纹的螺旋线数目-沿一根螺旋线形成的螺

纹称为整线螺纹；沿两根以上的等距螺旋线形成的螺纹称为多线

图5-1微的I霞几何参数螺纹常用的连接螺纹要求白锁性.故多用单线螺纹：传动幄纹

要求传动效率高，故多用双线或三线螺纹为r便F制造，一般用线数〃小4

5）螺距尸一螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，

6）半程％——同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离,

单线螺纹，4=尸；多线螺纹，卅=〃几

7）螺纹升ff1。——在中径恨1柱上螺旋线的切线与垂也于螺纹轴线的平•面间的夹

角，即

0=arctan—―=arctan-----（5-1）

nd2iul2

8）牙型角a—螺纹轴向截面内,螺纹牙型两侧边的夹角螺纹牙型的侧边与

螺纹轴线的垂克平面的夹角称为牙侧角，对称牙型的牙侧角尸=£

9）接触高度A-内、外螺纹旋合后的接触面的径向高度。

10.螺纹连接的基本类型：螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接、紧定螺钉连接、

地脚螺栓连接、吊环螺钉连接、T形槽螺栓连接等。

11.螺栓连接分为普通螺栓连接和较制孔用螺栓连接。

12.绝大多数螺纹连接在装配时需要拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受

到力的作用，这个预加力称为预紧力。

13.预紧的目的在于增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现

缝隙或发生相对滑移。

14.预紧力的具体数值应根据载荷性质、连接刚度等具体工作条件确定。

15.控制预紧力的方法，通常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。

16.连接螺纹的自锁条件：螺纹升角小于螺旋副的当量摩擦角

17.防松方法分为摩擦防松、机械防松和破坏螺旋副运动关系防松等。

18.摩擦防松：对顶螺母、弹簧螺母、自锁螺母。

19.机械防松：开口销与六角开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝.

20.破坏螺旋副运动关系防松：钾合、冲点、涂胶黏剂。

21.螺栓组连接的受力分析：受横向载荷、受转矩、受轴向载荷、受倾覆力矩。

21.1受横向载荷的螺栓连接

21.1.1普通螺栓连接时，在结合面产生的摩擦力抵抗横向载荷。

fFozi>KSFZ预紧力：等

（式中：f摩擦因数、用各螺栓预紧力、z螺栓数量、i结合面数、/防滑系数、FE

横向载荷）

21.1.2较制孔连接时，接触表面受挤压，在连接结合面处受剪切。

国5IX殳料疝的财JF

根据作用在底板上的力矩平衡条件,应有

—弓+…+飓•灯

由上式可得各螺怆所需的预紧力为

/（4+々+…+G）*

）-!

式中：/—接合面的摩擦因数,见表5-5；

匚——第i个螺性的轴线到螺检组对称中心。的距离.mm；

z—螺栓数目；

K,一防滑系数，同第，

rmax-2

乙vzi=l「i

21.3受轴向载荷的螺栓连接

F=—

z

21.4受倾覆力矩的螺栓连接

5-20,谢向他力矩的嫖沱的0R

受工作载荷与该螺栓至中心线0-0的距离也成正比，即

Y或E=f2,…,

max44mx

联解式（5-17）及式（5-18）.可求得螺栓所受的最大匚作载荷为

匕I

式中：z—总的螺性个数；

L,―各螺栓轴线到底板中心线的距离,mm；

4nM---L,的最大值（图5-20a）.mm；

22.对于受轴向力螺栓.主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂，其设计准则

是保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。

23.对于受剪螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓

杆被剪断，其设计准则是保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度，其中连接的挤

压强度对连接的可靠性起决定性作用。

24.螺栓的总拉力不等于预紧力与工作拉力之和，螺栓的总拉力等于残余预紧力

与工作拉力之和。

尸2=Fi+尸

强度条件:

25.提高螺纹连接强度的措施：降低影响螺栓疲劳强度的应力幅（降低螺栓刚度、

增大被连接件刚度，适当增加预紧力）、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象、减

小应力集中的影响、采用合理的制造工艺方法。

26.螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求，主要用于将回转

运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。

27.螺旋传动分类：传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋。

28,螺母的结构有整体睬母、组合螺母和剖分螺母等形式。

29.滚珠螺旋传动是具有螺旋槽的螺杆和螺母之间，连续填装滚珠或钢球作为滚

动体的螺旋传动。

30.滚珠螺旋分为外循环和内循环。

31.滚子螺旋可分为自转滚子式和行星滚子式。

第六章键、花键、无键连接和销连接

1.键分为平键、半圆键、锲形键和切向键。

2.平键分为普通平键、薄型平键、导向平键和滑键。

3.普通平键和薄型平键用于静连接，导向平键和滑键用于动连接。

4.键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键款bX键高h表示）与长度L。

5.花键连接由外花键和内花键组成。

6.花键分为矩形花键和渐开线花键。

7.轴与毂的连接不用键或花键时，统称为无键连接。

8.无键连接主要分为型面连接和胀紧连接。

9.销可分为定位销、连接销、安全销。

10.销分为圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销。

第七章枷接、焊接、胶接和过盈连接

1.钟接是利用钾钉将两个或两个以上的元件连接在一起的一种不可拆的连接。

2.焊接是通过加热或加压或两者并用，且用或不用填充材料，使工件达到结合的

一种连接。

3.电焊分为电阻焊和电弧焊。

4.电阻焊是利用大的低压电流通过被焊件时，在电阻最大的接头处引起强烈发热,

使金属局部熔化，同时机械加压形成的连接。

5.电弧焊是利用电焊机的低压电流，通过电焊条与被焊件间形成的电路，在两极

间引起电弧来熔断被焊部分的金属和焊条，使熔融的金属混合并填充接缝而形成

的连接。

6.胶接是利用胶黏剂在一定条件下吧预制的元件连接在一起的连接。

7.过盈连接是利用零件间的配合过盈来达到连接，也称为干涉配合连接或紧配合

连接。

8.过盈连接的装配方法有压入法和胀缩法（温差法）。

第八章带传动

1.传动装置是在原动机和工作机之间加入传递动力或改变运动状态的装置。

2.传动分为机械传动和电力传动。

3.机械传动分为摩擦传动、啮合传动、液压传动和气压传动。

4.机械传动中，功率的损失主要是由于轴承摩擦、传动零件间的相对滑动和搅动

润滑油等原因，所损失的能量大部分转化为热。

5.带传动是一种挠性传动。

6.带传动的基本组成零件为带轮（主动带轮和从动带轮）和传动带。

7.带传动分为摩擦型带传动和啮合型带传动。也可分为平带传动、圆带传动、V

带传动、多楔带传动。

8.啮合型带传动一般称为同步带传动，通过传动带内表面上等距分布的横向齿和

带轮上的相应齿槽的啮合来传递动力.

9.V带的名义长度称为基准长度。

10.带传动工作时，因带和带轮间的静摩擦力作用使带一边拉紧，一边放松。

11.带传动的有效拉力不等于传动带工作表面上的总摩擦力

Fe=Ff=F1-F2（紧变拉力-松边拉力）

12.小带轮包角火和大带轮包角a2：

<7

以产180—%）——

573°

180。+（九-%）4-

13.最大有效拉力40紧边拉力临界值&、松边拉力临界值?2：

氏二%/~

/ol+l/eM

注：a取如和a2中的较小者。

14.带上紧边拉应力与、松边拉应力。2：

居

CT.=—

A

15.带上紧边弯曲应力0bl、松边弯曲应力Ob2：

°F

〃2

h——传动带的高度，mm.姐表8-1；

E―传动带的弹性模量，MPa

16.离心拉应力与：

q——传动带仇位长度的质ht.kg/m（参见衣8-3）;

V—带的线速度,m/Sa

17.带中产生的瞬时最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处，此处最大应力

°max：

—5+%+a

18.传动带在受到拉力作用时会发生弹性变形。

19.带的弹性变形而引起的带和带轮间的微量滑动，称为带传动的弹性滑动。

20.带传动总有紧边和松边，所以弹性滑动也总是存在，无法避免。

21.带轮线速度的相对变化量称为滑动率口

EL21xioo%

r=q

巧=。-£）马

4=60x1000

叫必

60x1000

22.弹性滑动只发生在带离开主、从动带轮之前的那一段接触弧上。

23.带与带轮间发生相对滑动的现象称为整体打滑。

24.打滑可以起到过载保护的作用。

25.带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏。

26.带传动的设计准则是：在保证带传动不打滑的条件下，使带具有所需的疲劳

强度和寿命。

27.带传动最高带速：

^max<SOm/5

28.V带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成。

29.V带轮可分为实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式。

30.V带的塑性变形和磨损导致松弛。

31.V带传动的张紧装置分为：定期张紧装置、自动张紧装置、采用张紧轮的张

紧装置。

32.张紧轮的布置：一般放在松边内侧、尽量靠近大带轮、张紧轮的直径小于小

带轮的直径。

第九章链传动

1.链传动是一种挠性传动。

2.链传动由链条和链轮（小链轮和大链轮）组成，通过链轮轮齿与链条链节的啮

合来传递运动和动力。

3.链传动无弹性滑动和整体打滑现象。

4.链传动的缺点：不能保持恒定的瞬时传动比。

5.链条按用途分为传动链、输送链、起重链。

6.链传动为啮合传动，链条和链轮之间没有相对滑动，所以平均链速和平均传动

比都是常数。

7.链的瞬时传动比和链速并非常数。

8.链传动的传动比变化与链条绕在链轮上的多边形特征有关，称为链传动的多边

形效应c

9.链传动的失效形式：链的疲劳破坏、链条钱链的磨损、链条钱链的胶合、链条

的静力破坏。

10.链轮的最小齿数Zm：n=9。

第十章齿轮传动

1.开式齿轮传动：齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边。

2.半开式齿轮传动：当齿轮传动装有简单的防尘罩，把大部分齿轮部分浸入油池

中。

3.闭式齿轮传动：经过精确加工而且封闭严密的箱体内。

4.齿轮的失效形式：轮齿折断、工作齿面磨损、点蚀、胶合、塑性变形。

5.齿轮的设计准则：齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度。

6.对齿轮材料性能的基本要求为齿面要硬、齿心要韧。

7.齿轮强度载荷：

F8=KF.(10-1)

式中、K为载荷系数，它等于使用系数公、动载系数K、、齿间载荷分配系数心、齿

向载荷分布系数KB的连乘积，即

K=KKK.K8(10-2)

8.齿轮传动中因制造及装配的误差，导致轮齿不能正确地啮合传动，瞬时传动比

不是定值，从动轮在运转中就会产生角加速度，引起动载荷或冲击。

9.齿轮的受力分析：

9.1直齿圆柱齿轮：

一型

Fti=tana•

ncosa

---小齿轮传递的转矩,N•mm；

a—压力角，

9.2标准斜齿圆柱齿轮：

一螺旋角;

....F.UJ)a一端而压力角；

月=%tana,='」•B:a

cos夕

6产EitanA«n法面压力角,tanan-tana,cosp;

F=.=EiPb-一基圆螺旋角.lan队-tan优osa

R，cosa.cos/?cosqcosAx

9.3锥齿轮:

2TL

mm=w(1-0.5^)=­

人”(J。，4)4ml

脑=碍-0.54)/=QtanacosG

=JLL=4(1-0.5%),

cosd,cos6工］=tanasina

10.当载荷作用在单对齿啮合区的最高点时，齿根产生的弯曲应力最大。

11.标准压力角为20°。

12.圆锥齿轮油圆弧齿、延伸外摆线齿。

13.齿轮的结构大致分为整体式、腹板式和轮辐式.

14.开式及半开式齿轮芍动，采用人工周期性加油润滑。

15.闭式齿轮传动：当圆周速度“<12m/s,将大齿轮浸入油池中进行浸油润滑;

当圆周速度”>12m/s时，采用喷油润滑。

第十一章蜗杆传动

1.蜗杆传动是在交错轴间传递运动和动力的一种芍动机构。

2.蜗杆传动分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥杆传动。

3.圆柱蜗杆穿的分为普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动。

4.普通圆柱蜗杆分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆、锥面包络蜗杆。

5.涡轮蜗杆受力分析：

…号

FF2厂

5=生=K?tana

♦F-F、、.27；

『cos.cosy-cosa