《机设基础》学习分享_总论
[TOC]
机械的组成
机器的种类：①提供和转换机械能；②利用机械能实现预期工作。
就是利用自然界的能量增加目标产物的有序性，将这个过程分为了两部分，实际上从实体来看这两个部分不太好分。
①原动机；②传动装置；③工作部分。
传动装置是机械设计的大头，我的本科毕业设计还被老师要求在不必要的情况下增加传动部分以充实论文。。。
传动装置作用：①改速度；②改运动形式；③传递运动、动力。
①就是改变速度的大小和方向，比如齿轮减速器；②比如将直线运动改为圆周运动，将连续运动改为间歇运动；③传递运动就是从运动学的角度说的，传递动力就是从动力学的角度说的，机械设计的计算主要就是运动学和动力学的计算。
构件是运动的基本单元，零件是制造的基本单元。
构件与构件之间的可动联接就是运动副，一个构件可以由多个零件构成。
机构由若干构件以运动副联接并具有确定相对运动的组合体。
有时候输出就是在有限范围内不确定的，这个“确定的相对运动”应该指的是绝大多数情况。
机械运动简图
就是设计前期用来粗略的表达设计大体方案的简图，使用一套标准以使其他人包括以后的自己也能看懂。使用前期的简图进行基础的参数计算
进行：①传动方案的比较；②运动分析；③受力分析；④→机械系统设计；⑤→传动件工作能力计算；⑥→结构具体化；⑦→绘制装配图。
①在项目还是一片空白的时候需要准备好多方案，其中一般以传动方案为改动主体，要对比多个传动方案不可能把每个都设计的差不多了再比，这个阶段就用机械运动简图表示各个方案再对比就好了。②机械运动简图上是需要设计主要几何尺寸的，这些尺寸需要用来对该设计方案进行运动学的计算，比如知道输入部分某点的速度和加速度求输出部分某点的速度和加速度。③除了运动学的计算还有动力学的计算，在几何尺寸之外加入初始的能量输入条件就可以对设计方案进行受力分析，比如知道输入轴的转矩求输出轴的转矩。④《机械系统设计》是机械设计专业的一门专业基础课，就是将整个设计分成几个部分，那这整个设计就是一个大系统，分成的小部分就是各个小系统，从运动简图中就可以分清这几个小系统。⑤对简图进行运动学和动力学分析之后就可以得到各个传动件所需要的工作能力，比如说一根轴需要传递多大的扭矩，那么根据这个数据就可以选择它的最小半径。⑥、⑦这里的结构具体化应该就是指的另一门专业基础课《机械结构设计》，将简图转化为具体的结构需要注意很多东西，不仅仅是将线条转换为有具体几何尺寸的二维图，《机械结构设计》主要就是讲的怎么将机械运动简图转化为具体的结构。
总之这可以说就是机械设计的主要步骤，考查的话多考查从实体机构抽象出简图，或者利用简图计算自由度、运动学数据、动力学数据。
自由度
根据我早先（大学之前）对自由度的理解，我总感觉机械设计里平面自由度的计算很迷，学机器人基础的时候倒是挺清楚的，也不知道咋回事。
载荷
- 静载荷
- 变载荷
- 循环变载荷
- 稳定循环载荷
- 不稳定循环载荷
- 动载荷
- 随机变载荷
失效形式
-
表面磨损
（1）磨粒磨损/磨料磨损：物体表面与硬质颗粒或硬质凸起相互摩擦引起表面材料损失。应该是磨损在普通人眼中的一般性概念，点蚀的过程就包括磨粒磨损。
磨料磨损
（2）粘着磨损：固相焊合造成材料损失。不管这个原因（固相焊接）怎么取名，它指的就是材料固态时结合层原子间的相互扩散，就好像把它们熔化然后冷却粘在一起，区别于胶合（胶合就是接触部位高温金属局部黏在一起）。
粘着磨损
（3）表面疲劳磨损：交变接触压应力时因疲劳造成的材料损失。属于接触疲劳。表面磨损的“损”就指的是接触面的材料损失。
-
胶合
一般是瞬时高温使得局部的表面材料熔化，在接触面的压力下黏在一起。
-
接触疲劳
在接触面变应力的长期反复作用下产生的表面的疲劳破坏，属于疲劳破坏中的接触疲劳破坏。磨粒磨损和点蚀都属于接触疲劳破坏，所以点蚀也叫疲劳点蚀。只要是由低于材料屈服极限的变应力长期作用而产生的破坏都叫疲劳破坏，疲劳破坏一般分为表面接触疲劳和疲劳断裂，例如齿轮的校核计算时一般用齿面接触疲劳强度或齿根弯曲疲劳强度。
-
弹性形变过量
力对物体形状的作用效果分为变形和断裂，其中变形分为弹性变形和塑性变形，弹性变形就是变形之后还能恢复原状，塑性变形就是变形之后不能恢复原状。这里的回复原状应该是在一定误差范围内。过大的弹性变形虽然能够恢复，但是在变形过程中产生的几何尺寸的改变可能已经严重影响到机器的工作，所以算在失效形式之内。
-
塑性变形
弹性变形→|屈服强度|→塑性变形→|抗拉强度|→颈缩→断裂。
更加具体的内容在专业基础课《工程材料及成型工艺》。
应力-应变曲线
-
断裂
（1）①脆性断裂；②延性断裂。区分标准就是断裂时塑性变形的大小。无论是塑性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性断裂。
（2）①疲劳断裂；②蠕变断裂；③应力腐蚀断裂。均可表现为脆性断裂或延性断裂。
-
点蚀
交变应力下材料表层小部分金属脱落形成斑点状的小坑。将点蚀看作腐蚀的一种是因为点蚀发生时一般都有电化学反应，而在部分的表层材料脱落之后材料接触面会发生磨粒磨损，应该说点蚀是物理变化和化学变化共同作用的结果。
点蚀
-
腐蚀
①化学腐蚀；②电化学腐蚀。
冲刷腐蚀
-
强烈振动
对设计的影响大概就是设计过程中的模态分析吧，主要就是避免共振。
工作能力准则
①强度→断裂、过大的塑性变形或表面疲劳破坏
②刚度→弹性变形
③耐磨性（硬度）→磨损
④振动稳定性→强烈振动
⑤耐热性→蠕变
强度
强度不足的损坏：
静应力下
（1）静强度断裂→脆性材料→强度极限
or
（2）塑性变形→塑性材料→屈服极限
or
变应力下
（1）脉动循环应力→脉动循环疲劳极限
or
（2）对称循环应力→对称循环疲劳极限
or
设计计算时一般都用强度准则。
机械零件的强度
刚度
刚度是机件受载时抵抗弹性变形的能力。
刚度准则就是用来保证零件发生一定程度的弹性变形时不至于影响到机器的正常工作。
耐磨性
机件磨损的影响因素：
①接触面间的作用力；②滑动速度；③材料材质与摩擦系数；④表面状态；⑤润滑。
④应该指的是粗糙度，而不是机加工之后的点阵畸变（角度更加宏观）。
振动稳定性
除设计时对机器进行模态分析避免共振外，还有一个考查点就是动平衡（第18章）。
耐热性
蠕变：金属构件的应力数值不变，但却发生缓慢而连续的塑性变形。
常用材料
钢
钢是含碳量低于2%的铁碳合金。
<center>热处理方式
名称 说明 应用 退火 加热→缓慢冷却（炉冷） 减少内应力，改善切削性能，增加韧性 正火 加热→空气冷却 改善切削性能，增加韧性 淬火 加热→急冷（eg.水） 提高硬度强度 回火 淬硬后→加热→保温→空气/油冷 消除淬火后的内应力，增加塑性、韧性 调质 淬火→高温回火 提高韧性、强度 渗碳 置于渗碳剂→加热保温→淬火&回火 增加表面硬度、耐磨性
更多内容参见《工程材料及成型工艺》。
碳钢 含碳量 特性 应用 低碳钢 <0.25% 可淬性差，强度不高 螺钉、螺母 中碳钢 0.25%~0.5% 综合性能好 键、轴、齿轮 高碳钢 >0.5% 高硬度，高强度 弹簧、钢丝
含碳量增加，可焊性变差。
钢的使用非常广泛，甚至有些工作干一辈子就做钢的设计制造，比如建筑表面的金属外包。
铸铁
含碳量>2%的铁碳合金。
（1）灰铸铁：脆性，不能碾压、锻造，不易焊接，良好的液态流动性，抗拉强度差，抗压性、耐磨性、减振性好，对应力集中敏感性小。
（2）球墨铸铁：强度较灰铸铁高，有一定塑性。
对应力集中的敏感性小指相同尺寸相同结构下相比于钢产生的应力集中更小。
[图片上传失败...(image-981f8b-1593875233714)]
有色金属及其合金
一般都是有特殊要求才用这些材料，比如整机重量要小于多少。
高分子材料
最多也就用到塑料和橡胶吧，比如说塑料齿轮，单个定制塑料齿轮的话比加工金属齿轮要贵，买成批的话可能就需要改原设计结构了。
关于材料还是在《工程材料及成型工艺》里仔细学吧。（忘得差不多了。。。）
摩擦、磨损、润滑、密封
摩擦磨损及润滑
摩擦
- 干摩擦
- 边界摩擦
- 流体摩擦
- 混合摩擦
干摩擦在本科结构设计的时候经常出现。。。挺好的其实，可以实现无级变速，研磨也是干摩擦。
力学计算的时候会计算摩擦角、画摩擦圆啥的。
磨损
磨合→稳定磨损→剧烈磨损
磨损
润滑
润滑剂：①润滑油；②润滑脂。
润滑方法：（1）间断润滑；（2）连续润滑：①浸油润滑，②飞溅润滑，③喷油润滑，④压力循环润滑。
选润滑油还是润滑脂主要看具体结构&使用环境。减速器里的齿轮就常用浸油润滑，浸不到油的就用飞溅润滑。
飞溅润滑
润滑油那里的计算还是去看流体力学的好。
密封
主要是密封润滑剂，防灰尘。比如减速器里的密封毡圈。
毡封圈
<center>申明
本文参照的学习书籍为陈秀宁主编的《机械设计基础》（浙江大学出版社），我使用的是2017年1月的第四版，文中使用语法标示的引用内容均为书内内容的简化抽取，除此之外另有众多参考文章，其中有明确原创来源的均会标注引用来源，而没有明确原创来源的则不会做任何标注。本文中出现的图片如非本人个人创作均会标注来源（使用原链接的图片省略标注），如创作时有所参考也会标注参考来源。本人承诺不利用本文获取任何财务上的利益，本人承诺撰写本文是明确的非营利性的行为。
本文适用《中华人名共和国著作权法》第二章第二节第十二条；本文参照的学习书籍，即由陈秀宁主编的、浙江大学出版社出版的《机械设计基础》，适用《中华人名共和国著作权法》第二章第二节第十四条。如本文中出现的任何参考内容的原作者认为本人在行使对本文的著作权时侵犯了其对原作品的著作权，本人愿直接放弃对本文全部内容的著作权。
(End)
网友评论