1. 机械零件的失效形式
机械零件在工作过程中可能因各种原因丧失预定功能，即发生失效。常见失效形式包括以下四类：
- 整体断裂：零件在过大应力作用下发生脆性或韧性断裂，如齿轮轮齿折断、轴的疲劳断裂等，是最危险的失效形式，常导致突发事故。
- 过大的残余变形：零件产生超过允许范围的塑性变形（如弯曲、扭转变形），使零件失去精度或无法正常装配。
- 零件表面破坏：包括腐蚀、磨损和接触疲劳（如齿面点蚀、轴承滚道剥落）。表面破坏会逐渐恶化零件性能，最终导致功能丧失。
- 破坏正常工作条件引起的失效：如振动过大、噪声超标、温升过高、密封失效等，虽然零件本身未破坏，但已无法满足工作要求。
失效分析是零件设计的核心起点，必须针对具体工况（如载荷性质、工作环境）进行全面考虑。
2. 设计零件应满足的要求
零件设计需同时满足多方面要求，才能保证安全、经济、可靠地工作。主要要求如下：
- 避免在预定寿命期内失效的要求：包括足够的强度（不发生断裂或过大塑性变形）、刚度（变形在允许范围内）和寿命（疲劳寿命、磨损寿命等）。
- 结构工艺性要求：零件形状应便于加工、装配、检测和维修（如避免过多深孔、复杂曲面）。
- 经济性要求：选用廉价材料、简化结构、减少加工工序、降低制造和维护成本。
- 质量小的要求：在满足强度刚度前提下尽量减轻重量，特别对航空、汽车、移动设备意义重大（可降低惯性力、提高效率）。
- 可靠性要求：保证在规定条件下、规定时间内完成规定功能，并考虑安全系数、冗余设计、故障模式影响分析（FMEA）。
3. 零件的设计准则
设计时需依据以下准则进行校核和优化：
- 强度准则：保证零件在工作载荷下不发生断裂或过大塑性变形。
- 刚度准则：控制零件变形量在允许范围内（如轴的挠度、齿轮的变形）。
- 寿命准则：保证零件在预定工作时间内不发生疲劳破坏或过度磨损。
- 振动稳定性准则：避免共振、控制临界转速、降低噪声。
- 可靠性准则：通过概率统计方法保证可靠度达到规定水平（如90%可靠度下的基本额定寿命）。
4. 零件的设计方法
- 理论设计：基于力学、材料力学、疲劳理论等进行精确计算，适用于重要零件。
- 经验设计：采用成熟的经验公式、类比法或标准手册数据，快速可靠，常用于通用零件。
- 模型试验设计：通过相似模型或实物试验验证理论结果，适用于新型结构或复杂工况。
现代设计常将三者结合，并辅以有限元分析（FEA）、优化设计软件。
5. 机械零件常用的材料
- 金属材料：碳钢、合金钢、铸铁、有色金属（铝、铜合金），强度高、工艺性好，是最主要材料。
- 高分子材料：工程塑料、橡胶，重量轻、耐腐蚀、减振性好，但强度和耐温性较低。
- 陶瓷材料：高硬度、耐磨、耐高温、耐腐蚀，但脆性大，主要用于高温、腐蚀环境。
- 复合材料：纤维增强塑料、金属基复合材料，兼具高比强度、高比刚度，广泛用于航空航天和轻量化结构。
材料选择需综合考虑力学性能、工艺性、经济性和工作环境。
6. 零件的强度分类
零件强度分为静应力强度（承受恒定载荷）和变应力强度（承受交变载荷，即疲劳强度）。变应力强度是大多数机械零件设计的控制因素。
7. 应力比的定义
应力比 r = \frac{\sigma_{\min}}{\sigma_{\max}}
- r = -1：对称循环应力（最危险的疲劳工况）。
- r = 0：脉动循环应力。
8. S-N曲线（应力-寿命曲线）各阶段含义
- BC段：应变疲劳（低周疲劳），寿命一般<10⁴次，塑性应变起主导作用。
- CD段：有限寿命疲劳阶段（高周疲劳），10⁴~10⁷次。
- D点以后：无限寿命疲劳阶段，D点对应的应力即持久疲劳极限（或条件疲劳极限）。
9. 提高零件疲劳强度的措施
- 尽可能降低零件上应力集中的影响（如采用减载槽、过渡圆角、开卸载槽）。
- 选用疲劳强度高的材料（如合金钢）。
- 采用能提高材料疲劳强度的热处理（如渗碳、氮化）和表面强化工艺（如喷丸、滚压）。
10. 滑动摩擦的类型
- 干摩擦：两表面直接接触，无润滑。
- 边界摩擦：表面存在极薄的吸附膜。
- 流体摩擦：表面被较厚润滑膜完全隔开（摩擦系数最低）。
- 混合摩擦：以上几种同时存在。
11. 零件的磨损过程
磨损过程分为三个阶段：
- 磨合阶段：初期磨损较快，表面逐渐光滑。
- 稳定磨损阶段：磨损速率稳定且较低。
- 剧烈磨损阶段：磨损急剧加快，导致失效。
设计目标：缩短磨合期、延长稳定磨损期、推迟剧烈磨损的到来。
12. 磨损的分类
- 粘附磨损
- 磨粒磨损
- 疲劳磨损
- 冲蚀磨损
- 腐蚀磨损
- 微动磨损
13. 润滑剂的分类
- 气体、液体、固体、半固体四种。
- 润滑脂主要分为：钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂。
14. 螺纹的类型与特点
- 普通连接螺纹：牙型为等边三角形，自锁性好。
- 矩形传动螺纹：传动效率最高，但加工困难。
- 梯形传动螺纹：强度高、加工方便，是最常用的传动螺纹。
15. 螺纹线数选择
- 普通连接螺纹要求自锁性好，多采用单线螺纹。
- 传动螺纹要求传动效率高，多采用双线或三线螺纹。
16. 螺纹连接的类型
- 普通螺栓连接（通孔或铰制孔）
- 双头螺柱连接
- 螺钉连接
- 紧定螺钉连接
17. 螺纹连接的预紧与防松
预紧目的：增强连接可靠性和紧密性，防止受载后出现缝隙或相对滑移。 防松根本：防止螺旋副发生相对转动。常用方法：
- 摩擦防松（弹簧垫圈、双螺母）
- 机械防松（开口销、止动垫片）
- 破坏螺旋副运动关系防松（点焊、粘接）
18. 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（减小螺栓刚度或增大被连接件刚度）
- 改善螺纹牙上载荷分布不均
- 减小应力集中的影响
- 采用合理的制造工艺（滚压螺纹等）
19. 键连接的类型
- 平键连接：两侧面为工作面
- 半圆键连接
- 楔键连接
- 切向键连接
20. 带传动的分类
- 摩擦型（V带、平带）
- 啮合型（同步带、链条式）
21. 带传动的应力分布
带的瞬间最大应力发生在紧边开始绕上小带轮处；带运行一周，应力变化四次（拉伸、弯曲、离心等）。
22. V带传动的张紧装置
- 定期张紧装置
- 自动张紧装置
- 采用张紧轮的张紧装置
23. 滚子链的特点
链节数一般为偶数（避免过渡链节）；链轮齿数宜取奇数。
24. 链传动张紧的目的
避免松边垂度过大引起啮合不良和振动，同时增加链条与链轮的包角。
25. 齿轮的失效形式
- 轮齿折断
- 齿面磨损（开式齿轮常见）
- 齿面点蚀（闭式齿轮常见）
- 齿面胶合
- 塑性变形（从动轮出现脊棱、主动轮出现沟槽）
26. 齿轮硬度分类
工作面硬度大于350 HBS（或38 HRC）称为硬齿面齿轮；反之称为软齿面齿轮。
27. 减小齿轮动载荷的措施
- 提高制造精度、减小齿轮直径以降低圆周速度
- 齿顶修缘
- 轮齿做成鼓形以改善齿向载荷分布
28. 蜗杆传动效率与自锁性
直径系数越小、导程角越大，传动效率越高，但自锁性越差。
29. 蜗轮变位
变位后蜗轮的分度圆与节圆仍重合，但蜗杆的节线不再与其分度圆重合。
30. 蜗杆传动的失效形式
主要为点蚀、齿根折断、齿面胶合及过度磨损，且失效通常首先发生在蜗轮上。
31. 闭式蜗杆传动的功率损耗
- 啮合摩擦损耗
- 轴承摩擦损耗
- 搅油和溅油损耗
32. 蜗杆传动的热平衡计算
必须满足单位时间内发热量等于散热量。常用散热措施：
- 加装散热片、增大散热面积
- 在蜗杆轴端加装风扇
- 在箱体内装循环冷却管路
33. 形成液体动力润滑的条件
- 两表面必须形成收敛的楔形间隙
- 必须有足够的相对滑动速度，使润滑油从大口流入小口流出
- 润滑油必须有一定粘度，且供油充分
34. 滚动轴承的基本结构
内圈、外圈、滚动体、保持架。
35. 滚动轴承类型代号及内径系列
- 3：圆锥滚子轴承
- 5：推力球轴承
- 6：深沟球轴承
- 7：角接触球轴承
- N：圆柱滚子轴承 内径代号：00=10mm、01=12mm、02=15mm、03=17mm；04及以后每增加一位对应增加5mm（12=60mm）。
36. 基本额定寿命（L₁₀）
一组相同轴承中，90%的轴承在发生点蚀破坏前所能达到的转速或工作小时数。
37. 基本额定动载荷（C）
使轴承的基本额定寿命恰好为10⁶转时，轴承所能承受的载荷。
38. 轴承配置方法
- 双支点各单向固定
- 一端双向固定，另一端游动
- 两端游动支承
39. 轴的分类（按载荷）
- 转轴：同时承受弯矩和扭矩（最常见）
- 心轴：只承受弯矩（不转动或转动但不传递扭矩）
- 传动轴：主要承受扭矩