1、机械设计基础重点知识结构图机械设计基础重点知识结构图第 1 章 平面机构的自由度和速度分析 固定构件（机架）平面机组成机构运动简图原动件（主动件） 构件从动件回转副低副移动副运动副高副定义运动副、构件、常用机构表达方法构的自机构运动简图绘制机构具有确定运动的条件：自由度等于原动件数由度和平面机构自由度的计算：F 3n 2 P Pl h速度分析机构自由度的计算计算自由度应注意的事项正确计算运动副的数量 （复合铰链等）局部自由度：滚子绕其中心的转动虚约束存在的几种情况瞬心绝对瞬心相对瞬心机构瞬心数K N ( N 1) / 2平面机构的速度分析：速度瞬心法两构件直接以运动副连接瞬心位置的确定机构的速
2、度分析两构件不直接连接：三心定理 求两构件的角速度之比求构件的角速度和速度v 180 l 机械设计基础重点知识结构图 第 2 章 平面连杆机构曲柄摇杆机构基本型式双曲柄机构平面四杆机构的 基本型式及其演化双摇杆机构 曲柄滑块机构 导杆机构演化机构摇块机构和定块机构 双滑块机构偏心轮机构平急回特性急回运动行程速比速度变化系数 K 2 v 180 1 面连平面四杆机构 的主要特性压力角和传动角应用：当0 时，K1，机构有急回特性压力角 ：从动件受力方向和速度方向所夹锐角 传动角 ：压力角的余角 越小， 越大，机构的传力性能越好 40 ，出现在曲柄与机架共线两位置之一 min杆曲柄为从动件时，曲柄与
3、连杆共线位置， 0 死点消除方法：利用飞轮或机构自身的惯性力机lmin 应用：夹紧装置中的防松另两杆长度之和；整转副由最短杆与其邻边组成 max构有整转副条件有整转副时， 存在的不同机构曲柄摇杆机构最短杆邻边为机架 双曲柄机构最短杆为机架 双摇杆机构最短杆对边为机架作图法：按行程速比系数设计：利用机构在极位时几何关系 已知连杆三个位置，求圆心法四杆机构设计 解析法：利用几何关系列解析式求解 实验法1机械设计基础重点知识结构图 第 3 章 凸轮机构凸轮机构的分类盘形凸轮机构按凸轮的形状分 移动凸轮机构圆柱凸轮机构 尖顶从动件凸轮机构按从动件的形状分 滚子从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构 直动从动
4、件凸轮机构按从动件的运动形式分摆动从动件凸轮机构对心直动从动件凸轮机构 偏置直动从动件凸轮机构推杆基本概念：基圆、基圆半径、推程、升程、推程运动角、回程、回程运动角、休止、 远休止角、近休止角、压力角。凸轮机的运动形式运动规律常用的运等速运动动形式等加速等减速运动 余弦加速度运动设计原理： 反转法原理冲击性质刚性冲击柔性冲击柔性冲击动力特性发生位置开始点、终止点开始点、中点、终止点 开始点、终止点适用场合低速轻载中速轻载 中低速重载构作图基本步骤及其设计凸轮轮廓曲线设计方法图解法1根据从动件的运动规律，画出位移线图并沿横轴等 分；2选出比例尺，画出基圆及从动件起始位置； 求出从动件在反转运动中
5、占据的各个位置； 求从动件尖顶在复合运动中依次占据的位置； 将从动件尖顶的各位置点连成一条光滑曲线，即为凸轮理论轮廓曲线。设计主要参压力角基圆半径用包络的方法求凸轮的实际轮廓曲线。 画出基圆及推杆起始位置，取合适的直角坐标系。 根据反转法原理，求出推杆反转 角时理论廓线方解析法程式。 根据几何关系求出实际廓线方程式。从减小推力和避免自锁的观点来看，压力角愈小愈好。在满足压力角小于许用压力角的条件下，尽量使基圆半径小些，以使 凸轮机构的尺寸不至过大。在实际的设计工作中，还需考虑到凸轮机构的数的选择结构、受力、安装、强度等方面的要求。为了避免理论轮廓出现尖点和自交，滚子半径应小于理论轮廓曲线的 滚
6、子半径 最小曲率半径。设计时，应尽量使滚子半径小些，但考虑到强度、结构等限制，通常按经验公式确定取滚子半径，设计中验算理论轮廓曲线的最小 曲率半径。机械设计基础重点知识结构图 第 4 章 齿轮机构z3vzvmin v min啮合传动21机械设计基础重点知识结构图直齿圆柱齿轮机构(外啮合、内啮合、齿轮齿条)齿轮机构类两轴平行的齿轮机构(圆柱齿轮机构)两轴相交的齿轮机构(圆锥齿轮机构)斜齿圆柱齿轮机构(外啮合、内啮合、齿轮齿条) 人字齿圆柱齿轮机构直齿圆锥齿轮机构曲齿圆锥齿轮机构型两轴交错的齿轮机构交错轴斜齿轮机构蜗轮蜗杆机构定角速比条件：过啮合点公法线与连心线相交一定点C(节点)齿廓实现定角速比
7、传动的条件齿廓常用曲线：渐开线、摆线、圆弧线齿轮机构渐开线齿廓渐开线直齿 圆柱齿轮传动渐开线的形成：直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹发生线在基圆上滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长 渐开线上的法线与基圆相切渐开线的五大特性 渐开线上任一点压力角的余弦为基圆半径与该点向径之比渐开线的形状决定于基圆的大小，基圆大渐开线越平直 基圆内无渐开线渐开线齿廓能满足定角速比传动条件渐开线齿廓的特点渐开线齿轮传动具有可分性渐开线齿轮传动具有正压力方向不变性齿轮各部分名称及几何尺寸计算基本参数：齿数、模数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数最少齿数：正常齿制标准齿轮最少齿数为17、短齿制最少齿数为14正确啮合条
8、件：模数相等、压力角相等啮合传动 连续传动条件：重合度大于1（标准齿轮均满足，不必验算） 标准中心距：无齿侧间隙、标准顶隙(两分度圆相切,与节圆重合) 成形法（盘形铣刀、指状铣刀）渐开线齿轮 的切齿原理切齿方法范成法常用刀具:齿轮插刀、齿条插刀、齿轮滚刀主要运动:范成运动、切削运动、送进运动、让刀运动根 切根切现象：齿廓根部的渐开线被切去一部分 根切原因：标准齿轮发生根切的原因是齿数太少变位齿轮机 构斜齿圆柱机 构齿轮变位原因：加工较少齿数齿轮、改变中心距、改变齿根强度变位齿轮的切制：刀具的分度线或分度圆不再与轮坯分度圆相切变位齿轮的几何尺寸：齿数、模数、压力角、齿距不变。变位齿轮传动：等移距
9、变位齿轮传动、不等移距变位齿轮传动斜齿轮的基本参数：齿数、模数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数、螺旋角 几何尺寸：法面参数为标准值，端面参数用于几何尺寸计算当量齿轮的当量齿数z 不发生根切的最少齿数z z cos cos3 min v min正确啮合条件：模数相等、压力角相等、螺旋角大小相等、方向相反啮合传动重合度：比端面齿廓相同的直齿轮的重合度大 中心距：中心距可调整螺旋角的大小来改变圆锥齿轮机 构几何尺寸：以大端参数为标准值，c但* 0.2等顶隙收缩齿、不等顶隙收缩齿当量齿轮的当量齿数z 不发生根切的最少齿数z z cos cos 正确啮合条件：大端模数相等、压力角相等 z d sin 传动
10、比： i 1 2 2 2 tg ctg z d sin 2 1 1 1机械设计基础重点知识结构图第 5 章 轮系轮系的分类轮系的功用定轴轮系基本组成周转轮系分类远距离的运动和动力的传递 变速传动获得较大的传动比运动的合成与分解中心轮行星轮行星架 差动轮系：自由度 F=2行星轮系：自由度 F=1轮定轴轮系：i1 Kn 1nK 轮1至轮轮1至轮KK间所有从动轮齿数的乘积 间所有主动轮齿数的乘积数值周转轮系i HGK n n G G H ( )n n GK H至至KK所有从动轮齿数的乘积 所有主动轮齿数的乘积系计算原理：分解周转轮系和定轴轮系，然后 分别列方程，最后联立求解。传动复合轮系行星轮-轴线
11、位置不固定比的计算方向判断周转轮中心轮-与行星轮直接啮合 系分解行星架-支撑行星轮箭头法首末轮轴线相互平行时：方向为（-1 ）m渐开线少齿差行星传动几种特殊的行星传动摆线针轮行星传动 谐波齿轮传动maxm机械设计基础重点知识结构图 第 7 章 机械运转速度波动的调节速度波动原因：驱动力矩和阻力矩不是时刻相等速度波周期性速度波动：一个周期内输入功和输出功相等机械动分类非周期性速度波动：很长时间内输入功和输出功不等运转 调节方法 速周期性波动安装飞轮调节非周期性用调速器调节度波原理：飞轮相当于一个能量储存器设计步骤: 最大盈亏功飞轮的转动惯量飞轮尺寸动A的 飞轮 设计公式： J 2 调 max 和
12、min 两点间力矩 调速 M-图：节 曲线正、负面积的代数和 最大盈亏功：能量指示图：最高点和最低点间的垂直距离尺寸计算：轮辐式：根据 J，设计 Dm， H，B实心式：根据 J，设计 D，B机械设计基础重点知识结构图 第 8 章 回转件的平衡回转件平衡的目的回转件的 回转件的平衡 平衡静平衡动平衡适用情况：轴向尺寸很小的回转件 平衡条件： F F F 0b i适用情况：轴向尺寸较大的转子平衡实验：平衡条件： F 0且 M 0 N机械设计基础重点知识结构图 第 9 章 机械零件设计概论(1)拟定零件的计算简图机械零件设计步骤(2)确定作用在零件上的载荷(3)选择合适的材料(4)根据失效形式,选用
13、判定条件,计算零件主要尺寸 (5)绘制工作图并标注必要的技术条件静应力应力的种类变应力:最大应力、最小应力、平均应力、应力幅、循环特性机械设计概论机械零件的强度整体强度计算 接触强度计算静强度计算疲劳强度计算 H H 塑性材料时 lim SS S 脆性材料时 lim BS S 无限寿命时 1k S有限寿命时 1Nk S N其中： m 0 1N 1机械零件磨损的种类：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损的耐磨性耐磨性条件： p p pv pv 机械制造墨色金属铸铁：灰铸铁、球墨铸铁钢：碳素结构钢（低碳钢、中碳钢、高碳钢）合金钢、铸钢常用材料公差配合有色金属：主要是铜合金（青铜合金和黄铜）非金属
14、：橡胶、塑料等公差：基本尺寸、上下偏差、公差、公差带配合：间隙配合、过渡配合、过盈配合；基轴制、基孔制机械零件工艺性基本要求：毛坯选择合理、结构简单合理、适当的精度和粗糙度 标准化、系列化S np升角 / 22 2机械设计基础重点知识结构图 第 10 章 连接按牙型分:三角螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、矩形螺纹螺纹联接螺纹分类螺纹参数螺 旋 副受力分析自锁以及效率螺纹联接类 型按母体分：圆柱螺纹、圆锥螺纹按旋向分：左旋螺纹、右旋螺纹按线数分：单线螺纹、多线螺纹大径、小径、中径线数、螺距、导程S np arctg arctg d d牙型角、牙侧角 轴向外载荷为阻抗力时，所需驱动F力 矩Ftg( )
15、a轴向外载荷为驱动力时，所需平衡F力 矩Ftg( )atg 螺旋副的效率 tg( )螺旋副自锁条件 螺栓联接：（普通螺栓联接、铰制孔螺栓联接）用螺栓、螺母、垫圈 螺钉联接：其中一被联接件较厚，用螺钉或螺栓、垫圈双头螺柱联接：其中一被联接件较厚且常拆卸，用双头螺柱、垫圈 紧定螺钉联接：主要用于固定两零件位置，用紧定螺钉联接螺纹联接 预紧、防松单个螺栓强度计算提高联接强度措施预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止联接松脱或出现缝隙 联接松脱的原因：受冲击、振动、变载；受温度变化防松的根本问题：防止螺旋副的相对转动防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏防松分析步骤：先根据联接类型、装配情况、载荷状
16、态确定螺栓的受力；再按相 应的强度条件计算螺纹小径或校核其强度五种联接类型：松螺栓联接;受横向载荷的铰制孔螺栓联接;仅有预紧力的螺 栓联接;受横向载荷的普通螺栓联接;有预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接 （1）降低载荷变化幅度；（2）改善螺纹牙间的载荷分布；（3）减小应力 集中；（4）避免或减小附加动载荷螺旋传动主要类型：传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋设计计算：根据耐磨性确定主要参数；根据工作情况进行其他强度校核键联接键的类型普通平键(圆头、方头、半圆头)用于静联接,主要失效为压溃,两侧面工作 平键导向平键：用于动联接，主要失效为磨损。半圆键：用于静联接，两侧面工作，调心性好楔键及切向键：用于静联接
17、，上下面为工作面，可承受单方向轴向力花键联接：齿侧为工作面。可用于静联接（压溃失效），也可用于动联接（磨损失效） 销联接：主要用于固定零件之间的相互位置，并传递不大的载荷机械设计基础重点知识结构图第 11 章 齿轮传动轮齿折断：开式、闭式都可能发生，有疲劳折断和过载折断两种 齿面点蚀：软齿面闭式传动主要失效形式，首先发生在齿根靠近节线处失效形式 齿面胶合：高速重载或低速重载时发生齿面磨损：开式传动的主要失效形式，主要形式为磨粒磨损齿面塑性变形：严重过载软齿面可能发生常用材料：主要是优质碳素钢、合金结构钢；其次是铸钢、铸铁常用材料及热处理常用热处理方法调 质处理后的齿面为软齿面 正 火表面淬火渗
18、碳淬火 处理后的齿面为硬齿面 渗 氮齿轮传动齿轮传动精度：共分十二级，1级最高，12级最低，常用6、7、8、9级精度。圆周力：主动轮上与运动方向相反，从动轮上与运动方向相同径向力：由作用点指向转动中心受力分析 轴向力：直齿圆柱齿轮没有轴向分力斜齿圆柱齿轮的主动轮上的轴向力符合左右手定则直齿圆锥齿轮的轴向力总是指向锥齿轮大端计算载荷：考虑载荷集中和附加动载荷的影响而更接近现KF实的载荷：n软齿面闭式传动：主要失效为齿面点蚀，按接触强度设计，按弯曲强度校核 设计准则 硬齿面闭式传动：主要失效为齿根折断，按弯曲强度设计，按接触强度校核开式齿轮传动： 主要失效为齿面磨损，只按弯曲强度设计理论依据：用弹
19、性力学赫兹公式计算齿轮节点处的接触应力接触强度计算特点：两啮合齿轮的接触应力相同两啮合齿轮的许用接触应力一般不相同 接触强度与分度圆大小有关而与模数无关强度计算理论依据：全部载荷集中作用于齿顶的悬臂梁。 计算特点：两啮合齿轮的弯曲应力不相同弯曲强度两啮合齿轮的许用弯曲应力一般不相同 两啮合齿轮的弯曲应力与与齿形系数成正比 在其他条件相同时，模数越大，弯曲强度越高注意点：斜齿轮和锥齿轮的齿形系数按当量齿数选取。 齿轮结构：齿轮轴式、实心式、腹板式、轮辐式、组合式润滑方式开式传动：人工润滑闭式传动：浸油润滑、喷油润滑齿轮传动的功率损耗：啮合中的摩擦损耗；搅油的油阻损耗；轴承的摩擦损耗 分类 带受力
20、分析P Fv / 1000传 f 动 齿形链 1 n z z L mQ P 机械设计基础重点知识结构图第 13 章 带传动和链传动 组成：主动轮、从动轮 和带 平带：截面为矩形，内 表面为工作面 摩擦型 V带：截面为等腰梯形， 两侧面为工作面，能产 生较大的摩擦力，应用 广。特殊截面带：多楔带， 圆形带 啮合型：同步带 几何尺寸计算 优点 : ( 1 )允许大的中心距 ; ( 2 ) 带可缓冲吸振 ; ( 3 ) 具有过载保护作用 ; ( 4 ) 结构简单 , 价廉 特点 缺点 : ( 1)结构大 ; ( 2 )需要张紧装置 ; ( 3 ) 传动比不固定 ; ( 4 ) 带寿命短 ; ( 5
21、) 效率低 2 F F F0 1 2 正常工作时 F F1 F 临界打滑时 : F / F e1 2应力分析 : 带受拉应力 , 离心应力 , 弯曲应力 ; 最大应力 , 发生在紧边进入小轮处max 1 b1 c 弹性滑动 两种滑动 两者的区别见表 13 . 1 打滑失效形式：打滑及弹性 滑动 计算准则：在保证不打 滑的情况下具有一定的 疲劳强度 原参始数数选据择：Pd、vn，1、an，（2Li）， 工，作F条件 d 0 设计计算 设计步骤： P Pc 带型 d 1、 d 2 验算 v a 、 L d 验算 根数 F0 带轮结构 调节中心距 张紧方式 采用张紧轮 链传动 组成：主动轮、从动轮
22、和链 优点 : ( 1 )允许大的中心距 ; ( 2 )需要的张紧力小 ; ( 3 ) 结构简单；（ 4）能在恶略条件下工作 ；（ 5）安装、制造精度低 特点缺点 : ( 1)瞬时链速及瞬时传动比 不是常数，运动平稳性 差，有冲击振动 组成：销轴、外链板、 套筒、内链板、滚子 滚子链 : 链条 主要参数：链节距 p ， p 大则各部分尺寸大，承 载能力大 端面齿形：国标规定了 齿槽的最小最大形状， 常用三弧一直线齿形滚子链链轮 基本参数： p 、 z 、 d（滚子外径） z pn z pn平均速度： v 1 1 2 2 60 1000 60 1000 运动分析 平均传动比： i 1 2 n z
23、2 1d cos 180 180 瞬时链速： v 1 1 （ ） 2 z z1 1 紧边拉力：包括有效拉 力、离心拉力、悬垂拉 力受力分析 松边拉力：包括离心拉 力、悬垂拉力 失效形式：链板的疲劳 破坏、销轴与套筒的胶 合、链条铰链的磨损、 滚子套筒的冲击疲劳破 坏、链条过载拉断 Pv 0 . 6 m / s , 按额定功率设计 , 即 c P K K K 0 计算准则 v 0 . 6 m / s , 按静强度设计 , 即 S 4 8 K FA 1 原始数据： P 、 n 、 n（ i），工作条件1 2 设计计算 参数选择： z ； p ， L ， a ， m设计步骤： z , z a L P
24、 P 链号 a 验算 v 润滑方式 链轮结构1 2 0 P c 0润滑及布置6W3624P机械设计基础重点知识结构图 第 14 章 轴按承受载荷的不同：转轴、传动轴、心轴轴的类型按轴的形状分：直轴、曲轴、挠性钢丝轴轴的材料：碳素钢、合金钢轴上零件定位：轴肩、轴环、套筒轴向:轴端挡圈、螺母、弹性挡圈、轴肩、套筒等结构设计轴上零件固定制造安装要求改善受力减小应力集中周向:平键、半圆键、花键轴、周向:紧定螺钉、销、楔键、过盈配合、圆锥面阶梯轴两头细、中间粗，满足轴承内经、轴径 要求；有轴端倒角、砂轮越程槽、螺纹退刀 槽；键槽、倒角、圆角尺寸尽量一致合理布置轴上零件，减小每段轴所受转矩；或结构 上使轴只受弯矩，不受转矩轴段直径变化不宜过大，尽量避免横孔、切槽；采 用大的过渡圆角或过渡肩环或凹切圆角；轴上开卸 载槽、轮毂上开卸载槽；增大配合处直径轴扭转强度计算用于传动轴的精确计算，转轴的近似计算T 9.55 10 P传动轴的强度条件0.2d nT 强度初步估算轴的直径d39.55 10 P P3 C 30.2 n n计算用于转轴和心轴的计算弯扭合成强度计算转轴和心轴 的强度条件eM 1eW 0.1d3M2( T )1b挠度估算轴径y yd3M0.1 e1b刚度计算转角扭角 等直径轴阶梯轴1GT l 32T lG I G dn T l
