1、机械设计基础总结76404盛年不重来，一日难再晨。及时宜自勉，岁月不待人。机械设计基础总结第一章 平面机构的自由度和速度分析1.1 构件 独立的运动单元 零件 独立的制造单元 运动副两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的连接。机构由两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统。机器由零件组成的执行机械运动的装置。机器和机构统称为机械。构件是由一个或多个零件组成的。机构与机器的区别：机构只是一个构件系统，而机器除构件系统之外还包含电气，液压等其他装置；机构只用于传递运动和力，而机器除传递运动和力之外，还具有变换或传递能量，物料，信息的功能。1.2运动副接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。
2、运动副元素直接接触的部分（点、线、面）运动副的分类： 1）按引入的约束数分有： I级副（F=5）、II级副（F=4）、III级副（F=3）、IV级副（F=2）、V级副（F=1）。2）按相对运动范围分有： 平面运动副平面运动空间运动副空间运动平面机构全部由平面运动副组成的机构。空间机构至少含有一个空间运动副的机构3）按运动副元素分有：高副（）点、线接触，应力高；低副（）面接触，应力低1.3机构：具有确定运动的运动链称为机构 机构的组成：机构机架原动件从动件保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数称为机构的自由度。24y原动件自由度数目：不具有确定的相对运动。原动件自由度数目：机构中最弱的构
3、件将损坏。1.5局部自由度：构件局部运动所产生的自由度。出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp。复合铰链两个以上的构件在同一处以转动副相联。m个构件, 有m1转动副虚约束 对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。出现场合：1两构件联接前后，联接点的轨迹重合，2.两构件构成多个移动副，且导路平行。 3.两构件构成多个转动副，且同轴。4运动时，两构件上的两点距离始终不变。5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。1.6机构运动简图用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。作用1.表示机构的结构和运动情况。2.作为运动分析和动力分
4、析的依据。步骤：1）运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；2）测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制示意图。3）按比例绘制运动简图。简图比例尺： l =实际尺寸 m / 图上长度mm4）检验机构是否满足运动确定的条件。1.7 F=3n(2Pl +Ph )1.8速度瞬心两个作平面运动构件上速度相同的一对重合点，在某一瞬时两构件相对于该点作相对转动 ，该点称瞬时速度中心。求法？若机构中有n个构件，则每两个构件就有一个瞬心 根据排列组合有Nn(n-1)/2求法：1）直接观察法：适用于求通过运动副直接相联的两构件瞬心位置。2）三心定律：三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬心，且它们位
5、于同一条直线上。此法特别适用于两构件不直接相联的场合。第二章 平面连杆机构2.1何谓平面连杆机构？它有何特点？能够实现哪些运动转换？平面连杆机构是有若干构件用低副（转动副、移动副）连接组成的平面机构，又称平面低副机构。采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。若组成转动副的两构件能作整周相对运动，则称该转动副为整转副，否则称为摆动副。2.2铰链四杆机构的基本形式，特性，生产中有何作用？哪些特性对工作不利？如何消除其影响？曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构1）曲柄摇杆机构特征：曲柄
6、摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。2）双曲柄机构特征：两个曲柄作用：将等速回转转变为等速或变速回转。3）双摇杆机构特征：两个摇杆对工作不利的特性：极位，死点位置：施加外力，利用构件自身惯性可以解决。运动不确定性：当四个铰链中心处于同一直线上将出现运动不确定性。可以在主，从动曲柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构来消除运动不确定状态。2.3四杆机构的演化形式有哪些？他们是通过什么途径演化而来的？在工程上有哪些实际应用？（1）改变构件的形状和运动尺寸曲柄摇杆机构，曲柄滑块机构，偏心曲柄滑块机构，对心曲柄滑块机构，双滑块机构，正弦机构。（2）改变运动副的尺寸偏心轮机构（
7、3）选不同的构件为机架曲柄滑块机构导杆机构2.4在铰链四杆机构中，转动副成为周转副的条件是什么？1最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。2整转副是由最短杆与其临边组成2.5铰链四杆机构的形式和尺寸之间关系如何？曲柄存在的条件：曲柄存在的条件1. 最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和称为杆长条件。2.连架杆或机架之一为最短杆。2.6四杆机构的极位和死点有何异同在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：0此时机构不能运动. 称此位置为：“死点”死点要求是摇杆为主动件曲柄为从动件时的极位才是死点2.7何谓行程
8、速比系数K？它描述了机构的什么特性？它与极位夹角有何关系？当曲柄以继续转过180-时，摇杆从C2D,置摆到C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有： 显然t1t2 v2v1,摇杆的这种特性较急回运动。称K为行程速比系数，特性：K值越大，急回性质越明显。于极位夹角的关系式：且越大，K值越大，急回性质越明显2.8存在急回特性的装置？什么情况下没有急回特性？具有急回特性的四杆机构除曲柄摇杆机构外，还有偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构等。当 =0，k=1时,无急回特性.2.9曲柄摇杆机构中，当以曲柄为原动件时，是否存在死点？不存在。2.10曲柄摇杆机构、双摇杆机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构和摆
9、动导杆机构等各在什么条件下会出现死点？机构在死点位置会出现什么后果？可采取哪些措施解决？摇杆为主动件的曲柄摇杆机构，当曲柄与连杆两次共线时，忽略连杆质量的情况下，连杆是二力杆，因此连杆对曲柄的作用力通过曲柄铰链中心A，给曲柄的驱动力矩为，机构就会出现卡死或运动不确定的现象。死点通常有害，应设法消除。消除方法有：2 对从动曲柄施加附加力矩。 利用构件自身或飞轮的惯性。3 多组相同机构错开一定角度布置。2.11机构的压力角和传动角?对传动性能的影响？设计四杆机构时，对传动角有何要求？压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。传动角（）=90度-压力角（）F对传动有利。又可用的大小来表示
10、机构传动力性能的好坏,设计时要求: min502.12曲柄摇杆机构都得最大和最小传动角出现在什么位置？当摇杆主动时，其传动角又如何？在曲柄摇杆机构中,若以曲柄为原动件时,最小传动角出现在曲柄与机架的两个共线位置之一处。2.13导杆机构的传动角是多少？摆动导杆机构的传动角始终等于90。2.14曲柄滑块机构的最大和最小传动角出现在什么位置？当滑块主动时，其传动角又如何？第三章 凸轮机构3.1凸轮机构有哪些类型？特点如何？1)按凸轮形状分：盘形、 移动、 圆柱凸轮 ( 端面 ) 。2)按推杆形状分：尖顶、 滚子、 平底从动件。3)按推杆运动分：直动(对心、偏置)、 摆动4)按保持接触方式分：力封闭（
11、重力、弹簧等）几何形状封闭(凹槽，等宽，等径，主回凸轮)特点：尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；滚子磨损小，应用广；平底受力好、润滑好，用于高速传动。3.2凸轮机构从动件常用运动规律有哪几种？有何特点？适用于哪些场合？一、多项式运动规律1.等速运动（一次多项式）运动规律。刚性冲击2.等加等减速（二次多项式）运动规律：位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。柔性冲击3.五次多项式运动规律：无冲击，适用于高速凸轮二、三角函数运动规律1.余弦加速度(简谐)运动规律：在起始和终止处理论上a2为有限值，产生柔性冲击。2.正弦加速度（摆线）运动规律：无冲击三、改进型运动规律：将几种运动规律组合，以改善运动
12、特性。正弦改进等速3.3何谓刚性冲击和柔性冲击？它们出现在哪几种常用运动规律中？（网上找的）等加速和等减速运动的推杆在运动的起讫处加速度数值较大变化以及中部加速度方向发生反向而对凸轮产生柔性冲击；余弦加速度运动的推杆在起讫处也由于其加速度数值的较大变化而对凸轮产生柔性冲击。这些是PPT上的，和书上的有些不一样3.5理论轮廓曲线，实际轮廓曲线？作图时是否可以不画理论轮廓曲线直接画实际轮廓曲线？实际轮廓是只凸轮的实际外形，滚子的中心走过的轨迹才是理论的轮廓曲线不能 （P47）3.6 设计凸轮轮廓曲线时，采用了反转法，其理论依据是什么。给整个凸轮机构施以-1时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮
13、将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。3.7压力角，对工作的影响？为什么回程压力角可以选得大些？（1）作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角称为压力角。（2）驱动从件的有用分力F一定时，压力角越大，则有害分力F越大，机构的效率越低。当 增大到一定程度，以致F在导路中所引起的摩擦阻力大于有用分力F时，无论凸轮加给从动件的作用力多大，从动件都不能动，这种现象称为自锁。为了保证凸轮机构正常工作并具有一定的传动效率，必须对压力角加以限制。（3）常见的依靠外力使从动件与凸轮维持接触的凸轮机构，其从动件是在弹簧或重力作用下返回的，回程不会出现自锁。因此，对于这类凸轮机构，通
14、常只需要校核推程压力角。3.8将对心从动件改为偏置后，对凸轮压力角有何影响？用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，故偏距 e 不能太大。第四章 齿轮机构4.1渐开线形成：条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹特性：1 AB = BK;（见书P55页及PPT）2 渐开线上任意点的法线切于基圆纯滚动时， B为瞬心，速度沿t-t线，是渐开线的切线，故BK为法线3 B点为曲率中心，BK为曲率半径。渐开线起始点A处曲率半径为0。4 渐开线的形状取决于基圆的大小5 基圆之内无渐开线4.3齿廓在基圆上的压力角和曲率半径如何？在无穷远处的压力角和曲率半径又如何？（P55）压力角k，基圆半径rb
15、，k点离轮心的距离rbrk cosk 条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹叫渐开线。直线与基圆的交点是曲率中心，任意点到曲率中心的距离是曲率半径。（齿轮在无穷远处的压力角和曲率半径未找到。）4.4当基圆半径无限大时，渐开线的形状，压力角和曲率半径如何？渐开线形状取决于基圆，当基圆半径无限大时，渐开线变成直线，压力角为零度，曲率半径无限大。4.5齿廓啮合基本定律：相互啮合传动的一对齿廓，在任一啮合位置时的传动比都与连心线O1O2被两齿廓在接触点处的公法线所分成的两线段的长度成反比。这种关系称为齿廓啮合基本定律。4.6渐开线齿轮传动的三个重要特性？工程意义？ 1）可分性：即使两轮的中心距稍有
16、改变，其角速度比仍保持原值不变。可根据可分性设计变位齿轮。 2）齿轮传动时，其齿廓接触点的轨迹成为啮合线。无论在哪一点接触，接触齿廓的公法线总是两基圆的内公切线，即为啮合线。3）若齿轮传递的力矩恒定，则齿轮之间，轴与轴承之间压力的大小和方向不变。4.7过节点作两节圆的公切线，它与啮合线间的夹角称为啮合角；啮合角在数值上等于渐开线在节圆上的压力角。参考P56图4-54.8 在任意直径的圆周上，轮齿两侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿厚（s）；齿槽两侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿槽宽（e）；相邻两齿同侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿距（p）；分度圆上的齿距p对的比值称为模数（m）。 参考P57图4-64
17、.9把齿轮某一圆周上的比值pk/规定为标准值（整数或较完整的有理数），并使该圆上的压力角也为标准值。这个圆称为分度圆。 P57标准齿轮：分度圆上齿厚与齿槽宽度相等，且齿顶高和齿根高均为标准值的齿轮。(m 、h*a、c* 为标准值，并且 s = e = p / 2 的齿轮。)4.10 基本参数和几何尺寸 （P55-P60）齿轮各部分的名称：(1) 齿顶圆da，ra (2) 齿根圆df，rf (3) 基 圆db，rb (4) 分度圆d，r (5) 分度圆上的齿厚S (6) 分度圆上的齿槽宽e基本参数(1) 齿数Z (2) 模数m (3) 分度圆压力角 (4) 齿顶高系数ha*顶隙系数c*几何尺寸计
18、算标准齿轮具有标准齿廓参数 Z , m , ha* , c* 且分度圆上的 e = s 相等。分度圆直径 d = mZ 齿顶圆直径 da = d2ha（外齿轮为+）齿根圆直径 df = d2hf（外齿轮为-）基圆直径 db = d cos = m z cos 齿 顶 高 = m 分别为齿顶高系数和顶隙系数齿 根 高 = (+ )m 齿 全 高 h = + 齿厚、齿槽宽 s = e = m /2齿 距 p =m 基圆齿距 pb =m cos法向齿距 pn =m cos 顶 隙 c = c*m 中心距 a= (d1d2)/2 = m(Z1 Z2)/2传动比 i12= 1/2= r2/r1= Z2/
19、Z1= rb2/rb111.两轮的模数和压力角应分别相等4.11渐开线齿轮传动的正确啮合条件（P59）两轮的模数和压力角分别相等正确啮合条件 m1cos a1 = m2cos a2由于模数和压力角已经标准化，所以必须使:m1 = m2 = m a1 = a2 = a4.12在确定一对齿轮传动的中心距时，应满足哪两点要求？（1）保证两轮的齿侧间隙为零。为了避免轮齿间的冲击，齿侧间隙一般都很小，通常是由制造公差来保证。 （2）保证两轮的顶隙为标准值4.13具有标准中心距的标准齿轮传动具有哪些特点？（P60 齿侧间隙为零，分度圆的齿厚与齿槽宽相等）4.14实际安装中心距大于标准中心距时，分度圆半径变
20、大，传动比不变，径向间隙变大，齿侧间隙出现，节圆半径变大且大于分度圆半径，啮合角变大且大于分度圆压力角，重合度降低。4.15传动比=角速比=圆心到节点距离的反比=节圆半径反比=基圆半径的反比=分度圆半径反比=齿数反比=常数第五章 轮系5.1定轴轮系，周转轮系？他们有什么区别传动时每个齿轮的几何轴线都是固定的，这种轮系称为定轴轮系。这种至少有一个齿轮的几何轴线绕另一个齿轮的几何轴线转动的轮系，称为周转轮系。区别：定轴轮系的每个齿轮的几何轴线都是固定的，而周转轮系至少有一个齿轮的几何轴线绕另一个齿轮的几何轴线转动的。5.2基本周转轮系及其特点：基本周转轮系是由行星轮、支持它的行星架和与行星轮相啮合
21、的两个(有时只有一个)中心轮构成。特点：行星架和中心轮的几何轴线必须重合。5.3行星轮系是，差动轮系？他们的区别是什么？在周转轮系中，它的两个中心轮能转动，需要两个原动件的周转轮系称为差动轮系。在周转轮系中，只有一个中心轮能转动，只需一个原动件的周转轮系称为行星轮系。区别：差动轮系的两个中心论都能转动而行星轮系的只有一个中心轮能转动。5.4转化轮系，它和原来的轮系有何联系与区别？为什么要引进此概念？根据相对运动原理，给整个转速为n（H）的周转轮系加上一个绕轴线的大小为n(H)，方向与n（H）相反的公公转速后，原来的周转轮系便成为了定轴轮系，这个假想的定轴轮系称为原来周转轮系的转化轮系。区别与联
22、系：转化轮系是周转轮系整体加一个大少相等、方向相反的转速得到的区别是转化后，各个构件的转速都变为原转速减去n（H）意义：引入转化轮系后就可以用求解定轴轮系传动比的方法求出任意的两个齿轮的传动比。5.5轮系传动比的正负表示什么意思？这种表示方法的适用范围如何？正号表示两轮的转向相同，负号表示两轮的转向相反适用范围是起始主动轮与最末从动轮的轴线相平行5.6既然论戏中的过桥齿轮不影响轮系的传动比大小，为什么要采用过桥齿轮？它能起到改变转向的作用5.7在计算传动比时，方程右边的齿数比一定要考虑正负号，这是为什么？正负号代表转向，转向相同为正，相反为负5.8同转轮系传动比一般计算公式特别注意：1齿轮m,
23、n的轴线必须平行2计算公式中的“”不能去掉，它不仅表明转化轮系中两个太阳轮m,n之间的转向关系，而且影响到角速度的计算结果。5.9SORRY5.10在工程上，轮系有何功能作用？1.获得较大的转动比，而且结构紧凑，一对齿轮，i0.5的情况下才采用多圆的圆销的拨盘。圆销个数不能任意选取，因为运动特性系数需满足0.51。 P91926.5槽轮机构上的锁止弧有何用处？在圆销脱出槽轮的径向槽时，槽轮的另一内凹锁被拨盘的外弧卡住，使槽轮静止不动，直到圆销再次进入槽轮的另一径向槽，两者又重复上述运动循环。 P91：义构件的转速都变为原转速轮系整体加一个大少相等的轮系称为原来的第九章 机械零件设计概论9.1设
24、计机械时应考虑的基本要求：在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和造型美观等。9.2零件的失效，主要失效形式：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。主要的失效形式：强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度的影响等9.3零件失效的原因：断裂或塑性变形；过大的弹性变形；工作表面的过度磨损或损伤；发生强烈的振动；连接的松弛；摩擦传动的打滑等9.4零件强度和刚度的条件：强度条件：应力=许用应力刚度条件：变形量=许用变形量9.5名义载荷：在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷名义应力：按照名义载荷用力学公式求得的应力计算载荷：载荷系数与名义载荷的乘
25、积计算应力：按照计算载荷求得的应力载荷系数：用来估计机器运转时零件受到各种附加载荷的影响。9.7循环特性：应力循环中的最小应力与最大应力之比9.8在变应力作用下，零件的主要失效形式是什么？疲劳断裂9.9机械零件的疲劳失效表现有哪些特征？a 疲劳断裂的最大应力远比静应力材料的强度极限低； b 不管是脆性材料或塑性材料，其疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂c 疲劳断裂是损伤的积累，它的初期现象是在零件表面或表层形成微裂纹，这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展，直至余下的未裂开的截面积不足以承受外载荷时，零件就突然断裂。9.10磨损的主要类型：磨粒磨损，粘着磨损（胶合），疲劳磨损（点
26、蚀），腐蚀磨损9.11制作零件常用的金属材料：铸铁、钢、铜合金9.12刚和铸铁的区分标志是：含碳量的不同9.13钢制零件毛坯获取的方法：可用锻造、冲压、焊接或铸造等方法取得9.14 零件的互换性：9.15 略 P100多页9.16配合的类型有哪三种？其孔与周的公差带相对位置如何？间隙配合、过渡配合、过盈配合；间隙配合的孔比轴大，过盈配合的孔比轴小，过渡配合可能具有间隙，也可能具有过盈9.17配合的基准制有哪两种？对应分公差带位置如何？基孔制和基轴制基孔制的孔是基准孔，其下偏差为零；基轴制的轴是基准轴，其上偏差为零9.18解释配合代号H6/h5（基准制，孔，轴代号，精度等级）9.19表面粗糙度反
27、映零件的什么误差？零件表面的微观几何形状误差9.20表面粗糙度对零件功能的影响： 1对摩擦磨损的影响：表面越粗糙，摩擦系数越大。2对疲劳强度的影响：表面越粗糙，在刀痕根部越容易产生应力集中，使疲劳强度降低。3对耐腐蚀的影响：表面越粗糙，在刀痕根部越容易产生腐蚀渗透。4对结合处密封性能的影响：表面越光滑，密封性能越好。5对振动和噪声的影响：表面越粗糙，振动和噪声越大。如滚动轴承。9.21零件工艺性良好的标志是什么？便于加工、费用又很低9.22零件的工艺性有哪些基本要求a 毛坯选择合理b 结构简单合理c 规定适当的制造精度及表面粗糙程度9.23何为标准化，标准化制定的意义？标准化是指以制定标准和贯
28、彻标准为主要内容的全部活动过程制定标准化的意义：a 在制造上可以实行专业化大量生产，既可提高产品质量又能降低成本；b 在设计方面可减少设计工作量；c 在管理维修方面，可减少库存量和便于更换损坏的零件。9.24标准化的特征：a 产品品种规格的系列化b 零部件的通用化c 产品质量标准化9.25实际工程中使用的标准有哪些层次？性质如何？国家标准、行业标准、地方标准和企业标准；强制性和推荐性第十章10.1螺纹是怎样形成的？斜角为 的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线，取一平面图形使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线就得到螺纹12.2常用的螺纹牙型有哪几种？等边三角形。等腰三角形、正方形。
29、等腰梯形、不等腰梯形。10.3判断螺纹的旋向：要轴线方向看螺纹往哪个方向上升那个方向就是旋转方向。10.4单线螺纹：沿一根螺旋线形成的螺纹 多线螺纹：沿两根以上的等螺距螺旋线形成的螺纹。 螺距P与导程S：S=Np10.5联动螺纹：作为紧固件用，要求保证连接强度（有时还有紧密行） 传动螺纹：作为传动作用，保证螺旋副的传动精度、效率和磨损寿命。10.6螺纹的主要参数：大半径d 小径d1 中经d2 螺距P 导程S 螺旋升角 牙型角 牙侧角 10.7自锁：螺纹连接不会自动松脱. 自锁条件:螺纹升角小于螺旋副的当量摩擦角.10.8与矩形螺纹相比，非矩形螺纹的摩擦力是增大还是减小。非矩形螺纹的法相压力比矩形螺纹的大，可看做摩擦系数增大，故摩擦力大。10.9三角形普通螺纹与管螺纹的牙型角分别为60和5
