机械设计基础重点知识结构图.docx
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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
3n2PP
lh
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
KN(N1)/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
v180
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K2
v180
1
面
连
平面四杆机构的主要特性
压力角
和
传动角
应用:
当θ>0时,K>1,机构有急回特性
压力角α:
从动件受力方向和速度方向所夹锐角传动角γ:
压力角的余角
α越小,γ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
l
min
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;③求出从动件在反转运动中占据的各个位置;④求从动件尖顶在复合运动中依次占据的位置;⑤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
⑥用包络的方法求凸轮的实际轮廓曲线。
①画出基圆及推杆起始位置,取合适的直角坐标系。
②根据反转法原理,求出推杆反转δ角时理论廓线方
解析法
程式。
③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
z
3
v
z
v
minvmin
啮合传动
2
1
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
①发生线在基圆上滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长②渐开线上的法线与基圆相切
渐开线的五大特性③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
④渐开线的形状决定于基圆的大小,基圆大渐开线越平直⑤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zzcos
cos3minvmin
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zzcos
cos
正确啮合条件:
大端模数相等、压力角相等
zdsin
传动比:
i1222tgctg
zdsin
2111
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:
i
1K
n
1
n
K
轮1至轮
轮1至轮
K
K
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
iH
GK
nnGGH()
nnG
KH
至
至
K
K
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
max
m
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ωmax和ωmin两点间力矩调速M-φ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:
FFF0
bi
适用情况:
轴向尺寸较大的转子
平衡实验:
平衡条件:
F0
且
M0
[
]
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
[]HH
塑性材料时[]limS
SS
脆性材料时[]limB
SS
无限寿命时[]1
kS
有限寿命时1N
kS
N
其中:
m0
1N1
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:
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
Snp
升角
/2
22
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
Snp
arctgarctg
dd
牙型角、牙侧角
轴向外载荷为阻抗力时,所需驱动F力矩Ftg(')
a
轴向外载荷为驱动力时,所需平衡F力矩Ftg(')
a
tg
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,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:
①啮合中的摩擦损耗;②搅油的油阻损耗;③轴承的摩擦损耗
分类
带
受力分析
PFv/1000
传
f
动
齿形链
1
nz
zLm
Q
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)效率低
2FFF
012
正常工作时FF1F
临界打滑时:
F/Fe
12
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
max1b1c
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
d0
设计计算设计步骤:
PPc带型d1、d2验算va、Ld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)
zpnzpn
平均速度:
v1122
601000601000
运动分析平均传动比:
i12
nz
21
dcos180180
瞬时链速:
v11()
2zz
11
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
P
v0.6m/s,按额定功率设计,即cP
KKK0
计算准则
v0.6m/s,按静强度设计,即S4`8
KF
A1
原始数据:
P、n、n(i),工作条件
12
设计计算参数选择:
z;p,L,a,m
设计步骤:
z,zaLPP链号a验算v润滑方式链轮结构
120Pc0
润滑及布置
6
W
3
6
2
4
P
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
T9.5510P
传动轴的强度条件
0.2dn
T
[]
强度
初步估算轴的直径
d
3
9.5510PP
3C3
0.2[]nn
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
e
M1
e
W0.1d
3
M
2
(T)
[
1b
]
挠度
估算轴径
y[y]
d
3
M
0.1[
e
1b
]
刚度
计算
转角
扭角
[]
[]
等直径轴
阶梯轴
1
G
Tl32Tl
GIGd
nTl
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- 机械设计 基础 重点 知识 结构图