机械设计基础总结

1、典型约束及其约束反力（1）柔索约束，如绳索、链条、皮带约束反力方向沿着它的中心线而背离物体(拉力)；约束反力作用在物体与链条的连结点处。（2）光滑面约束：不计摩擦法向反力：过接触点的公法线且指向物体（3）光滑圆柱铰链约束：由于接触点位置未知，反力通常用通过铰链中心的两个正交分力表示（4）可动铰链支座：只能限制物体在垂直于支承面方向的运动，不能限制物体沿支承面的运动和绕圆柱销的转动。因此反力通过铰链中心，垂直于支承面，指向被约束物体。第1章物体的受力分析与平衡2、物体的受力分析及受力图的绘制步骤和注意事项：（1）根据题意确定研究对象（取分离体），画出其图形。（2）先画出作用在研究对象上的主动力。（3）在解除约束处，画出相应的约束反力，约束反力的方向应根据约束的类型确定。对于铰链约束，通常用两个正交分力来表示其反力。（4）在分析两物体间的相互作用时，要注意作用力与反作用力的关系；若作用力方向暂时已定，则反作用力的方向就与它相反。（5）画受力图时，通常应先找出二力体，画出它的受力图，然后再画其他物体的受力图。3、合力投影定理:合力在某轴上的投影，等于各分力在同一轴上投影的代数和。2222xyRRRXYtanyxRR合力方向由Rx和Ry的正负号判断4、平面汇交力系平衡的充要条件:力系中各力在X、Y轴上投影的代数和均为零。22RXY00XY5、合力矩定理:平面汇交力系的合力对平面内任一点的矩等于力系中各力对该点之矩的代数和。6、力偶的性质（1）力偶在任一轴上投影的代数和等于零（力偶没有合力）。（2）平面力偶的等效性质力偶不能与一个力等效，而只能与另一个力偶等效。（3）力偶的可移性力偶在其作用面内的位置，可以任意移动，而不改变它对物体的作用效果。（4）只要力偶矩的大小和转动方向不变，可同时改变力的大小和力偶臂的长短，而不改变力偶对物体的作用效果。7、平面力偶系的合成与平衡平面力偶系可以合成为一个合力偶，此合力偶之矩等于原力偶系中各力偶矩的代数和。平面力偶系平衡的充要条件是力偶系中各力偶矩的代数和等于零123123123''''iOiRFFFFFFFMmmmm---主矢---主矩8、平面任意力系向一点的简化(基于力的平移定理)9、平面力系的平衡方程（三个方程）①两个投影方程和一个力矩方程（一矩式）；②一个投影方程和两个力矩方程（二矩式）；③三个力矩方程（三矩式）。第2章轴向拉伸和压缩1.内力构件因外力作用而产生变形，其内部各部分之间因相对位置改变而引起的相互作用，称内力。用截面法求内力的步骤：（1）在欲求内力的截面处，假想地将杆件截成两段；（2）留下任一段，在截面上加上内力，以代替弃去部分对它的作用；（3）运用平衡条件确定内力的大小和方向。2.低碳钢在拉伸时的力学性质(1)拉伸试验过程的几个阶段1)弹性阶段(OA段)2)屈服阶段(BC段)3)强化阶段(CD段)4)缩颈断裂阶段OSBpeABCDE1）许用应力和安全系数工作应力≤极限应力工作应力≤许用应力极限应力安全系数2）拉(压)杆的强度计算(塑料材料)(脆性材料)一般静强度计算中，对塑性材料，S=1.5-2.0；对脆性材料，S=2.0-4.5nAFNlimbsnn3.拉（压）杆的强度计算第3章剪切与圆轴扭转1、剪切强度计算QQFA剪切面上内力——剪力2、挤压强度计算（接触面上产生较大的压力，致使接触处的局部区域产生塑性变形，这种现象称为挤压）QQFAePM/:::TPNmradsW100030100010009550()30ePPPPMnNnmn260n69.5510()NmmPn3、转矩的计算4、扭矩与扭矩图内力偶矩T——扭矩nnTTABMeMennMex规定:用右手螺旋法则:指出截面外:+指向截面内:-MennABeeMTMTM0,05、圆轴扭转时的强度条件：为保证圆轴扭转时具有足够的强度而不破坏，必须限制轴的最大剪应力不得超过材料的许用扭转剪应力。对于等截面圆轴，其最大剪应力发生在扭矩值最大的横截面（称为危险截面）的外缘处，故圆轴扭转的强度条件为：][maxmaxTWT第4章梁的弯曲1、梁的内力——弯矩和剪力取左段为研究对象：ABxaF1FBFAF2mmxyFAF1FQM剪力C10:()0CAmMFxaFx若把左段上所有外力和内力对截面mm的形心C取矩，应满足力矩平衡，这就要求在截面mm上有一内力偶矩M1()AMFxFxa弯矩0:01QAyFFFF1FFFAQ剪力FQ的正负左段对右段：向上相对错动为正向下相对错动为负凹向下为正凸向上为负弯矩M的正负截面左侧外力对截面形心的力矩顺时针转向取正值，逆时针转向取负值；截面右侧外力对截面形心的力矩逆时针转向取正值，顺时针转向取负值。2、梁的弯矩图图示简支梁AB,在梁的全长受均布载荷q的作用,试画出梁的弯矩图解:(1)求支反力ABFBFAq2ABqlFF(2)列弯矩方程lx2()222AxqlqxMxFxqxx(3)画弯矩图x=0和x=l两处,M=0二次方程，抛物线,x=?,M→max'()02lMxx2max8qlM+28qlxMO3、最大正应力计算公式maxmaxzMyImaxmaxzzMMIWyIz——轴惯性矩Wz——抗弯截面系数拉压剪切扭转弯曲maxzMWTQQNWTAFAFmaxmaxmaxzMW4、梁弯曲时的强度计算5、提高梁弯曲强度措施：1）降低梁的最大弯矩；2）采用等强度梁；3）梁截面的合理形状第5章平面机构的自由度和速度分析•自由度计算公式:–F＝3n－2pl－ph–机构自由度＝3×活动构件数－(2×低副数+1×高副数)•计算步骤:–确定活动构件数目–确定运动副种类和数目–确定特殊结构:局部自由度、虚约束、复合铰链–计算、验证自由度•几种特殊结构的处理:–1、复合铰链—计算在内–2、局部自由度—排除–3、虚约束--重复约束—排除一、平面机构自由度计算小结F≤0，构件间无相对运动，不能成为机构。F0原动件数=F，运动确定原动件数F，运动不确定原动件数F，机构破坏机构具有确定运动的条件:自由度大于零（F0）且原动件数=自由度数二、机构具有确定相对运动结论三、速度瞬心及其求法12P12瞬心的数目:瞬心的求法:①已知两个重合点的相对速度求瞬心②组成转动副→转动副是瞬心③组成移动副→瞬心位于导轨垂线的无穷远处→所有重合点的相对速度∥移动方向P12∞2)1()!2(!2!2KKKKCNKP122VA2A11VB2B1④组成纯滚动高副→接触点是瞬心→接触点的相对速度=0P12⑤组成滑动兼滚动副→瞬心位于过接触点的公法线方向→接触点的相对速度沿切线方向⑥不直接接触两构件的瞬心→三心定理：作平面运动的三个构件共有三个瞬心,它们位于同一直线上。第6章平面连杆机构1曲柄存在条件2结论(1)最短与最长杆之和小于或等于其它两杆之和(2)连架杆和机架中必有一杆为最短杆（整转副是由最短杆与其邻边组成的）在满足条件(1)基础上(1)取最短杆为机架→双曲柄机构(2)取最短杆邻边为机架→曲柄摇杆机构(3)取最短杆对边为机架→双摇杆机构特例：当四杆机构中对面两杆的长度两两相等时，则不论哪个构件为机架，都是双曲柄机构。若不满足条件(1)，则不论取哪个构件为机架，都是双摇杆机构•当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征•极位夹角：•急回特性分析：•1=C•1=1t1=1800+•2=1t2=1800-•t1t2,v2v1•行程速比系数K•K=1,无急回特性↑K↑急回特征越显著1jB2C212v2v100212112122112180180tttCCtCCvvK//11180KK慢快急回特性的应用例：牛头刨工作要求B1C14ABCD231二、急回特性描述传力性能1定义压力角--作用在从动件CD上的驱动力F与该力作用点绝对速度Vc之间所夹的锐角。传动角－连杆与摇杆CD之间所夹的锐角(它是的余角)。min位置的确定：曲柄与机架两次共线的位置min值：对于一般机械，通常取min＝40。4、压力角和传动角－－衡量机构传动性能好坏的重要参数CBADdVcFFtFn压力角——从动件受力方向与受力点速度方向所夹的锐角。与压力角互余的角——称为传动角。传力性能好。•死点:传动角为零=0(连杆与从动件共线),机构顶死•M=F*LB1C1B2C24ABCD231Fv=00Fv=00=00C2B2=00BACB1C１5、死点第7章凸轮机构按从动件的运动分类摆动从动件凸轮机构直动从动件凸轮机构按从动件的形状分类滚子从动件凸轮机构尖顶从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构按凸轮的形状分类盘形凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构二、凸轮运动常用术语基圆：以轮廓的最小向径所作的圆(rmin－基圆半径)升程ｈ：推程所移动的距离推程运动角δt：与推程对应的凸轮转角。推程：从动件从离回转中心最近→最远的这一过程回程运动角δh：与回程对应的凸轮转角。远休止角δs:从动件在最远位置不动凸轮转角(BC)近休止角δs′:从动件最近位置不动的转角(DA)位移Ｓ2:从动件移动的距离→Ｓ2是时间的函数•多项式运动规律–一次多项式运动规律——等速运动（刚性冲击）–二次多项式运动规律——等加速等减速运动（柔性冲击）•三角函数运动规律–余弦加速度运动——简谐运动（柔性冲击）–正弦加速度运动——摆线运动（无冲击）三、凸轮常用运动规律：↑→有害分力F’’↑当大于一定值,将自锁.一般,推程[]=30(直动)35－45(摆动)回程[']=70—80Q四、压力角α与作用力的关系F’F’’Fopsincos'''FFFF第八章齿轮机构•(1)齿数：z•(2)模数：m•d=zpd=zp/•令m=p/则•d=zm•(3)压力角a：分度圆压力角的简称标准压力角：＝20º(人为规定)少数场合有14.5º、15º、22.5º、25ºO齿间(齿槽)齿zespBpbpnNcoscosmzddb基本参数ddrrbbarccosarccos＝一、基本参数分度圆直径d:齿顶高ha：齿顶高系数ha*:齿根高hf：顶隙系数c*:齿全高h：齿顶圆直径da:齿根圆直径df:基圆直径db:齿距p：齿厚s与齿间e:基圆齿厚sb：•标准齿轮参数:O齿间(齿槽)齿zsieiespBpb**,,,,chmzamzdmhhaa*0.1*ahmchhaf)(**25.0*cfahhhmhzhddaaa)2(2*mchzhddaff)22(2**coscosmzddbmp2/mescoscospmzmzzdpbb/cos/二、几何尺寸•斜齿轮的几何参数分端面参数(t)、法面参数(n)•加工斜齿轮的轮齿时，刀具沿螺旋齿槽方向切削•法面参数与刀具参数相同•定义法向模数为标准模数•法面参数是标准参数，也是斜齿轮的强度计算参数•从斜齿轮的端面看，斜齿轮的啮合传动与直齿轮的啮合传动一样•端面参数也可以认为是斜齿轮的几何计算参数三、斜齿轮a’b’nacbt四、小结基圆、发生线、渐开线。1.渐开线的形成:压力角αK、K点的法线、曲率中心、曲率半径。KABKαKrbrk3.节圆、公法线、公切线、啮合角。2.齿轮传动的基本要求齿廓实现定传动比的条件:渐开线齿廓满足定传动比的条件KnCnα’ttO1O2BK=?AB不论齿廓在何处啮合,啮合点均在n-n(公法线)线上。:i=C;承载力强C点定点分度圆:标准齿轮:标准中心距:变位齿轮:pk/π=标准=m,α＝20°分