机械设计基础重点

自由度F=3n-2PL-PH（n：活动机构，pl:低副（通过面接触）ph:高副（通过点或线接触））F必须大于0曲柄摇杆机构有急回特性（反行程摆动速度必然大于正行程）和死点位置（从动件出现卡死和运动不确定现象，死点应加以克服，利用构件的惯性来保证机构顺利通过死点）凸轮与从动件之间依靠弹簧力、重力、沟槽接触来维持。凸轮从动件的三种常用运动规律为：等速运动、等加速等减速运动和摆线运动。常见间隙机构：槽轮机构（运动系数T必须0，径向槽的系数z大于等于3，T总小于1/2,如使T大于1/2，须在构件1安装多个圆角），棘轮，不完全齿轮，凸轮间隙运动间隙（凸优点：运转可靠，工作平稳，可用作高速间隙运动）。在机器中安装飞轮的目的：调节机器速度的周期性波动（非周期性波动通过调速器调节）一般把飞轮安装在机器的高速轴上。调节机器速度波动目的：机器速度的波动带来一系列不良影响，如在运动副中产生动压力，引起机械振动，降低机器效率和产品质量等。因此，必须设法调节其速度，使速度波动限制在该类机器容许的范围内.静平衡条件：P53动平衡：P54螺纹连接的主要类型：螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫圈。常用的连接螺纹为单线三角形右旋螺纹。细牙螺纹特点：螺距较小，细牙普通螺纹的螺栓的抗压强度较高。一般适用薄壁零件及受冲压零件的联接。但细牙不耐磨，易滑扣不宜经常拆卸，故广泛适用粗牙。螺纹连接防松原理：1、利用摩擦力（在螺纹间保持一定的摩擦力，且摩擦力尽可能不随载荷大小而变化）2、机械方法（1.用机械装置把螺母和螺栓连在一起2.消除它们之间相对转动的可能性，这个方法最为可靠）螺纹防松的根本问题在于：增加螺纹联接的轴向力。键连接：松连接(由平键，半圆键，轴，轮毅组成)、紧连接（楔键，轴，轮毅）。平键连接的工作面为两侧面，楔键连接的工作面是上下面。键的主要功用是传递转矩。带传动的工作原理：（依靠带与带轮间的摩擦力传递运动）带传动设计依据：在保证不打滑的条件下，应带有一定的疲劳强度和寿命。如果超出这一临界值，带与带轮间将产生打滑，致使传动失效。带传动的主要失效形式：打滑和疲劳损坏。为防止打滑，为了保证所需的圆周力F,对带传动的包角进行限制，小带轮的包角a应不小于120度。（F0过小，带的传动能力下降，F0过大，虽可提高传动能力，但带易松弛使寿命下降）带传动中带的应力由拉应力、离心应力、弯曲应力组成；其中最大应力出现在紧边进入小带轮处链传动：由具有特殊齿廓的主动链轮，从动轮和一条闭合的链条组成。这种传动是以链条作中间挠性件，靠链条和链轮轮齿连续不断地啮合来传递功率，因此它是啮合传动。链传动优点：可用于两轴中心距较大的传动（a最大值为8m）;传动效率高，可达0.98；与带传动相比，它的传动比能保持不变；作用在轴上压力F比带传动小，F=（1.2-1.3）F;结构紧凑。缺点：瞬时传动比不恒定，传动稳定性较差；无过载保护作用；安装精度要求过高。链传动失效形式：在链传动中，如果能按照推荐的润滑方式进行润滑，当速度较低时，多由于链板的疲劳断裂而失效；当速度较高，则由于滚子、套筒的冲击疲劳断裂而失效；速度更高，则由于销轴和套筒的胶合而失效。（链条的链节数一般为偶数，小链轮齿数为奇数；）在齿根部分靠近节线处最易出现疲劳点蚀。渐开齿轮的可分性：由于制造、安装的不准确性以及轴承的磨损，均可使齿轮传动的中心距与设计值不符，当两齿轮制成之后，其分度圆直径和基圆直径均已确定，因而传动比i就确定，故中心距值虽略有改变，但对传动比并不发生影响，即渐开齿轮的可分性。这个特性在实用中具有很重要意义。根切：用范成法加工齿轮时，如果齿轮的齿数太少，则切削道具的齿顶就会切去轮齿根部的一部分的现象。避免根切措施：1、限制齿轮最少齿数，要使所设计的齿轮齿数大于不产生根切的最小齿数Zmin=172、采用变位齿轮。一对外啮合斜齿轮正确啮合的条件：模数和压力角分别相等；两轮分度圆上的螺旋角大小相等且方向相反（即一为左旋，另一必为右旋）与直齿相比，斜齿轮啮合会产生轴向力，一般通过角接触轴承来承受；重合度大，运动平稳。在斜齿轮中以法面模数为标准模数；进行强度计算和选择铣刀时，采用当量齿数，斜齿轮和锥齿轮的当量齿数大于其实际齿数。（Mn为法向模数，Mt为端面模数）用铣刀或滚刀制造斜齿圆柱齿轮时，刀具的进刀方向垂直于法面，因而齿轮的法向模数和刀具模数相同。在斜齿圆柱齿轮传动中，β角愈大，重合度愈大，传动情况良好。但轴向力大，影响轴承组合及传动效率。若β角过小时，将失去斜齿的优点。一般螺旋角β=8-12°，计算时可初选10-12°。蜗杆传动优点：1、一级传动就可得到很大的传动比2、工作平稳无噪声3、可以自锁，这对于某些设备是很有意义的。缺点：1、传动效率低2、因效率低，发热大，不适用于功率过大长期连续工作处3、可以自锁，这对于某些设备是很有意义的。为了减少滚刀的规格数量，固定蜗杆分度圆直径d1为标准值，且与模数m相搭配。对于轴交角为90°的蜗杆传动，涡轮分度圆螺旋角β等于蜗杆分度圆柱的导程角γ且旋向相同，即同为左旋或右旋，常用于右旋。蜗杆传动比i=n1/n2=z2/z1≠d2/d1轮系：采用由一系列互相啮合的齿轮将主动轮与从动轮连接起来的传动。分为：定轴轮系（轮系中所有齿轮轴线均为固定）、行星轮系轮系传动比公式（P241）定轴轮系用途：1、可获得大的传动比2、可连接相距较远的两轴3、可获得多种传动比的传动4、可改变从动轮的转向轴：心轴（只承受弯矩，不承受转矩的轴如自行车轮轴）转轴（既承受弯矩又承受转矩的轴，是机器中最常见的轴）传动轴（主要承受转矩作用，根据几何轴线形状，可分为直轴和曲轴）轴没有标准的结构形式，轴的外形多是阶梯状的圆柱体。轴的基本要求，为什么不宜过大：1、为了降低轴上不同直径衔接处的应力集中，提高轴的抗疲劳能力，相邻轴近的变化不宜过大，定位轴肩和轴环的高度要适当，轴径变化处的过渡圆角应尽可能大。2、为了保证轴上的零件能紧靠轴肩定位，轴上圆角半径r应小于零件孔的倒角C3、为了保证轴上零件的正常工作，其轴向和周向都必须固定。22)(TMMe引入α修正系数的原因是：弯曲应力按脉动循环变化，扭剪应力不同，需修正计算。α是将扭转切应力转换成与弯曲应力变化特征相同的扭转切应力时的折合系数。向心轴承：承受与轴的轴线方向相垂直的载荷，推力轴承：承受与轴的轴线方向相一致的载荷。根据表面摩擦性质分为：滑动轴承和滚动轴承润滑剂作用：减少摩擦损失，减轻工作表面的磨损、冷却和吸振等。尽可能地使润滑剂充满摩擦面间。液体：润滑油，半固体：润滑脂。非全液体摩擦滑动轴承采用磨损的条件性计算作为设计依据，即在按强度及结构要求定出主要尺寸以后，进行轴承工作面上的压强及压强和速度乘积的验算。轴承压强的验算的目的：限制轴承的压强保证其润滑，减少磨损。轴承压强和速度乘积的验算的目的：为了保证轴承运转不产生过多的热量，以控制温升，保证完好的边界膜和防止粘着磨损。滚动轴承：外圈、内圈、滚动体、保持架滚动轴承失效形式：疲劳点蚀和塑性变形对于转动的滚动轴承，通常用基本额定动载荷C表示轴承抗疲劳点蚀的能力，计算它的寿命。对一个轴承而言，达到基本额定寿命的可靠度为90%，相应的失效概率为10%。在基本额定动载荷作用下，轴承可以工作10的六次方转而不发生疲劳失效，其可靠度为90%联轴器和离合器的作用：用来连接两轴、传递运动和转矩的部件。由联轴器连接的两根轴或传动件只有当机器停车时，经过拆卸后，才能把它们分开；而用离合器联接，则在机器运转中就能方便地将它们分开或接合。宜采用挠性联轴器的目的：由于制造、安装误差或工作时的变形等原因，不可能保证被联接的两轴严格对中。工作方式：无弹性元件挠性联轴器靠联轴器中刚性零件间的活动度来补偿轴的偏移和位移：弹性元件挠性联轴器靠联轴器中弹性元件的变形来补偿轴的偏移和位移。弹簧的特征：刚性小，弹性高，受外力后能有相当大的变形，而随着载荷的卸除，变形消失，能恢复原状。弹簧功用:1、缓冲及减振2、控制机构的运动或零件的位置3、贮存能量4、测量力和转矩弹簧旋绕比：C=D2/d弹簧丝截面的最大应力：T=T1+T2=8FC(1+0.5/C)/πd21、滚动轴承代号：3：圆锥滚子5：推力球轴承6：深沟球7：角接触球轴承直径代号：0、1（特轻）2（轻系列）3（中）4（重）5（轻宽）6（中宽）6308：内径为40mm，深沟球轴承，中系列，0级公差，0组游隙7211c/p5:内径55mm，角接触球轴承，轻系列，接触角a=15°,5级公差，0组游隙。（7000C接触角a=15°,7000AC接触角a=25°，7000B接触角a=40°）2、轮齿的主要失效形式有：轮齿折断，齿面磨粒磨损，齿面点蚀，齿面胶合3、弹性滑动：打滑：由于某种原因，机器出现过载，则圆周力不能克服从动轮的阻力矩，带将沿轮面发生全面滑动，从动轮转速急剧降低甚至不动的现象。打滑不仅使带丧失工作能力，而且使带急剧磨损发热。打滑带传动的主要失效形式之一，因此在设计带传动时，应保证带传动不发生打滑。由于带的紧边与松边拉力不等，使带的两边弹性变形不等所引起带与轮面的微量相对滑动称为弹性滑动。它是带传动所固有的物理现象，是不可避免的。弹性滑动的大小与带的紧，松边拉力差有关。带的型号一定时，带传递的圆周力愈大，弹性滑动愈大。当外载荷所产生的圆周力大于带与小带轮接触狐上的全部摩擦力时，弹性滑动就转变为前面提到的打滑。显然，打滑是过载引起的，是一种可以而且尽量避免的滑动现象。4、轮齿计算准则：上面的介绍了齿轮的几种失效形式，但在工程实践中，对于一般用途的齿轮传动，通常只作齿根弯曲疲劳强度及齿面接触疲劳强度的计算。对闭式齿轮传动，若一对齿轮或其中一齿轮的齿面硬度为≤350HBS的软齿面时，其齿面接触疲劳强度较低，故按接触疲劳强度的设计公式确定齿轮的主要尺寸，然后再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。若一对硬齿面齿轮，且齿面硬度较高时，其齿面接触疲劳强度较高，其齿根弯曲疲劳强度可能相对较低，则可按弯曲疲劳强度的设计公式确定齿轮的主要尺寸，再校核其齿面疲劳强度。对开式齿轮传动，其主要失效形式是磨粒磨损和弯曲疲劳折断。因目前磨损还无法计算，故按弯曲疲劳强度计算出磨数m.考虑到磨损后齿轮变薄，一般把计算的模数增大10%-15%，再取相近的标准值。因磨粒磨损速率远比齿面疲劳裂纹扩展速率快，即齿面疲劳裂纹还未扩展即被磨去。所以，一般开式传动不会出现疲劳点蚀，因而也无法验算接触强度。（必考）5、进行热平衡计算的目的：涡轮传动由于摩擦损失大，效率较低，因而发热量很大。若热量不能散逸，将使润滑油的粘度降低，润滑油从啮合齿间被挤出，进而导致胶合。因而对连续工作的闭式涡轮传动进行热平衡计算是十分必要的。当发热量大于散热量，改善方法：1、增加散热面积A2、提高表面传热系数h措施：1、在箱壳外铸出散热片2、在涡轮上装置风扇3、此外箱壳外面不涂漆。1、自由度计算（第一章）2、螺栓计算（P94例题一）3、带传动计算（P188例题三P190例题四）4、轴向载荷（P308例题五）5、力的组合（七考一）