机械基础课程知识要点梳理

机械基础课程知识要点梳理（一）绪论1、机械、机器、机构、构件、零件的基本概念机械：机器和机构的总称。机器：是执行机械运动的装置，用来传递或变换能量、物料和信息。一般具有以下特征：①由若干个机构和构件组成的人为组合体，②具有确定相对运动，③可用来变换、传递能量完成有用的机械功。一般包括四个部分：动力部分、传动部分、作业部分和控制部分。机构：由若干个构件组成的具有确定相对运动的人为组合体，在机器中起着改变运动速度、运动方向和运动形式的作用。构件：机器中的运动单元体，具有相同的运动速度、运动方向和运动形式。零件：机器中的制造单元体。2、机器的共同特征、机构的共同特征、机器和机构的区别（二）平面机构的运动简图及其自由度1、运动副的概念及其分类（1）定义机构中，两构件直接接触而又能产生—定相对运动的联接称为运动副。运动副的三要素：两构件组成；直接接触；有相对运动。（2）分类2、自由度、约束等基本概念（1）自由度一个自由构件在未与其他构件组成运动副前，在平面中有3个自由度：①沿x轴的移动。②沿y轴的移动。③绕垂直于Oxy平面的z轴转动。（2）约束作平面运动的自由构件有3个自由度。当它与另一构件组成运动副后，构件间直接接触使从动件运动受到限制，自由度便减少。这种对独立运动所加的限制称为约束。①低副：两个约束，一个自由度。②高副：一个约束，两个自由度。3、平面机构自由度计算（1）定义机构的自由度是机构所具有的独立运动的数目。（2）公式F＝3n-2PL-PH式中，n――机构中活动构件数；PL――低副数；PH——高副数。4、机构自由度计算中几种特殊情况的掌握复台铰链、局部自由度和虚约束（1）复合铰链定义：两个以上机构在同一处以转动副相连接构成的运动副称为复合铰链。处理方法：由K个构件汇成的复合铰链应包含K－1个转动副。（2）局部自由度定义：若机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运动有关，并不影响其他构件的运动，则称这种自由度为局部自由度。应用场合或目的：局部自由度常发生在为减小高副摩擦而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。处理方法：可将滚子与安装滚子的构件视为一体进行计算，或在计算公式中减去局部自由度数。（3）虚约束定义：不产生实际约束效果的重复约束称为虚约束。应用场合或目的：①两构件构成多个移动副且其导路互相平行。②两构件构成多个转功副是其轴线互相重合。③轨迹重合（或两构件上某两点间距离在运动中保持不变）。机构中对运动不起作用的对称部分。计算示例：计算平面机构的自由度，并指出机构中复合铰链、局部自由度、虚约束情况。5、机构具有确定运动的条件及判断机构具有确定运动的条件：（1）机构自由度F＞0；（2）原动件数＝机构自由度数。（三）平面连杆机构1、铰链四杆机构曲柄存在条件（1）平面四杆机构的基本形式平面连杆机构是由若干个构件用低副（转动副、移动副）连接，且各构件在相互平行的平面内运动的机构，又称为平面低副机构。平面四杆机构的基本形式为铰链四杆机构。铰链四杆机构的基本类型如下：①曲柄摇杆机构：两连架杆中，其一为曲柄，另一个是摇杆。②双曲柄机构：两连架杆均为曲柄。③双摇杆机构：两连架杆均为摇杆。（2）曲柄存在的条件①最短杆为连架杆或机架（简称短杆条件）；②最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和（简称杆长条件）。2、铰链四杆机构形式断定方法（1）当铰链四杆机构满足杆长条件时最短杆为连架杆――曲柄摇杆机构。最短杆为机架――双曲柄机构(含平行四边形机构)。最短杆为连杆――双摇杆机构。（2）当铰链四杆机构不满足杆长条件时――双摇杆机构。机架曲柄－能作整周回转铰链四杆机构连架杆摇杆－不能作整周回转连杆具体示例：a.根据图中注明的尺寸，判别各四杆机构的类型。b.如图示的铰链四杆机构中，已知L2＝50mm，L3＝35mm，L4＝30mm，L1为变值。试讨论：①L1值在什么范围内可得到曲柄摇杆机构；②L1值在什么范围内可得到双曲柄机构；③L1值在什么范围内可得到双摇杆机构。3、急回特性的概念，铰链四杆机构存在急回特性的判断（1）急回特性当原动件（曲柄）作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复运动(摆动或移动)时，从动件正、反两个行程的平均速度不相等的现象称为机构的急回特性。（2）行程速比系数从动件的急回运动程度用行程速比系数K表示：00180180K从动件快行程平均速度＋＝从动件慢行程平均速度－式中，θ—极位夹角，是指当机构的从动件分别位于两个极限位置时，原动件曲柄的两个相应位置之间所夹的锐角。（3）铰链四杆机构存在急回特性的判断机构具有急回特性必有K＞1，极位夹角θ＞0。所以，可以通过分析机构中是否存在极位夹角θ及极位夹角θ的大小来判定是否存在急回运动及急回运动的程度。θ越大，急回特性越明显。4、压力角和传动角（1）压力角α不计摩擦力、惯性力和重力时，通过连杆作用于从动件上的力与力作用点绝对速度间所夹的锐角。（2）传动角γ压力角的余角。γ＝90°－α（3）压力角和传动角的意义连杆机构的压力角（或传动角）在机构运动过程中是不断变化的。α越大，γ越小，传力性越差，作用力的有效分力越小，机构的效率越低。5、铰链四杆机构的死点及其存在的条件（1）铰链四杆机构的死点机构在运动过程中，当从动件的传动角γ＝0°(α＝90°)时，驱动力与从动件受力点的运动力向垂直，其有效分力等于零，这时，机构不能运动，称此位置为死点位置。（2）铰链四杆机构存在死点的条件只有以摇杆或滑块为原动件、曲柄为从动件时，机构才存在死点位置，即连杆与曲柄共线时的位置为死点位置。（四）凸轮机构和间歇运动机构1、凸轮机构的分类按照不同的分类方式可以分为哪几类？（1）凸轮机构的基本组成。（2）按照不同的分类方式，凸轮机构可以分为哪几类？2、凸轮机构运动的特点3、凸轮机构从动件的运动凸轮机构从动件运动在一个周期内可以分为哪几个行程4、凸轮机构从动件运动的基本概念（1）基圆半径rb：以凸轮轴心为圆心，以其轮廓最小向径rb为半径的圆称为基圆，其半径rb即为基圆半径。（2）偏距e：凸轮回转中心与从动件导路间的偏置距离。（3）行程h：在推程或回程中从动件的最大位移。（4）推程运动角φ：与从动件推程相对应的凸轮转角。（5）远休止角φs：与从动件远休程相对内的凸轮转角。（6）回程运动角φ′：与从动件回程相对应的凸轮转角。（7）近休止角φs′：与从动件近休程相对应的凸轮转角。5、常用间歇运动机构常用的间歇运动机构有哪几类？6、凸轮机构从动件运动规律及运用场合（五）带传动与链传动1、带传动的类型、特点及应用（1）带传动的组成和工作原理组成：主动带轮、从动带轮、传动带。工作原理：安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力拖动从动轮一起同向回转。（2）阐述带传动特点（3）带传动的适用场合：传动平稳、传动比不要求准确，中小功率、大中心距的场合。（4）带的类型：平带传动、三角带（V带）传动（应用最广）、多楔带传动、圆形带传动、同步齿形带传动。2、带传动的受力分析（1）受力分析初拉力F0，紧边拉力F1，松边拉力F2。（2）分析示例已知一V带传动，传递功率P=10kW，带速V=12.5m/s，测得预紧力F0=700N。求有效拉力F、紧边拉力F1和松边拉力F2。3、带的应力分析（1）带传动产生应力分为哪几种？（2）带传动应力分布最大点在什么位置？4、带的打滑和弹性滑动（1）带的打滑；（2）带的弹性滑动；（3）阐述带的打滑和弹性滑动的区别与联系。5、链传动的特点及其分类（1）组成：主动链轮、从动链轮、链条。（2）工作原理：依靠链节与链轮齿的啮合传递两平行轴间的运动和动力。（3）链传动的特点。（4）链传动的类型①按用途的不同分：起重链----用于提升重物，曳引链----运输机械，传动链----用于传递运动和动力。②按传动链结构形式分：滚子链、齿形链、成型链。6、链传动的布置、润滑和张紧7、滚子链的节距、链节（1）节距P：链条相邻两滚子中心间的距离。（2）链节数LP：通常滚子链的链节数应为偶数节。（六）齿轮传动1、齿轮传动的特点2、齿轮机构的应用和分类（1）按齿轮传动轴线的相对位置和轮齿方向分（2）按齿轮圆周速度分：高速齿轮v15m/s；中速齿轮v=3~15m/s；低速齿轮v3m/s。（3）按齿轮工作条件分：开式齿轮和闭式齿轮。2、渐开线齿轮的基本尺寸参数（1）基本尺寸参数计算类型名称符号计算公式内啮合外啮合基本参数齿数z根据工作要求确定模数m由轮齿的承载能力确定，并按表7-1取标准值分度圆压力角标准压力角020齿顶高系数*ah正常齿*ah=1；短齿*ah=0.8齿根高系数*c正常齿*c=0.25；短齿*c=0.2类型名称符号计算公式内啮合外啮合齿顶高ahmhhaa*齿根高fhmchhaf)(**全齿高hmchha)2(**齿距pmp齿厚s2ms齿槽宽e2me齿顶间隙cmcc*分度圆直径dzmd齿顶圆直径admhzdaa)2(*mhzdaa)2(*齿根圆直径fd**(22)fadzhcm**(22)fadzhcm基圆直径bdcoszmdb标准中心距a2)(21zzma2)(21zzma（2）计算示例已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=125mm，传动比i=4，小齿轮齿数z1=20，求这对齿轮的模数m、分度圆直径d1、d2，齿顶圆直径da1、da2和基圆直径db1、db2。分析：由传动比214ziz得2142080ziz由中心距12()2mazz得12221252.5()2080ammmzz分度圆直径为112.52050()dmzmm，222.580200()dmzmm齿顶圆直径*1125022.555()aamddhmm*22220022.5205()aamddhmm基圆直径11cos50cos2046.985()bddmm22cos200cos20187.94()bddmm3、什么是标准齿轮若一齿轮的模数、分度圆压力角、齿顶高系数、齿根高系数均为标准值，且其分度圆上齿厚与齿槽宽相等，则称为标准齿轮。4、渐开线齿轮的正确啮合和连续传动的条件（1）渐开线齿轮的传动特点①定啮合线和定传动比传动；②啮合角和传力方向；③中心距可分性。（2）渐开线齿轮的正确啮合条件齿轮副的正确啮合条件，也称为齿轮副的配对条件。一对渐开线齿轮正确啮合时，齿轮副处于啮合线上的各对轮齿都可能同时啮合，其相邻两齿同向齿廓在啮合线上的长度（称为法向齿距）必须相等，否则，就会出现两轮齿廓分离或重叠的情况。齿轮副的正确啮合条件是：两轮的模数m和压力角应该分别相等。（3）渐开线齿轮的连续传动条件①重合度的基本概念一对齿轮的连续传动条件是：ε≥1。②重合度的意义重合度ε值越大，传动的连续性和平稳性越好，一般机械制造业中，[ε]=1.3～1.4，即要求ε≥[ε]。5、齿轮的失效形式轮齿折断，齿面磨损，齿面点蚀，齿面胶合，齿面塑性变形。6、蜗杆传动的组成、特点、类型组成：蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，通常蜗杆轴线和蜗轮轴线呈90度空间交错。传动中，一般蜗杆为主动。蜗杆传动的特点：主要优点是传动比大，传动平稳，无噪声，在一定条件下可以有自锁。缺点是效率低，蜗轮需要使用贵重金属制造。蜗杆传动的分类：按蜗杆螺旋线方向分为蜗杆螺旋线方向有左旋和右旋，一般采用右旋。7、蜗杆传动的正确啮合条件通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面为中间平面。在中间平面内，蜗杆传动实际相当于齿轮和齿条传动。因此，蜗杆传动的正确啮合条件为：12xtmmm、12xt、8、蜗杆传动的传动比及方向判断左手定则；右手定则。（七）轮系1、轮系的概念及其分类（1）轮系的功用（2）轮系的分类（依轮系中齿轮的轴线是否固定分类）定轴轮系：轮系在传动中，各个齿轮的轴线位置相对于机架的位置是固定不变的。周转轮系：轮系在传动中，至少有一个齿轮的轴线是绕着其他齿轮的固定轴线转动。混合轮系（复合轮系、组