《机械设计基础》重点总结

《机械设计基础》课程重点总结绪论机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。原动机：将其他形式能量转换为机械能的机器。工作机：利用机械能去变换或传递能量、物料、信息的机器。机器主要由动力部分、传动部分、执行部分、控制部分四个基本部分组成，它的主体部分是由机构组成。机构：用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统。机构与机器的区别：机构只是一个构件系统，而机器除构件系统外，还含电器、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。零件是制造的单元，构件是运动的单元，一部机器可包含一个或若干个机构，同一个机构可以组成不同的机器。机械零件可以分为通用零件和专用零件。机械设计基础主要研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。第一章平面机构的自由度和速度分析1.平面机构：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构；构件相对参考系的独立运动称为自由度；所以一个作平面运动的自由机构具有三个自由度。2.运动副：两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。两构件通过面接触组成的运动副称为低副；平面机构中的低副有移动副和转动副；两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副；3.绘制平面机构运动简图；P84.机构自由度计算公式：F=3n-2Pl-PH机构的自由度也是机构相对机架具有的独立运动的数目。原动件数小于机构自由度，机构不具有确定的相对运动；原动件数大于机构自由度，机构中最弱的构件必将损坏；机构自由度等于零的构件组合，它的各构件之间不可能产生相对运动；机构具有确定的运动的条件是：机构自由度F0,且F等于原动件数5.计算平面机构自由度的注意事项：（1）复合铰链：两个以上构件同时在一处用转动副相连接（图1-13）（2）局部自由度：一种与输出构件运动无关的的自由度，如凸轮滚子（3）虚约束：重复而对机构不起限制作用的约束P13（4）两个构件构成多个平面高副，各接触点的公共法线彼此重合时只算一个高副，各接触点的公共法线彼此不重合时相当于两个高副或一个低副，而不是虚约束。6.自由度的计算步骤：1）指出复合铰链、虚约束和局部自由度；2）指出活动构件、低副、高副；3）计算自由度；4）指出构件有没有确定的运动。7.发生相对运动的任意两构件间都有一个瞬心。瞬心数计算公式：N=K(K-1)/2三心定理：作相对平面运动的三个构件共有三个瞬心，这三个瞬心位于同一直线上。第二章平面连杆机构1.平面连杆机构是由若干构件用低副(转动副、移动副)连接组成的平面机构，又称平面低副机构；最简单的平面连杆机构由四个构件组成，称为平面四杆机构。按所含移动副数目的不同，可分为：全转动副的铰链四杆机构、含一个移动副的四杆机构和含两个移动副的机构。2.铰链四杆机构：全部用转动副相连的平面四杆机构；机构的固定构件称为机架，与机架用转动副相连接的构件称为连架杆，不与机架直接相连的构件称为连杆；整转副：组成转动副的两构件能作整周的相对转动，反之称为摆动副；与机架组成整转副的连架杆称为曲柄，与机架组成摆动副的连架杆称为摇杆；铰链四杆机构可分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。3.含一个移动副的四杆机构：曲柄滑块机构，转动导杆机构、摆动导杆机构，定块机构、摇块机构。含有两个移动副的四杆机构：1）两个移动副不相邻正切机构；2）两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关联正弦机构3）两个移动副相邻，且均不与机架相关联4）两个移动副都与机架相关联4.铰链四杆机构有整转副的条件是最短杆和最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和；整转副是最短边及其邻边组成的。5.铰链四杆机构是否存在曲柄依据：1）取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得双曲柄机构；2）取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构；3）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇杆机构。如果铰链四杆机构中的最短边和最长边长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构中不存在整转副，无论取哪个构件作为机架都只能得到双摇杆机构。6.极位角θ越大，机构的急回特性(生产设备在慢速运动的行程中工作，在快速运动的行程中返回)越明显。急回运动特性可用行程速度变比系数K来表示：K=w2/w1=Ψ/t2/Ψ/t1=t1/t2=Ψ1/Ψ2=(180°+θ)/(180-θ)；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叫做压力角α，压力角是作为判断机构传力性能的重要标志；压力角的余角叫做传动角；压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好；压力角越大，传动角越小，机构的传力性能越差，传动效率越低。作图题：极位角和最小传动角的位置。机构中的这种传动角为零的位置称为死点位置。第三章凸轮机构P40分类、刚性冲击、柔性冲击1.凸轮机构的优点是：只需设计适当的齿轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑，设计方便。缺点是：凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，所以通常用于传力不大的控制机构。2.凸轮机构的从动件做等速运动时，造成强烈刚性冲击；做简谐运动时造成柔性冲击；做正弦加速度运动时没有冲击。3.基圆半径越小，压力角越大，传动角越小，有害分力越大，传动效率越低，当压力角达到一定的程度，有用分力连摩擦力也克服不了。4.平底从动件凸轮压力角为定值。第四章齿轮机构主要优点：1）使用的圆周速度和功率范围广；2）效率较高；3）传动比稳定；4）寿命长；5）工作可靠性高；6）可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动。缺点：1）要求较高的制造和安装精度，成本较高；2）不适宜远距离两轴之间的传动。1.齿廓实现定角速比传动的条件：过接触点所作的齿廓公法线必须与连心线交于一定点。2.渐开线：当一直线在一圆周上作纯滚动时，此直线上任意一点的轨迹；渐开线上任意一点的法线均与基圆相切；基圆之内无渐开线；渐开线齿廓上某点的法线，与齿廓上该点速度方向线之间的夹角为压力角αk。3.一对齿轮的传动比等于两轮的转动速度之比，等于两轮角速度之比，等于两轮基圆半径的反比，等于两轮节圆半径的反比。4.渐开线齿轮传动的可分性：一对渐开线齿轮制成之后，其基圆半径是不能改变的，即使两轮的中心距稍有改变，其角速度比仍保持原值不变。5.齿轮各部分名称：齿根圆df、基圆db、分度圆d、齿顶圆da、齿厚s、齿槽宽e、齿距p、齿宽b、齿顶高ha、齿根高hf、全齿高h、齿隙c。6.齿轮所有的几何尺寸都用模数的倍数来表示，所以齿数相同的齿轮，模数越大，齿轮的尺寸越大，其承载能力也就越高。d=mz;p=mπ;分度圆是具有标准模数和标准压力角（20°）的圆。模数越大，p越大，齿轮越大，齿轮抗弯能力越强，所以，模数是齿轮抗弯能力的重要标志。h=ha+hfha=m×ha*hf=(ha*+c*)mha*=1.0c*=0.25（正常齿）；da=d+2hadf=d-2hfh=ha+hfp=s+ec=c*mdb=d×cos20°标准齿s=e=p/2标准齿轮：分度圆上齿厚和齿槽宽相等，且齿顶高和齿根高均为标准值的齿轮称为标准齿轮。标准齿轮缺点：1）齿数必须大于或等于最小齿数，否则回产生根切；2）不适用于实际中心距a’不等于标准中心距a的场合；3）一对相互啮合的标准齿轮。小齿轮齿根厚度小于大齿轮齿根厚度，抗弯能力有明显差别。弥补：变位齿轮P657.渐开线齿轮的正确啮合条件是两轮的模数和压力角分别相等。8.分度圆和压力角是单个齿轮所具有的，而节圆和啮合角是两个齿轮相互啮合时才出现的。标准齿轮传动只有在分度圆和节圆重合时，压力角和啮合角才相等，否则，啮合角大于压力角。9.实际啮合线段与两啮合点间距离之比称为重合度，因此，齿轮连续传动的条件是重合度大于等于1.重合度表示同时参加啮合的齿的对数，重合度越大，轮齿平均受力越小，传动越平稳。10.渐开线齿轮的切齿原理：成形法；范成法：1）齿轮插刀；2）齿条刀；3）齿轮滚刀11.根切P64；对α=20和ha*=1的正常齿制标准渐开线齿轮，当用齿条加工时Zmin=17；12.一对斜齿轮正确啮合条件：模数相等，压力角相等，螺旋角大小相等方向相反（外啮合）。13.斜齿轮的法向模数和端面模数之间的关系：pn=pt×cosβ；mn=mt×cosβ重合度：Ɛ=Ɛt+FH/Pt=btanβ/pt+Ɛt;国际规定，斜齿轮的法向参数取为标注值，而端面参数为非标准值。14.斜齿轮与直齿轮相比的优点：1）齿廓接触线是斜线，一对齿是逐渐进入啮合和逐渐脱离啮合的，故运转平稳，噪声小。2）重合度大，并随齿宽和螺旋角β的增大而增大，故承载能力高，运转平稳，适于高速传动。3）斜齿轮不根切最少齿数小于直齿轮。第五章轮系1.轮系可以分为定轴轮系和周转轮系。转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。至少有一个轮系的几何轴线绕另一个轮系的几何轴线转动的轮系，称为周转轮系。2.涡轮蜗杆的左右手定则：左旋用左手，右旋用右手，四指弯曲的方向是蜗杆的旋转方向，拇指的反向是涡轮的转动方向。3.定轴轮系传动比的数值等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的乘积与所有主动轮齿数乘积之比。4.惰轮（过桥齿轮）：不影响传动比数值大小，只起改变转向作用的齿轮。5.一个周转轮系包括：行星轮、支持它的行星架和与行星轮相啮合的中心轮。周转轮系传动比的计算——相对速度法。P766.复合轮系及其传动比。第六章间歇运动结构间歇运动机构：主动件连续运动时，从动件作周期性运动、时停运动的机构。分为棘轮机构、槽轮机构、不完全齿机构、凸轮间歇运动机构。1.止回棘爪，防止棘轮向相反方向运动。2.槽轮机构的运动特性系数是指在一个运动循环内，槽轮的运动时间tm对拨盘的运动时间t之比τ=1/2-1/z。z为槽数第九章机器零件设计概论1.塑性材料以屈服极限为极限应力，脆性材料以强度极限为极限应力；2.失效可能由于：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；连接松弛；摩擦传动打滑等。3.疲劳断裂特征：1）疲劳断裂的最大应力比静应力下材料的强度极限低；2）疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂；3）疲劳断裂是损伤的积累。初期现象是；零件表面或表层形成裂纹4.运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损；零件抗磨损的能力称为耐磨性；机械中磨损的主要类型：磨粒磨损、胶合、点蚀、腐蚀磨损。胶合：摩擦表面受载时，实际上只有部分峰顶接触，接触处压强很高，能使材料产生塑性流动。若接触处发生粘着，滑动时会使接触表面材料有一个表面转移到另一个表面，这种现象称为粘着磨损。点蚀：在滚动或兼有滑动和滚动的高副中。受载时材料表面有很大的接触应力，当载荷重复作用时，常会出现表层金属呈小片状剥落，而在表面形成小坑。第十章连接1.螺纹的主要几何参数：大径d（公称直径）、小径d1、中径d2、螺距P、导程S、螺纹升角、牙型角α、牙侧角β。2.矩形螺纹自锁条件斜面倾角小于摩擦角；非矩形螺纹自锁条件螺纹升角小于等于当量摩擦角3.牙侧角越大，自锁性越好，效率越低。4.把牙型角等于60度的三角形米制螺纹称为普通螺纹，以大径为公称直径。同一公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹。公称直径相同时，细牙螺纹的自锁性能好，但不耐磨、易滑扣。5.M24:粗牙普通螺纹，公称直径24，螺距3;M24×1.5:细牙普通螺纹，公称直径24，螺距1.5。6.螺纹连接基本类型：1螺栓连接；2螺钉连接；3双头螺柱连接；紧定螺钉链接。螺纹连接的防松：摩擦防松、机械防松、铆冲粘合防松。对顶螺母属于摩擦放松。7.螺栓的主要失效形式：1）螺栓杆拉断；2）螺纹的压溃和剪断；3）经常装拆时会因磨损而发生滑扣现象。8.提高螺栓连接强度的措施：1、降低螺栓总拉伸载荷的变化范围；2、改善螺纹牙间的载荷分布；3、减小应力集中。9.螺栓螺纹部分的强度条件。螺栓的总拉伸荷载为：工作荷载和残余预紧力。10.键主要用来实现轴和轴上零件间的周向固定以传递转矩；键分为平键、半圆键、楔键、和切向键。11.1、