机械设计基础知识点总结

绪论：机械：机器与机构的总称。机器：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。机构：是具有确定相对运动的构件的组合。用来传递运动和力的有一个构件为机架的用构件能够相对运动的连接方式组成的构件系统统称为机构。构件：机构中的（最小）运动单元一个或若干个零件刚性联接而成。是运动的单元，它可以是单一的整体，也可以是由几个零件组成的刚性结构。零件：制造的单元。分为：1、通用零件，2、专用零件。一：自由度：构件所具有的独立运动的数目称为构件的自由度。运动副：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接。高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。低副：两构件通过面接触而构成的运动副。根据两构件间的相对运动形式，可分为转动副和移动副。F=3n-2PL-PH机构的原动件（主动件）数目必须等于机构的自由度。复合铰链：虚约束：重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束。计算机构的自由度时，虚约束应除去不计。局部自由度:与输出件运动无关的自由度，计算机构自由度时可删除。二：连杆机构：由若干构件通过低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。铰链四杆机构：具有转换运动功能而构件数目最少的平面连杆机构。整转副：存在条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。构成：整转副是由最短杆及其邻边构成。类型判定：(1）如果：lmin+lmax≤其它两杆长度之和，曲柄为最短杆；曲柄摇杆机构：以最短杆的相邻构件为机架。双曲柄机构：以最短杆为机架。双摇杆机构：以最短杆的对边为机架。(2)如果：lmin+lmax＞其它两杆长度之和；不满足曲柄存在的条件，则不论选哪个构件为机架，都为双摇杆机构。急回运动：有不少的平面机构，当主动曲柄做等速转动时，做往复运动的从动件摇杆，在前进行程运行速度较慢，而回程运动速度要快，机构的这种性质就是所谓的机构的“急回运动”特性。压力角：作用于C点的力P与C点绝对速度方向所夹的锐角α。传动角：压力角的余角γ，死点：无论我们在原动件上施加多大的力都不能使机构运动，这种位置我们称为死点γ=0。解决办法：（1）在机构中安装大质量的飞轮，利用其惯性闯过转折点；（2）利用多组机构来消除运动不确定现象。即连杆BC与摇杆CD所夹锐角。三：凸轮:一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。从动件:被凸轮直接推动的构件。机架:固定不动的构件(导路)。凸轮类型：(1)盘形回转凸轮(2)移动凸轮(3)圆柱回转凸轮从动件类型：(1)尖顶从动件(2)滚子从动件(3)平底从动件(1)直动从动件(2)摆动从动件1基圆：以凸轮最小向径为半径作的圆，用rmin表示。2推程：从动件远离中心位置的过程。推程运动角δt；3远休止：从动件在远离中心位置停留不动。远休止角δs；4回程:从动件由远离中心位置向中心位置运动的过程。回程运动角δh；5近休止:从动件靠近中心位置停留不动。近休止角δsˊ；6行程:从动件在推程或回程中移动的距离，用h表示。7从动件位移线图：从动件位移S2与凸轮转角δ1之间的关系曲线称为从动件位移线图。1.等速运动规律:1、特点：设计简单、匀速进给。始点、末点有刚性冲击。适于低速、轻载、从动杆质量不大，以及要求匀速的情况。2、等加速等减速运动规律:推程等加速段运动方程：推程等减速段运动方程：柔性冲击:加速度发生有限值的突变（适用于中速场合）3、简谐运动规律:柔性冲击四：根切根念：用范成法加工齿轮时，有时会发现刀具的顶部切入了轮齿的根部，而把齿根切去了一部分，破坏了渐开线齿廓，如图这种现象称为根切。根切形成的原因：标准齿轮：刀具的齿顶线超过了极限啮合点N。标准齿轮：指m、α、ha*、c*均取标准值，具有标准的齿顶高和齿根高，且分度圆齿厚s等于齿槽宽e的齿轮。成型法：范成法：九：失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。类型：（1）断裂。在机械载荷或应力作用下(有时还兼有各种热、腐蚀等因素作用)，使物体分成几个部分的现象（2）变形。由于作用零件上的应力超过了材料的屈服极限，使零件本身发生的变形。弹性变形、塑性变形（3）零件的表面破坏。腐蚀、磨损、接触疲劳（点蚀）。（4）破化正常工作条件而引起的失效。强度：零件的应力不超过允许的限度1、名义载荷：在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。2、载荷系数K：综合考虑零件在实际工作中承受的各种附加载荷所引入的系数。3、计算载荷：载荷系数与名义载荷的乘积。刚度：在载荷作用下，零件产生的弹性变形量，小于或等于机器工作性能所允许的极限值。设计要求：具有预定功能的要求、具有经济性要求采用先进设计理论和方法，运用先进工具。合理选用零件材料、降低材料费用。设计中，尽量使重量系数下降。用最少零件组成部件或机械，尽量采用价廉的标准件。提高机器效率，降低能耗。尽量降低包装、运输费用。安装、拆卸方便十一：失效形式：轮齿折断：一般发生在轮齿根部，指齿的大部分或整个齿的断落，是轮齿中最危险的失效形式。齿面失效：齿面疲劳点蚀和表层剥落齿面磨损、齿面胶合、齿面塑性变形。传动过程中，主要失效形式：通常对润滑良好的闭式齿轮传动主要发生齿面点蚀，齿根弯曲疲劳折断。特殊情况，如严重的冲击或有相当大的短期过载时，须注意轮齿发生过载折断和齿面塑性变形的可能性。高速重载而润滑条件受限制情况下，齿面胶合又可能成为主要失效原因。开式齿轮传动的主要失效形式是磨粒磨损设计准则：对于闭式软齿面齿轮（HBS≤350）：齿轮的失效形式以疲劳点蚀为主。先按齿面接触疲劳强度公式进行计算，再用齿根弯曲疲劳强度公式进行校核。2对于闭式硬齿面齿轮：齿轮的失效形式为轮齿折断；先按齿根弯曲疲劳强度作为设计公式，再用齿面接触疲劳强度进行校核。3开式齿轮传动：齿轮的失效形式主要是齿面磨损；采用弯曲疲劳强度进行设计，并适当加大齿厚（加大模数）以延长其使用寿命。开式齿轮不进行齿面接触疲劳强度计算。1、机械零件常用材料：普通碳素结构钢（Q屈服强度）优质碳素结构钢（20平均碳的质量分数为万分之20）、合金结构钢（20Mn2锰的平均质量分数约为2%）、铸钢（ZG230-450屈服点不小于230，抗拉强度不小于450）、铸铁（HT200灰铸铁抗拉强度）2、常用的热处理方法：退火（随炉缓冷）、正火（在空气中冷却）、淬火（在水或油中迅速冷却）、回火（吧淬火后的零件再次加热到低于临界温度的一定温度，保温一段时间后在空气中冷却）、调质（淬火+高温回火的过程）、化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗）3、机械零件的结构工艺性：便于零件毛坯的制造、便于零件的机械加工、便于零件的装卸和可靠定位4、机械零件常见的失效形式：因强度不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损、打滑或过热；连接松动；容器、管道等的泄露；运动精度达不到设计要求5、应力的分类：分为静应力和变应力。最基本的变应力为稳定循环变应力，稳定循环变应力有非对称循环变应力、脉动循环变应力和对称循环变应力三种6、疲劳破坏及其特点：变应力作用下的破坏称为疲劳破坏。特点：在某类变应力多次作用后突然断裂；断裂时变应力的最大应力远小于材料的屈服极限；即使是塑性材料，断裂时也无明显的塑性变形。确定疲劳极限时，应考虑应力的大小、循环次数和循环特征7、接触疲劳破坏的特点：零件在接触应力的反复作用下，首先在表面或表层产生初始疲劳裂纹，然后再滚动接触过程中，由于润滑油被基金裂纹内而造成高压，使裂纹扩展，最后使表层金属呈小片状剥落下来，在零件表面形成一个个小坑，即疲劳点蚀。疲劳点蚀危害：减小了接触面积，损坏了零件的光滑表面，使其承载能力降低，并引起振动和噪声。疲劳点蚀使齿轮。滚动轴承等零件的主要失效形式8、引入虚约束的原因：为了改善构件的受力情况（多个行星轮）、增强机构的刚度（轴与轴承）、保证机械运转性能9、螺纹的种类：普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹10、自锁条件：λ≤ψ即螺旋升角小于等于当量摩擦角11、螺旋机构传动与连接：普通螺纹由于牙斜角β大，自锁性好，故常用于连接；矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹因β小，传动效率高，故常用于传动12、螺旋副的效率：η=有效功/输入功=tanλ/tan（λ+ψv）一般螺旋升角不宜大于40°。在d2和P一定的情况下，锁着螺纹线数n的增加，λ将增大，传动效率也相应增大。因此，要提高传动效率，可采用多线螺旋传动13、螺旋机构的类型及应用：①变回转运动为直线运动，传力螺旋（千斤顶、压力机、台虎钳）、传导螺旋（车窗进给螺旋机构）、调整螺旋（测微计、分度机构、调整机构、道具进给量的微调机构）②变直线运动为回转运动14、螺旋机构的特点：具有大的减速比；具有大的里的增益；反行程可以自锁；传动平稳，噪声小，工作可靠；各种不同螺旋机构的机械效率差别很大（具有自锁能力的的螺旋副效率低于50%）15、连杆机构广泛应用的原因：能实现多种运动形式的转换；连杆机构中各运动副均为低副，压强小、磨损轻、便于润滑、寿命长；其接触表面是圆柱面或平面，制造比较简易，易于获得较高的制造精度16、曲柄存在条件：①最短杆长度+最长杆长度≤其他两杆之和②最短杆为连架杆或机架。17、凸轮运动规律及冲击特性：①等速：刚性冲击、低速轻载②等加速等减速：柔性冲击、中速轻载③余弦加速度：柔性冲击、中速中载④正弦加速度：无冲击、高速轻载18、凸轮机构压力角与基圆半径关系：r0=v2/(ωtanα)-s，其中r0为基圆半径，s为推杆位移量19、滚子半径选择：ρa=ρ-r，当ρ=r时，在凸轮实际轮廓上出现尖点，即变尖现象，尖点很容易被磨损；当ρ＜r时，实际廓线发生相交，交叉线的上面部分在实际加工中被切掉，使得推杆在这一部分的运动规律无法实现，即运动失真；所以应保证ρ＞r，通常取r≤0.8ρ，一般可增大基圆半径以使ρ增大20、齿轮传动的优缺点：①优点：适用的圆周速度和功率范围广；传动比精确；机械效率高；工作可靠；寿命长；可实现平行轴、相交轴交错轴之间的传动；结构紧凑；②缺点：要求有较高的制造和安装精度，成本较高；不适宜于远距离的两轴之间的传动21、齿轮啮合条件：必须保证处于啮合线上的各对齿轮都能正确的进入啮合状态，m1=m2=m；α1=α2=α即模数和压力角都相等；斜齿轮还要求两轮螺旋角必须大小相等，旋向相反；锥齿轮还要求两轮的锥距相等；涡轮蜗杆要求蜗杆的导程角与涡轮的螺旋角大小相等，旋向相同22、轮齿的连续传动条件：重合度ε=B1B2/ρb＞1（实际啮合线段B1B2的长度大于轮齿的法向齿距）123、齿廓啮合基本定律：作平面啮合的一对齿廓，它们的瞬时接触点的公法线，必于两齿轮的连心线交于相应的节点C，该节点将齿轮的连心线所分的两个线段的与齿轮的角速成反比。24、根切：①产生原因：用齿条型刀具（或齿轮型刀具）加工齿轮时。若被加工齿轮的齿数过少，道具的齿顶线就会超过轮坯的啮合极限点，这时会出现刀刃把齿轮根部的渐开线齿廓切去一部分的现象，即根切；②后果：使得齿轮根部被削弱，齿轮的抗弯能力降低，重合度减小；③解决方法：正变位齿轮25、正变位齿轮优点：可以加工出齿数小于Zmin而不发生根切的齿轮，使齿轮传动结构尺寸减小；选择适当变位量来满足实际中心距得的要求；提高小齿轮的抗弯能力，从而提高一对齿轮传动的总体强度26、齿轮的失效形式：齿轮折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损；开式齿轮主要失效形式为齿轮磨损和轮齿折断；闭式齿轮主要是齿面点蚀和轮齿折断；蜗杆传动的失效形式为轮齿的胶合、点蚀和磨损27、齿轮设计准则：对于一般使用的齿轮传动，通常只按保证齿面接触疲劳强度及保证齿根弯曲疲劳强度进行计算28、参数选择：①齿数：保持分度圆直径不变，增加齿数能增大重合度，改善传动的平稳性，节省制造费用，故在满足齿根弯曲疲劳强度的条件下，齿数多一些好；闭式z=20~40开式z=17~20；②齿宽系数：大齿轮齿宽b2=b；小齿轮b1=b2+（2~10）mm；③齿数比：直齿u≤5；斜齿u≤6~7；开式齿轮或手动齿轮u可取到8~1229、直齿轮传动平稳性差，冲击和噪声大；斜齿轮传动平稳，冲击和噪声小，适合于高速传动30、轮系的功用：获得大的传动比（减速器）；