机械设计基础期末复习总结 第一章绪论 A.构件是组成机械的基本运动单元，可以由一个或多个零件构成的刚性结构 B.零件是机械的制造单元 C.机械零件的主要失效形式： 1)断裂 2)过大的变形（过大的弹性形变） 3)表面失效 4)正常工作条件遭破坏而引起的失效 D.机械零件常用材料： 1)金属材料 a)钢 b)铸铁 c)有色合金 2)非金属材料 a)有机高分子材料 b)无机非金属材料 c)复合材料 第二章平面机构分析 A.运动副：使构件与构件之间直接接触并能产生一定相对运动的链接 分类： 1)低副：面接触 a)移动副 b)转动副 2)高副：点或线接触、球面副、螺旋副 B.构件（每个构件至少有两个运动副） 1)固定件（机架） ：在一个机构中有且只有一个构件为机架 2)原动件（主动件/输入构件）：运动和动力由外界输入 3)从动件（输出构件） C.平面机构的自由度 1)计算公式： F=3n-2PL-PH 2)平面机构具有确定运动的条件：F0 自由度等于原动件数 * 机构的自由度即是平面机构所具有的独立运动的数目 3)计算平面机构自由度注意事项： a)复合铰链：两个以上构件在同一条轴线上用转动副连接 *N 个构件汇交而成的复合链具有（N-1）个转动副 b)局部自由度：机构中出现的与输出构件运动无关的自由度 *计算时，应除去不计 c)虚约束： 运动副带入的约束对机构自由度的影响是重复的，对机构运动不 起新的限制作用的约束 常见虚约束： ?两个构件之间组成多个导路平行的移动副时 ?两个构件之间组成多个轴线重合的转动副时 ?机构中传递运动不起独立作用的对称部分 *计算时，应除去不计 第三章平面连杆机构 A.平面连杆机构（平面低副机构）：由若干个构件以低副连接组成的平面结构 B.铰链四杆机构：4 为机架， 1、3 为连架杆， 2 为连杆 曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆 摇杆：只能绕机架作一定角度往复摆动 基本特性：运动特性、传力特性 基本类型： 1)曲柄摇杆机构： 连架杆中， 一个为曲柄， 一个为 摇杆（通常，曲柄为原动件并作匀速转动时，摇杆作变速往复运动） 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（两摇杆长度相等时称为等腰梯形机构） C.铰链四杆机构存在曲柄的条件： 1)整转副存在条件 a)最短杆长度 +最长杆长度其余两杆长度和 b)整转副由最短杆与其邻边组成 2)曲柄存在条件（整转副位于机架上才能形成曲柄） a)最短杆邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故为曲柄摇杆机构 b)最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故为双曲柄机构 c)最短杆对边为机架时，机架上没有整转副，故为双摇杆机构 *若最短杆长度+最长杆长度其余两杆长度和，则无论去哪个杆为机架都为双摇 杆机构 D.急回特性 P34：曲柄摇杆机构中，曲柄虽作匀速转动，而摇杆摆动时空回程的平均 速度却大于工作行程的平均速度。用行程速比系数K 表示 *若 =0，K=1，则该机构无急回运动特性 若 0，K1，则该机构具有急回特性，且 越大， K越大，急回特性越显著 E.压力角： 作用在从动件C 点的驱动力F 与该点绝对速度VC之间所夹的锐角， 可作 为判断机构传力性能的标志P35 传动角：压力角的余角 *机构运动时，传动角是变化的，必须规定传动角下限，否则，当传动角太小时， 传力性能太差，有可能会使机构出现自锁现象 F.死点位置（传动角为零的位置）：在摇杆CD 摆到极限位置时，连杆2 与曲柄 1 两 次共线，从动件的传动角为0O，即连杆传给曲柄的力通过铰链中心A，不论此力 多大，均不能使曲柄转动 死点位置现象：机构的从动件卡死或运动不确定 消除死点位置不良影响：对从动曲柄施加外力利用飞轮及构件自身的惯性作用 第四章凸轮机构 A.凸轮机构（高副机构） ：由凸轮、从动件和机架组成，包含两个低副，一个高副 分类 P44： 1)按凸轮的形状分 a)盘形凸轮（凸轮的最基本型式）：绕固定轴转动并且具有变化向径的盘状 构件 b)移动凸轮：盘形凸轮的转轴位于无穷远时，相对机架作直线运动的凸轮 c)圆柱凸轮：移动凸轮卷成圆柱体型式的凸轮 2)按从动件的型式分 d)尖顶从动件：从动件与凸轮接触的一端为尖顶 e)滚子从动件：从动件与凸轮接触的一端为滚子 f)平底从动件：从动件与凸轮接触的一端为平面 B.从动件的位移线图（B 卷内容）： 1)推程运动角：从动件以一定的运动规 律由离凸轮回转中心最近的位置A 到 达最远位置B，凸轮转过的相应角度 2)远休止角：从动件与以O 为圆心的圆 弧 BC 接触，从动件在最远位置停止 不动时，凸轮转过的相应角度 3)回程角：从动件按一定运动规律返回 到起始位置，凸轮转过的相应角度 4)近休止角：从动件与以O 为圆心的基 圆圆弧 DA 接触，从动件在最近位置停止不动时，凸轮转过的相应角度 C.从动件常用运动规律 1)等速运动规律：刚性冲击，运动开始、终止时，速度有突变，加速度无穷大 2)等加速运动规律：柔性冲击，运动开始、终止时，加速度产生有限数值的突变 3)简谐运动规律：柔性冲击，运动开始、终止时，加速度产生有限数值的突变 D.压力角：在不计摩擦的情况下，凸轮沿法线nn 方向给予从动件的作用力F 与从动 件运动方向（速度方向）所夹的锐角a *压力角 a 越大， 有效分力F1越小， 有害分力 F2越大， 机 构效率越低，设计时应使最大压力角不超过许用值 *自锁现象：当a大到一定程度，以致F2引起的摩擦阻力 大于有效分力F1时，无论凸轮给予从动轮的作用力多大， 从动轮都不能运动的现象（回程时，无自锁问题） E.基圆半径r0：r0越小，压力角 a越大 F.滚子半径： 为了使凸轮轮廓在任何位置既不出现尖点，也 不自交，滚子半径必须小于理论轮廓外凸部分的最小曲率 半径 第六章齿轮传动 A.渐开线齿廓的啮合特点 1)渐开线齿廓能实现定比传动 2)中心距 （一对相互啮合的齿轮回转中心之间的距离）可分性： 当实际中心距存 在误差时，渐开线齿轮的传动比仍保持不变的特性 3)四线（过啮合点的公法线、啮合线、基圆的公切线、正压力作用线）合一 4)啮合角不变：数值上等于渐开线在节圆上的压力角 B.直齿圆柱齿各部分名称及代号 1)轮齿：齿轮上每一个用于啮合的凸起部分，在齿轮圆周上均匀分布的轮齿总数 称为齿数，用z 表示 2)齿顶圆齿轮齿顶所在的圆。其直径（或半径）用da（或 ra）表示 3)齿根圆齿轮齿槽底所在的圆。其直径（或半径）用df（或 rf）表示 4)分度圆用来分度（分齿）的圆， 该圆位于齿厚和槽宽相等的地方。其直径 （或半径）用d（或 r 表示）。 5)齿顶高齿顶圆与分度圆之间的径向距离，用ha表示 6)齿根高齿根圆与分度圆之间的径向距离，用hf表示 7)全齿高齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，用h 表示。显然有：h = ha + hf 8)齿厚任意直径为dk的圆周上，齿轮两侧齿廓间的弧长，用 sk表示。在分 度圆上度量的弧长称为分度圆齿厚，用s 表示 9)齿槽宽任意直径为dk的圆周上，齿槽两侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿 槽宽，用ek表示。在分度圆上的度量的弧长称为分度圆槽宽，用 e表示 10) 齿距任意直径为dk的圆周上，相邻两齿同侧齿廓间的弧长称为该圆上的 齿距，用 pk表示， pk=sk+ek。在分度圆上度量的弧长称为分度圆齿距，用 p 表 示， p = s + e。在基圆上度量的弧长称为基圆齿距，用pb表示， pb=sb+eb 11) 法向齿距： 相邻两个轮齿同侧齿廓之间在法线方向上的距离，用 pn表示，pn=pb 12) 齿宽齿轮轮齿的宽度（沿齿轮轴线方向度量），用 b 表示 C.直齿圆柱齿轮的基本参数 1)齿数 z：在齿轮圆周上均匀分布的轮齿总数 2)（分度圆）模数m：分度圆齿距p 与 的比值，单位：mm 分度圆直径d=mz 分度圆齿距p= m 3)压力角 ：渐开线上各点的压力角不等，分度圆上的压力角简称压力角。国家 标准规定，标准压力角 =20 * 分度圆是齿轮中具有标准模数和标准压力角的圆 4)齿顶高系数ha* ：ha=ha*m 5)顶隙系数c*：hf=(ha*+c*)m 正常齿制： ha*=1 c*=0.25 短齿制： ha*=0.8 c*=0.3 D.参数选择 1)齿数比 u： u=z2/z11，过大的齿数比会增加传动装置的结构尺寸，并导致两 齿轮轮齿的应力循环次数差别太大 2)齿数 z：在满足轮齿弯曲强度的条件下，宜取较多的齿数（相应得减小模数） 3)模数 m：模数 m 应满足轮齿弯曲强度要求，一般应使mn2mm ，模数越大， 抗弯强度越大 4)齿宽因数d：增大齿宽能缩小齿轮的径向尺寸，但齿宽越大，载荷沿齿宽分 布越不均匀 E.渐开线标准直齿齿轮的几何尺寸计算 标准齿轮： m、a、ha*、c*都为标准值，且 e=s 的齿轮 名称代号计算公式 分度圆直径d d=mz 齿顶高ha ha=ha*m 齿根高hf hf=(ha*+c*)m 齿高H h=ha+hf 顶隙c c=c*m 齿顶圆直径da da=d+2ha 齿根圆直径df df=d-2hf 基圆直径db db=dcos 齿距p p=m 齿厚s s=0.5p=0.5m 齿槽宽e e=0.5p=0.5m 标准中心距a a=0.5(d1+d2)=0.5(z1+z2)m 基圆齿距pb pb=pcos 分度圆处曲率半径 =0.5dsin F.齿条：齿轮的齿数无穷大时。齿廓上各点压力角相等，标准值为20 G.渐开线齿轮的啮合 1)渐开线齿轮正确啮合条件：两齿轮的压力角和模数分别相等，并等于标准值， 即 m1=m2=m 1=2= 根据渐开线齿轮正确啮合的条件，传动比可表示为i=d2/d1=z2/z1 2)标准中心距（正确安装条件）：两轮的分度圆相切，即分度圆与节圆重合，使 齿侧的理论间隙为零时的中心距a为标准中心距， 且 a=0.5(d1+d2)=0.5m(z1+z2) * 由于安装误差、齿轮热膨胀和润滑的需要，齿侧有必要缩小侧隙 标准齿轮正确安装时，啮合角在数值上等于分度圆压力角，即= 3)渐开线齿轮的连续传动条件：实际啮合线B1B2的长度大于或等于齿轮的法向 齿距 B2K，由于 B2K=pb，齿轮传动条件可表示为： B1B2pb， = B1B2/ pb1 H.根切现象： 用展成法加工加工齿轮时，若齿数过少， 刀具齿顶线就会超过理论啮合 线的上界点， 这时被加工齿轮根部的渐开线齿廓将被刀具的齿顶切去一部分的现象 *根切后，齿轮抗弯强度降低，重合度减少，应设法避免 对于渐开线直齿圆柱齿，不发生根切的最少齿数为zmin=2ha*/sin 2 对于标准直齿圆柱齿轮，当 =20，ha*=1 时, zmin=17 I.齿轮传动的失效形式 1)齿轮折断 a)齿轮过载折断 b)齿轮疲劳折断 2)齿面磨损（开式传动的主要磨损形式） 3)齿面点蚀（多发生在闭式软齿面齿轮传动） 4)齿面胶合（高速重载齿轮主要失效形式） 5)塑性形变 J.常用齿轮材料：锻钢、铸钢、铸铁 第七章蜗杆传动 A.蜗杆传动： 由蜗杆蜗轮组成，一般蜗杆主动、蜗轮从动， 用来传递空间两交错轴之 间的运动和动力，一般两轴交错成90 B.蜗杆传动类型 按形状分： 1)圆柱蜗杆（应用最广） 按蜗杆螺旋面形状分： a)阿基米德蜗杆（ZA 型） b)渐开线蜗杆（ZI 型） c)法向直廓蜗杆（ZN 型） d)圆弧圆柱蜗杆（ZC 型） * 前三种为普通圆柱蜗杆 2)环面蜗杆 3)锥面蜗杆 C.蜗杆传动特点： 1)优点： a)传动比大，结构紧凑。 （一般情况下，传动比i=1040，最大可达80，若 只传递运动，其传动比可达1000） b)传动平稳，噪声小 c)可制成具有自锁性能的传动 2)缺点： a)效率低（传动效率一般为0.70.8，当具有自锁性能时，效率小于0.5） b)成本较高（为减轻齿面磨损及防止胶合发生，一般用青铜制造） D.蜗杆传动的主要参数 1)模数 m 和压力角 蜗杆传动的正确啮合条件：中间平面（通