機械設計基礎知識點總結

1、1.構件：獨立的運動單元/零件：獨立的制造單元機構：用來傳遞運動和力的、有一個構件為機架的、用構件間能有確定相對運動的連接方式組成的構件系統(tǒng)（機構=機架（1個）+原動件（）1個）+從動件（若干）機器：包含一個或者多個機構的系統(tǒng)注：從力的角度看機構和機器弁無差別，故將機構和機器統(tǒng)稱為機械1 .機構運動簡圖的要點：1）構件數(shù)目與實際數(shù)目相同2）運動副的種類和數(shù)目與實際數(shù)目相同3）運動副之間的相對位置以及構件尺寸與實際機構成比例（該項機構示意圖不需要）2 .運動副（兩構件組成運動副）：1）高副（兩構件點或線接觸）2）低副（兩構件面接觸組成），例如轉動副、移動副3 .自由度（F）=原動件數(shù)目，自由度計

2、算公式：F=3n（n為活動構件數(shù)目）-2Pl（Pl為低副數(shù)目）-Ph（Ph為高副數(shù)目）求解自由度時需要考慮以下問題：1）復合較鏈2）局部自由度3）虛約束4 .桿長條件：最短桿+最長桿0其它兩桿之和（滿足桿長條件則機構中存在整轉副）I） 滿足桿長條件，若最短桿為機架，則為雙曲柄機構II） 滿足桿長條件，若最短桿為機架的鄰邊，則為曲柄搖桿機構III） ）滿足桿長條件，若最短桿為機架的對邊，則為雙搖桿機IV）不滿足桿長條件，則為雙搖桿機構5 .急回特性：搖桿轉過角度均為擺角（搖桿左右極限位置的夾角）的大小，而曲柄轉過角度不同，例如：牛頭刨床、往復式輸送機急回特性可用行程速度變化系數(shù)（或稱行程速比系數(shù)

3、）K表示K=1'/t2t1180K-1一二-180-一1K1為極位夾角（連桿與曲柄兩次共線時，兩線之間的夾角）6 .壓力角：作用力F方向與作用點絕對速度方向的夾角a7 .從動件壓力角a=90°（傳動角丫=0°）時產(chǎn)生死點，可用飛輪或者構件本身慣性消除8 .凸輪機構的分類及其特點：I）按凸輪形狀分：盤形、移動、圓柱凸輪（端面）II）按推桿形狀分：1）尖頂一一構造簡單，易磨損，用于儀表機構（只用于受力不大的低速機構）2）滾子一一磨損小，應用廣3）平底一一受力好，潤滑好，用于高速轉動，效率高，但是無法進入凹面III）按推桿運動分：直動（對心、偏置）、擺動IV）按保持接觸方

4、式分：力封閉（重力、彈簧等）、幾何形狀封閉（凹槽、等寬、等徑、主同凸輪）9 .凸輪機構的壓力角：從動件運動方向與凸輪給從動件的力的方向之間所夾的銳角a（凸輪給從動件的力的方向沿接觸點的法線方向）壓力角的大小與凸輪基圓尺寸有關，基圓半徑越小，壓力角a越大（當壓力角過大時可以考慮增大基圓的半徑）10 .凸輪給從動件的力F可以如圖分解為沿從動件的有用?力Rf，F(xiàn)'和使從動件壓緊導路的有害分力F'（F'='F'tana-11 .凸輪機構的自鎖現(xiàn)象：在a角增大的同時，F(xiàn)'74,使導路摩擦力I大于有用分力F',系統(tǒng)無法運動，當壓力角超過許MlV即發(fā)生

5、自鎖，a在擺動凸輪機構中建議35°-45°,【a】在直動凸輪機構中建議300,【a】在回程凸輪機構中建議700-80°12 .凸輪機構的運動規(guī)律與沖擊的關系：I）多項式運動規(guī)律：1）等速運動（一次多項式）運動規(guī)律一一剛性沖擊2）等加等減速（二次多項式）運動規(guī)律柔性沖擊3）五次多項式運動規(guī)律一一無沖擊（適用于高速凸輪機構）II）三角函數(shù)運動規(guī)律：1）余弦加速度（簡諧）運動規(guī)律一一柔性沖擊2）正弦加速度（擺線）運動規(guī)律一一無沖擊III）改進型運動規(guī)律：將集中運動規(guī)律組合，以改善運動特性13 .凸輪滾子機構半徑的確定：Pa為工作輪廓的曲率半徑、P為理論輪廓的曲率半徑、k

6、為滾子半徑I）輪廓內(nèi)凹時：Pa=P+rtII）輪廓外凸時：Pa=Pf（當Pa=P.rT=0時，輪廓變尖，出現(xiàn)失真現(xiàn)象，所以要使機構正常工作，對于外凸輪廓要使Pmin'k）注：平底推桿凸輪機構也會出現(xiàn)失真現(xiàn)象，可以增大凸輪的基圓半徑來解決問題14 .齒輪嚙合基本定律：設P為兩嚙合齒輪的相對瞬心（嚙合齒輪公法線與齒輪連心線O1O2交點），ii2=?=O2P=叱（傳動比2OiPPbi需要恒定，即需要”為常數(shù)）01P15 .齒輪漸開線（口訣）：弧長等于發(fā)生線，基圓切線是法線，曲線形狀隨基圓，基圓內(nèi)無漸開線嚙合線：兩嚙合齒輪基圓的內(nèi)公切線嚙合角：節(jié)圓公切線與嚙合線之間的夾角a'（即節(jié)圓的

7、壓力角）16 .齒輪的基本參數(shù)：齒頂圓ra、da齒根圓rf、df齒厚sk（弧長）齒槽寬ek（弧長）齒距（周節(jié)）：pk=Sk+ek法向齒距（周節(jié)）Pn=d（基圓上的弧長）齒頂高（分度圓到齒頂高度）ha齒根高（分度圓到齒根高度）hf分度圓：人為規(guī)定（標準齒輪中分度圓與節(jié)圓重合），分度圓參數(shù)用r、d、e、s、p=e+s表示（無下標）全齒高卜=兒+%齒寬（輪齒軸向的厚度）B輪齒的齒數(shù)為Z模數(shù)m：分度圓的周長=nd=zp=d=zp/n,人為規(guī)定p/n只能取某些簡單的值,111故正義m=p/H,fd=mz,r=-mz2齒輪各項參數(shù)的計算公式：d=mzha=ham（齒頂高系數(shù)ha正常齒ha=1,短齒制ha=

8、0.8）hf=（h；+c*）m（頂隙系數(shù)c*正常齒c*=0.25短齒制c*=0.3）*h=hahf=（2hac）m*、da=d2ha=（z2ha）mdf=d-2hf=（z-2ha-2c）m17 .分度圓壓力角a=arcos（rb/r）（rb為基圓半徑，r為分度圓半徑）所以db=dcos：-mzcos：db二mzcos：pn=pb=：mcos：=pcos-：zz18 .齒輪重合度：表示同時參加嚙合的輪齒的對數(shù)，用6（8）1才能連續(xù)傳動）表示，£越大，輪齒平均受力越小，傳動越平穩(wěn)19 .理論上齒側間隙為0即5-e2=0,頂隙c為標準值即c=cm標準安裝時的中心距a=ra1+c+r2f=r

9、1+r220 .漸開線齒輪的加工方法：1）成形法（用漸開線齒形的成形刀具直接切出齒形，例如盤銃刀和指狀銃刀），成形法的優(yōu)點：方法簡單，不需要專用機床；缺點：生產(chǎn)效率低，精度差，僅適用于單件生產(chǎn)及精度要求不高的齒輪加工2）范成法（利用一對齒輪（或者齒輪與齒條）互相嚙合時，其共軻齒闊互為包絡線的原理來切齒的），常見的刀具例如齒輪插刀（刀具頂部比正常齒高出c*m,以便切出頂隙部分，刀具模擬嚙合旋轉弁軸向運動，缺點：只能間斷地切削、生產(chǎn)效率低）、齒條插刀（頂部比傳動用的齒條高出c*m,刀具進行軸向運動，切出的齒輪分度圓齒厚和分度圓齒梢寬相等，缺點：只能間斷地切削、生產(chǎn)效率低）、齒輪滾刀（其在工作面上的

10、投影為一齒條，能夠進行連續(xù)切削）21 .最少齒數(shù)和根切（根切會削弱齒輪的抗彎強度、使重合度名下降）：對于a=20。和h；=1的正常齒制標準漸開線齒輪，當用齒條加工時，其最小齒數(shù)為17（若允許略有根切，正常齒標準齒輪的實際最小齒數(shù)可取14）如何解決根切？變位齒輪可以制成齒數(shù)少于最少齒數(shù)而無根切的齒輪，可以實現(xiàn)非標準中心距的無側隙傳動，可以使大小齒輪的抗彎能力比較接近，還可以增大齒厚，提高輪齒的抗彎強度（以切削標準齒輪時的位置為基準，刀具移動的距離xm稱為變位量，x稱為變?yōu)橄禂?shù)，弁規(guī)定遠離輪坯中心時x為正值，稱為正變位，反之為負值，稱為負變位）22 .輪系的分類：定軸輪系（軸線固定）、周轉輪系（軸

11、有公轉）、復合輪系（兩者混合）一對定軸齒輪的傳動比公式:iabnbZa對于（定軸）齒輪系，設輸入軸的角速度為以，輸出軸的角速度為明,。1所有從動輪齒數(shù)的乘積最二所有主動輪齒數(shù)的乘積齒輪系中齒輪轉向判斷（用箭頭表示）：兩齒輪外嚙合時，箭頭方向相反，同時指向或者背離嚙合點，即頭頭相對或者尾尾相對；兩齒輪內(nèi)嚙合時，箭頭方向相同蝸輪蝸桿判斷渦輪的轉動方向：判斷蝸桿的螺紋是左旋還是右旋，左旋用左手，右旋用右手，用手順著蝸桿的旋轉方向把握蝸桿，拇指指向即為渦輪的旋轉方向周轉輪系（包括只需要一個原動件的行星輪系和需要兩個原動件的差動輪系）的傳動比：.h屋屋-八/、轉化輪系從G至K所有從動輪齒數(shù)的乘積iGK-

12、nH-nH-Ah轉化輪系從G至K所有主動輪齒數(shù)的乘積注：不能忘記減去行星架的轉速，止匕外，判斷G與K兩輪的轉向是否相同，如果轉向相同，則最后的結果符號取“+”，如果轉向相反，則結果的符號取“，復合輪系的傳動比計算，關鍵在于找出周轉輪系，剩下的均為定軸輪系，計算時要先名明確傳遞的路線是從哪一個輪傳向下一個輪23 .（周期性）速度波動：當外力作用（周期性）變化時，機械主軸的角速度也作（周期性的）變化，機械的這種（有規(guī)律的、周期性的）速度變化稱為（周期性）速度波動（在一個整周期中，驅動力所做的輸入功和阻力所作的輸出功是相等的，這是周期性速度波動的重要特征）24 .調(diào)節(jié)周期性速度波動的常用方法是在機械

13、中加上一個轉動慣量很大的回轉件一一飛輪（選擇飛輪的優(yōu)勢在于不僅可以避免機械運轉速度發(fā)生過大的波動，而且可以選擇功率較小的原動機）對于非周期性的速度波動，我們可以采用調(diào)速器進行調(diào)節(jié)（機械式離心調(diào)速器，結構簡單，成本低廉，但是它的體積龐大，靈敏度低，近代機器多采用電子調(diào)速裝置）26 .飛輪轉動慣量的選擇：J=與-'m-al.22)=J6m6(Ax為最大功虧,.1)Amax-Emax-Emin二?J(、'max一'min即飛輪的動能極限差值，Amax的確定方法可以參照書本99頁）（M為主軸轉動角速度的算數(shù)平均值）（6為不均勻系數(shù)）27 .（剛性）回轉件的平衡：目的是使回轉件工

14、作時離心力達到平衡，以消除附加動壓力，盡可能減輕有害的機械振動。（平面）平衡的方法：安裝平衡質量，使得配重對軸的離心力（或質徑積）的矢量和與要平衡的重量的離心力（或質徑積）矢量和為0注：對于一些軸向尺寸較小的回轉件，如葉輪，飛輪，砂輪等，可近似地認為其質量分布在同一平面內(nèi)，但是對于一些軸向尺寸較大的回轉件，如多缸發(fā)動機曲柄，電動機轉子，汽輪機轉子和機床主軸等，其質量分布于多個平面內(nèi)，不可以看作在同一平面內(nèi)進行質量平衡的計算28 .螺紋的用途：1）鏈接2）傳動螺紋參數(shù)：S=nP（S為導程，P為螺距，n為螺旋線數(shù)，注：P為相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離，S為同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線

15、上對應兩點的軸向距離）關于螺紋開角：tan忙,d2為中徑5螺紋的類型：1）矩形螺紋（牙側角（3=0°）2）非矩形螺紋（牙側角B中0°）：三角形螺紋（牙型角a=60°為國家標準普通螺紋，牙型角a=55°為管螺紋）、梯形螺紋（牙型角a=75°,牙側角（3=15°）、鋸齒形螺紋（牙型角a=33°,牙側角B=3°）螺紋的效率（有效功與輸入功的比）：螺旋副的效率僅與螺紋開角中有關，鋸齒形螺紋的牙側角比梯形螺紋的牙側角小，所以鋸齒形螺紋的效率比梯形螺紋的效率高，但是只適用于承受單方向的軸向載荷自鎖條件：1）矩形螺紋當斜面傾角小

16、于摩擦角時，發(fā)生自鎖2）非矩形螺紋，當螺紋開角小于等于當量摩擦角時發(fā)生自鎖注：用于連接的緊固螺紋必須滿足自鎖條件，當量摩擦角P'=arctanf（f為摩擦系數(shù)，P為牙側角）cos:29 .螺紋鏈接的基本類型：1）螺栓連接（螺栓和螺母配合）普通螺栓連接：螺栓與孔之間有間隙，孔中不切制螺紋，加工簡便，成本低，應用最廣較制孔用螺栓連接：其螺桿外徑與螺栓孔的內(nèi)徑具有同一基本尺寸，螺栓與孔之見沒有空隙，弁常采用過渡配合，它適用于承受垂直螺栓軸線的橫向載荷2）螺釘連接（螺釘直接旋入螺紋孔，省去螺母）：結構簡單，但是不能經(jīng)常拆裝，經(jīng)常拆裝會使連接件的螺紋被磨損而失效3）雙頭螺柱連接：連接較厚的被連接

17、件，或者為了結構緊湊而采用盲孔的連接，該連接允許多次拆裝而不損壞被連接件4）緊定螺釘連接：固定兩零件的相對位置，并可傳遞不大的力或者轉矩常見的螺紋緊固件：螺栓（有多種頭部形狀）、雙頭螺柱（有座端和螺母端兩個端）、（緊固）螺釘（末端有平端、錐端、圓尖端）、螺母、墊圈（增大被連接件的支承面積以減小接觸的擠壓應力）30 .預緊：對于不承受軸向工作載荷的螺紋，軸向的力即為預緊力螺紋連接的擰緊力矩T等于克服螺紋副相對轉動的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2之和為了充分發(fā)揮螺栓的工作能力和保證預緊可靠，螺栓的預緊應力一般可達材料屈服極限的50%70%,小直徑的螺栓裝配時應施加小的擰緊力矩，否則容易將

18、螺栓桿拉斷，力矩的大小通常由經(jīng)驗判斷，但是為了保證質量可以選擇測力矩扳手或者定力矩扳手31 .防松：連接用的三角形螺紋具有自鎖性，一般情況下不會發(fā)生脫落，但是在沖擊、振動、變載的作用下，預緊力可能在某一瞬間消失，另外高溫螺紋連接有可能導致變形脫落，所以要進行防松常用的防松措施：彈簧墊片：反彈力使螺紋間保持壓緊力和摩擦力對頂螺母：兩個螺母的對頂作用，使得螺栓始終受到附加的拉力和附加的摩擦力，結構簡單，適用于低速重載的場合尼龍圈鎖緊螺母：螺母中嵌有尼龍圈，擰上后尼龍圈內(nèi)孔被脹大，箍緊螺栓槽型螺母開口銷圓螺母用帶翅墊片止動墊片：墊片折邊以固定螺母和被連接件的相對位置其它方法：用沖頭沖2-3點防松、粘

19、合劑涂于螺紋旋合后粘合劑固化粘合達到防松效果32 .齒輪失效形式：1）輪齒折斷2）齒面點蝕3）齒面膠合4）齒面磨損5）齒面塑性變形輪齒折斷：一般發(fā)生在齒根處，因為齒根處受到的彎曲應力最大,淬火鋼或鑄鐵制成的齒輪（閉式硬齒面齒輪）容易發(fā)生這種現(xiàn)象齒面點蝕：最先出現(xiàn)在齒面節(jié)線處，細小裂紋擴展后顆粒剝落造成，通常發(fā)生在閉式軟齒面齒輪上齒面膠合：發(fā)生在齒頂、齒根等相對速度較大處，高速重載運動中，摩擦產(chǎn)生高溫引潤滑油失效，齒面金屬粘連，相對運動時較軟的齒面沿滑動方向被撕下形成溝紋（解決方法：1）提高齒面硬度2）減小齒面粗糙度3）增加潤滑劑的粘度（低速）4）加抗膠合劑）齒面磨損：1）磨粒磨損：顆粒進入齒面

20、間引起磨粒磨損，開式傳動中難以避免，齒闊變形，導致噪聲和振動，最終傳動失效2）跑合磨損：新制造的齒輪表面不光潔，剛開始運轉時會有磨損，使得表面變光潔，跑合結束后應該清洗并更換潤滑油齒面塑性變形：重載導致齒面局部塑性變形，使齒闊失去正確的齒形，在過載嚴重和啟動頻繁的傳動中常見33 .齒輪的接觸強度由齒輪的模數(shù)和齒數(shù)乘積mz決定，mz越大，接觸強度越大齒輪的彎曲強度由齒輪的模數(shù)m決定34 .齒輪徑向力判斷：所有齒輪的徑向力都指向齒輪的軸心齒輪圓周力向力判斷：圓周力都沿齒輪旋轉地切線方向，主動輪的圓周力與轉動方向相反，從動輪圓周力與轉動方向相同齒輪軸向力判斷（斜齒輪有，直齒輪沒有）：對于圓錐齒輪，軸

21、向力從小端指向大端，判斷一般斜齒輪主動輪的軸向力可用左右手法則，左旋用左手，右旋用右手，用對應的手四指沿主動輪的轉向把握齒輪，拇指方向即為軸向力的方向，從動輪的軸向力方向與主動輪軸向力方向即可注：一對齒輪中，一齒輪的軸向力與另一齒輪的徑向力是反作用里，也就是說等大（Fr表小徑向力/Fa表小軸向力/Ft表小圓周力）35 .軸：軸的作用是支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等軸的分類：1）按承受的載荷分：轉軸：傳遞扭矩又承受彎矩（減速器轉軸）只傳遞扭矩（卡車底部的傳動軸）只承受彎矩2）按軸的形狀分：直軸他曲軸（汽車發(fā)動機軸）撓性鋼絲軸閶不要求軸的設計：1）為了便于安裝，軸一般設計成從軸端逐漸向中間增大的階梯狀，裝零件的軸端應該有倒角，需要磨削的軸端有砂輪越程糟，車螺紋的軸端應該有退刀槽2）零件在軸向上的定位由軸肩或者套筒確定3）零件在軸向上的固定由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈（軸端上的零件多使用軸端擋圈固定）來實現(xiàn)