機械設計基礎知識點總結匯總

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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并無區(qū)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)目一致2）運動副的種類和數(shù)目與實際數(shù)目一致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，自由度計算公式：F?3n（n為活動構件數(shù)目）?2P（?PH（PH為高副數(shù)目）LPL為低副數(shù)目）求解自由度時需要考慮以下問題：1）復合鉸鏈2）局部自由度3）虛約束

4.桿長條件：最短桿+最長桿≤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

構

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)）K表示

K??1?/t2t1?1180???K?1???????180??2?/t1t2?2180???K?1?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vc方向的夾角α7.從動件壓力角α=90°（傳動角γ=0°）時產生死點，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——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——磨損小，應用廣3）平底——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）、搖擺IV)按保持接觸方式分：力封閉（重力、彈簧等）、幾何形狀封閉（凹槽、等寬、等徑、主回凸輪）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α（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

α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分力F’F’F和使從動件壓緊導路的有害分力F’’（F’’=F’tanα）F’’11.凸輪機構的自鎖現(xiàn)象：在α角增大的同時，F(xiàn)’’增大，使導路摩擦力

大于有用分力F’，系統(tǒng)無法運動，當壓力角超過許用值即發(fā)

生自鎖，在搖擺凸輪機構中建議35°-45°，在直動凸輪

機構中建議30°，在回程凸輪機構中建議70°-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——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——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——柔性沖擊2）正弦加速度（擺線）運動規(guī)律——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：

?a為工作輪廓的曲率半徑、?為理論輪廓的曲率半徑、rT為滾子半徑

I）輪廓內凹時：?a???rTII）輪廓外凸時：?a???rT（當

?a???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?min?rT）

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），i12?需要恒定，即需要O2P為常數(shù)）

O1P?1O2Prb2（傳動比???2O1Prb115.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，基圓內無漸開線嚙合線：兩嚙合齒輪基圓的內公切線

嚙合角：節(jié)圓公切線與嚙合線之間的夾角α’（即節(jié)圓的壓力角）

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e（弧長）k齒距（周節(jié)）：pk?sk?ek法向齒距（周節(jié)）pn?pb(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h?ha?hf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??d?zp?d?zp/?，人為規(guī)定p/?只能取某些簡單的值，1故定義m?p/?,有d?mz,r?mz2齒輪各項參數(shù)的計算公式：d?mz

****ha?ham(齒頂高系數(shù)ha正常齒ha?1,短齒制ha?0.8）

*hf?(ha?c*)m(頂隙系數(shù)c*正常齒c*?0.25短齒制c*?0.3)*h?ha?hf?(2ha?c*)m*da?d?2ha?(z?2ha)m

*df?d?2hf?(z?2ha?2c*)m

17.分度圓壓力角α=arcos（rb/r）（rb為基圓半徑，r為分度圓半徑）

所以db?dcos??mzcos?所以pn?pb??dbz??mzcos?z??mcos??pcos?

18.齒輪重合度：表示同時參與嚙合的輪齒的對數(shù)，用?（?≥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s1?e2?0,頂隙c為標準值即c?c*m標準安裝時的中心距a?ra1?c?r2f??r1?r2

20.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，例如盤銑刀和指狀銑刀），成形法的優(yōu)點：方法簡單，不需要專用機床；缺點：生產效率低，精度差，僅適用于單件生產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）相互嚙合時，其共軛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，刀具模擬嚙合旋轉并軸向運動，缺點：只能休止地切削、生產效率低）、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槽寬相等，缺點：只能休止

地切削、生產效率低）、齒輪滾刀（其在工作面上的投影為一齒條，能夠進行連續(xù)切削）

21.最少齒數(shù)和根切（根切會減弱齒輪的抗彎強度、使重合度?下

*降）：對于α=20°和ha=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)，并規(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（軸有公轉）、復合輪系（兩者混合）

一對定軸齒輪的傳動比公式：iab??anazb???bnbza對于（定軸）齒輪系，設輸入軸的角速度為?1，輸出軸的角速度為?m，i1m??1?所有從動輪齒數(shù)的乘積

?m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；兩齒輪內嚙合時，箭頭方向一致

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：

iHGKHHnGnG?nH轉化輪系從G至K所有從動輪齒數(shù)的乘積?H?H?（?）nKnK?nH轉化輪系從G至K所有主動輪齒數(shù)的乘積注：不能忘掉減去行星架的轉速，此外，判斷G與K兩輪的轉向是否一致，假使轉向一致，則最終的結果符號取“+〞，假使轉向相反，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.調理周期性速度波動的常用方法是在機械中加上一個轉動慣量很大的回轉件——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，我們可以采用調速器進行調理（機械式離心調速器，結構簡單，成本低廉，但是它的體積巨大，

靈敏度低，近代機器多采用電子調速裝置）26．飛輪轉動慣量的選擇：J?注：1）

Amax?Emax?Emin?Amax2?m?

1222J(?max??min)?J?m?（Amax為最大功虧，2即飛輪的動能極限差值，Amax的確定方法可以參照書本99頁）2）?m?3）???max??min2（?m為主軸轉動角速度的算數(shù)平均值）

?max??min（?為不均勻系數(shù)）?m27.（剛性）回轉件的平衡：目的是使回轉件工作時離心力達到

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，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，不可以看作在同一平面內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上對應兩點的軸向距離)關于螺紋升角：tan??nP,d為中徑?d22

螺紋的類型：1）矩形螺紋（牙側角β=0°）2）非矩形螺紋

（牙側角β≠0°）：三角形螺紋（牙型角α=60°為國家標準普通螺紋，牙型角α=55°為管螺紋）、梯形螺紋（牙型角α=75°，牙側角β=15°）、鋸齒形螺紋（牙型角α=33°，牙側角β=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

升角?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于摩擦角時，發(fā)生自鎖2）

非矩形螺紋，當螺紋升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需滿足自鎖條件，

f當量摩擦角?'?arctan,(f為摩擦系數(shù)，?為牙側角）

cos?29．螺紋鏈接的基本類型：1）螺栓連接（螺栓和螺母協(xié)同）①

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②鉸制孔用螺栓連接：其螺桿外徑與螺栓孔的內徑具有同一基本尺寸，螺栓與孔之見沒有空隙，并常采用過渡協(xié)同，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，但是不能經常拆裝，經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

件，或者為了結構緊湊而采用盲孔的連接，該連接允大量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