机械设计基础复习重点.docx
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机械设计基础复习重点
第1章
机器的共有特征：
1它们是一种人为的实物组合体②它们各部分之间形成各个运动单元，各单元有之间具有确定的相对运动；③它用来代替或减轻人类劳动去完成有用的机械功、转换机械能或处理信息。
机构如果仅具备前两个特征，则称为机构。
如内燃机中的基本组合体。
机械是机器和机构的总称。
构件是组成机械的基本运动单元，它可以是单一的零件，也可以是多个零件组成的刚性结构，如图所示内燃机的连杆，就是由连杆体1、连杆盖4、螺栓2和螺母3等零件组成的刚性结构。
零件是机械的制造单元，可以分为两类
通用零件：
在各种机器中普遍使用，如螺栓、螺母、齿轮、弹簧等；
专用零件：
仅在某些特定类型的机器中使用，如内燃机的活塞、汽轮机的叶片等。
机械设计的基本要求
使用要求经济性要求可靠性要求操作方便、安全造型美观、减少环境污染其他要求
1.3.1机械零件的主要失效形式
断裂过大的变形表面失效正常工作条件遭破坏而引起的失效
1.4.2机械零件材料的选择原则
材料的使用性能材料的工艺性材料的经济性
1.5机械零件的标准化
1.产品标准化产品品种规格的系列化零部件的通用化产品质量标准化
2.标准分类国家标准（GB）行业标准（JB、YB等）行业标准（JB、YB等）企业标准
3.强制性标准（GB）推荐性标准（GB/T）
第2章
1.低副是两构件通过面接触组成的运动副。
2.高副是两构件间通过点或线接触组成的运动副
2.1.2构件及其分类
固定件（机架）机构中相对固定的件，用来支承其他活动构件，在一个机构中必有且只有一个构件为机架。
原动件（主动件）它是机构中运动规律已知的活动构件，它的运动和动力由外界输入，故又称为输入构件，通常与动力源相关联。
从动件它是机构中随原动件运动而运动的其余活动构件。
平面机构自由度的计算公式
机构具有确定运动的条件
原动件的数目等与机构的自由度。
复合铰链两个以上的构件同时在一条轴线上用转动副连接就构成复合铰链。
例2-3计算图2-13所示圆盘锯主体机构的自由度。
局部自由度机构中出现的与输出构件运动无关的自由度时，应除去不计。
虚约束在某些机构中，有些运动副带入的约束对机构自由度的影响是重复的，它对机构运动不起新的限制作用。
（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。
）
1.瞬心如图所示，两刚体作平面运动时的任一瞬时，其相对运动可看作是绕某一重合点的转动，该重合点称为瞬时回转中心或速度瞬心。
即两刚体上瞬时相对速度为零的重合点。
2.机构的瞬心
瞬心的求法两构件不直接接触时，其瞬心可用三心定理来寻求。
即：
作平面运动的3个构件共有3个瞬心，且3个瞬心位于同一直线上。
平面连杆机构的缺点
低副中存在间隙，容易产生累积误差，当构件数和运动
当构件数和运动副较多时，传动的精度和效率较低。
不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂。
平面连杆机构常以其所含的构件（杆）数来命名，如四杆机构、五杆机构，六杆机构等
1.曲柄摇杆机构两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的铰链四杆机构。
2.双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。
3.双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。
平面铰链四杆机构可通过变更构件长度和形状、变更机架和扩大转动副等途径演化成其他平面连杆机构。
1.曲柄滑块机构
当机构处于死点位置时，机构的从动件将出现卡死或运动不确定现象。
如图所示的缝纫机踏板机构，实际使用时常会出现踏不动或倒车现象，在正常运转时，借助带轮的惯性作用，可以使曲柄顺利通过死点位置。
第四章
1、凸轮机构：
如图所示由凸轮、从动件和机架组成，包含两个低副，一个高副，称为高副机构。
2、凸轮机构的分类
按凸轮的形状分:
盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮
按从动件的型式分：
尖顶从动件，滚子从动件，平底从动件
3、等速运动开始或终止时，速度有突变，理论上其加速度为无穷大（材料有弹性变形，实际上不可能无穷大）。
由此产生强烈的冲击、噪声和磨损，这种冲击称为刚性冲击。
4、等加速等减速运动开始、结束时其加速度产生数值a0的突变，由等加速转换为等减速时其加速度产生数值为2a0的突变，从而因有限惯性力的突变而产生冲击，这种冲击称为柔性冲击。
5、从动件作简谐运动时，其加速度按余弦曲线变化，故又称余弦加速度规律。
从动件在运动开始、结束时其加速度产生有限数值的突变，从而产生柔性冲击。
6、基圆半径的选取：
在给定运动规律和偏心距的情况下，基圆半径越小，压力角越大。
基圆半径过小，压力角就会超过许用值。
因此在实际设计时应在保证凸轮轮廓的最大压力角不超过许用值的前提下，考虑缩小凸轮的尺寸。
*重点：
凸轮轮廓的绘制
第五章
1、主动件连续运动时，从动件作周期性时动、时停运动的机构称为间歇运动机构。
2、槽轮机构由带有圆销的拨盘、具有若干径向槽的槽轮和机架组成。
又称马尔他机构。
3、齿式棘轮机构：
单动式棘轮机构、双动式棘轮机构、可变向棘轮机构
4、棘轮机构的应用：
棘轮机构结构简单，在工作过程中转角大小和方向调节较方便，故广泛应用于各种自动机床的进给机构、钟表机构中，还可用于提升机、卷扬机中作为防止机构逆转的停止器。
但棘轮机构运动开始和终止时，速度骤变产生冲击，所以不宜用于高速机构中，也不宜用于需要较大传动力的场合。
5、不完全齿轮机构结构简单，制造方便，从动轮的运动时间和静止时间比例可不受结构的限制。
其缺点是从动轮在进入和脱离啮合时，均有严重的刚性冲击，故一般只用于低速、轻载场合，如常用于各种计数器以及多工位自动和半自动机械中。
第六章
1、齿轮传动的特点：
优点：
能保证恒定的传动比；适用的功率和圆周速度范围广；结构紧凑；效率高η＝0.94～0.99；工作可靠且寿命长
缺点：
制造齿轮需要专用设备和刀具，成本较高；对制造和安装精度的要求高；不宜用于长距离的传动
2.齿轮传动的类型
3、渐开线的性质：
结合图分析，P67
4、渐开线齿廓的啮合特点：
实现定比传动，中心距可分性，四线合一，啮合角不变
5、齿轮传动的失效形式：
轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形
6、齿轮传动的设计准则：
保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。
保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。
对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能的准则进行设计。
7、齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：
齿面硬、芯部韧。
8、参数选择：
1）.齿数比u：
齿数比u＝z2/z1，u值总是大于或等于1的。
一般减速传动取u≤5；增速传动取u≤1.5～2；开式传动或手动传动u可大些。
2）.齿数z：
在满足轮齿弯曲强度的条件下，宜取较多的齿数。
通常取z1＝20～40。
3）.模数m：
模数m应符合国标GB/T1357－1987规定。
考虑到开式齿轮传动磨损，应将初算的模数值增大10％～20。
4）.齿宽因数：
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。
可按下表选取。
9、齿廓曲面的形成及啮合特点
Ø传动逐渐进入和逐渐退出啮合，重合度较直齿圆柱齿轮传动大。
Ø具有传动平稳、噪声小、承载能力大的优点。
Ø适合用于高速和大功率场合。
Ø缺点：
工作时会产生轴向力，使轴承的组合设计变的复杂。
10、齿轮润滑方式选择
齿轮传动的润滑方式，主要取决于齿轮的圆周速度大小。
开式及半开式齿轮传动中，速度较低，采用润滑油或润滑脂进行定期润滑。
闭式齿轮传动中，根据速度不同可采用浸油润滑或喷油润滑。
11、齿轮传动中的功率损失主要包括：
①啮合中的摩擦损失；②润滑油被搅动的油阻损失；③轴承中的摩擦损失。
第10章联接
螺纹的形成：
螺旋线
螺纹的类型：
（右旋螺纹、左旋螺纹）（单线螺纹、多线螺纹）
（三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹）
螺纹参数与自锁、效率的关系
1）牙型角a：
a愈大，则愈大，效率愈低，但自锁性能愈好
2）螺纹升角：
减小，效率降低，但愈易自锁
螺纹联接的基本类型：
螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联接
螺纹联接的防松：
摩擦防松、机械防松、其他防松
普通螺栓联接：
普通螺栓联接承受横向载荷，需要的预紧力较大，导致螺栓尺寸过大，使联接的结构不尽合理，可采用加键或套筒、圆销等减载措施。
螺纹联接件的材料常用的材料有低碳钢（Q215，10钢）和中碳钢（Q235，35，45钢）；普通垫圈的材料常用Q235，15，35钢，弹簧垫圈用65Mn制造
10.6螺旋传动10.6.1滑动螺旋
组成：
螺旋传动由螺杆和螺母组成滑动螺旋的类型
功能：
主要用于将回转运动变换为直线运动，传力螺旋以传递动力为主
同时传递动力或调整零件的相互位置传导螺旋以传递运动为主
类型：
滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋调整螺旋用于调整并固定零部件之间的相对位置
螺母的结构：
（a）整体螺母（b）组合螺母（c）剖分螺母
螺旋传动的运动分析复式螺旋取“+”号；差动螺旋取“—”号
滚动螺旋的分类：
（定位滚珠丝杠、传动滚珠丝杠）（外循环滚珠丝杠、内循环滚珠丝杠）
滚珠丝杠的特点和应用
优点：
1）滚动摩擦小，传动效率高，其效率可达90%以上；
2）摩擦系数与速度关系不大，起动扭矩接近运转扭矩，工作平稳；
3）磨损小且寿命长，间隙可调，传动精度与刚度较高；
4）不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动。
缺点：
1）结构复杂，制造困难；
2）在需防止逆转的机构中，要加自锁装置；
3）承载能力不如滑动螺旋传动大。
滚动螺旋校验：
主要的校验有，额定动载荷、额定静载荷、临界转速及丝杠的强度、刚度、稳定性校验
在螺旋面间注入压力流体，使螺旋副工作表面被流体膜分开，摩擦状态为流体摩擦
键的功用：
主要是实现轴和轴上零件的周向固定并传递转矩
键联接的类型：
平键（键的侧面为工作面；工作时靠键与键槽的挤压传递转矩（普通平键、导向平键、滑键等））、半圆键（常用于轴的锥形端部）、楔键（键的上下表面是工作面；工作时依靠轴和轮毂间的摩擦力传递转矩）和切向键（切向键由两个普通楔键构成，共同楔紧在轴和轮毂之间；键的上下窄面是工作面）等
键的剖面尺寸（β×η）根据键槽所在轴段的直径由标准选取；键长L一般略小于零件轮毂的长度，且须符合键长的标准系列。
键联接的主要失效形式：
较弱零件（通常是轮毂）的工作面被压溃
花键联接由花键轴和花键孔组成。
花键齿的侧面为工作面
花键联接特点和应用：
承载能力高，对轴的强度削弱小，应力集中小，定心精度高，导向性好，常用于载荷大、定心精度高的静联接和动联接
花键联接类型：
矩形花键和渐开线花键
销联接功用：
固定零件之间的相对位置
基本形式：
圆柱销和圆锥销
第11章轴
轴的功用：
支持旋转的零件，并传递转矩和运动。
类型：
（1）转轴、传动轴和心轴。
（2）直轴、曲轴和挠性轴
轴常用的材料：
碳素结构钢、合金钢及球墨铸铁
轴上零件的轴向固定：
轴肩和轴环、套筒、圆螺母、弹性挡圈、轴端挡圈
轴上零件的周向固定的方法:
键联接、紧定螺钉或销钉；过盈配合
提高疲劳强度的措施：
采用合理结构：
为减小应力集中，在阶梯轴的截面尺寸变化处应采用圆角过渡，尽量避免开横孔、切口和凹槽。
在重要结构中，可采用卸荷槽B、过渡肩环或凹切圆槽。
过盈配合处开卸荷槽B
提高轴的表面质量：
（1）降低轴的表面粗糙度，提高抗疲劳性能。
（2）进行轴的表面强化处理。
按扭转强度计算：
当剖面开有键槽时，若开一个键槽轴径应增大3%~5%，若开两个键槽，应增大7%~10%。
联轴器
作用：
主要用作轴与轴之间的联接，以传递运动和转矩。
特点：
停机时才能联接或分离。
离合器
作用：
在机器工作中可随时使两轴结合或分离。
特点：
随时控制启动和停车；控制变速和换档；过载安全保护。
制动器
通过对机械的运动部件施加阻力或阻力矩，降低机械运转速度或迫使机械迅速停止运转的机械装置。
1.联轴器的组成：
联轴器一般由两个半联轴器及其联接件组成。
两个半联轴器通常采用键分别跟主、从动轴相连，再利用联接件把两个半联轴器连接在一起。
2.两轴轴线的相对偏移
轴向偏移径向偏移角向偏移组合偏移
两轴轴线的相对偏移：
引起附加载荷、剧烈振动
对联轴器的要求：
缓冲减振性能、补偿两轴偏移的能力
3.联轴器的类型
刚性联轴器：
无位移补偿能力、无缓冲减振性能。
载荷平稳、转速稳定，能保证被联两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用。
先进工业国家，已淘汰不用刚性联轴器。
挠性联轴器：
具有一定的补偿两轴相对偏移的能力。
凡被联两轴的同轴度不易保证的场合，都应选用挠性联轴器。
13.2.2刚性联轴器
1.凸缘联轴器
由一组螺栓连接两个带凸缘的半联轴器组成，两半联轴器分别用键与两轴连接。
按对中方式的不同可分为两种型式：
铰制孔用螺栓对中凸肩和凹槽构成对中榫来对中
特点：
结构简单，成本低，使用方便，可传递的转矩大，理论上没有功率损耗，但无缓冲和吸振作用。
应用：
要求对中精度高、载荷平稳的场合。
2.套筒联轴器
由连接两轴轴端的套筒和连接套筒与轴的键或销组成。
采用键作周向固定并传递转矩，紧定螺钉作轴向固定；或采用锥销既作周向固定又作轴向固定，并传递转矩，且当轴超载时锥销会被剪断，起安全保护作用。
特点：
结构简单，径向尺寸小，制造方便，但装拆时需作轴向移动而不太方便。
应用：
低速、轻载、工作平稳、要求径向尺寸紧凑或空间受限制的场合。
1.齿式联轴器
齿式联轴器
需要润滑和密封，齿顶做成球面，齿侧做成鼓形
特点：
结构紧凑、承载能力大，能补偿适量的综合位移，适应速度范围广，但鼓形齿制造工艺较复杂或需专用设备，制造成本较高。
应用：
低速的重型机械。
2.十字滑块联轴器
特点：
结构简单，径向尺寸小。
转速较高时，中间滑块的偏心将产生较大的离心力和磨损，给轴和轴承带来附加动载荷。
应用：
低速场合，轴的转速一般不超过300r/min。
3.十字轴万向联轴器
由两个叉形零件1、2和一个十字形零件3组成
最大缺点：
当两轴间有一定角偏移时，主、从动轴的瞬时角速度不相等，常采用双万向联轴器
特点：
结构紧凑，维护方便。
应用：
汽车、拖拉机、轧钢机、机床、轻工等机械的传动系统中
1.弹性套柱销联轴器
特点：
结构简单、制造容易、装拆方便、成本较低。
弹性套的弹性变形有限，位移补偿量不大，缓冲和减振性能不高，弹性套寿命较短。
应用：
冲击载荷小、启动频繁的中、小功率传动。
2.弹性柱销联轴器
优点：
结构更简单、装拆方便，传递转矩的能力更大。
缺点：
耐冲击能力较低，易老化，尼龙对温度较敏感，不宜在高温下工作，工作温度范围控制在－20~70℃。
应用：
正反向变化多、启动频繁的高速轴。
3.轮胎式联轴器
特点：
结构简单、使用可靠、弹性大、寿命长、不需润滑，但径向尺寸大。
应用：
启动频繁、正反向运转、有振动冲击、轴间相对位移大以及潮湿多尘之处。
1.联轴器类型的选择
选择原则是使用要求与所选联轴器的特性一致。
两轴能精确对中，且刚性较好的可选刚性联轴器则应选具有位移补偿能力的无弹性元件的挠性联轴器；
两轴轴线要求有一定夹角的，可选万向联轴器；
两轴轴线要求有一定夹角的，可选万向联轴器；
注意：
由于类型选择涉及因素较多，一般可参考以往使用联轴器的经验进行选择
13.3.1离合器的组成和类型
1.离合器的组成
主要由主动部分、从动部分、接合元件和操纵部分组成。
主动部分与主动轴固连，并装有接合元件。
从动部分既可与从动轴固连，也可沿从动轴做轴向移动，并安装有接合元件。
操纵部分控制接合元件的接合与分离
三角形牙只适用于传递中、小转矩；
梯形牙强度较高，能传递较大的转矩，能补偿凸牙磨损后产生的间隙；
锯齿形牙强度最高，可传递较大转矩，但仅能传递单方向的转矩，反转时有较大轴向力会迫使离合器分离
特点：
结构简单，外廓尺寸小，能传递较大转矩
应用：
两轴静止或转速差很小时的离合
1.单盘摩擦离合器特点：
结构简单，散热性好但径向尺寸大，传递有限的转矩。
应用：
转矩2000N·m以下的轻型机械
4.与牙嵌离合器相比，摩擦离合器具有如下优点：
在任何不同转速两轴都可接合；过载时摩擦面间将发生打滑，可以防止损坏其他零件;接合平稳，冲击和振动较小。
2.制动器的类型
按制动零件的结构特征可分：
块式、带式、盘式制动器及磁涡流制动器、磁粉制动器等；按工作状态可分：
常闭式和常开式制动器。
13.4.2瓦块式制动器
靠制动块与制动轮之间的摩擦力来实现制动。
应用：
大型绞车，起重机等设备中。
13.4.3内张蹄式制动器
利用内置的制动蹄在径向向外挤压制动轮，产生制动转矩来制动。
内张蹄式制动器分为单蹄、双蹄、多蹄等
特点：
结构紧凑，散热性好，密封容易。
应用：
轮式起重机，各种车辆等结构尺寸受限的场合
13.4.4带式制动器
利用制动带与制动轮之间的摩擦力实现制动。
带式制动器分简单带式、差动带式和综合带式。
特点：
结构简单、紧凑、包角大（可超过2π）、制动力矩大。
但制动轮轴受较大的弯曲作用力，制动带的压强和磨损不均匀，且受摩擦系数变化
应用：
中小型起重、运输机械和人工操纵的场合。
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