机械基础Word文件下载.docx
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传动角:
压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角。
急回特性:
原动件作匀速转动,从动件作往复运动的机构,从动件正行程和反行程的平均速度不相等。
死点:
机构传动角
(即
)的位置称为死点位置。
(机构处于死点位置,从动件会出现卡死(机构自锁)或运动方向不确定的现象)
第四章凸轮机构
1.凸轮机构的特点(能够实现什么样的运动?
)
特点:
结构简单、紧凑,占据空间较小;
具有多用性和灵活性,从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线的形状。
对于几乎任意要求的从动件的运动规律,都可以毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。
缺点:
凸轮轮廓线与从动件之间是点或线接触的高副,易于磨损,故多用于传力不大的场合。
2.凸轮机构的分类(凸轮形状、从动件)
(1)按照凸轮的形状分类
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
(2)按照从动件的型式分类按照从动件的型式分类
尖底从动件
滚子从动件
平底从动件
(3)按照凸轮与从动件维持高副接触的方法分类
力锁合
形锁合
2.凸轮轮廓的设计(位移线图的绘制)
从动件位移线图:
从动件位移s与凸轮转角φ的对应关系
第五章其他常用机构
1.棘轮机构的工作原理、特点及应用
(1)结构简单、制造方便、工作可靠
(2)有冲击、噪声、磨损
(3)转角有级变化(摩擦可无级)
应用:
棘轮机构只适用于低速与转角不大场合、载荷不大的场合。
2.槽轮机构的工作原理、特点及应用
结构简单、尺寸紧凑、工作可靠
平稳性好,但在圆销进入径向槽和脱离径向槽时存在冲击
加工精度要求高
转角不可调
槽轮机构主要用于各种仪器和精密机械中
第七章平面构件的静力分析
1.力的性质(二力平衡公理、三力平衡汇交定理)
力:
物体间的相互机械作用,使受力物体的运动状态或形状尺寸发生改变。
(力的三要素、力的表示方法)
二力平衡公理:
作用在刚体上的两个力,使刚体保持平衡的必要和充分条件是:
这两个力大小相等,方向相反,且作用在同一条直线上。
对于变形体而言,二力平衡公理只是必要条件,但不是充分条件。
注意:
“二力杆”、“二力构件”
三力平衡汇交定理:
作用于刚体上三个互相平衡的力,若其中两个力的作用线汇交于一点,则第三个力必在同一平面内,且作用线通过汇交点
2.力矩、力偶的概念及计算(合力矩定理、合力偶矩定理)
力矩:
在力学中以乖积Fd为度量F使物体绕O点转动的物理量,这个量称为力F对于O点之矩。
Mo(F)=±
Fd式中,O称为力矩中心,简称矩心;
d称为力臂;
乘积Fd称为力矩的大小。
符号:
正号表示逆时针转向,负号表示顺时针转向。
单位:
N·
m
合力矩定理Mo(F)=Mo(F1)+Mo(F2)+‥‥+Mo(F)=∑Mo(Fi)
力偶:
由两个大小相等、方向相反的平行力组成的力系,称为力偶。
力偶中两力之间的垂直距离d称为力偶臂,力偶所在的平面称为力偶作用面。
力偶矩:
指力偶中力的大小与力偶臂的乘积大小
正负规定:
逆时针为正
单位量纲:
牛米[N·
m]或千牛米[kN·
m]
力偶的三要素:
力偶矩的大小、力偶的转向、力偶的作用面
3.常见的约束类型及相应的约束反力
约束:
能限制某些物体运动的其它物体。
约束反力(反力):
约束对非自由体的作用。
反力的作用点是约束与非自由体的接触点。
反力的方向总是与该约束所能限制的运动方向相反。
反力的大小总是未知的。
在静力学中可以利用相关平衡条件求出约束反力。
◆工程上常见四种基本约束类型
Ø
柔软性约束
约束反力:
沿绳索指向为背离物体,也就是拉力
光滑接触面约束
沿接触面公法线方向并指向被约束物体,这种约束反力恒为压力,作用在接触点。
光滑圆柱铰链约束
固定端约束
★4.受力分析与受力图(三个步骤及注意事项:
课后习题7.15)
画受力图步骤:
1分离体
2画主动力
③画约束反力
在画受力图时应注意:
(1)有时要根据二力平衡共线、三力平衡汇交原理来确定某些约束反力的指向或作用线的方位。
(2)受力图中只画出分离体的简图和它所受到的全部作用力。
(3)不要画错力的方向,所画约束反力要与其约束性质相符合,物体之间的相互作用要符合作用力与反作用力定律。
(4)受力图上所画的每一个力都要有依据,既不要多画,也不要漏画。
(5)当研究对象是物体系统(指由若干个物体通过约束所组成的系统)时,必须区分外力与内力。
画物体系统的受力图时,只画外力,不画内力。
构件系统中每个构件的受力分析方法和单个构件分析方法相同,但应注意以下几点:
–物系受力分析时往往需要画整体受力图
–画单个物体受力图时,注意作用与反作用力的关系。
–注意判断二力构件(二力杆)。
二力构件一般不作为单个物体画独立受力图。
★5、平面力系(平面汇交力系PPT、平面力偶系PPT、平面任意力系)
平面汇交力系
力的合成与分解
力的合成:
平行四边形公理F=F1+F2
力的分解:
公式F=F1+F2中有六个要素,已知其中四个才能确定其余两个。
即在已知合力的大小和方向的条件下,还必须给出另外两个条件。
工程中常会遇到要将一个力沿已知方向分解,求两分力大小的问题。
如求力F在坐标轴上的分力大小。
平面任意力系平衡的充要条件是:
力系的主矢和对任意点的主矩都等于零.
第二篇常用机械零部件
杆件的基本变形:
轴向拉伸或压缩、弯曲变形、扭转变形、剪切与挤压变形
★第八章直杆的拉伸(压缩)
一、直杆轴向拉伸(压缩)时的内力及应力分析
1.受力特点:
外力(或外力的合力)沿杆件的轴线作用,且作用线与轴线重合。
2.变形特点:
杆沿轴线方向伸长(或缩短),沿横向缩短(或伸长)。
3.内力分析:
内力:
指由外力作用所引起的、物体内相邻部分之间分布内力系的合成(附加内力)。
4.截面法的基本步骤:
①截开:
在所求内力处,假想地用截面将杆件切开。
②代替:
任取一部分,弃去部分对留下部分的作用,以内力或力偶)代替。
③平衡:
对留下的部分建立平衡方程,求未知内力。
5.轴力的正负规定:
N与外法线同向,为正轴力(拉力)
N与外法线反向,为负轴力(压力)
6.轴力图的作法:
以杆的端点为坐标原点,取平行杆轴线的坐标轴为x轴,称为基线,其值代表截面位置,取FN轴为纵坐标轴,其值代表对应截面的轴力值。
正值绘在基线上方,负值绘在基线下方。
7.应力:
单位面积上的力称为应力(垂直于杆横截面的应力称为正应力,平行于横截面的称为切应力)。
应力是判断杆件是否破坏的依据。
8.拉(压)杆横截面上的应力:
根据杆件变形的平面假设和材料均匀连续性假设可推断:
轴力在横截面上的分布是均匀的,且方向垂直于横截面。
所以,横截面的正应力σ计算公式为:
σ=FN/AMPa
二、受拉伸(压缩)直杆的强度计算
1.材料的许用应力:
极限应力:
材料丧失正常工作能力时的应力。
塑性变形是塑性材料破坏的标志。
屈服点σs为塑性材料的极限应力。
断裂是脆性材料破坏的标志。
因此把抗拉强度σb和抗压强度σby,作为脆性材料的极限应力。
许用应力:
构件安全工作时材料允许承受的最大应力。
构件的工作应力必须小于材料的许用应力。
2.轴向拉压杆的强度计算
为了使构件不发生拉(压)破坏,保证构件安全工作的条件是:
最大工作应力不超过材料的许用应力。
这一条件称为强度条件。
σmax=FNmax/A≦[σ]
应用该条件式可以解决以下三类问题:
校核强度、设计截面、确定许可载荷
三、拉(压)杆件的变形
1.杆件的绝对纵向伸长或缩短△l和△d伸长为正,缩为负
绝对横向伸长或缩短
线应变--单位长度的伸长,即绝对伸长量除以杆件的初始尺寸。
纵向线应变
横向线应变拉应变为正,压应变为负。
2.胡克定律
①拉压杆的胡克定律
ΔL=FnL/EAE—拉压弹性模量
“EA”称为杆的抗拉压刚度。
②单向应力状态下的胡克定律
σ=Εε
★第九章直梁
一、直梁平面弯曲的概念及弯曲内力
1.直梁平面弯曲的概念:
弯曲变形:
作用于杆件上的外力垂直于杆件的轴线,使杆的轴线由直线变为曲线。
以弯曲变形为主的直杆称为直梁,简称梁
平面弯曲:
梁的外载荷都作用在纵向对称面内时,则梁的轴线在纵向对称面内弯曲成一条平面曲线。
梁的轴线和横截面的对称轴构成的平面称为纵向对称面。
2.直梁平面弯曲的内力计算
①根据梁的支承简化结果,梁有三种典型的形式:
简支梁:
一端为活动铰链支座,另一端为固定铰链支座。
外伸梁:
一端或两端伸出支座之外的简支梁。
悬臂梁:
一端为固定端,另一端为自由端的梁。
②梁的内力—剪力和弯矩
求梁的内力的方法仍然是截面法。
FQ=FA-F3
M=FAx-F3(x-a)
③梁内力的正负号规定
剪力:
顺时针为正;
逆时针为负
弯矩:
上凹为正;
下凹为负
3.剪力图和弯矩图
1)剪力方程和弯矩方程
FQ=FQ(x)——剪力方程
M=M(x)——弯矩方程
2)剪力图与弯矩图
作剪力图和弯矩图的步骤
(1)弯矩图。
求支座反力;
(2)建立坐标系(一般以梁的左端点为原点);
(3)分段---在载荷变化处分段;
(4)列出每一段的剪力方程和弯矩方程;
(5)根据剪力方程和弯矩方程画出剪力图和
4.弯矩图的规律
①梁受集中力或集中力偶作用时,弯矩图为直线,并且在集中力作用处,弯矩发生转折;
在集中力偶作用处,弯矩发生突变,突变量为集中力偶的大小。
②梁受到均布载荷作用时,弯矩图为抛物线,且抛物线的开口方向与均布载荷的方向一致。
③梁的两端点若无集中力偶作用,则端点处的弯矩为0;
若有集中力偶作用时,则弯矩为集中力偶的大小。
二、梁的弯曲强度计算
1.梁横截面上的应力
只有弯矩,没有剪力——纯弯曲
既有弯矩,又有剪力——横力弯曲
2.两个概念
①中性层:
梁内一层纤维既不伸长也不缩短,因而纤维不受拉应力和压应力,此层纤维称中性层。
②中性轴:
中性层与横截面的交线。
3.推论
①平面假设:
横截面变形后仍为平面,只是绕中性轴发生转动,距中性轴等高处,变形相等。
②弯曲变形时,梁的纵向层之间没有挤压,横截面上只有正应力。
4.梁纯弯曲时正应力计算公式
在弹性范围内,梁纯弯曲时横截面上任意一点的正应力为:
M--截面上的弯矩(N.mm)
y--计算点到中性轴距离(mm)
Iz--横截面对中性轴惯性矩
Wz--抗弯截面模量
最大正应力为(MPa):
即:
M和y均以绝对值代入,至于弯曲正应力是拉应力还是压应力,则由欲求应力点处于受拉侧还是受压侧来判断。
受拉侧的弯曲正应力为正,受压侧的为负。
5.梁的弯曲强度条件
强度条件:
梁内危险截面上的最大弯曲正应力不超过材料的许用弯曲应力,即
M—危险截面处的弯矩(N.mm)Wz—危险截面的抗弯截面模量(mm)
σ—材料的许用应力(Mpa)
三、梁弯曲时的变形与刚度计算
1.组合变形的研究方法——叠加原理
①外力分析:
解除约束,求出所有约束反力。
②内力分析:
求每个外力分量对应的内力方程和内力图,确定危险面。
③应力分析:
画危险面应力分布图,叠加,建立危险点的强度条件。
★第十章圆轴与轴毂连接
一、轴
1.轴的功用及分类(按承载情况分:
传动轴、心轴、转轴)
①功用:
支承作旋转运动的零件、传递运动和动力。
②分类:
按几何形状:
直轴、曲轴、挠性轴
按是否空心:
实心轴、空心轴
按功用和承载形式:
⑴传动轴:
只传递转矩而不承受弯矩
⑵心轴:
只承受弯矩而不传递转矩
⑶转轴:
既传递转矩又承受弯矩
按结构形状分类:
光轴、阶梯轴
2.轴的常用材料
失效形式多为疲劳破坏
碳素钢:
优质碳素钢:
35、40、45轴钢
普通碳素钢:
Q235、Q255、Q275
合金结构钢:
20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、35CrMo
球墨铸铁:
适用于形状复杂的轴QT500-5、QT600-2
3.圆轴扭转
①受力特点:
在杆件两端作用一对大小相等、方向相反、作用面垂直于杆件轴线的力偶。
②扭矩:
构件受扭时,横截面上的内力偶矩,记作“T”。
③截面法求扭矩
4.圆轴扭转时的强度计算
强度条件:
圆轴扭转时的强度要求仍是最大工作切应力τmax不超过材料的许用切应力[τ]。
对于阶梯轴,因为抗扭截面系数Wn不是常量,最大工作应力不一定发生在最大扭矩所在的截面上。
要综合考虑扭矩和抗扭截面系数Wn,按这两个因素来确定最大切应力。
二、轴毂连接
1.转轴的结构:
P209图10.5.1
轴头、轴身、轴肩、轴颈、轴环、轴端
2.轴上零件的定位方式:
周向定位和轴向定位
周向定位:
键连接、花键连接、销连接、成形连接和过盈配合连接;
轴向定位:
套筒、轴环、轴端挡圈、轴肩等等。
第十一章轴承
△轴承的分类
根据轴承工作时的摩擦性质,可分为滑动轴承和滚动轴承。
根据能承受载荷的方向,可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。
(或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承)。
根据润滑状态,滑动轴承可分为:
液体摩擦滑动轴承。
非液体摩擦滑动轴承。
1.滑动轴承
①滑动轴承的特点、典型结构;
特点:
工作转速很高,如汽轮发电机。
要求对轴的支承位置特别精确,如精密磨床。
承受巨大的冲击与振动载荷,如轧钢机。
特重型的载荷,如水轮发电机。
根据装配要求必须制成剖分式的轴承,如曲轴轴承。
径向尺寸受限制时,如多辊轧钢机。
典型结构:
1.径向滑动轴承的结构
(1)整体式径向滑动轴承
(2)对开式径向滑动轴承
(3)调心式滑动轴承
(4)间隙可调式滑动轴承
2.止推滑动轴承的结构
②轴瓦的结构和材料
常用轴瓦材料:
①单一的减摩材料:
贵重的金属材料(如轴承合金:
巴氏合金、白合金)
②双金属轴瓦:
在强度较高,价格较廉的轴瓦(用钢、铸铁或青铜制造)内表面上浇注一层减摩性更好,但价格较高的合金材料。
这层合金材料称为轴承衬,其厚度在0.5~6mm的范围内。
结构:
整体轴套、对开式轴瓦
③滑动轴承的润滑:
高速轻载(粘度低),
低速重载(粘度高)
1.润滑剂
•润滑油:
液体,用途最广泛;
•润滑脂:
半固体,润滑油+稠化剂,一般用于中低速;
•固体润滑剂:
主要用作油、脂的添加剂,也可单独使用,如C,MoS2,PTFE(聚四氟乙烯)等,适用于低速或高温(温度低于400℃)工作的轴承。
2.润滑装置
(1)油润滑的润滑装置:
油环、弹簧盖油杯;
(2)脂润滑轴承的润滑装置:
压配式注油杯、旋盖式油杯;
2.滚动轴承
①滚动轴承的结构、类型及代号(内径代号)
内圈、外圈、滚动体、保持架
类型:
按承受载荷方向:
向心轴承(主要用于承受径向载荷)
推力轴承(主要用于承受轴向载荷)
按滚动体:
球轴承、滚子轴承
按工作时能否调心:
非调心轴承、调心轴承
按安装轴承时内、外圈可否分别安装:
可分离轴承、不可分离轴承
按运动方式:
回转运动轴承、直线运动轴承
代号:
前置代号+基本代号+后置代号
i.基本代号
(1)类型代号
(2)尺寸系代号
(3)内径代号
轴承内径代号
内径代号
00
01
02
03
04~99
内径尺寸mm
10
12
15
17
×
5
ii.前置、后置代号
(1)公差等级代号
(2)游隙代号
②滚动轴承的选择:
转速高(球轴承),
承受载荷大(滚子轴承)
③滚动轴承的配合:
内圈与轴颈(基孔制),
外圈与轴承座孔(基轴制)
4滚动轴承的润滑和密封
接触式:
毛毡圈和唇形;
非接触式:
油沟密封
第十二章螺纹连接
1.螺纹的主要参数:
大径:
外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)所在圆柱的直径,用d(或D)表示。
又称公称直径。
小径:
外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)所在圆柱的直径,用d1(或D1)表示。
中径:
螺纹轴向截面内牙厚与牙尖宽相等处的圆柱直径。
用d2(内螺纹用D2)表示。
d2=1/2(d+d1)D2=1/2(D+D1)
螺距:
相邻两牙对应点间的轴向距离,用P表示。
螺纹上任意一点绕轴线旋转一周所移动的轴向距离为导程,用S表示。
S=nP
旋向:
左旋(一般应注明)和右旋
螺纹升角:
螺旋线的切线与垂直共轴线的平面所成的夹角
2.螺纹的类型与应用(三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹)
按牙型分:
三角、矩型、梯型、锯齿型
按用途分:
普通粗牙:
耐磨、常用
细牙:
自锁性好
矩形螺纹:
效率高,齿牙强度弱
梯形螺纹:
x=30°
效率较高,应用广泛
矩齿形螺纹:
α1=10°
α2=30°
单向传动
按线数:
多线、单线
按旋向:
左旋、右旋
其他:
外螺纹、内螺纹
3.螺纹连接的基本类型及应用:
螺栓连接、螺钉连接、双头螺柱连接、紧定螺钉连接
4.螺纹连接的防松:
摩擦防松、机械防松、破坏螺纹副防松
防松的原因:
1.冲击、振动或变载荷作用下,螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬时消失。
2.在高温或温度变化较大的情况下,由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松弛,使联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小。
防松的根本问题:
防止螺纹副相对转动
防松的原理:
利用摩擦、直接锁住、破坏螺纹副关系
第十三章其他常用零件
联轴器和离合器的功用以及不同之处
1.联轴器
①刚性联轴器:
凸缘联轴器、夹壳联轴器
②弹性联轴器
无弹性元件的挠性联轴器:
齿轮联轴器、十字滑块联轴器、万向联轴器
有弹性元件的挠性联轴器:
弹性套柱销、弹性柱销、轮胎式联轴器
2安全联轴器
4.离合器
机械式离合器
气动式离合器
外力操纵液压式离合器
电磁式离合器
超越离合器
自动操纵离心离合器
安全离合器
机械离合器:
1、嵌合式离合器;
2、摩擦式离合器(摩擦离合器利用主、从动半离合器摩擦片接触面间的摩擦力传递扭矩)
特殊功用离合器
5.弹簧
弹簧的功用:
①缓冲、吸振;
②控制运动;
③储存能量;
④测力。
第三篇常用机械传动
第十四章带传动
带传动一般是由主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传动带及机架组成。
当原动机驱动主动带轮转动时,由于带与带轮之间摩擦力的作用,使从动带轮一起转动,从而实现运动和动力的传递。
1.分类:
按传动原理分:
(1)摩擦带传动:
靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动,如V带传动、平带传动等;
(2)啮合带传动:
靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动,如同步带传动。
按传动带的截面形状分
(1)平带:
平带的截面形状为矩形,内表面为工作面。
(2)V带:
截面形状为梯形,两侧面为工作表面。
2.类型:
多楔带:
它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。
可传递很大的功率。
圆形带:
横截面为圆形。
只用于小功率传动。
齿形带(同步带):
齿孔带
3.优缺点
能吸收振动,缓和冲击,传动平稳,噪音小;
过载时,带会在带轮上打滑,防止其他机件损坏,起到过载保护作用;
结构简单,制造、安装和维护方便,成本低;
带与带轮之间存在一定的弹性滑动,故不能保证恒定的传动比,传动度和传动效率低;
由于带工作时需要张紧,带对带轮轴有很大的压轴力;
带传动装置外廓尺寸大,结构不够紧凑;
带的寿命较短,需要经常更换;
不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合。
4.V带的结构、型号
普通V带已标准化,按截面尺寸从小到大可分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。
标准V带都制成无接头的环形带,其横截面结构如图所示。
抗拉体的结构形式有帘布结构和绳芯结构。
5.弹性滑动和打滑的区别
6.V带传动的张紧
采用定期改变中心距的方法来调节带的张紧力,使带重新张紧。
常见的有滑道式和摆架式两种结构。
一、定期张紧装置;
通过调解中心距离控制初拉力
二、自动张紧装置:
利用自重
三、张紧轮装置
第十五章链传动
1.链传动的组成:
链轮(主、从)、链条
2.工作原理:
啮合传动
3.优缺点:
效率高、平均i准确、承载大
瞬时链速、i变化、附加动载荷、冲击、噪音、不平稳
4.链传动的节数、节距、链排数
⑴节距p:
相邻两滚子中心的距离
p大,载荷大,尺寸大。
p小,可采用多排链(1~3)
⑵节数Lp:
Lp=L/p
5.链传动的失效形式:
磨损、疲劳破坏、胶合、多次冲击破断、过载拉断
第十六章齿轮传动
1.齿轮传