02185机械设计基础复习资料.docx

1、02185机械设计基础复习资料第一章 机械设计基础概论一 机器的组成：1. 按机器的各部分功能分析：机器由四大部分组成：动力部分，工作部分，传动部分，控制部分；2. 按机器的构成分析：机器是由一个或几个机构和动力源组成。机构是由若干个构件通过可动联接（零件之间有相对运动的联接）面组成的具有确定运动的组合体。构件是由一个或若干个零件通过刚性联接而组成，它是运动的单元体。机械零件是加工的单元体。机器和机构统称为机械。第二章 平面机构运动简图及自由度度一 运动副：两构件直接接触并能产生相对运动的活联接称为运动副。分为高副和低副，高副：以点或线接触所形成的运动副称为高副，如凸轮副和齿轮副；低副：以面接

2、触所形成的运动副称为低副，如转动副，移动副。第二节平面机构的自由度：一个自由构件在平面中，有三个自由度。沿X，Y轴移动和绕Z轴转动。 二平面运动副对构件的约束：每个低副引入两个约束，每个高副引入一个约束。三平面机构的自由度：设一个平面机构有N个构件，其中必有一个构件为机架，故活动构件数为n,其中PL个低副，PH个高副，则这些运动副引入的约束为2PL+PH，若用F表示自由度，则F=3n-2PL-PH，这就是平面自由度计算公式。也称为平面机构的结构公式。四机构具有确定运动的条件：机构的自由度数目必须与主动件数目相等。自由度F要大于零。五复合铰链、局部自由度和虚约束1. 复合铰链：由两个以上的构件通

3、过转动副并联在一起所构成的铰链称为复合铰链。用K个构件构成的复合铰链其转动副数目应为K-1。2.局部自由度：在机构中常用一种与整个机构运动无关的。局部的独立运动，称为局部自由度，在计算机构自由度时应除去不计。3.虚约束：机构中某些运动副所引入的约束可能与其他运动副所起到的限制作用是一致的，这种对机构不起真正约束作用的约束称为虚约束，在计算自由度时也应除去不计。平面机构的虚约束常出现在以下场合中：1）两构件组成多个平行的移动副时，只有一个移动副起作用；2）两构件间组成多个轴线重合的转动副，只有一个转动副起作用；3）传递机构中的对称部分。第三章 平面连杆机构（以平面四杆机构用得最多，且铰链四杆机构

4、为基本形式）铰链四杆机构：固定不动的构件称为机架；与机架连接的构件称为连架杆，其中做整周转运的称为曲柄，不能做整周运动的称为摇杆；不与机架直接联接的构件称为连杆。第一节.铰链四杆机构的基本类型：一 曲柄摇杆机构二双曲柄机构：在双曲柄机构中，如两对边长度分别相等，则为平行四杆机构“正平行四杆机构（转向相同且角速度相等）和反平行四杆机构（转向相反且角速度不相等）。在正平行四杆机构中，四杆存在两次共线，这时可造成从动曲杆不定向的问题，解决方法：1.可利用从动曲柄本身质量或再加装转运惯量较大的飞轮；2.还可用辅助构件组成多组相同机构，彼此错开一定角度来解决。三双摇杆机构：如起重机，若两摇杆长度相等，则

5、为等腰梯形机构，如轮式车辆前轮转向机构。第二节铰链四杆机构的基本特征一铰链四杆机构曲柄存在条件：1）连架杆与机架中必有一杆为最短杆；2）最短杆与最长杆之和必小于或等于其余两杆长度之和。 若满足第2）条，以不同构件做机架时，可得三种情况：1.以最短杆的相邻杆为机架时，得曲柄摇杆机构；2.以最短杆为机架，得双曲柄机构；3）以最短杆相以杆为机架，得双摇杆机构。二急回特性：1）极位角：当从动摇杆处于两极限位置时，主支曲柄两位置所夹的锐角，只要极位角不为0，就有急回特性。三压力角和传动角：传动角r越大，则压力角a越小，机构传力性能越好，反之越差。四死点位置：当取摇杆为主动件时，连杆与曲柄共出现二次共线，

6、这时对曲柄转动点A的力矩为零。称为死点位置。解决措施：一是用动件惯性，二是采用机构错位排列的方法。第三节 铰链四杆机构的演化： 一曲柄滑块机构；二导杆机构：1）固定导杆（以导杆为机架）时为曲柄滑块机构；2）固定曲柄时（以曲柄为机架）为转动导杆机构；3）固定连杆（以连杆为机架）时为摆动导杆滑块机构（摇块机构）如汽车卸料机构。4）固定滑块（以滑块为机架）为移动导杆机构，如老式手动抽水机（摇井）。第四章 凸轮机构二凸轮的分类：按形状分：1）盘形凸轮；2）移动凸轮；3）圆柱凸轮。按从动件端部形式：尖底、滚子、平底从动件。另还有对心和偏心等。圆形凸轮做压力角时，对心是移动后的点与基圆心和轮心交线夹角。偏

7、心时，是转动角度后工作点与轮心连线和工作点画转运角与偏圆的切线的夹角。 第四节 凸轮机构设计中应注意的问题：设计凸轮时，基圆取得较小，则凸轮机构的尺寸就小。但基圆较小时，凸轮机构的压力角就较大，增大基圆半径，可减小压力角。第五章 间歇运动机构第一节 棘轮机构（实现间隙运动）一棘轮机构的组成，工作原理和基本类型：组成：由棘轮、棘爪、摇杆和机架组成。常用棘轮可分为齿啮式和摩擦式两大类。1. 齿啮式棘轮机构：1）单动式棘轮机构；2）双动式棘轮机构，这种机构的棘爪可做成平头撑杆或钩头拉杆；3）可变向棘轮机构，这种机构的棘爪可绕轴线翻转。4）内啮合棘轮机构。2.摩擦式棘轮机构二棘轮机构的特点和运用：1.

8、送进；2.制动：如起重设备的安全装置，防止棘轮倒转。3.超越，如自行车后轴上的内啮合棘轮机构。第二节 槽轮机构一槽轮机构的组成，工作原理和基本类型：组成：由具有径向槽的槽轮、带有圆销的拨盘和机架组成。槽轮机构可分为外啮合和内啮合两种类型。 1. 外啮合槽轮机构的特点：拨盘与槽轮的转向相反。 2. 内啮合槽轮机构的特点：拨盘与槽轮的转向相同。二槽轮机构的特点和运用：如电影放映机中的槽轮机构。第六章联接第一节键、花键和销联接一. 键联接：平键的强度计算：键槽和键的两侧面受挤压应力，主要失效形式是较弱零件的工作面被压溃。通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。而对于导向平键和滑键，主要失效形式是

9、工作面的过度磨损，只作耐磨性计算。二. 花键联接：按齿形分：矩形花键和渐开线花键。矩形花键定心方式是小径定心，具有定心精度高、应力集中小和承载能力大等优点；而渐开线花键（分度圆压力角有30度和45度二种，定心方式是齿形定心，具有承载能力大，定心精度高，使用寿命长，工艺性好，宜用于载荷大，尺寸也较大的联接。三. 销联接：用于定位、联接或作为安全装置，销有圆柱形和圆锥形二种。当销孔没有开通或拆困难时，可在销的一端开外或内螺牙。第二节螺纹联接一 螺距：相邻二螺纹牙在中径上对应两点的轴向距离。导程：同一条螺旋线上的相邻两螺纹牙在中径d2上对应二点的轴向距离。升角：在中径d2的圆柱体上，螺旋线的切线与垂

10、直于螺纹轴线平面的夹角tan=L/（d2）= np/（d2）(n为螺旋线数；p为螺距)，螺纹幅的自锁条件：升角=摩擦角p；二 1。螺纹联接种类：a。螺栓联接：（1.普通螺栓联接：用于被联接件不太厚和便于加工通孔的场合; 2.铰制孔螺栓联接：孔和螺栓间没有间隙，用于螺栓杆承受横向载荷或固定被联接件的相互位置。）b。双头螺栓联接：一端旋紧在被联接件中，另一端穿过另一被联接件的孔。用于被联接件之一太厚不便穿孔，结构要求紧凑或经常拆装的场合；c。螺钉联接：不用螺母，适用于被联接件之一太厚不经常拆装的场合；d。紧固螺钉联接：螺钉未端顶住零件的表面或顶入零件的凹坑中，将零件固定，可传力不大的载荷。 2螺纹

11、联接的预紧：预紧的目的：增加联接的可靠性、紧密性和防松能力。对M10M68钢制粗牙，拧紧力矩T=0.2F*d(F预紧力，d螺纹大径mm). 3.螺纹联接的强度计算：据联接的结构不同分为普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接（1）普通螺栓联接：主要承受拉力，主要失效形式是螺纹部分的塑性变形或螺杆断裂。 1）松螺栓联接：工作前不受载荷，工作时才受拉力F，只能受静载，如起重滑轮：强度条件为=F/（d1/4）=根号5.2F/(*), d1螺纹小径mm；螺栓许用拉应力Mpa，“1.3”为考虑扭切应力的影响系数。承受预紧力F和工作拉力的紧螺栓联接：如气缸盖与气缸体用螺栓联接，设缸内压力为p，缸体直径为D，则缸体盖上

12、的总载荷为F=（d1/4）p，若用z个螺栓联接，则每个所受的轴向工作载荷为F=F/z，螺栓所受的总拉力F0并不等于预紧力F和工作拉力F之和，而是剩余预紧力F和工作拉力F之和即F0=F+ F，由螺栓联接件的力与变形的关系图可知，随着工作拉力F的增加，剩余预紧力F将减小。当增大到一定程度时，剩余预紧力F=0，这时若载荷继续增加，则联接件间将出现间隙，是螺栓联接的又一种失效形式。为了保证联接的紧密性，须保留一定的剩余预紧力F。螺栓强度条件= 1.3 F0/（d1/4）=根号5.2 F0/(*)，式中d1螺纹小径mm；螺栓许用拉应力Mpa，“1.3”为考虑受载后补充拧紧的影响系数。 （2）铰制孔螺栓联

13、接的强度计算：这种联接是靠螺栓杆的剪切和螺栓杆与被联接件间的挤压来承受横向载荷的，其失效形式是螺栓杆受剪面被剪断以及螺栓杆与被联接件中较弱材料的挤压面被压溃。装配时只需对螺栓施较小的预紧力，因此可忽略预紧力和螺纹间摩擦力矩的影响，故强度条件：=Ft/（mds/4）=, p= Ft/(ds*h ) Fulim。正常条件下，F=120度。第四节，V带轮和V带传动的张紧（三）V带传动的张紧装置：V带经一定时间的运转后，会发生永久变形而松弛，张紧力降低，为了保证传动能力，需张紧。常用张紧装置：1.定期张紧装置，即定期改变中心距；2.自动张紧装置，如利用电机的自重等；3.用张紧轮装置。第六节 链传动，由

14、链条，主动链轮和从动链轮组成。一 链传动类型：按用途不同，链传动分为传动链，输送链和超重链。在一般机械传动中用传动链。按其结构特点，传动链可分为滚子链和齿形链。二 链传动的特点和应用：与带传动相比，链传动的优点是无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比。链条不需要象带那样张得很紧，所以作用于轴上的压力小；缺点：工作冲击大，噪声大，运转不如带传动平稳，只能用于平行轴。三 滚子链的结构和基本参数：滚子链的接头型式与链节数有关，当节数为偶数时，接头可用开口销或弹簧卡片，当链节数为奇数时，需采用过渡链节。第八章 齿轮传动 第一节渐开线齿轮传动的类型及特点一齿轮传动的类型及应用。按齿轮轴线相对位置，

15、齿轮传动分为1.平行轴齿轮传动（直齿圆柱齿轮传动，斜齿圆柱齿轮传动），人字齿。2.相交轴齿轮传动（直齿、斜齿、曲齿锥齿轮传动）3.交错轴齿轮传动（交错轴斜齿圆柱齿轮传动和蜗杆传动）；按工作条件分为闭式和开式齿轮传动；按齿廓形状分为渐开线齿轮传动，摆线齿轮传动，圆弧齿轮传动。最广泛的是渐开线齿轮传动。二齿轮传动的特点：保证传动比恒定；适用功率和速度范围广；效率高（0.940.99），工作可靠，寿命长，但加工成本高，精度低时噪声和振动较大，不宜用于轴间距离大的传动。第二节渐开线齿廓及其啮合特性三 渐开线的形成及其性质:当直线L沿半径为rb的圆周做纯滚动时，直线上任一点K的轨迹称为该圆的渐开线。这个

16、圆称为基圆。L称为渐开线的发生线。5）渐开线的形状与基圆半径有关，基圆半径越大，渐开线越趋于平直。基圆内无渐开线。四 传动比：两轮的传动比与两基圆的半径（rb1，rb2）成反比。与节圆半径成反比(r1,r2),i12= rb2/rb1= r2/ r1。五 渐开线齿轮传动的特点：1.啮合线为一直线，任何一对齿廓的啮合点都在两轮基圆的内公切线上，故其啮合线是过两齿廓啮合点的公法线，与基圆相切。六 啮合线与两节圆的公切线t-t所夹的锐角a称为啮合角。也是压力角。第三节 渐开线直齿圆柱齿轮基本参数和几何尺寸一各部分名称：齿顶圆da,分度圆d，齿根圆df; 齿顶高ha, 齿根高hf,.齿距p(相邻两齿在

17、分度圆上对应点间的弧长。二1.分度圆d=齿距p/*z=m*z，模数是齿轮计算中的一个基本参数，单位是MM，模数越大，轮齿也越大，抗弯能力越高。2.压力角a，同一渐开线上各点的压力角是不相等的，离基圆越远的压力角越大，我国标准规定a=20度。对于标准齿轮：s(齿厚)=e（齿槽宽）=齿距p/2=m/2；齿顶高ha=ha*（齿顶高分数）*m; 齿根高hf= (ha*+c*) m，齿顶圆da=（z+2 ha*）m外齿圆，da=（z-2 ha*）m内齿圆；齿根高df=（z-2 ha*- c*）m外齿轮。df=（z+2 ha*+c*）m内齿轮，基圆行径db=z*mcosa。第四节 渐开线标准直齿圆柱齿轮的

18、啮合传动一 正确的啮合条件：m1=m2=m;a1=a2=a,即二齿轮的模数和压力角要相等。由模数相等的条件可得：i12=z2/z1，三 标准中心距：是两轮分度圆半径之和。外啮合a=m/2*(z1+z2)，内啮合a=m/2*(z2-z1)。第五节 渐开线齿轮轮齿的切削原理及变位齿轮简介一 常用切削加工方法有：成形法和展成法（插齿和滚齿）。二根切现象及最少齿数：当用齿条刀具加工时，不发生根切的最少齿数Zmino 17,一对啮合的齿轮，若齿数少于17，而又要避免根切，可用用变位齿轮。第六节 齿轮材料一 常用齿轮材料：常用材料是钢，其次是铸铁。 1.钢（1）锻钢，按齿面硬度可分为1）软齿面齿轮：齿面硬

19、度=350HBS,先车毛坯，粗切轮齿，再热处理。第七节 直齿圆柱齿轮传动的强度计算 三齿轮传动的失效开式，齿轮传动的失效主要指轮齿的失效。可分为两大类：1.轮齿折断：（疲劳折断：主要发生在闭式硬齿轮传动中;过载折断）；2.齿面磨损：（1）齿面磨粒磨损：为开式齿轮传动的主要失效形式；（2）齿面疲劳点蚀：发生在闭式软齿面齿轮传动中。在开式齿轮传动中，由于磨粒磨损比疲劳点蚀发展得快，故不会发生表面疲劳点蚀失效。提高齿面硬度和润滑油粘度，降低齿面粗糙度值 ，均可提高轮齿抗疲劳点蚀的能力。（3）齿面胶合（对高速重载齿轮传动易发生）。四 齿轮传动的设计准则：对于一般用途的齿轮传动，通常只作齿根弯曲疲劳强度

20、及齿面接触疲劳强度的计算。第八节 斜齿圆柱齿轮传动（旋向确定，齿轮垂直放置，从底向上看，齿形方向向右为右旋，向左为左旋，即三斜线方向，方法同螺纹判别，轴向力用主动轮左右手法则，即左旋用左手，四指握轴线，且指向旋转方向，大拇指指向为轴向力方向；右旋用右手，四指握轴线，且指向旋转方向，大拇指指向为轴向力方向。一直齿圆柱齿轮啮合时，齿面接触线与齿轮的轴线平行，啮合开始和终止是突然发生的，易引起冲击，振动和噪声；而斜齿圆柱齿轮传动是逐渐进入啮合和逐渐退出啮合，故传动平稳，噪声小，承载能力大。 二基本参数：（1）螺旋角：一般为820度，大，重全度大，传动平稳，但轴向力大。 三斜齿圆柱齿轮的当量齿轮和最少

21、齿数：当量齿数Zv=z/cos,不发生根切的最少齿数zmin=17 cos。第九节 直齿锥齿轮传动一 传动比i=n1/n2=d2/d1=z2/z1=tan2(大齿轮节锥角)=1/tan1(小齿轮节锥角)；二背锥和当量齿数：Zv1=z1/cos 1(小齿轮节锥角); Zv2=z2/cos 2(大齿轮节锥角)，不发生根切的最少齿数zmin= zvmin cos , 直齿锥齿轮正确啮合条件：两轮大端模数相等，压力角和锥距相等。第十节 齿轮的结构当齿根圆到键槽底部的距离小于（22.5）mn时，可做成齿轮轴。第十一节 齿轮传动的润滑一 齿轮传动的润滑方式：对于开式齿轮，因速度低，常用人工定期润滑或润滑脂

22、润滑；对于闭式齿轮传动，当V=10m/s时，采用喷油润滑。第九章 蜗杆传动第一节 蜗杆传动的特点和类型一 蜗杆传动的特点和应用：通常蜗杆与蜗轮在空间上交错成90度，具有传动比大，结构紧凑；平稳，无噪声。当蜗杆为主动时，具有自锁，但效率低。二蜗杆传动的类型：按蜗杆形状不同，分为圆柱、环面、锥面蜗杆传动；按蜗杆螺旋面形状不同，分普通圆柱蜗杆和圆弧圆柱蜗杆；按加工方法不同，普通圆柱蜗杆分为阿基米德（ZA）、渐开线（ZI）、延伸渐开线（ZN）等。三蜗杆和精度：有12个精度等级，1级最高。第二节 普通圆柱蜗轮传动的主要参数和几何尺寸一 普通圆柱蜗轮传动的主要参数和正确啮合条件：ma1(蜗杆模数)=mt2

23、=m;aa1=at2=a;r(蜗杆导程角)=（蜗轮螺旋角）。第三节 普通圆柱蜗轮传动的强度计算一 蜗杆传动的失效形式：与齿轮相似，有：疲劳点蚀、胶合、磨损、轮齿折断等，主要失效形式：齿面磨损和胶合。蜗杆传动的强度计算：通常仿照齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度进行条件性计算。第四节 蜗杆的效率，润滑和热平衡计算一 蜗杆的效率：分三部分，磨擦损耗的效率、轴承磨擦损耗的效率和箱体润滑油搅动时磨擦损耗的效率。第十章 轮系及减速器第一节 轮系及其分类：1定轴轮系（各个齿轮的几何轴线固定不动的）2周转轮系（至少有一个齿轮的几何轴线绕另一个齿轮的固定几何轴线转动的轮系）3既有固定轮系又有周转轮系的称混合轮系

24、。第二节 定轴轮系的传动比计算一 定轴轮系的传动比大小计算：定轴轮的传动比为组成该轮系的各对啮合齿轮的传动比的连乘积。设定轴轮系1为主动轮（首轮），轮K为从动轮（末轮）则定轴轮系传动比i1k=n1/nk=z2zk/(z1zk-1)=所有从动轮齿数的连乘积/所有主动轮齿数的连乘积。如某齿轮同时与二轮啮合，则其不影响传动比大小，只改变方向，该轮称为惰轮（或过轮）二首、末轮转向的确定 转向一般采用逐对判断相对转向，并用箭头在图上标出（外啮合方向相反，内啮合方向相同，而蜗杆蜗轮则用主动轮左右手法则：1蜗杆旋向判别：把蜗轮或蜗杆轴线竖起，看三斜线，右高则为右旋；左高则为左旋。2右旋蜗杆用右手，四指指向蜗

25、杆转向，则拇指指向为蜗杆轴向力fa的方向,而蜗轮旋转方向与拇指方向相反;3左旋蜗杆用左手，四指指向蜗杆转向，则拇指指向为蜗杆轴向力fa的方向,而蜗轮旋转方向与拇指方向相反。）对于首末两轮轴线平行的轮系，如首末两轮同向，则在传动比数值前冠以“+”，异向则“-”号。第三节 周转轮系的传动比计算一. 在周转轮系中,轴线固定的齿轮称为中心轮或太阳轮,而轴线转动的齿轮称为行星轮; 在周转轮系中,自由度F=2的周转轮系称为差动轮系，而自由度F=1的周转轮系称为行星轮系。支持行星轮作公转的构件称为系杆，周转轮系和定轴轮系的根本区别在于周转轮系中有系杆。使得行星轮既有自转又有公转。二. 周转轮系传动比计算：我

26、们给周转轮系附加一个与系杆转向相反的角速度（-H），于是使系杆静止，这样就转化成一个假想定轴轮系，这种假想定轴轮系称为转化机构或转化轮系。于是高周转轮系中做任意两齿轮1、K，该两轮在周转轮系中的传动比iH1k=1H /kH=(1-H)/ (K-H)=z2zk/(z1zk-1)应用时注意：1）该式为转化轮系的传动比，大小，方向按定轴轮系处理；2）式中1，H，K三个变量中，要给定任意二个，才能求第三个；3）在1，H，K三个变量中，若二个量方向相反，则一个代正值，一个代负值。第四节 混合轮系的传动比计算一 基本轮系的划分：在实际机械中，轮系中即有定轴轮系又有周转轮系，计算传动比时，要把定轴轮系与周转轮系部分分开，把几个不共用同一系杆的周转轮系分开。然后加以联立求解。判断周转轮系的方法：先