機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)知識點總結(jié)

1、1. 構(gòu)件：獨立的運動單元/零件：獨立的制造單元機(jī)構(gòu)：用來傳遞運動和力的、有一個構(gòu)件為機(jī)架的、用構(gòu)件間能有確定相對運動的連接方式組成的構(gòu)件系統(tǒng)（機(jī)構(gòu)二機(jī)架（1個）+原動件（1個）+從動件（若干）機(jī)器：包含一個或者多個機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)注：從力的角度看機(jī)構(gòu)和機(jī)器并無差別，故將機(jī)構(gòu)和機(jī)器統(tǒng)稱為機(jī)械1. 機(jī)構(gòu)運動簡圖的要點：1）構(gòu)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(gòu)件尺寸與實際機(jī)構(gòu)成比例（該項機(jī)構(gòu)示意圖不需要）2. 運動副（兩構(gòu)件組成運動副）：1）高副（兩構(gòu)件點或線接觸）2）低副（兩構(gòu)件面接觸組成），例如轉(zhuǎn)動副、移動副3. 自由度（F ）=原動件數(shù)目

2、，自由度計算公式：F =3n （n為活動構(gòu)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(fù)合鉸鏈2）局部自由 度3）虛約束4. 桿長條件：最短桿+最長桿w其它兩桿之和（滿足桿長條件則 機(jī)構(gòu)中存在整轉(zhuǎn)副）I） 滿足桿長條件，若最短桿為機(jī)架，則為雙曲柄機(jī)構(gòu)II ）滿足桿長條件，若最短桿為機(jī)架的鄰邊，則為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)III ）滿足桿長條件，若最短桿為機(jī)架的對邊，則為雙搖桿機(jī)構(gòu)IV）不滿足桿長條件，則為雙搖桿機(jī)構(gòu)5. 急回特性：搖桿轉(zhuǎn)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(zhuǎn)過角度不同，例如：牛頭刨床、往復(fù)式輸送機(jī)急回特性可用行程速度變化系

3、數(shù) （或稱行程速比系數(shù)）K表示 '1'-；/t22' /t1tlt2180 二180 -二K -1-180 -一1K +1二為極位夾角（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(gòu)件本身慣性消除8. 凸輪機(jī)構(gòu)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(gòu)造簡單，易磨損，用于儀表機(jī)構(gòu)（只用于受力不大的低速機(jī)構(gòu)）2） 滾子一一磨損小，應(yīng)用廣 3）平底一一受力好，潤滑好，用于 高速

4、轉(zhuǎn)動，效率高，但是無法進(jìn)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(jī)構(gòu)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(guān)，基圓半徑越小，壓力角a越大（當(dāng)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'和使從動件壓緊導(dǎo)路的有害分力 F'（F'=F'an a，），'11. 凸輪機(jī)構(gòu)的自鎖現(xiàn)象：在a角增大的

5、同時，F(xiàn)'增大，使導(dǎo)路摩擦力.大于有用分力f）系統(tǒng)無法運動，當(dāng)壓力角超過許用值【a廠 即發(fā)生自鎖，【a】在擺動凸輪機(jī)構(gòu)中建議 35° -45 ° ,【a】在直 動凸輪機(jī)構(gòu)中建議30°,【a】在回程凸輪機(jī)構(gòu)中建議 70° -80 °12. 凸輪機(jī)構(gòu)的運動規(guī)律與沖擊的關(guān)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(jī)構(gòu)）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

6、動規(guī)律一一無沖擊III ）改進(jìn)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(jī)構(gòu)半徑的確定：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(nèi)凹時：II ）輪廓外凸時：蔦5 （當(dāng)梟=0時，輪廓變尖，出現(xiàn)失真現(xiàn)象，所以要使機(jī)構(gòu)正常工作，對于外凸輪廓要使 gn /）注：平底推桿凸輪機(jī)構(gòu)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(shè) 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），也=1二0 =:匹（傳動2 Oi P bl比需要恒定，即需要O2P為常數(shù)）OiP15. 齒輪漸開線（口訣）：弧長等于發(fā)生線，基圓

7、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)圓的壓力角）16. 齒輪的基本參數(shù)：齒頂圓一一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 = 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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)）全齒高h(yuǎn)二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 二二d = zp= d = zp/二，人為

8、規(guī)定p/二只能取某些簡單的值,故定義 m = p /二，有 d = mz, rmz2齒輪各項參數(shù)的計算公式：d二mzha = 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*二0.3）h 二 ha hf 二（2ha c ）mda = d 2ha = （z 2h；）m d f = d -2hf = （z -2h； -2c*）m17. 分度圓壓力角a =arcos （圧/r ）（厲為基圓半徑，r為分度 圓半徑）所以 db =dcosa =mz cosotdb 二 mzcos：所以 Pn = Pbmcos： -

9、 p cos -zz18. 齒輪重合度：表示同時參加嚙合的輪齒的對數(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(cè)間隙為0即S1 e2 =0,頂隙C為標(biāo)準(zhǔn)值即c=c*m標(biāo)準(zhǔn)安裝時的中心距ra1 c r2- r1 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，例如盤銑刀和指狀銑刀），成形法的優(yōu)點：方法簡單，不需要專用機(jī)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，其共軛齒 闊互為包絡(luò)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

10、高出c*m ,以便切出頂隙部分，刀具模擬 嚙合旋轉(zhuǎn)并軸向運動，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(jìn)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：只能間 斷地切削、生產(chǎn)效率低）、齒輪滾刀（其在工作面上的投影為 一齒條，能夠進(jìn)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(qiáng)度、使重合度；下降）：對于a =20°和h；=1的正常齒制標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪， 當(dāng) 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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中

11、心距的無側(cè)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(qiáng)度（以切削標(biāo)準(zhǔn)齒輪時的位置為基準(zhǔn)，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(yuǎn)離輪坯中心時x為正值，稱為正變位，反之為負(fù)值，稱為負(fù)變位）22. 輪系的分類：定軸輪系（軸線固定）、周轉(zhuǎn)輪系（軸有公 轉(zhuǎn)）、復(fù)合輪系（兩者混合）一對定軸齒輪的傳動比公式:i abnaZbnb Za對于（定軸）齒輪系，設(shè)輸入軸的角速度為1，輸出軸的角速度為、5所有從動輪齒數(shù)的乘積 所有主動輪齒數(shù)的乘積齒輪系中齒輪轉(zhuǎn)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

12、內(nèi)嚙合時，箭頭方向相同蝸輪蝸桿判斷渦輪的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)方向把握蝸桿，拇指指向即為渦輪的旋轉(zhuǎn)方向周轉(zhuǎn)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 ng ng -門円（）轉(zhuǎn)化輪系從G至K所有從動輪齒數(shù)的乘積怙K = 廠（ 一）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，此外，判斷G與K兩輪的轉(zhuǎn)向是否相同，如果轉(zhuǎn)向相同，則最后的結(jié)果符號取“+”，如果轉(zhuǎn)向相反，則結(jié)果的符號取“-”復(fù)合輪系的傳動比計算，關(guān)鍵在于找出周轉(zhuǎn)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

13、輪傳向下一個輪23. （周期性）速度波動：當(dāng)外力作用（周期性）變化時，機(jī)械主軸的角速度也作（周期性的）變化，機(jī)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(qū)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(jī)械中加上一個轉(zhuǎn)動慣量很大的回轉(zhuǎn)件飛輪（選擇飛輪的優(yōu)勢在于不僅可以避免機(jī)械運轉(zhuǎn)速度發(fā)生過大的波動，而且可以選擇功率較小的原動機(jī)）對于非周期性的速度波動，我們可以采用調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié) （機(jī)械式離心調(diào)速器，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，但是它的體積龐大，靈敏度低，近代機(jī)器多采用電子調(diào)速裝置）26. 飛輪轉(zhuǎn)動慣量

14、的選擇：j = A巴、 1 _注：1 ） Amax = Emax - Emin = "2 j （"* max Y min ） = j,T m' （ Am ax 為取大功虧，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廠十*順（、為主軸轉(zhuǎn)動角速度的算數(shù)平均值）3 ） 一、ax，min （為不均勻系數(shù)）%27. （剛性）回轉(zhuǎn)件的平衡：目的是使回轉(zhuǎn)件工作時離心力達(dá)到平衡，以消除附加動壓力，盡可能減輕有害的機(jī)械振動。（平面）平衡的方法：安裝平衡質(zhì)量，使得配重對軸的離心力（或質(zhì)徑積）的矢量和與要平衡的重量的離心力（或質(zhì)徑 積）矢量和為0注：對于一些軸向尺寸

15、較小的回轉(zhuǎn)件，如葉輪，飛輪，砂輪等，可近似地認(rèn)為其質(zhì)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(zhuǎn)件，如多缸發(fā)動機(jī)曲柄，電動機(jī)轉(zhuǎn)子，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)床主軸等，其質(zhì)量分布于多個平面內(nèi)，不可 以看作在同一平面內(nèi)進(jìn)行質(zhì)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)兩點的軸向距離 ）關(guān)于螺紋升角：tan*二匹,d2為中徑nd2螺紋的類型：1 ）矩形螺紋（牙側(cè)角B =0°） 2）非矩形螺紋（牙側(cè)角0°）:三角形螺紋（牙型角a =60&#

16、176;為國家標(biāo)準(zhǔn) 普通螺紋，牙型角a =55°為管螺紋）、梯形螺紋（牙型角a =75°,牙側(cè)角B =15°）、鋸齒形螺紋（牙型角a =33°，牙 側(cè)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升角有關(guān)，鋸齒形螺紋的牙側(cè)角比梯形螺紋的牙側(cè)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(dāng)斜面傾角小于摩擦角時，發(fā)生自鎖2）非矩形螺紋，當(dāng)螺紋升角小于等于當(dāng)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(dāng)量摩擦角、arctan,（ f為摩擦系數(shù)，為牙側(cè)角）cos

17、P29. 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(yīng)用最廣鉸制孔用螺栓連接：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，并常采用過渡配合，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(jié)構(gòu)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 件，或者為了結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)矩 常見的螺紋緊固件： 螺栓（

18、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(yīng)力） 30預(yù)緊：對于不承受軸向工作載荷的螺紋，軸向的力即為預(yù)緊 力螺紋連接的擰緊力矩 T 等于克服螺紋副相對轉(zhuǎn)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(yù)緊可靠， 螺栓的預(yù)緊應(yīng)力一般可達(dá)材料屈服極限的 50%70%，小直徑的螺栓裝配時應(yīng)施加小的擰緊力矩，否則容易將螺栓桿拉斷，力矩的大小通常由經(jīng)驗判斷， 但是為了保證質(zhì)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

19、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(yù)緊力可能在某一瞬間消失， 另外高溫螺紋連接有可能導(dǎo)致變形脫落，所以要進(jìn)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(jié)構(gòu)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、粘合劑涂于螺紋旋合后粘合劑固 化粘合達(dá)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）

20、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(yīng)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(xì)小裂紋擴(kuò)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(jìn)入齒面間引起磨粒磨損，開式傳動中難以避免，齒 闊變形，導(dǎo)致噪聲和振動，最終傳動

21、失效 2）跑合磨損：新 制造的齒輪表面不光潔，剛 開始運轉(zhuǎn)時會有磨損， 使得表面變光潔， 跑合結(jié)束后應(yīng)該清洗并更換潤滑油齒面塑性變形： 重載導(dǎo)致齒面局部塑性變形， 使齒闊失去 正確的齒形，在過載嚴(yán)重和 啟動頻繁的傳動中常見33. 齒輪的接觸強(qiáng)度由齒輪的模數(shù)和齒數(shù)乘積 mz決定，mz越大，接觸強(qiáng)度越大 齒輪的彎曲強(qiáng)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(zhuǎn)地切線方向， 主動輪的圓周力與轉(zhuǎn)動方向相 反，從動輪圓周力與轉(zhuǎn)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， 軸向力從小端指向大端，判斷一般斜齒

22、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(yīng) 的手四指沿主動輪的轉(zhuǎn)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表示徑向力/Fa表示軸向力/Ft表示圓周力）35. 軸：軸的作用是支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)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(zhuǎn)軸：傳遞扭矩又承受 彎矩（減速器轉(zhuǎn)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 軸曲軸（汽車發(fā)動機(jī)軸）撓性鋼絲軸不 要求軸的設(shè)計：1）為了便于安裝，軸一般設(shè)計成從軸端逐漸向 中間增大的階梯狀，裝零件的軸端應(yīng)該有倒角， 需要磨削的軸端有砂輪越程槽，車螺紋的軸端應(yīng) 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)（如果套筒過長或者無法使用套筒 固定時可以采用雙螺母進(jìn)行固定），在軸向力比較 小的時候還可以使用彈性擋圈或緊