《机械设计基础》第六版重点、复习资料

1、机械设计基础知识要点绪论；基本概念：机构，机器，构件，零件，机械第 1 章： 1）运动副的概念及分类2）机构自由度的概念3）机构具有确定运动的条件4）机构自由度的计算第 2 章： 1）铰链四杆机构三种基本形式及判断方法。2）四杆机构极限位置的作图方法3）掌握了解：极限位置、死点位置、压力角、传动角、急回特性、极位夹 角。4）按给定行程速比系数设计四杆机构。第 3 章： 1）凸轮机构的基本系数。2）等速运动的位移，速度，加速度公式及线图。3）凸轮机构的压力角概念及作图。第 4 章： 1）齿轮的分类（按齿向、按轴线位置）。2）渐开线的性质。3）基本概念：节点、节圆、模数、压力角、分度圆，根切、最少

2、齿数、节圆和分度圆的区别4）直齿轮、斜齿轮基本尺寸的计算；直齿轮齿廓各点压力角的计算；m = p/ 的推导过程。5）直齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮的正确啮合条件。第 5 章： 1）基本概念：中心轮、行星轮、转臂、转化轮系。2）定轴轮系、周转轮系、混合轮系的传动比计算。第 9 章： 1）掌握：失效、计算载荷、对称循环变应力、脉动循环变应力、许 用应力、安全系数、疲劳极限。了解：常用材料的牌号和名称。第 10 章: 1 ）螺纹参数 d 、d1、 d2、P、S、 及相互关系。2）掌握：螺旋副受力模型及力矩公式、自锁、摩擦角、当量摩擦角、螺纹下 行自锁条件、常用螺纹类型、螺纹联接类型、普通螺纹、细牙螺纹。3

3、）螺纹联接的强度计算。第 11 章 : 1 ）基本概念：轮齿的主要失效形式、齿轮常用热处理方法。2）直齿圆柱齿轮接触强度、弯曲强度的计算。3）直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮的作用力（大小和方向）计算及 受力分析。第 12 章: 1 ）蜗杆传动基本参数： m a1、m t2 、 q、Pa、 d1、d2、VS 及蜗杆传动的正确啮合条件。2）蜗杆传动受力分析。第 13 章 : 1 ）掌握：带传动的类型、传动原理及带传动基本参数： d1、 d2、 Ld、 a、 1、 2、 F1、F2、 F02）带传动的受力分析及应力分析： F1、F2、F0、1、2、C、b 及影 响因素。3）弹性滑动与打滑的区别

4、。4）了解：带传动的设计计算。第 14 章 : 1 ）轴的分类（按载荷性质分）。2）掌握轴的强度计算：按扭转强度计算，按弯扭合成强度计算。第 15 章 : 1 ）摩擦的三种状态：干摩擦、边界摩擦、液体摩擦。第 16 章 : 1 ）常用滚动轴承的型号。2）向心角接触轴承的内部轴向力计算，总轴向力的计算。滚动轴承当量动载荷的计算。滚动轴承的寿命计算。第 17 章 : 1 ）联轴器与离合器的区别第一章 平面机构的自由度和速度分析1、自由度：构件相对于参考系的独立运动称为自由度。2、运动副：两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。构件 组成运动副后，其运动受到约束，自由度减少。3、运动副按

5、接触性质分：低副和高副低副：两构件通过面接触组成的运动副称为低副。转动副：组成运动副的两构件只能在平面内相对转动，这种运动副称为转动副，或 称铰链。移动副：组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动，这种运动副称为移动副。高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副4、机构中构件的分类：固定构件（机架）用来支承活动构件（运动构件）的构件 原动件（主动件）运动规律已知的活动构件。 从动件 机构中随原动件运动而运动的其余活动构件。5、平面自由度计算公式6、机构具有确定运动的条件机构自由度 F 0，且 F等于原动件数7、自由度计算注意事项K个构件汇交而成的复合复合铰链两个以上构件同时在一处用转动副相

6、连接铰链具有（ K-1）个转动副。局部自由度与输出构件运动无关的自由度。虚约束重复而对机构不起限制作用的约束。8、速度瞬心两刚体上绝对速度相同的重合点瞬心数9、三心定理作相对平面运动的三个构件共有三个瞬心，这三个瞬心位于 同一直线上。作业： 1-5，6，7，8，9，10，11，12第二章 平面连杆机构1、定义：平面连杆机构是由若干构件用低副（转动副、移动副）连接组成的 平面机构。2、铰链四杆机构 全部用转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构。 机构的固定构件称为机架；与机架用转动副相连接的构件称为连架杆；不与机架直接连接的构件称为连杆；与机架组成整转副的连架杆称为曲柄；与机架组成 摆动副

7、的连架杆称为摇杆铰链四杆机构的三种基本型式：曲柄摇杆机构；双曲柄机构；双摇杆机构3、铰链四杆机构有整转副的条件最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和整转副是由最短杆与其邻边组成的选择哪一个杆为机架判断是否存在曲柄：取最短杆为机架时，机架上由两个整转副，故得双曲柄机构；取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构；取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副故得双摇杆机构4、* 急回特性行程速度变化系数 K、极位夹角越大， K 越大，急回运动的性质也越显著。5、压力角与传动角作用在从动件上的驱动力 F 与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角称为压力角；压力角 的余角称为传动角

8、压力角越小，传动角越大，有效分力就越大，机构传力性能越好。传动角的下限：40。用来衡量机构的传力性能。6、死点位置：机构的传动角为零的位置称为死点位置7、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构曲柄摇杆机构：已知条件：摇杆长度、摆角 和行程速度变化系数 K设计步骤 图 2-27 （P33） 由给定的行程速度变化系数 K，求出极位夹角任选固定铰链中心 D 的位置，由摇杆长度和摆角，作出摇杆两个极限位置和连接和，并作垂直于作=90-与相交于 P 点，作的外接圆，在此圆周（弧和弧 EF除外）上任取一点 A 作为曲柄的固定铰链中心。连，因同以圆弧的圆周角相等，故因极限位置处曲柄与连杆共线，故+，从而得到

9、曲柄长度=（）/2 ，连杆长度=（+）/2 。由图得 AD=作业： 2-1，3，6，7，10第三章 凸轮机构1、凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成2、凸轮分类按形状：盘形凸轮；移动凸轮；圆柱凸轮按从动件的型式：尖顶从动件；滚子从动件；平底从动件3、* 从动件运动规律 （图 3-5 ）推程：当凸轮以等角速顺时针方向回转时，从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定运动规律由离回转中心最近位置A 到达最远位置，这个过程称为推程。推程运动角：与推程对应的凸轮转角远休止角：当凸轮继续回转时，以 O点为中心的圆弧 BC与尖顶相作用，从动件在最远位置停留不动，称为远休止角。回程：凸轮继续回转时，从动件

10、在弹簧力或重力作用下，以一定运动规律回到起始位置，这个过程称为 回程，称为回程运动角。近休止角：凸轮继续回转时，以 O点为中心的圆弧 DA与尖顶相作用，从动件在最近位置停留不动，称为近休止角4、刚性冲击：从动件推程作等速运动，运动开始和终止时，速度和加速度产 生巨大突变，由此产生的巨大惯性力导致的强烈冲击称为刚性冲击。柔性冲击：简谐运动在运动开始和终止时，加速度的变化量和产生的冲击都 是有限的，这种有限冲击称为柔性冲击。5、等速运动：位移图为斜直线，速度线图为水平直线，因从动件速度突变，适合强大 冲击力，刚性冲击，不宜单独使用。简谐运动：点在圆周上运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动称

11、为简谐 运动。在高速运动时会产生危害，适用于中低速凸轮。正弦加速度：其位移为摆动在轴线上的投影，加工精度较高。6、压力角：接触轮廓法线与从动件速度方向所夹的锐角压力角计算公式：基圆半径减小会引起压力角增大。e 为从动件导路偏离凸轮回转中心的距离，称为偏距。7、图解法设计凸轮轮廓作业： 3-1，2，4第四章 齿轮机构0、齿轮的分类1、齿轮机构主要优点：使用的圆周速度和功率范围广；效率较高；传动比稳 定；寿命长；工作可靠性高；可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的 传动。缺点：要求较高的制造和安装精度，成本较高；不适宜于远距离两轴之间的 传动。2、齿廓实现定角速比传动的条件齿轮传动的基本要

12、求：瞬时角速度之比必须保持不变欲使两齿轮保持定角速度比，不论齿廓在任何位置接触，过接触点所作的齿 廓公线都必须与连心线交于一定点。3、渐开线的特性当一直线在一圆周上作纯滚动时，此直线上任意一点的轨迹称为该圆的渐开 线，这个圆称为渐开线的基圆，该直线称为发生线。* 弧长等于发生线；基圆切线是法线；曲线形状随基圆；基圆内无渐开线4、渐开线齿廓满足定角速比要求5、齿轮各部分名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸齿槽宽 e；齿厚 s；齿距 p；齿宽 b；齿顶高；齿跟高；模数 m；压力角；顶隙 c常用公式：分度圆上； 基圆直径：6、正确啮合条件渐开线齿轮的正确啮合条件是两轮的模数和压力角必须分别相等。7、一对标

13、准齿轮分度圆相切时的中心距称为标准中心距，以a 表示即：顶隙 c8、重合度齿轮连续传动的条件： 1值愈大，齿轮平均受力愈小，传动愈平稳。9、切齿方法成形法：成形法是用渐开线齿形的成形刀具直接切出齿形。范成法：范成法是利用一对齿轮互相齿合时，其共轭齿廓互为包络线的原理切齿 的。如果把其中一个齿轮（或齿条）做成刀具，就可以切出与它共轭的渐开线齿 廓。10、根切定义：若刀具齿顶线超过齿合线的极限点，则由基圆之内无渐开线的性质可知，超过的刀刃不仅不能范成渐开线齿廓，而且会将根部已加工出的渐开线切去一部分，这 种现象称为根切。根切使齿根消弱，严重时还会减小重合度，应当避免11、标准齿轮最少齿数12、变位

14、齿轮优缺点：可采用的小齿轮，仍不根切，使结构更紧凑；改善小齿轮的磨损情况；相对提高承载能力，使大小齿轮强度趋于接近。没有互换性，必须成对使用， e 略有减小。13、斜齿轮基本尺寸的计算。14、斜齿轮、圆锥齿轮的正确啮合条件。作业： 4-1 ，2，4，5第五章 轮系1、轮系的定义一系列齿轮相互啮合组成的传动系统统称为轮系2、轮系的分类1）定轴轮系。轮系中各个齿轮的回转轴线的位置是固定的 2）周转轮系。轮系中至少有一个齿轮的回转轴线的位置是不固定的，绕着其它构件旋转。周转轮系中的主要构件有：（a）行星轮。在周转轮系中，轴线位置变动的齿轮，即既作自传又作公转的 齿轮，称为行星轮；（b）行星架。支撑行

15、星架既作自传又作公转的构件。又称为转臂。（ c）中心轮。轴线位置固定的齿轮称为中心轮或太阳轮。其中，行星架与中心轮的几何轴线必须重合。根据轮系的自由度可将周转轮系分为：差动轮系，机构自由度为2；行星轮系，机构自由度为 1 。3、定轴轮系的传动比计算（1）定轴轮系方向判断当首末两轮的轴线相平行时，两轮转向的异同可用传动比的正负表示。两轮 转向相同时，传动比为“ +”；两轮转向相反时，传动比为“ - ”。如果首末轮转向不同，则只能计算传动比的大小，首末两轮的转向用箭头表 示。画箭头时有以下原则：（ a）外啮合齿轮：两箭头相对或相背。（ b）内啮合齿轮，两箭头同向。（c）圆锥齿轮：两箭头同时指向节点

16、或同时背离节点。（d）蜗杆传动：左手或右手定则右旋蜗杆左手握，左旋蜗杆右手握，四 指（蜗杆），拇指（蜗轮）。e）同轴齿轮：两箭头同向2）、传动比对于所有齿轮轴线都平行的定轴轮系，也可以按照轮系中外啮合齿轮的对数 m）来确定传动比为“ +”或为“ - ”。4、周转轮系传动比的计算周转轮系传动比的计算基本原则是给整个机构加上“，将其转化为定轴轮系，按照定轴轮系传动比的计算方法计算。注：起始主动轮 G和最末从动轮 K 转向相同时， i 为正，相反时为负。转化 轮系中 G和 K的转向，用画箭头的方法判定。5、复合轮系传动比的计算分解复合轮系的关键在于正确找出各个基本的周转轮系。找周转轮系的一般 步骤如

17、下：（ 1） 找行星轮，即找轴线位置不确定的齿轮。（ 2） 确定行星架，即支撑行星轮运转的构件。（ 3） 找中心轮，即直接与行星轮相啮合的定轴轮系。将周转轮系分出来后，剩下的就是定轴轮系了重点内容：定轴轮系 / 周转轮系 / 简单的复合轮系的传动比的计算（包括传动 比的数值计算及轮子的转向）。作业： 5-2，4，8，9，10第九章 机械零件设计概论1、机械设计应满足的要求满足预期功能性能好 效率高 成本低操作方便 维修简单 造型美观在预定使用期限内安全可靠2、失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。工作能力：在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力 当对荷载而言时

18、又称承载能力。3、零件的失效原因：断裂或塑性变形；过大的弹性形变；工作表面的过度磨损或损 伤；发生强烈的振动；连接的松弛；摩擦传动的打滑 .零件的失效形式：强度，刚度，耐磨性，稳定性和温度的影响4、材料强度：材料的刚度：材般情况下均为非材料在受力时抵抗塑性变形和断裂的能力，称为材料强度 料受力时抵抗弹性变形的能力5、静应力下的许用应力：断裂：取材料的屈服极限作为极限应力，故许用应力为塑性变形 : 取强度极限作为极限应力，故许用应力为6、变应力的分类：具有周期性的变应力称为循环变应力（对称循环变应力）。下面是两种特殊的循环变应力： 当时，循环特性，称为对称循环变应力时，循环特性 r=0 ，称为脉

19、动循环变应力7、变应力下的许用应力 （失效形式为疲劳断裂）疲劳曲线表示应力与循环次数 N 之间的关系曲线称为疲劳曲线。称为应力循环基数，对应于的应力称为材料的疲劳极限，用 表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限 循环次数 N 的弯曲疲劳极限式中：寿命系数，当 N时，=1影响机械零件疲劳强度的主要因素应力集中的影响绝对尺寸的影响表面状态的影响许用应力在变应力下确定许用应力，应取材料的疲劳极限作为极限应力。当应力是对称循环变化时，许用应力为：当应力是脉冲循环变化时，许用应力为：式中： S安全系数；材料脉动循环疲劳极限以上所述为“无限寿命”下零件的许用应力。8、安全系数（了解）安全系数取得过大，结构

20、笨重；过小，可能不够安全。9、接触应力：若两个零件在受载前是点接触或线接触，受载后，由于变形其 接触面处为一个面积，通常此面积甚小而表面产生的局部应力却很大，这种应力称 为接触应力。这时零件的强度称为接触强度。10、疲劳点蚀 : 在载荷重复作用下，首先产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩 展，终于使表面金属呈小片剥落下来而在零件表面形成一些小坑，这种现象称为疲 劳点蚀。11、表 9-1 ，常用材料的牌号和名称。第 10 章 连接10-1 螺纹参数螺纹的分类1. 按照平面图形的形状分为 : 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 2. 按照螺旋 线的旋向分为 : 左旋螺纹 右旋螺纹 3. 按照螺旋线的数目

21、分为 : 单线螺纹 等距排 列的多线螺纹 4. 按照母体形状分为 : 圆柱螺纹 圆锥螺纹螺纹旋向的判定 : 将轴线垂直放置 .看其螺旋线 ,左边高即为左旋 ,右边高 则为右旋 .为了制造方便 螺纹的线数一般不超过 4.大径又成为 : 公称直径在计算螺纹强度的时候用 : 小径螺距 P定义 : 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 .导程 S定义 : 同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距 离. S = nP. （n 为螺旋线数 ）螺纹升角定义 : 在中径 d 圆柱上, 螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面 的夹角 . 计算公式 : tan =nP/ d.10-2 螺旋副的受力分析

22、. 效率和自锁自锁的定义 : 把水平推动力 F撤掉以后, 零件能保持在原来的地方不动 .螺纹自锁的条件 : （对于矩形螺纹 为摩擦角,对于非矩形螺纹 为当量摩擦角 ）螺纹副效率最高的螺纹升角为 : =45 /2由于过大的螺纹升角制造困难 ,且效率增高也不显著 ,所以一般 角不大 于 25.10-3 机械制造常用螺纹普通螺纹: 牙型角 60大径 d为公称直径细牙螺纹的特点 : 优点: 升角小,小径大,自锁性能好 ,强度高;缺点: 不耐 磨, 易滑扣 .螺纹标记示例 : M24（ 粗牙普通螺纹 ,直径 24,螺距 3） M24 1.5（ 细牙普通 螺纹,直径 24,螺距 1.5）详细数据见教材 P

23、137表 10-110-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件螺纹连接的基本类型有 : 螺栓连接 螺钉连接 双头螺柱连接 紧定螺钉连螺纹紧固件有 : 螺栓 双头螺柱 螺母 垫圈垫圈的作用是 : 增加被连接件的支承面积以减小接触处的挤压应力和避免拧紧螺母时擦伤被连接件的表面 .10-5 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接预紧的目的是 : 影响螺纹连接的可靠性强度和密封性均有很大 的影响.螺纹连接为什么要防松 : 因为螺纹副在冲击震动和变载的作用下 , 预紧 力可能在某一瞬间消失 , 连接有可能脱松 . 高温的螺纹连接 , 由于温度变形差异等原 因,也可能脱松 ,因此必须考虑防松 .常用的防松方法 : 1.

24、 利用附加摩擦力防松 2. 采用专门的防松元件防松 3. 其它防松方法 : 冲点法防松和粘合法防松 .10-6 螺栓连接的强度计算螺栓的主要失效形式有 : 1. 螺栓杆拉断 ; 2. 螺纹的压溃和剪断 ; 3. 经常装 拆时会因磨损而发生滑扣现象 .螺栓连接的计算主要是确定 : 螺纹小径 .松螺栓连接的强度条件 :紧螺栓连接：螺栓螺纹部分的强度条件：受横向载荷的螺栓强度 其所需的预紧力Fo预紧力 .C可靠性系数 , 通常取 C=1.1-1.3.m接合面数目 .f 接合面摩擦系数受横向载荷的铰制孔螺栓连接由于预紧力很小是剪切和挤压应力 , 故可按剪切和挤压进行强度核算般不予考虑 . 其受力主要强度条件如下：压力容器上螺栓承受的总载荷：（P 单位兆帕 ,D 单位毫米 ）螺栓的拉伸总载荷：为保证容器接合面密封