机械设计基础知识点总结

1、1. 构件：独立的运动单元/零件：独立的制造单元机构：用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件 间能有确定相对运动的连接方式组成的构件系统（机构=机架（1个）+原动件（A 1个）+从动件（若干）机器：包含一个或者多个机构的系统注：从力的角度看机构和机器并无差别，故将机构和机器统称为机械1. 机构运动简图的要点：1）构件数目与实际数目相同 2）运动 副的种类和数目与实际数目相同 3）运动副之间的相对位置以 及构件尺寸与实际机构成比例（该项机构示意图不需要）2. 运动副（两构件组成运动副）：1）高副（两构件点或线接触）2）低副（两构件面接触组成），例如转动副、移动副3. 自由度（F ）=原动

2、件数目，自由度计算公式：F =3n （n为活动构件数目）-2Pl（Pl为低副数目）-Ph （Ph为高副数目） 求解自由度时需要考虑以下问题：1）复合皎链2）局部自由 度3）虚约束4. 杆长条件：最短杆+最长杆V其它两杆之和（满足杆长条件则 机构中存在整转副）I）满足杆长条件，若最短杆为机架，则为双曲柄机构II）满足杆长条件，若最短杆为机架的邻边，则为曲柄摇杆 机构III ）满足杆长条件，若最短杆为机架的对边，则为双摇杆机IV）不满足杆长条件，则为双摇杆机构5. 急回特性：摇杆转过角度均为摆角（摇杆左右极限位置的夹 角）的大小，而曲柄转过角度不同，例如：牛头刨床、往复 式输送机180 口急回特性

3、可用行程速度变化系数 （或称行程速比系数）K表示K =二典上=迎180 J2/t1t22 180K 1为极位夹角（连杆与曲柄两次共线时，两线之间的夹角）6. 压力角：作用力F方向与作用点绝对速度 晚方向的夹角a7. 从动件压力角a =90° （传动角T =0° ）时产生死点，可用飞 轮或者构件本身惯性消除8. 凸轮机构的分类及其特点：I）按凸轮形状分：盘形、移动、圆柱凸轮（端面）II）按推杆形状分：1）尖顶一一构造简单，易磨损，用于仪表机构（只用于受力不大的低速机构）2）滚子一一磨损小，应用广 3）平底一一受力好，润滑好，用于高 速转动，效率高，但是无法进入凹面III ）按

4、推杆运动分：直动（对心、偏置）、摆动IV）按保持接触方式分：力封闭（重 力、弹簧等）、几何形状封闭（凹槽、等宽、等径、主回凸轮）9. 凸轮机构的压力角：从动件运动方向与凸轮给从动件的力的 方向之间所夹的锐角a （凸轮给从动件的力的方向沿接触点的法线方向）压力角的大小与凸轮基圆尺寸有关，基圆半径越小，压力角/越大（当压力角过大时可以考虑增大基圆的半径）10. 凸轮给从动件的力F可以如图分解为沿从动件的有用芝力H F，F'和使从动件压紧导路的有害分力F' （ F' ='F 'tana*一'11. 凸轮机构的自锁现象：在0C角增大的同时，F'?

5、4,使导路摩擦力I大于有用分力F',系统无法运动，当压力角超过许冻Li"即发生自锁，侦】在摆动凸轮机构中建议 35° -45° , 3】在直 动凸轮机构中建议30° ,【a】在回程凸轮机构中建议 70° -80°12. 凸轮机构的运动规律与冲击的关系：I）多项式运动规律：1）等速运动（一次多项式）运动规律一一刚性冲击2）等加等减速（二次多项式）运动规律柔性冲击 3）五次多项式运动 规律一一无冲击（适用于高速凸轮机构）II）三角函数运动规律：1）余弦加速度（简谐）运动规律柔性冲击2）正弦加速度（摆线）运动规律一一无冲击III ）

6、改进型运动规律：将集中运动规律组合，以改善运动特性13. 凸轮滚子机构半径的确定：Pa为工作轮廓的曲率半径、P为理论轮廓的曲率半径、t为滚子半径I）轮廓内凹时： Pa=P0 II）轮廓外凸时： Pa = Pf （当 Pa = P-T=。时，轮廓变尖，出现失真现象，所以要使机构正常工作，对于外凸轮廓要使Pm. 丁 ）注：平底推杆凸轮机构也会出现失真现象，可以增大凸轮的基圆半径来解决问题14. 齿轮啮台基本定律：设 P为两啮台齿轮的相对瞬心（啮台齿轮公法线与齿轮连心线。1。2交点），扇=斜=O2P = rb2 （传动比 ''2。1 P rb1需要恒定，即需要 箜为常数）O1P15.

7、 齿轮渐开线（口诀）：弧长等于发生线，基圆切线是法线，曲线形状随基圆，基圆内无渐开线啮台线：两啮台齿轮基圆的内公切线啮台角：节圆公切线与啮台线之间的夹角m '（即节圆的压力角）16. 齿轮的基本参数：齿顶圆ra、da齿根圆 rf、df齿厚sk（弧长）齿槽宽ek（弧长）齿距（周节）：pk =sk +ek法向齿距（周节）Pn = pb（基圆上的弧长）齿顶高（分度圆到齿顶 高度）ha齿根高（分度圆到齿根 高度）hf分度圆：人为规定（标准齿轮中分度圆与节圆重合），分度圆参数用 r、d、e、s、p=e+s表示（无下标）全齿高h=ha+hf齿宽（轮齿轴向的厚度）B 轮齿的齿数为 Z模数m：分度圆的

8、周长 =叼=2?= d = zp/R,人为规定p/兀只能取某些简单的值, 1故正义 m = p/兀，有d= mz, r = 一mz2齿轮各项参数的计算公式：d = mzha =ham（齿顶高系数ha正常齿ha = 1,短齿制ha =0.8）hf =(h；十c*)m(顶隙系数c*正常齿c* =0.25短齿制c* = 0.3)*、h = ha hf = (2ha c )mda = d 2ha = (z 2ha)md f = d2hf = (z2ha -2c )m17.分度圆压力角a =arcos (rjr) (rb为基圆半径，r为分度圆半径)所以 db =dcos： - mzcos：db mzco

9、s：Pn = pb = =：mcos： = pcos-：、z z18. 齿轮重合度：表示同时参加啮台的轮齿的对数，用 8 3法1 才能连续传动）表示，6越大，轮齿平均受力越小，传动越平 稳一 、， . . 一*19. 理论上齿侧间隙为0即§ -e2 =0，顶隙c为标准值即c = c m标准安装时的中心距 a = ra1 + c + r2f = r1 +r220. 渐开线齿轮的加工方法：1）成形法（用渐开线齿形的成形刀 具直接切出齿形，例如盘铳刀和指状铳刀），成形法的优点： 方法简单，不需要专用机床；缺点：生产效率低，精度差，仅适用于单件生产及精度要求不高的齿轮加工2）范成法（利用一对

10、齿轮（或者齿轮与齿条）互相啮台时，其共辄齿阔互 为包络线的原理来切齿的），常见的刀具例如齿轮插刀（刀具 顶部比正常齿高出c*m ,以便切出顶隙部分，刀具模拟啮台旋 转并轴向运动，缺点：只能间断地切削、生产效率低）、齿条插刀（顶部比传动用的齿条高出 c*m,刀具进行轴向运动，切出的齿轮分度圆齿厚和分度圆齿槽宽相等，缺点：只能间断地切削、生产效率低）、齿轮滚刀（其在工作面上的投影为一齿条，能够进行连续切削）21. 最少齿数和根切（根切会削弱齿轮的抗弯强度、 使重合度6下 降）：对于a =20。和h；=1的正常齿制标准渐开线齿轮，当用 齿条加工时，其最小齿数为 17 （若允许略有根切，正常齿标 准齿

11、轮的实际最小齿数可取 14）如何解决根切？变位齿轮可以制成齿数少于最少齿数而无根 切的齿轮，可以实现非标准中心距的无侧隙传动，可以使大 小齿轮的抗弯能力比较接近，还可以增大齿厚，提高轮齿的 抗弯强度（以切削标准齿轮时的位置为基准，刀具移动的距离xm称为变位量，x称为变为系数，并规定远离轮坯中心时x为正值，称为正变位，反之为负值，称为负变位）22. 轮系的分类：定轴轮系（轴线固定）、周转轮系（轴有公转）、 复合轮系（两者混合）一对定轴齿轮的传动比公式:abnbZbZa对于（定轴）齿轮系，设输入轴的角速度为 斜，输出轴的角速度为,lm叫 所有从动轮齿数的乘积 切m 所有主动轮齿数的乘积齿轮系中齿轮

12、转向判断（用箭头表示）：两齿轮外啮台时，箭头方向相反，同时指向或者背离啮台点，即头头相对或者尾尾相对；两齿轮内啮台时，箭头方向相同蜗轮蜗杆判断涡轮的转动方向：判断蜗杆的螺纹是左旋还是 右旋，左旋用左手，右旋用右手，用手顺着蜗杆的旋转方向 把握蜗杆，拇指指向即为涡轮的旋转方向周转轮系（包括只需要一个原动件的行星轮系和需要两个原 动件的差动轮系）的传动比： h _n： n -Ah 转化轮系从G至K所有从动轮齿数的乘积 就=忒=小房='士）转化轮系从G至K所有主动轮齿数的乘积注：不能忘记减去行星架的转速，此外，判断 G与K两轮的 转向是否相同，如果转向相同，则最后的结果符号取“ + ”， 如

13、果转向相反，则结果的符号取“-”复合轮系的传动比计算，关键在于找出周转轮系，剩下的均 为定轴轮系，计算时要先名明确传递的路线是从哪一个轮传 向下一个轮23. （周期性）速度波动：当外力作用（周期性）变化时，机械 主轴的角速度也作（周期性的）变化，机械的这种（有规律 的、周期性的）速度变化称为（周期性）速度波动（在一个 整周期中，驱动力所做的输入功和阻力所作的输出功是相等 的，这是周期性速度波动的重要特征）24. 调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上一个转动惯 量很大的回转件一一飞轮（选择飞轮的优势在于不仅可以避 免机械运转速度发生过大的波动，而且可以选择功率较小的 原动机）对于非周期性的

14、速度波动，我们可以采用调速器进行调节 （机 械式离心调速器，结构简单，成本低廉，但是它的体积庞大，灵敏度低，近代机器多采用电子调速装置） 26 .飞轮转动惯量的选择：J =华1222/人 心旦住二/zE . 1 ） Amax= E max Emin = ? J（" max" min ）= J" m。（ Amax yA/功 % ,即飞轮的动能极限差值，Amax的确定方法可以参照书本99页）（机为主轴转动角速度的算数平均值）3)§"max " min.，m（5为不均匀系数）27. （刚性）回转件的平衡：目的是使回转件工作时离心力达到 平衡

15、，以消除附加动压力，尽可能减轻有害的机械振动。（平面）平衡的方法：安装平衡质量，使得配重对轴的离心 力（或质径积）的矢量和与要平衡的重量的离心力（或质径 积）矢量和为0注：对于一些轴向尺寸较小的回转件，如叶轮，飞轮，砂轮 等，可近似地认为其质量分布在同一平面内，但是对于一些 轴向尺寸较大的回转件，如多缸发动机曲柄，电动机转子， 汽轮机转子和机床主轴等，其质量分布于多个平面内，不可 以看作在同一平面内进行质量平衡的计算28. 螺纹的用途：1）链接2）传动螺纹参数：S=nP（S为导程，P为螺距，n为螺旋线数，注：P 为相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离， S为同一条 螺旋线上的相邻两牙在中径线

16、上对应两点的轴向距离 ）关于螺纹升角：tan'=也,d2为中径d2螺纹的类型：1）矩形螺纹（牙侧角6 =0° ） 2）非矩形螺纹（牙侧角6乒0° ）:三角形螺纹（牙型角a =60°为国家标准 普通螺纹，牙型角a =55°为管螺纹）、梯形螺纹（牙型角a =75° ,牙侧角6 =15° ）、锯齿形螺纹（牙型角 a =33° ,牙 侧角6 =3° ）螺纹的效率（有效功与输入功的比）：螺旋副的效率仅与螺纹 升角甲有关，锯齿形螺纹的牙侧角比梯形螺纹的牙侧角小， 所以锯齿形螺纹的效率比梯形螺纹的效率高，但是只适用于 承

17、受单方向的轴向载荷自锁条件：1）矩形螺纹当斜面倾角小于摩擦角时， 发生自锁2） 非矩形螺纹，当螺纹升角小于等于当量摩擦角时发生自锁 注：用于连接的紧固螺纹必须满足自锁条件， 当量摩擦角arctan 口，«为摩擦系数，E为牙侧角）cos :29. 螺纹链接的基本类型：1）螺栓连接（螺栓和螺母配合） 普通螺栓连接：螺栓与孔之间有间 隙，孔中不切制螺纹，加工简便， 成本低，应用最广皎制孔用螺栓 连接：其螺杆外径与螺栓孔的内径 具有同一基本尺寸，螺栓与孔之见 没有空隙，并常采用过渡配合，它 适用于承受垂直螺栓轴线的横向载 荷2）螺钉连接（螺钉直接旋入螺纹孔， 省去螺母）：结构简单，但是不能经

18、 常拆装，经常拆装会使连接件的螺 纹被磨损而失效3）双头螺柱连接：连接较厚的被连接 件，或者为了结构紧凑而采用盲孔 的连接，该连接允许多次拆装而不 损坏被连接件4）紧定螺钉连接：固定两零件的相对 位置，并可传递不大的力或者转矩常见的螺纹紧固件：螺栓（有多种头部形状）、双头螺柱（有座端和螺母端两个端）、（紧固）螺钉（末端有平端、锥端、圆尖端）、 螺母、垫圈（增大被连接件的支承面积以减小接触的挤压应力）30. 预紧：对于不承受轴向工作载荷的螺纹，轴向的力即为预紧 力螺纹连接的拧紧力矩 T等于克服螺纹副相对转动的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2之和为了充分发挥螺栓的工作能力和保证预紧可靠，螺

19、栓的预紧应力一般可达材料屈服极限的50%70%,小直径的螺栓装配时应施加小的拧紧力矩,否则容易将螺栓杆拉断，力矩的大小通常由经验判断， 但是为了保证质量可以选择测力 矩扳手或者定力矩扳手31. 防松：连接用的三角形螺纹具有自锁性，一般情况下不会发 生脱落，但是在冲击、振动、变载的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，另外高温螺纹 连接有可能导致变形脱落，所以要进行防松常用的防松措施：弹簧垫片：反弹力使螺纹间保持压紧力和摩擦力对顶螺母：两个螺母的对顶作用，使得螺栓始终受到附加 的拉力和附加的摩擦力，结构简单，适用于低速重载的场台尼龙圈 锁紧螺母：螺母中嵌有尼龙圈，拧上后尼龙圈内孔被胀大，箍紧螺栓槽型

20、螺母开口销圆螺母用带翅垫片止动垫片：垫片折边以固定螺母和被连接件的相对位置其它方法：用冲头冲 2-3点防松、粘合剂涂于螺纹旋台后粘合剂固化粘合达到防松效果32.齿轮失效形式：1）轮齿折断2）齿面点蚀3）齿面胶台4） 齿面磨损5）齿面塑性变形 轮齿折断：一般发生在齿根处，因为齿根处受到的弯曲应力最大，淬火钢或铸铁制成的齿轮（闭式硬齿面齿轮）容易发生这种现象 齿面点蚀：最先出现在齿面节线处， 细小裂纹扩展后颗粒剥落造成，通常发生在闭式软齿面齿轮上 齿面胶台：发生在齿顶、齿根等相对速度较大处，高速重载运动中，摩擦产生高温引润滑油失效，齿面金属粘连，相对运动时较软的齿面沿滑动 方向被撕下形成沟纹（解决

21、方法：1）提高齿面硬度2）减小齿面粗糙度3）增加润滑剂 的粘度（低速）4）加抗胶台剂） 齿面磨损：1）磨粒磨损：颗粒进入齿面间引起磨粒磨损，开式传动中难以避免，齿阔变形，导致噪声和振动，最终传动失效 2）跑台磨损：新 制造的齿轮表面不光洁，刚开始运转时会有磨损，使得表面变光洁，跑合结束后应该清 洗并更换润滑油齿面塑性变形：重载导致齿面局部塑性变形， 使齿阔失去正确的齿形，在过载严重和启动频繁的传动中常见33. 齿轮的接触强度由齿轮的模数和齿数乘积mz决定，mz越大，接触强度越大齿轮的弯曲强度由齿轮的模数 m决定34. 齿轮径向力判断：所有齿轮的径向力都指向齿轮的轴心齿轮圆周力向力判断：圆周力都

22、沿齿轮旋转地切线方向，主动轮的圆周力与转动方向相反，从动轮圆周力与转动方向相同齿轮轴向力判断（斜齿轮有，直齿轮没有）：对于圆锥齿轮， 轴向力从小端指向大端，判断一般斜齿轮主动轮的轴向力可用左右手法则，左旋用左手，右旋用右手，用对应的手四指沿主动轮的转向把握齿轮，拇指方向即为轴向力的方向， 从动轮的轴向力方向与主动轮轴向力方向即可注：一对齿轮中，一齿轮的轴向力与另一齿轮的径向力是反作用里，也就是说等大（巳表示径向力/ Fa表示轴向力/ Ft表示圆周力）35. 轴：轴的作用是支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、 凸轮等轴的分类：1）按承受的载荷分：转轴：传递扭矩又承受弯矩（减速器转轴）只传递扭矩（卡车底部的 传动轴）只承受弯矩 2）按轴的形状分：直 轴俾曲轴（汽车发动机轴）挠性钢丝轴可不 要求轴的设计：1）为了便于安装，轴一般设计成从轴端逐渐向 中间增大的阶梯状，装零件的轴端应该有倒角， 需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应 该有退刀槽2）零件在轴向上的定位由轴肩或者 套筒确定3）零件在轴向上的固定由轴肩、套筒、 螺母或轴端挡圈（轴端上的零件多使用轴端挡圈 固定）来实