机械设计基础参考

1、第一章 平面机构运动简图及自由度按接触方式，将运动副分为低副和高副两类。1. 低副两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面机构中的低副有回转副和移动副两种。 转副若组成运动副的两构件只能在一个平面内相互转动，这种运动副称为回转副或称为铰链。 移动副若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。2. 高副两构件通过点、线接触组成的运动副称为高副。二、机构的组成构件用运动副联接起来则组成了机构。机构中的构件可分为三类。1.固定构件（机架）是用来支承运动构件的构件。通常机架相对地面是不动的，以机架作为参考坐标来描述其他构件的运动情况。2.原动件（主动件）是运动规律已知的活动构件

2、。它的运动由原动机（电动、液动或气动等）输入，故又称输入构件。3.从动件是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。其中输出预期运动规律的从动件称为输出构件，它的运动规律取决于原动件与中间传递运动的从动件的尺寸。一、构件的自由度一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动。二、运动副的约束 构件的自由度两构件组成运动副后，由于构件间的直接接触使某些独立运动受到了限制，自由度随之减少。对独立运动所加的限制称为约束。不同类型的运动副引入的约束不同，所保留的自由度 所示的回转副，约束了两个移动自由度，保留了一个转动自由度；而移动也不同。约束了沿某一轴方向的移动和平面内转动两个自由度，保留了沿另一轴方向

3、移动副。三、机构的自由度1.局部自由度机构中某一构件的运动不影响输出构件的运动，该构件的运动称为局部自由度。2.虚约束在机构中不产生实际约束效果的重复约束称为虚约束。虚约束常出现在下列场合：平行四边形机构 两个构件之间组成多个导路平行的移动副 两个构件之间组成多个轴线重合的回转副4.机构中对传递运动不起作用的对称部分虚约束只是在计算自由度时看作是多余的，但在机械中确实增加了机构的刚度、运动的稳定性和受力的均衡性，所以说它并不多余。第二章 平面连杆机构1.平面连杆机构由一些刚性的构件用低副联接而成，且各个运动的构件都在互相平行的平面内运动，所以又称平面低副机构2. 一、平面连杆机构特点 能够实现

4、多种运动形式的转换和得到各种复杂的运动轨迹。所以容易满足生产工艺提出的各种动作要求。 连杆机构是低副机构，各构件之间的相对运动部分均为面接触，故单位面积上的压力 所以摩擦磨损较小，构件的使用寿命较长，适于传递较大的动力较小各构件之间的接触面为圆柱面或平面，几何形状简单，便于加工制造，能得到较高精度。 构件间的相互接触是依靠运动副元素的几何形状来保证的，不像凸轮机构那样，有时需外加的弹簧力来保证从动件与凸轮的接触。 当构件数目比较多或制造精度较低时，机构的运动累积误差较大，会影响运动准确性。 6.连杆机构中，由于有的构件的运动速度在变化，产生惯性动负荷，因此常会引起冲击或振动。当机构运动速度较高

5、时，这种冲击或振动更为严重。二、平面连杆机构的类型和应用平面低副联接的三个构件不能组成机构，而只能联成一个构件平面四杆机构的类型很多，按机构中所含低副的类型不同，可以分为铰链四杆机构（由转动副联接而成）和含有1或2个移动副的四杆机构。中从动件（摇杆）行程速比系数；从动件的两个极限位置所对应的主动件的两个位置所夹角的锐角，即极位夹角。上式表明 四杆机构中有无急回特性，取决于有无极位夹角。导杆机构和偏置曲柄滑块机构都具有急回特性。四杆机构的这种急回特性，在机器中可以用来节省空回行程的时间，以节省动力和提高劳动生产率。铰链四杆机构的曲柄存在条件是：连架杆和机架中必有一杆是最短杆；最短杆与最长杆长度之

6、和小于或等于其他两杆长度之和。 平面四杆机构设计的主要内容是根据机构工作要求所提出的设计条件（如运动条件、几何条件或动力条件等）来确定机构运动简图的参数，如运动副之间的相对位置尺寸以及描绘连杆曲线的点的位置尺寸等。 经常碰到的设计问题有下面两类： 位置设计：按照给定的从动件的位置要求或行程速比系数 轨迹设计：按照给定点的轨迹设计四杆机构。 设计机构的方法有图解法、实验法、解析法等。第三章 凸轮机构凸轮机构的主要优点是：只要设计出正确的凸轮轮廓，就能使从动件按照工作要求实现其预定的运动规律，而且机构简单紧凑，设计简便。但由于凸轮与从动件间的接触是点接触或线接触，因此易磨损，传递动力比较小，而且凸

7、轮轮廓的加工比较困难。凸轮机构常用于自动化和半自动化机械及控制机构中。二、凸轮机构的分类1.按凸轮的形状分类1.盘形凸轮机构2. 移动凸轮机构 3. 圆柱凸轮机构2. 按从动件的型式分类1.尖顶从动件凸轮机构 2.滚子从动件凸轮机构3. 平底从动件凸轮机构第四章齿轮机构第一节齿轮机构的特点和分类二、齿轮机构的分类按照两轴线的相对位置和齿向，齿轮机构分为以下几种1.两轴平行的齿轮机构这种机构称为圆柱齿轮机构，用于两平行轴之间的传动。2.两轴相交的齿轮机构这种机构也称为圆锥齿轮机构，主要用于相交轴间的传动。3.两轴交错的齿轮机构这种机构主要用于交错轴间的传动。按照齿廓曲线，齿轮机构又可分为渐开线、

8、摆线和圆弧三种齿轮机构，其中渐开线齿轮机构应用最广。第二节 齿廓啮合基本定律对齿轮传动的基本要求之一是其瞬时角速度之比（或称传动比）必须保持不变，否则，当主动轮以等角速度回转时，从动轮的角速度是变化的，从而产生惯性力。这种惯性力不仅影响齿轮的寿命，而且还引起机器的振动，并产生噪声，进而影响其工作精度。齿廓啮合基本定律就是要研究当齿廓形状符合什么条件时才能满足这个基本要求。定律：不论齿廓在任何位置接触，过接触点所作的齿廓公法线均须与两轮中心连线交于一定点，这就是齿廓啮合基本定律。两轮中心连线的长度称为两轮的中心距。凡能满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓称为共轭齿廓。齿廓曲线的选择除要求满足齿廓啮合基

9、本定律外，还必须考虑制造、安装和强度等要求。在机械中，通常采用渐开线齿廓、摆线齿廓和圆弧齿廓三种，其中又以渐开线齿廓应用最广。 由上述可知，一对外啮合齿轮传动的中心距恒等于其节圆半径之和。第四节渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称和基本尺寸一、直齿圆柱齿轮各部分的名称第七节渐开线齿轮的加工方法及变位齿轮一、齿轮轮齿的加工方法齿轮轮齿常用的加工方法是切削加工。切削加工方法分为成形法和范成法两大类。1.成形法成形法就是在铣床上使用具有渐开线齿形的铣刀直接切出齿形的方法。这类方法制造精度低，生产率也低，但设备简单，刀具价廉。适用于单件或小批生产的低精度齿轮的加工。成形法加工的齿轮精度一般在9级或9级以下

10、。2.范成法范成法是利用一对齿轮（或齿轮与齿条）互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来切齿的。如果把其中一个齿轮（或齿条）做成刀具，就可以切出与其共轭的渐开线齿廓。范成法常用的有插齿及滚齿两种。插齿方法加工齿轮，精度较高（可达6-7级精度），但它的加工过程不完全连续，生产率较低。目前广泛应用的滚齿加工方法可以克服上述缺点。 滚齿生产率高，通常精度可达7或6 级。采用变位齿轮可以提高齿轮的强度和承载能力；改善齿轮的耐磨性和抗胶合性能；凑配齿轮的中心距以及避免轮齿的根切。五、斜齿轮的优缺点 斜齿轮的当量齿轮图与直齿轮相比，斜齿轮具有以下优点：齿廓接触线是斜线，一对齿是逐渐进入啮合和逐渐脱离啮合的，

11、故运转平稳、噪声小。重合度较大，故承载能力较高，运转平稳，适于高速传动。最少齿数小于直齿轮的斜齿轮的主要缺点是斜齿受力时产生轴向分 ，使轴承受轴向力作用。为了克服力这一缺点，可以采用人字齿轮。人字齿轮可看作是螺旋角大小相等、方向相反的两个斜齿轮合并而成，因左右对称而使轴向力互相抵消。人字齿轮缺点是制造较困难，成本较高。第九节圆锥齿轮机构除了节圆锥以外，圆锥齿轮还有分度圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥和基圆分锥。直齿圆锥齿轮的正确啮合条件可从当量圆柱齿轮得到，即两轮大端模数相等；两轮压力角相等； 轮的锥距相等。第五章轮系由一对圆柱齿轮啮合组成的传动比，其传动比为机构的自由周转轮系按其自由度的数目分为两种

12、基本类型差动轮系。行星轮系第八章机械设计概述第一节机械零件的主要失效形式整体断裂、塑性变形、磨损、过大的弹性变形、功能失效第二节机械零件的工作能力及工作能力准则机械零件在预定的使用期间内不发生失效的安全工作限度称为工作能力（或承载能力），是衡量机械零件工作能力的指标，称为机械零件的工作能力准则。它是抵抗零件失效，确定零件基本尺寸的依据，故也称为计算准则。一、强度准则强度是零件抵抗破坏的能力，二、刚度准则刚度是零件抵抗弹性变形的能力。三、耐磨性准则耐磨性是零件抵抗磨损失效的能力。第三节机械零件设计的一般步骤 定零件的计算简图，即建立计算模型；2.通过受力分析，确定作用于零件上的载荷；根据零件的工

13、作条件和受力情况，分析零件可能出现的失效形式，确定零件的设计计算准则；选择合适的材料；由设计准则得到的设计式确定零件主要几何参数和尺寸，并按标准规定和加工工艺要求，将零件尺寸的计算值标准化或圆整；6.根据加工、装配的工艺要求、受力情况以及减小应力集中、尺寸小重量轻等原则，确定零件的其余结构尺寸；7.绘制零件工作图，详细标注尺寸公差、形位公差和表面粗糙度及技术要求等；8.编写设计计算说明书，作为技术文件存档。第四节机械零件的强度零件的强度计算分为静强度计算和疲劳强度计算两种。第五节摩擦、磨损和润滑基础磨损按其机理可分为：磨料磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、接触疲劳磨损按摩擦表面的润滑情况，摩擦分为以下

14、三种状态：1.干摩擦状态2. 边界摩擦状态3. 液体摩擦状态润滑剂可以减少摩擦、降低磨损，有时还起防止零件锈蚀和散热降温的作用。常用的润滑剂有液体（如水、油）、半固体（如润滑脂）、固体（如石墨）和气体等几种，绝大多数场合采用的是润滑油或润滑脂。润滑油主要是由基础油（矿物油或合成油）加各种添加剂组成，其主要性能指标如下1.黏度2.倾点3.闪点4.黏温特性5. 润滑油的性能指标还有黏压特性、油性、极压性等 润滑脂是用稠化剂稠化成膏状的润滑剂，主要性能指标有：1.锥入度（或稠度）2. 滴点3. 润滑脂的性能指标还有油性和极压性能等第六节机械零件的常用材料在机械制造中，制造零件常用的材料主要是钢和铸铁

15、，其次是有色金属合金。此外，非金属材料中的橡胶、皮革、石棉、木材、塑料等，在一定的场合也有应用。钢按用途分为结构钢、工具钢和特殊钢。按化学成分，钢可分为碳素钢和合金钢。常用的铸铁有灰铸铁和球墨铸铁。有色金属合金具有很多特殊的性能，如良好的导电性、导热性和减磨性等，是机械制造中不可缺少的材料，尤其是铜合金应用更多，主要用来制造承受摩擦的零件机械制造中所用的非金属材料种类很多，主要有橡胶、塑料、木材、皮革、压纸板等。第九章联接联接的作用是使组成机器的各个零件成为相互位置固定的一个整体，以完成一定的功能。联接分为可拆联接和不可拆联接。 可拆联接，如螺纹联接、键联接、销联接及型面联接、。过盈配合联接可

16、以做成可拆的和不可拆的两种。第一节螺纹联接常用的螺纹有四种：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。三角形螺用于联接，其余三种用于传动。除矩形螺纹外，其余都已经标准化三角形螺纹的牙型角大，所以当量摩擦系数大，自锁性能好，而且牙根厚，强度高，但效率低，所以适用于作联接螺纹。普通螺纹和管螺纹管螺纹它是牙型角时制细牙螺纹，内、外螺纹旋合后无径向间隙，以保证联接的紧密性。管螺纹专门用于联接管子。四、螺纹联接的类型螺栓联接、螺钉联接、双头螺栓联接、紧定螺钉联接防松的实质是防止螺纹副的相对转动。防松的措施很多，按工作原理可分为摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副关系三类。不论螺栓组所受载荷多么复杂，都可视为是横向载荷、扭矩、轴向载荷、翻转力矩四种基本载荷的线形叠加。第二节螺旋传动一、螺旋传动的特点及分类螺旋传动主要用来把回转运动变为直线运动。螺旋传动能用较小扭矩获得较大的轴向力，传动平稳无噪声，易于自锁，但对滑动螺旋传动来说，传动效率低且螺纹表面磨损大。根据工作特点分为三类：传力螺旋：