专升本机械类-机械设计必考知识点总结

绪论·机器是执行机械运动的的装置，用来变换或传递能量，物料，信息·机器的主体部分是由许多运动构件组成的；·用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统称为机构·机构与机器的区别在于：机构只是一个构件系统，指用于传递运动和力。而机器除构件系统，传递运动和力之外，还包含电气、液压等其他装置，变换或传递能量、物料、信息·构件是运动的单元·零件是制造的单元第一章·构建相对参考系的独立运动称为自由度，一个平面自由构件有三个自由度·两构件直接接触并能产生一定相对运动的链接称为运动副·运动副分为低副与高副·低副为面接触组成的运动副，包括：转动副与移动副·高副为点接触或线接触组成的运动副·机构中的构件可分为三类：固定构件（机架）、原动件（主动件）、从动件·每个低副引入两个约束，构件失去两个自由度·每个高副引入一个约束，构件失去一个自由度·平面有K个构件，除去机架，活动构件数n为n=K-1·自由度公式F=3n-2PL-PH·计算完毕的自由度F应与机构的原动件数W相等·机构具有确定运动的条件是：机构自由度F>0，且F等于原动件数·K个构件交汇的复合铰链具有K-1个转动副·与输出构建运动无关的自由度称为局部自由度-局部自由度仅出现凸轮滚轴一种·对机构不起限制作用的约束称为虚约束，计算时排除-高副的点接触法线若重合，则有一个为虚约束第二章·平面连杆机构优点：承载能力高，耐磨损，制造简便，易于获得较高的精度平面连杆机构缺点：不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂，构件数和运动副较多时，效率较低·全部用转动副相连的平面四杆机构称为铰链四杆机构·若组成转动副的两构件能够整周相对转动，则称该转动副为整转副，否则为摆动副·与机架组成整转副的连杆架称为曲柄，与机架组成摆动副的连杆架称为摇杆·铰链四杆机构共分为三种基本形式：曲柄摇杆机构，双曲柄机构，双摇杆机构·曲柄摇杆机构中，通常曲柄为原动件，并作匀速转动，而摇杆为从动件，做变速往复摆动·双曲柄机构中用得最多的是平行四边形机构·平行四边形机构的特点：主从曲柄同步转动，连杆始终与机架平行·几种含一个移动副的四杆机构：曲柄滑块机构，偏置曲柄滑块机构，导杆机构，转动导杆机构，，摇块机构，定块机构·在导杆机构中：L曲柄小于L机架，则为摆动导杆机构L曲柄大于等于L机架，则为转动导杆机构·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·曲柄是连杆架，整转副处于机架上才能形成曲柄·-取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，为双曲柄机构-取最短杆的临边为机架时，机架上只有一个整转副，为曲柄摇杆机构-取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，为双摇杆机构长度和条件机架条件机构类型示意图Lmax+Lmin小于等于L1+L2以最短杆的相邻杆为机架曲柄摇杆机构-直接以最短杆为机架双曲柄机构-以最短杆相对杆为机架双摇杆机构-Lmax+Lmin大于L1+L2不考虑双摇杆-·曲柄摇杆机构中，摇杆在两极限位置的夹角ψ称为摇杆的摆角·急回运动特性用K（行程速度变化系数）表示·K的计算公式·从动件极限位置对应曲柄的位置夹角θ为极位夹角·K越大，θ越大，急回运动的性质也越显著·除曲柄摇杆机构外，偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构都具有急回特性·作用在从动件上的驱动力F与该力作用点瞬时速度v之间所夹锐角α称为压力角·压力角α的余角（两岸和从动摇杆件所夹锐角）称为传动角γ·α越小γ越大，机构传力性能越好；α越大γ越小，机构传力越费劲，效率越低·当机构的传动角为零时所处的位置称为死点位置·可以对从动曲柄施加外力，或利用飞轮及构件自身的惯性作用，或使用机构错位排列，使机构通过死点位置第三章·凸轮按形状可分为：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮·按从动件形式分为：尖顶从动件（适合任意形状凸轮）、滚子从动件、平底从动件·平地从动件的优点是：作用力始终与从动件的平底相垂直，传动效率高，接触面易形成油膜，利于润滑，常用于高速凸轮机构·凸轮机构的优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，结构简单紧凑，设计方便·凸轮机构的缺点：凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，多用于传力不大的控制机构·以凸轮轮廓的最小向径r0为半径所绘的圆称为基圆·近休止-推程-远休止-回程·刚性冲击·简谐运动规律在运动开始和运动终止时，加速度数值有突变导致惯性突然变化产生冲击·↑这种有限冲击称为柔性冲击，在高速状态下也会产生不良影响·正弦加速度运动：既无速度突变，也没有加速度突变，没有任何冲击，故可用于高速凸轮·压力角计算公式·基圆r0越小，压力角α越大·凸轮解题步骤画出理论轮廓（从动件有滚子的应算入滚子的半径）基圆r0确定画出偏置圆第四章·齿轮机构的主要优点：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·齿轮机构的主要缺点：要求较高的制造和安装精度，成本较高不适于远距离两轴之间的传动·不论齿廓在任何位置接触，过接触点所作的齿廓公法线都必须与连心线交于一定点·两齿相互啮合，过两齿廓的接触点做公法线，公法线与连心线的焦点称为节点·过节点所作的两个相切的圆称为节圆，以r1’、r2’表示两个节圆的半径·当一对齿轮在传动时，它的一对节圆在做纯滚动·一对外啮合齿轮的中心距恒等于其节圆半径之和，角速比恒等于其节圆半径的反比·一对渐开线齿轮支撑之后，基圆的半径是不能改变的·当一直线在一圆周上做纯滚动时，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第五章·判断蜗杆旋向时，可把蜗杆看做螺杆，蜗轮看做螺母来考察其相对运动·判断蜗杆受力的左右手定则·不影响传动比数值大小，只起到改变转向作用的齿轮称为介轮（惰轮或过桥齿轮）·轮系的应用：相距较远的两周之间的传动实现变速传动获得大传动比合成运动和分解运动第六章·常用的简谐运动机构有棘轮机构，槽轮机构机构，不完全齿轮机构和凸轮简谐运动机构第十章·螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹·机械制造中一般采用右旋螺纹·为制造方便，螺纹的线数一般不超过4·三角形牙作为连接用，梯形牙和锯齿形牙作为传动用·单线螺纹用于连接，多线螺纹用于传动·螺纹的主要几何参数：1、大径d（公称直径）2、小径d13、中径d24、螺距P5、导程S6、螺纹升角ψ（P132公式）7、牙形角α·螺纹升角小于当量摩擦角，则螺旋具有自锁特性---ψ≤ρ·螺纹升角越大，效率就越高，但影响会逐渐递减·螺栓连接：被连接件的孔中不切制螺纹，拆装方便·绞制孔用螺栓连接适用于承受垂直于螺栓轴线的横向载荷·螺钉连接：螺钉直接旋入被连接件的螺纹孔中，省去了螺母；不宜经常拆装·双头螺柱连接：多用于较厚的被连接件或为了结构紧凑而采用盲孔的连接；允许多次拆装·紧定螺钉连接：常用来固定两零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩·螺纹连接防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动·常用防松方法（P142）·采用金属薄垫片或采用O型密封圈作为密封元件，则仍可保持被连接件原来的刚度·避免附加应力的方法（P151）·螺旋传动按使用要求的不同分为三类：传力螺旋传导螺旋调整螺旋·平键的两侧是工作面。常用的平键有普通平键和导向平键两种·普通平键的端部形状可制成：圆头（A）方头（B）或单圆头（C）·键在槽中固定良好，端部的应力集中较大·轴的应力集中较小，单圆头键常用于轴端（普通平键图P155）·半圆键：能在轴槽中摆动以适应毂槽底面，装配方便·楔键的上下面是工作面·楔键在打入时使周和轮毂产生偏心e，所以楔键仅适用于定心精度低，在和平稳以及低速的连接·钩头楔键的沟头是为了拆键用的·当双向传递转矩时，需用两对切向键并分布成120°~130°·平键连接的主要失效形式是工作面的压溃和磨损·挤压强度公式，转矩公式（P158）·若单个键的强度不够时，可采用两个键，相隔180°布置·销的主要用途是固定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷第11章·按工作条件，齿轮传动可分为闭式传动和开式传动两种·齿轮的失效形式主要有5种：轮齿折断-轮齿因短时意外的严重过载引起的突然折断齿面点蚀-疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处。齿面硬度越高，抗点蚀能力越强；软齿面（HBS≤350），在开式传动中，由于齿面磨损较快，点蚀还来不及出现或扩展即被磨掉，所以一般看不见点蚀齿面胶合-因摩擦发热而使啮合区温度升高而引起润滑失效，主要发生在齿顶、齿根等相对速度较大处；提高齿面硬度和减少粗糙度值能增强抗胶合能力齿面磨损-通常有磨粒磨损和跑合磨损，在开式传动中是难以避免的；有意地使新齿轮副在轻载下进行跑合，可为随后的正常磨损创造有利条件齿面塑性变形-常在过载严重和起动频繁的传动中遇到·齿轮常用的热处理方法：表面淬火-处理后硬度较高，为硬齿面渗碳淬火↑调质-处理后的齿面硬度较低（HBS≤350）为软齿面正火↑渗氮·考虑到小齿轮齿根较薄弯曲强度较低，且受载次数较多，故小齿轮热处理时硬度比大齿轮高20～50HBS。大小齿轮都是硬齿面时，小齿轮的硬度应略高，也可和大齿轮相等·齿轮传动精度等级（P168）·齿轮的作用力：圆周力，径向力，法向力（公式P168）·直齿锥齿轮轴向力Fa的方向对两个齿轮都是由小端指向大端第12章·蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动和动力·一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动件·蜗杆传动的优点：能得到很大的传动比，结构紧凑传动平稳，噪声较小·蜗杆传动的缺点：传动效率较低，为了减磨耐磨，涡轮齿圈通常用青铜制造，成本较高·和螺纹一样，蜗杆有左右旋之分，常用的是右旋蜗杆·通过蜗杆轴线并垂直于涡轮轴线的平面，称为中间平面·蜗杆传动的设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准·正确啮合的条件（P190）·蜗杆传动的主要失效形式有胶合，点蚀，磨损·常采用青铜做蜗杆的齿圈，与淬硬磨削的钢制蜗杆相配·圆柱蜗杆传动的破坏形式主要是蜗轮轮齿表面产生胶合，点蚀，磨损·闭式蜗杆传动的效率包括三部分：轮齿啮合的效率η1，轴承效率η2，以及考虑搅动润滑油阻力的效率η3·增大导程角γ可提高效率，故常用多头蜗杆·γ小于ρ’时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低·蜗杆传动效率低，发热大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高，润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆要进行热平衡计算·如果超过温差允许值，可采用冷却措施：增加散热面积提高表面传热系数-在蜗杆轴上装置风扇；在箱体油池内装设蛇形冷却水管，或用循环油冷却第13章·摩擦性传送带，按横截面形状分为平带，V带和特殊截面带；同步带（属啮合性传送带）·平带的横截面为扁平的矩形·平带形状（P204）·带传动常用的张紧方法是调节中心距·带传动的优点：适用于中心距较大的传动带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收震动过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽使传动失效，但可防止损坏其它零件结构简单，成本低廉·带传动的缺点：传动的外廓尺寸较大需要张紧装置由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比带的寿命较短传动效率较低·带与带轮将发生显著的相对滑动，这种现象成为打滑·经常出现打滑将使带的磨损加剧，传动效率降低，以致传动失效·增大包角或增大摩擦系数，都可提高带传动所能传递的圆周力---提高承载能力·最大应力发生在紧边与小轮的接触处·由于材料的弹性变形而产生的滑动称为弹性滑动·弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念·打滑应当避免，只要有传递圆周力，就有紧边松边，一定有弹性滑动。弹性滑动不可避免·V带由抗拉体，顶胶，底胶和包布组成。抗拉体是承受负载拉力的主体·普通V带有七种型号，窄V带有四种型号（V带截面尺寸图P212）·位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld·带在带轮上打滑或发生疲劳损坏时，就不能传递动力·带传动的设计依据是保证带不打滑既具有一定的疲劳寿命·（P219）·链传动优点：没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，需要的张紧力小，结构紧凑，安装精度要求低，中心距较大时传动结构简单·链传动缺点：瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声·滚子链上相邻两滚子中心的距离称为链的节距，用p表示，它是链条的主要参数。节距越大，链条各零件的尺寸越大，所能传递的功率也越大·链条长度以链节数来表示，链节数最好取偶数·链传动中，链轮齿数越少，抖动越厉害·为改善链传动的运动不均匀性，可选用较小的链节距，增加链轮的齿数和限制链轮转速·安装链传动时主要是使链的松边的垂度不致过大，否则会产生显著震动，跳齿和脱链·齿数越多，越容易发生跳齿和脱链，所以一般大链轮齿数Z2≤120·一般链条节数为偶数，而链轮齿数最好选奇数，可使磨损较均匀·节距越大，链轮转速越高时冲击越大·设计时尽可能选用小节距的链，高速重载时可选用小节距多排链第14章·轴分为：转轴：既传递转矩又承受弯矩；传动轴：只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小；心轴：只承受弯矩不传递转矩·轴上磨削的轴段，应有砂轮越程槽；车制螺纹的轴段，应有退刀槽·安装在轴上的零件，必须有确定的轴向定位；阶梯轴上截面变化处叫做轴肩，可起轴向定位作用·有些零件依靠套筒定位·轴上零件的轴向固定，常采用轴肩，套筒，螺母，或轴端挡圈·轴肩的圆角半径r必须小于相配零件的倒角C1或圆角半径R，轴肩高h必须大于C1或R·轴向力较小时，零件在轴上的固定可采用弹性挡圈或紧定螺钉·为加工方便，各轴段的键槽宜设计在同一加工直线上，并尽可能采用同一种规格的键槽截面尺寸·合理布置轴上的零件可以改善轴的受力状况·对阶梯轴来说，在截面尺寸变化处应采用圆角过渡，尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽·在重要结构中采用卸载槽、过渡肩环、或凹切圆角增大轴肩圆角半径，减小局部应力·强度计算（P245）第16章·滚动轴承一般由内圈，外圈，滚动体【不可缺】，保持架组成·滚动轴承具有摩擦阻力小，启动灵敏，效率高，润滑简便和易于互换等优点·缺点是抗冲击能力较差，高速时出现噪声，工作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承·轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关·接触角越大，轴承承受的轴向载荷的能力也越大·滚动轴承分为：向心轴承，推力轴承·按滚动体形状可分为：球轴承，滚子轴承·滚子又分为圆柱滚子，圆锥滚子，球面滚子，滚针·常见滚动轴承类型：调心球轴承-能自动调心，适用于多支点和弯曲刚度不足的轴圆锥滚子轴承-能同时承受较大的径向在和和轴向载荷。成对使用，对称安装推力球轴承-