机械设计基础总复习

绪论重点难点：

机械的组成、

机械设计的基本要求

机械设计的一般过程机器的组成：原动机部分传动部分执行部分润滑、显示、照明等辅助系统控制系统传感器传感器传感器一、机械的组成：机器+机构+工具

1、机械：

能实现预期的机械运动的构件系统（包括机架）称为机构。2、机构（P1）机构和机器的区别（P2

）构件与零件的区别（P2

）注意：二、机械设计的基本要求

使用功能要求

经济性要求

劳动保护要求

可靠性要求其它专用要求三、机器设计的一般过程

市场调研可行性研究方案设计试制试验小批生产试销投产设计任务书定出最佳方案装配图、零件图、技术文件样机评价改进考核工艺性收集用户意见产品销售技术设计第一章平面机构的自由度重点、难点：

运动副的概念

平面机构运动简图的绘制

平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算注意事项：

复合铰链、局部自由度、虚约束的概念常用运动副的符号运动副名称运动副符号两运动构件构成的运动副转动副移动副12121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副122121平面运动副一、构件的表示与分类

1、构件的表示杆、轴类构件固定构件同一构件两运动副构件三运动副构件二、机构运动简图的绘制步骤

1、分析机构2、适当选择投影面3、选择适当的比例尺，绘制机构运动简图4、标出原动件，给各构件标上代号五、平面机构的自由度定义：机构相对于机架所具有的独立运动的数目。活动构件数

n

计算公式：

F=3n－2PL—Ph

要求：记住上述公式，并能熟练应用。构件总自由度低副约束数3×n2×PL1

×Ph2、自由度计算公式机构具有确定运动的条件是：（1）机构自由度F>0，（2）机构自由度F等于原动件数。六、计算平面机构自由度的注意事项1、复合铰链2、局部自由度3、虚约束平面机构的虚约束常出现于下列情况：（1）两构件构成多个移动副且导路互相平行（2）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副,

只有一个转动副起作用。（3）机构中传递运动不起独立作用的对称部分存

在虚约束。第二章

平面连杆机构重点、难点：

四杆机构的急回性、压力角、传动角

曲柄存在的条件

四杆机构的设计P32(作业)一、铰链四杆机构有整转副的条件1.整转副：2.整转副存在的条件：两构件能相对转动360°的转动副。杆长和条件。（1）整转副存在的条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（杆长和条件）（2）整转副是由最短杆与其邻边组成。二、铰链四杆机构类型的判断条件（1）在满足杆长和的条件下：

1）取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，该机构为双曲柄机构。

2）取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，该机构为曲柄摇杆机构。

3）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，该机构为双摇杆机构。（2）若不满足杆长和条件：

该机构只能是双摇杆机构。注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长<其余三杆长度之和。行程速度变化系数：（或行程速比系数）K表示：=

K=θ=180°（K-1）/（K+1）v2/v1（C2C1/t2）/

（C1C2/t1）t1/t21/2（180°+θ）/（180°-θ）===

极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质越显著。极位夹角计算公式：

式中θ为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角，称为极位夹角（

C2AC1）。三、急回特性连杆机构输出件具有急回特性的条件1）原动件等角速整周转动；2）输出件具有正、反行程的往复运动；3）极位夹角θ>0。四、压力角和传动角（1）机构压力角:在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下:机构中驱使输出件运动的力与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用α表示。传动角：压力角α的余角。五、死点位置：（主动件条件）

在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下:

当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中心A的力，对A点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置

。避免措施：

两组机构错开排列，如火车轮机构;

靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。第三章凸轮机构重点、难点：

反转法原理

凸轮机构的图解法设计

凸轮机构基本参数的关系一、从动件常用运动规律1、匀速运动规律（推程段）2、等加速等减速运动规律3、简谐运动4、正弦加速度运动（摆线运动）5、组合运动二、压力角与作用力的关系压力角:

从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角。凸轮机构的压力角：

接触点法线与从动件上作用点速度方向所夹的锐角。CBS2eOvrminw1213αnnFPCBS2eOvrminω1213αnnF"F'FP

力F分解为沿从动件运动方向的有用分力F'和使从动件紧压导路的有害分力F"。F"＝F'

tgα1、F'一定时，压力角α越大

，有害分力

F"越大，机构的效率越低。

上式表明：2、自锁：当α增大到一定程度，使有害分力F"在导路中所引起的摩擦阻力大于F′时，无论凸轮加给从动件的作用力有多大

，从动件都不能运动，这种现象称为自锁。

三、压力角与凸轮机构尺寸的关系（P45）CBSeOvrbω1213αnnF'F"FP

直动从动件盘形凸轮压力角为：公式说明：

在其它条件不变的情况下，基圆半径越小，压力角越大，机构越紧凑。

为了减小推程压力角，应将从动件导路向推程相对速度瞬心的同侧偏置，即e为负值。但同时会产生使回程压力角增大的现象，所以e不能过大。CBS2eOvrminω1213αnnF'F"FP

凸轮设计的基本原理采用的是“反转法”，即凸轮轮廓设计中，是认为凸轮静止不动，从动件相对于凸轮轴心做反方向（反转）运动，并令从动件相对其导路按给定的运动规律运动。四、直动从动件盘形凸轮轮廓设计2、再按空间尺寸要求决定凸轮的基圆半径。1、根据工作要求先确定从动件运动规律。设计步骤小结：3、用反转法，分段绘制从动件“尖顶”的运动轨迹。4、根据从动件型式绘制出凸轮轮廓。

滚子直动从动件盘形凸轮：为了使凸轮轮廓既不变尖，又不相交，滚子半径必须小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径min。第四章齿轮机构重点、难点：1.渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及其基本尺寸计算2.渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件、重合度、中心距概念3.轮齿切削加工方法和原理，4.根切现象、最小齿数及变位齿轮的概念5.齿轮的各种失效形式6.斜齿圆柱齿轮传动一、齿轮传动机构的特点优点：3）传动比稳定；1）适用的圆周速度和功率范围广；6）可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交

错轴之间的传动。2）传动效率高（93％～98％）；4）寿命较长；5）工作可靠性较高；缺点：1）要求较高的制造和安装精度，成本较高。2）不适宜于远距离传动。二、对齿轮传动的基本要求机械系统对齿轮传动的基本要求归纳起来有两项：1、传动要准确平稳2、承载能力大三、齿廓啮合基本定律

要使齿轮保持定角速比，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四、标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算（作业）三、一对齿轮正确啮合条件是：两齿轮的模数和分度圆压力角必须分别相等。一对齿轮的传动比为：齿轮连续传动的条件是：重合度渐开线直齿圆柱齿轮的重合度、中心距概念

P59

ε

=实际啮合线段/啮合点间距>11、成形法

利用具有渐开线齿槽形状的成形铣刀直接切制出齿轮齿廓的方法。八、渐开线齿轮的切齿原理

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。在范成法中：对于标准齿轮避免根切的方法有：

选用Z>Zmin的齿数采用x>xmin的变位齿轮直齿圆柱齿轮啮合：

齿面接触线与齿轮轴线平行，轮齿沿整个齿宽同时进入或同时退出啮合。九、直、斜齿轮的啮合特点缺点：轮齿上的载荷是突然加上或突然卸掉的，容易引起冲击和振动，不适宜高速传动。

斜齿轮啮合：

齿面接触线是斜直线，接触线先由短变长，再由长变短，直至脱离啮合。特点：减少了传动时的冲击和噪音，提高了传动平稳性，故斜齿轮适用于重载高速传动。斜齿轮传动的正确啮合条件两轮的模数和压力角必须相等两轮分度圆柱螺旋角（称螺旋角）β必须大小相等，方向相反。斜齿轮传动的优缺点（1）在传动中，其轮齿逐渐进入和逐渐脱开啮合，传动平稳，冲击和噪声小；（2）重合度大，故承载能力高，运动平稳，适用于高速传动；（3）不产生根切的最小齿数比直齿轮少，故结构紧凑；

斜齿轮在工作时会产生轴向分力Fa，从而使轴向定位和结构复杂化。用人字齿轮可克服轴向推力。优点：缺点：第五章轮系重点、难点：

周转轮系的传动比计算

复合轮系的传动比计算

2、输出轴转向的表示2、首末两轴平行，用“+”、“-”表示。

3、首末两轴不平行，

用箭头表示

1、所有轴线都平行

m——外啮合的次数

1、定轴轮系的传动比计算一、定轴轮系及其传动比注意：惰轮或过桥齿轮。反转法：设nH为转臂H的转速，若给整个轮系加上一个与转臂H的速度大小相等，方向相反的公共转速，则转臂H的速度变为零，这时并不影响轮系中各构件的相对运动关系。三、周转轮系及其传动比对于任意两个齿轮为G和K，行星架为H的周转轮系，有：1.上式只适用于齿轮G、K与转臂H的回转轴线重合或平行时的情况。且G为首动轮，K为末动轮。2.等号右边的（-1)m的意义相同于定轴轮系。3.将各构件的转速代入计算式时，应带有±号。可先假定某已知构件的转向为正，则另一个构件的转向与其相同时取正号，与其相反取负号。利用公式计算时应注意：4.四、轮系的应用1.实现相距较远的两轴之间的传动2.实现变速传动3.实现大速比和大功率传动4.实现运动的合成与分解第9章机械零件设计概论重点难点：

机械设计的基本要求

机械零件的工作能力和计算准则。一、机械零件设计概述机械设计应满足的要求：在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低；在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和造型美观等。失效：机械零件由于某种原因不能正常工作（完不成规定的功能或达不到设计要求的性能）时，称为失效。破坏是失效，但失效并不单纯意味着破坏。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。此限度对载荷而言时，又称为承载能力。机械零件可能的失效形式归纳起来主要有：断裂或塑性变形过大的弹性变形工作表面的过度磨损或损伤发生强烈的振动（当周期性干扰力的频率与轴的自振频率相等或接近时，就会发生共振，导致振幅急剧增大，这种现象称为失去振动稳定性。共振可能在短期内使零件损坏）联接的松弛摩擦传动的打滑等对于各种不同的失效形式，相应地有各种工作能力判定条件。这种为防止失效而制定的判定条件，通常称为工作能力计算准则。机械零件的设计准则有：强度准则刚度准则寿命准则振动稳定性准则可靠性准则二、疲劳曲线(作业)表示应力σ与应力循环次数N之间的关系曲线称为疲劳曲线，如图9-3所示。从图中可以看出，应力越小，试件能经受的循环次数就越多。

当循环次数N超过某一数值N0以后，曲线趋向水平，即可以认为在“无限次”循环时试件将不会断裂。N0称为循环基数，对应于N0的应力称为材料的疲劳极限。通常用σ-l表示材料在对称循环变应力下的弯曲疲劳极限。疲劳曲线的左半部（N＜N。），可近似地用下列方程式表示：对称循环变应力作用下，任意循环次数N时的疲劳极限为磨粒磨损粘着磨损（胶合）疲劳磨损（点蚀）腐蚀磨损三、磨损的主要类型第十章连接重点、难点：

螺纹副的受力分析、效率和自锁；

提高螺纹联接强度的措施1、矩形螺纹2、非矩形螺纹一、螺旋副的受力分析、效率和自锁3、螺旋副效率F=Fatg(ψ+)作用在滑块上F为一驱动力，轴向载荷Fa为一阻力，总反力为Fr。FaFFnFrfFfψ

ρψ

v若使滑块等速沿斜面上升，滑块所受三力平衡：可得：ψ+ρFaFFrF+Fa

+Fr=0拧紧时：1）、螺纹受力分析1、矩形螺纹（=0)ψ—螺旋升角—摩擦角F=Fatg(ψ-)松开时：相当于使滑块等速沿斜面下滑，轴向载荷Fa变为驱动力，F变为维持滑块等速运动所需的平衡力。FaFFrfFnvψ

Fnρψ

FFrFaψ-ρ

可得：F=Fatg(ψ-)分析：ψ-0，ψ，

F0<<<

说明滑块不能在重力作用下下滑。这一现象称为自锁现象。螺旋千斤顶就是利用这一原理工作的。2）、螺纹自锁1、

受力分析上升：F=Fatg(ψ+')下滑：F=Fatg(ψ-')2、螺纹自锁条件为：

ψ‘——当量摩擦角<2、非矩形螺纹3、螺旋副效率螺旋副的效率问题是由于摩擦引起的：上升：F=Fatg(ψ)若不考虑摩擦时：若考虑摩擦时：F=Fatg(ψ+')ψ

FaFFrψ+ρFaFFr1、螺纹联接的基本类型以及适用场合（P139）a)普通螺栓联接1）、螺栓联接b)精密螺栓联接(铰制孔用螺栓连接)2）、螺钉联接3）、双头螺柱联接4）、紧定螺钉联接二、螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件2、螺纹紧固件1）、螺栓2）、双头螺柱3）、螺钉、紧定螺钉4）、螺母5）、垫圈垫圈的作用：增加支承面积，减少接触压强避免拧紧螺母时擦伤被连接件表面防松（弹簧垫圈）1、拧紧力矩T=T1+T2

=拧紧力矩T主要包括：螺纹副相对转动的阻力矩T1;螺母支承面上的摩擦阻力矩T2。T1T2T

三、螺纹联接的预紧和防松2、螺纹联接的防松

螺纹防松是防止螺纹副的相对转动。常用的方法见P142表10-4。

消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。1）、防松的原理2）、防松办法及措施1）利用附加摩擦力防松

2）机械防松3）其他方法防松

螺栓杆拉断螺纹的压溃和剪断磨损后的滑扣螺栓的主要失效形式有：合成受力变形图从图线可看出，螺栓受工作载荷FE时，螺栓总载荷：

FR—残余预紧力

3、螺栓联接为保证联接的紧密性（即结合面不出现间隙）：残余预紧力FR必须大于零；四、提高螺栓联接强度的措施一、降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围二、改善螺纹牙间的载荷分布三、避免或减少应力集中四、避免或减少附加应力第十一章齿轮传动重点难点：齿轮的主要失效形式齿轮的受力分析

一、齿轮轮齿的失效形式

轮齿的失效形式多种多样，较为常见的有：轮齿折断齿面点蚀齿面磨损齿面胶合齿面塑性变形闭式齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀和齿根弯曲疲劳折断。开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损和齿根弯曲疲劳折断。二、直齿圆柱齿轮上的作用力

在驱动力矩作用下，主动轮齿沿啮合线受到来自从动轮齿的法向力作用。由于直齿圆柱齿轮法面与端面重合，因此，作用在端面内，可分解成圆周力和径向力。==2T1/d1三、斜齿圆柱齿轮传动轮齿上的作用力轮齿所受总法向力Fn可分解为互相垂直的三个分力：圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fa，其计算公式为：左手/右手规则：左旋齿轮用左手，右旋齿轮用右手。主动轮轴向力判断方法：用手握住齿轮的轴线，让四指弯曲的方向与齿轮的转向相同，则大拇指的指向即为齿轮所受轴向力Fa1的方向。从动轮轴向力判断方法：而从动轮所受轴向力的方向与主动轮的相反。轴向力方向判断方法：四、直齿圆锥齿轮传动

一、齿轮上的作用力

法向力Fn分解为相互垂直的三个分力，即圆周力Ft

、径向力Fr和轴向力Fa

。第十二章蜗杆传动重点、难点:

蜗杆传动的特点

蜗杆传动主要参数

蜗杆传动失效形式。蜗杆传动：由蜗杆和蜗轮组成，用于两空间交错轴之间的传动。通常两轴交错角Σ=90°。蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。

广泛应用于各种机器和仪器中。一、蜗杆传动的特点和类型（略）二、圆柱蜗杆传动的主要参数（略）正确啮合条件：ma1=mt2=mαa1=αt2=α=20°蜗杆轴向模数蜗轮端面模数标准模数蜗杆轴向压力角蜗轮端面压力角a－下标表示轴向参数t－下标表示端面参数三、几何尺寸计算中心距a=(d1+d2)/2=m(q+z2)/2蜗杆直径系数q=d/m其他尺寸计算见P193表12-4四、蜗杆传动的失效形式1、失效形式齿面胶合齿面点蚀齿面磨损轮齿断裂

由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上。五、确定蜗轮的旋转方向

蜗轮的旋转方向与蜗杆的旋向和蜗杆的旋转方向有关。方法：左右手定则左旋蜗杆用左手定则判断右旋蜗杆用右手定则判断判断时把蜗杆看成螺杆，蜗轮看成螺母第十三章带传动与链传动重点、难点：

带传动工作情况分析。

链传动的运动特点。

提高带传动的工作能力的方法。

提高链传动的工作能力的方法。

提高链运转平稳性的方法。1、带传动的特点优点：1）适用于中心距较大的传动；2）带具有良好的挠性，可缓和冲击吸收振动；3）具有过载保护作用；4）结构简单，成本低。缺点：1）外廓尺寸大；2）需要张紧装置；3）由于带的打滑，不能保持精确的传动比；4）带的寿命短；5）传动效率较低（0.90～0.95）。一、传动带主要类型与应用（略）二、影响最大有效圆周拉力的因素初拉力F0：F与F0成正比，增大F0有利于提高带的传动能力，避免打滑。但F0

过大，将使带发热和磨损加剧，从而缩短带的寿命。包角

：摩擦系数f

：

f↑→F↑传动能力增加。对于V带，应采用当量摩擦系数fv。↑→F↑,带所能传递的圆周力增加，传动能力增强，故应限制小带轮的最小包角

1。最大应力发生在:

紧边开始进入小带轮处。带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。三、各剖面的应力分布为：由此可知：四、两种滑动现象打滑——由于过载引起的全面滑动，是带传动的一种失效形式，应当避免。弹性滑动——正常工作时的微量滑动现象，是由拉力差（即带的紧边与松边拉力不等）引起的，不可避免。

弹性滑动是如何产生的？弹性滑动引起的不良后果：●产生摩擦功率损失，降低了传动效率；●引起带的磨损，并使带温度升高；●使从动轮的圆周速度低于主动轮，即v2<v1；弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的五、带的规格抗拉体是承受负载拉力的主体。顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩。外壳用橡胶帆布包围成型。1、带的结构帘布芯结构绳芯结构2、带传动的主要失效形式●打滑

——带与带轮之间的显著滑动，过载引起。●疲劳断裂——变应力引起。

在保证不打滑的前提下，具有足够的疲劳寿命。带设计准则：按结构的不同分为滚子链和齿形链两种。六、链条◆滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。◆内链板与套筒之间、外链板与销轴之间为过盈配合；◆滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。1.滚子链2.齿形链

齿形链又称无声链，它是一组链齿板铰接而成。工作时链齿板与链轮轮齿相啮合而传递运动。七、链传动的特点①平均传动比准确，无滑动②作用在轴上压力小，对轴承的摩擦小③结构紧凑④能在恶劣的环境下工作优点：①瞬时链速和瞬时传动比不是常数②传动不平稳③传动时有噪音、冲击缺点：运动特性1在链传动中，链条包在链轮上