机械设计基础重点总结

千里之行，始于足下。第2页/共2页精品文档推荐机械设计基础》重点总结《机械设计基础》课程重点总结绪论

机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。

原动机：将其他形式能量转换为机械能的机器。

工作机：利用机械能去变换或传递能量、物料、信息的机器。

机器要紧由动力部分、传动部分、执行部分、操纵部分四个基本部分组成，它的主体部分是由机构组成。

机构：用来传递运动和力的、有一具构件为机架的、用构件间可以相对运动的连接方式组成的构件系统。

机构与机器的区不：机构不过一具构件系统，而机器除构件系统外，还含电器、液压等其他装置；机构只用于传递运动和力，而机器除传递运动和力之外，还具有变换或传递能量、物料、信息的功能。

零件是创造的单元，构件是运动的单元，一部机器可包含一具或若干个机构，同一具机构能够组成别同的机器。

机械零件能够分为通用零件和专用零件。

机械设计基础要紧研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算办法。

第一章平面机构的自由度和速度分析

1.平面机构：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构；构件相对参考系

的独立运动称为自由度；因此一具作平面运动的自由机构具有三个自由度。

2.运动副：两构件直截了当接触并能产生一定相对运动的连接。两构件经过面接

触组成的运动副称为低副；平面机构中的低副有挪移副和转动副；两构件

经过点或线接触组成的运动副称为高副；

3.绘制平面机构运动简图；P8

4.机构自由度计算公式：F=3n-2Pl-PH机构的自由度也是机构相对机架具有

的独立运动的数目。原动件数小于机构自由度，机构别具有确定的相对运动；原动件数大于机构自由度，机构中最弱的构件必将损坏；机构自由度等于零的构件组合，它的各构件之间不会产生相对运动；机构具有确定的运动的条件是：机构自由度F>0,且F等于原动件数

5.计算平面机构自由度的注意事项：（1）复合铰链：两个以上构件并且在一

处用转动副相连接（图1-13）（2）局部自由度：一种与输出构件运动无关的的自由度，如凸轮滚子（3）虚约束：重复而对机构别起限制作用的约束P13（4）两个构件构成多个平面高副，各接触点的公共法线彼此重合时只算一具高副，各接触点的公共法线彼此别重合时相当于两个高副或一具低副，而别是虚约束。

6.自由度的计算步骤：1）指出复合铰链、虚约束和局部自由度；2）指出活

动构件、低副、高副；3）计算自由度；4）指出构件有没有确定的运动。

7.发生相对运动的任意两构件间都有一具瞬心。瞬心数计算公式：

N=K(K-1)/2三心定理：作相对平面运动的三个构件共有三个瞬心，这三个瞬心位于同向来线上。

第二章平面连杆机构

1.平面连杆机构是由若干构件用低副(转动副、挪移副)连接组成的平面机

构，又称平面低副机构；最简单的平面连杆机构由四个构件组成，称为平面四杆机构。按所含挪移副数目的别同，可分为：全转动副的铰链四杆机构、含一具挪移副的四杆机构和含两个挪移副的机构。

2.铰链四杆机构：全部用转动副相连的平面四杆机构；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，别与机架直截了当相连的构件称为连杆；整转副：组成转动副的两构件能作整周的相对转动，反之称为摆动副；与机架组成整转副的连架杆称为曲柄，与机架组成摆动副的连架杆称为摇杆；铰链四杆机构可分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。

3.含一具挪移副的四杆机构：曲柄滑块机构，转动导杆机构、摆动导杆机构，

定块机构、摇块机构。含有两个挪移副的四杆机构：1）两个挪移副别相邻正切机构；2）两个挪移副相邻，且其中一具挪移副与机架相关联正弦机构3）两个挪移副相邻，且均别与机架相关联4）两个挪移副都与机架相关联

4.铰链四杆机构有整转副的条件是最短杆和最长杆长度之和小于等于其余

两杆长度之和；整转副是最短边及其邻边组成的。

5.铰链四杆机构是否存在曲柄依据：1）取最短杆为机架时，机架上有两个

整转副，故得双曲柄机构；2）取最短杆的邻边为机架时，机架上惟独一具整转副，故得曲柄摇杆机构；3）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇杆机构。假如铰链四杆机构中的最短边和最长边长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构中别存在整转副，不管取哪个构件作为机架都只能得到双摇杆机构。

6.极位角θ越大，机构的急回特性(生产设备在慢速运动的行程中工作，在

快速运动的行程中返回)越明显。急回运动特性可用行程速度变比系数K来表示：K=w2/w1=Ψ/t2/Ψ/t1=t1/t2=Ψ1/Ψ2=(180°+θ)/(180-θ)；作用

在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叫做压力角α，压力角是作为推断机构传力性能的重要标志；压力角的余角叫做传动角；压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好；压力角越大，传动角越小，机构的传力性能越差，传动效率越低。作图题：极位角和最小传动角的位置。机构中的这种传动角为零的位置称为死点位置。

第三章凸轮机构P40

分类、刚性冲击、柔性冲击

1.凸轮机构的优点是：只需设计适当的齿轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，同时结构简单、紧凑，设计方便。缺点是：凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，因此通常用于传力别大的操纵机构。

2.凸轮机构的从动件做等速运动时，造成强烈刚性冲击；做简谐运动时造成柔性冲击；做正弦加速度运动时没有冲击。

3.基圆半径越小，压力角越大，传动角越小，有害分力越大，传动效率越低，当压力角达到一定的程度，实用分力连摩擦力也克服别了。

4.平底从动件凸轮压力角为定值。

第四章齿轮机构

要紧优点：1）使用的圆周速度和功率范围广；2）效率较高；3）传动比稳定；4）寿命长；5）工作可靠性高；6）可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交织轴之间的传动。缺点：1）要求较高的创造和安装精度，成本较高；2）别适宜远距离两轴之间的传动。

1.齿廓实现定角速比传动的条件：过接触点所作的齿廓公法线必须与连心线交于一定点。

2.渐开线：当向来线在一圆周上作纯滚动时，此直线上任意一点的轨迹；渐

开线上任意一点的法线均与基圆相切；基圆之内无渐开线；渐开线齿廓上某点的法线，与齿廓上该点速度方向线之间的夹角为压力角αk。

3.一对齿轮的传动比等于两轮的转动速度之比，等于两轮角速度之比，等于两轮基圆半径的反比，等于两轮节圆半径的反比。

4.渐开线齿轮传动的可分性：一对渐开线齿轮制成之后，其基圆半径是别能改变的，即使两轮的中心距稍有改变，其角速度比仍保持原值别变。

5.齿轮各部分名称：齿根圆df、基圆db、分度圆d、齿顶圆da、齿厚s、齿槽宽e、齿距p、齿宽b、齿顶高ha、齿根高hf、全齿高h、齿隙c。

6.齿轮所有的几何尺寸都用模数的倍数来表示，因此齿数相同的齿轮，模数越大，齿轮的尺寸越大，其承载能力也就越高。d=mz;p=mπ;分度圆是具有标准模数和标准压力角（20°）的圆。模数越大，p越大，齿轮越大，齿轮抗弯能力越强，因此，模数是齿轮抗弯能力的重要标志。

h=ha+hfha=m×ha*hf=(ha*+c*)mha*=c*=（正常齿）；da=d+2hadf=d-2hfh=ha+hf

p=s+ec=c*m

db=d×cos20°

标准齿s=e=p/2

标准齿轮：分度圆上齿厚和齿槽宽相等，且齿顶高和齿根高均为标准值的齿轮称为标准齿轮。

标准齿轮缺点：1）齿数必须大于或等于最小齿数，否则回产生根切；2）别适用于实际中心距a’别等于标准中心距a的场合；3）一对相互啮合的标准齿轮。小齿轮齿根厚度小于大齿轮齿根厚度，抗弯能力有明显差不。弥补：变位齿轮P65

7.渐开线齿轮的正确啮合条件是两轮的模数和压力角分不相等。

8.分度圆和压力角是单个齿轮所具有的，而节圆和啮合角是两个齿轮相互啮

合时才浮现的。标准齿轮传动惟独在分度圆和节圆重合时，压力角和啮合角才相等，否则，啮合角大于压力角。

9.实际啮合线段与两啮合点间距离之比称为重合度，所以，齿轮延续传动的

条件是重合度大于等于1.重合度表示并且参加啮合的齿的对数，重合度越大，轮齿平均受力越小，传动越平稳。

10.渐开线齿轮的切齿原理：成形法；范成法：1）齿轮插刀；2）齿条刀；

3）齿轮滚刀

11.根切P64；对α=20和ha*=1的正常齿制标准渐开线齿轮，当用齿条加

工时Zmin=17；

12.一对歪齿轮正确啮合条件：模数相等，压力角相等，螺旋角大小相等

方向相反（外啮合）。

13.歪齿轮的法向模数和端面模数之间的关系：pn=pt×cosβ；mn=mt×cosβ

重合度：=t+FH/Pt=btanβ/pt+t;国际规定，歪齿轮的法向参数取为标注值，而端面参数为非标准值。

14.歪齿轮与直齿轮相比的优点：1）齿廓接触线是歪线，一对齿是逐渐进

入啮合和逐渐脱离啮合的，故运转平稳，噪声小。2）重合度大，并随齿宽和螺旋角β的增大而增大，故承载能力高，运转平稳，适于高速传动。3）歪齿轮别根切最少齿数小于直齿轮。

第五章轮系

1.轮系能够分为定轴轮系和周转轮系。转动时每个齿轮的几何轴线基本上固定

的，这种轮系称为定轴轮系。至少有一具轮系的几何轴线绕另一具轮系的几何轴线转动的轮系，称为周转轮系。

2.涡轮蜗杆的左右手定则：左旋用左手，右旋用右手，四指弯曲的方向是蜗

杆的旋转方向，拇指的反向是涡轮的转动方向。

3.定轴轮系传动比的数值等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的乘积与所

有主动轮齿数乘积之比。

4.惰轮（过桥齿轮）：别妨碍传动比数值大小，只起改变转向作用的齿轮。

5.一具周转轮系包括：行星轮、支持它的行星架和与行星轮相啮合的中心轮。

周转轮系传动比的计算——相对速度法。P76

6.复合轮系及其传动比。

第六章间歇运动结构

间歇运动机构：主动件延续运动时，从动件作周期性运动、时停运动的机构。分为棘轮机构、槽轮机构、别彻底齿机构、凸轮间歇运动机构。

1.止回棘爪，防止棘轮向相反方向运动。

2.槽轮机构的运动特性系数是指在一具运动循环内，槽轮的运动时刻tm对拨

盘的运动时刻t之比τ=1/2-1/z。z为槽数

第九章机器零件设计概论

1.塑性材料以屈服极限为极限应力，脆性材料以强度极限为极限应力；

2.失效也许由于：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；连接松弛；摩擦传动打滑等。

3.疲劳断裂特征：1）疲劳断裂的最大应力比静应力下材料的强度极限低；2）

疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性忽然断裂；3）疲劳断裂是损伤的积存。初期现象是；零件表面或表层形成裂纹

4.运动副中，摩擦表面物质别断损失的现象称为磨损；零件抗磨损的能力称

为耐磨性；机械中磨损的要紧类型：磨粒磨损、胶合、点蚀、腐蚀磨损。

胶合：摩擦表面受载时，实际上惟独部分峰顶接触，接触处压强非常高，能使材料产生塑性流淌。若接触处发生粘着，滑动时会使接触表面材料有一

个表面转移到另一具表面，这种现象称为粘着磨损。点蚀：在滚动或兼有滑动和滚动的高副中。受载时材料表面有非常大的接触应力，当载荷重复作用时，常会浮现表层金属呈小片状剥降，而在表面形成小坑。

第十章连接

1.螺纹的要紧几何参数：大径d（公称直径）、小径d1、中径d2、螺距P、导

程S、螺纹升角、牙型角α、牙侧角β。

2.矩形螺纹自锁条件歪面倾角小于摩擦角；非矩形螺纹自锁条件螺纹升角小

于等于当量摩擦角

3.牙侧角越大，自锁性越好，效率越低。

4.把牙型角等于60度的三角形米制螺纹称为一般螺纹，以大径为公称直径。

同一公称直径能够有多种螺距的螺纹，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹。公称直径相并且，细牙螺纹的自锁性能好，但别耐磨、易滑扣。

5.M24:粗牙一般螺纹，公称直径24，螺距3;M24×:细牙一般螺纹，公称直径

24，螺距。

6.螺纹连接基本类型：1螺栓连接；2螺钉连接；3双头螺柱连接；紧定螺钉

链接。螺纹连接的防松：摩擦防松、机械防松、铆冲粘合防松。对顶螺母属于摩擦放松。

7.螺栓的要紧失效形式：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。

8.提高螺栓连接强度的措施：1、落低螺栓总拉伸载荷的变化范围；2、改善

螺纹牙间的载荷分布；3、减小应力集中。

9.螺栓螺纹部分的强度条件。螺栓的总拉伸荷载为：工作荷载和残余预紧力。

10.键要紧用来实现轴和轴上零件间的周向固定以传递转矩；键分为平键、

半圆键、楔键、和切向键。

11.1、平键连接两侧面为工作面，定心性较好、拆装方便；要紧失效形

式是工作面的压溃和磨损。常用的有一般平键和导向平键；2、半圆键连接两侧面为工作面，具有定心较好的优点，装配方便；3、楔键连接和切向键连接上下面为工作面，工作时，要紧靠摩擦力传递转矩，并能承受单方向的轴向力。

第十一章齿轮传动

1.按照工作条件，齿轮传动可分为闭式传动和开式传动。

2.轮齿的失效形式要紧有：齿轮折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿

面塑性变形。在普通闭式齿轮传动中，齿轮的要紧失效形式是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿根部分靠近节线处最易发生点蚀，故常取节点处的接触应力为计算依据。关于开式齿轮，要紧的失效形式有：齿面点蚀和齿轮的弯曲疲劳强度破坏。

3.热处理：钢在固体状态下被加热到一定温度，保温，别同的冷却办法，改

变钢的组织结构，得到所需性能。退火：放在空气中缓慢落温。正火：空气中对流冷却。淬火:放在水中或油中冷却。

4.直齿圆柱齿轮传动的作用力及其各力的方向。P169

5.设计圆柱齿轮时设计准则：1）对闭式软齿面齿轮传动，要紧失效形式为齿

面点蚀，按齿面接触强度举行设计，按齿根的弯曲强度举行校核；2）对闭式硬齿面齿轮传动，要紧失效形式为轮齿弯曲疲劳强度破坏，按齿根的弯曲强度举行设计，按齿面的接触强度举行校核；3）对开式齿轮传动，要紧失效形式为齿面磨损和轮齿弯曲疲劳强度破坏，按轮齿的弯曲疲劳强度举行设计，将计算的模数适当修正。

6.歪齿圆柱齿轮传动，各分力的方向如下：圆周力的方向在主动轮上与运动

方向相反，在从动轮上与运动方向相同；径向力的方向对两轮基本上指向各自的轴心；轴向力的方向可由齿轮的工作面受压来决定。P177

7.螺旋角增大，重合度增大，使传动平稳，但轴向力也增大。Β=8～20

第十二章蜗杆传动

1.蜗杆传动用于传递交织轴之间的回转运动和动力；要紧优点是能得到非常大的传动比、结构紧凑、传动平稳和噪声较小却。缺点是传动效率较低，蜗轮齿圈常需用青铜创造，成本较高。正确啮合条件是蜗杆轴向模数和轴向压力角分不等于蜗轮端面模数和端面压力角。

2.要紧失效形式有胶合、点蚀、磨损等；选材：蜗杆普通采纳碳素钢或合金钢，要求齿面光洁并具有较高硬度，常采纳青铜作蜗轮齿圈。受力事情P195第十三章带传动

1.带传动的优点是：1）适用于中心距较大的传动；2）带具有非常好的挠性，

可缓和冲击，汲取振动；3）过载时，带与带轮间浮现打滑，打滑虽使运动失效，但可防止损坏其它零件；4）结构简单，成本低廉。带传动的缺点是：1）传动的外廓尺寸较大；2）需要张紧装置；3）由于带的滑动，别能保证固定别变的传动比；4）带的寿命较短；5）传动效率较低。

2.若带所需传递的圆周力超过带与轮面键的极限摩擦力总和时，带与带轮将

发生显着的相对滑动，这种现象称为打滑。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别同的概念。打滑是指由过载引起的全面滑动，应当幸免。弹性滑动是由紧、松边拉力差引起的，只要传递圆周力，浮现紧边和松边，就一定会发生弹性滑动，因此弹性滑动是别可幸免的。

3.在即将