机械设计基础总复习详解

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1、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 使用功能使用功能要求 经济性经济性要求 劳动保护劳动保护要求 可靠性可靠性要求 其它专用专用要求 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

2、 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 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 两构件之一为固定时的运动副 1 2 2 1 2 1 平 面 运 动 副 一

3、、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=3n2PL 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 3n 2 PL 1 Ph 2 2 、自由度计算公式、自由度计算公式 机构具有确定运动的条件是：机构具有确定运动的条件是： （1）机构自由度 F0， （2）机构自由度 F等于原动件数。

4、六、计算平面机构自由度的注意事项 1 1、复合铰链、复合铰链 2 2、局部自由度、局部自由度 3 3、虚约束、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

5、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，该该 机构为机构为双曲柄机构双曲柄机构。 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， 该机构为为双摇杆机构双摇杆机构。 （2） 若不满足杆长和条件： 该机构只能是双摇杆机构。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0。 四、压力角和传动角 （1）机构压力角

6、: 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，通常用表示。 传动角：压力角的余角。 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：避免措施： u 两组机构错开排列，如火车轮机构; u 靠飞轮的惯性飞轮的惯性（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、

7、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。 C B S2 e O v rmin w1 2 1 3 n n F P C B S2 e O v rmin 1 2 1 3 n n F “ F F P 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 tg 1、 F一定时， 压力角越大 ，有害分力 F

8、“越大，机构的 效率越低。 上式表明： 2、 自锁：当增大到一定程度， 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 ） C B S e O v rb 1 2 1 3 n n F F“ F P 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。 C B S2 e O v rmin

9、1 2 1 3 n n F F“ F P 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

10、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：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（9398）； 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

11、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： 两齿轮的模数模数和分度圆压力角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： 重合度重合度 渐开线直齿圆柱齿轮的重合度、中心距概念 P59 =实际啮合线段/啮合点间距1 1、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

12、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： u 选用ZZmin的齿数 u 采用xxmin的变位齿轮 直齿圆柱齿轮啮合直齿圆柱齿轮啮合： 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。 九九、直直、斜齿轮的啮合特点斜齿轮的啮合特点 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斜齿轮传动的正确啮合条件 u两轮的模

13、数和压力角必须相等 u两轮分度圆柱螺旋角（称螺旋角）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： 第五章第五章 轮轮 系系 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

14、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一、定轴轮系及其传动比 注意：惰轮惰轮或过桥齿轮过桥齿轮。 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

15、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：利用公式计算时应注意： 4. 四、轮系的应用四、轮系的应用 1.1.实现相距较远的两轴之间的传动实现相距较远的两轴之间的传动 2 2. .实实现变速传动现变速传动 3. 3. 实现大速比和大功率传动实现大速比和大功率传动 4 4. .实实现运动的合成与分解现运动的合成与分解 第第9 9章章 机械零件设计概论机械零件设计概论 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、机械零件设计概述一、机械零件设计概述 机械设计应满足的要求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

16、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，称为失效失效。破坏是 失效，但失效并不单纯意味着破坏。 工作能力工作能力：在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的 限度，称为工作能力工作能力。此限度对载荷而言时，又称为承载 承载 能力能力。 机械零件可能的失效形式失效形式归纳起来主要有： u断裂或塑性变形 u过大的弹性变形 u工作表面的过度磨损或损伤 u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） u联接的松弛 u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，通常称为工作能工作能 力计算准则力计算准则。 机械零件的设计准则有： 1)1) 强度