机械设计基础知识点总结(最新版-修订)

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1、n P t P C DA B P 12 t h s 12 t h v 0 2 a 2 1 2 2 2 t h s 1 2 1 2 4 t h v 2 2 1 2 4 t h a 2 1 2 2 )( 2 t t h hs )( 4 1 2 1 2 t t h v 2 2 1 2 4 t h a 绪论：机械：绪论：机械：机器与机构的总称。机器：机器：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。机构：机构：是具有确定相对 运动的构件的组合。用来传递运动和力的有 一个构件为机架的用构件能够相对运动的连 接方式组成的构件系统统称为机构。构件：构件： 机构中的（最小）运动单元一个或若干

2、个零 件刚性联接而成。是运动的单元，它可以是 单一的整体，也可以是由几个零件组成的刚 性结构。零件：零件：制造的单元。分为：1、通用 零件，2、专用零件。 一：自由度：一：自由度：构件所具有的独立运动的数目 称为构件的自由度。 约束：约束：对构件独立运动 所施加的限制称为约束。运动副：运动副：使两构件 直接接触并能产生一定相对运动的可动联 接。高副：高副：两构件通过点或线接触组成的运 动副称为高副。低副：低副：两构件通过面接触而 构成的运动副。根据两构件间的相对运动形 式，可分为转动副和移动副。F = 3n- 2PL- PH机构的原动件（主动件）数目必须等于机 构的自由度。复合铰链： 机构的原

3、动件（主动件）数目必须等于机 构的自由度。复合铰链：三个或三个以上个 构件在同一条轴线上形成的转动副。由 m 个 构件组成的复合铰链包含的转动副数目应 为（m-1）个。虚约束：虚约束：重复而不起独立限制 作用的约束称为虚约束。计算机构的自由度 时，虚约束应除去不计。局部自由度:局部自由度: 与输 出件运动无关的自由度，计算机构自由度时 可删除。 二：连杆机构：二：连杆机构：由若干构件通过低副（转动 副和移动副）联接而成的平面机构，用以实 现运动的传递、变换和传送动力。优点：优点：(1) 面接触低副，压强小，便于润滑，磨损轻， 寿命长，传力大。(2)低副易于加工，可获得 较高精度，成本低。(3)

4、杆可较长，可用作实 现远距离的操纵控制。(4)可利用连杆实现较 复杂的运动规律和运动轨迹。缺点：缺点：(1)低副 中存在间隙，精度低。(2)不容易实现精确复 杂的运动规律。铰链四杆机构：铰链四杆机构：具有转换运 动功能而构件数目最少的平面连杆机构。整 转副：存在条件： 整 转副：存在条件：最短杆与最长杆长度之和 小于或等于其余两杆长度之和。构成：构成：整转 副是由最短杆及其邻边构成。类型判定：(1）类型判定：(1） 如果：lmin+lmax其它两杆长度之和，曲柄 为最短杆；曲柄摇杆机构：曲柄摇杆机构：以最短杆的相邻 构件为机架。双曲柄机构：双曲柄机构：以最短杆为机架。 双摇杆机构：双摇杆机构：

5、以最短杆的对边为机架。(2)(2)如 果： lmin+lmax其它两杆长度之和；不满足 曲柄存在的条件，则不论选哪个构件为机架， 都为双摇杆机构。急回运动：双摇杆机构。急回运动：有不少的平面 机构，当主动曲柄做等速转动时，做往复运 动的从动件摇杆，在前进行程运行速度较慢， 而回程运动速度要快，机构的这种性质就是 所谓的机构的“急回运动”特性。 压力角：压力角：作用于 C 点的力 P 与 C 点绝对速度 方向所夹的锐角。 传动角 ：传动角 ： 压力角的余角， 死点：死点：无论我们在原动件上施加 多大的力都不能使机构运动，这种位置我们 称为死点=0。解决办法：解决办法：（1）在机构中安 装大质量的

6、飞轮，利用其惯性闯过转折点； （2）利用多组机构来消除运动不确定现象。 即连杆 BC 与摇杆 CD 所夹锐角。 三：凸轮:三：凸轮: 一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。 从动件:从动件: 被凸轮直接推动的构件。机架: 机架: 固 定不动的构件(导路)。凸轮类型 ：凸轮类型 ： (1)盘形回转 凸轮(2)移动凸轮 (3)圆柱回转凸轮 从动件类 型： 从动件类 型：(1)尖顶从动件(2)滚子从动件(3)平底从动 件(1)直动从动件 (2)摆动从动件 1 基圆：1 基圆：以凸轮最小向径为半径作的圆，用 rmin 表示。2 推程 ：2 推程 ： 从动件远离中心位置的过 程。推程运动角t；3 远休止：3 远

7、休止：从动件在远 离中心位置停留不动。远休止角s； 4 回程:4 回程: 从动件由远离中心位置向中心位置运动的过 程。回程运动角h； 5 近休止:5 近休止:从动件靠近中 心位置停留不动。近休止角s；6 行程:6 行程:从 动件在推程或回程中移动的距离，用 h 表 示。7 从动件位移线图：7 从动件位移线图：从动件位移 S2 与凸 轮转角1 之间的关系曲线称为从动件位移 线图。1.等速运动规律:1.等速运动规律: 1、特点： 设计简单、匀速进给。始点、末点有刚性冲 击。适于低速、轻载、从动杆质量不大，以 及要求匀速的情况。 2、等加速等减速运动规律:2、等加速等减速运动规律: 推程等加速段运动

8、方程： 推程等减速段运动方程： 柔性冲击:加速度发生有限值的突变（适用于 中速场合） 3、简谐运动规律:3、简谐运动规律: 柔性冲击 四：根切四：根切根念：用范成法加工齿轮时，有时 会发现刀具的顶部切入了轮齿的根部，而把 齿根切去了一部分，破坏了渐开线齿廓，如 图这种现象称为根切。 根切形成的原因：标准齿轮：刀具的齿顶线 超过了极限啮合点 N。 不根切的条件可以表示为： 不根切的最少齿数为： 标准齿轮：指 m、ha*、c* 均取标准值， 具有标准的齿顶高和齿根高， 且分度圆齿厚s 等于齿槽宽 e 的齿轮。 成型法：成型法：加工原理：成形法是用渐开线齿形 的成形铣刀直接切出齿形。加工：(a) 盘

9、形 铣刀加工齿轮。(b)指状铣刀加工齿轮。缺点 ： 加工精度低；加工不连续，生产率低；加工 成本高。优点：可以用普通铣床加工。 范成法：范成法：加工原理：根据共轭曲线原理，利 用一对齿轮互相啮合传动时，两轮的齿廓互 为包络线的原理来加工。加工 ： (a)齿轮插刀: 是一个齿廓为刀刃的外齿轮。(b)齿条插刀 （梳齿刀）:是一个齿廓为刀刃的齿条。原理 与用齿轮插刀加工相同，仅是范成运动变为 齿条与齿轮的啮合运动。(c)滚刀切齿:原理 与用齿条插刀加工基本相同,滚刀转动时，刀 刃的螺旋运动代替了齿条插刀的展成运动和 切削运动。 九：失效：九：失效：机械零件由于某种原因不能正常 工作时，称为失效。类型

10、：（1）断裂。在机 械载荷或应力作用下(有时还兼有各种热、腐 蚀等因素作用)， 使物体分成几个部分的现象， 通常定义为固体完全断裂，简称断裂。静力 拉断、疲劳断裂。 （2）变形。由于作用零件 上的应力超过了材料的屈服极限，使零件本 身发生的变形。弹性变形、塑性变形（3）零 件的表面破坏。 腐蚀、 磨损、 接触疲劳 （点蚀） 。 （4）破化正常工作条件而引起的失效。强度 ：强度 ： 零件的应力不超过允许的限度 1、名义载荷： 在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载 荷。2、载荷系数 K：综合考虑零件在实际工 作中承受的各种附加载荷所引入的系数。3、 计算载荷：载荷系数与名义载荷的乘积。4、 11

11、 PNPB 2 sin sin * mz mha 2 * min sin 2 a h z )cos(1 2 12 t h s )sin( 2 1 1 2 tt h v )cos( 2 1 2 2 1 2 2 tt h a 名义应力与计算应力：按照名义载荷用力学 公式求得的应力称为名义应力；按照计算载 荷求得的应力称为计算应力。 5、 强度条件 ： ；计算正应力， 零件材料 的许用正应力：； 计算切应力， 零件材料的许用切应力 刚度：刚度：在载荷作用下，零件产生的弹性变形 量，小于或等于机器工作性能所允许的极限 值。设计要求：设计要求：具有预定功能的要求、具有 经济性要求采用先进设计理论和方法，

12、运用 先进工具。合理选用零件材料、降低材料费 用。设计中，尽量使重量系数下降。用最少 零件组成部件或机械，尽量采用价廉的标准 件。 提高机器效率， 降低能耗。 尽量降低包装、 运输费用。安装、拆卸方便。 、安全性要求机器中，必须配备各种防护装 置和措施，如防护罩，安全联轴器等。可靠 性要求可靠度。零件可靠度的计算公式。 机器的可靠度。提高机器可靠度的措施 。 标准：标准：标准化就是要通过对零件的尺寸、结 构要素、材料性能、设计方法、制图要求等， 制定出大家共同遵守的标准。标准化的益处： 标准化有利于保证产品质量，减轻设计工作 量，便于零部件的互换和组织专业化的大生 产， 以降低生产成本。 与设

13、计有关的标准:国 际 标 准 ISO 国 家 标 准 GB 行 业 标 准 JB 地方标准 DB 企业标准等 QB。国标分为：强制 标准和推荐标准。 强制性国家标准 ： 代号为 GB (为标准序号) (为批准 年代)强制性国标必须严格遵照执行，否则就 是违法。推荐性国家标准：代号为 GBT ，这类标准占整个国标中 的绝大多数。如无特殊理由和特殊需要，必 须遵守这些国标，以期取得事半功倍的效果。 十一：失效形式：十一：失效形式：轮齿折断：一般发生在轮 齿根部，指齿的大部分或整个齿的断落，是 轮齿中最危险的失效形式。 齿面失效：齿面疲劳点蚀和表层剥落 齿面磨损、齿面胶合、齿面塑性变形。 传动过程中

14、，主要失效形式：通常对润滑良 好的闭式齿轮传动主要发生齿面点蚀，齿根 弯曲疲劳折断。特殊情况，如严重的冲击或 有相当大的短期过载时，须注意轮齿发生过 载折断和齿面塑性变形的可能性。高速重载 而润滑条件受限制情况下，齿面胶合又可能 成为主要失效原因。开式齿轮传动的主要失 效形式是磨粒磨损。设计准则：设计准则：对于闭式软 齿面齿轮（HBS350）：齿轮的失效形式以 疲劳点蚀为主。先按齿面接触疲劳强度公式 进行计算，再用齿根弯曲疲劳强度公式进行 校核。2 对于闭式硬齿面齿轮：齿轮的失效形 式为轮齿折断；先按齿根弯曲疲劳强度作为 设计公式， 再用齿面接触疲劳强度进行校核。3 开式齿轮传动：齿轮的失效形式主要是齿面 磨损；采用弯曲疲劳强度进行设计，并适当 加大齿厚（加大模数）以延长其使用寿命。 开式齿轮不进行齿面接触疲劳强度计算。