機械設計基礎知識點總結

1、1.2.3.4.5.6.7.機械設計基礎知識點總結構件：獨立的運動單元 /零件：獨立的制造單元機構：用來傳遞運動和力的、有一個構件為機架的、用構件間能有確定相對運動的連接方 式組成的構件系統(tǒng)（機構 =機架（1個）+原動件（ 1個）+從動件（若干） 機器：包含一個或者多個機構的系統(tǒng)注：從力的角度看機構和機器并無差別，故將機構和機器統(tǒng)稱為機械機構運動簡圖的要點：1）構件數目與實際數目相同2）運動副的種類和數目與實際數目相同3）運動副之間的相對位置以及構件尺寸與實際機構成比例（該項機構示意圖不需要）運動副（兩構件組成運動副）：1）高副（兩構件點或線接觸）2）低副（兩構件面接觸組成） 例如轉動副、移動

2、副 自由度 （F ）原動件數目自由度計算公式F =3n（ n為活動構件2數（pL為）低副數Ph目Ph為高副數求解自由度時需要考慮以下問題:1）復合鉸鏈2）局部自由度3）虛約束桿長條件：最短桿+最長桿W其它兩桿之和（滿足桿長條件則機構中存在整轉副）I）II）III ）IV ）滿足桿長條件，若最短桿為機架，則為雙曲柄機構滿足桿長條件，若最短桿為機架的鄰邊，則為曲柄搖桿機構 滿足桿長條件，若最短桿為機架的對邊，則為雙搖桿機構 不滿足桿長條件，則為雙搖桿機構（搖桿左右極限位置的夾角）的大小，而曲柄轉過角度不急回特性：搖桿轉過角度均為擺角 同，例如：牛頭刨床、往復式輸送機 急回特性可用行程速度變化系數（

3、或稱行程速比系數） 8為極位夾角（連桿與曲柄兩次共線時，兩線之間的夾角）K表示壓力角：作用力 F方向與作用點絕對速度 Vc方向的夾角a從動件壓力角a =90 ° （傳動角Y =0 °）時產生死點，可用飛輪或者構件本身慣性消除 凸輪機構的分類及其特點：I）按凸輪形狀分：盤形、移動、圓柱凸輪（端面）II）形狀分：1）尖頂一一構造簡單，易磨損，用于儀表機構（只用于受力不大的低速機構） 滾子一一磨損小，應用廣3）平底一一受力好，潤滑好，用于高速轉動，效率高，但是無法進入凹面 III ）按推桿運動分：直動（對心、偏置）、擺動IV）按保持接觸方式分:閉（重力、彈簧等）、幾何形狀封閉（凹

4、槽、等寬、等徑、主回凸輪）10. 凸輪機構的壓力角：從動件運動方向與凸輪給從動件的力的方向之間所夾的銳角從動件的力的方向沿接觸點的法線方向）壓力角的大小與凸輪基圓尺寸有關，基圓半徑越小，壓力角慮增大基圓的半徑）11. 凸輪給從動件的力F可以如圖分解為沿從動件的有用分力力 F' ' F' =F'tana ）12. 凸輪機構的自鎖現象：在 a角增大的同時，F'增大，使導路摩擦力大于有用分力F '系統(tǒng)無法運動，當壓力角超過許用值【a】即發(fā)生自鎖，【a】在擺動凸輪機構中建議35° -45 °，【a】在直動凸輪機構中建議30°

5、，【a】在回程凸輪機構中建議70° -80 °8.9.按推桿2）力封a （凸輪給a越大（當壓力角過大時可以考F '和使從動件壓緊導路的有害分F，13.凸輪機構的運動規(guī)律與沖擊的關系：I）多項式運動規(guī)律：1）等速運動規(guī)律一一剛性沖擊 2）等加等減速（二次多項式）運動規(guī)律一一柔性沖擊一次多項式）運動3）五次多項式運動規(guī)律一一無沖擊（適用于高速凸輪機構）II）三角函數運動規(guī)律:運動規(guī)律柔性沖擊2）正弦加速度（擺線）運動規(guī)律無沖擊將集中運動規(guī)律組合，以改善運動特性14.凸輪滾子機構半徑的確定：1）余弦加速度（簡諧）III ）改進型運動規(guī)律：I）輪廓內凹時：Pa=P+rT I

6、I ）輪廓外凸時：Pa=P-rT （當Pg = P Pt = 0 時，輪廓變尖，岀現失真現象，所以要使機構正常工作，對于外凸輪廓要使P min A Pt )注：平底推桿凸輪機構也會岀現失真現象，可以增大凸輪的基圓半徑來解決問題15.齒輪嚙合基本定律：設 P為兩嚙合齒輪的相對瞬心（嚙合齒輪公法線與齒輪連心線O1O2 交點、；豹 1O2Prb2點、)， 12 = = =©201 P rb1O2P（傳動比需要恒定，即需要為常數）QP16. 齒輪漸開線（口訣）：弧長等于發(fā)生線，基圓切線是法線，曲線形狀隨基圓，基圓內無漸開線 嚙合線：兩嚙合齒輪基圓的內公切線 嚙合角：節(jié)圓公切線與嚙合線之間的夾

7、角a 17. 齒輪的基本參數： 分度圓：人為規(guī)定（標準齒輪中分度圓與節(jié)圓重合） 示（無下標）（即節(jié)圓的壓力角），分度圓參數用r、d、e、s、p=e+s 表全齒高h =ha +hf齒寬（輪齒軸向的厚度）B輪齒的齒數為z模數m：分度圓的周長 =Jid =zp= d = zp/兀，人為規(guī)定p/j!只能取某些簡單的值, 故定義m = p/兀,有d =mzr = -mz2齒輪各項參數的計算公式：d = mzr為分度圓半徑）18.分度圓壓力角 a =arcos （ rb/r）（ rb為基圓半徑,所以 db =dcosa =mzcosa所以pn=p嚴旦Jmzcosdz=P cos19.齒輪重合度：表示同時參

8、加嚙合的輪齒的對數，用 輪齒平均受力越小，傳動越平穩(wěn)®® > 1才能連續(xù)傳動）表示，呂越大,20.理論上齒側間隙為0即 si-02=0,頂隙c為標準值即c = cm標準安裝時的中心距a =ra1+ c + r2f = r1 卄2漸開線齒輪的加工方法：1）和指狀銑刀），成形法的優(yōu)點： 僅適用于單件生產及精度要求不高的齒輪加工成形法（用漸開線齒形的成形刀具直接切岀齒形，例如盤銑刀方法簡單，不需要專用機床；缺點：生產效率低，精度差，2）范成法（利用一對齒輪（或者齒輪與齒條）互相嚙合時，其共軛齒闊互為包絡線的原理來切齒的），常見的刀具例如齒輪插刀（刀具頂部比正常齒高岀 cm，

9、以便切岀頂隙部分，刀具模擬嚙合旋轉并軸向運動，缺點：只能間斷地切削、生產效率低）、齒條插刀（頂部比傳動用的齒條高岀c m，刀具進行軸向運動,、齒輪切岀的齒輪分度圓齒厚和分度圓齒槽寬相等，缺點：只能間斷地切削、生產效率低） 滾刀（其在工作面上的投影為一齒條，能夠進行連續(xù)切削）22.最少齒數和根切（根切會削弱齒輪的抗彎強度、使重合度S下降）：對于 a =20 °和ha=123.的正常齒制標準漸開線齒輪，當用齒條加工時，其最小齒數為齒標準齒輪的實際最小齒數可取14 ）如何解決根切？變位齒輪可以制成齒數少于最少齒數而無根切的齒輪，可以實現非標準中 心距的無側隙傳動，可以使大小齒輪的抗彎能力比

10、較接近，還可以增大齒厚，提高輪齒的抗彎強度（以切削標準齒輪時的位置為基準，刀具移動的距離xm稱為變位量，x稱為變?yōu)橄禂担⒁?guī)定遠離輪坯中心時 x為正值，稱為正變位，反之為負值，稱為負變位）輪系的分類：定軸輪系（軸線固定）、17 （若允許略有根切，正常周轉輪系（軸有公轉）、復合輪系（兩者混合）一對定軸齒輪的傳動比公式：i abna =至nbza對于（定軸）齒輪系，設輸入軸的角速度為時1，輸岀軸的角速度為mi 1m所有從動輪齒數的乘積 所有主動輪齒數的乘積同時指向或者背右旋用右齒輪系中齒輪轉向判斷 （用箭頭表示）：兩齒輪外嚙合時，箭頭方向相反， 離嚙合點，即頭頭相對或者尾尾相對；兩齒輪內嚙合時，箭

11、頭方向相同 蝸輪蝸桿判斷渦輪的轉動方向：判斷蝸桿的螺紋是左旋還是右旋，左旋用左手， 手，用手順著蝸桿的旋轉方向把握蝸桿，拇指指向即為渦輪的旋轉方向 周轉輪系（包括只需要一個原動件的行星輪系和需要兩個原動件的差動輪系）的傳動比： 注：不能忘記減去行星架的轉速，此外，判斷G與K兩輪的轉向是否相同，如果轉向相同，則最后的結果符號取“ + ”，如果轉向相反，則結果的符號取“-”復合輪系的傳動比計算，關鍵在于找岀周轉輪系，剩下的均為定軸輪系，計算時要先名明 確傳遞的路線是從哪一個輪傳向下一個輪24.25.（周期性）速度波動：當外力作用（周期性）變化時，機械主軸的角速度也作（周期性的） 變化，機械的這種（

12、有規(guī)律的、周期性的）速度變化稱為（周期性）速度波動（在一個整周 期中，驅動力所做的輸入功和阻力所作的輸岀功是相等的，這是周期性速度波動的重要特 征）調節(jié)周期性速度波動的常用方法是在機械中加上一個轉動慣量很大的回轉件一一飛輪（飛輪的優(yōu)勢在于不僅可以避免機械運轉速度發(fā)生過大的波動，而且可以選擇功率較小的原 動機）對于非周期性的速度波動，我們可以采用調速器進行調節(jié)（機械式離心調速器，結構簡單,成本低廉，但是它的體積龐大，靈敏度低，近代機器多采用電子調速裝置）（選擇Am ax26飛輪轉動慣量的選擇：f12 2 2注：1 )Amax =Emax Emin qJmax «min) = J

13、1;m6( Amax 為最大功虧，即飛輪的動能極限差值，Amax的確定方法可以參照書本99頁）（©m為主軸轉動角速度的算數平均值）E max min3) 0 =«m（6為不均勻系數）27. （剛性）回轉件的平衡： 能減輕有害的機械振動。（平面）平衡的方法：安裝平衡質量，使得配重對軸的離心力（或質徑積）的矢量和與要平 衡的重量的離心力（或質徑積）矢量和為0注：對于一些軸向尺寸較小的回轉件，如葉輪，飛輪，砂輪等，可近似地認為其質量分布在 同一平面內，但是對于一些軸向尺寸較大的回轉件，如多缸發(fā)動機曲柄，電動機轉子，汽輪 機轉子和機床主軸等，其質量分布于多個平面內，不可以看作在同一

14、平面內進行質量平衡的 計算28. 螺紋的用途：1）鏈接2）傳動螺紋參數：S=nP（S為導程，P為螺距，n為螺旋線數，注：P為相鄰兩牙在中徑線上對應兩 點間的軸向距離，S為同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應兩點的軸向距離）目的是使回轉件工作時離心力達到平衡，以消除附加動壓力，盡可關于螺紋升角:nPtan屮=,d2為中徑兀d2螺紋的類型： 紋（牙型角a=75 °，牙側角3 =15 °）、鋸齒形螺紋（牙型角 螺紋的效率（有效功與輸入功的比）：螺旋副的效率僅與螺紋升角屮有關，鋸齒形螺紋的牙側角比梯形螺紋的牙側角小，所以鋸齒形螺紋的效率比梯形螺紋的效率高，但是只適用于承 受單方向

15、的軸向載荷 自鎖條件：1）矩形螺紋當斜面傾角小于摩擦角時，發(fā)生自鎖 于等于當量摩擦角時發(fā)生自鎖 注：用于連接的緊固螺紋必須滿足自鎖條件，29.螺紋鏈接的基本類型：1）螺栓連接（螺栓和螺母配合）普通螺栓連接：螺栓與孔之間有間隙，孔中不切制螺紋，加工簡便，成本低，應用最廣鉸制孔用 螺栓連接：其螺桿外徑與螺栓孔的內徑具有同一基本尺寸，螺栓與 孔之見沒有空隙，并常采用過渡配合，它適用于承受垂直螺栓軸線 的橫向載荷1）矩形螺紋（牙側角3 =0 ° ） 2）=60 °為國家標準普通螺紋，牙型角非矩形螺紋（牙側角3工0°）:三角形螺a =55 °為管螺紋）、梯形螺紋（

16、牙型角aa =33 °，牙側角 3 =3 ° ）2）非矩形螺紋，當螺紋升角小螺釘連接（螺釘直接旋入螺紋孔，省去螺母）：結構簡單，但是不 能經常拆裝，經常拆裝會使連接件的螺紋被磨損而失效雙頭螺柱連接：連接較厚的被連接件，或者為了結構緊湊而采用盲 孔的連接，該連接允許多次拆裝而不損壞被連接件緊定螺釘連接：固定兩零件的相對位置，并可傳遞不大的力或者轉 矩常見的螺紋緊固件：螺栓（有多種頭部形狀）、雙頭螺柱（有座端和螺母端兩個端）、（緊2)3)4)T1 和螺母支承面上的摩擦阻彈簧墊片：反彈力使螺紋間保持壓緊力和摩擦力對頂螺母：兩個螺母的對頂作用，使得螺栓始終受到附加的拉力和附加的摩擦

17、力，結構簡單，適用于低速重載的場合尼龍圈鎖緊螺母：螺母中嵌有尼龍 圈，擰上后尼龍圈內孔被脹大，箍緊螺栓槽型螺母開口銷圓螺母 用帶翅墊片止動墊片：墊片折邊以固定螺母和被連接件的相對位置其它方法：用沖頭沖 2-3點防松、粘合劑涂于螺紋旋合后粘合劑固 化粘合達到防松效果1）輪齒折斷 2）齒面點蝕 3）齒面膠合 4）齒面磨損 5）齒面塑性變形固）螺釘（末端有平端、錐端、圓尖端）、螺母、墊圈（增大被連接 件的支承面積以減小接觸的擠壓應力） 30預緊：對于不承受軸向工作載荷的螺紋，軸向的力即為預緊力 螺紋連接的擰緊力矩 T 等于克服螺紋副相對轉動的阻力矩 力矩 T2 之和 為了充分發(fā)揮螺栓的工作能力和保證

18、預緊可靠，螺栓的預緊應力一般可達材料屈服極限 的 50%70% ，小直徑的螺栓裝配時應施加小的擰緊力矩，否則容易將螺栓桿拉斷，力 矩的大小通常由經驗判斷，但是為了保證質量可以選擇測力矩扳手或者定力矩扳手 31防松：連接用的三角形螺紋具有自鎖性，一般情況下不會發(fā)生脫落，但是在沖擊、振動、 變載的作用下，預緊力可能在某一瞬間消失，另外高溫螺紋連接有可能導致變形脫落， 所以要進行防松 常用的防松措施：32 齒輪失效形式： 輪齒折斷：一般發(fā)生在齒根處，因為齒根處受到的彎曲應力最大，淬火鋼或鑄鐵制成 的齒輪（閉式硬齒面齒輪）容易發(fā)生這種現象 齒面點蝕：最先岀現在齒面節(jié)線處，細小裂紋擴展后顆粒剝落造成，通

19、常發(fā)生在閉式 軟齒面齒輪上 齒面膠合：發(fā)生在齒頂、齒根等相對速度較大處，高速重載運動中，摩擦產生高溫引潤滑油失效，齒面金屬粘連，相對運動時較軟的齒面沿滑動方向被撕下形成溝紋（解決方法： 1）提高齒面硬度 2）減小齒面粗糙度 3）增加潤滑劑的粘度（低速）4）加抗膠合劑） 齒面磨損： 1）磨粒磨損：顆粒進入齒面間引起磨粒磨損，開式傳動中難以避免，齒闊變形，導致噪聲和振動，最終傳動失效2）跑合磨損：新制造的齒輪表面不光潔，剛開始運轉時會有磨損，使得表面變光潔，跑合結束后應該清洗并更換潤滑油 齒面塑性變形：重載導致齒面局部塑性變形，使齒闊失去正確的齒形，在過載嚴重和 啟動頻繁的傳動中常見33齒輪的接觸

20、強度由齒輪的模數和齒數乘積mz 決定， mz 越大，接觸強度越大齒輪的彎曲強度由齒輪的模數 m 決定34齒輪徑向力判斷：所有齒輪的徑向力都指向齒輪的軸心齒輪圓周力向力判斷：圓周力都沿齒輪旋轉地切線方向，主動輪的圓周力與轉動方向相 反，從動輪圓周力與轉動方向相同 齒輪軸向力判斷（斜齒輪有，直齒輪沒有）：對于圓錐齒輪，軸向力從小端指向大端， 判斷一般斜齒輪主動輪的軸向力可用左右手法則，左旋用左手，右旋用 右手，用對應的手四指沿主動輪的轉向把握齒輪，拇指方向即為軸向力 的方向，從動輪的軸向力方向與主動輪軸向力方向即可 注：一對齒輪中，一齒輪的軸向力與另一齒輪的徑向力是反作用里，也就是說等大（Fr表示

21、徑向力/Fa表示軸向力/Ft表示圓周力）35.軸：軸的作用是支撐旋轉的機械零件，如齒輪、帶輪、鏈輪、凸輪等軸的分類：1）按承受的載荷分：轉軸：傳遞扭矩又承受彎矩（減速器轉軸）只傳遞扭矩（卡車底部的傳動軸）只承受彎矩2）按軸的形狀分：直軸發(fā)動機軸）撓性鋼絲軸不要求軸的設計：1）為了便于安裝，軸一般設計成從軸端逐漸向中間增大的階梯狀，裝零件的軸端應該有倒角，需要磨削的軸端有砂輪越程槽，車螺紋的軸端應該有退刀槽2）零件在軸向上的定位由軸肩或者套筒確定3）零件在軸向上的固定由軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈（軸端上的零件多使用軸端擋圈固定）來實現（如果套筒過 長或者無法使用套筒固定時可以采用雙螺母進行固定）

22、，在軸向力比較小的時候 還可以使用彈性擋圈或緊定螺釘實現4）周向固定大多采用鍵、花鍵或過盈配合等連接形式來實現軸設計時的注意點：鍵槽應該設計成統(tǒng)一加工直線（即鍵槽應該在同一直線上），盡可能使用同一鍵槽截面軸承上不能開鍵槽輪轂上的鍵槽要開通軸肩 不能夠過高（不能夠高于軸承的內圈，方便抓取）軸的直徑要合適，使套筒、螺母等零件能夠進入鍵不能夠太長（例如利用鍵固定齒輪，則鍵的長度不能超過齒輪的寬度上述軸的設計中的一些其它要點36. （滾動）軸承的類型：I）按照承受載荷的方向（或接觸角）分：1 ）向心軸承（主要用于承受徑向力）：徑向接觸軸承（a =0 °，只能承受徑向載荷）角接觸軸承（0°< a< 45 °） 2）推力軸承（主要用于承受軸向力）：角 接觸軸承（45°< a < 90°）軸向接觸軸承（a =90 °，只能承受軸