机械设计基础期末复习总结

-1-机械设计基础期末复习总结第一章绪论A.构件是组成机械的基本运动单元，可以由一个或多个零件构成的刚性结构B.零件是机械的制造单元C.机械零件的主要失效形式：1)断裂2)过大的变形（过大的弹性形变）3)表面失效4)正常工作条件遭破坏而引起的失效D.机械零件常用材料：1)金属材料a)钢b)铸铁c)有色合金2)非金属材料a)有机高分子材料b)无机非金属材料c)复合材料第二章平面机构分析A.运动副：使构件与构件之间直接接触并能产生一定相对运动的链接分类：1)低副：面接触a)移动副b)转动副2)高副：点或线接触、球面副、螺旋副B.构件（每个构件至少有两个运动副）1)固定件（机架）：在一个机构中有且只有一个构件为机架2)原动件（主动件/输入构件）：运动和动力由外界输入3)从动件（输出构件）C.平面机构的自由度1)计算公式：F=3n-2PL-PH2)平面机构具有确定运动的条件：①F0②自由度等于原动件数*机构的自由度即是平面机构所具有的独立运动的数目3)计算平面机构自由度注意事项：a)复合铰链：两个以上构件在同一条轴线上用转动副连接*N个构件汇交而成的复合链具有（N-1）个转动副b)局部自由度：机构中出现的与输出构件运动无关的自由度*计算时，应除去不计c)虚约束：运动副带入的约束对机构自由度的影响是重复的，对机构运动不起新的限制作用的约束常见虚约束：两个构件之间组成多个导路平行的移动副时-2-两个构件之间组成多个轴线重合的转动副时机构中传递运动不起独立作用的对称部分*计算时，应除去不计第三章平面连杆机构A.平面连杆机构（平面低副机构）：由若干个构件以低副连接组成的平面结构B.铰链四杆机构：4为机架，1、3为连架杆，2为连杆曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆摇杆：只能绕机架作一定角度往复摆动基本特性：运动特性、传力特性基本类型：1)曲柄摇杆机构：连架杆中，一个为曲柄，一个为摇杆（通常，曲柄为原动件并作匀速转动时，摇杆作变速往复运动）2)双曲柄机构：两连架杆均为曲柄3)双摇杆机构：两连架杆均为摇杆（两摇杆长度相等时称为等腰梯形机构）C.铰链四杆机构存在曲柄的条件：1)整转副存在条件a)最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度和b)整转副由最短杆与其邻边组成2)曲柄存在条件（整转副位于机架上才能形成曲柄）a)最短杆邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故为曲柄摇杆机构b)最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故为双曲柄机构c)最短杆对边为机架时，机架上没有整转副，故为双摇杆机构*若最短杆长度+最长杆长度＞其余两杆长度和，则无论去哪个杆为机架都为双摇杆机构D.急回特性P34：曲柄摇杆机构中，曲柄虽作匀速转动，而摇杆摆动时空回程的平均速度却大于工作行程的平均速度。用行程速比系数K表示*若θ=0，K=1，则该机构无急回运动特性若θ＞0，K＞1，则该机构具有急回特性，且θ越大，K越大，急回特性越显著E.压力角：作用在从动件C点的驱动力F与该点绝对速度VC之间所夹的锐角，可作为判断机构传力性能的标志P35传动角：压力角的余角*机构运动时，传动角是变化的，必须规定传动角下限，否则，当传动角太小时，传力性能太差，有可能会使机构出现自锁现象F.死点位置（传动角为零的位置）：在摇杆CD摆到极限位置时，连杆2与曲柄1两次共线，从动件的传动角为0O，即连杆传给曲柄的力通过铰链中心A，不论此力多大，均不能使曲柄转动死点位置现象：机构的从动件卡死或运动不确定消除死点位置不良影响：①对从动曲柄施加外力②利用飞轮及构件自身的惯性作用第四章凸轮机构A.凸轮机构（高副机构）：由凸轮、从动件和机架组成，包含两个低副，一个高副分类P44：-3-1)按凸轮的形状分a)盘形凸轮（凸轮的最基本型式）：绕固定轴转动并且具有变化向径的盘状构件b)移动凸轮：盘形凸轮的转轴位于无穷远时，相对机架作直线运动的凸轮c)圆柱凸轮：移动凸轮卷成圆柱体型式的凸轮2)按从动件的型式分d)尖顶从动件：从动件与凸轮接触的一端为尖顶e)滚子从动件：从动件与凸轮接触的一端为滚子f)平底从动件：从动件与凸轮接触的一端为平面B.从动件的位移线图（B卷内容）：1)推程运动角：从动件以一定的运动规律由离凸轮回转中心最近的位置A到达最远位置B，凸轮转过的相应角度2)远休止角：从动件与以O为圆心的圆弧BC接触，从动件在最远位置停止不动时，凸轮转过的相应角度3)回程角：从动件按一定运动规律返回到起始位置，凸轮转过的相应角度4)近休止角：从动件与以O为圆心的基圆圆弧DA接触，从动件在最近位置停止不动时，凸轮转过的相应角度C.从动件常用运动规律1)等速运动规律：刚性冲击，运动开始、终止时，速度有突变，加速度无穷大2)等加速运动规律：柔性冲击，运动开始、终止时，加速度产生有限数值的突变3)简谐运动规律：柔性冲击，运动开始、终止时，加速度产生有限数值的突变D.压力角：在不计摩擦的情况下，凸轮沿法线nn方向给予从动件的作用力F与从动件运动方向（速度方向）所夹的锐角a*压力角a越大，有效分力F1越小，有害分力F2越大，机构效率越低，设计时应使最大压力角不超过许用值*自锁现象：当a大到一定程度，以致F2引起的摩擦阻力大于有效分力F1时，无论凸轮给予从动轮的作用力多大，从动轮都不能运动的现象（回程时，无自锁问题）E.基圆半径r0：r0越小，压力角a越大F.滚子半径：为了使凸轮轮廓在任何位置既不出现尖点，也不自交，滚子半径必须小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径第六章齿轮传动A.渐开线齿廓的啮合特点1)渐开线齿廓能实现定比传动2)中心距（一对相互啮合的齿轮回转中心之间的距离）可分性：当实际中心距存在误差时，渐开线齿轮的传动比仍保持不变的特性3)四线（过啮合点的公法线、啮合线、基圆的公切线、正压力作用线）合一4)啮合角不变：数值上等于渐开线在节圆上的压力角B.直齿圆柱齿各部分名称及代号1)轮齿：齿轮上每一个用于啮合的凸起部分，在齿轮圆周上均匀分布的轮齿总数-4-称为齿数，用z表示2)齿顶圆——齿轮齿顶所在的圆。其直径（或半径）用da（或ra）表示3)齿根圆——齿轮齿槽底所在的圆。其直径（或半径）用df（或rf）表示4)分度圆——用来分度（分齿）的圆，该圆位于齿厚和槽宽相等的地方。其直径（或半径）用d（或r表示）。5)齿顶高——齿顶圆与分度圆之间的径向距离，用ha表示6)齿根高——齿根圆与分度圆之间的径向距离，用hf表示7)全齿高——齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，用h表示。显然有：h=ha+hf8)齿厚——任意直径为dk的圆周上，齿轮两侧齿廓间的弧长，用sk表示。在分度圆上度量的弧长称为分度圆齿厚，用s表示9)齿槽宽——任意直径为dk的圆周上，齿槽两侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿槽宽，用ek表示。在分度圆上的度量的弧长称为分度圆槽宽，用e表示10)齿距——任意直径为dk的圆周上，相邻两齿同侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿距，用pk表示，pk=sk+ek。在分度圆上度量的弧长称为分度圆齿距，用p表示，p=s+e。在基圆上度量的弧长称为基圆齿距，用pb表示，pb=sb+eb11)法向齿距：相邻两个轮齿同侧齿廓之间在法线方向上的距离，用pn表示，pn=pb12)齿宽——齿轮轮齿的宽度（沿齿轮轴线方向度量），用b表示C.直齿圆柱齿轮的基本参数1)齿数z：在齿轮圆周上均匀分布的轮齿总数2)（分度圆）模数m：分度圆齿距p与π的比值，单位：mm分度圆直径d=mz分度圆齿距p=πm3)压力角α：渐开线上各点的压力角不等，分度圆上的压力角简称压力角。国家标准规定，标准压力角α=20ο*分度圆是齿轮中具有标准模数和标准压力角的圆4)齿顶高系数ha*：ha=ha*m5)顶隙系数c*：hf=(ha*+c*)m正常齿制：ha*=1c*=0.25短齿制：ha*=0.8c*=0.3D.参数选择1)齿数比u：u=z2/z1≥1，过大的齿数比会增加传动装置的结构尺寸，并导致两齿轮轮齿的应力循环次数差别太大2)齿数z：在满足轮齿弯曲强度的条件下，宜取较多的齿数（相应得减小模数）3)模数m：模数m应满足轮齿弯曲强度要求，一般应使mn≥2mm，模数越大，抗弯强度越大4)齿宽因数ψd：增大齿宽能缩小齿轮的径向尺寸，但齿宽越大，载荷沿齿宽分布越不均匀E.渐开线标准直齿齿轮的几何尺寸计算标准齿轮：m、a、ha*、c*都为标准值，且e=s的齿轮名称代号计算公式分度圆直径dd=mz齿顶高haha=ha*m齿根高hfhf=(ha*+c*)m齿高Hh=ha+hf顶隙cc=c*m-5-齿顶圆直径dada=d+2ha齿根圆直径dfdf=d-2hf基圆直径dbdb=dcosα齿距pp=mπ齿厚ss=0.5p=0.5mπ齿槽宽ee=0.5p=0.5mπ标准中心距aa=0.5(d1+d2)=0.5(z1+z2)m基圆齿距pbpb=pcosα分度圆处曲率半径ρρ=0.5dsinαF.齿条：齿轮的齿数无穷大时。齿廓上各点压力角相等，标准值为20οG.渐开线齿轮的啮合1)渐开线齿轮正确啮合条件：两齿轮的压力角和模数分别相等，并等于标准值，即m1=m2=mα1=α2=α根据渐开线齿轮正确啮合的条件，传动比可表示为i=d2/d1=z2/z12)标准中心距（正确安装条件）：两轮的分度圆相切，即分度圆与节圆重合，使齿侧的理论间隙为零时的中心距a为标准中心距，且a=0.5(d1+d2)=0.5m(z1+z2)*由于安装误差、齿轮热膨胀和润滑的需要，齿侧有必要缩小侧隙标准齿轮正确安装时，啮合角在数值上等于分度圆压力角，即α’=α3)渐开线齿轮的连续传动条件：实际啮合线B1B2的长度大于或等于齿轮的法向齿距B2K，由于B2K=pb，齿轮传动条件可表示为：B1B2≥pb，ε=B1B2/pb≥1H.根切现象：用展成法加工加工齿轮时，若齿数过少，刀具齿顶线就会超过理论啮合线的上界点，这时被加工齿轮根部的渐开线齿廓将被刀具的齿顶切去一部分的现象*根切后，齿轮抗弯强度降低，重合度减少，应设法避免对于渐开线直齿圆柱齿，不发生根切的最少齿数为zmin=2ha*/sin2α对于标准直齿圆柱齿轮，当α=20ο，ha*=1时,zmin=17I.齿轮传动的失效形式1)齿轮折断a)齿轮过载折断b)齿轮疲劳折断2)齿面磨损（开式传动的主要磨损形式）3)齿面点蚀（多发生在闭式软齿面齿轮传动）4)齿面胶合（高速重载齿轮主要失效形式）5)塑性形变J.常用齿轮材料：锻钢、铸钢、铸铁第七章蜗杆传动A.蜗杆传动：由蜗杆蜗轮组成，一般蜗杆主动、蜗轮从动，用来传递空间两交错轴之间的运动和动力，一般两轴交错成90οB.蜗杆传动类型按形状分：1)圆柱蜗杆（应用最广）按蜗杆螺旋面形状分：a)阿基米德蜗杆（ZA型）b)渐开线蜗杆（ZI型）c)法向直廓蜗杆（ZN型）-6-d)圆弧圆柱蜗杆（ZC型）*前三种为普通圆柱蜗杆2)环面蜗杆3)锥面蜗杆C.蜗杆传动特点：1)优点：a)传动比大，结构紧凑。（一般情况下，传动比i=10~40，最大可达80，若只传递运动，其传动比可达1000）b)传动平稳，噪声小c)可制成具有自锁性能的传动2)缺点：a)效率低（传动效率一般为0.7~0.8，当具有自锁性能时，效率小于0.5）b)成本较高（为减轻齿面磨损及防止胶合发生，一般用青铜制造）D.蜗杆传动的主要参数1)模数m和压力角α蜗杆传动的正确啮合条件：中间平面（通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面，是蜗杆的轴面是蜗轮的端面）上蜗杆和蜗轮的模数和压力角分别相等，即ma1=mt2=mαa1=αt2=α*ma1为蜗杆的轴向模数mt2为蜗轮的端面模数αa1为蜗杆的轴向压力角αt2为蜗轮的端面压力角*对于ZA型蜗杆，轴向压力角αa1=20ο对于ZI型和ZN型蜗杆，法向压力角αn1=20ο对于两轮交错角为90ο的蜗杆传动，蜗杆在分度圆上的导程角γ等于蜗轮分度圆柱上的螺旋角β，且旋向相同即γ=β2)导程角γ：蜗杆分度圆柱上任意一点的切线与端面所夹的锐角tanγ=S/πd1=z1pa1/πd1=z1πm/πd1=z1m/d1*z1为蜗杆头数S为蜗杆螺旋线的导程pa1为蜗杆的轴向齿距3)直径系数q：蜗杆分度圆直径