机械设计基础期末复习指导

机械设计基础期末复习指导（数控技术专业适用）第一章机构静力分析基础1．力的基本概念及其性质（1）力的定义物体间相互的机械作用，这种作用使物体的运动状态(力的外效应)、形状或尺寸发生改变(力的内效应)。（2）力的三要素力的大小、方向和作用点。2．静力学定理（1）二力平衡定理作用于刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等、方向相反，作用在一条直线上。（2）三力平衡汇交定理构件在三个互不平行的力作用下处于平衡，这三个力的作用线必共面且汇交于一点。3．约束和约束力应掌握四类常用的约束模型：柔性体约束、光滑面约束、铰链约束、固定端约束。了解约束性质，掌握约束力的画法。4．物体的受力分析及受力图（1）根据要分析的问题，确定研究对象；（2）解除研究对象的约束画出研究对象的分离体；（3）在分离体上画出全部主动力；（4）在分离体解除约束的地方按约束的类型或性质画出约束力。5．力的投影和分解（1）力的投影和正交分解（2）合力投影定理合力在某一轴上的投影等于各分力在同轴上投影的代数和。6．力矩与力偶（1）力矩力使物体产生转动效应的量度称为力矩。（2）合力矩定理力系合力对某点的力矩等于力系各分力对同点力矩的代数和。（3）力偶及其性质使物体产生转动效应的一对大小相等、方向相反、作用线平行的两个力称为力偶。力偶矩的大小、转向和作用平面称为力偶的三要素。力偶的基本性质：a．力偶无合力，在坐标轴上的投影之和为零。b．力偶对其作用平面内任一点的力矩，恒等于其力偶矩，而与矩心的位置无关。7．力的平移定理作用于刚体上的力F，可平移到刚体上的任一点O，但必须附加一力偶，其附加力偶矩的大小等于原力F对O点的力矩。8．平面力系的平衡方程若力系是平衡力系，则该力系向平面任一点简化的主矢和主矩为零。即：平面平衡力系在两坐标轴投影的代数和等于0，对平面上任意点力矩代数和等于0。Fx＝0Fy＝0MO（F）＝09．求解平面一般力系平衡问题的步骤（1）选择研究对象；（2）受力分析；（3）列平衡方程，求解未知力。第二章常用机构概述1．机构的组成和运动副机构由若干构件联接组合而成，根据运动传递路线和构件的运动状况，构件可分为三类：机架、原动件、从动件。两个构件直接接触而形成的可动联接称为运动副。在平面机构中，按构件的接触性质运动副可分为高副和低副两类，它们所约束的自由度数目和内容是不同的。2．平面机构的运动简图机构运动简图是表示机构组成和各构件相对运动关系的简明图形。为掌握机构运动简图，应熟记各类常用平面机构与运动副的符号表示法。3．平面机构的自由度机构具有确定运动的条件是：原动件的数目＝机构的自由度数F（F＞0）。机构的自由度数F则按下列公式计算：F＝3n-2PL-PH运用平面机构自由度公式计算一个机构的自由度数F，是学习的重点内容之一，必须熟练掌握。当机构中含有复合铰链、局部自由度和虚约束时，应能准确地识别和处理，这是正确计算机构自由度数的关键。第三章平面连杆机构1．平面四杆机构的类型铰链四杆机构根据两连架杆的运动形式不同，可分为三种形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。判别铰链四杆机构的型式首先要根据机构中各构件的相对杆长条件，确定机构中是否存在具有整转副的构件。机构中不存在整转副时，无论取哪个构件为机架，都只能得到双摇杆机构；当机构满足整转副条件时，则要根据选取哪个构件为固定机架来确定该机构的型式。铰链四杆机构的演化型式，主要掌握曲柄滑块机构。2．平面四杆机构的工作特性学习重点是曲柄摇杆机构的工作特性和应用（1）急回特性曲柄摇杆机构的急回特性是指当曲柄连续匀速回转时，摇杆往复摆动的速度不同。摇杆空回行程与工作行程的平均角速度之比定义为机构的行程速比系数K，以表示急回的程度。曲柄摇杆机构具有急回特性，是由于机构存在有极位夹角θ。一般情况下有K＞1，且极位夹角θ越大，K值也越大，机构的急回性质就越显著。（2）压力角α和传动角γ在不计摩擦的条件下，作用于机构从动件上驱动力的方向线与该力作用点的绝对速度方向线之间所夹的锐角称为压力角α。压力角与机构的效率关系密切，是衡量机构传力性能的重要指标。在连杆机构中，为了度量方便常用压力角的余角来衡量传力性能，它是连杆与从动件之间所夹锐角γ，称为传动角。传动角越大，机构传力性能越好。连杆机构运转时，传动角（压力角）是不断变化的。（3）死点位置当机构从动件的传动角γ=0时，驱动力与从动件上力的作用点的运动方向垂直，有效驱动力矩为零，这时的机构位置称为死点位置。对于曲柄摇杆机构，当曲柄为原动件时，连杆与从动摇杆不可能共线，故不存在死点位置；而摇杆为原动件时，连杆和从动曲柄将两次共线，这时连杆对曲柄的驱动力将通过曲柄的转动中心，驱动力矩为零，这两个位置即机构的两个死点位置。第四章凸轮机构1．从动件的运动规律（1）从动件位移线图从动件位移线图是从动件的位移S和凸轮转角φ的关系曲线，是设计凸轮轮廓曲线的依据。为此，应掌握位移线图的画法，并了解凸轮机构运动循环中有关名词和概念。（2）从动件的常用运动规律了解三种常用的从动件运动规律。掌握在给定行程h和推程运动角0（或回程运动角0）的条件下绘制各自位移线图的方法。2．图解法设计凸轮轮廓理解反转法原理，掌握对心尖底从动件凸轮轮廓的设计步骤及要求。了解凸轮理论轮廓与实际轮廓的关系。3．凸轮机构设计的几个问题（1）凸轮机构的压力角在凸轮轮廓曲线的某点上，凸轮对从动件的作用力方向与从动件运动方向之间所夹的锐角α称为凸轮机构在该点上的压力角。压力角大，则机构的传力性能差，设计凸轮机构时应使最大压力角不超过许用值[α]。（2）滚子半径的确定滚子从动件凸轮机构若滚子的尺寸选择不当，将使凸轮的实际轮廓不能完全实现原设计时所预期的运动规律，这就是运动失真现象。为此要考虑选择较小的滚子尺寸，以满足min8.0Tr。（3）基圆半径的确定基圆半径可先根据经验公式选择，再综合考虑传动效率、运动失真、结构紧凑与否等因素最终确定基圆尺寸。第五章其他常用机构1．常用间歇机构了解棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇机构和不完全齿轮机构的基本类型和工作原理。2．螺旋机构（1）主要参数掌握螺纹的直径尺寸、螺距和导程、螺旋升角λ、螺纹的牙型角α和牙型斜角β等主要参数关系。（2）螺旋机构的应用螺旋副有两类用途，一类为螺纹联接，另一类为螺旋传动。螺纹联接要求联接可靠，除有一定强度要求外，还要保证自锁，因而多用三角形螺纹。根据使用条件和牙型角不同，又可有普通螺纹，英制螺纹和管螺纹。螺旋传动平稳性好，能获得很大的机械效益，可实现自锁和具有精密位移等优点。螺旋传动可采用梯形螺纹、锯齿形螺纹或矩形螺纹。第六章构件内力分析基础1．杆件基本变形基本变形有拉伸与压缩、剪切和挤压、扭转、弯曲等四种。求解内力的基本方法是截面法：假想用一个截面把杆件截为两部分，取其中一部分作为研究对象，建立平衡方程，以确定截面内力的方法。2．轴向拉伸(或压缩)时横截面上的内力——轴力（1）轴力的正负号规定：杆件拉伸时，轴力背离截面取正号；杆件压缩时，轴力指向截面取负号。（2）轴力图：正轴力画在x轴上方，负轴力画在x轴下方。3．剪切和挤压时横截面上的内力——剪力和挤压力4．圆轴扭转时横截面上的内力——扭矩（1）扭矩的正负号规定：用右手四指弯向表示扭矩的转向，大拇指的指向与截面外法线n相同时扭矩为正，反之为负。（2）扭矩图：正值画在x轴上方，负值在x轴下方。5．梁弯曲时横截面上的内力——剪力和弯矩（1）剪力和弯矩的正负号规定：在横截面的内侧截取微段梁,凡使该微段梁发生左上、右下相对错动(顺时针错动)变形的剪力规定为正，反之为负；使微段梁产生上凹下凸弯曲变形的弯矩为正，反之为负。（2）剪力图和弯矩图：采用控制截面法绘制具体步骤：先求出梁支座的约束力，根据外力作用情况将梁分段，并定性判断各段剪力图和弯矩图的形状，计算控制截面（分界点、剪力为零的点所在截面）的剪力值和弯矩值，画出剪力图和弯矩图。第七章构件的强度和刚度1．应力与应变应力：正应力用σ表示；切应力（剪应力）用τ表示。应变：线应变（正应变）用ε表示；切应变用γ表示。2．虎克定律在一定范围内，杆件的绝对变形Δl与所施加的外力F及杆件长度l成正比，而与杆件的横截面面积A成反比。3．材料在拉伸和压缩时的力学性能（1）低碳钢的拉伸试验过程低碳钢的拉伸试验过程分为弹性、屈服、强化、缩颈四个阶段。弹性阶段：OA´段，材料服从虎克定律。（2）铸铁的拉伸试验过程铸铁拉伸时没有屈服和缩颈现象，试件突然断裂。衡量脆性材料强度的唯一指标是强度极限σb。（3）低碳钢的压缩试验低碳钢压缩与拉伸时的弹性模量E、比例极限σp、弹性极限σe和屈服极限σs是相同的，但无法得到低碳钢的抗压强度极限σb。（4）铸铁的压缩试验铸铁压缩时无屈服极限，强度极限σb是拉伸时的4～5倍，常用于承受压力的构件。4．轴向拉伸与压缩的强度条件5．剪切和挤压的强度条件为6．圆轴扭转的应力、强度条件为7．弯曲的强度和刚度条件为8.纯弯曲时梁横截面的正应力计算ANmaxAQjjjjAF][maxmaxpWTmaxmaxmax计算公式最大正应力称为抗弯截面系数9．提高梁弯曲强度的主要措施（1）选择合理的截面形状，使截面具有尽可能大的抗弯截面系数；（2）合理地布置载荷和支座；（3）采用变截面梁。10．提高梁弯曲刚度的主要措施（1）缩短梁的跨度或增加支座；（2）增大抗弯刚度EI；（3）改善加载方式。11．应力集中应力集中是由构件尺寸突变引起的局部应力急剧增大的现象。12．疲劳失效构件在交变应力作用下发生的失效，称为疲劳失效。13．疲劳失效的原因疲劳失效的过程可分为以下三个：（1）形成疲劳裂纹源（2）疲劳裂纹扩展（3）脆性断裂14．提高构件疲劳极限的措施（1）减缓应力集中；（2）提高构件表面加工质量。zIMyWMIMyzmaxmaxmaxyIWz第八章齿轮传动1．渐开线齿廓及其啮合原理（1）了解渐开线的形成及其性质（2）掌握渐开线齿廓的啮合特点学习重点为渐开线齿廓满足定传动比条件、中心距可分性、啮合角为常数。2．标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸（1）了解直齿圆柱齿轮各部分的名称（2）掌握分度圆、模数和压力角分度圆是齿轮制造和计算的基准，分度圆齿距p和π的比值规定为标准值，称为模数m。同时分度圆压力角α也规定为标准值，取α=20°。（3）标准齿轮和标准中心距齿顶高系数h*a和径向间隙系数c*均取标准值，且分度圆上的齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为标准齿轮。一对标准齿轮传动，分度圆相切时的中心距称为标准中心距。标准齿轮传动两齿轮的节圆分别与分度圆重合。（4）基本参数和几何尺寸渐开线直齿圆柱齿轮的五个基本参数是齿数Z、模数m、压力角α、齿顶高系数h*a和径向间隙系数c*。齿轮各部分的几何尺寸完全由这五个基本参数确定。3．渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动（1）正确啮合条件两齿轮的模数m和压力角α分别相等是齿轮正确啮合的必要条件。（2）连续传动条件实际啮合线大于基圆齿距pb，即齿轮传动的重合度大于1是齿轮能够连续传动的条件。4．齿轮轮齿的加工与轮齿的根切（1）展成法的基本原理展成法是利用一对齿轮相互啮合时，两轮齿廓互为包络线的原理来切齿的。展成法常见有插齿和滚齿两种加工方法。（2）根切现象和最少齿数根切是用展成法加工齿轮时可能出现的一种现象，由于齿根部分变弱，而且使渐开线长度缩短，造成重合度下降而影响传动平稳性，所以应采取措施予以避免。标准齿轮不发生根切的最少齿数为17。5．斜齿圆柱齿轮传动（1）基本参数和几何尺寸斜齿圆柱齿轮的基本参数有法面参数和端面参数之分。应记住公式mt=mn/cosβ斜齿圆柱齿轮传动的几何尺寸要按端面参数计算。（2）正确啮合条件一对斜齿圆柱齿轮若要正确啮合，除两轮的模数mn和压力角α必须分别相等外，还必须满足β1+β2=0。（3）重合度斜齿圆柱齿轮的重合度由两部分构成：ε=εα+εβ。其中，εα为端面重合度；εβ为轴向重合度，它是因齿倾斜而产生的附加重合