武汉理工大学-机械设计复习概要

1复习概要（武汉工程大学张勋）绪论抽象的讲机械由原动机、传动装置、工作机三大部分组成。具体的讲机械一般是由一些典型的机构和零件组成。本课程就是以这些典型的机构和零件为研究对象。理解几个名词：1．机器、机构、机械机器：具有3个特征（1）人为的实物组合；（2）各部分具有确定的相对运动；（3）可完成有用机械功或转换机械能。机构：具有机器的前两个特征。机械：是机器和机构的总称。2．零件、构件零件：是制造单元。构件：是运动单元。一个构件可以由很多零件组成。第1章平面机构的自由度机构是由许多构件通过运动副连接而成的，运动副是一种可动连接。机构具有确定运动的条件：机构的自由度F0，且等于原动件个数。自由度计算公式：F=3n-2PL-PH(注意n是活动件数，PL是低副数，PH是高副数。计算中一定要注意：复合铰、局部自由度、虚约束，并看清题目要求。)两个以上的构件在同一轴线上用转动副连接，就会形成复合铰。不影响机构运动规律的自由度，称局部自由度。有滚子就有局部自由度。机构中与其它约束相重复的约束称虚约束，有多种情况。当有几何限制条件时，一般也隐蔽有虚约束。考试例题：求下列机构自由度，若有复合铰、局部自由度、虚约束请指出，并判断该机构是否有确定的运动（标有箭头的为原动件）。2CD∥EF∥GH，CD=EF=GHCG∥DH，CE=DF，EG=FH第2章平面连杆机构1、铰链四杆机构曲柄存在的条件：（1）连架杆或机架是最短杆。（2）最短杆与最长杆长度之和小于等于其它两杆长度之和。（长度条件）注意：上述条件缺一不可。2、铰链四杆机构基本型式的判别长度条件不满足：双摇杆满足：最短杆为连架杆：曲柄摇杆最短杆为机架：双曲柄最短杆为连杆：双摇杆3、四杆机构基本特性急回运动：在两极限位置时，曲柄所夹的锐角θ称为极位夹角，急回运动仅与θ有关。引入行程速比系数K。18018012VVK故↑K↑急回运动越明显。当=0时K=1无急回运动。传动角（压力角）：驱动力与该点绝对速度间所夹锐角α称为压力角。压力角α的余角γ是传动角。γ↑α↓机构工作越有利。死点:当连杆与从动件共线时，会出现死点现象，常依靠惯性或机构错位方法闯过死点。故在曲柄摇杆机构中，当摇杆为原动件，会有死点现象；而曲柄为原动件，不会有死点现象。4、会画曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构θ、γmin或αmax。如：3按凸轮的形状按从动件的形式考试例题：1.在曲柄摇杆机构中，为提高机构的传力性能，应该（A）。A.增大传动角γB.减小传动角γC.增大压力角aD.减小极位夹角θ2．在图示铰链四杆机构中，已知各杆长度lAB=55mm，lBC=40mm，lCD=50mm，lAD=25mm。此机构属铰链四杆机构的三种基本型式中的双曲柄机构。第3章凸轮机构1、凸轮机构的分类盘状凸轮移动凸轮圆柱凸轮尖端从动件滚子从动件平底从动件平底从动件的传动角总为90度，传动效率高，但不适用于内凹的凸轮。2、我们把加速度无穷大引起的冲击称刚性冲击。从动件等速运动开始和结束时存在刚性冲击。我们把加速度有限值的变化引起的冲击称柔性冲击。从动件等加速等减速运动开始、中间和结束时存在柔性冲击。从动件余弦加速度运动开始和结束时存在柔性冲击。3、凸轮设计中应注意的问题基圆半径是指理论轮廓的最小向径。驱动力F与从动件绝对速度V所夹锐角称为压力角。越小，机构传力特性越好。要会画压力角。如P52页题2求D点压力角：4当从动件运动规律确定后，压力角和基圆半径是矛盾的关系。压力角越小，传力特性好，但基圆半径大，尺寸大，结构不紧凑。对外凸的凸轮轮廓曲线，应使滚子半径rs小于理论轮廓曲线的最小曲率半径，否则会产生失真情况。考试例题：1．当压力角α大到某一数值时，不论推力为多大，都不能使从动件运动，凸轮机构将发生__自锁__。2．设计凸轮机构，若量得其中某点的压力角超过许用值，可用增大基圆方法使最大压力角减小。3.图示为凸轮机构在推程中从动件的位移线图，其从动件的运动规律为②；（①等速运动②等加速、等减速运动③简谐运动）这种运动规律在o、m、e各点⑤。（④引起刚性冲击⑤引起柔性冲击⑥能避免冲击）4.图解法设计凸轮轮廓是根据反转法原理作图求得凸轮轮廓曲线。第4及11章齿轮机构与齿轮传动齿轮机构部分1、了解渐开线的性质。中心距可分性：当两轮安装的实际中心距与设计中心距稍有偏差，因基圆半径已被确定，故传动化保持不变。1221bbrri2、掌握标准直齿圆柱齿轮各部分名称及几何尺寸计算，会做如P71页习题4-1等。3、标准直齿圆柱齿轮正确啮合条件是：两轮的模数和压力角必须相等（2121,mm）。传动比可表示为121212'1221'zzddddddibb两轮连续传动条件是：重合度1；重合度越大，传动越平稳。4、齿轮加工方法特点：仿形法：生产率低、加工精度低，但设备简单、刀具价廉，多用于单件修配和小批量生产。5范成法：生产率相对较高，适合批量生产，但设备较贵。5、标准直齿圆柱齿轮不发生根切的最小齿数17minZ。标准齿轮与变位齿轮比较：由于加工刀具相同，所以模数、齿数、分度圆和基圆一样，但齿厚、齿根圆、齿顶圆与标准齿轮不同。6、斜齿圆柱齿轮啮合特点：逐步进入或退出啮合，重合度大、传动平稳、承载能力大、允许转速高，不发生根切的最小齿数可小于17，但会产生轴向力。斜齿轮的正确啮合条件：除两轮的模数和压力角相等外，两轮分度圆上的螺旋角β必须大小相等，方向相反（一为左旋、一为右旋）。斜齿圆柱齿轮的法面参数为标准值，其几何尺寸计算，只掌握分度圆直径、中心距、当量齿数计算公式。圆锥齿轮大端参数为标准值。考试例题：1．一对正确啮合的斜齿圆柱齿轮传动的(A)均为标准值。A．法面模数、分度圆上的法面压力角B．端面模数、分度圆上的端面压力角C．端面模数、分度圆上的端面压力角、分度圆上的螺旋角D．法面模数、分度圆上的法面压力角、分度圆上的螺旋角2．标准直齿圆柱齿轮的模数为4mm，齿数为28，则分度圆齿距等于___12.56__mm。3.渐开线上任一点的法线与基圆相切，渐开线上各点的曲率半径是不同的。4．用范成法加工标准渐开线齿轮，发生根切的原因是C。A.模数过小B.模数过大C.齿数过少D.齿数过多5．一对标准斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是③。①m1=m2,1=2②m1=m2,1=2,β1=β2③m1=m2,1=2,β1=-β26．一对渐开线圆柱齿轮传动，其节圆总是相切并作纯滚动。7.搞技术革新需要一对传动比i=3的齿轮，现从旧品库里找到两个直齿圆柱齿轮，其压力角都是=20°，而齿数为Z1=18，Z2=54，齿顶圆直径为da1=40mm，da2=126mm，问这两个齿轮能否配对使用?为什么?提示：算两轮模数是否相同。齿轮传动部分1、齿轮的失效形式及发生的场合：轮齿折断闭式硬齿（HBS350）、开式齿面点蚀闭式软齿（HBS≤350）主要失效齿面磨损开式齿面胶合高速重载齿面塑变软齿其中齿面点蚀首先发生在节线附近靠近齿根处。了解齿轮传动的计算准则。2、了解齿面接触强度计算公式。重点掌握应注意的问题：（1）接触强度与d或a关系最大，d↑或a↑，工作应力H↓,接触强度↑；（2）工作应力H两轮相同，但许用应力HP两轮不同，故HP应代入小值。（3）齿宽系数1/dbd中，b取两轮小值，d1取小轮直径3、了解轮齿弯曲疲劳强度计算公式。重点掌握应注意的问题：（1）弯曲强度与m关系最大。m↑抗弯↑；（2）两轮工作应力F不同，许用应力FP也不同，故要分别校核两轮，校核时都用T1和z1，只是齿形系数YFa不同。（3）齿形系数YFa仅与齿数Z有关，z↑YFa↓。注意斜齿轮与当量齿数Zv有关。4、斜齿轮受力分析：圆周力Ft——主反从同；径向力Fr——指向轮心；轴向力Fa——主动轮按左、右手定则（注意只有主动轮才可以伸手）。锥齿轮受力分析：圆周力Ft——主反从同；径向力Fr——指向轮心；轴向力Fa——永指大端。考试例题：1．开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断，目前只进行齿根弯曲疲劳强度计算，用适当加大模数的方法考虑磨损的影响。2.按齿面接触疲劳强度设计计算齿轮传动时，若两齿轮材料的许用接触应力[]H1≠[]H2，在计算公式6中应代入B进行计算。A.大者B.小者C.两者分别代入3.标准斜齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算式，齿形系数YF是按当量齿数B来确定的。A.ZV=2B.3VcosZZC.cosZZV4.为了提高齿轮传动的齿面接触强度应③。①中心距不变条件下增大模数②中心距不变条件下增加齿数③增大中心距④减少齿宽5．一对圆柱齿轮传动，小齿轮分度圆直径d1=50mm、齿宽b1=55mm，大齿轮分度圆直径d2=90mm、齿宽b2=50mm，则齿宽系数dC。A.1.1B.5/9C.1D.1.36.试分析圆锥一圆柱齿轮减速箱中的中间轴上各齿轮啮合点处（A、B）受力方向和转向?7．设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图，试问：(1)低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相同?(2)画出中间轴上两齿轮的圆周力Ft2、Ft3和轴向力Fa2、Fa3方向。第12章蜗杆传动1、蜗杆传动的特点传动比大（8-80）、结构紧凑、工作平稳、噪声低，在一定条件下可以实现自锁。但其效率低、磨损发热大，故不适用于大功率和长期连续工作。蜗轮一般用青铜材料，减摩耐磨，但价格高；蜗杆用碳钢或合金钢，强度高。一般失效总是发生在强度较低的蜗轮上。2、蜗杆传动正确啮合条件：（1）蜗杆的轴向模数ma1和压力角αa1与蜗轮的端面模数mt2和压力角αt2分别相等。即ma1=mt2=mαa1=αt2=20°（2）当交错角Σ=90°时，蜗杆分度圆柱导程角r1与蜗轮分度圆柱螺旋角β2等值同向。即r1=β23、主要参数与几何尺寸计算蜗杆直径,1mqd蜗轮直径d2=mZ2，中心距a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+Z2)。传动比121221ddzznni因qZtgr1，蜗杆头数越多或直径系数越小，r越大，效率越高。因d1=mq,故当m一定，q↑d1↑，所以q取大值可提高蜗杆刚度。d1为什么要取标准值？7这是因为切制蜗轮所用滚刀的几何参数必须与该蜗轮相啮合的蜗杆相同，故为了减少刀具型号，便于刀具的标准化就制定了蜗杆d1标准系列。4、受力分析：圆周力Ft——“主反从同”；径向力Fr——“指向轮心”；轴向力Fa——“主动轮按左、右手定则”。5、蜗杆传动由于滑动速度大，效率低，其功率损耗将发热，如果热量不能及时散逸，将会使油温升高而降低油的粘度，从而引起磨损、胶合，造成恶性循环，故对闭式蜗杆传动要进行热平稳计算。若计算或实测油温t90℃时，应采取冷却散热措施。（1）增加散热面积（A值），如合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片。（2）提高散热系数（kt值），如在蜗杆轴端装风扇，这时kt可达20以上，或在箱体装设蛇形冷却水管。考试例题：1．在蜗杆传动中，如果模数和蜗杆头数一定，减少蜗杆分度圆直径，将使(B)。A．传动效率降低，蜗杆刚度提高B．传动效率提高，蜗杆刚度降低C．传动效率和蜗杆刚度都提高D．传动效率和蜗杆刚度都降低2.在蜗杆传动中，常采用C作蜗轮的齿圈，与淬硬磨制的A蜗杆相配。A.钢B.铸铁C.青铜D.黄铜3.在蜗杆传动中，蜗杆头数越少，则传动效率越低，自锁性能越好，一般蜗杆头数常取Z1=1-4。4．在普通圆柱蜗杆传动中，已知蜗杆头数Z1=2，蜗轮齿数Z2=80，模数m=10mm，直径系数q=9，则蜗杆的分度圆直径d1=90mm，标准中心距a=445mm。5．蜗杆的标准模数是轴向模数，蜗轮的标准模数是端面模数。6、试确定下面轮系中，蜗轮的转向。分析蜗杆传动中在接触点A点所受的各力。7、如图为齿轮一蜗杆传动装置，试判定：（1）重物是上升还是下降？（2）欲使Ⅱ轴上的轴向力最小，在图上画出两斜齿轮螺旋线的方向。（3）画出Ⅱ轴上蜗杆与斜齿轮轴向力方向和圆周力方向。第13章带传动和链传动1、V带传动两侧面为工作面，注意：V带楔角为40°，带轮