同济大学-机械设计基础-考点归纳与典型例题

机械设计基础重点总结第一章绪论机器、机构、机械构件是运动的单元，零件是制造的单元。一部机器可包含一个或若干个机构，同一个机构可以组成不同的机器。第二章平面机构的自由度1.所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构；2.两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。两构件通过面接触组成的运动副称为低副，平面机构中的低副有移动副和转动副。两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副；3.绘制平面机构运动简图；4.机构自由度hlPPnF123，原动件数小于机构自由度，机构不具有确定的相对运动；原动件数大于机构自由度，机构中最弱的构件必将损坏；机构自由度等于零的构件组合，它的各构件之间不可能产生相对运动；5.计算平面机构自由度的注意事项：（1）复合铰链（图1-13），（2）局部自由度：从动件与滚子焊为一体，（3）虚约束：去除，（4）两个构件构成多个平面高副，各接触点的公共法线彼此重合时只算一个高副，各接触点的公共法线彼此不重合时相当于两个高副或一个低副，而不是虚约束；6.自由度的计算步骤要全：1）指出复合铰链、虚约束和局部自由度，2）指出活动构件、低副、高副，3）计算自由度，4）指出构件有没有确定的运动。例：计算图示机构的自由度，并指出机构具有确定运动时的原动件数，若图中含有局部自由度、复合铰链和虚约束等情况时，应具体指出。第三章平面连杆机构1.平面连杆机构是由若干构件用低副(转动副、移动副)连接组成的平面机构，又称平面低副机构。2.铰链四杆机构：机构的固定构件称为机架；与机架用转动副相连接的构件称为连架杆；不与机架直接相连的构件称为连杆；铰链四杆机构分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。3.四杆机构的演化。含一个移动副的四杆机构：曲柄滑块机构、转动导杆机构、摆动导杆机构、定块机构、摇块机构。4.铰链四杆机构有整转副的条件是最短杆和最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和；整转副是最短边及其邻边组成的；铰链四杆机构是否存在曲柄依据：1）取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得双曲柄机构；2）取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构；3）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇杆机构。如果铰链四杆机构中的最短边和最长边长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构中不存在整转副，无论取哪个构件作为机架都只能得到双摇杆机构。5.极位角越大，机构的急回特性越明显。急回运动特性可用行程速比系数K来表示：180180212112ttvvK；6.作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角叫做压力角，压力角是作为判断机构传力性能的重要标志；压力角的余角叫做传动角，压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好；压力角越大，传动角越小，机构的传力性能越差，传动效率越低。作图：极位角和最小传动角的位置。7.机构中的这种传动角为零的位置称为死点位置。8.四杆机构的设计例：图示曲柄摇杆机构。已知曲柄的长度为ABl，连杆长度BCl，摇杆长度CDl，机架长度ADl。试按比例用作图法画出该机构的：1、最小传动角min；2、极位夹角，3、写出行程速比系数K的表达式。解：按比例作图如下：例：设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如图所示。要求踏板CD在水平位置上下各摆10，且CDl，ADl，试按比例用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度。解：作图步骤：（比例1：1）（1）作垂直线AD，长度为ADl，作水平线CD，长度为CDl；（2）以DC为角平分线，作2012DCC得1DC线和2DC线；（3）以D为圆心，以CDl长为半径作弧分别交1DC线和2DC线于点1C和点2C；（4）分别连接1AC和2AC；（5）在线段1AC上截取线段2AC得线段1EC；（6）以A为圆心，以15.0EC长为半径作圆得曲柄AB，长度为ABl；（7）连杆BC的长度为ABAClBC1。（8）所设计的机构运动简图如下：第四章凸轮机构1.凸轮机构的优点是：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑，设计方便。缺点是：凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，所以通常用于传力不大的控制机构。2.凸轮机构的从动件做等速运动时，造成强烈刚性冲击；做简谐运动时造成柔性冲击；做正弦加速度运动时没有冲击。3.基圆半径越小，压力角越大，传动角越小，有害分力越大，传动效率越低，当压力角达到一定的程度，有用分力连摩擦力也克服不了。4.平底从动件凸轮压力角为定值。例：在图示凸轮机构中，已知凸轮为偏心圆盘，转动副为O，圆心为A。要求：1、画出此凸轮机构的基圆（半径用0r表示）；2、标出在图示位置时推杆的位移S及推杆的行程h；3、标出此凸轮机构在图示位置的压力角以及凸轮由图示位置再继续转45时的压力角。机器零件设计概论1.塑性材料以屈服极限为极限应力，脆性材料以强度极限为极限应力；2.变应力参数：max、min、2minmaxm、2minmaxa、maxmin3.运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损；零件抗磨损的能力称为耐磨性；机械中磨损的主要类型：磨粒磨损、胶合、点蚀、腐蚀磨损。胶合：摩擦表面受载时，实际上只有部分峰顶接触，接触处压强很高，能使材料产生塑性流动。若接触处发生粘着，滑动时会使接触表面材料有一个表面转移到另一个表面，这种现象称为粘着磨损。第五章螺纹连接1.螺纹的主要几何参数：大径（公称直径）、小径、中径、螺距、导程、螺纹升角、牙型角、牙侧角。2.牙侧角越大，自锁性越好，效率越低。3.把牙型角等于60度的三角形米制螺纹称为普通螺纹，以大径为公称直径。同一公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹。公称直径相同时，细牙螺纹的自锁性能好，但不耐磨、易滑扣。4.M24:粗牙普通螺纹，公称直径24，螺距3；M24×1.5:细牙普通螺纹，公称直径24，螺距1.5。5.螺纹连接的基本类型。6.螺纹连接的防松：摩擦防松、机械防松、铆冲粘合防松。对顶螺母属于摩擦放松。7.螺栓的主要失效形式：1）螺栓杆拉断；2）螺纹的压溃和剪断；3）经常装拆时会因磨损而发生滑扣现象。8.螺栓连接的强度计算。1）松螺栓连接，2）紧螺栓连接：受横向工作载荷；受轴向工作载荷，螺栓的总拉伸荷载为：工作荷载和残余预紧力。9.计算液压油缸上的螺栓连接和螺栓的分布圆直径。例：图示某机构上拉杆的端部采用粗牙普通螺纹连接，已知：拉杆所受最大载荷aF，载荷很少变动，拉杆材料为235Q，其许用应力，试确定拉杆螺纹的最小直径1d。解：（1）该连接为松螺栓连接。（2）拉伸强度条件：214dFa（3）拉杆螺纹的最小直径：aFd41例：图示两平板用2个20M的普通螺栓连接，承受横向载荷F，若取接合面间的摩擦系数f，可靠性系数sK，螺栓材料的许用应力，螺栓的小径1d。试：1、求螺栓所受的预紧力；2、校核螺栓的强度是否合格。解：⒈求螺栓所受的预紧力zfFKFs0⒉校核螺栓的强度2102.5dFca因为：，所以：ca，螺栓的强度合格。第六章带传动1.带传动的优点是：1）适用于中心距较大的传动；2）带具有很好的挠性，可缓和冲击，吸收振动；3）过载时，带与带轮间出现打滑，打滑虽使运动失效，但可防止损坏其它零件；4）结构简单，成本低廉。带传动的缺点是：1）传动的外廓尺寸较大；2）需要张紧装置；3）由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；4）带的寿命较短；5）传动效率较低。2.若带所需传递的圆周力超过带与轮面间的极限摩擦力总和时，带与带轮将发生显著的相对滑动，这种现象称为打滑。由于材料的弹性变形而产生的滑动称为弹性滑动。弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指由过载引起的全面滑动，应当避免。弹性滑动是由紧、松边拉力差引起的，只要传递圆周力，出现紧边和松边，就一定会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可避免的。3.在即将打滑时，紧边拉力和松边拉力之间的关系。影响带传动能力的主要因素。4.运转过程中，带经受变应力，最大应力发生在紧边与小轮的接触处。最大应力=紧边拉力产生的拉应力+离心力产生的拉应力+弯曲应力。最小应力发生在松边处。最小应力=松边拉力产生的拉应力+离心力产生的拉应力。5.带传动的主要失效形式：是带在带轮上打滑和带发生疲劳损坏。带传动的设计准则：是保证带不打滑并具有一定的疲劳寿命。6.中心距不能过小的原因：中心距过小，带变短，带上应力变化次数增多，疲劳破坏加强。V带轮两侧面的夹角小于40度的原因：V带在带轮上弯曲时，由于截面变形使其夹角变小。小轮直径不能过小的原因：直径过小，则带的弯曲应力变大，而导致带的寿命减短。第七章齿轮传动1.渐开线：把缠在圆上的线展开，线端的轨迹即为渐开线；渐开线上任意一点的法线均与基圆相切；渐开线齿廓上某点的法线，与齿廓上该点速度方向线之间的夹角为压力角。2.一对齿轮的传动比等于两轮的转动速度之比，等于两轮角速度之比，等于两轮基圆半径的反比，等于两轮节圆半径的反比。3.渐开线齿轮传动的可分性：一对渐开线齿轮制成之后，其基圆半径是不能改变的，即使两轮的中心距稍有改变，其角速度比仍保持原值不变。4.齿轮各部分名称：齿根圆、基圆、分度圆、齿顶圆、齿厚、齿槽宽、齿距、齿宽、齿顶高、齿根高、全齿高。5.齿轮所有的几何尺寸都用模数的倍数来表示，所以齿数相同的齿轮，模数越大，齿轮的尺寸越大，其承载能力也就越高。mzd；mp;分度圆是具有标准模数和标准压力角（20°）的圆。模数越大，p越大，齿轮越大，齿轮抗弯能力越强，所以，模数是齿轮抗弯能力的重要标志。fahhh；aamhh；chmhaf；0.1ah；25.0c；aahdd2；ffhdd2；20cosddb；标准齿轮：分度圆上齿厚和齿槽宽相等，且齿顶高和齿根高均为标准值的齿轮称为标准齿轮。6.渐开线齿轮的正确啮合条件是两轮的模数和压力角分别相等。7.分度圆和压力角是单个齿轮所具有的，而节圆和啮合角是两个齿轮相互啮合时才出现的。标准齿轮传动只有在分度圆和节圆重合时，压力角和啮合角才相等，否则，啮合角大于压力角。8.实际啮合线段与两啮合点间距离之比称为重合度，因此，齿轮连续传动的条件是重合度大于等于1。重合度表示同时参加啮合的齿的对数，重合度越大，轮齿平均受力越小，传动越平稳。9.斜齿轮左旋、右旋判断方法。10.一对斜齿轮正确啮合条件：模数相等，压力角相等，螺旋角大小相等方向相反（外啮合）。11.斜齿轮的法面模数和端面模数之间的关系：costnmm;国标规定，斜齿轮的法面参数取为标准值，而端面参数为非标准值。12.斜齿轮的优点：1）齿廓接触线是斜线，一对齿是逐渐进入啮合和逐渐脱离啮合的，故运转平稳，噪声小。2）重合度大，并随齿宽和螺旋角的增大而增大，故承载能力高，运转平稳，适于高速传动。3）斜齿轮不根切的最少齿数小于直齿轮。13.两轴交错的齿轮机构：蜗轮蜗杆机构。14.按照工作条件，齿轮传动可分为闭式传动和开式传动。15.轮齿的失效形式主要有：齿轮折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形。在一般闭式齿轮传动中，齿轮的主要失效形式是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿根部分靠近节线处最易发生点蚀，故常取节点处的接触应力为计算依据。一般仅有一对齿啮合，即荷载由一对齿承担。对于开式齿轮，主要的失效形式有：齿面磨损和轮齿的弯曲疲劳强度破坏。16.热处理：钢在固体状态下被加热到一定温度，保温，不同的冷却方法，改变钢的组织结构，得到所需性能。退火：放在空气中缓慢降温。正火：空气中对流冷却。淬火：放在水中或油中冷却。17.直齿圆柱齿轮传动的作用力及其各力的方向：圆周力及其方向，径向力及其方向。18.齿面接触应力的验算公式。两轮的接触应力是作用力和反作用力，大小相等方向相反，但两轮的许用应力不同，因为两轮的材料和热处理方式不同，计算中取两轮中较小者。19.设计圆柱齿轮时设计准则：1）对闭式软齿面齿轮传动，主要失效