机械设计基础复习提纲
机械设计基础复习提纲
第一章
1、平面机构的自由度计算 H L P P n F --=23
运动副（转动副、移动副、高副） 复合铰链、局部自由度、虚约束的识别 2、机构运动确定性条件
机构的自由度数与原动件数相等,且大于零.
例题：计算下图所示两个机构的自由度，并判断机构的运动确定性，如机构中存在复合铰链、局部自由度和虚约束，请在图上示出。
第二章
平面四杆机构：重点掌握三种平面四杆机构（铰链四杆机构、曲柄滑块机构、摆动导杆机构等）的以下相关知识点：
1、铰链四杆机构的三种基本类型：双曲柄、双摇杆、曲柄摇杆机构
杆长条件：最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆长度之和。 铰链四杆机构基本类型判断：
1） 若不满足杆长条件，则为双摇杆机构；
2） 若满足杆长条件，并以最短杆的对边作为机架，则为双摇杆机构； 3） 若满足杆长条件，并以最短杆作为机架，则为双曲柄机构；
4） 若满足杆长条件，并以最短杆的邻边作为机架，则为曲柄摇杆机构。
b)
局部自由度
虚约束
b) H L P P n F --=23
24243-?-?=
2=
机构自由度数等于原动件数，且大于零，故机构具有确定的相对运动。
解：a) H L P P n F --=23
15243-?-?=
1=
机构自由度数等于原动件数，且大于零，故机构具有确定的相对运动。
局部自由度
a)
2、急回运动特性
极位夹角和行程速度变化系数K
3、压力角和传动角的定义，并能熟练在机构图中标出压力角和传动角。
在曲柄摇杆机构中，最小传动角出现在曲柄与机架共线的两个运动位置的其中一个位置。 4、死点位置的定义及判断
曲柄摇杆机构（摇杆为主动件）、曲柄滑块机构（滑块为主动件）、摆动导杆机构（导杆为主动件）时才会出现死点位置。
第四章
1、共轭齿廓的定义、传动比的定义及计算 共轭齿廓: 满足定传动比条件的齿廓. 传动比: 主动轮和从动轮角速度的比值. 2
1
12ωω=
i 2、渐开线齿廓的啮合特性：传动比恒定不变、正压力方向不变、运动可分性 3、分度圆、标准齿轮的定义
分度圆:具有标准模数和标准压力角的圆.
标准齿轮:分度圆齿厚与齿槽宽相等,且齿顶高和齿根高为标准值. 4、正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的主要几何尺寸计算：
分度圆、齿顶圆、齿根圆、齿顶高、齿根高、基圆、全齿高、周节（齿距）、标准中心距
5、渐开线直齿圆柱齿轮传动、渐开线斜齿圆柱齿轮传动、渐开线直齿圆锥齿轮传动的正确啮合条件 渐开线直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件：两轮的模数和压力角分别相等。 渐开线斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件:
两轮的法面模数和法面压力角分别相等；
且分度圆螺旋角大小相等，对于外啮合，旋向相反；对于内啮合，旋向相同。 渐开线直齿圆锥齿轮传动的正确啮合条件:
两轮的大端的模数和压力角分别相等；且分度圆锥外锥距相等。
6、渐开线直齿圆柱齿轮传动的重合度及连续传动条件 重合度啮合点间距
实际啮合线段长度=ε
连续传动条件1≥ε
7、国标中，渐开线斜齿圆柱齿轮、渐开线直齿圆锥齿轮的标准值规定 渐开线斜齿圆柱齿轮的标准值规定：法面参数 渐开线直齿圆锥齿轮的标准值规定：大端参数
8、渐开线斜齿圆柱齿轮的分度圆螺旋角的取值范围：8~20度；斜齿轮轮齿螺旋方向判断（左旋、右旋） 9、渐开线斜齿圆柱齿轮的端面齿廓：是精确的渐开线。
从端面观察，一对渐开线斜齿圆柱齿轮传动相当于一对渐开线直齿圆柱齿轮传动。
与端面尺寸相当的渐开线直齿圆柱齿轮传动比较，渐开线斜齿圆柱齿轮传动重合度较大，传动更平稳。
第五章
1、定轴轮系传动比的计算及轮系中两轮相对转向的确定
2、两种周转轮系：行星轮系和差动轮系的定义及判断 行星轮系：自由度为1. 差动轮系：自由度为2.
3、周转轮系传动比的计算
例题: 下图所示轮系中，蜗杆1主动，为单头右旋蜗杆，即 ,11
=z 其沿顺时针方向回转，蜗杆1的
转速 m in,/14401r n =蜗轮2的齿数为 ,402=z 其余各轮齿数为 ,253=z
,204=z ，265=z ，186=z ，367=z ，168=z ，269=z 试求 ：
1）蜗杆1与齿轮9的传动比19i ； 2）齿轮9的转速9n ，并在图中标出齿轮9的转向。
第十章
1、普通螺纹的定义、普通螺纹和管螺纹公称直径的规定
普通螺纹公称直径的规定：螺纹大径。 管螺纹公称直径的规定：管子的公称通径。 2、螺纹连接的自锁条件
'ρψ≤
同一公称直径的细牙螺纹较粗牙螺纹，具有更好的自锁性能。
3、螺纹连接的四种基本类型（螺栓连接、螺钉连接、双头螺柱连接、紧定螺钉连接）及应用场合
4、螺纹连接的常用防松方法：
摩擦防松：对顶螺母、弹簧垫圈等 机械防松：槽螺母和开口销。。。
5、普通平键的三种类型：A 、B 、C 及标准中的标记方法及含义
6、普通平键连接的工作原理、主要失效方式、计算准则 工作面：键的两侧面。
工作原理：靠工作面的抗挤压能力来传递转矩。
主要失效方式：工作面被压溃。 计算准则：保证工作面的挤压强度。
普通平键的剖面尺寸是根据轴的直径查标准确定。
普通平键的长度尺寸是根据轴上零件相配轮毂宽度来选择的。
解：
1) 1636
2625126
182040 7
5319
6429119=??????===z z z z z z z z n n i
2)
min)/(90161440
1619
199119r i n n n n i ===== 转向如图所示
普通平键连接中，当采用双键时，应沿圆周方向180度对称布置；校核工作面的挤压强度时，按1.5个键校核。
第十一章
1、 轮齿的主要失效形式及计算准则
轮齿的主要失效形式：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合、齿面塑性变形等 轮齿折断：齿根弯曲强度不足导致。
齿面点蚀：齿面接触强度不足导致。最先出现在靠近节线的齿根面上。 闭式齿轮传动（钢制齿轮、软齿面）中：
主要失效形式为齿面点蚀。
计算准则：先按齿面接触强度设计，然后校核齿根弯曲强度。 闭式齿轮传动（钢制齿轮硬齿面或脆性材料）中：
主要失效形式为轮齿折断。
计算准则：先按齿根弯曲强度设计，然后校核齿面接触强度。 开式齿轮传动中：
主要失效形式为齿面磨损。
计算准则：按齿根弯曲强度进行条件性设计，不必校核齿面接触强度。
2、 轮齿的受力分析（直齿轮、斜齿轮、锥齿轮）
3、 齿轮设计知识点：
1） 圆柱齿轮齿宽系数的定义、两轮齿宽（1B ，2B ）的确定
圆柱齿轮齿宽系数为计算齿宽b 与小齿轮分度圆直径1d 的比值：1
d b d =φ 两轮齿宽（1B ，2B ）的确定：
大齿轮齿宽b B =2，小齿轮齿宽10~521+=B B （mm ） 2）
一般渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度：
取决于小齿轮分度圆直径的大小（或传动中心距的大小）；
以节点作为计算点计算的，两轮的齿面接触应力21H H σσ=
一般渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲强度 取决于模数的大小；
以载荷作用于齿顶，由一对轮齿承担全部载荷来计算的，两轮（齿数不相等时）的齿根弯曲应
力21F F σσ≠
齿形系数Fa Y 只与齿数z 有关，而与模数无关。齿数z 越多，齿形系数Fa Y 越小。
例题: 下图所示传动中，齿轮1和2为轴交角Σ=90°的直齿圆锥齿轮传动，齿轮3和4为斜齿轮传动，齿轮5和6为正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，已知I 轴为动力输入轴，其转动方向如图所示，问：
1) 齿轮3、4的螺旋角旋向应如何选择才能使轴II 上两齿轮的轴向力方向相反？
2）试在图上标出齿轮3、4轮齿所受圆周力i t F 、径向力i r F 和轴向力i a F (i=3,4)的作用位置和方向。
3) 若已知齿轮5和6的模数和齿数分别为： ,4mm m = ,205=z ,606=z 试计算齿轮5、6的分度圆
直径 5d 、 6d 以及两轮标准中心距 56a 。
第十三章
1. 带传动的受力分析
紧边拉力F1、松边拉力F2、有效拉力Fe 、初拉力F0等的计算关系: F1－ F2＝Fe F1＋ F2＝2F0 F1＝F0＋Fe/2 F2＝F0－Fe/2
最大有效拉力Fec 的主要影响因素：带轮包角、初拉力F0、摩擦系数f 。 2、带传动的主要失效形式及其计算准则
带传动的主要失效形式：带在带轮轮面上打滑、带的疲劳破坏
计算准则：在保证不打滑的前提下，使带具有一定的疲劳强度及寿命。
打滑最先发生在带与小带轮的接触弧上。 多级传动中，带传动应布置在高速级。 4、 弹性滑动和打滑
弹性滑动和打滑产生的原因：
弹性滑动是由于带的紧边和松边的拉力差产生的。不可避免，是一种固有特性，因此带传动的传动比不能保持恒定不变。
打滑是由于过载引起。是一种失效形式，可以避免。 避免打滑的条件：Fe ≤Fec 5、 普通V 带的型号
截型：Y 、Z 、A 、B 、C 、D 、E 等七种，截面尺寸依次加大，承载能力依次增大。
解：
1)螺旋角方向如图示； 2) 齿轮3、4轮齿所受圆周力、径向力和轴向
力的作用位置和方向如图示。 3）
⊙
?
3
r F 4
r F 3
a F 4
a F 3
t F 4
t F 160mm
)6020(421
)(212406048020465566655=+??=+=
=?===?==z z m a mm mz d mm mz d
6、 滚子链传动：
多边形效应及主要影响因素：
主要影响因素：小链轮齿数、链的节距、链速。 小链轮齿数越多，多边形效应减小； 链的节距越小，多边形效应减小；
链速越低，多边形效应减小。故多级传动中，链传动应布置在低速级。 链传动中跳齿和脱链最先发生在大链轮的轮齿上。 第十四章
1、 轴的基本类型
按照轴的受载情况分，可分为：转轴、心轴和传动轴。
转轴：既受转矩，又受弯矩。例如：自行车中轴等。
心轴：只受弯矩。例如：自行车前轴、自行车后轴、火车轮轴等。 传动轴：只受转矩。
2、 轴的结构设计
要求掌握轴的结构设计的相关知识点。（能针对一个错误结构，指出其中的错误，并改正之）。 3、 轴的强度计算
对于传动轴，按扭转强度条件验算。 对于转轴，按弯扭合成强度条件验算。 对于心轴，按弯曲强度条件验算。
在初步设计时，对于上述三种轴，一般都是根据扭转强度条件估算最小轴径的。
例题: 试分析下图所示结构设计是否合理，请将不合理之处编上序号，并用文字说明错误所在及改正措施或画出改正结构图（找出10个错误即可）。
解: 每指出并改正一个错误得1分, 指出并改正10个错误, 本题得满分. 此结构的主要错误有：
1处联轴器左端未轴向定位。 2处轴端应倒角。
3处联轴器与轴承端盖间应留有一定距离。 4处联轴器右侧应设轴肩来作轴向定位。 5处端盖轴孔处应设计密封装置。 6处端盖轴孔与轴之间应有间隙。
7处轴承端盖与箱体接合面间未设计密封及调整装置。 8处箱体与轴承端盖接合面应设置凸台，以减小加工面积。 9处套筒外径太大，左侧轴承不便拆卸。
10处键槽过长，且键联接应与联轴器处键联接布置在同一直线上。 11处齿轮右端面没有轴向定位，应设置定位轴肩。 12处角接触球轴承应与左侧角接触球轴承相向安装。
1 2
3
4 5,6
7,8
7,8 9
10
11
12
13 14
15
16
16
13处轴承内圈左侧没有轴向定位。
14处轴端应倒角。
15处轴承端盖应减小加工面积。
16处箱体与轴承端盖之间应设置螺钉联接。
此结构的主要错误改正后如下图所示：
第十五章
1、液体动压滑动轴承中，动压油膜形成的必要条件：
1)两摩擦表面间的间隙必须有楔形间隙；
2)两摩擦表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；
3)两摩擦表面必须有相对滑动速度。其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。
2、非液体摩擦滑动轴承的计算
限制压强p≤[p]，避免轴瓦产生过度的磨损；
限制pv≤[pv]，避免轴承发热引起过度温升，导致油膜破裂。
第十六章
1、滚动轴承的基本类型和代号
1)要求掌握滚动轴承的基本类型及类型代号的含义：
1—调心球轴承，2—调心滚子轴承，3---圆锥滚子轴承，5---推力球轴承，
6—深沟球轴承，7---角接触球轴承，N---圆柱滚子轴承，NA---滚针轴承。
调心球轴承和调心滚子轴承，具有调心性能。
圆锥滚子轴承和角接触球轴承需成对使用，对称安装。
推力球轴承只能承受轴向力。
圆柱滚子轴承和滚针轴承只能承受径向力。
2)要求掌握内径尺寸代号的含义
2、滚动轴承的寿命计算
1)基本额定寿命和基本额定动载荷的定义
基本额定寿命：一组同一型号轴承，在同一运转条件下，其可靠度R为90%时，能达到或超过的寿命L(Lh)。
基本额定动载荷：当一批同型号的轴承运转达到一百万（106）转(基本额定寿命为106转)时，轴承所能承受的载荷。
2)重点掌握圆锥滚子轴承和角接触球轴承的基本额定寿命的计算方法
F的计算（注意：圆锥滚子轴承和角接触球轴承的计算公式的差异）内部轴向力
s
轴承轴向力a F 的计算：掌握判断被压紧端和被防松端，进而分别确定两轴承的轴向力1a F ，2a F 当量动载荷P 的计算：
11111a r F Y F X P += 22222a r F Y F X P +=
滚动轴承基本额定寿命的计算：ε
???
?
??=
P f C f n L P t h 60106
其中寿命指数ε的取值：对于球轴承---3=ε；对于滚子轴承----3/10=ε
例题: 一根轴用两个同型号的角接触球轴承支承（如下图所示），其转速min /900r n =，轴承的基本额定动载荷C=33800N 。已知两轴承受的径向载荷为N F r 10001=，N F r 5002=，轴向外载荷N F A 8001=，N F A 5002=，常温下工作（0.1=t f ），工作载荷有中等冲击（2.1=P f ）。给定轴承内部轴向力s F =0.68r F ，判断系数68.0=e ，当e F F r a >/时，X=0.41，Y=0.87；当
e F F r a ≤/时，X=1，Y=0，
ε
???
?
??=P f C f n L P t h 60106，试求： 1) 两轴承的轴向载荷1a F 、2a F ； 2) 两轴承的当量动载荷1P 、2P ；
3) 试判断两轴承中哪个基本额定寿命较短，并计算出该轴承的基本额定寿命h L 。