机械设计基础总结68140

机械设计基础总结

第一章平面机构的自由度和速度分析

1.1 构件——独立的运动单元零件——独立的制造单元

运动副——两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的连接。机构——由两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统。机器——由零件组成的执行机械运动的装置。机器和机构统称为机械。构件是由一个或多个零件组成的。

机构与机器的区别：机构只是一个构件系统，而机器除构件系统之外还包含电气，液压等其他装置；机构只用于传递运动和力，而机器除传递运动和力之外，还具有变换或传递能量，物料，信息的功能。

1.2 运动副——接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。运动副元素——直接接触的部分（点、线、面）运动副的分类：

1 ）按引入的约束数分有：

I 级副（F=5）、II 级副（F=4）、III 级副（F=3）、IV 级副（F=2）、V 级副

（F=1）。

2）按相对运动范围分有：平面运动副——平面运动空间运动副——空间运动平面机构——全部由平面运动副组成的机构。空间机构——至少含有一个空间运动副的机构

3）按运动副元素分有：高副（???）——点、线接触，应力高；低副（???）——面接触，应力低

1.3 机构：具有确定运动的运动链称为机构

机构的组成：机构=机架+原动件+从动件保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数称为机构的自由度。

24y

原动件v自由度数目：不具有确定的相对运动。原动件〉自由度数目：机构中最弱的构件将损坏。

1.5 局部自由度：构件局部运动所产生的自由度。出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp。

复合铰链——两个以上的构件在同一处以转动副相联。m个构件，有m—1转动副虚约束对机构的运动实际不起作用的约束。

计算自由度时应去掉虚约束。

出现场合： 1 两构件联接前后，联接点的轨迹重合， 2.两构件构成多个移动副，且导路

平行。 3.两构件构成多个转动副，且同轴。4运动时，两构件上的两点距离始终不变。5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。

1.6 机构运动简图——用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。作用——

1.表示机构的结构和运动情况。

2.作为运动分析和动力分析的依据。步骤：

1）运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；

2）测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制示意图。

3）按比例绘制运动简图。简图比例尺：卩I =实际尺寸m /图上长度mm

4）检验机构是否满足运动确定的条件。

1.7 F=3n－（2PI +Ph ）

1.8 速度瞬心两个作平面运动构件上速度相同的一对重合点，在某一瞬时两构件相对于该

点作相对转动，该点称瞬时速度中心。求法？

若机构中有n个构件，则???每两个构件就有一个瞬心

???根据排列组合有N = n（n-1）/2

求法：1）直接观察法：适用于求通过运动副直接相联的两构件瞬心位置。

2）三心定律：三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬心，且它们位于同一条直线上。此法特别适用于两构件不直接相联的场合。

第二章平面连杆机构

2.1 何谓平面连杆机构？它有何特点？能够实现哪些运动转换？平面连杆机构是有若干构件用低副（转动副、移动副）连接组成的平面机构，又称平面低副机构。

①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较

高的制造精度。

②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。

③连杆曲线丰富。可满足不同要求。

若组成转动副的两构件能作整周相对运动，则称该转动副为整转副，否则称为摆动副。2.2 铰链四杆机构的基本形式，特性，生产中有何作用？哪些特性对工作不利？如何消除其影响？

曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构

1 ）曲柄摇杆机构特征：曲柄＋摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如

雷达天线。

2）双曲柄机构

特征：两个曲柄

作用：将等速回转转变为等速或变速回转。

3）双摇杆机构

特征：两个摇杆

对工作不利的特性：

极位，死点位置：施加外力，利用构件自身惯性可以解决。

运动不确定性：当四个铰链中心处于同一直线上将出现运动不确定性。可以在主，从动曲柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构来消除运动不确定状态。

2.3四杆机构的演化形式有哪些？他们是通过什么途径演化而来的？在工程上有哪些实际应用？

（1）改变构件的形状和运动尺寸

曲柄摇杆机构，曲柄滑块机构，偏心曲柄滑块机构，对心曲柄滑块机构，双滑块机构，正

弦机构。

（2）改变运动副的尺寸

偏心轮机构

（3）选不同的构件为机架

曲柄滑块机构

导杆机构

2.4在铰链四杆机构中，转动副成为周转副的条件是什么？

1最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

2整转副是由最短杆与其临边组成

2.5铰链四杆机构的形式和尺寸之间关系如何？曲柄存在的条件：

曲柄存在的条件

1. 最长杆与最短杆的长度之和应w其他两杆长度之和称为杆长条件。

2. 连架杆或机架之一为最短杆。

2.6四杆机构的极位和死点有何异同

在中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。

摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：丫= 0此时机构不能运动.称此位置为：死点”

死点要求是摇杆为主动件曲柄为从动件时的极位才是死点

2.7何谓行程速比系数K ?它描述了机构的什么特性？它与极位夹角有何关系？

当曲柄以3继续转过180° - B时，摇杆从C2D,置摆到C1D,所花时间为t2，平均速度为V2 ,那么有：

显然t1>t2 v2>v1,摇杆的这种特性以急回运动。

称K为行程速比系数，特性：K值越大，急回性质越明显。

于极位夹角的关系式：十、

且B越大，K值越大，，急回性质越明显

2.8存在急回特性的装置？什么情况下没有急回特性？

具有急回特性的四杆机构除曲柄摇杆机构外，还有偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构等。

当=0°，k=1时，无急回特性.

2.9 曲柄摇杆机构中，当以曲柄为原动件时，是否存在死点？不存在。

2.10曲柄摇杆机构、双摇杆机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构和摆动导杆机构等各在什么条件下会出现死点？机构在死点位置会出现什么后果？可采取哪些措施解决？

摇杆为主动件的曲柄摇杆机构，当曲柄与连杆两次共线时，忽略连杆质量的情况

下，连杆是二力杆，因此连杆对曲柄的作用力通过曲柄铰链中心A，给曲柄的驱动力矩为0,机构就会出现卡死或运动不确定的现象。死点通常有害，应设法消除。消除方法有：

② 对从动曲柄施加附加力矩。

②利用构件自身或飞轮的惯性。

③多组相同机构错开一定角度布置。

2.11 机构的压力角和传动角对传动性能的影响？设计四杆机构时，对传动角有何要求？

压力角：从动件驱动力 F 与力作用点绝对速度之间所夹锐角。传动角（丫）=90度-压力角（a）

Y T F'T对传动有利。又可用丫的大小来表示机构传动力性能的好坏，设计时要求：丫min > 50°

2.12曲柄摇杆机构都得最大和最小传动角出现在什么位置？当摇杆主动时，其传动角又如何？

在曲柄摇杆机构中,若以曲柄为原动件时,最小传动角出现在曲柄与机架的两个共线位置之一处。

2.13导杆机构的传动角是多少？摆动导杆机构的传动角始终等于90°。2.14曲柄滑块机

构的最大和最小传动角出现在什么位置？当滑块主动时，其传动角又如何？

第三章凸轮机构

3.1 凸轮机构有哪些类型？特点如何？

1）按凸轮形状分：盘形、移动、圆柱凸轮（端面）。

2）按推杆形状分：尖顶、滚子、平底从动件。

3）按推杆运动分：直动（对心、偏置）、摆动

4）按保持接触方式分：力封闭（重力、弹簧等）几何形状封闭（凹槽，等宽，等径，主回凸轮）

特点：

尖顶——构造简单、易磨损、用于仪表机构；

滚子——磨损小，应用广；

平底——受力好、润滑好，用于高速传动。 3.2凸轮机构从动件常用运动规律有哪几种？有何特点？适用于哪些场合？

一、多项式运动规律

1. 等速运动（一次多项式）运动规律。刚性冲击

2. 等加等减速（二次多项式）运动规律：位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。柔性冲击

3. 五次多项式运动规律：无冲击，适用于高速凸轮

二、三角函数运动规律

1?余弦加速度（简谐）运动规律：在起始和终止处理论上a2为有限值，产生柔性冲击。

2.正弦加速度（摆线）运动规律：无冲击

三、改进型运动规律：将几种运动规律组合，以改善运动特性。正弦改进等速 3.3何谓刚性冲击和柔性冲击？它们出现在哪几种常用运动规律中？

（网上找的）等加速和等减速运动的推杆在运动的起讫处加速度数值较大变化以及中

部加速度方向发生反向而对凸轮产生柔性冲击；余弦加速度运动的推杆在起讫处也由于其加速度数值的较大变化而对凸轮产生柔性冲击。

这些是PPT 上的，和书上的有些不一样

3.5 理论轮廓曲线，实际轮廓曲线？作图时是否可以不画理论轮廓曲线直接画实际轮廓曲线？

实际轮廓是只凸轮的实际外形，滚子的中心走过的轨迹才是理论的轮廓曲线不能

（P47）

3.6 设计凸轮轮廓曲线时，采用了反转法，其理论依据是什么。

给整个凸轮机构施以-①1时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。

3.7 压力角，对工作的影响？为什么回程压力角可以选得大些？（1）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称为压力角。

（2）驱动从件的有用分力F'—定时，压力角a越大，则有害分力F'越大，机构的效率越低。当a增大到一定程度，以致F'在导路中所引起的摩擦阻力大于有用分力F' 时，无论凸轮加给从动件的作用力多大，从动件都不能动，这种现象称为自锁。为了保证凸轮机构正常工作并具有一定的传动效率，必须对压力角加以限制。

（3）常见的依靠外力使从动件与凸轮维持接触的凸轮机构，其从动件是在弹簧或重力作用下返回的，回程不会出现自锁。因此，对于这类凸轮机构，通常只需要校核推程压力角。

3.8将对心从动件改为偏置后，对凸轮压力角有何影响？用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，故偏距 e 不能太大。

第四章齿轮机构

4.1渐开线形成：一条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹

特性：

① AB = BK; （见书P55 页及PPT）

② 渐开线上任意点的法线切于基圆纯滚动时， B 为瞬心，速度沿t-t 线，是渐开线

的切线，故BK 为法线

③ B 点为曲率中心，BK 为曲率半径。渐开线起始点 A 处曲率半径为0。

④渐开线的形状取决于基圆的大小

⑤基圆之内无渐开线

4.3 齿廓在基圆上的压力角和曲率半径如何？在无穷远处的压力角和曲率半径又如何？（P55）

压力角a k，基圆半径rb, k点离轮心的距离

rb = rk cos a k

—条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹叫渐开线。直线与基圆的交点是曲率中心，任意点到曲率中心的距离是曲率半径。（齿轮在无穷远处的压力角和曲率半径未找到。）

4.4当基圆半径无限大时，渐开线的形状，压力角和曲率半径如何？渐开线形状取决于基圆，当基圆半径无限大时，渐开线变成直线，压力角为零度，曲率半径无限大。

4.5 齿廓啮合基本定律：相互啮合传动的一对齿廓，在任一啮合位置时的传动比都与连心线O1O2 被两齿廓在接触点处的公法线所分成的两线段的长度成反比。这种关系称为齿廓啮合基本定律。 4.6 渐开线齿轮传动的三个重要特性？工程意义？

1）可分性：即使两轮的中心距稍有改变，其角速度比仍保持原值不变。可根据可分性设计变位齿轮。

2）齿轮传动时，其齿廓接触点的轨迹成为啮合线。无论在哪一点接触，接触齿廓的公法线总是两基圆的内公切线，即为啮合线。

3）若齿轮传递的力矩恒定，则齿轮之间，轴与轴承之间压力的大小和方向不变。

4.7 过节点作两节圆的公切线，它与啮合线间的夹角称为啮合角；啮合角在数值上等于渐开线在节圆上的压力角。参考P56图4-5

4.8在任意直径的圆周上，轮齿两侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿厚（s）；齿槽两侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿槽宽（e）；相邻两齿同侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿距（p）;分度圆上的齿距p对n的比值称为模数（m）。

参考P57 图4-6

4.9把齿轮某一圆周上的比值p k/ n规定为标准值（整数或较完整的有理数），并使该圆上的压力角也为标准值。这个圆称为分度圆。

P57

标准齿轮：分度圆上齿厚与齿槽宽度相等，且齿顶高和齿根高均为标准值的齿轮。（m 、

a 、h*a、c* 为标准值，并且s = e = p / 2 的齿轮。）

4.10 基本参数和几何尺寸

（P55-P60）

齿轮各部分的名称：

⑴齿顶圆一da，ra （2）齿根圆一df，rf （3）基圆一db, rb

（4）分度圆－d，r （5）分度圆上的齿厚－S （6）分度圆上的齿槽宽－e

基本参数

⑴齿数Z ⑵模数m (3)分度圆压力角a ⑷齿顶高系数ha*顶隙

系数c*

几何尺寸计算标准齿轮具有标准齿廓参数Z , m ,a , ha* , c* 且分度圆上的 e = s 相等。分度圆直径 d = m?Z

齿顶圆直径da = d± 2ha (外齿轮为+)

齿根圆直径df = d ± 2hf (外齿轮为-) 基圆直径db = d cos a = m z cos a 齿顶高???= ????m

? ???，??分别为齿顶高系数和顶隙系数

齿根高???= (h???+ ???)m

齿全高h = h??+ h??

齿厚、齿槽宽s = e = n m /2

齿距p = n m

基圆齿距pb = n m cos a

法向齿距pn = n m cos a

顶隙 c = c*m

中心距a= (d1±d2)/2 = m(Z1 ±Z2)/2

传动比i12= 3 1/3 2= r2/r1= Z2/Z仁rb2/rb111.两轮的模数和压力角应分别相等

4.11渐开线齿轮传动的正确啮合条件( P59)

两轮的模数和压力角分别相等

正确啮合条件m1cos a1 = m2cos a2 由于模数和压力角已经标准化，所以必须使:m1 = m2 = m a1 = a2 = a

4.12在确定一对齿轮传动的中心距时，应满足哪两点要求？

( 1)保证两轮的齿侧间隙为零。为了避免轮齿间的冲击，齿侧间隙一般都很小，通常是由制造公差来保证。

(2)保证两轮的顶隙为标准值

4.13 具有标准中心距的标准齿轮传动具有哪些特点？( P60 齿侧间隙为零，分度圆的齿厚与齿槽宽相等)

4.14实际安装中心距大于标准中心距时，分度圆半径变大，传动比不变，径向间隙变大，齿侧间隙出现，节圆半径变大且大于分度圆半径，啮合角变大且大于分度圆压力角，重合度降低。

4.15传动比=角速比=圆心到节点距离的反比=节圆半径反比=基圆半径的反比=分度圆半

径反比=齿数反比=常数

第五章轮系

5.1定轴轮系，周转轮系？他们有什么区别传动时每个齿轮的几何轴线都是固定的，这种轮系称为定轴轮系。这种至少有一个齿轮的几何轴线绕另一个齿轮的几何轴线转动的轮系，称为周转轮系。

区别：定轴轮系的每个齿轮的几何轴线都是固定的，而周转轮系至少有一个齿轮的几何轴线绕另一个齿轮的几何轴线转动的。

5.2基本周转轮系及其特点：

基本周转轮系是由行星轮、支持它的行星架和与行星轮相啮合的两个(有时只有一个)

中心轮构成。

特点：行星架和中心轮的几何轴线必须重合。

5.3行星轮系是，差动轮系？他们的区别是什么？

在周转轮系中，它的两个中心轮能转动，需要两个原动件的周转轮系称为差动轮系。

在周转轮系中，只有一个中心轮能转动，只需一个原动件的周转轮系称为行星轮系。

区别：差动轮系的两个中心论都能转动而行星轮系的只有一个中心轮能转动。

5.4转化轮系，它和原来的轮系有何联系与区别？为什么要引进此概念？根据相对运动原

理，给整个转速为n ( H)的周转轮系加上一个绕轴线的大小为