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机械设计基础知识点总结汇总 1.构件：独立的运动单元/零件：独立的制造单元 机构：用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能有确定相对运动的连接方式组成的构件系统（机构=机架（1个）+原动件（1个）+从动件（若干） 机器：包含一个或者多个机构的系统 注：从力的角度看机构和机器并无差别，故将机构和机器统称为机械 1. 机构运动简图的要点：1）构件数目与实际数目相同2）运动 副的种类和数目与实际数目相同3）运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例（该项机构示意图不需要） 2. 运动副（两构件组成运动副）：1）高副（两构件点或线接触） 2）低副（两构件面接触组成），例如转动副、移动副 3. 自由度（F ）=原动件数目，自由度计算公式： 为高副数目）（为低副数目） （为活动构件数目）（H H L L P P P P n n F -=23 求解自由度时需要考虑以下问题：1）复合铰链2）局部自由度3）虚约束 4. 杆长条件：最短杆+最长杆其它两杆之和（满足杆长条件则 机构中存在整转副） I ） 满足杆长条件，若最短杆为机架，则为双曲柄机构 II ） 满足杆长条件，若最短杆为机架的邻边，则为曲柄摇杆 机构 III ） 满足杆长条件，若最短杆为机架的对边，则为双摇杆机 构 IV ） 不满足杆长条件，则为双摇杆机构 5. 急回特性：摇杆转过角度均为摆角（摇杆左右极限位置的夹 角）的大小，而曲柄转过角度不同，例如：牛头刨床、往复式输送机 急回特性可用行程速度变化系数（或称行程速比系数）K 表示 1 1180180180/21211221+-?=?-?+?=K K t t t t K ? 为极位夹角（连杆与曲柄两次共线时，两线之间的夹角） 6. 压力角：作用力F 方向与作用点绝对速度c v 方向的夹角 7. 从动件压力角=90°（传动角=0°）时产生死点，可用飞轮或 者构件本身惯性消除 8. 凸轮机构的分类及其特点：I)按凸轮形状分：盘形、移动、圆 柱凸轮（端面） II ）按推杆形状分：1）尖顶构造简单，易磨损，用于仪表机构（只用于受力不大的低速机构）2）滚子磨损小，应用广3）平底受力好，润滑好，用于高速转动，效率高，但是无法进入凹面 III ）按推杆运动分：直动（对心、偏置）、摆动 IV)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） 9. 凸轮机构的压力角：从动件运动方向与凸轮给从动件的力的 方向之间所夹的锐角（凸轮给从动件的力的方向沿接触点的法线方向） 压力角的大小与凸轮基圆尺寸有关，基圆半径越小，压力角越大（当压力角过大时可以考虑增大基圆的半径） 10. 凸轮给从动件的力F 和使从动件压紧导路的有害分力F （F =F 11. 凸轮机构的自锁现象：在角增大的同时，F 擦力 大于有用分力F 即发 生自锁，在摆动凸轮机构中建议35°-45°，在直动凸轮 机构中建议30°，在回程凸轮机构中建议70°-80° 12. 凸轮机构的运动规律与冲击的关系：I ）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）运动规律柔性冲击3）五次多项式运动规律无冲击（适用于高速凸轮机构） II ）三角函数运动规律：1）余弦加速度（简谐）运动规律柔性冲击2）正弦加速度（摆线）运动规律无冲击 III ）改进型运动规律：将集中运动规律组合，以改善运动特性 13. 凸轮滚子机构半径的确定： 为滚子半径、为理论轮廓的曲率半径、为工作轮廓的曲率半径T a r I ）轮廓内凹时：T a r += II ）轮廓外凸时：T a r -=（当 0=-=T a r 时，轮廓变尖，出现失真现象，所以要使机构正 常工作，对于外凸轮廓要使T r >min ） 注：平底推杆凸轮机构也会出现失真现象，可以增大凸轮的基圆半径来解决问题 14. 齿轮啮合基本定律：设P 为两啮合齿轮的相对瞬心（啮合齿 轮公法线与齿轮连心线21O O 交点），12122112 b b r r P O P O i =（传动比需要恒定，即需要P O P O 12为常数） 15. 齿轮渐开线（口诀）：弧长等于发生线，基圆切线是法线，曲 线形状随基圆，基圆内无渐开线 啮合线：两啮合齿轮基圆的内公切线 啮合角：节圆公切线与啮合线之间的夹角（即节圆的压力角） 16. 齿轮的基本参数： （弧长）弧长）齿槽宽齿厚、齿根圆、齿顶圆k k f f a a e s d r d r ( 基圆上的弧长）法向齿距（周节）齿距（周节）：(b n k k k p p e s p =+= f a h h 高度）齿根高（分度圆到齿根高度）齿顶高（分度圆到齿顶 分度圆：人为规定（标准齿轮中分度圆与节圆重合），分度圆参数用r 、d 、e 、s 、p=e+s 表示（无下标） B h h h f a ）齿宽（轮齿轴向的厚度全齿高+= 轮齿的齿数为z mz r mz d p m p zp d zp d m 2 1,/=?=有故定义只能取某些简单的值， ，人为规定：分度圆的周长模数齿轮各项参数的计算公式：mz d = ）短齿制正常齿齿顶高系数.80,1(*=a a a a a h h h m h h ).3025.0()(*=+=c c c m c h h a f 短齿制正常齿顶隙系数 m c h h h h a f a )2(*+=+= m h z h d d a a a )2(2*+=+= m c h z h d d a f f )22(2*-=-= 17. 分度圆压力角=arcos （b r /r ）（b r 为基圆半径，r 为分度圆半径） 所以cos cos mz d d b = 所以 cos cos cos p m z mz z d p p b b n = 18. 齿轮重合度：表示同时参加啮合的轮齿的对数，用（1 才能连续传动）表示，越大，轮齿平均受力越小，传动越平稳 19. m c c c e s *21,00=-为标准值即顶隙即理论上齿侧间隙为 标准安装时的中心距2121r r r c r a f a +?=+= 20. 渐开线齿轮的加工方法：1）成形法（用渐开线齿形的成形刀 具直接切出齿形，例如盘铣刀和指状铣刀），成形法的优点：方法简单，不需要专用机床；缺点：生产效率低，精度差，仅适用于单件生产及精度要求不高的齿轮加工2）范成法（利用一对齿轮（或者齿轮与齿条）互相啮合时，其共轭齿阔互为包络线的原理来切齿的），常见的刀具例如齿轮插刀（刀具顶部比正常齿高出m c *，以便切出顶隙部分，刀具模拟啮合旋转并轴向运动，缺点：只能间断地切削、生产效率低）、齿条插刀（顶部比传动用的齿条高出m c *，刀具进行轴向运动，切出的齿轮分度圆齿厚和分度圆齿槽宽相等，缺点：只能间断 地切削、生产效率低）、齿轮滚刀（其在工作面上的投影为一齿条，能够进行连续切削） 21. 最少齿数和根切（根切会削弱齿轮的抗弯强度、使重合度下 降）：对于=20°和*a h =1的正常齿制标准渐开线齿轮，当用齿 条加工时，其最小齿数为17（若允许略有根切，正常齿标准齿轮的实际最小齿数可取14） 如何解决根切？变位齿轮可以制成齿数少于最少齿数而无根切的齿轮，可以实现非标准中心距的无侧隙传动，可以使大小齿轮的抗弯能力比较接近，还可以增大齿厚，提高轮齿的抗弯强度(以切削标准齿轮时的位置为基准，刀具移动的距离xm 称为变位量，x 称为变为系数，并规定远离轮坯中心时x 为正值，称为正变位，反之为负值，称为负变位) 22. 轮系的分类：定轴轮系（轴线固定）、周转轮系（轴有公转）、 复合轮系（两者混合） 一对定轴齿轮的传动比公式：a b b a b a ab z z n n i = 对于（定轴）齿轮系，设输入轴的角速度为1，输出轴的角速 度为m ，所有主动轮齿数的乘积 所有从动轮齿数的乘积=m m i 11 齿轮系中齿轮转向判断（用箭头表示）：两齿轮外啮合时，箭头方向相反，同时指向或者背离啮合点，即头头相对或者尾尾相对；两齿轮内啮合时，箭头方向相同 蜗轮蜗杆判断涡轮的转动方向：判断蜗杆的螺纹是左旋还是 右旋，左旋用左手，右旋用右手，用手顺着蜗杆的旋转方向把握蜗杆，拇指指向即为涡轮的旋转方向 周转轮系（包括只需要一个原动件的行星轮系和需要两个原动件的差动轮系）的传动比： 所有主动轮齿数的乘积 至转化轮系从所有从动轮齿数的乘积至转化轮系从）（K G K G n n n n n n i H H K H H G H K H G H GK ±=-= 注：不能忘记减去行星架的转速，此外，判断G 与K 两轮的转向是否相同，如果转向相同，则最后的结果符号取“+”，如果转向相反，则结果的符号取“-” 复合轮系的传动比计算，关键在于找出周转轮系，剩下的均为定轴轮系，计算时要先名明确传递的路线是从哪一个轮传向下一个轮 23. （周期性）速度波动：当外力作用（周期性）变化时，机械 主轴的角速度也作（周期性的）变化，机械的这种（有规律的、周期性的）速度变化称为（周期性）速度波动（在一个整周期中，驱动力所做的输入功和阻力所作的输出功是相等的，这是周期性速度波动的重要特征） 24. 调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上一个转动惯 量很大的回转件飞轮（选择飞轮的优势在于不仅可以避免机械运转速度发生过大的波动，而且可以选择功率较小的原动机） 对于非周期性的速度波动，我们可以采用调速器进行调节（机 械式离心调速器，结构简单，成本低廉，但是它的体积庞大，灵敏度低，近代机器多采用电子调速装置） 26飞轮转动惯量的选择：2max m A J = 注：1） 22min 2max min max max )(21m J J E E A =-=-=（max A 为最大功亏， 即飞轮的动能极限差值，max A 的确定方法可以参照书本99页） 2）2min max += m （m 为主轴转动角速度的算数平均值） 3）m min max -=（为不均匀系数） 27.（刚性）回转件的平衡：目的是使回转件工作时离心力达到 平衡，以消除附加动压力，尽可能减轻有害的机械振动。 （平面）平衡的方法：安装平衡质量，使得配重对轴的离心 力（或质径积）的矢量和与要平衡的重量的离心力（或质径积）矢量和为0 注：对于一些轴向尺寸较小的回转件，如叶轮，飞轮，砂轮 等，可近似地认为其质量分布在同一平面内，但是对于一些轴向尺寸较大的回转件，如多缸发动机曲柄，电动机转子，汽轮机转子和机床主轴等，其质量分布于多个平面内，不可以看作在同一平面内进行质量平衡的计算 28螺纹的用途：1）链接2）传动 螺纹参数：S=nP(S 为导程，P 为螺距，n 为螺旋线数，注： P 为相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，S 为同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离) 关于螺纹升角：为中径2 2,tan d d nP = 螺纹的类型：1）矩形螺纹（牙侧角=0°）2）非矩形螺纹（牙 侧角0°）：三角形螺纹（牙型角=60°为国家标准普通螺纹，牙型角=55°为管螺纹）、梯形螺纹（牙型角=75°，牙侧角=15°）、锯齿形螺纹（牙型角=33°，牙侧角=3°） 螺纹的效率（有效功与输入功的比）：螺旋副的效率仅与螺纹 升角有关，锯齿形螺纹的牙侧角比梯形螺纹的牙侧角小，所以锯齿形螺纹的效率比梯形螺纹的效率高，但是只适用于承受单方向的轴向载荷 自锁条件：1)矩形螺纹当斜面倾角小于摩擦角时，发生自锁2） 非矩形螺纹，当螺纹升角小于等于当量摩擦角时发生自锁 注：用于连接的紧固螺纹必须满足自锁条件， 为牙侧角）为摩擦系数，当量摩擦角 f f (,cos arctan '= 29螺纹链接的基本类型：1）螺栓连接（螺栓和螺母配合） 普通螺栓连接：螺栓与孔之间有间 隙，孔中不切制螺纹，加工简便， 成本低，应用最广铰制孔用螺栓 连接：其螺杆外径与螺栓孔的内径 具有同一基本尺寸，螺栓与孔之见 没有空隙，并常采用过渡配合，它 适用于承受垂直螺栓轴线的横向载 荷 2）螺钉连接（螺钉直接旋入螺纹孔， 省去螺母）：结构简单，但是不能经 常拆装，经常拆装会使连接件的螺 纹被磨损而失效 3）双头螺柱连接：连接较厚的被连接 件，或者为了结构紧凑而采用盲孔 的连接，该连接允许多次拆装而不 损坏被连接件 4）紧定螺钉连接：固定两零件的相对 位置，并可传递不大的力或者转矩常见的螺纹紧固件：螺栓（有多种头部形状）、双头螺柱（有 座端和螺母端两个端）、（紧 固）螺钉（末端有平端、锥端、圆尖端）、 螺母、垫圈（增大被连接 件的支承面积以减小接触的挤压应力）30预紧：对于不承受轴向工作载荷的螺纹，轴向的力即为预紧 力 螺纹连接的拧紧力矩T等于克服螺纹副相对转动的阻力矩 T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2之和 为了充分发挥螺栓的工作能力和保证预紧可靠，螺栓的预紧 应力一般可达材料屈服极限的50%70%，小直径的螺栓装配时应施加小的拧紧力矩， 否则容易将螺栓杆拉断，力矩的大小通常由经验判断，但是为了保证质量可以选择测力 矩扳手或者定力矩扳手 31防松：连接用的三角形螺纹具有自锁性，一般情况下不会发 生脱落，但是在冲击、振动、变载的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，另外高温螺纹 连接有可能导致变形脱落，所以要进行防松 常用的防松措施：弹簧垫片：反弹力使螺纹间保持压紧力 和摩擦力对顶螺母：两个 螺母的对顶作用，使得螺栓始终受到附加 的拉力和附加的摩擦力，结 构简单，适用于低速重载的场合尼龙圈 锁紧螺母：螺母中嵌有尼龙 圈，拧上后尼龙圈内孔被胀大，箍紧螺栓 槽型螺母开口销圆螺母 用带翅垫片止动垫片：垫片折边以固定 螺母和被连接件的相对位置 其它方法：用冲头冲2-3点防松、粘合 剂涂于螺纹旋合后粘合剂固