2022年机械设计基础知识点 .pdf

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1、第二章平面机构的结构分析2.1 基本概念构件 ：运动单元体零件 ：制造单元体构件可由一个或几个零件组成。?构件：由一个或几个零件组成的没有相对运动的刚性系统。机器或机构中最小的运动单元。?零件：机器或机构中最小的制造单元。?例如：曲轴 单一零件。?连杆 多个零件的刚性组合体。?注意：构件与零件联系与区别？一、机构的组成机架 ：机构中相对不动的构件原动件 ：驱动力（或力矩）所作用的构件。输入构件从动件 ：随着原动构件的运动而运动的构件。输出构件在任何一个机构中，只能有一个构件作为机架。在活动构件中至少有一个构件为原动件，其余的活动构件都是从动件。二、自由度、约束自由度： 构件具有独立运动参数的数

2、目（相对于参考系）在平面内作自由运动的构件具有3 个自由度；在三维空间作自由运动的构件具有6 个自由度。约 束： 运动副对构件间相对运动的限制作用对构件施加的约束个数等于其自由度减少的个数。三、运动副使两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接成为运动副。运动副的作用是约束构件的自由度。四、运动副类型及其代表符号1. 低副 两构件以 面接触 而形成的运动副。A.转动副： 两构件只能 在一个平面内作相对转动，又称作铰链 。自由度数1， 只能转动；约束数2， 失去了沿 X、Y方向的移动。B.移动副： 两构件只能 沿某一轴线 作相对移动。自由度数1， 只能 X方向移动；约束数2， 失去 Y方向移动和转

3、动。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 16 页2. 高副 两构件以 点或线接触 而构成的运动副。自由度数 2 ， 保持切线方向的移动和转动约束数 1 ， 失去法线方向的移动。五、运动链运动链 : 若干个构件通过运动副联接而成的相互间可作相对运动的系统。闭式运动链简称闭链 ：运动链的各构件首尾封闭开式运动链简称开链 ：未构成首尾封闭的系统2.2 机构运动简图定义： 用运动副代表符号和简单线条来反映机构中各构件之间运动关系的简图。构件均用形象、简洁的直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。2.3 平面机构的自由度计算机构的自

4、由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数目。（与构件数目，运动副的类型和数目有关）一、机构自由度计算公式HL23PPnF式中，n为活动构件个数;LP为低副个数；HP为高副个数。(a) 双曲线画规机构F=3n- 2PL-PH=3 5-27-0=1 (b) 牛头刨床机构F=3n- 2PL-PH=3 6-28-1=1 二、机构具有确定运动的条件机构要能运动，它的自由度必须大于零。F 0，构件间无相对运动，不成为机构。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页原动件数W F，运动确定F 0 原动件数W F，运动不确定原动

5、件数W F，机构破坏故机构具有确定运动的条件是：原动件数目应等于机构的自由度数目。 W=F 且 F 0 三、 注意事项1. 复合铰链：两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副。由M个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应为（M-1）个2. 局部自由度在某些机构中，不影响其他构件运动的自由度称为局部自由度。3. 虚约束重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束。计算机构的自由度时，虚约束应除去不计。平面机构的虚约束常出现于下列情况：（1）不同构件上两点间的距离保持恒定（2）两构件构成多个移动副且导路互相平行（3）两构件构成多个转动副且轴线互相重合（4）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运

6、动学习重点 1. 搞清运动副、运动链、约束和自由度等基本概念 2. 能读懂常用机构的机构运动简图 3. 能掌握平面机构的自由度计算计算自由度（先看有无注意事项，复合铰链，再看有几个构件）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 16 页第三章平面连杆机构3.1 平面连杆机构的特点一、平面连杆机构：用低副连接而成的平面机构。二、平面连杆机构的特点：1、能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动2、运动副为低副：面接触：承载能力大；便于润滑。寿命长几何形状简单便于加工，成本低。3、缺点：只能近似实现给定的运动规律；设计复杂；只

7、用于速度较低的场合。三、平面四杆机构的基本型式及其演化铰链四杆机构：所有运动副均为转动副的平面四杆机构图中固定不动的构件AD 是机架；与机架相连的构件AB、CD称为连架杆； 不与机架直接相连的构件 BC称为连杆。连架杆中， 能作整周回转的称为曲柄 ， 只能作往复摆动的称为摇杆。根据两连架杆中曲柄( 或摇杆) 的数目，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆 机构、 双曲柄 机构和 双摇杆 机构。铰链四杆机构的基本形式运动特点1）曲柄摇杆机构运动形式的改变2）双曲柄机构运动速度的改变3）双摇杆机构摆角的改变精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共

8、 16 页3.2 平面四杆机构的基本特性一、急回特性曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不相同，反行程的平均速度较快，这种运动称为曲柄摇杆机构的急回运动特性。概念：摆角 、极位夹角 ?急回特性分析：?1 = C ?1 = 1 t1 =1800 + ?2 = 1 t2 =1800 - ?t1 t2 , v2 v1 ?行程速比系数00212112122112180180/tttCCtCCvvK11180KK?若 =0，K=1, 无急回特性K急回特征越显著二、传力分析压力角和传动角1、压力角 从动件上某点的受力方向与从动件上该点速度方向的所夹的锐角。sincostPPPPn2、传动角 ，压力角的余

9、角（经常用 衡量机构的传动质量）压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好3、许用压力角一般： 40o4、传动角的计算90 =90 =180 曲柄摇杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。即AB1和 AB2处。三、死点死点 : 传动角为零 =0(连杆与从动件共线), 机构顶死精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 16 页死点位置：曲柄摇杆机构中，若以摇杆为原动件，当连杆与从动件（曲柄）共线时的位置称死点位置。这时机构的传动角=0，压力角 =90o，即连杆对从动曲柄的作用力恰好通过其回转中心 A，不能推动曲柄转动。存在死点位

10、置的标志：连杆与从动件共线。摇杆为原动件，有2 个死点位置；曲柄为原动件，没有死点位置。（因连杆与从动杆不会共线）3.3 铰链四杆机构的曲柄存在条件铰链四杆机构存在曲柄的条件：（1）最短杆与最长杆的长度之和，小于或等于其余两杆长度之和；（2）连架杆和机架中必有一个是最短杆。根据上述曲柄存在条件可得以下推论：铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则取最短杆的相邻杆为机架时，得曲柄摇杆机构；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 16 页取最短杆为机架时，得双曲柄机构；取与最短杆相对的杆为机架时，得双

11、摇杆机构。铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和，则不论取何杆为机架时均无曲柄存在，而只能得双摇杆机构。3.4 机构演化方式一、曲柄滑块机构转动副转化为移动副根据导路中心m-m是否通过曲柄转动中心A，可分为对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构。二、偏心轮机构扩大转动副尺寸精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 16 页12F0F0F0F0第八章挠性传动第一节带传动概述1、传动原理： 以张紧在至少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生摩擦力来传递运动与动力。2、优点： 1）有过载保护作用 2）有缓冲吸振

12、作用 3）运行平稳无噪音 4）适于远距离传动（amax=15m ） 5）制造、安装精度要求不高3、缺点： 1）有弹性滑动使传动比i 不恒定 2）张紧力较大（与啮合传动相比）轴上压力较大 3 ）结构尺寸较大、不紧凑 4）打滑，使带寿命较短 5）带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃、易爆的场合。4、主要类型与应用1)平型带传动最简单，适合于中心距a 较大的情况2)V 带 传动三角带3)圆带传动功率小，轻载、小型机械4)多楔带传动适于传递功率较大要求结构紧凑场合5)同步带传动啮合传动，高速、高精度， 适于高精度仪器装置中带比较薄，比较轻。第二节带传动的工作情况分析2.1 带传动的力分析预紧

13、力： F0 ( 工作前，两边初拉力F0 =F0 ) 工作时 , 两边拉力变化：紧边拉力： F1 , (F0F1) 拉力增加，带增长松边拉力： F2 , (F0F2) 拉力减少，带缩短假设总长不变带增长量带缩短量有效拉力 :Fe=F1-F2 带沿接触弧上摩擦力的总和:Ff 有效拉力 =带沿接触弧上摩擦力的总和 Fe = f 1 2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 16 页在初拉力一定的情况下, 带与带轮之间的摩擦力有一极限值，当带和带轮之间的有效拉力超过接触弧上极限摩擦力的总和时，带和带轮间将发生显著的滑动，这种现象称为打

14、滑 。有效拉力F(N) 、带速 (m/s) 和传递功率P (kW) 之间的关系为：1000FvP当Ff 达到极限值 Fflim时，带传动的有效拉力达到最大值，这时，F1与 F2的关系可用欧拉公式表示，即feFF21由于小轮包角小于大轮包角，所以计算带传动所能传递的有效拉力时，包角取小轮包角 。需要注意的是，V带用当量磨擦系数ffv代替(为带轮槽角 ):2sin/ffv增大初拉力、包角和增大摩擦系数都可提高带传动所能传递的圆周力。 (1) 初拉力0 ec，因为压力越大摩擦力越大，但F0过大，会加剧带的磨损. (2) 包角 ec，因为包角越大，带与带轮接触弧越长，总摩擦力越大. (3) 摩擦系数

15、f ec 2.2 带的应力分析传动时，带中的应力由以下三部分组成：(1) 拉应力：由紧边和松边拉力产生的拉应力（单位为MPa ）紧边拉应力松边拉应力有效拉应力式中： A为带的横截面积（mm 2）2121FF(2) 离心应力：离心力产生的拉应力离心力只发生在带作圆周运动的部分，但因平衡它所引起的拉力，却作用在带的全长上。11()FMPaA22()FMPaA12()FMPaAec01e112(1)e1efafafaFFF精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 16 页离心拉应力为：Aqc2q 是传动带单位长的质量（m ）， v 是带

16、速（ m s）(3) 弯曲应力：ddEhbE是带的弹性模量（MPa ）， h 是带的厚度（mm ）， dd是带轮的基准直径（mm ）两个带轮直径不同，所以带在两个带轮上的弯曲应力不同，小带轮上的弯曲应力大于大带轮上的弯曲应力。可知，小带轮直径dd1 越小，带的弯曲应力越大。因此，对于指定型号的V带，dd1 不允许过小。但同时要注意到dd1 过大将使带传动的结构尺寸过大。最大应力：11maxbc如图最大应力产生在由紧边进入小带轮处：在一般情况下，弯曲应力最大，离心应力最小2.3 弹性滑动及打滑1、弹性滑动定义：由于带的两边弹性变形不等所引起的带与带轮之间的微量相对滑动产生的原因：带的弹性、松边与

17、紧边拉力差变形量改变 ，相对轮滑动弹性滑动的特点：弹性滑动率：%100121vvv弹性滑动不可避免 Fe 弹性滑动弹性滑动范围后果：带速滞后于主动轮，超前于从动轮v1 v 带 v2 ， v1 v2 带传动传动比不稳定121221)1(ddddddddnni2、打滑定义：带沿带轮面发生全面滑动产生的原因： FeFflim弹性滑动扩展到整个接触弧显著滑动 ( 打滑 ) 特点：打滑可以避免，而且应当避免短时打滑起到过载保护作用打滑先发生在小带轮处后果：打滑带的剧烈磨损从动轮转速剧烈降低失效精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 16

18、 页第三节普通 V带传动的设计计算一、V带的结构V带有：普通V带、窄 V带、齿形V带、联组V带、大楔角V带、宽 V带等普通 V带呈无接头环形，其结构由顶胶、抗拉体、底胶和包布组成。二、普通 V带标准1、按截面尺寸由小到大普通V带分为： Y、Z、A 、 B、C、D、E七种窄 V带分为： SPZ 、SPA 、SPB 、SPC四种2、V带受弯曲时，顶胶伸长，底胶缩短，带中保持长度不变的中性层称为节面，节面宽度称为节宽pb。当带弯曲时，节宽保持不变，带的节面长度称为带的基准长度dL，即带的公称长度。3、型号组成：由截面代号和基准长度组成，如 A1600 表示 A型 V带，基准长度为1600mm 。三、

19、V带传动设计计算1、 带传动失效形式及设计准则带传动的计算准则：在保证带传动不打滑的条件下，保证V带具有一定的疲劳寿命。失效形式设计准则打滑不打滑limfFF疲劳破坏不发生疲劳破坏11maxCb为根据疲劳寿命决定的带的许用拉应力。2、单根 V带能传递的功率保证不打滑的条件下，使带具有一定的疲劳强度或寿命单根 V形带所能传递的功率 (基本额定功率) 1000)11)(1000)11(1000)11(10001110AveveAveFvFPfCbffec基本额定功率可查表8-3 、8-4 基本额定功率确定条件： i =1 ,=, Ld 为特定长度 , 工作平稳3、V带传动的设计计算及参数选择(1)

20、 确定计算功率Pc PKPAc（KA为工作情况系数，查表8-5. ）(2) 初选 V带型号根据计算功率Pc 和小带轮转速n1，查图 8-9a、8-9b 选定带型。(3) 确定带轮基准直径21dddd 、根据型号参考表8-6 ，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 16 页表 8-6 列出了带轮的最小基准直径，在设计时，应使min1dddd大带轮基准直径12112ddddnnidd(4) 验算带速v )m/s(1000601d1ndv在 5 25 m/s (5) 确定中心距a、带的基准长度Ld 和小带轮包角 1 初定中心距0)

21、(2)(7.021021dddddddd初算带长度0dL由表 8-2 选取相近的基准长度Ld 选择基准长度Ld 后，计算实际中心距a )mm(2d0d0LLaa小带轮包角 1od1d211203.57180add(6) 确定带的根数Z LacKKPPPz)(00(7) 确定初拉力F0 20)5.2(*500qvzvKPKFaca(8) FQ 作用于带轮轴上的载荷)N(2sin210QzFF(9) 带轮结构设计确定带轮结构类型、材料、结构尺寸，绘制带轮工作图。)mm(4)()(2202d1d2d2d10d0addddaL精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -

22、- - - -第 12 页，共 16 页第五节 V 带传动的张紧、使用与维护一、 V 带传动的张紧1. 张紧的目的1) 根据摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；2) 运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能正常工作。2. 带传动的张紧方法1）调整中心距2）采用张紧轮3）自动张紧二、V带传动的使用与维护1、为便于装拆无接头的环形带，带轮宜悬臂装于轴端；在水平或接近水平的同向传动中，一般应使带的紧边在下，松边在上，以便借带的自重加大带轮包角。2、安装时两带轮轴线必须平行，轮槽应对正，以避免带扭曲和磨损加剧。3、安装时应缩小中心距，松开张紧轮，将带套入槽中后再调整到

23、合适的张紧程度。不要将带强行撬入，以免带被损坏。4、多根 V带传动时，为避免受载不均，应采用配组带。5、带避免与酸、碱、油类等接触，不宜在阳光下曝晒，以免老化变质。6、带传动应装设防护罩，并保证通风良好和运转时带不擦碰防护罩。第六节链传动概述一、链传动的类型、特点和应用链传动由主动轮1, 从动链轮2, 两轮上链条3 组成 . 靠链条和链轮齿啮合传递运动和动力. 按用途可分为：传动链、传输链和起重链按结构可分为：滚子链和齿形链链传动广泛应用于矿山机械、冶金机械、运输机械、机床传动及石油化工等行业。链传动的使用范围是：传动功率一般为100kW以下，效率在0.92 0.96 之间，传动比i 不超过7

24、，传动速度一般小于15m/s。优点：没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，传动效率较高( 封闭式链传动传动效率=0.95 0.98) ；链条不需要像带那样张得很紧，所以压轴力较小；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 16 页传递功率大，过载能力强；能在低速重载下较好工作；能适应恶劣环境如多尘、油污、腐蚀和高强度场合。瞬时链速和瞬时传动比不为常数，传动平稳性较差工作中有冲击和噪声， 磨损后易发生跳齿，不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。缺点：瞬时链速和瞬时传动比不为常数，传动平稳性较差工作中有冲击和噪声， 磨损后

25、易发生跳齿，不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。二、滚子链1、 滚子链的结构及标准由 1. 内链板 2. 外链板 3. 销轴 4.套筒 5.滚子组成滚子链有单排或多排结构, 排数愈多 , 承载能力愈高, 但制造、 安装误差也愈大, 各排链受载不均匀现象愈严重。一般链的排数不超过4 排。由于过渡链节的弯链板工作时受到附加弯曲应力, 因此应尽量避免使用奇数链节。滚子链的规格：节距 p (链号 ) ：滚子链上相邻两滚子中心的距离P链条各元件尺寸传动功率滚子链的标记方法：链号排数 * 链节数标准编号例如 16A - 180 GB1243.1 -83 表示按标准制造的A系列、节距25.4mm 、单

26、排、 80 节的滚子链。第七节链传动的工作情况分析一、运动分析1. 平均传动比链条绕在链轮上呈多边形，正多边形的边长为p。工作时，链轮转动一周，带动链条移动一正多边形周长的距离zp，设 n1、n2 和 z1、z2 分布为主、从动轮的转速和链轮的齿数，则平均链速 v 为1000601000602211pnZpnZv可得平均传动比1221ZZnni2. 瞬时传动比分析主动轮链条销轴轴心A的速度1112dv精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页水平分速度：cos211dv垂直分速度：sin211dv的变化范围：)360(2

27、210111z瞬时传动比：Vx 周期性变化，导致从动轮角速度2 周期性变化由于 、不断变化，i也不断变化存在运动不均匀性3、讨论链条横向振动v 变化附加动载荷 在 p、 越大时，冲击越严重。 在多级传动中，链应安排在低速级二、受力分析1. 链受力工作拉力（有效拉力）：vPF1000离心拉力：2cqvF悬垂拉力：qgaKFyy式中 a是中心距， Ky 是下垂度 y=0.02a 时的垂度系数紧边拉力：yc1FFFF松边拉力：yFFFc22. 轴上载荷链条作用在链轮轴上的力FQ=（1.2-1.3）F，外载荷有冲击和振动时取大值。同理，从动轮链条销轴轴心B 的水平速度：cos222dv则有 ：cos2

28、cos22211ddv1221coscosdid精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 16 页为安全起见，许用功率曲线应在所有极限功率曲线的范围以内。三、设计计算根据传递功率P，n1、n2，工作条件，确定Z1、Z2 链节距，牌数m ，链节数LP，中心距及润滑方式1、中高速失效形式：疲劳破坏m0m00KKPKPKKPPKPZAZA或2、低速失效形式：过载拉断v0.6m/s S安全系数 S = 48 m 排数Flim 单排链极限载荷四、参数选择1. 齿数SkFmFA1lim精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页