机械设计基础知识点详解[3].docx
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1、机械设计根底学问点详解绪论1、机器的特征:(1)它是人为的实物组合;(2)各实物间具有确定的相对运动;(3)能代替或减轻人类的劳动去完成有效的机械功或转换机械能。第一章 平面机构的自由度与速度分析要求:握机构的自由度计算公式,理解的根底上驾驭机构确定性运动的条件,娴熟驾驭机构速度瞬心数的求法。1、根本概念运动副:凡两个构件干脆接触而又能产生确定相对运动的联接称为运动副。 低副:两构件通过面接触组成的运动副称为低副。 高副:两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。 复合铰链:两个以上的构件同时在一处用回转副相联构成的回转副。 部分自由度:机构中常出现的一种与输出构件运动无关的自由度,称为部分自
2、由度或多余自由度。 虚约束:对机构运动不起限制作用的重复约束称为虚约束或称消极约束。 瞬心:任一刚体相对另一刚体作平面运动时,其相对运动可看作是绕某一重合点的转动,该重合点称为瞬时回转中心或速度瞬心,简称瞬心。假设两个刚体都是运动的,则其瞬心称为相对速度瞬心;假设两个刚体之一是静止的,则其瞬心称为确定速度瞬心。2、平面机构自由度计算作平面运动的自由构件具有三个自由度,每个低副引入两个约束,即使构件失去两个自由度;每个高副引入一个约束,使构件失去一个自由度。计算平面机构自由度的公式:F=3n-2PL-PH机构要具有确定的运动,则机构自由度数必需与机构的原动件数目相等。即,机构具有确定运动的条件是
3、F0,且F等于原动件个数。3、复合铰链、部分自由度与虚约束(a)K个构件汇交而成的复合铰链应具有(K-1)个回转副。(b)部分自由度虽然不影响整个机构的运动,但滚子可使高副接触处的滑动摩擦变成滚动摩擦,削减磨损,所以实际机械中常有部分自由度出现。(c)虚约束对机构运动虽不起作用,但是可以增加构件的刚性与使构件受力平衡,所以实际机械中虚约束随处可见。4、速度瞬心假设一个机构由K个构件组成,则瞬心数目为N=K(K-1)/2瞬心位置确实定:(a) 已知两重合点相对速度方向,则该两相对速度向量垂线的交点便是两构件的瞬心。(b) 两构件组成回转副时,回转副的中心便是它们的瞬心。(c) 两构件组成挪动副时
4、,由于全部重合点的相对速度方向都平行于挪动方向,所以其瞬心位于导路垂线的无穷远处。(d) 两构件组成纯滚动高副时,接触点相对速度为零,所以接触点就是其瞬心。(e) 两构件组成滑动兼滚动的高副时,由于接触点的相对速度沿切线方向,因此其瞬心应位于接触点的公法线上,其详细位置还要根据其他条件才能确定。三心定理;作平面运动的三个构件共有三个瞬心,这三个瞬心位于同始终线上。第二章 平面连杆机构要求:重点驾驭曲柄存在的条件、急回特性、压力角、传动角与死点;熟识平面连杆机构的特点与应用(优缺点与用处);驾驭四杆机构的构造特点,根本形式演化方法以及曲柄滑块机构;驾驭平面四杆机构的设计的图解法(近几年没考)。1
5、、概念: 极位夹角与摆角:摇杆处于两极限位置时,对应的曲柄两位置之间所夹的锐角称为极位夹角。摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角,用表示。 压力角:从动摇杆上一点受力方向与该力作用点确实定速度vc方向之间所夹的锐角称为压力角。 传动角:在实际应用中,为了度量便利,通常以压力角的余角来推断连杆机构的伟力性能,称为传动角。 死点位置:当原动件对从动件的作用点不产生力矩,因此不能使之转动时,机构的这个位置称为死点位置。2、铰链四杆机构存在一个曲柄的必要条件:1)曲柄为最短杆。2)最短杆与最长杆长度之与小于或等于其余两杆长度之与。 推论:1)假设最短杆与最长杆长度之与大于其余两杆长度之与,则无论取哪
6、个杆为机架,均无曲柄存在,该铰链四杆机构为双摇杆机构。2)假设最短杆与最长杆长度之与小于或等于其余两杆长度之与,根据相对运动原理,取不同杆为机架时,便会得到不同类型的铰链四杆机构,即:(a)假设以最短丁的任一相邻杆为机架,存在一个曲柄,该机构为曲柄摇杆机构。(b)假设以最短杆为机架,存在两个曲柄,该机构为双曲柄机构。(c)假设以最短杆的对面杆为机架,无曲柄存在,该机构为双摇杆机构。3、急回特性 为缩短非消费时间,进步消费率,常取平均速度校高的为空回行程,平均速度较低的为消费行程。机构的急回特性可用行程速比系数K表示,即K=(180+)/(180-)上式说明:机构的急回特性取决于极位夹角。角愈大
7、,K值也愈大,机构的急回运动性质愈显著。对曲柄滑块机构,只有偏置曲柄滑块机构,因极位夹角0,才有急回特性。导杆机构也具有急回特性。4、死点位置死点位置会使机构的从动件出现卡死或运动不确定现象。为了消退死点位置的不良影响,可以对从动曲柄施加外力,或利用飞轮及构件自身的惯性作用,使机构顺当通过死点位置。曲柄滑块机构与导杆机械,当分别以滑块或导杆为原动件时,也存在死点位置。死点位置对传动虽然不利,但是对某些夹紧装置却可用于防松。第三章 凸轮机构1、凸轮机构适用于实现特别要求运动规律的各种机械、仪器与操纵限制装置中传力不大的场合。2、凸轮机构常用名词 以凸轮轮廓的最小向径为半径所绘的圆称为基圆;从动件
8、按确定运动规律由离回转中心最近位置到达最远位置的过程称为推程,这时从动件所走过的间隔 h称为从动件的长升程,而与推程对应的凸轮转角称为推程运动角;从动件在最远位置停留不动的过程称为远停留,对应的凸轮转角称为远休止角;从动件按确定规律回到起始位置,这个过程称为回程,对应的凸轮转角称为回程运动角;从动件在距凸轮回转中心最近位置停留不动的过程称为近停留,对应的凸轮转角称为近休止角。3、常用的从动件运动规律 (1)等速运动 从动件开场时,速度由零突变为v0,故a2为正无穷大;运动终止时,速度由v0突变为零,a2为负无穷大,其惯性力将引起刚性冲击。因此,这种运动规律不宜单独运用,在运动开场与终止段应当用
9、其他运动规律过渡。 (2)等加速等减速运动 这种运动规律在某些点处会出现加速度有限值的突然变更,因此产生有限惯性力的突变,结果将引起所谓柔性冲击。所以等加速等减速运动规律只适用于中速凸轮机构。 (3)简谐运动 这种运动规律的从动件在推程的始点与终点有柔性冲击;只有当加速度曲线保持连续时,这种运动规律才能避开冲击。4、凸轮轮廓的设计(按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线)“反转法” 图3-10、图3-11、图3-12 滚子挪动从动件盘形凸轮轮廓的绘制:理论轮廓与实际轮廓线互为等距曲线,基圆半径是指理论轮廓线的最小向径。5、滚子半径的选择从减小凸轮与滚子之间的接触应力来看,滚子半径越大越好。但是,滚子半
10、径必需小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径(理论轮廓的内凹部分对滚子半径的选择没有影响)。假设按上述条件选择的滚子半径太小而不能满意安装与强度要求,就应当把凸轮基圆尺寸加大,重新设计凸轮轮廓曲线。6、压力角假设从动件的偏置方向选择不对,会增大机构的压力角,导致机械效率降低,甚至出现机构自锁现象。因此,正确选择偏置方向有利于减小机械的压力角。平底从动件的压力角为常数,由于机构受力方向不变,承受平底从动件的凸轮机构运转平稳性好。7、基圆半径与压力角 在设计凸轮机构时,凸轮的基圆半径越得越小,压力角愈大,所设计的机构越紧凑。但基圆半径过小,压力角会超过许用值,而使机构传力性能变差,效率降低,甚至发生自
11、锁。通常在保证最大压力角不超过许用值的前提下,对受力较小而要求构造紧凑的凸轮取较小的基圆半径,对于受力校大而对构造尺寸又没有严格限制的凸轮选较大的基圆半径。第四章 齿轮机构重点章节,重要内容有:齿轮的机构特点与种类;齿轮啮合根本定律,渐开线的生成、特点,渐开线齿轮的啮合特性,渐开线直齿的几何尺寸计算,正确啮合、正确安装、连续传动条件,根切现象,变位齿轮的概念,特点及传动特点,斜齿轮几何尺寸计算、正确啮合条件、当量齿数,锥齿轮的传动比,标准参数与当量齿数。1、啮合根本定律在啮合传动的任一瞬时,两轮齿廓曲线在相应接触点的公法线必需通过按给定传动比确定的该瞬时的节点,这一条件称为齿廓啮合根本定律。对
12、于定角速比传动,此定律可表达为:在啮合传动的任一瞬时,两轮齿廓曲线在相应接触点的公法线必需通过按给定传动比确定的固定节点。齿轮机构传动时,为了保持平稳传动,其根本要求是瞬时角速比(即传动比)必需保持不变。由于两节圆的圆周速度相等,所以一对齿轮传动时,它的一对节圆作纯滚动。即一对外啮合齿轮的中心距恒等于节圆半径之与。2、压力角:渐开线齿廓上某点的法线(压力方向线),与齿廓上该点速度方向线所夹的锐角k,称为该点的压力角。今以rb表示基圆半径,rk表示渐开线上K点的向径,公式cosk = OB/OK = rb /rk3、渐开线齿廓的啮合特性定角速比要求、可分性、压力方向始终不变 渐开线齿轮的传动比等
13、于两轮基圆半径的反比。可分性:两轮中心距稍有变更,其角速比仍保持原值不变的性质。渐开线齿轮传动中啮合角为常数。啮合角不变表示齿廓间压力方向不变。4、渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算公式。5、啮合条件渐开线齿轮的正确啮合条件是两轮的模数与压力角必需分别相等。两斜齿轮正确啮合必需满意:两轮的端面模数与压力角分别相等,且分度圆柱上的螺旋角大小相等、旋向相反(外啮合)或一样(内啮合)的三个条件。锥齿轮正确啮合的条件:两当量齿轮的模数与压力角分别相等,即两锥齿轮大端的模数与压力角分别相等。6、标准中心距:一对标准齿轮分度圆相切时的中心距。 在机械设计中,正确安装的条件是根据齿侧无间隙设计其中心距尺寸
14、。 标准齿轮只有在正确安装时,节圆与分度圆重合,啮合角与压力角相等。7、连续传动的条件 重合度是啮合弧与齿距之比,用表示。齿轮连续传动的条件是1。明显,重合度越大,表示同时啮合的齿的对数越多,每对齿分担的载荷就小,传动也越平稳。8、渐开线齿轮的切齿原理 (1)仿形法:用渐开线齿形的成形铣刀干脆切出齿形的一种加工方法。 (2)展成法:利用一对齿轮互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来切齿的一种加工方法。常用工具: (a)齿轮插刀(插齿刀):刀具顶部比正常齿高出c*m,以便切出传动时的顶隙部分。被切齿轮的模数与压力角必定与齿轮插刀的模数与压力角相等,故用同一把齿轮插刀切出的齿轮都能正确啮合。 (b
15、)齿条插刀 (c)齿轮滚刀9、根切:若刀具齿顶线超过极限啮合点,则由基圆以内无渐开线的特性可知,超过极限啮合点的刀刃不仅不能展成渐开线齿廓,而且会将根部已加工出的渐开线切去一部分,这种现象称为根切。根切使齿根减弱,使重合度减小,所以应当避开。 不发生根切的最少齿数zmin为zmin=2h*a/sin210、变位齿轮:将刀具自轮坯中心向外或向内移一段间隔 xm,这样制得的齿轮称为变位齿轮。 以切削标准齿轮时的位置为其准,刀具所挪动的间隔 xm称为变位距,x称为变位系数,并规定刀具分开轮坯中心的变位系数为正,反之为负。 最小变位系数:xmin=(17-z)/17 等变位齿轮传动:两轮的变位系数确定
16、值相等,小齿轮应承受正变位,而大齿轮承受负变位。为使大小齿轮都不产生根切,两轮齿数之与必需大于或等于最少数的两倍,即z1+z2 2zmin 。 与标准齿轮相比拟,等变位齿轮传动与正传动的主要优点为:(1)可以制出齿数小于zmin而无根切的小齿轮,并因此减小齿轮机构的尺寸与重量。(2)能合理地调整两轮齿根的厚度,使其弯曲强度或根部磨损大致相等,以进步传动的承载实力与耐磨性能。(3)等变位齿轮传动保持标准中心距不变,故可取代标准齿轮传动而大大改善其传动质量。正传动只要适中选择变位系数,即可满意aa的非标准中心距传动。它们的主要缺点是:(1)没有互换性,必需成对设计、制造与运用。(2)重合度略为减小
17、。11、加工斜齿轮时,由于刀具是沿着齿轮的螺旋槽方向进刀的,因此国标规定斜齿轮的法面参数为标准值。斜齿圆柱齿轮可通过变更螺旋角来对中心距作适当调整,以满意随意中心距的要求。12、当量齿轮zv= z /cos3 当量齿数可为非整数。13、螺旋角:若太小,则斜齿轮的优点不能充分表达;若太大,则会产生很大的轴向力。设计时一般取=8-20。14、锥齿轮:几何尺寸计算以其大端的几何尺寸为准,这是因为锥齿轮大端尺寸最大,计算与测量的数值相对误差较小。第五章 轮系1、惰轮:使外啮合次数变更从而变更传动比的符号,却不影响传动比的大小的齿轮,又称过桥齿轮。2、定轴轮系传动比计算i1N = n1 / nN = (
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