机械设计基础复习提纲

2、掌握平面机构中速度瞬心位置的确定及利用瞬心法对平面机构进行运动分析； 三心定理：三个彼此作平面平行运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上。 3、了解平面机构的组成原理、平面机构的结构分类、结构分析。 机构具有确定运动的条件是其原动件数应等于其所具有的自由度数。 将机构的机架及与机架相连的原动件从机构中拆分开来， 然后拆分其余构件构成的 构件组，把最后不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本杆组，简称杆组。 机构的组成原理： 任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接于原动件和机 架上而构成的。 平面机构的结构分类：基本杆组中的运动副全部为低副，符合： 3n 2 pl 0 或
∗ = 1，顶隙系数������ ∗ = 0.25。 e π m 2 ，齿顶高系数ℎa
3、熟练掌握一对渐开线齿轮的正确啮合条件、标准齿轮、标准中心距、啮合角、啮合 线、重合度等概念。 一对渐开线齿轮的正确啮合条件：两轮的模数和压力角分别相等。两齿轮在节点的 线速度相等，其传动相当于两齿轮的节圆做纯滚动。 啮合线：渐开线齿廓在任何位置啮合时，过接触点的法线都是同一条直线，该直线 与两轮基圆分别相切于 N1 、 N 2 ，所有的啮合点均在直线 N1 N 2 上，称 N1 N 2 为啮合线。 啮合角：两齿轮在啮合传动时，其节点的圆周速度方向与啮合线之间所夹的锐角称 为啮合角 。 重合度：实际啮合线段与齿轮法向齿距 pb 的比值称为齿轮传动的重合度 。重合 度 与齿轮的模数无关；用短齿制的齿轮会减小重合度；加大中心距会减小重合度； 增加齿数会增大重合度； 表示同时参加啮合的轮齿的对数。重合度 越大，表明同 时参与啮合的轮齿对数越多，齿轮的传动平稳性越好，承载能力越强。 d1 ，啮合角 ； 啮合齿轮标准安装时，两轮实际中心距 a a ，节圆直径 d1
* ∗ 分度圆直径 d1 mz1 ， 齿顶高ℎa = ℎa ������， 齿根高 h f (ha 基圆直径 db1 d1cos ， c* )m ，
标准中心距 a m( z1 z2 ) 2 ， 传动比 i12 n1 n2 z2 z1 d 2 d1 ， 标准压力角 20 ， 分度圆齿距 p πm ，基圆齿距 ( 法向齿距 ) pb pcos ，齿厚 s π m 2 ，齿槽宽
Wmax 为最大盈亏功(N·m)； n 为飞轮转速(r/min)； 为许用不均匀系数。为了减小飞
轮的重量，应将飞轮安装在高速轴上。 八、回转件的平衡 回转件平衡目的；回转件平衡的计算。 1、掌握回转件平衡的概念；
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900 Wmax 2 2 π n
刚性转子静平衡：回转件质量分布在同一平面内，若质心不在回转轴线上，转动时 会产生离心惯性力。在转子上增加或除去一部分质量，使其质心与回转轴心重合，即可 使惯性力得到平衡。 刚性转子动平衡：转子的偏心质量分布在若干个不同平面，转子转动时将形成惯性 力偶。在各个平面内分别加上或除去适当的平衡质量，即可得到完全平衡。 2、了解回转件平衡的一般原理和方法。 九、联接 螺纹联接的基本类型；螺纹联接的预紧和防松；螺栓组联接的受力分析；螺纹联接的强 度计算。 1、了解螺纹联接的基本类型及预紧和防松的方法； 螺纹联接的基本类型：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接、紧定螺钉联接。 预紧：选用适当预紧力拧紧连接件，以增强连接的刚度、紧密性和防松能力，提高 受变载荷作用的螺纹联接的疲劳强度。 较大的预紧力有利于保证连接的可靠性及连接件 的疲劳强度，但预紧力过大会使整个连接的尺寸增大，也会使连接件在装配时或偶然过 载时被拉断。通常借助定力矩扳手或测力矩扳手，利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧 力的大小。 防松：防松就是防止螺纹副发生相对运动，分为摩擦防松、机械防松和永久防松。 普通螺栓连接和铰制孔螺栓的不同点： 普通螺栓的无螺纹部分与孔壁的基本尺寸不 同，不属于配合；铰制孔螺栓的无螺纹部分与孔壁的基本尺寸相同，属于配合。 2、熟练掌握螺栓组连接的受力分析方法； （1） 受横向载荷的螺栓组连接： 普通螺栓受拉应力(和扭转切应力)， 应计算拉伸强度； 铰制孔螺栓受剪切应力和挤压应力，应计算挤压强度和剪切强度。 铰制孔用螺栓连接：每个螺栓所受的横向剪力为 Fs 普通螺栓连接：每个螺栓所需预紧力为 F ≥
nm 所有从动轮齿数的乘积 (1) x ； nn 所有主动轮齿数的乘积 n nH 由m至n各从动轮齿数的乘积 周转轮系中： m (1) x 。 nn nH 由m至n各主动轮齿数的乘积 x 为 m 至 n 外啮合次数。
定轴轮系的传动比： imn
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六、其它常用机构 棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮间歇运动机构和组合机构。 了解上述机构的组成、分类、特点、工作原理及应用。 1、棘轮机构：由摇杆、棘爪、棘轮和止动爪等组成。分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮 机构。齿式棘轮机构结构简单，制造容易，运动可靠，但运动时有刚性冲击和噪声，棘 轮转角只能进行有级调节；摩擦式棘轮机构运动平稳、噪声小，可实现棘轮转角的无级 调节，但其运动准确性差，传动精度低。棘轮常应用于低速、轻载和运动要求较低的场 合。棘轮的转角的调节方法有改变摇杆摆角和采用棘轮罩。棘轮齿工作面与齿尖向径间 的夹角称为棘轮齿面角，其作用是使棘爪受力时能自动滑向棘轮齿根面，保证棘轮机构 可靠的工作。 2、槽轮机构：由主动拨盘、从动轮槽的机架等组成。分为外槽轮机构和内槽轮机构。 外槽轮机构的主、从动轴转向相反，内槽轮机构的主、从动轴转向相同。与外槽轮机构 相比，内槽轮机构传动平稳、停歇时间短、所占空间小。槽轮机构结构简单，外形尺寸 小，工作可靠，能准确地控制转角，机械效率高。但槽轮起动和停止时加速度变化大， 具有柔性冲击，且随着转速的增加或轮槽数的减少而加剧，因而不适用于高速的场合， 而用于转速较低的自动机械、轻工机械或仪器仪表中。在一个运动循环内，槽轮的运动 时间与拨盘的运动时间之比为槽轮的运动特性系数 k 。外槽轮的槽数 z≥3。单销外槽轮 0＜ k ＜0.5。单销内槽轮 0.5＜ k ＜1。 3、不完全齿轮机构：由齿轮机构演变而得。有外啮合、内啮合以及齿轮齿条啮合，圆 柱和圆锥不完全齿轮机构之分。结构简单，制造容易，工作可靠，设计时从动轮的运动 和静止时间的比例可在较大范围内变化。但有较大冲击，适用于低速、轻载场合。从动 轮在起动和停止时，速度的突变会产生刚性冲击，为改善从动齿轮的动力特性，可在两 轮上加装瞬心线附加杆。 为了保证主动轮的首齿能顺利地进入啮合状态而不与从动轮的 齿顶相碰，需适当削减首齿齿顶高。为了保证从动轮停歇在预定位置，主动轮的末齿齿 顶高也需适当修正。 4、凸轮间歇运动机构：由主动凸轮和从动盘组成。类型有圆柱凸轮间歇运动机构、蜗 杆凸轮间歇运动机构和共轭凸轮式间歇运动机构。具有高的定位精度，机构结构紧凑， 适用于高速高精度的机械。缺点是加工精度要求高，对装配、调整要求严格。 5、组合机构：若干基本机构组合而成，能满足多种设计要求，可以综合发挥各种基本 机构的特点。有联动凸轮组合机构、凸轮-齿轮组合机构、凸轮-连杆组合机构、齿轮连杆组合机构等型式。 七、机械的运转及其速度波动的调节 机械速度波动调节的目的和方法；平均速度和速度不均匀系数；飞轮设计的近似方法。 1、了解周期性速度波动的概念及相关参数； 机械稳定运转时，若等效驱动力矩和等效阻力矩周期性变化，将引起机械速度的周 期性波动。一个运动周期内，机械的角速度波动幅度(最大角速度与最小角速度只差)与 表示机械速度波动的程度， 平均角速度的比值为机械运转速度不均匀系数 。 值越小， 角速度波动的幅度越小，机械运转越平稳。 2、掌握飞轮设计的基本方法。 飞轮的转动惯量 J F
二、平面连杆机构 平面连杆机构的类型、特点及应用；平面连杆机构的基本知识、平面连杆机构的设计。 1、了解各种类型的平面连杆机构的名称及其演化； 平面四杆机构的基本型式：曲柄摇杆机构，双曲柄机构，双摇杆机构。 平面四杆机构的演化方式：(1)改变构件形状和尺寸； (2)改变运动副的尺寸； (3)改变机架； (4)运动副元素的逆换。 2、熟练掌握四杆机构曲柄存在条件、极位夹角、行程速比系数、压力角、传动角、最 小传动角、死点等概念； 杆长条件：最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和。 当四杆机构满足杆长条件，最短赶为连架杆时，机构为曲柄摇杆机构；最短杆为机 架时，为双曲柄机构；最短杆为连杆时，为双摇杆机构。 极位夹角：机构在两个极位时，原动件 AB 所在两个位置之间的夹角 (锐角)。机 构存在极位夹角 时，便具有急回运动。 行程速比系数： K (180 ) (180 ) 。 角愈大， K 值愈大，机构的急回运 动性质也愈显著。
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四、齿轮机构 齿轮机构类型、特点及应用；渐开线齿廓曲线及其啮合特点；渐开线齿轮的基本参数和 尺寸；渐开线齿轮的啮合传动。 1、了解齿轮机构的各种类型和特点及渐开线齿廓啮合传动的特点； 渐开线齿廓啮合传动的特点： 1）能保证定传动比传动； 2）渐开线齿轮传动的可分性：实际中心距略有变化时，传动比仍能保持不变； 3）渐开线齿廓之间的正压力方向不变：在齿轮传动过程中，两啮合齿廓间的正压力始 终沿啮合线方向，故其传力方向不变，这有利于齿轮传动的平稳性。 2、熟练掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分的名称、代号、标准值及尺寸计算等；
940 机械设计基础二
一、平面机构自由度和速度分析 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析；平面机构的运动简图；平面机构自由度的 计算；平面机构的速度瞬心及用瞬心法作机构的运动分析。 1、熟练掌握平面机构自由度的计算方法及机构运动简图的画法；
3n F 3n (2 pl ph p) F p 2 pl ph
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压力角 ，传动角 ：
死点： CD 为主动件，当连杆与从动曲柄共线时，传动角 0 ，此位置称为死点。
3、了解几种特殊的平面连杆机构的设计思路。 三、凸轮机构 凸轮机构的类型、特点及应用；从动杆的运动规律；凸轮机构的压力角；图解法设计凸 轮的轮廓曲线。 1、了解各种常用的凸轮机构的名称； 直动推杆：作往复直线运动。 摆动推杆：作往复摆动。 2、掌握常用从动杆的运动规律及特点、凸轮机构的基圆、推程、回程、压力角等概念； 基圆 r0 ，压力角 ，推杆行程 h 。 3、掌握反转法基本原理及应用。 (《机械原理》P161)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
cos d1cos ， acos acos 。 a a 时， d1
五、轮系 轮系的分类；定轴轮系、周转轮系、混和轮系传动比的计算。 1、熟练掌握轮系类型化分的方法； 定轴轮系 差动轮系：自由度为 2 周转轮系 行星轮系：有固定轮，自由度为 1 复合轮系 2、熟练掌握定轴、周转、混合轮系传动比的计算方法。
R （N） Z
Ks R （N） Zf c m
R --螺栓组所受的横向外载荷， N；Z --连接所用螺栓数目； m --被连接件接合面数目； f c --接合面的摩擦系数； K s --可靠性系数，N。 （2）受转矩作用的螺栓组连接： K sT 普通螺栓连接：每个螺栓所需预紧力为 F ≥ （N） Z f c ri
n 2 pl 3 。由于构件数和运动副数都必须是整数，故 n 应是 2 的倍数，而 pl 应是 3 的
倍数。 最简单的基本杆组是由 2 个构件和 3 个低副构成的， 这种基本杆组称为Ⅱ级组。 绝大多 数的机构都是由Ⅱ级组构成的。 由 4 个构件和 6 个低副组成， 且有包含 3 个低副的构件的基 本杆组叫做Ⅲ级组。 由最高级别为Ⅱ级组的基本杆组构成的机构称为Ⅱ级机构； 最高级别为 Ⅲ级组的基本杆组构成的机构称为Ⅲ级机构；只由机架和原动件构成的机构称为Ⅰ级机构。 平面机构的结构分析：首先计算机构的自由度，然后从远离原动件的构件开始拆杆组， 最后确定机构的级别。