西北工业大学机械设计基础复习纲要教材

机械设计基础复习纲要 （1）必备的基础知识

(1) 机械零件的常用材料

1）钢是一种含碳量低于2％的铁碳合金。 2）铸铁含碳量高于2％的铁碳合金为铸铁。 3）有色金属有色金属 ，是相对于黑色金属而言 4）非金属

钢的分类1）结构钢2）工具钢3）特殊钢

结构钢

碳素钢

普通碳素结构钢(如：Q235) 优质碳素结构钢(如：45钢)

合金钢

铸铁 铸铁其性脆，不适于锻压和焊接，但其熔点较低，流动性好，可以铸造形状复杂的大小铸件。常用的铸铁有：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和合金铸铁等。灰铁应用最多，其牌号由“灰铁”二字汉语拼音字首和材料的抗拉强度的平均值。如： HT200

有色金属 铜合金有一定的强度和硬度，导电性、导热性、减摩耐磨性和耐蚀性良好，是制造电工器件和耐磨蚀零件的重要材料。

铝及铝合金是应用最广的轻金属，纯铝有良好的塑性、耐蚀性、导电性、导热性和焊接性，但强度、硬度较低。在铝中加人合金元素硅、铜、镁、锰、锌等，可以获得质量轻、强度高的零件。

工程塑料 工程塑料是在工程中用来作结构或传动件材料的塑料，它有较高的强度，质量轻，具有绝缘性、减摩耐磨性、耐蚀性、耐热性等。

（2）机械零件的基本变形及应力

拉压

A F =

σ 剪切A F

=

τ

扭转

T T W T =

τ

弯曲

W M =

σ

(3)常用机构的特点及应用 首先应明确机构的用途：

运动形式的转换

1、旋转运动 → 直线运动

曲柄滑块机构 凸轮机构 齿轮齿条机构

螺旋机构

2、直线运动 → 旋转运动

齿条-齿轮机构 螺旋机构 曲柄滑块机构

3、旋转运动 → 旋转运动 速度的变换 减速传动 增速传动 变速传动 间歇传动

(4) 通用机械零件的特点及应用

联接件 : 螺纹联接 轴毂联接 铆、焊、胶 传动件 : 齿轮传动 带传动 链传动

轴系部件 : 轴 滚动与滑动轴承 联轴器、离合器 其它 : 弹簧

(2)必要的基本理论

（1）机构的组成及机构具有确定运动的条件

机构的自由度F=原动件的数目

（2）螺旋副的摩擦、效率和自锁条件

H L 23P P n F --=1111283=-⨯-⨯=F ()v W d T ϕλ+=

tan 22

驱动力矩　()

v ϕλλη+=

tan tan 上行程　λϕληtan )tan(v -=

下行程　βθcos sin f

f f v =

=

v

v f arctan =ϕv

ϕλ≤

（3）铰链四杆的特性及其演化

铰链四杆机构中有曲柄的条件：

1)最短杆长度十最长杆长度<其他两杆长度之和(杆长条件)。

2)最短杆为连架杆或机架(机架条件)。

急回运动、行程速比系数和死点

压力角与传动角

压力角是指受力点的运动方向与受力方向之间的夹角。传动角g=90º-a （4）凸轮推杆的常用运动规律

等速运动等加速等减速简谐运动摆线运动改进型等速改进型梯形加速度凸轮廓线设计方法的基本原理反转法

（5）渐开线齿轮的啮合传动及其设计

渐开线的形成与特性

直齿圆柱齿轮的尺寸计算

分度圆直径——d ， d ＝mz ， 齿顶高——ha ＝h*a m= m

齿根高——hf ＝(h*a +c* ) m = 1.25m

齿全高——h=ha +hf ＝(2h*a +c* ) m =2.25m 齿顶圆直径da ＝d+2ha ＝zm +2h*am

齿根圆直径df ＝d －2hf ＝zm － (h*a +c* ) m 齿距p ＝pd/z ＝pzm/z= pm 基圆直径db ＝dcosa ＝mzcosa 直齿圆柱齿轮的基本参数：

模数m 、齿数z 、压力角a(20°)、齿顶高系数h*a (1)、顶隙系数c* (0.25)

正确啮合条件

对于直齿圆柱齿轮 对于斜齿圆柱齿轮 对于蜗轮蜗杆

轮齿的受力分析

齿面接触疲劳强度计算

校核式：

202121=====αααm

m m 2

1212120ββααα-====== m m m 2

1212120βγααα====== m

m m ]

[1

25

.474H 211H σσ≤±=u

u bd KT

设计式：

齿根弯曲疲劳强度计算

校核式：

设计式：

参数的选择

齿数 z1的选择 齿宽系数jd 的选择 （6）带传动的工作原理和工作能力分析

带传动中的力分析

带的应力分析

紧边拉应力s1 、松边拉应力s2、带的弯曲应力sb 、离心拉应力sc

带的弹性滑动

带中应力的变化→带的弹性变形变化→带在带轮上弹性滑动

滑动率ε约在1%~2%之间变化，通常近似计算传动比

3

2H d 111

][6

.76u

u KT d +⋅

≥σφ][2F 1FS

1F σσ≤=

m

bd Y KT 3

F 21d FS 1]

[26

.1σψZ Y KT m ≥0212F F F =+2

1F F F F f e -==11

20+-=α

α

f f ec e e F F ↑

↑→ec F F 0↑↑→ec F f ↑

↑→ec F α1

1max b c σσσσ++=%1001

1

2⨯-=

v v v ε()

ε-=

=

112

2112D D n n i 1

2

2112D D n n i ==

F F 1F 0

0F 0

2尚未工作状态

n F f

F

1F 1

F F 1

2

2

2n 2工作状态