机械设计基础重点总结

机械设计基础重点总结 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

《机械设计基础》课程重点总结

绪论

机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。

原动机：将其他形式能量转换为机械能的机器。

工作机：利用机械能去变换或传递能量、物料、信息的机器。

机器主要由动力部分、传动部分、执行部分、控制部分四个基本部分组成，它的主体部分是由机构组成。

机构：用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统。

机构与机器的区别：机构只是一个构件系统，而机器除构件系统外，还含电器、液压等其他装置；机构只用于传递运动和力，而机器除传递运动和力之外，还具有变换或传递能量、物料、信息的功能。

零件是制造的单元，构件是运动的单元，一部机器可包含一个或若干个机构，同一个机构可以组成不同的机器。

机械零件可以分为通用零件和专用零件。

机械设计基础主要研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。

第一章平面机构的自由度和速度分析

1.平面机构：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构；构件相对参考系的独立运

动称为自由度；所以一个作平面运动的自由机构具有三个自由度。

2.运动副：两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。两构件通过面接触组成的

运动副称为低副；平面机构中的低副有移动副和转动副；两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副；

3.绘制平面机构运动简图；P8

4.机构自由度计算公式：F=3n-2P l-P H 机构的自由度也是机构相对机架具有的独立运动

的数目。原动件数小于机构自由度，机构不具有确定的相对运动；原动件数大于机构自由度，机构中最弱的构件必将损坏；机构自由度等于零的构件组合，它的各构件之间不可能产生相对运动；机构具有确定的运动的条件是：机构自由度F > 0,且F 等于原动件数

5.计算平面机构自由度的注意事项：（1）复合铰链：两个以上构件同时在一处用转动

副相连接（图1-13）（2）局部自由度：一种与输出构件运动无关的的自由度，如凸轮滚子（3）虚约束：重复而对机构不起限制作用的约束 P13（4）两个构件构成多个平面高副，各接触点的公共法线彼此重合时只算一个高副，各接触点的公共法线彼此不重合时相当于两个高副或一个低副，而不是虚约束。

6.自由度的计算步骤：1）指出复合铰链、虚约束和局部自由度；2）指出活动构件、

低副、高副；3）计算自由度；4）指出构件有没有确定的运动。

7.发生相对运动的任意两构件间都有一个瞬心。瞬心数计算公式：N=K(K-1)/2 三心定

理：作相对平面运动的三个构件共有三个瞬心，这三个瞬心位于同一直线上。

第二章平面连杆机构

1.平面连杆机构是由若干构件用低副(转动副、移动副)连接组成的平面机构，又称平面

低副机构；最简单的平面连杆机构由四个构件组成，称为平面四杆机构。按所含移

动副数目的不同，可分为：全转动副的铰链四杆机构、含一个移动副的四杆机构和含两个移动副的机构。

2.铰链四杆机构：全部用转动副相连的平面四杆机构；机构的固定构件称为机架，与

机架用转动副相连接的构件称为连架杆，不与机架直接相连的构件称为连杆；整转副：组成转动副的两构件能作整周的相对转动，反之称为摆动副；与机架组成整转副的连架杆称为曲柄，与机架组成摆动副的连架杆称为摇杆；铰链四杆机构可分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。

3.含一个移动副的四杆机构：曲柄滑块机构，转动导杆机构、摆动导杆机构，定块机

构、摇块机构。含有两个移动副的四杆机构：1）两个移动副不相邻正切机构； 2）两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关联正弦机构 3）两个移动副相邻，且均不与机架相关联 4）两个移动副都与机架相关联

4.铰链四杆机构有整转副的条件是最短杆和最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之

和；整转副是最短边及其邻边组成的。

5.铰链四杆机构是否存在曲柄依据：1）取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故

得双曲柄机构；2）取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构；3）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇杆机构。如果铰链四杆机构中的最短边和最长边长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构中不存在整转副，无论取哪个构件作为机架都只能得到双摇杆机构。

6.极位角θ越大，机构的急回特性(生产设备在慢速运动的行程中工作，在快速运动的

行程中返回)越明显。急回运动特性可用行程速度变比系数K来表示：K=w2/w1=Ψ/t2/Ψ/t1=t1/t2=Ψ1/Ψ2=(180°+θ)/(180-θ)；作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角叫做压力角α，压力角是作为判断机构传力性能的重要标志；

压力角的余角叫做传动角；压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好；压力角越大，传动角越小，机构的传力性能越差，传动效率越低。作图题：极位角和最小传动角的位置。机构中的这种传动角为零的位置称为死点位置。

第三章凸轮机构 P40

分类、刚性冲击、柔性冲击

1.凸轮机构的优点是：只需设计适当的齿轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑，设计方便。缺点是：凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，所以通常用于传力不大的控制机构。

2.凸轮机构的从动件做等速运动时，造成强烈刚性冲击；做简谐运动时造成柔性冲击；做正弦加速度运动时没有冲击。

3.基圆半径越小，压力角越大，传动角越小，有害分力越大，传动效率越低，当压力角达到一定的程度，有用分力连摩擦力也克服不了。

4.平底从动件凸轮压力角为定值。

第四章齿轮机构

主要优点：1）使用的圆周速度和功率范围广；2）效率较高；3）传动比稳定；4）寿命长；5）工作可靠性高；6）可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动。缺点：1）要求较高的制造和安装精度，成本较高；2）不适宜远距离两轴之间的传动。

1.齿廓实现定角速比传动的条件：过接触点所作的齿廓公法线必须与连心线交于一定点。

2.渐开线：当一直线在一圆周上作纯滚动时，此直线上任意一点的轨迹；渐开线上任意一点的法线均与基圆相切；基圆之内无渐开线；渐开线齿廓上某点的法线，与齿廓上该点速度方向线之间的夹角为压力角αk。