同济大学 机械设计基础 考点归纳与典型例题

机械设计基础重点总结

第一章 绪论

机器、机构、机械

构件是运动的单元，零件是制造的单元。

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。

第二章 平面机构的自由度

1. 所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构；

2. 两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。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；

4. 机构自由度h l P P n F 123--=，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；

5. 计算平面机构自由度的注意事项：（1）复合铰链（图1-13），（2）局部自由度：

从动件与滚子焊为一体，（3）虚约束：去除，（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. 自由度的计算步骤要全：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。 例：计算图示机构的自由度，并指出机构具有确定运动时的原动件数，若图中含有局部自由度、复合铰链和虚约束等情况时，应具体指出。

第三章 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。

2. 铰链四杆机构：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；铰链四杆机构分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。

3. 四杆机构的演化。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。

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；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。

5. 极位角越大，机构的急回特性越明显。急回运动特性可用行程速比系数K 来表示：θ

θϕϕ-+==== 180180212112t t v v K ； 6. 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，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：极位角和最小传动角的位置。

7. 机构中的这种传动角为零的位置称为死点位置。

8. 四杆机构的设计

例：图示曲柄摇杆机构。已知曲柄的长度为AB l ，连杆长度BC l ，摇杆长度CD l ，机架长度AD l 。试按比例用作图法画出该机构的：

1、最小传动角min γ；

2、极位夹角θ，

3、写出行程速比系数K 的表达式。

解：按比例作图如下：

例：设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如图所示。要求踏板CD 在水平位置上

下各摆 10，且CD l ，AD l ，试按比例用图解法求曲柄AB 和连杆BC 的长度。

解：作图步骤：（比例1：1）

（1）作垂直线AD ，长度为AD l ，作水平线CD ，长度为CD l ；

（2）以DC 为角平分线，作 2012=∠DC C 得1DC 线和2DC 线；

（3）以D 为圆心，以CD l 长为半径作弧分别交1DC 线和2DC 线于点1C 和点2C ；

（4）分别连接1AC 和2AC ；

（5）在线段1AC 上截取线段2AC 得线段1EC ；

（6）以A 为圆心，以15.0EC 长为半径作圆得曲柄AB ，长度为AB l ；

（7）连杆BC 的长度为AB AC l BC -=1。

（8）所设计的机构运动简图如下：

第四章 凸轮机构

1. 凸轮机构的优点是：只需设计适当的凸轮轮廓，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。

例：在图示凸轮机构中，已知凸轮为偏心圆盘，转动副为O ，圆心为A 。要求：

1、画出此凸轮机构的基圆（半径用0r 表示）；

2、标出在图示位置时推杆的位移S 及推杆的行程h ；

3、标出此凸轮机构在图示位置的压力角α以及凸轮由图示位置再继续转 45时的压力角α'。

机器零件设计概论

1. 塑性材料以屈服极限为极限应力，脆性材料以强度极限为极限应力；

2. 变应力参数：max σ、min σ、2min

max σσσ+=m 、2min

max σσσ-=a 、max

min σσγ= 3. 运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损；零件抗磨损的能力称为

耐磨性；机械中磨损的主要类型：磨粒磨损、胶合、点蚀、腐蚀磨损。胶合：摩擦表面受载时，实际上只有部分峰顶接触，接触处压强很高，能使材料产生塑性流动。若接触处发生粘着，滑动时会使接触表面材料有一个表面转移到另一个表面，这种现象称为粘着磨损。

第五章 螺纹连接

1. 螺纹的主要几何参数：大径（公称直径）、小径、中径、螺距、导程、螺纹升

角、牙型角、牙侧角。

2. 牙侧角越大，自锁性越好，效率越低。

3. 把牙型角等于60度的三角形米制螺纹称为普通螺纹，以大径为公称直径。同

一公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹。公称直径相同时，细牙螺纹的自锁性能好，但不耐磨、易滑扣。

4. M24:粗牙普通螺纹，公称直径24，螺距3；M24×1.5:细牙普通螺纹，公称

直径24，螺距1.5。

5. 螺纹连接的基本类型。

6. 螺纹连接的防松：摩擦防松、机械防松、铆冲粘合防松。对顶螺母属于摩擦

放松。

7. 螺栓的主要失效形式：1）螺栓杆拉断；2）螺纹的压溃和剪断；3）经常装拆

时会因磨损而发生滑扣现象。

8. 螺栓连接的强度计算。1）松螺栓连接，2）紧螺栓连接：受横向工作载荷；