[精密机械设计基础][电子工业出版社]复习资料整理

2015/12/22几页纸学会精密机械设计基础

绪论

“机械”是机器和机构的总称

特征：①它们是人为的实物组合；②各实物之间具有确定的相对运动；③用来代替或减轻人类的劳动。

机器由各种机构组合而成，而机构是由构件组成的。构件和零件是不同的概念，构件是“运动单元”，而零件是“制造单元”。

机械中的零件可分为两类：通用零件、专用零件

第1章 受力分析和平衡

力是物体间相互的作用，使得物体的运动状态发生变化，同时物体也发生了变形。

使物体的运动状态发生变化成称为力的外效应，使物体产生变形称为力的内效应。

力的三要素：大小、方向、作用点

所谓“刚体”，就是在任何力的作用下，物体的大小和形状都保持不变的物体。

平衡：物体相对于地球静止或做匀速直线运动。平衡是物体机械运动的特殊形式。

静力学公理：二力平衡理论、加减平衡力系理论、力的平行四边形法则、三力平衡汇交定理、作用与反作用定律 约束与反约束力：把零件在某些方向的运动加以限制，就是约束；构成约束的周围物体称为约束体；约束体作用于研究对象上的力称为约束反力。

常见约束类型：柔索约束、光滑接触面约束、光滑圆柱铰链约束（固定铰链支座、活动铰链支座、中间铰链） 物体受力平衡的条件：①力系中各力沿任一方向的分力的代数和应等于零；②力系中各力对于任意一点的力矩的代数和应等于零。

第2章 变形和应力分析

强度：构件抵抗破坏的能力

刚度：构件抵抗变形的能力

按力的来源分类——主动力和约束反力

按力的作用范围分类——表面力和体积力

按力与时间的关系分类——静载荷和动载荷（交变载荷、冲击载荷）

内力：弹性杆件在外力作用下发生变形，同时，杆件内部各部分之间产生相互作用力，这种力称为内力。 求杆件内力的方法称为 截面法

拉伸或压缩时横截面正应力σ = N A = P A

。拉伸取+，压缩取- 胡克定律σ = Eε，AE Pl Δl =

，弹性模量E ，应变l Δl ε= 杆中最大应力σ≤ [σ] = σlim S

剪切剪应力τ = Q A 。剪切强度条件τ = Q A Q

≤[τ] 扭转剪应力τmax = M n W T

，M n 为横截面上扭矩，W T 为圆轴抗扭截面模量 圆轴W T = πD 316 。空心轴W T = πD 316 (1-α4)，其中α = d D

梁类弯曲最大正应力σmax = M max ·y max I Z 。令W Z = I Z y max ，则σmax = M max W Z

M 为横截面上的弯矩，I Z 为横截面对中性轴Z 的惯性矩，y 为所求应力的点到中性轴Z 的距离，W Z 为梁的抗弯截面模量

第3章 平面机构自由度

机构是由构件组成的

低副：通过面接触组成的运动副，2个约束

高副：通过点或线接触的运动副，1个约束

说明机构各构件间相对运动关系的简单图形称为机构运动简图

构件分类：固定件（机架）、原动件、从动件

平面机构自由度计算公式F=3n-2P L-P H

F>0时，若原动件数小于机构自由度，机构运动不确定；若原动件数大于机构自由度，机构会遭到损坏。F≤0时，机构不可能运动。只有当原动件数等于机构自由度时，机构才有确定的运动。

计算平面机构自由度时应注意的几种情况：复合铰链、局部自由度、虚约束

虚约束虽对运动不起独立的约束作用，但可改善机构受力情况和增加构件的刚性。

第4章铰链四杆机构

铰链四杆机构三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构

急回运动特性可缩短非生产时间，提高生产率。如牛头刨床、往复式运输机械、锻冲机构。有无急回运动特性取决于有无极位夹角。

行程速比系数K = 180°+θ

180°-θ。极位夹角θ = 180°

K-1

K+1，机构的极位夹角θ越大，K也越大，急回特征越显著

压力角α越小，有效分力F‘就越大，传动效率越高。传动角γ是压力角α的余角。

死点位置：从动件上压力角为90°时，连杆对从动件不产生力矩，因此不能使曲柄转动。

消除死点：对从动曲柄施加外力、利用飞轮及构件自身的惯性作用、采用相同的机构错位排列

死点位置虽然对传动不利，但是对某些夹紧装置却可用于防松。

铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，当最短杆是连架杆时，为曲柄摇杆机构；最短杆是机架时，为双曲柄机构；最短杆是连杆时，为双摇杆机构。若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则不可能由曲柄，为双摇杆机构。

曲柄存在条件是①最短杆必为连架杆或机架，②最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

曲柄滑块机构，分为对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构。可将曲柄的回转运动变换成滑块的往复直线运动。

曲柄滑块机构的演化：导杆机构、摇块机构、定块机构。

第5章凸轮机构

凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个构件组成。凸轮通常做连续等速转动，从动件则按预定运动规律做间歇/连续直线往复移动或摆动

按凸轮形状分：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮。

按从动件形状分：尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件。

尖顶从动件的尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触，故能实现任意预期的运动规律，但容易磨损，只适用于受力不大的低速凸轮机构。滚子从动件的尖顶处安装一个滚子，与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，耐磨损，可以承受较大载荷，因为应用较广。平底从动件与凸轮轮廓接触面为一平面，传动效率较高，且接触面间易形成油膜，利于润滑，减少磨损，故常用于高速凸轮机构，但只适用于外凸的凸轮轮廓。

凸轮机构的优点为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。缺点是凸轮机构与从动件之间为点接触或面接触，易磨损，所以常用于传力不大的控制机构。

从动件常用运动规律：等速运动规律、等加速等减速运动规律、简谐运动规律。

等速运动规律有刚性冲击，不适宜单独使用，在运动开始段和终止段应当用其他运动规律过渡，只适用于低速轻载凸轮机构。等加速等减速运动规律不会出现刚性冲击，但会有柔性冲击，只适用于中低速凸轮机构。简谐运动规律会引起柔性冲击，只适用于中速传动。

按从动件已知运动规律绘制凸轮轮廓的基本原理是反转法。

基圆半径r b越小，压力角α越大。滚子半径r T必须小于外凸理论轮廓曲线的最小曲率半径ρmin

第6章齿轮机构

渐开线性质：①发生线在基圆上滚过的一段长度等于基圆上被滚过的一段弧长；②渐开线上任意一点的法线恒切于基圆；③渐开线上各点的压力角不相等；④渐开线的形状取决于基圆的大小；⑤基圆以内无渐开线。

渐开线齿廓的其他啮合特性：①啮合线为一直线；②啮合角为常数；③渐开线齿轮传动的可分性。

分度圆直径d=mz

齿顶圆直径d a=d+2h a=(z+2h a*)m

齿根圆直径d f=d-2h f=(z-2h a*-2c*)m

基圆直径d b=dcosα

全齿高h=h a+h f=(2h a*+c*)m

齿顶高h a=h a*m

齿根高h f=(h a*+c*)m