机密机械设计前7章内容总复习内容概述.docx

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机密机械设计前7章内容总复习内容概述

第一章精密机械设计的基础知识

重点掌握机械的组成及机器、机构、构件和零件概念

★机械：

（利用力学原理组成的各种装置）是机器和机构的总称。

如杠杆、滑轮、机器以及枪炮等都是机械。

★机构：

由若干个构件组成，组成机构的各构件之间有确定的相对运动，可以用来传递运动和力或改变运动的形式。

（是机械的内部构造，或机械内部的一个单元）。

★机器：

由各种机构组合而成，除了具有机构的特征外，机器还能进行能量的转换和完成有用的机械功。

★零件：

机械加工制造的单元体，是机器结构中的最小单元。

★构件：

由一个或多个零件刚性联结的整体，是机器中的独立的运动单元。

构件是运动的单元，零件是制造单元。

第二章工程材料和热处理

一、材料分类

二、常用工程材料

1、碳钢与合金钢

（1）碳钢：

含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。

（2）合金钢

2、铸铁

（按石墨化程度分类）

★灰口铸铁：

碳主要以石墨形式存在，应用广泛。

灰口铸铁又分为（以石墨形态分类）：

灰铸铁和球墨铸铁

★白口铸铁：

碳主要以Fe3C形式存在。

（很少应用）

3、有色金属和非金属材料

要求对各类材料的应用和常用牌号有所了解

三、钢的热处理

热处理：

在固态下通过加热、保温、冷却的方法，改变钢的金属整体或表面组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。

分类：

普通热处理：

（四把火：

正火、退火、淬火、回火）

表面热处理：

表面淬火、表面化学热处理

调质处理

重点掌握：

各种热处理作用、所适用的材料

第三章平面机构的结构分析

一、运动副、自由度、约束概念

1、运动副及其分类

（1）运动副：

机构中使两构件直接接触，并能产生一定相对运动的联接

（2）分类：

按两构件接触特性分为高副、低副（转动副、移动副）。

2、自由度：

构件具有的独立运动数目。

构件作平面运动时，其运动可分解为三个独立运动，因此具有三个自由度。

3、约束：

对构件独立运动所加的限制称为约束。

★高副：

1个约束，2个自由度。

（两个构件组成高副后，沿接触点公法线相对移动的独立运动被限制，每个构件失去一个自由度）

★低副：

2个约束，1个自由度

二、平面机构的自由度

1、机构的自由度：

机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。

2、机构的自由度计算

注意判别：

复合铰链、局部自由度、虚约束

三、机构具有确定运动的条件

当F≤0时，构件间无相对运动，不成为机构。

当F＞0时，原动件数＞F机构遭破坏

原动件数＜F机构运动不确定

原动件数=F机构具有确定的运动

第四章平面连杆机构

一、铰链四杆机构的基本型式及演化

1、铰链四杆机构的概念

所有运动副均为转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构

2、基本型式

按两连架杆的运动形式不同分为三种：

曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。

了解这三种基本机构的特征、运动关系和应用。

3、演化

（1）了解机构演化的基本思路

（2）演化机构：

★曲柄滑块机构（分为：

对心和偏心曲柄滑块机构）

★导杆机构（分为：

转动导杆机构和摆动导杆机构）

★多移动副的四杆机构（有：

正弦机构和正切机构）

二、平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念

1、曲柄存在的条件

①连架杆和机架中必有一杆是最短杆

②最短杆与最长杆的长度和小于或等于其余两杆件的长度和（杆长之和条件）。

2、机构类型与机架的关系：

机架

机构类型

备注

有曲柄

最短杆

双曲柄机构

满足杆长条件

与最短杆相对的杆件

双摇杆机构

与最短杆相邻的杆件

曲柄摇杆机构

无曲柄

任意杆件

双摇杆机构

不满足杆长条件

3、机构传动的几个基本概念

（1）压力角α：

传动力的方向与力作用点的速度方向之间的夹角。

α越小传动效率越高。

（2）传动角γ：

连杆轴线与从动杆轴线所夹的锐角。

★最大传动角γ出现的位置

要注意的是，机构的压力角和传动角是对从动件而言的。

在机构的运动过程中，压力角和传动角的大小是随着从动件的位置的变化而变化的。

当，即曲柄与机架共线时，γ角得到极大或极小值，极值的大小取决于机构中各杆件的长度。

α越大，γ越小，机构传力传力性能差；当γ小到一定程度时，会由于摩擦力的作用而发生自锁现象。

为保证机构良好的传力性能,要求机构在运动中的最大压力角必须满足下列条件：

或

（3）极位夹角

：

曲柄在两个极限位置时所夹的锐角。

（4）行程速比系数

★急回特性：

若机构中作往复运动的构件（通常为输出构件），存在回程的耗时比工作行程耗时少的现象，则称该机构具有急回特性。

★行程速度变化系数K：

工作行程的平均速度与回程的平均速度之比值。

结论：

a．K越大（即极位夹角θ越大）急回特性越明显

b．极位夹角为零的机构无急回特性。

c．常见的具有急回特性的机构：

曲柄摇杆机构、曲柄导杆机构、偏心曲柄滑块机构等。

（5）机构死点

机构运转时，当连杆与从动件处于共线位置时γ=0°、α=90°，经连杆作用于从动件上的力F通过从动件的铰链中心，使驱动从动件的有效分力为零，不论力F多大，都不能使从动件转动，机构的这一位置称为死点位置。

三、平面四杆机构的设计

重点掌握图解法

按给定行程速度变化系数设计四杆机构

设计步骤：

★计算极位夹角----

★设计摇杆CD-----任选转动副D的位置，并按照给定的摇杆长CD度及摆动角度Ψmax画出摇杆的两个极限位置C1D和C2D。

★设计曲柄转动中心A（既机架AD的长度）：

--------连接C1C2，

过C2作∠C1C2N=90O-θ，

过C1作C1M⊥C1C2,C1M交C2N于P点。

过C1、C2、P三点作园PC1C2.则A点应在该圆上。

注：

理论上只要A点在园PC1C2上就能满足命题要求，实际上A点的最终确定还应考虑如机架尺寸、安装空间、传动角、机构尺寸构成条件、结构尺寸等要求。

★计算曲柄与连杆的尺寸：

--------由曲柄的两个极限位置可得：

AC2=a+b；AC1=b-a故有：

曲柄长度：

连杆长度：

四、正弦、正切机构的传动特性

（1）传动特性

①正弦机构----结构特点是推杆工作面为平面，摆杆工作面为球面。

传动特性---设摆杆的初位移

则有：

推杆的位移

机构的传动比

②正切机构----结构特点是推杆工作面为球面，摆杆工作面为平面。

传动特性----设摆杆的初位移

则有：

推杆的位移

机构的传动比

结论：

机构的传动比为非线性。

（2）原理误差分析

误差产生的原因--由于线性化读数表盘要求移动件按照

的规律运动，而机构的非线性传动特性不能保证这一要求。

这种由于采用机构的传动特性与要求的传动特性不相符而引起的误差称为原理误差。

正弦机构

正切机构

第五章凸轮机构

一、凸轮机构的组成、应用、特点

凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成。

二、凸轮机构的分类（即凸轮与从动件的主要型式）

（1）按凸轮的形状分为：

盘状凸轮和圆柱凸轮

（2）按推杆形状分为：

尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆

（3）按凸轮与从动件维持高副接触（封闭）的方式分：

力封闭型、形封闭型

三、从动件常用运动规律描述

是从动件在整个工作循环中，运动参数（位移、速度和加速度）随凸轮转角变化的规律。

s＝s（t）＝s（ϕ）v＝v（t）＝v（ϕ）a＝a（t）＝a（ϕ）

从动件的运动规律，由凸轮轮廓曲线形状决定。

要使从动件实现某种运动规律，就要设计出与其相应的凸轮轮廓曲线。

正确选择和设计从动件的运动规律，是凸轮机构设计的重要环节。

几种常用运动规律及特点

⑴等速运动规律：

速度曲线不连续，机构将产生刚性冲击

⑵等加速等减速运动规律：

加速度曲线不连续，机构将产生柔性冲击

⑶余弦加速度运动规律：

加速度曲线不连续，存在柔性冲击

⑷正弦加速度运动规律：

速度曲线和加速度曲线连续，无刚性冲击和柔性冲击

四、名词术语及符号

（1）基圆rb

（2）升程（行程h）、回程

（3）停程（远停、近停）

五、凸轮轮廓曲线设计的基本原理

1．凸轮轮廓曲线设计方法的基本原理：

反转法原理

2．重点图解法设计

六、凸轮机构基本尺寸的确定

1．凸轮机构的压力角

凸轮的基圆半径rb、压力角α都是定义在理论轮廓曲线上。

、

压力角α增大到时分母为零，则F→∞，机构发生自锁。

αmax≤[α]<αlim

2．凸轮基圆半径的确定

在偏距一定，推杆的运动规律已知的条件下，加大基圆半径rb，可减小压力角α，从而改善机构的传力特性，但机构的尺寸会增大。

3.凸轮基圆半径的确定

限制基圆半径的条件：

⑴安装条件rb应大于凸轮轴的半径rs；根据结构和强度的需要，按经验公式rb≥（1.6~2）rs初步选定凸轮基圆半径rb，然后校核压力角，以满足αmax≤[α]的条件。

⑵传力条件最大压力角αmax≤许用压力角[α]；

⑶不失真条件凸轮廓线的最小曲率半径ρmin>0。

当要求机构具有紧凑的尺寸时，应当按许用压力角[α]来确定凸轮的基圆半径rb。

第六章齿轮机构

一、齿轮传动主要用途、特点

传递运动和转矩、变换运动方式、变速

二、分类

三、齿廓啮合基本定律

对齿轮传动的基本要求之一是其瞬时传动比保持恒定。

若传动比变化→从动轮转速不均匀→惯性力、振动、噪音→传动精度；要保证瞬时传动比恒定不变，则齿轮的齿廓必须符合齿廓啮合基本定律。

四、渐开线齿廓曲线

1．渐开线形成

2．渐开线性质

（1）

（2）是渐开线在K点的法线，与基圆相切

（3）N为渐开线上K点的曲率中心，为曲率半径。

渐开线愈靠近基圆的部分，曲率半径愈小

3.渐开线方程式

五、渐开线齿轮的基本参数和基本尺寸的计算

1．基本参数：

m、z、α、ha*、c*

标准齿轮：

是指m,α,ha*，c*均为标准值，且s=e的齿轮。

2．齿轮各部分的名称、符号和标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算

齿顶圆da:

齿根圆df:

分度圆d：

模数和压力角均为标准值的圆。

齿顶高ha：

齿根高hf：

齿全高h：

基圆db:

齿厚s与齿槽宽e:

齿距p：

p=s+e

基圆齿距（亦称基节）：

法向齿距pn

六、渐开线直齿圆柱齿轮传动

1．一对轮齿的啮合过程

开始啮合点：

从动轮齿顶与啮合线N1N2交点B2；

终止啮合点：

主动轮齿顶与啮合线N1N2交点B1；

线段B1B2为啮合点的实际轨迹，故称为实际啮合线。

线段N1N2为啮合极限点，故称为理论啮合线。

2．一对齿轮正确啮合条件

本质条件：

πm1cosα1=πm2cosα2

故：

结论：

一对渐开线齿轮正确啮合的条件是两轮的模数和压力角应分别相等。

3．正确安装和可分性

（1）正确安装（标准安装）

正确安装时，两轮的分度圆与节圆相重合，啮合角等于分度圆压力角，即：

此时中心距a称为正确安装中心距或标准中心距，且为：

（2）可分性

一对渐开线齿轮传动即使两齿轮的实际中心距与设计中心距有偏差，也不会影响其传动比的这一特性，称为渐开线齿轮传动的可分性。

*分度圆和节圆、压力角和啮合角的区别与联系

（1）分度圆和节圆

分度圆：

齿轮上模数和压力角均为标准值的圆，为几何参数；

节点：

啮合接触点的公法线与连心线的交点；

节圆：

过节点的圆，为啮合参数；

当标准安装时重合，则相等。

（2）压力角和啮合角

压力角：

齿轮齿廓上的法线与速度方向之间的夹角（锐角），为几何参数；

啮合角：

节圆的公切线与啮合线N1N2之间的夹角，为啮合参数；

当标准安装时相等。

4．连续传动条件

（1）几何条件：

（2）重合度

（3）重合度的计算

可见：

重合度与ha*、Z1、Z2及'α有关,与m无关。

ha*越大→重合度愈大

齿数愈多→重合度愈大

啮合角愈大→重合度愈小

七、渐开线直齿廓的切制原理

1．齿廓切制的基本原理

仿形法、范成法

2．齿廓根切现象

用范成法加工齿轮时，当刀具的齿顶线与啮合线的交点超过被切齿轮的极限啮合点N1时，刀具的齿顶将把被切齿轮的渐开线齿廓切去一部分，称为根切现象。

危害:

v降低轮齿抗弯强

v减小重合度系数

v影响传动平稳性。

3．最少齿数

基圆越小，极限啮合点N越接近节点P，齿条刀具的齿顶线越容易超过N点，

越容易发生根切现象。

在模数、压力角均为定值情况下，齿数越少，基圆越小，越容易发生根切。

4.避免产生根切现象的方法

为了制造齿数z

（1）减小

（2）加大刀具角

（3）变位修正——可使用标准刀具切制

八、变位齿轮

1．采用变位齿轮的原因

⑴减小最少齿数；

⑵凑中心距；

⑶改善（小）齿轮强度

2．变位齿轮及其特点

（1）变位齿轮概念

用改变刀具与轮坯的相对位置来切制的齿轮称为变位齿轮。

以切制标准齿轮位置为基准，刀具所移动的距离xm称为移距或变位量，x称为移距系数或变位系数。

若刀具由轮坯中心移远，称为正变位（x>0），切制的齿轮称为正变位齿轮。

若刀具移近轮坯中心称为负变位（x<0），切制的齿轮称为负变位齿轮。

（2）特点

正变位齿轮、负变位齿轮和标准齿轮相比较：

●它们的模数、压力角、分度圆、基圆、齿距均相同。

●标准齿轮s=e，正变位s>e，负变位s

●正变位齿根高减小，齿顶高增大。

负变位反之。

●正变位齿根变厚，负变位反之。

●正变位齿轮的齿顶变薄了，故应进行齿顶厚度核算，一般要求。

3．最小变位系数

xmin=17-z/17