《机械设计基础》复习重点要点总结.docx

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《机械设计基础》复习重点要点总结

《机械设计基础》

第1章  机械设计概论

复习重点

1.  机械零件常见的失效形式

2.  机械设计中，主要的设计准则

《

习题

1-1  机械零件常见的失效形式有哪些

1-2  在机械设计中，主要的设计准则有哪些

1-3  在机械设计中，选用材料的依据是什么

第2章  润滑与密封概述

~

复习重点

1.  摩擦的四种状态

2.  常用润滑剂的性能

习题

2-1摩擦可分哪几类各有何特点

）

2-2润滑剂的作用是什麽常用润滑剂有几类

第3章平面机构的结构分析

复习重点

1、机构及运动副的概念

2、自由度计算

<

平面机构：

各运动构件均在同一平面内或相互平行平面内运动的机构，称为平面机构。

  运动副及其分类    

运动副：

构件间的可动联接。

（既保持直接接触，又能产生一定的相对运动）

按照接触情况和两构件接触后的相对运动形式的不同，通常把平面运动副分为低副和高副两类。

  平面机构自由度的计算

。

一个作平面运动的自由构件具有三个自由度，若机构中有n个活动构件（即不包括机架），在未通过运动副连接前共有3n个自由度。

当用PL个低副和PH个高副连接组成机构后，每个低副引入两个约束，每个高副引入一个约束，共引入2PL+PH个约束，因此整个机构相对机架的自由度数，即机构的自由度为

   F=3n-2PL-PH                      （1-1）

下面举例说明此式的应用。

例1-1  试计算下图所示颚式破碎机机构的自由度。

~

  解  由其机构运动简图不难看出，该机构有3个活动构件，n=3；包含4个转动副，PL=4；没有高副，PH=0。

因此，由式（1-1）得该机构自由度为

F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1

3.2.1  计算平面机构自由度的注意事项

}

  应用式（1-1）计算平面机构自由度时，还必须注意以下一些特殊情况。

1.复合铰链

2.局部自由度  

3.虚约束

<

例3-2  试计算图3-9所示大筛机构的自由度。

  解  机构中的滚子有一个局部自由度。

顶杆与机架在E和E′组成两个导路平行的移动副，其中之一为虚约束。

C处是复合铰链，3个构件组成两转动副。

今将滚子与顶杆焊成一体，去掉移动副E′，如图1-9b所示。

该机构有7个活动构件，n=7，PL=9（7个转动副和2个移动副），PH=1，由式（1-1）得

F=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2

】

此机构的自由度等于2。

  机构具有确定运动的条件

  机构的自由度也即是平面机构具有独立运动的个数。

机构要运动，其自由度F必大于零。

机构中每个原动件具有一个独立运动，因此，机构自由度必定与原动件的数目相等。

#

习题

3-1一个在平面内自由运动的构件有多少个自由度

3-2运动副所产生的约束数与自由度有何关系

3-3机构具有确定运动的条件是什么

3-4计算图3-14所示机构的自由度，指出机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束。

;

第4章平面连杆机构

复习重点

1. 四杆机构的基本类型及其演化；

2. 平面四杆机构的基本特性

\

平面连杆机构是由若干构件用低副（转动副和移动副）联接而成，所以又称为低副机构。

习题

一. 正误判断（正确的在题后括号内划“√”，错误的划“×”.）

1）处于死点位置的机构是不可能运动的。

（×）

2）曲柄摇杆机构中，当摇杆为从动件时，机构才有死点位置出现。

（√）

】

3）曲柄摇杆机构中死点位置可能出现在曲柄与连杆共线的位置上。

（√）

二.选择填空                                                  

1.铰链四杆机构中的运动副是（C）。

A）高副    B）移动副  C）转动副  D）点接触的具有一定相对运动的联接

2.铰链四杆机构ABCD中，已知AB＝50、BC＝115、CD＝120、DA＝30，若该机构属于双曲柄机构，则机架是（A）。

/

A）AB杆    B）BC杆  C）CD杆    D）DA杆

第5章  凸轮机构

复习重点

1、常用运动规律的特点，刚性冲击，柔性冲击，S-δ曲线绘制

2、凸轮轮廓设计原理—反转法，自锁、压力角与基圆半径的概念

-

习题

  5-1  某直动对心从动件盘状凸轮沿顺时针方向转动时，从动件以等速上升，其行程h=30mm，回程等速返回处；从动件各运动阶段凸轮的转角为：

δ1=120º，δ2=60º，δ3=120º，δ4=60º。

试绘制从动件的位移线图。

第6章  间歇运动机构

复习重点

了解四种常用间歇机构的工作原理及应用

习题

6-1  什么叫间歇运动机构常用的间歇运动机构有哪几种

第7章 螺纹连接

复习重点

1.  螺纹的基本知识

^

2.  螺纹连接

习题

7-1  常用的螺纹牙型有几种说明各自的特点和应用场合。

7-2  螺纹的公称直径指哪一直径螺栓强度计算使用哪一直径螺纹几何尺寸计算使用哪一直径

7-3  螺纹联接为什么要预紧常用控制预紧力的方法有哪些

（

7-4  螺纹联接为什么要防松防松的根本问题是什么按照防松原理，举例说明如何实现防松。

7-5满足何种条件时，螺旋传动具有自锁特性

第8章  轴毂联接

轮毂联接是实现轴和轴上零件之间的周向定位，主要方式有：

键联接、花键联接和过盈配合。

复习重点

，

1.键连接

习题

8-1  在一直径为80mm的轴上，安装齿轮，轴与轮毂材料均为45钢，轮毂宽度为120mm，有轻微冲击。

试选择键的尺寸，并计算传递的最大转矩。

第9章  带传动和链传动

复习重点

、

1.  带传动的组成、工作原理、传动特点

2.  链传动的组成、工作原理、传动特点

带传动的结构特点：

1、组成：

主动轮、从动轮、传动带

2、分类：

】

㈠按工作原理分：

摩擦型、啮合型带传动

㈡按带的截面形状分：

a.平型带传动——最简单，适合于中心距a较大的情况

带传动——三角带

c.多楔带传动——适于传递功率较大要求结构紧凑场合

>

d.同步带传动——啮合传动，高速、高精度，适于高精度仪器装置中带比较薄，比较轻。

㈢按带的传动形式分：

    开口传动：

两轮转向相同

    交叉传动：

两轮转向相反

    半交叉传动：

用于交错轴

…

二、工作原理、工作特点、应用

1、工作原理：

靠摩擦和靠啮合两种

2、工作特点：

适宜布置在高速级

    优点：

可远距离传动、缓冲吸振、过载保护、结构简单、维护方便

    缺点：

传动比不准确、传动效率低、带的寿命短、压轴力大

：

        η带=～、η链=～、η齿轮=～

3、应用：

功率（P≤100KW）、带速（V=5～25m/s）、传动比（i≤7）

三、受力分析

工作前:

两边初拉力Fo=Fo

（

工作时:

两边拉力变化：

①紧力  Fo→F1；  ②松边Fo→F2

  F1—Fo=Fo—F2

  F1—F2=摩擦力总和Ff=有效圆周力Fe

  所以:

  紧边拉力：

F1=Fo+Fe/2

；

松边拉力：

F2=Fo—Fe/2  

另外：

带受到的弯曲拉力：

σb1和σb2

离心拉力：

Fc=qv2（应力σc）

带传动的应力分布图：

如下

—

:

带的弹性滑动和打滑

㈠弹性滑动：

带与轮缘之间会发生不显著的相对滑动称为---。

  滑动的结果：

V1＞V＞V2    

）

㈡打滑：

当带传动的有效圆周力超过了带的极限摩擦力时，带

      和带轮之间发生显著的相对滑动，称为---。

㈢弹性滑动和打滑的区别：

  ⑴弹性滑动是不显著的相对滑动，只发生在部分包角范围内；

    而打滑是显著的相对滑动，发生在全部包角范围内。

'

  ⑵弹性滑动是带工作时的固有特性，是不可避免的；

    而打滑是带过载时的一种失效形式，是可以避免的。

四、失效形式:

  1、带的疲劳破坏  2、打滑  

习题

9-1  带传动中的弹性滑动与打滑有何区别对传动有何影响影响打滑的因素有哪些如何避免打滑

|

9-2  在V带传动设计时，为什么要限制带的根数

9-3  带传动的主要失效形式是什么

9-4  带传动工作中，带上所受应力有哪几种如何分布最大应力在何处

第10章  链传动

复习重点

、

1. 链传动的组成、工作原理、传动特点

链传动的组成、工作原理、传动特点

  1、组成：

主动链轮、从动链轮、传动链

2、工作原理：

靠啮合。

（滚子链：

靠链节和链轮轮齿的啮合。

齿形链：

靠链齿和轮齿的啮合）

。

  3、传动特点：

㈠优点：

（和带比）⑴无弹性滑动、打滑现象、i平均=常数  ⑵压轴力小  ⑶可在恶劣环境（如高温、油污、潮湿）中工作⑷传动效率比带高

      （和齿轮比）易安装、远距离传动轻便。

㈡缺点：

⑴i瞬时≠常数  ⑵传动时有振动、冲击、噪声⑶只能用于两平行轴之间的传动⑷传动急速反转时性能较差。

4.传动链结构特点：

|

按链条的结构不同分：

⑴套筒滚子链：

（简称滚子链）⑵齿型链

  ⑴滚子链：

）

  ①结构：

由外链板、内链板、套筒、滚子、销轴五部分组成。

  各部分关系：

销轴与套筒、套筒与滚子为间隙配合。

          销轴与外链板、套筒与内链板为过盈配合。

~

      另外：

内、外链板之间留有一定间隙，以便润滑油渗入到铰链的摩擦面间。

          内、外链板均制成“∞”型。

（从减轻重量和等强度两方面考虑）

        链的排数：

一般不超过4排。

      连结数通常取偶数（∵接头方便,无过渡链节）

②链条的参数与标记：

参数已标准化，分A、B系列。

表11-1给出了A系列的一些参数。

[

主要参数为：

节距P（相邻销轴之间的中心距）

③标记如：

滚子链20A--2×60GB/T/243-1997

      表示：

A系列、节距P=20×16=31.75mm  、双排、60节的滚子链。

⑵齿形链：

（无声链）

      是由一组齿形链板由铰链联接而成。

.

      按铰链的形式不同又分圆销式、轴瓦式、滚柱式等）

5、受力分析：

  ㈠静止时：

通过控制松边垂度而使链条保持一定的张紧力（即：

悬垂拉力F3）如图

.

{

F3=kfqga

（kf---垂度系数，当垂度f=0.02a时，kf---垂度系数可查表11-3、q---每米长链的质量、g--重力加速度、a--中心距）

㈡工作时:

与带相似，也分松紧边，但注意，松边在下，紧边在上。

（与带传动正好相反）

\

  松边拉力=F3+F2（F2---离心拉力F2=qv2；F3---张紧力或悬垂拉力）

  紧边拉力=F3+F2+F1  （F1---有效工作拉力，F1=1000P/V  KW）

    注意与带的区别：

⑴初拉力F3没有再变大或变小，∵链板之间可以相对转动，∴不像带有伸长收缩的明显改变。

                ⑵没有弯曲应力σb  ∵链包在链轮上，链板可以自由转动，∴不受弯曲应力。

  由链条的受力分析可知：

链条受交变应力的作用，且受附加的动载荷作用，∴链条会发生疲劳破坏。

：

习题

10-1  影响链传动速度不均匀性的主要因素是什么

10-2  链传动为何要适当张紧常用的张紧方法有哪些

10-3  链传动与带传动的张紧目的有何区别

第11章  齿轮机构

、

复习重点

1、齿轮机构的类型

2、渐开线齿廓的啮合特性

3、标准渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算

4.  齿轮传动的失效形式

}

5.  齿轮传动中的受力分析（齿轮的转向及轮齿旋向分析）

  齿轮机构的类型

齿轮机构的类型很多，按两齿轮轴线间的相互位置、齿向和啮合情况不同，齿轮机构可分为以下几种基本类型，如表11-1所示。

表11-1  齿轮机构的类型

齿轮机构

.

平行轴传动

外啮合齿轮

（两轮转向相反）

—

直齿圆柱齿轮（图4-1a）

斜齿圆柱齿轮（图4-1d）

人字斜齿圆柱齿轮（图4-1e）

内啮合圆柱齿轮（图4-1b）（两轮转向相同）

齿轮与齿条啮合机构（图4-1c）。

相交轴传动

直齿圆锥齿轮（图4-1f）

曲齿圆锥齿轮（图4-1g）

交错轴传动

【

交错轴斜齿轮（图4-1h）

蜗轮蜗杆传动（图4-1i）

  渐开线齿廓的啮合特性

@

渐开线齿廓啮合传动具有如下几个特性：

（1）能够保证定传动比传动

（2）中心距变动不影响传动比

（3）齿廓上压力方向不变

  标准渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算

…

11.3.1齿轮各部分名称和符号

11.3.2  渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数

图11-3  不同模数齿轮的齿形

1.齿数z  在齿轮整个圆周上轮齿的总数称为该齿轮的齿数，符号为z。

&

2.模数m

  齿轮分度圆的直径d、齿距p与齿数z的关系有：

πd=pz或  ，为了便于设计、制造、检验和安装，令m称为齿轮的模数，其单位为mm。

于是得到分度圆直径  d=mz        

模数反映了齿轮的轮齿及各部分尺寸的大小。

当齿数不变时，模数越大，其齿距、齿厚、齿高和分度圆直径都相应增大。

图11-3给出了不同模数齿轮齿形。

为了设计、制造、检验和使用的方便，齿轮的模数已经标准化。

3.压力角α  分度圆上的压力角简称压力角，以α表示。

国家标准（GB/T1356-1988）中规定，分度圆上的压力角为标准值，通常取α=20°，在某些场合也采用α=15°、25°等值。

-

4.其它齿形参数

  1）顶隙系数c*

在一对齿轮传动时，为避免一轮的齿顶与另一轮的齿槽底部相抵触，并有一定的空隙贮存润滑油，故一轮的齿顶圆与另一轮的齿根圆留有径向间隙，称为顶隙，用c表示。

标准的顶隙值取模数的倍数：

c=c*m。

  2）齿顶高系数ha*

  轮齿的高度取模数的倍数。

对于标准齿轮，取：

齿顶高ha=ha*m，则齿根高hf=（ha*+c*）m。

~

  国家标准规定：

正常齿ha*=1，c*=；短齿ha*=，c*=。

11.3.3  标准渐开线直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算

标准齿轮是指m、α、ha*、c*均为标准值，并且s=e的齿轮。

为便于计算和设计，现将渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算公式列于表4-3中。

表4-3  标准渐开线直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算公式

名称

）

符号

计算公式与说明

模数

m

根据齿轮承载能力和结构需要确定，取标准值

.

压力角

α

α=20°

分度圆直径

d

>

d=mz

齿顶高

ha

ha=ha*m

齿根高

hf

hf=（ha*+c*）m

全齿高

h

h=ha+hf=（2ha*+c*）m

、

齿顶圆直径

da

da=d+2ha=（z+2ha*）m

齿根圆直径

df

￥

df=d-2hf=（z-2ha*-2c*）m

基圆直径

db

db=dcosα

齿距

~

p

p=πm

基圆齿距

pb

pb=pcosα

）

齿厚

s

s=πm/2

齿槽宽

e

\

e=πm/2

中心距

a

a=m（z1+z2）/2

例11-1  已知标准直齿圆柱齿轮的模数m=3mm和齿数z=20，试求齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿顶高、齿根高、齿厚和齿槽宽。

·

解：

由表4-3所列公式分别计算如下：

齿轮传动的失效形式

对齿轮失效形式的分析有助于准确选择齿轮传动强度设计方法，以及寻求防止或延缓失效最有效、最经济的对策。

齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，其失效形式主要有以下五种：

1.轮齿折断2.齿面点蚀3.齿面磨损4.齿面胶合5.齿面塑性变形

#

  齿轮材料

根据轮齿失效形式的分析可以知道，齿轮材料应具备如下性能：

①齿面具有足够的硬度，以获得较高的抗点蚀、抗磨损、抗胶合的能力；②齿芯有足够的韧性，以获得较高的抗弯曲和抗冲击能力；③良好的加工和热处理工艺性能；④经济性。

轮齿的受力分析

图11-6所示为一标准直齿圆柱齿轮传动，轮齿在节点C处接触。

若忽略摩擦力，轮齿间相互作用的法向力Fn沿着啮合线方向并垂直于齿面。

为了计算方便，将法向载荷Fn在节点C处分解为两个相互垂直的分力，即圆周力Ft与径向力Fr（单位均为N）。

—

由此可得：

（11-1）

式中  Tl——主动轮传递的名义转矩（N·m）；

dl——主动轮分度圆直径（mm）；

α——压力角。

…

（11-2）

式中  P1——主动轮传递的功率（kW）；

n1——主动轮的转速（r/min）。

作用于主动轮和从动轮上的各对应力等值反向。

各分力的方向：

①圆周力Ft，对于主动轮为阻力，与回转方向相反；对于从动轮为驱动力，与回转方向相同；②径向力Fr，分别指向各自轮心（外啮合齿轮）。

习题

^

11-1何谓标准直齿圆柱齿轮

11-2渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件和连续传动条件是什么

11-3现有一对标准直齿圆柱齿轮传动。

已知齿数z1=21，z2=53，模数m=mm。

分别求两齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、中心距、齿距、齿厚、齿槽宽、传动比以及渐开线在分度圆处的曲率半径和齿顶圆上的压力角。

11-4  常见的齿轮失效形式有哪几种

11-5  圆柱齿轮传动中大、小齿轮的齿宽是否相等为什么

`

11-6  齿轮传动中两齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力是否相等为什么

11-7  齿轮润滑的意义何在常用的润滑方法有何异同

11-8  图示为二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器，已知主动轮1的转向和旋向，为使Ⅱ轴上两齿轮的轴向力相互抵消。

试确定：

（1）斜齿轮2、3、4的螺旋线方向；

（2）各轴的转向；

}

（3）画出中间Ⅱ轴上的2齿轮受力图（即标出Ft2、Fr2、Fx2的方向）。

）

第12章  蜗杆传动

复习重点

1.  蜗杆传动的结构、特点

2.  蜗杆传动受力分析

蜗杆传动的结构、特点：

`

  1.组成：

蜗杆和蜗轮。

  2.形成：

斜齿轮演化而成。

3.蜗杆传动的类型：

（根据蜗杆的形状不同分三类）

  ⑴圆柱蜗杆传动：

⑵环面蜗杆传动：

（或称圆弧面蜗杆传动）

~

    ⑶锥蜗杆传动：

（ZK型---）

蜗杆传动的受力分析：

    总法向力Fn分解为三个力：

⑴切向力：

Ft2=2T2/d2≈Fx1

                    ⑵径向力：

Fr2≈Fr1        

                    ⑶轴向力：

Fx2≈Ft1

:

当蜗杆为主动件时，先以左右手定则定出蜗杆轴向力Fx1，在定蜗轮。

应力分析：

主要为：

⑴接触应力σH

        ⑵弯曲应力：

σF

其次为：

压应力、切应力、摩擦剪应力等。

{

第13章  齿轮系

复习重点

1、掌握定轴轮系，周转轮系传动比的计算

2、定轴轮系转向判别，转化轮系法求解周转轮系传动比方法

3、熟练掌握复合轮系传动比的计算方法及轮系的组成分析

[

轮系的分类

轮系：

用一系列互相啮合的齿轮将主动轴和从动轴连接起来，这种多齿轮的传动装置称为轮系。

定轴轮系（普通轮系）

周转轮系

复合轮系  定+周（复杂轮系）

（

        周+周

定轴轮系及其传动比计算

  周转轮系的传动比计算

~

  复合轮系传动比的计算

.

第14章  机械传动设计

|

复习重点

1、机械传动的组成

2、机械传动的类型

习题

14-1  传动装置的主要作用是什么

&

14-2  选择传动类型时应考虑哪些主要因素

第15章  机械的调速与平衡

复习重点

1、机器运转速度波动调节的目的

2、速度波动调节的方法

~

3、回转件平衡的目的

4、刚性回转件的平衡

调节机器速度波动的目的

1、周期性速度波动

危害：

①引起动压力，η↓和可靠性。

'

②可能在机器中引起振动，影响寿命、强度。

③影响工艺，↓产品质量。

2、非周期性速度波动

危害：

机器因速度过高而毁坏，或被迫停车。

通过相应的手段对两类速度波动进行调节，将上述不良影响限制在容许范围之内。

!

机器周期性速度波动的调节方法

机器中某一回转轴上加飞轮

飞轮：

能量存储器

机器非周期性速度波动的调节方法

采用调速器

…

平衡的目的

平衡的目的：

尽量减小惯性力所引起的附加动压力。

附加的动压力：

①附加载荷；②振动（源）

习题

15-1  什么是速度波动周期性与非周期性速度波动调节各采用什么方法

15-2  飞轮的作用有哪些其调速的原理是什么

15-3  什么是静平衡什么是动平衡各至少需要几个平衡平面

  静平衡、动平衡的力学条件各是什么

15-4  动平衡的构件一定是静平衡的，反之亦然，对吗为什么

[

第16章  轴

复习重点

1.  轴的分类

2.  轴的结构设计

轴的分类

$

    ㈠按承载分：

⑴心轴（只受弯）

⑵传动轴：

（只受扭矩）

⑶转轴：

（既受弯又受扭矩）

  ㈡按轴的形状分：

~

⑴直轴：

应用最广。

⑵曲轴：

常用于专用机械。

⑶挠形轴：

（或称钢丝软轴）可自由弯曲。

①组成：

由钢丝软轴、软管、软轴接头、软管接头等几部分组成。

轴的结构设计

：

  1.含义：

就是要确定轴的各段直径及长度。

以及一些细小结构尺寸

  2.要求：

除满足强度、刚度等设计外，还要保证轴上零件的定位（轴向、和周向定位）、固定及装拆方便，并具有良好的加工工艺性。

  3.轴的各部分名称：

㈠轴头：

安装轮毂的轴段。

㈡轴颈：

安装轴承的轴段。

$

㈢轴肩或轴环：

直径有变化处。

㈣轴身：

轴颈与轴头之间的部分。

  4.轴的径向尺寸的确定：

  5.轴段长度的确定：

6.轴的结构设计应注意的事项：

…

  ㈠轴径的变化应尽可能少，以便于加工。

㈡轴上有磨削、切削螺纹处，要留有砂轮越程槽或螺纹退刀槽，以保证完整加工。

㈢尽量减少应力集中。

㈣合理的安排传动路线  及选择较好的零件结构改善轴的受力。

㈤采用热处理和强化处理可提高轴的疲劳强度。

$

轴的失效形式：

断裂、过大的弹性变形、以及高速时的共振等。

习题

16-1  轴在机器中的功用是什么

16-2  按受载情况分类，轴有哪几种试列举应用实例。

16-3  进行轴的结构设计时，应考虑哪些主要因素

…

16-4  轴上零件的轴向固定和周向固定的常用方法有哪些各适用在何处

16-5  指出图示中轴的结构有哪些不合理和不完善的地方，提出改进意见，并画