机械设计概论.docx

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机械设计概论

第一章机械设计概论

1．根据所能实现功能的不同，机械可以分成哪些类型？

机器可分为动力机器、工作机器和信息机器三种类型。

将其他种类的能量转换为机械能的机器成为动力机器（内燃机、汽轮机、电动机），用来实现对物料的某种工作或工艺过程，完成有用的机械功的机器称为工作机器（汽车、洗衣机），实现其他形式（电磁、热、压力）的信息与机械运动信息之间的传递与转换的机器称为信息机器（复印机、打印机、计算机）。

2．常用机械系统的主要功能组成？

一台机器就其各部分功能而言，主要由驱动系统、传动系统、执行系统和控制系统四部分组成。

1.驱动系统常称为原动机，是机器的动力源，包括动力机及其配套装置。

（电动机、内燃机、水轮机）。

2.执行系统包括执行机构和执行构件，通常处于机械系统末端，其功能是按照工艺要求完成确定的运动，实现预期工作（洗衣机中执行系统是波和内桶）。

3.传动系统是把原动机的运动和动力传递给执行系统的中间装置（洗衣机中，带传动、齿轮传动就组成了洗衣机的传动系统）4.控制系统是使驱动系统、传动系统、执行系统彼此协调工作，并准确可靠地完成整个机械系统功能的装置，包括机械控制、电气控制、液压控制等。

3．机构、构件与零件的定义？

机构是一种只能实现运动和力的传递与变换的装置。

（机器中常用的机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮传动、带传动、链传动、间歇运动机构等）。

在机器中作为一个整体运动的结构实体称为构件，是组成机器的最小运动单元。

机构实质上就是两个以上构件相互可动连接而组成的构件系统。

机器中单一的实体称为零件，是组成机器的最小制造单元（机械中的轴、齿轮、螺钉、螺母、键等）机械中的零件通常分为两大类：

一类是通用零件，另一类是专业零件。

4．载荷与应力的分类？

载荷分类：

作用在零件上的载荷可分为静载荷和变载荷两类。

不随时间变化或变化很小的载荷称为静载荷，随时间变化的载荷称为变载荷。

在设计计算中，还常把载荷分为名义和计算载荷。

根据额定功率在理想条件下计算出的作用在零件上的载荷称为名义载荷，而计算载荷是考虑实际载荷随时间作用的不均匀性、载荷在零件分布的不均匀性及其他影响的载荷。

常用载荷系数K来衡量这些因素的综合影响。

载荷系数K与名义载荷的乘积称为计算载荷。

应力分类：

按应力随时间变化的特性不同，可分为静应力和变应力。

不随时间变化或变化较小的应力称为静应力，随时间变化的应力成为变应力。

绝大多数机械零件都是处于变应力状态下工作的。

周期变化的应力称为循环变应力，稳定循环变应力有三种基本类型：

1.对称循环变应力2.脉动循环变应力3.非对称循环变应力P6。

第2章平面机构的运动简图

1．机构的定义？

平面机构的所有构件都在同一平面或平行平面内运动的机构称为平面机构。

（由构件通过运动运动副连接而成）

2．运动副的定义？

机构中两个构建直接接触，且具有一定相对运动的可动连接称为运动副。

3．低副与高副的定义以及低副的分类？

低副：

两构件之间以面接触性是组成的运动副称为低副。

低副又以两构件之间的相对运动形式的不同，分为转到副和移动副。

转动副，如果两构件只能绕某一轴线做相对运动，这样的运动副称为转动副。

移动副，如果两构件只能做相对直线运动，这样的运动副称为移动副。

高副：

如果两构件通过点或线接触，这样组成的运动副称为高副。

（球面副与螺旋副）。

4．平面机构的组成？

平面机构通常分由三类构件组成。

1.机架通常也称为固定件，在机构中用来支承活动构件和作为研究运动的参考坐标。

在研究机构运动时，活动构件的运动通常是指相对于固定构件的运动。

2.主动件通常也称为原动件。

机构中作用有驱动力（或力矩）或给定运动规律的构件。

3.从动件机构中跟随主动件的运动而运动的其他活动构件。

5．平面机构自由度计算公式及其具体含义？

公式：

F=3n-2PL-PH（PL是指低副的数目，PH是指高副的数目，活动构件的自由度数目）。

由公式可知，机构自由度F取决于活动构件的数目及运动副的性质（低副或高副）和数目。

6．机构具有确定运动的条件？

只有当机构的自有度大于零时，机构才能够运动；但只有当机构的原动件数等于机构自由度数时，机构各构件之间才具有确定的相对运动。

因此，机构具有确定的相对运动的条件是：

机构原动件数必须等于机构的自由度数。

7．有关复合铰链、局部自由度以及虚约束的通常处理方法？

1.复合铰链：

三个及三个以上构件组成两个或更多个共轴线的转动副便形成复合铰链。

当有K个构件用复合铰链连接时，组成的转动副数应为（K-1）个，故在计算机构自由度时，应注意是否存在复合铰链，以免遗漏运动副的数目。

（例：

三个构件组成的复合铰链，各有两个转动副）2.局部自由度：

机构中不影响整个机构运动的构件所具有的独立运动自由度，称为局部自由度。

计算机构自由度是局部自由度应减去。

（滚子、滚动轴承、滚轮等）3.虚约束：

在机构中与其他约束重复，不起独立限制运动的约束称为虚约束，在计算中略去。

第3章平面连杆机构

1．铰链四杆机构的组成？

如果平面四杆机构中的运动副都是转动副，这种平面四杆机构称为铰链四杆机构。

（机架、连架杆、连杆）

2.铰链四杆机构的分类及其特点？

铰链四杆机构根据其两连架杆存在形式的不同分为三种类型：

曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

1.曲柄摇杆机构：

两连架杆只以为曲柄，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。

2.双曲柄机构：

两连架杆均为曲柄则称为双曲柄机构。

这种机构的运动特点是当主动曲柄作等速连续转动时，从动曲柄一般不做等速连续转动。

3.双摇杆机构：

两连架杆均为摇杆。

3．铰链四杆机构的杆长之和定理及具体类型的判断方法？

铰链四杆机构中曲柄存在的条件：

1.连架杆和机架杆必有一杆为最短杆。

2.最短杆与最长杆长度之和应小于或等于其他两杆长度之和（杆长之和定理）

判断方法：

1.若取最短杆为机架，则得双曲柄机构。

2.若取最短杆的任一相邻构件为机架，则得曲柄摇杆机构。

3.若取最短杆对面的构件为机架，则得双摇杆机构。

若四杆机构不满足杆长之和条件，则无论取哪个构件作机架，曲柄都不存在，均为双摇杆机构。

（图见P29）

4．机构的急回特性及其计算表达式？

（P29-30）

在回程时的速度大于工作行程时的速度，通常将摇杆的这种运动称为急回运动。

表达式：

K=180°+θ/180°-θ（急回运动的相对程度，通常用行程速度比系数K来衡量）。

曲柄摇杆机构有无急回运动的性质，取决于有无极位夹角θ，且θ越大K的值越大，急回运动的特性也越显著。

5．机构的压力角与传动角？

驱动力F与速度的方向所夹的锐角α称为压力角，压力角越小，有效分力F越大，故压力角是判断连杆机构是否具有良好传力性能的标志。

在实际分析中常用压力角的余角γ（即传动角：

连杆与从动摇杆之间所夹的锐角）来体现连杆的传力性能。

故压力角越小，传动角越大，机构的传力性能越好。

（P30-31）

6．导杆机构与曲柄滑块机构结构比较？

P32-33

第4章凸轮机构和间歇机构

1．凸轮的分类？

凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。

按凸轮形状可分为盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮。

按从动件形式分：

尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件。

2．凸轮机构完成一个工作循环所经历的步骤？

推程与回程（P43-44）

3．从动件常用运动规律及其特点？

所谓从动件的运动规律，是指从动件在运动过程中其位移、速度和加速的随时间的变化规律。

1.等速运动规律：

位移曲线为斜直线，速度曲线是水平直线，加速度为零。

受到强烈冲击，这种攻击称为“刚性冲击”，故等速运动规律只适合用于低速场合。

2.等加速等减速运动规律：

前半段做加速运动，后半段做减速运动。

加速度曲线是水平直线，速度曲线是斜直线，而位移曲线是两条光滑相接的反向抛物线。

这种运动规律在推程始末两点和前后半城交界处，加速度发生有限的突变，产生一定的惯性力，引起冲击，这种冲击比刚性冲击轻称为“柔性冲击”，但在高速下仍将导致相当严重的振动、噪声和磨损，所以这种运动规律不宜用于高速，只适合中速、轻载的凸轮机构。

3.余弦加速度运动规律：

动点在固定圆周上做匀速运动是，它在这个圆的直径上的投影所形成的运动简谐运动。

加速度曲线为余弦曲线，也会引起柔性冲击，故余弦加速度运动规律不适宜高速，但动力性能比等加速运动规律好。

4.正弦加速度运动规律：

是摆线运动规律，加速度曲线为正弦曲线，它在全程范围内光滑连续，其加速度没有突变，因而将不产生冲击，所以振动、噪声和磨损较小，可在较高速度、重载下工作。

4．反转法的定义及其在绘制凸轮曲线中的应用？

（P46-47）

5．对心式尖顶直动从动件盘型凸轮机构凸轮轮廓曲线的绘制方法？

（P47）

第5章齿轮传动

1．按照两传动轴相对位置齿轮传动的分类？

两轴平行的齿轮传动（直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、齿轮齿条传动、内啮合圆柱齿轮传动）、两轴相交的齿轮传动（直齿锥齿轮传动）、两轴交错的齿轮传动（交错轴斜齿圆柱齿轮、圆柱蜗杆传动）

2．渐开线的形成过程及性质？

形成过程（P60），性质：

1.发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上滚过的圆弧长度2.渐开线上任意一点的法线切于基圆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大小5.基圆内无渐开线。

3．渐开线齿廓的中心矩可变性？

渐开线齿轮中心距变化而传动比保持不变的特性称为中心距可变性。

这一特性使渐开线齿轮具有因加工、安装和轴承磨损导致中心距改变时仍能保持传动比恒定的良好性能，这也是渐开线齿轮被广泛采用的主要原因之一。

4．渐开线直齿圆柱齿轮的各部分名称及基本几何尺寸的计算公式？

（P62-64）

5．渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件？

只要一对渐开线齿轮满足模数、压力角分别相等这两个条件，就能相互正确啮合传动，即一对渐开线齿轮正确啮合的条件为：

m1=m2=m,a1=a2=a（m/a是标准模数和标准压力角a=20°）

6．重合度的定义以及计算表达式？

（p66）

7．齿轮常见的失效形式？

1.齿轮折断（一般发生在齿根部分.分为疲劳折断和突然折断）2.齿面点蚀（首先出现在节线附近的齿根表面处）3.齿面胶合（载荷越大，相对滑动速度越高，越容易发生胶合。

在低速重载传动中，由于齿面间压力大，不易形成油膜，也可能产生胶合）4.齿面磨损（磨粒磨损和跑合磨损）5.齿面塑性变形。

8．斜齿圆柱齿轮的螺旋角？

一般用分度圆柱上的螺旋角β表示斜齿圆柱齿轮轮齿倾斜程度。

在其他条件相同时，斜齿圆柱齿轮传动的承载力和传动平稳性均高于直齿轮传动，且随螺旋角β

的增加而增大。

β不宜设计过小，否则斜齿圆柱齿轮传动的优点不明显，但β过大，轴向力增大。

一般螺旋角β的常用范围为8°~25°。

9．斜齿圆柱齿轮的端面参数与法面参数？

由于斜齿圆柱齿轮轮齿倾斜，故其几何参数有端面和法面之分。

垂直于齿轮轴线的截面称为端面，而垂直于轮齿方向的截面称为法面。

10．斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件？

P84

11．斜齿圆柱齿轮各部分几何尺寸的计算？

P84

12．常用的齿轮机构的分类？

P91

实心式齿轮和齿轮轴

腹板式齿轮和轮辐式齿轮

第六章蜗杆传动

1．蜗杆传动的特点（优点与缺点）？

优点：

1.结构紧凑，单级传动可得到很大的传动比。

2.传动平稳，噪声小3.当蜗杆采用较小导程角（γ≤4.5°）且小于当量摩擦角时，可制成自锁的蜗杆传动。

缺点是：

传动效率低，工作时发热量大；需要良好的润滑和散热条件；涡轮齿圈常需要用较贵重的减磨材料制造，成本较高。

2．普通圆柱蜗杆的基本参数？

P95-97

3．蜗杆传动的正确啮合条件？

1.在中间平面内，mx1=mt2=m,ax1=at2=20°2.两轴线交错为90°时，γ=β，且旋向相同。

（即蜗杆与涡轮旋向相同）

4．蜗杆直径系数、传动比、蜗杆头数以及涡轮齿数？

P96

第七章轮系与减速器

1．轮系的功用？

1.获得较大传动比2.实现相距较远的两轴之间的传动3.改变输出轴的转向4.实现变速运动5.实现分路传动6.运动的合成与分解7.实现结构紧凑的大功率传动。

2．定轴轮系的传动比？

P104

3．减速器的功能？

减速器是将高速运动（通常称为旋转运动）转换为低速运动的一种装置。

减速器具有固定不变的传动比。

在动力源输出功率和功率损耗不变的情况下，减速器一方面可降低转速，另一方面也增大了转矩。

第八章带传动

1.带传动的组成及分类？

带传动由主动轮、从动轮和传动带组成。

根据工作原理的不同，带传动分为摩擦型带传动和啮合型带传动。

2.V带与平带性能的比较？

在相同条件下V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，从而提高了V带传动的工作能力。

V带传动结构紧凑，传动平稳，适合用于较小中心距和较大传动比的场合。

其缺点是带磨损较快，价格较贵，传动效率低且只能用于开口传动。

3.带传动的特点（优点与缺点）？

带传动的优点是：

1适合用于中心距较大的场合2运转平稳，噪声小，具有缓冲吸振和过载保护功能3结构简单，制造安装维护方便，成本低。

缺点是：

1有弹性滑动，不能保证准确的传动比2带的寿命短，效率低，不宜用于易燃易爆及高温的场合。

4.带轮的结构？

带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成。

带轮的工作部分称为轮缘，装在轴上与轴连接的部分称为轮毂，连接轮缘与轮毂的中间部分称为轮辐。

5.V带传动的主要几何尺寸？

中心距α、带长Ld、包角（带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角）α和带轮基本直径d等。

6．带传动的松边、紧边拉力以及带传动所能传递的最大有效圆周力？

P119-120

7．带传动的三种应力计算方法以及应力最大值出现的位置？

P120

带传动的弹性滑动形成的原因？

由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的局部的、微小的相对滑动称为弹性滑动。

第九章链传动

1．链传动的组成？

链传动由轴线平行的主动链轮、从动链轮和绕在两轮上的一条封闭链条所组成，靠链条与链轮之间的啮合来传递运动和动力，因而是一种具有中间绕性件的啮合传动。

2．链传动与带传动的性能比较？

与带传动相比，链传动具有结构紧凑，工作可靠，作用在轴上的载荷小，承载能力较大，效率较高，能保持准确的平均传动比等优点。

缺点是瞬时传动比不恒定，传动不平稳，作工时有冲击和噪声，对安装精度要求高。

3．链传动的分类？

1.按用途可分为起重链、牵引链和传动链三种。

2按结构不同分为齿形链和滚子链。

4．滚子链的节矩与承载能力之间的关系？

节距P越大，链的承载能力越强，但各元件的尺寸也随之增大，重量增加，冲击和振动加大。

因此，传递功率较大时，为减小链传动的外廓尺寸，减小冲击和振动，多采用小节距的多排链。

5．链传动张紧的目的？

链条张紧是为了避免垂度过大时啮合不良和链条的振动；同时也为了增加链条与链轮的的包角。

6．平均链速与平均传动比？

P135

第十章机械传动系统设计

第十一章轴及其连接

1．轴的主要功能？

2．轴的分类方法？

3．轴上零件的固定方法（周向定位与轴向定位）？

4．轴的刚度与强度对轴性能的影响？

5．轴的扭转强度的计算？

6．轴的弯扭合成强度的计算？

7．键的分类及各自的工作原理？

第十二章轴承

1．轴承的分类？

2．滑动轴承的分类？

3．整体式径向滑动轴承的组成？

4．对开式径向滑动轴承的组成？

5．止推滑动轴承的组成？

6．滚动轴承的组成？

7．滚动轴承的分类？

8．滚动轴承代号的组成？

9．滚动轴承类型选择时需要考虑的问题？

第十三章螺纹连接

1．螺纹的形成及分类？

2．螺纹的主要参数？

3．螺纹连接拧紧的目的？

4．螺纹连接防松的目的？

5．螺纹连接防松的分类？