山东专升本机械设计基础基础知识点整理.doc

目录
机械设计基础知识点整理 2
绪论 2
第一章 平面机构的自由度和速度分析 2
第二章 平面连杆机构 2
第三章 凸轮机构 2
第四章 齿轮机构 3
第五章 轮系 3
第六章 间歇运动机构 3
第七章 机械运转速度波动的调节 4
第八章 回转件的平衡 4
第九章 机械零件设计概论 4
第十章 连接 4
第十一章 齿轮传动 5
第十二章 蜗杆传动 5
第十三章 带传动和链传动 6
第十四章 轴 6
第十五章 滑动轴承 7
第十六章 滚动轴承 7
第十七章 联轴器、离合器和制动器 7

机械设计基础知识点整理
前排小板凳
绪论
机器： 是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息等。
机器的主体部分是由许多构件组成的
机械中的零件：通用零件和专用零件
机器的组成：动力装置，传动装置，执行装置，操纵、控制及辅助装置
设计机械应满足的基本要求：1.良好的使用性能；2.安全；3.可靠、耐用；4.经济；5.符合环保要求
机械是机器和机构的总称；机器是具体的装置
构件是运动的个体，零件是制造的单元或个体
第一章 平面机构的自由度和速度分析
自由度：构件相对于参考坐标系的独立运动的数目称为自由度
运动副：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
三心定理：作相对平面运动的三个构件共有三个瞬心，这三个瞬心位于同一直线上
第二章 平面连杆机构
连杆机构的缺点：不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂；当构件数和运动副数较多时，效率较低
曲柄摇杆机构：颚式破碎机、雷达俯仰角调节杆
双摇杆机构：飞机起落架
曲柄存在条件：1.杆长和条件（最短加最长小于等于其余两杆长度之和）；2.曲柄存在条件（曲柄以最短杆或其相邻杆组成）
消除死点位置的方法：对从动曲柄施加外力；利用飞轮及构件自身的惯性作用，使机构通过死点位置
第三章 凸轮机构
凸轮机构的优点：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
凸轮机构的缺点：凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，多以通常用于传力不大的机构
刚性冲击：因加速度值发生无穷大突变而引起的冲击
自锁：有害分力在导路中所引起的摩擦阻力大于有用分力时，无论凸轮加给从动件的作用力多大，从动件都不能运动，这种现象称为自锁
第四章 齿轮机构
齿轮机构的优点：1.使用的圆周速度和功率范围广；2.效率较高；3.传动比稳定；4.寿命长；5.工作可靠性高；6.可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动
齿轮机构的缺点：1.要求较高的制造和安装精度，成本较高；2.不适宜于远距离两轴之间的传动
齿廓啮合基本定律：一对相互啮合的齿廓，无论在任何位置啮合，其两轮的传动比恒等于连心线被齿廓接触点的公法线所分成的两段长度的反比（C=ω1ω2=O2CO1C=r2'r1'）
共轭齿廓：满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓
节点：连心线与齿廓接触点公法线交点
节圆：过节点所作的两个相切的圆
渐开线上任意一点的法线必与基圆相切
渐开线齿廓的啮合特点：1.传动比恒定；2.四线合一（啮合线、过啮合点的公法线、基圆的公切线和正压力作用线）；3.中心距可分性（传动比为常数，中心距变化不会改变传动比）；4.啮合角不变（齿廓间压力方向不变）
标准安装：分度圆与节圆重合时，可满足无齿侧间隙的条件
标准中心距：标准安装时的中心距称为标准中心距
切齿方法：成型法和展成法
根切：用范成法加工渐开线齿轮过程中，刀具齿顶会把被加工齿轮根部的渐开线齿廓切去一部分，这种现象……
根切的危害：是齿轮的抗弯强度削弱，承载能力降低，啮合过程缩短，传动平稳性变差
齿轮变位的目的：一是可以制成齿数小于最小齿数而无根切的齿轮；二是可以调节中心距，实现非标准中心距的无侧隙传动；三是改善、提高小齿轮的轮齿强度和齿面接触强度，使之与大齿轮的抗弯能力比较接近
斜齿轮的优点：运转平稳、噪声小；承载能力高，适用于高速；可获得更为紧凑的机构
斜齿轮的缺点：运转时产生轴向推力；轴向力随着螺旋角的增大而增大；制造困难，成本较高
斜齿轮正确啮合的条件：法面模数相等；法面压力角相等；螺旋角大小相等且旋向相反
直齿锥齿轮啮合的条件：两轮大端模数相等；压力角相等；
第五章 轮系
行星轮：在周转轮系中，轴线位置变动的齿轮（既作自转又做公转）
行星架（或转臂）：支持行星轮作自转和公转的构件
中心论（或太阳轮）：轴线位置固定的齿轮
（行星架与中心轮的几何轴线必须重合，否则不能传动）
差动轮系：周转轮系中的两个中心轮都能转动
行星轮系：周转轮系中只有一个中心轮能转动
轮系的应用：（远·大·变·合分）1.实现远距离传动；2.实现大传动比传动；3.实现变速、变向传动；4.实现运动的合称与分解
第六章 间歇运动机构
棘轮机构：内啮合棘轮机构（超越式棘轮机构）
槽轮机构：构造简单，机械效率高，运动平稳
槽轮机构的应用：自动机床转位机构，电影放映机卷片机
不完全齿轮机构：为了防止从动轮在停歇期间游动，两轮轮缘上各装有锁止弧（不适于主动轮转速很高的场合）
凸轮间歇运动机构的特点：机构运转可靠、传动平稳、定位精度高，适用于高速传动，转盘可以实现任何运动规律，还可以用改变凸轮推程运动角来得到所需要的转盘转动与停歇时间的比值
第七章 机械运转速度波动的调节
周期性速度波动在高速轴加装飞轮
非周期性速度波动加装调速器
第八章 回转件的平衡
回转件平衡的目的：调整回转件的质量分布，使回转件工作时离心力达到平衡，以消除附加动压力，尽可能减轻有害的机械振动，这就是……
静平衡的条件：分布于该回转件上各个质量的离心力的向量和为零，即回转件的质心与回转轴线重合
动平衡的条件：离心力的向量和为零，且离心力所引起的合力矩也为零
回转件的平衡实验：利用静平衡架
第九章 机械零件设计概论
失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效
破坏：机械零件若发生解体或失去原有的几何形态，称为破坏
工作能力：在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度
应力的种类：静应力和变应力
变应力：非对称循环变应力、对称循环变应力、脉动循环变应力
接触应力：高副零件工作时，理论上是点或线接触，实际上由于接触部分的局部弹性变形而形成面接触，由于接触面积很小，使表层产生的局部应力却很大（两圆柱体接触，最大接触应力发生在接触区中线上）
疲劳点蚀：齿轮、滚动轴承的主要失效形式
磨损：1.磨粒磨损；2.粘着磨损（胶合）；3.疲劳磨损（点蚀）；4.腐蚀磨损
第十章 连接
连接分为可拆连接和不可拆连接
非矩形螺纹是指牙侧角β≠0°的三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹
三角形螺纹主要有普通螺纹和管螺纹。普通螺纹多用于紧固连接，管螺纹多用于各种管道的紧密连接
牙型角α=60°的三角形螺纹称为普通螺纹，以大径d为公称直径
螺栓连接的四种基本类型：
1. 螺栓连接：用于被连接件不厚，通孔且经常拆卸的场合（分为普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接）
2. 双头螺柱连接：用于被连接件之一较厚，盲孔且经常拆卸的场合
3. 螺钉连接：用于被连接件之一较厚，盲孔且不需要经常拆卸的场合
4. 紧定螺钉连接：用来固定两零件的相对位置，可传递不大的力或转矩
螺纹紧固件：螺栓，双头螺柱，螺钉、紧定螺钉，螺母，垫圈
螺纹连接的防松（防止螺纹副的相对转动）：
1. 摩擦防松：弹簧垫圈、对顶螺母、尼龙圈锁紧螺母
2. 机械防松：槽型螺母和开口销、圆螺母用带翅垫片、止动垫片
3. 其他防松：冲点法、粘合法
提高螺栓连接强度的措施：
1. 降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围
2. 改善螺纹牙间的载荷分布
3. 减小应力集中
4. 避免或减小附加应力
螺旋传动主要是把回转运动转化为直线运动
键主要用来实现轴和轴上零件之间的周向固定以传递转矩
键是标准件，分为平键（分为A型、B型、C型）、半圆键、楔键和切向键
平键连接的主要失效形式是工作面的压溃（静连接）和磨损（动连接）（强度不够时可采用两个键相隔180°布置，强度校核中按1.5个键计算）
花键联接的工作面是齿侧面
花键联接的优点是：1.接触面大；2.承载能力高；3.受载均匀；4.定心精度高；5.导向性好
花键联接的缺点是：工艺要求高，成本高
第十一章 齿轮传动
轮齿的失效形式（折·点·塑·胶·磨）
轮齿折断一般发生在齿根部分
疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处
齿面点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能力越强。软齿面（齿面硬度小于等于350HBS的闭式齿轮传动常因齿面点蚀而失效）
齿面胶合主要发生在齿顶，齿根等相对速度较大处。提高齿面硬度和减小表面粗糙度值能增强抗胶合能力
齿面磨损通常有磨粒磨损和跑合磨损。采用闭式传动、减小齿面表面粗糙度和保持良好的润滑可以防止或减轻这种磨损
齿面塑性变形，在重载下，较软的齿面上可能产生局部的塑性变形。
轮齿设计计算准则：
1.对于闭式齿轮传动，必须计算轮齿弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度，以免产生轮齿疲劳折断和齿面点蚀。对于高速重载齿轮传动，还必须计算其抗胶合能力
2.对于开式传动，只需计算轮齿的弯曲疲劳强度，以免轮齿疲劳折断
当大、小齿轮都是软齿面时，考虑到小齿轮齿根较薄，弯曲强度较低，且受载次数较多，故在选择材料和热处理时，一般取小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高20~50HBS，以使小齿轮的弯曲疲劳极限稍高于大齿轮，大、小齿轮轮齿的弯曲强度接近。当大、小齿轮都是硬齿面时，小齿轮的硬度应略高，也可和大齿轮相等
直齿圆柱齿轮：圆周力的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向相同。径向力的方向与齿轮回转方向无关，对两轮都是由作用点指向各自的圆心
直齿圆柱齿轮中的齿形系数只与齿形中的齿轮比例有关而与模数无关
标准齿轮的齿数不应小于17,。齿数多，有利于增加传动的重合度，使传动平稳，但当分度圆直径一定时，增加齿数会使模数减小，有可能造成轮齿弯曲强度不够
斜齿圆柱齿轮传动：圆周力的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向相同（主反从同）；径向力的方向对两齿都是指向各自的轴心；轴向力的方向取决于轮齿螺旋方向和齿轮回转方向（左右手定则）
螺旋角越大，则重合度越大，使传动平稳，但轴向力也增加，因而增加轴承的负载
直齿锥齿轮：圆周力的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向相同。径向力的方向对两轮都是垂直指向齿轮轴向。轴向力的方向对两轮都是由小端指向大端
齿轮传动的润滑和效率：当齿轮的圆周速度v>12m/s时，不宜采用油池润滑，这是因为：1.圆周速度过高，齿轮上的油大多被甩出去而达不到啮合区；2.搅油过于激烈，使油温升增加，并降低其润滑性能；3.会搅起箱底沉淀的杂质，加速齿轮的磨损。此时应采用喷油润滑
齿轮传动的功率损耗主要包括：1.啮合中的摩擦损耗；2.搅动润滑油的油阻损耗；3.轴承中的摩擦损耗
圆弧齿轮传动的优缺点：1.齿面接触强度高；2.齿廓形状对润滑有利。效率较高；3.齿面容易跑合；4.无根切
第十二章 蜗杆传动
蜗杆传动由蜗杆和涡轮组成，它用于传递交错轴之间的回转运动和动力，通常两轴交错角为90°。传动中一般蜗杆是主动件，涡轮是从动件
蜗杆传动的主要优点是能得到很大的传动比（i=100）、结构紧凑、传动平稳和噪声较小等。蜗杆传动的主要缺点是传动效率较低；为了减磨耐磨，涡轮齿圈常需用青铜制造，成本较高
常用的是右旋蜗杆
圆柱蜗杆传动的正确啮合条件：蜗杆轴向模数ma1和轴向压力角αa1应分别等于涡轮端面模数mt2和端面压力角αt2 （压力角的标准值是20°）；在两轴交错角为90°的蜗杆传动中，蜗杆分度圆柱上的导程角γ应等于涡轮分度圆柱上的螺旋角β，且两者的旋向必须相同
蜗杆一般采用碳钢或合金钢制造，要求齿面光洁并具有较高硬度
圆柱蜗杆传动的受力分析：当蜗杆轴和蜗轮轴交错成90°时，如不计摩擦力的影响，蜗杆圆周力等于蜗轮轴向力，方向相反；蜗杆轴向力等于蜗轮圆周力，方向相反；蜗杆径向力等于蜗轮径向力，指向各自的轴心
圆柱蜗杆传动的破坏形式，主要是蜗轮轮齿表面产生胶合、点蚀和磨损
第十三章 带传动和链传动
安装时带被张紧在带轮上，这时所受的拉力称为初拉力，它使带与带轮的接触面间产生压力
摩擦型传动带，按横截面形状可分为平带、V带和特殊截面带（多楔带的工作面是楔的侧面）
带传动的有点：1.适用于中心距较大的传动；2.带具有良好的挠性，可缓冲吸振；3.过载时带与带轮间会出现打滑，可防止损坏其他零件；4.结构简单，成本低廉
带传动的缺点是：1.传动的外廓尺寸较大；2.需要张紧装置；3.由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；4.带的寿命较短；5.传动效率较低
一般带速为v=5~30m/s
增大包角和增大摩擦系数，都可以提高带传动所能传递的圆周力
离心力只发生在带作圆周运动的部分，但由此引起的拉力却作用于带的全长
打滑现象：
小带轮的基准直径过小，会导致带的弯曲应力过大，从而导致带的寿命降低；反之，虽能延长带的寿命，但带传动的外廓尺寸却随之增大
同步带传动的优点：1.传动比恒定；2.结构紧凑；3.由于带薄而轻、抗拉体强度高，故带速可达40m/s，传动比可达10；4.效率较高，约为0.98。（缺点是带及带轮价格高，加工困难）
链传动：与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，可减少轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度较高和恶劣条件下工作 与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低，中心距较大时其传动结构简单。 链传动的主要缺点：瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声
链条和链轮
内、外链板均制成“8”字型，以减轻质量并保持链板各截面的轻度大致相等；链条长度以链节数来表示，链节数最好取为偶数
由于多边形效应，瞬时链速和瞬时传动比都是变化的
只有当z(1)=z(2)，且传动的中心距为链节的整倍数时，才能使瞬时传动比保持恒定
为改善链传动的运动不均匀性，可选用较小的链节距、增加链轮齿数和限制链轮转速
安装链传动时，只需不大的张紧力，主要是使链松边的垂度不致过大，否则会产生显著振动、跳齿和脱链
为使链传动的运动平稳，小链轮齿数不宜过少
一般链条节数为偶数，而链轮齿数最好选奇数，这样可使磨损较均匀
根据分析，节距越大、链轮转速越高时冲击也越大。因此，设计时应尽可能选用小节距的链，高速重载时可选用小节距多排链
为了便于安装链条和调节链的张紧程度，一般将中心距设计成可以调节的或安装张紧轮
第十四章 轴
根据承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和心轴三种
转轴既传递转矩又承受弯矩；传动轴只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小；心轴则只能承受弯矩而不传递转矩
轴的材料常采用碳钢和合金钢
阶梯轴上截面尺寸变化处称为轴肩，可起轴向定位作用。
轴上零件的轴向固定，常采用轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈等形式，轴向力较小时，零件在轴上的固定可采用弹性挡圈或紧定螺钉
为了保证轴上零件紧靠定位面（轴肩），轴肩的圆角半径r必须小于等于相配零件的倒角C1或圆角半径R，轴肩高h必须大于C1或R
轴上零件的周向固定，大多采用键、花键或过盈配合等连接形式。采用键连接时，为加工方便，各轴段的键槽应布置在同一条母线上，并尽可能采用同一规格的键槽截面尺寸
采用套筒、螺母、轴端挡圈做轴向固定时，应把装零件的轴段长度做得比零件轮毂短2~3mm，以确保套筒等能紧靠零件端面
改善轴的受力状况，减小应力集中：1.合理布置轴上的零件可以改善轴的受力状况；2.改进轴上零件结构；3.改善轴的受理状况，减小应力集中；4.改善轴的表面质量，提高轴的疲劳强度
第十五章 滑动轴承
轴承的作用：一为支承轴及轴上零件；二为减少转轴与支承之间的摩擦和磨损
按表面润滑情况，将摩擦分为：干摩擦、边界摩擦和液体摩擦
滑动轴承按照承受载荷的方向主要分为：1.向心滑动轴承—又叫径向滑动轴承，主要承受径向载荷；2.推力滑动轴承—承受轴向载荷
润滑油应由非承载区引入，所以在顶部开进油孔
轴瓦宽度与轴颈直径之比B/d称为宽径比，是向心滑动轴承的重要参数之一
粘附在轴瓦基体上的薄层材料通常称为轴承衬
润滑剂分为：1.液体润滑剂—润滑油；2.半固体润滑剂—润滑脂；3.固体润滑剂
形成动压油膜的必要条件是：1.两工作表面间必须有楔形间隙；2.两工作表面间必须连续充满润滑油或其他粘性液体；3.两工作表面间必须有相对滑动速度，其运动方向必须保证润滑油从大截面流入，从小截面流出
最小油膜厚度hmin越小，偏心率χ（χ/kai/偏心距与半径间隙之比）越大，承载量系数Cp也越大，即轴承的承载能力F也越大
节流器是静压轴承中的关键元件
第十六章 滚动轴承
对一组同一型号，由于材料、热处理和工艺等很多随机因素的影响，即使在相同条件下运转，寿命也不一样
密封的目的是防止灰尘、水分等进入轴承，并阻止润滑剂流失
轴承的固定：
1. 两端固定：适用于工作温度变化不大的短轴
2. 一端固定、一端游动：适用于温度变化较大的长轴
轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与轴承座孔的配合采用基轴制
第十七章 联轴器、离合器和制动器
联轴器和离合器主要用于轴与轴之间的连接，使它们一起回转并传递转矩
联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器两类。凸缘联轴器是较常用的固定式刚性联轴器