机械设计基础知识点总结

1.构件：独立的运动单元/零件：独立的制造单元

机构：用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能有确定相对运动的连接方式组成的构件系统〔机构=机架〔1个〕+原动件〔≥1个〕+从动件〔假设干〕〕

机器：包含一个或者多个机构的系统

注：从力的角度看机构和机器并无差异，故将机构和机器统称为机械

1. 机构运动简图的要点：1〕构件数目与实际数目一样2〕运动副的种类和数目与实际数目一样3〕运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例〔该项机构示意图不需要〕

2. 运动副〔两构件组成运动副〕：1〕高副〔两构件点或线接触〕2〕低副〔两构件面接触组成〕，例如转动副、移动副

3. 自由度〔F〕=原动件数目，自由度计算公式：为高副数目）（为低副数目）（为活动构件数目）（HHLLPPPPnnF23

求解自由度时需要考虑以下问题：1〕复合铰链2〕局部自由度3〕虚约束

4. 杆长条件：最短杆+最长杆≤其它两杆之和〔满足杆长条件那么机构中存在整转副〕

I） 满足杆长条件，假设最短杆为机架，那么为双曲柄机构

II） 满足杆长条件，假设最短杆为机架的邻边，那么为曲柄摇杆机构

III） 满足杆长条件，假设最短杆为机架的对边，那么为双摇杆机构

IV） 不满足杆长条件，那么为双摇杆机构

5. 急回特性：摇杆转过角度均为摆角〔摇杆左右极限位置的夹角〕的大小，而曲柄转过角度不同，例如：牛头刨床、往复式输送机

急回特性可用行程速度变化系数〔或称行程速比系数〕K表示

11180180180//21211221KKttttK

为极位夹角〔连杆与曲柄两次共线时，两线之间的夹角〕

6. 压力角：作用力F方向与作用点绝对速度cv方向的夹角α

7. 从动件压力角α=90°〔传动角γ=0°〕时产生死点，可用飞轮或者构件本身惯性消除

8. 凸轮机构的分类及其特点：I)按凸轮形状分：盘形、移动、圆柱凸轮〔端面〕 II〕按推杆形状分：1〕尖顶——构造简单，易磨损，用于仪表机构〔只用于受力不大的低速机构〕2〕滚子——磨损小，应用广3〕平底——受力好，润滑好，用于高速转动，效率高，但是无法进入凹面 III〕按推杆运动分：直动〔对心、偏置〕、摆动 IV)按保持接触方式分：力封闭〔重力、弹簧等〕、几何形状封闭〔凹槽、等宽、等径、主回凸轮〕

9. 凸轮机构的压力角：从动件运动方向与凸轮给从动件的力的方向之间所夹的锐角α〔凸轮给从动件的力的方向沿接触点的法线方向〕

压力角的大小与凸轮基圆尺寸有关，基圆半径越小，压力角α越大〔当压力角过大时可以考虑增大基圆的半径〕

10. 凸轮给从动件的力F可以如图分解为沿从动件的有用分力F’和使从动件压紧导路的有害分力F’’〔F’’=F’tanα〕

11. 凸轮机构的自锁现象：在α角增大的同时，F’’增大，使导路摩擦力

大于有用分力F’，系统无法运动，当压力角超过许用值【α】即发

生自锁，【α】在摆动凸轮机构中建议35°-45°，【α】在直动凸轮

机构中建议30°，【α】在回程凸轮机构中建议70°-80°

12. 凸轮机构的运动规律与冲击的关系：I〕多项式运动规律：1〕等速运动〔一次多项式〕运动规律——刚性冲击2〕等加等减速〔二次多项式〕运动规律——柔性冲击3〕五次多项式运动规律——无冲击〔适用于高速凸轮机构〕 II〕三角函数运动规律：1〕余弦加速度〔简谐〕运动规律——柔性冲击2〕正弦加速度〔摆线〕运动规律——无冲击 III〕改良型运动规律：将集中运动规律组合，以改善运动特性

13. 凸轮滚子机构半径确实定：

为滚子半径、为理论轮廓的曲率半径、为工作轮廓的曲率半径Tar

I〕轮廓内凹时：Tar II〕轮廓外凸时：Tar〔当0Tar时，轮廓变尖，出现失真现象，所以要使机构正常工作，对于外凸轮廓要使Trmin〕 F’’ F F’ 注：平底推杆凸轮机构也会出现失真现象，可以增大凸轮的基圆半径来解决问题

14. 齿轮啮合根本定律：设P为两啮合齿轮的相对瞬心〔啮合齿轮公法线与齿轮连心线21OO交点〕，12122112bbrrPOPOi〔传动比需要恒定，即需要POPO12为常数〕

15. 齿轮渐开线〔口诀〕：弧长等于发生线，基圆切线是法线，曲线形状随基圆，基圆内无渐开线

啮合线：两啮合齿轮基圆的内公切线

啮合角：节圆公切线与啮合线之间的夹角α’〔即节圆的压力角〕

16. 齿轮的根本参数：

（弧长）弧长）齿槽宽齿厚、——齿根圆、——齿顶圆kkffaaesdrdr(

基圆上的弧长）法向齿距（周节）齿距（周节）：(bnkkkppesp

fahh高度）齿根高（分度圆到齿根高度）齿顶高（分度圆到齿顶

分度圆：人为规定〔标准齿轮中分度圆与节圆重合〕，分度圆参数用r、d、e、s、p=e+s表示〔无下标〕

Bhhhfa）齿宽（轮齿轴向的厚度全齿高 轮齿的齿数为z

mzrmzdpmpzpdzpdm21,,///有故定义只能取某些简单的值，，人为规定：分度圆的周长模数齿轮各项参数的计算公式：mzd

）短齿制正常齿齿顶高系数.80,1(****aaaaahhhmhh ).3025.0()(*****cccmchhaf短齿制正常齿顶隙系数

mchhhhafa)2(**

mhzhddaaa)2(2* mchzhddaff)22(2**

17. 分度圆压力角α=arcos〔br/r〕〔br为基圆半径，r为分度圆半径〕

所以coscosmzddb

所以coscoscospmzmzzdppbbn

18. 齿轮重合度：表示同时参加啮合的轮齿的对数，用〔≥1才能连续传动〕表示，越大，轮齿平均受力越小，传动越平稳

19. mccces*21,00为标准值即顶隙即理论上齿侧间隙为

标准安装时的中心距2121rrrcrafa

20. 渐开线齿轮的加工方法：1〕成形法〔用渐开线齿形的成形刀具直接切出齿形，例如盘铣刀和指状铣刀〕，成形法的优点：方法简单，不需要专用机床；缺点：生产效率低，精度差，仅适用于单件生产及精度要求不高的齿轮加工2〕范成法〔利用一对齿轮〔或者齿轮与齿条〕互相啮合时，其共轭齿阔互为包络线的原理来切齿的〕，常见的刀具例如齿轮插刀〔刀具顶部比正常齿高出mc*，以便切出顶隙局部，刀具模拟啮合旋转并轴向运动，缺点：只能连续地切削、生产效率低〕、齿条插刀〔顶部比传动用的齿条高出mc*，刀具进展轴向运动，切出的齿轮分度圆齿厚和分度圆齿槽宽相等，缺点：只能连续地切削、生产效率低〕、齿轮滚刀〔其在工作面上的投影为一齿条，能够进展连续切削〕

21. 最少齿数和根切〔根切会削弱齿轮的抗弯强度、使重合度下降〕：对于α=20°和*ah=1的正常齿制标准渐开线齿轮，当用齿条加工时，其最小齿数为17〔假设允许略有根切，正常齿标准齿轮的实际最小齿数可取14〕

如何解决根切？变位齿轮可以制成齿数少于最少齿数而无根切的齿轮，可以实现非标准中心距的无侧隙传动，可以使大小齿轮的抗弯能力比拟接近，还可以增大齿厚，提高轮齿的抗弯强度(以切削标准齿轮时的位置为基准，刀具移动的距离xm称为变位量，x称为变为系数，并规定远离轮坯中心时x为正值，称为正变位，反之为负值，称为负变位)

22. 轮系的分类：定轴轮系〔轴线固定〕、周转轮系〔轴有公转〕、复合轮系〔两者混合〕

一对定轴齿轮的传动比公式：abbabaabzznni

对于〔定轴〕齿轮系，设输入轴的角速度为1，输出轴的角速度为m，所有主动轮齿数的乘积所有从动轮齿数的乘积mmi11

齿轮系中齿轮转向判断〔用箭头表示〕：两齿轮外啮合时，箭头方向相反，同时指向或者背离啮合点，即头头相对或者尾尾相对；两齿轮内啮合时，箭头方向一样

蜗轮蜗杆判断涡轮的转动方向：判断蜗杆的螺纹是左旋还是右旋，左旋用左手，右旋用右手，用手顺着蜗杆的旋转方向把握蜗杆，拇指指向即为涡轮的旋转方向

周转轮系〔包括只需要一个原动件的行星轮系和需要两个原动件的差动轮系〕的传动比：

所有主动轮齿数的乘积至转化轮系从所有从动轮齿数的乘积至转化轮系从）（KGKGnnnnnniHHKHHGHKHGHGK

注：不能忘记减去行星架的转速，此外，判断G与K两轮的转向是否一样，如果转向一样，那么最后的结果符号取“+〞，如果转向相反，那么结果的符号取“-〞

复合轮系的传动比计算，关键在于找出周转轮系，剩下的均为定轴轮系，计算时要先名明确传递的路线是从哪一个轮传向下一个轮

23. 〔周期性〕速度波动：当外力作用〔周期性〕变化时，机械主轴的角速度也作〔周期性的〕变化，机械的这种〔有规律的、周期性的〕速度变化称为〔周期性〕速度波动〔在一个整周期中，驱动力所做的输入功和阻力所作的输出功是相等的，这是周期性速度波动的重要特征〕

24. 调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上一个转动惯量很大的回转件——飞轮〔选择飞轮的优势在于不仅可以防止机械运转速度发生过大的波动，而且可以选择功率较小的原动机〕

对于非周期性的速度波动，我们可以采用调速器进展调节〔机械式离心调速器，构造简单，本钱低廉，但是它的体积庞大，灵敏度低，近代机器多采用电子调速装置〕

26．飞轮转动惯量的选择：2maxmAJ

注：1〕 22min2maxminmaxmax)(21mJJEEA〔maxA为最大功亏，即飞轮的动能极限差值，maxA确实定方法可以参照书本99页〕

2〕2minmaxm〔m为主轴转动角速度的算数平均值〕

3〕mminmax〔为不均匀系数〕

27.〔刚性〕回转件的平衡：目的是使回转件工作时离心力到达平衡，以消除附加动压力，尽可能减轻有害的机械振动。

〔平面〕平衡的方法：安装平衡质量，使得配重对轴的离心力〔或质径积〕的矢量和与要平衡的重量的离心力〔或质径积〕矢量和为0

注：对于一些轴向尺寸较小的回转件，如叶轮，飞轮，砂轮等，可近似地认为其质量分布在同一平面内，但是对于一些轴向尺寸较大的回转件，如多缸发动机曲柄，电动机转子，汽轮机转子和机床主轴等，其质量分布于多个平面内，不可以看作在同一平面内进展质量平衡的计算

28．螺纹的用途：1〕链接2〕传动

螺纹参数：S=nP(S为导程，P为螺距，n为螺旋线数，注：P为相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，S为同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离)

关于螺纹升角：为中径22,tanddnP