机械设计基础期末复习

机械设计基础的期末复习参考资料，具体有 常用平面机构、齿轮传动、齿轮机构、轮系、连接、蜗杆传动、带传动、轴、滑动轴承、滚动轴承，感兴趣快来看看。

机械设计基础期末复习

考试类型

概念

简答

计算题

常用平面机构

概念

平面机构自由度

运动副

低副

面接触

转动副

移动副

高副

组成高副的两个构件的相对运动，是沿接触处切线方向的相对移动和平面内的相对转动

点接触

针脚与凸轮

线接触

齿轮

自由度约束

构件

固定件

固定构件

原动件

从动件

活动构件

计算题

自由度计算

能否运动

F>1

能否有确定运动

F>1且自由度的数值等于原动件的数量

自由度计算公式

F=3n-2PL-PH

N是构件的数量，n是去除了固定构件后的数量。 PL是低副的数量。 PH是高副的数量。

注意事项

复合铰链

n个构件组成的转动副，运动副有n-1个

局部自由度

书中只介绍了一种：凸轮机构上的滚子，可以替换成针尖，对平面机构的运动没有影响

虚约束

书中的例子提到了在同一直线上的滑块和完全平行的，运动轨迹完全相同的连杆

平面连杆机构

铰链四杆机构

曲柄摇杆

曲柄为原动件，摇杆为从动件

双曲柄

一起转

平行四边形机构

反平行四边形机构

双摇杆

平面四杆机构的基本特性

条件

四杆机构曲柄存在条件

连杆架和机架中必有一杆为最短杆

最短+最长<=其余两杆的和

1. 最短杆为机架

双曲柄

2. 最短杆的邻杆为机架

曲柄摇杆

3. 最短杆的对杆为机架（最短杆是和机架不相邻的杆）

双摇杆

最短+最长<=其余两杆的和

双摇杆

只有这种情况

急回运动特性

极位夹角θ

摇臂前进的时候要走360°减去极位夹角的行程，但是退回时只走极位夹角的行程，然而转速时恒定的，所以很容易能发现有极位夹角的曲柄摇杆机构具有急回特性。

压力角和传动角

执行构件，不是原动件

压力角

力的方向和速度方向的夹角

传动角

压力角的余角，也就是b杆和c杆的夹角

测量的时候更加方便

性质：传动角越大，机构传力的性能越好

一般机械：γ≥40°

大功率机械：γ≥50°

死点位置

压力角α=90°，传动角γ=0°的位置

后果：卡死或者运动不确定的现象

解决方法

1. 施加外力

2. 相同机构错位排列

火车的车轮连杆采用了错位排列的方式

3. 利用飞轮及自身构件的惯性作用

齿轮传动

失效形式和设计准则

1. 折断

齿根

弯曲应力超过弯曲疲劳极限

解决方案

1. 增大模数

2. 增大齿根圆角半径

3. 降低齿面的粗糙度

2. 磨损

表面

齿廓变形

产生噪声和振动

灰尘、硬屑粒进入齿轮之间

解决方案

改用闭式传动

提高齿面硬度

降低齿面粗糙度

改善润滑条件

按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑到磨损会降低轮齿的弯曲强度，应将计算得出的模数增大10%-15%。

3. 点蚀

齿根表面靠近节线处

轮齿啮合情况恶化

金属微粒剥落

接触疲劳极限之后产生小的裂纹

解决方法

提升齿面的硬度

按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触面疲劳强度

4. 齿面胶合

表面

两齿轮面胶合并相互粘连，比较软的齿轮面会被撕下而形成沟纹

原因

高速重载

压力过大，相对滑动速度过大，升温，润滑失效。

低速重载

不易形成油膜，同样产生润滑失效

解决方式

1. 提高齿面硬度

2. 降低齿面粗糙度

3. 粘度较大的润滑油

4. 含抗胶合添加剂

5. 齿面塑性变形

表面 局部的

重载的环境下，较软的表面产生局部塑性变形

斜齿轮受力分析

圆周力

径向力

轴向力

齿轮机构

渐开线

渐开线的定义

渐开线的性质

每一条性质

1. 发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的圆弧长度

2. 渐开线上任意一点的法线必与基圆相切

3. 渐开线上各点的压力角不等，向径rk越大，压力角越大

4. 渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆半径越大，渐开线的曲率半径越大

5. 基圆以内无渐开线

渐开线齿轮的基本参数

齿数P

模数M

压力角

标准压力角 α=20°

重合度和正确/连续啮合条件

正确啮合条件

模数相等

压力角相等

连续啮合条件：重合度大于1 （为保证齿轮传动的连续，重合度还要大于许用重合度）

标准中心距

分度圆与节圆重合

分度圆压力角和啮合角重合

渐开线齿廓的啮合特点

加工方法

仿形法

简单，铣床加工

生产率低，精度差

范成法

齿轮插刀

齿条插刀

间歇切削，生产率低

齿轮滚刀

连续切削，生产率低较高

特点是用相同的刀切出来的齿轮，模数和压力角相等。满足正确啮合条件。

公式

P129

根切齿数

采用范成法加工时产生的现象，后果是切去根部的一部分渐开线。会降低轮齿的弯曲强度和重合度

17（标准齿轮124）

斜齿轮

基本参数和几何尺寸计算公式

正确啮合条件

模数相等

压力角相等

螺旋角相等

重合度

端面重合度

轴向重合度（附加重合度）

p129 表格换算公式

当量齿轮

概念

斜齿轮分度圆柱的剖面 以椭圆上的一点C（短轴的端点）的曲率半径做出的假想分度圆。

法面模数

法面压力角

是直齿圆锥齿轮而非斜齿轮

目的：简化斜齿轮的强度计算

优点

齿轮接触线是斜直线，啮合是逐渐进入和逐渐脱离的，所以传动平稳、噪声小。

重合度大，随着齿宽和螺旋角的增大而增大，承载能力高，运转平稳，适用于高速转动。

不产生根切的最小齿数较齿轮较小

轮系

轮系的分类

定轴

周转轮系

行星轮

2 中心轮

行星架

复合轮系

计算

传动比

方向

连接

螺纹连接的基本类型

使用情况

1. 螺栓连接

螺栓结构的结构特点是不需要在被连接件上切制螺纹，装拆方便

加工简便，成本低，应用广泛

承受垂直于螺栓轴线的横向载荷的场合

2. 螺钉连接

螺钉直接旋入被连接件的螺纹孔中，省去了螺母，因此结构比较简单

3. 双头螺柱连接

双头螺柱连接允许多次装拆而不损坏被连接零件

用于较厚的连接件或为了结构紧凑而采用盲孔的连接

4. 紧定螺钉连接

常用来固定两零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩

预紧和防松

松的原因

温度变化

振动

冲击

变载荷

防松的措施

弹簧垫圈

对顶螺母

槽形螺母开口销

尼龙圈锁紧螺母

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

减小螺栓刚度

减小螺栓光杆部分的直径，或者采用空心螺杆

增加螺栓的长度

增大被连接件刚度

金属垫片

O形垫圈

2. 改善螺纹牙间的载荷分布

悬置螺母

环槽螺母

3. 减小应力集中

增大过渡处圆角

切制卸载槽

4. 避免或减小附加应力

避免设计、安装上的疏忽

凸台或沉头座等结构

自锁条件

升角<当量摩擦角P172

当量摩擦角就是斜面滑块模型中，摩擦力大小正好等于重力沿斜面分量的大小。是一种恰好不滑落的状态。 升角和摩擦角都是斜面的倾角。

键

键连接和花键连接

平键

应用最广

原理是靠挤压传递转矩

楔键

打入轴和毂槽内，其工作面上产生很大的预紧力

工作时靠摩擦力传递转矩

楔键的勾头是用来拆卸的

蜗杆传动

受力分析

散热的措施

1. 增加散热面积

合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片

2. 提高表面散热系数

蜗杆轴上装置风扇，箱体轴池装蛇形冷却水管，或用循环油冷却

直径系数q=d/m P219

直径系数，模数与分度圆直径的比值

带传动

概念

打滑

打滑异常

情况

圆周力超过带与轮面间的极限摩擦力总和时，带与带轮会发生显著的相对运动，这种现象被称为打滑。

增大

张紧力

包角

摩擦系数

因素

弹性滑动

固有的、不可避免的，不属于失效形式。弹性滑动率比较小，一般在计算中可以不考虑。

应力

拉应力

就是用应力的计算公式

紧边

松边

弯应力

离心应力

最大应力

应力的极限值，发生在紧边与小轮的接触处

设计准则P241

不打滑

不是指弹性打滑

不疲劳

有寿命

张紧装置P247

措施

1. 定期张紧

定期改变中心距

2. 自动张紧

装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上

3. 张紧轮

中心距不可调节的情况

注意事项

放在松边的内侧

尽量靠近大轮

轮槽尺寸和带轮的相同，直径小于带轮的直径

基本原理

计算

紧边拉应力P239

判断方向

轴

概念

轴的分类方式

轴的承载情况

转轴

上面既要承受重物，又要传递转矩，如支承齿轮的轴。

传递转矩

承受弯矩

心轴

承受弯矩

转动轴

只传递转矩

轴线形状

直轴

曲轴

挠性钢丝 轴

轴的外形

直轴

阶梯轴

光轴

轴的强度计算

P272 折合系数 α

含义

消除实际的扭切应力和对称循环变应力的影响

作用

消除循环特性不同的影响

系数大小取决于扭矩的性质

不变 0.3

脉动 0.6

交变（对称循环变应力） 1

最大

滑动轴承

概念

油沟三种形式

一

王

X字型

注油孔的位置

一般开在非承载区，保证承载区油膜的连续性

设计准则

轴承压强P 小于轴瓦材料的许用压强

防止压碎

轴承的发热因素PV，小于轴瓦材料的许用直

防止温度过高

轴承的局部速度不能过高

防止局部温度过高

滚动轴承

计算轴承的寿命

p298 计算式

滚动轴承的代号

类型

轴承内直径

尺寸系列