机械设计概念大全

机械设计概念大全第1章平面机构的自由度与运动简图§1-1运动副及其分类L构件一独立的运动单元零件一独立的制造单元.运动副一两个构件直接接触构成的仍能产生某些相对运动的联接运动副的分类1）按引入的约束数分有I级副、H级副、川级副、IV级副、V级副2）按相对运动范围分有平面运动副一平面运动空间运动副一空间运动3）按运动副元素分有

①高副一点、线接触，应力高比如滚动副、凸轮副、齿轮副等

②低副一面接触，应力低比如转动副（回转副）、移动副.运动链一两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统闭式链、开式链.机构一具有确定运动的运动链称之机构机构=机架+原动件+从动件§1-2平面机构运动简图机构运动简图一用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形作用1表示机构的结构与运动情况

2.作为运动分析与动力分析的根据机构运动简图应满足的条件

1.构件数目与实际相同

2.运动副的性质、数目与实际相符

3.运动副之间的相对位置与构件尺寸与实际机构成比例§1-3平面机构的自由度定义保证机构具有确定运动时所务必给定的独立运动参数称之机构的自由度原动件一能独立运动的构件自由度=原动件数

一、平面机构自由度的计算公式F=3n（活动构件数）一2Pl（低副数）一Ph（高副数）

二、计算平面机构自由度L复合较链一两个以上的构件在同一处以转动副相联计算m个构件m-l转动副.局部自由度一构件局部运动所产生的自由度计算应去掉局部自由度Fp或者滚子、钱链.虚约束一对机构的运动实际不起作用的约束计算应去掉虚约束出现虚约束的场合1两构件联接前后，联接点的轨迹重合2两构件构成多个移动副，且导路平行

3.两构件构成多个转动副，且同轴

4.运动时，两构件上的两点距离始终不变

5.对运动不起作用的对称部分

6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合注意各类出现虚约束的场合都是有条件的虚约束的作用

①善构件的受力情况，如多个行星轮

②增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨

③使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮§10-6螺栓联接的强度计算螺栓联接的要紧失效形式螺栓拉断螺纹压溃或者剪断滑扣

一、松螺栓联接强度条件力除以面积叫74式中:山•一螺纹小径mm

二、紧螺栓联接强度条件髭之/id/

4.受横向工作载荷的螺栓强度螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力Fa导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷FoCF预紧力Fa Fa——C一可靠性系数，常取c=l.l-13m一结合面数，一摩擦系数时对钢与铸铁，取:7=

0.1~

0.15改进措施使用键、套筒、销承担横向工作载荷使用无间隙的较制孔螺栓.受轴向工作载荷的螺栓强度设流体压强为P，螺栓数目为Z则缸体周围每个螺栓的平均载荷为Fe=PPD2/4Z§10-11键联接

一、键联接的类型作用用来实现轴与轴上零件的周向固定以传递转矩，或者实现零件的轴向固定或者移动类型平键、半圆键、楔键、切向键等.平键联接特点定心好、装拆方便种类普通平键导向平键普通平键结构圆头（A型）用指状铳刀加工，固定良好，轴槽应力集中大方头（B型）用盘铳刀加工，轴的应力集中小单圆头（C型）用于轴端导向平键结构特点长度较长，需用螺钉固定为便于装拆，制有起键螺孔零件能够在轴上移动，构成动联接§10-12销联接作用固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷第11章齿轮传动§11-1轮齿的失效形式失效形式轮齿折断齿面点蚀齿面胶合齿面磨损齿面塑性变形常用齿轮材料优质碳素钢合金结构钢铸钢铸铁热处理方法表面淬火渗碳淬火调质正火渗氮特点及应用调质、正火处理后的硬度低，HBSW350属软齿面，工艺简单、用于通常传动当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材与热处理时，小轮比大轮硬度表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬齿面其承载能力高，但通常需要磨齿常用于结构紧凑的场合误差的影响L转角与理论不一致，影响运动的不准确性；.瞬时传动比不恒定，出现速度波动，引起震动、冲击与噪音影响运动平稳性；.齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提早损坏，影响载荷分布的不均匀性国标GB10095-88给齿轮副规定了12个精度等级其中1级最高，12级最低，常用的为6~9级精度§11-4直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷

一、轮齿上的作用力径向力F\=F2=Fjga法向力Ffl=Ft/cosa7；=106—=

9.55xl06—N-mm

二、计算载荷Fn一名义载荷用计算载荷KFn代替名义载荷Fn以考虑载荷集中与附加动载荷的影响，K.一载荷系数§11-5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算赫兹公式o第2章平面连杆机构§2-1平面四杆机构的基本类型及其应用应用实例内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠床、牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等定义由低副（转动、移动）连接构成的平面机构特征有一作平面运动的构件，称之连杆特点

①使用低副面接触、承载大、便于润滑、不易磨损、形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度

②改变杆的相对长度，从动件运动规律不一致

③连杆曲线丰富可满足不一致要求缺点

①构件与运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低

②产生动载荷（惯性力），不适合高速

③设计复杂，难以实现精确的轨迹分类平面连杆机构与空间连杆机构常以构件数命名四杆机构、多杆机构平面四杆机构的基本型式曲柄一作整周定轴回转的构件；连杆一作平面运动的构件;摇杆一作定轴摆动的构件；连架杆一与机架相联的构件；周转副一能作3608相对回转的运动副；摆转副一只能作有限角度摆动的运动副三种基本型式

（1）曲柄摇杆机构特征曲柄+摇杆作用将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动如雷达天线

（2）双曲柄机构特征两个曲柄作用将等速回转转变为等速或者变速回转如叶片泵、惯性筛等特例平行四边形机构特征两连架杆等长且平行，连杆作平动如火车轮摄影平台播种机料斗机构

（3）双摇杆机构特征两个摇杆如铸造翻箱机构风扇摇头机构特例等腰梯形机构一汽车转向机构§2-2平面四杆机构的基本特性

一、较链四杆机构有整转副的条件平面四杆机构具有整转副一可能存在曲柄曲柄存在的条件L最长杆与最短杆的长度之与应式其他两杆长度之与称之杆长条件

2.连架杆或者机架之一为最短杆可知当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是整转副当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不一致的构件作为机架时，可得不一致的机构如曲柄摇杆（最短杆临边为支架）、双曲柄（最短杆为支架）、双摇杆机构（最短杆对边为支架）.

二、急回特性在曲柄摇杆机构中当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位此两处曲柄之间的夹角0称之极位夹角=180+称K为行程速比系数工180°-6»只要#0就有K1且8越大，K值越大，急回性质越明显设计新机械时，往往先给定K值，因此=180上K+1

三、压力角与传动角压力角从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角切向分力F=Feosa=Fsiny法向分力F=Fcosyyt-F，f一对传动有利可用Y的大小来表示机构传动力性能的好坏，称Y为传动角设计时要求Ymin^50°Ymin一定是主动件与机架共线两处之

一四、死点位置摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有丫=0如今机构不能运动.称此位置为“死点避免措施两组机构错开排列，如火车轮机构；也能够利用死点进行工作飞机起落架、钻夹具等§2-3平面四杆机构的设计设计要求.1）满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如飞机起落架、函数机构2）满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构3）满足预定的轨迹要求，如鹤式起重机、搅拌机等设计方法图解法、解析法、实验法第3章凸轮机构§3-1凸轮机构的应用与类型三个构件、盘（柱）状曲线轮廓、从动件呈杆状将连续回转=从动件直线移动或者摆动可精确实现任意运动规律，简单紧凑缺点高副，线接触，易磨损，传力不大内燃机、牙膏生产等自动线、补鞋机、配钥匙机等1）按凸轮形状分盘形、移动、圆柱凸轮（端面）2）按推杆形状分尖顶、滚子、平底从动件3）.按推杆运动分直动（对心、偏置）、摆动4）.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§3-2从动件的常用运动规律凸轮机构设计的基本任务1）根据工作要求选定凸轮机构的形式；2）推杆运动规律；3）合理确定结构尺寸；4）设计轮廓曲线运动规律推杆在推程或者回程时，其位移S

2、速度力、与加速度随时间t的变化规律§3-3凸轮机构的压力角定义正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角

一、压力角与作用力的关系不考虑摩擦时，作用力沿法线方向F一有用分力，沿导路方向F・一有害分力，垂直于导［*=30°—一直动从动件；［］=35〜45°—一摆动从动件；［a］=70°〜80°—一回程

二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，故偏距e不能太大关于平底推杆凸轮机构=0§3-4图解法设计凸轮轮廓.凸轮廓线设计方法的基本原理反转原理:给整个凸轮机构施以…］时，不影响各构件之间的相对运动，如今，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线根据此原理能够用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线用作图法设计凸轮廓线1）对心直动尖顶从动件盘形凸轮2）偏置直动尖顶从动件盘形凸轮3）滚子直动从动件盘形凸轮4）对心直动平底从动件盘形凸轮5）摆动尖顶从动件盘形凸轮机构设计步骤小结

①选比例尺口/作基圆加而

②反向等分各运动角

③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置

④将各尖顶点连接成一条光滑曲线第4章齿轮机构§4-1齿轮机构的特点与类型结构特点圆柱体或者圆锥体外（或者内）均匀分布有大小一样的轮齿作用传递空间任意两轴（平行、相交、交错）的旋转运动，或者将转动转换为移动优点

①传动比准确、传动平稳

②圆周速度大，高达300m/s

③传动功率范围大，从几瓦到10万千瓦

④效率高（r]T

0.99）、使用寿命长、工作安全可靠

⑤可实现平行轴、相交轴与交错轴之间的传动缺点要求较高的制造与安装精度，加工成本高、不适宜远距离传动（如单车）§4-2齿廓实现定角速度比的条件共朝齿廓一对能实现预定传动比伍2二31/32）规律的啮合齿廓L齿廓啮合基本定律互相啮合的一对齿轮在任一位置时的传动比，都与连心线012被其啮合齿廓的在接触处的公法线所分成的两段成反比

2.齿廓曲线的选择理论上，满足齿廓啮合定律的曲线有无穷多，但考虑到便于制造与检测等因素，工程上只有极少数几种曲线可作为齿廓曲线，如渐开线、其中应用最广的是渐开线其次是摆线（仅用于钟表）与变态摆线（摆线针轮减速器）近年来提出了圆弧与抛物线§4-3渐开线齿廓

一、渐开线的形成与特性一条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹（BK—发生线，基圆一小限一AK段的展角）

2.渐开线的特性

①AB=BK;

②渐开线上任意点的法线切于基圆；

③啮合时K点正压力方向与速度方向所夹锐角为渐开线上该点压力角a离中心点越远渐开线上压力角越大；

④渐开线形状取决于基圆当小一8变成直线；

⑤基圆内无渐开线

二、渐开线齿廓满足定角速比要求.两齿廓在任意点K啮合时，过K作两齿廓的法线N1N2是基圆的切线，为定直线两轮il2为常数可减少因速度变化所产生的附加动载荷、振动与噪音，延长齿轮的使用寿命，提高机器的工作精度.齿廓间正压力方向不变N1N2是啮合点的轨迹，称之啮合线啮合线与节圆公切线之间的夹角”，称之啮合角，实际上”就是节圆上的压力角由渐开线的性质可知啮合线又是接触点的法线，正压力总是沿法线方向，故正压力方向不变该特性对传动的平稳性有利3•运动可分性△01N1PgZkChN2P故传动比又可写成/12=G）i/G）2=02P/01P=rb2/rbl实际安装中心距略有变化时，不影响山，这一特性称之运动可分性，对加工与装配很有利§4-4齿轮各部分名称及标准齿轮的基本尺寸a、ra齿根圆一df、rf齿厚一Sk齿槽宽一ek齿距（周节）-Pk=Sk+ek法向齿距（周节）一Pn二pb分度圆一人为规定的计算基准圆（表示符号drs、ep=s+e）齿顶高ha齿根高hf齿全高h=ha+hf齿宽一B

2.基本参数

①齿数一z

②模数一m分度圆周长nd=zpd=zp/n人为规定m=p/兀只能取某些简单值，称之模数m因此有d=mzr=mz/2模数的单位mm它是决定齿轮尺寸的一个基本参数齿数相同的齿轮，模数大，尺寸也大

③分度圆压力角由rb=tcosai得:ai=arccos（rbi）关于同一条渐开线|ab=0定义分度圆压力角为齿轮的压力角a=arccos（rb/r）或者rb=rcosadb=dcosaa是决定渐开线齿廓形状的一个重要参数规定标准值a=20°由（/=加2知m与z一定时，分度圆是一个大小唯一确定的圆由db=dcosa可知，基圆也是一个大小唯一确定的圆称m、z、为渐开线齿轮的三个基本参数齿轮各部分尺寸的计算公式分度圆直径d=mz齿顶高ha=ha*m齿顶高系数:（正常齿h=l短齿制ha*=

0.8）齿根高hf=（h+c*）m顶隙系数:c*（正常齿c*=

0.25短齿制c*=

0.3）全齿高人=/产均=（2九*）c*加齿顶圆直径da=d+2ha=（z+2ha*）m齿根圆直径df=d-2hf=（z-2ha*-2c*）m基圆直径db=dcosa=mzcosa法向齿距pn=Pb=冗db/z=nmcosa=pcosa统一用pb表示标准齿轮m、a、h、c*取标准值，且e=s的齿轮§4-5渐开线标准齿轮的啮合

一、正确啮合条件使进入啮合区内的各对齿轮都能正确地进入啮合，两齿轮的相邻两齿同侧齿廓间的法向距离应相等Pbi=Pb2将Pb二mcosa代入得micosai=m2cosa2因m与a都取标准值，使上式成立的条件为mi=m2a产a2结论一对渐开线齿轮的正确啮合条件是它们模数与压力角应分别相等传动比ii2=wl/w2=z2/zl

二、标准中心距:对标准齿轮，确定中心距时，应满足两个要求1）理论上齿侧间隙为零小@2=02）顶隙c为标准值c=c*m如今有a=rai+c+rf2=ri+r2=m（zl+z2）/2a=ri+r2标准中心距务必指出

1.分度圆与压力角是单个齿轮就有的；而节圆与啮合角是两个齿轮啮合后才出现的2非标准安装时，两分度圆将分离，如今由aa

三、重合度

1.一对轮齿的啮合过程

2.连续传动条件定义£=实际啮合线段/啮合点间距为一对齿轮的重合度一对齿轮的连续传动条件是£21§4-6渐开线齿轮的切齿原理

一、成形法盘铳刀指状铳刀成形法加工的特点产生齿形误差与分度误差，精度较低，加工不连续，生产效率低适于单件生产

二、范成法

1.齿轮插刀

2.齿条插刀

3.齿轮滚刀范成法加工的特点一种模数只需要一把刀具连续切削，生产效率高，精度高，用于批量生产§4-7根切现象、最少齿数及变位齿轮第5章轮系§5-1轮系的类型定义由齿轮构成的传动系统一简称轮系轮系分类

1.定轴轮系（轴线固定）平面定轴轮系空间定轴轮系

2.周转轮系（轴有公转）〈差动轮系（F=2）行星轮系（F=l）

3.复合轮系（两者混合）§5-2定轴轮系及其传动比

一、传动比大小的计算一对齿轮il2=3i/a）2=Z2/zi关于齿轮系，设输入轴的角速度为3]输出轴的角速度为3m，按定义有/u）m当ilml时为减速hml时为增速ilm=所有从动轮齿数的乘积/所有主动轮齿数的乘积

二、首、末轮转向的确定两种方法1）用〃+〃〃一〃表示适用于平面定轴轮系（轴线平行，两轮转向不是相同就是相反）外啮合齿轮两轮转向相反，用“一〃表示内啮合齿轮两轮转向相同，用〃+〃表示设轮系中有m对外啮合齿轮，则末轮转向为（口严ilm=卜1尸2）画箭头外啮合时两箭头同时指向（或者远离）啮合点头头相对或者尾尾相对内啮合时两箭头同向关于空间定轴轮系，只能用画箭头的方法来确定从动轮的转向第10章连接§10-1螺纹参数

一、螺纹的形成螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹螺纹的分类按螺纹的牙型分（矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹）按螺纹的旋向分:（右旋螺纹左旋螺纹）按螺旋线的根数分:（单线螺纹多线螺纹）按回转体的内外表面分:（外螺纹外螺纹）按螺旋的作用分:（联接螺纹传动螺纹）按母体形状分:（圆柱螺纹圆锥螺纹）

二、螺纹的要紧几何参数

（1）大径d与外螺纹牙顶（或者内螺纹牙底）相重合的假想圆柱体的直径⑵小径di与外螺纹牙底（或者内螺纹牙顶）相重合的假想圆柱体的直径⑶中径d2也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽与凸起宽度相等⑷螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离⑸导程SS=nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P⑹螺纹升角”中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角⑺牙型角轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角§10-2螺旋副的受力分析、效率与自锁

一、矩形螺纹6=0Fa-一轴向载荷F--水平推力Fn-一法向反力Ff=fFn--摩擦力/--摩擦系数Fr--总反力螺纹的拧紧•一螺母在F与Fa的联合作用下，逆着B等速向上运动螺纹的拧松•一螺母在F与Fa的联合作用下，顺着Fa等速向下运动当螺纹拧紧（滑块上升）时驱动力矩T=F=Fjg（w+p）当螺纹拧松（滑块下滑）时驱动力矩T=F=%jgW—p）若沙，则T为正值，其方向与螺母运动方向相反，是阻力；若沙，则T为负值，方向相反，其方向与预先假定的方向相反，而与螺母运动方向相同，成为放松螺母所需外加的驱动力矩当沙时，若没有力矩T螺母在Fa的作用不可能运动••这种现象称之自锁

二、非矩形螺纹6H0摩擦系数为，的非矩形螺纹所产生的摩擦力与摩擦系数为/的矩形螺纹所产生的摩擦力相当故称尸为当量摩擦系数吆称P为当量摩擦角cosB滑块上升:驱动力矩T=^Fltgi//+p乙滑块下降驱动力矩:7=2匕吆〃-非矩形螺旋的自锁条件力螺旋转动一圈时，有效功为FaS输入功为2JIT定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比:〃-3_」S—tgw2兀TFjgi//+p7id2吆〃+p当”一定时，在〃=45・b/2处效率曲线有极大值关于传动螺旋，通常取P9W250关于联接螺纹，务必取沙＜J

5.7§10-3机械制造常用螺纹普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径能够有多种螺距，其中螺距最大的称之粗牙螺纹，其余的统称之细牙螺纹粗牙螺纹应用最广细牙螺纹的优点升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点不耐磨易滑扣应用薄壁零件、受动载荷的联接与微调机构螺纹的基本尺寸

一、螺纹联接的基本类型基本类型螺栓联接螺钉联接双头螺柱联接紧定螺钉联接

二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓双头螺柱螺钉、紧定螺钉螺母垫圈§10-5螺纹联接的预紧与防松

一、拧紧力矩设轴向力为FaFd总力矩7产火〃+夕+力£//T]一克服螺纹副相对转动的阻力矩；T2一克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩;日一摩擦系数无润滑时取fc=

0.15一支撑面摩擦半径「尸dw+do/4简化公式T弋

0.2Fad工程上常使用测力矩扳手或者定力矩扳手来操纵预紧力的大小

二、螺纹联接的防松

1.利用附加摩擦力防松

2.使用专门防松元件防松

3.其他方法防松。