机械设计基础重点知识结构图

1、第1章 平面机构的自由度和速度分析 平面机构的自由度和速度分 析组成机构自由度的计算构件运动副机构运动简图运动副、构件、常用机构表达方法定义平面机构自由度的计算:机构具有确定运动的条件:自由度等于原动件数固定构件(机架低副从动件原动件(主动件高副移动副回转副机构运动简图绘制hl P P n F-=23计算自由度应注意的事项局部自由度:滚子绕其中心的转动正确计算运动副的数量 (复合铰链等虚约束存在的几种情况 平面机构的速度分析:速度瞬心法瞬心机构瞬心数瞬心位置的确定 机构的速度分析相对瞬心绝对瞬心2/1(-=N N K 两构件不直接连接:三心定理 两构件直接以运动副连接求构件的角速度和速度求两构

2、件的角速度之比第2章 平面连杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构 演化机构杆机平面四杆机构的 基本型式按行程速比系数设计:利用机构在极位时几何关系已知连杆三个位置,求圆心法应用:夹紧装置中的防松构连面平基本型式及其演化双曲柄机构 双摇杆机构 导杆机构 摇块机构和定块机构 双滑块机构 偏心轮机构平面四杆机构 的主要特性急回特性急回运动行程速比速度变化系数 -+=18018012v v K应用: 当>0时,K >1,机构有急回特性 压力角 压力角:从动件受力方向和速度方向所夹锐角 传动角:压力角的余角传动角越小,越大,机构的传力性能越好40m in ,出现在曲柄与机架共线两位置之一和 死点曲

3、柄为从动件时,曲柄与连杆共线位置, 0= 消除方法:利用飞轮或机构自身的惯性力 有整转副条件 +m ax m in l l 另两杆长度之和;整转副由最短杆与其邻边组成有整转副时, 曲柄摇杆机构最短杆邻边为机架 双曲柄机构最短杆为机架 双摇杆机构最短杆对边为机架存在的不同机构四杆机构设计 作图法:解析法:利用几何关系列解析式求解实验法凸轮机构的分类凸轮机构及其设计推杆 的运动形式基本概念:基圆、基圆半径、推程、升程、推程运动角、回程、回程运动角、休止、远休止角、近休止角、压力角。常用的运动形式 凸轮轮廓曲线设计设计原理: 反转法原理设计方法图解法解析法画出基圆及推杆起始位置,取合适的直角坐标系。

4、根据反转法原理,求出推杆反转1角时理论廓线方程式。根据几何关系求出实际廓线方程式。作图基本步骤主要参数的选 择压力角从减小推力和避免自锁的观点来看,压力角愈小愈好。基圆半径在满足压力角小于许用压力角的条件下,尽量使基圆半径小些,以使凸轮机构的尺寸不至过大。在实际的设计工作中,还需考虑到凸轮机构的结构、受力、安装、强度等方面的要求。滚子半径为了避免理论轮廓出现尖点和自交,滚子半径应小于理论轮廓曲线的最小曲率半径。设计时,应尽量使滚子半径小些,但考虑到强度、结构等限制,通常按经验公式确定取滚子半径,设计中验算理论轮廓曲线的最小曲率半径。盘形凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构尖顶从动件凸轮机构滚子从动

5、件凸轮机构平底从动件凸轮机构直动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构对心直动从动件凸轮机构偏置直动从动件凸轮机构按凸轮的形状分按从动件的形状分按从动件的运动形式分 第5章轮系 轮系的功用远距离的运动和动力的传递变速传动 获得较大的传动比运动的合成与分解传动中心轮行星轮行星架差动轮系:自由度F=2行星轮系:自由度F=1分解周转轮系和定轴轮系,然后轮系轮系的分类定轴轮系周转轮系定轴轮系:所有主动轮齿数的乘积至所有从动轮齿数的乘积至KGKGnnnniHKHGHGK(±=-=系分解行星架-支撑行星轮计算数值首末轮轴线相互平行时:方向为(-1m周转轮系摆线针轮行星传动分别列方程,最后联立求解。箭头

6、法方向判断行星轮-轴线位置不固定中心轮-与行星轮直接啮合原理:计算几种特殊的行星传动比的复合轮系积间所有主动轮齿数的乘至轮轮积间所有从动轮齿数的乘至轮轮KKnniKK1111=周转轮第7章机械运转速度波动的调节 第8章 回转件的平衡回转件的平衡 静平衡0=F 适用情况:轴向尺寸很小的回转件 回转回转件平衡的目的 0=M平衡实验:0=+=i b F F F 平衡条件: 平衡条件: 适用情况:轴向尺寸较大的转子 动平衡 件的 平衡且第9章机械零件设计概论 机械设计概论机械零件设计步骤(1拟定零件的计算简图(2确定作用在零件上的载荷(3选择合适的材料(4根据失效形式,选用判定条件,计算零件主要尺寸

7、(5绘制工作图并标注必要的技术条件 应力的种类塑性材料时机械零件的耐磨性机械零件的强度磨损的种类:磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损耐磨性条件:墨色金属公差配合静应力变应力:最大应力、最小应力、平均应力、应力幅、循环特性机械制造常用材料公差:基本尺寸、上下偏差、公差、公差带配合:间隙配合、过渡配合、过盈配合;基轴制、基孔制铸铁:灰铸铁、球墨铸铁钢:碳素结构钢(低碳钢、中碳钢、高碳钢合金钢、铸钢机械零件工艺性基本要求:毛坯选择合理、结构简单合理、适当的精度和粗糙度接触强度计算整体强度计算无限寿命时静强度计算脆性材料时<SSS=limSSB=lim疲劳强度计算有限寿命时Sk1-=SkN1

8、-=其中:mN NN11-=HHpppvpv有色金属:主要是铜合金(青铜合金和黄铜非金属:橡胶、塑料等标准化、系列化第10章 连接 联接螺纹分类按牙型分:三角螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、矩形螺纹按母体分:圆柱螺纹、圆锥螺纹按旋向分:左旋螺纹、右旋螺纹按线数分:单线螺纹、多线螺纹螺 旋 副受力分析自锁以及效率轴向外载荷为阻抗力时,所需驱动力矩螺纹联接预紧、防松螺纹参数预紧的目的:增强联接的可靠性和紧密性,以防止联接松脱或出现缝隙联接松脱的原因:受冲击、振动、变载;受温度变化防松的根本问题:防止螺旋副的相对转动防松措施:摩擦防松、机械防松、破坏防松 键的类型提高联接强度措施单个螺栓强度计算螺旋传动

9、螺纹联接大径、小径、中径线数、螺距、导程升角牙型角、牙侧角np S =22d np arctg d S arctg=2/='(+=tg F F a 轴向外载荷为驱动力时,所需平衡力矩'(-=tg F F a 螺旋副的效率'(+=tg tg 螺旋副自锁条件'螺纹联接类 型螺栓联接:(普通螺栓联接、铰制孔螺栓联接用螺栓、螺母、垫圈螺钉联接:其中一被联接件较厚,用螺钉或螺栓、垫圈双头螺柱联接:其中一被联接件较厚且常拆卸,用双头螺柱、垫圈紧定螺钉联接:主要用于固定两零件位置,用紧定螺钉分析步骤:先根据联接类型、装配情况、载荷状态确定螺栓的受力;再按相应的强度条件计算螺纹

10、小径或校核其强度五种联接类型:松螺栓联接;受横向载荷的铰制孔螺栓联接;仅有预紧力的螺栓联接;受横向载荷的普通螺栓联接;有预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接(1降低载荷变化幅度;(2改善螺纹牙间的载荷分布;(3减小应力集中;(4避免或减小附加动载荷主要类型:传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋设计计算:根据耐磨性确定主要参数;根据工作情况进行其他强度校核键联接普通平键(圆头、方头、半圆头用于静联接,主要失效为压溃,两侧面工作导向平键:用于动联接,主要失效为磨损。平键半圆键:用于静联接,两侧面工作,调心性好楔键及切向键:用于静联接,上下面为工作面,可承受单方向轴向力花键联接:齿侧为工作面。可用于静联接(压溃失

11、效,也可用于动联接(磨损失效销联接:主要用于固定零件之间的相互位置,并传递不大的载荷第11章齿轮传动齿轮传动 失效形式软齿面闭式传动:主要失效为齿面点蚀,按接触强度设计,按弯曲强度校核硬齿面闭式传动:主要失效为齿根折断,按弯曲强度设计,按接触强度校核开式齿轮传动: 主要失效为齿面磨损,只按弯曲强度设计齿轮传动精度:共分十二级,1级最高,12级最低,常用6、7、8、9级精度。 处理后的齿面为软齿面轮齿折断:开式、闭式都可能发生,有疲劳折断和过载折断两种齿面点蚀:软齿面闭式传动主要失效形式,首先发生在齿根靠近节线处齿面胶合:高速重载或低速重载时发生齿面磨损:开式传动的主要失效形式,主要形式为磨粒磨

12、损齿面塑性变形:严重过载软齿面可能发生 受力分析圆周力:主动轮上与运动方向相反,从动轮上与运动方向相同径向力:由作用点指向转动中心轴向力:直齿圆柱齿轮没有轴向分力斜齿圆柱齿轮的主动轮上的轴向力符合左右手定则 直齿圆锥齿轮的轴向力总是指向锥齿轮大端常用热处理方法调 质正 火表面淬火渗碳淬火渗 氮计算载荷:考虑载荷集中和附加动载荷的影响而更接近现实的载荷:设计准则常用材料及热处理常用材料:主要是优质碳素钢、合金结构钢;其次是铸钢、铸铁处理后的齿面为硬齿面nKF强度计算接触强度理论依据:用弹性力学赫兹公式计算齿轮节点处的接触应力计算特点:两啮合齿轮的接触应力相同两啮合齿轮的许用接触应力一般不相同接触

13、强度与分度圆大小有关而与模数无关弯曲强度理论依据:全部载荷集中作用于齿顶的悬臂梁。计算特点:两啮合齿轮的弯曲应力不相同两啮合齿轮的许用弯曲应力一般不相同两啮合齿轮的弯曲应力与与齿形系数成正比在其他条件相同时,模数越大,弯曲强度越高注意点:斜齿轮和锥齿轮的齿形系数按当量齿数选取。齿轮结构:齿轮轴式、实心式、腹板式、轮辐式、组合式开式传动:人工润滑闭式传动:浸油润滑、喷油润滑润滑方式齿轮传动的功率损耗:啮合中的摩擦损耗;搅油的油阻损耗;轴承的摩擦损耗第13章 带传动和链传动=>-=+=-=+=润滑及布置链轮结构润滑方式验算链号设计步骤:,;参数选择:,工作条件(、原始数据:设计计算即按静强度

14、设计即按额定功率设计计算准则坏、链条过载拉断滚子套筒的冲击疲劳破合、链条铰链的磨损、破坏、销轴与套筒的胶失效形式:链板的疲劳力、悬垂拉力松边拉力:包括离心拉力力、离心拉力、悬垂拉紧边拉力:包括有效拉受力分析(瞬时链速:平均传动比:平均速度:运动分析(滚子外径、基本参数:常用三弧一直线齿形齿槽的最小最大形状,端面齿形:国标规定了滚子链链轮齿形链载能力大大则各部分尺寸大,承,主要参数:链节距套筒、内链板、滚子组成:销轴、外链板、滚子链链条差,有冲击振动不是常数,运动平稳性瞬时链速及瞬时传动比缺点安装、制造精度低;(能在恶略条件下工作结构简单;(需要的张紧力小允许大的中心距优点特点和链组成:主动轮、

15、从动轮动传链采用张紧轮调节中心距张紧方式带轮结构根数验算、验算、带型设计步骤:,、参数选择:,工作条件(、原始数据:设计计算疲劳强度滑的情况下具有一定的计算准则:在保证不打滑动失效形式:打滑及弹性两者的区别见表打滑弹性滑动两种滑动发生在紧边进入小轮处最大应力弯曲应力离心应力带受拉应力应力分析临界打滑时正常工作时受力分析效率低带寿命短传动比不固定需要张紧装置结构大缺点价廉结构简单具有过载保护作用带可缓冲吸振允许大的中心距优点特点几何尺寸计算啮合型:同步带圆形带特殊截面带:多楔带,广。生较大的摩擦力,应用两侧面为工作面,能产带:截面为等腰梯形,表面为工作面平带:截面为矩形,内摩擦型分类和带组成:主

16、动轮、从动轮动传带v a P P L a z z m a L p z i n n P 84S F K Q s m 60v P K K K P s m 60v z 180z 1802d v z z n n i 100060pn z 100060pn z v d z p p p 154321F L a v d d P P F L a v d i n n P 113e F F 1000Fv P F F F F F F 2543214321V 0c P 021P 211A 0m L z c 11111221221110d 21c 0d 21c 1b 1f 211210,/.,/.cos :(:(;(;

17、(:.,;,:/:/(;(;(;(;(:,(;(;(;(:max第14章 轴 轴结构设计 强度计算轴上零件定位:轴肩、轴环、套筒轴上零件固定制造安装要求阶梯轴两头细、中间粗,满足轴承内经、轴径要求;有轴端倒角、砂轮越程槽、螺纹退刀槽;键槽、倒角、圆角尺寸尽量一致弯扭合成强度计算 临界转速: 产生共振时轴的转速轴向:轴端挡圈、螺母、弹性挡圈、轴肩、套筒等周向:平键、半圆键、花键轴、周向:紧定螺钉、销、楔键、过盈配合、圆锥面改善受力合理布置轴上零件,减小每段轴所受转矩;或结构上使轴只受弯矩,不受转矩减小应力集中轴段直径变化不宜过大,尽量避免横孔、切槽;采用大的过渡圆角或过渡肩环或凹切圆角;轴上开卸

18、载槽、轮毂上开卸载槽;增大配合处直径扭转强度计算轴的类型按轴的形状分:直轴、曲轴、挠性钢丝轴按承受载荷的不同:转轴、传动轴、心轴轴的材料:碳素钢、合金钢用于传动轴的精确计算,转轴的近似计算传动轴的强度条件2.01055.936=nd P W T T 初步估算轴的直径33362.01055.9nP C n P d 用于转轴和心轴的计算转轴和心轴的强度条件(1.011223b e e T M d W M -+=估算轴径311.0b eM d -刚度计算y y 挠度扭角转角等直径轴阶梯轴432d G lT I G l T P =n i Pii i I l T G 11滑动轴 承 滑动轴承的结构轴承座

19、 轴承盖:开有螺纹孔,加装油杯或油管轴 瓦:在非承载区开有油孔、油沟螺 栓:用于联接轴承盖和轴承座摩擦状态轴瓦的材料干 摩 擦:两摩擦表面直接接触边界摩擦:两摩擦表面之间有润滑油,但两表面不能完全隔离混合摩擦:处于干摩擦、边界摩擦、液体磨擦的混合状态液体摩擦:两表面之间充满润滑油,两表面完全分隔开剖分式向心滑动轴承润滑剂液体动压多油楔轴承液体静压轴承推力滑动轴承动压润滑基本原理固定式推力轴承可倾式推力轴承对材料的要求:磨擦系数小、导热性好、耐磨、耐蚀、强度高、可塑性好主要材料:轴承合金、青铜、铸铁、粉末合金、橡胶、塑料润滑油:主要性能指标:运动粘度、动力粘度润滑脂:钙基润滑脂、钠基润滑脂固体润滑剂非液体摩擦滑动轴承的计算主要失效形式:过度磨损、发热过大计算:验算 为防过度磨损;验算 为防发热过大pv p 306hh h v dx dp-=一维雷诺方程楔形空间