机械设计基础考点精讲讲义

1、目录!第一章平面机构的 自 由 度 !第二章平面连杆机 构!第三章凸轮机构!第四章齿轮机构!第五章轮系!第六章间歇运构!第七章机械运转速度 波 动 的 调 节!第八章回转件的平衡!第九章机械零件设计 概 论!第十章连接!第十一章齿轮传动 !第十二章蜗杆传动!第十三章带传动和 链 传 动!第十四章轴!第十五章滑动轴 承!第十六章滚动轴 承!第十七章联轴器杨 可 桢 机 械 设 计 基 础 考点精讲及复习思路第一章平面机构的自由度本 章 重 点平 面 平 具 速考 点机构所有构件都在 同 一平面或 相 互 平 行 的 平 面 内运 动 的 机 构。面机构的自由度的计算有确定运动的条件度瞬心及其在机

2、构速度 分 析上 的应 用： 平面机构自 由 度 的 计算机构 的 自 由 度机 构 相 对 于 参考系（ 机 架 ） 所 具 有 的运动数目。一、 平 面 机 构 自 由 度： 某 机 构 共 有 个的计算公 式 ：件 、 个个设活动构低副、高副， 则：算 公 式 ： 计例题分 析 ：例试 计 算下 列 机 构 的 自 由 度 。 、 、 × × 、 、 × × 约 束自 由 度 个 活 动 件 个 低 副 个 高 副点 （ ） 名 师 精 品 课 程： 例试计算下列 机 构 的 自 由 度 ， 并其运动是否确 定 。 、 、 × ×

3、; 运 动 确 定 、 、 × × 运 动 确 定 、 、 × × 构 自 由 度 的 注 意 事 项 ：运动不确定？二、 计算平面机 复 合 铰 链两 个 以 上 的 构 件 在 同 一 处 以转动副相联接。 个 构 件 汇 交于 一 处 ， 形 成 个 转 动 副例 试计 算 图 示 直 线 机 构 的 自 由 度 。 虚 约 束要 除 去） 两 构 件重 复 而 且 对 机 构 运 动 不 起 限 制作用的约束。平 面 机 构 常 在 下 列 情 况 使 用 虚 约 束 。之 间 形 成 多 个 运 动 副杨 可 桢 机 械 设 计 基 础 考 点

4、 精 讲 及 复 习 思路如果两构件在多处接触而移 动 副 ， 且 移 动 方 向 彼 此 平 行 （ 如 右 图 ） 则 只 能 算 一 个 移 动 副 。如果两构件在多处相配合而转 动 副 ， 且 转 动 轴 线 重 合 （ 如下 图 ） ， 则 只 能 算 一 个 转 动 副。如果两构件在多处接触而平面高副 ， 且各 接触点处的公法线彼此重合， 则只能算一个平面高副 。如果两构件在多处接触平面高副， 但各接 触点处的公法线不彼此重合， 则应计入多个平面高副 。） 两 构件上两点间的距离始终不变点 （ ） 名 师 精 品 课 程： 、 、 × × ） 机 构 中 对 运

5、 动 不 起 作 用 的 对 称 部 分 ， ， × × 行星轮系虚约束的作用构 件 的 受 力 状 态 、 强度、 刚 度 等虚约束常出现处 ： 移 动 回 转 重 现 ， 高 副 接触定 宽 （ 共 线 ） ， 定 长连 件 ， 对 称 结 构 多 件 。 局部自由度某 些 不 影 响 整 个 机 构运动 的 自 由 度 ， ， × × 局 部 自 由 度 的 作 用 ： 将 高 副 处 的 滑 动 摩 擦 变 为 滚 动 摩 擦 ， 从 而 减 轻 磨 损 。杨可桢 机械设计基础 考点精讲及复习思路例 试 计 算 下 图 所 示 大 筛 机 构 的

6、 自 由 度 。 ， ， × × 考 点 ： 机 构 具 有 确 定 运 动 的 条 件 、 什 么 是 确 定 运 动 ？ 、 、 × × 、 、 × × 若 若， 则机 构 自 由 度机 构 不 能 运 动 ； 且 多 于 原 动 件 数 ， 则 构件间 的运 动是 不 确 定 的 ； 若 只机 构 且 少 于 原 动 件 数 ， 则 构有 ， 且 等 于 原 动 件 数 。 各 构 件 间 的 相 对 运 动 才 能 确件间 不能 运动 或 产 生 破 坏。定。二 、 机 构 具 有 确 定 运 动 的 条 件 ： ， 且 等于

7、 原 动 件 数 。考 点 ： 速 度 瞬 心 及 其 在 机 构 速 度 分 析 上 的 应 用 速 度 瞬 心 及 其 求 法 ：点 （ ） 名 师 精 品 课 程： 定合 点 的： 两 构 件 （ 刚 体 ） 、 作 平 面 相 对 运 动 时 ， 在 任 一 瞬 时 ， 它 们 的 相 对 运动 。点 则 称 为 速 度 瞬 心 或 瞬 时 回 转 中 心 ， 简 称 瞬 心 ， 用 表 示 。：义动都可看作是绕某一重转该 重合 特点） 两 个构 件 作 平 面 相 对 运 动 时 ， 两 构 件 上 相 对 速 度 为 零 的 重 合 点 为 瞬心；若 这 两 个 构 件 都 是 运

8、 动 的 ， 则 这 个 瞬 心 称 为 相 对 瞬 心 。若 这 两 个 构 件 之 一 是 静 止 的 ， 则 这 个 瞬 心 称 为 绝 对 瞬 心 。） 瞬 心 是 两 构 件 上 瞬 时 绝 对 速 度 相 等 （ 即 具 有 同 一 绝 对 速 度 ） 的 重 合 机 构 中 瞬 心 的 数 目 ： 为 所 有 构 件 的 数 目 ， 为 瞬 心 的 数 目 ， 则 ： （ ） 点。 机 构 中 瞬 心 的 求 法 ： （ 直 接） 通 过 运 动 副 直 接 相 联 的 两（ ） 以 转 动 副 相 联 的 两 构 件观察 法 和 “ 三 心 定 理 ” 法 ）构件 的 瞬 心转

9、动 副 的 中 心 为 瞬心。（ ） 以 移 动 副 相 联 的 两 构 件移 动 副 导 路 的 垂 直 方 向上的 无穷 远 处 为 瞬 心 。点 处 的 公 法 线 上如 果 两 高 副 元间 既 有 相 对 滚 动， 又 有 相 对 移 动两 高副元素的接触即为 瞬 心 。） 不 直 接 相 联 的 两 构 件 的 瞬 心 （ 用 “ 三 心 定 理 ” 确 定 两 构 件的瞬心）三心定 理作 平 面 相 对 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 。证明： 如 图两个构 件 作 平 面 相 对 运 动 时 ， 该 构 件 上 相

10、对 速 度 为 零 的 重 合点为瞬心 。杨 可桢 机 械设 计 基 础 考 点 精 讲及 复 习 思 路例 题 分 析例 求 铰 链 四 杆 机 构 的 瞬 心 。 （ ） （ ） 二 、 速例 ： 、 。度 瞬 心 在 速 度 分 析 中 的 应 用在 例 中 又 知 原 动 件 以 角 顺 的速度时针方向旋转， 求图示位置 时从动件角速度： 齿例轮或摆动从动件凸 轮 机 构： 图 的， 又 已 原 动 件 的 ， 现例示为一凸轮机构， 设 各 构 件为 已 知角速 度需 确定图 示位置时 。从 动 件移动速度瞬心 的 应 用 场 合：） 求 传 动 比点 （ ） 名 师 精 品 课 程）

11、 求 速 度 、 角 速 度） 求 距 离本 章 重 点 内 容： 平面机构自 由 度 计 算： 事 项 ：链 ， ） 虚 约 束 ， ） 局 部 自 由 度计算公式应注意的） 复 合铰条 件 ： 且 等 于 原 动 件 数 。中 的 应 用机 构 具 有 确定运动的速 度 瞬 心 在速度分析例 题 分 析 在知 ， ， ， 。度 ？图示轮系中， 已计 算 该 轮系的自由 右 ， ， ， 求 ： 机度 ？图示轮系， 已 知构自由解答 计。算机构自由度 计度 。算机构自由杨 可 桢 机 械 设 计 基 础 考 点 精 讲 及 复 习思路 计。算机构自由度 用机 构 在 该 位 置 时 滑 块 的

12、 瞬 时 速 度 。 （ 用 表 示 符 号 ）速度瞬心法求图 示 图 的 角 速 度 ， ， °， °。示机构中， 已 知 构 件： ） 机； ） 构件 的 角 转试求构的全部瞬心速度向。点 （ ） 名 师 精 品 课 程： 第二章平面连杆机构考 点 分 析基 本 要 求 ：） 掌 握 整 转 副 存 在 条 件 、 传 动 角 、 死 点 位） 掌 握 按 图 解 法 设 计 平 面 四 杆 机 构 的 基难 点 ： 平 面 四 杆 机 构 最 小 传 动 角 的 确 定置 、 急 回 运 动 、 行 程 速 比 系 数 的 概 念；本 方 法 。； 铰 链 四 杆 机

13、 构 有 整 转 副 的 条 件 ； 图解 法 设计平面四杆机构的基 本 方 法 。考 点 ： 铰 链 四 杆 机 构 具 有 整转 副 的 条 件为 实 现 曲 柄 整 周 回 转 ， 杆和。必须 顺 利 通 过与 连 杆共线的两个位置 中 !（ ） !（ ） ：即 ： ! ! ” 中 !： ! ， ! ， ! 所 为 最 短 杆故 ：以 ： 曲柄 杆 不 能 顺 利 通 过 和 铰 链 最 整四杆机构有整转副的必要条件：短杆与最长杆长度之和小于或等 于其 余两 杆 长度之和； （ 杆长条件 ）转副是由最短杆与其邻边组成的 。最短加最长， 小 于 或 等 于 其 余 两 杆 长 ； 最短 两

14、端 副 ， 总 是 整 转 副 。铰链四杆机构 三 种 基 本 型 式 的 判 别 依 据：当铰链四杆机 构 满 足 杆 长 条 件 时 ，） 取 最短杆为 机 架 ， 机 架 上 有 两 个 整 转 副 ， 得双 曲 柄 机 构 ；） 以 最 短 杆 的 邻 边 为 机 架 ， 机 架 上 仅 一 个 整 转 副 ， 得 曲 柄 摇 杆 机 构 ；杨 可 桢 机 械 设 计 基 础 考 点 精） 以 最 短 杆 的 对 边 为 机 架 ， 机 架 上 无 整 转 副 ， 得 双 摇 杆 机 构 。讲及复 习 思 路低 副运 动 可 逆 性 ： 低 副 所 连 接 的 两 个 构 件 之 间

15、的 相 对 运 动 关系不因 其 中 哪 个构件是固定件而改变。： 急 回 特 性位 置 ： 摇 杆 所 能 达 到 的 极 限 位 置 。 和 考 点极限"： 摇摆角杆 两 极 限 位 置 间 的 夹 角 。 所： 摇极位夹角杆 处 于 两极 限 位 置 时 ， 曲 柄对应的两个位置之间所夹锐角 顺当曲柄以 等 角速 度时 针 旋 转 时 ：） 曲摇 杆 ， 转 角 ° ， 摆 角 为 #柄： ° 时 间 ： 柄 ： 时 间 ： 所 用） 曲摇 杆 ， 转 角 ° # ， 摆 角 为 ° 所 用） 设 、 ， 则摇 杆工作、 空 回 过程的

16、平 均 角 速 度分别 为 运 动 性 质 称 为 急 回 特 性 。 显 然 摇 杆 的 这种行 程 速 比 系 数 摇 杆 工 作 、 空 回 行 程 平 均 角 速 度 之比。（ 行 程 速 度 变 化 系 数 ）用 来 表 明 急 回 运 动 的 程 度 。 ° ° 点 （ ） 名 师 精 品 课 程： ° 极 位 夹 角急 回 特 性 是 表 征 从 动 件 特 性 的 。# ， 即 ， 机若构具有急回运动特 性 。大 ， 越 大 ， 机 构#越急回运动特性越显 著 。# 时， ， 机 构无急回运动特性。急回特性是 个 很 有 用 的 性 质 ， 利用急

17、 回 特 性 可 缩 短 非 生 产时 间 ， 提 高 生 产 率 。 对 于 一 些 有 急 回， 通 常 先 根 据 值关 键 ， 从 动 件 位 置#角特 性 要求的机械计 算 出， 再 确 定 各 构 件 的。大 ， 越， # ， ， #越极位夹角是在极限， 曲柄连杆在共线大， 急回特性越明显 ， 急回特性就不 见 。 的思考） 对 心 曲柄滑 块 机 构 ） 偏 置 曲故 没 有 急回特性柄 滑 块 机 构 ） 摆 动 导故 有 急 回 特性杆 机 构杨 可 桢 机 械 设 计 基 础 考 点 精 讲 及 复 习 思 路 有 急 回 特性点 角考从角 、 传 动 角：受 驱动件所动力

18、 与 该 力 作 用 点 绝 对 速 度 方 向 之 间 所夹的锐角。 传：动角角 的 余角 。 ° 越 越（ 越大小 ） ， 有 效 分大， 机 构传力性能越 好 ， 传 动 效 率 越高 。 设 计 时 ， 应 。使： °； 力曲 柄 摇 杆 机 构 的 传 动 角 随 曲 柄 的 转 动 而 变 化 。°。动 力传动中要求矩较大时力 的 方 向 连 杆 参 与 移 动 副 力 的 方 向 垂 直 于 导 路 连 杆 参 与 两 个 转 动 副 力 的 方 向 沿 着 两 个 转 动 副 中 心速 度 的 方 向 从 动 件 与 机 架 转 动 副 连 接 速

19、 度 方 向 与 回 转 半 径 垂 直 从 动 件 与 机 架 移 动 副 连 接 速 度 方 向 即 导 路 方 向连线 !°， °， ° 最 小 传 动 角 的位 置 中 中 在 在 点 （ ） 名 师 精 品 课 程： 从 而 °， °时 达，到 最 小 和 最 大 ， 此 时 曲 柄 与 机 架共线。所 以 ， 当 °时 ， °时 ， ， ° 曲 柄 机 架 一 共线 ， 最 小 传 动 角 就 出 现 。考 点 ： 死 点位 置， °， 机曲柄摇杆机构， 当 摇 杆 为 原 动 件 时 ， 在

20、曲 柄 与 连 杆两次共线的位置构可能出现卡死或运动不确定现象。机构的这种位置称为死点位置。死点的避免加飞轮或利用构件自身惯性通过死点给从动曲柄施加外力杨可桢 机械设计基础 考点精讲及复习思路缝 纫 机 踏 板 机 构（ 图 为 其 机 构 运 动 简 图 ）死 点的 利 用夹 紧机 构： 平 面 四 杆 机 构 的 设 计考 点生 产 实 实设 计 几 实 实中的 实 际 设 计 问 题 可 归 纳 为 如 下 两 类 ：现给 定的 运 动 规 律 ；现给 定的 运 动 轨 迹 。方法：法精 度 高 ， 应 用 最 广 。 缺 点 是 不 太 直 观 。何作图法 （ 图 解 法 ）简 便 直

21、 观 ， 精 度 低 。 一 般用来求 解 初始值。验法繁 琐 且 精 度 低 。 不 得 已 时 才 使 用 的 方 法 。现给定 的 运 动 规 律 、 按 给 定 的 行 程 速 比 系 数 设 计 ： （ 有 急回特性的四杆机构）例 题 曲已 知分析：柄摇杆 机 构： 摇 杆 长 度 、 摆角 、 。 。条件求 ： 铰 链 中 心 及 、 、 摆已 知动导 杆 机 构件 ： 机 架 长 度 、 行程 速 比 系 数 。条求 ： 曲 柄 长 度 。点 （ ） 名： 师精 品 课 程 曲已 知柄滑块 机 构、 偏 心、 行 程 速比 系 数 。条件： 滑 块 行 程距 °

22、3; 二、 按 给 定 连杆位置设计：原理： 连 杆 两端的铰链作圆周运动 ， 要 求的 未 知 数 有 三 个 ， 因 为 三 点 确 定 一 圆 ， 所 以 给 定连杆三个位置 有唯一解； 给定连杆两个位置有无 穷 多 解 。 已、 及 其 在 运 动 过 、 知连杆 上 两 活 动铰链的中心程中的两个位置（ ， 且 、 位 已 知 连 杆 上 两 活 动于同一水平线 上 ， 故 有 唯 一 解 ）、 及 其 在 运 动 过 、 、 。铰链的中心程中的三个位置杨可桢 机械设计基础 考点精讲及复习思路三 、 按 两 连 架 杆 三 个 对 应 位 置 设 计 四 杆 机 构设 计 法 ： 取

23、 （） 令 ： ？ （ ） 图 解 法已 知 ： 和 的 、 ； 、 ； 、两 个 对 应 位 置：及机架的长度求 ： 铰 链 中 心 、 其 余 杆 的 长 度 、 、 实 验 法按 两 连 杆 对 应 角 位 移 设 计四 杆机 构点 （ ） 名： 师精品课 程 实 现 给 定 的 运 动 轨 迹实现给定运动轨迹的机构设计问题， 也 可 用 图 解 法法 、 实 验 法 来 求 解 ， 但图 解法和法较复杂。在精度要求不高的场合采用实验法或利用连杆曲线图谱 来 查 找 所 需机构。曲柄存在条件最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； （ 杆 长 条 件 ）整转副是由最短杆与其邻边

24、组成的。 ：动 、 行角从动件所受驱动力与该力作用点绝对速度方向 之 间 所 夹 的锐角 ° 传动角角 的 余 角 。急回运程 速 比 系 数 ° ° 极 位 夹 角 ° 图 解 法 设 计 四 杆 机 构例 题 分 析 画示 原 动出下 列 机 构 的） （ 分 ）角 ， 并 说 明 其 中 哪 个机 构 的 传 力 性 能 最 好 ？ 哪 些 机 构 有 死点 位 置 ？ （ 箭头表件杨 可 桢 机 械 设 计 基 础 考 点 精 讲 及 复 习 思 路 图为 机 架， 若 已 知 各 杆 长 度 为 ： ， ， ， ， 当 取示四杆机构不同杆件时各

25、能获得何种机构 ？ （ 判 据 必 须 清 楚 ） 图， 已 知 ： ， ， ， 且 为 机 架 。 当 ：示铰链四杆机构中） 机 构， 为 曲 柄 时 ， 求 的 最 大 值 ， 按为曲柄摇杆机构所 求 值 画 机 构 运 动 简 图 ， 并 图 示最小传 位） 机 构动角置 。 的为 双 曲 柄 机构 时 ， 求最 小 值 ；解 答齿 轮 连 杆 机 构 ， 已 知 ： ， ， ， 图 示 ， ， ， 。） 若 杆 主 动 ， 该 机 构 中 齿 轮 能 否 连 续 回转？为 什 么 ？） 若 齿 轮 主动 。 和， 并动 ， 画 出 机 构 在 图 示 位 置 的角传动 角图 解 分 析

26、 该 机 构有无急回运 试行 程四 杆 机 构 ， 示 意 图 如 图 所， 已 知 其 摇 杆 的 长 度 ，设计一铰链示数 ， 机 架 的 长 度 。 °是摇 杆 的 一 个速度变化 系 间 较 小 的 一 个 夹 角 。 试 用 图 解 法 求 曲 柄 的 长 度 和极 限位置与机 架连 杆 的 长 度 ， 并简要叙 述作 图 步 骤 。点 （ ） 名 师 精 品 课 程： 第三章凸轮机构本 章 重 点基本要求：凸轮机构的 分 类 及 应 用 ； 从 动 件 常 用 的 运 动规 律 及 从 动 件 运 动 规 律 的 选 择 原 则 ； 在 确 定 凸轮机构基本时应考 虑 的

27、 主 要 问 题 （ 包 括角 对的 影 响角 对 凸 轮 受 力 的 情 况 、 效 率 和自锁的影响及“ 失 真 ” 等 问 题 ） ； 能 根 据 选 定 的 凸 轮 类 型和 从 动 件 的运动规 律 设 计 出 凸轮的轮廓曲线。难点：凸 轮 轮 廓 曲 线 设 计 中 所 应 用 的 “ 反转法” 原理角的概念等。凸 轮机构的 组 成组 成：凸轮具 有 曲 线 轮 廓或 凹 槽 的 构 件 。从动 件被 凸 轮 直 接推 动 的 构 件 。机架： 凸 轮 机 构 的 特： 可 使 从 动 件 得 到考 点点优 点 结 可缺 点 复 从各 种预期 的 运动规 律 。构 简 单 、 紧

28、凑 ， 构 件 少 。实 现 停 歇 运 动 。： 高 副 接 触 ， 易 磨 损 ， 多用于 传 力不太 大 的 场合 。杂 的 凸 轮 轮 廓比 较。动 件 行 程 不 宜 过 大 ， 否 则 会 使 凸 轮 变 得 笨 重 。杨 可 桢 机 械 设 计 基 础 考 点 精讲及复习思路： 凸 轮 机 构 的 分考 点类一、 按凸轮的 形 状 分 类盘 形 凸轮移动凸轮圆柱凸轮凸 轮 最 基 本 的型式盘形凸轮中心趋于无 穷 远移 动 凸轮卷成圆 柱 形二、 按从动件 的 形 式 分 类尖顶 从 动件平 底从 动 件（ 能 实 现 任 意 运 动规律。 但 点接触磨损快，（ 不 能 与 凹

29、陷 凸 轮 轮 廓 接 触 。但作只宜用于轻载低速凸轮 机 构 ）用力始终与平底垂直， 效率较高，且接触面易形成油膜， 利 于 润 滑。常用于高速凸轮机构）滚 子 从 动 件（ 滚 动摩 擦 ， 耐磨损， 可 承 受 较 大 载 荷 。 是 最 常 用 的 从 动件型式）点 （ ） 名 师： 精品课程三、 按从动件的运动形式分类直 动 从 动 件摆 动 从 动 件四、 按从动件与凸轮接触形式分 类力封 闭 （ 弹簧、 重力）形 封 闭 （ 槽 形 ）（ ） 力 封 闭 凸 轮 机 构利 用 弹 簧 力 ， 推 杆 重 力或者 其 他 外 力 ， 使 推 杆 和 凸 轮 保 持 接 触 。杨 可

30、 桢 机 械设计基础 考点精讲及复习思路（ ） 几 何 封 闭 凸 轮利用从动件 和凸轮的特殊几何结构， 使从动件和凸轮保持接触。凸轮机构名对 心 直 动 尖 顶 从 件 盘 形 凸 轮机构偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 机 构对 心 直 动 滚 子 从 动 件 盘 形 凸 轮 机构对心 直 动 平 底 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构摆 动 尖 顶 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构摆 动 滚 子 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构摆 动 平 底 从动件 盘形 凸 轮 机 构点 （ ） 名 师： 精品课程考 点 ： 凸轮机 构 基 本 概 念 基 推 远 回 近 升 表圆以凸 轮 轮 廓 的 最 小向径为半径 所 作 的 圆 称 为 基 圆 。用示。角 ；程， 推 程运动；休止 ， 远休止角角 ；程， 回 程运动 ；休止， 近休止角或 回 程 中 移 动 的 距 离 。 用 表 示 。程从动件 在 推 程 理 实考 点廓 与 尖 顶 从 动 件 相 接廓 与 尖 顶 、 平 底 、 滚 子论轮触 的凸轮轮廓。 或 滚 子 中 心 的轨迹 。际轮相 接触的凸轮轮 廓 。： 从 动 件常用 运 动