机械设计基础知识 机械设计基础知识

零件:独立制造单元

组件:独立的移动单元

机构:用于传递运动和力的部件系统，有一个部件作为框架，由可以相对运动的部件组成。

机器:它是一种执行机械运动的装置，用于转换或传输能量、材料和信息

机械:机器和机构的总称

机构运动图:用简单的线条和符号表示部件和运动副，每个运动副的相对位置按一定比例确定。这个表示机构中各部件之间相对运动关系的简单图形称为机构运动图

运动副:由两个直接接触的部件组成的可移动连接

运动副元件:由两个部件接触形成的运动副表面

运动副的自由度与约束数f=6-s之间的关系

运动链:通过运动副的连接，部件可以相对运动的系统

高副:由两个成员通过虚线接触形成的运动副

低副:由两个部件通过表面接触组成的运动副

约束的最大数量为2，最小数量为1。有一个约束的运动副是高副，有两个约束的运动副是平面低副

平面自由度公式为f = 3n-2pl-ph。

机构运动的条件:机构的自由度大于零

机构具有确定运动的条件:机构的原始零件数应等于机构的自由度数

虚拟约束:不限制机制的约束

局部自由度:独立于输出机构运动的自由度

复合铰链:两个以上的部件通过旋转副同时连接在一个地方

瞬时速度中心:在平面内相对运动的两个分量上瞬时速度相等的重合点。如果绝对速度为零，瞬时中心称为绝对瞬时中心

相对速度瞬时中心与绝对速度瞬时中心的同一点:在平面内相对运动的两个分量上，瞬时相对速度为零的点；区别:后者的绝对速度为零，而前者不是

三心定理:在平面内相互运动的三个分量的三个瞬心必须位于同一条直线上

机构瞬时中心数:N=K(K-1)/2

机械自锁:在某些机器中，有些机器根据其结构分析是可以运动的，但由于摩擦力的存在，无论如何都会出现驱动力不能运动的情况

曲柄:绕固定轴旋转的构件；

连杆:在平面内移动的构件；

摇杆:在固定轴上摆动的构件；

连杆:与框架连接的构件；

翻转副:能够做360°相对旋转的运动副

摆动副:只能有限角度摆动的运动副。

铰链四杆机构中曲柄的条件:

1.最长杆和最短杆的长度总和应小于或等于其他两个杆的长度总和，这称为杆长条件。

2.连杆或框架中的一个是最短的杆。

当满足杆长条件时，最短杆形成的旋转副都是完整的旋转副。

铰链四杆机构的三种基本形式；

1.曲柄摇杆机构

以最短杆的邻侧为框架

2.双曲柄机构

以最短的杆为架

3.双摇杆机构

以最短杆的对面为框架

在曲柄摇杆机构中，曲柄滑块机构是通过将摇杆长度改变到无穷大而形成的

偏心轮机构是通过改变曲柄滑块机构中转动副的半径而形成的

快速回程运动:当平面连杆机构的驱动部分(如曲柄摇杆机构的曲柄)等从动件(摇杆)空的回程平均速度大于其工作行程平均速度时，

极夹角:机构处于两个极位时，原动子AB所在的两个位置之间的夹角θ

θ= 180°(K-1)/(K+1)

行程速比系数:从动件回程的平均速度V2空与工作行程的平均速度V1之比

k = V2/V1 =(180+θ)/(180-θ)

平面四杆机构是否存在急回，取决于极间角度

θ越大，K越大，急回运动的性质越明显。当θ=0且K=1时，没有快速返回特性

具有快速返回特性的四杆机构:曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构

压力角:力F和速度V在c点的夹角(锐角)α。

传递角:与压力角互补的角度(锐角)γ

在曲柄摇杆机构中，只有当摇杆作为驱动部件时，才会出现死点位置，当它处于死点位置时，机构的传动角γ为0°

虽然死点位置对传动不利，但在工程实践中，有时机构的死点位置可以用来完成某些工作要求

刚性冲击:会产生无限的加速度和惯性力，对凸轮机构造成很大的冲击(如从动件匀速运动)

柔性冲击:加速度突然变为有限值，所以造成的冲击很小(如从动部分是简谐运动)

在凸轮机构的几种基本从动件运动规律中，等速运动规律使凸轮机构产生刚性冲击、等加速度和等减速度，余弦加速度运动规律产生柔性冲击，正弦加速度运动规律没有影响

在凸轮机构的各种常用推杆运动规律中，恒速只适用于低速；等加速度、等减速度、余弦加速度适合中速，正弦加速度可以高速运动

凸轮基圆:以凸轮轮廓的最小径向直径r0为半径画出的圆称为基圆

凸轮基圆半径是从旋转中心到凸轮轮廓的最短距离。凸轮基圆半径越小，凸轮机构压力角越大，凸轮机构尺寸越小。

凸轮机构的压力角α是从动件运动方向V与力f的锐角。

偏移量E:从从动件导轨到凸轮旋转中心的距离

偏置圆:以E为半径，凸轮旋转中心为圆心画的圆

推动距离:从动件被凸轮轮廓推动，并按照一定的运动规律从最近的位置到达旋转中心的最远位置的过程

h:推动从动件移动的距离

回程:在弹簧或重力的作用下，从动件以一定的运动规律从离旋转中心最远的位置回到起始位置

运动角度:凸轮运动时旋转的角度

齿廓啮合的基本规律:任意位置相互啮合的一对齿轮的传动比与两线段除以其啮合齿廓在接触点的公共法线成反比。

渐开线:直线BK上任意点k纯沿一个圆滚动时的轨迹AK

渐开线的特性:

1.母线上BK段的长度等于滚在基圆上的弧长AB

2.渐开线任何一点的发际线都与其基圆相切

3.渐开线的曲率半径随着接近基圆而变小，并且其曲率半径在基圆上为零

4.渐开线的形状取决于基圆的大小

5.基圆内没有渐开线

6.同一基圆上任意弧长对应的任意两条公共法线相等

渐开线齿廓的啮合特性:

1.它能保证固定传动比的传动，并具有可分离性

传动比与节圆半径、基圆半径和分度圆半径成反比

I12=ω1/ω2=O2P/O1P=rb2/rb1

2.渐开线齿廓之间的正压方向不变

渐开线齿轮的基本参数:模数、齿数、压力角、(齿顶高度系数、齿隙系数)

模数:人为指定:m=p/π只能取一些简单的值。

刻度圆直径:d=mz，r = mz/2

齿顶高度:ha=ha*m

根高:hf=(ha* +c*)m

齿顶圆直径:da=d+2ha=(z+2ha*)m

根圆直径:df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m

基圆直径:db= dcosα= mzcosα

齿厚和槽宽:s=πm/2 e=πm/2

标准中心距:a=r1+ r2=m(z1+z2)/2

一对渐开线齿轮正确啮合的条件:两轮的模数和压力角相等

一对渐开线齿廓啮合传动时，其接触点在实际啮合线上，其理论啮合线长度为两个基圆的内公共切线N1N2

渐开线齿廓上任意点的压力角是指该点的法线方向与速度方向之间的夹角

渐开线齿廓上任意点的法线都与基圆相切

根据其原理，切齿方法可分为成形法(仿形法)和生成法。

根切:用展成法切削渐开线齿廓时产生根切的原因是刀齿顶线超过啮合极限点N1(无根切的标准齿轮最小齿数为正齿轮17齿，斜齿轮14齿)

符合:B1B2与Pb的比值ε；

齿轮传动连续状态:重合度ε大于等于1

改装齿轮:

基于切削标准齿轮时的位置，刀具的移动距离xm称为位移，X称为变化系数，规定刀具远离轮坯中心时X为正，称为正位移；刀具接近轮坯时x为负，称为负位移。

变位齿轮的节距、模数、压力角、基圆和分度圆保持不变，但分度线上的齿厚和齿槽宽度不相等

齿厚:s=πm/2+ 2xmtgα

齿宽:e = π m/2-2xmtgα

螺旋齿轮:

一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件:

Mn1=mn2，αn1=αn1外部啮合:β 1 =-β 2

或者mt1=mt2，α t1 = α T2外啮合:β 1 =-β 2

法向表面的参数作为标准值，而几何尺寸的计算在端面上进行

模量:mn = mtcosβ

刻度圆直径:d=zmt=z mn/cosβ

斜齿轮等效齿轮的定义:等效于斜齿轮法向齿廓的假想直齿轮称为斜齿轮等效齿轮

等效齿数:Zv=Z/cos3β

齿轮系:由一系列齿轮组成的传动系统

定轴轮系:如果轮系运行时每个轮齿的轴线相对于机架是固定的，

周转轮系:如果连续运转，至少一个齿轮轴的位置不是固定的，而是绕其他齿轮的固定轴旋转

复合轮系:定轴轮系+周转轮系

1自由度的周转轮系称为行星轮系，2自由度的周转轮系称为差动轮系

定轴轮系的传动比等于所有从动轮齿的连续积与所有主动轮齿的连续积之比

I1m = (-1) m所有从动齿轮齿的乘积/所有主动齿轮齿的乘积

周转轮系的传动比:

或者

中间轮:不影响传动比，只起到中间过渡和改变从动轮转向的作用

复合轮系传动比的计算:

1.区分轮系:首先找到轴位不固定的齿轮，即行星齿轮，其轴为行星架，与齿轮直接啮合且轴位固定的齿轮为中心齿轮，是基本周转轮系。剩下的就是定轴轮系了

2.分别列出了传动比的计算公式以及周转轮系和定轴轮系的连接方程

3.上述公式的同时解

间歇运动机构:

检查棘爪功能:防止棘轮反转

滑轮机构的运动特性系数；

为了确保滑轮的运动，滑轮机构的凹槽数量应该大于或等于3个

机械运行速度波动的调整；

调整机械运行速度波动的目的是使机械转速在允许范围内波动，以保证正常运行。

调节周期性速度波动的常用方法是在机器中增加一个转动惯量很大的转动部件——飞轮。

安装在主轴上的飞轮的转动惯量:

机械运转速度不均匀系数:

因为J≠，和Amax，ωm都是有限值，δ是不可能的

“0”，即使安装了飞轮，机器的运行速度也始终在波动。

非周期性转速波动的调节不能由飞轮来完成，而是由调节器来完成。

旋转部件的平衡:

平衡的目的是研究惯性力的分布和变化，并采取相应的措施来平衡惯性力，从而减少或消除附加动压，减少振动，提高工作性能，延长机械使用寿命。

静平衡:旋转部件可以在任何位置保持静止，不会自行旋转。

静平衡条件:旋转部分上各质量的离心力合力等于零。

动平衡:旋转部件在静止和运动状态下都是平衡的。

动平衡条件:旋转部件上各质量的离心力合力等于零，离心力引起的耦合距离的耦合距离等于零。

需要指出的是，有动平衡的旋转部件也一定是静态平衡的，但有静平衡的旋转部件不一定是动态平衡的。

对于圆盘形旋转零件，当d/b > 5(或b/D≤0.2)时，经静平衡试验校正后，通常不需要进行动平衡。当d/b < 5(或b/D≥0.2)或有特殊要求的转动部件时，一般要求动平衡。

D—盘直径b—盘厚度