機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參考

1、第一章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及自由度按接觸方式，將運(yùn)動(dòng)副分為低副和高副兩類。1. 低副兩構(gòu)件通過面接觸組成的運(yùn)動(dòng)副稱為低副。平面機(jī)構(gòu)中的低副有回轉(zhuǎn)副和移動(dòng)副兩種。 轉(zhuǎn)副若組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能在一個(gè)平面內(nèi)相互轉(zhuǎn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)副稱為回轉(zhuǎn)副或稱為鉸鏈。 移動(dòng)副若組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對(duì)移動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)副稱為移動(dòng)副。2. 高副兩構(gòu)件通過點(diǎn)、線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。二、機(jī)構(gòu)的組成構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接起來則組成了機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件可分為三類。1.固定構(gòu)件（機(jī)架）是用來支承運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。通常機(jī)架相對(duì)地面是不動(dòng)的，以機(jī)架作為參考坐標(biāo)來描述其他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)情況。2.原動(dòng)件（主動(dòng)件）是運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)構(gòu)件

2、。它的運(yùn)動(dòng)由原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)、液動(dòng)或氣動(dòng)等）輸入，故又稱輸入構(gòu)件。3.從動(dòng)件是機(jī)構(gòu)中隨著原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)構(gòu)件。其中輸出預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律的從動(dòng)件稱為輸出構(gòu)件，它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于原動(dòng)件與中間傳遞運(yùn)動(dòng)的從動(dòng)件的尺寸。一、構(gòu)件的自由度一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。二、運(yùn)動(dòng)副的約束 構(gòu)件的自由度兩構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副后，由于構(gòu)件間的直接接觸使某些獨(dú)立運(yùn)動(dòng)受到了限制，自由度隨之減少。對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制稱為約束。不同類型的運(yùn)動(dòng)副引入的約束不同，所保留的自由度 所示的回轉(zhuǎn)副，約束了兩個(gè)移動(dòng)自由度，保留了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；而移動(dòng)也不同。約束了沿某一軸方向的移動(dòng)和平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)自由度，保留了沿另一軸方向

3、移動(dòng)副。三、機(jī)構(gòu)的自由度1.局部自由度機(jī)構(gòu)中某一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)不影響輸出構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，該構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)稱為局部自由度。2.虛約束在機(jī)構(gòu)中不產(chǎn)生實(shí)際約束效果的重復(fù)約束稱為虛約束。虛約束常出現(xiàn)在下列場合：平行四邊形機(jī)構(gòu) 兩個(gè)構(gòu)件之間組成多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副 兩個(gè)構(gòu)件之間組成多個(gè)軸線重合的回轉(zhuǎn)副4.機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分虛約束只是在計(jì)算自由度時(shí)看作是多余的，但在機(jī)械中確實(shí)增加了機(jī)構(gòu)的剛度、運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和受力的均衡性，所以說它并不多余。第二章 平面連桿機(jī)構(gòu)1.平面連桿機(jī)構(gòu)由一些剛性的構(gòu)件用低副聯(lián)接而成，且各個(gè)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件都在互相平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，所以又稱平面低副機(jī)構(gòu)2. 一、平面連桿機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 能夠?qū)崿F(xiàn)

4、多種運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換和得到各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡。所以容易滿足生產(chǎn)工藝提出的各種動(dòng)作要求。 連桿機(jī)構(gòu)是低副機(jī)構(gòu)，各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分均為面接觸，故單位面積上的壓力 所以摩擦磨損較小，構(gòu)件的使用壽命較長，適于傳遞較大的動(dòng)力較小各構(gòu)件之間的接觸面為圓柱面或平面，幾何形狀簡單，便于加工制造，能得到較高精度。 構(gòu)件間的相互接觸是依靠運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形狀來保證的，不像凸輪機(jī)構(gòu)那樣，有時(shí)需外加的彈簧力來保證從動(dòng)件與凸輪的接觸。 當(dāng)構(gòu)件數(shù)目比較多或制造精度較低時(shí)，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)累積誤差較大，會(huì)影響運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性。 6.連桿機(jī)構(gòu)中，由于有的構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)速度在變化，產(chǎn)生慣性動(dòng)負(fù)荷，因此常會(huì)引起沖擊或振動(dòng)。當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度較高

5、時(shí)，這種沖擊或振動(dòng)更為嚴(yán)重。二、平面連桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用平面低副聯(lián)接的三個(gè)構(gòu)件不能組成機(jī)構(gòu)，而只能聯(lián)成一個(gè)構(gòu)件平面四桿機(jī)構(gòu)的類型很多，按機(jī)構(gòu)中所含低副的類型不同，可以分為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（由轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接而成）和含有1或2個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。中從動(dòng)件（搖桿）行程速比系數(shù)；從動(dòng)件的兩個(gè)極限位置所對(duì)應(yīng)的主動(dòng)件的兩個(gè)位置所夾角的銳角，即極位夾角。上式表明 四桿機(jī)構(gòu)中有無急回特性，取決于有無極位夾角。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)都具有急回特性。四桿機(jī)構(gòu)的這種急回特性，在機(jī)器中可以用來節(jié)省空回行程的時(shí)間，以節(jié)省動(dòng)力和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件是：連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿；最短桿與最長桿長度之

6、和小于或等于其他兩桿長度之和。 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)機(jī)構(gòu)工作要求所提出的設(shè)計(jì)條件（如運(yùn)動(dòng)條件、幾何條件或動(dòng)力條件等）來確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的參數(shù)，如運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置尺寸以及描繪連桿曲線的點(diǎn)的位置尺寸等。 經(jīng)常碰到的設(shè)計(jì)問題有下面兩類： 位置設(shè)計(jì)：按照給定的從動(dòng)件的位置要求或行程速比系數(shù) 軌跡設(shè)計(jì)：按照給定點(diǎn)的軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。 設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的方法有圖解法、實(shí)驗(yàn)法、解析法等。第三章 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是：只要設(shè)計(jì)出正確的凸輪輪廓，就能使從動(dòng)件按照工作要求實(shí)現(xiàn)其預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡單緊湊，設(shè)計(jì)簡便。但由于凸輪與從動(dòng)件間的接觸是點(diǎn)接觸或線接觸，因此易磨損，傳遞動(dòng)力比較小，而且凸

7、輪輪廓的加工比較困難。凸輪機(jī)構(gòu)常用于自動(dòng)化和半自動(dòng)化機(jī)械及控制機(jī)構(gòu)中。二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類1.按凸輪的形狀分類1.盤形凸輪機(jī)構(gòu)2. 移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu) 3. 圓柱凸輪機(jī)構(gòu)2. 按從動(dòng)件的型式分類1.尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 2.滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)3. 平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)第四章齒輪機(jī)構(gòu)第一節(jié)齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和分類二、齒輪機(jī)構(gòu)的分類按照兩軸線的相對(duì)位置和齒向，齒輪機(jī)構(gòu)分為以下幾種1.兩軸平行的齒輪機(jī)構(gòu)這種機(jī)構(gòu)稱為圓柱齒輪機(jī)構(gòu)，用于兩平行軸之間的傳動(dòng)。2.兩軸相交的齒輪機(jī)構(gòu)這種機(jī)構(gòu)也稱為圓錐齒輪機(jī)構(gòu)，主要用于相交軸間的傳動(dòng)。3.兩軸交錯(cuò)的齒輪機(jī)構(gòu)這種機(jī)構(gòu)主要用于交錯(cuò)軸間的傳動(dòng)。按照齒廓曲線，齒輪機(jī)構(gòu)又可分為漸開線、

8、擺線和圓弧三種齒輪機(jī)構(gòu)，其中漸開線齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣。第二節(jié) 齒廓嚙合基本定律對(duì)齒輪傳動(dòng)的基本要求之一是其瞬時(shí)角速度之比（或稱傳動(dòng)比）必須保持不變，否則，當(dāng)主動(dòng)輪以等角速度回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)輪的角速度是變化的，從而產(chǎn)生慣性力。這種慣性力不僅影響齒輪的壽命，而且還引起機(jī)器的振動(dòng)，并產(chǎn)生噪聲，進(jìn)而影響其工作精度。齒廓嚙合基本定律就是要研究當(dāng)齒廓形狀符合什么條件時(shí)才能滿足這個(gè)基本要求。定律：不論齒廓在任何位置接觸，過接觸點(diǎn)所作的齒廓公法線均須與兩輪中心連線交于一定點(diǎn)，這就是齒廓嚙合基本定律。兩輪中心連線的長度稱為兩輪的中心距。凡能滿足齒廓嚙合基本定律的一對(duì)齒廓稱為共軛齒廓。齒廓曲線的選擇除要求滿足齒廓嚙合基

9、本定律外，還必須考慮制造、安裝和強(qiáng)度等要求。在機(jī)械中，通常采用漸開線齒廓、擺線齒廓和圓弧齒廓三種，其中又以漸開線齒廓應(yīng)用最廣。 由上述可知，一對(duì)外嚙合齒輪傳動(dòng)的中心距恒等于其節(jié)圓半徑之和。第四節(jié)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分名稱和基本尺寸一、直齒圓柱齒輪各部分的名稱第七節(jié)漸開線齒輪的加工方法及變位齒輪一、齒輪輪齒的加工方法齒輪輪齒常用的加工方法是切削加工。切削加工方法分為成形法和范成法兩大類。1.成形法成形法就是在銑床上使用具有漸開線齒形的銑刀直接切出齒形的方法。這類方法制造精度低，生產(chǎn)率也低，但設(shè)備簡單，刀具價(jià)廉。適用于單件或小批生產(chǎn)的低精度齒輪的加工。成形法加工的齒輪精度一般在9級(jí)或9級(jí)以下

10、。2.范成法范成法是利用一對(duì)齒輪（或齒輪與齒條）互相嚙合時(shí)其共軛齒廓互為包絡(luò)線的原理來切齒的。如果把其中一個(gè)齒輪（或齒條）做成刀具，就可以切出與其共軛的漸開線齒廓。范成法常用的有插齒及滾齒兩種。插齒方法加工齒輪，精度較高（可達(dá)6-7級(jí)精度），但它的加工過程不完全連續(xù)，生產(chǎn)率較低。目前廣泛應(yīng)用的滾齒加工方法可以克服上述缺點(diǎn)。 滾齒生產(chǎn)率高，通常精度可達(dá)7或6 級(jí)。采用變位齒輪可以提高齒輪的強(qiáng)度和承載能力；改善齒輪的耐磨性和抗膠合性能；湊配齒輪的中心距以及避免輪齒的根切。五、斜齒輪的優(yōu)缺點(diǎn) 斜齒輪的當(dāng)量齒輪圖與直齒輪相比，斜齒輪具有以下優(yōu)點(diǎn)：齒廓接觸線是斜線，一對(duì)齒是逐漸進(jìn)入嚙合和逐漸脫離嚙合的，

11、故運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小。重合度較大，故承載能力較高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，適于高速傳動(dòng)。最少齒數(shù)小于直齒輪的斜齒輪的主要缺點(diǎn)是斜齒受力時(shí)產(chǎn)生軸向分 ，使軸承受軸向力作用。為了克服力這一缺點(diǎn)，可以采用人字齒輪。人字齒輪可看作是螺旋角大小相等、方向相反的兩個(gè)斜齒輪合并而成，因左右對(duì)稱而使軸向力互相抵消。人字齒輪缺點(diǎn)是制造較困難，成本較高。第九節(jié)圓錐齒輪機(jī)構(gòu)除了節(jié)圓錐以外，圓錐齒輪還有分度圓錐、齒頂圓錐、齒根圓錐和基圓分錐。直齒圓錐齒輪的正確嚙合條件可從當(dāng)量圓柱齒輪得到，即兩輪大端模數(shù)相等；兩輪壓力角相等； 輪的錐距相等。第五章輪系由一對(duì)圓柱齒輪嚙合組成的傳動(dòng)比，其傳動(dòng)比為機(jī)構(gòu)的自由周轉(zhuǎn)輪系按其自由度的數(shù)目分為兩種

12、基本類型差動(dòng)輪系。行星輪系第八章機(jī)械設(shè)計(jì)概述第一節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式整體斷裂、塑性變形、磨損、過大的彈性變形、功能失效第二節(jié)機(jī)械零件的工作能力及工作能力準(zhǔn)則機(jī)械零件在預(yù)定的使用期間內(nèi)不發(fā)生失效的安全工作限度稱為工作能力（或承載能力），是衡量機(jī)械零件工作能力的指標(biāo)，稱為機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則。它是抵抗零件失效，確定零件基本尺寸的依據(jù)，故也稱為計(jì)算準(zhǔn)則。一、強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度是零件抵抗破壞的能力，二、剛度準(zhǔn)則剛度是零件抵抗彈性變形的能力。三、耐磨性準(zhǔn)則耐磨性是零件抵抗磨損失效的能力。第三節(jié)機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟 定零件的計(jì)算簡圖，即建立計(jì)算模型；2.通過受力分析，確定作用于零件上的載荷；根據(jù)零件的工

13、作條件和受力情況，分析零件可能出現(xiàn)的失效形式，確定零件的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則；選擇合適的材料；由設(shè)計(jì)準(zhǔn)則得到的設(shè)計(jì)式確定零件主要幾何參數(shù)和尺寸，并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和加工工藝要求，將零件尺寸的計(jì)算值標(biāo)準(zhǔn)化或圓整；6.根據(jù)加工、裝配的工藝要求、受力情況以及減小應(yīng)力集中、尺寸小重量輕等原則，確定零件的其余結(jié)構(gòu)尺寸；7.繪制零件工作圖，詳細(xì)標(biāo)注尺寸公差、形位公差和表面粗糙度及技術(shù)要求等；8.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，作為技術(shù)文件存檔。第四節(jié)機(jī)械零件的強(qiáng)度零件的強(qiáng)度計(jì)算分為靜強(qiáng)度計(jì)算和疲勞強(qiáng)度計(jì)算兩種。第五節(jié)摩擦、磨損和潤滑基礎(chǔ)磨損按其機(jī)理可分為：磨料磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、接觸疲勞磨損按摩擦表面的潤滑情況，摩擦分為以下

14、三種狀態(tài)：1.干摩擦狀態(tài)2. 邊界摩擦狀態(tài)3. 液體摩擦狀態(tài)潤滑劑可以減少摩擦、降低磨損，有時(shí)還起防止零件銹蝕和散熱降溫的作用。常用的潤滑劑有液體（如水、油）、半固體（如潤滑脂）、固體（如石墨）和氣體等幾種，絕大多數(shù)場合采用的是潤滑油或潤滑脂。潤滑油主要是由基礎(chǔ)油（礦物油或合成油）加各種添加劑組成，其主要性能指標(biāo)如下1.黏度2.傾點(diǎn)3.閃點(diǎn)4.黏溫特性5. 潤滑油的性能指標(biāo)還有黏壓特性、油性、極壓性等 潤滑脂是用稠化劑稠化成膏狀的潤滑劑，主要性能指標(biāo)有：1.錐入度（或稠度）2. 滴點(diǎn)3. 潤滑脂的性能指標(biāo)還有油性和極壓性能等第六節(jié)機(jī)械零件的常用材料在機(jī)械制造中，制造零件常用的材料主要是鋼和鑄鐵

15、，其次是有色金屬合金。此外，非金屬材料中的橡膠、皮革、石棉、木材、塑料等，在一定的場合也有應(yīng)用。鋼按用途分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼。按化學(xué)成分，鋼可分為碳素鋼和合金鋼。常用的鑄鐵有灰鑄鐵和球墨鑄鐵。有色金屬合金具有很多特殊的性能，如良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和減磨性等，是機(jī)械制造中不可缺少的材料，尤其是銅合金應(yīng)用更多，主要用來制造承受摩擦的零件機(jī)械制造中所用的非金屬材料種類很多，主要有橡膠、塑料、木材、皮革、壓紙板等。第九章聯(lián)接聯(lián)接的作用是使組成機(jī)器的各個(gè)零件成為相互位置固定的一個(gè)整體，以完成一定的功能。聯(lián)接分為可拆聯(lián)接和不可拆聯(lián)接。 可拆聯(lián)接，如螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接及型面聯(lián)接、。過盈配合聯(lián)接可

16、以做成可拆的和不可拆的兩種。第一節(jié)螺紋聯(lián)接常用的螺紋有四種：三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。三角形螺用于聯(lián)接，其余三種用于傳動(dòng)。除矩形螺紋外，其余都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化三角形螺紋的牙型角大，所以當(dāng)量摩擦系數(shù)大，自鎖性能好，而且牙根厚，強(qiáng)度高，但效率低，所以適用于作聯(lián)接螺紋。普通螺紋和管螺紋管螺紋它是牙型角時(shí)制細(xì)牙螺紋，內(nèi)、外螺紋旋合后無徑向間隙，以保證聯(lián)接的緊密性。管螺紋專門用于聯(lián)接管子。四、螺紋聯(lián)接的類型螺栓聯(lián)接、螺釘聯(lián)接、雙頭螺栓聯(lián)接、緊定螺釘聯(lián)接防松的實(shí)質(zhì)是防止螺紋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松的措施很多，按工作原理可分為摩擦防松、機(jī)械防松和破壞螺紋副關(guān)系三類。不論螺栓組所受載荷多么復(fù)雜，都可視為是橫向載荷、扭矩、軸向載荷、翻轉(zhuǎn)力矩四種基本載荷的線形疊加。第二節(jié)螺旋傳動(dòng)一、螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)及分類螺旋傳動(dòng)主要用來把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。螺旋傳動(dòng)能用較小扭矩獲得較大的軸向力，傳動(dòng)平穩(wěn)無噪聲，易于自鎖，但對(duì)滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)來說，傳動(dòng)效率低且螺紋表面磨損大。根據(jù)工作特點(diǎn)分為三類：傳力螺旋：