机械设计基础第五版重点总结.docx
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机械设计基础第五版重点总结
第一章
机器是人为实物的组合体,具有确定的机械运动可以用来转换能完成有用功或处理信息,以代替或减轻人的劳动
机构:
人为实物的组合体,具有确定的机械运动,可以用来传递和转换运动
机械:
机器和机构的总称。
第二章
高副-点、线接触,应力高。
低副-面接触,应力低
自由度计算公式:
F=3n-(2PL+Ph)=原动件数
注意:
1、复合铰链--两个以上的构件在同一处以转动副相联。
2、局部自由度构件局部运动所产生的自由度。
出现在加装滚子的场合,计算时应去掉Fp。
3.虚约束--对机构的运动实际不起作用的约束。
计算自由度时应去掉虚约束。
出现虚约束的场合:
1.两构件联接前后,联接点的轨迹重合如平行四边形机构,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。
如多个行星轮。
6.两构件构成高副,两处接触,且法线重合。
第三章
第一节
称K为行程速比系数。
只要θ≠0,就有K>1,极位夹角越大K越大急回特性越明显。
PPT10、11、12、13、14、15急回特性、压力角和传动角、死点位置
压力角:
从动件驱动力与力的作用点绝对速度之间所夹锐角
传动角:
压力角的余角,压力角越大传动性能越好。
压力角的最值出现在主动件与机架共线处。
机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。
死点位置:
摇杆为主动件,且连杆与曲柄两次共线时,有传动角为零,此时机构不能运动。
避免措施:
两组机构错开排列,如火车轮机构;靠飞轮的惯性(如内燃机、缝纫机等)。
也可以利用死点进行工作:
飞机起落架、钻夹具等。
第二节:
有整转副的条件
1、最短杆和最长杆之和小于或等于其余两杆之和
2、整转副是由最短杆与其临边组成
a、取最短杆为机架是,机架上有两个整转副得双曲柄机构
b、取最短杆的临边为机架时,机架上有一个整转副,得曲柄摇杆机构。
C、取最短杆的对边为机架时,机架上没有整转副,得双摇杆机构。
如果机构中最短杆与最长杆之和大于其余两杆之和则机构中不存在整转副,无论取哪个构件作为机架都只能得到双摇杆机构。
第三节:
平面四杆机构的设计
第四章凸轮机构
一、分类
尖顶---构造简单、易磨损、用于仪表机构。
滚子---磨损小、应用广。
平底---受力好、润滑好、用于高速旋转。
二、基本名词
基圆、基圆半径、推程、推程运动角、远休止角、回程、回程运动角、近休止角、行程
三、常用运动规律
1、等速运动---速度发生突变产生刚性冲击
2、简谐运动---无速度突变但加速度有突变故产生柔性冲击
3、正弦加速运动---速度加速度均无突变无冲击
四、压力角
1、定义:
推动力与力的作用点速度间的夹角。
2、当其他条件不变的情况下基圆越小,压力角越大。
3、设计凸轮机构时在保证最大压力角小于等于许用压力角时,尽量减小基圆半径。
五、图解法设计凸轮机构
ρa-工作轮廓的曲率半径,ρ-理论轮廓的曲率半径,rT-滚子半径
当滚子半径大于等于理论轮廓的最小曲率半径是运动失真,对于外凸轮廓,要保证正常工作,应使:
ρmin>rT
对平底推杆凸轮机构,也有失真现象。
可通过增大rmin解决此问题。
第五章齿轮传动
1、结论:
一对渐开线齿轮的正确啮合条件是它们模数和压力角应分别相等,传动比等于齿数之比。
3、标准中心距等于两齿轮分度圆半径之和,且节圆等于分度圆。
分度圆和压力角是单个齿轮就有的;而节圆和啮合角是两个齿轮啮合后才出现的。
4、主动轮开始啮合点从齿根移向齿顶,从动轮正好相反。
5、定义:
ε=B1B2/pb为一对齿轮的重合度,分子是实际啮合线段,分母是齿轮的法向齿距。
一对齿轮的连续传动条件是:
ε≥1
6、齿轮的加工方法:
1成型法---产生齿形误差和分度误差,精度较低,加工不连续,生产效率低。
适于单件生产。
2范成法---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。
7、根切---刀具齿顶线与啮合线的交点B2落在极限啮合点N1的右上方,必发生根切。
不发生根切的最少齿数是17.为避免根切可以采用变位齿轮:
正变位齿轮齿厚s=πm/2+2xmtgα变宽,齿槽宽减薄;负变位齿轮相反。
小齿轮采用正变位,x1>0,大齿轮采用负变位,x2<0
8、斜齿轮,齿向右偏就是右旋往左偏就是左旋。
第六章轮系
1、i1m=(-1)m所有从动轮齿数的乘积/所有主动轮齿数的乘积m表示轮系中外啮合齿轮的对数
2、周转轮系计算公式若是行星轮系可设ωn=0
用转速表示可写为
特别注意:
转化轮系中两齿轮轴线不平行时,不能直接计算!
第七章机械运转速度波动调节
一、周期性速度波动
在一个整周期中,驱动力所输入功与阻力所做的输出功是相等的,这是周期性速度波动的主要特征。
但是在周期内的某段时间内,输入功与输出功却是不相等的,因而出现速度波动。
调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加飞轮。
二、非周期性速度波动
输入功在很长一段时间内总是大于输出功,则机械运转速度将不断升高,直至超越机械强度所容许的极限转速而导致机械损坏;反之,输入功总是小于输出功,则机械运转速度将不断下降,直至停车。
调节非周期性速度波动要使用调速器。
三、飞轮调速的实质:
起能量储存器的作用。
转速增高时,将多于能量转化为飞轮的动能储存起来,限制增速的幅度;转速降低时,将能量释放出来,阻止速度降低。
第八章回转件平衡
一、质量分布在同一回转面内
me=mbrb+m1r1+m2r2+m3r3=0可用图解法求解此矢量方程(选定比例μw)。
某一回转平
面内的不平衡质量m,可以在两个任选的回转平面内进行平衡。
若取:
r’b=r”b=rb,则有:
二、质量分布不在同一回转面内
联接
一、螺纹分类
1、矩形螺纹、三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹
2、三角形螺纹自锁性能好,用于连接;矩形、梯形螺纹传动性能好,用于传动。
三、受力分析
1、矩形螺纹Fa----轴向载荷F----水平推力f----摩擦系数ρ=tg-1f----摩擦角
a:
螺纹的拧紧驱动力矩b:
螺纹的拧松驱动力矩
2、非矩形螺纹
称f’为当量摩擦系数
称ρ’为当量摩擦角
滑块上升滑块下降
四、螺纹连接的基本类型
1、螺栓联接:
被连接件的孔中不切制螺纹,拆装方便,螺栓与孔之间有间隙;加工简便成本低,应用最广。
2、螺钉连接:
螺钉直接旋入被连接件的螺纹孔中,省去螺母,因此结构上比较简单。
但这种连接不宜经常拆装,以免被连接件的螺纹被磨损而使连接失效。
3、双头螺柱连接:
用于较厚的被连接件或为了结构紧凑而采用盲孔的连接;双头螺柱连接允许多次拆装而不损坏被连接零件
4、紧定螺钉连接:
用来固定两零件的相对位置,并可传动不大的力或转矩
螺纹紧固件:
螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母、垫圈。
五、自锁和传动效率
矩形螺纹当ψ≤ρ时出现自锁非矩形螺纹ψ≤ρ’时出现自锁
防松的方法预紧:
螺纹连接的拧紧力矩等于克服螺纹副相对转动的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2之和。
通常螺纹连接拧紧的程度是凭工人的经验来定,为了保证质量,必要时使用测力矩扳手或定力矩扳手来获得所要求的拧紧力矩。
防松:
连接用的三角形螺纹都具有自锁性,但在温度变化、冲击、振动和变载作用下,预紧力可能在某一瞬间消失,连接可能松脱。
防松的方法主要有附加摩擦力防松和专门防松元件防松等方法。
1、利用附加摩擦力防松;2、采用专门防松元件放松;
3、其他如冲点防松、粘合防松。
一、键联接的类型
1、平键联接特点:
定心好、拆装方便;分为普通平键和导向平键工作面是侧面。
普通平键:
圆头、方头、单圆头(用于轴端)
导向平键:
长度较长,需用螺钉固定。
零件可以在轴上移动,构成动联接。
2、半圆键连接工作面是侧面
优点:
定心好、装配方便;缺点:
对轴的削弱较大,只适应与轻载联接。
3、楔键连接和切向键联接工作面是上下面
结构特点:
键的上表面有1:
100的斜度,轮毂槽的底面也有1:
100的斜度
缺点:
定心精度不高。
只能应用于定心精度不高,载荷平稳和低速的联接。
齿轮传动
一、失效形式
1、轮齿折断:
一般发生在齿根处,严重过载突然断裂、疲劳折断
2、齿面点蚀:
齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时,表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。
点蚀首先出现在节线处,齿面越硬抗点蚀能力越强。
软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。
3、齿面胶合:
高速重载传动中,常因啮合区温度升高而引起润滑失效,致使齿面金属直接接触而相互粘连。
当齿面相对滑动时,较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。
4、齿面磨损:
跑和磨损、磨粒磨损
5、齿面塑性变形:
常在严重和起动频繁的传动中遇到。
二、设计准则
闭式软齿面齿轮传动主要失效形式是齿面疲劳点蚀,设计准则是齿面接触疲劳强度准则
闭式硬齿面齿轮传动主要失效形式是齿根弯曲疲劳折断,设计准则是齿根弯曲疲劳强度准则。
三、热处理
1、表面淬火:
一般用于中碳钢和中碳合金钢,如45、40Cr等。
表面淬火后轮齿变形小,可不磨齿,硬度可达52~56HRC,面硬芯软,能承受一定冲击载荷。
2、渗碳淬火:
渗碳钢为含碳量0.15~0.25%的低碳钢和低碳合金钢,如20、20Cr等。
齿面硬度达56~62HRC,齿面接触强度高,耐磨性好,齿芯韧性高。
常用于受冲击载荷的重要传动。
通常渗碳淬火后要磨齿。
3、调质:
调质一般用于中碳钢和中碳合金钢,如45、40Cr、35SiMn等。
调质处理后齿面硬度为:
220~260HBS。
因为硬度不高,故可在热处理后精切齿形,且在使用中易于跑合。
4、正火:
正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。
机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。
大直径的齿轮可用铸钢正火处理。
5、渗氮:
渗氮是一种化学处理。
渗氮后齿面硬度可达60~62HRC。
氮化处理温度低,轮齿变形小,适用于难以磨齿的场合,如内齿轮。
材料为:
38CrMoAlA.
特点及应用:
调质、正火处理后的硬度低,HBS≤350,属软齿面,工艺简单、用于一般传动。
当大小齿轮都是软齿面时,因小轮齿根薄,弯曲强度低,故在选材和热处理时,小轮比大轮硬度高:
20~50HBS
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,但一般需要磨齿。
常用于结构紧凑的场合。
轴
一、轴的分类(按承受载荷分)
1、转轴---传递扭矩又承受弯矩;如自行车后轮轴。
2、传动轴---只传递扭矩;如自行车脚蹬轴。
3、心轴---只承受弯矩;如自行车前轮轴。
滚动轴承的基本类型:
按承受载荷的方向或公称接触角的不同分为向心轴承和推力轴承。
常用的四种的滚动轴承有(P273):
3号:
圆锥滚子轴承。
能同时承受较大的径向载荷和轴向载荷。
外圈可分离,游隙可调,装拆方便,适用于刚性较大的轴,一般成对使用,对称安装。
5号:
推力球轴承。
只能承受轴向载荷,且载荷作用线必须与轴线重合。
因滚动体离心力较大,滚动体与保持架摩擦发热严重,故用于轴向载荷大但转速不高的场合。
单列球轴承仅承受单向轴向载荷;双列球轴承可承受双向轴向载荷。
6号:
深沟球轴承。
主要承受径向载荷,同时也可承受一定量得轴向载荷。
当转速很高而轴向载荷不太大时,可代替推力球轴承承受纯轴向的载荷。
7号:
能同时承受径向、轴向联合载荷,公称接触角越大,轴向承载能力也越大。
通常常成对使用,对称安装。
例题
一、自由度计算
二、曲柄摇杆机构的设计(课本38页2-6、2-7、2-8、2-9)
三、齿轮参数计算
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- 机械设计 基础 第五 重点 总结