机械设计概念大全.docx

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1、机械设计概念大全第1章平面机构的自由度与运动简图1-1运动副及其分类1 .构件一独立的运动单元零件一独立的制造单元2 .运动副一两个构件直接接触构成的仍能产生某些相对运动的联接。运动副的分类：1）按引入的约束数分有，I级副、II级副、W级副、IV级副、V级副。2）按相对运动范围分有：平面运动副一平面运动空间运动副一空间运动3）按运动副元素分有：高副一点、线接触，应力氤比如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。低副一面接触，应力低。比如：转动副（回转副）、移动副3 .运动链一两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。闭式链、开式链4 .机构一具有确定运动的运动链称之机构机构=机架+原动件+从动件1-2平

2、面机构运动简图机构运动简图一用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。作用：1.表示机构的结构与运动情况。2.作为运动分析与动力分析的根据。机构运动简图应满足的条件：1构件数目与实际相同2.运动副的性质、数目与实际相符3.运动副之间的相对位置与构件尺寸与实际机构成比例。1-3平面机构的自由度定义：保证机构具有确定运动时所务必给定的独立运动参数称之机构的自由度。原动件一能独立运动的构件。自由度=原动件数一、平面机构自由度的计算公式F=3n（活动构件数）-2P1（低副数）一Ph（高副数）二、计算平面机构自由度1复合较链一两个以上的构件在同一处以转动副相联。计算：m个构件内一1转动副。2 .

3、局部自由度一构件局部运动所产生的自由度。计算：应去掉局部自由度FP或者滚子、较链3 .虚约束一对机构的运动实际不起作用的约束。计算：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。6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合注意：各类出现虚约束的场合都是有条件的虚约束的作用：善构件的受力情况，如多个行星轮增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。2-1平面四杆机构的基本类型及其应用应用实例：内燃机、鹤式吊、火

4、车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠床、牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。定义：由低副（转动、移动）连接构成的平面机构。特征：有一作平面运动的构件，称之连杆。特点：使用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损、形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。改变杆的相对长度，从动件运动规律不一致。连杆曲线丰富。可满足不一致要求。缺点：构件与运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计复杂，难以实现精确的轨迹。分类：平面连杆机构与空间连杆机构常以构件数命名：四杆机构、多杆机构。平面四杆机构的基本型式：曲柄一作整周定轴回

5、转的构件；连杆一作平面运动的构件;摇杆一作定轴摆动的构件；连架杆一与机架相联的构件；周转副一能作3608相对回转的运动副；摆转副一只能作有限角度摆动的运动副。三种基本型式：（1）曲柄摇杆机构特征：曲柄+摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。（2）双曲柄机构特征：两个曲柄作用：将等速回转转变为等速或者变速回转。如叶片泵、惯性筛等。特例：平行四边形机构特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动如火车轮摄影平台播种机料斗机构（3）双摇杆机构特征：两个摇杆如铸造翻箱机构风扇摇头机构特例：等腰梯形机构一汽车转向机构2-2平面四杆机构的基本特性一、较链四杆机构有整转副的条件平面四杠机构具有

6、整转副一可能存在曲柄。曲柄存在的条件：1最长杆与最短杆的长度之与应其他两杆长度之与称之杆长条件。2.连架杆或者机架之一为最短杆。可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是整转副。当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不一致的构件作为机架时，可得不一致的机构。如：曲柄摇杆（最短杆临边为支架）、双曲柄（最短杆为支架）、双摇杆机构（最短杆对边为支架）二、急回特性在曲柄摇杆机构中,当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。此两处曲柄之间的夹角称之极位夹角。=j=笠夕=1=喘）称K为行程速比系数。KC1C2r1t2180o-6只要夕O,就有KX且越大，K值越大，急回性质越明显。

7、K-I设计新机械时，往往先给定K值，因此：e=180。+三、压力角与传动角压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。切向分力：F=Fcos=Fsiny法向分力：Fw=Fcost-*F,t-对传动有利可用Y的大小来表示机构传动力性能的好坏，称Y为传动角。设计时要求：Y皿，50Y证一定是：主动件与机架共线两处之一。四、死点位置摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：y=0如今机构不能运动.称此位置为：“死点”避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构；也能够利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等2-3平面四杆机构的设计设计要求：1）满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如：飞机起落架、

8、函数机构。2）满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。3）满足预定的轨迹要求，如：鹤式起重机、搅拌机等。设计方法：图解法、解析法、实验法3-1凸轮机构的应用与类型结构：三个构件、盘（柱）状曲线轮廓、从动件呈杆状。作用：将连续回转=从动件直线移动或者摆动。优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大应用：内燃机、牙膏生产等自动线、补鞋机、配钥匙机等。分类：1）按凸轮形状分：盘形、移动、圆柱凸轮（端面）。2）按推杆形状分：尖顶、滚子、平底从动件。3）.按推杆运动分：直动（对心、偏置）、摆动4）.按保持接触方式分：力封闭（重力、弹簧等）几何形状封闭（凹槽、等宽、等径、

9、主回凸轮3-2从动件的常用运动规律凸轮机构设计的基本任务：1）根据工作要求选定凸轮机构的形式；2）推杆运动规律；3）合理确定结构尺寸；4）设计轮廓曲线。运动规律：推杆在推程或者回程时，其位移S2、速度V2、与加速度S随时间t的变化规律。33凸轮机构的压力角定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角一、压力角与作用力的关系不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。F，-有用分力，沿导路方向F-有害分力，垂直于导路Fw=PtgaF一定时，。f-Ft,若。大到一定程度时，会有：FfFT机构发生自锁。为了保证凸轮机构正常工作，要求：tzaa=30一直动从动件；=3545-摆动从动件；=7080一回程。二、压

10、力角与凸轮机构尺寸之间的关系用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，故偏距e不能太大。关于平底推杆凸轮机构：i=03-4图解法设计凸轮轮廓1凸轮廓线设计方法的基本原理反转原理:给整个凸轮机构施以31时，不影响各构件之间的相对运动，如今，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。根据此原理能够用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线2.用作图法设计凸轮廓线1）对心直动尖顶从动件盘形凸轮2）偏置直动尖顶从动件盘形凸轮3）滚子直动从动件盘形凸轮4）对心直动平底从动件盘形凸轮5）摆动尖顶从动件盘形凸轮机构设计步骤小结：选比例尺山作基圆5n反向等分各运动角。确定反转后，从动件尖顶在各等

11、份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。4-1齿轮机构的特点与类型结构特点：圆柱体或者圆锥体外（或者内）均匀分布有大小一样的轮齿。作用：传递空间任意两轴（平行、相交、交错）的旋转运动，或者将转动转换为移动。优点：传动比准确、传动平稳。圆周速度大，高达300ms传动功率范围大，从几瓦到10万千瓦效率高（1+0.99）、使用寿命长、工作安全可靠。可实现平行轴、相交轴与交错轴之间的传动。缺点：要求较高的制造与安装精度，加工成本高、不适宜远距离传动（如单车）。4-2齿廓实现定角速度比的条件共视齿廓：一对能实现预定传动比（i11=2）规律的啮合齿廓。1齿廊啮合基本定律：互相嘀合的一对齿轮在任一位置时的

12、传动比，都与连心线0。2被其啮合齿廓的在接触处的公法线所分成的两段成反比。2.齿廓曲线的选择：理论上，满足齿廓啮合定律的曲线有无穷多，但考虑到便于制造与检测等因素，工程上只有极少数几种曲线可作为齿廓曲线，如渐开线、其中应用最广的是渐开线,其次是摆线（仅用于钟表）与变态摆线（摆线针轮减速器）,近年来提出了圆弧与抛物线。4-3渐开线齿廓一、渐开线的侬与特性一条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹（BK发生线，基圆一n,Bk-AK段的展角）2.渐开线的特性AB=BK;渐开线上任意点的法线切于基圆；啮合时K点正压力方向与速度方向所夹锐角为渐开线上该点压力角,离中心点越远渐开线上压力角越大；渐开线形

13、状取决于基圆当rb-8,变成直线；基圆内无渐开线。二、渐开线齿廓满足定角速比要求1两齿廓在任意点K啮合时，过K作两齿廓的法线NIN2,是基圆的切线，为定直线。两轮中心连线也为定直线，故交点P必为定点。u=12=O2POiP=Constin为常数可减少因速度变化所产生的附加动载荷、振动与噪音，延长齿轮的使用寿命，提高机器的工作精度。2 .齿廓间正压力方向不变，N】N2是啮合点的轨迹，称之啮合线,啮合线与节圆公切线之间的夹角”，称之啮合角，实际上就是节圆上的压力角由渐开线的性质可知：啮合线又是接触点的法线，正压力总是沿法线方向，故正压力方向不变。该特性对传动的平稳性有利。3 .运动可分性，OINI

14、Pg2O2N2P故传动比又可写成：/12=332=OzP/O1P-WrM实际安装中心距略有变化时，不影响2,这一特性称之运动可分性，对加工与装配很有利。4-4齿轮各部分名称及标准齿轮的基本尺寸一、外齿轮1名称与符号：齿顶圆一da、ra齿根圆一dff齿厚一Sk齿槽宽一e（齿距（周节Pk=Sk+Ck法向齿距（周节）-Pn=pb分度圆一人为规定的计算基准圆（表示符号：d、r、s、e,p=s+e）齿顶高ha齿根高hf齿全高h=ha+hf齿宽一B2.基本参数：齿数一Z模数一m分度圆周长：d=zp,d=zp人为规定：m=pr只能取某些简单值，称之模数m因此有：d=mz,r=mz/2模数的单位：mm,它是决

15、定齿轮尺寸的一个基本参数。齿数相同的齿轮，模数大，尺寸也大。分度圆压力角由rb=rcosI得:=arccos(rbr)关于同一条渐开线：nIfa1ab=o定义分度圆压力角为齿轮的压力角：a=arccos(rbr)或者rb=rcosa,db=dcosaa是决定渐开线齿廓形状的一个重要参数。规定标准值：a=20由d=mz知：m与Z一定时，分度圆是一个大小唯一确定的圆。由db=dcosa可知，基圆也是一个大小唯一确定的圆。称m.z、。为渐开线齿轮的三个基本参数。齿轮各部分尺寸的计算公式：分度圆直径：d=mz齿顶高：ha=ham齿顶高系数:h：(正常齿：ha*=1短齿制：ha=0.8)齿根高：hf=(1+c*)m顶隙系数:c(正常齿：C-=0.25短齿制：c*=0.3)全齿高:h=ha+hf=(2ha*+c*)m齿顶圆直径：da=d+2ha=(z+2h