机械设计重点

机械设计重点

（老师发的62个考点 据章节划分）

第十章 常用机构概述

1、 机器与机构的概念

1、机械：机器、机械设备和机械工具的统称。

2. 机器：是执行机械运动，变换机械运动方式或传递能量的装置。

3. 机构：由若干零件组成，可在机械中转变并传递特定的机械运动。

4. 构件：由若干零件组成，能独立完成某种运动的单元

5. 自由构件的自由度数：自由构件在平面内运动，具有三个自由度。

6由度。

平面机构的自由度计算公式为：Ｆ=3n-2ＰL-ＰH 。

Ａ. 机器；Ｂ. 零件；Ｃ. 构件；Ｄ. 机构。

8、机器与机构的主要区别是什么？

答：机构不能作为传递能量的装置。

9、 构件与零件的主要区别是什么？

答：构件运动的最小单元，而零件是制造的最小单元。

2、机构运动简图（运动副）

7运动副：构件之间的接触和约束，称为运动副。

8. 低副：两个构件之间为面接触形成的运动副。

9、高副：两个构件之间以点或线接触形成的运动副。

3、自由度的计算

计算图2—23中圆盘锯机构的自由度

解：活动构件数n=7

低副数 PL=6

高副数 PH=0

F=3n － 2PL － PH

=3×7 －2×6 －0

=9

计算结果肯定不对！

复合铰链——两个以上的构件

在同一处以转动副相联，如图

2—24所示。

计算时：m 个构件, 有m －1

转动副。

图2—

24 图2—

23

上例中：在B 、C 、D 、E 四处应各有2个运动副。所以圆盘锯机构的自由度计算为：

解：活动构件数n=7

低副数 PL=10

F=3n － 2PL － PH

=3×7 －2×10－0=1

计算图2—25中两种滚子凸轮机构的自由度。

解：左边机构

n=3，PL=3，PH=1

F=3n－2PL －PH

=3×3－2×3－1=2

对于右边的机构，有：

F=3×2 －2×2 －1=1

事实上，两个机构的运动相同，且F=1

局部自由度

定义：构件局部运动所产生的自由度。 图2—

25 出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp （局

部自由度）

本例中局部自由度 Fp=1

F=3n－2PL －PH －FP

=3×3－2×3－1－1=1

或计算时去掉滚子和铰链：

F=3×2－2×2－1=1

滚子的作用：滑动摩擦变为滚动摩擦。

计算图2—26中平行四边形机构的自由

度，已知：AB 、CD 、EF 互相平行。 图2—

26

解：n=4，PL=6，PH=0

F=3n－2PL －PH

=3×4－2×6

=0

计算结果肯定不正确！

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。

∵ FE ＝AB ＝CD ，故增加构件4前后E 点的

轨迹都是圆弧。

增加的约束不起作用，应去掉构件4。如图2—

27所示。

重新计算：n=3, PL=4, PH=0

图2—

27 F=3n－2PL －PH

=3×3－2×4=1

特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：

AB 、CD 、EF 平行且相等。

第十一章 平面连杆机构

4、铰链四杆机构类型判断

铰链四杆机构的基本形式有哪几种？各有何特点？

答：基本形式有三种：曲柄摇杆机构、双摇杆机构、双曲柄机构。曲柄摇杆机构：一般曲柄为原动件，作等速转动，连杆和摇杆为从动件分别作平面运动和往复摆动。双摇杆机构：两连架杆均为摇杆的四杆机构。双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的四杆机构

在铰链四杆机构中，与机架相连的杆称为连架杆，其中作整周转动的杆称为曲柄，作往复摆动的杆称为摇杆，而不与机架相连的杆称为连杆。

5、存在曲柄的条件

什么是机架、连架杆、连杆？最短的连架杆是否一定是曲柄？

答：机架：固定不动的杆；连架杆：与机架相连的杆；连杆：不与机架相连的杆。只有当曲柄与最长杆之和小于戊等于其他两杆长度之和时，最短的连架杆才是曲柄。

6、极位夹角概念

曲柄在摇杆处于两极位时的对应位置所夹的锐角。

7行程速度变化系数计算

平面连杆机构的行程速比系数Ｋ=1.25是指工作与返回时间之比为

8、急回特性特性概念及分析判断

曲柄等速转动时，摇杆来回速度不同，返回时速度较大的的性质叫急回特性。

如何判断四杆机构是否有急回性质？极位夹角θ与急回性质有何关系？

答：判断四杆机构是否有极位夹角θ；如θ越大，行程速比系数Ｋ越大，急回特性越好。

9、压力角的概念

在不计摩擦力、惯性力、杆件的的重力时，从动件上点的速度方向与受力方向之间所夹的角为压力角，

10、传动角的概念

压力角的余角为传动角

11、死点的概念

死点位置：当曲柄摇杆机构的连杆和从动件共线时，即为死点位置。

12、四杆机构设计方法

设计方法: 1）解析法 2）图解法 3）实验法

附选择判断题

1

Ａ. 双曲柄机构；Ｂ. 对心曲柄滑块机构；Ｃ. 摆动导杆机构；Ｄ. 转动导杆机构。 在下列平面四杆机构中，Ｃ存在死点位置。

Ａ. 双曲柄机构；Ｂ. 对心曲柄滑块机构；Ｃ. 曲柄摇杆机构；Ｄ. 转动导杆机构。

2

Ａ. 连杆推力与运动方向之间所夹的锐角；Ｂ. 连杆与从动摇杆之间所夹锐角；

Ｃ. 机构极位夹角的余角；Ｄ. 曲柄与机架共线时，连杆与从动摇杆之间所夹锐角。

3

Ａ. 主动杆与摇杆共线；Ｂ. 主动杆与机架共线；Ｃ. 从动杆与连杆共线；Ｄ. 从动杆与机架共线。

4曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演化而来的。(√)

5、 在曲柄摇杆机构中，空回行程比工作行程的速度要慢。(×)

6、 在四杆机构中，曲柄是最短的连架杆。(×)

7、压力角越大对传动越有利。(×)

第十二章 凸轮机构

13、 凸轮机构的构成 凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。

14、 从动件常用运动规律

等速运动规律，等加速等减速运动规律，简谐运动规律

15、凸轮设计基本参数

16、凸轮机构的压力角分析。

17、运动失真

18、滚子从动件盘形凸轮理论轮廓曲线和工作轮廓曲线。二者关系？

把滚子中心看作尖顶推杆的尖顶设计出的轮廓线叫做理论轮廓曲线。与滚子轮廓线实际接触的轮廓线叫做工作轮廓曲线。 他们之间的发现等于滚子半径。

第十三章 圆柱齿轮机构

19、齿轮基圆、分度圆、节圆概念。

. 基圆：发生渐开线齿廓的圆。

节圆：过节点作一对相切的圆，称为节圆。

分度圆：直径等于齿数乘模数的圆，称为分度圆。

20、直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式。

21、齿轮传动正确啮合传动条件。

正确啮合条件：两齿轮的模数必须相等；两齿轮的压力角必须相等。

22、齿轮连续传动条件

连续传动的条件：一对齿轮必须满足正确啮合条件，而且重合度ε＞1。

23、齿轮加工方法。

成形法与展成法

24、根切的概念

根切现象：展成法加工齿轮时，若齿数太少，刀具会把轮齿根部齿廓多切去一部分，产生根切现象。

25、不发生根切的条件。

怎样避免根切现象的发生？

答：①一般应使标准齿轮的齿数大于不发生根切的最小齿数；②如果必须减小齿轮齿数时，可采用齿轮刀具变位的方法，作成变位齿轮。

26、轮齿失效形式。 齿轮轮齿的失效形式有轮齿折断、齿面疲劳点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形。

27、轮齿材料的要求。

优质碳素钢，合金结构钢，铸钢，灰铸钢，球墨铸铁，非金属。

28、齿轮设计传动准则。

对于软齿面的闭式齿轮传动，齿面点蚀是其主要失效形式。在设计计算时，通常按齿面接触疲劳强度设计，再作齿根弯曲疲劳强度校核。

对于硬齿面的闭式齿轮传动，齿根疲劳折断是其主要失效形式。在设计计算时，通常按齿根弯曲疲劳强度设计，再做齿根弯曲疲劳强度校核。

当一对齿轮均为铸铁制造时，一般只需作轮齿齿根弯曲疲劳强度设计计算。 对于汽车、拖拉机的齿轮传动，过载或冲击引起的齿轮折断，是其主要失效形式，宜先作过载折断设计计算，再作齿面接触疲劳强度校核。 第十四章 蜗杆传动机构

29、蜗杆传动正确啮合条件。

蜗杆与蜗轮的正确啮合条件是什么？

答：①在主平面内蜗杆与蜗轮的模数相等，压力角相等；②蜗杆分度圆螺旋角等于蜗轮分度圆螺旋角，两者旋向相同。

30、蜗杆传动失效形式。

胶合，疲劳点蚀和磨损。

31、蜗杆传动特点。

传动比大，传动平稳，具有自锁性，传动效率低，相同传动比情况下，与齿轮传动比结构紧凑，易摩擦发热，制造成本高。

填空判断题

1、 蜗

2、 设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。(√) 第十五章 轮系

32、轮系传动比计算 35、混合轮系传动比计算 例10-1 如图10-4所示为提升装置。其中各轮齿数为：z 1=20，z 2=80，z 3=25，z 4=30，z 5=1，z 6=40。试求传动比i 16。并判断蜗轮6的转向。

解：因该轮系为定轴轮系，而且存在非平行轴传动，故应按式（10-1）计算轮系传动比的大小

80⨯30⨯40z z z i 16=246==192

13520⨯25⨯1

然后再按画箭头的方法确定蜗轮的转向如图所示。

10-4

10-6

例10-2 在图10-6 ) 所示的行星轮系中，已知 n 1=100 r/min，轮3固定不动，各

H 轮齿数为z 1=40，z 2=20，z 3=80。求①n H 和n 2；②i 12和i 12。

H 解：由式（10-2）得 i 13=n 1-n H

n 3-n H =(-1) 1z 3z 1

取n 1的转向为正，将n 1=100 r/min，n 3=0代入上式得：n H =33.3r/min

求得的n H 为正，表示n H 与n 1的转向相同。

H =由式（10-2）i 12n 1-n H n 2-n H =(-1) 1z 2z 1=-2040=-1

2

仍取n 1的转向为正，将n 1=100 r/min代入上式得： n 2=-100r/min

i 12=n

1n 2=-100100=-1

求得的 n 2为负值，表示n 2与n 1 的转向相反。

H 注意： i 12≠i 12 ； i 12≠-z 2

z 1。

例10-3图10-7所示为圆锥齿轮组成的轮系，已知各

轮齿数z 1 = 45，z 2 = 30，z 3 = z 4 = 20 ；

n 1=60r/min,n H =100r/min,若n 1与n H 转向相同，求n 4、i 14。

解：由式（10-2）得

n 1n H z 2z 430×20H =±=±i 14=n 4n H z 1z 345×20

用画箭头的方法可知转化轮系中n 1H 与n 4H 的转向相

H 同，故i 14应为正值。即

i 14=H n 1-n H n 4-n H =3045 图10-7圆锥齿轮行星轮系

30

45将 n 1= 60r/min ，n H =100r/min 代入上式得 60-180n 4-180=

解得n 4 = 40 r/min，。由此得

i 14=n 1n 4=6040=1. 5

正号表明1、4两齿轮的实际转向相同。

10-8

例10-4 图10-8所示为式输送机传动装置，为了降速及远距离传动，采用了减速箱及链传动，带传动等机构，其中减速箱是机械传动中常用的装置。已知各轮齿数z 1=17，z 2=51，z 2′=17，z 3=60，z 3′=18，z 4=34，滚筒直径d =360mm，试求输送带的速度，并指出电动机的转向。

解：该轮是由圆锥齿轮、圆柱齿轮及链传动组成的定轴轮系，故由式（10-1）得

n 电z z z 51⨯60⨯34i 14==234==20 ''n 417⨯17⨯18z 1z 2z 3

将n 电= 960 r/min 代入上式得

960/n 4=20, 则n 4=48 r/min

已知滚筒直径d =360 mm，故滚筒圆周速度即带速为

v =πdn 筒=πdn 4=3. 14⨯360⨯48=54286. 7mm/min= 0.9m/s

电动机的转向可从带的运动方向开始画箭头确定，如图中所示。

33、定轴轮系

轮系：机械传动系统中一系列相互啮合齿轮组成的传动装置。 定轴轮系：轮系齿轮轴线均固定不动，称为定轴轮系。

34、周转轮系

周转轮系：至少有一个齿轮的轴线绕其他齿轮的轴线转动的轮系。 第十六章 带传动

36、v 带传动特点

摩擦因数大，能传动较大的功率，结构也紧凑。

37、带传动参数

中心距：两轮中心的间距。带的基准长度：带的节面长度带的基准长度。称为包角：带与小带轮接触所对应的中心角。

38、v 带类型选择依据

确定v 带的型号，长度和根数，带轮的结构，材料和尺寸，中心距以及作用在轴上的力。保证带与带轮之间不发生打滑，在许可使用年限内不发生疲劳破坏。

39、带传动失效形式：打滑和断裂

40、打滑和弹性滑动

何谓带传动的弹性滑动和打滑？能否避免？

答：弹性滑动：带具有弹性，紧边拉力大，应变大，松为拉力小，应变小。当带由紧边侧进入主动轮到从松边侧离开主动轮有个收缩过程，而带由进入从动轮到离开从动轮有个伸长过程。这两个过程使带在带轮上产生弹性滑动。弹性滑动不能避免。

打滑：由于张紧不足，摩擦面有润滑油，过载而松弛等原因，使带在带轮上打滑而不能传递动力。打滑能避免。

41、带传动速度要求

在设计带传动时为什么要限制带速v 、小带轮直径d1和带轮包角α？ 答：带速大则离心拉应力大，所以限制v ＜30m/s；小带轮直径d1小则弯曲拉应力大，造成工作应力过大在交变应力作用下，带将产生疲劳破坏；一般要求带轮包角α≥120°，以防带与带轮接触弧长不足，带在轮上打滑。

42、带的根数要求

带的根数过多有何不好？怎么解决？

导致传动的不均匀性，解决办法：改变带的型号，用稧带代替多根v 带。 判断题

1. Ｙ型Ｖ带所能传递的功率最大。(×)

2. 在Ｖ带传动中，其他条件不变，则中心距越大，承载能力越大。(√)

3. 带传动一般用于传动的高速级。(√)

4. 带传动的小轮包角越大，承载能力越大。(√)

5. 选择带轮直径时，直径越小越好。(×)

第十八章 其他常用机构

43、实现间歇运动机构的类型。

棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮间歇机构。

44、棘轮机构和槽轮机构特点。

棘轮机构优点：结构简单，制造方便，工作可靠，转角等于齿距角的整倍数，且大小可以调节。缺点：冲击大，有噪声，平稳性差。

槽轮机构优点：结构简单，转位方便，工作可靠，传动平稳性好，能准确控制槽轮角度。缺点是转角受槽数的限制，不能调整，存在冲击。

45、螺旋传动机构类型。车床螺旋运动。 第十九章 联接

46、螺纹联接的类型及应用场合。

螺栓联接，适用于不太厚和两边都有装配空间的场合；双头螺柱联接，适用于被联接零件之一太厚，不便制成通孔，或材料比较软且须经常拆卸的场合；螺钉联接，适用于被联接零件之一太厚又不经常拆卸的结构；紧定螺钉联接，载荷不大的场合。

47、 螺纹联接预紧和防松的概念作用 48、防松方法有哪

些？

承受载荷之前就受到力的作用称为预紧。

为什么一般普通螺栓联接都需要预紧？

答：预紧力的作用是防止螺纹联接松动脱落，并增强被联接件工作时的牢固性和紧密性，防止受载后被联接件之间发生位移或出现间隙。 为什么大多数螺纹联接必须防松？防松措施有哪些？

答：在静载何作用下或温度变化不大时，螺纹联接不会自行松脱，而在冲击、振动、受变载荷作用或被联接件有相对转动等，螺纹联接可能逐渐松脱而失效，因此，必须防松。

防松措施有：①外加垫片②外加垫环③破坏螺纹副防松。4、粘合法防松

49、键联接的类型

平键联接，半圆键联接，花键链接。

50、普通平键工作原理，形式

靠键与键槽的互相挤压传递转矩。

51、键的选择方法

根据载荷大小，传动精度大小和价格选择

判断填空题

1. 螺钉联接用于被联接件为盲孔，且不经常拆卸的场合。(√)

2. 圆柱销与销孔之间必须采用过盈配合。(√)

3. 普通三角螺纹的牙形角为

4. 常

5. 普

6. 在好。

第二十、二十一章 轴、轴承

52、轴按载荷分类的类型

. 转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴称为转轴。

. 心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴称为心轴。

传动轴：仅传递扭矩的轴称为传动轴。

53、轴的结构设计

轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。工作能力计算是指轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算

54、轴的强度计算（参见课本第271页）

55、滚动轴承的结构

参见课本第280页的图

56、轴承代号意义说明

角接触球轴承7208B 较7208C 轴向承载能力大，这是因为接触角大。 轴承6308，其代号表示的意义为深沟球轴承，中系列，内径为40mm ，普通级。（6代表类型，02代表宽度直径 ,08代表内径）

57、滚动轴承组合设计 常用的轴系支承方式有两端固定支承和一端固定一端游动支承

58、滚动轴承的安装与拆卸、配合

对于内外圈不可分离的轴承，通常是先安装配合较近的内圈，对于尺寸较大且配合较紧的轴承，安装阻力很大，常采用加热安装的方法。 不可分离轴承的拆卸，多是将轴承与轴一起从轴承座中取出，然后用压力机将轴承从轴上卸下，或者用专用工具来拆卸轴承。 轴承内孔与轴采用基孔制，轴承外径与轴座采用基轴制。

59、轴承间隙的调整

调整垫片，调整环，调节螺钉和调整端盖。

60、轴承的选择

没有特殊性能要求的情况下，一般优先考虑6轴承；

载荷较大或承受冲击载荷而尺寸要求比较紧凑的情况下， 可考虑用滚子轴承，

当轴向力与径向力都比较大时，选择3或7类型。

61、轴系结构分析

径向轴承一般由轴承座、轴瓦和润滑装置组成；推力轴承由轴承座和推力轴颈组成。

补充习题

1、

2、 速度积值。

3、代号为6310的滚动轴承是角接触球轴承。(×)

4、对载荷小，而工作平稳的轴可选用球轴承。(√)

5、选择轴承类型时要考虑哪些因素？

答：①轴承承受的载荷，②轴承的转速，③特殊要求，④价格等。 Ａ. 传动轴；Ｂ. 转轴；Ｃ. 固定心轴；Ｄ. 转动心轴。

6

Ａ. 传动轴；Ｂ. 转轴；Ｃ. 固定心轴；Ｄ. 转动心轴。

7

Ａ. 传动轴；Ｂ. 转轴；Ｃ. 固定心轴；Ｄ. 转动心轴。

8

Ａ. 传动轴；Ｂ. 转轴；Ｃ. 固定心轴；Ｄ. 转动心轴。

第二十二章 其他常用零部件

62、联轴器和离合器的功用，其相同点和不同点

联轴器与离合器的主要功能是什么？两者功能的主要区别是什么？

答：联轴器与离合器是联接两根轴，使之一同转动并传递动力的部件。联轴器只有在析器停车后，用拆卸的方法才能使两轴的联接部分分离。离合器可在机器运动时，操纵两轴接合或分离。

补充习题

1.

Ａ. 固定式刚性联轴器；Ｂ. 可移式刚性联轴器；Ｃ. 弹性 联轴器；Ｄ. 金属弹簧式弹性联轴器。

2.

Ａ. 链传动；Ｂ. 超越离合器；Ｃ. 安全 离合器；Ｄ. 弹性联轴器。

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