机械设计基础知识

供稿:hz-xin.com     日期:2025-01-05
零件是独立制造单元,构件为独立运动单元体,而机构则是由一个构件作为机架,多个构件通过能够相对运动的连接方式组成的系统,机器是用于变换或传递能量、物料、信息的执行机械运动的装置。机械则是由机器和机构构成的总称。

机构运动简图是一种使用简单线条和符号表示机构中各构件间相对运动关系的图形。运动副是由两个构件直接接触并可动连接而成的连接,运动副元素是两构件上能够接触并构成运动副的表面。运动副的自由度和约束数的关系为 f=6-s,其中 f 代表自由度,s 代表约束数。

运动链是通过运动副连接的构件系统,能够实现相对运动。高副由两构件通过点或线接触构成,低副由两构件通过面接触构成。平面运动副的最大约束数为2,最小约束数为1。引入一个约束的运动副为高副,引入两个约束的运动副为平面低副。

平面自由度计算公式为 F=3n-2PL-PH,其中 F 代表自由度,n 代表构件数,PL 代表低副数,PH 代表高副数。机构可动的条件为机构的自由度大于零,而机构具有确定运动的条件为机构的原动件的数目应等于机构的自由度数目。

虚约束是对机构不起限制作用的约束,局部自由度与输出机构运动无关的自由度。复合铰链是两个以上构件同时在一处用转动副相连接。速度瞬心是互作平面相对运动的两构件上瞬时速度相等的重合点,绝对速度为零时称为绝对瞬心。相对速度瞬心与绝对速度瞬心的相同点在于两者都是互作平面相对运动的两构件上瞬时相对速度为零的点,不同点在于后者绝对速度为零,前者不是。

三心定理指三个彼此作平面运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上。机构的瞬心数为N=K(K-1)/2,其中 K 代表构件数。机械自锁情况是有些机械中,由于摩擦的存在,即使增大驱动力也无法使其运动。

曲柄、连杆、摇杆和连架杆分别是作整周定轴回转、平面运动、定轴摆动和与机架相联的构件。周转副能作360˚相对回转,摆转副只能作有限角度摆动。铰链四杆机构有曲柄的条件包括杆长条件和连架杆或机架之一为最短杆。

铰链四杆机构的三种基本形式有曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。在曲柄摇杆机构中改变摇杆长度为无穷大可形成曲柄滑块机构,曲柄滑块机构改变回转副半径则可形成偏心轮机构。

急回运动指平面连杆机构的原动件在空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度。极位夹角是机构在两个极位时原动件AB所在位置夹角,行程速比系数是空回行程平均速度与工作行程平均速度的比值。平面四杆机构中,θ越大,K就越大,急回运动的性质越显著,θ=0时无急回特性。

具有急回特性的四杆机构包括曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构。压力角是力F与C点速度v正向之间的夹角(锐角),传动角是与压力角互余的角(锐角)。在曲柄摇杆机构中,取摇杆为主动件时可能出现死点位置,处于死点位置时传动角γ为0。

凸轮的基圆是以凸轮轮廓的最小向径r0为半径所绘的圆。凸轮机构的压力角是从动件运动方向v与力F之间所夹的锐角。偏距e是从动件导路偏离凸轮回转中心的距离。偏距圆是以e为半径,以凸轮回转中心为圆心所绘的圆。

推程是从动件被凸轮轮廓推动,以一定运动规律由离回转中心最近位置到达最远位置的过程,升程h是推程从动件所走过的距离。回程是从动件在弹簧或重力作用下,以一定运动规律,由离回转中心最远位置回到起始位置的过程。运动角是凸轮运动时所转的角度。

齿廓啮合的基本定律是相互啮合传动的一对齿轮,在任一位置时的传动比,都与其连心线O1O2被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两线段长成反比。渐开线是当直线BK沿一圆周作纯滚动时直线上任一一点K的轨迹AK。渐开线齿廓的啮合特点包括能保证定传动比传动且具有可分性、正压力方向不变。

渐开线齿轮的基本参数包括模数、齿数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数。模数为人为规定,只能取某些简单值。分度圆直径、齿顶高、齿根高、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、齿厚、齿槽宽、标准中心距、重合度等参数都是渐开线齿轮的重要计算依据。齿轮传动的连续条件为重合度ε大于等于1。

切齿方法可分为成形法和范成法。根切是采用范成法切制渐开线齿廓时发生的情况。重合度ε是B1B2与Pb的比值。变位齿轮通过改变刀具的位置来达到与标准齿轮不同的齿廓形状,其齿距、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不在相等。

斜齿轮的模数、分度圆直径、斜齿轮当量齿轮定义和斜齿轮正确啮合条件等参数是斜齿轮传动的重要计算依据。模数mn=mtcosβ,分度圆直径d=zmt=z mn / cosβ。斜齿轮当量齿轮与斜齿轮法面齿形相当的假想直齿圆柱齿轮称为斜齿轮当量齿轮。

轮系是一系列齿轮组成的传动系统,定轴轮系和周转轮系是其中两种基本类型。复合轮系是定轴轮系和周转轮系的组合,自由度为1的周转轮系称为行星轮系,自由度为2的周转轮系称为差动轮系。

间歇运动机构通过止回棘爪防止棘轮反转,槽轮机构的运动特性系数保证了槽轮运动,机械运转速度波动的调节目的是使机械转速在允许范围内波动,保证正常工作,常通过安装飞轮或调节器进行。回转件的平衡研究其惯性力分布及其变化规律,通过平衡措施减轻振动、改善机械性能。

静平衡和动平衡是平衡回转件的两种方法,静平衡条件下回转件在任何位置都能保持静止,动平衡条件下回转件在静止和运动状态都平衡。

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机械设计基础的目录
第1章 机械设计基础概论 11.1 课程性质和任务 11.2 初识机械设计 21.3 机械零件的失效形式及设计准则 41.4 机械零件的设计步骤 61.5 课程学习的方法和目的 6小结 7习题 7第2章 理论力学基础 82.1 静力学基础 92.1.1 力的基本概念 92.1.2 约束与约束力 102.1.3 受...

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