机械设计的基础知识
在我们平凡无奇的学生时代，不管我们学什么，都需要掌握一些知识点，知识点就是学习的重点。那么，都有哪些知识点呢？以下是小编整理的机械设计的基础知识，仅供参考，大家一起来看看吧。
机械设计（machine design），根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
机械设计的基础知识
零件：独立的制造单元
构件：独立的运动单元体
机构：用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统
机器：是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息
机械：机器和机构的总称
机构运动简图：用简单的线条和符号来代表构件和运动副，并按一定比例确定各运动副的相对位置，这种表示机构中各构件间相对运动关系的简单图形称为机构运动简图
运动副：由两个构件直接接触而组成的可动的连接
运动副元素：把两构件上能够参加接触而构成的运动副表面
运动副的自由度和约束数的关系f=6-s
运动链：构件通过运动副的连接而构成的可相对运动系统
高副：两构件通过点线接触而构成的运动副
低副：两构件通过面接触而构成的运动副
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：F=3n-2PL-PH
机构可动的条件：机构的自由度大于零
机构具有确定运动的条件：机构的原动件的数目应等于机构的自由度数目
虚约束：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：两个以上构件同时在一处用转动副相连接
速度瞬心：互作平面相对运动的两构件上瞬时速度相等的重合点。若绝对速度为零，则该瞬心称为绝对瞬心
相对速度瞬心与绝对速度瞬心的相同点：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：后者绝对速度为零，前者不是
三心定理：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：N=K(K-1)/2
机械自锁：有些机械中，有些机械按其结构情况分析是可以运动的，但由于摩擦的存在却会出现无论如何增大驱动力也无法使其运动
曲柄：作整周定轴回转的构件；
连杆：作平面运动的构件；
摇杆：作定轴摆动的构件；
连架杆：与机架相联的构件；
周转副：能作360?相对回转的运动副
摆转副：只能作有限角度摆动的运动副。
铰链四杆机构有曲柄的条件：
1.最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和，称为杆长条件。
2.连架杆或机架之一为最短杆。
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。
铰链四杆机构的三种基本形式：
1.曲柄摇杆机构
取最短杆的邻边为机架
2.双曲柄机构
取最短杆为机架
3.双摇杆机构
取最短杆的对边为机架
在曲柄摇杆机构中改变摇杆长度为无穷大而形成曲柄滑块机构
在曲柄滑块机构中改变回转副半径而形成偏心轮机构
急回运动：当平面连杆机构的原动件（如曲柄摇杆机构的曲柄）等从动件（摇杆）空回行程的平均速度大于其工作行程的平均速度
极位夹角：机构在两个极位时原动件AB所在的两个位置之间的夹角θ
θ=180°（K-1）/(K+1)
行程速比系数：用从动件空回行程的平均速度V2与工作行程的平均速度V1的比值
K=V2/V1=（180°+θ）/(180°—θ)
平面四杆机构中有无急回特性取决于极为夹角的大小
θ越大，K就越大急回运动的性质也越显著；θ=0，K=1时，无急回特性
具有急回特性的四杆机构：曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构、摆动导杆机构
压力角：力F与C点速度v正向之间的夹角（锐角）α
传动角：与压力角互余的角（锐角）γ
曲柄摇杆机构中只有取摇杆为主动件时，才可能出现死点位置，处于死点位置时，机构的传动角γ为0
死点位置对传动虽然不利，但在工程实践中，有时也可以利用机构的死点位置来完成一些工作要求
刚性冲击：出现无穷大的加速度和惯性力，因而会使凸轮机构受到极大的冲击（如从动件为等速运动）
柔性冲击：加速度突变为有限值，因而引起的冲击较小（如从动件为简谐运动）
在凸轮机构机构的几种基本的从动件运动规律中等速运动规律使凸轮机构产生刚性冲击，等加速等减速，和余弦加速度运动规律产生柔性冲击，正弦加速度运动规律则没有冲击
在凸轮机构的各种常用的推杆运动规律中，等速只宜用于低速的情况；等加速等减速和余弦加速度宜用于中速，正弦加速度可在高速下运动
凸轮的基圆：以凸轮轮廓的最小向径r0为半径所绘的圆称为基圆
凸轮的基圆半径是从转动中心到凸轮轮廓的最短距离，凸轮的基圆的半径越小，则凸轮机构的压力角越大，而凸轮机构的尺寸越小
凸轮机构的压力角α：从动件运动方向v与力F之间所夹的锐角
偏距e：从动件导路偏离凸轮回转中心的距离
偏距圆：以e为半径，以凸轮回转中心为圆心所绘的圆
推程：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：推程从动件所走过的距离
回程：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：凸轮运动时所转的角度
齿廓啮合的基本定律：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：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
渐开线的性质：
1、发生线上BK线段长度等于基圆上被滚过的弧长AB
2、渐开线上任一一点的发线恒于其基圆相切
3、渐开线越接近基圆部分的曲率半径越小，在基圆上其曲率半径为零
4、渐开线的形状取决于基圆的大小
5、基圆以内无渐开线
6、同一基圆上任意弧长对应的任意两条公法线相等
渐开线齿廓的啮合特点：
1、能保证定传动比传动且具有可分性
传动比不仅与节圆半径成反比，也与其基圆半径成反比，还与分度圆半径成反比
I12=ω1/ω2=O2P/O1P=rb2/rb1
2、渐开线齿廓之间的正压力方向不变
渐开线齿轮的基本参数：模数、齿数、压力角、（齿顶高系数、顶隙系数）
模数：人为规定：m=p/π只能取某些简单值。
分度圆直径：d=mz， r = mz/2
齿顶高：ha=ha*m
齿根高：hf=(ha*+c*)m
齿顶圆直径：da=d+2ha=(z+2ha*)m
齿根圆直径：df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m
基圆直径：db= dcosα= mzcosα
齿厚和齿槽宽： s=πm/2 e=πm/2
标准中心距：a=r1+ r2=m(z1+z2)/2
一对渐开线齿轮正确啮合的条件：两轮的模数和压力角分别相等
一对渐开线齿廓啮合传动时，他们的接触点在实际啮合线上，它的理论啮合线长度为两基圆的内公切线N1N2
渐开线齿廓上任意一点的压力角是指该点法线方向与速度方向间的夹角
渐开线齿廓上任意一点的法线与基圆相切
切齿方法按其原理可分为：成形法（仿形法）和范成法。
根切：采用范成法切制渐开线齿廓时发生根切的原因是刀具齿顶线超过啮合极限点N1（标准齿轮不发生根切的最少齿数直齿轮为17、斜齿轮为14）
重合度：B1B2与Pb的比值ε；
齿轮传动的连续条件：重合度ε大于等于1
变位齿轮：
以切削标准齿轮时的位置为基准，刀具的移动距离xm称为变位量，x称为变为系数，并规定刀具远离轮坯中心时x为正值，称正变位；刀具趋近轮坯时x为负值，称负变位。
变位齿轮的齿距、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
齿厚：s=πm/2+ 2xmtgα
齿槽宽：e=πm/2－2xmtgα
斜齿轮：
一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件：
mn1=mn2，αn1=αn1外啮合:β1＝-β2
或mt1=mt2，αt1＝αt2外啮合:β1＝-β2
法面的参数取标准值，而几何尺寸计算是在端面上进行的
模数：mn=mtcosβ
分度圆直径：d=zmt=z mn/ cosβ
斜齿轮当量齿轮定义：与斜齿轮法面齿形相当的假想的直齿圆柱齿轮称为斜齿轮当量齿轮
当量齿数：Zv=Z/cos3β
轮系：一系列齿轮组成的传动系统
定轴轮系：如果在轮系运转时其各个轮齿的轴线相对于机架的位置都是固定的
周转轮系：如果在连续运转时，其中至少有一个齿轮轴线的位置并不固定，而是绕着其它齿轮的固定轴线回转
复合轮系：定轴轮系+周转轮系
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
定轴轮系的传动比等于所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积的比值
i1m＝(-1)m所有从动轮齿数的乘积/所有主动轮齿数的乘积
周转轮系传动比：
或
中介轮：不影响传动比的大小而仅起着中间过渡和改变从动轮转向的作用
复合轮系传动比的计算：
1.分清轮系：先找轴线位置不固定的齿轮即行星轮，其轴就是行星架，与该齿轮直接啮合且轴线位置固定的齿轮是中心轮，这就是一个基本周转轮系，把所有周转轮系分出后。剩下的就是定轴轮系
2.对周转轮系和定轴轮系分别列传动比计算公式及周转轮系与定轴轮系的联系方程式
3.联立上述公式求解
间歇运动机构：
止回棘爪作用：防止棘轮反转
槽轮机构运动特性系数：
为了保证槽轮运动，槽轮机构的槽数应大于等于3
机械运转速度波动的调节：
机械运转速度波动的调节目的：是使机械的转速在允许范围内波动，而保证正常工作。
调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上一个转动惯量很大的回转件—飞轮。
装在主轴上飞轮的转动惯量：
机械运转速度不均匀系数：
由于J≠∞，而Amax和ωm又为有限值，故δ不可能
为“0”，即使安装飞轮，机械运转速度总是有波动的。
非周期性速度波动的调节，不能依靠飞轮进行调节，而用调节器进行调节。
回转件的平衡：
平衡的目的：研究惯性力分布及其变化规律，并采取相应的措施对惯性力进行平衡，从而减小或消除所产生的附加动压力、减轻振动、改善机械的工作性能和提高使用寿命。
静平衡：回转件可在任何位置保持静止，不会自行转动。
静平衡条件：回转件上各个质量的离心力的合力等于零。
动平衡：静止和运动状态回转件都平衡。
动平衡条件：回转件上各个质量离心力的合力等于零且离心力所引起的力偶距的合离偶距等于零。
需要指出的是动平衡回转件一定也是静平衡的，但静平衡的回转件却不一定是动平衡的。
对于圆盘形回转件，当D/b＞5（或b/D≤0.2）时通常经静平衡试验校正后，可不必进行动平衡。当D/b＜5（或b/D≥0.2）时或有特殊要求的回转件，一般都要进行动平衡。
D—圆盘直径 b—圆盘厚度
机械中的联接
1、联接分为：可拆联接和不可拆联接。
2、螺纹联接分为：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接。
3、螺纹联接防松措施：摩擦防松、机械防松、永久防松。
4、销联接分类：定位销、联接销、安全销。
5、键联接分为：平键联接、半圆键联接、花键联接。
轴
1、轴功用分类：传动轴、心轴、转轴。
2、联轴器分类：刚性联轴器和挠性联轴器。
3、轴承有：滑动轴承和滚动轴承；滑动轴承按承受载荷分为：向心轴承和推力轴承。
4、①含油轴承定义：一般将青铜、铁或铝等金属粉末与石墨调匀，压形成轴瓦，经高温烧结，即得到类似陶瓷结构的非致密、多孔性轴瓦，把它在润滑油中充分侵润后，微孔中充满了润滑油，故称为含油轴承。含油轴承用粉末冶金材料制成。②含油轴承特点：强度较低、不耐冲击，结构简单、价格便宜。
5、滚动轴承 :
优点：①、摩擦阻力小，起动灵敏，效率高，发热少温升低；②、轴向尺寸有利于整机机构的紧凑和简化；③、径向间隙小，并且可以用预紧方法调整间隙，因此旋转精度高；④、润滑简单，耗油量小，维护保养方便；⑤、标准件，大批量生产供应市场，性价比高，使用更换也方便。
缺点：径向尺寸较大，承受冲击载荷的能力不高，高速运转时声响较大，工作寿命不长。
6、滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体和保持架。
7、a、滚动轴承的代号：由前置代号、基本代号、后置代号；b、基本代号由轴承类型代号、尺寸系列代号、内径代号组成。
8、滚动轴承结构形式：双支点单向固定支承、单支点双向固定支承、双支点游动支承。
9、滚动轴承的密封分为：接触式和非接触式。
10、滑动轴承的基本形式：①整体式滑动轴承、②部分式滑动轴承、③调心式滑动轴承、④推力滑动轴承。
弹簧
1、弹簧的功用：a、缓和冲击，吸收振动；b、控制运动；c、储存和释放能量；d、测量指示；e、维持弹性接触。
2、弹簧按形状分：螺旋弹簧、板弹簧、盘簧、碟形弹簧、环形弹簧。
3、a、弹簧的卷烧方法：冷卷和热卷。b、圆柱螺旋弹簧的制造工序：卷绕成形、端部加工或挂钩制作、热处理。
机械构件构造运动
1、机构中的构件分为三种类型：机架，原动件，从动件。
2、机械中的构件之间既保持接触，又能产生确定相对运动的可动联接称为运动副。
3、若运动副构件间的相对运动发生在同一平面或互相平行的平面内，则称为平面运动副；否则为空间运动副。
4、平面运动副根据接触形式的不同，分为平面低副和平面高副。
5、常见的空间运动副有：螺旋副、球面副。
6、低副按两构件间相对运动形式可分为：转动副和移动副。
7、日常生活中的低副和高副：
①、低副：门窗合页、吊扇，接触为面接触，能承受较大载荷，磨损慢，寿命长，压强低，故为低副；
②、高副：齿轮的啮合、滚动轴承的滚珠跟环、火车轮与钢轨之间、凸轮与推杆之间，接触都为线或点接触，压强大，能够实现较精确运动，制造要求高，故为高副。
10、铰链四杆机构的三种基本形式
①曲柄摇杆机构（农用人力脱粒机、液体搅拌机、儿童游乐场中的摇马、缝纫机）
②双曲柄机构（火车车轮的联动机构、雨伞）
③双摇杆机构（电风扇摇头机构、汽车刮水器）。
14、a、凸轮机构形状分类：移动凸轮、盘形凸轮、圆柱凸轮；
15、b、按从动件形状分类：尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件；
16、c、按从动件的运动形式分类：直动从动件、摆动从动件。
17、常见的间歇运动机构：棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构。
18、带传动的特点：优点 ：
①、能够缓和冲击，吸收振动，传动平稳，噪声小；
②、结构简单，维护和更换方便，成本低；
③、 能简便实现大中心距间的传动 ；
④、过载时传送带会在轮子上打滑，避免机器损坏。
缺点 ：
①、带传动不能保证精确不变的传动比；
②、机械传动效率低；
③、轴与轴受到较大的径向力对机器运行不利。
①V带构造：分帘布芯结构和线芯结构，均有顶胶层(1)、抗拉层(2)、底胶层(3)和包布层(4)；
②中性层：位于顶胶层与底胶层之间，长度、宽度不因V带在带轮上绷紧而变化的层；
③节面宽度：V带中性层的宽度；
④V带轮按其基准直径的大小不同有三种：实心式、辐板式、辐条式。
机械传动
1、带传动的主要失效形式:带的疲劳损坏和打滑。
2、带传动的主要类型：平带传动、V带传动、圆带传动和同步带传动。
3、链传动的特点：优点：①啮合传动，能保证平均传动比恒定；②不需要初始拉紧力，基本不产生轴弯曲力；③强度比带传动大，可以传递更大的载荷；④适应性强，可以用于工作条件恶劣的场合。缺点：①不能像齿轮那样保证瞬时传动比恒定； ②噪声和振动较大； ③制造、安装要求比带传动高； ④链轮轴的方向受限制。
4、齿轮传动的特点：优点：①、传动精度高；②、适用范围宽；③、可以实现空间任意两轴间的传动；④、工作可靠，使用寿命长；⑤、传动效率高。不足：①、制造安装要求高，成本高；②、对环镜条件要求较严，一般需要安置在箱罩中防尘防垢，还需要重视润滑；③、不适于远距离传动；④、减震性和抗冲击性不如带传动。
5、机械传动中，为保证齿轮传动平稳，齿轮的轮廓通常采用渐开线；
6、渐开线齿轮传动具有恒定的传动比。
7、力的作用方向和物体上力作用点的运动方向间的夹角，称为压力角。
8、一对渐开线齿轮，必须模数相等、压力角相等才能啮合传动。
9、齿轮损坏主要失效形式：齿轮从齿根处断裂、齿面疲劳点蚀、齿面磨损和齿面胶合。
10、轮系类型：定轴轮系和周转轮系。
11、轮系的功用：①、获得大传动比，②、实现变速、换向传动；③、实现多路传动；④、实现较大距离的齿轮传动；⑤实现运动的合成和分解。
12、由一系列相互啮合齿轮机构所构成的传动系统称为：轮系。
13、螺旋传动有：螺杆、螺母和机杆组成。
14、链传动主要由：主动链轮、链条、从动链轮、机架等部分组成。
15、闭式齿轮传动常用的润滑形式：侵油润滑和喷油润滑。
16、常见齿轮结构类型：齿轮轴、实心式齿轮、辐板式与轮辐式齿轮。
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