《机械设计基础》
—2011专升本详细考纲。
绪论》机器的特征：（1）都是一种人为的实物组合；（2）各部分形式运动单元，各单元之间具有确定的相对运动；（3）能实现能量转换或完成有用的机械功。仅具备前两个特征的称为机构。
机构是多个实物的组合，能实现预期的机械运动。
机器是由机构组成的，工程上统称为“机械”。
组成机械的各个相对运动的实物称为构件，机械中不可拆的制造单元体称为零件，构件可以是单一零件，构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。
零件分类：（一）通用零件，如螺栓、螺母；（二）专用零件，如活塞、曲轴。
更广泛意义上的机器定义：一种用来转换或传递能量、物料和信息的，能执行机械运动的装置。
第1章 《机械设计概述》
零件工作可靠并且成本低廉是设计零件应满足的基本要求。
机械设计的基本要求：
1、 实现预定功能。
2、 满足可靠性要求。
3、 满足经济性要求。
4、 操作方便、工作安全。
5、 造型美观、减少污染。
运动副：使两个构件直接接触并能产生一定的相对运动的连接。
运动副元素：构件上参与接触的点、线、面。
自由度：构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目。
运动链：两个以上的构件以运动副连接而构成的系统。
未构成首末相连的封闭环的运动链称为开链，否则称为闭链。
运动副分类：
1、转动副引入了2个约束，保留了1个自由度。（面接触，低副）
2、移动副引入了2个约束，保留了1个自由度。（面接触，低副）
3、平面高副引入1个约束，保留2个自由度。（点或线接触，高副）
平面机构的运动简图。
机构运动简图：不需要了解机构的真实外形和具体结构，只需简明地表达机构的传动原理，用规定的线条和符号表示构件和运动副，绘出能够表达各构件间相对运动关系的简图。（按比例），不按比例称为机构示意图。
简图中一般应包括下列内容：
1） 构件数目；
2） 运动副的数目和类型；
3） 构件之间的连接关系；
4） 与运动变换相关的构件尺寸参数；
5） 主动件及运动特性。
构件、转动副、移动副、平面高副等具体画法间课本28页。
绘制机构运动简图时注意：根据图纸的幅面及构件的实际长度，选择适当的比例尺μl：
l＝构件的实际长度（m）∕构件的图示长度（mm）
当机构的原动件数等于自由度数时，机构具有确定的相对运动。
平面机构自由度的计算。
f=3n-2pl-ph
其中：n表示活动构件数，pl表示低副，ph表示高副。
计算自由度时注意事项：
1、复合铰链。
定义：两个以上的构件共用同一转动轴线所构成的运动副。
2、局部自由度。
定义：机构中某些构件所具有的不影响机构输出与输入运动关系的自由度。注意：应先消除局部自由度，再计算自由度。
3、虚约束。
定义：对运动不起独立限制作用的约束。注意：计算自由度时应先去除虚约束。
虚约束发生的情况：四种（具体见课本30页）
四杆机构的基本型式及演化。
根据铰链四杆机构有无曲柄，分为三种基本型式：
1、 曲柄摇杆机构。
2、 双曲柄机构。
3、 曲柄摇杆机构。
平面四杆机构的演化：
1、扩大转动副，是转动副变成移动副，（曲柄摇杆机构——曲柄滑块机构——偏心轮机构，曲柄中心到直槽中心线的垂直距离，称为偏距，当e≠0时，称为偏置曲柄滑块机构，当e=0时，称为对心曲柄滑块机构。）
2、取不同的构件为机架。具体实例见课本50页。
铰链四杆机构的类型判别：
构成四杆机构最基本的条件：最长杆长度＜其他三杆长度之和。
四杆机构存在曲柄的条件：
1） 最长杆与最短杆的长度之和≤其余两杆长度之和；
2） 最短杆或其相邻杆应为机架。
根据有曲柄的条件可得推论：
1） 当最长杆与最短杆的长度之和＞其余两杆长度之和时，只能得到双摇杆机构。
2） 当最长杆与最短杆长度之和≤其余两杆长度之和时；
1 最短杆为机架时得到双曲柄机构；
2 最短杆的相邻杆为机架时得到曲柄摇杆机构；
3 最短杆的对面杆为机架时得到双摇杆机构。
压力角和传动角（详见课本53页）
对铰链四杆机构，最小传动角出现在曲柄与机架共线的两位置之一。
对曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。
急回特性（详见课本54页）
极限位置时曲柄所在直线之间所夹的锐角θ称为极位夹角。
对于曲柄摇杆机构，且曲柄为主动件时，行程变化系数k可以表示这种特性：
k ＝ 从动件回程平均速度∕从动件工作平均速度。
＝ t1∕t2
180°（k-1）∕（k-2）
式子说明：当θ≠0时，即k＞1，有急回特性；
当θ＝0时，即k＝1，无急回特性；
对于曲柄滑块机构，当偏距e＝0时，θ＝0，则k＝1，无急回特性；
当偏距e≠0时，θ≠0，则k＞1，无急回特性；
对于导杆机构，其极位夹角等于导杆摆角，也有急回特性。
死点（详见课本55页）
对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，在曲柄与连杆共线的位置出现传动角等于0°的情况。四杆机构中是否存在死点，取决于从动件是否与连杆共线。
第5章 《凸轮机构》
概述：凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构，机构相当简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预期的运动规律。但由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。
凸轮机构的分类：（图示见课本63页）
1、 按凸轮形状分类。
1） 盘形凸轮是平面凸轮机构。
2） 移动凸轮是平面凸轮机构。
3） 圆柱凸轮是空间凸轮机构。
4） 曲面凸轮是空间凸轮机构。
2、 按从动件与凸轮保持接触（称为锁合）的方式分类。
1） 力锁合的凸轮机构靠重力、靠弹簧等。
2） 几何锁合的凸轮机构沟槽凸轮、等径及等宽凸轮等。
3、 按从动件型式分类。
1） 尖顶从动件。
2） 滚子从动件。
3） 平底从动件。
4、 根据从动件的运动形式不同，可以把从动件分类：
1） 直动（即直线运动）从动件，又分为对心直动和偏置直动。
2） 摆动从动件。
凸轮和滚子的材料。
凸轮机构的主要失效形式为磨损和疲劳点蚀。
常用的从动件运动规律（图示见课本66页）
参数：基圆r0 ，偏距e，行程h，推程运动角φ，远休止角φs，回程运动角φ`，近休止角φs`。
1） 等速运动规律，在行程始末速度有突变，理论上加速度可以达到无穷大，产生极大的惯性力，产生刚性冲击，只能适用于低速轻载的场合。
2） 等加速—等减速运动规律，在abc三点加速度发生有限值突变，导致机构产生柔性冲击，可用于中速轻载的场合。
3） 余弦加速度运动（简谐运动）规律，在行程始末加速度发生有限值突变，导致机构产生柔性冲击，适用于中速场合。
4） 正弦加速度运动（摆线运动）规律，在行程中无速度和加速度的突变，不产生冲击，适用于高速场合。
盘形凸轮轮廓的设计和加工方法：反转法原理。
1、 偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构轮廓的设计。
依据方法：“发转法“原理。
2、 滚子从动件盘形凸轮机构轮廓的设计。
将滚子中心看作尖顶，按1的方法作出轮廓曲线η（理论轮廓曲线），然后以η上各点为圆心，以滚子半径rt为半径作一系列的圆，最后作出这些圆的包络线η`，就是滚子从动件盘形凸轮的轮廓曲线（实际轮廓曲线），从图中可知，滚子从动件盘形凸轮的基圆半径是在理论轮廓上度量的。（另外，它的实际轮廓线是理论轮廓线的等距曲线）
凸轮轮廓的加工方法：
1） 铣、锉削加工，这种方法加工出的凸轮其变形难以得到修正。
2） 数控加工，用解析法求出凸轮轮廓曲线的极坐标值，然后编程，此方法加工出的凸轮精度高，适用于高速、重载的场合。
凸轮基本尺寸的确定（图示见课本71页）
1、 凸轮机构的压力角。
压力角：是从动件在接触点所受的力的方向与该点速度方向的夹角（锐角）。 自锁现象！！）
2、 基圆半径的确定。
从传动效率来看，压力角越小越好，但压力角减小将导致凸轮尺寸增大。当给定的运动规律s（ψ）时，合理设计偏距可减小压力角，增大基圆半径也可以减小压力角，工程上为了获得紧凑的机构常选取尽可能小的基圆半径，但必须保证αmax≤[α
3、 滚子半径的确定(图示见课本72页)
滚子半径为rt ，凸轮理论廓线曲率半径为ρ`，实际廓线曲率半径为ρ。
当理轮廓线内凹时，ρ`rt ，不管rt取多大都可以作出实际廓线。
当理轮廓线外凸时，ρ`rt ，1 若ρ= rt ，则ρ`=0，实际廓线出现尖点，极易磨损，导致运动失真。
2 若ρ＜rt ，则ρ`＜0，实际廓线发生交叉，交点以外部分在加工时将被切去，运动产生失真。
3 若ρ＞ rt ， 则正常。
第7章 《螺纹连接与螺旋传动》
螺纹的类型：
螺纹有米制和硬直两种，我国除管螺纹外都采用米制螺纹。
螺纹轴向剖面的形状称为螺纹的牙型，常用的牙型有：三角形、矩形、梯形和锯齿形等。
按螺旋线绕行方向不同分为：右旋螺纹和左旋螺纹。
根据螺旋线的数目不同分为：单线（单头）螺纹和多线螺纹。
螺纹的主要参数：（图示见课本82页）
1、大径d 与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假象圆柱体的直径，在有关螺纹的标准中称为公称直径。
2、小径d1 与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假象圆柱体的直径，是螺纹最小的直径，常作为强度计算直径。
3、中径d2 在螺纹的轴向剖面内，牙厚和牙槽宽相等处的假想圆柱体的直径。
4、螺距p 螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
5、导程s 同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。设螺纹线数为n，则对于单线螺纹有s=p；对于多线螺纹则有s=np。
6、升角λ 在中径d2的圆柱面上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。
7、牙型角α、牙型斜角β （不考）
常用螺纹的特点及应用。
1、普通螺纹。
即米制三角形螺纹，普通螺纹的当量摩擦系数较大，自锁性较好，螺纹牙根的强度高，广泛用于紧固连接。一般连接多用粗牙螺纹。细牙螺纹螺距小、升角小、自锁性能好，但螺牙强度低、耐磨性较差、易滑脱，常用于细小零件、薄壁零件或受冲击、振动和变载荷的连接，还可用于微调结构。
2、管螺纹。
为英制螺纹，公称直径为管子的内径。分为圆柱管螺纹和圆锥管螺纹，前者用于低压场合，后者用于高温、高压或密封性要求高的管连接。
3、矩形螺纹。
牙型为正方形。其传动效率最高，精加工较难，常用于传力或传导螺纹。矩形螺纹为标准化。
4、梯形螺纹。
牙型为等腰梯形，传动效率略低于矩形螺纹，工艺性好，牙根强度高，螺旋副对中性好，可以调整间隙。
5、锯齿形螺纹。
综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点，但仅能用于单向受力的传力螺旋。
2023年机械设计基础试卷
2012 一 单项选择题 共24分，每题3分 1.曲柄摇杆机构以 为原动件时，存在死点位置。a.曲柄 b 摇杆。c.连杆 d.机架。2.渐开线齿轮的标准模数在 a.基圆上 b.齿顶圆上。c.分度刻上 d.齿根圆上。3.阿基米德圆柱蜗杆的 模数，应符合标准数值。a 轴面 b.法面。c.端面 d.无。4...
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机械设计基础参考大纲
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