机械设计基础期末复习总结

A. B. C.

第一章 绪论

构件是组成机械的基本运动单元，可以由一个或多个零件构成的刚性结构 零件是机械的制造单元 机械零件的主要失效形式： 1) 断裂

2) 过大的变形（过大的弹性形变） 3) 表面失效

4) 正常工作条件遭破坏而引起的失效 机械零件常用材料： 1) 金属材料

a) 钢 b) 铸铁 c) 有色合金 2) 非金属材料

a) 有机高分子材料 b) 无机非金属材料 c) 复合材料

第二章 平面机构分析

运动副：使构件与构件之间直接接触并能产生一定相对运动的链接 分类：

1) 低副：面接触

a) 移动副 b) 转动副

2) 高副：点或线接触、球面副、螺旋副 构件（每个构件至少有两个运动副） 1) 固定件（机架）：在一个机构中有且只有一个构件为机架 2) 原动件（主动件/输入构件）：运动和动力由外界输入 3) 从动件（输出构件） 平面机构的自由度

1) 计算公式：F=3n-2PL-PH 2) 平面机构具有确定运动的条件：①F>0 ②自由度等于原动件数

*机构的自由度即是平面机构所具有的独立运动的数目 3) 计算平面机构自由度注意事项：

a) 复合铰链：两个以上构件在同一条轴线上用转动副连接

*N个构件汇交而成的复合链具有（N-1）个转动副

b) 局部自由度：机构中出现的与输出构件运动无关的自由度

*计算时，应除去不计 c) 虚约束：运动副带入的约束对机构自由度的影响是重复的，对机构运动不

起新的限制作用的约束 常见虚约束：

? 两个构件之间组成多个导路平行的移动副时

- 1 -

D.

A.

B.

C.

A. B.

C.

D.

? 两个构件之间组成多个轴线重合的转动副时

? 机构中传递运动不起独立作用的对称部分

*计算时，应除去不计

第三章 平面连杆机构

平面连杆机构（平面低副机构）：由若干个构件以低副连接组成的平面结构 铰链四杆机构：4为机架，1、3为连架杆，2为连杆

曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆

摇杆：只能绕机架作一定角度往复摆动 基本特性：运动特性、传力特性 基本类型：

1) 曲柄摇杆机构：连架杆中，一个为曲柄，一个为

摇杆（通常，曲柄为原动件并作匀速转动时，摇杆作变速往复运动） 2) 双曲柄机构：两连架杆均为曲柄

3) 双摇杆机构：两连架杆均为摇杆（两摇杆长度相等时称为等腰梯形机构） 铰链四杆机构存在曲柄的条件： 1) 整转副存在条件

a) 最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度和 b) 整转副由最短杆与其邻边组成

2) 曲柄存在条件（整转副位于机架上才能形成曲柄）

a) 最短杆邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故为曲柄摇杆机构 b) 最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故为双曲柄机构 c) 最短杆对边为机架时，机架上没有整转副，故为双摇杆机构

*若最短杆长度+最长杆长度＞其余两杆长度和，则无论去哪个杆为机架都为双摇杆机构

急回特性P34：曲柄摇杆机构中，曲柄虽作匀速转动，而摇杆摆动时空回程的平均速度却大于工作行程的平均速度。用行程速比系数K表示

*若θ=0，K=1，则该机构无急回运动特性 若θ＞0，K＞1，则该机构具有急回特性，且θ越大，K越大，急回特性越显著 E. 压力角：作用在从动件C点的驱动力F与该点绝对速度VC之间所夹的锐角，可作

为判断机构传力性能的标志P35 传动角：压力角的余角 *机构运动时，传动角是变化的，必须规定传动角下限，否则，当传动角太小时，传力性能太差，有可能会使机构出现自锁现象 F. 死点位置（传动角为零的位置）：在摇杆CD摆到极限位置时，连杆2与曲柄1两

O

次共线，从动件的传动角为0，即连杆传给曲柄的力通过铰链中心A，不论此力

多大，均不能使曲柄转动 死点位置现象：机构的从动件卡死或运动不确定 消除死点位置不良影响：①对从动曲柄施加外力②利用飞轮及构件自身的惯性作用

第四章 凸轮机构

A. 凸轮机构（高副机构）：由凸轮、从动件和机架组成，包含两个低副，一个高副

分类P44：

- 2 -

B.

C.

D.

E. F.

A.

B.

1) 按凸轮的形状分

a) 盘形凸轮（凸轮的最基本型式）：绕固定轴转动并且具有变化向径的盘状

构件

b) 移动凸轮：盘形凸轮的转轴位于无穷远时，相对机架作直线运动的凸轮 c) 圆柱凸轮：移动凸轮卷成圆柱体型式的凸轮 2) 按从动件的型式分

d) 尖顶从动件：从动件与凸轮接触的一端为尖顶 e) 滚子从动件：从动件与凸轮接触的一端为滚子 f) 平底从动件：从动件与凸轮接触的一端为平面 从动件的位移线图（B卷内容）：

1) 推程运动角：从动件以一定的运动规

律由离凸轮回转中心最近的位置A到达最远位置B，凸轮转过的相应角度 2) 远休止角：从动件与以O为圆心的圆

弧BC接触，从动件在最远位置停止不动时，凸轮转过的相应角度

3) 回程角：从动件按一定运动规律返回

到起始位置，凸轮转过的相应角度 4) 近休止角：从动件与以O为圆心的基

圆圆弧DA接触，从动件在最近位置停止不动时，凸轮转过的相应角度 从动件常用运动规律

1) 等速运动规律：刚性冲击，运动开始、终止时，速度有突变，加速度无穷大 2) 等加速运动规律：柔性冲击，运动开始、终止时，加速度产生有限数值的突变 3) 简谐运动规律：柔性冲击，运动开始、终止时，加速度产生有限数值的突变 压力角：在不计摩擦的情况下，凸轮沿法线nn方向给予从动件的作用力F与从动件运动方向（速度方向）所夹的锐角a *压力角a越大，有效分力F1越小，有害分力F2越大，机

构效率越低，设计时应使最大压力角不超过许用值 *自锁现象：当a大到一定程度，以致F2引起的摩擦阻力大于有效分力F1时，无论凸轮给予从动轮的作用力多大，从动轮都不能运动的现象（回程时，无自锁问题） 基圆半径r0：r0越小，压力角a越大 滚子半径：为了使凸轮轮廓在任何位置既不出现尖点，也不自交，滚子半径必须小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径

第六章 齿轮传动

渐开线齿廓的啮合特点

1) 渐开线齿廓能实现定比传动

2) 中心距（一对相互啮合的齿轮回转中心之间的距离）可分性：当实际中心距存

在误差时，渐开线齿轮的传动比仍保持不变的特性

3) 四线（过啮合点的公法线、啮合线、基圆的公切线、正压力作用线）合一 4) 啮合角不变：数值上等于渐开线在节圆上的压力角 直齿圆柱齿各部分名称及代号 1) 轮齿：齿轮上每一个用于啮合的凸起部分，在齿轮圆周上均匀分布的轮齿总数

- 3 -

称为齿数，用z表示

2) 齿顶圆——齿轮齿顶所在的圆。其直径（或半径）用da（或ra）表示 3) 齿根圆——齿轮齿槽底所在的圆。其直径（或半径）用df（或rf）表示

4) 分度圆——用来分度（分齿）的圆，该圆位于齿厚和槽宽相等的地方。其直径

（或半径）用d（或r表示）。

5) 齿顶高——齿顶圆与分度圆之间的径向距离，用ha表示 6) 齿根高——齿根圆与分度圆之间的径向距离，用hf表示

7) 全齿高——齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，用h表示。显然有：h = ha + hf 8) 齿厚——任意直径为dk的圆周上，齿轮两侧齿廓间的弧长，用sk表示。在分度圆上度量的弧长称为分度圆齿厚，用s表示

9) 齿槽宽——任意直径为dk的圆周上，齿槽两侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿

槽宽，用ek表示。在分度圆上的度量的弧长称为分度圆槽宽，用e表示 10) 齿距——任意直径为dk的圆周上，相邻两齿同侧齿廓间的弧长称为该圆上的

齿距，用pk表示，pk=sk+ek。在分度圆上度量的弧长称为分度圆齿距，用p表示，p = s + e。在基圆上度量的弧长称为基圆齿距，用pb表示，pb=sb+eb 11) 法向齿距：相邻两个轮齿同侧齿廓之间在法线方向上的距离，用pn表示，pn=pb 12) 齿宽——齿轮轮齿的宽度（沿齿轮轴线方向度量），用b表示 C. 直齿圆柱齿轮的基本参数

1) 齿数z：在齿轮圆周上均匀分布的轮齿总数

2) （分度圆）模数m：分度圆齿距p与π的比值，单位：mm

分度圆直径d=mz 分度圆齿距p=πm

3) 压力角α：渐开线上各点的压力角不等，分度圆上的压力角简称压力角。国家

标准规定，标准压力角α=20ο *分度圆是齿轮中具有标准模数和标准压力角的圆 4) 齿顶高系数ha*：ha=ha*m 5) 顶隙系数c*：hf=(ha*+c*)m

正常齿制：ha*=1 c*=0.25 短齿制：ha*=0.8 c*=0.3 D. 参数选择

1) 齿数比u：u=z2/z1≥1，过大的齿数比会增加传动装置的结构尺寸，并导致两

齿轮轮齿的应力循环次数差别太大

2) 齿数z：在满足轮齿弯曲强度的条件下，宜取较多的齿数（相应得减小模数） 3) 模数m：模数m应满足轮齿弯曲强度要求，一般应使mn≥2mm，模数越大，

抗弯强度越大

4) 齿宽因数ψd：增大齿宽能缩小齿轮的径向尺寸，但齿宽越大，载荷沿齿宽分

布越不均匀

E. 渐开线标准直齿齿轮的几何尺寸计算

标准齿轮：m、a、ha*、c*都为标准值，且e=s的齿轮 名 称 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿高 顶隙

代 号 d ha hf H c - 4 -

计算公式 d=mz ha=ha*m hf=(ha*+c*)m h=ha+hf c=c*m