第一章 机械设计基础概论

一．机器的组成：

1. 按机器的各部分功能分析：机器由四大部分组成：动力部分，工作部分，传动部分，控

制部分；

2. 按机器的构成分析：机器是由一个或几个机构和动力源组成。机构是由若干个构件通过

可动联接（零件之间有相对运动的联接）面组成的具有确定运动的组合体。构件是由一个或若干个零件通过刚性联接而组成，它是运动的单元体。机械零件是加工的单元体。机器和机构统称为机械。

第二章 平面机构运动简图及自由度度

一．运动副：两构件直接接触并能产生相对运动的活联接称为运动副。分为高副和低副，高

副：以点或线接触所形成的运动副称为高副，如凸轮副和齿轮副；低副：以面接触所形成的运动副称为低副，如转动副，移动副。

第二节．平面机构的自由度：一个自由构件在平面中，有三个自由度。沿X，Y轴移动和绕Z轴转动。

二．平面运动副对构件的约束：每个低副引入两个约束，每个高副引入一个约束。

三．平面机构的自由度：设一个平面机构有N个构件，其中必有一个构件为机架，故活动构件数为n,其中PL个低副，PH个高副，则这些运动副引入的约束为2PL+PH，若用F表示自由度，则F=3n-2PL-PH，这就是平面自由度计算公式。也称为平面机构的结构公式。

四．机构具有确定运动的条件：机构的自由度数目必须与主动件数目相等。自由度F要大于零。

五．复合铰链、局部自由度和虚约束

1. 复合铰链：由两个以上的构件通过转动副并联在一起所构成的铰链称为复合铰链。用K个构件构成的复合铰链其转动副数目应为K-1。

2.局部自由度：在机构中常用一种与整个机构运动无关的。局部的独立运动，称为局部自由度，在计算机构自由度时应除去不计。

3.虚约束：机构中某些运动副所引入的约束可能与其他运动副所起到的限制作用是一致的，这种对机构不起真正约束作用的约束称为虚约束，在计算自由度时也应除去不计。平面机构的虚约束常出现在以下场合中：1）两构件组成多个平行的移动副时，只有一个移动副起作用；2）两构件间组成多个轴线重合的转动副，只有一个转动副起作用；3）传递机构中的对称部分。

第三章 平面连杆机构（以平面四杆机构用得最多，且铰链四杆机构为基本形式）铰链四杆机构：固定不动的构件称为机架；与机架连接的构件称为连架杆，其中做整周转运的称为曲柄，不能做整周运动的称为摇杆；不与机架直接联接的构件称为连杆。

第一节.铰链四杆机构的基本类型：

一．曲柄摇杆机构

二．双曲柄机构：在双曲柄机构中，如两对边长度分别相等，则为平行四杆机构“正平行四杆机构（转向相同且角速度相等）和反平行四杆机构（转向相反且角速度不相等）。在正平行四杆机构中，四杆存在两次共线，这时可造成从动曲杆不定向的问题，解决方法：1.可利用从动曲柄本身质量或再加装转运惯量较大的飞轮；2.还可用辅助构件组成多组相同机构，彼此错开一定角度来解决。

三．双摇杆机构：如起重机，若两摇杆长度相等，则为等腰梯形机构，如轮式车辆前轮转向机构。

第二节铰链四杆机构的基本特征

一．铰链四杆机构曲柄存在条件：1）连架杆与机架中必有一杆为最短杆；2）最短杆与最长

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杆之和必小于或等于其余两杆长度之和。 若满足第2）条，以不同构件做机架时，可得三种情况：1.以最短杆的相邻杆为机架时，得曲柄摇杆机构；2.以最短杆为机架，得双曲柄机构；3）以最短杆相以杆为机架，得双摇杆机构。

二．急回特性：1）极位角：当从动摇杆处于两极限位置时，主支曲柄两位置所夹的锐角θ，只要极位角不为0，就有急回特性。

三．压力角和传动角：传动角r越大，则压力角a越小，机构传力性能越好，反之越差。

四．死点位置：当取摇杆为主动件时，连杆与曲柄共出现二次共线，这时对曲柄转动点A的力矩为零。称为死点位置。解决措施：一是用动件惯性，二是采用机构错位排列的方法。

第三节 铰链四杆机构的演化：

一．曲柄滑块机构；

二．导杆机构：1）固定导杆（以导杆为机架）时为曲柄滑块机构；2）固定曲柄时（以曲柄为机架）为转动导杆机构；3）固定连杆（以连杆为机架）时为摆动导杆滑块机构（摇块机构）如汽车卸料机构。4）固定滑块（以滑块为机架）为移动导杆机构，如老式手动抽水机（摇井）。

第四章 凸轮机构

二．凸轮的分类：按形状分：1）盘形凸轮；2）移动凸轮；3）圆柱凸轮。按从动件端部形式：尖底、滚子、平底从动件。另还有对心和偏心等。圆形凸轮做压力角时，对心是移动后的点与基圆心和轮心交线夹角。偏心时，是转动角度后工作点与轮心连线和工作点画转运角与偏圆的切线的夹角。

第四节 凸轮机构设计中应注意的问题：设计凸轮时，基圆取得较小，则凸轮机构的尺寸就小。但基圆较小时，凸轮机构的压力角就较大，增大基圆半径，可减小压力角。

第五章 间歇运动机构

第一节 棘轮机构（实现间隙运动）

一．棘轮机构的组成，工作原理和基本类型：组成：由棘轮、棘爪、摇杆和机架组成。常用棘轮可分为齿啮式和摩擦式两大类。

1. 齿啮式棘轮机构：1）单动式棘轮机构；2）双动式棘轮机构，这种机构的棘爪可做成平头撑杆或钩头拉杆；3）可变向棘轮机构，这种机构的棘爪可绕轴线翻转。4）内啮合棘轮机构。

2.摩擦式棘轮机构

二．棘轮机构的特点和运用：1.送进；2.制动：如起重设备的安全装置，防止棘轮倒转。3.超越，如自行车后轴上的内啮合棘轮机构。

第二节 槽轮机构

一．槽轮机构的组成，工作原理和基本类型：组成：由具有径向槽的槽轮、带有圆销的拨盘和机架组成。槽轮机构可分为外啮合和内啮合两种类型。

1. 外啮合槽轮机构的特点：拨盘与槽轮的转向相反。

2. 内啮合槽轮机构的特点：拨盘与槽轮的转向相同。

二．槽轮机构的特点和运用：如电影放映机中的槽轮机构。

第六章．联接

第一节．键、花键和销联接

一. 键联接：平键的强度计算：键槽和键的两侧面受挤压应力，主要失效形式是较弱零件的

工作面被压溃。通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。而对于导向平键和滑键，主要失效形式是工作面的过度磨损，只作耐磨性计算。

二. 花键联接：按齿形分：矩形花键和渐开线花键。矩形花键定心方式是小径定心，具有定

心精度高、应力集中小和承载能力大等优点；而渐开线花键（分度圆压力角有30度和

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45度二种，定心方式是齿形定心，具有承载能力大，定心精度高，使用寿命长，工艺性好，宜用于载荷大，尺寸也较大的联接。

三. 销联接：用于定位、联接或作为安全装置，销有圆柱形和圆锥形二种。当销孔没有开通

或拆困难时，可在销的一端开外或内螺牙。

第二节．螺纹联接

一． 螺距：相邻二螺纹牙在中径上对应两点的轴向距离。导程：同一条螺旋线上的相邻

两螺纹牙在中径d2上对应二点的轴向距离。升角ψ：在中径d2的圆柱体上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线平面的夹角tanψ=L/（πd2）= np/（πd2）(n为螺旋线数；p为螺距)，螺纹幅的自锁条件：升角ψ<=摩擦角p；

二． 1。螺纹联接种类：a。螺栓联接：（1.普通螺栓联接：用于被联接件不太厚和便于

加工通孔的场合; 2.铰制孔螺栓联接：孔和螺栓间没有间隙，用于螺栓杆承受横向载荷或固定被联接件的相互位置。）b。双头螺栓联接：一端旋紧在被联接件中，另一端穿过另一被联接件的孔。用于被联接件之一太厚不便穿孔，结构要求紧凑或经常拆装的场合；c。螺钉联接：不用螺母，适用于被联接件之一太厚不经常拆装的场合；d。紧固螺钉联接：螺钉未端顶住零件的表面或顶入零件的凹坑中，将零件固定，可传力不大的载荷。

2．螺纹联接的预紧：预紧的目的：增加联接的可靠性、紧密性和防松能力。对

M10～M68钢制粗牙，拧紧力矩T=0.2F