天津中德应用技术大学机电工程专业(机电一体化)(高职教育转本科教育)2021年专业基础考试大纲

机械设计基础的主要知识点

靠前部分共同机构

一、平面机构的运动分析

知识点:运动对的类型；平面机构运动图:机构自由度计算；机构有条件决定运动。

1.基本概念

机构:机构由部件和运动副组成。

运动副:直接接触并能产生一定相对运动的两个部件之间的连接称为运动副。

低副:由两个部件通过面接触组成的运动副称为低副。

高副:由两个部件通过点接触或线接触组成的运动副称为高副。

自由度:具有独立运动(或独立运动参数)的部件数称为自由度。

约束:对部件独立运动施加的限制称为约束。

2.平面机构的自由度计算

在平面内运动的自由构件有三个自由度，每个下对引入两个约束，即使构件失去两个自由度；每个高对引入一个约束，使成员失去一个自由度。

平面机构自由度的计算公式为

3.机构要有确定的运动，机构的自由度必须等于机构的原始零件数。即机构有一定运动的条件为f >: 0，f等于原动机数。

二、平面联动机构

知识点:铰链四杆机构的基本类型及应用；铰链四杆机构的基本特征及分析计算:铰链四杆机构的演变及应用。

1.基本概念

平面连杆机构:它是由几个部件用低副(转动副和移动副)连接而成，所以也叫低副机构。

曲柄:能绕固定铰链转动的连杆叫曲柄。

摇杆:只能在小于360度的某个角度内摆动的连杆称为摇杆。

铰链四杆机构有三种基本形式:曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

举例说明铰链四杆机构基本形式的应用:(教材工程实例)

2.铰链四杆机构中曲柄存在的必要条件:

1)最短杆和最长杆的长度之和小于或等于其他两根杆的长度之和。

2)连杆和车架中的一个必须是最短的杆。

推论:

1)如果最短杆和最长杆的长度之和大于其他两根杆的长度之和，则无论哪根杆作为机架，都不存在曲柄，铰接四杆机构为双摇杆机构。

2)如果最短杆和最长杆的长度之和小于或等于另外两根杆的长度之和，根据相对运动原理，将不同杆作为齿条时会得到不同类型的铰接四杆机构，即:

(a)如果以最短杆的任意相邻杆为框架，则有一个曲柄，为曲柄摇杆机构。

(b)如果用最短的杆作为车架，则有两个曲柄，机构为双曲柄机构。

(c)如果以最短杆的对面杆作为车架，且不存在曲柄，则该机构为双摇杆机构。

3.快速返程特点:为了缩短非生产时间，提高生产率，空平均速度较高的返程和平均速度较低的生产行程。

极夹角和摆角:摇杆处于两个极端位置时，夹在对应曲柄两个位置之间的锐角,θ；叫做极角。摇杆两个极限位置之间的夹角称为摇杆的摆角，表示为, Psi代表。

机构的急回特性可用行程速比系数K表示，即K =(180°；+, theta；)/(180 °;-, theta；)

上述公式表明机构的急回特性取决于极角θ；。, theta角度越大，K值越大，机构的急回运动特性越明显。

3.压力角:从动摇杆上一点的应力方向与力作用点的绝对速度vc方向之间的锐角α；叫做压力角。

传动角:在实际应用中，为了测量方便，压力角γ的余角；判断连杆机构的传力性能，, gamma叫做透射角。

压力角越小，传动角越大，传动越好。

4.死点位置:当主动件在从动件上的作用点不产生力矩，不能转动时，机构的这个位置称为死点位置。

死点位置会导致机构从动件卡住或不确定移动。为了消除死点位置的不良影响，可以对从动曲柄施加外力，或者利用飞轮和部件本身的惯性使机构顺利通过死点位置。

死穴有利有弊。

第二部分

一、螺纹连接

知识点:常见螺纹特征及主要参数；螺纹连接和螺纹紧固件的基本类型；螺纹连接的预紧和锁定。

1.连接可以分为两种:动态连接和静态连接。通常所谓的连接主要是指静态连接。静态连接根据是否可拆卸分为可拆卸连接和不可拆卸连接。

2.三角形螺纹主要用于连接，矩形、梯形、锯齿形螺纹主要用于传输，管螺纹广泛应用于水、气、油、电线管道系统。

3.螺纹的分类和特性。右旋螺纹一般用于机械。

4.螺纹的基本参数:大直径、小直径、子午线、螺距、导程、升角和齿廓角。

5.螺纹连接的基本类型:(1)螺栓连接(①普通螺栓连接，②铰孔用螺栓连接)(2)螺柱连接。(3)螺纹连接。(4)拧紧螺钉连接。

6.螺纹连接防松:防松是防止螺纹副相对运动。常用的防松方法:摩擦防松、机械防松、破坏螺纹副运动关系。

二、键销连接

知识点:键和销连接的类型和特点；平键连接的合理选择。

1.它主要用于轴和轮毂之间的圆周连接。

2.平键、半圆键、楔形键和切向键的工作原理及主要特点。

3.平键的选择①尺寸选择:截面尺寸和键长②匹配选择:基轴系统

4.引脚连接的应用:定位、连接、过载保护。

5.圆柱销和圆锥销的工作原理及主要特点。

第三部分机械传动

一、齿轮传动

知识点:齿轮的机构特点和类型；齿廓啮合的基本规律，渐开线的形成及特点；渐开线齿轮的啮合特性:渐开线直齿轮的几何尺寸计算:正确啮合、正确安装、连续传动的条件；斜齿轮的几何尺寸计算和正确啮合条件。

1.齿轮机构的特性和类型。

2.啮合基本定律:在啮合传动的任意瞬间，两轮齿廓曲线在对应接触点处的公共法线必须通过根据给定传动比确定的瞬间的节点。这个条件叫做齿廓啮合的基本规律。

为了保持传动平稳，齿轮机构传动的基本要求是瞬时角速度比(即传动比)必须保持不变。

因为两个圆的圆周速度相等，当一对齿轮被驱动时，其一对节圆纯滚动。也就是说，一对外啮合齿轮的中心距总是等于节圆半径之和。

3.渐开线具有以下特性:

(1)沿基圆滚动的母线长度等于在基圆上滚动的圆弧长度。

(2)因为直线总是与基圆相切，所以渐开线上任意一点的法线都必须与基圆相切。

(3)渐开线的形状取决于基圆的大小。

(4)渐开线齿廓上任意一点的法线(正压力方向)与该点的速度方向线之间的锐角称为该点齿轮齿廓的压力角。

(5)基圆没有渐开线。

4.渐开线齿廓的啮合特性；

(1)可以保证变速器具有固定的传动比。

(2)中心距的可分性。

(3)齿廓上的压力方向不变。

渐开线齿轮的传动比I等于两轮基圆半径的反比。

可分性:两个轮子的角速度比即使两个轮子的中心距略有变化也保持不变的性质。

在渐开线齿轮传动中，啮合角是恒定的，恒定的啮合角意味着齿廓间的压力方向是恒定的。

5.渐开线标准直齿轮几何尺寸的计算公式。

6.正确的啮合条件

渐开线直齿轮的正确啮合条件是两个轮的模数和压力角分别等于和等于标准值。

两个平行斜齿轮的正确啮合必须满足以下三个条件:两个轮的法向模数和压力角相等，分度圆柱上的螺旋角大小相等，转动方向相反(外啮合)或相同(内啮合)。

7.标准中心距:一对标准齿轮分度圆相切时的中心距。

在机械设计中，正确的安装条件是根据齿侧无间隙设计中心距尺寸。

只有标准齿轮安装正确，节圆和分度圆重合，啮合角和压力角相等。

8.连续传输的条件

齿轮连续传动的条件是重合度ε；≧1、重合度越大，同时啮合的齿对越多，每对齿分担的载荷越小，传动越平稳。

9.两平行斜齿轮法向表面模数与端面模数的关系。

第二，齿轮系

知识点:轮系分类；求解定轴轮系

1.基本概念

定轴轮系:轮系运转时，每个齿轮的轴位是固定的，称为定轴轮系。

周转轮系:一种轮系，其中至少一个齿轮的几何轴线绕其他齿轮的固定轴线旋转。

惰轮:改变外啮合次数以改变传动比符号，但不影响传动比大小的齿轮。

2.定轴轮系传动比的计算

I1k=n1/nk=所有从动齿轮齿的乘积/所有主动齿轮齿的乘积

3.判断每个车轮的转向和速度计算

第三，皮带传动

知识点:皮带传动的类型、特点及应用；v带传动的基本参数和几何尺寸；皮带传动的受力分析和应力分析、弹性滑动和传动比；皮带传动的张紧、安装和维护。

1.皮带传动一般由主动皮带轮、从动皮带轮和传动带组成。

2.皮带传动的类型、特点及应用

3.三角带传动的基本参数和几何尺寸

三角带楔角:三角带两侧之间的角度

普通三角带按截面大小分为七种:Y、Z、A、B、C、D、E..y形截面最小，E形截面最大。

参考直径DD:v型滑轮的公称直径。即参考宽度处滑轮的直径。

参考长度LD:v带的标称长度。即皮带轮参考直径上v带的圆周长度。

滑轮槽角,φ；:皮带轮凹槽两侧之间的夹角。

包角,α；:与传动带和皮带轮之间的接触弧相对应的周向角。

4.工作能力分析

初始张力、紧张力和松张力之间的关系。

有效拉力f:两边之差为皮带与皮带轮摩擦力之和，称为皮带传动的有效拉力。

皮带传动传递的动力:P=FV

皮带传动的应力分析:皮带传动工作时，皮带中存在三种应力:拉应力、弯曲应力和离心拉应力；皮带传动中的最大应力出现在紧边进入小滑轮的地方。

在皮带传动中，皮带轮直径越大，皮带的弯曲应力越小。皮带转速越高，皮带离心力越大，不利于传动。

皮带传动的主要失效形式是打滑和疲劳失效。因此，皮带传动的设计准则是使皮带在不打滑的情况下具有一定的疲劳强度和寿命。

5.弹性滑动:由于皮带的弹性以及紧边和松边之间的张力差异，这是一种不可避免的现象。当皮带传动正常工作时，由于皮带的弹性滑动，无法保证准确的传动比。

打滑:是过载(即外部载荷大于最大有效拉力)造成的，会使传动失效，可以避免打滑。小滑轮总是先打滑。

6.三角带传动的张紧方式分为改变中心距的方法和使用张紧轮的张紧装置。张紧轮分为内部张紧和外部张紧。

第四部分-、轴系

一.轴

知识点:轴的作用和类型；竖井错结构的结构设计与分析。

1.轴的主要作用是支撑零件，传递运动和动力；

2.根据载荷的不同，轴可分为三种类型:旋转轴、芯轴和传动轴；

工作时承受弯矩并传递扭矩的轴称为转轴，通用减速器的中间轴为转轴；

工作时只受弯矩不传递扭矩的轴叫主轴。自行车的前轴采用固定主轴，铁道车辆的轮轴为旋转主轴。

工作时，主要传递扭矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴称为传动轴，发动机和变速器通过万向联轴器驱动后轮轴差速器的轴称为传动轴。

3.轴的结构应符合以下要求:轴和安装在轴上的零件应具有准确的工作位置；轴上的零件应易于组装、拆卸和调整；轴应具有良好的工艺性等。

轴肩、轴套、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母保证零件在轴上的轴向定位；

零件在轴上的周向定位是通过键、花键、销、紧定螺钉和过盈配合实现的；

轴肩轴向定位时，为了使零件靠近定位面，轴肩根部圆角半径应小于零件倒角；

当用套筒、螺母或轴端挡圈对轴进行轴向定位时，为了使零件靠近定位面，安装零件的轴段长度应小于零件轮毂的宽度；

肩部的高度应小于滚动轴承内圈的厚度，以便拆卸轴承。

轴肩采用圆角或底切圆角过渡的目的是降低应力集中。

轴上不同轴段的键槽应尽可能均匀，并沿同一母线方向排列。

二、轴承

知识点:轴承的功能和类型；滚动轴承的代码、含义和选择。

1.轴承的作用是支撑轴及其零件，保持轴的转动精度，减少转轴与支架之间的摩擦和磨损；

2.滚动轴承结构:内圈、外圈、滚动体和保持架。

3.滚动轴承的名义接触角:环与滚动体接触的法线与垂直于轴承轴线的平面之间的角度。

4.滚动轴承材料；

5.滚动轴承的类型、特点和应用；

6.滚动轴承代码含义、组装和拆卸方法

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