1、. 1 页 第 一 章 精密机械设计的基础知识 重点 掌握机械的组成及机器、机构、构件和零件概念 机械 ： （利用力学原理组成的各种装置）是机器和机构的总称。如杠杆、滑轮、机器以及枪炮等都是机械。 机构： 由若干个构件组成，组成机构的各构件之间有确定的相对运动，可以用来传递运动和力或改变运动的形式。（是机械的内部构造，或机械内部的一个单元）。 机器： 由各种机构组合而成，除了具有机构的特征外，机器还能进行能量的转换和完成有用的机械功。 零件： 机械加工制造的单元体，是机器结构中的最小单元。 构件： 由一个或多个零件刚 性联结的整体，是机器中的独立的运动单元。 构件 是运动的单元， 零件 是制造
2、单元。 第 二 章 工程材料和热处理 一、 材料分类 二、 常用工程材料 1、 碳钢与合金 钢 （ 1） 碳钢 ： 含碳量 大于 0.0218%而小于 2.11% 的铁碳合金。 （ 2）合金钢 2、铸铁 机器 机构 构件 零件 低碳钢（ 0.25%C） 中碳钢（ 0.25 0.60%C） 高碳钢 （ 0.6） 按其含碳量分 低合金钢（合金元 素总含量质量分数 5%） 中合金钢（合金元素总含量质量分数 5 10%） 高合金钢（合金元素总含量质量分数 10%） . 2 页 （按石墨化程度分类） 灰口铸铁：碳主要以石墨形式存在，应用广泛。 灰口铸铁又分为 （以石墨形态分类）： 灰铸铁和球墨铸铁 白口
3、铸铁：碳主要以 Fe3C形式存在。（很少应用） 3、有色金属和非金属材料 要求对各类材料的应用和常用牌号有所了解 三 、钢的热处理 热处理 ： 在固态下通过加热、保温、冷却的方法，改变钢的金属 整体或表面 组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。 分类 ： 普通热处理：（ 四把火： 正火、退火、淬火、回火） 表面热处理： 表面淬火、 表面化学热处理 调质处理 重点掌握： 各种热处理 作用、所适用的材料 第三章 平面机构的结构分析 一、运动副、自由度、约束 概念 1、运动副及其分类 （ 1）运动副： 机构中使两构件直接接触，并能产生一定相对运动的联接 （ 2）分类： 按两构件接触特性分为 高副、低
4、副（ 转动副、移动副） 。 2、自由度 ： 构件具有的独立运动数目。 构件作平面运动时，其运动可分解为三个独立运动，因此具有三个自由度 。 3、约束 ： 对构件独立运动所加的限制称为约束。 高副： 1 个约束， 2个自由度。（两个构件组成高副后，沿接触点公法线相对移动的独立运动被限制，每个构件失去一个自由度） 低副： 2 个约束， 1个自由度 . 3 页 二、 平面机构的自由度 1、机构的自由度： 机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。 2、机构的自由度计算 注意判别： 复合铰链、局部自由度、虚约束 三、机构具有确定运动的条件 当 F 0 时，构件间无相对运动，不成为 机构。 当 F
5、0时 ， 原动件数 F 机构遭破坏 原动件数 F 机构运动不确定 原动件数 =F机构具有确定的运动 第四章 平面 连杆机构 一、 铰链四杆机构的基本型式及演化 1、铰链四杆机构的概念 所有 运动副 均为 转动副 的平面四杆机构称为铰链四杆机构 2、基本型式 按两连架杆的运动形式不同 分为 三种：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构 。 了解这三 种 基本机构的特征、运动关系和应用。 3、 演化 （ 1）了解机构演化的基本思路 （ 2）演化机构 ： 曲柄滑块机构（ 分为： 对心和偏心曲 柄滑块机构 ） 导杆机构（分为：转动导杆机构和摆动导杆机构） 多移动副的四杆机构（ 有： 正弦机构 和 正切机
6、构） 二、平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念 1、曲柄存在的条件 HL PPnF 23. 4 页 连架杆和机架中必有一杆是最短杆 最短杆与最长杆的长度和小于或等于其余两杆件的长度和（杆长之和条件）。 2、机构类型与机架的关系： 机 架 机构类型 备 注 有曲柄 最短杆 双曲柄机构 满足杆长条件 与最短杆相对的杆件 双摇杆机构 与最短杆相 邻 的杆件 曲柄摇杆机构 无曲柄 任意杆件 双摇杆机构 不满足杆 长条件 3、机构 传动的 几个基本概念 （ 1）压力角 ： 传动力的方向与力作用点的速度方向之间的夹角。越小传动效率越高。 （ 2）传动角 ： 连杆轴线与从动杆轴线所夹的锐角。 最大传动角
7、 出现的位置 要注意的是，机构的压力角和传动角是对从动件而言的 。 在机构的运 o90. 5 页 动过程中，压力角和传动角的大小是随着从动件的位置的变化而变化的 。 当 ， 即曲柄与机架共线时， 角得到 极大或极小 值，极值的大小取决于机构中各杆件的长度。 越大，越小，机构传力传力性能 差； 当 小到一定程度时，会由于摩擦力的作用而发生自锁现象。 为保证机构良好的传力性能 ,要求机构在运动中的 最大压力角 必须 满足下列 条件 ： 或 （ 3）极位夹角 ： 曲柄 在两个极限位置时所夹的锐角。 （ 4）行程速比系数 急回特性：若机构中作往复运动的构件（通常为输出构件），存在回程的耗时比工作行程耗
8、时少的现象，则称该机构具有急回特性。 行程速度变化系数 K：工作行程的平均速度与回程的平均速度之比值。 结论 ： a K 越大（即极位夹角越大）急回特性越明显 b极位夹角为零的机构无急回特性。 c常见的具有急回特性的机构： 曲柄 摇杆机构、 曲柄 导杆机构、偏心曲柄 滑块机构等。 （ 5） 机构死点 4050m axoo or1800bc addacb 2 c o s2c o s 2222 )50(40 0m i n o11180 KKo. 6 页 机构运转时，当连杆与从动件处于共线位置时 =0 、 =90，经连杆作用于从动件上的力 F 通过从动件的铰链中心，使驱动从动件的有效分力为零，不论力
9、 F 多大，都不能使从动件转动 ， 机构的这一位置称为死点位置 。 三、平面四杆机构的设计 重点掌握图解法 按给定行程速度变化系数设计四杆机构 设计步骤： 计算极位夹角 - 设计摇杆 CD-任选转动副 D 的位 置，并 按照给定的摇杆长 CD 度及摆动角度 max 画出摇杆的两个极限位置 C1D 和 C2D。 设计曲柄转动中心 A（既机架 AD 的长度）： -连接 C1C2， 过 C2作 C1C2N=90O-， 过 C1作 C1M C1C2,C1M交 C2N 于 P点。 过 C1、 C2、 P 三点作园 PC1C2.则 A点应在该圆上。 注：理论上只要 A点在园 PC1C2上就能满足命题要求，
10、实际上 A 点的最终确定还应考虑如机架尺寸、安装空间、传动角、机构尺寸构成条件、结构尺寸等要 求。 计算曲柄与连杆的尺寸： -由曲柄的两个极限位置可得： AC2=a+b； AC1=b-a故有： 曲柄长度： 2 12 ACACa 连杆长度： aACaACb 12 四、 正弦、正切机构的传动特性 （ 1）传动特性 . 7 页 正弦机构 -结构特点是推杆工作面为平面，摆杆工作面为球面。 传动特性 -设摆杆的初位移 00 0 则有： 推杆的位移 s in)s in( s in 0 aas 机构的传动比 sin1 adsdi 正切机构 -结构特点是推杆工作面为球面，摆杆工作面为平面。 传动特性 -设摆杆
11、的初位移 00 0 则有： 推杆的位移 t a n)t a n( t a n 0 aas 机构的传动比 2cos1adsdi 结论： 机构的传动比为非线性。 （ 2）原理误差分析 误差产生的原因 -由于线性化读数表盘要求移动件按照 as 的规律运动，而机构的非线性传动特性不能 保证这一要求 。 这种由于采用机构的传动特性与要求的传动特性 不相符 而引起的误差称为原理误差。 正弦机构 6)6(s in 33 aaaaasss 正切机构 3)3(ta n 33 aaaaasss 第 五 章 凸轮机构 . 8 页 一、凸轮机构的组成、应用、特点 凸轮机构由 凸轮、从动件和机架 组成 。 二、凸轮机构
12、的分类 （即凸轮与从动件的主要型式） （ 1） 按凸轮的形状分 为： 盘状凸轮和圆柱凸轮 （ 2） 按推杆形状分 为： 尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆 （ 3） 按凸轮与从动件维持高副接触 (封闭 )的方式分 ： 力封闭型、形封闭型 三、 从动件常用运动规律 描述 是从动件在整个工作循环中，运动参数（位移、速度和加速度）随凸轮转角变化的规律。 s s(t) s() v v(t) v()a a(t) a() 从动件的运动规律，由凸轮轮廓曲线形状决定。要使从动件实现某种运动规律，就要设计出与其相应的凸轮轮廓曲线。 正确选择 和设计从动件的运动规律，是凸轮机构设计的重要环节 。 几种常用运动规律及特点
13、 等速运动规律 ： 速度曲线不连续，机构将产生刚性冲击 等加速等减速运动规律 ： 加速度曲线不连续，机构将产生柔性冲击 余弦加速度运动规律 ： 加速度曲线不连续，存在柔性冲击 正弦加速度运动规律 ： 速度曲线和加速度曲线连续，无刚性冲击和柔性冲击 四、 名词术语及符号 （ 1）基圆 rb （ 2）升程 （行程 h） 、回程 （ 3）停程（远停、近停） 五 、凸轮轮廓曲线设计的基本原理 . 9 页 1凸轮轮廓曲线设计方法的基本原理： 反转法原理 2 重点 图解法设计 六 、凸轮机构基本尺寸的确定 1凸轮机构的压力角 凸轮的基圆半径 rb、压力角 都是定义在理论轮廓曲线上 。、 压力角 增大到时分
14、母为零，则 F ，机构发生自锁 。 max lim 2凸轮基圆半径的确定 在偏距一定，推杆的运动规律已知的条件下，加大基圆半径 rb，可减小压力角，从而改善机构的传力特性，但机构的尺寸会增大 。 3. 凸轮基圆半径的确定 限制基圆半径的条件 ： 安装条件 rb 应大于凸轮轴的半径 rs；根据结构和强度的需要，按经验公式 rb (1.62)rs初步选定凸轮基圆半径 rb，然后校核压力角，以满足 max的条件。 传力条件 最大压力角 max许用压力角 ； 不失真条件 凸轮廓线的最小曲率半径 min0。 当要求机构具有紧凑的尺寸时，应当按许用压力角 来确定凸轮的基圆半径 rb。 22bddta ne
15、rses 22t a n dd esesr b . 10 页 第 六 章 齿轮机构 一、齿轮传动主要用途 、 特点 传递运动和转矩 、 变换运动方式 、变速 二、分类 三、齿廓啮合基本定律 对齿轮传动的基本要求之一是其瞬时传动比保持恒定。若传动比变化 从动轮转速不均匀 惯性力、振动、噪音 传动精度；要 保证瞬时传动比恒定不变，则齿轮的齿廓必须符合齿廓啮合基本定律。 四、渐开线齿廓曲线 1渐开线形成 2渐开线性质 (1) (2) 是渐开线在 K点的法线，与基圆相切 (3) N 为渐开线上 K 点的曲率中心， 为曲率半径。渐开线愈靠近基圆的部分，曲率半径愈小 3. 渐开线方程式 五、渐开线齿轮的基本参数和基本尺寸的计算 1基本参数 ： m、 z、 、 ha*、 c* 标准齿轮 ： 是指 m, , ha*， c*均为标准值，且 s=e 的齿轮。 2 齿轮各部分的名称 、符号和 标准直齿圆柱齿 轮几何尺寸计算 齿顶圆 da: 齿根圆 df: 分度圆 d： 模数和压力角均为标准值的圆。 齿顶高 ha： 齿根高 hf ： NANK NANKNANKkkkk in v t a nkbk rr cos.12122112 co n strrPO POibb ibi rrcospm
