汽车机械基础复习串讲
一、基本概念
1. 机器、机构、机械
机器——机器是由若干机构组成的，用来变换或传递能量、物料和信息的装置。
机构——用来传递运动和动力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统。
机械——是机器和机构的总称。 2. 运动副与自由度
——平面高副引入一个约束，保留两个自由度。 ——平面低副引入两个约束，保留一个自由度。
平面机构自由度的计算公式：F=3n-2PL-PH
机构具有确定运动的条件：原动件数目 = 机构的自由度数F（F＞0） 计算平面机构自由度应注意的问题
复合铰链——由K个构件组成的复合铰链具有的转动副数目为（ K －1）个。 局部自由度—— 在机构中，某些构件的局部独立运动，并不影响其它构件的运动，在计算机构的自由度时，应该除掉。
虚约束——机构中不起独立限制作用的约束称为虚约束。计算机构的自由度时，虚约束应除去不计。 二、力学部分 1. 力的概念
力——物体间的相互机械作用
力 偶——由一对大小相等,方向相反,且作用线相互平行的两个力所组成的力系. 力系——作用于刚体上的一群力 合力与分力
——作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个力，合力的作用点仍作用在这一点，合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定。
——若一个力和一个力系等效，则这个力就称为该力系的合力；力系中的每个力就称为力系的分力
作用力与反作用力公理
——任何两个物体间相互的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，沿着同一条直线，分别作用在这两个物体上。 ．．．．2.
力、力系的简化
作用于刚体的力可以沿其作用线滑移至刚体的任意点，不改变原力对该刚体的作用效应
作用在刚体上某点的力，可以平移至刚体上任意一点，但同时必须增加一个附加力偶，该力偶的力偶矩等于原力对该点之矩。 平面任意力系简化的结果得到:
——主矢ＦR′＝原力系中各力的矢量和（作用线通过简化中心Ｏ，大小与简化中心Ｏ的位置无关）
——主矩Ｍo′＝原力系中各力对简化中心之矩的代数和（与简化中心Ｏ的位置有关） 力偶性质
——力偶是无法再简化的简单力系，力偶是力的特殊组合，力偶不能简化为合力，力
3.
4.
5.
偶不能与力平衡，力偶只能与力偶相平衡
——力偶中两个力对其作用面P内任意一点之矩的代数和，恒等于该力偶的力偶矩，与矩心位置无关： 约束与约束反力
约束——限制某物体运动的装置称为该物体的约束。
约束反力——当非自由体沿约束所限制方向有运动趋势时，约束与非自由体之间便产生相互的作用力，称为约束反力。 约束类型及约束反力确定
柔性约束——作用于触点,沿柔体中心,背离被约束物体
光滑接触面约束——通过接触点，沿着接触面公法线方向，指向被约束的物体。 光滑铰链约束
连接铰链（中间铰）——用过销轴中心的两个正交的分力FX、和FY表示
固定铰链支座——约束反力通过销轴中心，方向随主动力方向而不同，用过销轴 中心的两个正交的分力FX、FY表示。
活动铰链支座——通过铰链中心且必垂直于支承面。 物体的受力分析和受力图
受力图：在分离体上画上它所受的全部主动力和约束反力，就称为该物体的受力图。
三、机构传动
1. 铰链四杆机构类型的判别
当lmin+lmax≤l1+l2时
①最短杆为连架杆 ——曲柄摇杆机构 ②最短杆为机架 ——双曲柄机构 ③最短杆为连杆 ——双摇杆机构 如果上式不成立，即为双摇杆机构 2. 铰链四杆机构的演化
——曲柄滑块机构(把曲柄摇杆机构中，使一个转动副转化为移动副) ——双滑块机构（两个转动副变换成移动副） ——转动导杆机构 ——摆动导杆机构 ——摇块机构 ——定块机构
3. 四杆机构的急回运动特性
——曲柄作等速转动，而摇杆摆动时空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度的特性，称为急回运动特性。
应用：牛头刨床等机械就利用这种特性来缩短非生产时间，提高生产率。 4. 四杆机构的传动角和压力角
压力角α ——作用在C点的力作用线与C点的速度方向线之间所夹的锐角。它是机构传力性能好坏的标志。机构中,压力角为90°（传动角γ=0°）的位置，称为死点位置。 5. 凸轮组成——凸轮由凸轮、从动件、机架三个基本构件组成。 6. 凸轮机构从动件常用运动规律
等速运动规律——有刚性冲击。
等加速等减速运动规律——为柔性冲击。 简谐运动规律——也有柔性冲击
7.
凸轮机构的设计包括凸轮传动的类型和从动件的运动规律的选择，以及凸轮的设计。 设计一般精度凸轮时常被采用图解法；基本原理：反转法原理。
8. 带传动一般是由主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传动带所组成。当原动机驱动主动
带轮转动时，由于带与带轮之间摩擦力的作用，使从动带轮一起转动，从而实现运动和动力的传递。
平带 ：平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。 V带： 截面形状为梯形，两侧面为工作表面。
多楔带：它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。可传递很大的功率。 圆形带： 横截面为圆形。
9. 有效拉力 F——由于带轮的两侧都有拉力存在，紧边拉力相当于主动力，松边拉力相
当于阻力，紧边拉力与松边拉力之差称为带的有效拉力 F。 10. 带工作时，在带的截面上存在三种应力：
——由拉力产生的拉应力?
——由离心力产生的离心应力?c ——由弯曲产生的弯曲应力?b
传动带各点在不同工作位置上的应力是变化的，带的最大应力发生在紧边绕入小轮处。
最大应力:?max??1??b1??c11. 12.
带是弹性体，受力后会发生弹性伸长。带传动中因带的弹性变形变化而引起的带与带轮间的局部相对滑动，称为带传动弹性滑动。它是带工作时不可避免的。
带传动工作时的主要失效形式是： 带在带轮上的打滑；带传动的磨损和疲劳断裂。 当外载荷F ＞ Fmax时,带将在带轮上发生全面的滑动，这种现象称为打滑。打滑将使带磨损急剧，传动效率降低，以至于使传动失效。打滑是由于过载引起的，避免过载就可以避免打滑。
带轮张紧的目的：根据带的摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能正常工作。 常见的张紧装置有定期张紧装置、自动张紧装置、张紧轮张紧装置。
链传动是由主动链轮、从动链轮和套在链轮上的链条所组成。以链条作中间挠性件，靠链条与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。
链传动属于具有中间挠性件的啮合传动，与带传动相比，没有弹性滑动和打滑现象，故能保证准确的平均传动比，传动效率较高，结构紧凑，传递功率大，需要张紧力小；与齿轮传动相比，链传动结构简单，加工成本低，能实现远距离传动。能在温度较高，有油污等恶劣环境下工作。
链条在磨损后会使链节距增加。链传动定期张紧的目的主要是为了防止链条由于松边垂度过大而引起啮合不良和链条抖动。链传动的张紧方法有： 1、通过调整中心距来张紧链条。2、设置张紧轮，张紧轮可置于链条松边的内侧或外侧。3、因铰链磨损使链节距增大时，可拆除1～2个链节。
―条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹——渐开线
渐开线的压力角：啮合时K点正压力方向与速度方向所夹锐角为渐开线上K点之压力角αk。，渐开线上的压力角随向径的不同而不同， rk??k?标准齿轮的压力角已标准化 标准压力角是20°
13.
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16.
17. 一对渐开线齿廓啮合传动的瞬时传动比为常数 。
渐开线齿轮传动的角速比恒等于两基圆半径的反比， 在两轮中心距稍有微小变化均能保证瞬时传动比不变。
18. 齿轮的基本参数：模数 m，齿数Z，压力角 ? ，齿顶高系数ha* 、顶隙系数c* 19. 标准齿轮——分度圆上的齿厚s等于齿槽宽e，且m、α、 ha* c*均为标准值的直齿圆
柱齿轮。
20. 标准直齿圆柱齿轮传动的参数和几何尺寸计算公式P286 21. 标准中心距：标准安装时的中心距。a = m (z1+z2 ) / 2 22. 齿轮传动 正确啮合条件
一对外啮合直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是:两齿轮的模数和压力角必须分别相等。 m1= m2=m ，α1=α2= 20°
一对外啮合斜齿圆柱齿轮轮的正确啮合条件是：齿轮副的法面模数和法面压力角分别相等，而且螺旋角大小相等，旋向相反。 mn1= mn2=m ，αn1=αn2=α， β 1 = -β 2
一对外啮合直齿圆锥齿轮正确啮合条件： 两个锥齿轮大端的模数和压力角分别相等。 m1= m2=m ，α1=α2 δ1+δ2 =90°它是保证圆锥齿轮副作纯滚动的两个节圆锥顶重合，且齿面成线接触的条件。
蜗杆传动正确啮合条件是：在中间平面内，蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等，且蜗杆导程角γ与蜗轮螺旋角β大小相等，方向相同。 即： ma1= mt2=m ，αa1=αt2=α， γ = β 压力角标准值为20°
23. 齿轮连续传动条件：必须保证前一对轮齿尚未脱离啮合时，后一对轮齿就应进入啮合。
齿轮传动的重合度大于1，一般取 ε =1.1-1.4
24. 根切现象：用展成法加工正常齿制（即ha*= 1 ， α= 20°）标准直齿轮时，不发生根
切最少齿数： zmin=17
25. 齿轮传动的失效形式：1、轮齿折断2、齿面点蚀3、齿面磨损4、齿面胶合5、齿面塑
性变形
对于软齿面（≤350HBS）齿轮的闭式传动，其主要失效形式是点蚀。因此，通常选按齿面接触强度条件进行计算，确定中心距再选其他参数，然后校核齿根弯曲强度。对于闭式传动中的硬齿面（>350HBS）齿轮或铸铁齿轮，其主要失效形式是轮齿折断。因此，通常按齿根弯曲强度条件进行计算，确定齿轮模数再选其他参数，然后校核齿面接触强度。
对于开式或半开式齿轮的闭式传动，其主要失效形式是齿面磨粒磨损和磨损引起的齿根折断，同样按齿根弯曲强度条件进行计算，确定齿轮模数。并考虑磨损因素对模数加大10%-15%，再选其他参数，然后校核齿面接触强度。
26. 在确定大．小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30一
50HBS，这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄．为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。 27. 齿轮副的设计步骤：
1）.选择材料及热处理方法确定许用应力。
2）按软、硬齿面的不同进行接触（弯曲）强度设计，确定中心距或模数。 3）校核弯曲（接触）强度
4）进行齿轮其它几何尺寸的确定。 28. 齿轮副的受力分析：
直齿圆柱齿轮：
29.
30. 31.
32. 33. 34.
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36.
——圆周力：主动轮上与转向相反，是阻力；从动轮上与转向相同，是驱动力； ——径向力：分别指向各自轮心。
轴向力：主动轮根据左右手定则判断。当主动轮右旋时，用右手握住齿轮的轴线，让四指的弯曲方向与主动轮的转动方向相同，大拇指所指的方向即为轴向力的方向 圆锥齿轮：
——圆周力：从动轮子的与其圆周速度方向相同，主动轮则相反， ——径向力：分别指向各自轮心， ——轴向力：各自指向大端 蜗杆传动：
蜗轮转向的判别 ：圆周力Ft —— “主反从同 ”（即Ft1与主动轮转向相反） 径向力Fr —— 指向各自的轮心
轴向力Fa1 ——用“左右手定则”判别：当右旋蜗杆伸右手（左旋蜗 杆伸左手），四指沿着蜗杆转动方向弯曲，则大拇指伸直的方向即为蜗杆的轴向力Fa1方向，Fa1的反向即为蜗轮的旋转方向（即拇指的反方向）
斜齿轮齿廓曲面的法向参数（用n下注）与刀具的标准参数相同，因此标准规定斜齿轮的法向参数为标准值。而由于斜齿轮在端面上的齿廓曲线是渐开线，计算斜齿轮的几何尺寸时一般是按端面参数用t下注）进行
圆锥齿轮——用于传递两相交轴间的运动和动力。对于直齿锥齿轮，标准规定以齿轮大端参数为标准值，
蜗杆传动——用于传递空间垂直交错两轴间的运动和动力。主要由蜗杆和与它相啮合的蜗轮组成。
在中间平面（通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面）内，蜗轮蜗杆相当于齿轮齿条啮合。
要求自锁时，取单头蜗杆，要提高传动效率时，可增加蜗杆头数。蜗轮齿数Z2= i Z1 。 定轴轮系——所有齿轮几何轴线的位置都是固定的轮系
周转轮系——至少有一个齿轮除绕自身轴线自转外，其轴线又绕另一个轴线转动的轮系。由行星轮、太阳轮、行星架构成。周转轮系又可分为行星轮系及差动轮系。 轮系的传动比——是指轮系中输入轴（主动轮）的角速度（或转速）与输出轴（从动轮）的角速度（或转速）之比
平面定轴轮系传动比的计算：大小等于等于轮系中所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比 。方向用图示法
周转轮系传动比的计算：转化轮系法：根据相对运动原理，假想对整个行星轮系加上一个与行星架转速n H大小相等而方向相反的公共转速-n H，则行星架被固定，而原构件之间的相对运动关系保持不变。原来的行星轮系就变成了假想的定轴轮系——转化轮系。
螺旋传动机构——将回转运动变为直线运动，同时传递运动和动力。
普通螺旋传动：螺杆相对于螺母转动一周，则螺母相对于螺杆轴向移动一个导程的距离S。
差动螺旋机构中的螺杆具有两段不同导程P1 、P2 ，但螺蚊旋向相同。当P1 、P2相差很小时，位移L可以很小，因此，可很方便地实现微量调节。
复式螺旋机构中的螺杆具有两段不同导程P1 、P2 ，但螺蚊旋向相反。因而复式螺旋机构的位移L与螺距和P1 + P2成正比，所以多用于需快速调整或移动两构件相对位置的场合。
间歇运动机构——当主动件作连续运动，从动件产生周期性的运动和停歇的机构；