机械基础

第七章零件的受力分析和计算

刚体：静力学所研究的物体均视为刚体

平衡：物体相对于某一参考系保持静止或做匀速运动的状态

平衡力系：如果一物体在一力系快递的作用下处于平衡状态，这样的力系称为平衡力系

等效力系：两个力系对同一刚体的作用相同，可以相互代替时，称为等效力系

合力：若一力和一力系等效，则此力称为合力，而力系中的各力称为分力

二力体：只受两力作用而处于平衡状态的刚体

平衡状态的充要条件：大小相等，方向相反，作用线相同

解平衡问题的一般步骤：确定研究对象，进行受力分析，画出受力图，根据平衡条件列出平

衡方程，用几何法和解析法求方程

主动力：凡能主动引起物体运动或使物体有运动趋势的力

约束：阻碍抑制研究对象运动的物体称为约束物，简称约束

柔索：钢丝绳，链条，胶带

约束力：约束作用在研究对象（被约束物）上的力

铰链：

1.固定座铰链

2.中间铰链：当构成的铰链互为约束时，工程上成为中心铰链

3.活动座铰链（画受力图）

平面汇交力系：各力作用线在同一平面内，并且汇交于一点的力系

力矩：力和力臂的乘积并加上适当的正负号（正负号规定：力使刚体绕距心作逆时针转动为

正，反之为负）

力偶：作用在同一刚体上一对等值，反向，不共线的平行力

力偶的性质：

1.不能与一个力来等效或平衡，力偶只能与力偶等效或平衡。

2.保持力偶矩的大小和旋向不变，可以任意改变力偶中力的大小和力偶臂的长短，而不影响

它对刚体的效应。

3.力偶可以在其作用平面内任意移转，而

不影响它对刚体的效应。

平面一般力系：各力作用线在同一平面内任意分布的力系∑Fx=0，∑Fy=0，∑M0=0

平面平行力系：各力作用线在同一平面内且相互平行的力系

物系：即物体系统，，指工程中的机械或结构

第八章零件的失效分析和计算

1.轴向压缩或拉伸：

受力特点：外力（或外力的合力）作用线与杆件的轴线重合

变形特点：杆件沿轴线方向伸长或缩短

2.应力：杆的强度强度取决于内力在截面上上分布的密集程度（简称集度），这种内力的集

度在力学上称为应力（正应力方向垂直于横截面）

3.正应力:拉（压）杆截面上各点的应力大小相同，方向垂直于横截面的称为正应力。

公式：[σ]=F/A（符号规定：拉应力为正，压应力为负）

4.应变：即相对变形或线应变，用以描述一点处变形的程度，绝对变形（L

i

-L

0

）与L

0

（标

距长度）之比

5.Q235碳素结构钢拉伸时四个阶段：

正比例阶段：①弹性形变②应力与应变成正比

屈服阶段：材料暂时丧失了抵抗应变的，这种现象称为屈服

强化阶段：出现最高点

局部收缩阶段：当应力达到强度极限时，试件的某一部分的横截面将突然发生显著地局部收

缩，称为缩颈现象，Q235的伸长率δ≈26%

6.塑性材料与脆性材料的区别：

（1）塑性材料（δ≥5%）脆性材料（δ＜5%）

（2）对于塑性材料，其抗压与抗拉强度相同，而对于脆性材料，其抗压能力显著大于抗拉

能力，即耐压不耐拉，于是工程上把脆性材料作为承压构件

许用应力：极限应力除以一个大于1的安全系数S，作为零件工作时所允许的最大应力。(极

限应力：材料丧失正常工作时的应力)公式：[σ]=σ

lim

/S

7.剪切：在一对相距，很近方向相反的横向外力作用下，构建的横截面沿外力方向发生的错

动变形。

受力特点：零件受到一对大小相等，方向相反，且作用线相距很近的外力或外力的合力。

变形特点：两力作用线间的截面发生相对错动。

8.切应变:γ≈tanγ=cc’/bc=dd’/ad(见P197图8-11)

9.切应力：同截面相切的应力称为切应力（τ）。

10.剪切虎克定律：τ=Gγ（G的值查表）

11.扭转的受力特点：一对大小相等，方向相反的外力偶作用，且两外力偶的作用平面与杆

件的轴线垂直。（规定：以右手四指表示扭矩的转向，当大拇指指向离开横截面时为正，反

之为负）

12.抗扭截面系数Z：反映截面抵抗扭转的能力

13.抗弯截面系数W：反映截面抗弯能力

14.梁的弯曲强度条件：σ

max

=|Mσ|

max

/W≤[σ]

扭转强度条件：τmax=|Mτ|

max

/Z≤[τ]

15.平面弯曲：当外力和（或）外力偶作用在此纵向对称平面内，梁的轴线就在该平面内弯

曲成一条平面曲线，这种弯曲称为平面弯曲

16.梁上载荷：集中力，集中力偶，均布载荷

17.弯矩规定：凡弯矩使梁弯曲成下凹时取为正值，反之为负

18.交变应力：应力大小和方向随时间作周期性变化的应力

19.疲劳破坏：机器零件在交变应力作用下，经过一定循环次数后发生的破坏

第九章零件的材料选择

1.工程材料：金属材料，非金属材料，复合材料。

金属材料：黑色金属材料（钢、铁），有色金属材料。

2.Q235：

45：优质碳素结构钢，含碳量0.45

ZG200-400：

HT150：

QT600-3：

GCr15：

40Cr：铝合金结构钢

第十章连杆机构

1.机械：机器与机构的统称

机构：由若干构件所组成

2.高副：两个构件以点或线接触的运动副

低副：两个构件以面接触的运动副

3.构件：可以是一个零件，也可以由几个零件构成的刚性整体

4.铰链四杆结构：①曲柄摇杆机构②双曲柄机构③双摇杆机构

5.曲柄摇杆机构：在铰链四杆机构中，若一个连架杆为曲柄，另一个连架杆为摇杆时称为曲

柄摇杆机构

6.曲柄滑块机构：①对心式曲柄滑块机构②偏置式曲柄滑块机构

7.曲柄存在的条件：

（1）最短杆条件：连架杆和机架中必有一杆是最短杆

（2）杆长之和条件：最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆长度之和

8.急回特性：摇杆返回行程的平均角速度大于工作行程的平均角速度的性质

9.极位夹角：在急回运动机构中，输出构件处于两极限位置时，对应的输入曲柄两位置间所

夹的锐角。

10.压力角，传动角：P258图10-11

11.死点：P259图10-14

第十一章凸轮结构

1.(1)按凸轮的形状分类：盘形凸轮，移动凸轮，圆柱凸轮

(2)按从动件的结构形式分类：尖顶从动件凸轮，滚子从动件凸轮，平底从动件凸轮，曲底

从动件凸轮

(3)按从动件的运动形式分类：移动从动件凸轮，摆动从动件凸轮

(4)凸轮与从动件组合分类：对心式凸轮，偏置式凸轮

2.刚性冲击：由于速度的突变，引起加速度无穷大的惯性力引起的冲击

3.柔性冲击：由于加速度的突变值为一定值而不是无穷大，所以较刚性冲击要小，称为柔性

冲击

4.反转法：应用相对运动原理来设计凸轮廓线的方法

第十三章带传动

1.带传动：摩擦带传动（平带传动，V带传动，圆带传动），啮合带传动

2.带传动特点：

优点：①传动平稳，噪声小②传动过载时能自动打滑，起保护作用③结构简单成本低廉④可

用于中心距较大的传动

缺点：①不能保证恒定的传动比②轮廓的尺寸大，结构不紧凑③传动效率低④带的寿命短⑤

对轴和轴承的压力大，提高了轴和轴承的要求⑥不适宜高温易燃的场合

适宜的工作环境：传递中，小功率，对传动比无严格要求，且中心距较大的两轴之间的传动

3.V带传动：

节宽：带的长宽均保持不变的中性层的宽度

基准宽度：槽型轮廓宽度的一个无公差的规定值

4.影响带传动的能力的主要因素：

（1）初拉力F0：主要因素，过小易发生打滑和跳动；过大会较低带的疲劳寿命

（2）包角α：α≥120°，包角大→带与带轮的接触弧长，产生较大摩擦力→有效拉力

（3）摩擦系数

（4）带的线质量和带速

5.

（1）离心拉力：由于离心力而产生的拉力。

离心应力σ

c

：

（2）紧边拉力：

松边拉力：

有效拉力：紧边拉力与松边拉力之差。

拉应力σ：紧边拉应力σ

1

，松边拉应力σ

2

（3）弯曲应力σ

b

：带绕过带轮时，在包角所对的接触弧上的胶带将发生弯曲并产生弯曲

应力。

4.带应力分布：①带是处于交变应力状态下工作的

②带转动一周时，最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮出（切点处）

6.带传动弹性滑动产生的原因：

（1）胶带具有弹性：带运行接触带轮时，由于拉力的变化必将引起弹性滑动

（2）带的紧边和松边所受拉力不等（存在拉力差）

7.带型的选取：传动的设计功率和小带轮（主动轮）的转速

第十四章齿轮传动

1.齿轮传动的特点：①传递准确：恒定的传动比②适用的圆周速度的功率范围广③使用寿命

长④近距离传动

2.齿轮传动的分类

①按齿轮形状：圆柱齿轮，圆锥齿轮，蜗杆蜗轮螺旋齿轮

②按齿廓曲线：渐开线齿轮，摆线齿轮，圆弧齿轮

③按工作条件：开式齿轮，闭式齿轮，半开式齿轮

3.渐开线的性质

①弧NA=NK

②渐开线上个点的曲率半径不同，且由小变大（A点为0）（渐开线上任意一点法线必与基

圆相切）

③渐开线形状取决于基圆大小

④渐开线齿廓上各点压力角不等，且向径r

k

越大，压力角越大

⑤基圆以内无渐开线

4.渐开线齿廓啮合性质：

①具有恒定的瞬时传动比

②啮合线为一直线，啮合角为一常数

③中心距可分性

④齿廓间具有相对滑动

标准安装：节圆与分度圆重合，啮合角＝压力角

直齿轮

5.分度圆直径d：d=mz（分度圆直径=模数*齿数）

6.中心距a：a=（d1+d2）/2

=m/2（z

1

+z

2

）

7.渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件：两轮的模数和压力角必须分别相等

渐开线直齿圆柱齿轮的连续传动条件：同时啮合的轮齿对数必须有一对或一对以上（重合

度ε≥1）

8.渐开线直齿圆柱齿轮的加工方法：成形法，展成法

9.齿轮不产生根切的最小齿数Z

min

=17

10.齿轮轮齿的失效形式：

①齿轮折断（疲劳折断、过载折断）

②齿面点蚀

③齿面磨损

④齿面胶合

⑤塑性变形

11.软齿面：

①≤350HBS

②齿面点蚀（主要失效形式）

③接触疲劳强度（设计计算）

12.硬齿面：

①＞350HBS

②齿面折断（主要失效形式）

③弯曲疲劳强度（设计计算）

斜齿轮

13.螺旋角β：螺旋线展开所得的斜直线与轴线之间的夹角，反映齿轮的倾斜程度

14.当量齿数：虚拟的一个与斜齿轮的法面齿形相同的直齿圆柱齿轮

15.斜齿轮的正确啮合条件：

①法面模数，法向压力角分别相等

②β1=-β2

蜗杆

16.蜗杆传动的特点：

优点：①传动比大，结构紧凑

②传动平稳，噪声小

③具有自锁性

缺点：①效率低，不适合大功率传动

②发热大，要有良好的冷却润滑条件

17.蜗杆的正确啮合条件：

①m

x1

=m

t2

=m

②α

x1

=α

t2

=α=20°

18.蜗杆合槽条件：蜗轮的旋转角β2=蜗杆导程角γ

19.定轴轮系传动比：

I

1n

=各对齿轮传动比的连乘积=（-1）m×(各从动轮齿数的连

乘积/各主动轮齿数的连乘积)

第十六章轴和轴承

滑动轴承

1.轴的分类：心轴，传动轴，转轴

2.滑动轴承的分类：

①按承载不同分：径向滑动轴承，推力滑动轴承，径向推力滑动轴承

②按材料分：金属轴承，粉末冶金轴承，塑料轴承，宝石轴承，橡胶轴承

③按润滑剂分：液体润滑轴承，半液体润滑轴承，固体润滑轴承，气体润滑轴承，自润滑轴

承

3.轴套：径向滑动轴承中与轴颈相配的整体式管状元件

轴瓦：径向滑动轴承中与轴颈相配的对开式元件

4.轴承座分类：整体有衬正滑动轴承座，对开式正滑动轴承座，对开式斜滑动轴承座

5.润滑油性能：粘性（主要性能），粘温特性，润滑性

6.稠度：润滑脂在外力作用下抵抗变形的能力

滴点：在规定的加热条件下润滑脂从标准量杯的孔口滴下第一滴的温度

7.形成动压轴承必须满足的条件：

①两摩擦表面间必须具有楔形油楔

②轴要有足够高的转速，且其速度方向应能满足形成收敛油楔

③润滑油要有一定的粘度且供油充足

滚动轴承

8.滚动轴承的游隙：径向游隙，轴向游隙

9.滚动轴承的接触角α：径向平面与经轴承套圈或垫圈传递给滚动体的合力作用线之间的夹

角

10.滚动轴承的分类：

11.基本额度寿命：可靠度为90％轴承不发生疲劳点蚀前所转过的总转数

12.基本额定动负荷：在基本额定寿命为一百万转时，轴承所承受的载荷

13.当量动负荷：

滚动轴承的组合设计

14.轴系的轴向固定：

分固式：两端各单向固定

固游式：一端双向固定，一端游动

15.轴颈与滚动轴承内孔之间的配合：基孔制

外壳孔与滚动轴承外径之间的配合：基轴制