機械測試基礎 期末復習概念總結

機械測試基礎概念總結

測量（靜態(tài)"動態(tài)測量）模擬信號:泛指隨時間連續(xù)變化物理量（經傳感器變?yōu)殡娦盘栆廊皇悄�擬信號）時間，幅值連續(xù)可得任意時間值，合理值數字信號：也是隨時間變化但時間（一定間隔），幅值離散（某個最小量個數）測量一般用途：產品開發(fā)與試驗過程；過程與系統(tǒng)控制；監(jiān)測與診斷量~定性區(qū)別定量確定的一種物質屬性基本量：LMTθ溫度I電流N發(fā)光強度J物質的量測量：以確定被測對象量值為目的實驗過程計量：涉及實現1單位統(tǒng)一2量值準確可靠的測量測試：具有實驗性質的測量測量裝置：傳感器（敏感元件-轉換元件）-調節(jié)電路-顯示-接口（數字化）-計算機-分析$存儲測量四要素被測對象，計量單位，測量方法，測量誤差基準：保存，復現，計量單位的計量器具（國家，副，工作）計量標準：檢定工作計量器具的計量器具測量方法：直接（直接~尺、間接比較~溫度計），間接（所測的是與被測量有定關系的），組合（方程組，不提精度卻提準確度）測量裝置/系統(tǒng)術語1傳感器~測量轉換（第一級測量變換器）2測量變換器：輸出與輸入有給定關系；輸出標準信號為變送器3檢測器：顯示存在不必顯示量值4測量器具示值：由測量器具所指示的被測量值，用被測量的單位表示5準確度等級：表示測量器具等級（保持誤差在規(guī)定極限內）6標稱范圍/示值范圍標尺范圍所對應被測量示值范圍7量程：表程范圍上下限之差的模8測量范圍：測量器具誤差在允許范圍內"器具所能測量的被測值范圍9漂移：計量特性隨時間的慢變化1測量誤差結果-真值系統(tǒng)（恒定或按確定方式變化~已定、未定系統(tǒng)誤差）隨機，粗大2誤差表示絕對誤差，相對（無量綱）引用（只用于表示計量器具特性絕對誤差／量成或標稱范圍最高值）3測量精度（泛指結果可信度）a測量靜密度：隨機誤差大小的誤差b測量正確度：表系統(tǒng)誤差的誤差c測量準/精確度：結果與真值一致程度即系與隨的綜合d測量不確定度：真值所處量值范圍/誤差分散性☆完整結果＝結果+不確定度4不確定度包含A＆B類分量A實驗標準偏差~實驗標準偏差s（統(tǒng)計方法算出B標準偏差u（經驗估計）測量重復性，復現性也是評價測量質量的標準5測量器具誤差1儀器示值誤差2基本誤差/固有誤差3允許誤差：允許的誤差極限值4測量器具的準確度5測量器具重復性，重復性誤差6回程誤差/滯后誤差7誤差曲線~器具誤差與被測量間關系8校準曲線~實際值與示值關系第一章信號一、分類：1確定＆隨機2連續(xù)＆離散3能量＆功率1確定信號（a周期，b非周期）a按一定時間間隔周而復始無始無終b不具周期（準周期；瞬變非周期）2隨機（不能準確預測瞬時值，無法用數學關系式來描述）1連續(xù)（數學表達式中獨立變量取值取值連續(xù)）若獨立變量＆幅值均連續(xù)~模擬信號2離散（獨立變量取值離散）若獨立變量與幅值均離散~數字1能量（信號平方對時間的積分）能量有限2功率（信號平方）能量無限但在有限區(qū)間內平均功率有限二、信號描述（時域/頻域）1（時間為獨立變量）反應瞬時值隨時間變化2（以頻率為獨立變量）反應頻率組成；幅值相角大小頻率與幅值~幅頻譜；相頻譜周期信號＆離散頻譜偶函數×奇函數＝奇函數積分＝0；偶為一側2倍cos偶sin奇@@@1、周期函數頻譜特點（3）①頻譜是離散的②每條譜線只出現與基頻率w。整數倍上基波頻率是個分量頻率公約數③各頻率分量譜線高度表相位或幅值（諧波幅值總趨勢幅值隨諧波次數增大而減�。�2周期信號強度表達峰值xp＝|x（t）|max峰-峰值xp-p最大最小峰值差絕對均值μ|x|全波整流后的均值有效值xrms均方跟值均方值Pav有效值得平方三、瞬變非周期連續(xù)頻譜周期信號由幾個簡諧信號疊加；但幾個簡諧信號疊加不一定是周期信號具有離散頻譜的不定是周期信號，只有各成分頻率比為有理數才疊加成周期準周期：具有離散頻譜的非周期信號瞬變非周期：連續(xù)頻譜~通常所謂的非周期信號頻譜連續(xù)的原因：☆當周期信號T.→∞△w.→0譜線無限靠近變量w連續(xù)取值至離散譜線頂點變成連續(xù)曲線故非周期頻譜連續(xù)第二章測試裝置基本特性（靜/動態(tài)特性；負載特性；抗干擾性）1靜態(tài)特性：靜態(tài)測量下描述實際測量裝置與理想時的不變線性系統(tǒng)接近程度a靜態(tài)

標定~只改變一個輸入量測對應輸出的實驗過程b要得到有意義標定結果輸入輸出測量必須精確，用來定量這些變量的儀器（或傳感器）和技術統(tǒng)稱‖標準‖c真值~用精度最高的“最終標準”得到的測量值‖標準傳遞‖（最終標準，傳遞，實驗室，）①線性度線性誤差＝△max/(Ymax-Ymin)×100%②靈敏度＝△Y/△X③回程誤差/遲滯④分辨力：引起輸出產生可察覺變化的最小輸入量變化值（表示為其與量程比的百分數）⑤零點/靈敏度漂移輸出零點偏離原始零點的距離；由于材料性質變化引起的輸入輸出關系（斜率）的變化2動態(tài)特性（輸入隨時間變化測輸入與輸出間~動態(tài)關系（時間函數）的數學描述（常系數線性微分方程/微分方程線性變換/單位脈沖輸入的響應）確定動態(tài)特性的目的：了解其所能實現的不失真測量的頻率范圍傳遞函數特點（復數域）①H(s)與輸入及系統(tǒng)初始狀態(tài)無關，只表達系統(tǒng)傳輸特性②同一形式的傳遞函數可表征具有相同傳輸特性的不同物理系統(tǒng)③系數ab反應輸入輸出量綱變換特性④H(s)分母取決于系結構“n”表系統(tǒng)微分方程階數；分子與系統(tǒng)與外界之間關系有關（一般n＞m）頻率響應函數（頻率域）物理概念明確；易通過實驗來建立；易由其求出傳遞函數①幅頻特性：定長線性系統(tǒng)在簡諧信號激勵下其穩(wěn)態(tài)輸出信號和輸入信號的幅值比A(w);相位差ψ（x）為相頻特性環(huán)節(jié)串聯H(s)＝∏Hi(s)A(w)＝∏Ai(w);ψ(w)＝∑ψi(w)并聯H(s)＝∑Hi(s)3負載效應：存在測量于裝置各個環(huán)節(jié)是傳感器安裝到被測物體上或介質中，從物體與介質中吸收能量或產生干擾使被測物理量偏離原有量值從而不可能實現理想的測量4測量裝置的抗干擾性（電源，環(huán)境，信道干擾）一階系統(tǒng)：（時間常數τ越小越好）當測低激勵頻率w

擴散出電阻而前者則是利用半導體做成的粘貼式敏感元件?電阻應變式應用方式1直接粘于構件預定部位拉壓應力、扭矩彎矩2貼于彈性元件（應變~電阻）力、位移、壓力、加速度1、電容傳感器a極距變化型靈敏度與極距呈反比引起非線性誤差在教小間隙范圍變化那工作常采用差動式b面極變化靈敏度常數但小適用于較大直線位移／角位移測量c介質變化測液位溫度厚度電容傳感器測量電路a電橋電路：將電容傳感器作為橋路一部分，由電容變化轉電壓變化電橋輸出為一調幅波，經放大，相敏解調，濾波后輸出再推動顯示儀b直流極化電路/靜壓電容傳感器電路~測氣流/液流震動速度進而得到壓力c諧振電路~優(yōu)（敏）缺（工作點不易選，變化范圍窄，連接電纜的分布電容影響較大）d調頻電路~抗干擾，敏，電纜分布電容影響大）e運算放大電路3、電感式（電磁感應原理）自感（可變磁阻／渦流式）；互感（差動變壓器）互感型~差動變壓器式原理~電磁感應的互感現象e＝-Mdi/dtM~比例系數/互感大小與兩線圈相對位置及周圍介質導磁力有關☆壓電效應：某些物質（石英等晶體）受壓后內部極化某些表面上出現電荷形成電場~可逆的壓電/逆壓電效應都是線性的☆鐵電性：某些晶體存在自發(fā)極化特點即晶胞正負電中心不重合且這種極化可在電場作用下轉向@磁電晶體最典型特征~具有電滯回特性常用壓電材料1壓電單晶~石英2壓電陶瓷（多晶體）~有許多疇組成的多疇晶體（鐵電體由微晶組成，微晶細分為電疇）3有機壓電薄膜壓電式力傳感器形式：1利用膜片式彈性元件~膜片承壓面積將壓力轉換成力2利用活塞的承壓面承受壓力通過活塞另一端頂桿作用在壓電片上測出作用力進而推算出活塞承受壓力1熱電式傳感器（金屬熱電效應~熱電效應：把兩種不同導體/半導體連成閉合回路兩節(jié)點分別置于不同溫度處在回路內就會產生熱電動勢的現象2熱電動勢由接觸電動勢和溫差電動勢冷端溫度固定總熱電視只與熱段單質函數關系①溫差電動勢~同一導體兩端因其溫度不同而產生的一種熱電動勢（電子由高溫段運動到低溫端高溫正電）2、熱電偶回路特點：a組成熱電偶的導體相同回路總熱電動勢為0b兩節(jié)點溫度相同盡管材料不同總熱電動勢為0c熱電偶AB熱電動勢與中間溫度無關只與節(jié)點溫度有關dE（t1，t3）=E（t1，t2）+e中間導體定律fEab=Eac+Ecb標準電級熱電偶分類1、鉑銠-鉑熱電阻LB精度高氧化／中性物化性質穩(wěn)定作為基準；熱電動勢弱高溫易受還原蒸汽侵害2、鎳鉻-鎳硅EU氧化中化學性質穩(wěn)定產生熱電動勢大線形好便宜；還原性中易腐蝕3、鎳鉻-考銅EA靈敏便宜；范圍低氧化易變質半導體傳感器（~敏傳感器）優(yōu)：敏響應快結構簡單體積小質量小功耗低安全可靠壽命長缺：非線性輸出溫度影響大性能參數分散性大1磁敏傳感器a霍爾元件（霍爾效應）霍爾效應：運動電荷受磁場中洛倫滋力作用電子一側積累形成電場（直至Fe與Fl平衡）霍爾元件~半導體磁電轉換元件測微小的b磁阻元件（磁阻效應）磁阻效應：半導體片電阻與外加磁場B，霍爾常數kb有關的特性（與材料性質，幾何形狀）遷移率升高磁阻效應大長寬比大傳感器選用第四章信號的調理與記錄一電橋（將電阻／電感／電容等轉為電流電壓輸出的一種測量電路）~電路簡單可靠，高精度高靈敏度*分類a（工作原理）偏值法歸零法b（激勵電源）直流電橋交流電橋調制與解調1調制~利用某低頻信號控制/改變高頻振蕩信號的某個參數（幅值，頻率，相位）的過程~調頻/調相/調幅載波~高頻真當信號調制信號~控制高頻振蕩的低頻信號已調制信號~調制后的高頻振蕩信號解調~從已調制信號中恢復出原低頻調制信號的過程2直流放大器~會帶來零漂，級間耦合等造成信號失真；交流放大器~具有良好抗零漂性能故☆調制解調應用：1力位移等變化緩慢經傳感器轉換為低頻微弱信號先調制后交流放大再解調~可獲取放大后的被測信號2某些傳感器完成被測物理量轉為電量應用了調制解調原理。~交流電阻電橋~實質是幅值調制器；~電容電感類傳感器將被測物理量變換成頻率變化即采取了頻率調制；~差動變壓器是位移傳感器~調幅3信號遠距離傳輸1、幅值調制與解調將高

頻載波信號×被測信號（調制信號）~高頻信號幅值隨被測信號變化而變化（相當于調制信號的頻譜搬移過程）調幅信號解調方法：同步解調（經低通濾波器），包絡/整流檢波，相敏檢波2、頻率調制與解調利用調制信號控制載波信號頻率變化過程；載波幅值不變頻率隨調制信號的幅值成比例（一般用振蕩電路來實現）調頻信號的解調（鑒頻）（經高通濾波）鑒頻器，鎖相環(huán)解調器3、濾波器濾波~讓被測信號中的有效成分通過不需要的成分抑制或衰減掉濾波器分類（按選頻方式4）低通/高通/帶通/陷波（帶阻）濾波器~截止頻率之上/下，中心頻率附近通過，選定頻帶上的頻率衰減掉（按構成形式2）有/無源濾波器~有源常使用運算放大電路；無源由一定RLC配實際濾波器特征參數1截止頻率fc：幅頻特性值等于A。/√2（即-3dB）對應頻率點若以信號幅值平方表信號功率截止頻率對應半功率點2帶寬B＝上下截止頻率間頻率范圍3紋波幅度δ：通帶中幅頻特性值起伏范圍(越小越好）4品質因子Q：帶通濾波器Q為中心頻率f。與帶寬B只比（Q大則B小選擇性好）5倍頻程選擇性：阻＆通帶間過度帶的曲線傾斜度，表征幅頻特性衰減快慢程度。表示為上截止頻率（大）fc2與2fc2或下截止頻率（�。ゝc1與?fc1間幅頻特性衰減值（即變化一個倍頻程的衰減量以dB表示）衰減越快越好6濾波器因數（矩形系數）λ：濾波器幅頻特性-60dB＆-3dB帶寬比λ理想＝1一般1~5實際濾波電路一階RC（過渡帶內衰減速率很慢fc＝1/2πRC對應于幅值衰減3dB的點，所以調節(jié)RC值可方便調節(jié)截止頻率從而改變帶寬低通C輸出：|H(f)|＝1/√〔1+（f/fc）?〕φ(f)＝-arctan（f/fc）高通R輸出：|H(f)|＝(f/fc)/√1+(f/fc)?φ(f)＝90°-arctan(f/fc)復雜濾波器LC（L替代R）多個中心頻率相同的濾波器級連后總幅頻特性值為各濾波器幅頻特性的成級使通帶外的頻率成分更大的衰減；但同時帶來了明顯負載效應和相移增大☆避免這一問題常用方法：采用有源濾波器~將濾波網絡與運算放大器結合1、多路濾波器并聯~中心頻率不同增益相同①常用于信號的頻譜分析，信號中特定頻率成分提�、谥行念l率不同（但能使相鄰帶寬相互連接，一般使前一-3dB上截止頻率高端＆后一-3dB下截止頻率低端相等）須具有相同放大倍數③常見恒帶寬比（相對帶寬為常數）＆恒帶寬濾波器恒帶寬比~Bi/f。i＝Cfc2i＝2*n(次方）fc1in~倍頻程數：n＝1倍頻程濾波器，n＝1/31/3倍頻程濾波器……f。i＝2*n次f。（i-1）＝√fc1ifc2i☆只要選定n值即可設計出覆蓋給定頻率范圍的鄰接式濾波器☆低頻段帶寬小高頻段大使高頻段濾波效果很差恒帶寬~絕對帶寬為常數所有頻段均有良好頻率分辨力B小分辨力好但需濾波器多∴一般不用固定的中心頻率與帶寬并聯組合通過中心頻率可調的掃描式帶通濾波器來實現2、中心頻率可調式五、信號處理1、數字信號處理基本步驟預處理→A/D轉換→計算機/數字信號處理器→結果顯示①預處理組成a）電壓幅值調理~適宜于采樣（希望峰-峰值足夠大以便充分利用A/D轉換器精度：信號電平較低轉換后二進制高位為0僅低位有值；若超過參考電壓則轉換中將發(fā)生溢出這是不允許的）進入A/D轉換器的信號電平應適當調整b）必要的濾波以提高信噪比，并略去高頻噪聲c）隔離信號中的直流分量d）如原信號經過調制則應先解調②A/D轉換~模擬信號經采樣，量化，轉化為二進制的過程~計算機只能處理有限長度數據3、數字化過程（模擬信號變化為有限長的離散時間序列）對模擬信號進行采樣和截斷①采樣~用一等時距的周期脈沖序列S(t)也稱采樣函數去乘x（t時距Ts稱采樣間隔fs＝1/Ts采樣頻率采樣后頻譜是平移后圖形的疊加再乘窗函數w（t）窗寬為T，截取的時間序列數據點數為N＝T/Ts;N也稱序列長度②計算機按一定算法（離散傅立葉變換DFT)將N點長的離散時間序列xsw變換成N點的離散頻率序列并輸出③DFT不僅算出xsw的“頻譜”且對其連續(xù)的頻譜XTW進行了頻域的采樣處理使其離散化~相當于XTW乘上采樣函數D(f)即在頻域一個周期fs＝1/Ts中輸出N個數據點輸出頻率序列的頻率間距△f＝fs/N＝1/(TsN)＝1/T計算機輸出X(f)p＝X*S*WDx（t）p＝xsw*d為一周期函數☆采樣，截斷，DFT計算出現的問題1）時

域采樣~連續(xù)時間信號變成離散信號（乘等時距單位脈沖序列）各采樣點上瞬時值變?yōu)槊}沖序列強度以后將進一步被量化為相應數值；得到離散時間序列x（n）＝x（nTs)＝x（n/fs）n＝0，1，2……2）采樣間隔Ts選擇太�。ú蓸宇l率高）一定時間記錄其數字序列很長，計算工作量迅速增大；若間隔過大（頻率低）則可能丟掉有用信息可能出現~混疊現象☆1、混疊現象采樣后的頻譜是將原信號頻譜X(f)依次平移1/Ts至各采樣脈沖對應的頻域序列上然后全部疊加而成變?yōu)殡x散信號而相應的頻域函數變?yōu)橹芷诤瘮抵芷跒閒s（1/Ts)若間隔Ts過大（采樣頻率fs過低）那么移植各采樣脈沖所處頻譜X(f)就會有一部分混疊使新合成X*S圖形與原X(f)不一致，這一現象稱“混疊”發(fā)生混疊后，改變了原來頻譜的部分幅值即不可能從離散的采樣信號xs準確恢復出原來的時域信號不產生混疊方法（不可能徹底消除，因實際濾波器不可能將高頻噪聲全衰減干凈）1抗混疊濾波預處理使被采樣模擬信號x（t）成為有限帶寬信號~不滿足的采樣前先通過模擬低通濾波器2采樣定理fs＞2fh帶限信號最高頻率的2倍實際濾波器使采樣頻率fs與濾波器截止頻率fc關系fs＝（3~4）fc☆2、量化與量化誤差量化~采樣得到的離散信號的電壓幅值用二進制碼組表示使離散信號變?yōu)閿底中盘柫炕�電平~從有限個離散電平中去一個來近似表采樣點的信號實際幅值電平（每一量化電平對應一個二進制數碼）b位二進制數共有2"b次個數碼但第一位作為符號為所以實際2"(b-1)次☆3、截斷，泄露，窗函數泄露~W為一無限帶寬的使x截斷后也必然成為無限帶寬信號其能量在頻率軸分布擴展的現象☆4頻域采樣，時域周期延拓，柵欄效應頻域采樣過程結果是將時域信號平移至各脈沖坐標位置重新構圖~周期延拓結果是一個周期信號xsw*d實質為摘取采樣點上對應函數值~柵欄效應（時域采樣，頻域采樣均有）時域采樣若滿足采樣定理要求柵欄效應不會有影響；頻域影響大可能使整個處理失去意義☆頻率分辨率，整周期截斷DFT算法固有特征△f＝fs/N＝1/T一、位移測量（線、角）a滑線電阻式位移傳感器結構簡單"使用方便"輸出大"性能穩(wěn)定；觸頭有機械摩擦使用壽命受限"分辨率低"輸出信號噪聲大"不宜用于頻率較高的動態(tài)測量b應變片式位移傳感器原理~彈性元件將位移轉為應變量而后經應變片、應變儀等測量記錄c差動變壓器式精度高性能穩(wěn)線性廣輸出大使用方便；動態(tài)性能差d光電脈沖式實質~位移-數字編碼器測量的非接觸信號的數字化不影響被測對象易于信號傳輸處理安裝使用方便測量范圍廣常用于精度要求一般的大位移測量和簡易數控系統(tǒng)二振動測試（啟動時沖擊、平穩(wěn)工作時隨即振動）分類（目的）1尋找振源減少／消除振動2測定結構、部件動態(tài)特性以便改進結構設計、提高抗振能力a渦流位移傳感器端部與對象距離變化測量其振動位移和幅值傳感器線圈厚度越小越靈敏b電容傳感器c磁電式速度計（電磁感應原理）結構簡單使用方便靈敏有時可不加放大器測低頻不能測高頻

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機械設計基礎期末復習總結

A.B.C.

第一章緒論

構件是組成機械的基本運動單元，可以由一個或多個零件構成的剛性結構零件是機械的制造單元機械零件的主要失效形式：1)斷裂

2)過大的變形（過大的彈性形變）3)表面失效

4)正常工作條件遭破壞而引起的失效機械零件常用材料：1)金屬材料

a)鋼b)鑄鐵c)有色合金2)非金屬材料

a)有機高分子材料b)無機非金屬材料c)復合材料

第二章平面機構分析

運動副：使構件與構件之間直接接觸并能產生一定相對運動的鏈接分類：

1)低副：面接觸

a)移動副b)轉動副

2)高副：點或線接觸、球面副、螺旋副構件（每個構件至少有兩個運動副）1)固定件（機架）：在一個機構中有且只有一個構件為機架2)原動件（主動件/輸入構件）：運動和動力由外界輸入3)從動件（輸出構件）平面機構的自由度

1)計算公式：F=3n-2PL-PH2)平面機構具有確定運動的條件：①F>0②自由度等于原動件數

*機構的自由度即是平面機構所具有的獨立運動的數目3)計算平面機構自由度注意事項：

a)復合鉸鏈：兩個以上構件在同一條軸線上用轉動副連接

*N個構件匯交而成的復合鏈具有（N-1）個轉動副

b)局部自由度：機構中出現的與輸出構件運動無關的自由度

*計算時，應除去不計c)虛約束：運動副帶入的約束對機構自由度的影響是重復的，對機構運動不

起新的限制作用的約束常見虛約束：

兩個構件之間組成多個導路平行的移動副時

-1-

D.A.B.C.

A.B.

C.D.

兩個構件之間組成多個軸線重合的轉動副時

機構中傳遞運動不起獨立作用的對稱部分

*計算時，應除去不計

第三章平面連桿機構

平面連桿機構（平面低副機構）：由若干個構件以低副連接組成的平面結構鉸鏈四桿機構：4為機架，1、3為連架桿，2為連桿

曲柄：能繞機架作整周轉動的連架桿

搖桿：只能繞機架作一定角度往復擺動基本特性：運動特性、傳力特性基本類型：

1)曲柄搖桿機構：連架桿中，一個為曲柄，一個為

搖桿（通常，曲柄為原動件并作勻速轉動時，搖桿作變速往復運動）2)雙曲柄機構：兩連架桿均為曲柄

3)雙搖桿機構：兩連架桿均為搖桿（兩搖桿長度相等時稱為等腰梯形機構）鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件：1)整轉副存在條件

a)最短桿長度+最長桿長度≤其余兩桿長度和b)整轉副由最短桿與其鄰邊組成

2)曲柄存在條件（整轉副位于機架上才能形成曲柄）

a)最短桿鄰邊為機架時，機架上只有一個整轉副，故為曲柄搖桿機構b)最短桿為機架時，機架上有兩個整轉副，故為雙曲柄機構c)最短桿對邊為機架時，機架上沒有整轉副，故為雙搖桿機構

*若最短桿長度+最長桿長度＞其余兩桿長度和，則無論去哪個桿為機架都為雙搖桿機構

急回特性P34：曲柄搖桿機構中，曲柄雖作勻速轉動，而搖桿擺動時空回程的平均速度卻大于工作行程的平均速度。用行程速比系數K表示

*若θ=0，K=1，則該機構無急回運動特性若θ＞0，K＞1，則該機構具有急回特性，且θ越大，K越大，急回特性越顯著E.壓力角：作用在從動件C點的驅動力F與該點絕對速度VC之間所夾的銳角，可作

為判斷機構傳力性能的標志P35傳動角：壓力角的余角*機構運動時，傳動角是變化的，必須規(guī)定傳動角下限，否則，當傳動角太小時，傳力性能太差，有可能會使機構出現自鎖現象F.死點位置（傳動角為零的位置）：在搖桿CD擺到極限位置時，連桿2與曲柄1兩

O

次共線，從動件的傳動角為0，即連桿傳給曲柄的力通過鉸鏈中心A，不論此力

多大，均不能使曲柄轉動死點位置現象：機構的從動件卡死或運動不確定消除死點位置不良影響：①對從動曲柄施加外力②利用飛輪及構件自身的慣性作用

第四章凸輪機構

A.凸輪機構（高副機構）：由凸輪、從動件和機架組成，包含兩個低副，一個高副

分類P44：

B.

C.D.

E.F.

A.B.

1)按凸輪的形狀分

a)盤形凸輪（凸輪的最基本型式）：繞固定軸轉動并且具有變化向徑的盤狀

構件

b)移動凸輪：盤形凸輪的轉軸位于無窮遠時，相對機架作直線運動的凸輪c)圓柱凸輪：移動凸輪卷成圓柱體型式的凸輪2)按從動件的型式分

d)尖頂從動件：從動件與凸輪接觸的一端為尖頂e)滾子從動件：從動件與凸輪接觸的一端為滾子f)平底從動件：從動件與凸輪接觸的一端為平面從動件的位移線圖（B卷內容）：

1)推程運動角：從動件以一定的運動規(guī)

律由離凸輪回轉中心最近的位置A到達最遠位置B，凸輪轉過的相應角度2)遠休止角：從動件與以O為圓心的圓

弧BC接觸，從動件在最遠位置停止不動時，凸輪轉過的相應角度

3)回程角：從動件按一定運動規(guī)律返回

到起始位置，凸輪轉過的相應角度4)近休止角：從動件與以O為圓心的基

圓圓弧DA接觸，從動件在最近位置停止不動時，凸輪轉過的相應角度從動件常用運動規(guī)律

1)等速運動規(guī)律：剛性沖擊，運動開始、終止時，速度有突變，加速度無窮大2)等加速運動規(guī)律：柔性沖擊，運動開始、終止時，加速度產生有限數值的突變3)簡諧運動規(guī)律：柔性沖擊，運動開始、終止時，加速度產生有限數值的突變壓力角：在不計摩擦的情況下，凸輪沿法線nn方向給予從動件的作用力F與從動件運動方向（速度方向）所夾的銳角a*壓力角a越大，有效分力F1越小，有害分力F2越大，機

構效率越低，設計時應使最大壓力角不超過許用值*自鎖現象：當a大到一定程度，以致F2引起的摩擦阻力大于有效分力F1時，無論凸輪給予從動輪的作用力多大，從動輪都不能運動的現象（回程時，無自鎖問題）基圓半徑r0：r0越小，壓力角a越大滾子半徑：為了使凸輪輪廓在任何位置既不出現尖點，也不自交，滾子半徑必須小于理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑

第六章齒輪傳動

漸開線齒廓的嚙合特點

1)漸開線齒廓能實現定比傳動

2)中心距（一對相互嚙合的齒輪回轉中心之間的距離）可分性：當實際中心距存

在誤差時，漸開線齒輪的傳動比仍保持不變的特性

3)四線（過嚙合點的公法線、嚙合線、基圓的公切線、正壓力作用線）合一4)嚙合角不變：數值上等于漸開線在節(jié)圓上的壓力角直齒圓柱齒各部分名稱及代號1)輪齒：齒輪上每一個用于嚙合的凸起部分，在齒輪圓周上均勻分布的輪齒總數

稱為齒數，用z表示

2)齒頂圓齒輪齒頂所在的圓。其直徑（或半徑）用da（或ra）表示3)齒根圓齒輪齒槽底所在的圓。其直徑（或半徑）用df（或rf）表示

4)分度圓用來分度（分齒）的圓，該圓位于齒厚和槽寬相等的地方。其直徑

（或半徑）用d（或r表示）。

5)齒頂高齒頂圓與分度圓之間的徑向距離，用ha表示6)齒根高齒根圓與分度圓之間的徑向距離，用hf表示

7)全齒高齒頂圓與齒根圓之間的徑向距離，用h表示。顯然有：h=ha+hf8)齒厚任意直徑為dk的圓周上，齒輪兩側齒廓間的弧長，用sk表示。在分度圓上度量的弧長稱為分度圓齒厚，用s表示

9)齒槽寬任意直徑為dk的圓周上，齒槽兩側齒廓間的弧長稱為該圓上的齒

槽寬，用ek表示。在分度圓上的度量的弧長稱為分度圓槽寬，用e表示10)齒距任意直徑為dk的圓周上，相鄰兩齒同側齒廓間的弧長稱為該圓上的

齒距，用pk表示，pk=sk+ek。在分度圓上度量的弧長稱為分度圓齒距，用p表示，p=s+e。在基圓上度量的弧長稱為基圓齒距，用pb表示，pb=sb+eb11)法向齒距：相鄰兩個輪齒同側齒廓之間在法線方向上的距離，用pn表示，pn=pb12)齒寬齒輪輪齒的寬度（沿齒輪軸線方向度量），用b表示C.直齒圓柱齒輪的基本參數

1)齒數z：在齒輪圓周上均勻分布的輪齒總數

2)（分度圓）模數m：分度圓齒距p與π的比值，單位：mm

分度圓直徑d=mz分度圓齒距p=πm

3)壓力角α：漸開線上各點的壓力角不等，分度圓上的壓力角簡稱壓力角。國家

標準規(guī)定，標準壓力角α=20ο*分度圓是齒輪中具有標準模數和標準壓力角的圓4)齒頂高系數ha*：ha=ha*m5)頂隙系數c*：hf=(ha*+c*)m

正常齒制：ha*=1c*=0.25短齒制：ha*=0.8c*=0.3D.參數選擇

1)齒數比u：u=z2/z1≥1，過大的齒數比會增加傳動裝置的結構尺寸，并導致兩

齒輪輪齒的應力循環(huán)次數差別太大

2)齒數z：在滿足輪齒彎曲強度的條件下，宜取較多的齒數（相應得減小模數）3)模數m：模數m應滿足輪齒彎曲強度要求，一般應使mn≥2mm，模數越大，

抗彎強度越大

4)齒寬因數ψd：增大齒寬能縮小齒輪的徑向尺寸，但齒寬越大，載荷沿齒寬分

布越不均勻

E.漸開線標準直齒齒輪的幾何尺寸計算

標準齒輪：m、a、ha*、c*都為標準值，且e=s的齒輪名稱分度圓直徑齒頂高齒根高齒高頂隙

代號dhahfHc-4-

計算公式d=mzha=ha*mhf=(ha*+c*)mh=ha+hfc=c*m齒頂圓直徑齒根圓直徑基圓直徑齒距齒厚齒槽寬標準中心距基圓齒距分度圓處曲率半徑dadfdbpseapbρda=d+2hadf=d-2hfdb=dcosαp=mπs=0.5p=0.5mπe=0.5p=0.5mπa=0.5(d1+d2)=0.5(z1+z2)mpb=pcosαρ=0.5dsinαF.齒條：齒輪的齒數無窮大時。齒廓上各點壓力角相等，標準值為20οG.漸開線齒輪的嚙合

1)漸開線齒輪正確嚙合條件：兩齒輪的壓力角和模數分別相等，并等于標準值，

即m1=m2=mα1=α2=α根據漸開線齒輪正確嚙合的條件，傳動比可表示為i=d2/d1=z2/z12)標準中心距（正確安裝條件）：兩輪的分度圓相切，即分度圓與節(jié)圓重合，使

齒側的理論間隙為零時的中心距a為標準中心距，且a=0.5(d1+d2)=0.5m(z1+z2)*由于安裝誤差、齒輪熱膨脹和潤滑的需要，齒側有必要縮小側隙標準齒輪正確安裝時，嚙合角在數值上等于分度圓壓力角，即α’=α

3)漸開線齒輪的連續(xù)傳動條件：實際嚙合線B1B2的長度大于或等于齒輪的法向

齒距B2K，由于B2K=pb，齒輪傳動條件可表示為：B1B2≥pb，ε=B1B2/pb≥1

H.根切現象：用展成法加工加工齒輪時，若齒數過少，刀具齒頂線就會超過理論嚙合

線的上界點，這時被加工齒輪根部的漸開線齒廓將被刀具的齒頂切去一部分的現象*根切后，齒輪抗彎強度降低，重合度減少，應設法避免對于漸開線直齒圓柱齒，不發(fā)生根切的最少齒數為zmin=2ha*/sin2α對于標準直齒圓柱齒輪，當α=20ο，ha*=1時,zmin=17I.齒輪傳動的失效形式

1)齒輪折斷

a)齒輪過載折斷b)齒輪疲勞折斷

2)齒面磨損（開式傳動的主要磨損形式）3)齒面點蝕（多發(fā)生在閉式軟齒面齒輪傳動）4)齒面膠合（高速重載齒輪主要失效形式）5)塑性形變

J.常用齒輪材料：鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵

第七章蝸桿傳動

A.蝸桿傳動：由蝸桿蝸輪組成，一般蝸桿主動、蝸輪從動，用來傳遞空間兩交錯軸之

間的運動和動力，一般兩軸交錯成90οB.蝸桿傳動類型

按形狀分：

1)圓柱蝸桿（應用最廣）

按蝸桿螺旋面形狀分：

a)阿基米德蝸桿（ZA型）b)漸開線蝸桿（ZI型）c)法向直廓蝸桿（ZN型）

C.

D.

E.F.G.H.

d)圓弧圓柱蝸桿（ZC型）

*前三種為普通圓柱蝸桿

2)環(huán)面蝸桿3)錐面蝸桿蝸桿傳動特點：1)優(yōu)點：

a)傳動比大，結構緊湊。（一般情況下，傳動比i=10~40，最大可達80，若

只傳遞運動，其傳動比可達1000）b)傳動平穩(wěn)，噪聲小

c)可制成具有自鎖性能的傳動2)缺點：

a)效率低（傳動效率一般為0.7~0.8，當具有自鎖性能時，效率小于0.5）b)成本較高（為減輕齒面磨損及防止膠合發(fā)生，一般用青銅制造）蝸桿傳動的主要參數

1)模數m和壓力角α

蝸桿傳動的正確嚙合條件：中間平面（通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面，是蝸桿的軸面是蝸輪的端面）上蝸桿和蝸輪的模數和壓力角分別相等，即ma1=mt2=mαa1=αt2=α

*ma1為蝸桿的軸向模數mt2為蝸輪的端面模數αa1為蝸桿的軸向壓力角αt2為蝸輪的端面壓力角*對于ZA型蝸桿，軸向壓力角αa1=20ο對于ZI型和ZN型蝸桿，法向壓力角αn1=20ο對于兩輪交錯角為90ο的蝸桿傳動，蝸桿在分度圓上的導程角γ等于蝸輪分度圓柱上的螺旋角β，且旋向相同即γ=β

2)導程角γ：蝸桿分度圓柱上任意一點的切線與端面所夾的銳角

tanγ=S/πd1=z1pa1/πd1=z1πm/πd1=z1m/d1*z1為蝸桿頭數S為蝸桿螺旋線的導程pa1為蝸桿的軸向齒距

3)直徑系數q：蝸桿分度圓直徑d1與模數m的比值，q=d1/m，則tanγ=z1/q

意義：減少加工蝸輪的刀具品種，有利于標準化，并能降低成本

4)蝸桿頭數z1：通常取1、2、4、6，當要求獲得大傳動比時，可取單頭蝸桿，

這樣可以使結構緊湊，但傳動效率低。重載傳動中，為提高效率，常取多頭蝸桿，但缺點是頭數多，導程角加大，使蝸桿的加工困難

5)蝸輪齒數z2：z2=iz1，為了避免根切和考慮傳動的平穩(wěn)性，z2不應小于28齒，

但齒數過多將使蝸輪尺寸增大，蝸桿長度增加，剛度下降，嚙合精度降低，一

般取z2=28~80*蝸桿傳動中，蝸桿轉一周，蝸輪轉過z1齒，即轉過z1/z2轉，即傳動比為i=n1/n2=z1/z2=d2/d1tanγ蝸桿傳動的滑動速度：蝸桿傳動嚙合時，蝸桿的圓周速度和蝸輪的圓周速度相互垂直，所以有較大的相對滑動速度

蝸桿傳動的失效（一般發(fā)生在蝸輪輪齒上）形式：齒面膠合（鑄造鋁鐵青銅或鑄鐵蝸輪）、磨損、點蝕（閉式傳動的錫青銅蝸輪齒面）

蝸桿傳動精度：國家標準規(guī)定了12個精度等級，1級精度最高

蝸桿傳動的效率：包括嚙合摩擦損耗的效率η1、軸承摩擦損耗的效率η2和攪油損

耗的效率η3，總效率η=η1η2η3

-6-

*總效率取決于η1

第八章帶傳動和鏈傳動

A.帶傳動類型（按截面形狀不同分）：平帶、V帶、多楔帶、同步齒形帶（靠嚙合傳

動）

B.帶傳動的受力分析：F*F：有效拉力F0：初拉力F1+F2=2F01=F0+F/2F=F1-F2F：緊邊拉力F：松邊拉力F=F-F/2201

2

C.最大有效拉力的相關因素：

1)初拉力F0：V帶傳動的最大有效拉力F與F0成正比，F0越大，帶與帶輪間的

正壓力就越大，傳動時的極限摩擦力也就越大，傳動能力越高。但F0過大，帶的彈性降低，易松弛，壽命降低，軸和軸承受力增大

2)小帶輪上的包角α1：α1增大，帶與帶輪的接觸弧增大，傳動時產生的摩擦力

總和增加，傳動能力提高*中心距越大，小帶輪的包角越大，傳動能力提高，但傳動穩(wěn)定性變差，結構不緊湊）*帶傳動的包角直接影響帶傳動的工作能力，包角減少，傳動能力降低，通常驗算小帶輪的包角，應使α1≥120ο，若不滿足，應增大中心距或加裝張緊輪3)摩擦系數f：f越大，傳動時產生的摩擦力總和就越大，傳動能力也就越高。

而摩擦系數f受帶及帶輪材料、表面狀況、工作環(huán)境等因素影響

D.帶傳動的應力分析

1)拉應力2)離心拉應力

3)彎曲應力：帶在大小輪帶上的彎曲應力是不相等的；而帶輪的基準直徑越小、

帶越厚，則帶的彎曲應力就越大。對普通V帶傳動，為了防止過大的彎曲應

力，對每種型號的V帶，都規(guī)定了相應的最小帶輪基準直徑dmin*最大應力出現在帶的緊邊進入小帶輪處，最小應力出現在松邊上E.帶傳動的彈性滑動：由于帶的彈性及緊邊與松邊的拉力差引起的相對滑動現象，其

大小與帶傳動傳遞的載荷成正比*打滑：過載引起的全面的滑動，導致傳動的失效，應當避免。*彈性滑動：拉力差引起，不可避免

F.滾子鏈的結構：盡量采用偶數鏈節(jié)。若用奇數鏈節(jié)，接頭方式需有過渡鏈節(jié)，工作

時彎曲的接頭鏈板受附加彎曲應力的作用，強度只有其他鏈板的80%左右，故鏈長（以連接數表示）應盡量避免奇數鏈節(jié)*一般鏈條節(jié)數為偶數，但鏈輪齒數最好選取奇數，這樣可使磨損較均勻*鏈的節(jié)距越大，其承載能力越大，但產生的沖擊和動載荷也越大，運動不均勻性加�。ㄔO計時應盡可能選用小節(jié)距的鏈，高速重載時可選用小節(jié)距多排鏈）G.鏈傳動的特點

1)優(yōu)點

a)沒有彈性滑動和打滑現象，能保持準確的平均傳動比b)傳動尺寸相同，傳動能力較大c)傳動效率高

d)不需要很大的張緊力，對軸壓力較小

e)可在溫度較高、濕度較大，有油污、腐蝕等惡劣條件下工作

2)缺點

a)由于瞬時傳動比不恒定，工作中沖擊、噪聲較大，不及帶傳動平穩(wěn)b)不宜應用在高速、載荷變化很大和急速反向的傳動中

*常應用于兩軸中心距較大、要求平均傳動比不變和瞬時傳動比不要求嚴格的場合

第九章輪系

A.輪系分類

1)定軸輪系：當輪系運轉時，輪系中所有齒輪的軸線相對機架的位置都是不變的2)周轉輪系3)復合輪系

B.定軸輪系的傳動比：運動輸入齒輪與運動輸出齒輪的角速度（或轉速）之比

ijk=ωj/ωk=nj/nk（計算時，不僅要確定數值，還要確定兩軸的轉動方向）C.定軸輪系轉向的確定

1)一對平行軸外嚙合齒輪：兩輪轉向相反2)內嚙合齒輪：兩輪轉向相同3)一對圓錐齒輪：在節(jié)點具有相同速度，因而可用同時指向節(jié)點或同時背離節(jié)點

的箭頭表示

4)一對蝸桿蝸輪：按左右手法則確定

D.定軸輪系傳動比大小的計算：

齒輪j至齒輪k間所有從動齒輪數的連乘積ijk=nj/nk=（-1）m齒輪j至齒輪k間所有主動齒輪數的連乘積

*m：輪系中從齒輪j至齒輪k間的外嚙合次數

E.周轉輪系傳動比

原周轉輪系的轉化輪系（假想的定軸輪系）：給整個周轉輪系加上一個繞中心輪軸（行星架軸線與之重合）旋轉的公共加速度-nH后，該周轉輪系中各構件之間的相對運動關系仍不變，但行星架的轉速變?yōu)閚H-nH=0，行星架便靜止不動，此時，所有齒輪的幾何軸線均固定不動，則該周轉輪系轉化為定軸輪系

第十章聯接

A.螺紋的類型

1)按圓柱直立時螺旋線繞行方向分：右旋螺紋、左旋螺紋

2)按形成螺紋的螺旋線數目分：單線螺旋（常用于聯接，也可用于傳動）、多線

螺旋（主要用于傳動）

3)按形成螺紋的平面圖形（牙型）形狀分：三角形螺紋（主要用于聯接）、矩形

螺紋（主要用于傳動）、梯形螺紋（主要用于傳動）、鋸齒形螺紋

B.螺紋聯接的防松：關鍵在于防止螺旋副的相對轉動

防松方法：

1)摩擦防松：彈簧墊圈、對頂螺母、尼龍圈鎖緊螺母

2)機械防松：槽形螺母加開口銷孔、圓螺母加帶翅墊片、止動墊片3)其他防松：沖點法、膠接法、串聯鋼絲C.鍵聯接

1)鍵聯接分類：

a)平鍵連接：以鍵的側面為工作面，上表面與輪轂鍵槽地面留有間隙，工作

時依靠鍵與鍵槽的擠壓傳遞轉矩（常用平鍵：普通平鍵、導向平鍵、滑鍵）普通平鍵按端部形狀分：

D.

A.B.A.

A型（圓頭）B型（方頭）：應力集中較小，但鍵容易松動C型（單圓頭）：僅用于軸端，鍵在軸上的固定良好，但軸上鍵槽端部引起的應力集中較大

2)半圓鍵聯接3)楔鍵聯接4)切向鍵聯接

平鍵聯接的強度校核1)鍵的剖面尺寸（b×h）選�。焊鶕�鍵槽所在軸段的直徑d由標準選取，鍵長L

一般略小于零件輪轂的長度，且需符合鍵長的標準系列2)鍵聯接的主要失效形式：較弱零件（通常是輪轂）的工作面被壓潰或剪斷

第十一章軸

軸的分類

1)按承受載荷的不同

a)轉軸：工作中既承受轉矩又承受彎矩的軸，如齒輪減速器的軸

b)傳動軸：只承受轉矩而不承受彎矩（或彎矩很�。┑妮S：如汽車的傳動

軸

c)心軸：只承受彎矩而不承受轉矩的軸固定心軸，如自行車的前輪軸轉動心軸，如機車的輪軸

2)按軸線的形狀分：直軸、曲軸、撓性軸

*直軸按外形分：光軸、階梯軸或實心軸、空心軸

軸的結構設計軸上零件的軸向固定1)軸肩和軸環(huán)：軸肩和軸環(huán)的圓

角半徑r應小于零件轂孔圓角半徑R或倒角C，軸肩和軸環(huán)的高度h應比R或C稍大2)套筒：常用于軸的中間段，對

兩個零件起相對固定的作用（不是為了加強軸的強度）3)圓螺母：當無法采用套筒或套

筒太長時，可用圓螺母作軸向固定

4)彈性擋圈：大多同軸肩聯合使

用，常用于滾動軸承或軸向力不大時的軸上零件的軸向固定5)軸端擋圈（軸壓板）：常與軸肩相結合，實現雙向固定

第十二章軸承

非液體摩擦滑動軸承設計1)向心軸承

a)軸承的壓強p：限制軸承壓強p，既可防止因軸承表面過度磨損而引起

的失效，也可保證潤滑油膜不被擠出

b)軸承的pv（軸瓦材料的許用值）值：pv值與摩擦功率耗損成正比，簡

略地表征軸承的發(fā)熱因素。軸承溫升越高，越容易引起膠合等失效

*n為軸的轉速，r/min[pv]：MPam/s

B.液體動壓滑動軸承

形成液體動壓潤滑應具備的條件：

1)軸頸與軸承孔之間形成收斂的楔形間隙2)兩表面間必須有一定的相對速度，相對運動方向應保證使?jié)櫥�油從楔形間隙

的大口流入，小口流出

3)潤滑油應有一定的粘度，并且供油量充足

C.滾動軸承的基本代號（B卷內容）內徑代號軸承內徑001001120215031704~0數字×5D.角接觸向心軸承的軸向載荷（接觸角α越大軸承的內部軸向力Fs越大）軸承類型Fs角接觸向心球軸承α=15οeFrα=25ο0.68Frα=40ο1.14Fr圓錐滾子軸承Fr/(2Y)E.軸的結構設計時應注意的問題

1)為便于零件的裝拆，軸端應有45°的倒角，零件裝拆時所經過的各段軸徑都

要小于零件的孔徑

2)軸肩或軸環(huán)定位時，其高度必須小于軸承內圈端部的厚度

3)用套筒、圓螺母、軸端擋圈作軸向定位時，一般裝配零件的軸頭長度應比零

件的輪轂長度短2－3mm，以確保套筒、螺母或軸端擋圈能靠緊零件端面

軸端的倒角定位高度的要求定位長度的要求

4)軸上有兩個以上鍵槽時，應盡可能布置在同一條母線上，以利于加工

5)軸上磨削的軸段和車制螺紋的軸段，應分別留有砂輪越程槽和螺紋退刀槽，

且后軸段的直徑小于軸頸處的直徑，以減少應力集中，提高疲勞強度。

6)裝配段不宜太長

鍵槽的布置砂輪越程角螺紋退刀槽

F.改錯實例

1)2)3)4)

軸肩的高度應低于軸承內圈的厚度；

軸頭的長度應比輪轂的寬度短1－2mm，套筒的高度應低于軸承內圈直徑；加工螺紋處應有螺紋退刀槽；

后軸段的直徑應小于螺紋的小徑。

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