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一、基础结构单元
- 零件
- 定义：独立的制造单元，如轴、齿轮、箱体等。
- 应用：所有机械均由零件组装而成，例如汽车发动机的活塞、连杆均为零件。
- 构件
- 定义：独立的运动单元体，可由多个零件刚性连接组成。
- 示例：曲柄连杆机构中，曲柄、连杆、活塞通过铰链连接，各自为独立运动构件。
- 机构
- 定义：由构件通过运动副连接，传递运动和力的系统，且有一个构件为机架。
- 类型：
- 平面机构：所有构件运动平面平行，如曲柄摇杆机构。
- 空间机构：构件运动包含空间维度，如机器人关节。
- 机器
- 定义：由零部件组装而成，可运转并完成特定功能（如能量转换或做功）。
- 组成：动力部分（电机）、传动部分（齿轮箱）、执行部分（工作台）、控制部分（PLC）。
- 示例：数控机床通过电机驱动齿轮传动，带动主轴旋转完成切削。
二、运动与约束
- 运动副
- 定义：两构件直接接触形成的可动连接。
- 分类：
- 低副：面接触（如转动副、移动副），约束2个自由度。
- 高副：点或线接触（如齿轮啮合、凸轮接触），约束1个自由度。
- 自由度
定义：机构独立运动的参数数量。
计算公式（平面机构）：
F=3n−2PL−PH
其中，$n$为构件数，$P_L$为低副数，$P_H$为高副数。 |
- 示例：四杆机构（n=4,PL=5,PH=0）的自由度为1，需1个原动件确定运动。
- 虚约束
- 定义：对机构运动无实际限制的约束，如重复约束同一自由度。
- 作用：增加结构刚性，但需避免过度设计导致运动干涉。
三、传动与机构类型
- 铰链四杆机构
- 分类：
- 曲柄摇杆机构：最短杆邻边为机架，如汽车雨刮器。
- 双曲柄机构：最短杆为机架，如车门启闭机构。
- 双摇杆机构：最短杆对边为机架，如港口起重机。
- 演化形式：
- 曲柄滑块机构：摇杆长度趋于无穷大，如内燃机活塞机构。
- 偏心轮机构：回转副半径增大，如冲床偏心轮。
- 分类：
- 凸轮机构
- 组成：凸轮（主动件）、从动件、机架。
- 运动规律：
- 等速运动：低速场合，存在刚性冲击。
- 简谐运动：中速场合，柔性冲击较小。
- 正弦加速度运动：高速场合，无冲击，运动平稳。
- 齿轮传动
- 基本参数：模数（m）、齿数（z）、压力角（α）。
- 正确啮合条件：两轮模数和压力角相等，即 m1=m2,α1=α2。
- 重合度：实际啮合线长度与基圆齿距的比值（ε≥1），确保连续传动。
四、材料与性能
- 金属性能
- 机械性能：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度。
- 示例：齿轮需高硬度（HRC50-55）和耐磨性，轴类零件需高强度和韧性。
- 工艺性能：铸造性、焊接性、锻压性、切削性、热处理性。
- 示例：铝合金易切削但焊接性差，需采用TIG焊。
- 机械性能：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度。
- 热处理
- 淬火：加热至临界温度以上，快速冷却形成马氏体，提高硬度。
- 回火：淬火后加热至Ac1以下，消除内应力，调整韧性。
- 调质：淬火+高温回火，获得综合力学性能，如45钢调质后硬度HRC28-32。
五、加工与装配
- 切削加工
- 车削：工件旋转，刀具进给，如轴类零件外圆加工。
- 铣削：多刃刀具旋转切削，如平面铣削、齿轮铣削。
- 磨削：砂轮高精度加工，如轴承套圈内孔磨削（Ra≤0.05μm）。
- 压力加工
- 锻造：金属塑性成形，如汽车曲轴模锻。
- 冲压：板料成形，如汽车覆盖件落料、拉深。
- 拉削：高精度内孔加工，如航空发动机涡轮盘榫槽拉削。
- 装配工艺
- 完全互换法：零件按公差制造，装配时无需修配，如螺栓连接。
- 分组装配法：将零件按尺寸分组，同组装配，如滚动轴承内圈与轴颈配合。
- 调整装配法：通过调整件补偿误差，如机床导轨间隙调整。
六、质量控制与检测
- 尺寸公差
- 定义：允许尺寸的变动量，如轴的直径公差为±0.01mm。
- 配合类型：
- 间隙配合：孔大轴小，如滑动轴承。
- 过渡配合：孔轴尺寸可能重叠，如齿轮孔与轴的配合。
- 过盈配合：孔小轴大，如压入式轴承安装。
- 形位公差
- 定义：控制零件形状和位置误差，如圆柱度、平行度、垂直度。
- 检测工具：游标卡尺、千分尺、三坐标测量仪（CMM）。
- 示例：机床主轴圆柱度误差需≤0.005mm，否则影响旋转精度。
- 表面粗糙度
- 定义：表面微观几何形状误差，用Ra值表示（单位：μm）。
- 影响：粗糙度影响耐磨性、配合稳定性和疲劳强度。
- 示例：发动机缸体内孔表面粗糙度Ra≤0.4μm，以减少磨损。