机械基础教案（职高）.doc

绪 论一、运动副使两物体直接接触而又能产生一定相对运动的联接，称为运动副。根据运动副中两构接触形式不同，运动副可分为低副和高副。 1.低副：低副是指两构件之间作面接触的运动副。按两构件的相对运动情况，可分为： （1）转动副：两构件在接触处只允许作相对转动。由滑块与导槽组成的运动副。 （2）移动副：两构件在接触处只允许作相对移动。由滑块与导槽组成的运动副。(a)转动副 (b) 移动副 (c) 螺旋副 图613）螺旋副：两构件在接触处只允许作定关系的转动和移动的复合运动。丝杠与螺母组成的运动副。(a) (b) (c) 图62 2.高副：高副是两构件之间作点或线接触的运动副。二、自由度个作空间运动的构件具有六个独立的运动，即沿X、Y、Z轴的移动和绕 X、Y、Z轴的转动，构件的这种独立的运动称为构件的自由度。一个作平面运动的自由构件，可以产生三个独立运动，即沿X、Y、Z轴的移动及绕A点（极点）的转动，所以具有三个自由度。 当两个作平面运动的构件组成运动副之后，由于受到约束，相应的自由度也随之减少。转动副约束了沿 X、Y轴向移动的自由度，保留了个转动的自由度。移动副约束了沿一轴方向的移动和在平面内两个转动自由度，保留了沿另轴方向移动的自由度。高副则只约束了沿接触处公法线方向移动的自由度，保留了绕接触处的转动和沿接触处共切线方向移动的两个自由度。所以在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度。每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。三、平面机构的运动简图 绘制平面机构运动简图的目的 绘制平面机构运动简图的目的在于：撇开与机构运动无关的外部形态，把握机构运动性质的内在联系，揭示机构的运动规律和特性。 机构的相对运动只与运动副的数目、类型、相对位置及某些尺寸有关，而与构件的横截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体结构无关。用线条表示构件，用简单符号表示运动副的类型，按一定比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种简明表示机构各构件运动关系的图形称机构运动简图。只表示机构的结构及运动情况，不严格按比例绘制的简图称为机构示意图。第一章摩擦传动和带传动带传动是由主动轮，从动轮和传动带所组成，靠带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力。一、带传动的特点和类型 1带传动的特点 与其它传动形式相比较，带传动具有以下特点： (1)由于传动带具有良好的弹性，所以能缓和冲击、吸收振动，传动平稳，无噪声。但因带传动存在滑动现象，所以不能保证恒定的传动比。 (2)传动带与带轮是通过摩擦力传递运动和动力的。因此过载时，传动带在轮缘上会打滑，从而可以避免其它零件的损坏，起到安全保护的作用。但传动效率较低，带的使用寿命短；轴、轴承承受的压力较大。 (3)适宜用在两轴中心距较大的场合，但外廓尺寸较大。结构简单，制造、安装、维护方便，成本低。但不适用于高温、有易燃易爆物质的场合。 2带传动的类型带传动可分为平型带传动、三角带传动、圆形带传动和同步带传动等。（a）平型带传动 （b）三角带传动 （c）圆形带传动 （d）同步带传动(1)平型带传动 平型带(flat belt)的横截面为矩形，已标准化。常用的有橡胶帆布带、皮革带、棉布带和化纤带等。平型带传动主要用于两带轮轴线平行的传动，其中有开口式传动（openbelt drive）和交叉式传动（crossedbelt drive）等。开口式传动，两带轮转向相同，应用较多；交叉式传动，两带轮转向相反，传动带容易磨损。 (2)三角带传动 三角带(Vbelt)的横截面为梯形，已标准化。三角带传动是把三角带紧套在带轮上的梯形槽内，使三角带的两侧面与带轮槽的两侧面压紧，从而产生摩擦力来传递运动和动力。在相同条件下三角带传动比平型带传动的摩擦力大，由于楔形摩擦原理，三角带的传动能力为平带的3倍。故三角带传动能传递较大的载荷，获得了广泛的应用。 (3)圆形带传动 圆形带常用皮革制成，也有圆绳带和圆锦纶带等，它们的横截面均为圆形。圆形带传动只适用于低速、轻载的机械，如缝纫机、真空吸尘器、磁带盘的传动机构等。 (4)同步带传动同步带(synchronus bolt)传动是靠带内测的齿与带轮的齿相啮合来传递运动和动力的。由于钢丝绳受载荷作用时变形极小，又是啮合传动，所以同步带传动的传动比较准确。 二、三角胶带的构造和标准1三角胶带的构造三角胶带都制成无接头的环形。它由包布层、伸张层、强力层和压缩层四个部分组成。包布层多由胶帆布制成，它是三角带的保护层。伸张层和压缩层主要由橡胶组成，当胶带在带轮上弯曲时可分别伸张和压缩。强力层由几层棉帘布或一层线绳制成，用来承受基本的拉力。 2三角胶带的标准三角胶带是标准件，由专业工厂生产。按截面尺寸的大小，三角胶带分为 O、A、B、C、D、E、F七种型号。线绳结构的三角胶带目前只生产 O、A、B、C四种型号。三角带的内周长度称公称长度。三角带中性层的长度称节线长度。例如“B2400”表示三角带型号为B型 ，内周长2400mm。三、 带传动的受力分析1、静止时带预紧套在带轮上，带轮两边的张紧力相等，为初拉力（F0）。2、带负载传动时带与带轮接触面间有摩擦力，带绕上主动轮的一边被拉紧（紧边），拉力由F0增大到F1；另一边（松边）拉力由F0降至F2 。有效拉力：紧边与松边拉力的差值（F1-F2）为带传动中起传递转矩作用的拉力。又称有效圆周力Ft。 Ft=F1-F2=Ff实际上有效圆周力等于带与带轮之间的摩擦力总和Ff 。假定带工作时总长度不变，则 F1-F0=F0-F2 所以 F1+F2=2F0则 紧边拉力 F1=F0+Ft/2 松边拉力 F2=F0-Ft/23、临界状态时在预紧力F0一定时，传递的有效拉力Ft等于极限摩擦力Flim时。带将打滑。带能传递的最大圆周力为Ftmax=F1（1-1/ef1）带传动的应力分析 传动带工作时产生三种应力：1、 拉应力 工作时由紧边拉力F1和松边拉力F2引起的应力。 1=F1/A （MPa） 2=F2/A （MPa）2、 弯曲应力传动带弯曲时产生的应力。 3、离心拉应力传动带绕带轮作圆周运动时带上每一质点都不可避免地受离心力作用而产生离心 拉应力各截面处应力是不相等的，传动带紧边绕入小带轮处应力最大 max=1+b1+C （MPa）四、滑动分析1、 弹性滑动传动带具有一定的弹性，受到拉力后要产生弹性伸长，拉力大伸长量也大。传动带工作时，紧边拉力F1比松边拉力F2大，所以紧边比松边的弹性变形量大。当传动带绕入主动带轮时，轮上的A点和带上的B点重合，线速度相等。随着主动带轮的转动，带上B点的拉力由F1减少到F2，带的伸长量也相应地减少。这样轮上的A点到了A1点时，带上的B点才到B1点，B1点滞后于A1点。由此可见，传动带随主动带轮运动的过程中，由向后的微小滑动，使带的线速v落后于主动轮的线速度V1 。传动带绕入从动轮时，带上的C点和轮上的D点重合。传动带是由松边过渡到紧边的，所以带所受的拉力F2增大到F1，带的变形量也逐渐增加。带上的C点已到C1点时，轮上的D点才到D1点，D1点滞后于C1点。可见传动带在从动轮表面有向前的微小滑动，使传动带的速度V大于从动轮的线速度V2 。由传动带的弹性变形而引起的滑动称为弹性滑动。弹性滑动在带传动中是不可避免的。因此带传动不能保证有准确的传动比。2、打滑当传动所需要的圆周力大于极限摩擦力时，传动带将在带轮轮缘上产生显著的相对滑动，这种现象称为打滑。打滑时，传动带的速度迅速下降，使传动失效。带传动正常工作时是不允许打滑的。五、带传动的失效形式和设计准则带传动的主要失效形式：打滑，疲劳破坏 。带传动设计准则：既要保证传动带具有足够的传动能力，不打滑；又要保证 传动带具有足够的疲劳强度，达到预期使用寿命。六、三角带传动设计的原始数据和主要内容1、三角带传动的原始数据一般为：（1）传递的功率（）；（2）大、小带轮的转速n2、n1(r/min)或传动比；（3）传动对外廓尺寸的要求；（4）传动的用途和工作条件。2、三角带传动主要内容：（1）确定三角带的型号，根数和长度；（2）选定传动的中心距；（3）带轮基准直径及结构尺寸；（4）计算初拉力和带对轴的压力。七、三角带传动的设计步骤1、确定计算功率计算功率是根据所传递的名义功率及三角带传动的工作情况确定的 表92工作情况系数KA工 作 机原 动 机一 天 工 作 时 间1010161610101616载荷平稳液体搅拌机、离心式水泵、离心式压缩机、轻型输送机、鼓风机和通风机（7.5KW）1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式输送机、鼓风机（7.5KW）、发电机、旋转式水泵、机床、剪床、振动筛、压力机1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大螺旋式输送机、斗式提升机、往复式水泵、压缩机、锻锤、粉碎机、锯木机、纺织机、饲料压粒机、和木工机械1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大碎矿机（旋转式、颚式）、球磨机、棒磨机、起重机、挖掘机、脱粒滚筒、橡胶辊压机1.31.41.51.51.61.8 表9-3 三角带轮最小直径dmin型 号OABCDEFdmin71（63）100（90）140（125）2003155008001、 选择三角带型号根据计算功率Pc和小带轮转速n1,由图9-8选取三角带的型号。(若Pc 、V的交点落在交线附近,可同时用两种型号作为两个方案计算,然后比较,选取。)图98 三角带型号选择线图3.确定大、小带轮的直径d,d(1) 初选小带轮的直径当三角带的型号确定后,小带轮直径愈小,结构愈紧凑, 三角带的弯曲应力b1则愈大, 三角带寿命降低,d1愈小,圆周速度愈小,单根三角带传递的功率Po也愈小，故对最小直径加以限制,d1max见表9-3 。 表9-4 三角带轮直径系列 （mm）型 号OABCDEF优先选用可以选用优先选用可以选用优先选用可以选用优先选用可以选用优先选用可以选用优先选用可以选用优先选用可以选用带 轮 直 径 系 列6367909514012520021235537550053071075071751001061601322242364004255606008009008090112118180150250265450475630670100012501001121251322001702803005005607109001120150012514014015025022431535563063080011201400180016015016022431528040037580071010001400160022402001801802804003005004501000750125015002000224200300500355630560112090016001800250025025035563037580060014001060200019003154508004501000710160012502500224040056010005601250750200015005007106001600900180063071011207501400900(2) 校核带的速度v带速: V=d1n1/601000 （m/s）V愈小,单根三角带传递功率Po的能力愈小,传递功率P时,所需带的根数愈多。但V过高,使离心力过大,带与带轮间的正压力降低,从而使摩擦力减小。故带速在5m/s25m/s较合适，否则要调整带轮的直径,以调整带速。(3) 计算大带轮的直径 d2=(n1/n2)d1=id1 (mm)计算后得d2值按表9-4 圆整。 4.确定带传动的中心距a和带的基准长度Ld1) 初定中心距a0中心距过小,结构紧凑,单位时间绕带轮次数增加,应力循环次数增加,寿命下降,小带轮包角1也会减小,降低传动能力.中心距过大,速度大时,会产生颤动,传动尺寸也增大.一般取值: 0.7(d1+d2)a02(d1+d2)若设计时未提中心距要求,可估算:a0=(11.5)d2(2)初算带的基准长度LdL0=2a0+(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4a0 （mm）根据L0和三角带型号,由表9-1 选取相应的Lp 。(3)确定实际中心距a近似计算: a=a0+(Lp-L0 )/2 （mm）考虑调整,补偿的需要,中心距的变化范围: amin=a-0.015Ld （mm） amax=a+0.03Ld （mm） （4）校核小带轮包角1小带轮包角近似计算: 11800 (d2d1) 57.3a 1200由上式可见,1与i有关,i愈大,d2-d1的差值愈大,则1愈小. 故三角带的传动比一般取i1)。3-5渐开线齿廓的加工原理一齿轮加工原理齿轮的加工方法很多，如铸造、热轧、冲压、模锻及切削加工等。现介绍常用的两种切削加工原理。方法比较项目 仿形法范成法原理 成形铣刀加工齿轮的啮合原理所用机器 普通铣床 专用插齿、滚齿和磨齿机床 加工特点逐齿切削的，且不连续，所以精度差，效率低加工是连续的，精度和效率较高， 应用场合仅适用于单件生产和精度要求不高的齿轮加工批量和精度要求较高的场合二根切现象1、 根切现象成法加工渐开线标准齿轮时，如被切齿轮的齿数过少，刀具顶线就会超过啮合线与被切齿轮基圆的切点N1，刀刃将轮齿根部的渐开线齿廓切去，这种现象称为根切现象。 根切后轮齿弯曲强度降低，重合度减小，对传动很不利，因此应当避免根切。2、 最少齿数成法加工渐开线齿轮时，是否产生根切取决于被切齿轮的齿数多少。我们把不产生根切现象的极限齿数称为最少齿数。用标准齿条刀具切制标准渐开线齿轮而不发生根切，被切齿轮的最少齿数为： Zmin2ha*sin2 当20, ha*1时, Zmin17； 当20, ha*0.8时, Zmin14。三公法线长度和分度圆弦齿厚 齿轮在加工和检验中，常用测量公法线长度和分度圆弦齿厚的方法来保证齿轮的精度。公法线长度 如图1115所示，当检验直齿轮时，公法线千分尺的两卡脚跨过个齿，两卡脚与齿廓相切于a、b两点，两切点间的距离ab称为公法线（即基圆切线）长度，用表示。当20 时，标准直齿圆柱齿轮的公法线长度为： Wm2.9521(K0.5)0.014 Z图1115 公法线长度 图1116 分度圆弦齿厚 式中，m为模数；Z为齿数；K为跨齿数，按下式计算KZ/90.5，当计算所得K不是整数时，可四舍五入圆整为整数。此外，W、K也可从机械设计手册中直接查表得出。分度圆弦齿厚 如图1116所示，用齿轮游标卡尺测量时，以分度圆齿高ha为基准来测量分度圆弦齿厚S。标准直齿轮的S、ha计算公式为： SmZsin(2Z) hamha*mZ1cos(2Z)2 此外S、ha也可由机械设计手册的表中直接查得。 由于测量分度圆弦齿厚是以齿顶圆为基准的，测量结果必然受到齿顶圆公差的影响。而公法线长度测量与齿顶圆无关。公法线测量在实际应用中较广泛。在齿轮检验中，对较大模数(m10mm)的齿轮，一般检验分度圆弦齿厚；对成批生产的中、小模数齿轮，一般检验公法线长度。3-6渐开线变位直齿圆柱齿轮一、变位齿轮及基本特点 由齿轮加工原理可知，当齿条插刀的中线与被切齿轮的分度圆相切时，加工出标准齿轮。若齿条刀具的中线与被切齿轮的分度圆不相切时，则加工出变位齿轮。 刀具中线相对于加工标准齿轮时移动的距离称为变位置，用Xm表示。其中m为齿轮