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机 械 基 础 部 分 知 识一、绪 论1、机器：它是构件的组合，各部分之间具有确定的相对运动，能完成有用的机械功或实现能量的转换。机器基本上是由动力部分、工作部分和传动装置三部分组成(或者由原动部分、传动部分、执行部分和控制部分组成)。 2、机构：是用来传递运动和力的构件系统。构件系统中有一个构件是机架，构件系统是用运动副连接起来的。3、机器与机构的区别：机器的主要功用是利用机械能做功或实现能量的转换；机构的主要功用在于传递或转变运动的形式。如果不考虑做功或实现能量转换，只从结构和运动的观点来看，机器和机构二者之间没有区别，而将它们总称为机械，即机械是机器与机构的总称。4、构件和零件：构件是机构中的运动单元体，也就是相互之间能作相对运动的物体。构件按运动状况分为固定构件和运动构件两种。固定构件又称为机架，是机构中固结于定参考系的构件，一般用来支持运动构件，通常就是机器的基体或机座。零件是构件的组成部分。机构运动时，属于同一构件中的零件，相互之间没有相对运动。构件与零件的既有联系又有区别。构件可以是单一的零件，也可以是若干个零件连接而成的刚性结构。它们的区别在于构件是运动的单元，零件是加工制造的单元。5、运动副：机构中两个相互接触的构件之间的相对运动的这种可动连接称为运动副。 它是两构件直接接触组成的可动连接，限制了两构件之间的某些相对运动，而有允许有另一些相对运动。两构件组成运动副时，构件上参与接触的点、线、面称为运动副元素。根据运动副中两构件的接触形式不同，运动副可分为低副和高副。6、低副：是指两构件以面接触的运动副。按两构件的相对运动形式，低副可分为转动副、移动副和螺旋副。7、高副：是指两构件以点或线接触的运动副。8、低副和高副的区别：低副是面接触的运动副，其接触面一般为平面或圆柱面，容易制造和维修，承受载荷时单位面积压力较低（故称低副），因而低副比高副的承载能力大。低副属滑动摩擦，摩擦损失大，因而效率较低；也不能传递复杂的运动。高副是点或线接触的运动副，承受载荷时单位面积压力较高，两构件接触处容易磨损，寿命短，制造和维修也较困难。高副的特点是能传递较复杂的运动。机构中所有运动副均为低副的机构称为低副机构。至少有一个运动副是高副的机构称为高副机构。9、机械传动的分类：按其传递运动和动力的方式可分为摩擦传动和啮合传动两大类。摩擦传动可分为摩擦轮传动和带传动。啮合传动可分为带传动（指同步带传动）、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动和链传动。 作业：1、机器和机构有什么区别？ 2、机器通常由哪几部分组成？各部分起什么作用？ 3、什么是构件？什么是零件？构件和零件关系如何？ 4、什么是运动副？运动副如何分类？ 5、运动副中的高副与低副如何区分？各有何特点？ 6、实例分析：凸轮机构（高副、低副）第一章、摩擦轮传动和带传动 11 摩擦轮传动一、 摩擦轮传动的工作原理：是利用两轮直接接触所产生的摩擦力来传递运动和动力的一种机械传动。摩擦力矩小于阻力矩，两轮面接触处在传动中出现相对滑移现象称为“打滑”（因而不能保持准确的传动比）。增大摩擦力的途径一是增大正压力（在实际中安装弹簧或其他施力装置，但是只能适当增加而不能过度，因为会增加作用在轴与轴承上的载荷），二是增大摩擦系数（在摩擦轮的工作表面粘上一层石棉、皮革、橡胶布等）二、 传动比：机构中瞬时输入速度与瞬时输出速度之比称为传动比i，即主动轮转速与从动轮转速的比值。（实现变速）即： （由于接触处的线速度相等）其中为主动轮转速与直径，为从动轮转速与直径 三、 摩擦轮传动的特点：1、 机构简单，使用维修方便，适用于两轴中心距较近的传动。2、 传动时噪声小，并可在运转中变速、变向。3、 过载时，两轮接触处会产生打滑，因而可防止薄弱零件的损坏，起到安全保护作用。4、 在两轮接触处有产生打滑的可能，所以不能保持准确的传动比。5、 传动效率较低，不宜传递较大的转矩，主要适用于高速、小功率传动的场合。四、 摩擦轮传动的类型和应用场合：按两轮轴线相对位置摩擦轮传动可分为两轴平行和两轴相交两类。1、 两轴平行的摩擦轮传动，有外接圆柱式摩擦轮传动和内接圆柱式摩擦轮传动两种。前者两轴转动方向相反，后者两轴转动方向相同。2、 两轴相交的摩擦轮传动，其摩擦轮多为圆锥形，并有外接圆锥式和内接圆锥式，此外，还有圆柱圆盘式结构。圆锥形摩擦轮安装时，应使两轮的锥顶重合，以保证两轮锥面上各接触点处的线速度相等。 总结：直接接触的摩擦轮传动一般应用于摩擦压力机、摩擦离合器、制动器、机械无级变速器（如滚子平盘式机械无级变速机构）及仪器的传动机构等场合。r1r2c（滚子平盘式机械无级变速机构原理示意图） 轴1为主动轴，它的转速是n1，滚动盘2为从动盘，显然接触处C点的线速度相等，因而，所以，从而。因此，改变半径，则从动轴2的转速也随之改变，当半径在一定范围内任意改变时，那么轴2就获得无级变速。 12 带传动一、 带传动的工作原理和传动比：是由带和带轮组成传递运动和动力的传动，分摩擦传动和啮合传动两类。属于摩擦传动有平带传动、V带传动和圆带传动；属于啮合传动类的带传动有同步带传动。1、 带传动工作原理：利用带作为中间挠性件，依靠带与带轮之间的摩擦力或啮合来传递运动和动力的。2、 带传动的传动比：i就是带轮角速度之比，或带轮的转速之比。即：，为主动轮转速与直径，为从动轮转速与直径二、平带传动 平带传动是由平带和带轮组成的摩擦传动，带的工作面与带轮的轮缘表面接触。1、平带传动的形式：开口传动；交叉传动；半交叉传动；角度传动。2、平带传动的主要参数：（1）包角 是指带与带轮接触弧所对的圆心角，包角越小，接触弧长越短，接触面间所产生的摩擦力总和也就越小。为了提高平带传动的承载能力，包角就不能太小，一般要求包角1500。（2）带长L 平带的带长是指带的内周长度。（3）传动比i 不考虑传动中的弹性滑动时，平带传动的传动比可用从动轮和主动轮的直径之比计算。即。受小带轮的包角和带传动外廓尺寸的限制，平带传动的传动比。 三、V带传动 常用V带（普通V带、窄V带、宽V带、半宽V带等）的楔角（指V带两侧边的夹角）均为400，其他还有楔角为600的大楔角的大楔角V带。四、V带传动的选用要点 与平带传动比较，普通V带传动平稳，不易震动，摩擦力大，传递功率较大。在相同的条件下，普通V带的传动能力为平带的三倍，所以普通V带传动应用最为广泛。五、普通V带传动的正确使用 （1）选用时，要注意带的型号和基准长度（指V带在规定的张紧力下，位于测量带轮基准直径上的周线长度，基准直径：指轮槽基准宽度处带轮的直径。基准宽度：等于节宽。节宽：当V带垂直其底边弯曲时，在带中保持长度不变的任意一条周线叫做V带的节线，由全部节线构成的面叫做节面。节宽就是带的节面宽度。）不要搞错，以保证V带在轮槽中的正确位置。（2）普通V带的线速度应验算并限制在范围内。 （3）V带传动的中心距应适当。中心距越大，会引起V带颤动；中心距太小，摩擦力减小影响传递的有效拉力，此外，由于单位时间内带在带轮上挠曲次数增多，使V带容易疲劳，影响寿命。六、普通V带传动的正确使用 正确的安装、调整、使用和维护是保证V带传动正常工作和延长寿命的有效措施。 （1）选用时，要注意带的型号和基准长度不要搞错，以保证V带在轮槽中的正确位置。 （2）安装带轮时，各带轮轴线应相互平行，各带轮相对应的V形槽的对称平面应重合，误差不得超过20，。 （3）V带的张紧程度要适当，不宜过松或过紧。实践表明在中等中心距情况下，V带安装后，用大拇指能将带按下15mm左右，则张紧程度合适。 （4）定期检查并及时更换。 （5）安装防护罩。七、平带传动和V带传动的特点 1、结构简单，使用维护方便，适用于两轴中心距较大的场合。平带传动比V带传动可允许更大的中心距。 2、由于传动带富有弹性，能缓冲、吸振，所以带传动平稳，躁声低。 3、在过载时，传动带在带轮上会打滑，可以防止薄弱零件的损坏，起到安全保护作用。 4、属于摩擦传动类的带传动不能保持准确的传动比，不适于要求传动准确的场合。 5、外廓尺寸大，传动效率低。八、带传动的张紧装置常用的张紧方法有两种：即调整中心距和使用张紧轮。1、 调整中心距。2、 使用张紧轮。V带传动的张紧轮尽量靠近大带轮处，这样可使小带轮上的包角不致减少太多，从而影响带的传动能力。平带传动的张紧轮安放在平带松边的外侧，并要靠近小带轮处，这样可以增大小带轮上的包角，提高平带传动的传动能力。第二章、 螺 旋 传 动 21 螺纹的种类和应用一、 螺纹的形成和种类1、 螺纹的形成：是在圆柱或圆锥表面上，沿着螺旋线所形成的具有规定牙型的连续凸起。凸起是指螺纹两侧面间的实体部分，又称为牙。2、 螺纹的种类 外螺纹和内螺纹。按螺纹的旋向不同，分为右旋螺纹和左旋螺纹。按螺旋线的数目不同可分为单线螺纹和多线螺纹。按螺纹牙型不同，可分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。二、螺纹的应用 主要有连接和传动。因此按用途可分成连接螺纹和传动螺纹。其中应用最广的是普通螺纹，其牙型角为600，梯形螺纹的牙型角为300，三、普通螺纹的参数 1、大径（D，d） 普通螺纹的公称直径是大径。公称直径是指代表螺纹尺寸的直径。 2、小径 3、中径 牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。 4、螺距P 相临两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 5、导程Ph 是指同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。单线螺纹的导程等于螺距，多线螺纹的导程等于螺纹线数与螺距的乘积。 6、牙型角 7、螺纹升角 又称导程角普通螺纹升角是指在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。四、螺纹代号与标记 1、普通螺纹的代号与标记 （1）、普通螺纹的代号 粗牙普通螺纹用字母M及公称直径表示；细牙普通螺纹用字母M及公称直径螺距表示。当螺纹为左旋时，在螺纹代号之后加“LH”，如M241.5LH表示公称直径为24、螺距为1.5，方向为左旋的细牙普通螺纹。 （2）、普通螺纹的标记 普通螺纹的完整标记由螺纹代号、螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号所组成。如M202-7g6g-40（L）表示公称直径为20，螺距为2，中径公差带为7g，顶径公差带代号为6g，旋合长度为40（长旋合）的普通螺纹细牙。2、管螺纹的标记 （1） 用螺纹密封的管螺纹的标记 用螺纹密封的管螺纹的标记由螺纹特征代号和尺寸代号组成。螺纹特征代号有3个：字母RC表示圆锥内螺母；字母RP表示圆柱内螺纹；字母R表示圆锥外螺纹。Rc表示圆锥内螺纹，其尺寸代号为（注意：尺寸代号单位为英寸）。 （2）非螺纹密封的管螺纹的标记 非螺纹密封的管螺纹的螺纹特征代号用字母G表示3、梯形螺纹的代号与标记 （1）梯形螺纹代号 用“Tr”表示。多线螺纹的尺寸规格用“公称直径导程（P螺距）”表示。当螺纹为左旋时，在尺寸规格之后加注“LH”表示。如多线左旋螺纹： Tr4014（P7）LH 表示公称直径为40，螺距为7的双线左旋梯形螺纹 （2） 梯形螺纹标记 由梯形螺纹代号、（中径）公差带代号及旋合长度代号组成。如Tr407-7H/7e 表示公称直径为40，螺距为7，中径公差带代号为7H与中径公差带为7e的内外螺纹旋合的螺纹副。 21 螺旋传动的应用形式一、 螺旋传动的特点螺旋运动是构件的一种空间运动，它由具有一定制约关系的转动及沿转动轴线方向的移动两部分组成。组成运动副的两构件只能沿轴线作相对螺旋运动的运动副称为螺旋副。螺旋副是面接触的低副。螺旋传动是利用螺旋副来传递运动和（或）动力的一种机械运动，可以方便地把主动件的回转运动转变为从动件的直线运动。与其他将回转运动转变为直线运动的传动装置（如曲柄滑块机构）相比，螺旋传动具有机构简单，工作连续、平稳，承载能力大，传动精度高等优点。因此广泛应用于各种机械和仪器中。缺点是摩擦损失大，传动效率较低；但滚动螺旋传动的应用，已使螺旋传动摩擦大、易磨损和效率低的缺点得到了很大程度的改善。常用的螺旋传动有普通螺旋传动、差动螺旋传动和滚珠螺旋传动等。二、普通螺旋传动 由构件螺杆和螺母组成的简单螺旋副实现的传动是普通螺旋传动。 1、普通螺旋传动的应用形式 （1）螺母固定不动螺杆回转并作直线运动，通常用于螺旋压力机、千分尺等。 （2）螺杆固定不动螺母回转并作直线运动，通常用于插齿机刀架传动等。 （3）螺杆回转螺母作直线运动，应用较广用于机床的滑板移动机构等 （4）螺母回转螺杆作直线运动，如应力试验机上的观察镜螺旋调整装置。 2、直线运动方向的判定 普通螺旋传动时，从动件作直线运动的方向（移动方向）不仅与螺纹的回转方向有关，还与螺纹的旋向有关。 （1）右旋螺纹用右手，左旋螺纹用左手。手握空拳，四指指向与螺杆（或螺母）回转方向（指的是主动件的回转方向）相同，大拇指竖直。 （2）若螺杆（或螺母）回转并移动，螺母（或螺杆）不动，则大拇指指向即为螺杆（或螺母）的移动方向。 （3）若螺杆（或螺母）回转，螺母（或螺杆）移动，则大拇指指向的 相反方向即为螺杆（或螺母）的移动方向。 3、直线运动距离 在普通螺旋传动中，螺杆（或螺母）的移动距离与螺纹的导程有关。移动距离等于回转圈数与导程的乘积。三、差动螺旋运动 由两个螺旋副组成的使活动的螺母与螺杆产生差动（即不一致）的螺旋传动称为差动螺旋传动。 差动螺旋传动中活动螺母的实际移动距离和方向，可用公式表示如下： 其中是实际移动距离，为螺杆的回转次数，分别为固定螺母和活动螺母的导程。（当两螺纹旋向相反时，公式中用+号，当两螺纹旋向相同时，公式中用-号。）四、滚珠螺旋传动 滚珠螺旋传动主要由滚珠、螺杆、螺母及滚珠循环装置组成。滚珠螺旋传动具有滚动摩擦阻力很小、摩擦损失小、传动效率高、传动时运动平稳、动作灵敏等优点。但其结构复杂，外形尺寸较大，制造技术要求高，因此成本也较高。目前主要用于精密传动的数控机床（滚珠丝杠传动），以及自动控制装置、升降机构和精密测量仪器等。第三章、 链传动和齿轮传动 31 链传动的类型和应用特点一、 链传动及其传动比链传动是由链条和具有特殊齿形的链轮组成的传递运动或动力的传动。链传动的传动比就是主动链轮的转速与从动链轮转速之比值，也等于两链轮齿数的反比。 ，分别是主动链轮的转速和齿数，分别是从动链轮的转速和齿数二、 链传动的应用特点1、 能保证准确的平均传动比2、 传动功率大，且张紧力小，作用在轴和轴承上的力小3、 传动效率高（0.95-0.98）4、 能在低速、重载和高温条件下，以及不良环境中工作5、 不宜用于要求精密传动的机械上 链传动用于两轴平行、中心距较远、传递功率较大且平均传动比要求准确、不宜采用带传动或齿轮传动的场合。链传动比一般，低速传动时可达10；传动功率100kw；链条速度。 32 齿轮传动的类型和应用特点一、 齿轮传动的应用特点 1、齿轮、齿轮副与齿轮传动 齿轮传动是利用齿轮副来传递运动和动力的一种机械传动。齿轮副是线接触的高副。 2、传动比 是主动齿轮与从动齿轮角速度或转速的比值，也等于两齿轮齿数的反比。 ，分别是主动链轮的转