机械设计基础【全套课件463P】(杨可桢版).ppt

机械设计基础 研究对象和内容课程特点和学习要求 一 研究对象和内容 1 实物组合2 各实物间有确定的运动3 做有用功或转换能量 机器 机构 金属切削机床内燃机汽车拖拉机起重机 机器种类 具备1 2特征 利用机器来减轻劳动和提高生产率 零件 制造单元 第一章绪论 运动单元 1 箱体2 活塞3 连杆4 曲轴5 6 齿轮7 凸轮8 推杆 机构和机器的总称 构件由零件 制造单元 组成 齿轮5由许多零件组成 轴 轴承 套筒等 轴系零件 齿轮 传动件 键 联接件 齿轮机构由三个构件组成 1 5 6 机构由构件 运动单元 组成 机器由机构 连杆机构 凸轮机构 齿轮机构 组成 机器具有确定的相对运动 完成机械功或转换机械能的组合体机构具有确定的相对运动组合体 是机器所共有的组成部分构件运动的单元零件制造的单元 二 学习内容 1 常用机构 组成原理 运动学和动力学 机械原理连杆机构 凸轮机构 齿轮机构 间歇运动机构 2 通用零件 设计与计算 机械设计联接 螺纹联接 键联接 销联接 传动 带传动 链传动 齿轮传动 蜗杆传动轴与轴系零部件 轴 轴承 联轴器其它 弹簧 传动零件 轴系零件 联接零件 附件 机架 基础 制图 力学 金属工艺学 机械设计基础是技术基础课 专业课 三 课程的地位 四 学习方法 机械原理 培养运动想象力 培养各学科知识综合应用能力 步步为营 1 基本概念 机器 机构 构件 零件2 机器 机构的基本特征 第二章平面连杆机构 主要内容 1 平面四杆机构的基本型式及演变2 平面四杆机构主要特性3 平面四杆机构的设计 本章重点 平面四杆机构主要特性和设计 本章难点 平面四杆机构的设计 本章主要内容 铰链四杆机构的基本型式 铰链四杆机构有整转副的条件 铰链四杆机构的演变 平面四杆机构的设计 第二章平面连杆机构 平面机构 低副联接 转动 移动副 最常用 平面四杆机构 四个构件 四根杆 平面连杆机构 铰链四杆机构 全由转动副相联 基本类型 二 曲柄摇杆机构的主要特性 铰链四杆机构 2 1铰链四杆机构的基本型式p 20 连杆 连架杆 连架杆 机架 曲柄 摇杆 摆杆 整转 摆转 机架 连杆 连架杆 铰链四杆机构p 20 机架 参考系 固定件 连架杆 与机架相联连杆 不与机架相联 曲柄 可回转360 的连架杆摇杆 摆角小于360 的连架杆滑块 作往复移动的连架杆 全由转动副相联的平面四杆机构 一 铰链四杆机构基本类型 按连架杆类型 二 铰链四杆机构 演变类型 天线 摇杆 调整天线俯仰角的大小 放映机 1 曲柄摇杆机构 连架杆 曲柄 一般 原动件 匀速转动 摇杆 一般 从动件 变速往复摆动 2 双曲柄机构 连架杆均为曲柄 主动曲柄 匀速转动 从动曲柄 变速转动 例 惯性筛中的铰链四杆机构 从动曲柄3变速转动 使筛子6产生加速度 使不同材料因惯性不同而筛分 3 双摇杆机构 连架杆均为摇杆 例 门式起重机的变速机构 CD 杆3 为原动件 悬挂重物的E点在连杆上 保持E点运动轨迹在近似水平线上 平移货物 平稳 减小能量消耗 偏心轮机构 铰链四杆机构 全由转动副相联 二 铰链四杆机构 演变类型 曲柄滑块机构 导杆机构 二 死点位置三 压力角和传动角 二 曲柄摇杆机构的主要特性P 21 一 急回运动 工作行程 空回行程 B2 B1 2 C2 C1 1 2 而 不变 B1 B2 1 摇杆C1 C2 工作行程时间 空回行程时间 曲柄 主 匀速转动 顺 摇杆 从 变速往复摆动 极位 曲柄与连杆共线 B1 B2 摇杆极位C1 C2 缩短非生产时间 提高生产率 例 牛头刨床 往复式输送机 其运动特性 行程速度变化系数 行程速比系数 K 极位夹角 摇杆处于两极位时 对应曲柄所夹锐角 K 急回运动性质 2 2 曲柄摇杆机构曲柄主动 急回 二 死点位置p 22第6 从动件与连杆共线 卡死 当摇杆为主动件 而曲柄AB与连杆BC共线时 摇杆CD处于极位 CD 主 通过连杆加于曲柄的驱动力F正好通过曲柄的转动中心A 不能产生使曲柄转动的力矩 图2 4曲柄摇杆机构 图2 5 存在死点条件 有极限位置 从动件与连杆共线 措施 曲柄摇杆机构摇杆主动 死点 死点 三 压力角和传动角p 22倒6 图2 7 1 压力角 2 传动角 BC是二力杆 驱动力F沿BC方向 作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度VC之间所夹的锐角 连杆与从动杆所夹锐角 有效力F sin 40 有效力F cos 方便 传动角 90 的余角 作业 2 3 2 4p 35 VC沿导轨 CD 分析 压力角 从动件受力作用点的速度方位线与力的作用线所夹的锐角 死点 90 传动角 90 压力角越小 即传动角越大 有用的分力越大 所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数 二 曲柄存在条件 2 2铰链四杆机构有整转副的条件P 25 取决于机构各杆的相对长度和机架的选择 A D B B B C C C 例 AB 22 BC 50 CD 38 AD 45 三式相加 l1 l2 l1 l3 l1 l4 当杆1处于AB 位置 AC D l1 l2 l3 l4 2 6 l2 l1 l3 l4 l1 l4 l2 l3 2 3 l2 l1 l4 l3 l1 l3 l2 l4 2 4 当杆1处于AB 位置 AC D 曲柄l1 连杆l2 摇杆l3 机架l4 当AB能摆至与连杆共线的极位AB 及AB 时 能顺利通过 整转副 曲摇机构 L1最短 一 分析 二 曲柄存在条件 转动副为整转副 1 曲柄存在条件 2 推论 实例分析 AB 70 BC 90 CD 110 AD 40 1 最短与最长杆之和小于其它两杆之和 2 最短的构件在连架杆或机架上 满足条件1 1 最短杆在机架上 2 最短杆在机架邻边 3 最短杆在机架对边 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 AD CD 40 110 150 AB BC 160 当 AD为机架 AB或DC为机架 BC为机架 双曲柄 曲柄摇杆 双摇杆 作业2 1p 35 铰链四杆机构的演变 26 铰链四杆机构 图2 14 全 转动副连接 各杆长不变 铰链四杆机构 曲柄滑块机构 图2 23p 29 导杆机构 曲柄AB 机架 图2 15 b 摇块机构 连杆BC 机架 图2 15 C 扩大回转副 偏心轮机构 杆长 固定杆 可变 移动副 一个 定块机构 滑块C 机架 图2 15 d 一 曲柄滑块机构 27图2 14c d 压力角 传动角 偏置曲柄滑块机构 摇杆3的运动轨迹为圆弧 半径l3 对心曲柄滑块机构 将l3 无穷大 滑块C 直线 曲柄滑块机构 二 导杆机构 26 曲柄滑块机构 曲柄 机架 导杆机构 当机架 曲柄机架 曲柄 最短 最长杆 其它两杆之和 转动导杆机构 摆动导杆机构 机架邻边 机架 双曲柄 转动导杆机构 一个曲柄 摆动导杆机构 0 摇块机构 滑块摆动图2 15 2 17 滑块为固定件图2 15 2 18 滑块移动 摆动图2 16 2 15 滑块移动图2 15 三 摇块 定块机构 27 曲柄滑块机构 曲柄滑块机构 导杆机构 摇块机构 定块机构 导杆机构 定块机构 摇块机构 定块机构 铰链四杆 曲柄滑块 曲柄很短时 偏心轮机构 偏心距 曲柄长 铰链四杆 曲柄滑块机构 扩大回转副 偏心轮机构 四 偏心轮机构图2 23图Cp 29 偏心轮机构 回转副B 半径 曲柄长AB 曲柄 A B C 五 平面四杆机构的特点及应用 1 低副 成本低 精度高 2 面接触 利于润滑及减少磨损 传载大 可靠性高 1 特点 1 实现已知运动规律2 实现给定点的运动轨迹 不能精确实现任意运动规律 缺点 2 应用 优点 1 手动冲床 两个四杆机构组成 双摇杆 摇杆滑块机构 2 筛料机构 六杆机构 两个四杆机构组成 双曲柄 曲柄滑块 应用 2 4平面四杆机构的设计P 30 根据给定的运动条件 运动简图的尺寸参数 一 按照给定的行程速比系数设计四杆机构 作图法 二 按给定连杆位置设计四杆机构 作图法 三 按给定两连架杆对应位置设计四杆机构 解析法 四 按给定点的运动轨迹设计四杆机构 实验法 一 按照给定的行程速比系数设计四杆机构 1 曲柄摇杆机构 2 导杆机构 C1PC2 1 可求出极位夹角 分析 2 C1AC2 如果三点位于同一圆上 是C1C2弧上的圆周角 如何作此圆 未知A点 连OC2交圆于P点 C2C1P 90 C1C2P 90 P点 可作 P 已知 摇杆长度L3 行程速比系数K 摆角 解 1 任选D点 作摇杆两极位C1D和C2D 2 过C1作C1C2垂线C1M 3 过C1 C2 P作圆 4 AC1 L2 L1 AC2 L2 L1 L1 1 2 AC2 AC1 无数解 以L1为半径作圆 交B1 B2点 曲柄两位置 M N 在圆上任选一点A C1M与C2N交于P点 作 C1C2N 90 2 导杆机构 P 31 已知 机架长L4 K解 1 任选固定铰链中心C 作导杆两极位Cm和Cn 2 作摆角 的平分线AC 取AC L4 固定铰中心A 3 过A作导杆极位垂线AB1 AB2 L1 AB1 唯一解 m n A B1 B2 D B1 C1 B2 C2 无穷多个解 A 步骤 1 连接B1B2 C1C22 作B1B2 C1C2中垂线3 在中垂线上取一点作A D4 连AB1C1D 二 按给定连杆位置设计四杆机构 1 已知 连杆BC长L2及连杆两个位置B1C1 B2C2 固定铰A必在B1B2垂直平分线上同定铰D必在C1C2 分析 1 连接B1B2 C1C2并作其垂直平分线b12 c12 2 在b12线上任取一点A 在C12 任取一点D 解 连杆给定的三个位置 铰点已给定 B1 C1 B2 C2 B3 C3 A D 步骤 1 连接B1B2 B2B3 C1C2 C2C32 作各连线中垂线3 B1B2 B2B3中垂线之交点即为点A4 C1C2 C2C3中垂线之交点即为点D5 连接AB1C1D即为所求 2 已知 连杆BC长L2及连杆三个位置B1C1 B2C2 B3C3 选作 作业2 6 1 P 36 唯一解 图2 33步进式传送机构 图2 35连杆曲线图谱 图2 34描绘连杆曲线工具 四 按给定点的运动轨迹设计四杆机构P 34 小结 1 基本概念 连架杆 连杆 曲柄 摇杆 压力角 传动角 死点 急回运动 会作图 基本内容 平面四杆机构的基本型式及其演化方法 演变型式 作图 曲柄存在条件 判别机构类型 平面四杆机构的设计 作图法 第三章凸轮机构 主要内容 1 凸轮机构的类型 特点2 常用从动件运动规律及运动线图的绘制3 凸轮轮廓曲线的设计 本章重点 从动件运动线图的绘制凸轮轮廓曲线的设计 本章难点 从动件运动线图的绘制 第三章凸轮机构p 38 3 1凸轮机构的应用和分类型 3 2从动件的常用运动规律 3 4图解法设计凸轮轮廓 凸轮 外型按一定运动规则建立起来的构件 对从动件运动起着决定性作用 优点 可实现各种复杂的运动要求 结构简单 紧凑 缺点 点 线接触 易磨损 不适合高速重载 适传递运动 不宜传递动力 一 特点和应用 二 分类 3 1凸轮机构的应用和类型 二 分类 滚子摆动从动杆圆柱凸轮机构 盘形 圆柱 1 按照凸轮形状分类 注意 设法使凸轮与从动件始终保持接触 重力 弹簧力 凸轮上的凹槽 2 按照凸轮的运动方式分类 3 按照从动件形状分类 4 按照从动件运动方式分类 旋转 移动 尖顶 平底 滚子 移动 摆动 注意 设法使凸轮与从动件始终保持接触 重力 弹簧力 凸轮上的凹槽 凸轮的轮廓线是按照从动件的运动规律来设计的 介绍常用的 二 从动件的运动规律 3 2从动件的常用运动规律p 39 一 凸轮运动常用术语 图3 5p 40 基圆 推程 升程 推程运动角 t 回程 回程运动角 h远休止角 S 近休止角 S 位移 2 以轮廓的最小向径所作的圆rmin 基圆半径 推程所移动的距离 与推程对应的凸轮转角 从动件移动的距离 2是时间的函数 从动件从离回转中心最近 最远的这一过程 重点 如何根据从动件的运动规律 2与 1函数关系 作运动线图 有几种 特点 等速运动 等加速等减速 简谐运动 等速运动1 分析 图3 6 凸轮作等速运动 从动件也作等速运动V2 C 启动瞬间 终止瞬间 刚性冲击 a由0 速度由V2 0 a由0 速度由0 V2 二 从动件的运动规律 10mm 2 作运动线图 推程运动时间 在启动与终止段用其它运动规律过渡 适于低速 轻载 从动杆质量不大 有匀速要求 h 例 已知从动件作等速运动 20mm t 120 S 40 h 120 s 80 作运动线图 取作图比例 l 二 等加速等减速p 41图3 7 每一行程 推程或回程 的前半行程作等加速运动 后半行程作等减速运动 a有有限值的突变 无速度突变 无刚性冲击 柔性冲击 中低速凸轮机构 推程 前半行程 等加速后半行程 等减速 回程 前半行程 等加速后半行程 等减速 从动件位移函数关系 V0 0 等加速等减速 位移1 4 9 推程前半行程取 3 1 4 9 推程后半段等减速 取 3 对应的 2X为9 4 1 当时间为 1 2 3 4位移为 1 4 9 16 V0 0 等加速等减速 作图 推程 前半行程 h 2 等加速后半行程 h 2 等减速 将每半行程时间分为 4 份 位1 4 9 16移16 9 4 1 三 简谐运动p 42图3 8 注意 实际上 从动件在推 回程的运动规律并非相同 分析 作图 图3 8 点在圆周上作匀速运动 它在这个圆的直径上的投影所构成的运动 凸轮作匀速运动 S2按余弦规律变化 余弦加速度运动 始点与终点有柔性冲击 二 直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制三 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制四 设计凸轮注意事项 3 4图解法设计凸轮轮廓p 44 相对运动原理 解析法 作图法 反转法 给整个机构加 运动凸轮不动 机架反转 推杆作复合运动 一 设计方法的原理 按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓 一 直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 1 尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 滚子 对心直动 从动件3 平底 对心直动 从动件 1 尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮 已知 rmin h w1 从动杆运动规律 凸轮转角 从动杆运动 0 180 等速上升h180 210 上停程210 300 等速下降300 360 下停程 解 1 作位移曲线 取比例 l S2 1 0 3600 1800 2100 3000 h 123456789101112 2 等份S2 1图 w1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 作基圆 注意比例一致 4 等份基圆得导轨 5 量取相应位移 6 作轮廓线 注意比例一致 11 2 滚子 对心直动 从动件 按尖顶从动件作凸轮轮廓线 0 理论轮廓 n n 理论廓线 0 实际廓线 以 0各点为圆心作圆 滚子半径为径 作这些圆的包络线 实际轮廓 3 平底 对心直动 从动件图3 14p 46 按尖顶从动件作理论轮廓线一系列点A0 A1 A2 过各点作作各位置的平底A0B0 A1B1 A2B2 作这些平底的包络线 实际轮廓 w1 三 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 图3 15 w1 rmin LoA A0 A1 A2 A3 O A O 已知 rmin LOA w1 从动件长LAB 从动杆运动规律 A0 A1 A2 A3 A4 A5 w1 21 22 23 LAB 解 1 作位移曲线 2 等份S 图 3 作基圆 4 等份基圆得从动杆的回转中心 5 量取相应转角 6 作轮廓线 2 1 0 12345678910 B0 B1 B2 O B3 四 设计凸轮注意事项P 47第12 r 0 要求r 0 r 滚子半径 0 理论轮廓的曲率半径 实际轮廓的曲率半径 0 r r r0 r 变尖 失真 r过小 滚子及滚子销的强度会不够 一般 r 0 1 0 5rmin 且r 0 8r0min并使rmin 1 5mm r过大 凸轮工作廓线变尖或失真 1 合理选择滚子的半径 基圆半径 2 合理选用基圆半径 消除运动失真 消除运动失真 减小滚子半径或加大基圆半径 作业 设计一尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓 已知凸轮作顺时针等速转动 从动件推程作匀加速匀减速运动 回程作简谐运动 已知 rmin 35mm h 40mm t 120 h 120 s 120 小结 1 基本概念 术语 推程 回程 推程 回程 运动角 远 近 休止角 升程 基圆 向径 运动线图2 基本内容 凸轮 从动件的分类 三种运动规律线图的绘制 对心直动从动件盘形凸轮轮廓的图解法 第四章齿轮机构 主要内容 1 齿轮机构类型 特点 啮合的基本定律2 渐开线齿轮的形成 特点 尺寸计算3 一对渐开线齿轮的啮合4 齿轮的加工及变位 本章重点 渐开线齿轮的尺寸计算 一对渐开线齿轮的啮合 本章难点 一对渐开线齿轮的啮合 第四章齿轮机构 4 1齿轮机构的特点和类型 4 3渐开线齿廓 常用齿廓 4 4渐开线标准齿轮各部分名称及基本尺寸 4 5渐开线标准齿轮的啮合 4 6渐开线齿轮的切齿原理 4 7根切现象 最少齿数及变位齿轮 4 8平行轴斜齿齿轮机构 4 9圆锥齿轮机构 4 1齿轮机构的特点和类型p 52 一 特点 二 分类 优点 传动比恒定 适用圆周速度和功率范围广 效率高 结构紧凑 工作可靠且寿命长 缺点 制造安装精度高 成本高 不适宜传递远距离的运动 应用最广的传动机构之一 用来传递空间任意两轴的运动和动力 二 分类p 53 一 按两轴的相对位置 圆柱齿轮传动 相交轴 交错轴 齿轮传动最基本的要求 瞬时传动比恒定 承载力强 平行轴 圆锥齿轮传动 直齿 曲齿 交错轴斜齿轮 蜗杆传动 工程上常用渐开线 摆线 圆弧齿齿廓 当一直线在一圆周上作纯滚动时 此直线上任一点的轨迹称该圆的渐开线 渐开线 B 一 渐开线的形成及特性 发生线 基圆 向径 展角 压力角 基圆半径rb rK A K点的压力角 k cos 1 rb rk 压力角 渐开线上任一点法向压力的方向与该点速度方向之间的夹角 渐开线齿廓上各点压力角不等 rk愈大 k愈大 二 渐开线的性质 4 3渐开线齿廓 常用齿廓 p 54 二 渐开线的性质p 54 5 基圆内无渐开线 2 法线切于基圆 4 形状取决于基圆半径 rb k 愈平直 当基圆rb k 直线 齿条 也是渐开线 4 4渐开线标准齿轮各部分名称及基本尺寸p 54 齿厚sk 齿槽宽ek齿顶圆da齿根圆df 齿距pk sk ek 节距 齿数Z 压力角 k 4 4 二 分度圆及各尺寸关系三 各直径计算 一 基本名称 二 分度圆及各尺寸关系 p 56 模数表 4 2 分度圆d pk 标准值 模数 的圆 k 20 标准 齿顶高ha ha m齿根hf ha c m全齿高h ha hfha c 齿顶高 顶隙系数 表 4 2 常用标准值 三 各直径计算 分度圆处 齿距p 齿厚S 齿槽宽e 不加注明 下标 分度圆 d mZ齿顶圆 da d 2ha d 2ha m齿根圆 df d 2hf d 2 ha c m齿距 p m基圆 db dcos 基圆齿距 pb p cos m cos 标准齿轮 分度圆处 S e m 2 理论值 4 11 ha C 为标准值 作业 4 1 4 4p 72 4 5渐开线标准齿轮的啮合 4 2 4 3 二 4 5 一 齿廓实现定传动比的条件 齿轮传动的基本要求 传动平稳 i C 承载力大 强度 当 1 常数 要求 2 常数 否则 惯性力 振动 噪音 不平稳 保持恒定的传动比 如何保证i C 二 渐开线齿廓满足定角速比要求 三 标准中心距 四 正确啮合条件 五 重合度及连续传动条件 六 渐开线齿轮的可分性 一 齿廓实现定传动比的条件 4 2p 53 K C 图4 2 一对齿廓在K点啮合 过K作两齿廓公法线n n 与连心线交于C点 节点 C点 齿轮1 2的相对瞬心 滑动兼滚动接触的高副 角速度与连心线被轮廓接触点公法线所分割的两线段长度成反比 4 1 齿廓实现定传动比的条件 C点是连心线上的固定点 P13 P23 P12 对齿廓的要求 n 无论在哪一点接触 公法线与连心线都交于一个定点 工程上常用渐开线摆线 圆弧齿齿廓 考虑工艺性 t t 公切线 瞬时传动比 常数 C点相对速度 0 两节圆的纯滚动 啮合角 C 节点过节点的圆 节圆 d r r 1 O1C r 2 O2Cn n 公法线 证明 C i瞬 常数 齿廓公法线通过节点C 传动比i 1 2 d 2 d 1 d2 d1 db2 db1 Z2 Z1 不论齿廓在何处啮合 啮合点均在n n 公法线 线上 渐开线上任一点的法线必与基圆相切 两齿廓公法线n n即为两基圆内公切线 唯一 n n与连心线交点C 定点 满足定传动比的条件 二 渐开线齿廓满足定角速比要求p 55 三 标准中心距p 58 标准齿轮 分度圆处e S ha C 为标准值 当一对标准齿轮分度圆与节圆重合d d 标准齿轮 正确 安装 标准中心距 一对标准齿轮分度圆相切 无侧隙 标准齿轮正确安装 n n与O1O2交点 C 过节点的圆 d d1 d2 节圆 两轮节圆上的e 与S 之差 e1 S2 或S1 e2 齿侧间隙 要求 0 消除反转空程 撞击 正确安装要求无侧隙 1 顶隙 c m 2 齿侧间隙为零 正确 啮合齿对 不脱开啮合 不重叠 前后两对齿有可能同时在啮合线上接触 两轮相邻两齿同侧齿廓沿公法线的距离相等 基圆齿距 正确啮合条件 模数相等m1 m2压力角相等 1 2 四 正确啮合条件p 58 da1 da2 实际啮合线 理论啮合线 啮合弧 重合度 开始啮合点 退出啮合点 A da2 E da1 五 重合度及连续传动条件p 59图4 9 1 1 1 4 1 脱开 当满足正确啮合条件 m 相等 必要条件 1 88 3 2 1 Z1 1 Z2 cos 当a实 a理 误差 磨损 i不变 不影响传动比 六 渐开线齿轮的可分性 传动的可分离性 当a实 a理 i Z2 Z1 i d2 d1 db2 db1 r2cos r1cos Z2 Z1不变 基圆不变 标准中心距a r1 r2 m Z1 Z2 2 P 60 1 仿形法2 范成法 1 仿形法 成形法 精度低 生产率低刀具 圆盘铣刀指形铣刀 刀具的选择与m z有关 每把刀的刀刃形状 按它加工范围的最少齿数齿轮的齿形来设计 4 6渐开线齿轮的切齿原理 2 范成法 一对齿轮啮合时其共轭齿廓互为包络线 切削 沿轮坯轴向 进刀和让刀 沿轮坯径向 范成运动 模拟齿轮啮合传动 刀具与轮坯以i12 1 2 Z2 Z1回转 用同一把刀具 通过调节i12 就可以加工相同模数 压力角 不同齿数的齿轮 齿轮插刀 齿条插刀 齿轮滚刀 根切 不根切的最少齿数 Zmin 2ha sin2 当ha 1 20 Zmin 17 范成法 将根部已加工出的渐开线切去 实际啮合线 AE 超过理论啮合线 N1N2 一 根切现象和最少齿数 二 变位齿轮 4 7根切现象 最少齿数及变位齿轮p 62 二 作用 三 变位齿轮尺寸计算 用范成法加工齿轮 当刀的中线与齿坯分度圆相切 刀具内移 m 负变位 刀具外移 m 正变位 变位齿轮 e S 标准齿轮 e S 标准齿轮 变位齿轮 变位系数 二 变位齿轮p 63图4 15 当刀具中线不与齿坯分度圆相切 中线平行内移或外移 一 简述 1 Zmin 17 0 17 Z 17 2 凑中心距3 提高小齿轮轮齿的抗弯强度 0 a a m Z1 Z2 d d mZda d m 2 2 df d m 2 5 2 二 作用 三 变位齿轮尺寸计算 当 1 2 高度变位 变位 齿廓形状不相同 刀具外移 正变位 齿轮的齿根变宽 齿顶变窄 刀具内移 负变位 齿轮的齿根变窄 齿顶变宽 齿轮齿廓取同一渐开线的不同部位 不同部位的渐开线其曲率半径不相同 二 斜齿轮各部分名称和几何尺寸计算三 正确啮合条件四 斜齿轮的优缺点 一 形成 发生线在基圆上的纯滚动 渐开线 发生面在基圆柱上作纯滚动 面上与圆柱体母线 成一倾角 b的直线AA所形成的轨迹 直齿圆柱齿轮 斜齿圆柱齿轮 平行的直线AA所形成的轨迹 直线接触 突入突出重合度小 有冲击 斜线接触 渐入渐出重合度大 工作平稳 4 8平行轴斜齿齿轮机构p 65 2 尺寸计算3 斜齿的重合度4 当量齿轮及当量齿数 二 斜齿轮各部分名称和几何尺寸计算 p 端面 轴线 m 法面 轮齿方向 法 pn mn n 端 pt mt t mn n标准 b B cos 齿宽为 2 尺寸计算 d mnZ cos ha 1 C 0 25 da d 2ha d 2mn df d 2hf d 2 5mn a d1 d2 2 mn Z1 Z2 2cos pn ptcos mn mtcos 4 23 4 25 tg n tg t cos 标准齿轮 表4 4 p 68 1 名称 3 斜齿的重合度 由于螺旋角的影响 斜齿传动的啮合弧增长了 故重合度增大 Btg pt Bcos pn 传动更平稳 作业 4 12 4 13p 73 4 当量齿轮及当量齿数 Z ZV cos3 当Zvmin 17Zmin ZVmin cos3 17 cos3 Zmin 17 Zv Z cos3 4 2 当量齿轮当量齿数 不根切的最少齿数 Zvmin 三 正确啮合条件 8 20 四 斜齿轮的优缺点 p 69第1 mn1 mn2 mn n1 n2 n 1 2 旋向相同 4 9圆锥齿轮机构p 69 i 1 2 n1 n2 Z2 Z1 r2 r1 sin 2 sin 1 4 29 当 1 2 90 i sin 2 sin 1 tg 2 cos 2 sin 1 4 30 相交轴之间的传动 1 2 分度圆锥角 90 一对节圆锥的纯滚动 锥齿轮的d m沿齿宽方向变化 d 大端 m 大端 标准 正确啮合条件 m1 m2 m 大端 1 2 R1 R2 锥距 r1 r2 2 1 基圆 发生线 渐开线 1 渐开线的形成 压力角 K K点的法线 曲率中心 曲率半径 K A B K rb rk 3 节圆 公法线 公切线 啮合角 2 齿轮传动的基本要求 齿廓实现定传动比的条件 渐开线齿廓满足定传动比的条件 K C n t t O1 O2 BK AB 不论齿廓在何处啮合 啮合点均在n n 公法线 线上 i C 承载力强 C点定点 分度圆 标准齿轮 标准中心距 变位齿轮 pk 标准 m 20 分度圆S e ha C 为标准值 一对标准齿轮分度圆相切 刀具中线不与齿坯分度圆相切 正 负变位 4 正确啮合条件 连续传动条件 可分性 根切现象和最少齿数 模数 压力角相等 1 a实 a理 误差 磨损 i不变 实际啮合线超过理论啮合线 将根部已加工出的渐开线切去 范成法 Zmin 2ha sin2 当ha 1 20 Zmin 17 直齿轮 第五章轮系 本章重点 定轴轮系及周转轮系传动比计算 本章难点 周转轮系传动比计算 主要内容 1 轮系的主要类型及特点2 定轴轮系传动比计算3 周转轮系传动比计算 5 1轮系的类型 5 2定轴轮系及其传动比 5 3周转轮系及其传动比 5 4复合轮系及其传动比 5 5轮系的应用 第五章轮系 一系列齿轮组成的传动系统 1 获得大传动比2 连接距离较远的轴3 变速4 变向 一 引言 应用 轮系 运动简图 蜗杆蜗轮图5 3 d 圆锥齿轮机构图5 3 c 5 1轮系的类型p 74 定轴轮系 所有齿轮的轴线都是固定的 图5 1 复合轮系 由两个以上轮系组成 周转轮系 至少有一个齿轮的轴线运动 行星 差动 二 分类 5 2定轴轮系及其传动比P 74 一 传动比的大小 定轴轮系的传动比 一对齿i12 1 2 Z2 Z1 2 2 3 3 4 4 双联齿轮 二 传动方向 过桥轮 惰轮 既是主动轮又作从动轮 其齿数对传动比无影响 作用 控制转向 a较大时可使机构紧凑 结论 总传动比 各级传动比的连乘积 m 外啮合次数 二 传动方向 箭头规则 3 蜗杆蜗轮机构 左右手 四指 蜗杆转向 拇指 蜗杆相对蜗轮的运动方向 反向 蜗轮转向 传动方向 1 外啮合 箭头方向相反2 内啮合 箭头方向相同 1 各齿轮轴线平行 用 表示 1 m m外啮合次数 表示同向 表示反向 2 各齿轮轴不全平行 画箭头 右 3 作业 5 2 5 3p 86 方向 画箭头 蜗轮转向 左右手定则判 2 求轮系传动比 大小 传动比 i n3 n4 Z4 Z3 蜗杆相对蜗轮的运动方向 蜗轮逆时针转动 解 1 蜗杆传动 旋向 例5 1 图5 4 已知Z1 16 Z2 32 Z2 20 Z3 40 Z3 2 右 Z4 40 若n1 800r min 求蜗轮的转速n4及各轮的转向 例2 求i15和提升重物时手柄的转动方向 解 5 3周转轮系及其传动比p 76 一 周转轮系的组成 二 周转轮系传动比的计算 注意事项 分类 1 行星轮 轴线位置变动 既作自转又作公转2 转臂 行星架 系杆 支持行星轮作自转和公转3 中心轮 太阳轮 轴线位置固定4 机架 组成 1 以中心轮和转臂作输入和输出构件 轴线重合 否则不能传动 注意事项 3 找基本 单一 周转轮系的方法 先找行星轮 找其转臂 不一定是简单的杆件 找与行星轮啮合的中心轮 其轴线与转臂的重合 2 基本周转轮系含一个转臂 若干个行星轮及中心轮 1 2 分类 按自由度分类 p 77 差动轮系 行星轮系 F 2图5 4 b 两个中心轮均转动 F 1图5 5 C 只有一个中心轮转动 n 4 PL 4 PH 2 F 3 4 2 4 1 2 2 要求原动件数 2 n 3 PL 3 PH 2 F 3 3 2 3 1 2 1 要求原动件数 1 n 4PL 4PH 3F 1 n 5PL 5PH 3F 2 n 3PL 3PH 1F 2 n 2PL 2PH 1F 1 行星轮系 差动轮系 二 周转轮系传动比的计算 基本 p 77 不能直接用定轴轮系的计算方法 转化轮系速比 当转臂转速 nH 给整个轮系加上 nH的公共转速 转臂静止 转化轮系 假想的定轴轮系 各构件相对运动不变 图5 4 b 转化轮系5 4 d 1 机构反转法 转化机构 2 转化轮系速比计算例题 2 转化轮系速比计算 相对机架速度 n1 n2 相对转臂速度 n1H n2H 符号 G K从动轮齿数积 G K主动轮齿数积 5 2 注意 1 求得iGKH 并确定其 号 再求其它 2 iGKH iGK iGK iKG iGKH iKGH 3 转向判断 画箭头 4 式 5 2 只适于G K轮与转臂轴线平行时 转化轮系 一般计算式 例3 求nH与n1的关系 Z3 Z1 n1 nH 1 Z3 Z1 n3Z3 Z1 注意n有符号 n3 0n1 nH 1 Z3 Z1 差动轮系 行星轮系 设n1为正 n3为负 例题4 已知齿数Z1 15 Z2 25 Z2 20 Z3 60 n1 200r min n3 50r min 转向见图 求nH P 259 设n1为正 n3为负 nH 8 3r min n 4 PL 4 PH 2差动轮系 例题5 已知齿数Z1 12 Z2 28 Z2 14 Z3 54 求iSH P 259 n3 0 手动链轮 起重链轮 行星轮系 i1H iSH n1 nH 10 例5 2 图5 5p 78 2 求nH H 解 行星轮系 3 求n2 已知 n1 Z1 Z2 Z3 求 i1H nH n2 1 假设各轮转向 箭头 由几个基本周转轮系或定轴轮系 周转轮系 复合轮系 分开各轮系计算 联立方程解 定轴轮系 1 2 i12 1 2 Z2 Z1 2 补充方程 例7 求i1H 找基本周转轮系 先找行星轮 找其转臂 找与行星轮啮合的中心轮 2 2 4 0 周转轮系 2 3 4 H 5 4复合轮系及其传动比P 79 例8 求 周转轮系1 2 3 H1 周转轮系4 5 6 H2 H1 4 6 3 0 1 相距较远的两轴之间的传动 惰轮 2 变速 变向3 获得大传动比 行星轮系 4 合成运动和分解运动 差动轮系 作业 5 9p 87 5 5轮系的应用P 80 小结 1 基本概念 轮系及分类 行星轮 太阳轮 中心轮 转臂H 行星架 2 蜗轮转向 3 定轴轮系传动比计算 4 找单一周转轮系的方法 第六章其它常用机构 主要内容 常用间歇运动机构的类型及特点 将主动件的连续运动 从动件有规律的运动和仃歇运动的机构 间歇运动机构 第六章其它常用机构 棘轮机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮间歇运动机构 6 1棘轮机构p 90 7 当CD左摆时 棘爪4推动棘轮转 逆向 一角度 当CD右摆时 制动爪6阻止棘轮反向转动 棘爪4在棘轮上滑过 棘轮静止不动 棘轮单向间歇转动 构成 棘轮5 驱动棘爪4 制动棘爪6 机架7 棘爪4固定于曲柄摇杆机构ABCD的摇杆上 摇杆CD作左右摆动 二 摩擦棘轮 一 齿式棘轮机构 需经常改变棘轮回转方向时用 图 6 3 可变向棘轮机构 双动式棘轮机构 图 6 2 棘爪 双向棘爪 棘轮齿 方形 棘爪工作面 平面 棘爪非工作面 曲面 易于滑过棘轮 图示位置 棘轮可作逆时针转动 需棘轮反向转动时 只需将棘爪装至虚线位置 特点 结构简单 转角可调 转向可变 但只能有级调节动程 且棘爪在齿背滑行会引起噪音 冲击和磨损 高速时不宜采用 二 摩擦棘轮 无声棘轮 超越离合器 图 6 4 构成 外套筒1 内套筒2滚子3 弹簧4 机架 工作原理 外套筒逆时针转动时 滚子楔紧 内套筒随之转动 当外套筒顺时针转动时 滚子松开 内套筒不动 特点 超载时 打滑 四 槽轮机构特点及应用 6 2槽轮机构p 92图6 7 拨盘1等速转动 当圆销A进入槽轮的径向槽中 槽轮转动 当圆销A脱出径向槽 槽轮2的内锁住弧 被拨盘1的外凸圆弧 卡住 槽轮2静止不动 机架 拨盘1 具有圆销A 主 槽轮2 具有径向槽 从 一 构成 二 工作原理 三 机构设计 基本尺寸 b L R r R L sin 2 a L cos 2 r 径向槽弧半径 运动特性系数 由上式可知 0 5 槽轮运动时间 静止时间 欲 0 5 在拨盘上安装多个圆销 个 2 2 6 4 2 1 2 2 2 Z 1 K 2Z Z 2 6 5 为避免槽轮在起动和仃歇时产生刚性冲击 当圆销A进入和退出径向槽时 径向槽的中心线应切于圆销A的运动圆周 m 2 1 2 槽轮运动时间 m与拨盘运动时间 之比 拨盘转一周 槽轮转角为2 2 拨盘转2 1 径向槽数 Z 1 2 1 2 2 6 2 特点 结构简单 工作可靠 能准确控制转动 机械效率高 转角不可调 应用 常用于只要求恒定旋转角的分度机构中 转速不高的自动机械 轻工机械 仪表机械 作业 6 2 四 槽轮机构特点及应用 6 3不完全齿轮机构P 94图 6 9 构成 主动轮1 从动轮2 机架 特点 结构简单 匀速传动 始末除外 工作原理 由渐开线齿轮机构演变而来 但轮齿不布满整个圆周 从动轮作间歇运动 图 6 11 p 95 构成 带曲线槽的圆柱凸轮1 主动 带滚子3的转盘2 从动 机架 6 4凸轮间歇机构 工作原理 当凸轮转动时 通过其曲线沟槽拨动从动转盘上的滚子 转盘作间歇运动 每次转动角为2 Z Z为滚子数 传递交错轴间的分度运动 特点 运动可靠 平稳 运动规律任意 用于高速间歇运动 间歇运动机构棘轮机构 结构简单 转角可调 转向可变 有冲击 用于低速轻载 槽轮机构 结构简单 工作可靠 转角不可调不完全齿轮机构 结构简单 匀速传动 始末除外 凸轮间歇机构 工作平稳 运动规律任意 高速轻载 主要内容 1 机械速度波动的原因 分类及调速方法2 飞轮设计原理及注意事项 第七章机械运转速度波动的调节 机器速度波动 振动 可靠性 质量 目的及方法 机器运转速度波动调节的目的和方法飞轮设计的近似方法 第七章机械运转速度波动的调节p 97 如果机械驱动力所作的功 阻力所作的功A驱 A阻 机械主轴匀速运转 风扇 一 目的 使运动副产生附加动压力 机械振动 质量 必须对机械速度波动进行调节 这类机械容许的范围内 一 调节机器速度波动的目的和方法 二 机器主轴的平均角速度和运转速度不均匀系数 但许多机器 每一瞬间A驱 A阻A驱 A阻 盈功 机械动能 A驱 A阻 亏功 机械动能 机械速度的波动 7 1机器运转速度波动调节的目的和方法 二 分类与方法 二 分类与方法 p 97 1 周期性的速度波动 图7 1 整个周期中A驱 A阻 某一瞬间A驱 A阻 引起速度波动 加上转动惯量很大的回转件 飞轮 盈功使飞轮动能 亏功使飞轮动能 当外力 驱动力和阻力 作周期性变化 机器主轴 周期性变化 由图可知 在经过一个运动周期T之后又变到初始状态 动能无增减 现象 调节方法 2 非周期速度波动 飞轮动能变化 由式可见 飞轮 越大 使速度波动 实线 同时 飞轮能利用储备的能量克服短时过载 可选功率较小的原动机 1 2 02 飞轮的转动惯量 调速器 主要调节驱动力 例 离心式调速器图7 2p 98 现象 方法 当外力突然发生不规则的较大变化 机器速度不规则的变化 或间歇性的变化 非周期速度波动 不能利用飞轮来调节 2 非周期速度波动p 97 二 机器主轴的平均角速度和运转速度不均匀系数 运转速度不均匀系数 max min m 7 3 由 7 2 7 3 可得 max m 1 2 7 4 min m 1 2 7 5 由式可见 主轴越接近匀速转动 不同机器允许的 不同 表 7 1 P 99 平均角速度 m max min 2 7 2 算术平均角速度 名义速度 7 2飞轮设计的近似方法P 98 max max max min 1 2 max2 min2 m2 飞轮应具的转动惯量 max m2 900 max 2 n2 7 6 设计的基本问题 在机器运转不均匀系数 的容许范围内 确定飞轮 可近似认为飞轮的动能 整个机器所具的动能 飞轮动能的最大变化值 max 机器最大盈亏功 max 当 m 一定时 max与 成正比 max 机器运转愈不均匀 当 max 一定时 与 m2成反比 速度 所需 宜将飞轮安装在高速轴上 1 当 m max一定时 与 的关系为一等边双曲线 机器运动匀速性 但不宜过分追求机器运转的均匀性 较小 而使 过大 飞轮笨重 成本 飞轮应具的转动惯量 max m2 900 max 2 n2 7 6 小结 机器速度波动的原因 分类及调节的方法 max可按机器在一个运动循环中的驱动力和阻力的功率变化曲线来定 而 m则按机器具体工作要求来选定 分析 第八章回转件的平衡 主要内容 回转件平衡的目的及方法本章重点 回转件的静平衡及动平衡本章难点 回转件的动平衡 第八章回转件的平衡p 105 8 1回转件平衡的目的 8 2回转件的平衡计算 8 3回转件的平衡试验 由于各构件不平衡的惯性 机械强烈振动 原因及办法 回转构件因结构 制造 质量不均匀 偏心质量 离心力 惯性力 系不平衡 引起振动 附加动压力 加速运动副磨损 工作精度 可靠 零件材料的疲劳损坏 噪音 原因 应调整回转件的质量分布 使惯性力完全平衡或部分平衡 8 1回转件平衡的目的 平衡分类 静平衡 D B 5 质量分布在同一回转面内 动平衡 D B 5 质量分布不在同一回转面内 一 回转构件的静平衡 质量分布在同一回转面内 合力 Fi 0 力多边形不封闭 二 回转构件的动平衡 质量分布不在同一回转面内 当回转件D b 5 近似认为其质量分布在同一回转面内 偏心质量产生的离心力系不平衡 平面汇交力系 8 2回转件的平衡计算 加上平衡质量 质量 b 质心向径 b 或相反方向减去同一质量 使它产生的离心力 原有质量产生的离心力 矢量和 0 力多边形封闭 F1 F2 F3 Fb 可求出 b b 一般将 b取得较大 则 b可较小 mr 质径积 静平衡方法 当回转件轴向尺寸较大时 曲轴 其质量 分布于垂直于轴线的许多互相平行的回转面内 不平衡状态 不平衡的力偶矩 达到平衡 动平衡 mr 质径积 离心力 惯性力偶矩 二 回转构件的动平衡 质量分布不在同一回转面内 D B 5 p 107 例图示回转件 不平衡质量 1 2 m1 m2 r1 r2 不在同一回转面 m1r1 m2r2 回转件处于 1 在各自的平面分别平衡 2 在另选两个平面上平衡 空间力系可以简化为两个平面上的汇交力系 理论上可以达到完全平衡 离心力系是空间力系 1 偏心质量平移 附加平面 A B 2 在附加平面上分别平衡 回转件的动平衡方法 动平衡实例分析 p 107图8 4p 108 设不平衡质量 1 2 3分布在1 2 3三个回转面内 可视为不平衡质量集中在T T 回转面内 分别在T T 面进行平衡 完全平衡 m1 l m1 l1 m1 l m1 l1 任选两平行平面T T 用T T 面的质量m1 m1 m2 m2 m3 m3 来代替原不平衡质量m1 m2 m3 1 静平衡试验 2 动平衡试验机图8 7p 110 利用静平衡架 找回转件不平衡质径积的大小和方向 确定平衡质量的大小和位置 使质心移到回转轴上 达静平衡 图8 5 8 6 p 109 静平衡架 平行淬硬的钢制刀口形 或圆形 棱形 导轨 8 3回转件的平衡试验P 108 2 动平衡试验机图8 7p 110 1 待平衡的回转件2 摆架3 机架 B 轴承 O 转动副 4 弹簧5 指针Z 摆架振动的振幅T T 校正平面 将T T 面通过摆动轴线 由T T 上的质径积m r 摆架的振动 由强迫振动理论 Z m r 比例常数 测定 求m r 的大小 方向另定 小结 1 回转件平衡的目的2 回转件的平衡方法 但对于移动或复合运动的构件 其惯性力不可能在构件本身内部加以平衡 无法消除运动副中的动压力 机器应尽量采用回转运动的机构 特别是速度很高时 第九章机械零件设计和计算概论 本章重点 变应力的基本类型及参数 疲劳曲线机械零件强度计算方法 主要内容 变应力的基本类型及参数 疲劳曲线机械零件强度计算方法 材料及选择机械设计基本知识 本章难点 变应力的基本类型及参数机械零件强度计算方法 前言机械零件设计概述机械零件的强度机械制造中常用材料及其选择公差与配合 表面粗糙度和优先数列机械零件的工艺性及标准化 第九章机械零件设计和计算概论 前言 例 机构 齿轮机构 三个构件 齿轮1 齿轮2 机架3 轴 轴承 套筒等 轴系零件 构件 零件 制造的单元 齿轮 传动件 键 联接件 3 一 机械零件的简介 二 课程特点与学习方法 机原研究对象 机构 构件 运动的单元 传动零件 轴系零件 联接零件 附件 机架 机械零件 一般尺寸参数的通用机械零件的设计 总论 螺纹联接 齿轮传动 蜗杆传动 滑动轴承 滚动轴承 键联接 联轴器与离合器 轴 带传动 链传动 繁杂 门类多 关系多 要求多 公式多 图形多 表格多 二 课程特点与学习方法 本课程研究对象 讲课顺序 分析处理问题的思路 特点 分析处理问题的思路 任务 设计零件 受力分析 载荷及应力分析 功用 工作原理 失效形式 主要失效形式 分类 计算准则 公式建立的依据 强度计算 设计方法 先定主参数 许用应力 材料 结构设计 尺寸及绘图 结构特点 标准 抓住 计算准则 学习贯穿一条线 9 1机械零件设计概述p 113 一 机械设计应满足的要求P 113第7 二 设计机械零件应满足的要求 避免在预定寿命周期内失效 机械零件由于某种原因不能正常工作 在不发生失效的条件下 零件所能安全工作的限度 三 机械零件的主要失效形式及计算准则