机械设计基础

1 概念 概念 2 零件零件 加工的最小单元 加工的最小单元 3 构件构件 运动的最小单元 运动的最小单元 4 机构机构 由若干构件组成的一个人为的构件组合体 由若干构件组成的一个人为的构件组合体 5 机器机器 由若干机构组成的 机器可用来变换或传递能量 物料和信息 由若干机构组成的 机器可用来变换或传递能量 物料和信息 6 机械机械 机器和机械总称 机器和机械总称 7 机械零件分两类机械零件分两类 1 广泛用于各种机械的通用零件 螺钉 键 销 轴 弹簧 齿轮 广泛用于各种机械的通用零件 螺钉 键 销 轴 弹簧 齿轮 2 只 只 用在某些机械中的专用零件 风扇叶片 洗衣机的波轮 用在某些机械中的专用零件 风扇叶片 洗衣机的波轮 8 机械设计的基本要求机械设计的基本要求 1 使用要求 所设计的机械应在规定的寿命期限内能正常完成预期的使 使用要求 所设计的机械应在规定的寿命期限内能正常完成预期的使 用功能 最主要的要求 用功能 最主要的要求 2 经济要求 所设计的机械设备应在设计 制造和使用的全过程中都有 经济要求 所设计的机械设备应在设计 制造和使用的全过程中都有 低的成本 低的成本 3 社会要求 操作要方便 使操作者感到安全舒适 要有大方宜人的外形和色彩 具 社会要求 操作要方便 使操作者感到安全舒适 要有大方宜人的外形和色彩 具 有市场竞争力 要符合国家环境保护等有关法令 有市场竞争力 要符合国家环境保护等有关法令 9 机械零件的常用材料机械零件的常用材料 1 金属材料 金属材料 1 黑色金属 钢 铸铁 黑色金属 钢 铸铁 2 有色金属 铜 铝及其合金 有色金属 铜 铝及其合金 2 非金属材料 非金属材料 工程塑料 橡胶 玻璃 皮革 纸板 木材 纤维工程塑料 橡胶 玻璃 皮革 纸板 木材 纤维 3 复合材料 复合材料 纤维增强纤维增强 塑料 金属陶瓷塑料 金属陶瓷 10 钢的热处理钢的热处理 是将钢在 是将钢在固态状态固态状态下进行不同温度的下进行不同温度的加热加热 保温保温和和冷却冷却的工艺方法 的工艺方法 11 钢的热处理目的钢的热处理目的 促使其内部组织结构发生变化 从而达到提高零件的力学性能和改善其工艺性能 促使其内部组织结构发生变化 从而达到提高零件的力学性能和改善其工艺性能 12 退火退火 将钢加热到一定温度 将钢加热到一定温度 保温保温一段时间 一段时间 随炉冷却随炉冷却 13 正火正火 将钢加热到一定温度 将钢加热到一定温度 保温保温一段时间 一段时间 在空气中冷却在空气中冷却 14 淬火淬火 将钢加热到一定温度 将钢加热到一定温度 保温保温一段时间 一段时间 在水或油中冷却在水或油中冷却 15 回火回火 将 将淬火钢重新加热到某一低于临界温度淬火钢重新加热到某一低于临界温度 保温保温一段时间 一段时间 冷却冷却 16 调质调质 淬火加高温回火 淬火加高温回火 500 650 的工艺过程 可提高和改善材料的综合性能 连杆 齿轮和 的工艺过程 可提高和改善材料的综合性能 连杆 齿轮和 轴 轴 17 失效失效 机械运转时 机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能的情况 机械运转时 机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能的情况 18 常见失效形式常见失效形式 1 整体断裂 过载或疲劳 整体断裂 过载或疲劳 2 表面破坏 磨损 胶合 点蚀 腐蚀 表面破坏 磨损 胶合 点蚀 腐蚀 3 变 变 形过大 塑性变形或过大的的弹性变形 形过大 塑性变形或过大的的弹性变形 4 过大振动或松动 过大振动或松动 5 运动精度达不到设计要求 运动精度达不到设计要求 19 工作能力工作能力 机械零件不发生失效的安全工作限度 机械零件不发生失效的安全工作限度 20 影响工作能力的主要因素影响工作能力的主要因素 载荷 变形 速度 温度 压力和零件的形状 加工质量等 载荷 变形 速度 温度 压力和零件的形状 加工质量等 21 机械零件变形的基本形式机械零件变形的基本形式 拉压 剪切 扭转 弯曲 拉压 剪切 扭转 弯曲 22 内力内力 由外力引起的零件内部质点间的相互作用力 由外力引起的零件内部质点间的相互作用力 23 轴力轴力 沿杆轴线的力 沿杆轴线的力 24 应力应力 截面上单位面积的内力 截面上单位面积的内力 25 主平面主平面 在应力状态理论中 这种切应力等于零的面 在应力状态理论中 这种切应力等于零的面 26 主应力主应力 主平面上的正应力 主平面上的正应力 27 载荷载荷 1 静载荷 不随时间变化或变化缓慢的载荷 静载荷 不随时间变化或变化缓慢的载荷 2 变载荷 随时间作周期性变化或非周 变载荷 随时间作周期性变化或非周 期性变化的载荷 期性变化的载荷 28 应力应力 1 静应力 不随时间变化或变化缓慢的应力 静应力 不随时间变化或变化缓慢的应力 2 变应力 随时间变化的应力 变应力 随时间变化的应力 29 最基本的变应力最基本的变应力 稳定循环变应力 稳定循环变应力 30 稳定循环变应力的三类型稳定循环变应力的三类型 非对称循环变应力 脉动循环变应力 对称循环变应力 非对称循环变应力 脉动循环变应力 对称循环变应力 31 变应力循环特性变应力循环特性 最小应力和最大应力之比 最小应力和最大应力之比 r 32 疲劳破坏疲劳破坏 变应力作用下的破坏 变应力作用下的破坏 33 疲劳破坏特点疲劳破坏特点 1 在某类变应力多次作用后突然断裂 在某类变应力多次作用后突然断裂 2 断裂时变应力的最大应力远小于材料 断裂时变应力的最大应力远小于材料 的屈服极限 的屈服极限 3 即使是塑性材料 断裂时也无明显的塑性变形 即使是塑性材料 断裂时也无明显的塑性变形 34 接触强度接触强度 在表面接触应力作用下的零件强度 在表面接触应力作用下的零件强度 35 接触疲劳破坏特点接触疲劳破坏特点 零件在接触应力的反复作用下 首先在表面或表层产生初始疲劳裂纹 然后在 零件在接触应力的反复作用下 首先在表面或表层产生初始疲劳裂纹 然后在 滚动接触过程中 由于润滑油被挤进裂纹内造成高压 使裂纹扩展 最后是表层金属城小片状剥落滚动接触过程中 由于润滑油被挤进裂纹内造成高压 使裂纹扩展 最后是表层金属城小片状剥落 下来 在零件表面形成一个个小坑 这现象称为下来 在零件表面形成一个个小坑 这现象称为疲劳点蚀疲劳点蚀 36 影响疲劳点蚀的最主要因素影响疲劳点蚀的最主要因素 接触应力的大小 接触应力的大小 37 一般机构分为一般机构分为 1 平面机构 一个机构的所有构件均在同一平面或几个相互平行的平面内运动 平面机构 一个机构的所有构件均在同一平面或几个相互平行的平面内运动 2 空间机构 空间机构 38 机构机构 由许多构件组成 每个构件都以一定的方式与其他构件相互连接 由许多构件组成 每个构件都以一定的方式与其他构件相互连接 39 运动副运动副 由两个构件组成的可动联接 由两个构件组成的可动联接 40 运动副元素运动副元素 两构件上能构成运动副的两接触表面 两构件上能构成运动副的两接触表面 41 一个作平面运动的自由构件一个作平面运动的自由构件 具有 具有 3 个自由度 个自由度 42 运动副分两类运动副分两类 1 低副 两运动副元素为 低副 两运动副元素为面接触的运动副 面接触的运动副 1 转动副 转动副 2 移动副 移动副 一个低副一个低副 引入引入 2 个约束 只个约束 只 1 个自由度个自由度 2 两运动副元素为 两运动副元素为点或线接触的运动副 点或线接触的运动副 一个高副只引入一一个高副只引入一 个约束 有个约束 有 2 个自由度个自由度 43 运动链运动链 两个以上构件通过运动副联接而构成的可动系统 两个以上构件通过运动副联接而构成的可动系统 44 运动链分两类运动链分两类 1 闭式链 首尾两构件相互联接形成一个封闭可动系统 闭式链 首尾两构件相互联接形成一个封闭可动系统 2 开式链 首尾两 开式链 首尾两 构件部相互联接 形成一个非封闭可动系统 构件部相互联接 形成一个非封闭可动系统 45 机构机构 在运动链中 将某一构件固定作为机架的运动链 在运动链中 将某一构件固定作为机架的运动链 46 原动件原动件 机构中按给定的运动规律独立运动的构件 机构中按给定的运动规律独立运动的构件 47 从动件从动件 其余活动构件 其余活动构件 48 机构运动简图机构运动简图 为了工作方便 在设计时 首先必须绘出表明机械运动特征及运动传递情况的图 为了工作方便 在设计时 首先必须绘出表明机械运动特征及运动传递情况的图 49 一个构件的运动情况一个构件的运动情况 与原动件的运动规律有关 还与机构中各运动副的类型 机构的运动尺寸有 与原动件的运动规律有关 还与机构中各运动副的类型 机构的运动尺寸有 关 与构件的外廓形状 断面尺寸 组成零件的构件数目及其固联方式 运动副的具体构造等无关 关 与构件的外廓形状 断面尺寸 组成零件的构件数目及其固联方式 运动副的具体构造等无关 50 四杆机构存在急回特性条件四杆机构存在急回特性条件 1 曲柄为主动件 曲柄为主动件 2 从动件有极限位置 从动件有极限位置 3 曲柄存在极限夹角 曲柄存在极限夹角 51 机构的自由度机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动规律的数目 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动规律的数目 52 运动的条件运动的条件 机构的原动件数目应等于机构的自由度数目 机构的原动件数目应等于机构的自由度数目 53 复合铰链复合铰链 两个以上的构件 两个以上的构件在一处以转动副相联接在一处以转动副相联接构成的 若构成的 若 m 各构件在某处构成复合铰链 转各构件在某处构成复合铰链 转 动副的数目为 动副的数目为 m 1 个 个 54 局部自由度局部自由度 不影响其他构件间的相对运动的自由度 不影响其他构件间的相对运动的自由度 55 虚约束虚约束 机构中 有些运动副引入的约束对机构的运动实际上不起约束作用的约束 机构中 有些运动副引入的约束对机构的运动实际上不起约束作用的约束 56 螺纹类型螺纹类型 连接 连接 通螺纹 三角螺纹 通螺纹 三角螺纹 管 管 传动 传动 矩形矩形 梯形 梯形 锯齿型 锯齿型 57 螺纹的主要几何参数螺纹的主要几何参数 大径 公称直径 大径 公称直径 小径 中径 螺距 导程 螺纹升角 牙型角 牙侧角 小径 中径 螺距 导程 螺纹升角 牙型角 牙侧角 58 铰链四杆机构铰链四杆机构 机构的固定构件称为 机构的固定构件称为机架机架 与机架用转动副相连接的构件称为 与机架用转动副相连接的构件称为连架杆连架杆 不与机架直 不与机架直 接相连的构件称为接相连的构件称为连杆连杆 铰链四杆机构分为铰链四杆机构分为 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 59 含一个移动副的四杆机构含一个移动副的四杆机构 曲柄滑块机构 转动导杆机构 摆动导杆机构 定块机构 摇块机构 曲柄滑块机构 转动导杆机构 摆动导杆机构 定块机构 摇块机构 及其相互之间的倒置 及其相互之间的倒置 60 铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构有整转副的条件 最短杆和最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和 整转副是最 最短杆和最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和 整转副是最 短边及其邻边组成的 短边及其邻边组成的 61 铰链四杆机构是否存在铰链四杆机构是否存在曲柄曲柄依据依据 1 取最短杆为机架时 机架上有两个整转副 故得 取最短杆为机架时 机架上有两个整转副 故得双曲柄机构双曲柄机构 2 取最短杆的邻边为机架时 机架上只有一个整转副 故得 取最短杆的邻边为机架时 机架上只有一个整转副 故得曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 3 取最短杆的对边为 取最短杆的对边为 机架时 机架上没有整转副 故得机架时 机架上没有整转副 故得双摇杆机构双摇杆机构 62 如果铰链四杆机构中如果铰链四杆机构中的最短边和最长边长度之和大于其余两杆长度之和 则该机构中的最短边和最长边长度之和大于其余两杆长度之和 则该机构中不存在整转副不存在整转副 无论取哪个构件作为机架都只能得到双摇杆机构 无论取哪个构件作为机架都只能得到双摇杆机构 63 极位角越大 机构的急回特性越明显极位角越大 机构的急回特性越明显 64 急回运动特性可用行程速比系数急回运动特性可用行程速比系数 K 来表示来表示 K w2 w1 t2 t1 t1 t2 1 2 180 180 65 压力角与传动角压力角与传动角 互余 互余 66 压力角压力角 作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角 压力角是作为判断机构 作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角 压力角是作为判断机构 传力性能的传力性能的重要标志重要标志 压力角的余角叫做 压力角的余角叫做传动角传动角 压力角 压力角越小越小 传动角越大传动角越大 机构 机构传力性能越好传力性能越好 压力角压力角越大越大 传动角越小传动角越小 机构的 机构的传力性能越差传力性能越差 传动效率越低传动效率越低 67 死点位置死点位置 机构中的这种传动角为零的位置 机构中的这种传动角为零的位置 68 凸轮机构凸轮机构 由凸轮 推杆 从动件 由凸轮 推杆 从动件 机架三个基本构件组成 机架三个基本构件组成 69 凸轮机构的分类凸轮机构的分类 1 按凸轮几何形状 盘型凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮 按凸轮几何形状 盘型凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮 2 按推杆端部形状 按推杆端部形状 尖顶推杆 滚子推杆 平底推杆 弧形滑块式推杆 尖顶推杆 滚子推杆 平底推杆 弧形滑块式推杆 3 按推杆的运动形式 直动推杆 摆动推杆 按推杆的运动形式 直动推杆 摆动推杆 4 按凸轮与推杆维持高副接触的封闭方式 力封闭 形封闭 槽形凸轮 突缘形凸轮 等径凸 按凸轮与推杆维持高副接触的封闭方式 力封闭 形封闭 槽形凸轮 突缘形凸轮 等径凸 轮 等宽凸轮 共轭凸轮 轮 等宽凸轮 共轭凸轮 70 凸轮机构的凸轮机构的优点优点 只需设计适当的齿轮轮廓 便可使从动件得到所需的运动规律 并且结构简单 只需设计适当的齿轮轮廓 便可使从动件得到所需的运动规律 并且结构简单 紧凑 设计方便 紧凑 设计方便 71 凸轮机构的凸轮机构的缺点缺点 凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触 易磨损 所以通常用于传力不大的控 凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触 易磨损 所以通常用于传力不大的控 制机构 制机构 72 凸轮机构的从动件凸轮机构的从动件 做等速运动做等速运动时 造成强烈刚性冲击 时 造成强烈刚性冲击 做简谐运动做简谐运动时造成柔性冲击 时造成柔性冲击 做正弦加做正弦加 速度运动速度运动时没有冲击 时没有冲击 73 凸轮廓线设计方法凸轮廓线设计方法反转原理反转原理 以凸轮为参照系 从动件按规律以凸轮为参照系 从动件按规律反转反转绘出凸轮廓线 设想给整个机构绘出凸轮廓线 设想给整个机构 绕凸轮转动中心绕凸轮转动中心 0 加上一个与凸轮的角速度大小相等 方向相反的公共角速度加上一个与凸轮的角速度大小相等 方向相反的公共角速度 w 此时凸轮静止 此时凸轮静止 不动 从动件随机架反转不动 从动件随机架反转 w 又相对机架移动 作复合运动 从动件在复合运动中 其尖端的运动又相对机架移动 作复合运动 从动件在复合运动中 其尖端的运动 轨迹就是凸轮廓线 轨迹就是凸轮廓线 74 齿轮传动的齿轮传动的优点优点 1 适用的圆周速度和功率范围广 适用的圆周速度和功率范围广 2 传动比准确 传动比准确 3 机械效率高 机械效率高 4 工作 工作 可靠 可靠 5 寿命长 寿命长 6 可实现平行轴 相交轴 交错轴之间的传动 可实现平行轴 相交轴 交错轴之间的传动 7 结构紧凑 结构紧凑 75 齿轮传动的齿轮传动的缺点缺点 1 要求有较高的制造安装精度 成本高 要求有较高的制造安装精度 成本高 2 不适宜于远距离两轴之间的传动 不适宜于远距离两轴之间的传动 76 根据一对齿轮再捏和过程中传动比 根据一对齿轮再捏和过程中传动比 i12 w1 w2 是否恒定 分为 是否恒定 分为定传动比传动定传动比传动 变传动比传动变传动比传动 77 齿轮的分类齿轮的分类 按工作条件的不同 分为 按工作条件的不同 分为闭式传动闭式传动和和开式传动开式传动 1 按两齿轮轴线的相对位置按两齿轮轴线的相对位置 1 1 平行轴齿轮平行轴齿轮 1 1 直齿圆柱齿轮 直齿圆柱齿轮 2 2 斜齿 斜齿 3 3 人字齿 人字齿 2 2 相交轴齿轮相交轴齿轮 1 1 直齿圆锥齿轮 直齿圆锥齿轮 2 2 斜齿斜齿 3 3 曲齿 曲齿 3 3 交错轴齿轮交错轴齿轮 1 1 涡轮蜗杆机构 涡轮蜗杆机构 2 2 交错轴斜齿圆柱齿轮 交错轴斜齿圆柱齿轮 2 2 按齿轮啮合方按齿轮啮合方 式式 1 1 外啮合齿轮传动外啮合齿轮传动 2 2 内啮合齿轮传动内啮合齿轮传动 3 3 齿轮齿条传动 齿轮齿条传动 78 渐开线渐开线 把线缠在圆上 展开 线端的轨迹 把线缠在圆上 展开 线端的轨迹 79 渐开线特性渐开线特性 1 发生线沿基圆滚过的长度 等于基圆上被滚过的圆弧长度 发生线沿基圆滚过的长度 等于基圆上被滚过的圆弧长度 2 渐开线上任意点 渐开线上任意点 的法线恒与基圆相切 的法线恒与基圆相切 3 渐开线愈接近于其基圆的部分 其曲率半径愈小 离基圆愈远 曲率半 渐开线愈接近于其基圆的部分 其曲率半径愈小 离基圆愈远 曲率半 径越大 径越大 4 渐开线的形状取决于基圆的大小 渐开线的形状取决于基圆的大小 80 齿轮各部分名称齿轮各部分名称 齿根圆 基圆 分度圆 齿顶圆 齿厚 齿槽宽 齿距 齿宽 齿顶高 齿根高 齿根圆 基圆 分度圆 齿顶圆 齿厚 齿槽宽 齿距 齿宽 齿顶高 齿根高 全齿高 全齿高 81 渐开线齿廓啮合特点渐开线齿廓啮合特点 1 1 传动比恒定 因为 传动比恒定 因为 i12i12 1 1 2 2 r2 r1 r2 r1 因为两基圆的同 因为两基圆的同 侧内公切线只有一条 并且是两齿廓接触点的公法线和啮合线 因此与连心线交点只有一个 故传侧内公切线只有一条 并且是两齿廓接触点的公法线和啮合线 因此与连心线交点只有一个 故传 动比恒定 动比恒定 2 2 中心距具有可分性 转动比不变 因为 中心距具有可分性 转动比不变 因为 i12i12 1 1 2 2 rb2rb2 rb1rb1 所以一对 所以一对 齿轮加工完后传动比就已经确定 与中心距无关 齿轮加工完后传动比就已经确定 与中心距无关 3 3 齿廓间正压力方向不变 因为齿廓间正压力 齿廓间正压力方向不变 因为齿廓间正压力 方向是沿接触点的公法线方向 这公法线又是两基圆同侧内公切线 并且只有一条所以齿廓间正压方向是沿接触点的公法线方向 这公法线又是两基圆同侧内公切线 并且只有一条所以齿廓间正压 力方向不变 力方向不变 4 4 啮合角 啮合角 随中心距而变化 因为随中心距而变化 因为 a a COS COS a COS a COS 5 5 四线合一 四线合一 1 1 啮啮 合线是两基圆同侧内公切线 合线是两基圆同侧内公切线 2 2 是齿廓接触点的公法线 是齿廓接触点的公法线 3 3 接触点的轨迹是啮合线 接触点的轨迹是啮合线 4 4 是齿廓间是齿廓间 正压力作用线又是接触点曲率半径之和 正压力作用线又是接触点曲率半径之和 82 渐开线齿轮的正确啮合条件渐开线齿轮的正确啮合条件 两轮的模数和压力角分别相等 两轮的模数和压力角分别相等 m1cos 1 m2cos 2m1cos 1 m2cos 2 83 分度圆和压力角是单个齿轮所具有的 而节圆和啮合角是两个齿轮相互啮合时才出现的分度圆和压力角是单个齿轮所具有的 而节圆和啮合角是两个齿轮相互啮合时才出现的 标准齿轮标准齿轮 传动只有在分度圆和节圆重合时 压力角和啮合角才相等 否则 啮合角大于压力角 传动只有在分度圆和节圆重合时 压力角和啮合角才相等 否则 啮合角大于压力角 84 重合度重合度 实际啮合线段与两啮合点间距离之比 因此 实际啮合线段与两啮合点间距离之比 因此 齿轮连续传动的条件齿轮连续传动的条件 重合度大于等于 重合度大于等于 1 1 重合度表示同时参加啮合的齿的对数 螺旋角增大 重合度越大 轮齿平均受力越小 传动越平稳 重合度表示同时参加啮合的齿的对数 螺旋角增大 重合度越大 轮齿平均受力越小 传动越平稳 85 节点节点 两齿轮的啮合接触点所作的两齿廓的公法线与两齿轮旋转中心连线的交点 两齿轮的啮合接触点所作的两齿廓的公法线与两齿轮旋转中心连线的交点 86 节圆节圆 渐开线圆柱齿轮啮合传动时由于传动比恒定使得节点到各自中心的长度不变 则节点绕各自 渐开线圆柱齿轮啮合传动时由于传动比恒定使得节点到各自中心的长度不变 则节点绕各自 中心旋转而成 两齿轮啮合则相当于两个节圆纯滚动 中心旋转而成 两齿轮啮合则相当于两个节圆纯滚动 87 分度圆分度圆 是指齿顶高与齿根高分界的圆 在齿轮加工时用于对 是指齿顶高与齿根高分界的圆 在齿轮加工时用于对 360 分度而采用 分度而采用 88 节圆与分度圆区别节圆与分度圆区别 一对齿轮啮合传动才出现的节点绕齿轮中心的节圆 节圆是啮合时成对出现的 一对齿轮啮合传动才出现的节点绕齿轮中心的节圆 节圆是啮合时成对出现的 单一的齿轮存在分度圆 单一的齿轮存在分度圆 89 啮合角啮合角 啮合角即是啮合线与节点圆周速度的所夹的锐角 啮合角即是啮合线与节点圆周速度的所夹的锐角 90 啮合线啮合线 啮合点在空间的运动轨迹 该轨迹就是过两齿廓啮合点的公法线并斜外切于两基圆 啮合点在空间的运动轨迹 该轨迹就是过两齿廓啮合点的公法线并斜外切于两基圆 91 压力角压力角 啮合点所受的正压力方向与啮合点运动方向所夹的锐角 齿轮设计时的压力角通常指分度 啮合点所受的正压力方向与啮合点运动方向所夹的锐角 齿轮设计时的压力角通常指分度 圆上的压力角 圆上的压力角 92 啮合角与分度圆的区别啮合角与分度圆的区别 啮合角只有在一对齿轮啮合传动才出现 当中心距变化时啮合角也将变化 啮合角只有在一对齿轮啮合传动才出现 当中心距变化时啮合角也将变化 单一的齿轮齿廓上也能确定压力角 其值不受中心距大小变化而影响 单一的齿轮齿廓上也能确定压力角 其值不受中心距大小变化而影响 93 根切根切 渐开线齿轮传动时由于齿轮 渐开线齿轮传动时由于齿轮 A 的齿顶与齿轮的齿顶与齿轮 B 的齿根在啮合时发生干涉现象的齿根在啮合时发生干涉现象 这种现象 根这种现象 根 切一般出现在齿数比较少的情况下 为了防止根切在加工齿轮时将齿轮根部的渐开线切出一个圆角 切一般出现在齿数比较少的情况下 为了防止根切在加工齿轮时将齿轮根部的渐开线切出一个圆角 或者采用变位齿轮 或者采用变位齿轮 94 根切的后果根切的后果 产生严重根切的齿轮 一方面削弱了轮齿的抗弯强度 另一方面将使齿轮传动的合度 产生严重根切的齿轮 一方面削弱了轮齿的抗弯强度 另一方面将使齿轮传动的合度 有所降低 这对传动是十分不利的 有所降低 这对传动是十分不利的 95 避免根切的措施避免根切的措施 1 使被切齿轮的齿数多于不发生根切的最少齿数 使被切齿轮的齿数多于不发生根切的最少齿数 2 减小齿顶高系数 减小齿顶高系数 ha 或或 加大刀具角加大刀具角 3 变位修正 变位修正 96 齿轮的失效 主要是轮齿的失效 齿轮的失效 主要是轮齿的失效 97 齿轮的失效形式齿轮的失效形式 轮齿折断轮齿折断 齿面点蚀齿面点蚀 开式 开式 齿面胶合齿面胶合 齿面磨损齿面磨损 是开式齿轮传动的主要失 是开式齿轮传动的主要失 效形式 效形式 98 齿轮的材料 应具有足够的齿轮的材料 应具有足够的抗折断抗折断 抗点蚀抗点蚀 抗胶合抗胶合 耐磨损耐磨损的能力 经过适当处理的钢材 锻钢 的能力 经过适当处理的钢材 锻钢 铸钢 铸铁 铸钢 铸铁 99 齿面接触疲劳强度计算目的齿面接触疲劳强度计算目的 防止齿面点蚀失效防止齿面点蚀失效 100 齿根弯曲疲劳强度计算目的齿根弯曲疲劳强度计算目的 防止轮齿折断失效防止轮齿折断失效 101 斜齿轮左旋右旋判断方法斜齿轮左旋右旋判断方法 主动轮圆周力主动轮圆周力 FtFt 与其转向相反与其转向相反 从动轮上的圆周力与其转向 从动轮上的圆周力与其转向相同相同 径向力径向力 FrFr 都指向各自的轮心都指向各自的轮心 主动轮轴向力 主动轮轴向力 FaFa 的方向用左右手定则判定 左旋用左手 右旋用右的方向用左右手定则判定 左旋用左手 右旋用右 手 判定时 用手握住齿轮的轴线 让四指弯曲的方向与齿轮的转向相同 则大拇指的指向为轴向手 判定时 用手握住齿轮的轴线 让四指弯曲的方向与齿轮的转向相同 则大拇指的指向为轴向 力的方向 从动轮所受轴向力与主动轮相反 从动轮与主动轮相反 力的方向 从动轮所受轴向力与主动轮相反 从动轮与主动轮相反 102 一对斜齿轮正确啮合条件一对斜齿轮正确啮合条件 模数相等 压力角相等 螺旋角大小相等方向相反 外啮合 模数相等 压力角相等 螺旋角大小相等方向相反 外啮合 103 圆锥齿轮圆锥齿轮 1 应用 用来传递两相交轴之间的运动和动力 应用 用来传递两相交轴之间的运动和动力 2 分类 分类 1 直齿 用于设计 直齿 用于设计 制造 安装较方便 制造 安装较方便 2 斜齿 较少适用 斜齿 较少适用 3 曲齿 传动平稳 承载能力高 用于高速重载的传动 曲齿 传动平稳 承载能力高 用于高速重载的传动 如飞机 汽车的传动结构 如飞机 汽车的传动结构 104 蜗轮蜗杆机构蜗轮蜗杆机构 常用来传递两交错轴之间的运动和动力 蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿 常用来传递两交错轴之间的运动和动力 蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿 轮与齿条 蜗杆又与螺杆形状相似 轮与齿条 蜗杆又与螺杆形状相似 105 涡轮蜗杆的左右手定则涡轮蜗杆的左右手定则 左旋用左手 右旋用右手 四指弯曲的方向是蜗杆的旋转方向 拇指 左旋用左手 右旋用右手 四指弯曲的方向是蜗杆的旋转方向 拇指 的反向是涡轮的转动方向 的反向是涡轮的转动方向 106 斜齿轮的优点斜齿轮的优点 1 1 齿廓接触线是斜线 一对齿是逐渐进入啮合和逐渐脱离啮合的 故运转平 齿廓接触线是斜线 一对齿是逐渐进入啮合和逐渐脱离啮合的 故运转平 稳 噪声小 稳 噪声小 2 2 重合度大 并随齿宽和螺旋角的增大而增大 故承载能力高 运转平稳 适于高 重合度大 并随齿宽和螺旋角的增大而增大 故承载能力高 运转平稳 适于高 速传动 速传动 3 3 斜齿轮不根切最少齿数小于直齿轮 斜齿轮不根切最少齿数小于直齿轮 107 轮系轮系 分为定轴轮系和周转轮系 分为定轴轮系和周转轮系 定轴轮系定轴轮系 转动时每个齿轮的几何轴线都是固定的轮系 转动时每个齿轮的几何轴线都是固定的轮系 周周 转轮系转轮系 至少有一个轮系的几何轴线绕另一个轮系的几何轴线转动的轮系 至少有一个轮系的几何轴线绕另一个轮系的几何轴线转动的轮系 108 定轴轮系传动比的数值定轴轮系传动比的数值 等于各对啮合齿轮中 等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的乘积所有从动轮齿数的乘积与与所有主动轮齿数乘积所有主动轮齿数乘积之之 比 比 109 一个周转轮系包括一个周转轮系包括 一个系杆 系杆上的行星轮 和行星轮直接接触的所有太阳轮 一个系杆 系杆上的行星轮 和行星轮直接接触的所有太阳轮 110 带传动带传动 1 平带传动 机构最简单 传动中心距较大情况下应用较多 平带传动 机构最简单 传动中心距较大情况下应用较多 2 V 带传动 机带传动 机 械应用最广的 械应用最广的 3 圆形带传动 牵引能力小 常用轻载仪器和家用 圆形带传动 牵引能力小 常用轻载仪器和家用 4 多楔带传动 多楔带传动 5 同步 同步 带传动带传动 111 V 带类型带类型 普通 普通 V 带 窄带 窄 V 带 联组带 联组 V 带 齿形带 齿形 V 带 大楔角带 大楔角 V 带 宽带 宽 V 带 带 112 带传动的带传动的优点优点 1 适用于中心距较大的传动 适用于中心距较大的传动 2 带具有很好的挠性 可缓和冲击 吸收振动 带具有很好的挠性 可缓和冲击 吸收振动 3 过载时 带与带轮间出现打滑 打滑虽使运动失效 但可防止损坏其它零件 过载时 带与带轮间出现打滑 打滑虽使运动失效 但可防止损坏其它零件 4 结构简单 成 结构简单 成 本低廉 本低廉 113 带传动的带传动的缺点缺点 1 传动的外廓尺寸较大 传动的外廓尺寸较大 2 需要张紧装置 需要张紧装置 3 由于带的滑动 不能保证固 由于带的滑动 不能保证固 定不变的传动比 定不变的传动比 4 带的寿命较短 带的寿命较短 5 传动效率较低 传动效率较低 114 紧边 紧边 带绕上主动轮的一边被拉紧 带绕上主动轮的一边被拉紧 115 松边 松边 带绕上从动轮的一边被放松 带绕上从动轮的一边被放松 116 运转过程中 带经受变应力 最大应力发生在紧边与小轮的接触处运转过程中 带经受变应力 最大应力发生在紧边与小轮的接触处 117 最大应力最大应力 紧边与松边拉力产生的拉应力紧边与松边拉力产生的拉应力 离心力产生的拉应力离心力产生的拉应力 弯曲应力 弯曲应力 118 打滑打滑 若带所需传递的圆周力超过带与轮面键的极限摩擦力总和时 带与带轮将发生显著的相 若带所需传递的圆周力超过带与轮面键的极限摩擦力总和时 带与带轮将发生显著的相 对滑动 这种现象称为打滑 对滑动 这种现象称为打滑 119 弹性滑动弹性滑动 由于材料的弹性变形而产生的滑动称为弹性滑动 由于材料的弹性变形而产生的滑动称为弹性滑动 120 弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念 弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念 121 打滑原因打滑原因 指由过载引起的全面滑动 应当避免 指由过载引起的全面滑动 应当避免 122 弹性滑动原因弹性滑动原因 是由紧 松边拉力差引起的 只要传递圆周力 出现紧边和松边 就一定会发是由紧 松边拉力差引起的 只要传递圆周力 出现紧边和松边 就一定会发 生弹性滑动 所以弹性滑动是不可避免的 生弹性滑动 所以弹性滑动是不可避免的 123 带在带轮上带在带轮上打滑打滑和带发生和带发生疲劳损坏疲劳损坏是带的是带的主要失效形式主要失效形式 124 带传动的带传动的设计准则设计准则是是保证带不打滑保证带不打滑及及具有一定的疲劳寿命具有一定的疲劳寿命 125 联接 联接 形锁合联接 摩擦锁合联接 材料锁合连接 形锁合联接 摩擦锁合联接 材料锁合连接 126 常用联接螺纹常用联接螺纹 1 普通螺纹普通螺纹 牙型角 牙型角 60 度 大径为公称直径 螺距最大的为度 大径为公称直径 螺距最大的为粗牙螺纹粗牙螺纹 其余为其余为细牙细牙 2 管螺纹管螺纹 牙型角 牙型角 55 度和度和 60 度 度 127 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型 1 螺栓联接 螺栓联接 普通螺栓 铰制孔用螺栓普通螺栓 铰制孔用螺栓 2 双头螺柱联接 双头螺柱联接 3 螺 螺 钉联接 钉联接 4 紧定螺钉联接 紧定螺钉联接 128 键连接的类型键连接的类型 平键联接 普通平键 导向平键 平键联接 普通平键 导向平键 半圆键联接 楔键联接 半圆键联接 楔键联接 129 M24M24 粗牙普通螺纹 公称直径粗牙普通螺纹 公称直径 2424 螺距 螺距 3 3 M24 1 5M24 1 5 细牙普通螺纹 公称直径细牙普通螺纹 公称直径 2424 螺距 螺距 1 51 5 130 螺纹连接的螺纹连接的防松防松 摩擦防松 机械防松 铆冲粘合防松 摩擦防松 机械防松 铆冲粘合防松 对顶螺母属于摩擦放松对顶螺母属于摩擦放松 131 螺栓的主要失效形式螺栓的主要失效形式 1 1 螺栓杆拉断 螺栓杆拉断 2 2 螺纹的压溃和剪断 螺纹的压溃和剪断 3 3 经常装拆时会因磨损而发 经常装拆时会因磨损而发 生滑扣现象 生滑扣现象 132 螺栓的总拉伸荷载为螺栓的总拉伸荷载为 工作荷载和残余预紧力 工作荷载和残余预紧力 133 轴承轴承 滑动轴承 整体式 剖分式 调心式 滑动轴承 整体式 剖分式 调心式 滚动轴承 有内圈 外圈 滚动体 保持架组 滚动轴承 有内圈 外圈 滚动体 保持架组 成 成 滑动导轨 滚动导轨 滑动导轨 滚动导轨 134 轴承按其所能承受载荷方向不同分轴承按其所能承受载荷方向不同分 向心轴承 承受径向载荷 向心轴承 承受径向载荷 推力轴承 轴向载荷 推力轴承 轴向载荷 向心 向心 推力轴承 同时承受径向和轴向载荷 推力轴承 同时承受径向和轴向载荷 135 轴承是标准件 轴承是标准件 内圈与轴的配合采用基孔制 外圈与轴承孔的配合采用基轴制 内圈与轴的配合采用基孔制 外圈与轴承孔的配合采用基轴制 136 常用滚动轴承的类型和性能特点常用滚动轴承的类型和性能特点 1 3 圆锥滚子轴承 圆锥滚子轴承 能同时承受较大的径向荷载和轴向荷能同时承受较大的径向荷载和轴向荷 载 一般成对使用 载 一般成对使用 2 5 推力球轴承 只承受轴向荷载 推力球轴承 只承受轴向荷载 3 6 深沟球轴承 深沟球轴承 4 7 角接触球轴 角接触球轴 承 承 137 滚动轴承代号的排列顺序滚动轴承代号的排列顺序 类型代号类型代号 宽度系列代号 可省略 宽度系列代号 可省略 直径系类代号直径系类代号 内径尺寸系列内径尺寸系列 代号代号 内部结构代号内部结构代号 公差等级代号 其中 内径尺寸系列代号乘以公差等级代号 其中 内径尺寸系列代号乘以 5 得到内径尺寸 得到内径尺寸 138 基本额定寿命基本额定寿命 一组同一型号的轴承在同一条件下运转 其可靠度为 一组同一型号的轴承在同一条件下运转 其可靠度为 90 时 能达到或超过的时 能达到或超过的 寿命为基本额定寿命 寿命为基本额定寿命 139 支承支承 用来支持运动部件 使之按预定的方向运动 并将运动部件上的载荷传至机架 用来支持运动部件 使之按预定的方向运动 并将运动部件上的载荷传至机架 140 支承的分类支承的分类 1 轴承 用以支承旋转轴 轴承 用以支承旋转轴 2 导轨 用以支承移动部件 导轨 用以支承移动部件 141 支承按接触表面摩擦性质分支承按接触表面摩擦性质分 滑动摩擦支承 滚动摩擦支承 滑动摩擦支承 滚动摩擦支承 142 轴的分类轴的分类 1 按所承受的载荷 心轴 转轴 传动轴 按所承受的载荷 心轴 转轴 传动轴 2 按轴线的形状 直轴 光轴 阶 按轴线的形状 直轴 光轴 阶 梯轴 梯轴 曲轴 曲轴 3 按工作要求或减轻重量的目的 实心轴 空心轴 按工作要求或减轻重量的目的 实心轴 空心轴 143 轴的主要失效形式轴的主要失效形式 疲劳破坏 疲劳破坏 144 受力特点受力特点 1 心轴心轴 只承受弯矩 不承受扭矩 起支承作用 只承受弯矩 不承受扭矩 起支承作用 2 传动轴传动轴 主要承受扭矩 主要承受扭矩 不承受或承受很小的弯矩 不承受或承受很小的弯矩 3 转轴转轴 既承受弯矩有承受扭矩 是机器中最常用的一种轴 既承受弯矩有承受扭矩 是机器中最常用的一种轴 145 填空 填空 146 由若干对齿轮组成的齿轮机构称为由若干对齿轮组成的齿轮机构称为轮系轮系 147 行星轮系由行星轮系由行星轮行星轮 中心轮中心轮和和系杆系杆三种基本构件组成 三种基本构件组成 148 在定轴轮系中 每一个齿轮的回转轴线都是在定轴轮系中 每一个齿轮的回转轴线都是固定的固定的的 的 149 惰轮对惰轮对传动比传动比并无影响 但却能改变从动轮的并无影响 但却能改变从动轮的转动转动方向 方向 150 如果在齿轮传动中 其中有一个齿轮和它的如果在齿轮传动中 其中有一个齿轮和它的几何轴线几何轴线绕另一个绕另一个齿轮齿轮旋转 则这轮系就叫周转轮旋转 则这轮系就叫周转轮 系 系 151 旋转齿轮的几何轴线位置均旋转齿轮的几何轴线位置均固定固定的轮系 称为定轴轮系 的轮系 称为定轴轮系 152 轮系中轮系中首末首末两轮两轮转速转速之比 称为轮系的传动比 之比 称为轮系的传动比 153 加惰轮的轮系只能改变加惰轮的轮系只能改变从动轮从动轮的旋转方向 不能改变轮系的的旋转方向 不能改变轮系的传动比传动比 154 在周转转系中 凡具有在周转转系中 凡具有固定固定几何轴线的齿轮 称中心轮 凡具有几何轴线的齿轮 称中心轮 凡具有运动运动几何轴线的齿轮 称为行几何轴线的齿轮 称为行 星轮 支持行星轮并和它一起绕固定几何轴线旋转的构件 称为星轮 支持行星轮并和它一起绕固定几何轴线旋转的构件 称为系杆系杆 155 周转轮系中 只有一个周转轮系中 只有一个主动件主动件时的轮系称为行星轮系 时的轮系称为行星轮系 156 转系可获得转系可获得较大较大的传动比 并可作的传动比 并可作较远较远距离的传动 距离的传动 157 转系可以实现转系可以实现变速变速要求和要求和变向变向要求 要求 158 转系可以转系可以合成合成运动 也可以运动 也可以分解分解运动 运动 159 差动轮系的主要结构特点 是有两个差动轮系的主要结构特点 是有两个主动件主动件 160 选择 选择 161 在机械中属于制造单元的是在机械中属于制造单元的是 零件 零件 162 机构与机器比 不具备机构与机器比 不具备 作有用功或转换机械能特征 作有用功或转换机械能特征 163 构件构件 是机器的运动单元 是机器的运动单元 164 自行车轮轴 电风扇叶片 起重机上的起重吊钩 台虎钳上的螺杆 柴油发动机上的曲轴和减自行车轮轴 电风扇叶片 起重机上的起重吊钩 台虎钳上的螺杆 柴油发动机上的曲轴和减 速器中的齿轮以上零件中有速器中的齿轮以上零件中有 3 种是通用零件种是通用零件 165 车轮在轨道上转动 车轮与轨道间构成车轮在轨道上转动 车轮与轨道间构成 高副 高副 166 平面转动副的最大约数数平面转动副的最大约数数 2 最小约束数 最小约束数 1 167 平面机构 引入一个转动副 带来平面机构 引入一个转动副 带来 2 个约束 保留个约束 保留 1 个自由度个自由度 168 具有确定运动的机构 其原动件数目具有确定运动的机构 其原动件数目 等于 等于 自由度数目自由度数目 169 机构的自由度数机构的自由度数 F 大于原动件数目时 机构大于原动件数目时 机构 运动不确定 运动不确定 170 机构的自由度数机构的自由度数 F 小于原动件数目时 机构小于原动件数目时 机构 中运动副及构件被损坏 中运动副及构件被损坏 171 铰链四杆机构是按铰链四杆机构是按 连架杆 连架杆 的不同形式分三种基本形式的不同形式分三种基本形式 172 缝纫机的脚踏板机构是以缝纫机的脚踏板机构是以 摇杆 摇杆 为主动件的曲柄摇杆机构为主动件的曲柄摇杆机构 173 铰链四杆机构中 当满足铰链四杆机构中 当满足 最短杆 最长杆 最短杆 最长杆 其余两杆之和 其余两杆之和 条件时 机构才会有曲柄条件时 机构才会有曲柄 174 在曲柄摇杆机构中 以在曲柄摇杆机构中 以 最短杆相对杆 最短杆相对杆 为机架时 机构为双摇杆机构为机架时 机构为双摇杆机构 175 当平面连杆机构在死点位置时 其压力角和传动角分别为当平面连杆机构在死点位置时 其压力角和传动角分别为 90 0 176 铰链四杆机构具有急回特性的条件是铰链四杆机构具有急回特性的条件是 0 177 在曲柄摇杆机构中 当以在曲柄摇杆机构中 当以 摇杆 摇杆 为主动件时 机构会有死点位置出现为主动件时 机构会有死点位置出现 178 组成凸轮机构的基本构件有组成凸轮机构的基本构件有 3 个个 179 与平面连杆机构相比 凸轮机构的突出优点与平面连杆机构相比 凸轮机构的突出优点 能严格的实现给定的从动件运动规律 能严格的实现给定的从动件运动规律 180 若要盘形凸轮机构的从动件在某段时间内停止不动 对应的凸轮轮廓应是若要盘形凸轮机构的从动件在某段时间内停止不动 对应的凸轮轮廓应是 以凸轮转动 以凸轮转动 181 与连杆机构相比 凸轮机构最大的缺点与连杆机构相比 凸轮机构最大的缺点 点 线接触 易磨损 点 线接触 易磨损 182 与其他机构相比 凸轮机构最大的优点与其他机构相比 凸轮机构最大的优点 可实现各种预期的运动规律 可实现各种预期的运动规律 183 在常用的螺纹连接中 自锁性能最好的螺纹是在常用的螺纹连接中 自锁性能最好的螺纹是 三角形螺纹 三角形螺纹 184 当两个被连接件之一太厚 不宜制成通孔 且连接不需要经常拆卸时 往往采用当两个被连接件之一太厚 不宜制成通孔 且连接不需要经常拆卸时 往往采用 螺钉连接 螺钉连接 185 螺纹连接防松的根本问题在于螺纹连接防松的根本问题在于 防止螺纹副的相对转动 防止螺纹副的相对转动 186 在螺栓连接设计中 若被连接件为铸件 则有时在螺栓孔处制作沉头座孔或凸台 其目的是在螺栓连接设计中 若被连接件为铸件 则有时在螺栓孔处制作沉头座孔或凸台 其目的是 避免螺栓受附加弯曲应力作用 避免螺栓受附加弯曲应力作用 187 带传动是依靠带传动是依靠 带与带轮接触面之间的摩擦力 带与带轮接触面之间的摩擦力 来传递运动和动力的 来传递运动和动力的 188 带张紧的目的带张紧的目的 使带具有一定的初拉力 使带具有一定的初拉力 189 选取选取 V 带型号 主要取决于带型号 主要取决于 带传递的功率和小带轮转速 带传递的功率和小带轮转速 190 中心距一定的带传动 小带轮上包角的大小主要由中心距一定的带传动 小带轮上包角的大小主要由 两带轮直径之差 两带轮直径之差 决定决定 191 两带轮直径一定时 减小中心距将引起两带轮直径一定时 减小中心距将引起 小带轮上的包角减小 小带轮上的包角减小 192 设计设计 V 带传动时 为防止带传动时 为防止 带内的弯曲应力过大 带内的弯曲应力过大 应限制小带轮的最小直径 应限制小带轮的最小直径 193 带传动在工作中产生弹性滑动的原因是带传动在工作中产生弹性滑动的原因是 带的弹性与紧边和松边存在拉力差 带的弹性与紧边和松边存在拉力差 194 带传动是不能保证准确的传动比 其原因是带传动是不能保证准确的传动比 其原因是 带传动工作时发生弹性滑动 带传动工作时发生弹性滑动 195 同步带传动是靠齿与轮齿间的同步带传动是靠齿与轮齿间的 啮合力 啮合力 来传递运动和动力的来传递运动和动力的 196 当摩擦系数与初拉力一定时 则带传动在打滑前所能传递的最大有效拉力随当摩擦系数与初拉力一定时 则带传动在打滑前所能传递的最大有效拉力随 小带轮上的包角 小带轮上的包角 的增大而增大的增大而增大 197 齿轮渐开线的形状取决于齿轮渐开线的形状取决于 基圆半径的大小 基圆半径的大小 198 对于一个齿轮来说 对于一个齿轮来说 节圆 节圆 不存在不存在 199 一对渐开线齿轮的连续传动条件是一对渐开线齿轮的连续传动条件是 实际啮合线与基圆齿距之比大于 实际啮合线与基圆齿距之比大于 1 200 渐开线齿廓上任意点的法线都切于渐开线齿廓上任意点的法线都切于 基圆 基圆 201 用范成法加工齿轮时 根切现象发生在用范成法加工齿轮时 根切现象发生在 齿数太少 齿数太少 场合场合 202 用用 20 ha 1 的齿条型标准刀具按范成加工直齿圆柱齿轮 其不发生根切的最少齿数的齿条型标准刀具按范成加工直齿圆柱齿轮 其不发生根切的最少齿数 Zmin 17 203 一般开式齿