湖南自考工程机械-机械基础部分自学课件

第1篇工程机械基础,湖南交通职院专用,斜面,任何机械都经历了：简单复杂的发展过程。,机械人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。,（包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯电脑控制）。一般而言，机械是机器和机构的总称,杠杆,起重轱辘,滑轮组,手动(电动)葫芦,现代起重机,起重机的发展历程：,1概述,湖南交通职院专用,机器根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。,机构能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。种类有限,如:缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。,机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有相同的基本特征。,湖南交通职院专用,机器的共有特征：,人造的实物组合体；,各部分有确定的相对运动；,代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换机器的作用,机器的分类：,原动机实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）种类有限,工作机完成有用功（如机床等）种类繁多,湖南交通职院专用,机器与机构的关系：由两个实例推广到一般,任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。类似关系：化合物与化学元素,由机器与机构的共有特征可知：机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不同），故统称为机械。人造的组合体、有确定的相对运动,湖南交通职院专用,名词术语解释:1.构件独立的运动单元,内燃机中的连杆,内燃机连杆,零件独立的制造单元,湖南交通职院专用,典型机器的分析：,1.内燃机,湖南交通职院专用,2常用机构,连杆机构凸轮机构齿轮机构带传动机构链传动机构螺旋机构步进机构,湖南交通职院专用,1、机构运动简图,a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动,运动副元素直接接触的部分（点、线、面）例如：滚子凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。,定义：运动副直接接触，能产生某些相对运动的两个构件之间的可动联接。,三个条件，缺一不可,湖南交通职院专用,按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。,1、低副两构件以面接触而形成的运动副。,(1)转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。,a)固定铰链,平面运动副,b)活动铰链转动副,平面运动副,(2)移动副：只允许两构件作相对移动。,移动副,平面运动副,2.高副两构件以点或线接触而构成的运动副。,凸轮副,平面运动副,齿轮副,平面运动副,空间运动副,若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。,螺旋副,球面副,应用实例,移动副：装载机举斗油缸活塞杆与液压油缸的联接转动副：装载机举斗摇臂与连杆之间的联接,常见运动副符号的表示:国标GB446084,湖南交通职院专用,常用运动副的符号,运动副名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,两构件之一为固定时的运动副,平面运动副,湖南交通职院专用,平面高副,螺旋副,空间运动副,湖南交通职院专用,构件的表示方法:,湖南交通职院专用,一般构件的表示方法,杆、轴构件,固定构件,同一构件,湖南交通职院专用,三副构件,两副构件,一般构件的表示方法,湖南交通职院专用,机构运动简图,机构运动简图用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。,作用：1.表示机构的结构和运动情况。,机动示意图不按比例绘制的简图现摘录了部分GB446084机构示意图如下表。,2.作为运动分析和动力分析的依据。,湖南交通职院专用,常用机构运动简图符号,湖南交通职院专用,湖南交通职院专用,机构运动简图应满足的条件：1.构件数目与实际相同,2.运动副的性质、数目与实际相符,3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。,湖南交通职院专用,2、连杆机构,应用实例：内燃机、火车轮、牛头刨床、机械手爪、车门、折叠伞、折叠床、单车等。定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。,湖南交通职院专用,湖南交通职院专用,3、齿轮机构,作用：传递空间任意两轴（平行、相交、交错）的旋转运动，或将转动转换为移动。,优点：,传动比准确、传动平稳。,圆周速度大，高达300m/s。,传动功率范围大，从几瓦到10万千瓦。,效率高(0.99)、使用寿命长、工作安全可靠。,可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。,缺点：要求较高的制造和安装精度，加工成本高、不适宜远距离传动(如单车)。,湖南交通职院专用,平面齿轮传动（轴线平行）,外齿轮传动,直齿,斜齿,人字齿,圆柱齿轮,非圆柱齿轮,空间齿轮传动（轴线不平行）,按相对运动分,按齿廓曲线分,直齿,斜齿,曲线齿,圆锥齿轮,两轴相交,两轴交错,蜗轮蜗杆传动,交错轴斜齿轮,准双曲面齿轮,渐开线齿轮(1765年),摆线齿轮(1650年),圆弧齿轮(1950年),按速度高低分:,按传动比分:,按封闭形式分：,齿轮传动的类型,应用实例：提问参观对象、SZI型统一机芯手表有18个齿轮、炮塔、内然机。,高速、中速、低速齿轮传动。,定传动比、变传动比齿轮传动。,开式齿轮传动、闭式齿轮传动。,球齿轮,抛物线齿轮(近年),分类：,内齿轮传动,齿轮齿条,湖南交通职院专用,曲线齿圆锥齿轮,斜齿圆锥齿轮,准双曲面齿轮,湖南交通职院专用,齿顶圆da、ra,齿根圆df、rf,齿厚sk任意圆上的弧长,齿槽宽ek弧长,齿距（周节）pk=sk+ek同侧齿廓弧长,齿顶高ha,齿根高hf,齿全高h=ha+hf,齿宽B,分度圆人为规定的计算基准圆,表示符号：d、r、s、e，p=s+e,法向齿距（周节）pn,=pb,齿轮各部分名称：,湖南交通职院专用,圆柱齿轮传动：传递平等轴转动。圆锥齿轮传动：传递相交转动。螺旋齿轮传动：传递空间相错轴转动。蜗杆蜗轮传动：传递空间正交轴转动。,湖南交通职院专用,4、凸轮机构,湖南交通职院专用,盘形凸轮,凸轮轴,湖南交通职院专用,1.组成,凸轮机构的应用与分类,凸轮机构由凸轮1、从动件2、机架3三个基本构件及锁合装置组成。是一种高副机构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作连续等速转动，从动件则在凸轮轮廓的控制下按预定的运动规律作往复移动或摆动。,湖南交通职院专用,2.特点,优点:只要正确地设计和制造出凸轮的轮廓曲线，就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单;凸轮机构结构简单、紧凑、运动可靠。,缺点:凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保持良好的润滑，容易磨损。,湖南交通职院专用,4.类型,盘形凸轮:其凸轮都是绕固定轴线转动且有变化向径的盘形构件。盘形凸轮机构简单，应用广泛，但限于凸轮径向尺寸不能变化太大，故从动件的行程较短。移动凸轮:其凸轮是具有曲线轮廓、作往复直线移动的构件，它可看成是转动轴线位于无穷远处的盘形凸轮。圆柱凸轮:其凸轮是圆柱面上开有凹槽的圆柱体，可看成是绕卷在圆柱体上的移动凸轮，利用它可使从动件得到较大的行程。,按凸轮的形状分,湖南交通职院专用,盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮,湖南交通职院专用,尖顶从动件凸轮机构:其从动件的端部呈尖点，特点是能与任何形状的凸轮轮廓上各点相接触，因而理论上可实现任意预期的运动规律。尖顶从动件凸轮机构是研究其他型式从动件凸轮机构的基础。但由于从动件尖顶易磨损，故只能用于轻载低速的场合。滚子从动件凸轮机构:其从动件的端部装有滚子，由于从动件与凸轮之间可形成滚动摩擦，所以磨损显著减少，能承受较大载荷，应用较广。但端部重量较大，又不易润滑，故仍不宜用于高速。平底从动件凸轮机构:其从动件端部为一平底。若不计摩擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，传力性能良好，且凸轮与平底接触面间易形成润滑油膜，摩擦磨损小、效率高，故可用于高速，缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。,按从动件末端形状分,湖南交通职院专用,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,湖南交通职院专用,绕线机构,应用实例：,湖南交通职院专用,送料机构,湖南交通职院专用,5、棘轮机构,组成：摇杆1主动构件，作往复摆动运动棘轮3单向的间歇运动驱动棘爪2止动棘爪4弹簧5,湖南交通职院专用,当摇杆作连续的往复摆动时，棘轮将作单向间歇转动。,工作原理,湖南交通职院专用,1.按啮合方式分外啮合棘轮机构内啮合棘轮机构2.按运动形式分单向间歇转动单向间歇移动,棘轮机构类型,湖南交通职院专用,6、带传动与链传动,如图所示，带传动一般是由主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传动带及机架组成。工作原理是利用摩擦传动。,（1）带传动,湖南交通职院专用,带传动的主要特点,能吸收振动，缓和冲击,传动平稳，噪音小；过载时，带会在带轮上打滑，防止其他机件损坏，起到过载保护作用；结构简单，制造、安装和维护方便，成本低；带与带轮之间存在一定的弹性滑动，故不能保证恒定的传动比，传动精度和传动效率低；由于带工作时需要张紧，带对带轮轴有很大的压轴力；带传动装置外廓尺寸大，结构不够紧凑；带的寿命较短，需要经常更换；不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合。,湖南交通职院专用,按传动带的截面形状分（1）平带：平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。,带传动的类型,（2）V带：截面形状为梯形，两侧面为工作表面。,湖南交通职院专用,（4）圆形带：横截面为圆形。只用于小功率传动。（5）齿形带（同步带）：同步带传动的传动比较准确。,（3）多楔带：它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。可传递很大的功率。,湖南交通职院专用,1.开口传动,带传动的形式,2.交叉传动,3.半交叉传动,平带,两轮同向转动,两轴空间交错,带磨损快,两轮反向转动,湖南交通职院专用,传动带的应用,湖南交通职院专用,（2）链传动,链传动是由主动链轮、链条、从动链轮组成，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。,组成及工作原理,湖南交通职院专用,11-1概述,链传动的特点和应用,优点：,1）平均传动比准确，压轴力小；,2）效率较高，容易实现多轴传动；,3）安装精度要求较低，成本低；,4）适用于中心距较大的传动。,缺点：,1）瞬时传动比不恒定，瞬时链速不恒定；,2）传动的平稳性差，有噪音。,链传动主要用在转速不高，两轴中心距较大，要求平均传动比准确的场合。,广泛用于农业、采矿、冶金、石油、化工等行业中。,湖南交通职院专用,湖南交通职院专用,7、组合机构,对于比较复杂的运动变换，仅用一种基本机构难以满足需要。一般把若干基本机构用一定方式连接起来成为组合机构，得到单个基本机构不具有的运动性能。,湖南交通职院专用,3轴与轴系零部件,1、轴功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。,类型,转轴-传递扭矩又承受弯矩,按承受载荷分有：,分类：,按轴的形状分有：,传动轴-只传递扭矩,心轴-只承受弯矩,直轴,曲轴,挠性钢丝轴,湖南交通职院专用,湖南交通职院专用,湖南交通职院专用,湖南交通职院专用,湖南交通职院专用,2、轴毂连接,作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或移动。,一、键联接,类型：平键、半圆键、楔键、切向键、花键等。,1）平键联接,特点：定心好、装拆方便。,种类,普通平键,导向平键,湖南交通职院专用,普通平键结构,单圆头(C型),圆头(A型),方头(B型),用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。,用盘铣刀加工，轴的应力集中小。,用于轴端,普通平键应用最广。,湖南交通职院专用,导向平键,零件可以在轴上移动，构成动联接。,结构特点：长度较长，需用螺钉固定。,为便于装拆，制有起键螺孔。,湖南交通职院专用,2）半圆键联接,优点：定心好，装配方便。因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。,缺点：对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。,特别适用于锥形轴端的联接。,湖南交通职院专用,3）楔键联接和切向键联接,结构特点：键的上表面有1:100的斜度，轮毂槽的底面也有1:100的斜度。,缺点：定心精度不高。,应用：只能应用于定心精度不高，载荷平稳和低速的联接。,湖南交通职院专用,类型：普通楔键、钩头楔键。钩头是用来拆卸用的,在重型机械中常采用切向键-一对楔键组成。,装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120130。,湖南交通职院专用,4）花键联接,结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。,优点：承载能力高、对轴的削弱程度小、定心好、导向性好。,类型：矩形花键、键开线花键、三角形花键。,制造容易最常用,用于高强度联接,用于薄壁零件联接,湖南交通职院专用,二、销联接,作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,类型,圆柱销,圆锥销,-经多次拆装后，定位精度会降低；,有1:50的锥度，可反复多次拆装。,拆装方便用于盲孔,螺母锁紧抗冲击,不易松动，能承受振动和变载荷,不铰孔，可多次装拆。,带槽圆柱销,装配前、后,湖南交通职院专用,4轴承,轴承的功用：1）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；2）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损分类：滚动轴承-优点多，应用广滑动轴承-用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。,湖南交通职院专用,1、滚动轴承的组成,各零件的作用：,外圈：支撑零件或轴系；,保持架:将滚动体分开。,内圈：支撑轴；,滚动体：滑动滚动；,滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。,内外圈上有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。,装在机座或零件轴孔内；,湖南交通职院专用,推力球轴承50000,滚针轴承a)NA0000b)RNA0000,湖南交通职院专用,一、向心滑动轴承,组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。,2、滑动轴承的结构型式,整体式向心滑动轴承,剖分式向心滑动轴承,螺纹孔,轴承座,轴承,轴承座,轴承盖,联接螺栓,剖分轴瓦,湖南交通职院专用,薄壁轴瓦,轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴径上。,进油孔,油沟,整体轴套,厚壁轴瓦,卷制轴套,湖南交通职院专用,作用：用来承受轴向载荷,二、推力滑动轴承,结构特点：在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其数量一般为612。,-倾角固定，顶部预留平台，,类型,固定式,可倾式,用来承受停车后的载荷。,-倾角随载荷、转速自行调整，性能好。,巴氏合金,湖南交通职院专用,5联轴器、离合器、制动器,两轴线的相对位移:轴向、径向、角度、综合。,一、联轴器,湖南交通职院专用,固定式刚性联轴器,结构：半联轴器通过键与轴相联，用螺栓将两个半联轴器的凸缘联接在一起。,普通凸缘联轴器,绞制孔螺栓,型式：,有对中榫的凸缘联轴器,普通凸缘联轴器,-靠铰制孔螺栓对中。,-靠榫头对中。,对中榫,湖南交通职院专用,固定式刚性连轴器,套筒联轴器,凸缘联轴器,夹壳式联轴器,湖南交通职院专用,1、齿式联轴器,功用：能补偿轴不对中和偏斜。,可移动刚性联轴器,优点：传递扭矩大、能补偿综合位移。,缺点：结构笨重、造价高。,应用：用于重型传动。,湖南交通职院专用,可移式刚性连轴器,十字滑块联轴器,滑块联轴器,万向联轴器,齿式联轴器,滚子链联轴器,湖南交通职院专用,2、滑块联轴器,结构：两个端面开有径向凹槽的半联轴器，两端各具有凸榫的中间滑块，且两端榫头互相垂直，嵌入凹槽中，构成移动副。,工作原理：当两轴存在不对中和偏斜时，滑块将在凹槽内滑动。,优缺点：结构简单、制造容易。滑块因偏心产生离心力和磨损，并给轴和轴承带来附加动载荷。,适用范围：30,y0.04d，v300r/min,湖南交通职院专用,3、万向联轴器,作用：用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。共轴、有夹角,应用：广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。,单万向联轴器,湖南交通职院专用,将两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。,安装要求：,主动、从动、中间三轴共面；,主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等；,中间轴两端的叉面应在同一平面内。,为了消除从动轴变速转动的缺点，常,湖南交通职院专用,弹性连轴器,弹性套柱销联轴器,弹性柱销联轴器,梅花形弹性联轴器,轮胎联轴器,膜片联轴器,星形弹性联轴器,湖南交通职院专用,1、弹性套柱销联轴器,弹性联轴器,结构特点：外观与凸缘联轴器相似，用带橡胶弹性套的柱销联接两个半联轴器。,湖南交通职院专用,2、弹性柱销联轴器,结构：用尼龙制成的柱销置于两个半联轴器凸缘的孔中。,结构简单、更换