精密机械设计基础

1、University of Science and Technology of China8Index3Up:First第第2 2页页设计精密机械时应满足的基本要求设计精密机械时应满足的基本要求1 1功能要求功能要求：设计精密机械时首先应满足它的功能要求。：设计精密机械时首先应满足它的功能要求。2 2可靠性要求可靠性要求：要使精密机械在一定的时间内和一定的使用条件下有效地实现：要使精密机械在一定的时间内和一定的使用条件下有效地实现预期的功能，则要求其工作安全可靠，预期的功能，则要求其工作安全可靠，操作维修方便操作维修方便。为此，零件应具有一。为此，零件应具有一定的强度、刚度和振动稳定性等工作能

2、力。定的强度、刚度和振动稳定性等工作能力。3 3精度要求精度要求：精度是精密机械的一项重要技术指标，设计时必须保证精密机械：精度是精密机械的一项重要技术指标，设计时必须保证精密机械正常工作时所要求的精度。正常工作时所要求的精度。4 4经济性要求经济性要求：组成精密机械的零、部件能最经济的被制造出来，这就要求零：组成精密机械的零、部件能最经济的被制造出来，这就要求零件件结构简单、节省材料、工艺性好，尽量采用标准尺寸和标准件结构简单、节省材料、工艺性好，尽量采用标准尺寸和标准件。5 5外观要求外观要求：设计精密机械时应使其造型美观大方、色泽柔和。：设计精密机械时应使其造型美观大方、色泽柔和。8In

3、dex3Up:First第第3 3页页 强度： 强度是零件抵抗强度是零件抵抗外载荷外载荷作用的能力。强度不足时，零件将发生断裂或作用的能力。强度不足时，零件将发生断裂或产生塑性变形，使零件丧失工作能力而失效。产生塑性变形，使零件丧失工作能力而失效。 刚度： 刚度是反映零件在载荷作用下抵抗刚度是反映零件在载荷作用下抵抗弹性变形弹性变形的能力。的能力。 稳定性： 在变载荷作用下，零件将产生机械振动，如果零件的固有频率与载荷在变载荷作用下，零件将产生机械振动，如果零件的固有频率与载荷的频率相同时，将发生共振。一般情况下，共振将使零件丧失工作能的频率相同时，将发生共振。一般情况下，共振将使零件丧失工作

4、能力而失效。力而失效。8Index3Up:First第第4 4页页maxminminmaxminmax22ram8Index3Up:First第第5 5页页 在稳定和理想的工作条件下，作用在零件上在稳定和理想的工作条件下，作用在零件上的载荷称为的载荷称为名义载荷名义载荷。 为了提高零件的工作可靠性，必须考虑影响为了提高零件的工作可靠性，必须考虑影响零件强度的各种因素，如零件的变形、工作零件强度的各种因素，如零件的变形、工作阻力的变动、工作状态的不稳定等。为计人阻力的变动、工作状态的不稳定等。为计人上述因素，将名义载荷乘以某些系数，作为上述因素，将名义载荷乘以某些系数，作为计算时采用的载荷，此载

5、荷称为计算时采用的载荷，此载荷称为计算载荷计算载荷。8Index3Up:First第第6 6页页变应力下的强度 疲劳破坏疲劳破坏 在变应力作用下，零件的一种失效形式将是在变应力作用下，零件的一种失效形式将是疲劳断裂疲劳断裂，这种失效，这种失效形式不仅与变应力的大小有关，也与应力循环的次数有关。表面形式不仅与变应力的大小有关，也与应力循环的次数有关。表面无缺陷的金属材料的疲劳断裂过程可分为两个阶段，无缺陷的金属材料的疲劳断裂过程可分为两个阶段，第一阶段是第一阶段是在变应力的作用下，零件材料表面开始滑移而形成初始裂纹在变应力的作用下，零件材料表面开始滑移而形成初始裂纹；第第二阶段是在变应力作用下初

6、始裂纹扩展以致断裂二阶段是在变应力作用下初始裂纹扩展以致断裂。实际上，由于实际上，由于材料具有晶界夹渣、微孔以及机械加工造成的表面划伤、裂纹等材料具有晶界夹渣、微孔以及机械加工造成的表面划伤、裂纹等缺陷，材料的疲劳断裂过程只经过第二阶段缺陷，材料的疲劳断裂过程只经过第二阶段。零件上的圆角、凹。零件上的圆角、凹槽、缺口等造成的应力集中也会促使零件表面裂纹的生成和扩展。槽、缺口等造成的应力集中也会促使零件表面裂纹的生成和扩展。 8Index3Up:First第第7 7页页 提高零件的疲劳强度措施提高零件的疲劳强度措施 应用屈服极限高和细晶粒组织的材料；应用屈服极限高和细晶粒组织的材料； 零件截面形

7、状的变化应平缓，以减小应力集中；零件截面形状的变化应平缓，以减小应力集中； 改善零件的表面质量，如减小表面粗糙度，进行表面改善零件的表面质量，如减小表面粗糙度，进行表面强化处理（表面喷丸、表面辗压）等；强化处理（表面喷丸、表面辗压）等； 减少材料的冶金缺陷，如采用真空冶炼，使非金属夹减少材料的冶金缺陷，如采用真空冶炼，使非金属夹杂物减少。杂物减少。8Index3Up:First第第8 8页页 由表面接触应力引起零件的破坏形式由表面接触应力引起零件的破坏形式疲劳点蚀疲劳点蚀 在循环接触应力作用下，接触表面产生疲劳裂纹，裂纹扩在循环接触应力作用下，接触表面产生疲劳裂纹，裂纹扩展导致表层小块金属剥落

8、，这种失效形式称为展导致表层小块金属剥落，这种失效形式称为疲劳点蚀疲劳点蚀。点蚀将使零件表面失去正确的形状，降低工作精度，引起点蚀将使零件表面失去正确的形状，降低工作精度，引起附加动载荷，产生噪声和振动，并降低零件的使用寿命附加动载荷，产生噪声和振动，并降低零件的使用寿命。8Index3Up:First第第9 9页页提高表面接触强度措施提高表面接触强度措施1.增大接触处的综合曲率半径增大接触处的综合曲率半径，以降低接触应力；，以降低接触应力；2.提高接触表面的硬度，以提高接触疲劳极限；提高接触表面的硬度，以提高接触疲劳极限；3.提高零件表面的加工质量，以改善接触情况；提高零件表面的加工质量，以

9、改善接触情况；4.采用粘度较大的润滑油，以减缓疲劳裂纹的扩展。采用粘度较大的润滑油，以减缓疲劳裂纹的扩展。 8Index3Up:First第第1010页页 表面磨损强度零件的表面形状和尺寸在摩擦的条件下逐渐表面磨损强度零件的表面形状和尺寸在摩擦的条件下逐渐改变的过程称为改变的过程称为磨损磨损，当磨损量超过允许值时，即产生失，当磨损量超过允许值时，即产生失效。效。 引起磨损的原因，一种是由于硬质微粒落人两接触表面间引起磨损的原因，一种是由于硬质微粒落人两接触表面间而引起的，另一种是两接触表面在相对运动中相互刮削作而引起的，另一种是两接触表面在相对运动中相互刮削作用而引起的。用而引起的。 磨损会降

10、低零件的强度，增大接触面间的摩擦，降低传动磨损会降低零件的强度，增大接触面间的摩擦，降低传动效率和零件的工作精度。但磨损并非都有害，如跑合、研效率和零件的工作精度。但磨损并非都有害，如跑合、研磨都是有益的磨损。磨都是有益的磨损。8Index3Up:First第第1111页页 从零件开始工作到磨损量从零件开始工作到磨损量超过允许值而失效的超过允许值而失效的整个工作期间，可以分为整个工作期间，可以分为三个阶段三个阶段（图（图1-6）。）。8Index3Up:First第第1212页页1.充分润滑摩擦表面，使接触表面部分或全部脱离接触；充分润滑摩擦表面，使接触表面部分或全部脱离接触；2.定期清洗或更

11、换润滑剂；定期清洗或更换润滑剂；3.采用适当的密封装置；采用适当的密封装置；4.合理选择摩擦表面材料。对于一对相互摩擦的零件，为合理选择摩擦表面材料。对于一对相互摩擦的零件，为了避免其中比较贵重的零件过早磨损，常把另一零件的了避免其中比较贵重的零件过早磨损，常把另一零件的摩擦表面选用减摩材料制造，以减小摩擦阻力。常用的摩擦表面选用减摩材料制造，以减小摩擦阻力。常用的减摩材料有巴氏合金、青铜、某些牌号的铸铁和塑料等；减摩材料有巴氏合金、青铜、某些牌号的铸铁和塑料等；5.用热处理、电镀、熔镀等方法提高接触表面的耐磨性；用热处理、电镀、熔镀等方法提高接触表面的耐磨性；6.合理减小摩擦表面的粗糙度，以

12、改善摩擦面的接触情况。合理减小摩擦表面的粗糙度，以改善摩擦面的接触情况。8Index3Up:First第第1313页页 由于影响磨损的因素很多，如载荷的大小和性质、相对滑由于影响磨损的因素很多，如载荷的大小和性质、相对滑动速度、润滑和冷却条件等，所以很难建立起有充分理论动速度、润滑和冷却条件等，所以很难建立起有充分理论基础的抗磨损强度计算方法。通常根据摩擦表面的压强基础的抗磨损强度计算方法。通常根据摩擦表面的压强p和与摩擦功成正比的和与摩擦功成正比的pv值，近似地判断零件的抗磨损强度，值，近似地判断零件的抗磨损强度，即令即令p和和pv的计算值满足下列条件：的计算值满足下列条件：pp , pv

13、pv v接触表面的相对滑动速度接触表面的相对滑动速度(m/s)； p许用压强许用压强(N/mm2)； pv许用许用pv值。值。University of Science and Technology of China8Index3Up:First第第1515页页 零件的零件的，包括尺寸、形状及位置参数等。，包括尺寸、形状及位置参数等。 加工后，零件的实际几何参数对其理想参数的变加工后，零件的实际几何参数对其理想参数的变动量，称为动量，称为； 而实际几何参而实际几何参数近似于理想几何参数的程度数近似于理想几何参数的程度，称，称为为； 零件的加工零件的加工误差误差愈小，则其几何愈小，则其几何精度精

14、度愈高。愈高。8Index3Up:First第第1616页页1) 1) 误差与精度误差与精度 零件加工后的实际几何参数与理想零件几何参数零件加工后的实际几何参数与理想零件几何参数相符合的程相符合的程度度，称为加工精度（简称精度）。它们中间的差值称为误差。，称为加工精度（简称精度）。它们中间的差值称为误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低，故精度可用误差来加工误差的大小反映了加工精度的高低，故精度可用误差来表示。表示。误差是零件加工过程中实际产生的误差是零件加工过程中实际产生的2) 2) 零件几何参数误差的种类零件几何参数误差的种类 （1 1）尺寸误差：实际尺寸与理想尺寸之差；）尺寸误差：实际

15、尺寸与理想尺寸之差； （2 2）形状误差：实际形状与理想形状之差；）形状误差：实际形状与理想形状之差； （3 3）位置误差：实际位置与理想位置之差。）位置误差：实际位置与理想位置之差。8Index3Up:First第第1717页页公差是零件几何参数允许的变化范围。公差是零件几何参数允许的变化范围。可分为：可分为：1 1、尺寸公差：零件尺寸允许的变动范围；、尺寸公差：零件尺寸允许的变动范围；2 2、形状公差：零件几何要素的形状允许的变动范围；、形状公差：零件几何要素的形状允许的变动范围；3 3、位置公差：零件几何要素的位置允许的变动范围。、位置公差：零件几何要素的位置允许的变动范围。公差是产品设

16、计时给定的公差是产品设计时给定的8Index3Up:First第第1818页页一、轴与孔孔与轴的基本特征表现为包容和被包容的关系，孔与轴的基本特征表现为包容和被包容的关系，即孔为包容面，轴为被包容面。即孔为包容面，轴为被包容面。8Index3Up:First第第1919页页8Index3Up:First第第2020页页在公差与配合图解（简称公差带在公差与配合图解（简称公差带图）中，确定偏差的一条基准直图）中，确定偏差的一条基准直线，称为线，称为零线零线。 通常用零线来表示基本尺寸。通常用零线来表示基本尺寸。公差带公差带：在公差带图中，由代表：在公差带图中，由代表上、下偏差的两条直线所限定的上、

17、下偏差的两条直线所限定的一个区域，称为尺寸公差带。一个区域，称为尺寸公差带。8Index3Up:First第第2121页页 配合配合：是指基本尺寸相同、相互结合的孔和轴公：是指基本尺寸相同、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。差带之间的关系。 机器中，不同孔和轴的配合有不同的松紧要求。机器中，不同孔和轴的配合有不同的松紧要求。松紧程度用间隙和过盈的大小表示。松紧程度用间隙和过盈的大小表示。 所谓所谓间隙间隙或或过盈过盈，就是孔的尺寸与轴的尺寸代数，就是孔的尺寸与轴的尺寸代数差，此差值为正时是间隙；为负时是过盈。差，此差值为正时是间隙；为负时是过盈。 配合分类：配合分类：间隙配合、过盈配合、过渡配

18、合间隙配合、过盈配合、过渡配合8Index3Up:First第第2222页页8Index3Up:First第第2323页页 基本偏差的代号基本偏差的代号用用21个字母和个字母和7个双写字母表示，个双写字母表示，共共28个代号。个代号。8Index3Up:First第第2424页页8Index3Up:First第第2525页页形状与位置误差对零件和产品功能的影响形状与位置误差对零件和产品功能的影响8Index3Up:First第第2626页页8Index3Up:First第第2727页页1独立原则（独立原则（IP） 独立原则是指图样上给定的每一个尺寸和形状、位且要独立原则是指图样上给定的每一个尺

19、寸和形状、位且要求均是独立的，应分别满足要求的公差原则。求均是独立的，应分别满足要求的公差原则。 8Index3Up:First第第2828页页（1）包容要求）包容要求 包容要求是指实际要素应遵守其最大实体边界，包容要求是指实际要素应遵守其最大实体边界，其局部实际尺寸不得超出最小实体尺寸的一种其局部实际尺寸不得超出最小实体尺寸的一种公差要求。公差要求。 采用包容要求的单一要素应在其尺寸极限偏差采用包容要求的单一要素应在其尺寸极限偏差或公差带代号后加注符号或公差带代号后加注符号“ ”，见图，见图3-21a E8Index3Up:First第第2929页页 包容要求包容要求 轴的实际表面必须在最大

20、实体边界内，该边界轴的实际表面必须在最大实体边界内，该边界尺寸为尺寸为 dM150mm，其局部实际尺寸不得小于，其局部实际尺寸不得小于dL149.96mm（图（图c、d）；当轴径均为）；当轴径均为dM150mm时，时，其允许的形状误差为零（图其允许的形状误差为零（图b）；当轴径均为）；当轴径均为dL149.96mm时，其允许的形状误差可达到最大值时，其允许的形状误差可达到最大值0.04mm，即等于尺寸公差（图即等于尺寸公差（图d）。）。 8Index3Up:First第第3030页页 最大实体要求是指被测实际要素的实际轮廓应遵守其最大最大实体要求是指被测实际要素的实际轮廓应遵守其最大实体实效边

21、界，当其实际尺寸偏离最大实体尺寸时，允许实体实效边界，当其实际尺寸偏离最大实体尺寸时，允许其形位误差值超出在最大实体状态下给出的公差值的一种其形位误差值超出在最大实体状态下给出的公差值的一种要求。要求。 最大实体要求仅适用于中心要素，且保证装配互换的场所。最大实体要求仅适用于中心要素，且保证装配互换的场所。 最大实体要求的符号为最大实体要求的符号为“ ”。当应用于被测要素时，应。当应用于被测要素时，应在被测要素形位公差框格中的公差值后标注符号在被测要素形位公差框格中的公差值后标注符号“ ”，见图见图3-22a；当应用于基准要素时应在形位公差框格内的；当应用于基准要素时应在形位公差框格内的基准字

22、母代号后标注符号基准字母代号后标注符号“ ”，如，如 t A 。 MMMMM8Index3Up:First第第3131页页 图图3-22a表示轴表示轴 200-0.3的轴线直线度公差采用最大实体的轴线直线度公差采用最大实体要求。当被测要素处于最大实体状态时，其轴线直线度公要求。当被测要素处于最大实体状态时，其轴线直线度公差为图样上的给定值差为图样上的给定值0.1mm（图（图 3-22c）。）。 该轴应满足下列要求：实际尺寸应在该轴应满足下列要求：实际尺寸应在19.720mm范围内；实际轮廓不得超出最大实体实效边界，即范围内；实际轮廓不得超出最大实体实效边界，即dfe不不大于大于dMV（dMV=

23、dMt（200.1）mm=20.1mm）；）；当该轴处于当该轴处于LMC时，其轴线直线度误差允许达到最大值，时，其轴线直线度误差允许达到最大值，即等于图样给出值即等于图样给出值0.1mm与轴的尺寸公差与轴的尺寸公差0.3mm之和之和0.4mm（图（图3-22b）。）。 8Index3Up:First第第3232页页8Index3Up:First第第3333页页表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距和表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距和“峰峰”、“谷谷”所组成的微观几何形状特性。一般它是由所组成的微观几何形状特性。一般它是由所采用的加工方法和其他因素形成的。表面粗

24、糙度直所采用的加工方法和其他因素形成的。表面粗糙度直接影响零件的接影响零件的配合性质配合性质、疲劳强度疲劳强度、耐磨性耐磨性、抗腐蚀抗腐蚀性以及密封性等使用性能性以及密封性等使用性能，也影响外观质量。因此，也影响外观质量。因此，表面粗糙度也是评定零件和产品质量的重要指标，因表面粗糙度也是评定零件和产品质量的重要指标，因此，设计中应合理给出零件的粗糙度要求。此，设计中应合理给出零件的粗糙度要求。 表面越粗糙，表面粗糙度越大。表面越粗糙，表面粗糙度越大。8Index3Up:First第第3434页页niiaynR11 Ra的值越大，则表面越粗糙。的值越大，则表面越粗糙。 Ra能客观地反映表能客观地

25、反映表面微观几何形状误差，但因受到计量器具功能的面微观几何形状误差，但因受到计量器具功能的限制，不宜用做过于粗糙或太光滑表面的评定参限制，不宜用做过于粗糙或太光滑表面的评定参数。数。dxylRla018Index3Up:First第第3535页页1）表面粗糙度的基本特征代号为：）表面粗糙度的基本特征代号为： 用去除材料的方法（如车、铣、磨用去除材料的方法（如车、铣、磨等）获得的表面；等）获得的表面； 用不去除材料的方法（如铸、锻等）用不去除材料的方法（如铸、锻等）获得的表面；获得的表面； 基本符号，若单独使用则无意义。基本符号，若单独使用则无意义。8Index3Up:First第第3636页页

26、 表面粗糙度在图样上标表面粗糙度在图样上标注方法：例如，在同一注方法：例如，在同一图样上，每一表面一般图样上，每一表面一般只标注一次代只标注一次代 符符 号，号，并尽可能靠近有关的尺并尽可能靠近有关的尺寸线，当地位狭小或不寸线，当地位狭小或不便标注时，可引出标注，便标注时，可引出标注，如图如图3-27a3-27a所示；中心孔所示；中心孔的工作表面，键槽工作的工作表面，键槽工作面，倒角、圆角的表面面，倒角、圆角的表面粗糙度代号，可以简化粗糙度代号，可以简化标注，如图标注，如图3-27b3-27b所示。所示。University of Science and Technology of China

27、8Index3Up:First第第3838页页 运动副 自由度 运动副：高副：约束1个自由度，点、线接触。低副：约束2个自由度，面接触。8Index3Up:First第第3939页页 8Index3Up:First第第4040页页 F3n2PLPH 机构具有确定运动的条件：只有当原动件数等于机构自由度时，机构才具有确定的运动。8Index3Up:First第第4141页页直线机构直线机构 计算错误的原因：计算错误的原因：计算机构自由度时应注意的问题计算机构自由度时应注意的问题举例举例直线机构自由度计算直线机构自由度计算 解解 n 7，pL 6，pH 0 F 3n 2pL pH 3 7 2 6

28、9错误的结果！错误的结果！12345678ABCDEF两个转动副两个转动副8Index3Up:First第第4242页页8Index3Up:First第第4343页页 平面机构的高副低代平面机构的高副低代 机构的运动保持不变，代替机构和原机构的自由度、瞬机构的运动保持不变，代替机构和原机构的自由度、瞬时速度和瞬时加速度必须完全相同。时速度和瞬时加速度必须完全相同。 高副低代的最简单方法是用高副低代的最简单方法是用两个转动副和一个构两个转动副和一个构件来代替一个高副件来代替一个高副。 8Index3Up:First第第4444页页 杆组：从动件系统可分解为若干个不可再分的、自从动件系统可分解为若

29、干个不可再分的、自由度为零的运动链由度为零的运动链。 机构组成原理：按照杆组的观点，任何机构都可按照杆组的观点，任何机构都可以用零自由度的杆组依次联接到原动件和机架上去的以用零自由度的杆组依次联接到原动件和机架上去的方法来组成方法来组成。8Index3Up:First第第4545页页 设杆组由设杆组由n个构件和个构件和pL个平面低副所组成，个平面低副所组成，那么它们之间必满足下述条件：那么它们之间必满足下述条件：F=3n-2PL=0 或或 2PL=3n 由于构件数由于构件数n和运动副和运动副pL数必须是整数，故数必须是整数，故满足上述条件的最简单杆组为：满足上述条件的最简单杆组为： n=2，P

30、L=3。级杆组级杆组。 n=4，pL=6。级杆组。级杆组。 n=6，pL=9。级杆组级杆组。 8Index3Up:First第第4646页页University of Science and Technology of China8Index3Up:First第第4848页页 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 a) 双曲柄机构双曲柄机构 b) 双摇杆机构双摇杆机构 c)8Index3Up:First第第4949页页 1）最长杆与最短杆的长度之和应）最长杆与最短杆的长度之和应其他两其他两杆长度之和称为杆长条件。杆长度之和称为杆长条件。 2）连架杆或机架之一为最短杆。）连架杆或机架之一为最短杆。abcd该

31、机构中构件该机构中构件a最短，最短，构件构件a能否整周回转？能否整周回转？8Index3Up:First第第5050页页 力力F与与Vc之间的夹之间的夹角称为角称为 连杆与从动件轴连杆与从动件轴线之间所夹锐角线之间所夹锐角来判断四杆机构来判断四杆机构的传动性能的好的传动性能的好坏，坏，角称为角称为8Index3Up:First第第5151页页1.极位夹角极位夹角当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在两当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在两相应位置所夹的角相应位置所夹的角。曲柄摇杆机构的极位夹角曲柄摇杆机构的极位夹角ADabdBBCC8Index3Up:First第第5252页页当曲柄

32、等速回转的情况下，通常把从动件往当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复运动速度快慢不同的运动称为急回运动。复运动速度快慢不同的运动称为急回运动。Dabd1B2B1C2Cccab12A主动件主动件a a21ABAB 时间：时间：1t转角：转角：1运动：运动：从动件从动件c c21DCDC 1t12ABAB 时间：时间：2t转角：转角：2运动：运动：12DCDC 2t从动件从动件c c的平的平均角速度：均角速度：:DCDC2113t:DCDC1223t 1111180t1122-180t21tt 33 8Index3Up:First第第5353页页K-K-机构从动杆行程速度变化系数；机构从动杆行

33、程速度变化系数；-极位夹角，即曲柄在两极限位极位夹角，即曲柄在两极限位置时所夹锐角，也等于导杆的摆角置时所夹锐角，也等于导杆的摆角。8Index3Up:First第第5454页页 所谓死点位置就所谓死点位置就是指从动件的传是指从动件的传动角等于零或者动角等于零或者压力角等于压力角等于90时机构所处的位时机构所处的位置。置。 Dabd1B2B1C2CccabABC8Index3Up:First第第5555页页 图解法、解析法和实验法图解法、解析法和实验法8Index3Up:First第第5656页页 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 已知：已知：CD杆长，摆角杆长，摆角及及K。计算计算180(K-1)/

34、(K+1)；任取一点任取一点D，作等腰三角形，腰长为，作等腰三角形，腰长为CD，夹角为，夹角为；作作C2PC1C2，作，作C1P使使C2C1P=90-,交于交于P；作作PC1C2的外接圆，则的外接圆，则A点必在此点必在此圆上。圆上。选定选定A，设曲柄为，设曲柄为a，连杆为，连杆为b，则，则 AC1=a+b，AC2=b-a，故有：故有：a=(AC1AC2)/2以以A为圆心，为圆心，AC2为半径作弧交于为半径作弧交于E，得：得：a=EC1/2 b=AC1-EC1/28Index3Up:First第第5757页页 曲柄滑块机构曲柄滑块机构已知已知K，滑块行程，滑块行程H，偏距，偏距e。计算计算180

35、(K-1)/(K+1)；作作C1C2H；作射线作射线C1O 使使C2C1O=90-，作射线作射线C2O使使C1C2O=90-。以以O为圆心，为圆心，C1O为半径作圆。为半径作圆。作偏距线作偏距线e，交圆弧于，交圆弧于A，即为所，即为所求。求。以以A为圆心，为圆心，AC1为半径作弧交于为半径作弧交于E，得：，得： a=EC2/2 ， b=AC2-EC2/2University of Science and Technology of China8Index3Up:First第第5959页页 凸轮机构的凸轮机构的优点优点是：只要凸轮轮廓曲线设计是：只要凸轮轮廓曲线设计合理，便可使从动件接任意给定的

36、规律运动，合理，便可使从动件接任意给定的规律运动，而且机构简单、紧凑、工作可靠。而且机构简单、紧凑、工作可靠。 其其缺点缺点是：凸轮轮廓曲线加工比较困难，与是：凸轮轮廓曲线加工比较困难，与从动件为高副接触，压强大、易磨损，故凸从动件为高副接触，压强大、易磨损，故凸轮机构一般多用于传力不大的控制机构中。轮机构一般多用于传力不大的控制机构中。8Index3Up:First第第6060页页尖顶从动件尖顶从动件Knife-edge follower滚子从动件滚子从动件Roller follower平底从动件平底从动件Flat-face follower8Index3Up:First第第6161页页rb

37、h s s s s DD0B0B sO ,t360基圆基圆 基圆半径基圆半径rb推程推程推程角推程角 升距升距h远停远停远停角远停角 s回程回程回程角回程角 近停近停近停角近停角 sB 位移曲线位移曲线8Index3Up:First第第6262页页 等速运动等速运动8Index3Up:First第第6363页页 8Index3Up:First第第6464页页 8Index3Up:First第第6565页页 直动从动件盘形凸轮轮廓（直动从动件盘形凸轮轮廓（）8Index3Up:First第第6666页页rbOs 1 3 5 7 8 60 120 90 90 60 120 1 2 90 A90 9

38、 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 1. 对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb，凸轮，凸轮角速度角速度 和从动件的运动规律，设和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线计该凸轮轮廓曲线。 选比例尺选比例尺 l，作位移曲线和作位移曲线和基圆基圆rb。 等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。于各等分点的从动件的位置。3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915

39、确定反转后从动件尖顶在确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置。各等分点占据的位置。设计步骤设计步骤 将各尖顶点连接成一条光滑将各尖顶点连接成一条光滑曲线。曲线。8Index3Up:First第第6767页页rbOA 2. 对心滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计对心滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb，滚子半径滚子半径rr、凸轮角速度、凸轮角速度 和从动件的运动规律，设计和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。该凸轮轮廓曲线。 选比例尺选比例尺 l，作位移曲线和作位移曲线和基圆基圆rb。设计步骤设计步骤 等分位移曲线及反向等分各等分位移曲线及反向等分各运动角，

40、确定反转后对应于各等分点运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。的从动件的位置。理论轮廓曲线理论轮廓曲线实际轮廓曲线实际轮廓曲线s 1 3 5 7 8 60 120 90 90 9 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 60 120 1 2 90 90 3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915确定反转后从动件滚子中心在确定反转后从动件滚子中心在各等分点占据的位置。各等分点占据的位置。 将各点连接成一条光滑曲线。将各点连接成一条光滑曲线。 作滚子圆族及滚子圆族的内作滚子圆族及滚子圆族的内( (外外)

41、)包络线。包络线。8Index3Up:First第第6868页页rbOA 3. 对心平底移动从动件盘形凸轮廓线的设计对心平底移动从动件盘形凸轮廓线的设计 已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb，角速度，角速度 和从和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 选比例尺选比例尺 l，作位移曲线和作位移曲线和基圆基圆rb。设计步骤设计步骤 等分位移曲线及反向等分等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。等分点的从动件的位置。s 1 3 5 7 8 60 120 90 90 9 1113151 3 5 7 8

42、 9 11 13 12 14 10 60 120 1 2 90 90 3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 确定反转后平底与导路中心确定反转后平底与导路中心线的交点线的交点A在各等分点占据的位置在各等分点占据的位置及及 作平底直线族及平底直线作平底直线族及平底直线族的内包络线。族的内包络线。8Index3Up:First第第6969页页rcrrrcrr rc刀具中心轨迹刀具中心轨迹理论轮廓曲线理论轮廓曲线实际轮廓曲线实际轮廓曲线b)刀具直径小于滚子直径刀具直径小于滚子直径刀具中心轨迹刀具中心轨迹实际轮廓曲线实际轮廓曲线a)刀具直径

43、大于滚子直径刀具直径大于滚子直径刀具中心轨迹计算刀具中心轨迹计算 用数控机床加工凸轮以及在凸轮磨床上磨削凸轮时，通用数控机床加工凸轮以及在凸轮磨床上磨削凸轮时，通常需要给出刀具中心的直角坐标值。常需要给出刀具中心的直角坐标值。 ( (一一) ) 滚子从动件盘形凸轮机构滚子从动件盘形凸轮机构 rr理论轮廓曲线理论轮廓曲线rc rr8Index3Up:First第第7070页页( (二二) )平底移动从动件盘形凸轮机构平底移动从动件盘形凸轮机构 平底移动从动件盘形凸轮机构平底移动从动件盘形凸轮机构的凸轮既可以用砂轮的端面磨削，的凸轮既可以用砂轮的端面磨削，也可以用铣刀、砂轮或钼丝的外圆也可以用铣刀

44、、砂轮或钼丝的外圆加工。加工。用砂轮的端面加工凸轮用砂轮的端面加工凸轮 cos)(sin)(bAbAsrysrx刀具中心的直角坐标方程刀具中心的直角坐标方程rbsBA rbOxy 8Index3Up:First第第7171页页 设计凸轮机构不仅要满足从动件的运动规律，设计凸轮机构不仅要满足从动件的运动规律，而且还要求传动时受力情况良好，以使机而且还要求传动时受力情况良好，以使机构构运转灵活，因此需要正确选择凸轮机构的压运转灵活，因此需要正确选择凸轮机构的压力角、基圆半径及滚子半径。力角、基圆半径及滚子半径。8Index3Up:First第第7272页页8Index3Up:First第第7373

45、页页8Index3Up:First第第7474页页 基圆半径基圆半径rb减小时，将使压减小时，将使压力角力角变大；反之，压力角变大；反之，压力角减小。减小。8Index3Up:First第第7575页页三三、从动件滚子半径及平底宽度的确定、从动件滚子半径及平底宽度的确定 1. 滚子半径的确定滚子半径的确定 rr a rr 0结论结论对于外凸轮廓，要保证凸轮正常工作，应使对于外凸轮廓，要保证凸轮正常工作，应使 min rr。 轮廓失真轮廓失真 a rr rr arr 0轮廓正常轮廓正常轮廓变尖轮廓变尖内凹轮廓内凹轮廓 a rr rr a rr轮廓正常轮廓正常外凸轮廓外凸轮廓 a 理论轮廓曲线理论

46、轮廓曲线 实际轮廓曲线实际轮廓曲线 rrrrrr8Index3Up:First第第7676页页 3. 平底从动件凸轮机构的失真现象平底从动件凸轮机构的失真现象 Orbrb解决措施解决措施增大基圆半径增大基圆半径rbUniversity of Science and Technology of China8Index3Up:First第第7878页页1 1 传动带具有挠性和弹性，可吸收振动和缓和冲击，使传传动带具有挠性和弹性，可吸收振动和缓和冲击，使传动平稳噪音小；动平稳噪音小；2 2 当过载时当过载时, ,传动带与带轮之间可发生相对滑动而不损伤其传动带与带轮之间可发生相对滑动而不损伤其它零件它

47、零件, ,起过载保护作用；起过载保护作用；3 3 适合于主、从动轴间中心距较大的传动；适合于主、从动轴间中心距较大的传动；4 4 结构简单，制造、安装和维护都较方便；结构简单，制造、安装和维护都较方便；5 5 传动比不稳定、效率较低，传动功率一般传动比不稳定、效率较低，传动功率一般P50kW、线速、线速度度v=525(40)m/s、 传动比传动比35(10)；8Index3Up:First第第7979页页 8Index3Up:First第第8080页页 8Index3Up:First第第8181页页 8Index3Up:First第第8282页页8Index3Up:First第第8383页页8

48、Index3Up:First第第8484页页8Index3Up:First第第8585页页 带速一般限制在带速一般限制在 525m/s范围内，带速过高时，范围内，带速过高时，将产生较大的离心力；当传递功率一定，带速过将产生较大的离心力；当传递功率一定，带速过低将引起力的增大，使得带的根数增多。低将引起力的增大，使得带的根数增多。max8Index3Up:First第第8686页页 按式按式(7-11)可算出小带轮包角可算出小带轮包角 1 。 1过小，带容过小，带容易在带轮上打滑。在普通易在带轮上打滑。在普通 v 带传动中，通常应使带传动中，通常应使 1 120，特殊情况下允许，特殊情况下允许

49、1 90。如。如1 较较小，应增大小，应增大 a 或采用张紧轮。或采用张紧轮。21118057.3DDaUniversity of Science and Technology of China8Index3Up:First第第8888页页 特点：传动比稳定；传动精度高；尺寸小；特点：传动比稳定；传动精度高；尺寸小；结构紧凑；传动效率高；寿命长；但制造和结构紧凑；传动效率高；寿命长；但制造和安装精度要求高；费用高。安装精度要求高；费用高。 传递运动、传递功率。传递运动、传递功率。8Index3Up:First第第8989页页8Index3Up:First第第9090页页 P点为节点点为节点 为

50、使齿轮瞬时传动比保持恒为使齿轮瞬时传动比保持恒定定：不论两齿廓在任何位置：不论两齿廓在任何位置接触，过接触点（啮合点）接触，过接触点（啮合点）的公法线必须与两齿轮的连的公法线必须与两齿轮的连心线交于一定点心线交于一定点 P。这是这是齿齿廓啮合的基本定律廓啮合的基本定律。1222122111O NO PiO NO P8Index3Up:First第第9191页页在任意圆上在任意圆上 rk齿槽宽齿槽宽 ek齿厚齿厚 SK齿距齿距 PK=eK+SK模数模数 mk=pk/分度圆，分度圆，r，d，s，e，p (计算、设计基准计算、设计基准)齿厚：齿厚：P=s+e分度圆直径：分度圆直径：d=mz ， m为

51、标准值为标准值压力角：压力角：cos=r=rb b/r/r， =20=20， =15=15；齿顶高齿顶高 ha：ha=ha*m； 齿根高齿根高 hf：hf=(C*+ha*)m， C* 顶隙系数；顶隙系数； 齿全高齿全高 h：h=ha+hf m1，时，时，ha*=1，C*=0.25； m1,，时，时， ha*=1，C*=0.35；基节基节基圆上的周节（齿距）基圆上的周节（齿距）Pb=Pcos正常齿标准25.0c , 1*ah短齿标准3.0c ,8.0*ah8Index3Up:First第第9292页页8Index3Up:First第第9393页页模数的量纲 mm ，确定模数m实际上就是确定周节p

52、,也就是确定齿厚和齿槽宽e。模数m越大，周节p越大，齿厚s和齿槽宽e也越大。u推论，模数越大，轮齿的抗弯强度越大。pm 这是一组齿数相同，这是一组齿数相同，模数不同的齿轮。模数不同的齿轮。确定模数的依据确定模数的依据u根据轮齿的抗弯强度选择齿轮的模数模数的意义模数的意义8Index3Up:First第第9494页页 正确啮合条件正确啮合条件8Index3Up:First第第9595页页1.2与m 无关，随z1,z2及ha*的增大而增大。8Index3Up:First第第9696页页 齿轮啮合过程中，有两对齿同时啮合和只有一对齿轮啮合过程中，有两对齿同时啮合和只有一对齿啮合情形，若齿啮合情形，若

53、=1.25=1.25，在齿轮转过一个基节在齿轮转过一个基节Pb的时间的时间T内，内， 有有25%的时间是两对齿啮合，的时间是两对齿啮合，75%的时间是一对齿啮合，这就是重合度的意义。的时间是一对齿啮合，这就是重合度的意义。 若若=1.64=1.64，两对齿占两对齿占64%，一对占，一对占36%。 重合度不仅是齿轮传动的连续性条件，而且是衡重合度不仅是齿轮传动的连续性条件，而且是衡量齿轮承载能力和传动平稳性的重要指标。量齿轮承载能力和传动平稳性的重要指标。8Index3Up:First第第9797页页 8Index3Up:First第第9898页页 8Index3Up:First第第9999页页

54、标准齿轮存在下列主要缺点：标准齿轮存在下列主要缺点：1 标准齿轮的齿数必须大于或标准齿轮的齿数必须大于或等于最少齿数；等于最少齿数；2 标准齿轮不适用于实际中心标准齿轮不适用于实际中心距不等于标准中心距的场合；距不等于标准中心距的场合；3 一对互相啮合的标准齿轮，一对互相啮合的标准齿轮，小齿轮的齿根厚度小于大齿轮小齿轮的齿根厚度小于大齿轮的齿根厚度，抗弯能力有明显的齿根厚度，抗弯能力有明显差别。差别。 8Index3Up:First第第100100页页变位齿轮的齿形变化变位齿轮的齿形变化 8Index3Up:First第第101101页页xmmahMN *1xmmhmza *sin 22 22

55、1sin*zhxa 221sin*minzhxa 不根切的最小变位系数：不根切的最小变位系数：8Index3Up:First第第102102页页变位齿轮的应用变位齿轮的应用只要合理地选择变位系数，只要合理地选择变位系数， 变位齿轮的承载能力可比标准齿变位齿轮的承载能力可比标准齿轮提高轮提高20以上，而制造变位齿轮又不需要特殊的机床、刀以上，而制造变位齿轮又不需要特殊的机床、刀具和工艺方法，因此，在齿轮传动设计中，应尽量扩大变位具和工艺方法，因此，在齿轮传动设计中，应尽量扩大变位齿轮的应用。变位齿轮的应用主要在以下几个方面：齿轮的应用。变位齿轮的应用主要在以下几个方面：1、避免轮齿根切、避免轮齿

56、根切为使齿轮传动的结构紧凑，应尽量减少小齿轮的齿数，当为使齿轮传动的结构紧凑，应尽量减少小齿轮的齿数，当z 的正传动时，可以提高齿轮的接触强度和弯曲强的正传动时，可以提高齿轮的接触强度和弯曲强度，若适当选择变位系数度，若适当选择变位系数x x1 1, ,x x2 2，还能大幅度降低滑动系数，还能大幅度降低滑动系数，提高齿轮的耐磨损和抗胶合能力。提高齿轮的耐磨损和抗胶合能力。变位齿轮的应用变位齿轮的应用8Index3Up:First第第104104页页 特点：特点： 传动平稳传动平稳 冲击小冲击小 噪音小噪音小 几何尺寸几何尺寸 当量齿数当量齿数 正确啮合条件正确啮合条件 重叠系数重叠系数8In

57、dex3Up:First第第105105页页齿宽齿宽B B 和螺旋角和螺旋角增大时都可使斜齿轮传动的重合度增大。增大时都可使斜齿轮传动的重合度增大。增大后会使轴向力增大，造成轴承结构复杂化，因此，增大后会使轴向力增大，造成轴承结构复杂化，因此，角角不宜过大。不宜过大。斜齿轮：斜齿轮：158 人字齿轮：人字齿轮：4015 8Index3Up:First第第106106页页 轮齿折断轮齿折断 齿面的点蚀齿面的点蚀 齿面磨损齿面磨损 齿面胶合齿面胶合8Index3Up:First第第107107页页1 1、轮齿的折断、轮齿的折断增大齿根过渡曲线半径、降低表面粗糙度值、采用表面强增大齿根过渡曲线半径、

58、降低表面粗糙度值、采用表面强化处理（如喷丸、辗压）等，都有利于提高轮齿的抗疲劳化处理（如喷丸、辗压）等，都有利于提高轮齿的抗疲劳折断能力。折断能力。8Index3Up:First第第108108页页2 2、齿面疲劳点蚀、齿面疲劳点蚀提高齿面的硬度和降低表面粗糙度值，在许可范围内采用最提高齿面的硬度和降低表面粗糙度值，在许可范围内采用最大的移距系数和大的移距系数和 x=x1+x2 （增大齿轮传动的综合曲率半径）（增大齿轮传动的综合曲率半径），以及增大润滑油粘度与减小动载荷等，都可提高齿面的接，以及增大润滑油粘度与减小动载荷等，都可提高齿面的接触疲劳强度。触疲劳强度。8Index3Up:First

59、第第109109页页3 3、齿面磨损、齿面磨损对于闭式传动，减轻或防止磨损的主要措施有：对于闭式传动，减轻或防止磨损的主要措施有： 提高提高齿面硬度；齿面硬度； 降低齿面粗糙度值；降低齿面粗糙度值； 注意润滑油的清注意润滑油的清洁和定期更换；洁和定期更换； 采用角度变位齿轮传动，以减轻齿面采用角度变位齿轮传动，以减轻齿面滑动等。对于开式传动，应特别注意环境清洁，减少磨粒滑动等。对于开式传动，应特别注意环境清洁，减少磨粒（硬屑）的侵人。（硬屑）的侵人。8Index3Up:First第第110110页页4 4、齿面胶合、齿面胶合防止或减轻齿面胶合的主要措施有：防止或减轻齿面胶合的主要措施有： 选用

60、抗胶合性能好选用抗胶合性能好的齿轮副材料；的齿轮副材料； 材料相同时，使大、小齿轮保持适当硬材料相同时，使大、小齿轮保持适当硬度差；度差； 提高齿面硬度和降低表面粗糙度值；提高齿面硬度和降低表面粗糙度值； 采用抗采用抗胶合能力强的润滑油；胶合能力强的润滑油； 合理的选择齿轮参数或进行变位合理的选择齿轮参数或进行变位等。等。8Index3Up:First第第111111页页齿轮材料齿轮材料选择齿轮材料时应综合考虑如下基本要求：选择齿轮材料时应综合考虑如下基本要求：* *齿面有足够的硬度；齿面有足够的硬度；* *轮芯有足够的强度和韧性；轮芯有足够的强度和韧性；* *具有良好的机械加工和热处理工艺性