机械设计基础培训教程

绪论

（学时:2）

•讲授目的和要求

1、了解机构的组成；

2、掌握本课程的性质、内容和任务；

3、了解机器设计的根本要求和…般历程

•重点和难点

重点：机构和呆板的区别；本课程的性质及任务：

难点：机构和呆板的区别

•讲授进程

温习（无）

导入新课（无）

讲授内容

讲授方法（PPT投影）帮助手段

师生互动（讨论常见的机构）

1、呆板特征：

（I）都是人为的实物组合；

（2）组成呆板的各实物之间具有确定的相对运动；

（3）能实现能量转换或完成有比的机器功。

2、机构：

（I）都是人为的实物组合；

（2）组成呆板的各实物之间具有确定的相对运动；

注意：机构与呆板联系与区别

机构具有呆板的1、2特征。

呆板与机构的区别在于：呆板能实现能量的转换（如内燃机、发电机、电动机），能取代人的劳动去作

有,用的机器功。

3、机器：呆板与机构的总称

（带传动机构

§0-3机器设计的概述

一机器设计KJ根本要求

二、机器设i••的十械儿构

・小结

1、就构臂板区患杆机构

2、砂件与《件区别

•尚业|凸轮机构

思康1《机器殳计底子》应该如何学习

齿轮机构

螺旋机构

第1章平面机构运动简图及其自由度

（学时：10）

•讲授目的和要求

1、了解机构的组成

2、掌握机构运动副及自由度的盘算

3、掌握机构运动简图的绘制

•重点和难点

重点：机构自由度的盘算

难点：机构具有确定运动的条件；自由度盘算的向个特殊问题

•讲授进程

机构组成及运动副（2学时）

机构运动简图（2学时）

机构自由度盘算（6学时）

・小结

•作业

课后习题1—8图7,图8,1—9

1.1-1.2机构组成及运动副

（学时：2）

•讲授目的和要求

1、掌握机构的组成

2、掌握运动副的分类及特点

3、掌握运动副的表现要领

•重点和难点

重点：运动副的分类及特点

难点：高副、低副及约束的干系

•讲授进程

（温习导入新课讲授内容讲授方法帮助手段师生互动时间分派板书设计）

一、机构的组成与分类

（动画演示）

二、自由度

@@运动1

©酚运动2

©©运动3

作平面运动自由构件的自由度

1—2常用构件的表现要领

常用运动副的表现要领

・小结

1、机构组成

2、运动副的表现要领

•作业

（无作业）课堂练习

平面机构运动简图

（学时：2）

•讲授目的和要求

I、掌握平面机构运动简图的表现

•重点和难点

重点：运动简图的表现要领

难点：正确表现机构动动简图

•讲授进程

温习动动副的表现要领

导入新课模型演示，画出该模型的简图

讲授方法

帮助手段（ppt）

1、机构运动简图：简明表现机构各构件之间相对运动干系的图形

（按比例，用特定的标记和线条）

和运动有关的：运动副的类型、数目、相对位置.、构件数目

和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、

运动副的具体结构

2、机构示意图：只需表明机构运动通报情况和结构特征，不必按严格比例所画的图形

3、绘机构运动简图的步调

1）阐发机构，视察相对运动，数清所有构件的数目；

2）确定所有运动副的类型和数目；

3）选择公道的位置（即能充实反应机构的特性）；

4）确定比例尺：

5）用划定的标记和线条绘制成简图。（从原动件开始画））

・小结

•作业

（课堂练习：看动画演示，画机构运动简图）

平面机构自由度的盘算

（学时：6）

•讲授目的和要求

1、掌握机构自由度的盘算

2、掌握机构具有确定动动的条件

•重点和难点

重点：机构自由度的盘算

难点：虚约束

•讲授进程

（温习机构动动简图表现

导入新课模型演示机构自由度

讲授内容

讲授方法

帮助手段（PPT，动画演示，模型操纵）

课时分派（自由度公式机构具有确定动动的条件1学时）

（复合较链，局部自由度2学时）

（虚约束，练习，3学时）

・小结

•作业

第二章平面连杆机构

（学时：8）

•讲授目的和要求

I、了解四杆机构的根本形式及其演化；

2、掌握四杆机构的事情特性；

3、掌握四杆机构设计的常用要领；

•重点和难点

重点：

1、四杆机构的特性

2、四杆机构常用的设计要领

难点：

1、曲柄存在的条件；

2、压力角

3、死点

•讲授进程

课时分派：四杆机构根本形式与演化（2课时）四杆机构事情特性（4学时）四杆机构设计（2学时）

讲授内容：

I.熟练掌握并能应用四杆机构曲柄存在条件判断是否存在曲柄及机构类型；

2.理解四杆机构的行程速比系数K、急回特性、极位夹角、传动角、压力角、死点位置等观点，并能

熟练通过作图确定和求出四杆机构的极限位置、极位夹角、最小传动角（或最大压力角）和死点位置。

3.能综合运用按给定的行程速比系数K和连杆的位置等运动条件来熟练设计四杆机构。

•作业

习题2-3（课堂练习），习题2-6,习题2-10

§2-1概述

一、观点

1连杆机构：构件全部用低副联接而成的平面机构（低副机构）

2平面连杆机构:各构件的相对运动为平面运动的连杆机构

3钱链四杆机构：由转动副联接起来的其中一个杆为机架的平面四杆机构

二、平面连杆机构的特点和应用

1、特点

2、应用

§2-2较链四杆机构的类型与应用根本型式及其演化

一、钱链四杆机构的根本型式

B

A

§2-3平面四杆机构的根本特性

一、钱链四杆机构存在曲柄的条件

类型的判别要害在于：机构中有无曲柄，有几个曲柄

结论：

I，钱链四杆机构存在曲柄的条件是：

(1)、最短杆与最长杆长度之和小于或即是其余两杆长度之和。

(2)、机架或连架杆为最短杆。

2,钱链四杆机构存在一个曲柄的条件是：

(1)、最短杆与最长杆长度之和小于或即是其余两杆长度之和。

(2)、曲柄为最短杆。

3、钱链四杆机构不存在一个曲柄的条件是：

(1)、最短杆与最长杆长度之和小于或即是其余两杆长度之和。

(2)、连架杆为最短杆。

70

若将机架70变为80?

乂_180°+。

八-180°-6>

K-\

0=180。

K+1

三、压力角和传动角

压力角

从动件受力点（C点）的受力偏向与

受力点的速度偏向之间所夹的锐角。

四、死点位置

1.死点的观点

2.死点的利用

3.死点的缺陷

§2-4平面四杆机构的设计

设计内容：选择形式；确定尺寸（运动简图）

两类问题：

实现给定的运动纪律

赛现给定的运动轨迹

设计要领：解析法；实验法；图解法

1、按给定的行程速比系数K设计四杆机构

2、按给定的连杆位置设计四杆机构

第三章凸轮机构

(学时：6)

•讲授目的和要求

1、了解凸轮机构的应用及分类；

2、掌握凸轮机构从动件常用的运动纪律；

3、掌握凸轮机构轮廓设计要领

•重点和难点

重点：

1、凸轮机构从动件常用的运动纪律；

2、掌握凸轮机构轮廓设计要领

难点：

凸轮机构轮廓设计要领

•讲授进程

(温习导入新课讲授内容讲授方法帮助手段师生互动时间分派板书设计)

PpL

模型动画演示

课时分派：凸轮机构应用及分类：2学时；

从动件常用运动纪律2学时

凸抡轮廓设计2学时

§3-1凸轮机构应用和分类

一、凸轮机构的组成和应用

二、凸轮传动机构的类型

1、按凸轮的形状和运动分类

(1)＞盘形回转凸轮

(2)、平板移动凸轮

(3)、圆柱回转凸轮

2、按从动件的形状分类

(1)、尖顶从动件

(2)、滚子从动件

(3)、平底从动件

3、按从动件的运动形式

4、按锁合方法分类

直动从动件凸轮机构

按从动件的运动分类摆动从动件凹槽凸轮机构

凸

轮

机

构

的

分

类

力封闭的凸轮机箱

按高副维持接触的方J1

法分类一」形封闭的凸轮机构|

§3-2常用的从动件运动纪律

一、凸轮传动的事情历程

★基圆：以凸轮最小半径勺所

作的圆，勺称为凸轮的基圆半

径。

★推程、推程运动角：d

★远休、远休止角：久

★回程、回程运动角：3,

★近休、近休止角：久，

★行程：方5

★位移：s=r-r0

★推杆的运动规律：是指推杆

在运动过程中，其位移、速度

和加速度随时间变化（凸轮转

角5变化）的规律°

二、常用的从动件运动纪律

1、等速运动纪律

运动特性：刚性打击。

2、等加快等减速运动纪律

3、简谐运动纪律（余弦加快度运动纪律）:

三、从动件运动纪律的选择

1.选择推杆运动纪律的根本要求

2.凭据事情条件确定推杆运动纪律几种常见情况

小结:

运动规律运动特性适用场合

等速运动规律，有刚性冲击低速轻载

等加速等减速运动,柔性冲击中速轻载

余弦加速度运动规律,柔性冲击中低速重载

正弦加速度运动规律;无冲击中高速轻载

§3-3用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线

设计要领：图解法，解析法

一、图解法设计凸轮轮廓曲线

（一）、图解法的原理（反转法）

（二人图解法的要领和步调

1、对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构

2、对心直动滚子从动件盘形凸轮机构

§3-4凸轮机构根本尺寸简直定

实现预定运动规律

凸轮机构设计

受力良好，效率高，结构紧凑

一、滚子半径的选取

理论廊线的曲率半径：P

滚子半径：小

实际廓线的曲率半径：四

为凹轮廓:

结论：外凸的凸轮轮廓曲线，应使rO<Pmin,通常取

同时Pa>=l_5mm,另外滚子半径还受强度、结构等的限制，因而也不能做得太小，通常取滚子半径

二、凸轮压力角的校核

(1)、凸轮机构的压力角定义

凸轮机构从动件作用力的方向线与从动

件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角,

用a表示。

(2)、压力角与作用力以及机构尺寸的关系

将凸轮对从动件的作用力F分解为6和F2

0臼为有效分力，F2为有害分力，当压力角

a越大，有害分力产越大，如果压力角增大

,有害分力所引起的摩擦阻力也将增大，摩

擦功耗增大，效率降低。

如果压力角大到一定值时，有害分力所引起

的摩擦阻力将大于有效分力FI这时无论八轮机构受力分析

凸轮对从动件的作用力/W多大，都不能使

从动件运动，机构将发生自锁。

三、凸轮基圆半径简直定

・小结

1、了解凸轮机构的应用及分类：

2、掌握凸轮机构从动件常用的运动纪律;

3、掌握凸轮机构轮廓设计要领

•作业

按要求作出凸轮轮廓

第四章间歇运动机构简介

（学时：2）

•讲授目的和要求

1、了解间歇运动机构的原理：

2、掌握常用间歇运动机构

•重点和难点

重点：棘轮和槽轮

难点：无

•讲授进程

（温习导入新课讲授内容讲授方法帮助手段师生互动时间分派板书设计）

PPT演示

间歇运动机构:呆板事情时，当主动件作连续运动时，常需要从动件产生周期性的运动和停靠，实现这

种运动的机构，称间歇运动机构,

类型：

1.主动件往复摆动，从动件间歇运动一棘轮机构

2.主动件连续转动，从动件间歇运动一槽轮机构、不完全齿轮机构

应用：自动机床的进给机构、送料机构、刀架的转位机构等

步进运动机构：机构的间歇运动是单偏向的。

§4—1棘轮机构

一、齿式棘轮机构

1、单动式棘轮机构

2,双动式棘轮机构

3、可变向棘轮机构

二、棘轮转角的调治

I.调治摇杆摆动角度的巨细，控制棘轮的转角

2.用遮板调治棘轮转角

三、棘轮机构的特点及应用

§4-1槽轮机构

一、槽轮机构的事情原理和特点

1槽轮机构的类型及应用

2、槽轮机构的运动特性

§4-3不完全齿轮机构

（一）、不完全齿轮机构的事情原理和类型

・小结

•作业（自行车后轮运动思考）

第五章齿轮传动

（学时：14）

•讲授目的和要求

I、了解齿轮传动的特点、类型及应用；

2、掌握齿轮参数及结构；

3、掌握渐开线齿轮的啮合传动；

3、了解齿轮失效的原因应应对要领；

4、掌握齿轮受力阐发；强度盘算及校核

•重点和难点

重点：

1、齿轮参数及啮合传动，

2、齿轮的强度盘算及校核；

难点：

1、齿轮强度盘算及校核

•讲授进程

（温习导入新课讲授内容讲授方法帮助手段师生互动时间分派板书设计）

PPT,模型，实验（参数测定，传动原理视察，展成法原理）

课时分派：

5.1-5.22学时

5.3-5.43学时

5.5-5.73学时

5.8-5.103学时

5.11-133学时

•作业

习题：5-2：5-3；5-6：

5.1-5.2齿轮传动及渐开线齿廓

（学时：2）

•讲授目的和要求

1、了解齿轮传动特点，

2、掌握渐开线形成的原理及性质

3、掌握齿廓啮合根本定律

•重点和难点

重点：潮开线形成原理，啮合根本定律

难点：啮合根本定律

•讲授进程

（温习导入新课讲授内容讲授方法帮助手段师生互动时间分派板书设计）

PPT,动画

引入：介绍口常生活中的齿轮

一、齿轮传动特点及应用

1、齿轮传动特点

2、齿轮传动应用

3、齿轮应用

一、渐开线齿廓及啮合特性

1、渐开线的研成原理

2.渐开线的性质

（I）产生线沿基圆滚过的线段长度即是基圆上被滚过的相应弧长。

（2）渐开线上任意一点法线一定与基圆相切。因为当产生线在基圆上作纯转动时，B点为渐开线上K

点的曲率中心，BK为其曲率半径和K点的法线。

（3）渐开线齿廓上某点的法线与该点的速度偏向所夹的锐角称为该点的压力角。齿廓上各点压力角是

变革的。

（4）渐开线的形状只取决于基圆巨细。

（5）基圆内无渐开线。

氏一

匕

K/CU

他O2N2_O2C

g-oiNi-QC

一对相互啮合的齿廓无论在任何位置啮合，其两轮的传动比恒即是连心线被齿廓打仗点的公法线所分成

的两段的反比。这就是齿廓啮合根本定律。

渐开线尺度直齿圆柱齿轮的根本参数及多少尺寸

5.4渐开线齿轮的啮合传动

（学时：3）

•讲授目的和要求

1、掌握渐开线尺度直齿圆柱齿轮的根本参数

2、掌握渐开线齿轮传动的啮合传动特点

•重点和难点

重点：模数，分度圆，正确啮合

难点：正确啮合条件，连续传动条件

•讲授进程

（温习导入新课讲授内容讲授方法帮助手段师生互动时间分派板书设计）

温习：上次课内容

PPT

齿轮圆

周上轮

齿顶高瓜

分度圜

分段圆

模数m

压力角

齿顶高

齿根高

全齿高

齿条与齿轮的差别点：

I.齿条齿廓上各点的压力角相等。其巨细即是齿廓的倾斜角（取尺度值20o）,通称为齿形角。

2.无论在中线上或与其平行的其它直线上，其齿距都相等。

二、渐开线尺度直齿圆柱齿轮的啮合传动Ol

1.啮合历程\、j

Bl为啮合终止点\

B2为啮合起始点7_、一/

B1B2为实际啮合线段

N1N2为理论啮合线段

Nl、N2为极限啮合点

2、正确啮合条件：

由此可得两齿轮正确啮合的条件为：mlCos1=IT

即：ml=m21=2

3、尺度安装条件

尺度安装时的中心距称为尺度中心距。a=m（zl+0）,

4、连续传动条件：

E>=1（即齿轮传动的重合度大于即是1,一般取）

・小结

渐开线齿廓的啮合特点

1、传动比恒定：

潮升线齿廓满足齿廓啮合根本定律。

2、四线合一：

啮合线、过啮合点的公法线、基圆的公切线和正压力作用线四线和一。

3、中心距可分性：

4、啮合角稳定

•作业

习题:5-2；5-3；5-6；

5.5渐开线尺度直齿圆柱齿轮的加工要领

一、成形法

圆盘铳刀加工齿数的范畴

加工不连续，生产效率低，不宜用于批量生产。

可在普通铳床上加工，不需专用机床。

可在普通铳床上加工，不需专用机床。

二、范成法（展成法）

范成法是利用一对齿轮无侧隙啮适时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮的。加工时刀具与齿坏的运

动就像-对相互啮合的齿轮，最后刀具将齿坯切出渐开线齿廓。范成法切制齿轮常用的刀具有三种：

（I）齿轮插刀是一个齿廓为刀刃的外齿轮；

（2）齿条插刀是一个齿廓为刀刃的齿条；

（3）齿轮滚刀像梯形螺纹的螺杆，轴向剖面齿廓为精确的直线齿廓，滚刀转动时相当「齿条在移

动，可以实现连续加工，生产率高。

加工要领有：插齿和滚齿

思考题

现有4个尺度齿兜：1)m1=4mm,zl=25；2)m2=4mm,z2=50；3)m3=3mm,

z3=60；4)m4=2.5mm,z4=40。试问：1)哪两个齿轮的渐开线形状相同？2)哪两个齿轮能

正确啮合？3)哪两个齿轮能用同一把滚刀制造？这两个齿轮能否改成用同一把铳刀加工？

5.6渐开线齿轮的根切现象

1.根切现象

£

2.尺度外齿轮的最少齿数

N/

h『mw

在ACNM中NM=CNsina

在乙OCN中CN=00sina=rsina

故\M=rsin2a=^7-sin?a

w券sinbt

z士

siritc

,-如」

-：9-

sina

a=200,h“*=l时，z«in=17o

实际应用中，为了使齿轮传动结构T

5.7变位齿轮

导入：

（1）受根切限制，齿数不得少于Zmin,使传动结构不敷紧凑；

（2）不适合于安装中心距a'不即是尺度中心距a的场所。当a'<a时无法安装，当a'>a时，虽然

可以安装，但会产生过大的侧隙而引起打击振动，影响传动的平稳性；

（3）一对尺度齿轮传动时.，小齿轮的齿根厚度小而啮合次数又较多，故小齿轮的强度较低，齿根部门

磨损也较严重，因此小齿轮容易损坏，同时也限制了大齿轮的承载能力。

变位齿轮的观点

淅变位在（为仑宜

Ih>xo

分坦回

优位小轮gg邱

当ZvZmin时，Xmin>0,此时必须接纳正变位方可制止根切；

当力工“灯!!时，Xniin<0,只要X>=Xmin,齿轮就不会产生根切。

斜齿圆柱齿轮传动

L齿廓的形成

2.啮合特点

斜齿轮传动的重合度要比直齿轮大，啮合性能好。主要缺点是运转时会产生

轴向力（可用人字齿克服）。

3.斜齿圆柱齿轮的主要参数

标市斜内齿轮的几何尺寸计算公式（心・=1.小｛25>

名称代号计算公式

技面模数%与直齿网柱齿轮洲相同，由强度计算决定.

幄旗向fl\一一外-皎〃-8«——2U"

rri

瑞而校数叫=-c-o-s-p77

墙面压力角区ig%cos力

d―—

分展阴.仃径dcos/7~

法曲P*=叽

pnJ

储顶可h.也,=用“

山根岛h：hf=1.25/M.

全齿高

hh=h«+hf

d.d-2hm„(~+2)

齿顶醐直径*acosp

=

齿根网直径d,■4/-2h.=mJ-----2.5)

dfcosA

中心唯a“斗4+出）-益小+二2）

4.正确啮合条件

1）两斜齿轮的法面模数相等；

2）两斜齿轮的法面压力角相等；

3）两斜齿轮的螺旋角巨细相等，偏向相反。

圆锥齿轮传动

1.圆锥齿轮传动概述

直齿圆锥齿轮传动曲齿圆锥旨轮传动

圆柱齿轮中的有关圆柱均酿成了圆锥。为盘算和丈量方便，通常取大端参数为尺度值.

2.直齿圆锥齿轮的根本参数

模数：拜见国标，一般取m>=2mm

数：一般取Zmin>=20

压力角：国标划定为20o

齿顶高系数与顶隙系数：

正常齿制ha

3.直齿圆锥齿轮的正确啮合条件：

两齿轮大端的模数和压力角相等。

5.9齿轮传动的失效形式与设计准则

（2学时）

•讲授目的和要求

1、了解齿轮传动失效形式

2、掌握齿轮传动设计准则

•重点和难点

重点：齿轮传动设计准则

难点：齿轮传动设计准则

•讲授进程

1.常见的失效形式

轮齿折断

塑性变形

齿面点蚀

齿酉胶合

齿面磨损（开式传动）

2.设计准则

对付闭式齿轮传动：1）软齿面（W35OHBS）齿轮主要失效形式是黄诙点纫，故可按齿面打仗疲劳强度

进行设计盘算，按齿根弯曲疲劳强度校核。2）硬齿面03501IBS）或铸铁齿轮，由于抗点蚀能力较

高，轮齿折断的可能性较大，故可按齿根弯曲疲劳强度进行设计盘算，按齿面打仗疲劳强度校核。

对付开式齿轮传动中的齿轮，齿面磨损为其主要失效形式，故通常凭据齿根弯曲疲劳限度进行设

计盘算，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大10%一一20%,而无需校核打仗强度。

（―）财准则

设计准则

齿面间的接触疲劳点独齿面接触疲劳强度条件0HP

轮齿的弯曲疲劳折轮齿弯曲疲劳强度条件"。门

★岐合、第换、塑性交形等失效运用JL逑准则，并作相应考虑

★具体工作条件下，如何运用上述准则

工作条件设计港则

软齿面按出面接触成劳强度条件设计

闭式传动

（硬度<350HBS）按轮齿弯曲疲劳强度条件校核

硬痣面按轮齿弯曲疲芳强度条件设计

（硬度>350HBS）

按齿而接触嘉劳强度条件校核

・小结开式传动按轮齿a曲建劳强度条件设计

•作业（无）

51受力阐发及强度盘算

（学时:4）

•讲授目的和要求

1、掌握直齿及斜齿圆柱齿轮的受力阐发；

2、了解齿轮强度盘算及校核要领

•重点和难点

重点：

1、直齿及斜齿圆柱齿轮的受力阐发

2、齿轮强度盘算及校核要领

难点：

3、直齿及斜齿圆柱齿轮的受力阐发

•讲授进程

（温习导入新课讲授内容讲授方法帮助手段师生互动时间分派板书设计）

一、轮齿的受力阐发和盘算载荷

1.受力阐发

7；=9.55xlO6^-（N-mm）

2、盘算载荷

名义载荷：呆板铭牌上给定的载荷或经受力阐发得到的载荷。

盘算载荷：

F-KF名义载荷（理论载荷）

广一置三载荷系数K

匚计算载荷（考虑实际因素的载荷）

二、齿轮传动的强度盘算

1.齿面接触疲劳强度计算

校核公式

/=3.53-.aH]

设计

气/阎

〃=Z）/z[crl=许用接

।"止占Lw触应力

b：车匕齿宽度MD

平^=〃小宽度系数

Z；:材料的弹性系数

2.直齿轮的弯曲疲劳强度计算

计算模型.轮齿近似地看成一个悬臂

'''.梁。

最不利情况，入集中作

受力点:用在齿顶。

危险截面：用30。切线法确定。

校核公式:反映齿形和齿根处应

力集中及压力、切应

力等对齿根弯曲应力

的影响，标准齿轮仅

设计公式:与齿数有关

K］：许用弯曲应力

三、齿轮主要参数对齿轮传动的影响

1.齿轮齿数为［软齿面取较大值

闭式齿轮传动通常4=24〜40

硬齿面取偏小的值。

开式齿轮传动，由于弯曲疲劳强度较弱，z椒值不宜

较大马取17〜20

2、模数W

在保证接触疲劳强度(4一定)的前提下，尽可能取

较小的模数、较多的齿