《机械创新设计》课件-项目2 典型机械结构及传动方式

《机械创新设计》第二章典型机械结构及传动方式——1.凸轮机构及其应用场合课程简

介第1章

凸轮机构的概念第2章

凸轮机构的特点第3章

凸轮机构的分类第4章

从动件的常用运动规律第5章

凸轮机构的应用凸轮机构的概念PA

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E一、凸轮机构的概念凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。凸轮机构的特点PA

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O二、凸轮机构的特点凸轮机构的主要优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件实现各种预定的运动规律，且结构简单紧凑，运动可靠。凸轮机构的主要缺点凸轮与从动件之间为点或线接触，不便润滑、易磨损；凸轮轮廓曲线加工比较困难。凸轮机构的分类PA

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E三、凸轮机构的分类3.1（a）盘形凸轮机构：机构中的凸轮是绕固定轴线转动并具有变化向径的盘形零件。（b）移动凸轮机构：当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，相对于机架做直线往复运动，这种凸轮机构称为移动凸轮机构。（c）圆柱凸轮机构：圆柱凸轮机构中的凸轮可以看作是将移动凸轮绕在圆柱体上演化而成的。按凸轮的形状分(a)(b)(c)三、凸轮机构的分类3.2尖顶从动件：尖顶从动件的端部为尖顶，

如图3-5（a）所示。滚子从动件：滚子从动件的端部装有可自由转动的滚子，如图3-5（b）所示。平底从动件的端部为一平底，如图3-5（c）所示。按从动件的形状分图1

从动件类型（a）（b）（c）三、凸轮机构的分类3.3力锁合凸轮机构：力锁合凸轮机构是指利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮保持接触的凸轮机构，如图1所示。形锁合凸轮机构：形锁合凸轮机构是指靠凸轮与从动件的特殊几何结构来保持两者接触的凸轮机构，如图2所示。按从动件与凸轮保持接触的方式分2图内燃机配气机构3图自动进刀机构三、凸轮机构的分类按从动件的运动形式分直动和摆动。对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构偏心直动尖顶推杆盘形凸轮机构对心直动滚子推杆凸轮机构偏心直动滚子推杆凸轮机构对心直动平底推杆凸轮机构偏心直动平底推杆凸轮机构一般凸轮机构的命名原则布置形式＋运动形式＋推杆形状＋凸轮形状从动件的常用运动规律PA

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R四、从动件的常用运动规律图4（a)凸轮机构与从动件运动曲线凸轮以等角速度ω顺时针方向转动，以一定运动规律由点A到达最高点B，从动件在这个过程中经过的距离h称为推程（升程），对应的凸轮转角σ0称为推程运动角。凸轮继续回转，从动件与凸轮的接触点由点B转移至点C，从动件在最远位置上停留，该过程称为远休止期，所对应的凸轮转角称为远休止角。接触点由点C转移至点D，凸轮轮廓的向径逐渐减小，从动件在外力作用下逐渐返回到最近位置，该阶段称为回程，对应的转角δ0，称为回程运动角。接触点由点D转移至点A，由于凸轮轮廓的向径不变，从动件停留不动，这个阶段S称为近休止期，对应的转角δ

称为近休止角。（一）凸轮机构运动过程及有关名称以右图为例，说明原动件凸轮与从动件间的运动关系及有关名称。四、从动件的常用运动规律（二）位移线图从动件的运动过程可用位移线图表示。图3-6（b）是图3-6（a）所示凸轮机构的位移线图，其中OA，AB，BC，CD，四条位移线，分别表示凸轮机构推程、远休止、回程、近休止四个运动规律。图4（b)

凸轮机构与从动件运动曲线凸轮机构的应用PA

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E五、凸轮机构的应用图5 内燃机配气凸轮机构凸轮机构具有结构简单可以准确实现要求的运动规律等优点，因而在工业生产中得到广泛的应用。如图4所示的内燃机配气凸轮机构，原动凸轮1连续等速转动，通过凸轮高副驱动从动件2（阀杆）按预期的输出特性启闭阀门，使阀门既能充分开启，又具有较小的惯性力。五、凸轮机构的应用图5 所示为绕线机排线凸轮机构绕线轴3连续快速转动，经蜗杆传动带动凸轮1缓慢转动，通过凸轮高副驱动从动件2往复摆动，从而使线均匀地缠绕在绕线轴上。图6 绕线机排线凸轮机构五、凸轮机构的应用图7

冲床装卸料凸轮机构冲床装卸料凸轮机构原动凸轮1固定于冲头上，当其随冲头往复上下运动时，通过凸轮高副驱动从动件2以一定规律往复水平移动，从而使机械手按预期的输出特性装卸工件。五、凸轮机构的应用图8

罐头盒封盖机构如图所示为罐头盒封盖机构，亦为一凸轮机构。原动件1连续等速转动通过带有凹槽的固定凸轮3的高副导引从动件2上的端点C沿预期的轨迹——接合缝S运动，从而完成罐头盒的封盖任务。五、凸轮机构的应用图9

巧克力输送凸轮机构而在图9所示的巧克力输送凸轮机构中，当带有凹槽的圆柱凸轮1连续等速转动时，通过嵌于其槽中的滚子驱动从动件2往复移动，凸轮1每转动一周从动件2即从喂料器中推出一块巧克力并将其送至待包装位置。五、凸轮机构的应用从以上诸例可以看出：凸轮机构一般是由三个构件、两个低副和一个高副组成的单自由度机构。凸轮机构广泛应用于机械设备，具备结构简单、设计灵活、传递扭矩大、传动平稳等优点，可实现复杂运动规律，高效率传动和传递大扭矩，在多个领域有广泛应用，未来发展前景广阔。1首先，凸轮机构可以实现复杂的运动规律。由于凸轮机构的运动规律是由凸轮的轮廓曲线和从动件的位移、速度和加速度等参数来确定的，因此通过改变凸轮的轮廓曲线，可以方便地实现各种复杂的运动规律，如往复运动、摆动、复杂曲线运动等，这使得凸轮机构在自动化生产线、包装机械、医疗器械等领域得到了广泛应用。五、凸轮机构的应用2其次，凸轮机构具有较高的传动效率。由于凸轮机构的结构简单，没有滑动摩擦和间隙，因此其传动效率很高，可以达到90%以上。这使得凸轮机构在需要高效率传动的场合得到了广泛应用，如汽车发动机、减速机等。3 凸轮机构具有较大的传递扭矩。由于凸轮机构是通过凸轮和从动件之间的接触来传递扭矩的，因此可以通过增加接触点的数目和改变接触点的位置来增加传递扭矩。这使得凸轮机构在需要传递大扭矩的场合得到了广泛应用，如重型机械、冶金设备等。五、凸轮机构的应用4凸轮机构具有较高的可靠性。由于凸轮机构中的接触点数目较少，因此其磨损和疲劳寿命相对较低，但是其结构简单、紧凑、维护方便，因此在需要高可靠性的场合得到了广泛应用，如航空航天、军事装备等。随着新材料、新工艺和新技术的不断涌现，凸轮机构的发展也面临着新的机遇和挑战。例如，新型材料的应用可以进一步提高凸轮机构的性能和可靠性；数字化和智能化技术的发展则为凸轮机构的设计、制造和监控提供了新的手段和方法。因此，也需要密切关注行业发展趋势和技术创新动态，不断推动凸轮机构的发展和应用。T H I N K I N G思考凸轮机构有哪些类型以及哪些应用场合？《机械创新设计》第二章典型机械结构及传动方式——2.齿轮传动机构课

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简介第1章

齿轮的发展历史第2章

认识齿轮第3章

齿轮传动的特点第4章

齿轮传动的类型第5章

齿轮传动的分类第6章

齿轮传动的基本要求第7章

齿轮的失效形式齿轮的发展历史P

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E一、齿轮的发展历史公元前350年，古希腊著名的哲学家亚里士多德在文献中对齿轮有过记录。公元前250年左右，数学家阿基米德也在文献中对使用了涡轮蜗杆的卷扬机进行了说明。在现今伊拉克凯特斯芬遗迹中还保存着公元前的齿轮。在圆板工作台边缘上均匀地插上销子，使它与销轮啮合。一、齿轮的发展历史公元前400~200年的中国古代就已开始使用齿轮战国末期齿轮东汉初年（

公元1世纪）已有人字齿轮。一、齿轮的发展历史现代齿轮技术已达到：齿轮模数0.004-100毫米；齿轮直径由1毫米-150米；传递功率可达十万千瓦；转速可达十万转/分；最高的圆周速度达300米/秒。国际上，动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展。特殊齿轮的应用、行星齿轮装置的发展、低振动、低噪声齿轮装置的研制是齿轮设计方面的一些特点。认识齿轮P

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WO二、认识齿轮1图齿轮传动在普通机械设备中，

图1

所示的齿轮传动应用非常广泛。二、认识齿轮齿轮传动在机械中有着十分广泛的应用，从常用的钟表，到汽车变速箱，都离不开齿轮传动。本小节将介绍齿轮传动的类型、特点及应用等。钟表齿轮变速箱齿轮齿轮轴齿轮传动的特点P

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EE三、齿轮传动的特点齿轮传动依靠主动齿轮与从动齿轮的啮合传递运动和动力，与其他传动相比，齿轮传动有下列优点：两轮瞬时传动比（角速度之比）恒定。适用的圆周速度和传动功率范围较大。传动效率较高、寿命较长。能实现平行、相交、交错轴间传动。与其他传动相比，有下列缺点：1. 制造和安装精度要求较高，成本也高。2. 不适用于较远距离的运动和动力传动。齿轮传动的类型P

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UR四、齿轮传动的类型直齿外齿轮传动直齿内齿轮传动齿轮齿条传动斜齿轮传动人字形齿轮传动直齿锥齿轮传动四、齿轮传动的类型曲齿锥齿轮传动交错轴齿轮传动蜗杆蜗轮传动齿轮传动的分类P

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VE五、齿轮传动的分类齿轮转动两平行轴的圆柱齿轮传动两相交轴的圆锥齿轮传动两相错轴的圆柱齿轮传动直齿外啮合内啮合外啮合内啮合两圆柱齿轮啮合齿轮、齿条啮合两圆柱齿轮啮合齿轮、齿条啮合曲齿圆锥（准双曲面）主齿轮传动交错轴斜齿轮传动斜齿人字齿直齿斜齿曲齿五、齿轮传动的分类按齿轮传动的工作条件又可分为：开式齿轮传动：齿轮是外露的，结构简单，但由于易落人灰砂和不能保证良好的润滑，轮齿极易磨损，为克服此缺点，常加设简单的护罩。多用于农业机械、建筑机械以及简易机械设备中的低速齿轮。闭式齿轮传动：齿轮密闭于刚性较大的箱壳内，润滑条件好，安装精确，可保证良好的工作，应用较广。按齿面硬度又分为：软齿面（HBW≤350）齿轮传动。硬齿面（HBW>350）齿轮传动两类。硬齿面齿轮具有较长的使用寿命和承载能力，应用越来越多。齿轮传动的基本要求P

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X六、齿轮传动的基本要求01传动平稳即两轮瞬时传动比必须保持不变。否则，当主动轮以等角速度旋转时，从动轮将以变角速度旋转，存在角加速度，从而产生惯性力矩，将引起冲击、振动和噪声，降低齿轮的寿命。02承载能力高既要求齿轮尺寸小，重量轻，又要强度高、有足够的寿命。为使齿轮传动满足传动平稳并具有较高的承载能力，齿轮齿廓必须具有特定的形状，而且需要合理地选用材料及热处理方法和确定适当的结构尺寸。六、齿轮传动的基本要求齿轮作为机械传动元件，广泛应用于汽车、机床、纺织、风力发电、印刷、航空航天、冶金、化工、物流及电动工具等行业。其关键作用在于实现转矩和运动的高效传递，确保设备和生产过程的稳定运行。作用一：传递动力和运动。齿轮最基本的作用是传递动力和旋转运动。通过两个或多个相互啮合的齿轮，一个齿轮的动力和运动可以被传递到另一个齿轮，从而驱

动整个机械系统的工作。六、齿轮传动的基本要求作用二：改变旋转速度和扭矩。通过不同大小的齿轮组合，可以实现旋转速度的增减和扭矩的变换。大齿轮带动小齿轮可以增速减扭，而小齿轮带动大齿轮则可以减速增扭。这种特性使得齿轮传动在需要变速或变扭的机械设备中尤为重要。典型应用就是减速机，如右图：六、齿轮传动的基本要求作用三：改变旋转方向。通过设计齿轮的齿形和安装方式，可以实现旋转方向的改变。例如，两个相互啮合的斜齿轮或人字齿轮可以使输入轴的旋转方向在输出轴上得到反向。六、齿轮传动的基本要求作用四：实现远距离传动。在某些机械设备中，

由于空间布局或工作需求，需要实现远距离的传动。齿轮传动可以通过中间轴和多个齿轮的组合，实现动力的远程传递。六、齿轮传动的基本要求作用五：平稳传动和缓冲减振。齿轮传动具有平稳性好的特点因为齿轮齿间的啮合可以分担载荷并降低冲击。此外，通过设计齿轮的齿形和材质，还可以实现缓冲减振的效果，保护机械设备免受损害，。六、齿轮传动的基本要求作用六：精确传动。齿轮传动具有较高的传动精度，可以实现精确的转速比和位置控制。这在需要高精度传动的机械设备中尤为重要，如精密机床、测量仪器等。六、齿轮传动的基本要求作用七：实现多种运动形式。通过复杂的齿轮组合和机构设计，可以实现多种复杂的运动形式，如分度运动、间歇运动等。这使得齿轮传动在自动化设备和复杂机械系统中具有广泛的应用。六、齿轮传动的基本要求齿轮的应用——自行车齿轮在自行车中的作用传动：齿轮系统将脚踏板的运动转化为后轮的旋转运动，从而实现自行车的行驶。变速：通过变速器，骑行者可以根据地形和体能需求选择不同的齿轮组合。例如，在下坡时使用较高的齿轮可以加速，而在上坡时使用较低的齿轮可以减少踩踏阻力。齿轮系统的设计和工作原理自行车齿轮系统通常包括前链轮和后飞轮。前链轮有多个不同的齿数，后飞轮也有多个不同的齿数。通过组合不同的链轮和飞轮，可以获得不同的传动比，从而适应不同的骑行需求。例如，高档位适用于高速骑行，而低档位适用于爬坡或重载情况。六、齿轮传动的基本要求如图所示牛头刨床中的传动装置就是齿轮传动系统。摆动导杆机构的摆动运动是由小齿轮与大齿轮组成的齿轮传动驱动，主动件小齿轮带动大齿轮转动时，安装在大齿轮上的滑块随着大齿轮的转动带着摆动导杆机构作往复摆动。牛头刨床齿轮的失效形式P

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EN七、齿轮的失效形式（一）轮齿折断齿轮传动时，轮齿承受很大的载荷，根部产生弯曲应力，在长期循环载荷的作用下，当弯曲应力超过材料允许的疲劳强度极限时，轮齿的根部将出现疲劳裂纹，随着裂纹的扩大，导致整个齿根折断，这种折断称为疲劳折断。轮齿受到短时过载或冲击作用而引起的突然折断，称为过载折断。过载折断常出现在没有良好润滑条件的开式齿轮传动中。七、齿轮的失效形式（二）齿面疲劳点蚀齿轮传动时，若长期循环的交变应力超过材料的许用值，接触表面就会出现微小的疲劳裂纹，在充分润滑的条件下，进入裂纹的润滑液受到密封高压的作用，使齿面金属剥落而形成麻点状的凹坑，这种现象称为疲劳点蚀。齿面疲劳点蚀常出现在闭式齿轮的传动中，点蚀多发生在靠近节线的齿根面上。七、齿轮的失效形式（三）齿面磨损轮齿啮合表面落入金属屑，粉尘等物质，当润滑条件较差时，齿面材料被磨损，失去了渐开线齿廓的形状。齿面磨损常发生在润滑条件较差的开式齿轮传动中。七、齿轮的失效形式（四）齿面胶合相互啮合的金属齿面，在高速重载下表面压力和温度过高容易造成黏着，随着齿面的相对运动，较硬的齿面将较软的齿面撕成沟纹的现象，称为齿面胶合。高速和

低速重载的齿轮传动，容易发生齿面胶合。七、齿轮的失效形式（五）齿面塑性变形如果齿轮的齿面硬度不高，当低速重载，冲击载荷或频繁启动时，轮齿表面在切向摩擦力的相互作用下，主动轮的表面被拉出凹槽变形，从动轮的表面将被挤压出凸棱，破坏了正常的齿形，称为齿面塑性变形。T H I N K I N G思考齿轮传动有哪些类型以及哪些作用？《机械创新设计》3.带传动目录01.带传动的类型V带传动的张紧装置带传动的特点及应用带传动的类型PA

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E一、带传动的类型和应用（一）带传动的组成31n2n12F0F0F0F0主动轮1从动轮2环形带3（二）工作原理安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力托动从动轮一起同向回转。一、带传动的类型和应用类型摩擦型啮合型平皮带V

型带多楔带圆形带摩擦牵引力大摩擦牵引力大牵引力小，用于仪器同步带抗拉体一、带传动的类型和应用普通Ⅴ带窄Ⅴ带齿形V带多楔带平型带同步带一、带传动的类型和应用汽车发动机（同步带）汽车发动机（多楔带）拖拉机（普通V带）工业机器人关节（同步带）大理石切割机（平带）V带传动的张紧装置PA

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O二、V带传动的张紧装置（一）目的带传动经过一定时间使用后，由于塑性变形而松弛，使预紧力降低。为了保证带传动的能力，必须设置张紧装置。（二）常用方法（1）调整中心距；（2）加张紧轮二、V带传动的张紧装置（一）定期张紧装置二、V带传动的张紧装置（二）自动张紧装置利用张紧轮实现自动张紧带的自动张紧装置二、V带传动的张紧装置（三）加张紧轮注意张紧轮的布置：厚带（如V带）：为了避免带所受应力方向变化，张紧轮布置在带的内侧靠近大带轮处。薄带（如平带）：为了增大包角α1，张紧轮布置在带的外侧靠近小带轮处。带传动的特点及应用PA

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E三、带传动的特点及应用（一）优点传动平稳，噪音小（带的弹性，缓冲吸振）；具有安全保护作用（过载打滑）；结构简单，制造精度低，安装维护简便，成本低；可适应中心距较大的场合。三、带传动的特点及应用（二）缺点不能保证准确的传动比（同步带除外）；弹性滑动，摩擦损失，传动效率低；轴和轴承受力大；带的寿命较短。三、带传动的特点及应用（三）应用一般用于原动机输出轴的第一级传动（高速级）；传动比要求不准确的地方；多用于中小功率传动。带传动的类型，包括平带传动、V带传动、圆带传动、同步带传动等。每种类型都有其特定的应用场景和优缺点。介绍了V带传动的张紧装置，包括定期张紧装置、自动张紧装置和预张紧装置等。这些装置通过调整带的张紧程度来确保带与带轮之间的摩擦力始终保持在适当的范围内，从而避免传动过程中的滑动和打滑现象。总结了带传动的主要特点，同时列举了带传动在多种机械设备中的应用实例，更加了解带传动的特点和应用场景。T H I N K I N G思考讨论：1. 为什么一般机械中，V带比平带应用更广泛？2.

相同条件下，为什么V带传动能力大？《机械创新设计》4.链传动课

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介1.链传动简介2.套筒滚子链及链轮3.链传动的失效形式4.链传动的布置及润滑链传动PA

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E一、链传动简介01链条作为中间挠性件，靠链条与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。02适用于中心距较大而且要求平均传动比准确或工作条件恶劣的场合。03按工作性质的不同可以分为传动链、起重链、牵引链三种。一、链传动简介1.按链条的结构不同，传动链主要有传动用短节距精密滚子链和齿形链等类型。2.与齿轮传动相比，链传动的制造安装精度要求低；与带传动相比，无弹性滑动和打滑，平均传动比为常数，但工作时瞬时链速和瞬时传动比不是常数，传动平稳性较差。套筒滚子链及链轮PA

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O二、套筒滚子链及链轮（一）链条节距p外链节内链节节距越大，各组成元件的尺寸越大，链所能传递的功率也越大。二、套筒滚子链及链轮滚子链有单排和多排之分。多排链的承载能力与排数承正比。但由于制造和装配精度等影响，各排链受力不易均匀，故排数不宜过多。通常不超过三排，常用双排链。pt二、套筒滚子链及链轮滚子链已标准化链条长度以链节数Lp来表示，链节数最好取偶数3.滚子链接头形式：链号－

排数 ×

整链链节数标准编号如：08A-1×88GB/T

1243-19974.标记二、套筒滚子链及链轮（二）链轮滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合。链轮的基本参数是配用链条的节距p，套筒的最大外径d1，排距Pt和齿数z。链轮被链节距等分的圆称为分度圆，直径用d表示。二、套筒滚子链及链轮小直径链轮可制成实芯式中等直径链轮可制成孔板式直径较大的可设计成组合式套筒滚子链及链轮PA

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E三、链传动的失效形式变应力（一）链传动的失效形式1.链的疲劳破坏胶合在一定程度上限制了链传动的极限传动转速。链条静力拉断链轮齿面的过度磨损或过大的塑性变形2.链条铰链的磨损3.链条铰链的胶合链条的疲劳强度是决定链传动承载能力的主要因素。链传动的布置及润滑PA

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R四、链传动的布置及润滑（一）链传动的失效形式链传动一般应布置在铅垂面内，尽可能避免布置在水平或倾斜平面内。四、链传动的布置及润滑四、链传动的布置及润滑油浴或飞溅润滑（二）链传动的润滑滴油润滑四、链传动的布置及润滑压力喷油润滑01.简要介绍了链传动的基本特点以及链传动的优缺点。02.对链传动的基本零件滚子链及链轮分别介绍了其标准化形式以及使用场合。03.简述了链传动失效的几种基本形式以及在使用过程中各链传动失效的特点。04.简要介绍了链传动布置的几种特征以及使用条件，同时介绍了链传动润滑的几种基本形式。T H I N K I N G思考针对模型和工程实例，讨论带传动和链传动的工作特点、应用场合。简述链传动的几种失效形式，并根据生活或工程实际案例举例说明各种失效形式的出现原因。针对链传动的布置形式和润滑方法，分别举例说明生活中使用链传动（不同的布置形式和润滑方法）的应用场所。《机械创新设计》5.轮

系目录01.轮系简介轮系的类型轮系的应用轮系简介PA

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E一、轮系简介主动轮从动轮一、轮系简介12小时i=

12i=

720时针：1圈分针：12圈i=

60秒针：720圈一、轮系简介需要解决的问题：变速、换向一、轮系简介轮系的作用由一系列彼此啮合的齿轮组成的传动机构，用于原动机和执行机构之间的运动和动力传递。轮系的类型PA

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O二、轮系的类型轮系分类复合轮系（两者混合）周转轮系（轴有公转）

行星轮系（F=1）

（一）轮系用一系列互相啮合的齿轮将主动轴和从动轴连接起来，这种多齿轮的传动装置称为轮系。平面定轴轮系定轴轮系（轴线固定）空间定轴轮系

差动轮系（F=2）

二、轮系的类型（二）定轴轮系轮系在运转过程中，

如果每个齿轮的几何轴线位置相对于机架均是固定不动的，这种轮系称为定轴轮系。二、轮系的类型（三）周转轮系轮系运转时，如果至少有一个齿轮的轴线位置相对于机架的位置是变动的，这种轮系称为周转轮系。二、轮系的类型（四）复合轮系在机械传动中，常将由定轴轮系和周转轮系或由两个以上的周转轮系构成的复杂轮系称为复合轮系（或混合轮系）。轮系的应用PA

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E三、轮系的应用01.获得较大的传动比，而且结构紧凑。一对齿轮：i<8，轮系的传动比i可达10000。02.实现分路传动，如钟表时分秒针；结构超大、小轮易坏𝒊𝟏𝟐=

𝟔21三、轮系的应用03.换向传动车床走刀丝杠三星轮换向机构转向相反转向相同三、轮系的应用04.实现变速传动移动双联齿轮使不同齿数的齿轮进入啮合可改变输出轴的转速。三、轮系的应用汽车齿轮变速箱——当拨动齿轮到不同的位置，便可得到四种不同的输出转速：输入

输出当离合器A与B接合时，汽车以高速前进；当4与3啮合时，汽车以中速前进；当6与5啮合时，汽车以低速前进；当6与8啮合时，汽车以最低速倒车。01.

获得较大的传动比，而且结构紧凑。一对齿轮：i<8，轮系的传动比i可达10000。实现分路传动，如钟表时分秒针；换向传动实现变速传动运动合成（两输入一输出）运动分解（一输入两输出）周转轮系可实现T H I N K I N G思考讨论：轮系可以分为哪些主要类型，每种类型的特点是什么？定轴轮系、周转轮系和复合轮系之间有何主要区别？轮系在哪些领域有广泛应用？请举例说明。《机械创新设计》典型机械结构及传动方式——6.连杆机构的类型及演化第二章课

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介第1节

平面连杆机构的基本形式和性质第2节

平面四杆机构的演化型式第3节

曲柄存在条件平面连杆机构的基本形式和性质PA

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E一、平面连杆机构的基本形式和性质定义平面连杆机构是由若干个刚性构件通过低副联接而成的机构，又称为平面低副机构。特征有一作平面运动的构件，称为连杆。平面连杆机构的优点：① 采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。② 结构简单，加工方便，构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的，所以构件工作可靠。③ 可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求。④ 利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求。一、平面连杆机构的基本形式和性质平面连杆机构的基本类型两杆机构：最简单的平面连杆机构，可动构件1个，输入构件=输出构件，无运动形式的转换三杆闭环：不是机构，静定桁架四杆闭环：构件数最少，且有运动转换功能平面连杆机构的基本型式——平面四杆机构一、平面连杆机构的基本形式和性质曲柄连杆连架杆连架杆机架1234ABCD摇杆（一）平面四杆机构的基本类型基本型式——铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演变得到的。名词解释机架—固定不动的构件（AD）；⚫⚫⚫⚫连架杆—与机架相联的构件（AB、CD）；连杆—不与机架相联的构件（BC）；曲柄—作整周定轴回转的连杆架；摇杆—作定轴摆动的连杆架；一、平面连杆机构的基本形式和性质三种基本型式：01. 曲柄摇杆机构特征：曲柄＋摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线、缝纫机踏板机构。B 1AC234 D雷达天线俯仰机构曲柄主动缝纫机踏板机构摇杆主动一、平面连杆机构的基本形式和性质三种基本型式：双曲柄机构特征：两个曲柄作用：将等速回转转变为等速或变速回转。如如惯性筛（变速运动）、

平行四边形机构等。ABDC1234E6惯性筛一、平面连杆机构的基本形式和性质平行四边形机构的特征两曲柄等长且平行，连杆作平动；即：两曲柄转向相同，角速度相等，传动比相等，可以作为传动机构，实现定传动比传动。如火车轮、天平机构等。AB CDB’

C’AB=CDBC=AD火车轮天平机构一、平面连杆机构的基本形式和性质三种基本型式：03. 双摇杆机构双摇杆机构就是两连架杆均是摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。机构中两摇杆可以分别为主动件。特征：两个摇杆。起重机构飞机起落架平面四杆机构的演化型式PA

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O二、平面四杆机构的演化型式（一）改变构件的形状和运动尺寸φss=lsin

φ曲柄摇杆机构曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构双滑块机构正弦机构二、平面四杆机构的演化型式CA01. 曲柄滑块机构B曲柄滑块机构对心式曲柄滑块机构CAB转动导杆机构二、平面四杆机构的演化型式01. 曲柄滑块机构CAB曲柄摇块机构BCAB移动导杆机构二、平面四杆机构的演化型式曲柄滑块机构偏心轮机构02. 改变运动副的尺寸扩大转动副尺寸偏心轮机构03. 选不同的构件为机架341A2BC341A2BC曲柄滑块机构3.1导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构二、平面四杆机构的演化型式3.2摇块机构34A2B1C34A2B1C曲柄滑块机构自卸卡车举升机构应用实例A 12 B4C 3应用实例14 A2 B3C应用实例4

A

φ 12

B3C应用实例1C3A42

Bφ这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为——机构的倒置。改变一个机构的机架，虽然机构各构件之间的相对运动关系没有改变，但是机构的运动和动力特性却发生很大变化。所以，机架变换是机构创新设计的重要手段之一。曲柄存在条件PA

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E三、曲柄存在条件当Lmax+

Lmin

≤

L（其余两杆长度之和）时最短杆是连架杆之一最短杆是机架最短杆是连杆——曲柄摇杆机构——双曲柄机构——双摇杆机构最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。（杆长之和条件，必要条件）最短杆是连架杆或机架。（（最短杆条件，充分条件）最短杆参与构成的转动副都是整周转动其余均为摆转推论1：

推论2：当Lmax+Lmin＞L（其余两杆长度之和）时——双摇杆机构铰链四杆机构的类型是由其各杆长度的相对尺寸和哪个杆作为机架决定的。机构的演化、变异与创新设计为了满足相对运动要求或具体结构状况，构件形状必须进行形状的变异。避免运动构件的运动干涉，必须进行构件形状的变异。如采用曲柄滑块机构作为公交车门的启闭机构，曲柄有时和其他部件发生干涉，这是就需要把曲柄形状做成弯杆，如图示。T H I N K I N G思考四杆机构有哪些类型以及哪些应用场合？《机械创新设计》7.滚动轴承目录01.滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的代号滚动轴承的润滑滚动轴承的基本类型和特点PA

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E一、滚动轴承的基本类型和特点滚动轴承的组成：外圈、内圈、滚动体、保持架。各零件的作用：内圈：支撑轴；外圈：支撑零件或轴系；滚动体：滑动→滚动；保持架:

将滚动体分开。滚动轴承的材料要求：硬度和接触疲劳强度↑

、耐磨性和冲击韧性↑用含铬合金钢制造，

经热处理后硬度达：61~65HRC。工作表面需经磨削或抛光。一、滚动轴承的基本类型和特点α=

0˚优点：摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、和易于互换等。缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。滚动轴承 标准化设计人员的主要任务是：熟悉标准，正确选用接触角：滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角称为公称接触角。接触角

↑

→轴向承载能力

↑各类轴承的公称接触角轴承类型公称接触角向心轴承推力轴承径向接触角接触轴向接触角接触0˚

<α<45˚αα=

90˚α45˚

<α<90˚α图例（以球轴承为例）一、滚动轴承的基本类型和特点轴承类型按载荷方向分按滚动体形状分向心轴承推力轴承球轴承圆柱滚子圆锥滚子球面滚子滚子轴承滚针分类：一、滚动轴承的基本类型和特点几点说明：承载能力滚子轴承≈(1.5~3)球轴承；大载荷 采用滚子轴承当d

≤20mm时，两者承载能力接近，宜采用球轴承。α=

0˚

→滚动体为滚子，则只能承受径向载荷；若滚动体为球，可承受一定的轴向载荷。0˚<α<45˚→承受径向载荷为主；45˚

<α<90˚→承受轴向载荷为主；α=

90˚

→只能承受轴向载荷。02. 极限转速转速过高→温度↑→润滑失效→滚动体回火或胶合破坏。极限转速----滚动轴承在一定载荷与润滑条件下，允许的最高转速。一、滚动轴承的基本类型和特点几点说明：调心轴承θ角偏差轴承由于安装误差或轴的变形等都会引起内外圈中心线发生相对倾斜。其倾斜角称为角偏差。角偏差

↑

→影响轴承正常运转。可采用调心轴承。滚针轴承对轴线倾斜最敏感，应尽可能避免在轴线有倾斜的情况下使用。滚动轴承的代号PA

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O二、滚动轴承的代号滚动轴承代号的排列顺序前置代号基本代号后置代号成套轴承分部件代号类型代号或加尺寸系列代号宽（高）度系列代号直径系列代号：注 代表字母； 代表数字前置代号----成套轴承分部件代号（参阅机械设计手册）。基本代号：表示轴承的基本类型、结构和尺寸。

后置代号----表示补充轴承的某些特殊属性或要求。二、滚动轴承的代号滚动轴承代号的排列顺序前置代号基本代号后置代号成套轴承分部件代号类型代号或加尺寸系列代号宽（高）度系列代号直径系列代号内径代号----基本代号左起第四、五位。轴承的内径代号内径代号0001020304~99轴承内径尺寸mm10121517数字 5二、滚动轴承的代号轴承类型代号含义示例角接触球轴承BCACα=40˚α=15˚α=25˚7210B7005C7210AC圆锥滚子轴承B接触角α加大32310BE加强型NU207E轴承内部结构常用代号二、滚动轴承的代号公差等级代号代号省略/P6/P6X/P5/P4/P2公差等级符合标准的0级6级6x级5级4级2级示例62036203/P630210/P6x6203/P56203/P46203/P2注：公差等级中0级最低，向右依次增高，2级最高。二、滚动轴承的代号实例：说明滚动轴承62203和7312AC/P6的含义6 2 2 03轴承内径

d=17mm直径系列代号，2（轻）系列宽度系列代号，2（宽）系列深沟球轴承7 (0) 3 12AC/

P6公差等级6级公称接触角α=25˚轴承内径

d=12×5=60mm直径系列代号，3（中）系列宽度系列代号，0（窄）系列，代号为0，不标出角接触球轴承滚动轴承的润滑PA

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E三、滚动轴承的润滑润滑目的--减小摩擦、减轻磨损，吸振、降温、降噪。密封目的--防止灰尘、水分进入轴承，阻止润滑剂流失。滚动轴承的润滑润滑剂润滑脂润滑油---

常用---

高速、高温固体润滑剂用速度因素𝒅𝒏值作为选择润滑剂的条件：当𝒅𝒏

<

(𝟏.

𝟓~𝟐)

×𝟏𝟎𝟓𝒎𝒎

·𝒓/𝒎𝒊𝒏

时，采用脂润滑，否则用油润滑。脂润滑优点：不容易流失、便于密封和维护，充填一次，可运转较长时间。油润滑优点：摩擦阻力小、能散热，可在高速、高温环境下使用。介绍了滚动轴承的组成以及各零件的作用，包括对滚动轴承的结构特点也做了说明。说明了滚动轴承代号的含义，包括前置代号、基本代号和后置代号，同时也举例说明了不同滚动轴承的代号。阐述了滚动轴承的润滑的目的以及润滑的必要性，包括润滑方式的选择以及不同润滑方式的优点。T H I N K I N G思考滚动轴承由哪几部分组成，各部分代表的含义？请解释滚动轴承62304以及7210AC的含义？滚动轴承的润滑方式有哪几种？各种润滑方式的优点是什么？《机械创新设计》8.螺纹联接课

程

简

介螺纹参数螺纹联接的预紧防松方法螺纹参数PA

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E螺纹参数（一）螺纹的形成螺旋线形成 螺纹形成螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹参数螺纹的分类按螺纹的牙型分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹 左旋螺纹单线螺纹 多线螺纹外螺纹 内螺纹联接螺纹 传动螺纹圆柱螺纹 圆锥螺纹螺纹参数（二）螺纹的主要几何参数大径d（查标准）小径d1

（强度计算）中径d2

（几何计算）螺距P导程L L=

nP6. 螺纹升角ψ tanψ=𝐧𝐏𝛑𝐝𝟐牙型角α牙侧角β（牙型半角）ψLπd2βαβd1d2ψLPP/2

P/2螺纹联接的预紧PA

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O螺纹联接的预紧增加联接的可靠性和紧密性为什么要预紧？01. 螺母拧紧时的受力1 螺纹阻力矩𝑑22𝑇1=𝐹0tan(𝜓+𝜑𝑣)

⋅2 支撑面阻力矩𝑇2

=

0 0

𝐹0𝑓𝑐1 𝐷3−

𝑑3300𝐷2−

𝑑23 拧紧力矩T=T1+T2=

FL螺纹联接的预紧保证联接的可靠和紧密防止拧断螺栓为什么要控制预紧力？02. 控制预紧力的方法1 测力矩扳手2 支撑面阻力矩3 测量螺栓伸长量控制预紧力的精度比较高防松方法PA

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E防松方法联接螺纹满足自锁条件，为什么要防松？联接用螺纹的自锁是通过摩擦来实现的𝑓𝜓≤𝜑v=arctancos

𝛽实际工作时，由于载荷有变化、有振动冲击、工作温度变化等因素，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬间消失，这种现象多次重复后，就会使联接松脱，因此，需要采取防松措施。防松方法（一）摩擦防松双螺母防松防松原理防松方法（一）摩擦防松弹簧垫圈防松靠弹簧垫圈的弹簧力弥补振动冲击等造成的压力减小；靠弹簧垫圈开口的尖顶顶住螺母底面，阻止螺母松脱。防松方法（二）机械防松开口销与六角开槽螺母防松防松方法