《机械基础（非机械类）（第二版）》课件 模块1-3 常用金属材料与热处理-常用机械传动

常用金属材料与热处理模块一1课题一常用金属材料课题二钢的热处理2课题一常用金属材料3学习目标1.了解常用金属材料力学性能的含义和性能指标。2.熟悉常用金属材料的种类、特点和应用。3.能识读常用金属材料的牌号。4.能正确选用金属材料。4课题引入金属材料制成的机械零件在工作中要受到各种外加载荷的作用。如图所示为车床主轴，该主轴是车床上重要的结构零件，用来支承旋转零件，并通过旋转运动传递动力和运动，工作时主要承受较大的交变弯扭载荷、冲击载荷和摩擦。因而要求金属材料必须具备抵抗外力作用而不破坏的能力。金属材料抵抗外力的能力称为金属材料的力学性能。力学性能是保证零件正常工作和具有一定使用寿命的主要方面，所以选用金属材料的主要依据是其力学性能。本课题学习金属材料的力学性能、常用金属材料的特性和用途等基本知识。56车床主轴a）实物图b）主轴简图知识讲解7一、金属材料的力学性能

金属材料的力学性能一般包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。常用金属材料力学性能的含义和性能指标见下表。常用金属材料力学性能的含义和性能指标8常用金属材料力学性能的含义和性能指标9常用金属材料力学性能的含义和性能指标二、常用金属材料常用金属材料一般都是合金。所谓合金，是指由一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特征的材料。常用的金属材料主要有非合金钢、合金钢、铸铁、有色金属等，它们具有优良的性能，是工业领域的主要材料。101.非合金钢非合金钢又称碳素钢，是指钢中各元素含量低于规定值的铁碳合金，其含碳量为0.0218%~2.11%，冶炼容易，价格低廉，性能可满足一般工程构件、普通机械零件和工具的使用要求，在工业中应用广泛。非合金钢按照用途不同可分为碳素结构钢和碳素工具钢，其常用牌号、牌号表示方法、主要性能和用途见下表。1112非合金钢的常用牌号、牌号表示方法、主要性能和用途13非合金钢的常用牌号、牌号表示方法、主要性能和用途2.合金钢在非合金钢的基础上，为改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或几种合金元素的钢称为合金钢。常加入的合金元素有锰、铬、镍、硅、铝、硼、钨、钒、钛和稀土元素等。合金钢按用途不同分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢三大类，它们的常用牌号、牌号表示方法、主要性能和用途见下表。1415合金钢的常用牌号、牌号表示方法、主要性能和用途16合金钢的常用牌号、牌号表示方法、主要性能和用途3.铸铁铸铁是一种铁碳合金，一般含碳量为2.0%~4.5%，并含有较多的硅、锰、硫、磷等元素。铸铁的力学性能不如钢，但具有良好的铸造性、减振性、耐磨性和切削加工性等，且生产容易，价格低廉，因此在工业生产中应用广泛。根据铸铁中碳的存在形式不同，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁三类。其中，白口铸铁和麻口铸铁因其硬度高、脆性大，很少被应用，工业上所用的铸铁几乎都属于灰口铸铁。灰口铸铁的常用牌号、牌号表示方法、特点和应用见下表。1718灰口铸铁的常用牌号、牌号表示方法、特点和应用19灰口铸铁的常用牌号、牌号表示方法、特点和应用4.有色金属有色金属的产量和使用量虽不及黑色金属，但它具有密度小、导电性和导热性好、耐腐蚀等许多特殊的性能，因而成为现代工业中不可缺少的金属材料。最常用的有色金属为铜及铜合金、铝及铝合金。（1）铜及铜合金1）纯铜。纯铜外观呈紫红色，故又称紫铜。工业纯铜的牌号表示为“T+顺序号”

。顺序号越大，纯度越低。常用工业纯铜的牌号、特性与用途见下表。2021常用工业纯铜的牌号、特性与用途2）铜合金。铜合金有黄铜、青铜和白铜三类，黄铜是以锌为主加元素的铜合金，白铜是以镍为主加元素的铜合金，青铜是除黄铜和白铜以外的铜合金。常用的是黄铜和青铜。铜合金的常用牌号、牌号表示方法和应用见下表。2223铜合金的常用牌号、牌号表示方法和应用（2）铝及铝合金1）纯铝。工业纯铝的常用牌号、特性与用途见下表。24工业纯铝的常用牌号、特性与用途2）铝合金。常用的铝合金有防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金、铸造铝合金等。铝合金的常用牌号和应用见下表。25铝合金的常用牌号和应用26铝合金的常用牌号和应用课题二钢的热处理27学习目标1.掌握钢的常用热处理工艺及其用途。2.能说明简单零件的热处理工艺过程。28课题引入如图所示为常见机械零件中的齿轮、圆柱销和连杆。在实际工作中，齿轮、连杆是主要的受力构件，需要兼具表面硬度和心部韧性，以保证良好的综合力学性能；圆柱销在工作中需经常装拆，要求具有较高的强度和硬度。为了获得这些综合力学性能，通常要对金属材料进行热处理。29常见机械零件a）齿轮b）圆柱销c）连杆钢的热处理是指通过钢在固态下加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺。它包括加热、保温和冷却三个阶段，其工艺曲线如图所示。通过热处理的方法，能使机械零件改变其内部组织，从而改变其力学性能，以满足性能要求。30热处理工艺曲线知识讲解31一、钢的退火工艺：将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理方法。常用的退火方法：完全退火、球化退火和去应力退火。用途：完全退火主要用于中碳钢及低、中碳合金结构钢的铸件、锻件和焊接件等；球化退火主要用于碳素工具钢、合金工具钢等；去应力退火主要用于去除铸造、锻造、焊接及切削加工过程中的内应力。二、钢的正火工艺：将钢加热到适当温度，保温一定时间后，在空气中冷却的热处理方法。用途：对于低、中碳钢和低碳合金钢，正火后可以获得合适的硬度，改善切削加工性能；对于高碳钢，正火可以改善碳的存在形式，为球化退火做组织准备。32三、钢的淬火工艺：将钢加热到适当温度，保温一定时间后，快速冷却的热处理方法。用途：淬火是强化钢的最重要的热处理方法。33四、钢的回火工艺：将淬火后的钢加热到适当温度，保温一定时间后，再冷却到室温的热处理方法。钢淬火后一般很少直接使用，都要进行回火。回火有低温回火、中温回火和高温回火三种。生产中常把淬火和高温回火的复合热处理工艺称为调质。用途：低温回火主要用于各种工具和要求硬而耐磨的零件；中温回火主要用于弹性零件和热锻模具等；调质主要用于各种重要的结构零件。34五、钢的表面淬火表面淬火是表面热处理中最常用的方法。工艺：仅对钢的表层进行淬火的热处理方法。用途：主要用于中碳钢和中碳合金钢，以提高其表层的硬度和耐磨性。35六、钢的化学热处理工艺：将钢件置于适当温度的某种介质中，保温一定时间，使介质中的一种或几种元素渗入钢件表层，以改变其表层的化学成分和组织，从而改善钢件表层性能的热处理方法。常用的化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗等。用途：化学热处理能使钢的表层与内部得到不同的化学成分和组织，以调整其使用性能。36常用机构模块二37课题一铰链四杆机构课题二凸轮机构38课题三间歇运动机构课题一铰链四杆机构39学习目标1.掌握铰链四杆机构的基本类型及其运动特性。2.了解铰链四杆机构的演化形式。3.学会判别铰链四杆机构的基本类型。40课题引入如图a所示为汽车雨刮的结构图。启动雨刮可以刮除附着于车辆风窗玻璃上的雨水和灰尘，改善驾驶者的视野，保证行车安全。本课题将认识铰链四杆机构，了解雨刮连续摆动的运动原理。41汽车雨刮a）汽车雨刮的结构图b）汽车雨刮的运动机构简图1—电动机2—摇臂3—拉杆4—刮水片架5—刮水片如上图b所示为汽车雨刮的运动机构简图，可看出杆AB、BC、CD，固定点

A

和

D组成了铰链四杆机构。该机构工作时，A

点和

D

点为固定点，电动机带动杆AB

绕

A

点旋转，通过连杆

BC

带动杆

CD

实现左右摆动，完成雨刮的刮水动作。这一机构的高效运作，正是基于铰链四杆机构独特的运动特性。那么该机构的运动特性究竟有哪些?除了这一经典形式，铰链四杆机构中还存在哪些其他类型?它们的运动规律又有何不同?42知识讲解43一、铰链四杆机构的定义

平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副或移动副相互连接而成，在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。平面连杆机构能够实现某些较为复杂的平面运动，用于传递并改变运动形式。最常用的平面连杆机构是具有四个构件

的机构，称为平面四杆机构。构件间以四个转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构。如上图所示的汽车雨刮便采用了铰链四杆机构。二、铰链四杆机构的组成、基本类型及运动特性1.铰链四杆机构的组成在铰链四杆机构中，固定不动的构件称为机架，如上图b中的

AD；机构中不与机架相连的构件称为连杆，如上图b中的构件

BC；构件中与机架相连的构件称为连架杆，如上图b中的构件

AB、CD。能做整周转动的连架杆称为曲柄，不能做整周转动的连架杆称为摇杆。在上图b中，构件AB

为曲柄，构件

CD

为摇杆。442.铰链四杆机构的基本类型和运动特性铰链四杆机构一般分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种基本类型。铰链四杆机构的基本类型和运动特性见下表。45铰链四杆机构的基本类型和运动特性46铰链四杆机构的基本类型和运动特性三、铰链四杆机构基本类型的判别方法铰链四杆机构三种基本类型的判别方法如下。1.若最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则:（1）取最短杆为连架杆之一时，构成曲柄摇杆机构，如下表中图a所示。（2）取最短杆为机架时，构成双曲柄机构，如下表中图b所示。（3）取最短杆为连杆时，构成双摇杆机构，如下表中图c所示。4748

铰链四杆机构三种基本类型的判别方法

(AB

为最短杆、

AD

为最长杆)49铰链四杆机构三种基本类型的判别方法

(AB

为最短杆、

AD

为最长杆)2.若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则无论以哪一个构件为机架，都只能构成双摇杆机构，如上表中图d所示。四、铰链四杆机构的演化形式在生产实践中，除铰链四杆机构的三种基本形式外，还广泛采用其他形式的四杆机构，一般是通过改变铰链四杆机构中某些构件的形状、相对长度或选择不同构件作为机架等方式演化而来的。1.曲柄滑块机构将曲柄摇杆机构中的摇杆用做往复运动的滑块代替，曲柄摇杆机构就演化成了曲柄滑块机构，其演化过程如图所示。5051曲柄滑块机构的演化过程a）曲柄摇杆机构b）具有曲线导轨的曲柄滑块机构c）偏置曲柄滑块机构d）曲柄滑块机构1—曲柄2—连杆3—摇杆（滑块）4—机架下表列出了几个曲柄滑块机构的运动实例分析。52曲柄滑块机构运动实例分析53曲柄滑块机构运动实例分析2.导杆机构连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆机构。导杆机构可以看作在曲柄滑块机构中选取曲柄作为机架演化而成。如图a所示为曲柄滑块机构，若将其中的构件2′作为机架，构件3′作为曲柄，则演化为转动导杆机构，如图b所示。此时构件2为机架，构件3为曲柄。当曲柄3转动时，构件1绕A

点转动，滑块4沿构件1滑动。由于构件1对滑块4起导向作用，故构件1称为导杆，这种机构称为转动导杆机构。5455

导杆机构的演变a）曲柄滑块机构b）转动导杆机构1′—机架2′—曲柄3′—连杆4′—滑块1—导杆2—机架3—曲柄4—滑块如图所示为牛头刨床的主运动机构。其中，刨刀的左右切削运动由摆动导杆机构实现，主动件2做等速旋转，从动件4做往复摆动，通过滑块5带动滑枕6和刨刀做往复直线运动，完成刨削加工。56牛头刨床的主运动机构a）立体图b）机构运动简图1—机架2—主动件（曲柄）3、5—滑块4—从动件（导杆）6—滑枕课题二凸轮机构57学习目标1.掌握凸轮机构的组成、特点和分类。2.掌握凸轮机构中从动件的端部形状。3.了解凸轮机构的工作过程。4.熟悉凸轮机构中从动件的常见运动规律。5.学会分析内燃机配气机构的组成和从动件的运动规律。58课题引入如图所示为内燃机配气机构。内燃机工作时，为了持续地工作，每一个工作循环都必须将废气排出气缸，并及时吸入新鲜空气，以保证充分换气。内燃机配气机构简图如图b所示。图中凸轮、气门杆和机架构成凸轮机构。气门杆运动规律的实现完全取决于凸轮轮廓的曲线形状。该机构工作时，凸轮按逆时针方向旋转，当凸轮的曲线轮廓

ABC部分

与气门杆的平底接触时，气门关闭不动；当凸轮的曲线轮廓AD

部分

与气门杆的平底接触时，气门开启；当凸轮的曲线轮廓

DC

部分

与气门杆的平底接触时，气门关闭。5960

内燃机配气机构a）立体图b）机构简图1—凸轮2—从动件（气门杆）3—机架凸轮机构与前面学过的连杆机构相比，有哪些特点?常见的凸轮机构有哪些类型?主要应用在什么场合?从动件的常见运动规律又有哪些?知识讲解61一、凸轮机构的组成、特点和分类1.凸轮机构的组成凸轮机构由凸、从动件和固定机架三个基本构件组成，如图所示。其中，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常做等速转动或移动。凸轮机构通过高副接触，使从动件得到预期的运动规律。凸轮机构1—凸轮2—从动件3—固定机架2.凸轮机构的特点（1）凸轮机构的优点能使从动件获得较复杂且准确的运动规律，而且结构简单、紧凑。（2）凸轮机构的缺点凸轮与从动件间为高副接触，易磨损，因而不能承受很大的负荷；从动件的行程不宜过大，否则会使凸轮尺寸变化过大，机构变得笨重；凸轮精度要求较高，制造困难。623.凸轮机构的分类和从动件端部形状（1）凸轮机构的分类凸轮机构的种类很多，按凸轮形状不同，可分为盘形凸轮机构、移动凸轮机构、圆柱凸轮机构和端面圆柱凸轮机构，其特点和应用见下表。63凸轮机构的类型、特点和应用64凸轮机构的类型、特点和应用（2）从动件端部形状从动件端部形状主要有尖顶、滚子、平底和曲面等，其特点和应用见下表。65从动件端部形状、特点和应用66从动件端部形状、特点和应用二、凸轮机构的工作过程凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮做等速旋转运动，从动件做往复移动。下表所列为对心外轮廓盘形凸轮机构的工作过程。凸轮旋转时，从动件做

“升—停—降—停”

的运动循环。下面以此机构为例，研究从动件的运动过程和特点。67对心外轮廓盘形凸轮机构的工作过程68对心外轮廓盘形凸轮机构的工作过程三、凸轮机构中从动件常见运动规律分析从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓曲线。凸轮机构中从动件常见运动规律有等速运动规律和等加速、等减速运动规律。1.等速运动规律等速运动规律（见下图）是指从动件在上升过程或下降过程中其速度保持不变的运动规律。从下图b所示从动件的位移曲线可以看出，从动件位移与凸轮转角成正比关系，其位移曲线为一条斜线。6970

等速运动规律a）等速运动的盘形凸轮机构b）从动件的位移曲线2.等加速、等减速运动规律如图所示，从动件运动的整个升程在前半段做等加速上升，后半段做等减速上升；整个回程在前半段做等加速下降，后半段做等减速下降。这种运动规律称为等加速、等减速运动规律。在一个运动循环中，从动件的运动速度逐步增大又逐渐减小，避免了运动速度的突变，改善了从动件在速度转折点处的惯性冲击，但仍存在一定程度的冲击。这种运动规律适用于凸轮转速较高或从动件质量较大的场合。7172等加速、等减速运动规律a）等加速、等减速运动的盘形凸轮机构b）从动件的位移曲线课题三

间歇运动机构73学习目标1.掌握常见间歇运动机构的组成、类型和特点。2.理解常见间歇运动机构的形式。3.能判断间歇运动机构的基本类型。74课题引入自行车是生活中最常见的交通工具之一，如图a所示。在骑行过程中，向前蹬踏板时，自行车前行；当不蹬踏板时，自行车仍惯性向前行驶，这时链轮的停止或反转都对自行车的前行没有影响。75

自行车a）实物图b）飞轮机构原理图1—小链轮（棘轮）2—千斤簧3—千斤（棘爪）4—后轴5—芯子6—链条上图b所示为自行车飞轮机构原理图。自行车后轴上安装的飞轮机构为内啮合齿式棘轮机构，小链轮的内圈具有棘齿，千斤安装在芯子上，芯子与后轮连为一体。当链条带动小链轮顺时针转动时，小链轮内侧的棘齿通过棘爪带动芯子顺时针转动，驱动自行车前行；当自行车下坡或脚不蹬踏板时，小链轮不动，但由于自行车惯性的作用，芯子仍按原方向转动，此时棘爪在棘轮齿背上滑过，自行车继续前行。这种能够将主动件的连续运动转换成从动件有规律的运动和停歇的机构称为间歇运动机构。本课题将认识间歇运动机构，掌握棘轮机构和槽轮机构的工作原理。76知识讲解77一、棘轮机构1.棘轮机构的组成与工作原理如图所示，棘轮机构主要由棘轮、驱动棘爪、止回棘爪等组成。棘轮机构1—摇杆2—驱动棘爪3、5—弹簧4—棘轮6—止回棘爪7—主动曲柄2.棘轮机构的类型棘轮机构的类型很多，按照工作原理不同，可分为齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构两种。齿式棘轮机构有外啮合式、内啮合式两种，见下表。7879齿式棘轮机构的常见类型80齿式棘轮机构的常见类型摩擦式棘轮机构有外摩擦式、内摩擦式两种，见下表。81摩擦式棘轮机构的常见类型3.棘轮机构的特点（1）棘轮机构结构简单，容易制造，运动可靠，常用作防止转动件反转的附加保险机构。（2）棘轮的转角和动停时间比可调，常用于机构工况经常改变的场合。（3）由于齿式棘轮机构的棘轮是在驱动棘爪的突然撞击下启动的，在接触瞬间理论上是刚性冲击，工作平稳性较差，且产生较大的振动和较高的噪声。（4）当需要无级调节棘轮的转角时，则应采用摩擦式棘轮机构。摩擦式棘轮机构的优点是转角大小的变化不受轮齿限制，在一定范围内可任意调节转角，传动平稳，无噪声，动程可无级调节。82二、槽轮机构除棘轮机构外，槽轮机构也可实现间歇运动。槽轮机构的常见类型见下表。83槽轮机构的常见类型84槽轮机构的常见类型槽轮机构的优点：结构简单，转位方便，工作可靠，传动平稳性好，能准确控制槽轮转角。槽轮机构的缺点：转角的大小受到槽数限制，不能调节；在槽轮转动的始末位置处机构存在冲击现象，且随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不适用于高速场合。85常用机械传动模块三8687课题一带传动课题二螺纹基本知识课题三螺旋传动课题四链传动课题五直齿圆柱齿轮传动课题六其他常用齿轮传动课题七蜗杆传动课题八轮系课题一带传动88学习目标1.掌握带传动的传动比、类型和应用特点。2.掌握V带的结构、型号及标记。3.了解V带传动主要参数的计算方法。4.学会V带的正确使用和张紧方法。89课题引入带传动是机械传动中重要的传动形式之一，如图所示为带传动在台式钻床中的应用。90带传动在台式钻床中的应用如图所示为带传动原理图。当电动机带动主动带轮旋转时，主动带轮依靠带与带轮接触面间的摩擦力带动从动带轮一起转动，从而实现了运动和动力的传递。在生产和生活实际中，V带传动的应用最为广泛。V带传动由主动带轮、从动带轮和张紧在两带轮上的环形带组成。台式钻床的两带轮上都具有多个轮槽，V带在不同的轮槽中，可输出不同的转速供加工使用。91带传动原理图1—主动带轮2—从动带轮3—带带传动是靠带与带轮接触面间的摩擦来实现运动和动力传递的，怎样才能保证带和带轮间的可靠接触与较大摩擦呢?与带轮相比，带更易损坏、失效，需经常更换，其截面尺寸、长度已经标准化、系列化，那么常用带的型号有哪些?应如何正确选用及维护呢?92知识讲解93一、带传动的传动比、类型和应用特点1.带传动的传动比传动比

i是指主动带轮转速

n1

与从动带轮转速

n2

之比。如果不计带与带轮间打滑因素的影响，那么带传动的传动比计算公式如下:式中n1

、n2———主动带轮、从动带轮的转速，r/min。2.带传动的类型带传动分为摩擦型和啮合型两大类。常用带传动的类型、特点和应用见下表。94常用带传动的类型、特点和应用95

常用带传动的类型、特点和应用3.带传动的应用特点（1）带传动的优点1）适用于中心距较大的传动。2）带具有良好的挠性，传动平稳，噪声低，可缓冲、吸振。3）过载时，带与带轮间打滑，可防止其他零件损坏。4）结构简单，制造、安装及维护较方便，且成本较低。96（2）带传动的缺点1）带传动的外廓尺寸较大。2）需要张紧装置。3）由于带与带轮之间存在滑动现象，传动时不能保证准确的传动比，传动效率较低。4）带的使用寿命一般较短。5）不宜在易燃、易爆场合下工作。97二、V带传动1.V带的结构、型号和标记（1）V带的结构V带是一种无接头的环形带，其横截面为等腰梯形，工作面是与轮槽相接触的两侧面，带与轮槽底面不接触。（2）V带的型号和选用V带两侧面所夹的锐角称为楔角

α。V带弯曲时，带中长度和宽度均不变的一层称为节面，其宽度称为节宽

Wp

。V带横截面高度

T

与节宽

Wp

的比值

T/Wp

称为相对高度。楔角

α

为40°，相对高度约为0.7的V带称为普通V带。（3）V带的标记V带的标记由带的型号、基准长度和标准编号三部分组成。982.V带传动的主要几何参数V带传动用于两轴平行且旋转方向相同的场合。V带传动的主要几何参数有小带轮包角

θ1

、带的基准长度Ld

、小带轮基准直径

dd1

等。（1）小带轮包角

θ1包角是带与带轮接触弧所对应的圆心角，如图所示。包角的大小反映了带与带轮轮缘表面间接触弧的长短。两带轮中心距的大小影响带轮的包角。两带轮中心距越大，小带轮包角也越大，带与带轮的接触弧越长，能传递的功率就越大；反之，能传递的功率就越小。99100带轮的包角θ1—小带轮包角θ2—大带轮包角C—中心距dd1—小带轮基准直径dd2—大带轮基准直径（2）带的基准长度

Ld带的计算基准长度

L′d

的计算公式如下:式中L′d———带的计算基准长度，mm；C———设计或初定中心距，mm；dd1———小带轮基准直径，mm；dd2———大带轮基准直径，mm。101（3）小带轮基准直径

dd1从结构上看，带轮的基准直径越小，带的弯曲应力越大，带的使用寿命越短；反之，若带轮的基准直径过大，则带传动的整体外廓尺寸增大，使结构不紧凑。因此，设计时小带轮的基准直径应满足

dd1

≥ddmin，ddmin

为最小基准直径。普通V带轮的最小基准直径见下表中基准直径系列的最小数值。102103普通V带轮基准直径系列

（摘自GB/T13575.1—2022）mm三、普通V带传动的安装及维护1.正确选择V带的型号和基准长度，以保证V带在轮槽中的正确位置。V带顶面和带轮轮槽顶面应取齐，以保证V带和轮槽的工作面之间充分接触。V带的工作面是与轮槽相接触的两侧面，带与轮槽底面不接触，如图a所示。图b和图c所示为V带与V带轮型号不一致的情况。104V带在轮槽中的位置a）安装位置正确b）、c）安装位置不正确2.安装V带轮时，各V带轮轴线应相互平行，各V带轮相对应的V形槽的对称平面应重合，误差应小于20′，如图所示。V带轮安装在轴上不得摇晃摆动，轴和轴端不应有过大的变形，以免传动时V带扭曲或工作侧面过早磨损。105V带和V带轮的安装a）理想位置b）、c）允许的偏差3.V带的松紧要适当，不宜过松或过紧。V带过松，不能保证足够的张紧力，传动时容易打滑，传动能力不能充分发挥；V带过紧，V带的张紧力过大，传动中磨损加剧，V带的使用寿命会缩短。实践经验表明，在中等中心距的情况下，V带安装后用拇指能将其按下15mm左右时张紧程度合适，如图所示。106

V带的张紧程度4.为了使每根带受力均匀，同组V带的型号、基准长度、公差等级和生产厂家应相同。更换V带时应成组更换，新旧程度不同的带不能同时使用。5.V带传动必须安装防护罩，这样既可防止发生伤人事故，又可防止润滑油、切削液、其他杂物等飞溅到V带上而影响传动。6.V带不应与酸、碱、油等有腐蚀作用的物质接触，工作温度不宜超过60℃，以免V带过早老化。107四、V带传动的张紧装置V带传动工作时，V带与V带轮之间需要有一定的张紧力。但V带工作一段时间后，常会因塑性变形而松弛，使初拉力下降。为了保证V带的传动能力，应将V带重新张紧。V带传动常用的张紧方法、原理和应用见下表。108

V带传动常用的张紧方法、原理和应用109

V带传动常用的张紧方法、原理和应用110

V带传动常用的张紧方法、原理和应用课题二螺纹基本知识111学习目标1.掌握螺纹的种类与应用。2.掌握普通螺纹的主要参数。3.能识读普通螺纹的标记。4.了解螺纹连接的形式。112课题引入如图所示为一凸缘联轴器，两个半联轴器由螺栓和螺母连接成一体，其作用是连接属于不同机器或部件的两根轴，以传递运动和转矩。113凸缘联轴器1、4—半联轴器2—螺栓3—螺母5—键6、7—轴如上图所示，该联轴器通过键将两个半联轴器（1、4）分别与两轴（7、6）连接，然后再用螺栓、螺母把两个半联轴器连接成一体，以传递运动和动力。这种用螺母和螺栓作为紧固件，将零部件连接起来的连接方式称为螺纹连接。螺纹连接具有结构简单、工作可靠、装拆方便、类型多样、成本较低等优点，所以应用极为广泛。如图所示螺母和螺栓上的螺纹是常见的普通螺纹。用一个通过螺母和螺栓轴线的平面把螺纹剖开，可以清楚地看到普通螺纹牙型的轮廓形状，并可在此轮廓上标注出螺纹的主要参数。这些参数是选择及使用螺纹的依据。作为标准件，为了方便标识，螺纹的标记有哪些规定?常见的螺纹有哪些?常见螺纹连接的基本类型有哪些?各有什么特点?应用在哪些场合呢?114115普通螺纹a）内螺纹b）外螺纹知识讲解116一、普通螺纹的主要参数、标记和应用1.普通螺纹的主要参数普通螺纹的主要参数如图上所示，其定义见下表。普通螺纹的主要参数及其定义

2.普通螺纹的标记普通螺纹的标记示例如图所示。117普通螺纹的标记示例a）内螺纹b）外螺纹同一公称直径的普通螺纹按螺距大小不同分为粗牙和细牙。普通螺纹的规定标记见下表。118普通螺纹的规定标记3.普通螺纹的应用普通螺纹的牙型为三角形，牙型角

α=60°，螺旋副摩擦力大，自锁性能好；螺纹牙根部较厚，牙根强度高；广泛应用于各种紧固连接。其中，细牙螺纹的螺纹升角小，自锁性能好，但耐磨性较差，容易滑扣，适用于薄壁零件、受振动或变载荷的连接，还可以用于微调机构中。119二、螺纹的种类1.按形成螺纹的表面分类按形成螺纹的表面不同，螺纹可分为圆柱螺纹和圆锥螺纹；按螺旋线形成的表面不同，螺纹可分为外螺纹和内螺纹。在圆柱表面形成的螺纹是圆柱螺纹，在圆锥表面形成的螺纹是圆锥螺纹，如图所示。在圆柱或圆锥内表面形成的螺纹是内螺纹，在圆柱或圆锥外表面形成的螺纹是外螺纹。120121圆柱螺纹和圆锥螺纹a）圆柱螺纹b）圆锥螺纹2.按旋向分类按旋向不同，螺纹可分为右旋螺纹和左旋螺纹。顺时针旋入的螺纹为右旋螺纹，逆时针旋入的螺纹为左旋螺纹。

螺纹的旋向可用如图所示的方法判别。当螺杆的轴线竖直放置时，左旋螺纹的可见部分自右向左升高，右旋螺纹的可见部分自左向右升高。122

螺纹的旋向及判别方法a）左旋螺纹b）右旋螺纹3.按螺旋线的线数分类按螺旋线的线数不同，螺纹可分为单线螺纹

和多线螺纹。如图所示。与单线螺纹的螺距

P（见下图a）相对应的是多线螺纹的导程

Ph

。导程是指同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，如图b所示。123单线螺纹和多线螺纹a）单线螺纹b）多线螺纹4.按用途和牙型分类按用途分类，螺纹一般可分为连接螺纹和传动螺纹。按牙型不同，螺纹可分为三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、矩形螺纹等。常用螺纹的牙型、特点与应用见下表。124常用螺纹的牙型、特点与应用125常用螺纹的牙型、特点与应用课题三螺旋传动126学习目标1.了解螺旋传动的应用特点。2.掌握普通螺旋传动的应用形式。3.能分析常用设备中普通螺旋传动的应用形式，计算移动件的移动距离并判断移动件的移动方向。127课题引入台虎钳是机械加工和维修车间必备的通用工具，如图a所示。它被安装在工作台上，用以夹持工件，以便对工件进行机加工。台虎钳的结构示意图如图b所示。当顺时针转动手柄时，螺杆连同活动钳身向右移动，并与固定钳身配合，实现对工件的夹紧；当逆时针转动手柄时，活动钳身向左移动，松开工件。128129台虎钳a）实物图b）结构示意图1—螺杆（右旋）2—活动钳身3—固定钳身在工作过程中，活动钳身之所以能直线移动，是因为有一螺旋传动装置，即由螺杆与螺母配合实现。螺旋传动是由螺杆和螺母组成螺旋副，利用螺旋副传递运动和动力的机械传动方式。那么螺旋传动的应用和特点有哪些?应用形式有哪些?知识讲解130一、普通螺旋传动的形式普通螺旋传动是指由螺杆和螺母组成的简单螺旋副。普通螺旋传动的形式可以分为单动螺旋传动和双动螺旋传动两类。单动螺旋传动是指螺杆或螺母有一件不动，另一件既旋转又移动的普通螺旋传动，其运动形式见下表。131单动螺旋传动的运动形式双动螺旋传动是指螺杆和螺母都做运动的普通螺旋传动，其运动形式见下表。132双动螺旋传动的运动形式二、普通螺旋传动运动方向的判定在普通螺旋传动中，螺杆或螺母的移动方向可用左手法则判断。具体方法如下。1.左旋螺纹用左手法则判断，右旋螺纹用右手法则判断。2.弯曲四指，其指向与螺杆旋转方向相同，拇指与螺杆轴线方向一致。1333.若为单动螺旋传动，拇指的指向即为螺杆的运动方向；若为双动螺旋传动，与拇指指向相反的方向即为螺杆的运动方向。普通螺旋传动螺杆移动方向的判定实例见下表。134

普通螺旋传动螺杆(或螺母)移动方向的判定实例135

普通螺旋传动螺杆(或螺母)移动方向的判定实例三、普通螺旋传动直线移动距离

L

的计算在普通螺旋传动中，螺杆相对于螺母每旋转一周，螺杆的移动距离等于一个导程

Ph

。因此，直线移动距离L等于旋转周数

N与导程

Ph

的乘积，即

L=NPh式中L———螺杆的移动距离，mm；

N———旋转周数；

Ph———螺纹导程，mm。136课题四链传动137学习目标1.掌握链传动的传动比、特点和应用。2.了解链条的种类，熟悉滚子链的结构。3.能识别滚子链的标记。138课题引入如图所示的摩托车由发动机输出动力，通过两个链轮和一条挠性传动链组成的链传动驱使后轮转动，从而实现摩托车的正常行驶。139摩托车如图所示为链传动机构，它由主动链轮、从动链轮和链条组成，工作中依靠链轮轮齿和链条链节的啮合传递运动和动力。与带传动相比，链传动有哪些优点?常用的链传动类型有哪些?其特点有哪些?是否已标准化?140链传动机构1—主动链轮2—链条3—从动链轮知识讲解141一、链传动的传动比链传动的传动比是指主动链轮的转速

n1

与从动链轮的转速n2

的比值，也等于两链轮齿数

z1

和z2

的反比，即二、链条的种类按用途不同，链条可以分为传动链、起重链和曳引链。传动链主要用于传递运动和动力。起重链一般用于提起重物。曳引链主要用于传输机械。其中，传动链又有齿形链（见下图a）和滚子链（见下图）两种。齿形链运转平稳，噪声小，又称无声链，适用于高速、运动精度较高的传动中，但制造成本高，质量大。滚子链结构简单，磨损较轻，应用广泛，已标准化。142143齿形链及其传动a）齿形链b）齿形链传动144滚子链1—内链板2—外链板3—销轴4—套筒5—滚子三、滚子链1.滚子链的结构滚子链是一种标准件。如上图所示，滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成。滚子与套筒、套筒与销轴之间均为间隙配合，从而形成动连接；而套筒与内链板、销轴与外链板之间均为过盈配合。传动时，通过套筒绕销轴自由转动，可使内、外链板之间做相对转动，同时滚子在链轮的齿间滚动，可以减轻链条与链轮轮齿的磨损。2.滚子链的标记滚子链已标准化，其标记形式为

“链号-排数”。145四、链传动的特点和应用1.链传动的优点（1）与带传动相比，链传动的主要优点如下:1）没有弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠。2）在相同承载情况下结构更紧凑。3）由于不需要张紧，作用于轴上的载荷较小。4）传动效率高。5）能在低速、重载和高温条件以及尘土飞扬、淋水、淋油等不良环境中工作。（2）与齿轮传动相比，链传动易安装，价格低廉，适用于中心距较大的场合。1462.链传动的缺点（1）由于链节的多边形运动，其瞬时传动比是变化的，链的瞬时速度不是常数；传动中的动载荷会产生振动、冲击和噪声，因此不宜用于要求精密传动的机械上。（2）链条的铰链磨损后会使链条节距变大，传动中链条容易脱落。（3）链节与链轮进入啮合时会产生冲击和噪声。（4）只限于平行轴间的传动。（5）无过载保护作用。147课题五直齿圆柱齿轮传动148学习目标1.了解齿轮传动的应用特点及其传动比的计算方法。2.掌握标准直齿圆柱齿轮的基本参数、主要几何尺寸的计算方法和正确啮合条件。3.能正确选用标准直齿圆柱齿轮传动。149课题引入如图所示为两级直齿圆柱齿轮减速器。减速器是原动机与工作机之间的减速传动装置，目的是降低转速，增大转矩。它通过两对齿轮啮合实现减速。由于它具有传动效率高、使用寿命长、维护简便等优点，因此在机械行业中应用极为广泛。如图b所示为该减速器的机构运动简图。150151两级直齿圆柱齿轮减速器a）实物图b）机构运动简图1、2、3、4—直齿圆柱齿轮齿轮传动是通过主动齿轮和从动齿轮组成齿轮副来传递运动和动力的机械传动，属于啮合传动。如上图所示，该减速器工作时依靠齿轮1与齿轮2，齿轮3与齿轮4间的相互啮合将电动机的运动和动力传递出去，并达到减速的目的。那么齿轮传动有哪些应用特点?它有哪些参数?应用中如何正确选用?152知识讲解153如图所示是齿轮减速器中的直齿圆柱齿轮，其齿廓曲线为渐开线。直齿圆柱齿轮一、渐开线标准直齿圆柱齿轮1.渐开线齿廓的形成如图所示，在平面上，当一动直线

AB

在半径为

rb

的圆上做纯滚动时，此动直线上任一点

K

的运动轨迹

CKD

称为该圆的一条渐开线，这个圆称为渐开线的基圆，直线AB

称为渐开线的发生线。154渐开线的形成渐开线齿轮的轮齿是由两条对称的反向渐开线作为齿廓而形成的，如图所示。155渐开线齿廓的形成2.渐开线标准直齿圆柱齿轮几何要素的名称和代号如图所示是渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要几何要素，其含义和代号见下表。156渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要几何要素157渐开线标准直齿圆柱齿轮主要几何要素的含义和代号3.渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数有齿数

z、模数

m、压力角

α、齿顶高系数

ha∗

和顶隙系数

c∗

等，它们是齿轮各部分几何尺寸计算的依据。（1）齿数

z一个齿轮的轮齿总数，用z

表示。（2）模数

m齿距

p

除以圆周率

π所得的商称为模数，用m

表示，单位为mm。模数是齿轮几何尺寸计算中最基本的一个参数。模数越大，轮齿越大，齿轮的强度越高，承载能力越强。158（3）压力角

α在齿轮传动中，齿廓某点所受正压力的方向与速度方向线之间所夹的锐角称为压力角，用

α

表示。如图所示，K

点的压力角为

αK

。标准齿轮分度圆上的压力角

α=20°。159齿轮轮齿的压力角（4）齿顶高系数ha∗齿顶高

ha=ha∗m。ha∗

称为齿顶高系数，标准齿轮的

ha∗为1。（5）顶隙系数c∗当一对齿轮啮合时，为了使一个齿轮的齿顶面不与另一个齿轮的齿槽底面相撞，轮齿的齿根高应大于齿顶高，即应留有一定的径向间隙，称为顶隙，用

c∗

表示。如图所示，c=c∗m。标准齿轮的

c∗

为0.25。160一对齿轮啮合时的顶隙4.渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分几何尺寸计算渐开线标准直齿圆柱齿轮是指采用标准模数

m，压力角α=20°，齿顶高系数

ha∗=1，顶隙系数

c∗=0.25，分度圆上的齿厚

s等于齿槽宽

e的渐开线直齿圆柱齿轮，简称标准直齿圆柱齿轮。161标准直齿圆柱外齿轮各部分尺寸都与模数有一定的关系，计算公式见下表。162标准直齿圆柱外齿轮的几何尺寸计算公式二、标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件一对齿轮能连续顺利地传动，需要各对轮齿依次正确啮合互不干涉。为保证传动时不出现因两齿廓局部重叠或侧隙过大而引起的卡死或冲击现象，必须使两齿轮的基圆齿距相等，由此可得标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件如下：两齿轮的模数必须相等，即

m1=m2；两齿轮分度圆上的压力角必须相等，即

α1=α2

。163三、齿轮传动的传动比在某齿轮传动中，主动齿轮的齿数为

z1，从动齿轮的齿数为

z2，主动齿轮每转过一个齿，从动齿轮也转过一个齿。当主动齿轮的转速为

n1

、从动齿轮的转速为

n2

时，单位时间内主动齿轮转过的齿数与从动齿轮转过的齿数相等，即

n1

z1=n2

z2得到齿轮的传动比：164四、齿轮传动的应用特点1.优点（1）能保证瞬时传动比恒定，传动平稳性好，传递运动准确可靠。（2）传递功率和速度范围大。（3）传动效率高

。（4）结构紧凑，工作可靠，使用寿命长。1652.缺点（1）制造和安装精度要求高，工作时有噪声。（2）齿轮的齿数为整数，能获得的传动比受到一定限制，不能实现无级变速。（3）不适宜中心距较大的场合。齿轮是机械产品的重要基础零件，广泛应用于汽车、机床及其他机械设备中。166课题六其他常用齿轮传动167学习目标1.认识其他齿轮传动的基本类型。2.掌握其他常用齿轮传动的应用特点和正确啮合条件。3.了解齿轮轮齿的失效方式。168课题引入在机械传动中，齿轮传动应用最为广泛。为了满足生产实际不同的需要，齿轮传动的种类很多。如图所示是一齿轮减速器，与前面课题中的减速器不同，此齿轮减速器输入轴和输出轴的两轴线交角为90°，是两级减速器，一级是直齿圆锥齿轮传动，另一级是斜齿圆柱齿轮传动。169170齿轮减速器1—输入轴2—小锥齿轮3—大锥齿轮4—小斜齿轮5—输出轴6—大斜齿轮齿轮传动的类型众多，如图所示。可见，除了前面学习过的直齿圆柱齿轮外，常用的齿轮还有斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮等，它们的结构与直齿圆柱齿轮相比，有什么相同点和不同点?传动有什么特点?一般应用在什么场合?本课题将学习其他常用齿轮传动的相关知识。171172

齿轮传动的类型a）外啮合直齿圆柱齿轮传动b）斜齿圆柱齿轮传动c）人字齿圆柱齿轮传动d）内啮合直齿圆柱齿轮传动e）齿轮齿条传动f）直齿锥齿轮传动g）斜齿锥齿轮传动h）交错轴斜齿圆柱齿轮传动i）蜗杆传动知识讲解173一、斜齿圆柱齿轮传动1.斜齿圆柱齿轮齿廓的形成渐开线直齿圆柱齿轮的齿廓是一个渐开面，它是发生面在基圆柱上做纯滚动时，其上任意一条与基圆柱母线

NN′平行的直线

KK′的运动轨迹，如图a所示。斜齿圆柱齿轮的齿廓在形成时，发生面上的直线

KK′不是与基圆柱母线

NN′平行，而是成一个夹角

βb，如图b所示。直线

KK′的运动轨迹形成了一个螺旋形的空间，βb

称为基圆柱上的螺旋角。174圆柱齿轮齿廓的形成a）直齿圆柱齿轮齿廓的形成b）斜齿圆柱齿轮齿廓的形成2.斜齿圆柱齿轮的旋向判定斜齿圆柱齿轮的旋向分为左旋和右旋。其判别方法为：将齿轮轴线竖直放置，轮齿自左向右上升者为右旋，反之为左旋，如图所示。175斜齿圆柱齿轮的旋向判定a）右旋b）左旋3.斜齿圆柱齿轮的几何参数斜齿圆柱齿轮的几何参数有端面几何参数和法向几何参数两组。端面是与斜齿圆柱齿轮轴线垂直的平面，如图中的

t—t平面，端面几何参数用下标t表示；法向平面是与斜齿圆柱齿轮轮齿垂直的平面，如图中的

n—n

平面，法向几何参数用下标n表示。176斜齿圆柱齿轮分度圆柱面展开面

斜齿圆柱齿轮比直齿圆柱齿轮多一个基本参数———螺旋角。因直径不同的圆柱面上的螺旋角不等，通常所说的斜齿圆柱齿轮的螺旋角是指分度圆柱面上的螺旋角，即分度圆柱面上螺旋线的切线与过切点的圆柱面直母线之间所夹的锐角，如上图所示。螺旋角用

β

表示。1774.斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件一对标准斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是:（1）两齿轮法向模数相等，即

mn1=mn2。（2）两齿轮法向压力角相等，即

αn1=αn2

。（3）两外啮合的斜齿圆柱齿轮的螺旋角相等、旋向相反，即

β1=-β2

。两内啮合的斜齿圆柱齿轮的螺旋角相等、旋向相同，即β1=β2

。1785.斜齿圆柱齿轮传动的应用特点如图a所示，直齿圆柱齿轮传动过程中，轮齿齿面上的接触线是平行于轴线的直线，两个轮齿是沿整个齿宽同时进入或脱离啮合，在高速、重载等情况下，易产生冲击、振动和噪声。而斜齿圆柱齿轮传动过程中，轮齿齿面上的接触线是由齿顶的一端开始，逐渐由短变长，再由长变短至另一端的齿根为止脱离啮合，其接触线是斜直线，如图b所示。179直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的齿面接触线a）直齿圆柱齿轮的齿面接触线b）斜齿圆柱齿轮的齿面接触线所以与直齿圆柱齿轮传动相比，斜齿圆柱齿轮传动有如下特点:（1）承载能力强。（2）传动平稳，冲击、噪声和振动小。（3）使用寿命长。（4）由于轮齿是倾斜的，工作时将产生一个轴向力。（5）不能用作滑移齿轮。由于斜齿圆柱齿轮具有以上特点，所以广泛应用于高速、重载、大功率的传动中。180二、直齿圆锥齿轮传动如图所示为直齿圆锥齿轮传动。它是一种传递两相交轴之间的运动和动力的齿轮传动。两轴的交角可以是任意的，但通常为90°。181直齿圆锥齿轮传动三、齿轮齿条传动如图所示为齿轮齿条传动。它可将齿轮的旋转运动变为齿条的往复直线运动，或将齿条的往复直线运动变为齿轮的旋转运动。182齿轮齿条传动课题七蜗杆传动183学习目标1.掌握蜗杆传动的组成及蜗杆的分类。2.了解蜗杆传动的应用特点。3.会计算蜗杆传动的传动比。4.能正确判断蜗杆传动中蜗轮的旋转方向。184课题引入如图所示为手动卷扬机。钩子用来挂重物，当旋转手柄时，可以将重物提升到任意位置。185手动卷扬机a）实物图b）传动简图1—蜗杆2—蜗轮3—鼓轮手动卷扬机