机械基础 课件 万志坚 第1-5章 机械工程材料 - 轮系

第1章机械工程材料§１－１概述：机械工程材料及其分类机械工程材料指与机械工程相关的材料，如结构、零件、工具等。材料分类按化学属性分为金属材料与非金属材料两大类。§１－１概述：机械工程材料及其分类金属材料机械工程主导材料，分黑色与有色，黑色占比超95%，钢铁为主，对社会发展至关重要。黑色金属铁及铁基合金，即钢铁，占金属材料90%以上，广泛用于机械、交通、船舶等领域。有色金属非铁合金，含轻、重、贵、稀有金属，铝、铜合金应用最广。§１－１概述：机械工程材料及其分类非金属材料分类分为高分子材料、陶瓷材料和复合材料，高分子材料由大分子组成，陶瓷材料涉及硅酸盐及氧化物，复合材料结合多种材料优点。高分子材料源于石油化工产品，包括塑料、橡胶、合成纤维和胶粘剂，具有多样应用。陶瓷材料涵盖传统、特种及金属陶瓷，用于建筑、耐热部件及工具制造。复合材料结合金属、高分子、陶瓷优点，形成树脂基、金属基和陶瓷基三种，展现优异性能。§１－１概述：机械工程材料与机械设计制造材料与机械的关系机械零件由材料制成，无材料则无机械，零件质量和使用寿命与材料直接相关。材料对产品的影响机械产品的可靠性和先进性很大程度取决于材料质量和性能，正确合理选取材料是工作基础，决定产品功能、成本及开发成败。新型材料的意义新型材料是发展新产品、提高产品质量的物质基础，对研制新一代机械产品有重要意义。§１－2金属材料的主要性能金属材料性能涵盖力学、物理、化学及工艺性能，设计选材重力学性能，反映外加载荷下材料特性。力学性能定义指材料在不同形式载荷作用下的反应，如静载荷、冲击载荷和交变载荷，影响机械零件设计与选材。§１－2金属材料的主要性能：金属材料的静态力学性能§１－2金属材料的主要性能：金属材料的静态力学性能塑性定义材料在外力作用下永久变形而不破坏完整性，常用伸长率δ和断面收缩率ψ衡量。强度定义材料抵抗塑性变形和断裂能力，分为抗拉、抗压、抗弯、抗扭和抗剪，抗拉强度为基本指标。静载荷拉伸试验通过拉伸试验确定金属材料强度和塑性，依据GB/T—2002标准，获取应力-应变曲线分析材料性能。§１－2金属材料的主要性能：金属材料的静态力学性能拉伸曲线阶段包括弹性变形、弹性-塑性变形、屈服、均匀塑性变形（强化）、局部缩颈和断裂阶段，反映材料力学特性。力学性能指标屈服强度σs标志材料初始塑性变形抗力，抗拉强度σb为断裂前最大应力，伸长率δ和断面收缩率ψ体现材料塑性。§１－2金属材料的主要性能：金属材料的静态力学性能

屈服强度σs式中，Fs——试样发生屈服现象时的拉伸力，N；S0——试样原始横截面积，mm2。抗拉强度σb

式中，Fb——试样断裂前的拉伸力，N；S0——试样原始横截面积，mm2。伸长率δδ——伸长率；l0——试样原始标距长度（mm）；l——试样受拉断裂后的标距长度（mm）。断面收缩率ψψ——断面收缩率；A0——试样原始截面积（mm2）；A——试样拉断后截面积（mm2）。§１－2金属材料的主要性能：金属材料的静态力学性能硬度定义与指标硬度反映材料抗塑性变形能力，常用布氏、洛氏、维氏硬度表示。布氏硬度特点布氏硬度压痕大，误差小，适合软材料，但测试繁琐，不适用成品及小件，有效值<450HB。洛氏硬度特点洛氏硬度测试便捷，适用范围广，尤其适于高硬度材料，但需多点测试求平均值。维氏硬度特点维氏硬度精度高，适用范围广，适合硬化层及小件成品检测，最高达1300HV，但不宜批量检测。§１－2金属材料的主要性能：金属材料的动态力学性能§１－2金属材料的主要性能：金属材料的动态力学性能金属材料动态力学性能材料受冲击时，需考量抗冲击性能，通过摆锤冲击试验测定冲击韧度，反映材料一次性冲击破坏能力。冲击韧度计算利用摆锤冲断试样后计算断面吸收功，公式涉及试样冲击韧度值、冲击功、原始截面积等参数，值越大，材料冲击韧度越好。图1—3冲击韧度试验原理a)试样安装b)冲击试验机l、8－支座2－冲击点3、7－试样4－刻度盘5－指针6－摆锤§１－2金属材料的主要性能：金属材料的动态力学性能疲劳强度定义材料经无数次应力循环不断裂的最大应力，反映抗疲劳断裂能力。疲劳强度测试旋转弯曲疲劳试验最简，应力循环次数与断裂前应力关系绘成疲劳曲线，应力小则循环次数多，曲线水平点为疲劳极限，钢铁材料基数10^7次。§１－2金属材料的主要性能：金属材料的物理、化学及工艺性能物理性能金属材料物理性能含密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性，机器零件用途不同对其物理性能要求不同。化学性能化学性能是金属材料在常温或高温下抵抗外界介质化学侵蚀的能力，包括耐酸性、耐碱性和抗氧化性等。工艺性能金属材料工艺性能指加工成形难易程度，按加工工艺分为可铸性、可锻性、可焊性、切削加工性和热处理性能等。§１－3常用金属材料：钢钢分类标准GB/T13304.1—2008详述钢分类及表示法，依据用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。钢材料用途结构钢用于各种结构零件，工具钢适于切削工具，特殊性能钢满足特定环境需求。§１－3常用金属材料：钢01结构钢分类包括碳素、优质碳素、低合金结构钢，用于工程结构与机械零件，特性各异，适用范围广泛。02渗碳钢应用低碳优质碳素或合金结构钢，经渗碳淬火，用于高耐磨动载零件，如变速齿轮、凸轮轴，展现高硬韧性。03调质钢特性经调质处理，综合力学性能优，适用于汽车、机床关键部件，如齿轮、轴类，确保强度与韧性。§１－3常用金属材料：钢弹簧钢用途专用结构钢，制造弹簧及弹性元件，耐冲击、振动，碳素与合金弹簧钢各有优势，如55Mn、55Si2Mn。滚动轴承钢性能高接触疲劳强度、硬度、耐磨性，用于滚动轴承、精密量具，代表钢种GCr9、GCr15，确保耐磨与精度。§１－3常用金属材料：钢01刃具钢特性高强度、高硬度，耐磨耐热，塑韧适中，用于切削工具及木工工具。02模具钢分类分为冷作与热作模具钢，热作常用3Cr2W8V、5CrMnMo、4Cr5MoSiV。03量具钢应用用于制造高精度测量工具，如卡尺、千分尺，需高硬度与尺寸稳定。§１－3常用金属材料：钢不锈钢特性高化学稳定性，耐腐蚀，用于腐蚀介质工作零件，常见1Cr13、1Cr17等。耐热钢应用高温下具热化学稳定性和热强性，用于石化高温设备、火力发电、飞机发动机，如3Cr18Ni25Si2、Cr12。耐磨钢用途高耐磨性和韧性，适于承受严重磨损和冲击零件，如履带板、铲斗，常见ZGMn13。§１－3常用金属材料：铸铁铸铁定义铸铁为铁碳合金，含碳量超2.11%，工业常用范围2.5%-4.0%，具良好铸造性，成本低。铸铁特性力学性能逊于钢，切削加工性、减摩性及减振性优，碳形态多样，分灰、球墨、可锻、蠕墨及合金铸铁。§１－3常用金属材料：铸铁灰铸铁灰铸铁碳多以片状石墨存在，是铸铁中用量最大的一种，牌号冠以HT，后面数字表示最低抗拉强度（σb）。球墨铸铁球墨铸铁石墨呈球状，割裂基体组织程度弱于灰铸铁，石墨球细、径小、分布匀则力学性能高。牌号由QT和两组数字组成，前为最低抗拉强度，后为最低断后伸长率。§１－3常用金属材料：铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁是碳以蠕虫状石墨存在的新型铸铁，力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁间，铸造等性能优于球墨铸铁接近灰铸铁，牌号由RuT加最小抗拉强度值数字表示。可锻铸铁可锻铸铁由白口铸铁经可锻化退火获得，具团絮状石墨，塑性优于灰铸铁，不能锻造，牌号用KT及H/Z和最小抗拉强度、伸长率数字组成。合金铸铁合金铸铁由铸铁加Mn、Cr等合金元素制成，具较高力学和特殊性能，熔炼简单、成本低，力学性能较差、脆性大，常用耐磨、耐热、耐蚀铸铁。§１－3常用金属材料：非铁金属及其合金非铁金属定义非铁金属指除钢铁外的金属或合金，具特殊物理、化学、力学性能。非铁金属特性特性包括良好的导电、导热性，耐腐蚀，以及较低的密度和特定的磁性。§１－3常用金属材料：非铁金属及其合金铝及其合金纯铝密度小、强度低、导电性和导热性好、抗大气腐蚀性强。加入Si、Cu等元素制成铝合金可提高强度，分为变形和铸造两大类。铜及其合金工业用纯铜含铜量高于99.5%，呈紫红色称紫铜，性能优良，用于导电、导热和耐蚀元器件。铜合金分黄铜、青铜和白铜，常用黄铜和青铜。§１－3常用金属材料：非铁金属及其合金镁合金特性密度低，强度、硬度低，化学活泼，易氧化，需合金化、热处理提升性能。镁合金强化合金化为主要强化方式，加入Al、Zn、Mn、Zr、Li及稀土元素，提升力学、耐蚀、耐热性能。§１－3常用金属材料：非铁金属及其合金钛及其合金工业纯钛分TA0-TA3四个等级，序号大纯度低，用于350℃以下受力不大零件；钛合金按退火组织分α、β、α+β三类。轴承合金轴承合金是制作滑动轴承轴瓦和轴衬的合金，按主要成分分为锡基、铅基、铝基、铜基等，锡基和铅基又称巴氏合金。高温合金高温合金以铁镍钴为基体，600℃以上高温及应力下长期工作，用于喷气发动机、核能工业等，制造高温工作零件。§１－4钢的热处理钢的热处理改变钢内部结构，获需性能，关键工序，提升零件性能，延长使用寿命，发挥金属潜力。热处理作用加热、保温、冷却，调整组织结构，改善使用性能，提高产品质量，确保长期稳定。§１－4钢的热处理：钢的热处理钢的热处理定义将钢加热至固态特定温度，经保温后按需冷却，改变组织结构，获取预期性能。热处理三阶段包含加热、保温与冷却，冷却速度关键，决定钢的最终性能与产物类型。热处理分类分为常规与特殊热处理，常规含退火、正火、淬火、回火，特殊涉及表面及化学热处理。§１－4钢的热处理：钢的热处理退火处理将钢加热后缓慢冷却，降低硬度，改善组织，消除内应力，利于切削加工和提高力学性能。正火处理钢件加热后空气冷却，相比退火冷却更快，提升强度和硬度，不占用设备，提高生产效率。淬火工艺钢件加热后在水或油中快速冷却，关键在于冷却过程，通过介质和方法调整冷却速度，影响淬火质量。淬火后的回火淬火钢重新加热后冷却至室温，消除内应力，减少脆性，稳定组织，获得适当硬度和综合力学性能。§１－4钢的热处理：钢的热处理表面热处理快速加热钢表层至奥氏体化，随即淬火冷却，获硬耐磨表层，心部保持原塑韧，常采感应加热，适中碳及中碳低合金钢。化学热处理钢件置化学介质中加热保温，渗入元素改表层成分、组织与性能，如渗碳、渗氮、碳氮共渗，提升表面硬度、耐磨性、疲劳强度与耐蚀性，适用碳钢或低合金钢替代高合金钢。§１－5非金属材料非金属材料定义非金属材料指高分子、陶瓷及复合材料，具绝缘、高弹、耐热、耐蚀特性。非金属材料应用在现代生产中，非金属材料逐渐替代部分金属，应用领域日益广泛。§１－5非金属材料：高分子材料01高分子材料特性由大量低分子聚合而成，分为人工合成与天然，主攻塑料、橡胶、纤维三大合成材料。02高分子合成过程通过加聚或缩聚反应，将单体聚合为高分子，制取塑料、橡胶、纤维等非金属材料。§１－5非金属材料：高分子材料工程塑料特性轻质耐磨，绝缘易成型，但耐热性差，易老化，分为热固性和热塑性。热固性塑料应用常用酚醛和氨基塑料，加入填充料增强，模压成形，制品坚固，适用于齿轮、轴套等。热塑性塑料种类包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯和聚酰胺，各有特点，广泛应用于工业和生活领域。§１－5非金属材料：高分子材料橡胶橡胶是高分子材料，有弹性、伸缩、储能等性能，常用作密封、抗振等材料，分天然和合成，按应用分通用和特种。§１－5非金属材料：高分子材料合成纤维原料以石油、天然气、煤及农产品为原料，经化学合成制得，分普通与特种两类。普通合成纤维以六大纶为主，占总产量90%以上，包括锦纶、涤纶、腈纶等。特种合成纤维品种多，持续发展，常见有耐高温、高强力、防火、离子交换纤维等。§１－5非金属材料：高分子材料粘接工艺特点简便实用，尤其适合连接异质材料或复杂零件，展现独特优势于航空、汽车工业。粘接剂分类分为溶剂型、反应型和热熔型，常见如环氧树脂、酚醛-丁腈及聚氨酯等，广泛应用各行业。§１－5非金属材料陶瓷材料陶瓷是高温烧制的无机非金属材料，分普通、特殊、金属陶瓷，具硬、强、耐高温、抗腐蚀、隔热绝缘等优点。§１－5非金属材料：复合材料复合材料定义复合材料是为达特殊性能要求，人工组合两种及以上物理、化学性质不同物质得到的多相固体材料。复合材料组成复合材料由基体相和增强相组成。基体相粘接保护纤维、传递应力，可由金属、树脂、陶瓷等构成；增强相主要承载、提高强度或韧性，形态有细粒状、短纤维状等。性能特点及种类复合材料性能特点：高比强度和比刚度、耐疲劳、抗断裂、减振、高温抗蠕变及减摩耐蚀等。常用种类：玻璃钢、碳纤维、金属纤维复合材料。§１－6机械工程材料的选用：选材的一般原则使用性能零件使用性能含力学、物理、化学性能；失效形式有变形、断裂、表面损伤；选材以使用性能要求为依据。工艺性能材料工艺性能好便于加工制造，能保证质量、降低成本；反之则增加工艺复杂性、提高成本、难保证质量，选材需分析材料适应制造工艺的能力。经济性在满足使用性能要求下，选材时应充分重视材料的经济性，以降低零件的总成本。§１－6机械工程材料的选用典型零件的选材举例根据机械零件材料选择基本原则及材料强化对性能的影响，表1-3列出常用机械零件材料选择示例。复习题材料力学性能基础金属材料强度、塑性、硬度的定义及指标；屈服强度、抗拉强度、疲劳强度的解释；冲击韧性的定义及衡量方法；疲劳破坏产生情况；标准拉力试棒σs、σb、δ、ψ的计算。钢的热处理工艺钢的热处理定义、常用方法，回火分类及作用，退火、正火、调质、淬火区别，表面淬火及方法，化学热处理及渗碳目的。其他工程材料特性工程塑料的定义及与金属材料比较的主要优点；橡胶、陶瓷的特点及用途；复合材料的定义及特点。THEEND谢谢第二章联接

联接：机械制造中，联接是指被联接零件之间的固定接合。就机械零件而言，被联接零件有轴与轴上零件(如齿轮、飞轮)、轮缘与轮心、箱体与箱盖、焊接零件中的钢板与型钢等。联接分为可拆和不可拆的。允许多次装拆而无损于使用性能的联接称为可拆联接，如螺纹联接、键联接和销联接；若不损坏组成零件就不能拆开的联接则称为不可拆联接，如焊接、粘接和铆接。专门用于联接的零件称为联接件，也称为紧固件。第一节常用螺纹1.

螺纹的形成螺纹联接是利用螺纹联接件联接被联接件而构成的一种可拆联接。按照平面图形的形状

螺纹的分类按照平面图形的形状，螺纹分为三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。按照螺旋线的旋向，螺纹分为左旋和右旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹。按照螺旋线的数目，螺纹还分为单线螺纹和等距排列的多线螺纹(右下图)。为了制造方便，螺纹的线数一般不超过4。按照母体形状，螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。2.

螺纹的参数现以圆柱螺纹为例，说明螺纹的主要几何参数(1)大径d——与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。(2)小径d1——与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)重合的假想圆柱体的直径。(3)中径d2——假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。(4)螺纹P——相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)导程S——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。设螺旋线数为n，则S=nP。(6)螺纹升角

——中径圆柱d2上，螺旋线的切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹角(参见图)。(7)牙型角

——轴向截面内构成螺纹牙型的两侧边的夹角称为牙型角。3.常用螺纹的特点和应用

接螺纹、传动螺纹：机械制造中的螺纹按用途分为联接螺纹、传动螺纹。（1）联接螺纹普通螺纹、管螺纹：联接常用三角形螺纹，分为普通螺纹、管螺纹，前者多用于紧固联接(承载为主)，后者用于紧密联接(有密封要求)。

普通螺纹：我国国家标准中，把牙型角

=60°的三角形米制螺纹称为普通螺纹。粗牙螺纹、细牙螺纹：同一公称直径可以有多种螺矩的螺纹，其中螺矩最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹。粗牙螺纹应用最广。细牙螺纹的升角小、小径大，因而自锁性能好、强度高，但不耐磨、易滑扣。它适用于薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。管联接用螺纹有：普通细牙螺纹、圆锥管螺纹、圆柱管螺纹，有

=55°、60°两种。管螺纹的公称直径是管子的公称直径。广泛应用于水、煤气、润滑管路系统中。（2）传动螺纹传动常用梯形螺纹和锯齿形螺纹。梯形螺纹：为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角都比三角形螺纹的小得多，而且有较大间隙以便贮存润滑油。梯形螺纹的牙侧角

=15°。锯齿形螺纹：锯齿形螺纹工作面牙侧角

=3°，效率比梯形螺纹高，但只适用于承受单方向的轴向载荷。第二节

螺纹联接的类型、预紧和放松

一、螺纹联接的基本类型(共4种基本类型)1、螺栓联接2、螺钉联接3、双头螺柱联接4、紧定螺钉联接。二、螺纹紧固件

1、螺栓2、双头螺柱3、螺钉、紧定螺钉4、螺母5、垫圈普通用的螺纹紧固件，按制造精度分为粗制、精制两类。粗制的螺纹紧固件多用于建筑，木结构及其他次要的场合，精制的广泛应用于机器设备中。

三、螺纹联接的预紧

1.

拧紧力矩对于M10～M68的粗牙螺纹，若取当量摩擦系数fv=0.15，摩擦系数fc=0.15，则摩擦力矩T式中：d为螺纹公称直径(mm)；Fa为预紧力(N)。值是由螺纹联接的要求来决定的。小直径的螺栓装配时应施加小的拧紧力矩，否则就容易将螺栓杆拉断。对重要的有强度要求的螺栓联接，应设法控制拧紧力矩，如无控制拧紧力矩的措施，不宜采用小于M12的螺栓。四、螺纹联接防松1)利用附加摩擦力防松对顶螺母、弹簧垫圈、椭圆螺母或尼龙圈锁紧螺母2)机械方法防松止动垫片、槽形螺母和开口销、圆螺母与带翅垫片。3)破坏螺纹副焊接、冲点、粘合第三节键联接和花键联接

键及花键联接是实现轴及轴上零件(如凸轮、齿轮等)周向固定，以传递转矩的轴毂联接。其中某些类型还可实现轴与轴上零件的轴向固定或构成轴向动联接。一、键联接的类型和应用

(1)平键联接

(2)半圆键联接(3)楔键联接二、花键联接常用的矩形花键(见图2-13a)；强度较高的渐开线花键(见图2-13b)；键齿细小而多、适于薄壁零件联接的三角形花键(见图2-13c)。

第四节铆钉联接

铆钉联接是利用铆钉将两个以上被联接件联接在一起的一种不可拆卸的联接，简称铆接。由于铆接结构联接可靠、工艺简易等优点，多用于桥梁、船舶和压力容器等工程结构中。

1．铆缝

铆缝的对接

强固铆缝

2．铆钉

第五节焊接

焊接是指通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。

一、焊接成形的特点：1)减轻结构的自重，节省金属材料与加工工时；

2)能以小拼大，以简拼繁，降低生产成本；

3)能保证容器件具有较好的密封性；

4)可制造双金属结构；

5)焊接接头组织性能不均匀；

6)易产生焊接残余应力和变形。二、焊接的分类及应用

熔焊：气焊、电弧焊(包括焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊)、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。压焊：电阻焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊等。钎焊：硬钎焊、软钎焊。三、焊条电弧焊

1一正极2一焊件3一焊缝4一焊渣5一电弧6一保护气体7一焊芯8一药皮9一焊条10一焊钳1l一熔滴12一熔池13一工作台14一负极焊条电弧焊过程

焊接电弧的组成

焊接冶金过程特点:1)冶炼温度高，容易造成合金元素的蒸发与烧损；2)冶炼过程短，焊接熔池从形成到凝固的时间只有10s左右，难以达到平衡状态3)冶炼条件差，有害气体难免侵入熔池，形成脆性的氧化物、氮化物和气孔，使焊缝金属的塑性、韧性显著下降。

第六节胶接

胶接是借助于胶粘剂使两个分离表面依靠化学力、机械嵌合力等作用，从而把两个物体结合在一起的连接方法。

一、胶接的优点：胶接与焊接、铆接、螺栓连接相比，1）具有工艺简单、接头光滑、应力分布均匀、连接件不变形、接头的密封性、绝缘性和耐蚀性好的特点。2）胶接不受被胶接件材料类型的限制，可用于多种不同形状的接头和不同材料的连接。因此，胶接技术已在航天、航空、造船、机械制造、石油化工、无线电仪表以及农业、医疗卫生、日常生活中得到日益广泛的应用。二、胶接的缺点：1）胶接接头的强度通常达不到胶接件材料的强度2）在使用过程中会产生老化现象，胶粘剂的耐热性较差，胶接质量难以控制。因此，胶接的应用受到一定的限制。三、常用胶粘剂目前常用的有按基料的化学成分不同和按胶粘剂的用途来分类两种。按基料的化学成分不同，可分为无机胶粘剂和有机胶粘剂。如：水玻璃胶、水泥胶、磷酸-氧化铜胶都属于无机胶粘剂。天然有机高分子胶如骨胶、淀粉胶等；合成有机高分子胶如环氧树脂胶（万能胶）、酚醛-丁腈胶等都属于有机胶粘剂。在机械工程中，应用最广的是合成的有机胶粘剂。按胶粘剂的用途不同，可分为结构胶、修补胶、密封胶、软质材料用胶和特种胶等。胶粘剂的选用通常要根据被胶接材料的种类、受力条件、工作温度以及工艺情况等灵活选择。第三章常用机构§1－1平面机构的组成

一、构件及自由度一个构件在空间自由运动有六个自由度一个构件在平面自由运动有六个自由度二约束与运动副运动副：使两构件直接接触而又彼此有一定相对运动的联接称为运动副。约束：对物体运动的限制称为约束。三、运动副的分类一

平面低副低副：两构件通过面接触而组成的运动副称为低副。平面机构中的低副又分为转动副(组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动，这种运动副又称为铰链，如图1-2b所示)；移动副(组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动，如图1-2a所示。)。二

平面高副

高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。

在保持接触这一前提下，组成高副的两构件不可能在公法线nn方向存在相对运动，因此组成平面高副的两构件之间的相对运动只能是沿接触点切线tt方向的相对移动和在平面内的相对转动。除上述平面运动副外，机械中还经常见到球面副和螺旋副。这些运动副两构件间的相对运动是空间运动，故属于空间运动副。空间运动副已超出本章的讨论范围，故不赘述。四运动副符号五机构中构件的分类及组成构件分类（根据运动副的性质）

(1)固定构件(机架)用来支承活动构件，研究活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系。

(2)主动件（原动件）运动规律已知的活动构件。它的运动由外界输入，故又称为输入构件。在机构运动简图中，用箭头标出运动方向的构件都是主动件。

(3)从动件机构中随着主动件的运动而运动的其余活动构件。

第二节机构的运动简图

重点难点：如何绘制机构简图和机构运动简图机构运动简图：

实际构件的外形和结构往往很复杂，在研究机械运动时，为简化问题，有必要撇开那些与运动无关的构件外形和运动副的具体构造，仅用简单线条和规定符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置。这种说明机构各构件间相对运动关系的简化图形，称为机构运动简图。机构运动简图的作用：保持了其实际机构的运动特征，简明地表达了实际机构的运动情况，可以通过该图进行运动分析和动力分析。机构运动简图机构简图：实践中，有时只需要表明机构运动的传递情况和构造特征，因此不必严格地按照比例确定机构中各运动副的相对位置及运动学尺寸，这样的简图称为机构简图。

机构简图严格按照原机构比例重新绘制即为机构运动简图。机构简图一、运动副及构件的表示方法运动副表达构件表达构件分类(1)固定构件(机架)用来支承活动构件，研究活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系。

(2)主动件运动规律已知的活动构件。它的运动由外界输入，故又称为输入构件。在机构运动简图中，用箭头标出运动方向的构件都是主动件。

(3)从动件机构中随着主动件的运动而运动的其余活动构件。

二、机构简图与机构运动简图的绘制一般步骤：1)

分析机构运动，找到机架、原动件与从动件；2)

确定构件的数目；3)运动副的类型和数目；4)

合理选择视图；5)

绘制机构简图或机构运动简图。例1例2例3第二节平面连杆机构

1.

铰链四杆机构的基本类型及其演化一、几个概念

平面连杆机构：是构件全部由平面低副连接而构成的机构。

平面四杆机构：具有四个构件的低副机构称为四杆机构。

铰链四杆机构：全部运动副都是回转副的平面四杆机构。二、平面连杆机构的特点：优点

1、低副是面接触，因此压强小、耐磨损。适用

于载荷较大的场合。

2、低副的接触面通常是容易加工的平面或圆柱

面，容易获得较高的制造精度。

3、连杆可做得很长，可较长距离传递运动。适

合于操纵机构。

4、低副的约束为几何约束(靠形状限制运动)，

无需附加约束装置。

缺点

1、低副存在间隙，会引起运动误差积累。不宜用于高精度。

2、连杆机构设计复杂，难于实现复杂的运动规律。

3、有相当部分构件处于变速运动中，存在惯性力。不适合高速。三、铰接四杆机构的基本类型铰链四杆机构：全部运动副都是回转副的平面四杆机构称为铰链四杆机构。

固定杆4称为机架，与机架相连的杆1、3称为连架杆，不与机架直接连接的杆2称为连杆，作整周回转的连架杆1称为曲柄，作往复摆动的连架杆3称为摇杆。

曲柄摇杆机构铰链四杆机构双曲柄机构双摇杆机构四、铰接四杆机构的演化通过如下四种方法可得到各种四杆机构：

①以移动副代替回转副。

②改变构件尺寸。

③改变运动副尺寸。

④变更机架。

1）曲柄滑块机构

偏心轮机构2）导杆机构、定块机构和摇块机构2.

平面四杆机构的基本特性

一铰接四杆机构存在曲柄的条件

两构件能相对转动360°的转动副称为整转副。下面先借图示曲柄摇杆机构来讨论存在整转副的条件。图中给出了摇杆处于两极限位置时的情况。分析如下：

根据三角形任意两边边长之和必大于等于第三边边长的定理，

上述关系说明：存在整转副的条件是：①最短、最长杆长度之和小于或等于另外两杆的长度之和；②机架与连架杆中必一杆为最短杆。

由此可得出如下结论：

①在存在整转副的条件下，以最短杆相邻的杆作机架，得到曲柄摇杆机构；以最短杆作机架，得到双曲柄机构；以最短杆相对的杆作机架，得到双摇杆机构。

②如果不满足存在整转副的条件，则无论以哪个杆作机架，都只能得到双摇杆机构。

第三节凸轮机构

1.凸轮机构的应用与分类一凸轮机构的组成及应用组成：凸轮机构是由凸轮1、从动件3、机架2以及附属装置所组成的高副机构(如图所示)。应用：见动画二凸轮机构特点1.

凸轮机构的优点：

①只要适当地设计出凸轮可以使从动件得到各种预期的运动规律；

②且其结构简单、紧凑，运动可靠。2.

凸轮机构的缺点：

①由于凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，故压强较大易磨损，

②而且凸轮轮廓曲线的加工：比较困难，所以凸轮机构多用于要求精确实现比较复杂的运动规律而传力并不大的场合。三凸轮机构的分类

1.

按凸轮的形状分：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮。2.

按从动件的类型分：尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件2.

从动件常用运动规律

从动件的运动规律：是指从动件的位移、速度、相加速度的变化规律，它全面地反映从动件的运动特性及其变化的规律性。从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线的形状。不同的从动件运动规律，要求凸轮具有不同形状的轮廓曲线。不同的运动规律对凸轮机构的工作性能也有很大的影响。因此，在设计凸轮机构时，首先应根据凸轮机构的工作要求和工作条件来选择适当的从动件运动规律。推程h推程运动角δ远休止角δs回程运动角δh近休止角δs’推程h：从动件从起始位置点开始，逐渐被推到离凸轮轴心最远的位置。从动件的这一运动过程称为推程。推程运动角δ0：与推程相对应的凸轮转角δ0。称为推程运动角δ0

。远休止角δs：当凸轮继续转过一定的角度时，从动件尖项与圆弧BC相接触。此时．从动件在离凸轮轴心最远位置处停歇不动。从动件的这一运动过程称为远休止．与远停程相对应的凸轮转角称为远休止角δs。回程运动角δh：凸轮转过一定角度时，从动件从最远位置返回到最近位置，从动件的这一运动过程称为回程。与回程相对应的凸轮转角δ‘角为回程角。近休止角δs’:

当凸轮继续转过一定角度时，从动件在离凸轮轴心最近位置处停歇不动。从动件的这一运动过程称为近休止。与之相对应的凸轮转角δs’角为近休止角。u

当只轮继续回转时．从动件将重复上述的运动过程。一

等速运动规律当凸轮等角速度转动时，从动件上升或下降的运动速度保持不变，这种运动规律称为等速运动规律。刚性冲击：由图可知，从动件在运动开始和运动终止的速度会发生突变，因而其加速度在理论上也会变为无穷大，此时．从动件在理论上也会产生无穷大的惯性力。此惯性力会使机构产生强烈的冲击、振动相噪声，这种类型的冲击称为刚性冲击。等速运动规律只实用于低速轻载的凸轮机构二

等加速等减速运动规律这种运动规律的特点是加速度的绝对值为常数。所谓等加速等减速运动是指从动件在—个行程中，先作等加速运动，后作等减速运动。柔性冲击：由图可知，在行程的始点A、中点B和终点C处，加速度也有突变，但其变化为有限值，由此而产生的惯性力变化也为有限值。这种由加速度和惯性力的有限变化对凸轮机构所造成的冲击、振动和噪声要较刚性冲击小，称之为柔性冲击。尽管如此，这种具有柔性冲击的运动规律也不适用于高速凸轮机构。三简谐（余弦加速度）运动规律

质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上的投影所构成的运动称为简谐运动。从动件作简谐运动时，位移曲线的方程为：

从动件作简谐运动时，其加速度按余弦曲线变化，故称余弦加速度运动规律。这种运动规律在行程的始末两点加速度也有有限值的突变，会引起柔性冲击，因此也只适用于中速场合。第四节

间歇运动机构间歇运动机构：主动件连续回转时，从动件作周期性停歇的单向运动机构称为间歇运动机构。应用：间歇运动机构在自动生产线的转位机构、步进机构、计数装置和许多复杂的轻工机械中有着广泛的应用。间歇运动机构的类型很多，主要有：棘轮机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮间歇机构

槽轮机构一槽轮机构的工作原理槽轮机构构造简单，机械效率高，并且运动平稳，因此在自动机床的转位机构、电影放映机卷片机构等自动机械中得到广泛的应用。二、槽轮机构的主要参数槽轮机构的主要参数是槽数z和拨销数Ｋ。棘轮机构一棘轮机构的工作原理棘轮机构有如下缺点：①驱动杆只能向一个方向摆动时驱动棘轮；②棘轮只能单向运动；③棘轮的转角必须是相邻两齿所夹中心角的倍数，也就是说，棘轮的转角不能连续改变(称为有级改变)；④驱动杆回摆时，驱动棘爪在棘轮齿背上滑过，因而存在噪声。

二、棘爪工作条件如图所示，为了使棘爪受力最小，应使棘轮齿顶Ａ和棘爪的转动中心的连线垂直于棘轮半径O1A，即∠O1AO2=90°。轮齿对棘爪作用的力有：正压力Ｎ和摩擦力Ｆ。当棘齿偏斜角为

时，力Ｎ有使棘爪逆时针转动落向齿根的倾向，而摩擦力Ｆ阻止棘爪落向齿根。为了保证棘轮正常工作，使棘爪啮紧齿根，必须使力Ｎ对O2的力矩大于Ｆ对O2的力矩，即第一节

带传动1.带传动的类型和应用一

带传动的类型和传动形式

根据传动原理不同：带传动摩擦型：啮合型：平带、V带、多锲带、圆带同步带同步带传动带的优缺点

优点：

1）传动中心距较大；

2）带具有较好的阻尼，可缓冲、减振；

3）过载时带与带轮间会出现打滑，打滑虽使传动失效，但可防止损坏其他零件；

4）结构简单、成本低廉。二带的优缺点缺点：

1）传动的外廓尺寸较大；

2）需要张紧装置；

3）由于带的弹性滑动，不能保证传动比恒定；

4）带的寿命较短；

5）传动效率较低；

6）对轴和轴承的压力较大。通常，带传动用于中、小功率电动机与工作机械之间的动力传递。目前V带传动应用最广，一般带速为v=5～25m/s，传动比i≤7，传动效率≈0.90～0.95。近年来平带传动的应用已大为减少。但在多轴传动或高速情况下，平带传动仍然是很有效的。2.

V带和V带轮一

V带的结构和规格V带分为普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带、汽车V带等多种类型，以普通V带应用最广。V带的规格节线:带绕上带轮弯曲时，在带中保持原长度不变的任一条周线称为节线；节面：由全部节线构成的面称为节面。节宽bp：带的节面宽度称为节宽(bp)，当带弯曲时，该宽度保持不变。基准直径dd：在V带带轮上，与所配用V带的节面宽度相对应的带轮直径称为基准直径dd。基准长度Ld：V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld。普通V带按截面尺寸由从大到小分为：Y，Z，A，B，C，D，E。

普通V带标记：截型基准长度标准代号如B型带，基准长度1000mm，标记为：B1000GB11544－89普通V带：楔角

为40°、相对高度(bd)约为0.7的V带称为普通V带。窄V带：楔角

为40°、相对高度(h/bd)约为0.9的V带称为窄V带。二V带轮的材料和结构带轮的常用材料为铸铁，速度高时用铸钢；铝合金带轮和塑料带轮常用于小功率传动3.

V带传动的张紧及维护三V带传动的使用和维护1、张紧装置接近水平布置的传动张紧结构三V带传动的使用和维护接近于垂直布置的传动张紧结构摆架式张紧装置靠电动机和机架重量自动将带张紧三V带传动的使用和维护利用张紧轮将带调紧张紧轮一般设置在松边的内侧，并靠近大带轮处以避免造成小带轮包角减少太多第二节链传动链传动由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，以链作中间挠性件，靠链与链轮轮齿的啮合来传递动力。与带传动相比与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用于轴的压力也小，可减

少轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。链传动的主要缺点链传动的主要缺点是：（1）瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，（2）工作中有一定的冲击和噪声。与齿轮传动相比链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。链传动应用目前，链传动广泛应用于工况较为恶劣、传动比精度要求不是很高的农业、矿业、冶金、起重、运输、石油、化工、森工和环卫机械及摩托车中。通常，链传动的传动比i≤8；中心距a≤5～6m；传递功率P≤100kW；圆周速度v≤15m/s；传动效率约为0.95～0.89。一、链条传递动力用的链条，按结构的不同主要有滚子链和齿形链两种。滚子链滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子所组成，也称为套筒滚子链。滚子链内外链板均制成“８”字形，以减轻重量并保持链板各横截面的强度大致相等。链条各零件由碳素钢或合金钢制成，并经热处理，以提高其强度和耐磨性。滚子链上相邻两滚子中心的距离称为链节距，以

p表示，它是链条的主要参数。节距越大，链条各零件的尺寸越大，所能传递的功率也越大。滚子链可制成单排链和多排链。滚子链已标准化，分为Ａ、Ｂ两种系列，常用的是Ａ系列。二、链轮链轮轴面齿形两侧呈圆弧状，以便于链节进入和退出啮合。齿形用标准刀具加工时，在链轮工作图上不必绘制端面齿形，但须绘出链轮轴面齿形，以便车削链轮毛坏。链轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，故齿面多经热处理。小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，故所用材料一般应优于大链轮。常用的链轮材料有碳素钢(如Q235、Q275、45、ZG310-570等)、灰铸铁(如HT200)等。重要的链轮可采用合金钢。第三节齿轮传动

一齿轮机构的主要优点：齿轮机构是应用最广的机构之一。1）适用的圆周速度和功率范围广；2）效率较高；3）传动比稳定；4）寿命较长；5）工作可靠性较高；6）可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动。二齿轮机构的主要缺点：1）要求较高的制造和安装精度，成本较高；2）不适宜于远距离两轴之间的传动。三齿轮机构可分类按照两轴的相对位置和齿向，齿轮机构可分类如下：四对齿轮传动的要求1.传动准确、平稳2.承载能力强五、渐开线及其性质一直线在一圆周上作纯滚动，直线上任意点的轨迹称为圆的渐开线，这个圆称为渐开线的基圆，该直线称为发生线(参见右图)。渐开线齿廓上某点的法线(压力方向线)，与齿廓上该点速度方向所夹的锐角

k，称为该点压力角。今以rb表示基圆半径，由图可知上式表示渐开线齿廓上各点压力角不等，向径越大，其压力角越大。渐开线形状决定于基圆的大小。

基圆以内无渐开线。1、渐开线齿廓满足定比要求过啮合点所作的齿廓公法线nn就是两基圆的内公切线。齿轮传动时基圆位置不变，同一方向的内公切线只有一条，它与连心线交点的位置当然不变。即无论两齿廓在何处接触，过接触点所作的齿廓公法线均通过连心线上同一点C，故渐开线齿廓满足定角速比要求。一对齿轮的传动比式中表明：渐开线齿轮的传动比等于两轮基圆半径的反比。2、渐开线齿廓的优点1.可分性：当一对渐开线齿轮制成之后，其基圆半径不变，因而由式可知，即使两轮的中心距稍有改变，其角速比仍保持原值不变。这种性质称为渐开线齿轮传动的可分性。可分性是渐开线齿轮传动的一大优点。u

实际上由于制造安装误差或轴承磨损，常常导致中心距的微小改变，但由于渐开线齿轮传动具有可分性，故仍能保持良好的传动性能。此外，根据渐开线齿轮传动的可分性还可设计变位齿轮。啮合线：齿轮传动时，其齿廓接触点的轨迹称为啮合线。啮合角：过节点Ｃ作两节圆的公切线tt，它与啮合线间的夹角称为啮合角。2.法向作用力方向不变：由图可见，渐开线齿轮传动中啮合角为常数。啮合角在数值上等于渐开线在节圆上的压力角。啮合角不变表示齿廓间法向作用力方向不变，这也是渐开线齿轮传动的一大优点。第四节渐开线标准直齿圆柱齿轮

一基本参数齿顶圆：轮齿齿顶所对应的圆称为齿顶圆，其直径用d

表示；齿根圆：齿轮的齿槽底部所对应的圆称为齿根圆，直径用df表示。齿厚：任意直径dk的圆周上，轮齿两侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿厚，用sk表示；齿槽宽：任意直径dk的圆周上，齿槽两侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿槽宽，用ek表示；齿距：相邻两齿同侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿距，用表示。设z为齿数，则根据齿距定义可得，故。齿轮不同直径的圆周上，比值不同，而且其中还包含无理数

；又由渐开线特性可知，在不同直径的圆周上，齿廓各点的压力角

k也是不等的。分度圆：为了便于设计、制造及互换，我们把齿轮某一圆周上的比值规定为标准值(整数或较完整的有理数)，并使该圆上的压力角也为标准值，这个圆称为分度圆，其直径以d表示。压力角：分度圆上的压力角简称为压力角，以

表示，我国国家标准规定的标准压力角为20°模数：分度圆上的齿距p对

的比值称为模数，用m表示，单位为mm，即。模数是齿轮的主要参数之一，齿轮的主要几何尺寸都与模数成正比，m越大，则p越大，轮齿就越大，轮齿的抗弯能力就越强，所以模数m又是轮齿抗弯能力的标志。顶隙：顶隙c=c*m是指一对齿轮啮合时，一个齿轮的齿顶圆到另一个齿轮的齿根圆的径向距离。顶隙有利于润滑油的流动。齿顶高：轮齿上介于齿顶圆和分度之间的部分称为齿顶，其径向高度称为齿顶高，用h

表示；齿根高：轮齿上介于齿根圆和分度之间的部分称为齿根，其径向高度称为齿根高，用hf表示标准齿轮：标准齿轮：分度圆上齿厚与齿槽宽相等，且齿顶高和齿根高为标准值的齿轮为标准齿轮。因此，对于标准齿轮有

模数和齿数是齿轮最主要的参数。在齿数不变的情况下，模数越大则轮齿越大，抗折断的能力越强，当然齿轮轮坯也越大，空间尺寸越大；模数不变的情况下，齿数越大则渐开线越平缓，齿顶圆齿厚、齿根圆齿厚相应地越厚；一正确啮合(同步)条件

为了保证前后两对齿有可能同时在啮合线上接触，轮１相邻两齿同侧齿廓沿法线的距离应与轮2相邻两齿同侧齿廓沿法线的距离相等，即。同理由轮1可得：代入前式得正确啮合条件：

由于模数和压力角已经标准化，事实上很难拼凑满足上述关系，所以必须使上式表明：渐开线齿轮的正确啮合条件是两轮的模数和压力角必须分别相等。这样，一对齿轮的传动比可表示为二连续传动的条件实际啮合线段AG与法向齿距AK之比称为重合度，用

表示，因此，齿轮连续传动的条件是：重合度越大，同时啮合的齿对数越多。可以证明，重合度的计算公式为：相啮合的一对齿轮，齿数和越大，重合度越大。对于标准齿轮传动，重合度恒

大于1，故标准齿轮一定满足连续传动的条件。三标准中心距我们把一对标准齿轮分度圆相切时的中心距称为标准中心距，以

a表示，即分度圆与节圆，压力角与啮合角的区别:1.分度圆与压力角是单个齿轮本身所具有的2.节圆和啮合角是两个齿轮相互啮合时才出现的3.标准齿轮传动只有在分度圆与节圆重合时，压力角与啮合角才相等；否则，压力角与啮合角就不相等。

第五节平行轴斜齿圆柱齿轮机构

一、斜齿轮齿廓曲面的形成及其啮合特点图中表示互相啮合的一对渐开线斜齿轮齿廓曲面。平面S为轴线平行的两基圆柱的内公切面，其上有一条与母线N1N1、N2N2成

b角的斜直线KK。当平面S分别在基圆柱1和2上纯滚动时，直线KK的轨迹即为齿轮1和2的齿廓曲面。

直齿和斜齿的比较斜齿：在两个齿廓啮合过程中，齿廓接触线长度由零逐渐增长，从某一位置以后又逐渐缩短，直至脱离接触。它说明斜齿轮的齿廓是逐渐进入接触，又逐渐脱离接触的，故工作平稳。（斜齿优点）直齿：而一对直齿的齿廓进入和脱离接触都是沿齿宽突然发生的，故其噪声较大，不适于高速传动。由斜齿轮齿廓曲面的形成可见，其端面(垂直于其轴线的截面)的齿廓曲线为渐开线。从端面看，一对渐开线斜齿轮传动就相当于一对渐开线直齿轮传动，所以它也满足定角速比的要求。斜齿圆柱齿轮的优缺点优点：1.斜齿轮的齿廓是逐渐进入接触，又逐渐脱离接触的，故工作平稳2.重合度较直齿轮大缺点：1.存在轴向力2.制造较困难二、斜齿圆柱齿轮的几何参数和几何尺寸螺旋角在斜齿圆柱齿轮各不同的圆柱面上，其螺旋角是不同的。通常用分度圆柱上螺旋角(以下简称螺旋角)β进行几何尺寸计算。β越大，轮齿越倾斜，则传动平稳性越好，但轴向力越大。一般设计取β＝8o～20o，对于人字齿，轴向力可抵消斜齿圆柱齿轮的旋向有左旋和右旋两种用铣刀切制斜齿轮时，铣刀的齿形应等于齿轮的法向齿形；在轮齿弯曲强度计算时，也需要研究最小危险截面（法面）.因此国家标准规定斜齿轮的法向参数（mn、

n、法向齿顶高系数ha*及法向顶隙系数c*）为标准值，而端面参数为非标准值。一对斜齿轮传动在端面上相当于一对直齿轮传动，故可将直齿轮的几何尺寸计算公式用于斜齿轮的端面。模数斜齿轮的几何参数有端面和法向（垂直于某个轮齿的方向）之分。图４-18为斜齿条的分度面截面图。由图可见，法向齿距pn和端面齿距pt之间的关系为因p=m，故法向模数mn和端面模数mt之间的关系为

压力角图中表示出了斜齿条的法向（AOC平面）压力角

和端面（AOB平面）压力角

，由图可见斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算见教材（表6-30）三斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件一对斜齿轮的正确啮合，除两齿轮的模数和压力角必须相等以外，两轮分度圆柱螺旋角(以下简称螺旋角)β也必须大小相等，方向相反，即一为左旋，另一为右旋。β1＝±β2mn1＝mn2=mn或mt1＝mt2

n1＝n2＝n或

t1＝t2四、斜齿圆柱齿轮的当量齿数过斜齿轮分度圆柱上齿廓的任一点C作轮齿螺旋线的法面nn，该法面与分度圆柱的交线为一椭圆。

椭圆其长半轴为a。椭圆在Ｃ点的曲率半径为。以ρ为分度圆半径，以斜齿轮法向模数为模数，取标准压力角作一直齿圆柱齿轮，其齿形即可认为近似于斜齿轮的法向齿形。该直齿圆柱齿轮称为斜齿圆柱齿轮的当量齿轮，其齿数称为当量齿数，用Zv表示五、斜齿圆柱齿轮的受力分析第六节直齿圆锥齿轮

一、圆锥齿轮概述圆锥齿轮用于相交两轴之间的传动。和圆柱齿轮传动相似，一对圆锥齿轮的运动相当于一对节圆锥的纯滚动。除了

节圆锥以外，圆锥齿轮还有分度圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥和基圆锥。图中表示一对正确安装的标准圆锥齿轮，其节圆锥与分度圆锥重合。设、分别为小齿轮和大齿轮的分度圆锥角，Σ为两轴线的交角。

因故传动比为在大多数情况下，Σ=90°，这时二、背锥和当量齿轮圆锥齿轮传动时，其上任一点与锥顶Ｏ的距离保持不变，所以该点与另一锥齿轮的相对运动轨迹位于一个球面上，因此直齿圆锥齿轮的理论齿廓曲线为球面渐开线。因球面不能展开成平面，设计计算和制造都很困难，故采用下述近似方法加以研究。背锥面上的齿高部分与球面上的齿高部分非常接近，可以认为一对直齿圆锥齿轮的啮合近似于背锥面上的齿廓啮合。因圆锥面可展开成平面，故最终可以把球面渐开线简化成平面曲线来进行研究。过大端上Ｃ点作OC的垂线与两轮的轴线分别交于

O1

和O2点。分别以OO1和OO2

为轴线，以O1C和O2C为母线作两个圆锥O1CA和O2CB，该两圆锥称为背锥。将背锥O1

CA和O2CB展开为两个平面扇形。以O1

C和

O2C为分度圆半径，以圆锥齿轮大端模数为模数，并取标准压力角，按照圆柱齿轮的作图法画出扇形齿轮的齿廓，该齿廓即为圆锥齿轮大端的近似齿廓，扇形齿轮的齿数

即为圆锥齿轮的真实齿数。今将两扇形齿轮补足为完整的圆柱

齿轮，则它们的齿数分别增加到

和

。由图

故得到一般式

上述圆柱齿轮称为圆锥齿轮的当量齿轮，

和

称为圆锥齿轮的当量齿数。第七节蜗杆传动

一

蜗杆机构的特点优点：（1）传动比很大、结构紧凑；在分度机构中，蜗杆传动的传动比i可以大到1000；在动力传动中，蜗杆传动的传动比i通常为8～80。（2）传动平稳和噪声较小。（3）当蜗杆的导程角小于啮合面间的当量摩擦角时可以自锁。缺点：（1）蜗杆传动的主要缺点是传动效率较低，为了减小摩擦、提高耐磨性，（2）蜗轮齿圈常需用价格较贵的青铜制造。对于一般动力传动，蜗杆传动常用的精度等级是７级精度（适用于蜗杆圆周速度＜7.5m/s）、８级精度（＜3m/s）和９级精度（＜1.5m/s）。二

蜗杆机构的分类按蜗杆母体形状的不同，蜗杆传动的蜗杆可分为：圆柱蜗杆、环面蜗杆和锥蜗杆。目前最为常用的是圆柱蜗杆传动。根据蜗杆螺旋面的形状不同，圆柱蜗杆又可分为：阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)、渐开线蜗杆(ZI蜗杆)等。平面内蜗杆的齿形为侧边呈直线的齿条；而在垂直于蜗杆轴线的截面内为阿基米德螺旋线。三

模数及压力角通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平面。由于蜗轮是用与蜗杆形状相仿的滚刀，按范成原理切制而成的，所以在中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合相当于渐开线齿轮和齿条的啮合。蜗杆传动的设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。蜗杆传动的正确啮合条件蜗杆传动的正确啮合条件是：蜗杆的轴向模数和轴向压力角

x1应分别等于蜗轮的端面模数和端面压力角

t2

，蜗杆分度圆柱上的导程角

应等于蜗轮分度圆柱上的螺旋角

2，且两者的旋向必须相同，即：mx1=

mt2=m

x1=

t2=

2=

四

传动比、蜗杆齿数和蜗轮齿数设蜗杆齿数（即螺旋线数目）为z1，蜗轮齿数为z2，当蜗杆转一周时，蜗轮将转过个z1齿（z1/z2周）。因此传动比为:式中：