机械设计基础（少学时）第7版 课件全套 第1-15章绪论 -机械传动装置设计与综述

第一章绪论本讲重点本章重点学习内容：1．零件、构件、机械、机构、机器等名词的涵义2．机械零件的常用材料3．机械零件工作能力的判定条件4．机械零件结构设计的基本要求5．平面运动副的分类及其表示方法6．平面机构具有确定运动的条件第一节机器的组成和本课程研究的内容一、机器的组成颚式破碎机a)立体图b)传动简图l—电动机2、4—带轮3—V带5—偏心轴6—动颚(板)7—肘板8—定颚(板)9—飞轮机器是能执行机械运动并被用来传递能量、物料与信息的装置。构件是运动的单元；零件是制造的单元。由颚式破碎机的组成可知：机器中不可拆的单元体是制造单元，称为零件。在组成机器的各个零件中，有的零件是以单个形式参与机器运动，例如带轮、偏心轮、肘板等。有的则是将多个零件刚性联接，作为一个整体参与机器运动。例：动颚板。把零件作为组成机器的基本单元不能有效地表达机器中各部分的相对运动关系。为了表达机器中各部分的相对运动关系，把在机器中能作相对运动的实体称为构件。动颚体动颚板压板螺钉偏心轴根据破碎机中构件间的相对运动关系画出碎石部分的机构简图，如图所示。由图可以看出，机构有两个特征：1、由多个构件组成2、各构件间具有确定的相对运动。对机器而言，除具备机构的这两个特征外，还有第三个特征。3、能够完成有效的机械功(如颚式破碎机粉碎矿石)或进行能量转换(如内燃机把热能转换成机械能)。因此，从其组成、运动特性、受力状况等方面进行分析，机构和机器没有区别。为使研究的问题简化，常将机构和机器统称为机械。一部机器也可以由数个机构组成，如图所示牛头刨床的主传动系统(切削和进给运动)，是由齿轮机构(5、6、13)、(10、11、13)、导杆机构(6、7、8、13、14)、曲柄摇杆机构(11、12、17、13)、间歇运动机构(17、16、13)等组成的。从颚式破碎机可知，一部机器可以只含有一个机构，颚式破碎机只含有一个曲柄摇杆机构；机器种类繁多，其结构形式和用途各不相同，但大致都是由以下四部分组成的。原动机部分：驱动整部机器以完成预定功能的动力源，颚式破碎机的原动机是电动机。执行部分：完成机器预定功能的组成部分，也称工作机，是具体干活的部分，颚式破碎机的执行部分是颚头（定颚、动颚）。传动部分：解决原动机与工作机运动形式、运动及动力参数的转变。机器的传动部分多数使用机械传动系统。颚式破碎机的传动部分包括V带传动和由偏心轮、动颚、肘板以及机架组成的连杆机构其他部分：控制系统和辅助系统等。由机器的组成可知，机器通常是由是由各种机构以及各种零件组成的。机器中的零件分为两类。1、通用零件通用零件在各种类型的机械中都可能用到，如螺栓、轴、齿轮、弹簧等；2、专用零件只用于某些类型的机械中，如电动机中的转子、叠片、笼条等，内燃机、蒸汽机中的曲轴、活塞等。此外，机械设计中还把为完成同一使命、彼此协同工作的一组零件所组成的组合体称为部件，如滚动轴承、联轴器、减速器等，所以有时也通称为机械零部件，它包括了零件和部件。机械设计基础主要研究常用机构和通用零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和计算方法。同时还将扼要介绍与本课程有关的国家标准、规范和一些标准零件、部件的选用原则，以及简单机械传动装置的设计方法。二、本课程研究的内容机械设计基础是高等学校工科有关专业的一门重要技术基础课。通过本课程的学习，可以使学生获得正确使用和维护机械设备的基本知识，初步培养学生运用有关设计资料设计简单机械传动装置的能力，为学习有关专业机械设备课程以及参与技术革新奠定必要的基础。三、本课程研究的目的四、本课程的学习方法

本课程是一门实践性和综合性很强的课程，整个学习过程涉及机械制图、理论力学、材料力学、工程材料、金属工艺学以及互换性与技术测量等多门学科。本书内容的安排是从认识机械入手，分析机器的基本组成、传动系统及零部件的功能，进而引深到机械零部件的设计与计算、机械传动装置设计的一般方法和过程以及常用机构的运动分析和设计。在本课程的学习过程中，对于机械零件，除合理选择材料外，还应着重掌握其工作能力计算和结构设计方法。此外还应该注意，大部分零件由于所选材料的不同、结构设计的差异等诸多因素都会导致多种设计结果，即可用多种方案来完成同一功能要求。因此，要不断提高综合分析与解决问题的能力，学会从多种可能的解答中通过评价找出最佳的设计方案。对于连杆机构、凸轮机构等常用机构，应注意其非匀速传动的特点，重点分析其运动特性，掌握实现其运动规律的设计方法。第二节机械零件的常用材料机械零件的常用材料分为金属和非金属两大类。其中，金属材料应用最广，非金属材料以其独特的性能也日益显示出广阔的应用前景。金属材料包括黑色金属(钢、铸铁)和有色金属，前者应用最多。此外，近年来复合材料的研究与开发，也已成为材料科学的一个新方向。下面简要介绍机械零件的常用材料及其应用。选择材料是设计机械零件的重要环节之一，也是一个复杂的技术经济问题。一般应综合考虑以下要求，选出适宜的材料。1、零件的使用要求：如强度、刚度、冲击韧度、导热性、抗腐蚀性以及耐磨性、减振性等，通常以强度为主。2、工艺要求：毛坯到成品都便于制造3、经济性要求：材料及其加工成本均比较低，而且供货方便。各种材料的力学性能及应用均可从机械设计手册中查取，本课程也在有关章节中作了适当的介绍。

一、钢

钢的品种多、性能好，是机械零件最常用的材料。根据化学成分的不同，钢可分为碳素钢和合金钢。1．碳素钢碳素钢的性能主要取决于碳含量，即碳的质量分数。碳含量越高，钢的强度越高，塑性越低。由于碳素钢生产批量大，价格低，供应充足，一般的机械零件应优先选用。碳素钢优质碳素结构钢(GB/T699-1999)含磷、硫等杂质较少，其性能优于碳素结构钢，而且能同时保证钢的力学性能和化学成分，可以进行热处理。碳素结构钢(GB/T700-1988)杂质较多，只保证机械强度，不保证化学成分，不能进行热处理。常用于受力较大，且受变载荷或冲击载荷作用的零件。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，代表钢中碳的平均含量。如45钢，其碳的平均质量分数为0.45％。对于锰含量较高的优质碳素结构钢，其牌号还要在碳含量数字之后加注符号“Mn‘’，如40Mn等。2）优质碳素结构钢主要用于受力不大而且基本上是承受静载荷的零件，其中以Q235、Q255较为常用。碳素结构钢的牌号用Q和后面一位数字表示，如Q235表示屈服点235MPa的碳素结构钢。1）碳素结构钢碳的平均质量分数高于0.60％的钢，它具有很高的强度和弹性，是弹簧、钢丝绳等零件的常用材料。优质碳素结构钢根据碳的平均质量分数又可分为：低碳钢中碳钢高碳钢碳的平均质量分数低于0.25％的钢，其抗拉强度和屈服点低，而塑性好，适用于冲压、焊接加工；碳的平均质量分数在0.25％～0.60％之间的钢，中碳钢既有较高的强度，又有一定的塑性和韧性，综合力学性能较好，常用来制造螺栓、螺母、齿轮、键和轴等零件；2．合金钢为了改善钢的性能，根据不同要求加入一种或几种合金元素而形成的钢，称为合金钢。不同的合金元素，使钢获得不同的性能，例如：铬能提高硬度、高温强度和耐腐蚀性；镍能提高强度而不降低韧性；锰能提高强度、韧性和耐磨性；硅可提高弹性极限和耐磨性，但降低韧性。应当指出，合金钢的性能不仅与化学成分有关，在很大程度上还取决于适当的热处理。由于合金钢价格较贵，通常只用于制造重要的或具有特殊性能要求的机械零件。普通低合金钢合金钢分为合金结构钢（常用）特殊合金钢合金工具钢合金结构钢牌号的表示方法是用两位数字表示碳的含量，并在其后加注所含各主要合金元素的符号及其含量，而且规定：合金元素平均质量分数低于1.5％时，不注含量；当平均质量分数在1.5％～2.5％,2.5％～3.5％,3.5％～4.5％,…时,以相应数字2，3，4，…表示。例如40SiMn2,其成分的平均质量分数为:碳0.40％,硅低于0.15％,锰在1.5％～2.5％之间。铸钢主要用于制造承受重载荷的大型零件或形状复杂、力学性能要求较高的零件，如承受重载荷的大型齿轮、联轴器等。铸钢包括碳素铸钢和合金铸钢。铸钢的力学性能与锻钢基本接近，但其减振性和铸造性能均不及铸铁。铸钢牌号的表示方法是在符号“ZG”后加注两组数字，如ZG310—570，表示屈服点为310MPa，抗拉强度为570MPa。3．铸钢二、铸铁铸铁和钢都是铁碳合金，区别在于碳含量不同。碳的质量分数高于2％的铁碳合金称为铸铁，反之称为钢。铸铁是脆性材料，其抗拉强度、塑性、韧性均较差，不能进行碾压和锻造；但其减振性和耐磨性较好，成本较低。另外，铸铁具有良好的液态流动性，因此常用于铸造各种形状复杂的零件。常用铸铁有灰铸铁和球墨铸铁。灰铸铁是应用最广的一种铸铁，碳以片状石墨存在于铁的基体中，因此其断口呈灰色。灰铸铁的抗压强度高于抗拉强度，切削性能好，但不宜承受冲击载荷，常用于制造受压状态下工作的零件，如机器底座、机架等。灰铸铁牌号的表示方法是在符号“HT”后加注一组表示抗拉强度的数字，如HT200，其抗拉强度为200MPa。1．灰铸铁球墨铸铁中的碳以球状石墨存在于铁的基体中，故其力学性能显著提高。除伸长率和韧性稍低外，其他力学性能基本与钢接近，同时兼有灰铸铁的优点；但是球墨铸铁的铸造工艺性能要求较高，品质不易控制。用球墨铸铁制造的曲轴、齿轮等，其成本低于锻钢件。球墨铸铁牌号的表示方法是在符号“QT”后加注两组数字，如QT400—15，表示抗拉强度为400MPa，伸长率为15%。

2．球墨铸铁铜合金是机械零件中最常用的有色金属材料，分为黄铜和青铜两类。1．黄铜黄铜(ZCuZn38等)是以锌为主要合金元素的铜合金。它具有一定的强度和较高的耐腐蚀性能，常用于制造管件、散热器、垫片以及化工、船用等零件。三、铜合金青铜又分普通青铜(锡青铜)和特殊青铜(铝青铜、铅青铜等)。普通青铜(ZCuSn5Pb5Zn5等)的减摩性、耐磨性、导热性均良好，常用于制造蜗轮、对开螺母、滑动轴承中的轴瓦等零件。铝青铜(ZCuAll0Fe3等)的耐磨性和耐腐蚀性较好，常用于制造蜗轮、在蒸汽和海水条件下工作的齿轮等零件。铅青铜(ZCuPb30等)具有很高的导热性和抗疲劳强度，可用于制造高速、重载滑动轴承的轴瓦。铸造铜合金牌号的表示方法是在符号“ZCu'’后面加注所含各主要合金元素的符号及其质量分数(％)。2．青铜复合材料是由两种或两种以上的金属或非金属材料复合而成的一种新型材料。例如，用金属、塑料、陶瓷等材料作为基材，用纤维强度很高的玻璃、石墨、硼等非金属材料作为纤维，可把纤维与基材复合成各种纤维增强复合材料，又称纤维增强塑料，可用来制造薄壁压力容器、汽车外壳等。又如，在普通碳素钢板表面贴附塑料或不锈钢，可分别获得强度高而又耐腐蚀的塑料复合钢板或金属复合钢板。复合材料目前成本尚高，供应较少，但它是材料工业发展的方向之一，随着科学技术的进步将获得广泛应用。五、复合材料橡胶、塑料、皮革、陶瓷、木材、纸板等，均属非金属材料。橡胶除具有弹性并能缓冲、吸振外，还具有耐磨、绝缘等性能，广泛用于制造胶带、轮胎、密封垫圈和减振零件等。塑料具有耐磨、耐腐蚀、质量轻、易于成形等优点，因此近年来得到了广泛的应用。四、非金属材料第三节机械零件的工作能力及计算准则机械零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能时，称为失效。在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。常见的零件失效形式有：断裂，过大的弹性变形或塑性变形，摩擦表面的过度磨损、打滑、过热，联接松动以及运动精度达不到要求等。注意零件的失效和损坏是两个不同的概念对于某一具体零件，可能产生的失效形式由其工作条件和受载情况决定。针对各种不同失效形式，所列判定零件工作能力的条件，称为工作能力计算准则。这些准则主要有强度、刚度、耐磨性、耐热性以及振动稳定性等。下面主要讨论零件的强度、刚度条件及耐磨性，其他工作能力判定条件，可查阅有关机械设计参考书。名义载荷是根据名义功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷。它是机器在理想平稳的工作条件下作用在零件上的载荷。计算载荷是考虑实际载荷随时间作用的不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性以及其他因素的影响而得到的载荷。计算载荷等于载荷系数K与名义载荷的乘积。机械零件的设计计算一般按计算载荷进行。一、强度1．名义载荷与计算载荷强度条件是机械零件最基本的计算准则。如果零件强度不够，工作时会产生断裂或过大的塑性变形，使零件不能正常工作。设计时必须满足的强度条件为：

σ≤[σ]，τ≤[τ]式中，σ、τ分别是危险截面处的最大正应力和切应力，是按照计算载荷求得的应力；[σ]、[τ]分别是材料的许用正应力和切应力。2．强度条件3．许用应力许用应力是零件设计的条件应力。正确地确定许用应力，可以使零件在具有足够强度和寿命的前提下，做到尺寸小、质量轻。许用应力的确定，本书主要采用计算法，其基本公式

[σ]=σlim/S

或[τ]=τlim/S式中σlim、τlim分别是材料的极限正应力、切应力；S为安全系数。由上式可知，许用应力的确定主要是确定材料的极限应力和安全系数。

(1)极限应力极限应力的确定与应力的种类有关。常见的应力种类如下图（1）静应力作用下的极限应力在对称循环变应力作用下，取材料的对称循环疲劳强度σ-1作为极限应力；在脉动循环变应力作用下，取材料的脉动循环疲劳极限σ0作为极限应力；在非对称循环变应力作用下，可通过疲劳试验机或极限应力图确定材料的疲劳极限，即极限应力。作简化计算时，一般变应力作用下可近似取与之相似的σ-1或σ0作为材料的极限应力。塑性材料，取材料的屈服点σs作为极限应力脆性材料，取材料的抗拉强度σb做为极限应力（2）变应力作用下的极限应力在静应力下工作的零件主要的失效形式是断裂或塑性变形在变应力下工作的零件主要失效形式是疲劳断裂对于安全系数，本书主要采用查表法确定。这类表格是不同的机械制造部门经过长期生产实践，总结制订出适合本行业的安全系数(或许用应力)表格，具有简单、具体、可靠等优点，所以应用较广；缺点是适用范围较窄。查表法的取值已列在各章具体表格中。在无可靠资料直接确定安全系数的情况下，可用下式计算总的安全系数，即

S=S1S2S3

S1

是考虑载荷及应力计算的准确性系数，S1=1~1.5S2

是考虑材料的均匀性系数锻钢或轧钢零件S2=1.2~1.5，铸铁零件S2=1.5~2.5S3

是考虑零件重要程度的系数，S3=1~1.5(2)安全系数二、接触强度前面所述机械零件的强度称为整体强度。所谓整体强度，是指在整体应力作用下的零件的强度。零件受载时在较大的体积内产生应力，零件的破坏也发生在较大的体积范围内。此外，对于理论上点接触或线接触的两个零件，当有载荷作用时，由于局部变形使接触处形成小的接触区，在面积很小的接触区表层产生很大的应力，称为接触应力。接触应力的分布如图所示，其最大值用σH表示。在接触应力作用下零件的强度称为接触强度，它属于表面强度。机械零件的接触应力一般都是交变应力，通常按近似脉动循环处理。如摩擦轮传动、齿轮传动、滚动轴承等，在交变应力的反复作用下，零件表层先是产生疲劳裂纹，如有润滑油进入疲劳裂纹，在裂纹口被压封的情况下，裂纹中产生极高的油压而迫使裂纹加速扩展，直至表层金属成小片状剥落下来，在零件表面形成小坑，这种现象称为疲劳点蚀，简称点蚀。点蚀的出现使得零件接触面积减少，失去光滑的表面，不但降低承载能力，还会引起振动和噪声。因此，疲劳点蚀是润滑和密封均良好零件的常见失效形式。设计时应该满足的接触强度条件为

σH≤[σ]H式中[σ]H是材料的许用接触应力；[σ]H≤σHlim/SH

σH是材料的最大接触应力；σHlim是试验材料的接触疲劳强度极限；SH是接触疲劳强度安全系数，考虑接触应力的局部性及离开接触中心迅速减少等因素，可取SH等于1或稍大于1三、刚度刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。某些零件如机床主轴、高速蜗杆轴等，刚度不足将会产生过大的弹性变形，影响机器的正常工作。设计时应满足的刚度条件为：零件在载荷作用下产生的弹性变形量应小于或等于机器工作性能允许的极限值。y≤[y]，θ≤[θ]，φ≤[φ]y，θ，φ分别为零件工作时的挠度、转角和扭角[y]，[θ]，[φ]分别是相应的许用挠度、转角和扭角提高零件刚度的措施有：适当增大截面尺寸，改进零件的结构，减少支点间的距离等。四、耐磨性在各种机械中，凡是具有相对运动，或具有相对运动趋势的接触表面间都存在摩擦。摩擦表面物质在相对运动中不断损失的现象称为磨损。零件抗磨损的能力称为耐磨性。据统计，世界上约有1／3的能源消耗在摩擦上；在各种报废的机械零件中，约有80％是由于磨损而引起的。因此，研究摩擦、磨损，提高零件的耐磨性，对延长机器的使用寿命有着十分重要的意义。相对运动的接触表面间的磨损是不可避免的。在正常情况下，一个零件的磨损过程大致可以分为图所示的三个阶段。

1．磨损过程(1)磨合磨损阶段该阶段是新机器在运转初期，通过逐渐增加载荷而迅速磨去零件接触表面制造时遗留下来的波峰尖部。随着波峰高度的逐渐降低，摩擦副的实际接触面积加大，磨损率ε=△q／△f逐渐减小，零件进入稳定磨损阶段。(2)稳定磨损阶段该阶段的磨损率ε≈常数，零件以平稳而缓慢的速度在磨损，相应的时间即为零件的使用寿命。(3)剧烈磨损阶段

当磨损率超过机械正常运转的许可磨损率时，零件便进入剧烈磨损阶段。这时，两个摩擦零件间的间隙很快增大，温度升高，机械效率迅速下降，产生异常的噪声和振动，应该停机检修，更换零件。上述的三个阶段是正常情况下零件的磨损过程。但若压强过大、相对速度过高或润滑不良，都会导致磨合磨损阶段的磨损加剧，并直接转入剧烈磨损阶段，如图中虚线所示，使零件很快报废。按磨损机理分，磨损主要有磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损四种基本类型。(1)磨粒磨损硬质颗粒进入摩擦表面，或硬表面上的凸峰在摩擦过程中引起表层材料脱落的现象，称为磨粒磨损。(2)粘着磨损(胶合)

摩擦表面的接触实际上是高低不平的微凸体接触。高速、轻载时温升使得接触区润滑油膜破裂，低速、重载时也不易形成润滑油膜，这都将导致接触处发生粘着。在这种情况下，两表面相对滑动，粘着撕脱，材料从一个表面转移到另一个表面，这种现象称为粘着磨损，也称为胶合。严重的粘着磨损会导致两个摩擦零件咬死。(3)表面疲劳磨损(疲劳点蚀)

疲劳点蚀发生在零件表层，属于表面磨损范畴，故称表面疲劳磨损。(4)腐蚀磨损在摩擦过程中，与周围介质发生化学反应或电化学反应的磨损，称为腐蚀磨损。2．磨损的基本类型磨损是一个相当复杂的现象，影响因素也很多。除疲劳磨损外，目前尚无可靠的计算方法，通常采取下述措施减少磨损：1)选取减摩性和耐磨性较好的材料。2)对摩擦表面进行润滑。选用适当的润滑剂和润滑方法是减少摩擦和磨损的最有效途径。润滑方法需根据不同的工作条件和部位而定。3)进行耐磨性计算。摩擦表面间的耐磨性计算目前也是条件性的，通常是限制摩擦面间的压强p和pv值，来减少磨损。(详见第八章第四节)。4)提高零件的加工精度和表面质量。5)完善密封，正确使用与维护等。

3．减少磨损的主要措施第四节机械零件结构设计的基本要求和“三化”机械的功能是靠零件具体结构实现的。即使零件工作能力满足要求，但结构设计不当，同样达不到预期的功能。事实上，在设计中常常需要先作初步的结构构思，然后将其抽象为数学模型才能进行零部件的计算。例如，受弯曲应力作用的轴，计算所需力的作用点位置、支点距离等，通常都是由初步结构设计确定的。因此，结构设计与零件工作能力计算同等重要。下面主要介绍零件结构设计的基本要求这是指在实现零件预期功能的前提下，尽可能采用较少的几何量和简单的形体要素，以简化零件的结构。这样的结构既便于零件毛坯的成形，又易于提高加工质量。例如，平面、圆柱面都易于制造并可得到较高的加工精度。1．构形简单一、机械零件结构设计的基本要求2．工艺性好工艺性之一是指制造工艺，即要求零件从毛坯制造到机械加工整个过程都能方便、经济地制造出来，尤其要杜绝不可能制造出来的设计结果。毛坯制造方法有铸造、锻造、焊接等，应视零件的使用要求、生产批量及制造条件而选择。不同的制造方法有其特有的制造要求，零件的结构要满足毛坯制造方法的要求。例如，铸造零件要求壁厚均匀，壁的连接处设置较大的过渡圆角等。此外，还应考虑有利于造型、起模、清理等环节，力求既工艺简单，又可保证铸件的质量。对于机械加工，首先应考虑到零件加工的可行性和在机床上装夹的方便性，避免难以在机床上固定的结构和无法加工的结构。例如：图1a为难以在机床上固定的结构，而图1b所示的结构则便于在机床上固定，进行机械加工。图2a所示零件上的螺纹孔无法加工，而图2b所示则为可加工结构。就机械加工而言，结构设计还应考虑如何保证零件的加工精度、减少加工面积以及减少刀具的规格和更换刀具次数等因素。工艺性之二是指装配工艺，即要求零件的组合结构装拆方便。图1a所示零件结构因螺栓安装空间不够而无法装配，图1b所示则为合理结构。图2所示为气缸盖与缸体的联接，显然图2b所示结构拆卸要容易得多。总之，良好的结构工艺性既可降低产品的制造成本，又有利于提高产品的质量。3．受力合理零件合理的受力包括受力平衡，传力路线简捷、合理，符合等强度原则，应力集中小以及满足刚度要求等。受力合理可以减小零件的尺寸和质量，并使材料得到充分利用。4．充分利用不同材料的性能这是要求零件的结构应有利于材料性能的发挥。例如，在蜗杆传动中，人们常把尺寸较大的蜗轮设计成组合式结构。轮心用抗压强度较高而价格较低的铸铁制作，轮缘齿圈用减摩性好、抗胶合能力强但价格较贵的青铜制作，从而既较好地满足了铜蜗轮与钢蜗杆啮合时对减摩性和抗胶合能力的要求，又节省了贵重金属材料。这是指在正常使用条件下，零件的工作能力足够，并在其工作环境中保持机器性能稳定，且具有一定的使用寿命。5．工作可靠1）对机器或零件而言，有时候要求机器在发生非正常使用时，如过载或操作失误等，具有自身安全保护的功能；2）对人而言，在机器的制造和使用过程中，应力求避免对人造成伤害。对零件的某些边、角进行倒角或倒圆，以及在带传动、链传动和啮合传动中设置防护罩等，都是基于人身安全考虑的实例。此外，对人的安全还应当包括环境安全，如结构设计必须保证机器的噪声、排放物等符合环境保护规范的要求。6．安全性高标准化、系列化和通用化简称“三化”标准化、系列化是指在不同类型、不同规格的机器中，将相当多相同的零件加以标准化，并按尺寸不同加以系列化，设计者可直接从有关手册和标准中选用，无须重复设计。例：如螺栓、螺母、键、滚动轴承等二、标准化、系列化和通用化（简称“三化”

）通用化是指在系列之内或跨系列的产品之间采用同一结构和尺寸的零部件，以减少企业内部零件的种数，从而简化生产管理，获得较高的经济效益。例：减速器等采用“三化”具有如下重要意义：1)减轻了设计工作量，有利于设计人员将主要精力用于关键零部件的设计。2)便于安排专业厂家进行规模型生产，从而利于合理使用材料、缩短生产周期、提高产品质量和降低成本。3)增大了互换性，便于维修。4)有利于改进设计，增加产品品种和产量。第二章平面机构的结构分析本讲重点本章重点学习内容：1.平面机构的运动副及分类2．平面运动简图绘制3．平面机构具有确定运动的条件本讲小结1、运动副的分类（高副、低副）2、构件的分类（固定件、原动件、从动件）3、绘制机构的运动简图用规定线条和符号来反映机构中各构件的相对运动4、机构的自由度F=3n-2PL-PH

注意：（1）复合铰链（2）局部自由度（3）虚约束

一、运动副的分类及表示方法返回本节平面运动副空间运动副高副低副转动副移动副使两个构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。例如：

轴承中的滚动体与内外圈的滚道、凸轮顶杆、啮合中的一对齿廓、滑块与导槽。运动副的分类第一节平面机构的运动副及其分类运动副示例返回它们之间既保持了直接接触,又能产生一定的相对运动,因此都构成了运动副。构件上参与接触的点、面、线，称为运动副元素。低副转动副及其符号移动副及其符号返回高副返回用图形表示高副时，对于凸轮，滚子习惯上画出全部轮廓，对于齿轮，常用点画线画出其节圆二、构件的分类及其表示方法返回本节构件按其运动形式可分：构件均用线段或小方块等来表示（忽略其外形），画有斜线的表示机架。固定件（机架）原动件从动件第二节平面机构的运动简图绘制用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图，称平面机构的运动简图。所有构件都在同一平面或相互平行的平面中运动，称为平面机构。否则称为空间机构。返回本节用规定的线条和符号表示构件和运动副，绘出能够表达各构件间相对运动关系的简图称为机构运动简图。绘制机构运动简图一般应包括下列内容：1．分析机构的运动，判别构件的类型及数目。2．分析各构件间运动副的类型和数目。3．选择视图平面，为了能清楚地表明各构件间的相对运动关系，通常选择平行于构件运动的平面作为视图平面。4．确定比例尺，比例尺应根据实际机构和图幅大小适当选取5．用规定的构件和运动副图形符号绘制机构运动简图（从原动件开始画）例如：绘制抽水唧筒的机构运动简图1．分析机构的运动图示抽水唧筒由手柄1、杆件2、活塞及活塞杆3和抽水筒4等构件组成，其中抽水筒4是固定件，手柄1是原动件，其余构件是从动件。抽水唧筒的机构运动简图2．分析各构件间运动副的类型和数目手柄1和活塞杆3、杆件2分别在A点和B点形成转动副。杆件2和抽水筒4在C点也为转动副联接。活塞杆3上的活塞与抽水筒4之间则以移动副联接。3．选择视图平面4．确定比例尺下一页5．用规定的构件和运动副图形符号绘制机构运动简图先画出固定件抽水筒4和手柄1的转动副中心A及活塞杆3的移动导路直线Ax，然后按比例画出手柄1和杆件2的转动副中心B及杆件2和固定件抽水筒4的转动副中心C，最后用构件和运动副的图形符号把各点联接起来，并在原动件上用箭头标明运动方向。返回第三节平面机构具有确定运动的条件两个以上的构件用平面运动副联接起来组成的系统，如将其中的一个构件固定为机架，当另一构件（或少数几个构件）按给定的运动规律相对于机架运动时，其余构件也都随之作确定运动，这时构件系统则成为机构。为了保证所设计的机械具有确定的运动，必须使其符合机构具有确定运动的条件，而机构具有确定运动的条件与机构的自由度有关一、平面机构的自由度二、机构具有确定运动的条件三、计算平面自由度时应注意的事项四、计算自由度实例例1例2一、平面机构的自由度1、活动构件的自由度构件的自由度是指构件相对于参数系具有的独立运动参数的数目。机构的自由度是指整个机构相对于参照系具有的独立的运动参数数目。2、运动副的约束3、机构的自由度计算公式F=3n-2PL-PH

返回本节活动构件的自由度返回二、机构具有确定运动的条件机构要具有确定性的条件是1、机构的自由度大于零，F>02、机构的原动件的个数等于自由度的个数返回本节机构都是由构件和运动副组成的系统，机构要实现预期的运动传递和变换，必须使运动具有可能性和确定性。分析以下运动链：运动副约束返回一个低副引入二个约束一个高副引入一个约束三、计算平面自由度时应注意的事项1、复合铰链:两个以上构件在同一处以转动副相连接构成的运动副称为复合铰链,例如2、局部自由度:机构中出现的与输出、输入运动无关的自由度称为局部自由度，例如3、虚约束:在实际机构中,有些运动副所起的约束作用是重复的,这种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束(1)轨迹重合(2)导路平行或重合的移动副(3)轴线重合的转动副(4)传动对称返回本节例：复合铰链与局部自由度复合铰链局部自由度返回（1）轨迹重合返回(2)导路平行或重合的移动副返回(3)轴线重合的转动副返回(4)传动对称机构中传递运动而不起独立作用的对称部分形成虚约束返回例1：返回本节例:计算如图机构的自由度。解：F=3n-2PL-PH=3*9-2*12-1*2=1例2：返回本节求图示机构的自由度解：2、3、4是复合铰链,F=3*7-2*10=1第三章平面连杆机构本章重点学习内容：3、按照给定条件设计平面四杆机构2、平面连杆机构的运动特性1、铰链四杆机构的基本类型、判别与演化本讲重点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组成的，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，在生产和生活中广泛用于动力的传递或改变运动形式。第三章平面连杆机构第一节铰链四杆机构及其演化第二节平面四杆机构的运动特性第三节平面四杆机构的设计1、平面连杆机构的基本型式:铰链四杆机构(曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆)2、连杆机构的演化方法1)改变机构的形状和运动尺寸;2)改变运动副的尺寸;3)取不同构件为机架;4)运动副元素的逆转3、演化型式：曲柄滑块、导杆、摇块、直动导杆、偏心轮等4、平面连杆机构的运动特性曲柄存在的条件:机构尺寸满足杆长条件，且最短杆为机架或连架急回运动特性与行程速比系数压力角、传动角、止点、运动连续性的概念本讲小结连杆机构不仅在工农业、工程机械中得到广泛应用，而且在诸如机械手、四足机器人等高科技领域也有应用。一、何谓连杆机构二、连杆机构的特点返回本章根据各构件间的相对运动关系何谓连杆机构构件多呈杆状—简称为杆，根据杆数可分原动件的运动经过不与机架直接相连的中间构件传递到从动件上。空间连杆机构平面连杆机构六杆机构四杆机构五杆机构如图所示机构的共同特点：连杆机构由若干构件通过低副连接而成，又称为低副机构中间构件称为连杆，故称之为连杆机构。四杆机构应用非常广泛，且是多杆机构的基础，如图所示六杆机构便是由两个四杆机构组成的返回本节六杆机构四杆机构ABCD四杆机构DEF返回六杆机构实例3)连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求。2)在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对长度可以使从动件得到不同的运动规律。1)连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击；运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造。3)设计方法比较复杂。2)由于惯性力不好平衡而不适于高速传动。优点：缺点：1)由于运动积累误差较大，因而影响传动精度。连杆机构的特点返回本节第一节铰链四杆机构及其演化一、铰链四杆机构的基本型式及应用取不同构件为机架四杆机构最基本型式：返回本章双摇杆机构双曲柄机构曲柄摇杆机构二、铰链四杆机构的演化铰链四杆机构1、改变构件的形状和运动尺寸3、通过选用不同构件为机架4、运动副元素的逆换2、改变运动副的尺寸铰链四杆机构运动副全为转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构

曲柄：能作整周回转的连架杆摇杆：只能在一定范围内摇动的连架杆周转副：组成转动副的两构件能整周相对转动摆转副：组成转动副的两构件不能作整周相对转动返回本节铰链四杆机构中，若其两个连架杆一为曲柄，一为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。应用实例：雷达天线俯仰机构曲柄摇杆机构搅拌机返回本节在铰链四杆机构中，若其两个连架杆都是曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。平行四边形机构：指相对两杆平行且相等的双曲柄机构。双曲柄机构惯性筛机构返回本节逆（反）平行四边形机构:指两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构播种机摄像机升降平台平行四边形机构特性：▲两曲柄同速同向转动▲连杆作平动平行四边形机构返回逆（反）平行四边形机构应用实例车门开闭机构特点:两曲柄同速反向运动返回鹤式起重机两摇杆长度相等的双摇杆机构称为等腰梯形机构铰链四杆机构若两连架杆都是摇杆，则称其为双摇杆机构。前轮导向双摇杆机构返回本节变摇杆为滑块曲线导轨曲柄滑块机构曲柄摇杆机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构e=0摇杆尺寸为无穷大改变构件的形状和运动尺寸下一页对心曲柄滑块机构双滑块机构正弦机构变连杆为滑块连杆尺寸为无穷大从动件3的位移与原动件1的转角的正弦成正比：移动副可认为是回转中心在无穷远处的转动副演化而来返回本节偏心轮机构曲柄滑块机构当曲柄AB的尺寸较小时，由于结构需要，常将曲柄作成几何中心与回转中心不重合的圆盘，称此圆盘为偏心轮。几何中心与回转中心间的距离称为偏心距，等于曲柄长。转动副B的半径扩大超过曲柄长内置偏心轮机构改变运动副的尺寸返回本节导杆机构应用实例小型刨床牛头刨床回转导杆机构：导杆能作整周转动；摆动导杆机构：导杆只能在一定的角度内摆动导杆机构曲柄滑块改变机架下一页通过选用不同构件为机架曲柄摇块机构直动滑杆机构改变机架手摇唧筒曲柄滑块卡车车厢举升机构应用实例应用实例返回本节对于移动副，将运动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两构件之间的相对运动。摆动导杆机构构件3包容构件2曲柄摇块机构构件2包容构件3运动副元素的逆换返回本节运动副元素的逆换第二节平面四杆机构的运动特性返回本章二、曲柄摇杆机构的运动特性1、急回特性2、压力角和传动角二、几种常见四杆机构的运动特性3、止点位置1）

机构极位：曲柄回转一周，与连杆两次共线，此时摇杆分别处于两极限位置，称为机构极位。2）

极位夹角：机构在两个极位时，原动件所处两个位置之间所夹的锐角θ称为极位夹角。3）

急回特性：＞＞＞摇杆C点平均速度曲柄等速转动情况下，摇杆往复摆动的平均速度一快一慢，机构的这种运动性质称为急回特性。机构急回的作用是节省空回时间，提高工作效率。急回特性返回本节行程速比系数为表示急回特性的程度，用反正行程速比系数K来衡量：3）急回特性具有方向性，当原动件的回转方向改变时，急回的行程也跟着改变。分析：1）K>1时,铰链四杆机构具有急回特性。2）急回运动特性的产生由于θ的存在，θ越大，K越大，急回特性越显著。返回本节对心曲柄滑块机构θ=0，没有急回运动偏置曲柄滑块机构

θ≠0，有急回运动摆动导杆机构的急回运动曲柄滑块机构与曲柄摆杆机构的急回特性返回本节压力角α

：从动件上某点的受力方向与从动件上该点速度方向的所夹的锐角。传动角γ：压力角的余角γ(连杆与摇杆之间所夹锐角)γ=90°－α

分析：F一定，压力角α↓，γ↑，有效力Ft↑，传动性能好。α=0°（γ=90°）最好。为了保证机构良好的传力性能，设计时要求：γmin≥50°平面四杆机构的压力角和传动角最小传动角γmin的位置返回本节最小传动角γmin的位置当∠BCD最小或最大时，都有可能出现γmin，此位置一定是主动件与机架共线两处之一，由余弦定律得返回止点位置指从动件的传动角等于零时机构所处的位置。当主动件摇杆CD位于两个极限位置时，从动件曲柄AB的传动角为零，机构此时处于止点位置。

若以曲柄AB为主动件，此时摇杆两极限位置称返回点位置平面四杆机构的止点位置止点的避免与应用：返回本节（1）两组机构错开排列，如火车轮机构（2）靠飞轮的惯性，如内然机、缝纫机（3）也可以利用死点进行工作，如起落架、钻夹具等。火车轮机构缝纫机起落架钻夹具止点的避免与应用实例返回铰链四杆机构的运动连续性是指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。如图所示，摇杆运行区间可分为可行域（摇杆的运动范围）和不可行域（摇杆不能达到的区域），设计时不能要求从一个可行域跳过不可行域进入另一个可行域。若构件从一个可行域通过不可行域到达另一个可行域则称为错位不连续，如图所示；若构件在同一个可行域运动，但运动位置不按顺序则成为错序不连续，如图所示。设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。错序不连续错位不连续平面四杆机构运动连续性返回本节第三节平面四杆机构的设计一、按照给定的连杆长度和位置设计铰链四杆机构二、

按照给定行程速度变化系数设计四杆机构返回本章本讲小结5、按给定的行程速比系数K设计四杆机构4、按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构3、按两连架杆的预定位置设计四杆机构2、按预定的连杆位置设计四杆机构1、连杆机构设计的基本问题和基本要求连杆机构设计的基本问题如：是否存在曲柄、杆长比是否恰当，最小传动角是否适当、是否满足运动连续性条件等1、根据给定的运动要求，选定机构的类型；2、确定各构件的尺寸参数；3、检验是否满足结构条件、动力条件和运动连续性条件；返回本节满足预定运动的规律要求2）要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准确地或近似地满足预定的运动规律要求。1）要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；例：2）车门开启机构要求两连架杆的转角应大小相等，方向相反1）牛头刨要求两连架杆的转角满足函数y=logx返回本节飞机起落架机构铸造用翻箱机构满足预定的连杆位置要求要求连杆能依次占据一系列的预定位置。故这类问题要求机构能引导连杆按一定方位通过预定位置。返回本节满足预定的轨迹要求鹤式起重机搅拌机机构要求在机构运动过程中，连杆上某些点能实现预定的轨迹要求。返回本节对于四杆机构来说,当其铰链中心位置确定后,各杆的长度也就确定了,用作图法进行设计,就是利用构件间的相对运动关系,通过作图确定各铰链的位置，从而定出各构件的长度。作图法设计平面四杆机构返回本节1、按预定的连杆位置设计四杆机构2、按两连架杆的预定位置设计四杆机构3、按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构4、按给定的行程速比系数K设计四杆机构下面根据设计要求的不同分为四种情况加以介绍按预定的连杆位置设计四杆机构b12DAB1B2B3b23C1C2C3c23设计方法：例1：已知连杆长度及两个预定位置，设计该四杆机构。例2：已知连杆长度及三个预定位置，设计该四杆机构。返回分析：给定连杆两预定位置B1C1和B2C2，由于铰链A、D分别为连杆上铰链B、C的回转中心，故可将铰链A、D分别选在B1B2，C2C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求，做法如图所示。已知连杆长度及两预定位置B1C1、B2C2，设计该四杆机构。B1C1C2B2B1C1C2B2例1返回B1B2C1C2C3已知连杆长度，要求机构在运动过程中占据图示B1C1、B2C2、B3C3三个位置，试设计该四杆机构。分析：当给定连杆上铰链BC的三组位置时，每两组位置可得一条垂直平分线，每一个铰链的两条垂直平分线有却只有一个交点，所以有唯一解，如图所示。例2B3返回按两连架杆的预定位置设计四杆机构设计方法：指根据机构的倒置理论，通过取不同构件为机架，可以将按连架杆预定位置设计四杆机构的问题转化为按连杆预定位置设计四杆机构的问题。这种方法称为机构转化法或反转法。返回例3：根据给定连架杆的两个对应位置设计四杆机构。例4：根据给定连架杆的三个对应位置设计四杆机构。设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过α12角时，从动件相应的顺时针转过φ12，试设计四杆机构。根据给定连架杆的两个对应位置设计四杆机构。设计步骤：例3返回设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过α12、α13角时，从动件相应的顺时针转过φ12、φ13，试设计四杆机构。根据给定连架杆的三个对应位置设计四杆机构。设计步骤：例4返回例5：已知：机架长度d和连杆上某一标志线的三组对应位置：M1N1、M2N2、M3N3，求铰链B、C的位置。分析：铰链A、D相对于铰链B、C的运动轨迹各为一圆弧，依据转化原理，将连杆固定作为机架，得一转化机构，在转化机构中，AD成为连杆。只要求出原机架AD相对于标志线的三组对应位置，原问题就转化为按连杆三组位置设计四杆机构的问题。按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构返回按给定的行程速比系数K设计四杆机构返回根据行程速比系数设计四杆机构时，可利用机构在极位时的几何关系，再结合其他辅助条件进行设计。例6：已知摇杆的长度CD、摆角φ及行程速比系数K。设计曲柄摇杆机构例7：已知滑块行程H、偏矩e和行程速比系数K。设计曲柄滑块机构已知摇杆的长度CD、摆角φ及行程速比系数K。设计曲柄摇杆机构设计步骤：①计算θ＝180°(K-1)/(K+1)b=（AC1+AC2）/2返回例6②任取一点D，作等腰三角形腰长为CD，夹角为φ③作C2P⊥C1C2，作C1P使∠C2C1P=90°－θ,交于P④作△PC1C2的外接圆，则A点必在此圆上⑤选定A，设曲柄为a，连杆为b，则AC1=a+b，AC2=b-a，故有：a=（AC1－AC2）/2已知：滑块行程H、偏矩e和行程速比系数K。设计曲柄滑块机构步骤如下：①计算θ＝180°(K-1)/(K+1)；②作C1C2＝H；③作射线C1O使∠C2C1O=90°-θ,作射线C2O使∠C1C2O=90°-θ。④以O为圆心，C1O为半径作圆。⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。例7b=（AC1+AC2）/2设曲柄为a，连杆为b，则AC1=a+b，AC2=b-a，故有：a=（AC1－AC2）/2返回综合例题返回如图所示的偏置曲柄滑块机构,设曲柄AB的长度为r,连杆的长度为l,滑块C的行程为H,偏距e,现求:1、确定AB为曲柄的条件2、分析此机构是否有急回特性？若有，其行程速比变化系数为多少3、若以AB为主动件，试确定该机构的最小传动角及其位置4、试问该机构在何种情况下有死点位置第四章凸轮机构本章重点学习内容：1、凸轮机构的应用和分类（了解）4、凸轮机构基本尺寸的确定3、凸轮轮廓曲线的设计2、从动件的运动规律熟知从动件常用的运动规律及从动件运动规律的选择原则。重点掌握凸轮机构设计的基本知识，能根据选定的凸轮类型和从动件的运动规律设计出凸轮的轮廓曲线重点掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则。本节重点第四章凸轮机构第一节凸轮机构的应用和分类第二节从动件的常用运动规律第三节用图解法绘制盘形凸轮工作轮廓第四节凸轮机构设计中应注意的问题第一节凸轮机构的应用和分类二、凸轮机构的分类2、按从动件的形状来分3、按从动件的运动方式分

4、按凸轮与从动件保持接触的方法分一、凸轮机构的应用和特点1、按凸轮形状分返回本章内燃机配气凸轮机构自动机床进刀凸轮机构一、凸轮机构的应用和特点凸轮机构是一种常用的高副机构，广泛用于自动机械、自动控制装置和装配生产线中。例如返回本节3、机架支承活动构件的构件。2、从动件由凸轮控制并按预定的运动规律作移动或摆动运动的构件。1、凸轮具有曲线轮廓或凹槽的构件,凸轮通常是主动件,做等速转动。凸轮机构的组成返回本节凸轮机构的优缺点2、缺点：结构简单、紧凑，工作可靠，通过适当设计凸轮廓线可以使从动件实现各种预期运动规律，同时还可以实现间歇运动。

1、优点：凸轮工作轮廓的加工较为复杂，而且凸轮工作轮廓与从动件之间的接触为高副（点接触或线接触），易于磨损，多用于传力不大的控制机构和调节机构中。返回本节圆柱凸轮：圆柱凸轮可以看成将移动凸轮卷在一个圆柱体上而得到的。可以看出，圆柱凸轮是一个空间凸轮机构移动凸轮：当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮盘形凸轮：是一个绕固定轴转动且具有变化半径的盘形零件，最基本的形式，结构简单，应用最为广泛按凸轮形状分返回本节二、凸轮机构的分类尖顶从动件滚子从动件平底从动件其优点是凸轮与平底接触面间容易形成油膜，润滑较好，所以常用于高速传动中。由于滚子与凸轮之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力。构造简单，但易于磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合。按从动件的形状来分返回本节摆动从动件：从动件绕某一固定轴摆动直动从动件：从动件只能沿某一导路做往复移动

对心直动从动件

偏置直动从动件按从动件的运动方式分

返回本节◆力封闭凸轮机构：

利用从动件的重力、弹簧力或其它外力使从动件始终与凸轮保持接触；◆几何封闭凸轮机构：利用凸轮与从动件构成的高副元素的特殊几何结构使凸轮与从动件始终保持接触。槽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮共轭凸轮常用的有如下几种：槽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮共轭凸轮按凸轮与从动件保持接触的方法分返回本节第二节从动件的常用运动规律返回本章从动件随主动件的运动变化规律叫从动件的运动规律。凸轮轮廓曲线是从动件运动规律决定的。一、基本术语二、从动件常用运动规律凸轮一般为等速运动，有δ=ωt

,从动件的运动规律常表示为从动件运动参数随凸轮转角δ变化的规律。即从动件的位移、速度和加速度随δ变化的规律。重点：掌握各种运动规律的运动特性1、基圆：以凸轮最小半径r0所作的圆，r0称为凸轮的基圆半径。基本术语2、推程、推程运动角：d03、远休止、远休止角：d014、回程、回程运动角：d0′5、近休止、近休止角：d026、行程：h返回本节返回本节3、组合运动规律2）正弦加速度运动规律——摆线运动规律1）余弦加速度运动规律——简谐运动规律2、三角函数运动规律3）五次多项式运动规律2）二次多项式运动规律——等加速等减速运动1）一次多项式运动规律——等速运动1、多项式运动规律从动件常用运动规律运动方程式一般表达式：推程运动方程一、等速运动规律回程运动方程等速运动规律运动特性

从动件在运动起始和终止点会产生刚性冲击。故等速运动规律适用于低速凸轮机构。返回运动始点：d=0,s=0运动终点：推程运动方程式：边界条件在起始和终止点速度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从而产生无穷大惯性力，引起刚性冲击。推程运动方程返回运动方程式一般表达式：回程运动方程式：运动始点：d=0,s=h运动终点：边界条件回程运动方程在起始和终止点速度有突变，从而产生刚性冲击。返回运动方程式一般表达式：为保证凸轮机构运动平稳性，常使从动件在一个行程h中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加速度和减速度的绝对值相等。这种运动规律称为从动件的等加速等减速运动规律二、等加速等减速运动规律推程运动方程回程运动方程返回等加速等减速运动规律的运动特性

运动方程式一般表达式：等减速段运动方程为推程等加速段边界条件：等加速段运动方程式为：运动始点：d=0,s=0，v=0运动终点：运动方程式一般表达式：推程等减速段边界条件：运动始点：运动终点：d=d0,s=h，v=0推程运动方程返回等加速等减速运动规律的运动特性返回在运动的始点、中间和终点时，因加速度有突变而引起从动件惯性力的突变，且突变为有限值，在凸轮机构中由此会引起柔性冲击。因此等加速等减速运动规律适用于中速、轻载的场合。回程加速段运动方程式：回程减速段运动方程式：回程运动方程返回δ=0~δ0′/2δ=δ0′/2~δ0′五次多项式的一般表达式为推程边界条件：在始点处：d1=0,s1=0,v1=0,a1=0；在终点处：d2=d0,s2=h,v2=0,a2=0；位移方程式为解得待定系数为五次多项式运动规律五次多项式运动规律的运动线图五次多项式运动规律的运动特性

即无刚性冲击也无柔性冲击，适用于高速中载的场合返回五次多项式运动规律的运动线图返回简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，其在直径上的投影的运动即为简谐运动。

从动件的加速度在起点和终点有突变，且数值有限，故有柔性冲击。适用中低速重载的场合简谐运动规律返回简谐运动规律的运动特性：得，从动件运动方程式从动件运动方程式推程运动方程式：回程运动方程式：返回得，从动件运动方程式摆线运动：一圆在直线上作纯滚动时，其上任一点在直线上的投影运动为摆线运动。摆线运动规律运动特性：摆线运动规律返回从动件作摆线运动时，其加速度没有突变，因而将不产生冲击。适用于高速轻载凸轮机构。回程运动方程式为推程运动方程式为从动件运动方程式返回组合运动规律1、采用组合运动规律的目的：避免有些运动规律引起的冲击，改善从动件的运动特性。2、构造组合运动规律的原则：1）根据工作要求选择主体运动规律，然后用其它运动规律组合；2）保证各段运动规律在衔接点上的运动参数是连续的；3）在运动始点和终点处，运动参数要满足边界条件。3、组合运动规律示例例1：改进梯形加速度运动规律例2：改进等速运动规律返回例1：改进梯形加速度运动规律主运动：等加等减运动规律组合运动：在加速度突变处以正弦加速度曲线过渡返回例2：改进等速运动规律组合运动：等速运动的行程两端与正弦加速度运动规律组合起来。组合方式：主运动：等速运动规律返回第三节用图解法绘制盘形凸轮工作轮廓返回本章一、尖底对心直动从动件盘形凸轮二、尖底偏置直动从动件盘形凸轮三、滚子从动件盘轮凸轮四、平底从动件盘形凸轮返回本节凸轮工作轮廓线的设计方法凸轮工作轮廓的设计是凸轮机构设计的主要内容，凸轮工作轮廓可以用解析法设计，也可以用图解法绘制，它们所依据的基本原理都是相同的。解析法：适用于精度要求较高的高速凸轮、靠模凸轮等，计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD/CAM）为用解析法设计和制造创造了条件。图解法：简单易行，对于一般机械，用图解法设计的凸轮工作轮廓完全能满足使用要求。所以现在还在普通运用这种方法。本章主要介绍用图解法设计凸轮工作轮廓线设计凸轮工作轮廓线的基本原理

返回本节反转法原理：从动件尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮的工作轮廓曲线。假想给整个机构加一公共角速度-ω,则凸轮相对静止不动，而从动件一方面随导轨以-ω绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期的往复移动。对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构已知:从动件的位移曲线s-δ，rb,ω逆时针转动设计：凸轮工作轮廓曲线返回本节偏置直动尖端从动件盘形凸轮机构偏距圆：以凸轮轴心O为圆心，以偏距e为半径作的圆。返回本节已知:从动件的位移曲线s-δ，e，rb,ω逆时针转动设计：凸轮工作轮廓曲线滚子从动件盘形凸轮注意：1、凸轮基圆半径指理论廓线的最小半径2、滚子与凸轮工作轮廓的接触点不一定在从动件的导路中心线上设计说明：1）将滚子中心看作尖顶，然后按尖顶从动件凸轮轮廓线的设计方法确定滚子中心的轨迹，称其为凸轮的理论轮廓线；2）以理论轮廓线上各点为圆心，以滚子半径rr为半径，作一系列圆；3）再作此圆族的内包络线，即为凸轮工作轮廓线（实际轮廓线）。返回本节平底从动件盘形凸轮返回本节设计说明：1)将平底与从动件导路的交点A视为从动件尖顶,然后确定出点A在反转中各位置1’、2’、…。2)过1’、2’、…作一系列代表从动件平底的直线；3)作出该直线族的包络线，即为凸轮的实际轮廓曲线。第四节凸轮机构设计中应注意的问题返回本章一、凸轮机构压力角二、滚子半径的选择综上所述，在设计凸轮轮廓线之前需要先选定凸轮的基圆半径，而凸轮基圆半径的选择需考虑到实际的结构条件、压力角以及凸轮工作轮廓线是否出现变尖和失真等。除些之外，当为直动从动件时，应在结构许可的条件下，取较大的导轨长度和较小的悬臂尺寸，并恰当地选取滚子半径或平底尺寸等，合理选用这些尺寸是保证凸轮机构具有良好的工作性能的重要因素1、压力角：一、凸轮机构压力角返回本节指从动件与凸轮廓线接触点的法线方向与从动件速度方向之间所夹的锐角。2、作用力与压力角之间的关系推程时：对于直动从动件取[a]＝300；对于摆动从动件[a]＝350~450回程时：通常取700~800。3、许用压力角[α]为提高机构的效率，改善受力情况，通常消去R1、R2作用力与压力角之间的关系压力角a力P无穷大机构发生自锁凸轮机构要正常运转：amax〈ac

增大导轨长度l，减少悬臂尺寸b，可以提高临界压力角αc此时的压力角为临界压力角αc根据力的平衡条件可得返回凸轮基圆半径的确定1、基圆半径和压力角的关系2、凸轮基圆半径的确定：为了减小压力角，宜取较大的的r0，但会增加结构尺寸。因此，设计时应满足αmax<[α]条件下，尽量取小的r0,同时要满足结构和强度要求。通常可以按以下经验公式选取：3、从动件偏置方向的选择为获得较小的推程压力角，可适当选取从动件偏置方向：当凸轮逆时针转，从动件右偏置，当凸轮顺时针转，从动件左偏置返回本节△BCPa≤[a]r0增大α减小偏置方向基圆半径和压力角的关系P—机构在该位置的相对瞬心α—机构在该位置的压力角“±”规定：凸轮逆时针转，从动件右偏置或凸轮顺时针转，从动件左偏置取“－”；反之取“＋”号。返回二、滚子半径的选择采用滚子从动件时，滚子半径的选择要考虑滚子的结构、强度及凸轮轮廓线的形状等多方面的因素。根据实际廓线的曲率半径ra与滚子半径的rr之间的关系，可知对于外凸廓线：返回本节rmin一般不小于3～5mm。如果不能满足这个要求，应适当减少滚子半径或增大基圆半径；或修改从动件的运动规律，使凸轮轮廓线尖点处代以合适的曲线。常取：对于内凹廓线：rr任意选取,都可得到光滑的轮廓线实际廓线出现交叉，加工时交叉部分将被切去，使从动件不能准确实现预期运动规律，出现运动失真现象。外凸轮廓内凹轮廓实际廓线的曲率半径ra与滚子半径的关系rr实际廓线将出现尖点现象对于外凸廓线：返回1、从动件平底长度L平底从动件平底尺寸的确定lmax为从动件上点C至从动件平底与凸轮廓线的切点B间的最大距离，当从动件的中心线通过凸轮的轴心O时经验公式：下一页2.失真现象凸轮实际廓线不能与平底所有位置相切，出现运动失真。采取措施：可适当增大凸轮的基圆半径。返回本节凸轮机构的组成、应用和分类按凸轮形状分按从动件的形状分按从动件的运动方式分按凸轮与从动件保持接触的方法盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮对心直动从动件偏置直动从动件摆动从动件直动从动件尖顶从动件滚子从动件平底从动件力封闭凸轮机构几何封闭凸轮机构槽凸轮等宽凸轮等径凸轮共轭凸轮返回首页凸轮机构是一种常用的高副机构，广泛用于自动机械、自动控制装置和装配生产线中。主要有凸轮、从动件和机架组成。从动件的常用运动规律及运动特性返回首页从动件的常用运动规律及运动特性返回假想给整个机构加一公共角速度-ω,则凸轮相对静止不动，而从动件一方面随导轨以-ω绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期的往复移动。从动件尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。凸轮廓线设计方法的基本原理返回在设计凸轮轮廓线之前需要先选定凸轮的基圆半径，而凸轮基圆半径的选择需考虑到实际的结构条件、压力角以及凸轮工作轮廓线是否出现变尖和失真等。除些之外，当为直动从动件时，应在结构许可的条件下，取较大的导轨长度和较小的悬臂尺寸，并恰当地选取滚子半径或平底尺寸等，合理选用这些尺寸是保证凸轮机构具有良好的工作性能的重要因素凸轮机构基本尺寸的选取返回第五章间歇运动机构第一节棘轮机构第二节槽轮机构间歇运动机构（简介）

槽轮机构棘轮机构不完全齿轮机构

凸轮间歇运动机构了解间歇运动机构的工作原理、运动特点及应用。间歇运动机构：当主动件连续运动时，从动件出现周期性停歇状态的机构。一、棘轮机构的组成和工作原理摇杆棘爪棘轮止动爪第一节棘轮机构齿式棘轮机构摩擦式棘轮机构内啮式棘条式外啮式单动式棘轮机构二、棘轮机构的类型和特点双动式棘轮机构动画可变向棘轮机构动画动画偏心楔块式棘轮机构动画滚子楔紧式棘轮机构动画转角调整动画牛头刨床结构简单、转角可调、转向可变，有齿的棘轮机构运动可靠，从动棘轮容易实现有级调节，但是有噪声、冲击，轮齿易摩损，高速时尤其严重，常用于低速、轻载的间歇传动。起重机、绞盘常用棘轮机构使提升的重物能停在任何位置，以防止由于停电等原因造成事故。第二节槽轮机构槽轮拨盘圆销锁止弧外槽轮机构二、工作原理和应用内槽轮机构球面槽轮机构电影机的送片机构六角车床刀架转位机构优点：结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度。常用于要求恒定旋转角的分度机构中。缺点：①对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。②在转动始、末，加速度变化较大，有冲击。不完全齿轮机构：结构简单、匀速传动(始末除外)锁止弧外啮式内啮式齿轮齿条式1.槽轮机构的主要参数

槽轮机构的设计主要是根据对间歇运动的要求，确定槽轮的槽数z和拨盘的圆柱销数K及槽轮机构的基本尺寸。

为避免槽轮在开始转动和终止转动时圆柱销与径向槽间发生冲击，应使O2A⊥O1A。二、槽轮的槽数和拨盘的圆柱销数当拨盘每拨过槽轮一个径向槽时；槽轮转过的角度拨盘相应转过的角度1）槽轮与拨盘之间的转角关系2）运动系数τ在一个运动循环内，槽轮的运动时间tm与拨盘的运动时间t之比称为运动系数。单销槽轮机构：tm和t分别对应于槽轮拨盘转过的角度。拨盘作等速转动时，两时间之比可用两角度之比表示。(5-2)讨论：

1、τ>0，∴Z≥3

τ=0，槽轮始终不动。

2、

槽轮的运动时间总小于静止时间。

3、要使

须在拨盘上安装多个圆销。

设K为均匀分布的圆销数

4.槽轮的槽数z和拨盘上的圆柱销数K。

τ＝1表示槽轮作连续转动，故τ应小于1，即

由上式可知：当z=3时，K可取l～5；当z=4或5时，K可取1～3；当z≥6，K可取1～2；当z＞9时，随槽数z的增加，τ的变化不大，故通常取z＝4～8。第六章连接第一节概述第二节螺纹参数第三节螺旋副的受力、效率与自锁第四节螺纹连接与螺纹连接件第五节螺纹连接的强度计算第六节螺纹连接的结构设计第七节螺旋传动