机械设计基础704

机械设计课程的性质与任务机械设计课程的基本要求机械设计的内容与步骤课程特点及学习方法机械的组成及特征本课程的研究对象阐述常用机构的工作原理、运动特性及设计方法。机械设计课程的性质与任务

阐述常用零部件的工作原理、结构特点及设计方法。介绍机械系统的设计思路和设计方法。本课程的性质本课程是一门重要的专业基础课本课程的任务1）树立正确的设计思想。2）掌握通用机械零部件的设计原理、方法和一般规律。3）掌握一定的设计技能（查阅资料，运用标准、规范。）4）初步掌握设计简单机械及传动装置的步骤和方法。5）了解机械设计的最新动态机械设计的基本要求机械设计应用新技术、新方法开发创造新机械

在原有机械的基础上重新设计或进行局部改造，从而改变或提高原有机械的性能机械设计的基本要求：实现预定功能工作可靠成本低廉操作方便、工作安全造型美观、减少污染机械设计的内容与步骤产品规划方案设计技术设计制造及试验本课程是从理论性、系统性很强的基础课和专业基础课向实践性较强的专业课过渡的一个重要转折点，应注意几个特点：

1.本课程将多门先修课程的基本理论应用到实际中去。

2.本课程的各部分内容都是按照工作原理、结构、强度计算、使用维护的顺序介绍的。

3.常采用很多经验公式、参数以及简化计算（条件性计算）。

4.计算步骤和计算结果不像基础课那样具有唯一性。

5.逐步培养把理论计算与结构设计、工艺等结合起来解决设计问题的能力。课程特点及学习方法机械人造的用来代替或减轻人类劳动的多件实物的组合体。任何机械都经历了：简单→复杂的发展过程。起重机的发展历程：斜面（包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。→杠杆→起重轱辘→滑轮组→现代起重机导言机械的组成及特征两个机器实例：1.内燃机功用：内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器

组成：见右图气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮9

活塞下行，进气阀打开，燃气被吸入汽缸活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞下行，经连杆带动曲轴输出转动

活塞上行，排气阀打开，排出废气工作过程：点击上图观看动画机械的组成及特征设计：潘存云进气压缩爆炸排气内燃机的工作过程：活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的连续转动。该组合体称为：内燃机各部分的作用：曲柄滑块机构凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀，称为：凸轮机构两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：齿轮机构各部分协调动作的结果：化学能机械能机械的组成及特征2.颚式破碎机功用：压碎物料组成：见右图大带轮4电动机1V带3小带轮2轴板7定颚板8动颚板6偏心轴5机械的组成及特征电动机带传动偏心轴转动

动颚板摆动，与定颚板一起压碎物料工作过程：点击上图观看动画机械的组成及特征机器的共有特征：①都是人为的实体组合；②各部分有确定的相对运动；③代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量的转换同时具有以上三个特征机器仅具有前两个特征机构传递和变换运动机器的分类：原动机－实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）工作机－完成有用功（如机床等）机械的组成及特征

机器：既能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如半自动钻床——实现确定的机械运动，又作有用的机械功内燃机——转换能量

机械手——传递物料照相机——传递信息

机构：仅能传递或转换运动。如齿轮机构——传递运动凸轮机构——转换运动

机械：是机器和机构的总称。

机械的组成及特征

构件：机构中的运动单元体。它是组成机构的最小运动单元。

零件：机械中不可拆的制造单元体。

单一零件——曲轴多个零件的刚性组合——连杆构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。构件可以是一个零件，也可由若干个无相对运动的零件组成机械的组成及特征通用零件：专用零件：例如：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；轴、联轴器、离合器、滚动轴承、滑动轴承、螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等。例如：叶片、犁铧、枪栓等。零件可分为两类：部件：若干个零件的装配体，协同工作且完成共同任务1.1机械的组成及特征

1.机械设计的基本要求是什么?

2.简述机械设计的内容与步骤。

3.机械、机器、机构的区别。分别列举几个机器、机构的例子

4.零件、构件、部件的区别。列举实例。

5.分别列举几种通用零件、专用零件练习内燃机机械手半自动多轴钻床凸轮机构齿轮机构零件装配复习旧课：1.机构的概念2.构件、零件导入新课：从运动角度：机构由构件组成，构件如何组成机构？把构件连在一起就可以组成机构吗？平面机构的组成及分析

1.掌握机构运动简图的绘制，能看懂各种机构运动简图，能根据具体的机械熟练绘制出机构运动简图。

2.掌握平面机构自由度的计算方法，能正确区分复合铰链、局部自由度和虚约束。

3.掌握机构具有确定运动的条件。教学要求平面机构的组成及分析

1.机构运动简图的绘制，是难点之一。

2.机构具有确定运动的条件。

3.平面机构自由度的计算，这是本章的难点之二。教学重点与难点平面机构的组成及分析机构的组成平面机构的运动简图平面机构的自由度2.1机构的组成2.1.1自由度和约束自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度Review:机构是由许多构件组成的Think：各个构件之间是如何相互联接的呢？构成机构的各个构件中，每两个构件相互接触，但是它们之间的连接不是固定联接，而是能产生一定相对运动的联接使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接——运动副可以说：机构是由运动副逐一联接各个构件组成的。2.1机构的组成运动副：构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。运动副元素：

两构件上直接参加接触构成运动副的部分。2.1.2运动副2.1机构的组成一、平面运动副按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。1.低副：两构件以面接触而形成的运动副。(1)转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。a)固定铰链2.1机构的组成b)活动铰链转动副2.1机构的组成(2)移动副：只允许两构件作相对移动。移动副2.1机构的组成2.高副：两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副2.1机构的组成齿轮副2.1机构的组成二、空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。螺旋副球面副2.1机构的组成对运动副的理解要把握以下三点：（１）运动副是一种联接；（２）运动副由两个构件组成；（３）组成运动副的两个构件之间有相对运动2.1机构的组成2.2.1运动副及构件的表示方法1.构件的表示方法构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。2.2平面机构的运动简图2.转动副：用圆圈表示，其圆心代表相对运动轴线构件组成转动副时，如下图表示。图垂直于回转轴线时用图a表示；图面不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。2.2平面机构的运动简图2.2平面机构的运动简图3.移动副两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。2.2平面机构的运动简图2.2平面机构的运动简图4.平面高副

两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。2.2平面机构的运动简图参与组成两个转动副的构件；2.2平面机构的运动简图参与组成一个转动副和一个移动副的构件；2.2平面机构的运动简图参与组成三个转动副的构件；2.2平面机构的运动简图2.2.2绘制机构运动简图的步骤1）功能分析。确定机械系统的总功能和进行功能分解。2）绘制机械系统运动循环图。3）执行（工作）机构选型。4）绘制机械系统的运动方案图。5）机构的尺度综合。6）绘制机械系统运动简图。2.2平面机构的运动简图例2.1试绘制内燃机的机构运动简图2.2平面机构的运动简图气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮10解：

1）分析运动，确定构件的类型和数量

2）确定运动副的类型和数目

3）选择视图平面

4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置

5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件2.2平面机构的运动简图2.2平面机构的运动简图图2-3颚式破碎机及其机构运动简图1—大带轮;2—偏心轴;3—物料;4—静颚板;5—动颚板;6—肘板;7—机架

1.分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定运动副的数目。

2.循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目;

3.恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面。

4.选择适当的比例尺,定出各运动副之间的相对位置，用规定的简单线条和各种运动副符号,将机构运动简图画出来。绘制机构运动简图小结(步骤和方法)：2.2平面机构的运动简图１．何谓自由度？一个做平面运动的自由构件有几个自由度？２．何谓运动副？运动副有哪些分类？复习旧课：运动副连成的构件系统是否一定能产生相对运动？是否一定有确定的相对运动？引入新课：计算公式n：机构中活动构件数；Pl：机构中低副数；Ph：机构中高副数；F：机构的自由度数；F=3n-2Pl-Ph

设则一、平面机构自由度的计算2.3平面机构的自由度计算计算实例1

n=3,Pl=4,Ph=0F=3n-2Pl-Ph

=3×3-2Pl-Ph

=3×3-2×4-0=12.3平面机构的自由度计算计算实例2

n=5,Pl=7,Ph=0F=3n–2Pl–Ph

=3×5–2×7–0=1解：2.3平面机构的自由度计算不能产生运动，不能成为机构二、机构具有确定运动的条件自由度为F=3n-2PL-PH=02.3平面机构的自由度计算给定构件1运动参数，其他构件2、3、4的运动是不确定的，不能成为机构自由度为F=3n-2PL-PH=22.3平面机构的自由度计算再给定构件4的运动参数，构件2、3的运动就是确定的了2.3平面机构的自由度计算结论：

机构原动件个数应等于机构的自由度数目。原动件数＜自由度数原动件数＞自由度数机构无确定运动机构在薄弱处损坏平面机构具有确定运动的条件：2.3平面机构的自由度计算三、自由度计算时应注意的几种情况1.复合铰链两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。案例

如：三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时有m–1个转动副。2.3平面机构的自由度计算惯性筛机构C处为复合铰链◆计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。n=5,Pl=7,Ph=0=3×5-2×7–0=1F=3n-2Pl–Ph2.3平面机构的自由度计算2.局部自由度个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。

计算局部自由度时

n=3,Pl=3,Ph=1F=3×3-2×-1=2

与实际不符怎么办？2.3平面机构的自由度计算应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。处理方法

◆实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。N=2,Pl=2,Ph=1,F=3×2-2×2–1=1与实际相符2.3平面机构的自由度计算n=4,Pl=6,Ph=0

构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。F=3×4-2×6–0=03.虚约束重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。与实际不符怎么办？2.3平面机构的自由度计算n=3,Pl=4,Ph=0F=3×3-2×4–0=1处理方法应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。与实际相符2.3平面机构的自由度计算

1.两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动副存在虚约束。

◆计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。

虚约束常见情况及处理◆计算中只计入一个移动副。

2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。虚约束常见情况及处理

3.两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。

◆计算中只计入一个转动副。虚约束常见情况及处理◆计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。

4.两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连接时，将产生虚约束。虚约束常见情况及处理在如图所示的平行四边形机构中,连杆3做平移运动,BC线上各点的轨迹均为圆心在AD线上而半径等于AB的圆周。构件5与构件2、4相互平行且长度相等,对机构的运动不产生任何影响。所以在计算自由度时要将构件5和两个转动副E、F全都去除不计。虚约束常见情况及处理平行四边形机构中的虚约束◆计算中应将对称部分除去不计。

5.机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。虚约束常见情况及处理◆机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。

虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。虚约束常见情况及处理机构中为什么要使用虚约束?a.使受力状态更合理b.使机构平衡c.考虑机构在特殊位置的运动虚约束常见情况及处理F=3n-2PL-Ph=37-29-1=2综合练习概述平面连杆机构的基本形式及其演化平面连杆机构的工作特性平面四杆机构的设计1.机构具有确定运动的条件是什么？2.机构自由度的计算方法复习提问：概述引入新课：所有运动副均为转动副的平面四杆机构。什么是平面连杆机构？由若干个构件通过转动副或移动副连接而成的平面机构。什么是铰链四杆机构？什么是平面四杆机构？只有四个构件通过低副连接而成的平面机构。概述由于是低副，为面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可承受较大载荷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形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。连杆曲线丰富。可满足不同要求。平面连杆机构的优点构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计复杂，难以实现精确的轨迹。应用实例：内燃机、火车轮、手动冲床、牛头刨床、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠床、单车制动操作机构等。平面连杆机构的缺点

1．了解平面连杆机构的分类和应用特点。

3．掌握平面四杆机构的类型、特点、应用、结构等。

2．掌握铰链四杆机构曲柄存在的条件和机构的基本特性。学习目标其中能做整周回转的连架杆称为曲柄，只能在小于360°的范围内摆动的连架杆称为摇杆。各杆的名称3.2.1铰链四杆机构的基本形式固定件AD称为机架；与AD相对的BC杆称为连杆；与机架相连的AB和CD杆称为连架杆。3.2平面连杆机构的基本形式及其演化分类（根据两连架杆运动形式不同分类）曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构3.2平面连杆机构的基本形式及其演化1.曲柄摇杆机构在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。应用举例一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。运动特点：3.2平面连杆机构的基本形式及其演化搅面机曲柄摇杆机构应用实例卫星接收装置曲柄摇杆机构应用实例自行车曲柄摇杆机构应用实例跑步机曲柄摇杆机构应用实例自动送料机构曲柄摇杆机构应用实例2.双曲柄机构—两连杆架均为曲柄的四杆机构应用举例：运动特点：两连架杆都是曲柄：回转→回转。从动曲柄变速回转3.2平面连杆机构的基本形式及其演化惯性筛若两曲柄长度不等，主动曲柄匀速转动，从动曲柄变速转动。双曲柄机构应用实例平行双曲柄机构，对边平行且相等。特点：两曲柄转速相等、转向相同。双曲柄机构应用实例解快方法：

（1）加惯性轮利用惯性维持从动曲柄转向不变。

（2）加虚约束通过虚约束保持平行四边形，如机车车轮联动的平行四边形机构※会出现运动不确定现象3.2平面连杆机构的基本形式及其演化反平行双曲柄机构，对边相等但不平行。特点：两曲柄转向相反，如车门启闭装置3.2平面连杆机构的基本形式及其演化插床机构双曲柄机构应用实例3.双摇杆机构—两连杆架均为摇杆的四杆机构应用举例3.2平面连杆机构的基本形式及其演化港口起重机选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线双摇杆机构应用实例飞机起落架双摇杆机构应用实例车辆的前轮转向机构双摇杆机构应用实例风扇摇头双摇杆机构应用实例3.2.2铰链四杆机构有曲柄的条件曲柄存在的充分必要条件是:

(1)最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和(即杆长和条件)。

(2)最短杆或其相邻杆为机架。3.2平面连杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构有曲柄的条件：

(1)最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和（即杆长和条件）；

(2)最短杆或其相邻杆为机架。铰链四杆机构三种基本类型的区别在于：连架杆是否为曲柄及曲柄的数目。3.2平面连杆机构的基本形式及其演化可用以下方法来判别铰链四杆机构的基本类型：2.若机构满足杆长之和条件，则(1)以最短杆的邻边为机架时为曲柄摇杆机构(2)以最短杆为机架时为双曲柄机构(3)以最短杆的对边为机架时为双摇杆机构1.若机构不满足杆长之和条件则只能成为双摇杆机构3.2平面连杆机构的基本形式及其演化例1：判断如图所示铰链四杆机构的类型3.2平面连杆机构的基本形式及其演化例2：一四杆机构，各杆尺寸分别为:AB=450mm，BC=400mm，CD=300mm，AD=200mm.试问:

(1)以哪个杆作为机架,可以得到曲柄摇杆机构?

(2)若以BC杆作为机架,则会得到什么机构?

(3)若以AD杆作为机架,则会得到什么机构3.2平面连杆机构的基本形式及其演化3.2.3平面四杆机构的演化常见的演化方式：1.使转动副变成移动副2.扩大回转副3.变更杆长4.变更机架3.2平面连杆机构的基本形式及其演化1.曲柄滑块机构使转动副变成移动副若e=0,则称为对心曲柄滑块机构；否则称为偏置曲柄滑块机构。曲柄滑块机构广泛应用在活塞、空压机、冲床等机械中3.2平面连杆机构的基本形式及其演化2.偏心轮机构扩大的回转副3.2平面连杆机构的基本形式及其演化由曲柄滑快机构演化3.导杆机构（连架杆中至少有一个构件为导杆）

①构件2和构件4均能作整周转动，小型刨床就是应用实例转动导杆机构变更杆长3.2平面连杆机构的基本形式及其演化

②当杆2的长度小于机架长度时，导秆4只能作来回摆动，又称为摆动导秆机构，牛头刨中的主运动机构是他的应用实例摆动导杆机构变更杆长3.2平面连杆机构的基本形式及其演化当以构件3为机架时，可演化成移动导杆机构，图示压水机就是实例4.定块机构变更机架3.2平面连杆机构的基本形式及其演化平面四杆机构铰链四杆机构(全转动副)演化的平面四杆机构（含有移动副）曲柄摇杆机构

双曲柄机构

双摇杆机构

曲柄滑块机构

导杆机构

摇块机构定块机构（移动导杆机构）小结：小结：小结：判断铰链四杆机构类型的方法

2.若最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则(1)以最短杆的邻边为机架时为(2)以最短杆为机架时为(3)以最短杆的对边为机架时为

1.若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则只能成为双摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构小结：一、填空题1．在铰链四杆机构中，当最短构件和最长构件的长度之和大于其他两构件长度之和时，只能获得

机构。2．在四杆机构中LAB=40mm，LBC=40mm，lCD=60mm，LAD为机架，该机构是

。3．铰链四杆机构有曲柄的条件是

，双摇杆机构存在的条件是

。(用文字说明)4．铰链四杆机构演化成其它型式的四杆机构(1)

，2)

，(3)

等三种方法。习题：二、计算题铰链四杆机构的基本形式有哪几种？已知铰链四杆机构各构件的长度分别为a=240mm，b=600mm，c=400mm，d=500mm。试问当分别取a、b、c、d为机架时，将各得到何种机构？习题：急回特性机构工作件返回行程速度大于工作行程的特性。工作行程时：V1=C1C2/t1

返回行程时：V2=C1C2/t23.3平面连杆机构的工作特性行程速比系数K为了表示工作件往复运动时的急回程度，用V2和V1的比值K来描述。由上式可得：急回特性的作用四杆机构的急回特性可以节省空间，提高生产率。3.3平面连杆机构的工作特性压力角和传动角1.压力角a压力角：从动件所受的力F与受力点速度Vc所夹的锐角a。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fr=Fsinaa愈小，机构传动性能愈好。3.3平面连杆机构的工作特性2.传动角g传动角：连杆与从动件所夹的锐角g。g=900-a

g越大，机构的传动性能越好，设计时一般应使gmin≥40°，对于高速大功率机械应使gmin≥50°。3.最小传动角的位置铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。3.3平面连杆机构的工作特性3.3平面连杆机构的工作特性对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。对于摆动导杆机构由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角等于90度。死点死点的位置在从动曲柄与连杆共线的连个位置之一时，出现机构的传动角g=0，压力角a=90的情况，这时连杆对从动曲柄的作用里恰好通过其回转中心，不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置。3.3平面连杆机构的工作特性死点的利弊利：工程上利用死点进行工作。弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机构不利度过死点的方法增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。采用机构错位排列的方法3.3平面连杆机构的工作特性一个设计过程：已知条件→构件尺寸

两类基本问题：实现给定运动规律；

实现给定运动轨迹；

三种设计方法：图解法解析法实验法已知条件：运动条件、几何条件、动力条件。简明易懂，精确性差。精确度好，计算繁杂。形象直观，过程复杂。3.4平面四杆机构的设计3.4.1图解法设计平面四杆机构1.按给定连杆位置设计四杆机构已知：连杆BC长度及三个位置（B1C1,B2C2,B3C3）要求：设计铰链四杆机构设计步骤：①连接B1B2、B2B3，作线B1B2、B2B3的垂直平分线b12、b23，交于A点；②连接C1C2、C2C3，作线C1C2、C2C3的垂直平分线c12、c23，交于D点；③连接AB1、C1D。3.4平面四杆机构的设计2.按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构刚化反转法3.4平面四杆机构的设计设计步骤：3.4平面四杆机构的设计3.按给定行程速度变化系数K设计四杆机构3.4平面四杆机构的设计4.按给定速度变化系数K设计导杆机构3.4平面四杆机构的设计已知：连杆AB和CD的三组对应位置要求：确定各构件的长度a、b、c、d

步骤：建立坐标系xAy，和分别为AB和CD的初始角。将各向量坐标投影得，将三组已知位置代入以上公式，确定出选定曲柄长度a，则b、c、d。设计出所需四杆机构设计方法：建立方程式，根据以知参数对方程求解。3.4.2解析法设计平面四杆机构、、、、、3.4平面四杆机构的设计连杆曲线（定义）：四杆机构运动时，连杆作为平面复杂运动，对其上面任意一点都能描绘出一条封闭曲线，这种曲线称为连杆曲线。原理：连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和构件的相对长度的不同而不同。方法与步骤：借用已编成册的连杆曲线图谱，根据预定运动轨迹从图谱中选则形状相近的曲线，同时查得机构各杆尺寸及描述杆在连杆上的位置，再用缩放仪求出图谱曲线与所需轨迹曲线的缩放倍数，即可求得四杆机构的结构及运动尺寸。3.4.3实验法设计平面四杆机构3.4平面四杆机构的设计判断铰链四杆机构类型的方法2.若最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则(1)最短杆为连架杆时为(2)最短杆为机架时为(3)最短杆为连杆时为1.若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则只能成为双摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构复习提问：判断下列机构的类型偏心轮机构转动导杆机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构复习提问：摇块机构定块机构引入新课：1.曲柄摇杆机构有何工作特性？2.如何根据工作任务要求设计平面四杆机构？复习提问：ψ——摇杆的工作摆角θ——极位夹角3.3平面连杆机构的工作特性3.3.1急回特性机构工作件返回行程速度大于工作行程的特性称为急回特性。工作行程时：V1=C1C2/t1

返回行程时：V2=C1C2/t2行程速比系数K为了表示工作件往复运动时的急回程度，用V2和V1的比值K来描述。3.3平面连杆机构的工作特性急回特性的作用

K值的大小反映了急回运动特性的显著程度。机构的急回程度取决于急位夹角θ的大小θ=0时，K=1θ>0时，K>1θ越大K越大，机构急回程度越大若在设计机构时先给定K值，则

:在生产实际中，常利用机构的急回运动来缩短非生产时间，提高生产率，如牛头刨床、往复式运输机等。

机构没有急回特性机构有急回特性3.3平面连杆机构的工作特性3.3平面连杆机构的工作特性3.3.2传力特性——压力角和传动角1.压力角a从动件所受的力F与受力点速度Vc所夹的锐角。有害分力α愈小，机构传动性能愈好。Ft=FcosαFn=Fsinα有效分力反映机构传动性能的重要参数3.3平面连杆机构的工作特性3.3平面连杆机构的工作特性2.传动角g连杆与从动摇杆所夹的锐角g。g=900-a

g越大，机构的传动性能越好，设计时一般应使gmin≥40°，对于高速大功率机械应使gmin≥50°。最小传动角的位置在什么位置？铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置之一出现最小传动角。3.3平面连杆机构的工作特性对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。对于摆动导杆机构由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆上受力点的速度方向始终一致，所以传动角等于90度。3.3平面连杆机构的工作特性3.3.3死点3.3平面连杆机构的工作特性如图所示,在曲柄摇杆机构中,当摇杆CD

为主动件且机构处于图示两个虚线位置时,连杆BC和曲柄AB

在一条直线上,出现了γ=0°的情况。γ=0°意味着传动有效分力Ft=Fsinγ=0,此时无论连杆BC传给曲柄AB

的作用力有多大,都不能使曲柄转动。机构所处的这种位置称为死点位置。死点的位置摇杆CD为主动件时，在从动曲柄与连杆共线的两个位置时，出现机构的传动角g=0，压力角a=90的情况此时无论连杆BC传给曲柄AB多大的作用力都，这意味着传动有效分力=0Ft=Fcosα不能推动曲柄转动机构的这种位置称为死点位置。3.3平面连杆机构的工作特性死点的利弊利：工程上利用死点进行工作。弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机构不利例如飞机起落架3.3平面连杆机构的工作特性度过死点的方法增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。采用机构错位排列的方法3.3平面连杆机构的工作特性一个设计过程：已知条件→构件尺寸

两类基本问题：实现给定运动规律；实现给定运动轨迹；

三种设计方法：已知条件：运动条件、几何条件、动力条件。一、用图解法设计平面四杆机构图解法3.4平面四杆机构的设计二、按连杆预定位置设计平面四杆机构三、按给定的轨迹设计平面四杆机构3.4.1用图解法设计平面四杆机构3.4平面四杆机构的设计3.4.2按连杆预定位置设计平面四杆机构1.按给定连杆位置设计四杆机构已知：连杆BC长度及三个位置（B1C1,B2C2,B3C3）要求：设计铰链四杆机构设计步骤：①连接B1B2、B2B3，作线B1B2、B2B3的垂直平分线b12、b23，交于A点；②连接C1C2、C2C3，作线C1C2、C2C3的垂直平分线c12、c23，交于D点；③连接AB1、C1D。3.4平面四杆机构的设计连杆曲线（定义）：四杆机构运动时，连杆作为平面复杂运动，对其上面任意一点都能描绘出一条封闭曲线，这种曲线称为连杆曲线。原理：连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和构件的相对长度的不同而不同。方法与步骤：借用已编成册的连杆曲线图谱，根据预定运动轨迹从图谱中选则形状相近的曲线，同时查得机构各杆尺寸及描述杆在连杆上的位置，再用缩放仪求出图谱曲线与所需轨迹曲线的缩放倍数，即可求得四杆机构的结构及运动尺寸。

3.4.3按给定的轨迹设计平面四杆机构3.4平面四杆机构的设计1.判断铰链四杆机构类型的方法2.若最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则(1)最短杆为连架杆时为(2)最短杆为机架时为(3)最短杆为连杆时为1.若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则只能成为双摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构复习提问：2.判断下列机构的类型对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构偏心轮机构转动导杆机构复习提问：摇块机构定块机构复习提问：3.平面连杆机构的工作特性急回特性传力特性死点位置4.什么是极位夹角？5.什么是传动角？摇杆（或滑块）处在两个极限位置时，曲柄相应两位置之间所夹的锐角称为极位夹角。连杆与从动摇杆之间所夹的锐角称为传动角。复习提问：7.什么情况下四杆机构会出现死点？6.什么位置存在最小传动角机架与曲柄共线的两个位置之一存在最小传动角。当摇杆为主动件，且连杆与曲柄共线时会出现死点。①安装飞轮，利用飞轮的惯性闯过死点。②采取机构错位排列的办法。8.如何顺利通过死点死点？复习提问：1.平面连杆机构由一些刚性构件用______副和______副相互联接而组成。转动移动2.在铰链四杆机构中，能作整周连续旋转的构件称为_______，只能来回摇摆某一角度的构件称为_______，直接与连架杆相联接，借以传动和动力的构件称为_______。曲柄摇杆连杆3.如图所示为铰链四杆机构，设杆a最短，杆b最长。试用符号和式子表明它构成曲柄摇杆机构的条件：（1）____________________________。

（2）以_______为机架，则_______为曲柄。一.填空5.铰链四杆机构的三种基本形式是_________机构，_________机构，_________机构。曲柄摇杆双曲柄双摇杆4.设上图已构成曲柄摇杆机构。当摇杆CD为主动件，机构处于连杆BC与从动曲柄AB共线的两个极限位置，称为机构的两个_______位置。死点6.平面连杆机急回运动特性可用以缩短_____________。从而提高工作效率。非生产时间7.平面连杆机构的急回特性系数K=______________。8.四杆机构中若对杆两两平行且相等，则构成___________________机构。正向平行双曲柄一.填空铰链四杆机构中各构件以_______相联接。（a）转动副（b）移动副（c）螺旋副2.平面连杆机构当急回特性系数K_______时，机构就具有急回特性。（a）>1（b）=1（c）<13.铰链四杆机构中，若最长杆与最短杆之和大于其他两杆之和，则机构有_______。

（a）一个曲柄（b）两个曲柄（c）两个摇杆4.机械工程中常利用_______的惯性储能来越过平面连杆机构的“死点”位置。（a主动构件b从动构件c联接构件）aacb二.选择题5.如图所示四杆机构各杆长a=350,b=550,c=200,d=700长度单位，试选答：（1）当取d为机架时机构_______；（2）当取c为机架时机构_______。a.有一个曲柄b.有两个曲柄c.有两个摇杆ab二.选择题1.平面连杆机构各构件运动轨迹都在同一平面或相互平行的平面内。（）4.偏心轮机构的工作原理与曲柄滑块机构相同。（）3.在平面连杆机构的“死点”位置，从动件运动方向不能确定。（）2.曲柄摇杆机构的摇杆两极限位置间的夹角称为极位夹角。（）√××√三.判断题1.按图中所注出的尺寸，分析确定各构件的名称。a-----双曲柄机构b-----曲柄摇杆机构c-----双摇杆机构d-----双摇杆机构四.绘图分析及其他2.按下图回答问题：机构名称是_____________，构件名称a是_______；b是_________；c是_______；d是_________。当取c杆为机架时的机构名称是__________________。双摇杆机构连架杆连杆连架杆机架双摇杆机构四.绘图分析及其他

3.图示为一铰链四杆机构，已知各杆长度：LAB=10cm，LBC=25cm,LCD=20cm,LAD=30cm。当分别固定构件1、2、3、4机架时，它们各属于哪一类机构？四.绘图分析及其他

4.一曲柄摇杆机构如图所示，已知LAB=15cm,LBC=LCD=35cm,LAD=40cm。①试求出机构中摇杆CD的最大摆角及极位夹角θ的值。②试求出最小传动角。③求出行程速比系数。四.绘图分析及其他

5.图示为一铰链四杆机构。杆AB作整周回转，杆CD在一定角度内摆动，最大摆角是75°，且LCD=114cm,当CD杆摆到两限位置时有LAC1=102mm,LAC2=229mm。试求杆AB和BC杆的长度及行程速比系数K。四.绘图分析及其他

6.设计一铰链四杆机构，已知其摇杆DC的行程速比系数K=1，摇杆长度LDC=150mm，摇杆的两个极限位置与机架所成的夹角ψˊ=30°,ψ″=90°。求曲柄长度LAB，及连杆长度LBC。

7.设计一曲柄滑块机构，已知滑块的行程s=50mm，偏距e=16mm，行程速比系数K=1.2，求曲柄及连杆长度。四.绘图分析及其他凸轮机构的应用和分类从动件的常用运动规律凸轮轮廓曲线的设计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。内燃机什么是凸轮？盘形凸轮机构在印刷机中的应用工程应用圆柱凸轮机构在机械加工中的应用工程应用自动车床上的走刀机构自动车床上的走刀机构利用分度凸轮机构实现转位工程应用工程应用分度转位机构分度转位机构内燃机内燃机配气机构靠模车削机构

靠模车削机构

4.掌握凸轮机构基本尺寸的确定原则。

1.了解凸轮机构的类型及各类凸轮机构的特点和适用场合，学会根据工作要求和使用场合选择凸轮机构的类型；

2.熟悉凸轮机构的几种常用的从动件运动规律；

3.熟练掌握反转法原理，并能根据这一原理设计各类凸轮的轮廓曲线；教学要求凸轮的设计是该章的重点和难点。包括凸轮型式的选择，以及根据具体的工作要求确定从动件的运动规律，凸轮的基本尺寸和轮廓曲线，对设计出来的凸轮要校核它的强度等。本章仅讨论凸轮与从动件作平面运动的凸轮机构（称为平面凸轮机构）。教学重点与难点凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。优点：①只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从动件实现预期的运动规律；②结构简单紧凑、易于设计。4.1.1凸轮机构的组成、特点和应用因此，凸轮机构多用于传力不大的控制机构缺点：①凸轮机构是高副机构，易于磨损。②凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。4.1凸轮机构的应用和分类1．组成2．特点4.1.2凸轮机构的分类按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以下几种：盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮4.1凸轮机构的应用和分类按照从动件的结构形式不同可把凸轮分为以下几种：尖端从动件滚子从动件平底从动件特点：从动件构造简单，能实现从动件的任意运动规律。缺点是尖顶与凸轮点接触，磨损块。只适用于作用力不大和速度较低的场合。特点：从动件尖顶处安装一个滚子，磨损较小，可以承受较大的动力，应用广泛。特点：受力比较平稳，传动效率最高，接触面易于形成油膜，润滑较好，适用于高速传动。缺点是不能用于有凹曲线凸轮轮廓的凸轮机构。4.1凸轮机构的应用和分类按照从动件的运动形式不同可把凸轮分为以下几种：直动从动件摆动从动件4.1凸轮机构的应用和分类按照凸轮的锁合方式可把凸轮分为以下几种：力锁合：利用从动件自身重力、弹簧力或其他外力使其始终保持与凸轮接触。形锁合:利用凸轮与从动件的特殊结构形状使从动件与凸轮始终保持接触。4.1凸轮机构的应用和分类凸轮轴盘形凸轮凸轮实物凸轮实物4.2.1凸轮机构的工作过程图为对心尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮回转时，从动件重复升—停—降—停的运动循环。从动件的位移s与凸轮转角a的关系可以用从动件的位移线图来表示，如右图所示。4.2从动件的常用运动规律凸轮基圆基圆半径从动件推程从动件回程推程运动角回程运动角从动件远休程远休止角从动件近休程近休止角从动件升程h基本名词术语4.2从动件的常用运动规律（1）等速运动规律推程运动线图在从动件的行程始、末产生瞬间刚性冲击特点：应用：低负轻负不宜单独使用，在运动开始和终止段用其它运动规律过渡4.2从动件的常用运动规律(2)等加速—等减速运动在从动件的行程始、中、末加速度出现有限值突变，产生柔性冲击特点：应用：中速轻负4.2从动件的常用运动规律(3)余弦加速度运动4.2从动件的常用运动规律4.3.1反转法原理加角速度-w(与凸轮角速度大小相等、方向相反)从动件与导路绕角速度-w以凸轮转动凸轮静止不动从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线从动件相对导路移动对于滚子从动件，则滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距滚子半径rT的一条等距曲线。4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法反转法设计凸轮轮廓曲线的方法和步骤

1.对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计

3.对心滚子移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计2.偏置尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计4.3.2作图法设计凸轮轮廓曲线4.对心滚子移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计基圆半径Rb1.选与位移线图一致的比例作凸轮的基圆；2.将基圆分成与位移线图中相对应的等份；3.分别自基圆圆周向外量取从动件位移线图中相应的位移量；4.光滑连接各点即为所求的凸轮轮廓。

已知，如图4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法对心滚子移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计

实际轮廓曲线

理论轮廓曲线

4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法4.3.3凸轮设计中应注意的问题设计凸轮机构，不仅要保证从动件能实现预定的运动规律，还须使设计的机构传力性能良好，结构紧凑，满足强度和安装等要求，为此，设计时应注意处理好下述问题。1.滚子半径的选择

2.凸轮机构的压力角3.凸轮基圆半径的确定

4.凸轮机构的材料

4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法1.滚子半径的选择

对于外凸的凸轮廓线：实际轮廓为光滑曲线

实际廓线出现尖点

实际轮廓相交而造成从动件运动失真

对于内凹的凸轮廓线：实际轮廓为光滑曲线

4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法2.凸轮机构的压力角

压力角：不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力（法向力）与从动件上受力点速度方向所夹的锐角。该力可分解为两个分力：压力角越小，传力越好。自锁：如果凸轮机构运动到某一位置的压力角大到使有效分力不足以克服摩擦阻力，不论推力多大，都不能使从动件运动。这种现象称为凸轮机构的自锁。机构开始出现自锁时的压力角称为临界压力角。4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法许用压力角：凸轮机构在运转中的压力角是变化的，为避免机构发生自锁并具有较高的传动效率，必须对最大压力角加以限制，其许用值应远低于临界压力角，即：对移动从动件的推程，取[]=30°对摆动从动件的推程，取[]=35°～45°回程时，可取[]=70°～８０°压力角的校核：4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法3.凸轮基圆半径的确定

基圆半径愈小，压力角愈大；反之，压力角则愈小。因此，在选取基圆半径时应注意：滚子从动件凸轮机构，在保证和从动件运动不失真的前提下，可将基圆半径取小些，满足对机构结构紧凑的要求。在结构空间允许条件下，可适当将基圆半径取大些，以利于改善机构的传力性能，减少磨损和减少凸轮廓线的制造误差。4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法4.3.4凸轮和滚子的材料凸轮的主要失效形式为磨损和疲劳点蚀。对凸轮和滚子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足够的表面接触强度凸轮芯部有较强的韧性4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法凸轮：低速、轻载时，可以选用铸铁作为凸轮的材料。中速、中载时可以选用优质碳素结构钢、合金钢作为凸轮的材料,并经表面淬火或滲碳淬火，使硬度达到。高速、重载凸轮可以用优质合金钢材料，并经表面淬火或滲氮处理。滚子：材料用合金钢材料，经滲碳淬火，达到较大表面硬度。常用的凸轮材料：40Cr、20Cr、40CrMnTi常用的滚子材料：20Cr或者滚动轴承4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法凸轮轮廓的加工方法通常有两种1.铣、锉削加工对用于低速、轻载场合的凸轮，可以应用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削办法加工而成。必要时可进行淬火处理，但用这种方法则凸轮的变形难以得到修正。2.数控加工采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工，这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时应用解析法，求出凸轮轮廓曲线的x,y坐标，并将xOy坐标系的原点换算成切割时的起点，而滚子半径相当于钼丝半径再加上放电间隙。4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法一尖顶对心直动从动件盘形凸轮机构，凸轮按顺时针方向旋转，从动件的行程其基圆半径运动规律如下：凸轮转角0°~120°120°~180°180°~300°300°~360°从动件运动规律等速运动规律上升30mm停止不动等速运动规律下降至原来位置停止不动4.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法在机器工作时，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歇，实现这种运动的机构，称为间歇运动机构。何谓间歇运动机构？广泛用于自动机床的进给机构、送料机构、刀架的转位机构、精纺机的成形机构等。最常见的间歇运动机构有哪些？棘轮机构槽轮机构不完全齿轮机构和凸轮式间歇机构等应用于哪些场合？第5章间歇运动机构教学方法：利用动画演示棘轮机构和槽轮机构的工作原理和特点。学时：2学时目的任务：理解棘轮机构和槽轮机构的工作原理，了解不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构重点:棘轮机构和槽轮机构的工作原理难点：凸轮式间歇运动机构第5章间歇运动机构棘轮机构槽轮机构不完全齿轮机构和凸轮式间歇机构机构组成5.1.1棘轮机构的工作原理：5.1棘轮机构工作过程当摇杆作连续的往复摆动时棘轮将作单向间歇转动。5.1棘轮机构双动式棘轮机构可使棘轮在摇杆往复摆动时都能作同一方向转动5.1棘轮机构钩头双动式棘轮机构直头双动式棘轮机构5.1棘轮机构双向式棘轮机构双向棘轮机构回转棘爪双向棘轮机构使棘轮作双向间歇运动5.1棘轮机构内棘轮5.1棘轮机构5.1.2棘轮转角的调节调节摇杆摆动角度的大小，控制棘轮的转角5.1棘轮机构用遮板调节棘轮转角5.1棘轮机构5.1.3棘轮机构的特点与应用结构简单，制造容易,运动可靠棘轮的转角在很大范围内可调工作时有较大的冲击和噪声、运动精度不高，常用于低速场合棘轮机构还常用作防止机构逆转的停止器。这类停止器广泛用于卷扬机、提升机以及运输机中。5.1棘轮机构提升机制动安全装置5.1棘轮机构5.2槽轮机构5.2.1槽轮机构的工作原理5.2槽轮机构内啮合槽轮机构外啮合槽轮机构空间槽轮机构优点：结构简单、工作可靠、机械效率高，能较平稳、间歇地进行转位缺点：圆柱销突然进入与脱离径向槽，传动存在柔性冲击，不适合高速场合，转角不可调节，只能用在定角场合5.2.2槽轮机构的类型、特点及应用5.2槽轮机构冰激淋生产线光盘刻录生产线电影放映机应用实例电影放映机外啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构5.3不完全齿轮机构优点：结构简单,从动轮的运动时间和静止时间的比例不受机构结构的限制缺点：从动轮在转动开始及终止时速度又突变，冲击较大。一般仅用于低速、轻载场合5.3不完全齿轮机构5.3.2凸轮式间歇运动机构优点：结构简单、运转可靠、传动平稳、无噪声，适用于高速、中载和高精度分度的场合。缺点：凸轮加工比较复杂，装配与调整要求也较高5.3不完全齿轮机构第6章带传动和链传动带传动、链传动的目的：利用中间挠性件（带或链）将主动轴的运动和动力传给从动轴带传动的特点、类型和应用带传动的工作情况分析带传动的设计V带传动的张紧、安装与维护难点：Ｖ带传动的设计与计算。基本要求：

1.了解带传动的类型、特点和应用场合、带的应力及其变化规律；

2.熟悉普通Ｖ带的结构及其标准、Ｖ带传动的张紧方法和装置；

3．掌握带传动工作原理、受力分析、弹性滑动及打滑等基本理论、Ｖ带传动的失效形式及设计准则；

4．学会Ｖ带传动的设计与计算。重点:1.带传动的工作原理、受力与应力分析

2．Ｖ带传动的设计与计算。第6章带传动和链传动带传动一般是由主动轮、从动轮、传动带及机架组成。原动机转动带的传动过程：主动轮转动驱动主动轮从动轮转动带与轮的摩擦6.1带传动的特点、类型和应用6.1.1带传动的特点和应用优点：传动平稳，无噪声过载时传动带与带轮之间将发生打滑，过载保护结构简单，维护方便，无需润滑制造安装精度要求不高可实现较大中心距的传动6.1带传动的特点、类型和应用缺点：传动比不准确，传动效率低带的寿命较短，外形尺寸大不宜在高温、易燃易爆场合使用6.1带传动的特点、类型和应用适用场合：要求传动平稳传动比不要求准确中小功率的远距离传动（一般传递功率P≤50kW，带速v=5~25m/s,高速带的带速可达60m/s，传动比i≤7）6.1带传动的特点、类型和应用6.1.2带传动的主要类型6.1带传动的特点、类型和应用演示带传动6.1带传动的特点、类型和应用6.1.3V带和带轮的结构6.1带传动的特点、类型和应用V带轮的结构小功率时可用铝合金或塑料。V带轮常用材料当v≤25m/s时，用HT150；当v=25～30m/s时，用HT200；当v≥25～45m/s时，用球墨铸铁、铸钢或锻钢；6.1带传动的特点、类型和应用普通V带轮一般由轮缘、轮毂、轮辐组成6.1带传动的特点、类型和应用6.1带传动的特点、类型和应用6.1带传动的特点、类型和应用S型-实心带轮P型-腹板带轮H型-孔板带轮E型-椭圆轮辐带6.1带传动的特点、类型和应用V带轮的结构6.2.1带传动的受力分析尚未工作状态

工作状态

有效拉力带传动是依靠有效拉力实现功率的传递，带传递的功率可表示为6.2带传动的工作情况分析在带即将打滑的临界紧边拉力和松边拉力的关系符合欧拉公式：可推知带传动有效拉力F的大小为：在带传动过程中，有效拉力F若超过带与轮面间摩擦力总和的极限值，带将会在带轮上发生全面滑动，这种现象称为打滑，导致传动失效，应避免。切记：欧拉公式不可用于非极限状态下的受力分析！打滑与弹性滑动6.2带传动的工作情况分析表明，带所传递的圆周力F与下列因素有关：初拉力F0摩擦系数f包角a带传动在不打滑条件下所能传递的最大圆周力为：6.2带传动的工作情况分析由于带的弹性变形而引起带在轮面上滑动的现象，称为弹性滑动。弹性滑动是带传动所不可避免的特性,不同于打滑失效。带传动的传动比为6.2带传动的工作情况分析6.2.2带传动的应力分析通过分析可知，带传动时，皮带中存在着三种应力1.由两边拉力产生的拉应力（σ1、σ2）2.由离心力产生的拉应力（σc）3.由弯曲产生的弯曲应力（σb）三种应力共同作用，使带处在变应力条件下工作，故带易产生疲劳破坏。6.2带传动的工作情况分析皮带中的应力最大值为：smax=s1+sc+sb1为保证带有足够的疲劳寿命，应使带中的最大应力smax小于等于带材料的许用应力[s]。即smax=s1+sc+sb1≤[s]6.2带传动的工作情况分析为了不使带所受到的弯曲应力过大，应限制带轮的最小直径。V带型号YZABCDEddmin

205075125200355500基准直径dd系列2022.4252831.535.540455056637175808590951001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153353553754004254504755005305606006306707107508009001000106011201250140015001600180019002000224025006.2带传动的工作情况分析6.3.1带传动的失效形式和设计准则

1.带传动的主要失效形式是打滑和传动带的疲劳破坏。

2.带传动的设计准则：在传递规定功率时不打滑，同时具有足够的疲劳强度和一定的使用寿命。6.3带传动的设计6.3.2单根V带传递的功率带传递的额定功率是指在正确安装、维护条件下按规定的几何尺寸和环境条件，在规定周期内给定V带所传递的功率。单根V带的基本额定功率P0是根据特定的实验和分析确定的。可查表6-4实验条件：传动比i=1、包角α＝180°、特定长度、平稳的工作载荷。6.3带传动的设计当实际工作条件与实验条件不符时，用公式进行修正△P0——单根普通V带的功率增量，大小查表6-4

——包角修正系数，查表6-5；

——长度修正系数，查表6-6。6.3带传动的设计6.3.3V带传动的设计计算和参数选择在进行V带传动的设计计算时,通常已知传动的用途和工作情况,传递的功率P,主动带轮、从动带轮的转速n1、n2(或传动比i),传动位置要求和外廓尺寸要求以及电动机类型等。设计时主要确定V带的型号、长度和根数,带轮的尺寸、结构和材料,传动的中心距,带的初拉力和作用在轴上的压力以及V带的张紧和防护等。6.3带传动的设计V带传动的设计31.确定计算功率PC2.选定V带型号3.确定带轮的基准直径dd1

、dd24.验算带速v

5.确定中心距a

和基准长度Ld6.验算小带轮包角α17.确定带的根数z8.确定初拉力F0并计算作用在轴上的压力FQ设计计算步骤及参数选择Ｖ带的截面尺寸注:1.空、轻载启动:电动机、四缸以上的内燃机以及装有离心式离合器、液力联轴器的动力机。2.重载启动:电动机、四缸以下的内燃机。3.在反复启动、正反转频繁、工作条件恶劣等场合,KA应取表中值的1.2倍。根据计算功率PC

和小带轮转速n1,按图选择V

带型号。当临近两种型号的交界线时,可按两种型号同时计算,通过分析比较决定取舍。V带型号选择线图中心距小时，传动外廓尺寸小，结构紧凑，但使小带轮包角减小，传动能力降低，同时V带短，绕转次数多，使V带的疲劳寿命降低。另一方面，中心距大时，有利于增大包角，并使带的应力变化减慢，但在载荷变化或高速运转时会引起带的抖动，也会使带的工作能力降低。一般根据传动的结构需要来初定中心距a0，并使其满足（1）初选中心距a06.3带传动的设计初选a0后，根据带传动的几何关系，按公式（6-17）（2）确定V带的基准长度Ld算出L0后，查表6-6选取与L0相近的V带的基准长度Ld标准值。初算带的基准长度L0，即6.3带传动的设计（3）确定实际中心距a考虑安装、更换V带和调整、补偿初拉力（例如带伸长而松弛后的张紧），V带传动通常设计成中心距是可调的，中心距的变化范围为重新确定实际中心距a。根据基准长度Ld按式（6-3）计算（6-3）6.3带传动的设计验算V带的速度v

带速过高则离心力大，使传动带与带轮间的压力减小，易发生打滑。因此，在初选小带轮基准直径dd1后，应验算V带的速度v，使式中v——带速，单位为m/s；

dd1——小带轮基准直径，单位为mm；

n1——小带轮转速，单位为r/min。v=5～25m/s，最佳带速为10～20m/s。6.3带传动的设计计算出的dd2应按表6-８所列V带带轮的基准直径系列进行圆整并取标准值。计算大带轮基准直径dd2

当要求传动比i较精确时，按下式计算得6.3带传动的设计6.3带传动的设计初选小带轮的基准直径

带轮直径过小，传动尺寸紧凑，但弯曲应力大，使传动带的疲劳强度降低，在传递同样的功率时，所需有效拉力也大，这会使带的根数增多。因此，应根据V带型号，参考表6-8选取

为了提高普通V带的寿命，在结构尺寸允许的条件下，宜选取较大的带轮直径。6.3带传动的设计验算小带轮包角从上式可知，两带轮直径dd2与dd1相差越大，即传动比i

越大，包角就越小。所以，为了保证在中心距不过大的条件下包角不至于过小，传动比不宜取的太大。普通V带传动一般推荐i≤7，必要时可达到10。小带轮包角是影响V带传动工作能力的重要因素。通常应保证6.3带传动的设计确定V带根数z上式中各符号的意义及单位同前。计算出的z应取整数。为使每根V带在工作过程中受力趋于均匀，V带的根数不宜太多，通常不超过10根。否则应增大带轮直径或改选较大型号的V带重新设计。（6-28）6.3带传动的设计确定传动带的初拉力F0为保证带传递所需的功率时不打滑，又能保证传动带具有一定寿命时，推荐单根普通V带张紧后的初拉力按下式计算

初拉力的大小是保证带传动正常工作的重要因素。初拉力过大，传动带中应力过大，会使传动带的寿命大大缩