机械设计基础【全套课件463P】(杨可桢版).ppt

1、机械设计基础,研究对象和内容 课程特点和学习要求,一、 研究对象和内容,1.实物组合 2.各实物间有确定的运动 3.做有用功或转换能量,机器:,机构:,金属切削机床 内燃机 汽车 拖拉机 起重机 ,机器种类:,具备1、2特征,利用机器来减轻劳动和提高生产率,零件,制造单元,第一章 绪 论,运动单元： 1.箱体 2.活塞 3.连杆 4.曲轴 5、6.齿轮 7.凸轮 8.推杆,机构和机器的总称,构件由零件（制造单元）组成。 (齿轮5由许多零件组成),轴、轴承、套筒等 轴系零件,齿轮 传动件,键 联接件,(齿轮机构由三个构件组成1、5、6),机构由构件（运动单元）组成，,机器由机构(连杆机构、凸轮机

2、构、齿轮机构)组成,机器具有确定的相对运动、完成机械功或转换机械能的组合体 机构具有确定的相对运动组合体，是机器所共有的组成部分 构件运动的单元 零件制造的单元,二、学习内容,1.常用机构(组成原理、运动学和动力学)机械原理 连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构 2.通用零件（设计与计算）机械设计 联接：螺纹联接、键联接、销联接 传动: 带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动 轴与轴系零部件: 轴、轴承、联轴器 其它: 弹簧,传动零件,轴系零件,联接零件,附件,机架,基础： 制图、力学、金属工艺学.,机械设计基础是技术基础课,专业课,三、课程的地位,四、学习方法（机械原理）,培养运动想象力

3、培养各学科知识综合应用能力 步步为营,1.基本概念: 机器、机构、构件、零件 2.机器、机构的基本特征,第二章 平面连杆机构,主要内容:1.平面四杆机构的基本型式及演变 2.平面四杆机构主要特性 3.平面四杆机构的设计,本章重点:平面四杆机构主要特性和设计,本章难点:平面四杆机构的设计,本章主要内容,铰链四杆机构的基本型式,铰链四杆机构有整转副的条件,铰链四杆机构的演变,平面四杆机构的设计,第二章 平面连杆机构,平面机构+低副联接 (转动、移动副) 最常用平面四杆机构（ 四个构件四根杆),平面连杆机构,铰链四杆机构（全由转动副相联）,基本类型,(二)曲柄摇杆机构的主要特性,()铰链四杆机构,2

4、-1铰链四杆机构的基本型式 p.20,连杆,连架杆,连架杆,机架,曲柄,摇杆(摆杆),(整转),(摆转),机架、连杆、连架杆,()铰链四杆机构 p.20,机架参考系（固定件） 连架杆与机架相联 连杆不与机架相联,曲柄：可回转360的连架杆 摇杆：摆角小于360的连架杆 滑块：作往复移动的连架杆,全由转动副相联的平面四杆机构,一.铰链四杆机构基本类型 （按连架杆类型）,二.(铰链四杆机构)演变类型,(天线摇杆)调整天线 俯仰角的大小,放映机,1.曲柄摇杆机构： 连架杆 曲柄(一般)原动件匀速转动 摇杆(一般)从动件变速往复摆动,2 . 双曲柄机构： 连架杆均为曲柄 主动曲柄: 匀速转动 从动曲柄

5、: 变速转动,例: 惯性筛中的铰链四杆机构从动曲柄3变速转动 使筛子6产生加速度 使不同材料因惯性不同而筛分,3.双摇杆机构连架杆均为摇杆,例: 门式起重机的变速机构: CD(杆3)为原动件, 悬挂重 物的E 点在连杆上保持E点运动轨迹在近似水平线上。 （平移货物平稳、减小能量消耗）,偏心轮机构,铰链四杆机构 （全由转动副相联）,二.(铰链四杆机构)演变类型,曲柄滑块机构,导杆机构,二.死点位置 三.压力角和传动角,（二）曲柄摇杆机构的主要特性 P.21,一.急回运动:,工作行程: 空回行程:,B2B1 ( 2) C2C1 () 1 2 , 而不变,B1B2 (1) 摇杆C1C2 (), 工作

6、行程时间空回行程时间,曲柄(主)匀速转动(顺) 摇杆(从)变速往复摆动,极位:,曲柄与连杆共线(B1、 B2)摇杆极位C1、C2, 缩短非生产时间, 提高生产率,例：牛头刨床、 往复式输送机,其运动特性行程速度变化系数(行程速比系数)K,极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角),K 急回运动性质,(2-2),曲柄摇杆机构曲柄主动 急回,二. 死点位置 p.22第6,从动件与连杆共线卡死,当摇杆为主动件, 而曲柄AB与 连杆BC共线时(摇杆CD处于极位) CD(主)通过连杆加于曲柄的驱动力F正好通过曲柄的转动中心A 不能产生使曲柄转动的力矩。,图2-4曲柄摇杆机构,图2-5,存在死点条件：

7、,有极限位置（从动件与连杆共线）,措施,曲柄摇杆机构摇杆主动死点,死点,三、压力角和传动角 p.22倒6, 图2-7,1.压力角,2.传动角,：BC是二力杆,驱动 力F 沿BC方向,作用在从动件上的驱动力F与该力作用 点绝对速度VC之间所夹的锐角。,连杆与从动杆所夹锐角 有效力Fsin 40,有效力Fcos （方便）传动角 = 90 (的余角),作业：2-3, 2-4 p.35,VC沿导轨(CD),分析,压力角（）：从动件受力作用点的速度方位线与力 的作用线所 夹的锐角。,死点： = 90,传动角： =90 压力角越小(即传动角越大)，有用的分力越大。 所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参

8、数。,二.曲柄存在条件：,2-2 铰链四杆机构有整转副的条件 P.25,取决于机构各杆的相对长度和机架的选择,A,D,B,B,B”,C,C,C”,例:AB22,BC50,CD38,AD45,三式相加 l1l2 l1l3 l1l4,当杆1处于AB ”位置 AC ”D, l1l2l3l4 (2-6),(l2l1) l3 l4 l1l4l2l3 (2-3) (l2l1) l4 l3 l1l3l2l4 (2-4),当杆1处于AB 位置 AC D,(曲柄l1,连杆l2,摇杆l3,机架l4)当AB能摆至与 连杆共线的极位AB及AB”时 能顺利通过整转副。,曲摇机构,L1最短,一.分析:,二.曲柄存在条件：

9、（转动副为整转副）,1.曲柄存在条件:,2.推论:,实例分析: AB70, BC90, CD110, AD40,(1)最短与最长杆之和小于其 它两杆之和 (2)最短的构件在连架杆或机架上,(满足条件1) (1)最短杆在机架上 (2)最短杆在机架邻边 (3)最短杆在机架对边,双曲柄机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,ADCD40110150ABBC160,当：AD为机架 AB或DC为机架 BC为机架,双曲柄,曲柄摇杆,双摇杆,作业2-1 p.35,铰链四杆机构的演变 .26,铰链四杆机构 图2-14 (全)转动副连接 各杆长不变,铰链四杆机构 曲柄滑块机构 图2-23 p.29,导杆机构(曲柄AB

10、机架) 图2-15.b,摇块机构(连杆BC 机架) 图2-15.C,扩大回转副偏心轮机构,杆长(固定杆)可变,移动副(一个),定块机构(滑块C 机架) 图2-15.d,一.曲柄滑块机构：.27 图214c、d,压力角、传动角:,偏置曲柄滑块机构,摇杆3的运动轨迹为圆弧(半径l3),对心曲柄滑块机构,将l3无穷大,滑块C(直线)曲柄滑块机构,二、导杆机构 .26,曲柄滑块机构(曲柄机架) 导杆机构,当 机架曲柄 机架曲柄,最短最长杆其它两杆之和,转动导杆机构,摆动导杆机构,机架邻边,机架,双曲柄转动导杆机构,一个曲柄摆动导杆机构, =0,摇块机构,滑块摆动 图215,217,滑块为固定件 图21

11、5,218,滑块移动摆动 图216,215,滑块移动 图215,三、摇块、定块机构 .27,曲柄滑块机构,曲柄滑块机构,导杆机构,摇块机构,定块机构,导杆机构,定块机构,摇块机构,定块机构,(铰链四杆、曲柄滑块),(曲柄很短时偏心轮机构)偏心距=曲柄长,铰链四杆、曲柄滑块机构(扩大回转副) 偏心轮机构,四、偏心轮机构 图223图C p.29,偏心轮机构,回转副B (半径) 曲柄长AB,曲柄,A,B,C,五.平面四杆机构的特点及应用,1)低副，成本低，精度高； 2)面接触,利于润滑及减少磨损,传载大,可靠性高。,1.特点:,1）实现已知运动规律 2）实现给定点的运动轨迹,不能精确实现任意运动规律

12、。,缺点:,2.应用:,优点,1.手动冲床： 两个四杆机构组成 （双摇杆+摇杆滑 块机构）,2.筛料机构： 六杆机构两个四杆 机构组成（双曲柄 +曲柄滑块）,应用:,2-4 平面四杆机构的设计 P.30,根据给定的运动条件运动简图的尺寸参数,一.按照给定的行程速比系数设计四杆机构(作图法),二.按给定连杆位置设计四杆机构(作图法),三.按给定两连架杆对应位置设计四杆机构(解析法),四.按给定点的运动轨迹设计四杆机构(实验法),一.按照给定的行程速比 系数设计四杆机构:,1.曲柄摇杆机构:,2.导杆机构, C1PC2=,(1)可求出极位夹角,分析:,(2) C1AC2=,如果三点位于 同一圆上,

13、是C1C2弧上 的圆周角,如何作此圆 (未知A点),连OC2交圆 于P点, C2C1P=90 C1C2P=90,P点可作,P,已知: 摇杆长度 L3, 行程速比系 数K, 摆角,解:(1)任选D点,作摇杆两极位C1D和C2D,(2)过C1作C1C2垂线C1M,(3)过C1、C2、 P 作圆,(4)AC1=L2L1, AC2=L2+L1 L1=1/2(AC2AC1),无数解,以L1为半径作圆,交B1,B2点 曲柄两位置,M,N,在圆上任选一点A,C1M与C2N交于P点,作C1C2N=90,2.导杆机构: P.31,已知:机架长L4 , K 解:,(1)任选固定铰链中心C 作导杆两极位Cm和Cn

14、= ,(2)作摆角的平分 线AC,取AC=L4 固定铰中心A,(3)过A作导杆极位垂线 AB1(AB2)L1=AB1,唯一解,m,n,A,B1,B2, D,B1,C1,B2,C2,无穷多个解,A ,步骤： 1、连接B1B2, C1C2 2、作B1B2, C1C2中垂线 3、在中垂线上取一点作A, D 4、连AB1C1D,二.按给定连杆位置设计四杆机构,1.已知:连杆BC长L2 及连杆两个位置B1C1,B2C2,固定铰A必在B1B2垂直平分线上 同定铰D必在C1C2.,分析,(1)连接B1B2,C1C2并作其垂直平分线b12,c12,(2)在b12线上任取一点A, 在C12.任取一点D,解:,连

15、杆给定的三个位置,铰点已给定,B1,C1,B2,C2,B3,C3,A,D,步骤： 1.连接 B1B2 ,B2B3 ,C1C2,C2C3 2.作各连线中垂线 3.B1B2, B2B3中垂线 之交点即为点A 4.C1C2,C2C3中垂线 之交点即为点D 5.连接AB1C1D即为 所求,2.已知:连杆BC长L2及连杆三个位置B1C1,B2C2,B3C3,(选作)作业2-6(1) P.36,唯一解,图2-33 步进式传送机构,图2-35 连杆曲线 图谱,图2-34描绘连杆曲线工具,四.按给定点的运动轨迹设计四杆机构 P.34,小结: 1.基本概念：连架杆，连杆，曲柄，摇杆、压力 角、 传动角，死点，急

16、回运动（会作图） .基本内容： 平面四杆机构的基本型式及其演化方法、演 变型式（作图） 曲柄存在条件判别机构类型 平面四杆机构的设计(作图法),第三章 凸轮机构,主要内容: 1.凸轮机构的类型、特点 2.常用从动件运动规律及运动线图的绘制 3.凸轮轮廓曲线的设计,本章重点: 从动件运动线图的绘制 凸轮轮廓曲线的设计,本章难点: 从动件运动线图的绘制,第三章 凸轮机构 p.38,3-1 凸轮机构的应用和分类型 3-2 从动件的常用运动规律 3-4 图解法设计凸轮轮廓,凸轮：外型按一定运动规则 建立起来的构件，对从动件运动起着决定性作用。 优点: 可实现各种复杂的运动要求,结构简单、紧凑。 缺点：

17、点、线接触，易磨损，不适合高速重载。 适传递运动，不宜传递动力。,(一)特点和应用,(二)分类,3-1 凸轮机构的应用和类型,(二)分类,滚子摆动从动杆圆柱凸轮机构,盘形、圆柱,1)按照凸轮形状分类:,注意:设法使凸轮与从动件始终保持接触,重力、弹簧力、凸轮上的凹槽。,2)按照凸轮的运动方式分类:,3)按照从动件形状分类:,4)按照从动件运动方式分类:,旋转、移动,尖顶、平底、滚子,移动、摆动,注意：设法使凸轮与从动件始终保持接触,重力、弹簧力、凸轮上的凹槽。,凸轮的轮廓线是按照从动件的运动规律来设计的 介绍常用的,( 二 ) 从动件的运动规律,32从动件的常用运动规律 p.39,(一)凸轮运

18、动常用术语：图3-5 p.40,基圆： 推程： 升程： 推程运动角t： 回程；回程运动角h 远休止角S: 近休止角S: 位移2:,以轮廓的最小向径所作的圆rmin基圆半径,推程所移动的距离。,与推程对应 的凸轮转角。,从动件移动的 距离2 是时间的函数,从动件从离回转中心最近最远的这一过程。,重点：如何根据从动件的运动规律（2 与1 函数 关系）作运动线图有几种？特点？,等速运动、等加速等减速、简谐运动,等速运动 1.分析: 图3-6,凸轮作等速运动 从动件也作等速运动V2=C,启动瞬间: 终止瞬间:,刚性冲击,a 由0 ,速度由V20 ,a 由0,速度由0 V2,( 二 ) 从动件的运动规律

19、,10mm,2.作运动线图: 推程运动时间,在启动与终止段用其它运动规律过渡 适于低速、轻载、从动杆质量不大，有匀速要求。,h,例：已知从动件作等速运动,20mm，t120, S40,h120,s80,作运动线图。,取作图比例l,二、等加速等减速 p.41 图3-7,每一行程（推程或回程）的前半行程作等加 速运动，后半行程作等减速运动,a有有限值的突变无速度突变，无刚性冲击,柔性冲击中低速凸轮机构,推程:前半行程等加速 后半行程等减速,回程:前半行程等加速 后半行程等减速,从动件位移函数关系： (V0=0, 等加速等减速 ),位移1 : 4 : 9,推程前半行程取=3,1,4,9,推程后半段等

20、减速(取=3) 对应的2X为9 : 4 : 1,当时间为 1 : 2 : 3 : 4 位移为 1 : 4 : 9 :16,V0=0, 等加速等减速,作图: (推程) 前半行程(h/2)等加速 后半行程(h/2)等减速,将每半行程时 间分为(4) 份,位 1 : 4 : 9 :16 移 16 : 9 : 4 : 1,三. 简谐运动 p.42 图3-8,注意: 实际上, 从动件 在推、回程的运动规 律并非相同。,分析:,作图: 图3-8,点在圆周上作匀速运动, 它在这个圆的直径上 的投影所构成的运动。 凸轮作匀速运动, S2按余弦规律变化余弦加 速度运动始点与终点有柔性冲击。,二.直动从动件盘形凸

21、轮轮廓的绘制 三.摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 四.设计凸轮注意事项,3-4 图解法设计凸轮轮廓 p.44,相对运动原理 （解析法、作图法）,反转法： 给整个机构加 -运动 凸轮不动， 机架反转， 推杆作复合运动,一.设计方法的原理,按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓,一.直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制:,1.尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮:,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2.滚子(对心直动)从动件 3.平底(对心直动)从动件,1.尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮:,已知:rmin、h、w1、从动杆运动规律,凸轮转角,从动杆运动,0 180 等速上升 h 180 210 上停程

22、210 300 等速下降 300 360 下停程,解:1.作位移曲线(取比例l),S2,1,0,3600,1800,2100,3000,h,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12,2.等份S2- 1图,w1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,3.作基圆(注意比例一致),4.- 等份基圆得导轨,5.量取相应位移,6.作轮廓线,注意比例一致,11,2.滚子(对心直动)从动件:,按尖顶从动件作凸轮轮廓线0(理论轮廓),n,n,理论廓线0,实际廓线,以0各点为圆心作圆(滚子半径为径),作这些圆的包络线(实际轮廓),3.平底(对心直动)从动件 图3-14 p.46,按尖顶从动件

23、作理论轮廓线一系列点A0,A1,A2,.,过各点作作各位置的平底A0B0,A1B1,A2B2.,作这些平底的包络线 实际轮廓,w1,三.摆动从动件盘形凸轮 轮廓的绘制: 图3-15,w1,rmin,LoA,A0,A1,A2,A3,O,A,O,已知: rmin、LOA、w1 、从动件长LAB、 从动杆运动规律,A0,A1,A2,A3,A4,A5,w1,21,22,23,LAB,解: 1.作位移曲线,2.等份S- 图,3.作基圆,4.-等份基圆得从动杆的回转中心,5.量取相应转角,6.作轮廓线,2,1,0,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,B0,B1,B2,O,B3,四.设计凸轮注意事项P

24、.47第12,r 0,要求 r 0,r： 滚子半径; 0：理论轮廓的曲率半径； ： 实际轮廓的曲率半径。 = 0 - r,r = r0 - r,变尖,失真,r 过小滚子及滚 子销的强度会不够,一般: r = 0.10.5rmin , 且 r 0.8 r0min 并使rmin 15 mm,r 过大凸轮工作 廓线变尖或失真,1.合理选择滚子的半径,基圆半径,2.合理选用基圆半径,消除运动失真,消除运动失真：减小滚子半径或加大基圆半径,作业:设计一尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓。 已知凸轮作顺时针等速转动, 从动件推程作匀加速匀 减速运动, 回程作简谐运动。已知 : rmin=35mm, h=40m

25、m ,t=120, h=120,s=120 小结: 1.基本概念: 术语:推程,回程,推程(回程)运动角, 远(近)休止角,升程,基圆,向径 运动线图 2.基本内容:凸轮,从动件的分类 三种运动规律线图的绘制 对心直动从动件盘形凸轮轮廓的图解法,第四章 齿 轮 机 构,主要内容: 1.齿轮机构类型、特点、啮合 的基本定律 2.渐开线齿轮的形成、特点、 尺寸计算 3.一对渐开线齿轮的啮合 4.齿轮的加工及变位,本章重点: 渐开线齿轮的尺寸计算、 一对渐开线齿轮的啮合,本章难点: 一对渐开线齿轮的啮合,第四章 齿 轮 机 构,4-1 齿轮机构的特点和类型 4-3 渐开线齿廓 (常用齿廓) 4-4

26、渐开线标准齿轮各部分名称及基本尺寸 4-5 渐开线标准齿轮的啮合 4-6 渐开线齿轮的切齿原理 4-7 根切现象, 最少齿数及变位齿轮 4-8 平行轴斜齿齿轮机构 4-9 圆锥齿轮机构,4-1 齿轮机构的特点和类型 p.52,（一） 特点,（二）分类,优点：传动比恒定、适用圆周速度和功率范围广、 效率高、结构紧凑、工作可靠且寿命长。,缺点：制造安装精度高、成本高、不适宜传递远距 离的运动。,应用最广的传动机构之一，用来传递空间任意两轴的运动和动力。,（二）分类 p.53,一、按两轴的相对位置,圆柱齿轮传动,相交轴： 交错轴:,齿轮传动最基本的要求：瞬时传动比恒定、承载力强,平行轴,圆锥齿轮传动

27、(直齿、曲齿),交错轴斜齿轮、蜗杆传动,工程上常用渐开线、摆线、圆弧齿齿廓,当一直线在一圆周上作纯滚动时，此直线上任一点的轨迹称该圆的渐开线。,渐开线,B,(一)渐开线的形成及特性,发生线,基圆,向径,展角,压力角,基圆半径 rb,rK,A,K点的压力角 k =cos-1(rb/rk),压力角渐开线上任一点法向压力的方向与该点速度 方向之间的夹角。,渐开线齿廓上各点压力角 不等,rk愈大 k愈大,(二)渐开线的性质,4-3 渐开线齿廓 (常用齿廓) p.54,(二)渐开线的性质 p.54,5. 基圆内无渐开线,2.法线切于基圆,4. 形状取决于基圆半径 rb k (愈平直) 当基圆rb , k

28、 直线(齿条)(也是渐开线）,4-4渐开线标准齿轮各部分名称及基本尺寸 p.54,齿厚sk， 齿槽宽 ek 齿顶圆 da 齿根圆df,齿距pk=sk+ek （节距）,齿数 Z,压力角 k,(4 - 4),二. 分度圆及各尺寸关系 三. 各直径计算,一.基本名称,二. 分度圆及各尺寸关系： p.56,模数表(4-2),分度圆d: pk/=标准值=(模数) 的圆 k 20(标准) ,齿顶高ha=ha*m 齿根hf=(ha*+c*)m 全齿高h=ha+hf ha*,c*齿顶高、 顶隙系数,表(4-2) 常用标准值,三. 各直径计算:,分度圆处:齿距p、齿厚S、齿槽宽e不加注明、下标,分度圆: dmZ

29、 齿顶圆: dad2had2ha*m 齿根圆: dfd2hfd2(ha*+c*)m 齿距: p= m 基圆: db= d cos 基圆齿距:pb= p/cos = m /cos 标准齿轮:,分度圆处: Sem /2 (理论值) (4-11) ha * 、C *为标准值,作业: 4-1,4-4 p.72,4-5渐开线标准齿轮的啮合(4-2,4-3.二,4-5),(一) 齿廓实现定传动比的条件,齿轮传动的基本要求 传动平稳 i=C 承载力大(强度) 当1=常数, 要求2=常数(否则) 惯性力, 振动, 噪音不平稳,保持恒定的传动比,如何保证i=C,(二)渐开线齿廓满足定角速比要求 (三)标准中心距

30、 (四)正确啮合条件 (五)重合度及连续传动条件 (六)渐开线齿轮的可分性,(一)齿廓实现定传动比的条件4-2 p.53,K,C,图4-2,一对齿廓在K点啮合，过K作两齿廓 公法线n-n，与连心线交于C点节点,C点齿轮1、2的相对瞬心,滑动兼滚动接触的高副角速度与 连心线被轮廓接触点公法线所分 割的两线段长度成反比,（4-1）,齿廓实现定传动比的条件：,C点是连心线上的固定点,(P13),(P23),(P12),对齿廓的要求：,n,无论在哪一点接触， 公法线与连心线都交于一个定点。,工程上常用渐开线 摆线、圆弧齿齿廓 考虑工艺性,t-t 公切线,瞬时 传动比,(常数),C点相对速度=0 两节圆

31、的纯滚动, 啮合角,C 节点 过节点的圆节圆(d ,r ) r1=O1C， r2=O2C n-n 公法线,证明:,C,i 瞬 =常数 (齿廓公法线通过节点C),传动比i=1/2=d2 /d1 =d2/d1 = db2/db1 =Z2 /Z1,不论齿廓在何处啮合,啮合点均在 n-n (公法线)线上。,渐开线上任一点的法线 必与基圆相切 两齿廓公法 线n-n 即为两基圆内公切线 唯一 n-n 与连心线交点C 定点满足定传动比的条件,(二)渐开线齿廓满足定角速比要求 p.55,(三)标准中心距 p.58,标准齿轮(分度圆处 e =S , ha* ,C*为标准值) 当一对标准齿轮分度圆与节圆重合 d=

32、d 标准齿轮(正确)安装 标准中心距(一对标准齿轮分度圆相切),无侧隙 (标准齿轮正确安装),nn与O1O2交点C过节点的圆d (d1 ,d2)节 圆两轮节圆上的e与 S之差 (e1 S2或S1 e2) 齿侧间隙 要求=0(消除反转空程, 撞击) 正确安装要求无侧隙,1)顶隙=c*m ;2)齿侧间隙为零,正确啮合齿对不脱开 啮合 不重叠,前后两对齿有可能同时在 啮合线上接触,两轮相邻两齿同侧齿廓沿 公法线的距离相等(基圆齿距),正确啮合条件:模数相等 m1= m2 压力角相等1 = 2,(四)正确啮合条件 p.58,da1,da2,实际啮合线： 理论啮合线： 啮合弧: 重合度:,开始啮合点:

33、退出啮合点：,A (da2),E (da1),(五)重合度及连续传动条件 p.59 图4-9, 1.11.4, 1,脱开!,当满足正确啮合条件:(m、相等),(必要条件), 1.883.2(1/Z1+1/Z2)cos,当a 实a 理 (误差, 磨损) i 不变, 不影响传动比,(六)渐开线齿轮的可分性(传动的可分离性),当a 实a 理 , i = Z2 /Z1?,i = d2/d1= db2 / db1 = r2 cos /r1 cos = Z2 / Z1 不变 (基圆不变),标准中心距a = r1+r2= m(Z1+Z2)/2,P.60,1.仿形法 2.范成法,1.仿形法（成形法） 精度低、

34、生产率低 刀具：圆盘铣刀 指形铣刀,刀具的选择与 m、z有关。,每把刀的刀刃形状,按它加工范围的最少齿数齿轮的 齿形来设计。,4-6渐开线齿轮的切齿原理,2.范成法:一对齿轮啮合时其共轭齿廓互为包络线。,切削 （沿轮坯轴向） 进刀和让刀 （沿轮坯径向） 范成运动 （模拟齿轮啮合传动）,刀具与轮坯以i12=1/2=Z2 /Z1回转,用同一把刀具,通过调节i12 ,就可以 加工相同模数、压力角 ,不同齿数的齿轮。,齿轮插刀,齿条插刀,齿轮滚刀,根切:,不根切的最少齿数:,Zmin=2ha*/sin2 当ha*=1, =20 Zmin=17,(范成法)将根部已加工出的渐开线切去实 际啮合线(AE)超

35、过理论啮合线(N1N2),(一)根切现象和最少齿数,(二)变位齿轮,4-7根切现象, 最少齿数及变位齿轮 p.62,二. 作用: 三.变位齿轮尺寸计算：,用范成法加工齿轮,当刀的中线与齿坯分度圆相切,刀具内移 m负变位 刀具外移 m正变位,变位齿轮, eS,标准齿轮, e=S,标准齿轮,变位齿轮, 变位系数,(二)变位齿轮 p.63 图4-15,当刀具中线不与齿坯分度圆相切 (中线平行内移或外移),一.简述:,1.Zmin17 ( 0 、 (17Z)/17 ) 2.凑中心距 3.提高小齿轮轮齿的抗弯强度( 0),a=a=m(Z1Z2) d = d =mZ da=dm(22 ) df =dm(2

36、.52 ),二. 作用:,三.变位齿轮尺寸计算：,(当: 1 = 2) (高度变位),变位齿廓形状不相同。 刀具外移(正变位)齿轮的齿根变宽，齿顶变窄。 刀具内移(负变位)齿轮的齿根变窄，齿顶变宽。,齿轮齿廓取同一渐开线的不同部位，不同部位的渐开线其曲率半径不相同,二. 斜齿轮各部分名称和几何尺寸计算 三. 正确啮合条件 四. 斜齿轮的优缺点,(一)形成:,发生线在基圆上的纯滚动,渐开线,发生面在基圆柱上作纯滚动, 面上与圆柱体母线,成一倾角b的直线AA所形成的轨迹,直齿圆柱齿轮,斜齿圆柱齿轮, 平行的直线AA所形成的轨迹,直线接触，突入突出 重合度小，有冲击,斜线接触，渐入渐出 重合度大，工

37、作平稳,4-8平行轴斜齿齿轮机构 p.65,2.尺寸计算 3. 斜齿的重合度 4.当量齿轮及当量齿数,(二) 斜齿轮各部分名称和几何尺寸计算,p 端面: 轴线 m 法面: 轮齿方向,法:pn、mn、n,端:pt、mt、t,mn、n 标准,b=Bcos,齿宽为：,2.尺寸计算:,d=mnZ/cos ( ha*=1 ,C*=0.25) da=d+2ha=d+2mn df=d2hf=d2.5mn a=(d1+d2)/2=mn(Z1+Z2)/(2cos),pn=ptcos mn=mtcos (4-234-25) tgn=tgtcos,标准齿轮(表4-4,p.68),1.名称:,3. 斜齿的重合度:,由

38、于螺旋角的影响,斜齿传动的啮合弧增长了,故重合度增大,=+ Btg pt= + Bcos pn,传动更平稳,作业: 4-12, 4-13 p.73,4.当量齿轮及当量齿数:,Z = ZVcos3 ; 当Zvmin=17 Zmin = ZVmincos3 =17cos3 Zmin17,Zv=Z/cos3 (4-2),当量齿轮 当量齿数: 不根切的最少齿数:Zvmin,三. 正确啮合条件:,=820 ,四. 斜齿轮的优缺点:p.69第1,mn1= mn2= mn n1= n2= n 1 = 2 (旋向相同),4-9圆锥齿轮机构 p.69,i=1/2=n1/n2=Z2/Z1 =r2/r1=sin2/

39、sin1 (4-29) 当1+2=90,i=sin2/sin1=tg2 (cos2=sin1) (4-30),相交轴之间的传动=1+2(分度圆锥角) =90, 一对节圆锥的纯滚动。 锥齿轮的d , m 沿齿宽方向变化 d大端 m大端(标准),正确啮合条件: m1=m2=m (大端) 1=2= R1=R2 (锥距),r1,r2,2,1,基圆、发生线、渐开线。,1.渐开线的形成:,压力角K 、,K点的法线、曲率中心、曲率半径。,K,A,B,K,rb,rk,3.节圆、公法线、公切线、 啮合角。,2.齿轮传动的基本要求,齿廓实现定传动比的条件:,渐开线齿廓满足定传动比的条件,K,C,n,t,t,O1,

40、O2,BK =?,AB,不论齿廓在何处啮合,啮合 点均在n-n (公法线)线上。,:i =C ; 承载力强,C点定点,分度圆: 标准齿轮: 标准中心距: 变位齿轮:,pk/=标准 = m, 20,分度圆 Se ;ha * 、C *为标准值,一对标准齿轮分度圆相切,刀具中线不与齿坯分度圆相切 正、负变位,4.正确啮合条件: 连续传动条件: 可分性: 根切现象和最少齿数:,模数、压力角相等, 1,a 实a 理 (误差, 磨损) i 不变,实际啮合线超过理论啮合线将根部已加工出的渐开线切去(范成法),Zmin=2ha*/sin2 ,当ha*=1, =20 ,Zmin=17(直齿轮),第五章 轮系,本

41、章重点: 定轴轮系及周转轮系传动比计算,本章难点: 周转轮系传动比计算,主要内容:1.轮系的主要类型及特点 2.定轴轮系传动比计算 3.周转轮系传动比计算,5-1 轮系的类型 5-2 定轴轮系及其传动比 5-3 周转轮系及其传动比 5-4 复合轮系及其传动比 5-5 轮系的应用,第五章 轮系,:一系列齿轮组成的传动系统,1）获得大传动比 2）连接距离较远的轴 3）变速 4）变向,(一)引言,应用,轮系,运动 简图,蜗杆蜗轮 图5-3.d,圆锥齿轮机构 图5-3.c,5-1轮系的类型 p.74,定轴轮系:所有齿轮的轴线都是固定的。图5-1,复合轮系：由两个以上轮系组成。,周转轮系：至少有一个齿轮

42、的轴线运动(行星,差动),(二)分类:,5-2 定轴轮系及其传动比 P.74,(一)传动比的大小:,定轴轮系的传动比 : 一对齿 i12=1/2=Z2/Z1,2-2,3-3, 4-4双联齿轮,(二)传动方向:,过桥轮(惰轮既是主动轮又作从动轮) 其齿数对传动比无影响,作用: 控制转向 a较大时可使机构紧凑,结论,总传动比=各级传动比的连乘积,m 外啮合次数,(二)传动方向:,箭头规则:,3.蜗杆蜗轮机构: (左右手) 四指蜗杆转向, 拇指蜗杆相对蜗轮的运动方向 (反向)蜗轮转向,传动方向:,1.外啮合: 箭头方向相反 2.内啮合: 箭头方向相同,1.各齿轮轴线平行用“” “”表示 (-1)mm

43、外啮合次数表示同向 表示反向,2.各齿轮轴不全平行画箭头,右,3,作业: 5-2,5-3 p.86,方向: 画箭头,蜗轮转向: 左右手定则判,2.求轮系传动比: 大小:,传动比: i = n3/n4= Z4 / Z3,蜗杆相对蜗轮的运动方向,蜗轮逆时针转动,解: 1.蜗杆传动: 旋向,例5-1:,(图5-4)已知Z1=16 ,Z2=32, Z2=20, Z3=40, Z3=2(右)，Z4=40,若n1=800r/min, 求蜗轮的转速n4 及各轮的转向。,例2: 求i15和提升重物时手柄的转动方向,解:,5-3周转轮系及其传动比 p.76,(一)周转轮系的组成:,(二)周转轮系传动比的计算,注

44、意事项: 分类:,1.行星轮: 轴线位置变动, 既作自转又作公转 2.转臂(行星架, 系杆): 支持行星轮作自转和公转 3.中心轮(太阳轮): 轴线位置固定 4.机架,组成:,1.以中心轮和转臂 作输入和输出构件 轴线重合 (否则不能传动),注意事项:,3.找基本(单一)周转轮系的方法: 先找行星轮 找其转臂(不一定是简单的杆件) 找与行星轮啮合的中心轮(其轴线与转臂的重合),2.基本周转轮系含 一个转臂, 若干个 行星轮及中心轮(12),分类: (按自由度分类) p.77,差动轮系:,行星轮系:,F=2 图5-4.b (两个中心轮均转动),F=1 图5-5.C (只有一个中心轮转动),n=4

45、, PL=4, PH=2, F=342412 = 2 要求原动件数=2,n=3, PL=3, PH=2, F=332312 = 1 要求原动件数=1,n=4 PL=4 PH=3 F=1,n=5 PL=5 PH=3 F=2,n=3 PL=3 PH=1 F=2,n=2 PL=2 PH=1 F=1,行星轮系,差动轮系,(二)周转轮系传动比的计算(基本) p.77,不能直接用定轴轮系的计算方法,转化轮系速比:,当转臂转速=nH, 给整 个轮系加上nH的公共转速转臂静止转化轮系 (假想的定轴轮系)(各构件相对运动不变),图5-4.b 转化轮系5-4.d,1.机构反转法(转化机构),2.转化轮系速比计算

46、例题,2.转化轮系速比计算,相对机架速度: n1 , n2,. 相对转臂速度: n1H, n2H,.,=(符号) GK从动轮齿数积/(GK主动轮齿数积),(5-2),注意: 1.求得iGKH , 并确定其“” “”号 再求其它,2.iGKHiGK , iGKiKG , iGKHiKGH,3.转向判断画箭头,4.式(5-2)只适于G、K轮与转臂轴线平行时,(转化轮系),一般计算式:,例3:求nH与n1的关系,= Z3/ Z1,n1= nH(1+ Z3/ Z1) n3 Z3/Z1,注意n有符号,n3=0 n1= nH(1+ Z3/ Z1),差动轮系,行星轮系,设n1为正，n3为负,例题4：已知齿数

47、Z1=15 , Z2 = 25 , Z 2 = 20 , Z3 = 60。 n1=200r/min ,n3=50r/min , 转向见图，求nH (P.259),设n1为正，n3为负,nH= 8.3r/min,n=4,PL=4,PH=2 差动轮系,例题5：已知齿数Z1=12 , Z2 = 28 , Z 2 = 14 , Z3 = 54。 求iSH (P.259),n3 =0,手动链轮,起重链轮,行星轮系,i1H = iSH = n1 / nH =10,例5-2(图5-5 p.78),2.求nH:,H,解: 行星轮系,3.求n2:,已知:n1,Z1,Z2,Z3;求:i1H,nH,n2,1. 假设

48、各轮转向(箭头),由几个基本周转轮系或定轴轮系+周转轮系 复合轮系分开各轮系计算联立方程解。,定轴轮系:1-2,i12=1/ 2 = - Z2/Z1=2,补充方程:,例7:求i1H:,找基本周转轮系: 先找行星轮找其转臂 找与行星轮啮合的中心轮。, 2= 2 ; 4 =0,周转轮系:2 34H,5-4复合轮系及其传动比 P.79,例8:求,周转轮系1-2-3-H1:,周转轮系4-5-6-H2:, H1= 4 ; 6 = 3 = 0,1.相距较远的两轴之间的传动(惰轮) 2.变速、变向 3.获得大传动比(行星轮系) 4.合成运动和分解运动(差动轮系),作业: 5-9 p.87,5-5轮系的应用

49、P.80,小结:1.基本概念: 轮系及分类, 行星轮, 太阳轮(中心轮), 转臂H(行星架),2.蜗轮转向,3.定轴轮系传动比计算,4.找单一周转轮系的方法,第六章 其它常用机构,主要内容: 常用间歇运动机构的类型及特点,将主动件的连续运动 从动件有规律的运动和仃歇运动的机构 间歇运动机构,第六章 其它常用机构,棘轮机构 槽轮机构 不完全齿轮机构 凸轮间歇运动机构,6-1 棘轮机构 p.90,7,当CD左摆时,棘爪4 推动棘轮转(逆向)一角度。 当CD右摆时,制动爪 6阻止棘轮反向转动， 棘爪4 在棘轮上滑过棘轮静止不动。 棘轮单向间歇转动。,构成:棘轮5、驱动棘爪4、 制动棘爪6 、机架7。

50、 棘爪4 固定于曲柄摇杆机 构ABCD的摇杆上, 摇杆CD作左右摆动。,二. 摩擦棘轮,一. 齿式棘轮机构:,(需经常改变棘轮回转方向时用) 图(6-3),可变向棘轮机构：,双动式棘轮机构:,图(6-2),棘爪 双向棘爪 ; 棘轮齿方形 ; 棘爪工作面平面; 棘爪非工作面曲面(易于滑过棘轮) 。,图示位置: 棘轮可作逆时针转动, 需棘 轮反向转动时, 只需将棘爪装至虚线位置。,特点:结构简单、转角可调、转向可变。但只能有 级调节动程, 且棘爪在齿背滑行会引起噪音、冲 击和磨损高速时不宜采用。,二. 摩擦棘轮 (无声棘轮、 超越离合器),图(6-4),构成: 外套筒1、内套筒2 滚子3、弹簧4、

51、机架,工作原理：外套筒逆时针转 动时，滚子楔紧内套筒 随之转动,当外套筒顺时针 转动 时，滚子松开 内套筒不动。,特点：超载时打滑,四. 槽轮机构特点及应用,6-2 槽轮机构 p.92 图6-7,拨盘 1 等速转动, 当圆销A进入槽轮的 径向槽中槽轮转动当圆销A脱出径向槽, 槽轮2 的内锁住弧被拨盘1 的外凸圆弧卡住 槽轮2静止不动 。,机架、拨盘 1 (具有圆销A)(主)、 槽轮2(具有径向槽,从),一.构成:,二. 工作原理:,三. 机构设计:,基本尺寸 : bL (Rr) R=Lsin2 ; a=Lcos 2 (r-径向槽弧半径),运动特性系数:,由上式可知: 0.5 槽轮运动时间静止时

52、间,欲:0.5 在拨盘上 安装多个圆销(个) (2)/(2) (6-4),21 = 22 = 2 /Z, 1, K 2Z / (Z2) (6-5),(为避免槽轮在起动和仃歇时产生刚性冲击, 当圆销A 进入和 退出径向槽时, 径向槽的中心 线应切于圆销A 的运动圆周。),m /=2 1/(2) 槽轮运动时间m与拨盘运动时间之比 （拨盘转一周槽轮转角为22 拨盘转21),径向槽数 Z, 1/21/ (2)/(2) (6-2),特点: 结构简单、工作可靠、能准确控制转动、 机 械效率高。转角不可调。 应用: 常用于只要求恒定旋转角的分度机构中 （转速不高的自动机械、轻工机械、仪表机械）,作业：6-2

53、,四. 槽轮机构特点及应用,6-3不完全齿轮机构 P.94 图(6-9),构成: 主动轮1、从动轮2、机架,特点:结构简单、 匀速传动。 (始末除外),工作原理：由渐开线齿轮机构演变而来。但轮齿 不布满整个圆周 从动轮作间歇运动。,图(6-11) p.95,构成:带曲线槽的圆柱凸轮1(主动), 带滚子3的转 盘2(从动),机架。,6-4 凸轮间歇机构,工作原理:当凸轮转动时 ，通过其曲线沟槽拨动 从动转盘上的滚子转 盘作间歇运动，每次转 动角为2/Z (Z为滚子 数)传递交错轴间的分 度运动 。,特点: 运动可靠, 平稳, 运动规律任意, 用于 高速间歇运动,间歇运动机构 棘轮机构：结构简单、

54、转角可调、转向可变， 有冲击，用于低速轻载。 槽轮机构：结构简单、工作可靠、转角不可调 不完全齿轮机构：结构简单、匀速传动(始末除外) 凸轮间歇机构：工作平稳,运动规律任意,高速轻载,主要内容: 1.机械速度波动的原因,分类及调速方法 2.飞轮设计原理及注意事项,第七章机械运转速度波动的调节,机器速度波动振动、可靠性质量 目的及方法,机器运转速度波动调节的目的和方法 飞轮设计的近似方法,第七章机械运转速度波动的调节 p.97,如果机械驱动力所作的功=阻力所作的功 A驱A阻机械主轴匀速运转(风扇),一.目的:,使运动副产生附加动压力机械振动质量,必须对机械速度波动进行调节 这类机械容许的范围内,

55、(一)调节机器速度波动的目的和方法,(二)机器主轴的平均角速度 和运转速度不均匀系数,但许多机器，每一瞬间A驱A阻 A驱A阻盈功机械动能 A驱A阻亏功机械动能,机械速度的波动,7-1 机器运转速度波动调节的目的和方法,二.分类与方法:,二.分类与方法: p.97,1. 周期性的速度波动: 图7-1,整个周期中A驱 A阻某一瞬间A驱 A阻 引起速度波动。,加上转动惯量很大的回转件飞轮。 盈功使飞轮动能 亏功使飞轮动能,当外力(驱动力和阻力)作周期性变化机器 主轴周期性变化由图可知, 在经过一个运动周 期T之后又变到初始状态 动能无增减。,现象:,调节方法:,2.非周期速度波动,飞轮动能变化：,由式可见,飞轮越大使速度波动(实线) 同时，飞轮能利用储备的能量克服短时过载 可选功率较小的原动机。,1/2( 02),飞轮的转动惯量,调速器主要调节驱动力。 例:离心式调速器 图7-2 p.98,现象:,方法:,当外力突然发生不规 则的较大变化机器速度不 规则的变化、或间