机械基础教案(职高)

Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 章节 名称 TOPIC 1 平面机构运动副和运动简图 授课 形式 讲授 课 时 1 班 级 中专 0101 教学 目的 掌握常用的运动副类型 教学 重点 低副和高副 教学 难点 辅助 手段 课外 作业 课后 体会 一 运动副 使两物体直接接触而又能产生一定相对运动的联接 称为运动副 根据运动副中两构接触形式不同 运动副可分为低副和高副 1 低副 低副是指两构件之间作面接触的运动副 按两构件的相对运动情况 可分为 1 转动副 两构件在接触处只允许作相对转动 由滑块与导槽组成的运动副 2 移动副 两构件在接触处只允许作相对移动 由滑块与导槽组成的运动副 3 螺旋副 两构件在接触处只允许作 定关系的转动和移动的复合运动 丝杠与螺母组 成的运动副 2 高副 高副是两构件之间作点或线接触的运动副 二 自由度 个作空间运动的构件具有六个独立的运动 即沿 X Y Z 轴的移动和绕 X Y Z 轴的转动 构件的这种独立的运动称为构件的自由度 一个作平面运动的自由构件 可以产生三个独立运动 即沿 X Y Z 轴的移动及绕 A a 转动副 b 移动副 c 螺旋副 图 6 1 a b c 图 6 2 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 点 极点 的转动 所以具有三个自由度 当两个作平面运动的构件组成运动副之后 由于受到约束 相应的自由度也随之减少 转 动副约束了沿 X Y 轴向移动的自由度 保留了 个转动的自由度 移动副约束了沿一轴方向 的移动和在平面内两个转动自由度 保留了沿另 轴方向移动的自由度 高副则只约束了沿接 触处公法线方向移动的自由度 保留了绕接触处的转动和沿接触处共切线方向移动的两个自由 度 所以在平面机构中 每个低副引入两个约束 使构件失去两个自由度 所以在平面机构中 每个低副引入两个约束 使构件失去两个自由度 每个高副引入一个约束 使构件失去一个自由度 每个高副引入一个约束 使构件失去一个自由度 三 平面机构的运动简图 绘制平面机构运动简图的目的 绘制平面机构运动简图的目的在于 撇开与机构运动无关的外部形态 把握机构运动性质 的内在联系 揭示机构的运动规律和特性 机构的相对运动只与运动副的数目 类型 相对位置及某些尺寸有关 而与构件的横截面 尺寸 组成构件的零件数目 运动副的具体结构无关 用线条表示构件 用简单符号表示运动副的类型 按一定比例确定运动副的相对位置及与 运动有关的尺寸 这种简明表示机构各构件运动关系的图形称机构运动简图 只表示机构的结构及运动情况 不严格按比例绘制的简图称为机构示意图 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 章节 名称 TOPIC 2 铰链四杆机构 授课 形式 讲授 课 时 2 班 级 中专 0101 教学 目的 掌握铰链四杆机构的基本类型 掌握平面四杆机构曲柄存在的条件 教学 重点 掌握铰链四杆机构的基本类型 掌握平面四杆机构曲柄存在的条件 教学 难点 掌握平面四杆机构曲柄存在的条件 辅助 手段 课外 作业 课后 体会 一 四杆机构的组成 铰链四杆机构是由转动副联结起来封闭系统 其中被固定的杆 4 被称为机架 不直接与机架相连的杆 2 称之为连杆 与机架相连的杆 1 和 杆 3 称之为连架 凡是能作整周回转的连架杆称之为曲柄 只能在小于 360 的 范围内作往复摆动的连架杆称之为摇杆 二 链四杆机构的类型 铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式不同 可以分为曲柄摇杆机构 双曲柄机构和 双摇杆机构三种基本形式 1 曲柄摇杆机构 若铰链四杆机构中的两个连架杆 一个是曲柄而另一个是摇杆 则该机构称为曲柄摇杆机构 用来调整雷达天线俯仰角度的曲柄摇杆机构 汽车前窗的刮雨器 当主动曲柄 AB 回转时 从动摇杆作往复摆动 利用摇杆的延长部分 实现刮雨动作 2 双曲柄机构 如果铰链四杆机构中的两个连架杆都能作 360 整周回转 则这种机构称为双曲柄机构 在双曲柄机构中 若两个曲柄的长度相等 机架与连架杆的长度相等 这种双曲柄机构 称为平行双曲柄机构 蒸汽机车轮联动机构 是平行双曲柄机构的应用实例 平行双曲柄机构在双曲柄和机架共 线时 可能由于某些偶然因素的影响而使两个曲柄反向回转 机车车 轮联动机构采用三个曲柄的目的就是为了防止其反转 3 双摇杆机构 铰链四杆机构的两个连架杆都在小于 360 的角度内作摆动 这种机构称为双摇杆机构 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 三 曲柄存在的条件 由上述以知 在铰链四杆机构中 能作整周回转的连架杆称为曲柄 而曲柄是否存在 则 取决于机构中各杆的长度关系 即要使连架杆能作整周转动而成为曲柄 各杆长度必须满足一 定的条件 这就是所谓的曲柄存在的条件 可将铰链四杆机构曲柄存在的条件概括为 可将铰链四杆机构曲柄存在的条件概括为 1 连架杆与机架中必有一个是最短杆 连架杆与机架中必有一个是最短杆 2 最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和 最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和 上述两条件必须同时满足 否则机构中无曲柄存在 根据曲柄条件 还可作如下推论 1 若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和 则可能 有以下几种情况 a 以最短杆的相邻杆作机架时 为曲柄摇杆机构 b 以最短杆为机架时 为双曲柄机构 c 以最短杆的相对杆为机架时 为双摇杆机构 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 则不论以哪一杆为 机架 均为双摇杆机构 四 铰链四杆机构的演化 1 曲柄滑块机构 在曲柄摇杆机构中 如果以一个移动副代替摇杆和机架间的转动副 则形成的机构称为曲 柄滑块机构 它能把回转运动转换为往复直线运动 或作相反的转变 2 导杆机构 图 6 14 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 章节 名称 TOPIC 3 铰链四杆机构的工作特性 授课 形式 讲授 课 时 1 班 级 中专 0101 教学 目的 掌握铰链四杆机构的工作特性 教学 重点 掌握铰链四杆机构的工作特性 教学 难点 急回特性 死点 辅助 手段 课外 作业 课后 体会 一 急回特性和行程速比系数 曲柄摇杯机构中 当曲柄 A B 沿顺时针方向以等角速度转过 1 时 摇杆 CD 自左极限位置 C1D 摆至右极位置 C2D 设所需时间为 t1 C 点的明朗瞪为 V1 而当曲柄 AB 再继续转过 2 时 摇杆 CD 自 C2D 摆回至 C1D 设所需的时间 为 t2 C 点的平均速度为 V2 由于 1 2 所以 t1 t2 V2 Vl 由此说明 由此说明 曲柄曲柄 AB 虽作等速转动 而摇杆虽作等速转动 而摇杆 CD 空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速 度 这种性质称为机构的急回特性 度 这种性质称为机构的急回特性 摇杆 CD 的两个极限位置间的夹角 称 为摇秆的最大摆角 主动曲柄在摇杆处于两 个极限位置时所夹的锐角 称为极位夹角 在某些机械中 如牛头刨床 插床或惯性筛 等 常利用机械的急回特性来缩短空回行程常利用机械的急回特性来缩短空回行程 的时间 以提高生产率 的时间 以提高生产率 行程速比系数 K 从动件空回行程平均 速度 V2 与从动件工作行程平均速度 V1 的比 值 K 值的大小反映了机构的急回特性 K 值愈大 回程速度愈快 K V2 V1 a 曲柄摇杆机构 b 导杆机构 c 摆动滑块机构 d 固定滑块机构 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 C2C1 t2 C1C2 t1 180 十 180 一 由上式可知 K 与 有关 当 0 时 K 1 说明该机构无急回特性 当 0 时 K l 则机构具有急回特性 二 死点 以摇杆作为主动件的曲柄摇杆机构 在从动曲 柄与连杆共线的两个位置时 出现了机构的传动 角 0 压力角 90 的情况 此时连杆对 从动曲柄的作用力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 机构在死 点位置时由于偶然外力的影响 也可能使曲柄转 向不定 死点对于转动机构是不利的 常利用惯性来通过死点 也可采用机构错排的方法避 开死点 但死点也有可利用的一面 当工件被夹紧后 BCD 成一直线 机构处于死点位 置 即使工件的反力很大 夹具也不会自动松脱 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 章节 名称 Topic 1 凸轮机构的应用和分类 授课 形式 讲授 课 时 1 班 级 中专 0101 教学 目的 了解凸轮机构的应用和分类 教学 重点 凸轮机构的功用 教学 难点 凸轮机构的功用 辅助 手段 模型 挂图 课外 作业 课后 体会 一 凸轮机构的组成和应用 1 组成 凸轮机构是由凸轮 从动件和机架三个部分所组成 2 运动规律 凸轮机构可以将主动件凸轮的等速连续转动变换为从动件的往复直线运动 或绕某定点的摆动 并依靠凸轮轮廓曲线准确地实现所要求的运动规律 3 特点 优点是 只要正确地设计凸轮轮廓曲线 就可以使从动件实现任意给定的 运动规律 且结构简单 紧凑 工作可靠 缺点是 凸轮与从动件之间为点或线接触 不易润滑 容易磨损 因此 凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构 二 凸轮机构的分类 1 按凸轮的形状分 l 盘形凸轮 也叫平板凸轮 这种凸轮是一个径向尺寸变化的盘形构件 当凸轮l绕固定轴 转动时 可使从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 2 移动凸轮 当盘形凸轮的径向尺寸变得无穷大时 其转轴也将在无穷远处 这时凸轮将作 直线移动 通常称这种凸轮为移动凸轮 3 圆柱凸轮 凸轮为一圆柱体 它可以看成是由移动凸轮卷曲而成的 曲线轮廓可以开在 圆柱体的端面也可以在圆柱面上开出曲线凹槽 2 按从动件的形式分 l 尖顶从动件 结构最简单 而且尖顶能与较复杂形状的凸轮轮廓相接触 从而能实现较复杂 的运动 但因尖顶极易磨损 故只适用于轻载 低速的凸轮机构和仪表中 2 滚子从动件 在从动件的一端装有一个可自由转动的滚子 由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动 摩擦 故磨损较小 改善了工作条件 因此 可用来传递较大的动力 应用也最广 泛 3 平底从动件平底从动件 从动件一端做成平底 即平面 在凸轮轮廓与从动件底面之间易于形成油膜 故润滑条件较好 磨损小 当不计摩擦时 凸轮对从动件的作用力始终与平底垂直 传力性能较好 传动效率较高 所以常用于高速凸轮机构中 但由于从动件为一平但由于从动件为一平 底 故不适用于带有内凹轮廓的凸轮机构 底 故不适用于带有内凹轮廓的凸轮机构 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 章节 名称 Topic2 从动件的常用运动规律 授课 形式 讲授 课 时 2 班 级 中专 0101 教学 目的 了解从动件的常用运动规律 教学 重点 常用运动规律特点和应用 教学 难点 运动曲线的绘制 辅助 手段 课外 作业 课后 体会 一 基本概念 1 基圆 基圆 以凸轮轮廓最小半径 rb所作的圆 2 推程 推程 从动件经过轮廓AB段 从动件被推到最高位置 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 图 7 8 等加速等减速运动规律位移曲线 3 推程角 推程角 角 0 这个行程称为 2称为 4 回程 回程 经过轮廓CD段 从动件由最高位置回到最低位置 5 回程角 回程角 角 2 6 远停程角 远停程角 角 1 7 近停程角 近停程角 角 3 二 凸轮与从动件的关系 凸轮的轮廓机构取决于从动件的运动规律 从动件的运动规律取决于工作要求 凸轮的轮廓机构取决于从动件的运动规律 从动件的运动规律取决于工作要求 三 从动件的运动规律 1 等速运动规律 当凸轮作等角速度旋转时 从动件上升或下降的速度为一常数 这种运动规律 称为等速运动规律 1 1 位移曲线 S 曲线 若从动件在整个升程中的总位移为 h 凸轮上对应的升程角为 0 那么由运动 学可知 在等速运动中 从动件的位移 S 与时间 t 的关系为 S v t 凸轮转角 与时间 t 的关系为 t 则从动件的位移 S 与凸轮转角 之间的关系为 v 和 都是常数 所以位移和转角成正比关系 因此 从动件作等速运动的位 移曲线是一条向上的斜直线斜直线 从动件在回程时的位移曲线则与下图相反 是一条向下的斜直线斜直线 2 等速运动凸轮机构的工作特点 由于从动件在推程和回程中的速度不变 加速度为零 故运动平稳 但在运动 开始和终止时 从动件的速度从零突然增大到 v 或由 v 突然减为零 此时 理论上 的加速度为无穷大 从动件将产生很大的惯性力 使凸轮机构受到很大冲击 这种 冲击称刚性冲击 随着凸轮的不断转动 从动件对凸轮机构将产生连续的周期性冲 击 引起强烈振动 对凸轮机构的工作十分不利 因此 这种凸轮机构一般只适用 于低速转动和从动件质量不大的场合 2 等加速 等减速运动规律 当凸轮作等角速度旋转时 从动件在升程 或回程 的前半程作等加速运动 后 半程作等减速运动 这种运动规律称为等加速等减速运动规律 1 位移曲线 S 曲线 由运动学可知 当物体作初速度为零的 等加速度直线运动时 物体的位移方程 v s 2 2 1 ats Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 在凸轮机构中 凸轮按等角速度 旋转 凸轮转角 与时间 t 之间的关系为 t 则从动件的位移 S 与凸轮转角 之间的关系为 式中 a 和 都是常数 所以位移 s 和转角 成二次函数的关系 所以 从动件作 等加速等减速运动的位移曲线是抛物线 因此 从动件在推程和回程中的位移曲线 是由两段曲率方向相反的抛物线连成 2 等加速等减速运动凸轮机构的工作特点 从动件按等加速等减速规律运动时 速度由零逐渐增至最大 而后又逐步减小 趋近零 这样就避免了刚性冲击 改善了凸轮机构的工作平稳性 因此 这种凸轮 机构适合在中 低速条件下工作 章节 名称 TOPIC 3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 授课 形式 讲授 课 时 2 班 级 中专 0101 教学 目的 根据工作要求已经选定从动件的运动规律 并已知凸轮的转向和基圆半径 就可以进 行轮廓曲线的设计 教学 重点 反转法 教学 难点 反转法 辅助 手段 课外 作业 课后 体会 一 作图原理 反转法 在整个机构上加上一个反转的角速度 机构中的各件的相对运动不变 凸轮不动 从动件一方面绕圆心作 另一方面在自己的导路中按预定的规 律运动 尖顶的轨迹就是凸轮的轮廓 尖顶的轨迹就是凸轮的轮廓 二 作图 1 尖顶对心移动从动件盘形凸轮 1 选取适当比例尺作位移线图和基圆 2 作位移线图和基圆取分点 保持等分角度一致 3 沿导路方向量取各点的位移量 2 2 2 a s Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 4 光滑连接各点 形成轮廓曲线 2 滚子移动从动件盘形凸轮 1 同前 2 在已画出的理论轮廓曲线上选一系列点为圆心 以滚子半径为半径作 若干个滚子圆 此圆族的内包络线即为所求的凸轮轮廓曲线 它是实际与 滚子接触的凸轮轮廓 所以称为凸轮的实际轮廓 对心移动从动件盘形凸轮轮廓的 绘制 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 章节 名称 TOPIC 1 螺纹概述 授课 形式 讲授 课 时 2 班 级 中专 0101 教学 目的 了解螺纹的应用和分类 代号 教学 重点 了解螺纹的应用和分类 代号 教学 难点 了解螺纹分类 代号 辅助 手段 模型 课外 作业 课后 体会 螺纹联接 利用螺纹零件将两个或两个以上的零件相对固定起来的联接 利用螺纹零件将回转运动变为直线运动 从而传递运动或动力的装置 称为螺旋传动 一 螺纹的形成 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 二 螺纹的类型 1 线数分 在圆柱体上沿一条螺旋线切制的螺纹 称为 单线螺纹 也可沿二条 三条螺旋线分别切制出双线螺 纹和三线螺纹 单线螺纹主要用于联接 多线螺纹主要用于 传动 2 按螺旋线绕行方向 按螺旋线绕行方向的不同 又有右旋螺纹和左旋螺纹之分 通常采用右旋螺纹 左旋螺纹仅用于有特殊要求的场合 3 位置分 螺纹有外螺纹和内螺纹之分 在圆柱体外表面上形成的螺纹 称为外螺纹 在圆孔的表面 上形成的螺纹 称为内螺纹 普通螺纹又有粗牙和细牙两种 公称直径相同时 细牙螺纹的螺距小 升角小 自锁性好 螺杆强度较高 适用于受冲击 振动和变载荷的联接以及薄壁零件的联接 细牙螺纹比粗牙螺 纹的耐磨性差 不宜经常拆卸 故生产实践中广泛使用粗牙螺纹 三 螺纹的主要参数 螺纹的主要参数 1 大径 d D 螺纹的最大直径 对外螺纹是牙顶圆柱直径 d 对内螺纹是牙底圆柱 直径 D 标准规定大径为螺纹的公称直径 2 小径 d1 D1 螺纹的最小直径 对外螺纹是牙底圆柱直径 d1 对内螺纹是牙顶圆 柱直径 D1 3 中径 d2 D2 处于大径和小径之间的一个假想圆柱直径 该圆柱的母线位于牙型上 凸起 牙 和沟槽 牙间 宽度相等处 此假想圆柱称为中径圆柱 4 螺距 P 在中径线上 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 5 导程 S 同一螺旋线上 相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离 对单线螺 纹 S P 对于线数为 n 的多线螺纹 S np 6 牙形角 在轴向截面内螺纹牙形两侧边的夹角 7 升角 在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角 四 螺纹代号与标记 1 普通螺纹 螺纹的标记由螺纹代号 螺纹公差代号和螺纹旋合长度代号组成 例 M24 1 5 左 5g6g L 其中 M24 代表公称直径为 24mm 的螺纹 1 5 表示螺纹的螺距为 1 5mm 左 代表螺纹为左旋螺纹 5g 螺纹中径公差代号 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 6g 螺纹顶径公差代号 L 代表螺纹旋合长度 注 1 粗牙普通螺纹不标螺距 2 中径与顶径公差代号相同只须标一个 3 右旋螺纹旋向不标 4 中等旋合长度时可不标代号 短旋合长度时标 S 长旋合长度时标 L 特殊时也 可标出旋合长度数值 2 管螺纹 非螺纹密封用的管螺纹由螺纹特征代号 G 尺寸代号和公差等级代号 A B 组成 例 G 1 1 2A 表示公称直径为 1 1 2 英寸公差等级为 A 级外螺纹 G1 1 2 表示公称直径为 1 1 2 英寸的内螺纹 注 1 内螺纹不标公差等级代号 2 左旋螺纹可附加代号 LH 例 G1 1 2 LH 3 管螺纹的公称直径指管子的内径 章节 名称 TOPIC 2 螺纹联接的基本类型和螺 纹联接件 授课 形式 讲授 课 时 2 班 级 中专 0101 教学 目的 了解螺纹联接的基本类型 教学 重点 螺纹联接的基本类型 教学 难点 螺纹联接的基本类型 辅助 手段 模型 课外 作业 课后 体会 一 螺纹联接件 螺纹联接件有螺栓 双头螺柱 螺钉 紧定螺钉 螺母 垫圈 防松零件等 它们多为标准件 其结构 尺寸在国家标准中都有规定 它们的公称尺寸均为螺纹 大径 d 设计时应根据标准选用 1 螺栓 bolt 螺栓的一部分为制有螺纹的螺杆 另一部分为螺栓头 螺栓头部形状很多 如 六角头 方头 圆柱头和 T 形头等 应用最多的是六角头 2 双头螺栓 double end stud Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 3 螺钉 screw 4 紧定螺钉 set screw 5 螺母 nut 6 垫片 washer 二 螺纹联接的基本类型 螺纹联接的基本类型有螺栓联接 双头螺柱联接 螺钉联接 紧定螺钉联接 1 螺栓联接 螺栓联接是将螺栓穿过被联接件的孔 然后拧紧螺母 将被联接件联接起来 螺栓联接分为普通螺栓联接和配合螺栓联接 前者螺栓杆与孔壁之间留有间隙 后 者螺栓杆与孔壁之间没有间隙 常采用基孔制过渡配合 螺栓联接无须在被联接件上切制螺纹孔 所以结构简单 装拆方便 应用广泛 这种联接通用于被联接件不太厚并能从被联接件两边进行装配的场合 2 双头螺柱联接 双头螺柱联接是将双头螺柱的一端旋紧在被联接件之一的螺纹孔中 另一端则 穿过其余被联接件的通孔 然后拧紧螺母 将被联接件联接起来 这种联接通用于 被联接件之一太厚被联接件之一太厚 不能采用螺栓联接或希望联接结构较紧凑 且需经常装拆的场 合 3 螺钉联接 螺钉联接是将螺钉穿过一被联接件的通孔 然后旋入另一被联接件的螺纹孔中 这种联接 不用螺母 有光整的外露表面 它适用于被联接件之一太厚且不经常装拆的场合 4 紧定螺钉联接 紧定螺钉联接是将紧定螺钉旋入被联接件之一的螺纹孔中 并以其末端顶住另 一被联接件的表面或顶入相应的凹坑中 以固定两个零件的相互位置 这种联接多 用于轴与轴上零件的联接 并可传递不大的载荷 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 章节 名称 TOPIC 4 螺纹传动类型和应用 授课 形式 讲授 课 时 1 1 班 级 中专 0101 教学 目的 了解螺纹传动特点和应用 能熟练运用左 右手法则判断运动方向 掌握螺纹传动移动距离的计算 教学 重点 能熟练运用左 右手法则判断运动方向 教学 难点 能熟练运用左 右手法则判断运动方向 掌握螺纹传动移动距离的计算 辅助 手段 模型 课外 作业 课后 体会 一 概述 螺纹传动是用内 外螺纹组成的螺旋副来传递运动和动力的传动装置 螺旋传 动主要用来把主动件的回转运动转变为从动件的直线往复运动 螺纹传动特点 结构简单 传动连续 平稳 承载能力大 传动精度高 但在 传动中磨损较大效率低 二 普通螺旋传动 1 普通螺旋传动 指由螺杆和螺母组成的简 单螺旋副 2 运动方向的判定 螺杆 螺母的运动方向可根据左右手螺旋法 则来判定 左旋螺杆 螺母 伸左手 右旋螺杆 螺母 伸 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 右手 半握拳 四指顺着螺杆 或螺母 的旋转方向 大母指的指向 即为螺杆 螺母 的 移动方向 若当螺杆 螺母 原地旋转 螺母 螺杆 移动时 螺母 螺杆 移动方向与大拇指 指向相反 3 移动距离 L n S mm min 三 其它螺旋传动 1 差动螺旋传动 差动螺旋传动是指活动螺母与螺杆产生差动的螺旋传动机构 差动螺旋传动机 构可以产生极小的位移 而其螺纹的导程并不需要很小 加工比较容易 所以差动 螺旋机构常用于测微器 计算机 分度机 以及许多精密切削机床仪器和工具中 2 滚动螺旋传动 为了提高螺旋传动的效率 螺纹面之间采用滚动摩擦代替滑动摩擦 这种技术 就是滚动螺旋传动 滚珠螺旋传动 传动效率高 传动时运动平稳 动作灵敏 但结构复杂 制造 技术要求高 外形尺寸较大 成本高 目前主要应用在精密传动的数控机床上 以 及自动控制装置 升降机构和精密测量仪器中 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 章节 名称 TOPIC 1 带传动概述 授课 形式 讲授 课 时 1 班 级 中专 0101 教学 目的 1 熟悉带传动的特点及类型 2 掌握三角带的构造 标准 教学 重点 带传动的特点 教学 难点 带传动的特点 辅助 手段 课外 作业 课后 体会 带传动是由主动轮 从动轮和传动带所组成 靠带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力 靠带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力 一 带传动的特点和类型 1 带传动的特点 与其它传动形式相比较 带传动具有以下 特点 1 由于传动带具有良好的弹性 所以能缓 和冲击 吸收振动 传动平稳 无噪声 但因 带传动存在滑动现象 所以不能保证恒定的传 动比 2 传动带与带轮是通过摩擦力传递运动和 动力的 因此过载时 传动带在轮缘上会打滑 从而可以避免其它零件的损坏 起到安全保护 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 的作用 但传动效率较低 带的使用寿命短 轴 轴承承受的压力较大 3 适宜用在两轴中心距较大的场合 但外廓尺寸较大 结构简单 制造 安装 维护方便 成本低 但不适用于高温 有易燃易爆物质的场合 2 带传动的类型 带传动可分为平型带传动 三角带传动 圆形带传动和同步带传动等 1 平型带传动 平型带 flat belt 的横截面为矩形 已标准化 常用的有橡胶帆布带 皮革带 棉布带和 化纤带等 平型带传动主要用于两带轮轴线平行的传动 其中有开口式传动 open belt drive 和 交叉式传动 crossed belt drive 等 开口式传动 两带轮转向相同 应用较多 交叉式传 动 两带轮转向相反 传动带容易磨损 2 三角带传动 三角带 V belt 的横截面为梯形 已标准化 三角带传动是把三角带紧套在带轮上的梯形 槽内 使三角带的两侧面与带轮槽的两侧面压紧 从而产生摩擦力来传递运动和动力 在相同条件下三角带传动比平型带传动的摩擦力大 由于楔形摩擦原理 三角带的传动能 力为平带的 3 倍 故三角带传动能传递较大的载荷 获得了广泛的应用 3 圆形带传动 圆形带常用皮革制成 也有圆绳带和圆锦纶带等 它们的横截面均为圆形 圆形带传动只 适用于低速 轻载的机械 如缝纫机 真空吸尘器 磁带盘的传动机构等 4 同步带传动 同步带 synchronus bolt 传动是靠带内测的齿与带轮的齿相啮合来传递运动和动力的 由 于钢丝绳受载荷作用时变形极小 又是啮合传动 所以同步带传动的传动比较准确 二 三角胶带的构造和标准 1 三角胶带的构造 三角胶带都制成无接头的环形 它由包布层 伸张层 强力层和压缩层四个部分组成 包布层多由胶帆布制成 它是三角 带的保护层 伸张层和压缩层主要由橡胶组成 当胶带在带轮上弯曲时可分别伸张和压缩 强 力层由几层棉帘布或一层线绳制成 用来承受基本的拉力 2 三角胶带的标准 三角胶带是标准件 由专业工厂生产 按截面尺寸的大小 三角胶带分为 a 平型带传动 b 三角带传动 c 圆形带传动 d 同步带传动 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 O A B C D E F 七种型号 线绳结构的三角胶带目前只生产 O A B C 四种型号 三角带的内周长度称公称长度 三角带中性层的长度称节线长度 例如 B2400 表示三角带型号为 B 型 内周长 2400mm 章节 名称 TOPIC 2 带传动的工作原理 授课 形式 讲授 课 时 2 班 级 中专 0101 教学 目的 1 了解带传动的受力分析方法 熟悉带传动的应力分布规律 2 理解弹性滑动 打滑的概念及区别 教学 重点 1 了解带传动的受力分析方法 熟悉带传动的应力分布规律 2 理解弹性滑动 打滑的概念及区别 教学 难点 理解弹性滑动 打滑的概念及区别 辅助 手段 课外 作业 课后 体会 一 带传动的受力分析 1 静止时 带预紧套在带轮上 带轮两边的张紧力相等 为初拉力 F0 2 带负载传动时 带与带轮接触面间有摩擦力 带绕上主动轮的一边被拉紧 紧边 拉力由 F0增大到 F1 另 一边 松边 拉力由 F0降至 F2 有效拉力 紧边与松边拉力的差值 F1 F2 为带传动中起传递转矩作用的拉力 又称有效 圆周力 Ft Ft F1 F2 Ff 实际上有效圆周力等于带与带轮之间的摩擦力总和 Ff Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 假定带工作时总长度不变 则 F1 F0 F0 F2 所以 F1 F2 2F0 则 紧边拉力 F1 F0 Ft 2 松边拉力 F2 F0 Ft 2 3 临界状态时 在预紧力 F0一定时 传递的有效拉力 Ft等于极限摩擦力 Flim时 带将打滑 带能传递的最大圆周力为 Ftmax F1 1 1 ef 1 二 带传动的应力分析 传动带工作时产生三种应力 1 拉应力 工作时由紧边拉力 F1和松边拉力 F2引起的应力 1 F1 A MPa 2 F2 A MPa 2 弯曲应力 传动带弯曲时产生的应力 3 离心拉应力 传动带绕带轮作圆周运动时带上每一质点都不可避免地受离心力作用而产生离心 拉应力 各截面处应力是不相等的 传动带紧边绕入小带轮处应力最大各截面处应力是不相等的 传动带紧边绕入小带轮处应力最大 max 1 b1 C MPa 三 滑动分析 1 弹性滑动 传动带具有一定的弹性 受到拉力后要产生弹性伸长 拉力大伸长量也大 传动带工作时 紧边拉力 F1比松边拉力 F2大 所以紧边比松边的弹性变形量大 当传动带绕入主动带轮时 轮上的 A 点和带上的 B 点重合 线速度相等 随着主动带轮的 转动 带上 B 点的拉力由 F1减少到 F2 带的伸长量也相应地减少 这样轮上的 A 点到了 A1点时 带上的 B 点才到 B1点 B1点滞后于 A1点 由此可见 传动带随主动带轮运动的过程中 由向 后的微小滑动 使带的线速 v 落后于主动轮的线速度 V1 传动带绕入从动轮时 带上的 C 点和 轮上的 D 点重合 传动带是由松边过渡到紧边的 所以带所受的拉力 F2增大到 F1 带的变形量 也逐渐增加 带上的 C 点已到 C1点时 轮上的 D 点才到 D1点 D1点滞后于 C1点 可见传动带在从动轮表面有向前的微小滑动 使传动带的速度 V 大于从动轮的线速度 V2 由传动带的弹性变形而引起的滑动称为弹性滑动 弹性滑动在带传动中是不可避免的 因由传动带的弹性变形而引起的滑动称为弹性滑动 弹性滑动在带传动中是不可避免的 因 此带传动不能保证有准确的传动比此带传动不能保证有准确的传动比 2 打滑 当传动所需要的圆周力大于极限摩擦力时 传动带将在带轮轮缘上产生显著的相对滑动 这种现象称为打滑 打滑时 传动带的速度迅速下降 使传动失效 带传动正常工作时是不允 许打滑的 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 章节 名称 TOPIC 3 三角带传动设计 授课 形式 讲授 课 时 2 班 级 中专 0101 教学 目的 知道带传动的失效形式及设计准则 会设计三角带传动 教学 重点 教学 难点 熟悉三角带传动的设计步骤 辅助 手段 课外 作业 课后 体会 一 带传动的失效形式和设计准则 带传动的主要失效形式 打滑 疲劳破坏 带传动设计准则 既要保证传动带具有足够的传动能力 不打滑 又要保证 传动带具有足 够的疲劳强度 达到预期使用寿命 二 三角带传动设计的原始数据和主要内容 1 三角带传动的原始数据一般为 1 传递的功率 2 大 小带轮的转速 n2 n1 r min 或传动比 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 3 传动对外廓尺寸的要求 4 传动的用途和工作条件 2 三角带传动主要内容 1 确定三角带的型号 根数和长度 2 选定传动的中心距 3 带轮基准直径及结构尺寸 4 计算初拉力和带对轴的压力 三 三角带传动的设计步骤 1 确定计算功率 计算功率 是根据所传递的名义功率 及三角带传动的工作情况确定的 表 9 2 工作情况系数 KA 原 动 机 一 天 工 作 时 间工 作 机 10 10 1 6 16 10 10 1 6 1 6 载荷 平稳 液体搅拌机 离心式水泵 离心式压缩机 轻型输送机 鼓风机和通风机 7 5KW 1 01 11 21 11 21 3 载荷 变动小 带式输送机 鼓风机 7 5KW 发电机 旋转式水泵 机床 剪床 振动筛 压力 机 1 11 21 31 21 31 4 载荷变 动较大 螺旋式输送机 斗式提升机 往复式水泵 压缩机 锻锤 粉碎机 锯木机 纺织机 饲料压粒机 和木工机械 1 21 31 41 41 51 6 载荷变 动很大 碎矿机 旋转式 颚式 球磨机 棒磨 机 起重机 挖掘机 脱粒滚筒 橡胶辊压机 1 31 41 51 51 61 8 表 9 3 三角带轮最小直径 dmin 型 号 OABCDEF dmin 71 63 100 90 140 125 200315500800 1 选择三角带型号 根据计算功率 Pc 和小带轮转速 n1 由图 9 8 选取三角带的型号 若 Pc V 的交点落在交 线附近 可同时用两种型号作为两个方案计算 然后比较 选取 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 3 确定大 小带轮的直径 d d 1 初选小带轮的直径 当三角带的型号确定后 小带轮直径愈小 结构愈紧凑 三角带的弯曲应力 b1则愈大 三 角带寿命降低 d1愈小 圆周速度愈小 单根三角带传递的功率 Po也愈小 故对最小直径加以限制 d1max见表 9 3 表 9 4 三角带轮直径系列 mm 型 号 OABCDEF 优先选 用 可以选 用 优先选 用 可以选 用 优先选 用 可以选 用 优先选 用 可以选 用 优先选 用 可以选 用 优先选 用 可以选 用 优先选 用 可以选 用 63679095140125200212355375500530710750 7175100106160132224236400425560600800900 8090112118180150250265450475630670 10001250 100112125132200170280300500560710900 11201500 125140140150250224315355630630800 112014001800 160150160224315280400375800710 1000140016002240 200180180280400300500450 1000750125015002000 224200300500355630560 1120900160018002500 250250355630375800600 1400106020001900 315450800450 10007101600125025002240 400560 1000560125075020001500 500710600 16009001800 630710 1120 750 1400 带 轮 直 径 系 列 900 2 校核带的速度 v 带速 V d1n1 60 1000 m s V 愈小 单根三角带传递功率 Po 的能力愈小 传递功率 P 时 所需带的根数愈多 但 V 过高 使离心力过大 带与带轮间的正压力降低 从而使摩擦力减小 故带速在 5m s 25m s 较合适 图 9 8 三角带型号选择线 图 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 否则要调整带轮的直径 以调整带速 3 计算大带轮的直径 d2 n1 n2 d1 id1 mm 计算后得 d2值按表 9 4 圆整 4 确定带传动的中心距 a 和带的基准长度 Ld 1 初定中心距 a0 中心距过小 结构紧凑 单位时间绕带轮次数增加 应力循环次数增加 寿命下降 小带轮包角 1也会减小 降低传动能力 中心距过大 速度大时 会产生颤动 传动尺寸也增大 一般取值 0 7 d1 d2 a0 2 d1 d2 若设计时未提中心距要求 可估算 a0 1 1 5 d2 2 初算带的基准长度 Ld L0 2a0 d1 d2 2 d2 d1 2 4a0 mm 根据 L0和三角带型号 由表 9 1 选取相应的 Lp 3 确定实际中心距 a 近似计算 a a0 Lp L0 2 mm 考虑调整 补偿的需要 中心距的变化范围 amin a 0 015Ld mm amax a 0 03Ld mm 4 校核小带轮包角 1 小带轮包角近似计算 1 1800 d2 d1 57 3 a 1200 由上式可见 1与 i 有关 i 愈大 d2 d1的差值愈大 则 1愈小 故三角带的传动比一般取 i1 1 1 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 章节 名称 Topic4 渐开线齿轮的加工原理 授课 形式 讲授 课 时 1 班 级 中专 0101 教学 目的 了解齿轮的加工原理 掌握根切现象和最少齿数 知道分度圆弦齿厚和分度圆公 法线长度的测量方法 教学 重点 了解齿轮的加工原理 最少齿数 分度圆公法线长度的测量方法 教学 难点 了解齿轮的加工原理 辅助 手段 齿轮加工模型 课外 作业 作业册 课后 体会 一 齿轮加工原理 齿轮的加工方法很多 如铸造 热轧 冲压 模锻及切削加工等 现介绍常用的两种切削 加工原理 方法 比较项目 仿形法范成法 原理 成形铣刀加工齿轮的啮合原理 所用机器 普通铣床 专用插齿 滚齿和磨齿机床 加工特点 逐齿切削的 且不连续 所以 精度差 效率低 加工是连续的 精度和效率较 高 应用场合 仅适用于单件生产和精度要求 不高的齿轮加工 批量和精度要求较高的场合 二 根切现象 1 根切现象 成法加工渐开线标准齿轮时 如被切齿轮的齿数过少 刀具顶线就会超过啮合线与被 切齿轮基圆的切点N1 刀刃将轮齿根部的渐开线齿廓切去 这种现象称为根切现象 根切后轮齿弯曲强度降低 重合度减小 对传动很不利 因此应当避免根切 2 最少齿数 成法加工渐开线齿轮时 是否产生根切取决于被切齿轮的齿数多少 我们把不产生根 切现象的极限齿数称为最少齿数 用标准齿条刀具切制标准渐开线齿轮而不发生根切 被切齿轮的最少齿数为 Zmin 2ha sin2 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 当 20 ha 1 时 Zmin 17 当 20 ha 0 8 时 Zmin 14 四 公法线长度和分度圆弦齿厚 齿轮在加工和检验中 常用测量公法线长度和分度圆弦齿厚的方法来保证齿轮的精度 公法线长度 如图 11 15 所示 当检验直齿轮时 公法线千分尺的两卡脚跨过 个齿 两卡脚与齿廓相 切于 a b 两点 两切点间的距离 ab 称为公法线 即基圆切线 长度 用 表示 当 20 时 标准直齿圆柱齿轮的公法线长度为 W m 2 9521 K 0 5 0 014 Z 式中 m 为模数 Z 为齿数 K 为跨齿数 按下式计算 K Z 9 0 5 当计算所得 K 不是整 数时 可四舍五入圆整为整数 此外 W K 也可从机械设计手册中直接查表得出 分度圆弦齿厚 如图 11 16 所示 用齿轮游标卡尺测量时 以分度圆齿高 ha为基准来测量分度圆弦齿厚 S 标准直齿轮的 S ha计算公式为 S mZsin 2Z ha mha mZ 1 cos 2Z 2 此外 S ha也可由机械设计手册的表中直接查得 由于测量分度圆弦齿厚是以齿顶圆为基准的 测量结果必然受到齿顶圆公差的影响 而公 法线长度测量与齿顶圆无关 公法线测量在实际应用中较广泛 在齿轮检验中 对较大模数 m 10mm 的齿轮 一般检验分度圆弦齿厚 对成批生产的中 小模数齿轮 一般检验公法线长 度 图 11 15 公法线长度 图 11 16 分度圆弦齿厚 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 图 11 章节 名称 Topic 渐开线变位直齿圆柱齿轮 授课 形式 讲授 课 时 1 班 级 中专 0101 教学 目的 知道变位齿轮传动的类型及特点 能根据具体情选用不同类型的变位齿轮 教学 重点 能根据具体情选用不同类型的变位齿轮 教学 难点 能根据具体情选用不同类型的变位齿轮 辅助 手段 挂图 课外 作业 作业册 课后 体会 一 变位齿轮及基本特点 由齿轮加工原理可知 当齿条插刀的中线与被切齿轮的分度圆相切时 加工出标准齿轮 若齿条刀具的中线与被切齿轮的分度圆不相切时 则加工出变位齿轮 刀具中线相对于加工标准齿轮时移动的距离称为变位置 用 Xm 表示 其中 m 为齿轮的模数 称为变位系数 当刀具离移被切齿轮中心时 取正值 称正变位 当刀具移近被切齿轮中 心时 为负值 称为负变位 两个特点 1 不论是正变位还是负变位 刀具变位后的节线与齿轮的分度圆相切作纯滚动 因为刀具 上任一条节线的齿距 P 模数 m 以及齿形角都相等 故被加工出的变位齿轮的齿距 模数 压力加工出的变位齿轮的齿距 模数 压力 角并不改变 与标准直齿轮相同 角并不改变 与标准直齿轮相同 正变位齿轮的齿顶圆 齿根圆 正变位齿轮的齿顶圆 齿根圆 齿顶高和齿根厚度均增大 而齿根高 齿齿顶高和齿根厚度均增大 而齿根高 齿 顶厚度则减小 齿轮强度提高 还可以避顶厚度则减小 齿轮强度提高 还可以避 免根切 负变位齿轮的齿顶圆 齿根圆 免根切 负变位齿轮的齿顶圆 齿根圆 齿顶高和齿根厚度均减小 而齿根高和齿齿顶高和齿根厚度均减小 而齿根高和齿 顶厚度则增加 齿轮抗弯强度降低 顶厚度则增加 齿轮抗弯强度降低 二 变位加工后应用 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 在一对大小齿轮传动中 通常小齿轮采用正变位 齿顶高增大 齿根高减小 齿根变厚 强度和寿命提高 还可避免根切 大齿轮采用负变位 齿顶高减小 齿根高增大 齿根强度有 所减弱 由于大齿轮强度较高 选择适当的变位系数后 可以使一对大小齿轮的强度和使用寿 命相近 章节 名称 Topic 6 齿轮传动的失效形式和材料 授课 形式 讲授 课 时 1 班 级 中专 0101 教学 目的 知道齿轮失效形式和预防措施 了解齿轮的常用材料及热处理方法 教学 重点 知道齿轮失效形式 了解齿轮的常用材料及热处理方法 教学 难点 齿轮的常用材料及热处理方法 辅助 手段 模型 课外 作业 课后 体会 一 齿轮传动的失效形式 齿轮传动过程中 在载荷的作用下 如果轮齿发生折断 齿面损坏等现象 则轮齿就失去 了正常的工作能力 称为失效 由于齿轮传动的工作条件和应用范围各不相同 影响失效的原因很多 主要都发生在轮齿 上 常见的轮齿失效形式有 轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 齿面塑性变形等 失效形式 比较项目 轮齿折断齿面点蚀齿面胶合齿面磨损 齿面塑性变 形 引起原因 1 短时意 外的严 重过载 2 超过弯 曲疲劳 极限 很小的面接触 循环变化 齿 面表层就会产 生细微的疲劳 裂纹 微粒剥 落下来而形成 麻点 高速重载 啮 合区温度升高 引起润滑失效 齿面金属直接 接触并相互粘 连 较软的齿 面被撕下而形 成沟纹 触表面间有较 大的相对滑对 产生滑动摩擦 低速重载 齿面压力过 大 部位齿根部分靠近节线的齿 根表面 轮齿接触表面轮齿接触表面 轮齿 Suzhou Mechanical School 机械基础 教师 孔茗 教研组 机械 避免措施 选择适当的 模数和齿宽 采用合适的 材料及热处 理方法 降 低表面粗糙 度 降低齿 根弯曲应力 提高齿面硬度提高齿面硬度 降低表面粗糙 度 采用粘度 大和抗胶合性 能好的润滑