工程技术基础第五章机械设计基础

1、第五章 机械设计基础1 第五章 机械设计基础第五章 机械设计基础2第一节 平面连杆机构 第五章 机械设计基础3一、平面机构的运动简图1、运动副及其分类n运动副：使两个构件直接接触并能产生一定相对运动的联接。 n分类：低副、高副第五章 机械设计基础4低副 两构件通过面接触组成的运动副。 1）转动副：两个构件之间只能绕同一轴线作相对运动的运动副，或叫铰链。 第五章 机械设计基础5固定铰链 、活动铰链 图5.1.1第五章 机械设计基础62）移动副：两个构件之间只能沿某一轴线作相对运动的运动副。图5.1.2第五章 机械设计基础7 3）球面副、螺旋副（不讨论） 图5.1.3第五章 机械设计基础8两构件通

2、过点或线接触组成的的运动副。 高副第五章 机械设计基础9凸轮副、齿轮副图5.1.4第五章 机械设计基础102、平面机构的运动简图 n机构中的构件按其运动性质分为：n固定件（机架）n原动件（输入构件）n从动件 n机构运动简图第五章 机械设计基础11 机构运动简图符号 第五章 机械设计基础123、平面机构的自由度 自由度：可能出现的独立运动称为构件的自由度。一个构件作平面运动时有三个自由度；作空间运动时有六个自由度。 第五章 机械设计基础131）计算公式 F3n2pLpH其中 F自由度 n活动构件数 pL低副的数目 pH高副的数目第五章 机械设计基础14例 1 ： 计 算 图5.1.5所示的内燃机

3、中曲柄连杆机构的自由度。 图5.1.5第五章 机械设计基础15解：F3n2pLpH33241第五章 机械设计基础16例2：计算图5.1.6所示的牛头刨床传动机构的自由度。 图5.1.6第五章 机械设计基础17解：F3n2pLpH3628 11第五章 机械设计基础182）注意的问题 复合铰链：两个以上的构件在同一轴线上用转动副联接而形成。（2个转动副）图5.1.7 第五章 机械设计基础19例3：计算图5.1.8所示的圆盘锯主体机构（直线机构）的自由度。B、C、D、E四处都是复合铰链，各由2个转动副。 图5.1.8第五章 机械设计基础20解：F3n2pLpH372101第五章 机械设计基础21局部

4、自由度 这类自由度的存在与否不影响整个机构的运动规律。 第五章 机械设计基础22例4：计算图5.1.9所示的滚子从动件凸轮机构的自由度。 图5.1.9第五章 机械设计基础23解：F3n2pLpH3222 11第五章 机械设计基础24二、平面四杆机构的基本类型 第五章 机械设计基础251铰链四杆机构n机架n曲柄n摇杆n连杆图5.1.10第五章 机械设计基础261）曲柄摇杆机构 图5.1.11所示是雷达天线调整机构、电影放映机拨动影片机构。图5.1.11第五章 机械设计基础272)双曲柄机构 图5.1.12 惯性筛的铰链四杆机构第五章 机械设计基础283)双摇杆机构 n图5.1.13港口用门式起重

5、机的变幅机构 第五章 机械设计基础292偏心轮机构n颚式破碎机n剪床n抽水机图5.1.14第五章 机械设计基础303曲柄滑块机构：内燃机 图5.1.15第五章 机械设计基础314导杆机构n牛头刨床中的主传动机构图5.1.16第五章 机械设计基础32三、平面四杆机构的特点 n优点n机构中所有的运动副都是低副，制造简单，成本较低并能获得较高的精度。n组成运动副的元件间的接触都是面接触，故能传递较大的载荷和具有较高的可靠性，可以在较高的速度下工作。n缺点n与凸轮机构相比，不能较精确地实现复杂的运动规律和轨迹n在结构上不如凸轮机构紧凑。第五章 机械设计基础33第二节 凸轮机构 第五章 机械设计基础34

6、一、凸轮机构构成及其优缺点n凸轮机构n构成n机架n凸轮n从动件n优缺点n只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动n结构简单、紧凑和设计方便n存在点或线接触，较易磨损n凸轮轮廓的加工较为复杂第五章 机械设计基础35二、分类 第五章 机械设计基础361、按凸轮的形状分 n盘形凸轮（ 图5.2.1）n移动凸轮（ 图5.2.2）n圆柱凸轮（ 图5.2.3）第五章 机械设计基础37盘形凸轮图5.2.1第五章 机械设计基础38移动凸轮图5.2.2第五章 机械设计基础39圆柱凸轮图5.2.3第五章 机械设计基础402、按从动件的型式分 n尖顶从动件（图5.2.1） n滚子从动件（图5.2.2）

7、 n平底从动件（图5.2.4） 图5.2.4 第五章 机械设计基础41三、从动件的常用运动规律 第五章 机械设计基础421等速运动 n1-凸轮的转角ns-工作行程 图5.2.5 第五章 机械设计基础432等加速等减速运动图5.2.6第五章 机械设计基础443摆线运动 图5.2.7第五章 机械设计基础45四、按给定从动件运动规律绘制凸轮轮廓 第五章 机械设计基础461、理论轮廓 图5.2.8第五章 机械设计基础472、实际轮廓 图5.2.9第五章 机械设计基础483、在凸轮设计中应注意的问题1）合理选择滚子的半径2）注意基圆半径对凸轮机构的影响图5.2.10第五章 机械设计基础49习题：设计一直

8、动滚子从动件盘形凸轮。已知凸轮顺时针匀速回转，从动件的运动规律为：当凸轮转过120时，从动件以等加速等减速运动规律上升20mm；当凸轮继续回转60时，从动件在最高位置停留不动；当凸轮再转90时，从动件以等加速等减速运动规律下降到初始位置；当凸轮再转其余90时，从动件停留不动。今取凸轮基圆半径50mm，滚子半径r10mm，并要求滚子中心沿着通过凸轮回转中心的直线运动。试绘出此凸轮的轮廓。 图5.2.11第五章 机械设计基础50第三节 间歇运动机构 第五章 机械设计基础51一、槽轮机构 1组成 2基本尺寸blrrs rlsin2 a=lcos2式中： rs为圆销的半径 图5.3.1第五章 机械设计

9、基础523运动系数 n-运动系数nK-均匀分布的圆销数nz-径向槽的数目 zzKzzttm2)2(22221第五章 机械设计基础53习题 某单销槽轮机构的槽数z6，中心距l80mm，圆销直径为10mm。(1)计算该槽轮机构的基本尺寸；(2)计算该槽轮机构的运动系数。第五章 机械设计基础54二、棘轮机构 1-曲柄2-连杆3-摇杆4-棘爪5-棘轮6-制动爪 图5.3.2第五章 机械设计基础55三、不完全齿轮机构 1-主动轮2-从动轮 图5.3.3 第五章 机械设计基础56四、凸轮间歇运动机构 1-圆柱凸轮2-转盘3-滚子 图5.3.4 第五章 机械设计基础57第四节 联接 第五章 机械设计基础58

10、一、螺纹联接 1、定义：利用带有螺纹的零件构成的可拆联接。图5.4.1第五章 机械设计基础592、螺纹分类根据平面图形的形状 a)三角形螺纹 b)矩形螺纹 c)梯形螺纹 d)锯齿形螺纹 e)半圆形螺纹 图5.4.2第五章 机械设计基础603、螺纹的主要参数 nd(D)-大径nd1(D1)-小径nd2(D2)-中径nP-螺距nS-导程n-牙型角n-升角 图5.4.3第五章 机械设计基础614、螺纹联接件的主要类型 n螺栓n双头螺柱n螺钉n螺母n垫圈 第五章 机械设计基础625、螺栓联接计算（1）松螺栓连接（图5.4.4）n强度条件： F/（d12/4）n故 d124F/()式中 d1螺纹小径（m

11、m） F吊钩的工作负荷（N） 螺栓许用应力（MPa） 图5.4.4第五章 机械设计基础63（2）紧螺栓连接（受横向载荷的螺栓连接） n假设如图5.4.5所示只有一对接触面，则fFs=1.2Fn因此 Fs=1.2F/fn式中f接触面的摩擦系数；对于铸铁和钢的表面，通常取f=0.150.2。 图5.4.5第五章 机械设计基础64当量应力与拉应力的近似关系为 1.3因此，螺栓的强度条件是 =1.3FS/（d12/4）所以， 3 . 141sFd第五章 机械设计基础65图5.4.6(3)例：图5.4.6所示为一凸缘联轴器，它是利用凸台对中的，用4个螺栓联接，已知螺栓中心圆直径D0180mm，联轴器传递

12、的转矩T4.8105Nmm，试确定螺栓直径。第五章 机械设计基础66Fs-一个螺栓的预加锁紧力，-螺栓的许用拉应力设取摩擦系数f=0.2 3 . 141sFd第五章 机械设计基础67NfFFNDTFFDTFnfFss80002 . 0453332 . 142 .. 42222 . 1500第五章 机械设计基础68先假定d=16,在表中选材料Q235， MPas235第五章 机械设计基础69在表中查得：d=16mm时， MPas6 .7723533. 033. 0第五章 机械设计基础70结论：在 表 中 可 查 得 d = 1 6 m m 时 ，d1=13.835mm选

13、取：M16的螺栓mmFds06.136 .7780003 . 143 . 141第五章 机械设计基础71第五章 机械设计基础72二、键联接二、键联接 1. 键联接的分类：松联接、紧联接（前面已讲过）n松联接n组成n特点n紧联接n组成n特点第五章 机械设计基础73n常用键第五章 机械设计基础74n普通平键连接画法第五章 机械设计基础75n半圆键连接画法第五章 机械设计基础76n钩头楔键连接画法第五章 机械设计基础772.键的选择及其强度校核n根据轴的直径和表，选择键的基本参数尺寸 第五章 机械设计基础78n选择键的材料，在表中查得 表 键连接的许用挤压应力Pp第五章 机械设计基础79n再计算挤压

14、强度： 其中： ， h,ls见图 Ft-圆周力，P-轴所传递的功率(kw)， n-轴的转速(r/min)，d-轴的直径。2pstphlFdnPdTFt955000022第五章 机械设计基础80再计算剪切强度条件：n=Ft/(bls)式中：P及P键连接中的挤压应力及其许用值 及键连接中的切应力及其许用值n许用切应力应按键的材料选取。第五章 机械设计基础81第五节 带传动和链传动 一、带传动的特点1组成 1-主动轮，2-从动轮，3-环形带，根据转动方向上边是紧边（主动边），下边（从动边） 图5.5.1第五章 机械设计基础82 2分类：带的截面形状有a)长方形-平带，b)梯形-V带，c)圆形-圆带。

15、 图5.5.2第五章 机械设计基础833优缺点 n优点：(1)可用于两轴中心距离较大的传动；(2)带具有弹性，可缓和冲击和振动载荷，运转平稳，无噪声；(3)当过载时，带即在轮上打滑，可防止其他零件损坏；(4)结构简单，设备费低，维护方便。第五章 机械设计基础84n缺点：(1)传动的外廓尺寸较大；(2)由于带的弹性滑动，不能保证固定不变的传动比；(3)轴及轴承上受力较大；(4)效率较低；(5)带的寿命较短，约为3000-5000h；(6)不宜用于易燃、易爆的场合。n带传动常用于传递75kW以下的功率。带的速度v一般为525ms。 第五章 机械设计基础85二、带传动的主要型式 n开口传动(图5.5

16、.1) n交叉传动(图5.5.3a) n半交叉传动(图5.5.3b) 图5.5.3第五章 机械设计基础86三、带传动的弹性滑动及传动比 1、弹性滑动：由于带的紧边与松边拉力不等，使带的两边弹性变形不等所引起带与轮面的微量相对滑动。 图5.5.4 第五章 机械设计基础872、弹性滑动的大小： 它与带的紧、松边拉力差有关。带的型号一定时，带传递的圆周力愈大，弹性滑动也愈大。 3、打滑： 当外载荷所产生的圆周力大于带与小带轮接触弧上的全部摩擦力时，弹性滑动就转变为打滑。 第五章 机械设计基础884、滑动率和传动比i： 由弹性滑动引起的从动轮圆周速度的相对降低率。 =(v1v2)/v1因 v1=dd1

17、n1/(601000) m/s v2=dd2n2/(601000) m/s代入上式可得带传动的传动比： i=n1/n2= dd2/( dd1(1)及从动轮转速 n2=n1dd1(1)/ dd2n对于V带传动，=0.010.02。 第五章 机械设计基础89四、普通V带传动的设计计算（一）V带的结构（二）普通V带标准（三）单根V带能传递的功率第五章 机械设计基础90（四）V带传动的设计步骤及方法n例题:设计一带式输送机的V带传动。电动机为Y132M-4型，额定功率P=7.5kW，满载转速n1=1440r/min，从动轴转速n2=610r/min，单班工作。1.计算功率Pc 由表5.5.1查得是KA

18、1.1Pc=KAP=1.17.5=8.25KW 第五章 机械设计基础91工 况原 动 机空、轻载启动重载启动每天工作小时数h1010-16161010-1616载荷变动最小液体搅拌机、通风机和鼓风机(毒75kW)、离心式水泵和压缩机、轻负荷输送机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式输送机(不均匀负荷)、通风机(，75kW)、旋转式水泵和压缩机(非离心式)、发电机、金属切削机床、印刷机、旋转筛、锯木机和木工机械1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载输送机1.21.31.41.

19、41.51.6载荷变动很大破碎机(旋转式、颚式等)、磨碎机(球磨、棒磨、管磨)1.31.41.51.51.61.8表5.5.1工况系数KA第五章 机械设计基础922选取V带型号 图5.5.5根据图5.5.5，选取B型带。 第五章 机械设计基础933小轮基准直径和大轮基准直径dd2表5.5.2：V带轮最小基准直径及基准直径系列（mm） 表5.5.2第五章 机械设计基础94n查表5.5.2，得dd1=140mm,取=0.01(一般=0.010.02)n由表5.5.2取dd2=315mm。此时从动轮实际转速：n转速误差： ，合适。 mmdnnddd327)01.01(1406101440)1(121

20、2 min/6.63331599.014014402rn %5%8.36106106.633 第五章 机械设计基础95 4、验算带速 合适。 5、初定中心距a0 其中：h查表5.5.3得：h=10.5mm 现根据结构要求，取a0=400mm。 smsmdnvd/25/5 .10100060140144010006011 mmhddammddadddd2595 .103)315140(213)(21910)315140(2)(221min21max 第五章 机械设计基础96表5.5.3: 普通V型号、截面尺寸和基准长度系列（mm）第五章 机械设计基础976、初算带的基准长度L0 由表5.5.3，选取带的基准长度Ld=1600mm。7、实际中心距中心距a可调整: mmaddddaLdddd8 .15334004)140315()315140(240024)()(22202122100 mmLLaad43328 .15331600400200 第五章 机械设计基础988、小带轮包角能满足要求。 9、单根V带所能传递的功率根据n1=1440r/min和dd1=140mm,查表5.5.4,用插值法得P0=2.8kw。 1208 .1563 .574331403151803 .57180121adddd 第五章 机械设计基础99 单根普通V带