第1章机械传动基本知识

1、工业设计工程基础工业设计工程基础创意机构与控制基础周旭周旭答答 疑疑 ：随堂答疑：随堂答疑办公地点: 机械设计教研室（机械楼307）办公室电话：8244277手机号码：要参考书1 何存兴何存兴.液压传动与气动传动液压传动与气动传动. 武汉武汉: 华中理工大学出版社，华中理工大学出版社，19982 卢玉明卢玉明. 机械设计基础（第六版）机械设计基础（第六版）. 北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社, 1998年年5月月3 郑文纬，吴克坚郑文纬，吴克坚. 机械原理（第七版）机械原理（第七版）. 北京：高等教育出版北京：高等教育出版社社, 1997年年7月月4 顾永杰电

2、工电子技术实训教程上海：上海交通大学出版顾永杰电工电子技术实训教程上海：上海交通大学出版社，社，19995 左键民左键民.液压与气压传动液压与气压传动.机械工业出版社机械工业出版社 1999.10第二版第二版6 吴宗泽机械设计吴宗泽机械设计(第一版第一版)北京北京:高等教育出版社，高等教育出版社，2001年年7月月7 邱宣怀机械设计邱宣怀机械设计(第四版第四版)北京北京:高等教育出版社，高等教育出版社，1997年年7月月8 彭文生机械设计彭文生机械设计(第二版第二版)武汉武汉:华中科技大学出版华中科技大学出版社，社，2000年年3月月9 钟毅芳等主编钟毅芳等主编.机械设计机械设计(第二版第二版

3、) 武汉武汉:华中科技大华中科技大学出版社，学出版社，200310杨可桢杨可桢,程光蕴程光蕴.机械设计基础机械设计基础. 北京北京: 高等教育出版高等教育出版社社,1999年年6月第四版月第四版11郭兴朴郭兴朴.电机与控制电机与控制.北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，2003.112秦曾煌秦曾煌.电工学（电工学（4版）版）.北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，1997.313盛文康盛文康.实用家电小产品制作实用家电小产品制作200例例.北京：科学出版社，北京：科学出版社，199414朱新才朱新才.液压传动与控制液压传动与控制.重庆：重庆大学出版社，重庆：重庆大学出版社，199

4、615林信隆林信隆.创意性机构设计创意性机构设计.台北：全华科技图书股份有台北：全华科技图书股份有限公司印行，限公司印行，198116王庭树等王庭树等.液压与气动技术液压与气动技术.北京：国防工业出版社，北京：国防工业出版社，199817郝鸿安郝鸿安.555集成电路实用电路集集成电路实用电路集.上海：上海科学普及上海：上海科学普及出版社，出版社，198918金国砥金国砥.电子线路图识读入门电子线路图识读入门.杭州：浙江科学技术出杭州：浙江科学技术出版版工业设计工程基础工业设计工程基础第一篇 机构学基础第二篇 机械创意机构设计基础第三篇 液压与气动装置第四篇 电动力创意装置设计基础第五篇 综合实

5、例（自学）第一篇 机构学基础第第1章章 机械传动基本知识机械传动基本知识第第2章章 常用典型机构常用典型机构 第第1章章 机械传动基本知识机械传动基本知识1.1 概述概述1.2 运动副及其分类运动副及其分类1.3 机械运动机械运动1.4 平面机构的运动简图平面机构的运动简图1.5 运动的传递运动的传递本课程研究对象为：本课程研究对象为：机械机械机械机械机器机器斜面斜面任何机械都经历了：任何机械都经历了：简单简单复杂的发展过程。复杂的发展过程。机械机械人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物 的组合体。的组合体。 机构机构 （包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、（包

6、括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯电脑控制）。卷扬机、叉车、电梯电脑控制）。一般而言， 机械是机器和机构的总称杠杆杠杆 起重轱辘起重轱辘 滑轮组滑轮组 手动手动(电动)葫芦葫芦现代起重机现代起重机起重机的发展历程：起重机的发展历程：1.1 概述概述机器机器根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组 合体。合体。机构机构能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件 实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、 齿轮机构等。齿轮机构等。种类有限如如: : 缝纫机、洗衣机、各类机床、

7、运输车辆、农用缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机机器、起重机等。等。 机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有具有相同的基本特征。相同的基本特征。典型机器的分析：典型机器的分析：1.内燃机内燃机内燃机内燃机组成：组成：65438712910汽缸体汽缸体1、活塞活塞2、进气阀进气阀3、排气阀排气阀4、连杆连杆5、曲轴曲轴6、凸轮凸轮7、顶杆顶杆8、齿轮齿轮9、10工作原理：工作原理：1.活塞下行，进气阀开启，混合气体活塞下行，进气阀开启，混合气体 进入汽缸；进入汽缸；2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，活塞上行，气阀关

8、闭，混合气体被压缩， 在顶部点火燃烧；在顶部点火燃烧；3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。循环运动的结果，使曲轴输出连续的旋转运动设计：潘存云进气进气压缩压缩爆炸爆炸排气排气内燃机的工作过程：内燃机的工作过程：活塞的往复运动通过连杆转变为曲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：轴的连续转动，该组合体称为：内燃机各部分的作用：内燃机各部分的作用：曲柄滑块机构曲柄滑块机构凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸

9、轮机构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：作，称为：齿轮机构齿轮机构各部分各部分协调动作协调动作的结果：的结果： 化学能化学能 机械能机械能机器的共有特征：机器的共有特征： 人造的实物组合体；人造的实物组合体；各部分有各部分有确定的相对运动确定的相对运动；代替或减轻人类劳动代替或减轻人类劳动完成有用功完成有用功或或实现能量实现能量 的转换的转换 - 机器的作用 机器的分类：机器的分类： 原动机原动机实现能量转换实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机（如内燃机、蒸汽机、电动机）种类有限工作机工作机完成有用功（如机床等）完成

10、有用功（如机床等） 种类繁多加工机器、信息机器、运输机器工作机的组成：工作机的组成：原动部分原动部分是工作机动力的来源，最常见的是电动是工作机动力的来源，最常见的是电动 机和内燃机。机和内燃机。 工作部分工作部分完成预定的动作，位于传动路线的终点。完成预定的动作，位于传动路线的终点。 传动部分传动部分联接原动机和工作部分的中间部分。联接原动机和工作部分的中间部分。 控制部分控制部分保证机器的启动、停止和正常协调动作。保证机器的启动、停止和正常协调动作。 其关系如下机械机械机器机器机构机构原动机原动机 传动传动 工作工作 控制控制 原动机原动机工作机工作机控制器控制器(控制控制)电动机电动机(原

11、动原动)带带(传动传动)减速器减速器(传动传动)波轮波轮(工作工作)分析自动洗衣机的组成：分析自动洗衣机的组成：同理，通过对典型机构进行分析可知： 机构的共有特征：机构的共有特征： 人造的实物组合体；人造的实物组合体；各部分有确定的相对运动；各部分有确定的相对运动；用来传递力或实现运动的转换。用来传递力或实现运动的转换。机构的分类：机构的分类：通用机构通用机构和和专用机构专用机构。 通用机构通用机构用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。专用机构专用机构只能用于特定场合，如钟表的只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构擒纵机构。机器与机构的关系：机器与机构的关系： 任意复

12、杂的机器都是由若干组机构按一定规律组任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。合而成的。由机器与机构的共有特征可知：由机器与机构的共有特征可知：机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不同）同） ，故统称为，故统称为机械机械。名词术语解释名词术语解释:1.构件构件 独立的运动单元独立的运动单元 内燃机内燃机中的连杆1.2 运动副及其分类运动副及其分类内燃机内燃机连杆连杆套筒套筒连杆体连杆体螺栓螺栓垫圈垫圈螺母螺母轴瓦轴瓦连杆盖连杆盖零件零件 独立的制造单元独立的制造单元2.运动副运动副a)两个构件、两个构件、b) 直接接触、直接接触、c)

13、 有相对运动有相对运动运动副元素运动副元素直接接触的部分（点、线、面）直接接触的部分（点、线、面）例如：例如：凸轮凸轮、齿轮齿廓齿轮齿廓、活塞与缸套活塞与缸套等。等。定义：定义：运动副运动副两个构件直接接触组成的仍能产两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的连接。生某些相对运动的连接。三个条件，缺一不可三个条件，缺一不可运动副的分类：运动副的分类： 1)按引入的约束数分有：按引入的约束数分有： I级副级副II级副级副III级副级副I级副、级副、II级副、级副、III级副、级副、IV级副、级副、V级副。级副。 2)按相对运动范围分有：按相对运动范围分有： 平面运动副平面运动副平面运动平面运动

14、平面机构平面机构全部由平面运动副组成的机构。全部由平面运动副组成的机构。IV级副级副例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。空间运动副空间运动副空间运动空间运动V级副级副1V级副级副2V级副级副3两者关联空间机构空间机构至少含有一个空间运动副的机构。至少含有一个空间运动副的机构。 3)按运动副元素分有：按运动副元素分有： 高副高副点、线接触，应力高。点、线接触，应力高。低副低副面接触，应力低面接触，应力低例如：例如：滚动滚动副副、凸轮副凸轮副、齿轮副齿轮副等。等。例如：例如：转动副转动副（回转副）、（回转副）、移动副移动副 。移动副：两构件只能沿接触面的

15、轴向产生相对运动的运动副。转动副：以转动面作为接触面，两构件只能以接触面的中心轴线作为转动轴进行转动运动。螺旋副：以螺旋面作为接触面，两构件在绕中心轴线作相对转动的同时，还产生轴向运动。圆柱副：以转动面作为接触面，两构件不仅能以接触面的中心轴线作为转动轴进行转动，并可沿接触面的中心轴线的作轴向移动。常见运动副符号的表示常见运动副符号的表示: 国标国标GB446084移动副转动副高副高副常用运动副的符号常用运动副的符号运动副运动副名称名称运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副12121212121212121212121212两构件之一为固定时的

16、运动副两构件之一为固定时的运动副122121平平面面运运动动副副平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球销销副副121212空空间间运运动动副副121212圆圆柱柱副副空空间间运运动动副副构件的表示方法构件的表示方法:一般构件的表示方法一般构件的表示方法 杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件三副构件三副构件 两副构件两副构件 一般构件的表示方法一般构件的表示方法 运动链运动链两个以上的构件通过运动副两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。的联接而构成的系统。注意事项注意事项: 画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动画构件时应撇开构件的实际

17、外形，而只考虑运动副的性质副的性质。闭式链闭式链、开式链开式链3. 运动链运动链 机构机构定义定义：具有确定运动的运动链称为机构具有确定运动的运动链称为机构 。机构是由若干构件经运动副联接而成的1.3 机械运动机械运动若干若干1个或几个个或几个1个个机架机架作为参考系的构件作为参考系的构件，如机床床身、车如机床床身、车辆底盘、飞机机身。即相对固定的构件辆底盘、飞机机身。即相对固定的构件机构的组成：机构的组成：机构机构机架原动件从动件机架原动件从动件原（主）动件原（主）动件按给定运动规律运动的构件按给定运动规律运动的构件。从动件从动件其余可动构件。其余可动构件。机械传动系统：由一个机构或若干个机

18、构组成，用以实现预定运动要求和动力传递的系统。按机构的运动可分为以下三种简单的运动：平面运动，螺旋运动，球面运动。 机构的平面运动包括转动、移动和既机构的平面运动包括转动、移动和既转动同时又移动的平面复合运动。转动同时又移动的平面复合运动。 移动可分为直线运动和曲线运动。移动可分为直线运动和曲线运动。314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构滑块滑块3的运动是移动。的运动是移动。曲柄曲柄1的运动是转动。的运动是转动。连杆连杆2的运动是平面复合运动，的运动是平面复合运动， 既转动同时又移动。既转动同时又移动。1.3.1平面运动平面运动 在机构中，各活动构件上任一点相对于在机构中，各活动构件上任一点相

19、对于机架的运动轨迹均被约束在某一平面上的运机架的运动轨迹均被约束在某一平面上的运动，且各点的运动平面相互平行。动，且各点的运动平面相互平行。1.3.2螺旋运动螺旋运动 物体绕一轴线转动，同时按一定比例物体绕一轴线转动，同时按一定比例轴向移动的运动。轴向移动的运动。1.3.3球面运动球面运动 物体上的所有各点，分别与某一确定物体上的所有各点，分别与某一确定点保持一定距离移动的运动。点保持一定距离移动的运动。1.4 平面机构的运动简图平面机构的运动简图机构运动简图机构运动简图用以说明机构中各构件之间的相用以说明机构中各构件之间的相对对 运动关系的简单图形。运动关系的简单图形。作用：作用： 1.表示

20、机构的结构和运动情况。表示机构的结构和运动情况。2.作为运动分析和动力分析的依据。作为运动分析和动力分析的依据。常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号 在在机机架架上上的的电电机机齿齿轮轮齿齿条条传传动动带带传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动链链传传动动圆柱圆柱蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮传动传动凸凸轮轮传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动机构运动简图应满足的条件机构运动简图应满足的条件： 1.构件数目与实际相同构件数目与实际相同 2.运动副的性质、数目与实际相符运动副的性质、数目与实际相符 3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。成比例。

21、棘棘轮轮机机构构内啮内啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动绘制机构运动简图绘制机构运动简图顺口溜：顺口溜：先两头，后中间，先两头，后中间， 从头至尾走一遍，从头至尾走一遍， 数数构件是多少，数数构件是多少， 再看它们怎相联。再看它们怎相联。步骤：步骤：1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；4.检验机构是否满足运动确定的条件。检验机构是否满足运动确定的条件。2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）， 绘制示意图。绘制示意图。3.按比例绘制运动简图。按比例绘制运动简图。 简图比例尺：简图比例尺

22、： l = =实际尺寸实际尺寸 m / m / 图上长度图上长度mmmm思路：思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。动副的类型，并用符号表示出来。举例：举例：绘制绘制破碎机破碎机和和偏心泵偏心泵的机构运动简图。的机构运动简图。DCBA1432绘制图示绘制图示鳄式破碎机鳄式破碎机的运动简图。的运动简图。1-机架，2-偏心轴，3-动颚板，4-推力板，5-定颚板。5构件用数字表示构件用数字表示运动副用字母表示运动副用字母表示1234绘制图示

23、绘制图示偏心泵偏心泵的运动简图的运动简图偏心泵偏心泵机构运动简图机构运动简图绘制绘制 例例3 31.4 平面机构运动简图1.5 运动的传递运动的传递 机构传递运动方法的三种形式：直接接触的运动传递、利用中间连接件的运动传递、以流体为中间传动介质的运动传递。1.5.1 直接接触的运动传递直接接触的运动传递 输入运动的原动件与输出运动的从动输入运动的原动件与输出运动的从动件直接接触进行的运动的传递。件直接接触进行的运动的传递。 三构件机构：原动件、从动件、机架。三构件机构：原动件、从动件、机架。 结构简单，能承受很大载荷，且能实结构简单，能承受很大载荷，且能实现微位移传动，应用十分广泛。现微位移传动，应用十分广泛。 常见的有：斜面机构，螺旋机构，齿常见的有：斜面机构，螺旋机构，齿轮机构，凸轮机构。轮机构，凸轮机构。直接接触的运动传递1.5.2 利用中间连接