工程机械-机械基础

1、1、工程机械定义及在国民经济中的地位 就一般意义上来说，凡是用于工程施工的就一般意义上来说，凡是用于工程施工的机械、设备统称为工程机械。广泛应用于：机械、设备统称为工程机械。广泛应用于： 公路铁道工程施工；公路铁道工程施工； 建筑工程施工；建筑工程施工； 水利工程施工；水利工程施工； 港口码头建设；港口码头建设； 矿山开采；矿山开采； 国防工程建设等。国防工程建设等。 因此、现代经济建设离不开工程机械。因此、现代经济建设离不开工程机械。2、课程教学内容： 施工机械的基本知识、各种施工机械的施工机械的基本知识、各种施工机械的类型、结构特点、使用性能、施工方法、生类型、结构特点、使用性能、施工方法

2、、生产率核算等。产率核算等。工程工程 机械机械凿岩与风动机械挖掘机械工程起重机械压实机械路面机械铲土运输机械钢筋混凝土机械桩工机械工程机械工程机械基础基础目的目的：了解工程建设中可采用的机械化施工手段，了解工程建设中可采用的机械化施工手段，构筑从事工程机械专业技术工作所必要的专业基构筑从事工程机械专业技术工作所必要的专业基础知识。础知识。目标目标: 通过学习，掌握各类工程机械的基本用途、通过学习，掌握各类工程机械的基本用途、机型种类、作用、各种工作装置的基本工作原理机型种类、作用、各种工作装置的基本工作原理及其性能特点。及其性能特点。方法：方法：课堂教学辅以电化教学。作业少，但要广课堂教学辅以

3、电化教学。作业少，但要广泛阅读专业杂志上的相关文章以扩大知识面。泛阅读专业杂志上的相关文章以扩大知识面。3、课程教学目的及方法：教材教材李战慧、郑淑丽李战慧、郑淑丽.工程机械工程机械.人民交通出版社人民交通出版社2014.64、课程教材：第一章 机械基础 1818世纪后期：世纪后期：蒸气机蒸气机 1919世纪中叶：世纪中叶：发电机发电机 2020世纪初：世纪初：内燃机内燃机 二战后：二战后：机械与电脑结合机械与电脑结合 2020世纪世纪8080年代：年代：机械信息化机械信息化第一章第一章 机械基础机械基础一、一、 概述概述 工程一词源于拉丁语工程一词源于拉丁语ingeniereingenier

4、e，意为设计或发，意为设计或发明。它是科学的某种应用，使自然界的物质和能源明。它是科学的某种应用，使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构、机器、产品、系统以最的特性能够通过各种结构、机器、产品、系统以最短的时间和精而少的人力做出高效、可靠且对人类短的时间和精而少的人力做出高效、可靠且对人类有用的东西。有用的东西。 科学科学定义：定义： 是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论和技术的科学。造的基础理论和技术的科学。1.1 1.1 机械工程定义及地位机械工程定义及地位 机械 人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的组合体。以下哪些属于机械？

5、火车、 飞机、 枪炮、 动物、 车站、 石头、 立交桥、 流星、 太阳系、 收音机、 电视机 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：斜面杠杆起重轱辘滑轮组手动(电动)葫芦现代起重机（包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯电脑控制）。w 机械的类型 动力机器：实现机械能与其它形式之间的转换。 如内燃机、涡轮机、发电机、电动机w 机械的类型 器械或装备：做机械功或搬运物品，即变换物料。 如机床、收割机、汽车、起重机、机械手等信息机器（仪器）：传递、获取或传递信息。 如照相机、打印机、复印机、放映机、绘图机等w 机械的类型 机械工业在现代化建设中的作用 解放人（体力、部分

6、脑力劳动、提高生产率、改善劳动条件）； 便于实现产品标准化、系列化和通用化、便于实现高度的机械化、 电气化和自动化； 体现国家现代化建设水平，为国民经济各个部门提供装备和促进 技术改造； 大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大加强国民经 济发展的力度，加速我国的现代化建设。F机械：机械：由一些由一些标准或者非标标准或者非标准零部件构成准零部件构成的用来传递能的用来传递能量、力或者运量、力或者运动的装置。是动的装置。是机构和机器的机构和机器的总称。总称。1.2 1.2 机械定义机械定义机械是物体的组合。机械是物体的组合。物体必须实现物体必须实现相互相互的、的、单一单一的、的、确定确定的运

7、动。的运动。把施加的把施加的能量能量转变为最转变为最有用的形式，或转变为有用的形式，或转变为有效的有效的机械功机械功。 典型机器实例全自动洗衣机：机械控制式电气控制式模糊控制式 除了控制方式以外，上述三种洗衣机的主要传动系统没有很大的差别。潘存云教授研制1 1、机器与机械零件典型机械实例减速器减速器 潘存云教授研制典型机械实例工业机器人潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制示教盒用于输入控制命令或控制程序。控制系统用于控制操作机各关节内伺服电机的运动。工业机器人的组成工业机器人的组成 操作手在控制系统的指挥下，完成各种复杂的作业。 操作手控制系统示教盒（编程器） 典型机器实例全自动洗衣机；

8、减速器；工业机器人由以上实例，可归纳得出：润滑、显示、照明等辅助系统原动机传动装置执行机构控制系统 传动装置在原动机与执行机构之间传递运动、转换运动方式的装置。机械传动装置是本章研究的主要内容之一。 机 器 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 车 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 齿轮机构传递运动摇头风扇连杆机构 凸轮机构转换运动 机械：是机器和机构的总称。 由此可见：由此可见：定义：定义： GB10853-89 GB10853-89 机器理论与机构学术语机器

9、理论与机构学术语机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。机构是用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统。构件构件：组成机器的各个相对运动的实物。 是机器中独立运动的单元体，由一个或几个零件组成。2、构件和零件单一零件单一零件曲轴曲轴多个零件的刚性组合多个零件的刚性组合连杆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。零件：零件：机械中不可拆的制造单元体。 零件可分为两类：专用零件：特定机器中所使用的零件，如活塞、曲轴、叶片通用零件：各类机器中普遍使用的零件，如齿轮、轴、螺栓等部件：为完成同一使命在结构上组合并协同工作的零件

10、如轴承、减速器。机器与机械零件的关系 对于一台机器这个总体来说，一切零件都是它的局部，他们必须受全局的制约。各个零件在机器中，或按确定的位置相互连接，或按给定的规律做相对运动，共同为完成机器的功能而发挥各自的作用。所以任何机器的性能都是建立在它的主要零件的性能或某些关键零件的综合性能的基础之上的。所以，要想设计制造出好的机器，必须很好地设计或选择它的零部件。明确设计要求提出设计方案 总体设计 结构设计 试制鉴定 产品定型信息反馈以减速器设计制造为例从中选出最佳方案 在设计过程中，这些步骤是相互交错、反复进行的。设计者要从实际出发，注重调查研究，善于学习，在实践中不断积累设计经验，以期取得最佳成

11、果。nT，限制条件：通用化、标准化等齿轮减速（直齿、斜齿、蜗杆等）带齿轮链 或 带齿轮等总体传递运动简图：（电机带齿轮减速器链运输带）总装图、零部件图及技术条件工厂试制、评价、论证从一个设计实例看机械设计的一般过程社会需求社会需求设计任务设计任务方案设计方案设计结构设计结构设计编制技术文件编制技术文件机械设计中常用材料机械设计中常用材料 1、金属材料力学性能好，能满足机械多种性能和用途要求，应用广泛2、高分子材料原料丰富，耐腐蚀性好，主要用于化工设备和冷冻设备中3、陶瓷材料硬度高、耐磨、耐腐蚀、熔点高。主要用于切削刀具等结构中。4、复合材料具有较高的强度和弹性模量，主要用于航空、航天领域中。机

12、械设计中常用材料机械设计中常用材料 1、金属材料力学性能好，能满足机械多种性能和用途要求，应用广泛2、高分子材料原料丰富，耐腐蚀性好，主要用于化工设备和冷冻设备中3、陶瓷材料硬度高、耐磨、耐腐蚀、熔点高。主要用于切削刀具等结构中。4、复合材料具有较高的强度和弹性模量，主要用于航空、航天领域中。二、常用机构二、常用机构1.连杆机构连杆机构二、常用机构二、常用机构2.凸轮机构凸轮机构二、常用机构二、常用机构3.齿轮机构齿轮机构二、常用机构二、常用机构4.带传动机构带传动机构二、二、 常用机构常用机构5.链传动机构链传动机构二、二、 常用机构常用机构6.棘轮步进机构棘轮步进机构二、二、 常用机构常用

13、机构7.螺旋机构螺旋机构2.1 2.1 机构运动简图及运动幅机构运动简图及运动幅运动副：机构中两构件互作一定相对运动的活动联接。运动副：机构中两构件互作一定相对运动的活动联接。 按接触情况分：有面接触的低副和点或线接触的高副。按接触情况分：有面接触的低副和点或线接触的高副。 按平面或空间机构分，属于平面机构的有转动副、移动副按平面或空间机构分，属于平面机构的有转动副、移动副和平面高副，属于空间机构中的有球面副、和平面高副，属于空间机构中的有球面副、 球销副、球销副、 螺旋副螺旋副和圆柱副等。和圆柱副等。 2.1 2.1 机构运动简图及运动幅机构运动简图及运动幅2.2 2.2 连杆机构连杆机构

14、机器的主体部分由许多运动构件组成，用于传递运动和机器的主体部分由许多运动构件组成，用于传递运动和力。平面连杆机构是许多构件用低副连接组成的平面机构。力。平面连杆机构是许多构件用低副连接组成的平面机构。 铰链四杆机构是平面连杆机构的基本形式。由此可演变成：铰链四杆机构是平面连杆机构的基本形式。由此可演变成：曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构2.2 2.2 连杆机构连杆机构定块机构定块机构摇块机构摇块机构v齿轮的用途很广，是各种机械设备齿轮的用途很广，是各种机械设备中的重要零件，如机床、飞机、轮中的重要零件，如机床、飞机、轮船及日常生活中用的手表、电扇等船及日常生活中用的手表、电扇等都要使用

15、各种齿轮。都要使用各种齿轮。v齿轮的种类很多，有圆柱直齿轮、齿轮的种类很多，有圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮、螺旋齿轮、直齿伞齿圆柱斜齿轮、螺旋齿轮、直齿伞齿轮、螺旋伞齿轮、蜗轮等。轮、螺旋伞齿轮、蜗轮等。v直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮是最基本，最简单、是最基本，最简单、且且 使用最多的齿轮。使用最多的齿轮。2.3 2.3 齿轮机构齿轮机构齿轮传动的特点：齿轮传动的特点： 传动效率高可达99；在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高 结构紧凑;与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小； 工作可靠，寿命长；与各类传动相比 传动比稳定;无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛

16、应用的原因之一； 功率和速度范围应用广。 制造及安装精度要求高，价格较贵。与带传动、链传动相比 精度低时，振动和噪音较大。 不宜于轴间距离大的场合。作用： 不仅用来传递运动、而且还要传递动力。分类开式传动 有简单防护罩，大齿轮浸入油池，润滑得到改善、适于非重要应用；裸露、灰尘、易磨损，适于低速传动。半开式传动闭式传动全封闭、润滑良好、适于重要应用。按类型分按装置形式分按使用情况分硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS） 直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动锥齿轮传动人字齿轮传动动力齿轮 传动齿轮 按齿面硬度分软齿面齿轮（齿面硬度350HBS） 以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。以运动准确为主，

17、一般为轻载高精度传动。按照轮齿的位置按照轮齿的位置外齿轮外齿轮内齿轮内齿轮齿轮的内外啮合形式齿轮的内外啮合形式齿轮齿条齿轮齿条直齿圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮传动 蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动传动比传动比211212zzddi潘存云教授研制潘存云教授研制直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴。否则可能引起轮缘断裂。1. 齿轮轴 常见的结构形式潘存云教授研制潘存云教授研制1. 齿轮轴 二、常见的结构形式e e圆柱齿轮 e 2 mt e e圆锥齿轮e 300mm的铸造锥齿轮。C1潘存云教授研制dh= 1.6 ds (铸钢) ; dh=1.6 ds (铸铁) lh=

18、 (1.21.5) ds ,并使lh b c= 0.2b ; 但不小于10 mm = (2.54) mn ,但不小于8 mm h1 = 0.8 ds ; h2 = 0.8 h1 ; s = 1.5 h1 ; 但不小于10 mm e = 0.8 ds ; h2 = 0.8 h1 bdsdhda斜度斜度1:20clhh1eeh2s4. 轮辐式齿轮这种结构适用于大型尺寸的齿轮。2.4带传动和链传动带传动的组成 主动轮1、从动轮2、环形带3。工作原理：安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力拖动从动轮一起同向回转。31n2n12F0F0F0F0潘存云教授研

19、制潘存云教授研制 类型平带V 型带多楔带摩擦型啮合型圆形带带传动的类型潘存云教授研制普通平带（帆布芯平带、编织平带）片基平带片基层潘存云教授研制布层覆盖层工作面覆盖层传递效率较高，带轮制造容易，适于传递中心距较大的情况下应用。应用最广类型平带V 型带多楔带摩擦型啮合型圆形带普通平带片基平带普通带窄带齿形带宽带普通带是应用最广泛的一种传动带，其传动功率大，结构简单，价格便宜。由于带与带轮槽之间是V型槽面摩擦，故可以产生比平型带更大的有效拉力（约3倍）。联组带大楔角带平型带普通平带片基平带普通带窄带齿形带宽带类型V 型带多楔带摩擦型啮合型圆形带联组带大楔角带潘存云教授研制潘存云教授研制抗拉体平型带

20、普通平带片基平带普通带窄带齿形带宽带类型V 型带多楔带摩擦型啮合型圆形带联组带大楔角带 带传动的形式：带传动的形式：带传动的特点带传动的特点 (1)适用于中心距较大的传动；(2)间接的柔性传动，挠性好，可缓和冲击、吸收振动；(3)过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它零件的损坏；(4)结构简单、成本低廉。优点：缺点： 传动的外廓尺寸较大，需要张紧装置，传动比不稳定、效率较低，寿命较短，传动功率一般P50kW、线速度v=525(40)m/s、传动比35(10)带传动的应用带传动的应用 摩擦带传动适摩擦带传动适用于要求传动用于要求传动平稳、传动比平稳、传动比要求不准确、要求不准确、中小功率的远中

21、小功率的远距离传动。距离传动。97. 094. 0700;/255；带kWPsmv潘存云教授研制印刷机械潘存云教授研制矿山机械 潘存云教授研制动平衡机潘存云教授研制建筑机械潘存云教授研制试验台潘存云教授研制潘存云教授研制a调整螺钉调整螺钉滑道式张紧装置摆架式张紧装置a2、带传动的张紧方法 (1)定期张紧 带传动的张紧装置带传动的张紧装置(1) 根据摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；1、张紧的目的 (2) 运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能正常工作。潘存云教授研制潘存云教授研制张紧轮(3)张紧轮张紧(2)自动张紧自动张紧装置 销轴销轴|链传动由装在平行轴

22、上的链传动由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，以上的环形链条所组成，以链作中间挠性件，靠链与链作中间挠性件，靠链与链轮轮齿的啮合来传递动链轮轮齿的啮合来传递动力。力。4）链传动链传动的形式链传动的形式|链传动广泛应用于工况较链传动广泛应用于工况较为恶劣、传动比精度要求为恶劣、传动比精度要求不是很高的农业、矿业、不是很高的农业、矿业、冶金、起重、运输、石油、冶金、起重、运输、石油、化工、森工和环卫机械及化工、森工和环卫机械及摩托车中。摩托车中。 组成链传动是以链条为中间挠性件的啮合传动。优、缺点1、优点 与带传动相比：1）constzznni1221平

23、均2）高3）结构紧凑（带传动要求1120a）4）压轴力小（啮合传动张紧力小）。5）可在高温、潮湿等恶劣环境下工作。无弹性滑动与齿轮传动相比：1）适于远距离传动。2）成本低（制造、安装精度）。2、缺点1）只能用于平行轴间的传动，且同向转动。2）consti瞬，振动、平稳性差、噪音大。3）成本比带传动高。三、应用Pmax5000kW，vmax40m/s，imax15，amax8m一般： P100kW， v 15m/s，i 8不宜用于载荷变化大和急促反向的传动。用于a较大，要求i平均不变，而不宜采用齿轮或带传动场合。 广泛应用在自行车、摩托车挖掘机（恶劣工作条件）其它低速重载场合链的种类传动链 一般

24、机械传动，v20m/s传动链起重链 提升重物，v0.25m/s起重链输送链 移动重物，v=24m/s输送链链传动的零件一、传动链按结构不同，分为： 滚子链（套筒滚子链）、齿形链承受冲击能力比滚子链好，噪音低，平稳“”带外导板带内导板套筒滚子链构造 结构：自由滚动，减小摩擦，磨损内、外链板呈“8”字形：? 等强度，惯性力内链节外链节形成铰链 主要参数：1）链节距p基本参数p尺寸p = 链号25.4/16（mm）2）链节数Lp整数，一般为偶数。3）排数zp单排链排数承载但：排数承载不均， zp3-4多排链链轮结构：（轮毂处采用了胀紧联结 ）三、轴和轴毂连接轴轴轴承轴承轴1.支承做回转运动的零件（如

25、凸轮、齿轮、带轮及联轴器等），并保证其具有确定的工作位置。2.传递运动和动力。 用途1.根据轴线形状分 （1）直轴分类光轴阶梯轴特殊用途轴 齿轮轴空心轴 （2）曲轴（3） 挠 性 轴2.根据轴所受载荷性质分类（1）心轴转动心轴固定心轴转动心轴固定心轴只承受弯矩的轴火车轮轴属于什么类型？自行车轴属于什么类型？（2）传动轴 只承受转矩的轴（3）转轴既承受弯矩也承受转矩的轴问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？0 轴：轴：轴：轴：轴：轴：传动轴转轴转动心轴转轴转轴转动心轴如何判断轴是否传递转矩：从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿该轴轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。如何判断轴是否承受弯矩：该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件，若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。F轴承轴承：用于支撑轴及轴上零件，并保持轴的：用于支撑轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度，减轻轴与轴承间的摩擦和磨损。旋转精度，减轻轴与轴承间的摩擦和磨损。滚动轴承滚动轴承轴轴承承滑动轴承滑动轴承二者相比，滚动轴承具有传动灵活、摩擦阻力二者相比