机械设计基础-大连工理工大学课件

主编

罗玉福王少岩机械设计基础大连理工大学出版社普通高等教育“十一五”国家级规划教材主编罗玉福王少岩机械设计基础大连理工大学出版社普通高等教目录第1章概论第2章平面机构的运动简图及自由度第3章平面连杆机构第4章凸轮机构第5章其他常用机构第6章带传动和链传动第7章齿轮传动目录第1章概论目录第8章蜗杆传动第9章轮系第10章联接第11章轴第12章轴承第13章机械的调速与平衡第14章计算机辅助机械设计目录第8章蜗杆传动1.1本课程的研究对象．主要内容及任务1.2机械零件的常用材料与结构工艺性1.3机械零件设计的基本准则及设计步骤1.4当前机械设计制造技术的新发展第1章概论1.1本课程的研究对象．主要内容及任务第1章概论

1.1.1本课程的研究对象如图1-1所示的单缸内燃机，它由机架（气缸体）1、曲轴2、连杆3、活塞4、进气阀5、排气阀6、推杆7、凸轮8和齿轮9、10组成。当燃气推动活塞4做往复移动时，通过连杆3使曲轴2做连续转动，从而将燃气燃烧的热能转换为曲轴转动的机械能。1.1本课程的研究对象．主要内容及任务图1-1单缸内燃机1.1.1本课程的研究对象1.1本课程的研究对象．主齿轮、凸轮和推杆的作用是按一定的运动规律按时开闭阀门以吸入燃气和排出废气。

这种内燃机可视为下列三种机构的组合:①曲柄滑块机构，由活塞4、连杆3、曲轴2和机架1构成，作用是将活塞的往复移动转换为曲柄的连续转动;②齿轮机构，由齿轮9、10和机架1构成，作用是改变转速的大小和转动的方向;③凸轮机构，由凸轮8、推杆7和机架1构成，作用是将凸轮的连续转动转变为推杆有规律的间歇往复移动。

机器的主要特征是:

（1）它们都是人为实体（构件）的组合;（2）各个运动实体（构件）之间具有确定的相对运动;齿轮、凸轮和推杆的作用是按一定的运动规律按时开闭阀门（3）能够实现能量的转换，代替或减轻人类完成有用的机械功。机构是由构件组成的。所谓构件，是指机构的基本运动单元。它可以是单一的零件，也可以是几个零件联接而成的运动单元。而零件是组成机器的最小制造单元。如图1-2所示的齿轮机构，其运动特点是把高速转动变为低速转动或者相反。如图1-3所示的凸轮机构，是利用凸轮的轮廓曲线使从动件做周期性的有规律的移动或摆动。图1-2齿轮机构

图1-3凸轮机构

（3）能够实现能量的转换，代替或减轻人类完成有用的机械如图1-4所示的连杆机构，能实现转动、摆动等运动形式的相互转换。

机构的主要特征是:

(1)它们都是人为实体(构件)的组合;(2)各个运动实体之间具有确定的相对运动。

1.1.2本课程研究的主要内容(1)机构的运动简图和自由度计算;(2)平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等的组成原理、运动分析及设计;(3)各种联接零件（如螺纹联接、键销联接等）的设计计算方法和标准选择;图1-4连杆机构

如图1-4所示的连杆机构，能实现转动、摆动等运动形式

(4)各种传动零件（如带传动、齿轮传动等）的设计计算和参数选择;(5)轴系零件（如轴、轴承等）的设计计算及轴承参数类型选择。

1.1.3本课程的主要任务

(1)培养学生运用基础理论解决简单机构和零件的设计问题,掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用及计算方法，初步具有分析失效原因和提高改进措施的能力。

(2)培养学生树立正确的设计思想，具有设计简单机械传动部件和简单机械的能力。(3)学会使用手册、标准、规范等设计资料。(4)各种传动零件（如带传动、齿轮传动等）的设计计算和

1.2.1机械零件常用材料机械零件常用材料有碳素结构钢、合金钢、铸铁、有色金属、非金属材料及各种复合材料。其中，碳素结构钢和铸铁应用最广。

1.2.2材料的选择原则1.满足使用性能要求2.有良好的加工工艺性3.选择材料要综合考虑经济性要求1.2.3机械零件的结构工艺性1.铸造零件的结构工艺性

1.2机械零件的常用材料与结构工艺性

1.2.1机械零件常用材料1.2机械零件的常用材（1）为了防止浇铸不足，对于不同铸造方法，铸件壁厚有一允许的最小值。（2）零件箱壁交叉部分要有过渡圆角，以避免尖角处产生裂纹，如图1-5（a）所示。但是圆角不可太大，以免交点处尺寸太大，金属积聚产生缩孔或缩松，如图1-5（b）所示。建议D≈1.3d，如图1-5（c）所示。（3）铸件应有明显的分型面（图1-6）。（4）铸件应有必要的斜度以便于取出模型。图1-5铸件过渡圆角大小应适当

图1-6铸件应有明显的分型面（1）为了防止浇铸不足，对于不同铸造方法，铸件壁厚有一（5）为避免采用活块，可将凸台加长，如图1-7（b）所示引至分型面。（6）铸铁抗拉强度差而抗压强度高，在设计零件形状时应尽可能把拉应力（或弯曲应力）化作压应力（图1-8）。图1-7避免采用活块图1-8避免铸铁受拉力（5）为避免采用活块，可将凸台加长，如图1-7（b）所

2.热处理零件的结构工艺性为辟免热处理零件产生裂纹或变形，在设计零件应注意：（1）避免锐边尖角，应将其倒钝或改成圆角，圆角半径要大些。（2）零件形状要求简单、对称。（3）轴类零件的长度与直径之比不可太大。（4）提高零件的结构刚性，必要时增加加强肋。（5）形状复杂或者不同部位有不同性能要求时，可用组合结构（如机床铸铁床身上镶装钢导轨）。

3.切削加工零件的结构工艺性（1）加工表面的几何形状应尽量简单，尽可能布局在同一平面上或同一轴线上，尽可能统一尺寸，以便于加工。2.热处理零件的结构工艺性如图1-9所示减速箱体轴承座端面应取在同一平面上，三个轴承端盖槽的尺寸b1

、b2

应力求一致。（2）有相互位置精度要求的各表面最好能在一次安装中加工.如图1-10（a）所示的零件须从两端加工，改进后可在一端一次加工，这样能减少工件的安装次数，提高加工效率，同时也提高位置精度。图1-9减速箱侧面加工图1-10两孔在一次安装中加工

如图1-9所示减速箱体轴承座端面应取在同一平面上，三（3）加工时应能准确定位、可靠夹紧，并便于加工、易于测量。（4）应尽量减少加工面的数目，如图1-11所示起重螺旋副的螺母与机座在直径D及D1处同时配合是不合理的，这样加工和装配都困难，只要在直径D处配合即可，D1处应有一定间隙。（5）形状应便于刀具进刀、退刀，如螺纹应该有退刀槽。（6）被加工表面形状应有助于提高刀具的刚性和延长刀具寿命。如图1-12所示用麻花钻钻孔时，应避免在斜面上钻孔。图1-11减少不必要的配合面D1

图1-12避免在斜面上钻孔

（3）加工时应能准确定位、可靠夹紧，并便于加工、易于测

4.零件装配的结构工艺性（1）零件应该有正确的装配基面，如图1-13（a）所示汽缸盖用螺纹联接，由于螺纹间有间隙，对中不好，活塞杆易产生偏移。如图1-13（b）所示将螺纹联接改为配合，使工作情况有了改进。（2）应使装配方便，如图1-11所示，D、D1处均有配合，装配困难。图1-13不应以螺纹面对中4.零件装配的结构工艺性图1-13不应以螺纹面对中（3）应使拆卸方便，如图1-14所示，为了便于从机体上卸下轴承外圈，孔台肩处的直径应大于轴承外环的内径。图1-14应使拆卸方便1.3机械零件设计的基本准则及设计步骤

1.3.1机械零件的主要失效形式机械零件由于某种原因丧失正常工作能力称为失效。零件的主要失效形式如图1-15所示。（3）应使拆卸方便，如图1-14图1-14应使拆卸方图1-15零件的主要失效形式图1-15零件的主要失效形式

1.3.2机械零件的设计准则

（1）强度设计准则:

σ≤［σ］=σlim/Sστ≤［τ］=τlim/Sτ

（2）刚度准则:

（3）耐磨性准则:

（4）振动稳定性准则:（5）可靠性准则:

1.3.3机械零件设计的一般步骤（1）根据零件的使用要求（功率、转速等），选择零件的类型及结构形式。（2）根据机器的工作条件，分析零件的工作情况，确定作用在零件上的载荷。1.3.2机械零件的设计准则（3）根据零件的工作条件（包括对零件的特殊要求，如耐高温、耐腐蚀等），综合考虑材料的性能、供应情况和经济性等因素，合理选择零件的材料。（4）分析零件的主要失效形式，按照相应的设计准则，确定零件的基本尺寸。（5）根据工艺性及标准化的要求，设计零件的结构及其尺寸.（6）绘制零件工作图，拟定技术要求。1.4当前机械设计制造技术的新发展

目前，计算机辅助设计与制造技术（CAD/CAM）已经广泛应用于机械设计和制造的各个环节，对减轻设计者的劳动强度、提高机械产品精度和零件的设计速度与质量，起到了重要作用.（3）根据零件的工作条件（包括对零件的特殊要求，如耐高各种检测仪器的迅猛发展，提高了机械检验水平，对零件的受载分析、应力发热效应的测试、摩擦磨损的分析等方面提供了大量设计所需的数据，促进了设计理论的发展。一种集计算机辅助设计、精密机械加工技术、激光技术和材料科学为一体的新型技术——快速成形技术（RPM）的发展，大大缩短了产品、零件的生产周期，使产品的成本大幅度下降.可靠性设计技术在现代装备制造业中已贯穿到产品的开发研制、设计、制造、试验、使用、运输、保管及维修保养的各个环节，我们把它们统称为可靠性工程。可靠性设计作为可靠性工程的一个重要分支，是一门现代设计理论和方法，它以提高产品可靠性为目的，以概率论和数据统计理论为基础，综合运用多学科知识来研究工程中的设计问题。各种检测仪器的迅猛发展，提高了机械检验水平，对零件的2.1机构的组成2.2平面机构的运动简图2.3平面机构的自由度第2章平面机构的运动简图及自由度2.1机构的组成第2章平面机构的运动简图及自由度2.1.1运动副

1.运动副的概念两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。构件上参与接触的点、线、面，称为运动副元素。两构件只能在同一平面内做相对运动的运动副称为平面运动副。2.平面运动副的分类（1）低副2.1机构的组成图2-1平面低副2.1.1运动副2.1机构的组成图2-1平面两构件形成面与面接触的运动副称为低副，如图2-1所示。

（2）高副两构件以点或线的形式相接触而组成的运动副称为高副。

2.1.2构件机构中的构件有三类，固定不动的构件称为机架（或固定构件）;

图2-2平面高副

两构件形成面与面接触的运动副称为低副，如图2-1所示按给定的运动规律独立运动的构件称为原动件;机构中其他活动构件称为从动件。

1.具有转动副元素的杆状构件设计时为了保证杆件受力时具有足够的强度和刚度，其截面形状可以设计成不同形式，常见的有以下几种，如图2-4所示.图2-3具有转动副元素的杆状构件

按给定的运动规律独立运动的构件称为原动件;图2-32.具有移动副元素和转动副元素的构件图2-4杆状构件截面形状图2-5单缸内燃机

图2-4杆状构件截面形状图2-5单缸内燃机

2.2.1机构运动简图的概念用规定的线条和符号表示构件和运动副，并按一定的比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种表明机构的组成和各构件间运动关系的简单图形，称为机构运动简图。不严格按比例绘制的机构运动简图称为机构示意图。

2.2.2平面机构运动简图的绘制（1）分析机构的组成，确定机架、原动件和从动件。（2）由原动件开始，依次分析构件间的相对运动形式，确定运动副的类型和数目。2.2平面机构的运动简图2.2.1机构运动简图的概念2.2平面机构的运动（3）选择适当的视图平面和原动件位置，以便清楚地表达各构件间的运动关系。通常选择与构件运动平面平行的平面作为投影面。（4）选择适当的比例尺μL

=构件实际长度/构件图样长度（单位:m/mm或mm/mm），按照各运动副间的距离和相对位置，以规定的线条和符号绘图。常用构件和运动副的简图符号见表2-1。(见教材P15页）

例2-1

绘制如图2-6(a)所示的颚式破碎机主体机构的运动简图。图2-6颚式破碎机主体机构

（3）选择适当的视图平面和原动件位置，以便清楚地表达各解(略)

例2-2

绘制如图2-5所示单缸内燃机的机构运动简图。已知LAB=75mm，LBC=300mm。解（1）在内燃机中，活塞为原动件，曲轴AB为工作构件。活塞的往复运动经连杆BC变换为曲轴AB的旋转运动。（2）活塞与缸体（机架）组成移动副，与连杆BC在C点组成转动副;曲轴与缸体在A点组成转动副，与连杆BC在B点组成转动副。（3）选长度比例尺μL=0.01m/mm，按规定符号绘制机构运动简图，如图2-7所示。活塞的大小与运动无关，可酌定。图2-7单缸内燃机机构运动简图

解(略)图2-7单缸内燃机机构运动简图

2.3.1自由度和约束的概念

1.自由度运动构件相对于参考系所具有的独立运动的数目，称为构件的自由度。2.约束对于相对运动所加的限制称为约束。运动副约束数目和约束特点取决于运动副是低副还是高副.2.3.2机构自由度的计算和机构具有确定运动的条件设一个平面机构由N个构件组成，其中必有一个构件为机架，则活动构件数为n=N-1。2.3平面机构的自由度图2-8自由构件的自由度

2.3.1自由度和约束的概念2.3平面机构的它们在未组成运动副之前，共有3n个自由度。用运动副连接后便引入了约束，减少了自由度。若机构中有PL个低副、PH个高副，则平面机构的自由度F的计算公式为F=3n-2PL-PH

2.3.3复合铰链、局部自由度和虚约束

1.复合铰链两个以上的构件在同一处以同轴线的转动副相连，称为复合铰链。一般地，k个构件形成复合铰链应具有（k-1）个转动副，计算自由度时应注意找出复合铰链。如图2-10所示为直线机构，该机构在A、B、D、E四点均为由三个构件组成轴线重合的两个转动副，即复合铰链。图2-9复合铰链它们在未组成运动副之前，共有3n个自由度。用运动副连

该机构n=7，PL=10，PH=0，其自由度为F=3n-2PL-PH=3×7-2×10-0=12.局部自由度机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动。这些构件所产生的这种局部运动的自由度称为局部自由度。

在计算机构自由度时，局部自由度应略去不计。如图2-11所示凸轮机构，该机构的自由度为F=3n-2PL-PH=3×2-2×2-1=1

图2-10直线机构

图2-11凸轮机构

该机构n=7，PL=10，PH=0，其自由度为

3.虚约束机构中与其他约束重复而对机构运动不起新的限制作用的约束，称为虚约束。

虚约束常出现在下列场合:

（1）两构件间形成多个具有相同作用的运动副:①两构件在同一轴线上组成多个转动副。如图2-12(a).②两构件组成多个导路平行或重合的移动副。如图2-12(b).③两构件组成多处接触点公法线重合的高副。如图2-12(c).图2-12两构件组成多个运动副3.虚约束图2-12两构件组成

（2）两构件上连接点的运动轨迹互相重合。如图2-13所示的机车车轮联动机构中，在计算机车车轮联动机构的自由度时应除去不计，即F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1

（3）机构中传递运动不起独立作用的对称部分。如图2-14（b）所示的行星轮系，该机构的自由度为F=3n-2PL-PH=3×4-2×4-2=2

图2-13机车车轮联动机构中的虚约束（2）两构件上连接点的运动轨迹互相重合。图2-13例2-3

计算图2-15（a）所示筛料机构的自由度。解去除局部自由度和虚约束，按如图2-15（b）所示机构计算自由度，机构中n=7，PL=9，PH=1，其自由度为F=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2

图2-14对称结构引入的虚约束图2-15筛料机构图2-14对称结构引入图2-15筛料机构3.1平面连杆机构的基本形式及其演化3.2平面四杆机构存在曲柄的条件及基本特性3.3平面四杆机构的设计第3章平面连杆机构3.1平面连杆机构的基本形式及其演化第3章平面连杆机构连杆机构是由若干构件通过低副连接而形成的机构，又称为低副机构。活动构件均在同一平面或在相互平行的平面内运动的连杆机构称为平面连杆机构。

平面连杆机构的特点是:

低副中的两运动副元素为面接触，压强小，易于润滑，磨损小，寿命长;能获得较高的运动精度;可以实现预期的运动规律和轨迹等要求。但当要求从动件精确实现特定的运动规律时，设计计算较繁杂，而且运动副中的间隙会引起运动积累误差，故往往难以实现。有些构件所产生的惯性力难以平衡，高速时会引起较大的振动和动载荷。连杆机构是由若干构件通过低副连接而形成的机构，又称为低副

3.1.1铰链四杆机构的基本形式运动副都是转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图3-1所示。在铰链四杆机构中，固定不动的构件4是机架，与机架4相连的构件1和3称为连架杆，不与机架相连的构件2称为连杆。相对于机架能做整周转动的连架杆称为曲柄;只能在一定角度范围内往复摆动的连架杆称为摇杆。3.1平面连杆机构的基本形式及其演化图3-1铰链四杆机构3.1.1铰链四杆机构的基本形式3.1平面连杆机

1.曲柄摇杆机构两连架杆分别为曲柄和摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。如图3-2所示的雷达天线俯仰角调整机构，是曲柄摇杆机构的应用实例之一。在曲柄摇杆机构中，也可以以摇杆为主动件，曲柄为从动件，将主动摇杆的往复摆动转化为从动曲柄的整周转动。如图3-3所示的脚踏砂轮机机构。

2.双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构。图3-2雷达天线俯仰角调整机构

图3-3脚踏砂轮机机构

1.曲柄摇杆机构图3-2雷达天线俯仰角图3-3脚主动曲柄等速转动，从动曲柄一般为变速转动，如图3-4所示插床六杆机构是以双曲柄机构为基础扩展而成的。在双曲柄机构中有一种特殊机构，连杆与机架的长度相等、两个曲柄长度相等且转向相同的双曲柄机构，称为平行四边形机构。如图3-5所示。图3-4插床六杆机构

图3-5平行四边形机构

主动曲柄等速转动，从动曲柄一般为变速转动，如图3-4

平行四边形机构有以下三个运动特点:

（1）两曲柄转速相等如图3-7所示的机车车轮联动机构。

（2）连杆始终与机架平行如图3-6所示的天平机构。如图3-8所示的摄影车升降机构。图3-7机车车轮联动机构图3-6天平机构图3-8摄影车升降机构平行四边形机构有以下三个运动特点:图3-7机车车轮

（3）运动的不确定性如图3-9所示。为了克服运动的不确定性，可以对从动曲柄施加外力，或利用飞轮及构件本身的惯性作用。也可以采用辅助曲柄等措施解决，如图3-10所示。图3-9平行四边形机构

图3-10带有辅助构件的平行四边形机构（3）运动的不确定性图3-9平行四边形机构图3-对于两个曲柄转向相反的情况，即连杆与机架的长度相等,两个曲柄长度相等所组成的转向相反的双曲柄机构称为反平行四边形机构。反平行四边形机构不具备平行四边形机构前述两个运动特征，如图3-11所示。车门启闭机构就是反平行四边形机构的应用实例，如图3-12所示。

3.双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。图3-11反平行四边形机构

图3-12车门启闭机构

对于两个曲柄转向相反的情况，即连杆与机架的长度相等,常用于操纵机构、仪表机构等。如图3-13所示港口起重机机构，可实现货物的水平移动，以减少功率消耗。在双摇杆机构中若两摇杆长度相等，称为等腰梯形机构。等腰梯形机构的运动特性是两摇杆摆角不相等。如图3-14所示的汽车、拖拉机前轮转向机构。图3-13港口起重机机构图3-14车辆前轮转向机构

常用于操纵机构、仪表机构等。图3-13港口起重机机

3.1.2铰链四杆机构的演化——含有一个移动副的平面四杆机构

1.曲柄滑块机构

图3-15曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化3.1.2铰链四杆机构的演化——图3-15曲柄摇曲柄滑块机构是由曲柄、连杆、滑块和机架组成的机构。滑块轨道中心线通过曲柄的转动中心时，称为对心曲柄滑块机构。

如图3-16所示。滑块往复移动的距离H称为滑块行程。若滑块轨道中心线偏离曲柄的转动中心A，称为偏置曲柄滑块机构。

如图3-17所示。滑块轨道中心线与曲柄的转动中心的垂直距离e称为偏心距。图3-16对心曲柄滑块机构图3-17偏置曲柄滑块机构

曲柄滑块机构是由曲柄、连杆、滑块和机架组成的机构。图曲柄滑块机构可将主动滑块的往复直线运动经连杆转化为从动曲柄的连续转动，如应用于发动机中;也可将主动曲柄的连续转动经连杆转化为从动滑块的往复直线运动，如应用于往复式气体压缩机、往复式液体泵等机械中。

2.偏心轮机构由偏心轮、连杆、滑块和机架组成的机构称为偏心轮机构.图3-18偏心轮机构曲柄滑块机构可将主动滑块的往复直线运动经连杆转化为从在偏心轮机构中，由于偏心距较小，一般只能以偏心轮为主动件，将它的连续转动转化为滑块的往复移动。偏心轮机构常用于曲柄承受较大冲击载荷，或曲柄长度较短的机器中。3.导杆机构图3-19(a)所示的这种机构常与其他构件组合，用于简易刨床、插床以及回转泵、转动式发动机等机械中，如图3-20所示.

图3-19导杆机构

在偏心轮机构中，由于偏心距较小，一般只能以偏曲柄摆动导杆机构常与其他构件组合，用于牛头刨床和插床等机械中，如图3-21所示。

4.摇块机构图3-20简易刨床的导杆机构图3-21牛头刨床的导杆机构

图3-22摇块机构曲柄摆动导杆机构常与其他构件组合，用于牛头刨床和插床摇块机构常用于汽车、吊车等摆动缸式气、液动机构中，如图3-23所示。5.定块机构定块机构常用于如图3-25所示的手摇唧筒或双作用式水泵等机械中。图3-23吊车图3-24定块机构

图3-25手摇唧筒摇块机构常用于汽车、吊车等摆动图3-23吊车图3-铰链四杆机构有三种基本形式，其主要区别就在于机构中是否存在曲柄以及曲柄的数目。如图3-26所示铰链四杆机构中。3.2平面四杆机构存在曲柄的条件及基本特性

图3-26铰链四杆机构曲柄存在条件

铰链四杆机构有三种基本形式，其主要区别就在于机构中是

铰链四杆机构中曲柄存在的条件:

（1）连架杆和机架中必有一杆为最短杆(简称最短杆条件);（2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和（简称长度和条件）。通过分析可得如下结论:

（1）铰链四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则根据机架选取的不同，可有下列三种情况:①取与最短杆相邻的杆为机架，则最短杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，组成曲柄摇杆机构;②取最短杆为机架，则两连架杆均为曲柄,组成双曲柄机构;

③取最短杆对面的杆为机架，则两连架杆均为摇杆，组成双摇杆机构。铰链四杆机构中曲柄存在的条件:（2）铰链四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和，则不论取哪一杆为机架，都没有曲柄存在，均为双摇杆机构。3.2.2急回特性从动件在返回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度的特性，称为急回特性。图3-27曲柄摇杆机构的急回特性分析（2）铰链四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和大于从动摇杆在两极限位置C1D与C2D之间往复摆动的角度称为摆角ψ。曲柄与连杆两次共线时，曲柄在两位置之间所夹的锐角称为极位夹角θ。急回特性的程度用v2和v1的比值K来表示，K称为行程速比系数，即

K=v2/v1=t1/t2=（180°+θ）/（180°-θ）

上式表明，机构的急回速度取决于极位夹角θ的大小。θ越大，K值越大，机构的急回程度越明显，但机构的传动平稳性下降。因此在设计时，应根据工作要求，合理地选择K值，通常取K=1.2～2.0。从动摇杆在两极限位置C1D与C2D之间往复摆动的角偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构也具有急回特性。值得注意的是在摆动导杆机构中θ=ψ，如图3-28所示。图3-28机构急回特性的判定

偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构也具有急回特性。图3-3.2.3压力角和传动角在如图3-29所示的曲柄摇杆机构中。作用在从动件上的驱动力F与其受力点速度vC方向线之间所夹的锐角α称为压力角。压力角的余角γ称为传动角。压力角和传动角在机构运动过程中是变化的。图3-29曲柄摇杆机构的压力角和传动角3.2.3压力角和传动角图3-29曲柄摇杆机构的压力角越小或传动角越大，对机构的传动越有利;而压力角越大或传动角越小，会使转动副中的压力增大，磨损加剧，降低机构传动效率。规定工作行程中的最小传动角γmin≥40°～50°。

3.2.4死点位置在如图3-31所示的曲柄摇机构中，若摇杆为主动件，当摇杆处于两极限位置时，从动曲柄与连杆共线，主动摇杆通过连杆传给从动曲柄的作用力通过曲柄的转动中心，此时曲柄的压力角α=90°，传动角γ=0°,因此无法推动曲柄转动，机构的这个位置称为死点位置。图3-31曲柄摇杆机构的死点位置

压力角越小或传动角越大，对机构的传动越有利;图3-3为了使机构能顺利地通过死点位置，通常在从动件轴上安装飞轮，利用飞轮的惯性通过死点位置。也可采用多组机构交错排列的方法，如两组机构交错排列，使左右两机构不同时处于死点位置。在工程上有时也需利用机构的死点位置来进行工作。例如飞机的起落架、折叠式家具和夹具等机构，如图3-32所示。图3-32钻床夹具

为了使机构能顺利地通过死点位置，通常在从动件轴上安装3.3.1按给定的连杆位置设计平面四杆机构

1.按给定的连杆三个位置设计平面四杆机构已知铰链四杆机构中连杆的长度及三个预定位置，要求确定四杆机构的其余构件尺寸。本设计的实质是已知圆弧上三点求圆心。如图3-33所示。

设计步骤如下:

（1）选择适当的比例尺μL，绘出连杆三个预定位置B1C1、B2C2、B3C3。（2）求转动副中心A、D。连接B1B2和B2B3

，分别作B1B2和B2B3

的中垂线，交点即为A，同理可得D。3.3平面四杆机构的设计3.3.1按给定的连杆位置设计平面四杆机构3.3（3）连接AB1、C1D和B1C1，则AB1C1D即为所求的铰链四杆机构。各构件实际长度分别为LAB=μLAB1LCD=μLC1DLAD=μLAD

2.按给定的连杆两个位置设计四杆机构已知铰链四杆机构中连杆的长度及两个预定位置，要求确定四杆机构的其余构件尺寸。这时，两连架杆与机架组成转动副的中心A、D可分别在B1B2和C1C2的中垂线上任意选取，得到无穷多个解。结合附加限定条件，从无穷解中选取满足要求的解.图3-33按给定的连杆三个位置设计四杆机构

（3）连接AB1、C1D和B1C1，则AB1C1D即为

3.3.2按给定的急回特性系数设计平面四杆机构已知曲柄摇杆机构的急回特性系数K、摇杆的长度LCD及摆角ψ，要求确定机构中其余构件尺寸。如图3-34所示。

设计步骤如下:

（1）计算极位夹角。

θ=180°(K-1)(K+1)

（2）选择适当的比例尺μL,任选转动副D的位置，绘出摇杆的两个极限位置C1D和C2D。（3）连接C1、C2两点，作∠C1C2O=∠C2C1O=90°-θ，得交点O;图3-34按急回特性系数设计四杆机构3.3.2按给定的急回特性系数设计平面四杆机构图3以O为圆心，OC1

为半径作辅助圆m，该圆周上任一点所对应的弦C1C2的圆周角均为θ。在该圆周上允许范围内任选一点A，连AC1、AC2，则∠C1AC2=θ。A点即为曲柄与机架组成转动副的中心位置。（4）因极限位置处于曲柄与连杆共线，故有AC1=BC-AB、AC2=BC+AB，由此可求得AB=(AC2-AC1)/2BC=(AC2+AC1)/2因此曲柄、连杆、机架的实际长度分别为LAB=μLABLBC=μLBCLAD=μLAD由于A点任选，所以可得无穷多解。当附加某些辅助条件，

例如:给定机架长度LAD或最小转动角γmin等，即可确定A点位置，使其具有确定解。以O为圆心，OC1为半径作辅助圆m，该圆周上任一4.1凸轮机构的类型及应用4.2凸轮机构的从动件常用运动规律4.3盘形凸轮的设计方法4.4凸轮机构设计中应注意的几个问题4.5凸轮机构的常用材料和结构第4章凸轮机构4.1凸轮机构的类型及应用第4章凸轮机构

4.1.1凸轮机构的应用和组成凸轮机构广泛地应用在各种机械和自动控制装置中。如图4-1所示为内燃机配气机构。如图4-2所示为冲床送料凸轮机构。4.1凸轮机构的类型及应用

图4-1内燃机配气机构1—凸轮;2—气阀;3—机架

图4-2冲床送料凸轮机构

1—凸轮;2—送料杆;3—机架4.1.1凸轮机构的应用和组成4.1凸轮机构的类型如图4-3所示为绕线机的凸轮机构。

4.1.2凸轮机构的分类

1.按凸轮形状分类

（1）盘形凸轮具有变化向径并绕其轴线转动的盘状零件称为盘形凸轮。它是凸轮的基本形式，如图4-1、图4-3所示。

（2）移动凸轮做移动的平面凸轮。可看作是当转动中心在无穷远处时盘形凸轮的演化形式，如图4-2所示。

（3）圆柱凸轮圆柱体的表面上具有曲线凹槽或端面上具有曲线轮廓，称为圆柱凸轮。圆柱凸轮可视为将移动凸轮卷成圆柱体而成，属于空间凸轮机构，如图4-4所示。图4-3绕线机的凸轮机构1—凸轮;2—布线杆;3—绕线轴如图4-3所示为绕线机的凸轮机构。图4-3绕线

2.按从动件的端部结构分类

（1）尖顶从动件

如图4-5（a）所示。

（2）滚子从动件如图4-5（b）所示。

（3）平底从动件如图4-5（c）所示。图4-4圆柱凸轮机构（进刀机构）

图4-5从动件的端部结构形式2.按从动件的端部结构分类图4-4圆柱凸轮机构（进

3.按从动件的运动方式分类

（1）移动从动件如图4-1所示。从动件做往复直线移动。

（2）摆动从动件如图4-3所示。从动件做往复摆动。

4.按锁合方式分类使从动件与凸轮轮廓始终保持接触的特性称为锁合。

（1）力锁合利用重力、弹簧力或其他力锁合。如图4-1所示，凸轮机构利用弹簧力锁合。

（2）形锁合利用凸轮和从动件的特殊几何形状锁合。如图4-4所示。3.按从动件的运动方式分类

4.2.1凸轮机构运动分析的基本概念

在凸轮机构中，从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线的形状。结合凸轮轮廓，分析从动件的位移、速度、加速度的运动规律，称为凸轮机构的运动分析。如图4-6所示为对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构。

4.2凸轮机构的从动件常用运动规律4.2.1凸轮机构运动分析的基本概念4.2凸以凸轮轮廓上最小向径r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆,r0称为基圆半径。点A为凸轮轮廓曲线的起始点，也是从动件所处的最低位置点。当凸轮以等角速度ω1顺时针转过角θ0时，从动件尖顶与凸轮轮廓AB段接触并按一定的运动规律上升至最高位置B′。从动件由最低位置点A升至最高位置点B′的运动过程称为推程，从动件移动的最大位移h称为行程，对应的凸轮转角θ0称为推程运动角。从动件处于最高位置点静止不动，这一过程称为远休止过程，对应的凸轮转角θs

称为远休止角。从动件由最高位置点降至最低位置点的运动过程称为回程,对应的凸轮转角θh

称为回程运动角。综上所述，从动件的运动取决于凸轮轮廓曲线的形状。以凸轮轮廓上最小向径r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆

4.2.2从动件的常用运动规律

1.等速运动规律从动件在运动过程中，运动速度为定值的运动规律，称为等速运动规律。从动件用凸轮转角表示的运动方程为s=(h/θ0)θv=(h/θ0)ω1=v0a=0同理可推出回程从动件的运动方程为s=h(1-θ/θh)v=-(h/θh)·ω1a=0

4.2.2从动件的常用运动规律如图4-7所示为等速运动规律的位移、速度、加速度线图。对于等速运动，在运动的起点和终点，由于从动件速度的突变，理论上加速度可以达到无穷大，将产生极大的惯性力，导致机构产生强烈的冲击。

2.等加速等减速运动规律从动件在前半行程做等加速运动，后半行程做等减速运动，两部分加速度的绝对值相等，这种运动规律称为等加速等减速运动规律。图4-7等速运动规律的位移、速度、加速度线图

如图4-7所示为等速运动规律的位移、速度、加速度线图

推程中，前半推程:s=(2h/θ20)θ2

v=(4hω1/θ20)θa=(4hω21/θ20)

后半推程:

s=h-(2h/θ20)（θ0

-θ）2v=(4hω1/θ20)（θ0-θ）a=-(4hω21/θ20)

图4-8所示为等加速等减速运动规律的位移、速度、加速度线图。(0≤θ≤θ0/2)（推程等加速段）

(θ0/2≤θ≤θ0)（推程等减速段）推程中，前半推程:(0≤θ≤θ0/2)(θ0/2

等加速等减速运动规律在运动的开始点、中间点和终止点,从动件的加速度突变为有限值，将产生有限的惯性力，从而引起冲击。这种从动件在某瞬时加速度发生有限值的突变所引起的冲击称为柔性冲击。因此等加速等减速运动规律适用于中速场合。图4-8等加速等减速运动规律的位移、速度、加速度线图图4-8等加速等减速运动规律的位移、速度、加速度线图

3.简谐运动规律从动件的加速度按余弦规律变化的运动规律称为简谐运动规律。加速度曲线为半个周期的余弦曲线，位移曲线为简谐运动曲线。图4-9所示为简谐运动规律的位移、速度、加速度线图。简谐运动规律在运动起始和终止位置，加速度曲线不连续,存在柔性冲击，因此，简谐运动规律适用于中速场合。但若从动件仅做升—降—升连续运动（无休止），加速度曲线变为连续曲线，则无柔性冲击，可用于高速场合。3.简谐运动规律在工程上，除上述几种常见运动规律外，为了避免冲击，还可应用正弦加速度等运动规律，或者将几种曲线组合起来加以应用。在选择从动件的运动规律时，不仅要考虑刚性冲击和柔性冲击，而且还要注意各种运动规律的最大速度vmax和最大加速度amax

的影响。在凸轮机构中如果从动件的质量较大，最大速度vmax和最大加速度amax也较大，将引起很大的刚性冲击，同时对机构的强度、磨损都有较大的影响。现将几种常用运动规律的特点和适用范围列于表4-1中，供选择从动件运动规律时参考。(见教材P43页)在工程上，除上述几种常见运动规律外，为了避免冲击，还4.3.1图解法设计盘形凸轮轮廓曲线利用与凸轮转向相反的方法逐点按位移曲线绘制出凸轮轮廓曲线的方法称为反转法。

1.对心尖顶直动从动件盘形凸轮已知基圆半径r0=40mm，凸轮按逆时针方向转动，从动件的行程h=20mm，运动规律如下:4.3盘形凸轮的设计方法图4-10反转法原理

4.3.1图解法设计盘形凸轮轮廓曲线4.3盘形凸如图4-11所示，作图程序如下:

（1）选择比例尺μL

、μθ

，作从动件位移曲线。（2）用同一长度比例尺绘制基圆。（3）自OA0

沿ω的相反方向（顺时针方向）量取角度θ0=120°,θs=30°,θh=60°,θj=150°,并将它们各分成与位移曲线对应的若干等份，得A1、A2、A3、……，并连接OA1、OA2、OA3、……,延长各径向线，它们便是反转后从动件导路中心线的各个位置。（4）在位移曲线中量取各个位移量，并取A1A1′=11′、A2A2′=22′、A3A3′=33′、……，凸轮转角θ0°～120°120°～150°150°～210°210°～360°从动件的运动规律等速上升20mm停止不动等速下降至原来位置停止不动凸轮转角θ0°～120°120°～于是得反转后从动件尖顶的一系列位置A1′、A2′、A3′、……。（5）将A1′、A2′、A3′、……用平滑的曲线连接起来，即为所求的凸轮轮廓曲线。图4-11对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的画法于是得反转后从动件尖顶的一系列位置图4-11对心尖

2.对心直动滚子从动件盘形凸轮对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制可以分为两个步骤，如图4-12所示:

（1）将滚子的中心看作是尖顶从动件的尖顶，按前述方法,绘制尖顶从动件凸轮轮廓曲线，该曲线称凸轮的理论轮廓曲线。（2）以理论轮廓曲线上各点为圆心，以滚子半径rT为半径，作一系列的滚子圆，然后作这些滚子圆的内包络线，此包络线即为所求的滚子从动件凸轮轮廓曲线，称为凸轮的实际轮廓曲线。图4-12对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的画法

2.对心直动滚子从动件盘形凸轮图4-12对心直动滚

用作图法设计凸轮轮廓曲线时应注意:

（1）基圆是指凸轮理论轮廓曲线上的基圆。（2）凸轮理论轮廓曲线与实际轮廓曲线是等距曲线。

4.3.2解析法设计凸轮轮廓用图解法设计凸轮轮廓简便直观，但精确度不高，故只适用于对从动件运动规律要求不太严格的地方。对于转速及精度要求高的凸轮机构，如高速的凸轮靠模、检验凸轮用的样板凸轮等，必须用解析法进行精确设计，以提高凸轮轮廓的设计精度。用作图法设计凸轮轮廓曲线时应注意:

4.4.1滚子半径的选择设理论轮廓曲线上最小曲率半径为ρmin

，滚子半径为rT,对应的实际轮廓曲线的曲率半径为ρa,它们之间关系如图4-15所示。

4.4凸轮机构设计中应注意的几个问题

图4-15滚子半径的选择

4.4.1滚子半径的选择4.4凸轮机构设计中应

1.凸轮理论轮廓的内凹部分由图4-15（a）可得

ρa=ρmin+rT

可知，实际轮廓曲线曲率半径总大于理论轮廓曲线曲率半径。因此，不论选择多大的滚子，都能作出实际轮廓曲线。

2.凸轮理论轮廓的外凸部分由图4-15（b）～图4-15（d）可得ρa=ρmin–rT当ρmin>rT时，则有ρa>0，实际轮廓曲线为一平滑的曲线.当ρmin=rT时，则有ρa=0，凸轮实际轮廓曲线出现了尖点.

当ρmin<rT时，则有ρa<0，凸轮实际轮廓曲线不仅出现尖点，而且相交。

1.凸轮理论轮廓的内凹部分图中阴影部分的轮廓在实际加工中被切去，使从动件工作时不能到达预定的工作位置，无法实现预期的运动规律。这种现象称为运动失真。由上述可知，滚子半径rT不宜过大，否则产生运动失真，一般推荐rT≤0.8ρmin。若从结构上考虑，可使

rT=（0.1～0.15）r0。为避免出现尖点，一般要求

ρa>3～5mm。对一般机械，滚子直径可取

20～35mm。图4-16所示为理论轮廓曲线最小曲率半径为ρmin

的求法。图4-16理论轮廓曲线最小曲率半径的求法图中阴影部分的轮廓在实际加工中被切去，使从动件工作时

4.4.2压力角的校核

1.压力角与作用力的关系如图4-17所示凸轮机构，工作时，不计凸轮与从动件之间的摩擦，凸轮加给从动件的作用力F沿凸轮轮廓的法线n-n方向传递。从动件上受到的力F的方向与该力作用点的线速度v的方向之间所夹锐角α称为凸轮机构在该位置的压力角，也称为从动件的压力角。在工作过程中，压力角α是变化的。当压力角α增大到某一值时，从动件将发生自锁（卡死）现象。图4-17凸轮机构压力角

4.4.2压力角的校核图4-17凸轮机构压力角因此，设计凸轮机构时，且应使α≤［α］。

一般规定压力角的许用值如下:

对于移动从动件，在推程时［α］≤30°;对于摆动从动件，在推程时［α］≤45°;

对于靠弹簧力复位的移动或摆动从动件，在回程时可取［α］≤80°。凸轮轮廓曲线上各点的压力角α是变化的。在绘出凸轮轮廓曲线后，必须对理论轮廓曲线，特别是推程中各处压力角进行检验，以防超过其许用值。常用的简便方法如图4-18所示图4-18检验压力角因此，设计凸轮机构时，且应使α≤［α］。图4-18在凸轮机构中，最大的压力角一般存在于运动过程的起始点、终止点或速度最大的点，若测量结果超过许用值，则应考虑重新设计。通常可用加大凸轮基圆半径的方法使α减小。

4.4.3基圆半径的确定基圆半径一般可根据经验公式选择，即

r0≥0.9ds+（7～9）mm式中，ds

为凸轮轴的直径。依据选定的r0

设计出凸轮轮廓后，应进行压力角的检验，若发现αmax>［α］，则应适当增大凸轮基圆半径，重新设计。在凸轮机构中，最大的压力角一般存在于运动过程的起始点

4.5.1凸轮常用材料低速、中小载荷的一般场合，凸轮采用45钢、40Cr表面淬火（硬度40～50HRC）,亦可采用15钢、20Cr、20CrMnTi经渗碳淬火，硬度达56～62HRC。滚子材料可采用20Cr，经渗碳淬火，表面硬度达56～62HRC.也可用滚动轴承作为滚子。

4.5.2凸轮的结构

1.凸轮轴图4-19所示为凸轮和轴作成一体。这种凸轮结构紧凑，工作可靠.4.5凸轮机构的常用材料和结构

图4-19凸轮轴

4.5.1凸轮常用材料4.5凸轮机构的常用材料和

2.整体式图4-20所示为整体式凸轮，用于尺寸无特殊要求的场合。

3.镶块式如图4-21所示为镶块式凸轮，由若干镶块拼接、固定在鼓轮上。4.组合式如图4-22所示，组合式凸轮用螺栓将凸轮和轮毂联成一体，可以方便地调整凸轮与从动件起始的相对位置。

图4-20整体式凸轮

图4-21镶块式凸轮2.整体式图4-20整体式凸轮图4-21镶块除采用键联接将凸轮固定在轴上外，也可以采用紧定螺钉和锥面固定，如图4-23（a）所示，初调时用紧定螺钉定位，然后用圆锥销固定;如图4-23（b）所示采用开槽锥形套固定，调用灵活，但传递转矩不能太大。图4-22组合式凸轮图4-23凸轮在轴上的固定方式

除采用键联接将凸轮固定图4-22组合式凸轮图4-25.1螺旋机构5.2棘轮机构5.3槽轮机构5.4不完全齿轮机构第5章其他常用机构5.1螺旋机构第5章其他常用机构螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成。它主要用于将旋转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。

5.1.1螺旋机构的应用和特点如图5-1所示的机床手摇进给机构是应用螺旋机构的一个实例。

螺旋机构的主要优点:

结构简单，制造方便，能将较小的回转力矩转变成较大的轴向力，能达到较高的传动精度，并且工作平稳，易于自锁。5.1螺旋机构

图5-1机床手摇进给机构1—螺杆;2—螺母;3—机架螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成。它主要用于将旋转运动

它的主要缺点:摩擦损失大，传动效率低，因此一般不用来传递大的功率.

5.1.2螺旋机构的形式

1.单速式螺旋机构如图5-2所示台虎钳所用的螺旋机构是另一种单速式螺旋机构。

2.差速式螺旋机构如图5-3所示为差速式螺旋机构（亦称差动螺旋）简图。

3.增速式螺旋机构如图5-4所示为增速式螺旋机构简图。图5-2台虎钳

1—螺杆;2—活动钳口;3—固定钳口它的主要缺点:图5-2台虎

5.1.3滚珠螺旋机构如图5-5所示，滚珠螺旋机构由螺母1、丝杠2、滚珠3和滚珠循环装置4等组成。

图5-3差速式螺旋机构1—螺杆;2—螺母（或滑块）;3—机架

图5-4增速式螺旋机构1—螺杆;2、2′—螺母;3—机架图5-5滚珠螺旋机构1—螺母;2—丝杠;3—滚珠;4—滚珠循环装置图5-3差速式螺旋机构图5-4增滚珠螺旋机构由于以滚动摩擦代替了滑动摩擦，故摩擦阻力小，传动效率高，运动稳定，动作灵敏，但结构复杂，尺寸较大，制造技术要求高。目前主要用于数控机床和精密机床的进给机构、重型机械的升降机构、精密测量仪器以及各种自动控制装置。5.2棘轮机构棘轮机构由棘轮、棘爪和机架组成。如图5-6所示。图5-6棘轮机构

滚珠螺旋机构由于以滚动摩擦代替了滑动摩擦，故摩擦阻力

1.单动式棘轮机构这种机构的特点是摇杆正向摆动时棘爪驱动棘轮沿同一方向转过某一角度;摇杆反向摆动时，棘轮静止。

2.双动式棘轮机构如图5-7所示。

3.可变向棘轮机构这种机构的棘轮采用矩形齿,如图5-8所示。

4.摩擦式棘轮机构如图5-9所示。图5-7双动式棘轮机构

1—摇杆;2—棘轮;3—驱动棘爪1.单动式棘轮机构图5-7双动式棘轮机构棘轮机构的结构简单，制造方便，运动可靠。齿式棘轮机构传动平稳、转角准确，但运动只能有级调节，且噪声、冲击和磨损都较大。摩擦式棘轮机构传动平稳、无噪声，可实现运动的无级调节，但其运动准确性较差。

图5-8可变向棘轮机构

图5-9摩擦式棘轮机构1—摇杆;2—驱动偏心楔块;3—摩擦轮;4—止动楔块;5—机架图5-8可变向棘轮机构图5-9摩擦式棘轮机构因此，棘轮机构常用于速度较低和载荷不大的场合，实现机械的间歇送料、分度、制动和超越离合器等运动。如：自动线上的浇注输送装置（如图5-10所示）；牛头刨床的横向进给机构（如图5-11所示）。图5-10自动线上的浇注输送装置图5-11牛头刨床的横向进给机构

因此，棘轮机构常用于速度较低和载荷不大的场合，实现机槽轮机构由带圆销的主动拨盘1、具有径向槽的从动槽轮2和机架组成，如图5-12所示。拨盘上的圆销可以是一个，也可以是多个。5.3槽轮机构

（a）圆销进入径向槽（b）圆销退出径向槽图

5-12单圆销外啮合槽轮机构

1—主动拨盘;2—从动槽轮槽轮机构由带圆销的主动拨盘1、具有径向槽的从动槽轮2如图5-13所示为双圆销外啮合槽轮机构，此时拨盘转动一周，槽轮转动两次。槽轮机构的结构简单，制造方便，转位迅速，工作可靠，外形尺寸小，机械效率高，因此在自动机械中得到广泛应用。如图5-14所示为槽轮机构在电影放映机中的应用情况。如图5-15所示为C1325单轴转塔自动车床的转刀架及转位机构。图5-13双圆销外啮合槽轮机构图5-14电影放映机中的槽轮机构

如图5-13所示为双圆销外啮图5-13双圆销外啮合图5-15自动车床上的槽轮机构5.4不完全齿轮机构如图5-16所示的外啮合不完全齿轮机构，由具有一个或几个齿的不完全齿轮1、具有正常轮齿和带锁止弧的齿轮2及机架组成。5.4不完全齿轮机构如图5-16所示的外啮合不完全不完全齿轮机构有外啮合和内啮合两种类型。一般常用外啮合形式。不完全齿轮机构与其他间歇运动机构相比，

优点是：结构简单，制造方便，从动轮的运动时间和静止时间的比例不受机构的限制;

缺点是：从动轮在转动开始和终止时，角速度有突变，冲击较大，故一般只用于低速轻载场合。

图5-16外啮合不完全齿轮机构1—不完全齿轮;2—带锁止弧的齿轮

不完全齿轮机构有外啮合和内图5-16外啮合不6.1带传动的类型．特点及应用6.2带传动的受力分析和应力分析6.3带传动的弹性滑动和传动比6.4

V带与V带轮6.5

V带传动的失效形式及设计计算6.6带传动的张紧．安装与维护6.7链传动简介第6章带传动和链传动6.1带传动的类型．特点及应用第6章带传动和链传动如图6-1所示，带传动是由主动轮1、从动轮2及传动带3组成。带是挠性件，张紧在两轮上，通过它将主动轮1的运动和动力传递给从动轮2。6.1.1带传动的类型和应用根据工作原理，带传动可分为两类，即靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动的摩擦带传动（如图6-1（a）所示）；6.1带传动的类型、特点及应用图6-1带传动

如图6-1所示，带传动是由主动轮1、从动轮2及传动靠带内侧的凸齿与带轮外缘上的齿槽直接啮合实现传动的啮合带传动，如图6-1（b）所示。

1.平带传动如图6-2（a）所示，截面形状为矩形，其工作面为内表面.常用的平带为橡胶帆布带。平带传动多用于中心距较大的场合.

2.V带传动截面形状为等腰梯形，其工作面为两侧面，如图6-2（b）所示。V带与平带相比，当量摩擦系数大，能传递较大的功率，且结构紧凑，在机械传动中应用最广。

图6-2摩擦带传动的类型靠带内侧的凸齿与带轮外缘上的齿槽直接啮合实现传动的啮

3.多楔带传动如图6-2（c）所示，它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。多楔带能传递的功率更大，且能避免多根V带长度不等而产生的传力不均的缺点。故适用于传递功率较大且要求结构紧凑的场合。

4.圆带传动横截面为圆形，如图6-2（d）所示。常用于小功率传动，如仪表、缝纫机、牙科医疗器械等。

6.1.2带传动的特点（1）弹性带可缓冲吸振，故传动平稳，噪声小。（2）过载时，带会在带轮上打滑，从而起到保护其他传动件免受损坏的作用。3.多楔带传动（3）带传动的中心距较大，结构简单，制造、安装和维护较方便，且成本低廉。（4）由于带与带轮之间存在弹性滑动，导致速度损失，传动比不稳定，且传动效率较低。（5）带为非金属元件，不宜用在酸、碱等恶劣工作环境下.带传动适用于要求传动平稳，但传动比要求不严格且中心距较大的场合。一般带速v=5～25m/s，传动比i≤7，传递功率P<50kW。6.2带传动的受力分析和应力分析

6.2.1带传动的受力分析如图6-3(a)所示，传动带必须以一定的张紧力安装在带轮上.（3）带传动的中心距较大，结构简单，制造、安装和维护较

不工作时，带两边承受相等的拉力，称为初拉力F0。

工作时，由于带和带轮接触面间产生摩擦力，绕入主动轮的一边被拉紧，拉力由F0

增大到F1，称为紧边;离开主动轮的一边被放松，拉力由F0减小为F2，称为松边，如图6-3(b)所示。

影响带所传递的圆周力F的因素有:

（1）初拉力F0F与F0成正比，初拉力F0越大，F就越大。但F0过大会加剧带的磨损，致使带过快松弛，缩短其工作寿命。图6-3带传动的受力分析

图6-3带传动的受力分析

（2）摩擦系数ff越大，摩擦力也越大，F就越大。V带因用当量摩擦系数fv

取代平带的摩擦系数f（fv>f），所以V带传递能力高于平带。（3）包角αF随α的增大而增大。由于大带轮的包角α2大于小带轮的包角α1，故打滑首先发生在小带轮上。一般要求α1≥120°。

可得带传动在不打滑条件下所能传递的最大圆周力为

Fmax=F1（1-1/efα）

6.2.2带传动的应力分析

1.由紧边拉力和松边拉力产生的拉应力紧边拉应力

σ1=F1/A松边拉应力σ2=F2/A

（2）摩擦系数ff越大，摩擦力也越大，F就越大。式中:A为带的横截面面积。因为F1>F2

，所以σ1>σ2