机械设计基础【全套课件463P】(杨可桢版)

机械设计基础【全套课件463P】(杨可桢版)第一页，共464页。机械设计基础第二页，共464页。研究对象和内容课程特点和学习要求一、研究对象和内容1.实物组合

2.各实物间有确定的运动

3.做有用功或转换能量机器:机构:金属切削机床内燃机汽车拖拉机起重机…机器种类:－具备1、2特征－利用机器来减轻劳动和提高生产率零件－制造单元第一章绪论第三页，共464页。运动单元：1.箱体2.活塞3.连杆4.曲轴5、6.齿轮7.凸轮8.推杆机构和机器的总称机械构件由零件（制造单元）组成。(齿轮5由许多零件组成)轴、轴承、套筒等→轴系零件齿轮→传动件键→联接件(齿轮机构由三个构件组成－1、5、6)机构由构件（运动单元）组成，最基本→的通用零件构件5←(齿轮5)机器由机构(连杆机构、凸轮机构、齿轮机构)组成第四页，共464页。机器具有确定的相对运动、完成机械功或转换机械能的组合体机构具有确定的相对运动组合体，是机器所共有的组成部分构件运动的单元零件制造的单元二、学习内容

1.常用机构(组成原理、运动学和动力学)－机械原理

连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构…

2.通用零件（设计与计算）－机械设计

联接：螺纹联接、键联接、销联接…

传动:带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动

轴与轴系零部件:轴、轴承、联轴器

其它:弹簧…第五页，共464页。传动零件轴系零件联接零件附件机架第六页，共464页。基础：制图、力学、金属工艺学...机械设计基础是技术基础课专业课三、课程的地位四、学习方法（机械原理）•培养运动想象力•培养各学科知识综合应用能力•步步为营1.基本概念:机器、机构、构件、零件2.机器、机构的基本特征第七页，共464页。第二章平面连杆机构主要内容:1.平面四杆机构的基本型式及演变

2.平面四杆机构主要特性

3.平面四杆机构的设计本章重点:平面四杆机构主要特性和设计本章难点:平面四杆机构的设计第八页，共464页。本章主要内容铰链四杆机构的基本型式铰链四杆机构有整转副的条件铰链四杆机构的演变

平面四杆机构的设计第二章平面连杆机构第九页，共464页。

平面机构+低副联接(转动、移动副)

最常用→平面四杆机构（四个构件→四根杆)平面连杆机构－→铰链四杆机构（全由转动副相联）基本类型(二)曲柄摇杆机构的主要特性(－)铰链四杆机构§2-1铰链四杆机构的基本型式

p.20

第十页，共464页。1234ABCD连杆连架杆连架杆机架曲柄摇杆(摆杆)(整转)(摆转)机架、连杆、连架杆(－)铰链四杆机构p.20机架－参考系（固定件）连架杆－与机架相联连杆－不与机架相联基本构件曲柄：可回转360°的连架杆摇杆：摆角小于360°的连架杆滑块：作往复移动的连架杆连架杆－全由转动副相联的平面四杆机构第十一页，共464页。一.铰链四杆机构基本类型（按连架杆类型）一曲一摇二曲二摇二.(铰链四杆机构)演变类型第十二页，共464页。(天线→摇杆)→调整天线俯仰角的大小图2-3雷达调整机构放映机1234ABCD1.曲柄摇杆机构：连架杆

┌曲柄→(一般)原动件→匀速转动└摇杆→(一般)从动件→变速往复摆动第十三页，共464页。2.双曲柄机构：

连架杆均为曲柄→┌主动曲柄:匀速转动

└从动曲柄:变速转动例:惯性筛中的铰链四杆机构→从动曲柄3变速转动→使筛子6产生加速度→使不同材料因惯性不同而筛分第十四页，共464页。3.双摇杆机构－连架杆均为摇杆

例:门式起重机的变速机构:CD(杆3)为原动件,悬挂重物的E点在连杆上→保持E点运动轨迹在近似水平线上。（平移货物→平稳、减小能量消耗）DCBA第十五页，共464页。偏心轮机构→铰链四杆机构（全由转动副相联）二.(铰链四杆机构)演变类型14ABC2314ABC231234ABCD曲柄滑块机构导杆机构第十六页，共464页。二.死点位置三.压力角和传动角（二）曲柄摇杆机构的主要特性P.21一.急回运动:

工作行程:

空回行程:B2→B1(φ

2)→C2→C1(ψ)∵φ1＞φ2,而ψ不变B1→B2(φ1)→摇杆C1→C2(ψ)→工作行程时间＞空回行程时间

曲柄(主)匀速转动(顺)摇杆(从)变速往复摆动图2-4曲柄摇杆机构φ1φ2ψ极位:

曲柄与连杆共线(B1、B2)→摇杆极位C1、C2→缩短非生产时间,提高生产率例：牛头刨床、往复式输送机第十七页，共464页。其运动特性→行程速度变化系数(行程速比系数)Kθ－极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角)θ↑→K↑→急回运动性质↑(2-2)(2-1)曲柄摇杆机构曲柄主动→急回图2-4曲柄摇杆机构φ1φ2ψ第十八页，共464页。二.死点位置

p.22第6从动件与连杆共线→卡死

当摇杆为主动件,而曲柄AB与连杆BC共线时(摇杆CD处于极位)→CD(主)通过连杆加于曲柄的驱动力F正好通过曲柄的转动中心A→不能产生使曲柄转动的力矩。图2-4曲柄摇杆机构图2-5→机构运动卡死机构运动不确定存在死点条件：有极限位置（从动件与连杆共线）措施曲柄摇杆机构摇杆主动→死点死点→飞轮自身惯性第十九页，共464页。三、压力角和传动角

p.22倒6,图2-71.压力角α－2.传动角γ－：BC是二力杆,驱动力F沿BC方向

作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度VC之间所夹的锐角。

连杆与从动杆所夹锐角

γ↑→有效力F·sinγ↑→γ≥40°α↓→有效力F·cosα↑→（方便）传动角γ=90°－α(α的余角)α作业：2-3,2-4p.35γBCA→压力角αVCFVC沿导轨(⊥CD)FVCαγABCD

分析第二十页，共464页。压力角（）：从动件受力作用点的速度方位线与力的作用线所夹的锐角。死点：

=90°传动角：

=90°－

压力角越小(即传动角越大)，有用的分力越大。所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。第二十一页，共464页。二.曲柄存在条件：§2-2铰链四杆机构有整转副的条件

P.25

－取决于机构各杆的相对长度和机架的选择ADBB’B”CC’C”例:AB＝22,BC＝50,CD＝38,AD＝45→三式相加→┌

l1≤l2│l1≤l3└l1≤l4当杆1处于AB”位置→△AC”D→l1＋l2≤l3＋l4

(2-6)→┌(l2－l1)＋l3≥l4→┌l1＋l4≤l2＋l3

(2-3)└(l2－l1)＋l4≥l3└l1＋l3≤l2＋l4

(2-4)当杆1处于AB’位置→△AC’D(曲柄l1,连杆l2,摇杆l3,机架l4)当AB能摆至与连杆共线的极位AB’及AB”时→能顺利通过→整转副。曲摇机构L1最短一.分析:第二十二页，共464页。二.曲柄存在条件：（转动副为整转副）1.曲柄存在条件:2.推论:实例分析:AB＝70,BC＝90,CD＝110,AD＝40(1)最短与最长杆之和小于其它两杆之和(2)最短的构件在连架杆或机架上(满足条件1)(1)最短杆在机架上

(2)最短杆在机架邻边

(3)最短杆在机架对边→双曲柄机构→曲柄摇杆机构→双摇杆机构∵AD＋CD＝40＋110＝150＜AB＋BC＝160当：①AD为机架②AB或DC为机架③BC为机架→双曲柄～→曲柄摇杆～→双摇杆～作业2-1p.35ABCD第二十三页，共464页。§２－３铰链四杆机构的演变

ｐ.26

铰链四杆机构→

图2-14┌(全)转动副连接└各杆长不变铰链四杆机构↘曲柄滑块机构↗图2-23p.29导杆机构(曲柄AB→机架)图2-15.b摇块机构(连杆BC→机架)图2-15.C→扩大回转副→偏心轮机构ABCDCAB→杆长(固定杆)可变→移动副(一个)定块机构(滑块C→机架)图2-15.d→曲柄滑块机构曲柄滑块机构(变更机架)→第二十四页，共464页。一.曲柄滑块机构：ｐ.27图2－14c、d压力角α、传动角γ:偏置曲柄滑块机构

e摇杆3的运动轨迹为圆弧(半径l3)l3l3曲柄摇杆机构对心曲柄滑块机构→将l3↑无穷大→滑块C(直线)→曲柄滑块机构Ceααγγ第二十五页，共464页。二、导杆机构

ｐ.26曲柄滑块机构(曲柄→机架)导杆机构当机架＜曲柄

机架＞曲柄∵最短＋最长杆＜其它两杆之和转动导杆机构摆动导杆机构两连→曲柄？架杆摇杆？机架邻边机架最短杆在→双曲柄→转动导杆机构→一个曲柄→摆动导杆机构γα=0°第二十六页，共464页。摇块机构→滑块摆动

图2－15ｃ,2－17→滑块为固定件图2－15ｄ,2－18→滑块移动＋摆动

图2－16,2－15ｂ→滑块移动

图2－15ａ三、摇块、定块机构

ｐ.27曲柄滑块机构CABCABCABCAB曲柄滑块机构导杆机构摇块机构定块机构导杆机构定块机构第二十七页，共464页。摇块机构定块机构第二十八页，共464页。(铰链四杆、曲柄滑块～)(曲柄很短时→偏心轮机构)→偏心距=ｅ=曲柄长铰链四杆、曲柄滑块机构→(扩大回转副)偏心轮机构四、偏心轮机构

图2－23图Cp.29ABC→偏心轮机构回转副B(半径↑)＞曲柄长AB曲柄ABCe第二十九页，共464页。五.平面四杆机构的特点及应用

1)低副，成本低，精度高；2)面接触,利于润滑及减少磨损,传载大,可靠性高。1.特点:1）实现已知运动规律2）实现给定点的运动轨迹不能精确实现任意运动规律。缺点:2.应用:优点第三十页，共464页。1.手动冲床：←两个四杆机构组成（双摇杆～+摇杆滑块机构）2.筛料机构：六杆机构←两个四杆机构组成（双曲柄～

+曲柄滑块～）应用:第三十一页，共464页。2-4平面四杆机构的设计

P.30根据给定的运动条件→运动简图的尺寸参数→解析法→精确作图法→直观实验法→简便※一.按照给定的行程速比系数设计四杆机构(作图法)二.按给定连杆位置设计四杆机构(作图法)三.按给定两连架杆对应位置设计四杆机构(解析法)四.按给定点的运动轨迹设计四杆机构(实验法)实现已知(从动件)运动规律

(位置,速度,加速度)实现给定点的运动轨迹√√×第三十二页，共464页。一.按照给定的行程速比

系数设计四杆机构:1.曲柄摇杆机构:2.导杆机构→∠C1PC2=θ(1)可求出极位夹角θ分析:(2)∠C1AC2=θ→如果三点位于同一圆上,θ是C1C2弧上的圆周角→如何作此圆

(未知A点)→连OC2交圆于P点∠C2C1P=90°∠C1C2P=90°－θP点→可作PO已知:摇杆长度L3,行程速比系数K,摆角φθθφC2ADB1B2C1第三十三页，共464页。解:(1)任选D点,作摇杆两极位C1D和C2DOθθAB1B2φC2DC1(2)过C1作C1C2垂线C1M(3)过C1、C2、

P作圆(4)AC1=L2－L1,AC2=L2+L1→L1=1/2(AC2－AC1)→无数解以L1为半径作圆,交B1,B2点→曲柄两位置MN在圆上任选一点AC1M与C2N交于P点作∠C1C2N=90－θ,P第三十四页，共464页。2.导杆机构:P.31已知:机架长L4,K解:(1)任选固定铰链中心C→

作导杆两极位Cm和Cn

φ=θ(2)作摆角φ的平分线AC,取AC=L4→

固定铰中心A(3)过A作导杆极位垂线

AB1(AB2)→L1=AB1→唯一解CmnφAB1B2CmnφAB1B2θ第三十五页，共464页。●DB1C1B2C2无穷多个解A●ABCD步骤：

1、连接B1B2,C1C22、作B1B2,C1C2中垂线

3、在中垂线上取一点作A,D4、连AB1C1D二.按给定连杆位置设计四杆机构1.已知:连杆BC长L2及连杆两个位置B1C1,B2C2固定铰A必在B1B2垂直平分线上同定铰D必在C1C2............分析(1)连接B1B2,C1C2并作其垂直平分线b12,c12(2)在b12线上任取一点A,在C12...任取一点D解:第三十六页，共464页。连杆给定的三个位置

铰点已给定B1C1B2C2B3C3ADABCD步骤：1.连接B1B2,B2B3

,C1C2,C2C32.作各连线中垂线

3.B1B2,B2B3中垂线之交点即为点A4.C1C2,C2C3中垂线之交点即为点D5.连接AB1C1D即为所求2.已知:连杆BC长L2及连杆三个位置B1C1,B2C2,B3C3(选作)作业2-6(1)P.36唯一解第三十七页，共464页。

图2-33步进式传送机构

图2-35连杆曲线图谱图2-34描绘连杆曲线工具四.按给定点的运动轨迹

设计四杆机构P.34第三十八页，共464页。

小结:1.基本概念：连架杆，连杆，曲柄，摇杆、压力角、传动角，死点，急回运动（会作图）２.基本内容：①平面四杆机构的基本型式及其演化方法、演变型式（作图）②曲柄存在条件→判别机构类型③平面四杆机构的设计(作图法)

第三十九页，共464页。第三章凸轮机构主要内容:1.凸轮机构的类型、特点

2.常用从动件运动规律及运动线图的绘制

3.凸轮轮廓曲线的设计本章重点:

从动件运动线图的绘制凸轮轮廓曲线的设计本章难点:

从动件运动线图的绘制第四十页，共464页。第三章凸轮机构

p.38§3-1凸轮机构的应用和分类型§3-2从动件的常用运动规律§3-4图解法设计凸轮轮廓第四十一页，共464页。凸轮：外型按一定运动规则建立起来的构件，对从动件运动起着决定性作用。优点:

可实现各种复杂的运动要求,结构简单、紧凑。缺点：点、线接触，易磨损，不适合高速重载。适传递运动，不宜传递动力。凸轮:具有曲线轮廓的原动件从动杆:运动规律受凸轮限制机架(一)特点和应用(二)分类

§3-1凸轮机构的应用和类型第四十二页，共464页。(二)分类滚子摆动从动杆圆柱凸轮机构盘形、圆柱1)按照凸轮形状分类:注意:设法使凸轮与从动件始终保持接触←重力、弹簧力、凸轮上的凹槽。2)按照凸轮的运动方式分类:3)按照从动件形状分类:4)按照从动件运动方式分类:旋转、移动尖顶、平底、滚子移动、摆动第四十三页，共464页。注意：设法使凸轮与从动件始终保持接触←重力、弹簧力、凸轮上的凹槽。凸轮的轮廓线是按照从动件的运动规律来设计的→介绍常用的第四十四页，共464页。(二)从动件的运动规律§3－2从动件的常用运动规律p.39(一)凸轮运动常用术语：图3-5p.40基圆：推程：升程ｈ：推程运动角δt：回程；回程运动角δh远休止角δS:近休止角δS′:位移Ｓ2:以轮廓的最小向径所作的圆rmin－基圆半径

从动件在最远不动转角BC。:最近位置不动的转角DA。推程所移动的距离。

与推程对应的凸轮转角。

从动件移动的距离→Ｓ2

是时间的函数从动件从离回转中心最近→最远的这一过程。第四十五页，共464页。重点：如何根据从动件的运动规律（Ｓ2与δ1

函数关系）作运动线图→有几种？特点？Va

Sh∞－∞→等速运动、等加速等减速、简谐运动等速运动

1.分析:

图3-6

凸轮作等速运动→从动件也作等速运动V2=C启动瞬间:终止瞬间:→刚性冲击a由0→∞速度由V2→0,a由0→－∞速度由0→V2,(二)从动件的运动规律→用运动线图来表示凸轮的外型←第四十六页，共464页。10mmS2δ1120°40°120°80°2.作运动线图:

Ｔ－推程运动时间→在启动与终止段用其它运动规律过渡→适于低速、轻载、从动杆质量不大，有匀速要求。h例：已知从动件作等速运动,ｈ＝20mm，δt＝120°,δS＝40°,δh＝120°,δs′＝80°,作运动线图。取作图比例μl第四十七页，共464页。二、等加速等减速

p.41图3-7

每一行程（推程或回程）的前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动SVa→a有有限值的突变→无速度突变，无刚性冲击→柔性冲击→中低速凸轮机构推程:前半行程→等加速后半行程→等减速回程:前半行程→等加速后半行程→等减速从动件位移函数关系：(V0=0,等加速等减速

)第四十八页，共464页。→位移1:4:9→推程前半行程取χ=3149推程后半段等减速(取χ=3)→对应的Ｓ2X为9:4:1S0h/2h当时间为→1:2:3:4位移为→1:4:9:16V0=0,等加速等减速

作图:(推程)前半行程(h/2)→等加速后半行程(h/2)→等减速→将每半行程时间分为χ(4)份→位1:4:9:16

移16:9:4:1第四十九页，共464页。三.简谐运动

p.42图3-8注意:实际上,从动件在推、回程的运动规律并非相同。分析:作图:图3-8点在圆周上作匀速运动,它在这个圆的直径上的投影所构成的运动。凸轮作匀速运动,S2按余弦规律变化→余弦加速度运动→始点与终点有柔性冲击。第五十页，共464页。二.直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制三.摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制四.设计凸轮注意事项§3-4图解法设计凸轮轮廓p.44相对运动原理

（解析法、作图法）反转法：给整个机构加-ω运动凸轮不动，机架反转，推杆作复合运动一.设计方法的原理→按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓第五十一页，共464页。一.直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制:1.尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮:1234567891011122.滚子(对心直动)从动件3.平底(对心直动)从动件第五十二页，共464页。1.尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮:已知:rmin、h、w1、从动杆运动规律凸轮转角从动杆运动0180

等速上升h180

210

上停程210

300

等速下降

300

360

下停程解:1.作位移曲线(取比例μl)S2103600180021003000h1234567891011122.等份S2-

1图w10123456789103.作基圆(注意比例一致)4.-

等份基圆得导轨5.量取相应位移6.作轮廓线注意比例一致11h第五十三页，共464页。2.滚子(对心直动)从动件:按尖顶从动件作凸轮轮廓线β0(理论轮廓)nn理论廓线β0实际廓线β→以β0各点为圆心作圆(滚子半径为径)→作这些圆的包络线β(实际轮廓)第五十四页，共464页。3.平底(对心直动)从动件图3-14p.46按尖顶从动件作理论轮廓线一系列点A0,A1,A2,....→过各点作作各位置的平底A0B0,A1B1,A2B2......→作这些平底的包络线→实际轮廓实际廓线βA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10w1第五十五页，共464页。三.摆动从动件盘形凸轮

轮廓的绘制:图3-15w1rminLoAA0A1A2A3OAO21第五十六页，共464页。已知:rmin、LOA、w1

、从动件长LAB、从动杆运动规律A0A1A2A3A4A5w1212223LAB

解:1.作位移曲线2.等份S-

图3.作基圆4.-等份基圆得从动杆的回转中心5.量取相应转角6.作轮廓线21012345678910B0B1B2OB3第五十七页，共464页。四.设计凸轮注意事项P.47第12r>0要求r<0r：滚子半径;

0：理论轮廓的曲率半径；

：实际轮廓的曲率半径。

=0-rr=r0

-r变尖→失真0rr

过小→滚子及滚子销的强度会不够一般:r=0.1~0.5rmin,

且r≤0.8r0min并使rmin>1～5

mmr

过大→凸轮工作廓线变尖或失真1.合理选择滚子的半径第五十八页，共464页。基圆半径↑→2.合理选用基圆半径推程廓线平缓↑结构↑→消除运动失真消除运动失真：减小滚子半径或加大基圆半径第五十九页，共464页。作业:设计一尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓。已知凸轮作顺时针等速转动,从动件推程作匀加速匀减速运动,回程作简谐运动。已知:rmin=35mm,h=40mm,δt=120°,δh=120°,δs′=120°小结:1.基本概念:①术语:推程,回程,推程(回程)运动角,

远(近)休止角,升程,基圆,向径②运动线图2.基本内容:①凸轮,从动件的分类②三种运动规律线图的绘制③对心直动从动件盘形凸轮轮廓的图解法第六十页，共464页。第四章齿轮机构主要内容:1.齿轮机构类型、特点、啮合的基本定律

2.渐开线齿轮的形成、特点、尺寸计算

3.一对渐开线齿轮的啮合

4.齿轮的加工及变位本章重点:

渐开线齿轮的尺寸计算、一对渐开线齿轮的啮合本章难点:

一对渐开线齿轮的啮合第六十一页，共464页。第四章齿轮机构§4-1齿轮机构的特点和类型§4-3渐开线齿廓(常用齿廓)§4-4渐开线标准齿轮各部分名称及基本尺寸§4-5渐开线标准齿轮的啮合§4-6渐开线齿轮的切齿原理§4-7根切现象,最少齿数及变位齿轮§4-8平行轴斜齿齿轮机构§4-9圆锥齿轮机构第六十二页，共464页。§4-1齿轮机构的特点和类型p.52（一）特点（二）分类优点：传动比恒定、适用圆周速度和功率范围广、效率高、结构紧凑、工作可靠且寿命长。缺点：制造安装精度高、成本高、不适宜传递远距离的运动。

应用最广的传动机构之一，用来传递空间任意两轴的运动和动力。第六十三页，共464页。（二）分类

p.53一、按两轴的相对位置直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动人字齿轮传动外啮合齿轮传动内啮合齿轮传动齿轮与齿条传动圆柱齿轮传动相交轴：交错轴:齿轮传动最基本的要求：瞬时传动比恒定、承载力强平行轴圆锥齿轮传动(直齿、曲齿)交错轴斜齿轮、蜗杆传动→工程上常用渐开线、摆线、圆弧齿齿廓第六十四页，共464页。

当一直线在一圆周上作纯滚动时，此直线上任一点的轨迹称该圆的渐开线。渐开线B(一)渐开线的形成及特性发生线基圆F向径展角压力角aKaKqKK基圆半径

rbVKrKrbAK点的压力角k=cos-1(rb/rk)压力角－渐开线上任一点法向压力的方向与该点速度

方向之间的夹角。渐开线齿廓上各点压力角不等,rk愈大→k愈大(二)渐开线的性质§4-3渐开线齿廓(常用齿廓)

p.54第六十五页，共464页。(二)渐开线的性质p.545.

基圆内无渐开线KABaKαKrbrk

1.BK=AB2.法线切于基圆3.B是曲率中心,BK是(K点)曲率半径4.形状取决于基圆半径→rb↑ρk↑(愈平直)

当基圆rb→∞,ρk→∞→直线(齿条)(也是渐开线）第六十六页，共464页。§4-4渐开线标准齿轮各部分名称及基本尺寸p.54齿厚sk，齿槽宽ek齿顶圆da齿根圆df齿距pk=sk+ek（节距）齿数Z

压力角α

k(4-4)kkkk二.分度圆及各尺寸关系三.各直径计算一.基本名称第六十七页，共464页。二.分度圆及各尺寸关系：p.56

模数表(4-2)分度圆d:pk/π=标准值=ｍ(模数)┐→的圆

αk＝α＝20°(标准)┘齿顶高ha=ha*m齿根hf=(ha*+c*)m全齿高h=ha+hf

ha*,c*－齿顶高、顶隙系数,表(4-2)→常用标准值三.各直径计算:分度圆处:齿距p、齿厚S、齿槽宽e←不加注明、下标第六十八页，共464页。分度圆:d＝mZ齿顶圆:da＝d＋2ha＝d＋2ha*m齿根圆:df＝d－2hf＝d－2(ha*+c*)m齿距:p=πm基圆:db=dcosα基圆齿距:pb=p/cosα=πm/cosα标准齿轮:

分度圆处:S＝e＝πm/2(理论值)(4-11)ha*

、C

*为标准值作业:4-1,4-4p.72第六十九页，共464页。§4-5渐开线标准齿轮的啮合(§4-2,§4-3.二,§4-5)(一)齿廓实现定传动比的条件

齿轮传动的基本要求┌传动平稳→i=C└承载力大(强度)

当ω1=常数,要求ω2=常数(否则)→惯性力,振动,噪音→不平稳保持恒定的传动比如何保证i=C(二)渐开线齿廓满足定角速比要求(三)标准中心距(四)正确啮合条件(五)重合度及连续传动条件(六)渐开线齿轮的可分性第七十页，共464页。(一)齿廓实现定传动比的条件§4-2p.53KO1O212nnC图4-2

一对齿廓在K点啮合，过K作两齿廓公法线n-n，与连心线交于C点→节点C点→齿轮1、2的相对瞬心滑动兼滚动接触的高副－角速度与连心线被轮廓接触点公法线所分割的两线段长度成反比（4-1）齿廓实现定传动比的条件：C点是连心线上的固定点(P13)(P23)(P12)第七十一页，共464页。对齿廓的要求：KO1O212nCn

无论在哪一点接触，公法线与连心线都交于一个定点。α’tt工程上常用渐开线摆线、圆弧齿齿廓→考虑工艺性t-t

→公切线

瞬时传动比(常数)∵C点相对速度=0→两节圆的纯滚动α’

→啮合角C

→节点过节点的圆→节圆(d’,r’)

r’1=O1C，r’2=O2Cn-n→公法线第七十二页，共464页。证明:C→i

瞬

=常数(齿廓公法线通过节点C)传动比i=1/2=d’2/d’1=d2/d1=db2/db1=Z2/Z1不论齿廓在何处啮合,啮合点均在

n-n(公法线)线上。

渐开线上任一点的法线必与基圆相切→两齿廓公法线n-n即为两基圆内公切线→唯一→n-n与连心线交点C→定点→满足定传动比的条件(二)渐开线齿廓满足定角速比要求p.55第七十三页，共464页。(三)标准中心距p.58∵标准齿轮(分度圆处e=S,ha*,C*为标准值)∴当一对标准齿轮分度圆与节圆重合

d=d′→标准齿轮(正确)安装→标准中心距(一对标准齿轮分度圆相切)→无侧隙(标准齿轮正确安装)n－n与O1O2交点→C→过节点的圆→d’(d1’,d2’)节圆→两轮节圆上的e’与S’之差(e1’－S2’或S1’－e2’)→齿侧间隙→要求=0(消除反转空程,撞击)→正确安装要求无侧隙1)顶隙=c*m;2)齿侧间隙为零第七十四页，共464页。

正确→啮合齿对┌不脱开啮合└不重叠→前后两对齿有可能同时在啮合线上接触→两轮相邻两齿同侧齿廓沿公法线的距离相等(基圆齿距)正确啮合条件:模数相等m1=m2

压力角相等α1=α2(四)正确啮合条件p.58第七十五页，共464页。ω2Pω1da1da2实际啮合线：理论啮合线：啮合弧:重合度:开始啮合点:退出啮合点：A

(da2)E

(da1)AEN1N2=啮合弧/齿距=FG/pFG

(一对齿从开始啮合→终止,分度圆上任一点所经过的弧线距离)(五)重合度及连续传动条件p.59图4-9第七十六页，共464页。1.1~1.4＞1连续传动条件:

不脱开→KK′＜AE充分条件→ω2Pω1da1da2→但如果kk′≥AE→脱开!→k1k1′=k2k2′(相邻两齿同侧齿廓沿N-N的距离)→可能有两对齿同时在啮合线上接触,可能不脱开、不重叠

当满足正确啮合条件:(m、α相等)(必要条件)≈1.88－3.2(1/Z1+1/Z2)cos第七十七页，共464页。当a

实≠a理

(误差,磨损)→i不变,不影响传动比(六)渐开线齿轮的可分性(传动的可分离性)当a

实≠a理,i=Z2/Z1?i=d2′/d1′=db2/db1

=r2cos

/r1cos

=Z2/Z1不变

(∵基圆不变)标准中心距a=r1+r2=m(Z1+Z2)/2第七十八页，共464页。P.601.仿形法2.范成法1.仿形法（成形法）精度低、生产率低刀具：圆盘铣刀指形铣刀刀具的选择与m、、z有关。112～13214～16317～20421～25526～34635～54755～1348≥135

刀号加工齿数

每把刀的刀刃形状,按它加工范围的最少齿数齿轮的齿形来设计。§4-6渐开线齿轮的切齿原理第七十九页，共464页。2.范成法:一对齿轮啮合时其共轭齿廓互为包络线。切削（沿轮坯轴向）进刀和让刀（沿轮坯径向）范成运动（模拟齿轮啮合传动）刀具与轮坯以i12=1/2=Z2/Z1回转用同一把刀具,通过调节i12,就可以加工相同模数、压力角

,不同齿数的齿轮。齿轮插刀齿条插刀齿轮滚刀第八十页，共464页。根切:不根切的最少齿数:Zmin=2ha*/sin2α当ha*=1,α=20°Zmin=17(范成法)将根部已加工出的渐开线切去←实际啮合线(AE)超过理论啮合线(N1N2)(一)根切现象和最少齿数(二)变位齿轮§4-7根切现象,最少齿数及变位齿轮p.62第八十一页，共464页。二.作用:三.变位齿轮尺寸计算：用范成法加工齿轮当刀的中线与齿坯分度圆相切┌刀具内移

χ·m→负变位└刀具外移χ·m→正变位→变位齿轮,e≠S→标准齿轮,e=Srbr刀具中线标准齿轮变位齿轮χmχ→变位系数(二)变位齿轮p.63图4-15当刀具中线不与齿坯分度圆相切

(中线平行内移或外移)一.简述:第八十二页，共464页。1.Zmin＜17(χ

＞0、χ≥(17－Z)/17)2.凑中心距3.提高小齿轮轮齿的抗弯强度(χ

＞0)a’=a=m(Z1＋Z2)d’=d=mZda=d＋m(2＋2χ)df=d－m(2.5－2χ)二.作用:三.变位齿轮尺寸计算：(当:χ1=－χ2)(高度变位)变位→齿廓形状不相同。刀具外移(正变位)→齿轮的齿根变宽，齿顶变窄。刀具内移(负变位)→齿轮的齿根变窄，齿顶变宽。∵齿轮齿廓取同一渐开线的不同部位，不同部位的渐开线其曲率半径不相同第八十三页，共464页。二.斜齿轮各部分名称和几何尺寸计算三.正确啮合条件四.斜齿轮的优缺点(一)形成:发生线在基圆上的纯滚动→渐开线

发生面在基圆柱上作纯滚动,面上与圆柱体母线成一倾角βb的直线AA所形成的轨迹→直齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮→平行的直线AA所形成的轨迹→直线接触，突入突出重合度小，有冲击斜线接触，渐入渐出重合度大，工作平稳§4-8平行轴斜齿齿轮机构

p.65第八十四页，共464页。2.尺寸计算3.斜齿的重合度4.当量齿轮及当量齿数(二)斜齿轮各部分名称和几何尺寸计算┌p┌端面:⊥轴线→│m└法面:⊥轮齿方向└α法:pn、mn、αn端:pt、mt、αt→mn、αn

标准b=B／cosβ齿宽为：2.尺寸计算:┌d=mnZ/cosβ

(ha*=1,C*=0.25)│da=d+2ha=d+2mn

│df=d－2hf=d－2.5mn└a=(d1+d2)/2=mn(Z1+Z2)/(2cosβ)┌pn=ptcosβ│mn=mtcosβ(4-23～4-25)└tgαn=tgαt·cosβ标准齿轮(表4-4,p.68)1.名称:3.斜齿的重合度:由于螺旋角的影响,斜齿传动的啮合弧增长了,故重合度增大εγ=εα+Btgβ／pt=εα+Bcosβ／pn传动更平稳作业:4-12,4-13p.73第八十五页，共464页。4.当量齿轮及当量齿数:Z=ZV·cos3β;当Zvmin=17Zmin=ZVmin·cos3β=17·cos3β∴Zmin＜17Zv=Z/cos3β(4-2)

当量齿轮当量齿数:

不根切的最少齿数:Zvmin三.正确啮合条件:

β=8°～20°四.斜齿轮的优缺点:p.69第1mn1=mn2=mnαn1=αn2=αn

β1=－β2(旋向相同)PP第八十六页，共464页。§4-9圆锥齿轮机构

p.69i=ω1/ω2=n1/n2=Z2/Z1=r2/r1=sinδ2/sinδ1

(4-29)

当δ1+δ2=∑=90°i=sinδ2/sinδ1=tgδ2

(cosδ2=sinδ1)(4-30)→相交轴之间的传动→∑=δ1+δ2(分度圆锥角)∑=90°,→一对节圆锥的纯滚动。锥齿轮的d,m沿齿宽方向变化→┌d→大端└m→大端(标准)正确啮合条件:┌m1=m2=m(大端)│α1=α2=α└R1=R2(锥距)r1r2δ2δ1第八十七页，共464页。基圆、发生线、渐开线。1.渐开线的形成:压力角αK

、K点的法线、曲率中心、曲率半径。KABaKαKrbrk3.节圆、公法线、公切线、啮合角。2.齿轮传动的基本要求齿廓实现定传动比的条件:渐开线齿廓满足定传动比的条件KnCnα’ttO1O2BK=?AB

不论齿廓在何处啮合,啮合点均在n-n(公法线)线上。:i=C;承载力强C点定点第八十八页，共464页。分度圆:标准齿轮:标准中心距:变位齿轮:pk/π=标准=m,α＝20°分度圆S＝e;ha*

、C

*为标准值一对标准齿轮分度圆相切刀具中线不与齿坯分度圆相切－正、负变位4.正确啮合条件:

连续传动条件:

可分性:

根切现象和最少齿数:模数、压力角相等＞1a

实≠a理

(误差,磨损)→i不变实际啮合线超过理论啮合线－将根部已加工出的渐开线切去(范成法)Zmin=2ha*/sin2α,当ha*=1,α=20°,Zmin=17(直齿轮)第八十九页，共464页。第

五

章

轮

系本章重点:

定轴轮系及周转轮系传动比计算本章难点:

周转轮系传动比计算主要内容:1.轮系的主要类型及特点

2.定轴轮系传动比计算

3.周转轮系传动比计算第九十页，共464页。§5-1轮系的类型§5-2定轴轮系及其传动比§5-3周转轮系及其传动比§5-4复合轮系及其传动比§5-5轮系的应用第

五

章

轮

系第九十一页，共464页。:一系列齿轮组成的传动系统1）获得大传动比2）连接距离较远的轴3）变速4）变向(一)引言应用轮系运动简图2121平行轴相交轴:交错轴:蜗杆蜗轮图5-3.d圆锥齿轮机构图5-3.c外啮合:转向相反图5-3.a内啮合:转向相同图5-3.b§5-1轮系的类型

p.74

第九十二页，共464页。定轴轮系:所有齿轮的轴线都是固定的。图5-1复合轮系：由两个以上轮系组成。周转轮系：至少有一个齿轮的轴线运动(行星,差动)321HOHO1O3O2(二)分类:第九十三页，共464页。§5-2定轴轮系及其传动比

P.74(一)传动比的大小:定轴轮系的传动比

:一对齿

i12=1/2=Z2/Z1122’33’44’52-2’,3-3’,4-4’→双联齿轮(二)传动方向:第九十四页，共464页。惰轮过桥轮(惰轮→既是主动轮又作从动轮)→其齿数对传动比无影响作用:①控制转向②a较大时可使机构紧凑(1→k从动轮齿数积)(1→k主动轮齿数积)结论总传动比=各级传动比的连乘积m→外啮合次数第九十五页，共464页。(二)传动方向:箭头规则:3.蜗杆蜗轮机构:(左右手)四指→蜗杆转向,拇指→蜗杆相对蜗轮的运动方向→(反向)蜗轮转向传动方向:1.外啮合:箭头方向相反2.内啮合:箭头方向相同1.各齿轮轴线平行→用“＋”“－”表示

(-1)m→m外啮合次数→"＋"表示同向

"－"表示反向2.各齿轮轴不全平行→画箭头第九十六页，共464页。右3′作业:5-2,5-3p.86②方向:画箭头②蜗轮转向:左右手定则判→2.求轮系传动比:①大小:③传动比:i=n3/n4=Z4/Z3′蜗杆相对蜗轮的运动方向→蜗轮逆时针转动解:

1.蜗杆传动:①旋向例5-1:(图5-4)已知Z1=16,Z2=32,Z2′=20,Z3=40,Z3′=2(右)，Z4=40,若n1=800r/min,求蜗轮的转速n4及各轮的转向。第九十七页，共464页。例2:求i15和提升重物时手柄的转动方向解:第九十八页，共464页。§5-3周转轮系及其传动比

p.76(一)周转轮系的组成:(二)周转轮系传动比的计算注意事项:分类:

1.行星轮:轴线位置变动,既作自转又作公转

2.转臂(行星架,系杆):支持行星轮作自转和公转

3.中心轮(太阳轮):轴线位置固定

4.机架组成:行星轮转臂中心轮第九十九页，共464页。1.以中心轮和转臂作输入和输出构件→轴线重合

(否则不能传动)注意事项:3.找基本(单一)周转轮系的方法:

先找行星轮→找其转臂(不一定是简单的杆件)→

找与行星轮啮合的中心轮(其轴线与转臂的重合)2.基本周转轮系含一个转臂,若干个行星轮及中心轮(1～2)第一百页，共464页。分类:(按自由度分类)p.77①差动轮系:②行星轮系:F=2图5-4.b(两个中心轮均转动)F=1图5-5.C(只有一个中心轮转动)O1图5-4c.123OHHO2图5-4.b321HOHO1O3O2n=4,PL=4,PH=2,F=3×4－2×4－1×2=2→要求原动件数=2n=3,PL=3,PH=2,F=3×3－2×3－1×2=1→要求原动件数=1第一百零一页，共464页。n=4PL=4PH=3F=1n=5PL=5PH=3F=2n=3PL=3PH=1F=2n=2PL=2PH=1F=1行星轮系差动轮系第一百零二页，共464页。(二)周转轮系传动比的计算(基本～)p.77

→不能直接用定轴轮系的计算方法

转化轮系速比:→当转臂转速=nH,给整个轮系加上－nH的公共转速→转臂静止→转化轮系(假想的定轴轮系)(各构件相对运动不变)图5-4.b→转化轮系5-4.d图5-4.d321HO2O1O3

1.机构反转法(转化机构)

2.转化轮系速比计算例题

2.转化轮系速比计算相对机架速度:n1,n2,......→相对转臂速度:n1H,n2H,......n1H

=n1－nHn2H

=n2－nHnHH=0第一百零三页，共464页。=(符号)G→K从动轮齿数积/(G→K主动轮齿数积)(5-2)注意:

1.求得iGKH,并确定其“＋”“－”号→再求其它2.iGKH≠iGK,iGK≠iKG,iGKH≠iKGH3.转向判断→画箭头4.式(5-2)只适于G、K轮与转臂轴线平行时(转化轮系)一般计算式:第一百零四页，共464页。例3:求nH与n1的关系=－Z3/Z1n1=nH(1+Z3/Z1)－n3Z3/Z1注意n有符号n3=0n1=nH(1+Z3/Z1)差动轮系行星轮系设n1为正，n3为负第一百零五页，共464页。例题4：已知齿数Z1=15,Z2=25,Z2’=20,Z3=60。n1=200r/min,n3=50r/min,转向见图，求nH(P.259)设n1为正，n3为负nH=－8.3r/minn=4,PL=4,PH=2差动轮系第一百零六页，共464页。例题5：已知齿数Z1=12,Z2=28,Z2’=14,Z3=54。求iSH(P.259)n3=0手动链轮起重链轮行星轮行星轮系i1H=iSH=n1/nH=10转臂中心轮第一百零七页，共464页。例5-2(图5-5p.78)2.求nH:123Hn1Hn2Hn3H解:行星轮系3.求n2:已知:n1,Z1,Z2,Z3;求:i1H,nH,n21.

假设各轮转向(箭头)第一百零八页，共464页。

由几个基本周转轮系或定轴轮系+周转轮系→复合轮系→分开各轮系计算→联立方程解。定轴轮系:1-2i12=1/2=-Z2/Z1=－2补充方程:例7:求i1H:

找基本周转轮系:先找行星轮→找其转臂→找与行星轮啮合的中心轮。2’=2;4=0周转轮系:2’－3－4－H§5-4复合轮系及其传动比

P.79第一百零九页，共464页。例8:求周转轮系1-2-3-H1:周转轮系4-5-6-H2:H1=4;6=3=0第一百一十页，共464页。1.相距较远的两轴之间的传动(惰轮)2.变速、变向3.获得大传动比(行星轮系)4.合成运动和分解运动(差动轮系)作业:5-9p.87§5-5轮系的应用

P.80第一百一十一页，共464页。小结:1.基本概念:轮系及分类,行星轮,

太阳轮(中心轮),转臂H(行星架)2.蜗轮转向3.定轴轮系传动比计算4.找单一周转轮系的方法321HOHO1O3O2第一百一十二页，共464页。第六章其它常用机构主要内容:

常用间歇运动机构的类型及特点将主动件的连续运动→从动件有规律的运动和仃歇运动的机构→间歇运动机构间歇运动机构→槽轮机构棘轮机构不完全齿轮机构凸轮间歇运动机构第一百一十三页，共464页。第六章其它常用机构棘轮机构

槽轮机构不完全齿轮机构

凸轮间歇运动机构第一百一十四页，共464页。§6-1棘轮机构p.907→当CD左摆时,棘爪4推动棘轮转(逆向)一角度。→当CD右摆时,制动爪6阻止棘轮反向转动，棘爪4在棘轮上滑过→棘轮静止不动。∴→棘轮单向间歇转动。构成:棘轮5、驱动棘爪4、制动棘爪6、机架7。棘爪4固定于曲柄摇杆机构ABCD的摇杆上,

摇杆CD作左右摆动。二.摩擦棘轮一.齿式棘轮机构:第一百一十五页，共464页。(需经常改变棘轮回转方向时用)图(6-3)可变向棘轮机构：双动式棘轮机构:图(6-2)21棘爪→双向棘爪;棘轮齿→方形;棘爪工作面→平面;棘爪非工作面→曲面(易于滑过棘轮)。图示位置:棘轮可作逆时针转动,需棘轮反向转动时,只需将棘爪装至虚线位置。特点:结构简单、转角可调、转向可变。但只能有级调节动程,且棘爪在齿背滑行会引起噪音、冲击和磨损→高速时不宜采用。第一百一十六页，共464页。

二.摩擦棘轮(无声棘轮、超越离合器)图(6-4)构成:外套筒1、内套筒2

滚子3、弹簧4、机架工作原理：外套筒逆时针转动时，滚子楔紧→内套筒随之转动,当外套筒顺时针转动时，滚子松开→内套筒不动。特点：超载时→打滑第一百一十七页，共464页。四.槽轮机构特点及应用§6-2槽轮机构

p.92图6-7

拨盘1等速转动,当圆销A进入槽轮的径向槽中→槽轮转动→当圆销A脱出径向槽,槽轮2的内锁住弧β被拨盘1的外凸圆弧α卡住→槽轮2静止不动。机架、拨盘1(具有圆销A)(主)、槽轮2(具有径向槽,从)RrL一.构成:二.工作原理:三.机构设计:①基本尺寸:b≤L－(R＋r)R=L·sinφ2;a=L·cosφ2(r-径向槽弧半径)锁止弧拨盘圆销槽轮第一百一十八页，共464页。②运动特性系数τ:

由上式可知:τ＜0.5∴槽轮运动时间＜静止时间

欲:τ＞0.5→在拨盘上安装多个圆销(Ｋ个)τ＝Ｋ(Ｚ－2)/(2Ｚ)(6-4)2φ1=π－2φ2=π－

2π/Z∵τ＜1,∴K<2Z/(Z－2)(6-5)(为避免槽轮在起动和仃歇时产生刚性冲击,当圆销A进入和退出径向槽时,径向槽的中心线应切于圆销A的运动圆周。)τ＝ｔm/ｔ=2φ1/(2π)

槽轮运动时间ｔm与拨盘运动时间ｔ之比（拨盘转一周→槽轮转角为2φ2→拨盘转2φ1)径向槽数→Z∴τ＝1/2－1/Ｚ＝(Ｚ－2)/(2Ｚ)(6-2)第一百一十九页，共464页。特点:结构简单、工作可靠、能准确控制转动、机械效率高。转角不可调。应用:常用于只要求恒定旋转角的分度机构中（转速不高的自动机械、轻工机械、仪表机械）作业：6-2

四.槽轮机构特点及应用第一百二十页，共464页。§6-3不完全齿轮机构

P.94图(6-9)

构成:主动轮1、从动轮2、机架锁止弧特点:结构简单、匀速传动。

(始末除外)工作原理：由渐开线齿轮机构演变而来。但轮齿不布满整个圆周→