《机械原理》讲义

绪论

一、研究对象

1、机械：机器和机构的总称

机器（三个特征）：①人为的实物组合（不是天然形成的）；②各运动单元具有确定的相

对；③必须能作有用功，完成物流、信息的传递及能量的转换。

机器的组成：原动机、工作机、传动部分、自动控制工作机

机构：有①②两特征。

很显然，机器和机构最明显的区别是：机器能作有用功，而机构不能，机构仅能实现预

期的机械运动。两者之间也有联系，机器是由几个机构组成的系统，最简单的机器只有一个

机构。

2、概念

构件：运动单元体

零件：制造单元体

构件可由一个或几个零件组成。

机架：机构中相对不动的构件

原动件：驱动力（或力矩）所作用的构件。一输入构件

从动件：随着原动构件的运动而运动的构件。一输出构件

机构：能实现预期的机械运动的各构件（包括机架）的基本组合体称为机构。

二'研究内容：

1、机构的结构和运动学：

①机械的组成；②机构运动的可能性和确定性；③分析运动规律。

2、机构和机器动力学：力——运动的关系•F=ma

功----能

3、要求：解决二类问题：

分析：结构分析，运动分析，动力分析

综合（设计）：①运动要求，②功能要求。新的机器。

第一章平面机构的结构分析

（一）教学要求

1、了解课程的性质与内容，能根据实物绘制机构运动简图

2、熟练掌握机构自由度计算方法。了解机构组成原理

（-）教学的重点与难点

1、机构及运动副的概念、绘机构运动简图

2、自由度计算，虚约束，高副低代

（三）教学内容

§1-1机构结构分析的目的和方法

研究机构的组成原理和机构运动的可能性以及运动确定的条件

§1-2机构的组成

机构是由构件组成的。

一、运动副：

构件间的可动联接。（既保持直接接触，又能产生一定的相对运动）

高副：点线接触

低副：面接触

运动副元素

自由度：构件含有独立运动的数目

约束：对独立运动的限制

低副：2个约束，1个自由度

高副：1个约束，2个自由度

低副：

①转动副：两个构件间不能作旋转运动的运动副;

②移动副：两个构件间不能作移动运动的运动副。

高副：①齿轮副；②凸轮副。

二'运动链、机构

1、运动链：两个以上构件通过运动副联接而成的系统

①平面运动链；②空间运动链

（根据各构件间的相对运动为平面运动还是空间运动分类）

2、机构（从运动链角度）：

1、对一个运动链

2、选一构件为机架

3、确定原动件（一个或数个）

4、原动件运动时，从动件有确定的运动。

§1-3平面机构运动简图

一、用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全

反映机构特征的简图。

二、绘制：

1、运动副的符号

转动副：

移动副:

齿轮副:

凸轮副:

2、构件（杆）:

3、机构运动简图的绘制，（模型，鄂式破碎机）

1）分析机构，观察相对运动；

2）找出所有的构件与运动副；

3）选择合理的位置，即能充分反映机构的特性；

4）确定比例尺，

5）用规定的符号和线条绘制成间图。（从原动件开始画）

§1-4平面机构的自由度

机构的自由度：机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。

一'计算机构自由度（设n个活动构件，PL个低副，PH个高副）

二、机构具有确定运动的条件

（原动件数〉F,机构破坏）

原动件数=机构自由度

钱链五杆机构：

原动件数（机构自由度数，机构运动不确定（任意乱动）

构件间没有相对运动机构f刚性桁架

（多一个约束）超静定桁架

FW,构件间无相对运动，不成为机构。

F>0,原动件数二F,运动确定

原动件数＜F,运动不确定

原动件数〉F,机构破坏

三'计算F时注意问题

(1)复合钱链

m-1

例：

(2)局部自由度

(与输出件运动无关的自由度称局部自由度)

(3)虚约束：

在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的

约束称为虚约束。

图1-15

作业：P498，题1-1，1-2,1-3,14

平面机构的虚约束常出现于下列情况：

(1)不同构件上两点间的距离保持恒定……

(2)两构件构成各个移动副且导路互相平行

(3)两构件构成各个转动副且轴线互相重合……

(4)在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动……(见课本Pl4)

例：计算自由度

(先看有无注意事项，复合钱链……，再看有几个构件)

1、

2、，其中B、C为复合较链。

第二章平面机构的运动分析

(―)教学要求

1、能根据实物绘制机构运动简图

2、熟练掌握机构自由度计算方法。了解机构组成原理

3、了解平面机构运动分析的方法，掌握瞬心法对机构进行速度分析

4、熟练掌握相对运动图解法

（-）教学的重点与难点

1、机构及运动副的概念、绘机构运动简图

2、自由度计算，虚约束，高副低代

3、瞬心的概念及求法

4、矢量方程，速度和加速度多边形，哥氏加速度，影像法

（三）教学内容

§2-1研究机构运动分析的目的和方法

一、目的：在设计新的机械或分析现有机械的工作性能副，都必须首先计算其机构的运动

参数。

二'方法：

图解法：形象直观，精度不高，速度瞬心法，相对运动图解法

解析法：较高的精度，工作量大

实验法：

§2-2速度瞬心法及其在机构速度分析上的应用

一、速度瞬心：两构件上相对速度为零的重合点：

瞬时绝对速度相同的重合点。

相对速度瞬心：两构件都是运动的

绝对速度瞬心：两构件之一是静止的

ijf尸U

（由理论力学可知，任一时刻，刚体1和2的相对运动可以看作是纯一重合点的转动,

设该重点点为Pn（图示位置），现在确定1,2重合点A的相对运动方向，即相对速度方向,

称重合点Pi2为瞬时回转中心，或速度瞬心。

二'机构中瞬心的数目：

k——构件数

三、瞬心位置的确定

1、若已知两构件的相对运动，用定义确定……

2、形成运动副的两构件（用定义）

转动副：移动副：局副：（纯滚动）

3、不形成运动副的两构件（三心定理）

三心定理：作平面运动的三个构件共有3个

瞬心，它们位于同一直线上。

P23位于已2、P|3的连线上（为方便起见，设1固定不动）

P|2-A,P|3fB

M代表P23，设M不在AB连线上，

,方向_LAM

,方向_LBM

显然，与方向不一致，

.•.M点不是瞬心

；.M必须在AB连线上

M点具体在AB上哪一个位置，由与大小相等的关系式确定

例：Pl2—B,Pl3—C（P34—D,P|4—A

P13：①P13、P12、P23共线；②P13、P14、P34共线。

P24：①P24、P|2、P14共线；②P24、P23、P34共线。

四、利用瞬时对机构进行运动分析

例：图示机构中，已知，，，构件2,以逆时针方向转动。

求：①机构的全部瞬心位置；②从动件4的速度。

解：1、画机构运动简图，取

2、求瞬心

PpfA,P23-B,P34—C,P|4—J■无空道处

P13：①P13、P12、P23共线；②P13、P14、P34共线

P24:①P24、P12、P14共线;②P24、P23、Pj4共线

3、从动件4的速度

例：凸轮以匀速逆时针转动，求该位置时从动件2的速度。

解：1、取作机构运动简图

2、求瞬心，

共线：①P"fA；②P23fl•CD无究道处；③PI2f接触点公法线上

注意：①V；②构件数图较少时用。

尸12-*O，

作业：Pso5：2—1,2—2,2—3

§2—3用相对运动图解法求机构的速度和加速度

相对运动图解法：用相对运动原理列出构件上点与点之间的相对运动矢量方程，然后作

图求解矢量方程。

速度，加速度（用基点法求刚体的运动度）

复习：相对运动原理。

1）刚体（构件）的平面运动分解为随基点的平动加上绕基点的转动。

2）点的速度合成定理：（动点在某瞬时的绝对速度等于它在该瞬时的牵连速度与相对

速度的矢量和）

（重合点法）

绝对运动牵连运动+相对运动

动点对静系的运动动系对静系的运动动点对动系

点的运动刚体运动点的运动

动系平动：错误！链接无效。

动系转动：

一、在同一构件上点间的速度和加速度的求法（基点法）

已知机构各构件的长度，

求：•

解：1分定轴转动；2f平面一般运动（平动，转动），3一定轴转动。

取作机构运动简图。

1、求速度和角速度

方向_LCD±AB1BC

大小？？

方向？LBE1£C

大小？？？

,方向：顺时针，，逆时针

在速度多边形中，

△bee和Z\BCE相似

图形bee为BCE的速度影响像。

速度影像的用处：

在速度多边形中：P一极点，

注意：速度影像只能应用于同一构件上的各点。

2、求加速度，角加速度

或

方向CfD±CDBfA±ABC^B±BC

大小？？

,大小。

求：

方向？m—b'EfB_LBE

大小？

加速度多边形中：

同理：

和BCE相似

称为BCE的加速度影像。

用处：

注意：只用于机构中同一构件上各点。

n为极点。

作业：P506：2-4,2-5

二、组成移动副两构件的重合点间的速度和加速度的求法（重合点法）

已知机构位置，尺寸，等角速

求。

解：1、取作机构运动简图

2、求角速度

方向IBC±AB〃BC

大小？？

二，顺时针

3、求角加速度

方向B-CIBCB—A±BC//BC

大小？9

方向:将沿转动90°。

，，逆时针

举例：

已知：机械各构件的长度，(等角速度)

求：滑块，，导杆4,,

①取作机构运动简图

解：⑴

方向〃&C大小？?

±B4C±AB

方向：顺0寸针

构件5：

(2)

方向x-x±CD1ED

大小？？

?.□

(3)

•・

方向B4-CJ_84cB-4J_&C(上)〃&C

大小？？

J方向：逆时针

(4)

方向x-xE-D±ED

大小？？

作业：P5062-7,2-8,2-10

§2-4用解析法求机构的位置'速度和加速度（简介）

复数矢量法：是将机构看成一封闭矢量多边形，并用复数形式表示该机构的封闭矢量方

程式，再将矢量方程式分别对所建立的直角坐标系取投影。

先复习：矢量的复数表示法：

已知各杆长分别为

求：

解：1、位置分析，建立坐标系。，封闭矢量方程式：

以复数形式表示：（a）

欧拉展开：

实+i虚=实+i虚

求出：

2、速度分析：将式（a）对时间求导

（b）

消去，两边乘

按欧拉公式展开，取实部相等

同理求

角速度为正表示逆时针方向，角速度为负表示顺时针方向。

3、加速度分析：

对（b）对时间求导。

解析法在曲柄滑块机构和导杆机构中的应用，自学。

第四章凸轮机构及其设计

（一）教学要求

1、了解凸轮机构的特点，能按运动规律绘制S-"曲线

2、掌握图解法设计凸轮轮廓，了解凸轮机构的自锁、压力角与基圆半径的关系

（-）教学的重点与难点

1、常用运动规律的特点，刚性冲击，柔性冲击，S-小曲线绘制

2、凸轮轮廓设计原理一反转法，自锁、压力角与基圆半径的概念

（三）教学内容

§4-1凸轮机构的应用和分类

凸轮机构的分类：

按凸轮形状分：「1）盘形凸轮

12）移动凸轮

I3）圆柱凸轮

按从动件型式分：「1）尖底从动件；

y2）滚子从动件；

、3）平底从动件

按维持高副接触分（锁合）;’1）力锁合一弹簧力、重力等

（2）几何锁合：工等径凸轮；

七等宽凸轮

凸轮机构的优点：

结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、

轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。

缺点：1）点、线接触易磨损；2）凸轮轮廓加工困难；3）行程不大

§4—2从动件的运动规律

凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律

基圆一一凸轮理论轮廓曲线最小矢径所作的圆。

偏距圆一一从动件导路与凸轮回转中心O的偏负距离为e,并以e为半径0为圆心所作的

圆。

行程一一从动件由最低点到最高点的位移h（式摆角）

推程运动角一一从动件由最低运行到最高位置，凸轮所转过的角。

回程运动角一一高一一低凸轮转过的转角。

远休止角一一从动件到达最高位置停留过程中凸轮所转过的角。

近休止角一一从动件在最低位置停留过程中所转过的角。

从动件位移线图一一从动件位移S与凸轮转角（或时间t）之间的对应关系曲线。

从动件速度线图一一加速度线图

统称从动件运动线图。

一、从动件常用运动规律

1）等速运动

从动件开始和最大行程加速度有突变则有很大的冲击。这种冲击称刚性冲击。实质材料有弹

性变形不可能达到，但仍然有强烈的冲击。只适用于低速轻载。

2）等加速度、等减速度

等加速度

等减速度

加速度有有限突变，柔性冲击，适用于中等速度轻载。

3、（余弦PV速度）规律

加速度有突变，仍存在柔性冲击。

适用于中速、中载

4、摆线运动规律

（正弦加速度）

,:,见图P118,P65o

这种规律没有加速度突变，则即不存在刚性冲击，又不存在柔性冲击，适用高速轻载。

5、组合运动规律（自学），P119-121

§4-3凸轮轮廓曲线设计

一、作图法

1、直动从动件星形凸轮机构

已知：从动件运动规律，等角速度，偏距e,基园半径。

要求：绘出凸轮轮廓曲线

设计步骤：

①以为半径作基园，e为半径作偏距园。

②过K点作从动件等路交点。

③作位移线图，分成若干等份。

④等分偏距园，过Ki，K2I……，K5

作切线，交于基圆，C”C2.……，C5

⑤应用反转法，量取从动件在各切线对预置上的位移，由图中量取从动件位移，得Bi，

B2,...,即CIBI=11'

,

C2B2=Z2...

⑥将Bo,B1……连成光滑曲线，即为凸轮轮廓曲线

对于滚子从动件星形凸轮机构，设计方法与上相同，只是只要把它乘作滚子中心看作

为尖顶从动件凸轮，则由上方法得出的轮廓曲线称为理论轮廓曲线，然后以该轮廓曲线为圆

心，滚子半径为半径画一系列圆，再画这些圆所包络的曲线，即为所设计的轮廓曲线，这称

为实际轮廓曲线。其中指理论轮廓曲线的其圆半径。

对于平底从动件，则只要做出不同位置平底的包络线，即为实际轮廓曲线。

2、摆动从动件星形凸轮机构

已知：基圆半径，中心距a,摆杆长/,从动件运动规律

求：凸轮轮廓曲线

设计步骤：

①以为半径作基圆，以中心距为a,作摆杆长为/与基圆交点于点

②作从动件位移线图，并分成若干等分

③以中心矩a为半径，。为原心作图

④用反转法作位移线图对应等得点Ao,A1,A2,……

⑤以/为半径，Al,A2,……，为原心作一系列圆弧

……交于基圆Ci，C2,……点

⑥以1为半径作对应等分角。

⑦以A1C”A2c2向外量取对应的AiBi，A2B2……

⑧将点Bo,Bi，B2……连成光滑曲线。

发现从动杆与轮廓干涉，通常作成曲杆，避免干涉，或摆杆与凸轮轮廓不在一个平面内仅靠

头部伸出杆与轮廓接触。

对于滚子和平底同样是画出理论轮廓曲线为参数至运动轨迹，作出一系列位置的包络线

即为实际轮廓曲线。

§4-4解析法设计凸轮轮廓曲线

一、滚子从动件星形凸轮

己知：基圆，角速度，偏距e,运动规律

求：凸轮轮廓曲线

（1）求理论轮廓曲线

讲述坐标变换矩阵

有坐标变换换矩阵

则（4-15）

书中前引入系数，这没必要，因在运算中运算越简单越好，否则易出错，只要遵守约定,

代入时“一”表示凸轮逆时针转，“+”顺时针转.

上式

（2）摆动从动件星形凸轮

已知：摆动从动件盘形凸轮，基圆半径，从动件摆杆长/,中心距a和从动件运动规律

设计：凸轮轮廓曲线；

解：建立坐标系：如图

由坐标变换矩阵

则：（4-17）

式中：

2、实际轮廓曲线

滚子从动件星形凸轮机构的实际轮廓曲线是滚子圆族的包络线。由微分几何得知：为参数的

包络线方程为

包络线方程

对于滚子从动件星形凸轮，产生包络线（实际轮廓）的曲线族为一系列圆，圆心上所作参数

方程，••.，其中是曲线族方程，是包络线上点的直角坐标值。设滚子半径为，则滚子从动件

星形凸轮机构实际轮廓曲线参数方程为：

联立得

士号上一组表示一条外包络线；下面一组表示内包络线。、由理论轮廓方程求导得。

3、刀具中心轨迹方程

由于加工时，刀具不一定是与滚子半径相同，要建立刀具中心轨迹方程，磨削凸轮。这儿不

再叙述。

二、平底从动件星形凸轮机构（略）

§4—5凸轮机构基本尺寸的确定

在作图法和解析法中我们总是假设，e,中心距“，摆杆/,已知，但为了从传动效率、运

动失真，结构紧凑来分析这几个参数的相互影响及选取的一般原则。

一、凸轮机构的压力角和自锁

有用力有害力

压力角一一凸轮机构从动件

速度方向与该点受力方向的夹角称为压力角

）机构传动不利。

-Im，则机构自锁，所谓自锁即无论凸轮施加多大的力都无法使机构运动，这种现象必须避

免。为之必须规定一个许用的

对直动从动件凸轮机构[]=30~38°

摆动从动件凸轮机构UE0~50°工作行程

[]=70~80°回程

二、压力角与机构尺寸的关系

设计中除了要有良好的受力特性，还希望机构尽量紧凑。而凸轮大小取决于基圆半径,

而的大小又与口直接有关系，由图B点作理论轮廓曲线的法线n-n,与过O点与导路相垂直

的直线交于P点，由三心定理P点即为相对瞬心。，则由可得

其中：为位移曲线的斜率，推程为正，回程为负。

由上式可见：在其它条件不变时，尺寸越小。

三、滚子半径的选择：

滚子从动件凸轮的实际轮廓曲线，是以理论轮廓上各点为圆心作一系列滚子圆的包络

线而形成，滚子选择不当，则无法满足运动规律。

1）内凹的凸轮轮廓曲线

a----实际轮廓

b------理论轮廓

——理论轮廓曲率半径

一一实际轮廓曲率半径

1、

无论滚子半径大小如何，则总能作出实际轮廓曲线

2）外凸

由于，...①当时，……实际轮廓可作出•②若，……实际轮廓出现尖点，易磨损，可能使用。

若，则……实际轮廓出现交叉，加工时.，交叉部分被切除，出现运动失真，这一现象需避免。

综上所述，理论轮廓的最小曲率半径，即，为避免产生过度切割，可从两方面入手：

①，②，f。

因此可规定一许用曲率半径即

一旦给出，求出，即可求出滚子半径最大值。

即

曲率半径计算由高等数学：

在设计中，先根据结构、强度、条件选择滚子半径，然后校核，，若不能满足，，则加大(基

圆)。

第五章齿轮机构及其设计

(-)教学要求

1、了解齿轮机构的特点，理解齿廓啮合基本定理，熟悉渐开线性质，了解共扼齿廓概

念

2、理解基本参数的概念、掌握齿轮基本尺寸计算，理解齿轮的正确啮合条件、重合度

的意义

3、了解齿轮加工的原理、根切原因、变位的目的，掌握变位齿轮传动的计算

4、掌握斜齿轮传动特点及尺寸计算，了解螺旋齿轮的传动

5、掌握蜗轮蜗杆传动的特点及尺寸计算，了解圆锥齿轮传动特点与参数

(-)教学的重点与难点

1、齿廓啮合基本定理，渐开线性质，共蒯齿廓

2、周节、分度圆、模数，啮合过程，正确啮合条件，可分性，重合度的意义

3、展成原理，根切原因，变位齿轮的尺寸变化，无侧隙啮合方程

4、端面、法面参数的关系，当量齿数，正确啮合条件，重合度

5、正确啮合条件，蜗轮转向判断，蜗杆直径系数q

(三)教学内容

§5—1概述

齿轮机构：非圆齿轮机构；圆形齿轮机构。

圆形齿轮机构——平面齿轮机构（圆柱齿轮）：空间（用来传递两相交轴或交错轴）

平面齿轮机构：

直齿圆柱齿轮机构（直齿轮）——①外啮合；②内啮合；③齿轮齿条

平行轴斜齿齿轮机构（斜一）：①外；②内；③齿轮齿条

空间：

圆锥齿轮机构——①直齿；②斜一；③曲线齿

交错轴斜齿轮机构：（图5-5）

蜗杆机构：两轴垂直交错

§5—2齿廓啮合基本定律

传动比：①常数一一圆齿轮；②/⑺一一非圆齿轮

一、齿廓啮合基本定律

（P——节点）

节曲线：非圆齿轮一节曲线是非圆曲

圆齿轮一节圆（轮1的节圆是以01为圆心，O,P为半径的圈，一每一瞬时，P位置

唯一确定。）

齿廓啮合基本定律：在啮合传动的任一瞬时，两轮齿廓曲线在相应接触点的公法线必

须通过按给定传动比确定的该瞬时的节点。

一一轮齿齿廓正确啮合的条件

定传动比传动，定律描述：

设节圆半径

（概念：节点，节圆，，）

二、共聊齿廓，共姬曲线

（关于共缠齿廓的求法自己看书）

（凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓称一）

三、齿廓曲线的选择

满足定传动比的要求；考虑设计、制造等方面。

（对于定传动比的齿轮机构，通常采用渐开线、摆线、变态摆线）

§5—3渐开线及渐开线齿廓

一、渐开线的形成及性质

1、形成（当一直线小〃沿一个圆的圆周作纯滚动时，直线上任一点K的轨迹）

AK——渐开线

基圆，

n-n：发生线

入渐开线AK段的展角

2、性质

（1）

（2）NK为渐开线在K点的法线，NK为曲半半径，渐开线上任一点的法线与基圆相

切。

（3）渐开线离基圆愈远，曲半半径愈大，渐开线愈平直

（4）渐开线的形状决定于基圆的大小（图5-12）

以相同时，〃,越大，曲半半径越大

%-8,渐开线一LN3K的直线

（5）基圆内无渐开线（因渐开线从基圆开始向外展开）

3、渐开线方程

压力角

中：

即

〃称为角OK的渐开线函数

invaK表示9K

即

渐开线方程

二、渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律（或者说满足定传动比要求）

常数式（1）

三、渐开线齿廓啮合的特点

1、渐开线齿廓啮合的啮合线是直线一一啮合点的轨迹

啮合线、公法线、两基圆的内公切线三线重合。

2、渐开线齿廓啮合的啮合角不变

:与节圆公切线之间的夹角

=渐开线在节点处啮合的压力角

3、渐开线齿廓啮合具有可分性。

式（1）表明，山决定于基圆大小

（这一特点对渐开线齿轮的制造、安装都是十分有利的）。

§5-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸

一、齿轮各总数分名称和基本参数

齿数——z,齿槽

1、齿顶圆ra

2、齿根圆7/

3、在任意圆上珠

齿槽宽ek

齿厚SK

齿距PK-^K^SK

定义模数

4、分度圆，r,d,s,e,p（为确定一个齿轮各部分的几何尺寸，在齿轮上选择一个圆

作为计算的基准）

P=s+e

d=mztn为标准植

5、齿顶高儿：d与4之间

齿根高hf.d与df之间

齿全高〃：h=ha+hf

6、基节

基节一一基圆上的周节（齿距）Ph

二、标准齿轮的基本参数

1、模数m

模数或

d=mz单位：mm（m是决定齿轮尺寸的一个基本参数）

m标准化。

2、分度圆压力角

分度圆和节圆有原则性的区别。分度圆是一个齿轮的几何参数，每个齿轮都有一个大

小确定的分度圆，而节圆则是表示一对齿轮啮合特性的圆。对于单个齿轮而言，节圆无意义;

当一对齿轮啮合时，它们的节圆随中心距的变化而变化（可分性）。因此节圆和分度圆可以

重合，也可以不重合。另外，分度圆压力角是一个大小确定的角，啮合角可以与之相等，也

可不相等，但啮合角与节圆压力角始终相等.

（是决定渐开线齿廓形状的一个基本参数）

GB1356-88规定标准值=20°

某些场合：=14.5°、15°、22.5°、25°。

至此：分度圆就是齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆。

3、齿数z

表明：齿轮的大小和渐开线齿轮形状一一

4、齿顶高系数和顶隙系数

标准值：=1,=0.25

非标准短齿：=0.8,=0.3

三、标准直齿轮的几何尺寸

标准齿轮：标准齿轮是指机、、、均取标准值，具有标准的齿顶高和齿根高，且分

度圆齿厚等于齿槽宽的齿轮。

一个齿轮：

d=mz

h(l=fn

hf=(+)m

h=ha+hj=(2+)m

d0=d+2ha=(z+2)m

df=d-2hju(z-2-2)m

db=dcos

P=Jim

一对标准齿轮：

①机、Z决定了分度圆的大小，而齿轮的大小主要取决于分度圆，因此，小Z是决定齿轮

大小的主要参数

②轮齿的尺寸与m,,有关与z无关

③至于齿形，，与加，z,有关

可见，根影响到齿轮的各部分尺寸，,又把这种以模数为基础进行尺寸计算的齿轮称

in制齿轮。

四、标准齿条

Zf8

1、p-nm

分度线：s=e

2、二齿形角（20°）

3、尺寸计算：同标准齿轮一样

五、任意圆上的齿厚（课后自己看书）

§5-5渐开线直齿圆柱齿轮的传动

一、啮合过程

起始啮合点：从动轮的齿顶点与主动轮的齿根处某点接触，在啮合线上为从动轮的齿

顶圆与啮合线的交点

终止啮合点：主动轮的齿顶点与从动轮的齿根处某点接触，在啮合线上为主动轮

的齿顶圆与啮合线MM的交点

一一实际啮合线

——理论啮合线

轮1EF和轮2DG——齿廓工作段，齿廓非工作段

二、正确啮合条件

两对齿分别在K,K，点啮合，根据啮合基本定律（也可根据渐开线齿廓啮合特点）

K在N1N2上

K，在N|N2±

KK,----法向齿距

在齿轮1上:KK.Pbi

,

在齿轮2上：KK=Pb2

Pbl=Pb2

（m,不是连续值）

三、无侧隙啮合条件

齿侧间隙（侧隙）

进行运动设计时，需按无侧隙啮合。

1、满足的条件

（见图P|755-19）

（其中一一节圆齿距）

2、标准齿轮的安装

标准安装

”（能实现无侧隙啮合）

Y

标准中心距：

顶隙f标准值

非标准安装

只有增大

由图可知：

•••,有侧隙

3、传动比

常数

四、渐开线齿轮连续传动的条件

I、或

重合度（重叠系数）：齿轮传动的连续性条件重合度的定义还有其他形式:

渐开线性质：（一对齿从开始跄合到终止啮合在基圆上转过的弧长）

（在节圆上转过的弧长）一一作用弧

——作用角

显然：所对的中心角也为

2、复合度的意义

,始终只有一对齿啮合

,始终只有二对齿啮合

显然：有两对齿啮合，而只有一对齿啮合，在齿轮转过一个基节尺的时间T内，有25%

的时间是两对齿啮合75%的时间是一对齿啮合，这就是重合度的意义。

若，两对齿占64%,一对占36%。

重合度不仅是齿轮传动的连续性条件，而且是衡量齿轮水载能力和传动平稳性的重动

平稳性的重要指标。

3、重合度的计算

由上图看出：

§5—6渐开线齿廓的加工及根切

一、加工方法简介

J铸造法、冲压法、挤压法

I切削法J仿形法

1展成法

二、仿形法一铁削法☆、拉削法

（铳削法加工）

圆盘铳刀、指状铳刀

圆盘铳刀的外形和齿轮的齿槽形状相同。铳齿时，将毛坯安装在机床工作台上，圆盘铳

刀绕其自身轴线旋转，而毛坯沿平行于齿轮轴线方向，作直线移动，

铳出一个齿槽后，将齿轮毛坯转过，再铳第二个齿槽，依此类推。

仿形法加工特点：①无须专用机床；②加工精度低（生产效率低）

•齿轮齿廓的形状由基圆决定的，，，对m,a相同的一套

齿轮，欲制造精确，需每一种齿数配一把齿刀，这是不可能的。为简化刀具数量，采用八把

一套或十五把一套铳刀，其每把铳刀可切削齿数在一定范围内的齿轮。为保证加工出来的齿

轮在啮合时不会被卡住，每一号铳刀的齿形都是按所加工的一组齿轮中齿的最少的那个齿轮

的齿形制成的。因此，当用这把铳刀切削同组齿轮中其他齿数的齿轮时，齿形有误差。）

三、展成法（范成法、包络法）

1、展成原理：找共朝齿廓（一对渐开线齿廓是共辄齿廓，因此当刀刃齿廓是渐开线时,

加工出齿轮的齿廓也一定是渐开线）

2、展成加工方法：

（1）齿轮插刀切齿轮，图P212,5-36a

展成运动；切削运动；辅助运动

（2）齿条插刀切制齿轮，P213，图5-37a

刀具纹作切削运动，而坯不仅以W如旋转，还要以V力相对刀具作反方向的展成移动。

（3）滚刀切制齿轮,图5-38b

3、特点：①被加工齿轮的模数和压力角相同。

②一把刀具可加工出任意齿数的齿轮。

四、标准齿条形刀具切制标准齿轮

1、刀具

刀具齿顶线（区别刀具顶刀线）

中线

被加工齿轮：

要求：...刀具比标准齿条在齿顶部高出一段

2、切制标准齿轮

将轮坯的外圆按被切齿轮的齿顶圆直径预先加工好。

将刀具的中线与轮坯的分度圆相切。（见图5-29）Piss

一齿轮和刀具有相同的模数和压力角

展成运动相当于无侧隙啮合。齿轮的齿厚=刀具的齿槽宽=

，加工出的齿轮为标准齿轮。

四、渐开线齿廓的根切现象

1、根切：

危害：①切掉部分齿廓；

②削弱了齿根强度；

③严重时，切掉部分渐开线齿廓，降低重合度。

2、齿轮不发生根切的最少齿数

§5—7变位齿轮

一、变位目的

1、避免根切

2、改善小齿轮的寿命（大传动比时，使小齿轮齿厚增大，大齿轮齿厚减小，使一对齿

轮的寿命相当）

3、凑中心距

一一外啮合，无法安装；

二、齿轮的变位

1、这种用改变刀具与轮坯径向相对位置来切制齿轮的方法称径向变位法。

变位齿轮

xm----移距或变位

x一—移距系数或变位系数

规定：远离：，，

正变位零变位负变位

切削变位齿轮：分度圆不变，节线变

变位齿轮和标准齿轮相比：〃八，•齿距、小、不变，齿廓由相同的基圆展成，齿厚、

齿顶高、齿根高变化。

齿廓由相同的基圆展成，P193

2、最小变位系数（变位齿轮不发生根切的现象的条件）

图：

(a)

由式（a）得当，，正变位，

当，，采用负变位也不会发生根切。

三、变位齿轮的尺寸变化及计算

1、分度圆上的齿厚

见图：刀具节线的齿槽宽比中线齿槽，.•.被切齿轮分度圆上的齿厚增加。

在△IJK中：

分度圆的齿厚：

（了解）任意图的齿厚：

2、齿顶高和齿根高

齿根高：刀具加工节线到顶开线之间的距离

对正变位：

见图：

对负变位：x<0,比标准增加

变位齿轮的齿根圆半径：

齿顶高：•••变位齿轮的分度圆与相应标准齿轮的分度圆一样，

...变位齿轮的齿顶高仅决定于轮坯顶圆的大小.

为保证齿全高

对正变位：；，；.

负变位：

§5—8变位齿轮传动

正确啮合条件：，

连续性传动：，

无侧隙啮合条件：

式中：,

将各式代入（a）式化简得（）

即：一一无侧隙啮合方程

----变位系数和----齿数和

该表明：一对变位齿轮在无侧隙啮合时，与之间的关系。

若=0,,节圆与分度圆重合，

若，，节圆与分度圆不重合，

中心距：

中心距变动系数y：

齿高变动系数（图5-35Pi98）

,为保证顶隙为标准植，都必须将齿顶削去一段

作业：P5285-13,5-14,5-16

二、变位齿轮传动的类型

零传动（）

正传动（）

负传动（）

1、零传动

（1）标准齿轮传动：，且

（零部位）

，，，，，

分度圆与节圆重合。

（2）等变位齿轮传动：，且

Z.（b）

（由无侧隙啮合方程得）

,,,,分度圆与节圆重合

小齿轮正变位，大齿轮负变位一一寿命相当

优点：1、可以减小齿轮机构的尺寸和重量

2、中心距仍为标准中心距，可以成对地替换标准齿轮

缺点：1、必须成对地设计、制造和使用

2、重合度为略有减小

2、正传动

，代入(b)式，得

允许

,,,,分度圆小于节圆

优点：1、齿轮机构的尺寸和重量可更小

2、在的场合，只能用正传动来凑中心距

缺点：1、必须成对地设计、制造和使用；2、重合度减小

3、负传动

，代入(b)得

，，,分度圆＞节圆

优点：1、重合度略有增加

2、在的场合，可用它凑中心距

缺点：必须成对地设计、制造和使用

§5—9平行轴斜齿圆柱齿轮机构

一、斜齿轮齿廓曲面的形成和啮合特点

1、直齿轮：

基圆柱，发生面S,KK〃基圆柱母线NN一渐开线柱面(见P203图5-37a)

啮合特点：①齿廓曲面的接触线〃NN

②受力突变，噪音较大。

2、斜齿轮：

基圆柱，发生面S,KK与NN有夹角一渐开线螺旋面(见5-38a)

基圆柱上的螺旋角

渐开线螺旋面齿廓的特点：

①与基圆柱相切的平面与齿廓曲面的交线为斜直线(与NN交角)

②端面(垂直于齿轮轴线的面)与齿廓曲面的交线为渐开线。

③与基圆柱同的圆柱面与渐开线螺旋面的交线为一螺旋线。

不同面一螺旋角不同

斜齿轮的啮合特点：

(1)两斜齿齿廓的公法面既是两基圆柱的公切面，又是传动的啮合面

(2)两齿廓的接触线与轴线夹角

(3)接触线Of长一0,传动平稳众

二、斜齿轮的基本参数

1、斜齿轮的切削加工：①仿形法；②已成法：滚齿

(用仿形法加工斜齿轮时，铳刀是沿螺旋齿的方向进刀的)

法面：垂直于分度圆柱面螺旋线的切线的平面。进刀方向，法面

法面齿形与刀具相同一法面上的模数和压力角为标准值

端面：，轴线的面

计算斜齿轮端面参数与尺寸：

齿距：

模数：...

压力角：，

"：BD=CE

齿顶高系数，顶隙系数:

0

螺旋角：

:螺旋线的导程（螺旋线绕同一周时它沿轴线方向前进的距离）

...（1）

（上式表明，各圆柱面的螺旋角不等）

三、平行轴斜齿轮传动的正确啮合条件和重合度

1、正确啮合条件

（斜齿轮在端面内的啮合相当于直齿轮的啮合）

（图5-39）

2、重合度（两个端面参数完全相同的标准直齿轮和标准斜齿轮）

分度圆柱面的展开图

纵向作用弧

总作用弧与2的比值一总重合度

设一端面重合度（相当于相应的直齿轮的重合度）

四、斜齿轮的当量齿数

当量齿轮：以为分度圆半径，用斜齿轮的和分别为模数和压力角作一虚拟的直齿轮,

其齿形与斜齿轮的法面齿形最接近。这个齿轮称斜齿轮的当量齿轮，齿数Zy称当量齿数。

由解析几何知：

五、平行轴斜齿轮的变位和几何尺寸计算

平行轴斜齿轮在端面内的几何尺寸关系与直齿轮相同。

1、尺寸计算

一个

改变螺旋角可凑中心距，无须变位。

〈直齿轮最少齿数

2、变位

移距相同：

为计算方便，平行轴斜齿轮几何尺寸计算公式见P2H表5-3

六、平行轴斜齿轴传动的主要优缺点

1、优点：①重合度大，传动平稳，承载能力高

②比直齿轮小，机构更紧凑

③制造成本与直齿轮相同

广泛应用于高速、重载传动中

2、缺点：有轴向力

轴向力

§5—11蜗杆机构

螺旋齿轮机构（若将一对斜齿轮安装成其轴线既不平行也不相交，就成为蜗杆机构。

两轮轴线之间的夹角称为轴角）»

1、

----轴的夹角

2、点接触，承载能力低

3、相对滑动速度大，轮齿易磨损。

（见听课笔记）

一、蜗杆蜗轮的形成

1、螺旋齿轮机构一蜗杆蜗轮（见图548）

（径向尺寸小，轴向尺寸大）

2、啮合特点：

点接触线接触（可传递较大的动力）

3、加工

蜗杆一车削（螺旋线）（轴平面内的齿形为直线齿廓的齿条）

蜗轮一与蜗杆相似的滚刀展成切制蜗轮

右旋蜗杆，头数是从端面上看蜗杆具有的齿数Z”蜗杆在轴剖面上的齿形为齿条。

蜗杆分度圆柱面上螺旋线的导程角

过齿形中线处的圆柱称蜗杆的中圆柱（分度圆柱），在中圆柱上轴向齿厚与齿槽相等

二、蜗杆蜗轮机构的分类

按蜗杆形状分：［圆柱蜗杆机构一一普通、圆弧

J环面蜗杆机构

［锥蜗杆机构

（最葡用）「阿基粘德圆柱蜗杆

按蜗杆齿廓曲线的形状J渐开线圆柱蜗杆（梯形部分为渐开线）

［延伸渐开线蜗杆

―锥面包络圆柱蜗杆

三、蜗杆传动

1、主平面：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面

2、（对于阿基米德蜗杆蜗轮）在主平面内，蜗杆传动相当于齿轮齿条传动

3、正确啮合条件：

（螺旋线方向相同、旋向相同）

☆判定蜗杆、蜗轮的转向：

（将蜗杆的轴线与身体平行，右边高为右旋，左边高为左旋）

左右旋螺旋定则：首先看蜗杆的旋向，左旋伸左手，右旋伸右手，四指沿蜗杆运动方

向，拇指的反向就是蜗轮圆周速度方向（旋向）

四、蜗杆传动的主要参数及尺寸计算

1、模数m（GB10088-88,见附表5-4）

2、压力角

r20°标准值

250动力传动中

12°、15°分度传动

3,蜃数Zi

Zi=l,2,4,6

Z2=27~80

4、螺旋升角（导程角）

（在分度圆柱面展开）

（a）

5、直径系数q

令

（蜗轮是由与蜗杆相似的滚刀展成切制加工而来的，由式（a）可看出，蜗杆中圆直径

5不仅与m有关，还随的数值变化。所以即使m相同，也会有

很多不同直径的蜗杆，也就要求具备很多刀具，为减少刀具的型号，将蜗杆d］标准化，标

准值在书末附表5-6列出。）

6、尺寸计算

（蜗杆、蜗轮的齿顶高、齿根高、齿全高、齿顶圆直径、齿根圆直径可用直齿轮公式

计算），

标准中心距：

五、特点

1、优点：①I大，机构紧凑

②传动平稳、无噪音。

③反行程时可自锁，安全保护（起重机）

（即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆）

2、缺点：①轮齿间相对滑动速度较大，易磨损。

②效率低（最高70%）

③成本较高蜗杆：钢，蜗轮：青铜

第六章轮系

（-）教学要求

1、掌握定轴轮系，周转轮系传动比的计算

2、熟练掌握轮系传动比的计算方法

（-）教学的重点与难点

1、定轴轮系转向判别，转化轮系法求解周转轮系传动比方法

2、轮系的组成分析

（三）教学内容

§6-1轮系的分类

轮系：用一系列互相啮合的齿轮将主动轴和从动轴连接起来，这种多齿轮的传动装置称

为轮系。

「定轴轮系（普通轮系）

J周转轮系

I复合轮系r定+周（复杂轮系）

1周+周

§6—2定轴轮系及其传动比计算

一、传动比

A——输入轴B一—输出轴

二、定轴轮系的传动比计算

三、输出轴转向的表示

1、首末两轴平行，用“+”、“」表示。

Z一一懵轮：不改变传动比的大小，但改变轮系的转向

2、首末两轴不平行（将轮5擦掉）

用箭头表示

3、所有轴线都平行

m------外啮合的次数

§6-3周转轮系的传动比计算

一、周转轮系

差动轮系：F=2

行星轮系：F=1（轮3固定）（）

二、周转轮系的构件

行星轮

行星架（系杆）、中心轮

基本构件（轴线与主轴线重合而又承受外力矩的构件称基本构件）

行星架绕之转动的轴线称为主轴线。

ZK-H（K—中心轮；H一行量架；V—输出构件）

还有其他：3K,K-H-V

三、周转轮系传动比的计算

以差动轮系为例（反转法）

-WH（绕OH—主轴线）

转化机构（定轴轮系）T的机构

1

2

3

4

差动轮系：2个运动

行星轮系：，

对于行量轮系：

举例：图示为一大传动比的减速器,Z|=1OO,Z2=10hZ2'=100,Z3=99

求：输入件H对输出件1的传动比ZHI

解：1,3中心轮

2,2彳亍星轮

H行星架

给整个机构（-WH）绕00轴转动

卬3=0

若Zi=99

周转轮系传动比是计算出来的，而不是判断出来的。

四、圆锥齿轮组成的周转轮系

1,3中心轮

2行星轮

给整机构——L,-WH"绕00轴转动

原机构转化机构

Wi

卬3

WH

卬2

（用角速度多边形求）

（作矢量作）

§6-4复合轮系传动比的计算

一、步骤：

1、分析轮系的组成

1,2,2,,3——定轴轮系

找行量轮：

1',4,3',H——周转轮系

2、分别写出各轮系的传动比

定：⑴

周：（2）

3、找出轮系之间的运动关系

（3）

4、联立求解：

（H,5这一整体）

例：电动卷扬机减速器

Zi=24,Z2=48,Z2=30,Z3=90

Zy=20,Z4=30,ZS=80

求iin

解：（一）1,2-2,,3,H——周转轮系

3',4,5——定轴轮系

（-）

（三）

（四）联立

若，

作业：P5306-1,6-2,6-10

二、轮系的应用

1、定轴轮系的应用

①实现大传动比传动

②实现较远距离的传动

（大小，方向）

（减小机构的尺寸和重量）

③实现换向传动

④实现变速传动

汽车齿轮变速箱

拨动双联齿轮到不同位置时，可得到几种不同的输出转速

（1）x与y接合，»III=/?I=1000/7min高速前进

（2）3与4啮合，小产中速前进

（3）5与6啮合，1,2,5,6,nm=低速前进

（4）6与8啮合，1,2,7,8,6,小尸以最低速倒车

⑤实现多分路传动

机械式钟表机构就是一例

2、周转轮系和复合轮系的应用

①实现大传动比（例6-1）P246

②实现运动的合成（例6-3）P247

③实现运动的分解。（汽车后桥差减速器）

④实现变速、换向传动

⑤结构紧凑的大功率传动

⑥利用行星轮输出的复杂运动满足某些特殊要求。

§6-5行星轮系各轮齿数和行星轮数的选择

1、传动比条件

2、同心条件

（行星架的回转轴线与中心轮的几何轴线相重合）

（1和2的中心距=2和3的中心距）

上式表明：两中心轮齿数应用时为偶数或奇数

3、装配条件

个轮齿（周节）

----正整数

上式表明：两行星轮齿数之和应为行星轮数的整数的倍

4、邻接条件

（a）

确定齿数时，根据上式选定Zi和K,选择时必须使，Z2,Z3为正整数。确定各轮齿数

和行星轮数后，代入（a）式验算是否满足邻接条件。如不满足，应减少行星轮数或增加齿

轮的齿数。

第七章间歇运动机构

（-）教学要求

掌握各种常用机构的工作原理

（二）教学的重点与难点

了解其一般工作原理

（三）教学内容

§7.1槽轮机构

一、组成、工作原理

1.组成：具有径向槽的槽轮，具有圆销的构件，机架

2.工作原理：

构件1-连续转动；构件2（槽轮）一时而转动，时而静止

当构件1的圆销A尚未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁住弧被构件1的外凸圆弧

卡住，槽轮静止不动。

当构件I的圆销A开始进入槽轮径向槽的位置，锁住弧被松开，圆销驱使槽轮传动。

当圆销开始脱出径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被构件1的外凸圆弧卡住，槽轮静

止不动。

往复循环。

4个槽的槽轮机构：构