机械基础 课件全套 宋奇慧 第0-10章 绪论 机械设计基础知识-轴的结构设计

绪论机械设计基础知识学习导航知识目标：能力目标：了解本课程的研究对象。掌握零件的设计准则。掌握机械设计的原则。认知机械零件常见的失效形式。机械设计：

根据使用要求，对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算，并将其转化为具体的描述，以作为制造依据的工作过程。《机械原理》《典型机械机构》《机械设计》《理论力学》《材料力学》《流体力学》《液压与气压传动》《工程材料》《热处理》《机械制图》CAD&UG绪论机械设计基础知识绪论机械设计基础知识

(1)规划~确定设计任务书

(2)总体方案设计

(3)技术设计：编制技术文件，技术审定

(4)样机试制

(5)跟踪反馈、完善总体方案并不是唯一的任务一机械设计初步机械整体设计步骤1

(1)强度设计准则

(2)刚度准则

(3)耐磨性准则

(4)振动稳定性准则

(5)散热性准则

(6)可靠性准则失效：机械零件由于某种原因丧失正常工作能力。可靠性：系统、机器或零件等在规定时间内稳定工作的程度或性质。机械零件设计准则2任务一机械设计初步机械零件的结构工艺性铸造零件的结构工艺性1(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。(3)铸件应有明显的分型面。铸件过渡圆角大小应适当铸件应有明显的分型面机械零件的结构工艺性铸造零件的结构工艺性1

(4)铸件应有必要的斜度以便于取出模型。

(5)为避免采用活块，可将凸台加长，引至分型面。避免采用活块机械零件的结构工艺性铸造零件的结构工艺性1

(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。避免铸铁受拉力

机械零件的结构工艺性热处理零件的结构工艺性2

(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)。机械零件的结构工艺性切削加工零件的结构工艺性3

(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。

减速箱侧面加工机械零件的结构工艺性切削加工零件的结构工艺性3

(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。两孔在一次安装中加工

机械零件的结构工艺性切削加工零件的结构工艺性3

(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。

(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。减少不必要的配合面避免在斜面上钻孔机械零件的结构工艺性零件装配的结构工艺性4

(1)零件应该有正确的装配基面，由于螺纹间有间隙，对中不好，活塞杆易产生偏移。如将螺纹联接改为配合，使工作情况有了改进。不应以螺纹面对中机械零件的结构工艺性零件装配的结构工艺性4

(2)应使装配方便。如图所示，若D,D1处均有配合，则装配困难。

(3)应使拆卸方便。如图所示，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。应使拆卸方便任务二课程的基本要求和学习方法本课程作为机械设计的基础，是一门综合性较强的技术基础课程，主要介绍机械中常用机构的工作原理、运动特性、通用机械零件的设计和计算方法以及有关标准和规范。本课程研究的主要内容如下：

(1)机构的运动简图和自由度计算。

(2)平面连杆机构的组成原理、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。

(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。课程的主要内容1

(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。本课程的性质与过去所学的基础课程有所不同，思路上有其明显特点，学生往往不能很快适应而影响学习效果，因此在学习中学生要尽快掌握本课程的特点和分析、解决问题的方法，为今后的学习和工作打下基础。任务二课程的基本要求和学习方法课程的基本要求2任务二课程的基本要求和学习方法课程的学习方法3

本课程是从理论性、系统性很强的基础课和专业基础课向实践性较强的专业课过渡的一个重要转折点，应注意几个特点：

(1)本课程将多门先修课程的基本理论应用到实际中去。

(2)本课程的各部分内都是按照工作原理、结构、强度计算、使用维护的顺序介绍的。

(3)常采用很多经验公式、参数以及简化计算（条件性计算）。

(4)计算步骤和计算结果不像基础课那样具有唯一性。

(5)逐步培养把理论计算与结构设计、工艺等结合起来解决设计问题的能力。项目一基础力学分析学习导航知识目标：能力目标：掌握静力学公理及推论。掌握各种约束力方向的判定方法。掌握平面一般力系向一点简化的方法。掌握力矩、力偶的概念。会分析平面一般力系平衡条件和平衡方程。项目一基础力学分析任务一静力学基础任务二力矩与力偶任务三受力分析与受力图任务四平面汇交力系任务五平面一般力系任务六空间力系简介任务一静力学基础静力学概述：研究物体的受力分析、力系的等效替换（或简化）、建立各种力系的平衡条件的科学。

1、物体的受力分析：分析物体（包括物体系）受哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图。

2、力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系等效代替一个复杂力系。

3、建立各种力系的平衡条件：建立各种力系的平衡条件，并应用这些条件解决静力学实际问题．1.1.1静力学基本概念⒈力的定义

力是物体间的相互作用，作用的结果，是使物体的运动状态发生变化或使物体发生变形。

1.1.1静力学基本概念⒈力的定义

力是物体间的相互作用，作用的结果，是使物体的运动状态发生变化或使物体发生变形。

2.力的三要素及表示方法

1.1.1静力学基本概念3.平衡

物体相对于地面处于静止或作匀速直线运动的状态，它是一个相对的概念。平衡是物体机械运动中的一种特殊情况。

1.1.1静力学基本概念4.力系

若干个力组成的系统称为力系，如果一个力系与另一个力系对物体的作用效应相同，则这两个力系互称为等效力系5.刚体

在静力学中，常把研究的物体抽象为刚体。刚体是一种理想化的力学模型。

一个物体能否视为刚体，不仅取决于变形的大小，而且和问题本身的要求有关。公理1：二力平衡公理二力等值、反向、共线(刚体，忽略重力)。用矢量式表示F1=－F2。1.1.2静力学公理二力平衡条件公理2：加减平衡力系公理

在任意一个已知力系上加上或减去任一个平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用。1.1.2静力学公理推论1：力的可传递性原理

作用于刚体上的力，可沿其作用线滑移到任一点，不会改变该力对该刚体的作用效果。1.1.2静力学公理F’FAF’’BFB

公理3：力的平行四边形公理1.1.2静力学公理矢量表达式：R=F1+F2AF1F2R作用在刚体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合力的大小、方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定。三角形法则力的多边形矢量法（几何法）力多边形设

为作用在A点的力系，求其合力A合力为力多边形的封闭边。1.1.2静力学公理推论2(三力汇交定理)

当刚体受同一平面内三个互不平行的力作用而平衡时，此三力的作用线必汇交于一点。F1F3R1F2A=证明：A3F1F2F3A3AA2A11.1.2静力学公理公理4：作用与反作用公理与公理1的区别1.1.2静力学公理1.1.3力的投影与分解在分析物体受力情况时，力的方向是十分复杂的。为了简化计算，对于平面力系，常使用平面直角坐标系对力进行分解。这是利用了静力学的那条公理呢？力对物体的运动效应，包括力对物体的移动和转动效应，其中力对物体的转动效应用力矩来度量。力矩是力对物体的转动效应的度量力矩的表示力矩的矩心、力臂大小、转向、作用面正负号规定量纲单位：牛顿.米[N.m]或千牛.米[kN.m]顺负，逆正任务二力矩与力偶1.2.1力矩力系中合力对一点的矩，等于力系中各分力对同一点之矩的代数和。设某力系为Fi（i=1,2,…n），其合力为FR，根据以上理论，则有表达式：合力矩定理汽车制动踏板，a=380mm，b=50mm，角度a=60度，工作阻力F=1700N，驾驶员蹬力Fp=193.7N，求阻力和蹬力对O点的力矩。1.2.1力矩例1-1例1-2圆柱齿轮如图，受到啮合力Fn的作用，设Fn=1400N，齿轮的压力角α=200，节圆半径，r=60mm，试计算力Fn对轴心O的力矩。解：1）直接法：由力矩定义求解2）合力矩定理将力Fn分解为切向力Ft和法(径)向力Fr，即由合力矩定理得：1.2.1力矩1.2.2力偶1、定义：作用在同一物体上的大小相等、指向相反而作用线不重合的两个平行力所组成的力系，称为力偶。1.2.2力偶力偶作用的实例2、力偶矩：M=Fd顺时针为负，逆时针为正3.力偶的性质力偶不能与力等效，力偶只能用力偶平衡。力与力偶是两个不同的基本物理量。(2)力偶对其作用面内任意一点之矩，恒等于其力偶矩，而与矩心的位置无关1.2.2力偶(3)力偶的等效性①同一平面内的力偶只要保持力偶矩大小和力偶的转向不变，作用于刚体上的力偶可以在其作用面内任意移动或转动，或同时改变力和力偶臂的大小(力偶距不变)而它对刚体的效应不变。ABAB1.2.2力偶②平行平面内的力偶在同一刚体上可以搬移到与其作用面相平行的平面内，而不改变其对刚体的效应。可见两力偶等效的条件为：A、力偶矩大小相等；B、力偶作用面平行；C、力偶转向相同。符合以上三个条件的力偶称为互等力偶，这三个条件也就是力偶的三要素。力偶对物体的转动效应取决于力偶的三要素。1.2.2力偶

定义：作用于同一物体上的两个或两个以上力偶组成的力系称为力偶系。若力偶系中各力偶均作用在同一平面，则称为平面力偶系。

(1)平面力偶系的合成平面力偶系合成的结果为一合力偶，其合力偶矩等于各分力偶矩的代数和。即4.平面力偶系的合成与平衡1.2.2力偶例1

某物体受三个共面力偶的作用，已知F1=9kN，d1=lm，F2=8kN，d2=0.5m，M3=-12kNm，试求合力偶。因此，此力偶系的合力偶的转向是顺时针，力偶矩大小为17kN·m。

平面力偶系1.2.2力偶（2）平面力偶系的平衡要使平面力偶系平衡，则M必为零，因此平面力偶系平衡的必要与充分条件是力偶系中各力偶矩的代数和为零。即1.2.2力偶例2：梁AB

受一主动力偶作用，如图，其力偶矩，梁长，梁的自重不计，求两支座的约束反力。

解:以梁为研究对象，受力图，如图所示。作用于梁上的有矩为M的力偶和两支座的约束反力FA、FB。根据力偶只能用力偶来平衡的性质可知FA必须与FB组成一个力偶，即力FA必须与FB大小相等、方向相反、作用线平行。平衡方程为：1.2.2力偶任务三受力分析与受力图自由体非自由体约束约束力给定力——

不受限制自由运动的物体。——

运动(位移)受到某些限制而不能作任意运动的物体。——

约束对被约束体的作用力。——

限制非自由体运动的物体．——

约束力以外的力。T1.3.1约束力约束力大小——平衡方程求解方向——与该约束所能阻碍的位移方向相反作用点——接触处列车是非自由体铁轨是约束体1.3.2约束类型

一、柔性约束：约束是物体，不是力柔绳、链条、胶带构成的约束1.3.2约束类型

一、柔性约束：约束是物体，不是力约束反力：拉力，作用在接触点，方向沿绳索背离物体。1.3.2约束类型

二、光滑面约束：光滑接触面约束FFF约束力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体1.3.2约束类型

二、光滑面约束：例

一重为G的球体A，用绳子BC系在光滑的铅垂墙壁上，试画出球体A的约束力。GADBCGADBFTFN1.3.2约束类型三、光滑圆柱面约束：1、固定铰链支座ABF光滑圆柱铰链约束AB课件素材\圆柱铰实例.avi

1.3.2约束类型三、光滑圆柱面约束：1、固定铰链支座F光滑圆柱铰链约束课件素材\圆柱铰实例.avi

支座固定在支承面上，支座与物体的联接采用铰链联接。1.3.2约束类型三、光滑圆柱面约束：2、中间铰链F光滑圆柱铰链约束课件素材\圆柱铰实例.avi

约束力：一对正交分力AAＮAXＮAYAＮ׳AXＮ׳AY1.3.2约束类型三、光滑圆柱面约束：2、中间铰链F光滑圆柱铰链约束课件素材\圆柱铰实例.avi

约束力：一对正交分力1.3.2约束类型三、光滑圆柱面约束：3、活动铰链支座F光滑圆柱铰链约束工程上有时为适应某些构件变形的需要，在固定铰链支座的座体与支承面间加装滚子，成为活动铰链支座NN1.3.3受力分析与受力图光滑圆柱铰链约束1.3.3受力分析与受力图光滑圆柱铰链约束1.3.3受力分析与受力图光滑圆柱铰链约束ＮAＮBACBAB1.3.3受力分析与受力图光滑圆柱铰链约束CABABＮAＮB约束力正确吗?1.3.3受力分析与受力图CABABＮAＮB平面汇交力系

平面共点力系任务四平面汇交力系平面汇交力系平衡的必要与充分条件是力系的合力等于零。平面汇交力系平衡的解析条件：力系中各力在两直角坐标轴上投影的代数和分别等于零。求解平面汇交力系平衡的步骤：1．选取适当的平衡物为研究对象，并画出简图。2．进行受力分析。画出研究对象的全部已知力和未知力，并设定未知力的方向。3．选取合适的坐标系，计算各力的投影。4．列平衡方程解出未知量。

任务四平面汇交力系任务四平面汇交力系例

.某组合机床同时在工件上钻出4个径向孔(如图所示)。各钻头对工件的轴向压力的大小为F1＝250N，F2＝500N，F3＝300N，F4＝1000N，方向如图示。求这些力的合力。例

.如图所示一简易起重机装置，重量G=2kN的重物吊在钢丝绳的一端，钢丝绳的另一端跨过定滑轮A，绕在绞车D的鼓轮上，定滑轮用直杆AB和AC支承，定滑轮半径忽略不计，定滑轮、直杆以及钢丝绳的重量不计，各处接触都为光滑。试求当重物被匀速提升时，杆AB、AC所受的力。FGFABFACxxy任务四平面汇交力系FGFABFACxy解:

选滑轮A为研究对象。

取坐标系xAy如图所示，算出各力的投影，可列出滑轮B的平衡方程

-FAB-FACcos30°-Fsin30°=0

A-FACsin30°-Fcos30°-G=0

任务四平面汇交力系任务四平面汇交力系例

.斜面上一滚子，其重量G＝2kN，用平行于斜面的绳BC系住，并受一力F＝0.2kN的作用(见图)。图中θ＝30°，斜面倾角λ＝30°。不计摩擦。试求：(1)绳和斜面所受的力；(2)力F增为多大才能拉动滚子。任务五平面一般力系作用在刚体上某点的力，可以平移至刚体上任意一点，但同时必须增加一个附加力偶，该力偶的力偶矩等于原力对该点之矩。M=?一、力的平移定理

任务五平面一般力系

在平面问题中，可将固定端约束的约束反力简化为一组正交的约束反力与一个约束力偶。二、固定端约束固定端约束任务五平面一般力系三、平面一般力系的平衡条件任务五平面一般力系例

.镗刀杆用卡盘夹持，其A端可视为固定端。已知A端至镗刀的距离l＝200mm，孔径D＝50mm，镗孔时镗刀在图面内受到的轴向切削力Fx＝3000N、径向切削力Fy＝600N，镗刀杆自重不计。试求固定端A的约束力。任务五平面一般力系例

.绞车的鼓轮与棘轮固连，由向心轴承O支承。鼓轮上的钢丝绳受到被吊重物的拉力G＝28kN，棘爪AB阻止鼓轮转动。不计摩擦和各零件自重，各部尺寸如图(单位均为mm)，求棘爪和轴承对棘轮的约束力。任务五平面一般力系例

.折梯的两半AB和AC在A点铰接，又在D、E两点用水平绳相连，放在光滑水平面上，AC段上作用有铅垂力F，已知l、h、a和α，如图所示，不计梯重，求绳的拉力。任务六

空间力系简介空间力系是物体受力的最一般情况，力系中各力的作用线不在同一平面内，这种力系称为空间力系。投影指向与坐标轴同向取正号，反向则取负号。任务六

空间力系简介2.二次投影法当力与坐标轴的夹角不是全部已知时，可采用二次投影法。即先将力投影到某一坐标平面上得到一个矢量，然后再将该矢量进一步投影到坐标轴上。任务六

空间力系简介，，

任务六

空间力系简介项目二平面机构的结构分析学习导航知识目标：能力目标：掌握机构的组成。掌握平面机构运动简图的绘制方法。掌握机构自由度的计算方法。会区分运动副的类型。会绘制平面机构运动简图。会判断机构是否具有确定的运动。项目二平面机构的结构分析任务一机构的组成任务三平面机构的自由度任务四计算自由度时的特殊情况任务二

平面机构的运动简图

1.机器概述机架曲轴连杆活塞进气阀排气阀推杆凸轮大齿轮小齿轮动画单缸内燃机1.机器概述颚式破碎机功用：压碎物料组成：见右图大带轮4电动机1V带3小带轮2肘板7定颚板8动颚板6偏心轴5动画2.机器功能驱动系统传动系统执行系统润滑、显示、照明等辅助部分操纵与控制系统传感器传感器传感器2.机器功能控制器(控制)电动机(原动)带(传动)减速器(传动)波轮(执行)分析自动洗衣机的组成：3.机器和机构的定义

机器的主要特征：

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。

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。具有以上3个特征的实物组合称为机器。而仅具备前两个特征的称为机构。机器由机构组成，从运动学角度分析，两者无差异。工程上将机器和机构统称为机械。3.机器和机构的定义凸轮机构连杆机构齿轮机构

如图所示的齿轮机构，其运动特点是把高速转动变为低速转动或者相反。如图所示的凸轮机构，它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。4.构件和零件的定义

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。

零件是组成机器的最小制造单元。

部件是机器的装配单元。4.构件和零件的定义4.构件和零件的定义动画内燃机连杆套筒连杆体螺栓垫圈螺母轴瓦连杆盖第2章平面机构的结构分析机械一般由若干个常用机构组成，而机构是由两个以上具有确定相对运动的构件组成的。若组成机构的所有构件都在同一平面或平行平面中运动，则称该机构为平面机构。工程中常见的机构大多属于平面机构，本章仅讨论平面机构。任务一机构的组成学习要点掌握运动副的分类及构件组成。2.1.1基本概念2.1.2运动副及其分类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）；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。从动件的运动规律取决于原动件的运动规律及运动副的结构和构件尺寸。构件的受力状况及运动特点与构件结构尺寸有关，下面介绍几种常见的构件结构。

2.1.1基本概念如图所示，图(a)~图(c)为含有两个转动副元素的杆状构件，图(d)~图(f)为含有三个转动副元素的杆状构件。杆件的形状主要取决于机构的结构设计，保证运动时不发生干涉。具有转动副元素的杆状构件1杆状构件具有转动副元素的杆状构件

2.1.1基本概念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，常见的有如图所示的几种。具有转动副元素的杆状构件1杆状构件截面形状

2.1.1基本概念具有移动副元素和转动副元素的构件2单缸内燃机构造简图

2.1.1基本概念2.1.2运动副及其分类自由度1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。

任一做平面运动的自由构件有三个独立的运动。

自由构件的自由度动画2.1.2运动副及其分类约束2当两构件组成运动副后，它们之间的某些相对运动受到限制，对于相对运动所加的限制称为约束。每加上一个约束，自由构件便失去一个自由度。

运动副的约束数目和约束特点取决于运动副是低副还是高副。2.1.2运动副及其分类运动副的概念3两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。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。机构是具有确定相对运动的多构件组合体，为了传递运动和动力，各构件之间必须以一定的方式连接起来，并且具有确定的相对运动。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。2.1.2运动副及其分类平面运动副的分类4按两构件间接触性质不同，平面运动副通常可分为低副和高副。(1)低副两构件形成面与面接触的运动副称为低副，又分转动副和移动副。动画动画2.1.2运动副及其分类平面运动副的分类4(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。动画动画动画2.1.2运动副及其分类运动副分类举例限制自由度数量限制作用低副（面接触）转动副（圆柱面）2个限制两个平移移动副（平面）限制一个转动和一个法线平移高副（点线接触）齿轮副1个限制法线平移凸轮副任务二平面机构的运动简图学习要点认识平面机构的运动简图。掌握机构运动简图的符号及绘画方法。2.2.1机构运动简图的概念2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2.1机构运动简图的概念在研究机构运动特性时，为使问题简化，可不考虑构件和运动副的实际结构，只考虑与运动有关的构件数目、运动副类型及相对位置。用规定的线条和符号表示构件的运动副，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。平面机构运动简图的绘制步骤：

(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。

(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。(5)标记原动件。2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2.2平面机构运动简图的绘制2.2.2平面机构运动简图的绘制例2-1绘制如图所示的颚式破碎机主体机构的运动简图。颚式破碎机主体机构2.2.2平面机构运动简图的绘制例2-1绘制如图所示的颚式破碎机主体机构的运动简图。解

(1)由图可知，颗式破碎机主体机构由机架1、偏心轴2(如图(b)所示)、动颗3、肘板4组成。机构运动由带轮J输人，带轮J与偏心轴2固连成一体(属于同一构件)，绕转动中心A转动，故偏心轴2为原动件。动领3和肘板4为从动件，动颗3通过肘板4与机架相连，并在偏心轴2的带动下做平面运动将矿石打碎，故动颗3和肘板4为从动件。

(2)偏心轴2与机架1、偏心轴2与动领3、动领3与肘板4、肘板4与机架1均构成转动副，其转动中心分别为A、B、C、D。选择构件的运动平面为视图平面，图(c)所示的机构运动瞬时位置为原动件位置。2.2.2平面机构运动简图的绘制

例2-2绘制如图所示单缸内燃机的机构运动简图。已知LAB=75mm，LBC=300mm。

单缸内燃机机构运动简图2.2.2平面机构运动简图的绘制解(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，如图所示。活塞的大小与运动无关，可酌定。任务三平面机构的自由度学习要点掌握自由度与约束的概念。会计算机构自由度并判断机构运动的确定性。2.3.1机构自由度的计算2.3.2机构具有确定运动的条件2.3.1机构自由度的计算设一个平面机构由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。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因此，当机构中原动件数等于机构自由度数时，机构中各构件就会具有确定的相对运动。2.3.1机构自由度的计算计算颚式破碎机的自由度。2.3.2机构具有确定运动的条件当F≤0时F=3n-2PL-PH=3×2-2×3-0=0刚性结构不可动，不是机构动画当F＞0，P＞F时F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1机构卡死或损坏2.3.2机构具有确定运动的条件动画F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-0=2当F＞0，P＜F时机构运动不确定2.3.2机构具有确定运动的条件由上述分析可知，机构的自由度数目、原动件数目与机构运动特性之间有着密切的联系。自由度数目原动件数目结论F≤0－机构变为刚性结构，构件之间没有相对运动，不能构成机构F＞0P＞F会导致机构的薄弱构件损坏P＜F机构的运动不确定，从动件首先沿阻力小的方向运动P=F机构中各构件具有确定的相对运动表机构具有确定运动的判断方法动画2.3.2机构具有确定运动的条件任务四计算自由度时的特殊情况学习要点掌握复合铰链的识别和应对方法。掌握局部自由度的识别和应对方法。掌握虚约束的识别和应对方法。2.4.1复合铰链2.4.2局部自由度2.4.3

虚约束2.4.1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。复合铰链动画动画2.4.1复合铰链

如图所示为直线机构，其构件的长为AF=FE，AD=AB，BC=

CD=DE=EB，当构件FE摇动时，C点的轨迹为垂直于AF的直线。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。该机构n=7，PL=10，PH=0，其自由度为：F=3n-2PL-PH=3×7-2×10-0=1

直线机构2.4.1复合铰链2.4.2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。

该机构的自由度为F=3n-2PL-PH=3×2-2×2-1=1动画凸轮机构局部与整体动画2.4.2局部自由度2.4.3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。计算机构自由度时，应除去不计。

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。计算机构自由度时应按一个转动副计算。两构件组成多个运动副动画动画②两构件组成多处接触点公法线重合的高副同样应只考虑一处高副，其余为虚约束。

③两构件组成多个导路平行或重合的移动副。

计算自由度时应只算作一个移动副。两构件组成多个运动副2.4.3虚约束(2)两构件上连接点的运动轨迹互相重合。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机车车轮联动机构中的虚约束动画2.4.3虚约束例计算图所示筛料机构的自由度。筛料机构

2.4.3虚约束例计算图所示筛料机构的自由度。机构中n=7，PL=9，PH=1，其自由度为F=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2筛料机构

2.4.3虚约束任务四计算自由度时的特殊情况例计算图示机构的自由度并判断运动的确定性。第3章平面连杆机构学习导航知识目标：能力目标：了解平面四杆机构的基本形式及演化形式。掌握平面四杆机构的工作特性及在工程实际中的应用。掌握平面四杆机构的设计方法。掌握曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构的概念及应用。会分析铰链四杆机构的演化形式及应用。会根据工作要求设计平面四杆机构。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：1、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；2、可以实现预期的运动规律和轨迹等要求；3、运动副接触面均为规则的圆柱面或平面，制造简单；4、运动副中的间隙会引起运动积累误差；5、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。因此，平面连杆机构常与机器的工作部分相连，起执行和控制作用。第3章平面连杆机构任务一平面连杆机构的基本类型及其应用任务二平面四杆机构的演化任务三平面四杆机构有曲柄的条件任务四平面四杆机构的基本特性任务五平面四杆机构的尺度综合学习要点学会判断平面连杆机构的基本形式。掌握铰链四杆机构的应用。3.1.1平面连杆机构的基本概念任务一平面连杆机构的基本类型及其应用3.1.2铰链四杆机构的类型及应用

3.1.1平面连杆机构的基本概念连杆机构是刚性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。平面连杆机构铰链四杆机构含有移动副的平面四杆机构曲柄摇杆机构

双曲柄机构

双摇杆机构曲柄滑块机构偏心轮机构摇块机构

导杆机构

定块机构运动副都是转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构。铰链四杆机构中，固定不动的构件为机架；与机架相联的构件为连架杆，不与机架直接相联的构件称为连杆。连架杆中，能绕机架的固定铰链作整周转动的称为曲柄，仅能在一定角度范围内往复摆动的称为摇杆。

3.1.1平面连杆机构的基本概念3.1.2铰链四杆机构的类型及应用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。铰链四杆机构动画动画动画动画曲柄摇杆机构1雷达天线俯仰角调整机构脚踏砂轮机机构动画动画动画3.1.2铰链四杆机构的类型及应用双曲柄机构2两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构，称双曲柄机构。

插床六杆机构平行四边形机构动画3.1.2铰链四杆机构的类型及应用双曲柄机构2动画天平机构由于这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆始终保持平动，因此应用较广泛，例如图所示的天平机构。3.1.2铰链四杆机构的类型及应用双曲柄机构2平行四边形机构有以下三个运动特点:(1)两曲柄转速相等动画机车车轮联动机构3.1.2铰链四杆机构的类型及应用双曲柄机构2(2)连杆始终与机架平行如图所示的摄影车升降机构，其升降高度的变化采用两组平行四边形机构来实现，且利用连杆始终做平动这一特点，可使与连杆固连一体的座椅始终保持水平位置，以保证摄影人员安全可靠地摄影。摄影车升降机构3.1.2铰链四杆机构的类型及应用双曲柄机构2(3)运动的不确定性如图所示，在平行四边形机构中，当两曲柄转至与机架共线位置时，主动曲柄AB继续转动，例如到达AB2位置;从动曲柄CD可能按原转动方向转到C2D位置，此时机构仍是平行四边形机构，也可能反向转到C'D位置。平行四边形机构动画3.1.2铰链四杆机构的类型及应用双曲柄机构2带有辅助构件的平行四边形机构

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。3.1.2铰链四杆机构的类型及应用动画双曲柄机构2

反平行四边形机构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。反平行四边形机构车门启闭机构3.1.2铰链四杆机构的类型及应用动画双摇杆机构3两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构，常用于操纵机构、仪表机构等。如图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。起重机机构动画3.1.2铰链四杆机构的类型及应用任务二

平面四杆机构的演化曲柄滑块机构1由曲柄、连杆、滑块和机架组成的机构，称为曲柄滑块机构。曲柄摇杆机构到曲柄滑块机构的演化动画曲柄滑块机构1滑块轨道中心线通过曲柄的转动中心A，对心曲柄滑块机构。滑块轨道中心线偏离曲柄的转动中心A，偏置曲柄滑块机构。对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构动画任务二

平面四杆机构的演化偏心轮机构2由偏心轮、连杆、滑块和机架组成的机构称为偏心轮机构。动画偏心轮机构动画任务二

平面四杆机构的演化导杆机构3由曲柄、导杆、滑块和机架组成的机构，称为导杆机构。由于导杆能做整周转动，因此称为转动导杆机构，此时机架长度小于曲柄长度。若取机架长度大于曲柄长度，导杆4只能做往复摆动，形成摆动导杆机构。导杆机构任务二

平面四杆机构的演化导杆机构3简易刨床的导杆机构

动画任务二

平面四杆机构的演化导杆机构3牛头刨床的导杆机构

动画任务二

平面四杆机构的演化摇块机构4若将对心曲柄滑块机构中的连杆BC作为机架，滑块只能绕C点摆动，就得到曲柄摇块机构，简称摇块机构。摇块机构吊车任务二

平面四杆机构的演化定块机构5若将偏置曲柄滑块中的滑块3作为机架，BC杆成为绕转动副C摆动的摇杆，AC杆成为滑块做往复移动，就得到摇杆滑块机构，又称为定块机构。定块机构手摇唧筒动画任务二

平面四杆机构的演化任务三平面四杆机构有曲柄的条件

(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）此条件亦称杆长条件。a+c≤b+d

a+d≤b+c

a+b≤c+d将上述三式中每两式相加并简化，可得a≤b

a≤c

a≤d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。

(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。动画任务三平面四杆机构有曲柄的条件任务四平面四杆机构的基本特性学习要点掌握机构的急回特性、压力角、传动角及死点的概念，并

能够在运动简图上进行标注。3.4.1急回特性3.4.2压力角和转动角3.4.3死点位置3.4.1急回特性

当主动件等速转动时，做往复运动的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。

K值的大小取决于极位夹角θ

，θ角越大，K值越大，急回运动特性越明显；反之，则愈不明显。当θ

=0时，K=1，机构无急回特性。3.4.1急回特性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。机构急回特性的判定

动画动画动画3.4.2

压力角和传动角3.4.2

压力角和传动角压力角越小，传动角越大，机构的传力效果越好。由此可见，压力角和传动角是反映机构传力性能的重要标志。作用在从动件摇杆CD上的力F，与该力作用点C运动线速度vc之间所夹的锐角α称为压力角。传动角：压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角。动画3.4.2

压力角和传动角规定工作行程中的最小传动角γmin≥40°～50°。分析表明，在曲柄摇杆机构中，γmin可能出现在曲柄与机架共线的两个位置时，一般可通过计算或作图量取此二位置的传动角，其中的小值即为γmin。3.4.3死点位置在曲柄摇杆机构中，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。曲柄摇杆机构的死点位置动画3.4.3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。动画动画

任务五

平面四杆机构的尺度综合学习要点学会给定三个和两个连杆位置设计平面四杆机构。学会按给定急回特性系数设计平面四杆机构。3.5.1按给定的连杆三个位置设计平面四杆机构3.5.2按给定的连杆两个位置设计平面四杆机构3.5.3按给定的急回特性系数设计平面四杆机构3.5.1按给定的连杆三个位置设计平面四杆机构

平面四杆机构设计的基本问题是:根据机构工作要求，结合附加限定条件确定绘制机构运动简图所必需的参数，包括各构件的长度尺寸及运动副之间的相对位置。

平面四杆机构设计的方法有图解法、实验法和解析法。解析法精确，图解法几何关系清晰，实验法直观、简便。本节介绍图解法。3.5.1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。按给定的连杆三个位置设计四杆机构3.5.2按给定的连杆两个位置设计平面四杆机构已知铰链四杆机构(参见上图)中连杆的长度及两个预定位置，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。造型机翻转机构1—机架;2、4—摇杆;3、5—连杆;6—活塞;7—砂箱;8—翻台;9—振实台;10—托台铸造车间的造型机翻转机构是双摇杆机构，如图所示，在图中粗实线位置Ⅰ时，砂箱7和翻台8紧固连接，并在振实台9上振实造型。当压力油推动活塞6时，通过连杆5使摇杆4摆动，从而将砂箱7与翻台8转到细虚线位置Ⅱ。托台10上升接触砂箱，解除砂箱与翻台间的紧固连接并起模，即要求翻台能实现B1C1、B2C2两个位置。3.5.3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。按急回特性系数设计四杆机构项目四凸轮机构及间歇运动机构学习导航知识目标：能力目标：了解凸轮机构的类型、特点及应用场合。了解凸轮机构的常用运动规律及位移曲线绘制方法。掌握反转法设计凸轮轮廓曲线的绘制方法。会分析凸轮机构的类型及应用。会绘制从动件运动规律曲线。会用图解法设计凸轮轮廓。项目四凸轮机构及间歇运动机构任务一凸轮机构的组成与分类任务二凸轮机构从动件的运动规律任务三凸轮轮廓曲线的绘制任务四常见的间歇运动机构任务一凸轮机构的组成与分类学习要点了解凸轮机构的组成、分类方法和在工程实际中的应用。4.1.1凸轮机构的应用和组成4.1.2凸轮机构的分类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。如图所示为内燃机配气机构。其中构件3为机架，凸轮1以等角速度转动，并用其曲线轮廓驱动从动件气阀2做上下往复移动，从而有规律地开启或关闭气阀。内燃机配气机构动画4.1.1凸轮机构的应用和组成冲床送料机构绕线机的凸轮机构动画动画4.1.1凸轮机构的应用和组成综上所述，凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成。凸轮是具有变化向径或曲线轮廓的构件，凸轮与从动件通过高副连接，故凸轮机构属于高副机构。凸轮机构的主要作用是将主动凸轮的连续转动或移动转化为从动件的往复移动或摆动。凸轮机构结构简单、紧凑，设计方便，只需设计适当的凸轮轮廓，便可以使从动件实现预期运动规律。缺点是凸轮轮廓与从动件之间是点或线接触，易磨损，通常用于传力不大的控制机械中。4.1.2凸轮机构的分类按凸轮形状分类1(1)盘形凸轮具有变化向径的盘状构件称为盘形凸轮。它是凸轮的基本形式。内燃机配气机构绕线机的凸轮机构4.1.2凸轮机构的分类按凸轮形状分类1

(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。冲床送料机构4.1.2凸轮机构的分类按凸轮形状分类1

(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。属于空间凸轮机构。圆柱凸轮机构动画4.1.2凸轮机构的分类按从动件的端部结构分类2(1)尖顶从动件从动件端部以尖顶与凸轮轮廓接触，如图所示。这种从动件结构最简单，尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触，因此理论上可以实现任意预期的运动规律。尖顶从动件是研究其他类型从动件凸轮机构的基础。由于尖顶与凸轮是点接触，易磨损，故仅适用于低速轻载的凸轮机构中。动画4.1.2凸轮机构的分类按从动件的端部结构分类2

(2)滚子从动件从动件端部装有可以自山转动的滚子，滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，耐磨损，可以承受较大的载荷，故应用广泛，如图所示。动画4.1.2凸轮机构的分类按从动件的端部结构分类2

(3)平底从动件从动件的端部是一平底，这种从动件与凸轮轮廓接触处在一定条件下易形成油膜，利于润滑，传动效率较高，且能传动较大的作用力，故常用于高速凸轮机构中，如图所示。动画4.1.2凸轮机构的分类按从动件的运动方式分类3

(1)移动从动件，从动件做往复直线移动。

(2)摆动从动件，从动件做往复摆动。按锁合方式分类4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。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。任务二凸轮机构从动件的运动规律学习要点了解等速运动、等加速等减速运动和简谐运动规律的运动

线图的绘制方法、运动特性和适用范围。4.2.1凸轮机构运动分析的基本概念4.2.2从动件的常用运动规律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。

升—停—降—停运动过程是凸轮机构典型的运动过程。对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构4.2.1凸轮机构运动分析的基本概念综上所述，从动件的运动取决于凸轮轮廓曲线的形状，即凸轮轮廓决定了从动件的运动规律。因此，设计凸轮轮廓曲线时，首先根据工作要求选定从动件的运动规律，然后再按从动件的位移曲线设计出相应的凸轮轮廓曲线。4.2.2从动件的常用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。当凸轮以等角速度ω1转动时，从动件在推程或回程中的速度为常数。凸轮转角θ与时间t的关系为θ=ω1t。推程时，从动件位移s与时间t的关系为s=vt。等速运动规律1等速运动规律的位移、速度、加速度线图4.2.2从动件的常用运动规律从动件在运动过程的前半程做等加速运动，后半程做等减速运动，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。等加速等减速运动规律2等加速等减速运动规律的位移、速度、加速度线图4.2.2从动件的常用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3简谐运动规律的位移、速度、加速度线图任务三凸轮轮廓曲线的绘制学习要点掌握反转法原理，能够利用图解法设计对心尖顶直动从动

件、对心滚子直动从动件和对心平底直动从动件盘形凸轮

轮廓。4.3.1用图解法设计盘形凸轮轮廓4.3.2用解析法设计圆形凸轮轮廓根据工作条件要求，确定从动件的运动规律，选定凸轮的转动方向、基圆半径等，进而可以对凸轮轮廓曲线进行设计。凸轮轮廓曲线的设计方法有图解法和解析法。图解法简便易行、直观，但精度较低，可用于设计一般精度要求的凸轮机构。解析法精度高，但计算量大，多用于设计精度要求较高的凸轮机构。任务三凸轮轮廓曲线的绘制4.3.1用图解法设计盘形凸轮轮廓如图所示，凸轮机构工作时，主动凸轮以等角速度ω1转动。用图解法设计盘形凸轮轮廓时，给整个凸轮机构加上一个公共的角速度—ω1。根据相对运动原理，凸轮静止不动;从动件一方面随导路(即机架)以角速度—ω1，绕轴O转动，另一方面又在导路中按预期的运动规律做往复移动。此时，凸轮机构中各构件间的相对运动并没有改变。反转法原理4.3.1用图解法设计盘形凸轮轮廓对心尖顶直动从动件盘形凸轮1对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的画法4.3.1用图解法设计盘形凸轮轮廓对心直动滚子从动件盘形凸轮2对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的画法

(1)将滚子的中心看做是尖顶从动件的尖顶，按前述方法绘制尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线，该曲线称为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对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线，称为凸轮的实际轮廓曲线。4.3.1用图解法设计盘形凸轮轮廓对心平底直动从动件盘形凸轮3对心平底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的画法对心平底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制与对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制类似。如图所示，将平底从动件的轴线与平底的交点A。看成尖顶从动件的尖端，按尖顶从动件凸轮轮廓曲线的绘制方法求得理论轮廓线上的各点，然后过这些点画出一系列平底线这些平底线形成的包络线就是凸轮的实际轮廓曲线。4.3.2用解析法设计盘形凸轮轮廓凸轮理论轮廓曲线方程式1偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线方程式推导如图所示为一偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线方程式推导。在直角坐标系中，B点为滚子从动件中心在凸轮理论轮廓曲线上的一个位置，由图中的几何关系可知，该点的直角坐标为4.3.2用解析法设计盘形凸轮轮廓凸轮实际轮廓曲线方程式2由前述可知，在滚子直动从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际轮廓曲线与理论轮廓曲线为法向等距曲线，两者在法线方向上相距滚子半径rT。任务四常见的间歇运动机构学习要点了解间歇机构的组成、分类方法和在工程实际中的应用。4.4.1螺旋机构4.4.2棘轮机构4.4.3槽轮机构4.4.4不完全齿轮机构

4.4.1螺旋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。螺纹按其功用可分为两种:一种是利用螺纹连接件如螺钉、螺栓和螺母等将需要相对固定在一起的零件连接起来，称为螺纹连接。

另一种是由螺杆、螺母和机架组成的螺旋机构，其工作原理是将旋转运动转化为直线运动，同时传递运动与动力。螺纹的形成1螺纹的形成

4.4.1螺旋机构螺纹的类型2

(1)按螺旋线的绕行方向，可将螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹，规定将外螺纹轴线直立时螺旋线向右上升为右旋螺纹，向左上升为左旋螺纹。一般采用右旋螺纹，有特殊要求时才采用左旋螺纹。

(2)按螺旋线的数目，可将螺纹分为单线螺纹和等距排列的多线螺纹。为了制造方便，螺纹线数一般不超过4线。

4.4.1螺旋机构螺纹的类型2螺纹的牙型

(3)按平面图形的形状(即牙型)，可将螺纹分为二角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等，如图所示。二角形螺纹多用于连接，其余螺纹多用于传动。

4.4.1螺旋机构螺纹的主要儿何参数

4.4.1螺旋机构

(1)大径d与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径，在有关螺纹的标准中规定为公称直径。

(2)小径d1与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径，在强度计算中作为危险剖面的计算直径。

(3)中径d2在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱体直径，近似等于螺纹的平均直径。d2≈0.5（d+d1）

(4)螺距P相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离。

4.4.1螺旋机构螺纹的参数3

(5)线数n

螺纹螺旋线的数目，一般为便于制造取n≤4。

(6)导程S

同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离。螺距、导程、线数之间的关系为S=nP

(7)螺旋升角ψ

在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面之间的夹角。

(8)牙型角α及牙型斜角β

在轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹角称为牙型角α；牙型斜角β是指螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角。若牙型角对称，则β=α/2。

4.4.1螺旋机构螺纹的应用4普通螺纹即三角形米制螺纹，牙型角α=60°，大径d为公称直径，单位为mm。同一公称直径按螺距的大小，可分为粗牙螺纹和细牙螺纹，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹。一般连接多用粗牙螺纹。细牙螺纹的螺距小、小径大、螺旋升角小，因而自锁性能较好、强度高，但不耐磨、容易滑扣，适用于薄壁零件、受动载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹。

4.4.1螺旋机构管螺纹的牙型角α=55°，牙顶呈圆弧形，内外螺纹旋合后无径向间隙，紧密性好。管螺纹为英制螺纹，公称直径近似为管子的内径。按螺纹是分布在圆柱上还是圆锥上，将管螺纹分为圆柱管螺纹和圆锥管螺纹，如图所示。管螺纹

4.4.1螺旋机构矩形螺纹牙型为正方形，牙型角α=0°，牙厚为螺距的一半。其传动效率较其他螺纹高，但牙根强度较低，精加工较困难，且螺纹磨损后轴向间隙难以补偿。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角α=30°。其传动效率比矩形螺纹低，但工艺性较好，牙根强度高，对中性好。锯齿形螺纹工作面的牙型斜角为3°，非工作面的牙型斜角为30°。这种螺纹兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点。

4.4.1螺旋机构螺旋机构可以用来把回转运动变为直线移动，在各种机械设备和仪器中得到广泛的应用。机床手摇进给机构

4.4.1螺旋机构单速式螺旋机构台虎钳

4.4.1螺旋机构差速式螺旋机构差速式螺旋机构如图所示为差速式螺旋机构(也称差动螺旋机构)简图。这种螺旋机构的优点是既能得到极小的位移，其螺纹的导程又无须太小，因而便于加工制造。差速式螺旋机构常用于较精密的机械或仪器中，如测微器、分度机构及机床刀具的微调机构等。

4.4.1螺旋机构增速式螺旋机构增速式螺旋机构

4.4.1螺旋机构滚动螺旋机构普通的螺旋机构，由于齿面之间存在相对滑动摩擦，所以传动效率低。为了提高效率并减轻磨损，可采用以滚动摩擦代替滑动摩擦的滚动螺旋机构。

4.4.1螺旋机构

4.4.2棘轮机构学习要点认识和了解棘轮机构及其应用场合。棘轮机构动画

4.4.2棘轮机构棘轮机构按其工作原理可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。按啮合的情况，又分为外齿啮合式棘轮机构和内齿啮合式棘轮机构。齿式棘轮机构的棘轮外缘、内缘或端面上具有刚性的轮齿，按照其运动形式又分为以下几类：

4.4.2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。单动式棘轮机构1双动式棘轮机构2动画双动式棘轮机构

4.4.2棘轮机构可变向棘轮机构3可变向棘轮机构动画动画

4.4.2棘轮机构摩擦式棘轮机构4齿式棘轮机构的棘轮转角都是相邻两齿所夹中心角的倍数，也就是说，棘轮的转角是有级性改变的。如果需要无级性改变转角，可采用摩擦式棘轮机构。如图所示，它山摩擦轮3和摇杆1及其铰接的驱动偏心楔块2、止动楔块4和机架5组成。当摇杆1逆时针方向摆动时，通过驱动偏心楔块2与摩擦轮3之间的摩擦力，使摩擦轮沿逆时针方向运动。摩擦式棘轮机构动画

4.4.2棘轮机构摩擦式棘轮机构4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。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。

4.4.2棘轮机构摩擦式棘轮机构4自动线上的浇注输送装置牛头刨床的横向进给机构

4.4.3槽轮机构学习要点认识和了解槽轮机构及其应用场合。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。单圆销外啮合槽轮机构动画

4.4.3槽轮机构槽轮机构分：外槽轮机构和内槽轮机构。双圆销外啮合槽轮机构，此时拨盘转动一周，槽轮转动两次。动画动画

双圆销外啮合槽轮机构电影放映机中的槽轮机构

4.4.3槽轮机构

自动车床上的槽轮机构

4.4.4不完全齿轮机构不完个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。不完个齿轮机构与其他间歇运动机构相比，其优点是结构简单，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。学习要点认识和了解不完全齿轮机构。外啮合不完全齿轮机构动画

4.4.4不完全齿轮机构动画

4.4.4不完全齿轮机构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。如果用于高速场合，则可安装瞬心附加杆，使从动件的角速度由零逐渐增加到某一数值，以使机构传动平稳。项目五带传动及链传动学习导航知识目标：能力目标：了解带传动的特点、类型及应用。掌握带传动的受力分析和应力分析的方法。掌握带传动弹性滑动和传动比的概念及计算方法。熟悉V带结构和国家标准以及V带轮的常用材料和结构。掌握带传动的失效形式及设计方法。熟悉带传动的张紧和安装方法。了解链传动的结构特点及应用。学会分析带传动的受力情况。学会分析带传动的失效形式及设计准则。能够依据手册设计V带传动，合理选择带的型号。项目五带传动及链传动任务一带传动概述任务二V带和V带轮任务三V带传动的工作能力分析任务四V带传动的设计任务五带传动的使用与维护任务六同步带传动任务七链传动任务一带传动概述学习要点认识带的类型及传动特点。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。带传动

任务一带传动概述6.1.1带传动的类型和应用6.1.2带传动的特点学习要点认识带的类型及传动特点。5.1.1带传动的类型和应用截面形状为矩形，其工作面为内表面。常用的平带为橡胶帆布带。平带传动多用于高速和中心距较大的场合。平带传动1摩擦带传动的类型5.1.1带传动的类型和应用截面形状为等腰梯形，其工作面为两侧面，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。V带传动2摩擦带传动的类型5.1.1带传动的类型和应用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。多楔带传动3摩擦带传动的类型5.1.1带传动的类型和应用圆带的横截面为圆形，如图所示。常用于小功率传动，如仪表、缝纫机、牙科医疗器械等。圆形带4摩擦带传动的类型5.1.2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)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