机械设计基础 课件汇 黄延军 项目1-7 总论 -链传动

项目1总论机械设计基础目录CONTENTS机器设计概述2机械零件工作能力和计算准则3机械设计常用材料4课程内容、性质和任务11课程内容、性质和任务Part尝试列出已学课程中，曾经涉猎到的部分国际标准、国家标准或行业标准。任务引入学习目标：1．了解本课程的内容和性质；2.了解本课程的任务。本课程内容、性质本课程是一门重要的专业基础课，综合应用各先修课程的基础理论和生产知识，解决常用机构及通用部件的分析和设计问题。本课程的任务（一）树立正确的设计思想，培养严谨求实的工作作风，为后续课程学习及生产实践打下基础。（二）熟悉常用机构及零件的工作原理、特性和应用，初步掌握分析和设计常用机构的基本方法。（三）掌握通用机械零部件的设计原理、方法和一般规律，掌握通用零件选用和设计的基本方法。（四）掌握一定的设计技能（查阅资料，运用标准、规范，简单的设计计算等）。（五）掌握典型机械零件的实验方法，获得基本的实验操作技能。（六）了解机械设计的最新动态。2机械设计概述Part什么是机械？什么是机械设计？如何进行机械设计？任务引入任务目标：1.了解机械设计类型；2.理解机器和机构的区别；3.理解机械设计的程序；4.掌握零件与构件的区别。一、研究对象——机械1.机器的组成及特征1.汽缸体(机架)，2.曲轴，3.连杆，4.活塞，5.进气阀，6.排气阀，7.推杆，8.凸轮，9.齿轮，10.齿轮一、研究对象——机械动力部分传动部分执行部分控制部分机器一般由4部分组成：一、研究对象——机械机器具有的共同特征：（1）它们都是人为的实物组合体；（2）各实体之间具有确定的相对运动；（3）能够用来变换或传递能量、物料与信息。机器定义：机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息。一、研究对象——机械机构具有的特征：（1）它们都是人为的实物组合体；（2）各实体之间具有确定的相对运动；（3）能够用来变换或传递能量、物料与信息。机构是机器的运动部分，仅起运动传递和运动形式转换的作用。一、研究对象——机械从结构和运动观点来看，机器与机构之间并无区别。因此习惯上把机器和机构统称为机械。一、研究对象——机械2.零件与构件组成机械的相对运动单元称为构件，机械中不可拆卸的制造单元称为零件。两者区别：构件是机器的运动单元，而零件则是机器的制造单元。一、研究对象——机械3.对机械的基本要求使用功能经济性要求劳动保护环境保护二、研究过程——机械设计1.机械设计的概念机械设计：根据对机械产品提出的任务，结合生产的具体情况，应用当代各种先进的技术成果，求得一个技术完善，经济性好，操作安全，减少污染，造型美观，并能集中反映先进生产力的研制机械产品的方案和手段。作用：机械设计是机械产品生产的第一道工序，将对机械的工作原理、结构组成、运动形态、受力状况、能量传递、装配关系、润滑密封以及各个零件的材料、形状和尺寸等进行构思、分析和计算，并将结果转化为工程图样和技术文件，作为机械制造和机械使用的依据。可行性研究方案设计技术设计改进设计2.机械设计的程序二、研究过程——机械设计继续设计新型设计变型设计3.机械设计的类型二、研究过程——机械设计3机械零件的工作能力和计算准则Part右图为文件层板柜。按照机械零件的四大准则，分析在设计内部层板时，应主要考虑使用哪些准则。任务引入任务目标：1.理解机械零件计算的四大准则；2.理解极限应力和安全系数含义。一、机械零件的工作能力零件在一定的运动、载荷和环境情况下，在预定的使用期限内，不发生失效的安全工作限度。衡量零件工作能力的指标称为零件的工作能力准则。主要准则有：强度、刚度、耐磨性、振动稳定性和耐热性。二、机械零件的计算准则（一）强度准则强度是保证机械零件工作能力的最基本要求。若零件的强度不够，不仅因为零件的失效使机械不能正常工作，而且还可能导致安全事故。强度计算准则为：σ≤[σ]，

τ≤[τ]

二、机械零件的计算准则1.极限应力极限应力的确定与应力的种类相关。极限应力静应力塑性材料：屈服强度脆性材料：抗拉强度变应力：相应的疲劳极限断裂或塑性变形疲劳断裂二、机械零件的计算准则1.极限应力极限应力的确定与应力的种类相关。二、机械零件的计算准则2.安全系数可采用查表法或部分系数法确定。下为部分系数法：S1——载荷及应力相关，一般为1~1.5S2——材料均匀性相关，锻钢或轧钢一般为1.2~1.5；铸铁一般为1.5~2.5S3——零件重要性相关，一般为1~1.5

二、机械零件的计算准则（二）

刚度准则刚度是指零件在载荷作用下，抵抗弹性变形的能力。刚度设计准则为：

增大刚度措施：1.适当增大或改变截面尺寸以增大惯性矩；2.减小支撑跨距；3.合理增添加强筋等。二、机械零件的计算准则（三）

耐磨性准则耐磨性是指相对运动的零件工作表面抵抗磨损的能力。目前尚无可靠、定量的计算方法，常采用条件性计算：

二、机械零件的计算准则（四）

振动和噪声准则当机械或零件的固有振动频率等于或接近受激振源作用引起的强迫振动频率时，将产生共振。而振动又是产生噪声的主要原因。根据实际需求出发，应进行振动分析和计算。4机械设计常用材料Part老师带学生参观时，发现操作工正在把一批热轧钢筋进行冷拉处理。试说明其原因。任务引入任务目标：1.了解材料选用原则；2.了解硬度表达方法；3.掌握低碳钢力学性能曲线。一、材料选用原则1、满足使用要求是选用材料的最基本原则和出发点。2、符合工艺要求是选用材料的冷、热加工性能好，热处理工艺性好。3、综合经济效益好是一切产品追求的最终目标。不能只考虑材料价格，还应考虑加工成本及维修维护费用。二、机械常用材料材料分类部分常用牌号部分用途黑色金属一般用钢碳素结构钢Q195,Q235,Q275等铁丝、螺栓、轴等优质碳素结构钢20,45,40Mn齿轮、曲轴等低合金结构钢Q295,Q345等油罐、建筑结构等合金结构钢45MnB,20Cr,42CrMo等花键、齿轮等弹簧钢65，65Mn，30W4Cr2VA等弹簧轴承钢GCr15等滚动轴承不锈钢、耐热钢、工具钢、耐候钢特定用途铸铁灰铸铁HT200,HT350等床身、带轮、等球墨铸铁QT400,QT900等箱体、齿轮等其它铸铁

铸钢联轴器等有色金属铜、铝、锌、铅、钛等合金、滑动轴承等非金属橡胶密封圈等工程塑料管、滑动轴承等陶瓷、石墨等轴承等二、机械常用材料低碳钢力学拉伸性能实验GB/T228.11）

弹性形变阶段；2）屈服阶段；3）强化阶段；4）局部变形阶段（一）金属材料力学性能（二）硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的一种力学性能指标。其含义是指金属表面抵抗其他硬物压入的能力，即材料对局部塑性变形的抵抗能力。根据载荷性质和测试方法不同可分为布氏硬度（HBW）、洛氏硬度（HRC）、维氏硬度（HV）等。二、机械常用材料实事求是，崇尚科学项目2平面机构运动简图绘制及自由度计算机械设计基础目录CONTENTS机构概述1平面机构的运动简图2平面机构的自由度计算31机构概述Part一个在平面上运动的物体，不论它以任何方式运动，都可用沿x轴的移动、沿y轴的移动和垂直于该平面轴的转动共3个参数进行表达，如图所示。试分析在三维空间中运动的物体，可以用那几个参数表达？任务引入任务目标：1.掌握机构的组成；2.掌握自由度和约束的含义；3.掌握运动副的类型。相关知识平面机构：各构件在同一平面或相互平行的平面内运动。空间机构：各构件不完全在同一平面或相互平行的平面内运动。平面机构空间机构一、机构的组成与分类机构：具有确定相对运动的构件的组合；构件：机构中的（最小）运动单元，由一个或若干个零件刚性联接而成。1.机构一、机构的组成与分类机架：固定不动的构件；原动件：输入运动规律的构件；从动件：其它的活动构件2.机架二、自由度自由度：构件所具有的独立运动的数目；约束：对构件独立运动所施加的限制三个自由度：x,y,

yxO三、运动副及其分类运动副：两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。特点：（1）运动副是一种连接；（2）由两个构件组成；（3）两个构件之间有相对运动。运动副元素：组成运动副的两构件上的接触点、接触线或接触面。运动副元素1.运动副三、运动副及其分类低副：两构件通过面与面接触组成的运动副；高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。2.类型运动副及其分类低副——转动副固定铰链活动铰链运动副及其分类低副——移动副

两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。

约束：一个方向移动，一个转动自由度：一个方向的移动与机架组成移动副两活动构件组成的移动副运动副及其分类高副

两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。

约束：一个方向移动自由度：一个方向移动，一个转动2平面机构运动简图Part尝试绘制右图手动压水机的机构运动示意图。任务引入任务目标：1.理解结构示意图的含义；2.掌握机构运动简图绘制方法。一、机构运动简图概念研究机构运动特性时，为了使得问题简化，通常只考虑与运动有关的运动副的数目、类型及相对位置，不考虑构件和运动副的实际结构和材料等与运动无关的因素。机构运动简图：用简单的线条和符号来代表构件和运动副，并按一定比例表示各运动副的相对位置，用以说明机构各构件间相对运动关系的简单图形。机构示意图：只表示机构结构组成及运动原理，而不严格按照比例绘制的机构运动简图。二、平面机构运动简图的绘制机构运动简图符号（详见GB/T4460）二、平面机构运动简图的绘制1.观察机构运动情况，分析机构具体组成，确定机架、原动件和从动件（类型和数目）；2.由原动件开始，根据相连两构件间的相对运动性质和运动副元素情况，确定运动副的类型和数目；3.根据实际机构尺寸和图纸大小确定适当的比例；4.选择一个恰当的原动件位置，用规定的符号和线条绘制成简图(从原动件开始画)。注：一般会先在图纸中确定各运动副的位置，再连接各运动副完成机构运动简图绘制。绘制机构运动简图步骤绘制机构运动简图步骤试绘制颚式破碎机机构运动简图：

43D52CFEA6G1B注：为图示整洁，演示中先绘制构件，再绘制定位圆弧，实际绘制过程与此不同。别忘标注原动件3平面机构的自由度计算Part计算右图仿生机构的自由度，并注明是否有局部自由度、虚约束或复合铰链。任务引入任务目标：1．掌握平面机构自由度计算过程；2.理解平面机构自由度计算三种特殊情况。一、平面机构自由度计算公式平面机构自由度=构件总的自由度-构件总的约束数ABCD3214F=3n-2PL-PH二、机构具有确定运动的条件机构的自由度是指机构相对于机架所具有的独立运动的数目。机构中从动件是不能独立运动的，只有原动件才能独立运动。而原动件的独立运动都是外界给定的。机构具有确定运动的条件是：机构自由度必须大于零，且原动件数目必须等于自由度数。三、计算平面机构自由度注意事项F=3n-2pL-pH=3×7-2×6-0=9???318245671.复合铰链：由两个以上构件在同一处构成的重合转动副，称为复合铰链。由m个构件(m≥3)构成的复合铰链，应包含(m-1)个转动副。312312312321三、计算平面机构自由度注意事项2.局部自由度：机构中某些构件所产生的不影响整个机构运动的局部运动常见的局部自由度是滚子绕自身轴线的转动自由度。处理方式：在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。设想将滚子与从动件焊成一体三、计算平面机构自由度注意事项3.虚约束：机构中有些约束所起的限制作用可能是重复的，这种对机构运动不起独立限制作用的重复约束。处理方式：计算自由度时应去掉引入虚约束的构件（或运动链部分）和运动副。1）轨迹重合

对机构运动无关，但可以改善机构的受力情况，增加机构工作的稳定性。虚约束2）

两构件形成多个具有相同作用的运动副多个移动副多个转动副X多个高副虚约束3）对运动不起独立作用的对称部分，产生虚约束

外齿轮为机架；行星架与机架之间为转动副；太阳轮与机架之间为转动副。观察此行星轮系是否有虚约束？实事求是，崇尚科学项目3平面连杆机构机械设计基础目录CONTENTS平面连杆机构基本类型及应用1平面四杆机构基本特性2平面四杆机构的设计31平面连杆机构的基本类型及应用Part如图所示为天线机构。其中杆1与机架形成转动副A，杆1和杆2形成转动副B，杆2和杆3形成转动副C，杆3与机架形成转动副D。试分析图示天线摆角如何调节？以及该机构可能的类型。任务引入任务目标：1.了解平面连杆机构的特点；2.理解铰链四杆机构的演化形式；3.掌握铰链四杆机构的基本形式。一、基本概念平面连杆机构——若干构件通过低副连接而成的平面机构。平面四杆机构——由四个构件通过低副连接而成的平面机构。铰链四杆机构——所有低副均为转动副的平面四杆机构。二、平面连杆机构特点及应用优点：1、由于组成运动副的两构件之间为面接触，因而承受的压强小、便于润滑、磨损较轻，可以承受较大的载荷；2、构件形状简单，加工方便，工作可靠；3、在主动件等速连续运动的条件下，当各构件的相对长度不同时,从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求。缺点：1、低副中存在间隙会引起运动误差，设计计算比较复杂，不易实现精确的复杂运动规律；2、连杆机构运动时产生的惯性力也不适用于高速的场合。应用：机床、动力机械、工程机械、包装机械、印刷机械等。三、铰链四杆机构基本形式及其演化机架：固定不动的杆，如AD杆；连架杆：与机架用转动副相连接的杆，如AB和CD杆；连杆：不与机架相连的杆，如BC杆。曲柄：能做整周回转的连架杆；摇杆：仅能在某一角度内摆动的连架杆。曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构1.铰链四杆机构的基本形式三、铰链四杆机构基本形式及其演化曲柄摇杆机构：铰链四杆机构中，若一个连架杆为曲柄，另一个为摇杆三、铰链四杆机构基本形式及其演化缝纫机截切机械三、铰链四杆机构基本形式及其演化双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。两曲柄不等长：原动件曲柄匀速转动；从动件曲柄做周期性变速转动。三、铰链四杆机构基本形式及其演化两曲柄等长（平行四边形机构）：两曲柄会存在不同的运动状况。三、铰链四杆机构基本形式及其演化两曲柄等长（平行四边形机构）：两曲柄会存在不同的运动状况，具有不确定性。平行四边形运动不确定性解决方法：1、利用从动曲柄本身（或附加质量）的惯性来导向。2、在主、从动曲柄上错开移动角度再安装一组平行四边形机构。3、增加第三个平行曲柄。三、铰链四杆机构基本形式及其演化及其演化分拣机构公交车门三、铰链四杆机构基本形式及其演化双摇杆机构：两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。搬运机构起重机三、铰链四杆机构基本形式及其演化转动副

移动副（滑块四杆机构）扩大转动副（偏心轮机构）选取不同的构件作为机架。2.铰链四杆机构的演化三、铰链四杆机构基本形式及其演化1）铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副曲柄滑块机构三、铰链四杆机构基本形式及其演化1）铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副曲柄滑块机构三、铰链四杆机构基本形式及其演化1）铰链四杆机构中两个转动副转化为移动副三、铰链四杆机构基本形式及其演化结构简单强度、刚度高传递动力较大2）扩大转动副（偏心轮机构）三、铰链四杆机构基本形式及其演化3）取不同构件为机架2平面四杆机构基本特性Part图示为工装的压紧机构。试绘制该铰链四杆机构的示意图，并分析其工作原理。任务引入任务目标：1.理解平面四杆机构运动特性；2.掌握铰链四杆机构基本类型判定方法。。一、曲柄存在的条件图示铰链四杆机构，杆AB为曲柄。为保证曲柄整周回转，曲柄必须顺利通过与机架AD共线的两个位置AB2和AB1。根据三角形两边之和必须大于第三边定律可得：观察三角形B1DC1:

观察三角形B2DC2:

①②

③不等式①、②和③两两相加，可得：

一、曲柄存在的条件曲柄存在的必要条件：（1）在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短杆；（2）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和。二、铰链四杆机构基本类型判别方法1、当最长杆与最短杆长度之和大于其余两杆的长度之和时，为双摇杆机构（不满足杆长和条件）；2、不满足第1条时，查看最短杆条件：（1）最短杆为机架时，机构为双曲柄机构；（2）最短杆为连架杆时，机构为曲柄摇杆机构；（3）最短杆为连杆时，机构为双摇杆机构。三、平面四杆机构运动特性铰链四杆机构的极限位置极位夹角θ：从动件处于两个极限位置时，曲柄两位置之间的夹角最大摆角ψ:摇杆往复摆过的最大角度三、平面四杆机构运动特性2.急回特性原动件做匀速转动，从动件做往复运动，且从动件返回行程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。

行程速比系数K：空回行程的速度与工作行程速度的比值：

机构急回特性取决于极位夹角的大小。急回程度越明显，机构传动平稳性下降。设计时，K=1.2~2.0。三、平面四杆机构运动特性2.急回特性原动件做匀速转动，从动件做往复运动，且从动件返回行程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。三、平面四杆机构运动特性3.压力角和传动角曲柄摇杆机构中，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（不计摩擦力、惯性力和重力）。压力角的余角γ称为传动角。三、平面四杆机构运动特性3.压力角和传动角压力角和传动角在机构运动过程中是变化的。力F在Vc方向的有效分力为Fcosα。说明压力角越小，有效分力越大。为保证机构正常工作，必须规定最小传动角γmin。一般情况，通常取γmin

≥40°；对于大功率机械，可取γmin

≥50°。三、平面四杆机构运动特性4.死点位置原动件：连架杆——摇杆CD连杆BC驱动摇杆AB的力F，在B点的压力角为90°；Fv三、平面四杆机构运动特性4.死点位置为顺利通过死点，采取措施：

1.结构设计：如两组以上的同样机构相互错开排列组合使用；2.增大惯性：利用飞轮的惯性闯过死点。三、平面四杆机构运动特性4.死点位置死点在机械中的应用：3平面四杆机构的设计Part由于平面四杆机构可以实现复杂的路径，因此在实际工程中应用非常广泛。工程中常用的设计平面四杆机构方法有哪些？任务引入任务目标：1.理解按给定行程速度变化系数设计四杆机构；2.掌握按给定连杆位置设计四杆机构的方法。平面连杆机构设计基本要求实现构件给定位置：即要求连杆机构能引导构件按规定顺序精确或近似地经过给定的若干位置。实现已知运动规律：即要求主、从动件满足已知的若干组对应位置关系，包括满足一定的急回特性要求，或者在主动件运动规律一定时，从动件能精确或近似地按给定规律运动。实现已知运动轨迹：即要求连杆机构中做平面运动的构件上某一点精确或近似地沿着给定的轨迹运动。一、按给定连杆位置设计四杆机构已知：连杆的两个位置B1C1和B2C2。设计该连杆机构。

求解步骤：定比例，绘制B1C1和B2C2

;分别连接B1B2和C1C2，并做各自的垂直平分线b12和c12。在两线上各自取固定铰链位置A和D。连接A，B1，C1和D，完成铰链四杆机构设计。注：由于A和D的位置可任意选择，因此有无数解。可通过最小传动角或其它条件限制解的数量。二、按行程速比系数设计四杆机构已知：摇杆CD的长度及摇杆摆角ψ和行程速比系数K，设计曲柄摇杆机构。求出极位夹角任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度和摆角，作出摇杆的两个极限位置3.连接C1和C2，并作C2M垂直于C1C2作∠C2C1N=90°－θ，得C2M与C1N相交于点P。5.作△C1PC2的外接圆，此圆上任取一点A作为曲柄的固定铰链中心。连AC1和AC2，因同一圆弧的圆周角相等，故∠C1AC2＝∠C1PC2/2＝θ。6.以A为圆心和以L1为半径作圆，交C1A的延线于B1，交C2A于B2，即得B1C1＝B2C2＝L2及AD＝L4。实事求是，崇尚科学项目4凸轮机构机械设计基础目录CONTENTS凸轮机构的类型及应用1从动件的常用运动规律2图解法设计凸轮轮廓3凸轮机构的材料和结构41凸轮机构类型及应用Part凸轮机构是典型的常用机构之一，常被用于传动控制系统中。观察下面图示三种类型推杆，试分析哪种推杆的传动精度更高。任务引入任务目标：1.理解凸轮机构分类；2.掌握凸轮机构组成。简介凸轮传动是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力，是一种常见的高副机构，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律。一、凸轮机构组成及应用组成：凸轮机构一般由凸轮（1）、从动件（2）和机架（3）组成。传动：将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动。应用：广泛用于自动化和半自动化机械中作为控制机构。3一、凸轮机构组成及应用1、只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律2、结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计；3、高副接触，易磨损3一、凸轮机构组成及应用二、凸轮机构分类1.按凸轮的形状和运动分类：盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮。二、凸轮机构分类2.按从动件的形状分类：尖顶从动件、滚子从动件和平底从动件。

二、凸轮机构分类3.按从动件的运动形式分类：移动从动件和摆动从动件。

二、凸轮机构分类4.按按锁合方式分类：力锁合凸轮和形锁合凸轮。二、凸轮机构分类4.按按锁合方式分类：力锁合凸轮和形锁合凸轮。二、凸轮机构分类4.按按锁合方式分类：力锁合凸轮和形锁合凸轮。2从动件的常用运动规律Part图为某凸轮机构从动件的运动速度曲线。分析该机构中是否具有刚性冲击或柔性冲击，并说明理由。任务引入任务目标：1．理解凸轮传动工作过程；2.理解凸轮常用从动件的三种运动规律。凸轮运动规律只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律：一、凸轮传动的工作过程基圆：以凸轮的最小向径为半径所作的圆。推程角：从动件被凸轮推动，以一定运动规

律，从最近位置到达最远位置。远休止角：当凸轮继续回转时，从动件在

最远位置停留不动。回程角：从动件被凸轮推动，以一定运动规

律，从最远位置回到最近位置。近休止角：当凸轮继续回转时，从动件在

最近位置停留不动。行程：从动杆在推程或回程中移动的距离。二、常用的从动件运动规律运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移、速度和加速度随时间变化（凸轮转角δ变化）的规律。（一）等速运动规律凸轮角速度ω1为常数时，从动件速度υ不变。推杆在运动的起始点和终止点因速度有突变，在理论上加速度值为瞬时无穷大，使推杆产生非常大的惯性力，致使凸轮受到很大的冲击，称为刚性冲击。适用场合：低速、轻载。二、常用的从动件运动规律（二）等加速等减速运动规律等加速、等减速运动规律，在前半程用等加速运动规律，后半程采用等减速运动规律，两部分加速度绝对值相等。在起点、中点和终点时，加速度有突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，所以，凸轮机构中由此而引起的冲击称为柔性冲击。适用场合：中速、轻载。二、常用的从动件运动规律（三）简谐运动规律（余弦加速度运动规律）余弦加速度运动规律的加速度曲线为1/2个周期的余弦曲线，位移曲线为简谐运动曲线（又称简谐运动规律）。这种运动规律的加速度在起点和终点时有有限数值的突变，故也有柔性冲击。。适用场合：中速、中载。svaδδδδ03图解法设计凸轮轮廓Part已知基圆半径为50mm，凸轮做匀速转动，图示推杆运动曲线完成了一个运动周期。试绘制对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓。任务引入任务目标：1.理解凸轮机构设计应注意要点；2.掌握对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓绘制。一、用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线基本理论：相对运动原理。1.设凸轮以ω逆时针转动2.假想把整个机构加一个-ω：结果：1.凸轮静止不动。2.从动件及导路以-ω转动，且从动件沿导路上下移动。

3.凸轮与从动件之间的相对运动关系不变。结论：反转法把凸轮轮廓线的设计转化成求从动件端部的

运动轨迹。（一）.图解法原理（反转法）盘形凸轮轮廓的绘制（二）

对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制盘形凸轮轮廓的绘制（三）

对心移动滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制（四）

移动平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制在每条向径（反转后的导路）上量取位移得理论廓线上的点，过这些点作向径的垂线（平板），然后做这些垂线的包络线（实际廓线）。盘形凸轮轮廓的绘制（五）

偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制盘形凸轮轮廓的绘制（六）

摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制二、设计凸轮机构应注意的问题（一）滚子半径的选择ρ´＞0实际廓线光滑、正常。ρ´=0出现尖点，易磨损，运动规律易改变。ρ´＜0实际廓线相交，运动失真。内凹轮廓：由于其实际轮廓曲线的半径等于滚子半径与理论轮廓曲线半径之和，因此无论滚子半径大小如何，则总能作出实际轮廓曲线。二、设计凸轮机构应注意的问题（1）压力角压力角即凸轮机构从动件作用力的方向线与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角。（二）凸轮机构压力角的选择和校核（2）压力角与作用力压力角α越大，有害分力F1越大。当压力角大到一定值时，机构将发生自锁。（3）许用压力角为了提高机构的效率、改善其受力情况，通常规定一许用压力角[α]。（4）压力角校核αmax一般出现在从动件的起点位置、从动件最大速度位置和凸轮轮廓向径变化最大的位置F1二、设计凸轮机构应注意的问题在确定基圆半径大小时，宜从实际需求出发进行考量：（三）凸轮基圆半径的确定r0越小，凸轮机构紧凑，但α越大，会造成αmax>[α]，所以r0不能过小。r0越大，α越小，凸轮机构传力性能越好，但机构不紧凑。通常：r0≥(1.6--2)d（d：安装凸轮处轴径）

4凸轮机构的材料和结构Part某凸轮基圆直径为50mm，与其装配的轴径为45mm。试分析该凸轮采用哪种结构设计更合理。（图片仅供参考）任务引入任务目标：1.了解凸轮的常用材料；2.了解凸轮常用结构；3.了解凸轮的主要失效形式。一、凸轮与从动件的材料（一）主要失效形式凸轮：磨损、疲劳点蚀从动件：磨损（二）常用材料凸轮：HT200、HT300（170-250HBS)；Q345、45、50(调质处理)；QT700-2(190-305HBS)；45（淬火40-45HRC)；40Cr(表面高频淬火52-58HRC）从动件：材料与凸轮相同，但从动件磨损更严重更早。所以一般从动件硬度比凸轮要高一些。二、凸轮结构除尺寸较小的凸轮与轴制成一体的情况外，结构设计应考虑安装时便于调整凸轮与轴相对位置的需要。凸轮轴组合式实事求是，崇尚科学项目5间歇运动机构机械设计基础目录CONTENTS棘轮机构1槽轮机构2不完全齿轮机构31棘轮机构Part如图所示为滚子内摩擦式棘轮机构（超越离合器常常采用此种机构）。当星轮逆时针旋转时，套筒不随之旋转；而当星轮顺时针旋转时，套筒会随之顺时针旋转。试分析其工作原理？任务引入任务目标：1.理解棘轮机构的类型及特点；2.掌握棘轮机构工作原理。一、棘轮机构的工作原理棘轮机构由摇杆、驱动棘爪、棘轮、制动棘爪和机架组成。簧片用来使制动棘爪与棘轮保持接触。当摇杆作连续的往复摆动时，棘轮将作单向间歇转动。机架驱动棘爪摇杆片簧制动棘爪棘轮一、棘轮机构的工作原理摇杆如何摆动？机架驱动棘爪摇杆片簧制动棘爪棘轮二、棘轮机构的类型根据棘轮机构的结构特点，棘轮机构分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构。（一）齿式棘轮机构1.单动式棘轮机构：原动件连续往复摆动，棘轮只做单向的间歇运动。外啮合式内啮合式二、棘轮机构类型2.双动式棘轮机构：主动摇杆往复摆动一次，棘轮沿同方向作二次间歇转动。二、棘轮机构类型3.可变向棘轮机构：可使棘轮作双向间歇运动。二、棘轮机构类型（二）摩擦式棘轮机构：噪音小、传动平稳；在接触表面之间容易发生滑动现象，因而运动的可靠性和准确性较差，不宜用于运动精度要求高的场合。二、棘轮机构类型（二）摩擦式棘轮机构：可分为外啮合摩擦式棘轮机构、内啮合摩擦式棘轮机构和滚子内啮合摩擦式棘轮机构。三、棘轮转角的调节（一）调节摇杆摆动角度三、棘轮转角的调节（二）用遮板调节棘轮转角

四、棘轮机构特点与应用结构简单，制造方便、运动可靠；棘轮的转角在很大范围内可调；工作时有较大冲击和噪声、运动精度不高，常用于低速轻载场合；常用防止机构逆转的停止器。四、棘轮机构特点与应用四、棘轮机构特点与应用四、棘轮机构特点与应用2槽轮机构Part如图所示为自动罐装流水线，采用槽轮机构实现工作节拍的需求。1）试分析工件定位的运动传递路线；2）计算槽轮机构的传动比。任务引入任务目标：1.理解槽轮机构的工作原理；2.理解槽轮机构的特点及应用。一、槽轮机构的工作原理槽轮机构又称为马尔他机构，它由主动拨盘、从动槽轮和机架等组成。拨盘以等角速度做连续回转，槽轮做间歇运动。当圆柱销没有进入槽轮径向槽时，槽轮的内凹锁止弧面被拨盘上的外凸锁止弧面卡住，槽轮静止不动。二、槽轮机构类型、特点及应用平面槽轮机构

外啮合槽轮机构：拨盘与槽轮转向相反；

内啮合槽轮机构：拨盘与槽轮转向相同。二、槽轮机构类型、特点及应用平面槽轮机构二、槽轮机构类型、特点及应用2.空间槽轮机构

二、槽轮机构类型、特点及应用优点：1.机构简单、工作可靠、机械效率高，能较平稳、间歇地进行转位；2.能准确控制转的角度；3.常用于要求恒定旋转角分度机构中。缺点：1.已定的槽轮机构，其转角不能调节；2.转动始末，加速度变化较大，有冲击。二、槽轮机构类型、特点及应用电影放映机构自动罐装流水线二、槽轮机构类型、特点及应用蜂窝煤加工设备六角车床换刀机构三、槽轮机构的运动特性槽轮机构的主要参数是槽数z和拨盘圆柱销数k。在一个运动循环内，槽轮的运动时间td对拨盘运动时间t之比值τ称为运动特性系数。设一槽轮机构，槽轮上有z个槽，拨盘上均匀分布的圆柱销数为K，则运动特性系数为：

3不完全齿轮机构Part简述右图不完全齿轮机构的运动原理，并尝试分析其传动比。任务引入学习目标：1．

理解不完全齿轮机构的工作原理。一、不完全齿轮的工作原理不完全齿轮机构的主动轮一般为只有一个或几个不完全齿轮，从动齿轮可以是普通的完整齿轮，也可以是一个不完整齿轮。当主动轮的有齿部分作用时，从动轮随主动轮转动；当主动轮无齿部分作用时，从动轮静止不动。从而主动轮连续回转运动，从动轮做间歇运动。为防止从动轮在停止期间的运动，一般在齿轮上装有锁止弧。二、不完全齿轮机构类型外啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构三、不完全齿轮机构的工作特点结构简单、制造方便，从动轮的运动时间和静止时间的比例可不受机构结构的限制。速度有突变、冲击较大，所以一般只用于低速或轻载的场合。四、不完全齿轮机构应用实事求是，崇尚科学项目6带传动机械设计基础目录CONTENTS认识带传动1带和带轮2V带传动能力分析3V带传动设计4带传动的安装、张紧和维护51认识带传动Part民俗走访时，在某面粉加工作坊有发现一老式面粉加工机，发现其带传动如图所示。试分析哪种类型的带可以适用于这种传动形式？任务引入任务目标：1.了解带传动的工作原理；2.了解带传动形式。3.掌握带传动的类型和各自特点。一、摩擦性带传动带传动为挠性传动，主动轮1、传动带2和从动轮3组成了带传动。工作时传动带借助带和带轮之间的摩擦（或啮合）来传递运动和动力。一、摩擦性带传动根据工作原理，带传动分为摩擦型带传动和啮合型带传动两类。一、摩擦性带传动圆形带截面为圆形，牵引力小，常用于低速、小功率、传动比较小的仪器或家用器械中，如缝纫机、磁带盘等一、摩擦性带传动平带横截面为扁平矩形，根据不同材料和结构，可分为帆布平带、编织平带、聚酰胺片基平带和高速环形胶带。平带抗折弯性能好，可用于动力传动或物品输送，例如磨面机、输送机等。一、摩擦性带传动V带截面为梯形或近似梯形。相较于平带和圆带，在相同的预紧力情况下，V带与带轮之间产生的摩擦力更大，因此具有较大的牵引力，但抗折弯性能较差。广泛用于机床、汽车、内燃机、纺织机械等。一、摩擦性带传动多楔带以平带为基体，内表面排布有等间距形如V带的环形橡胶传动带，结合了平带和V带的各自优点。其接触面积和摩擦力比较大，牵引力大。适用于结构紧凑，传动功率大的高速运转设备，如电机、发动机等动力传动设备。一、摩擦性带传动双面V带，截面为六边形（非正六边形），四个侧面均为工作面。带体较厚，抗折弯性能差，寿命和效率较低。一般使用在需要两面都工作的场合。在农业机械中使用较广泛。工作面工作面工作面工作面二、啮合型带传动同步带通过带齿与带轮之间的相互啮合实现运动和动力传递，保障了输出转速和输入转速能够形成比较严格的比例关系。同步带传动具有传动比恒定、传动比大，适合于结构紧凑的场合。广泛用于办公、纺织、汽车、线速加工等设备中。三带传动形式2带和带轮Part在某测绘制图课上，学生对一V带轮和V带截面进行测绘，发现带轮的槽角与其相配的V带楔角大小不同。试说明两者不同的原因。任务引入任务目标：1.了解V带结构及其分类；2.了解同步带结构及其分类；3.理解V带轮结构及其类型；4.理解同步带轮结构及其类型。一、V带和V带轮普通V带与窄V带根据其结构分为包边V带和切边V带两种；切边V带又可分为普通切边V带、有齿切边V带和底胶夹布切边V带。（一）普通V带和窄V带一、V带和V带轮普通V带高度与节宽比值近似为0.7，而窄V带高度与节宽比值近似为0.9。普通V带有Y、Z、A、B、C、D和E共七种型号，而窄V带有SPZ、SPA、SPB和SPC共四种型号。节面（中性层）：当V带弯曲时，外层受拉伸长，内层受压而缩短，在两者之间有一层其长度不发生变化，该层被称为中性层。V带的基准长度是从优先数R20常用值中选取（Y型除外）优先数系是由公比分别为10的5、10、20、40、80次方根，且项值中含有10的整数幂的理论等比数列导出的一组近似等比的数列。（一）普通V带和窄V带一、V带和V带轮V带轮一般由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成，轮辐一般分为实心、辐板（或孔板）和轮辐三种。（二）V带轮一、V带和V带轮对于线速度超过5m/s或者作为生产储备的带轮应做静平衡；对于线速度超过25m/s的带轮应做动平衡。带轮材料常采用铸铁、铸钢、钢、铝合金或工程塑料等。灰铸铁应用最为广泛，当v≤30m/s时，一般选用HT200；当v≥25~45m/s，宜采用HT300或铸钢，也可采用钢板冲压焊接带轮。小功率传动可用铸铝或工程塑料。（二）V带轮二、同步带传动同步带按照齿形分布情况分未单面齿和双面齿，按齿形分为梯形齿、圆弧齿和曲线齿。每种不同的型号，根据其节距大小又分为不同的型号。同步带一般由齿布、带齿、芯绳和背带4部分构成。芯绳采用高模量骨架材料，芯绳中心线应位于节平面上。齿布采用高耐磨织物，其经线和纬线的密度应均与，纱线不得由残缺、歪斜等疵点。（一）同步带二、同步带传动带的标记由长度代号、型号代号组成，带长以节线长表示。对于双面同步带，应在最前面标识出相应的型式代号DA或DB（一）同步带二、同步带传动与梯形齿同步带相配的带轮齿形有两种：渐开线形和直边形，一般采用渐开线齿形。通常加工原理为范成法（展成法）。带轮材料可采用钢、铝合金、铸铁、铸钢、铜或工程塑料等。同步带轮结构类型与V带轮相同，为实心、辐板（或孔板）和轮辐三种。根据是否有挡边，带轮又可分为双边挡圈带轮、单边挡圈带轮和无挡圈带轮三种。（二）同步带轮3V带传动能力分析Part某设备采用V带传动，在使用过程中发现工作动力不足。机修工程师对两轮间距做了调整后，动力满足使用要求。试述对两轮间距做了怎样调整，以及这样调整的原因？任务引入任务目标：1.掌握V带传动能力影响因素；2.理解V带三种应力分布；3.理解摩擦性带传动比计算。一、V带传动受力分析静止状态工作状态

松边紧边

当传动能力需求超过总摩擦力上限值时，带与带轮会产生相对滑动，称为打滑。一、V带传动受力分析由于带为弹性体，紧边和松边的拉力可用欧拉公式表示：

带传动的最大有效拉力与预紧力、当量摩擦因数和小轮的包角有关。二、带传动应力分析带工作时，由于预紧力和有效拉力的作用，带内部产生拉应力；带与轮贴合弧长部分被弯曲，存在弯曲应力；绕着带轮转动部分，产生离心应力。1.拉应力

2.离心应力

3.弯曲应力

三、带传动弹性滑动和传动比由于带是弹性体，因此在拉力作用下容易被拉长变形。这种由于带的弹性变形引起的相对滑动称为弹性滑动。三、带传动弹性滑动和传动比由于弹性滑动的影响，引起从动轮圆周速度V2低于主动轮圆周速度V1的比率，称为滑动率，用ε表示：由上式可推出两轮的传动比为：由于弹性滑动引起的滑动率ε较小，一般ε=0.01-0.02，设计时可略去不计。三、带传动弹性滑动和传动比(1)现象：弹性滑动——发生在绕出带轮前带与轮的部分接触长度上

打滑——发生在带与轮的全部接触长度(2)原因：弹性滑动——带两边的拉力差，带的弹性打滑——过载(3)结论：弹性滑动——是带传动中不可避免的现象打滑——可避免弹性滑动与打滑的区别4V带传动设计Part某抽水泵采用V带传动，已知电机额定功率为7.5KW，转速为970r/min，水泵轴转速为350r/min，两轮间距约为900mm，每天工作24h。尝试为该设备设计V带传动。任务引入任务目标：1.了解工况及其它因素对带传动设计的影响；2.掌握V带传动设计方法与步骤。一、确定设计功率设计功率与设备工作环境有很大关系，因此在设计时需要选择相应的工况系数KA。

二、确定V带型号根据设计功率和小带轮转速，从图中确定普通V带的型号。实线为相应型号的界限。设计功率为9kW，小带轮转速为970r/min，因此选择B型普通V带。三、确定带轮基准直径由于弯曲应力对V带寿命影响较大，因此国标对不同型号的V带规定了小轮的最小基准直径。设计时，普通V带的速度一般要求：暂取B槽型的最小带轮基准直径进行验算：

大带轮基准直径为：

查表，取D2=355mm四、确定带的基准长度若设计有要求，按照要求确定中心距；若没有要求，一般建议按照以下范围选取中心距：

本设计对中心距：

取带的基准长度：

五、确定中心距根据带的基准长度和大小带轮的基准直径可以确定两轮传动的实际中心距。常用如下公式计算：

计算得：

六、验算小带轮包角根据带的基准长度和大小带轮的基准直径可以确定两轮传动的实际中心距。常用如下公式计算：计算得：

七、单根V带的额定功率通过查表计算单根V带的额定功率。计算公式为：计算得：

八、确定带的根数通过如下公式确定带的根数：计算得：

取Z=4根九、确定单根带的初拉力单根V带预紧力计算可采用下式进行计算：计算得：

十、计算作用于轮轴的压力传动带作用于轴上的压力可以近似按照初拉力F0的合力来计算，公式如下：计算得：

5带传动安装、张紧和维护Part某厂房有一带传动设备，两带轮之间采用3根V带传动。由新招聘的设备维护员小李负责该台设备的维护。库管盘点时发现，最近该台设备V带出库次数异常之多，试分析可能原因。任务引入任务目标：1.了解带传动安装注意事项；2.了解带传动维护注意事项。3.理解带传动张紧方法。一、带传动的安装1.两轮轴线保持平行、两轮槽应保持对齐，误差不得超过20’；2.应通过调整一轮与另一轮的中心距，使得V带被轻松安装到两轮轮槽后，再把两轮中心距调整到合适位置；3.按照不同带的类型，测定带的预紧力是否达到要求；4.多根V带传动时，为避免载荷不均，要保证V带配组代号相同。新旧带不能混用、不同厂家的V带也不要混用。正确的安装，是保证带传动正常工作的首要条件，对带的使用寿命有很大的影响。安装时要注意下面几点：一、带传动的安装初拉力的测定，通常是在V带与两带轮切点的跨度中点处，施加一规定的垂直带边的力G，使跨度每100m产生挠度1.6mm。初拉力计算公式：二、带传动的张紧带传动不是完全的弹性体，所以在工作一段时间后，会由于塑性变形而变长、松弛，使得预紧力变小，影响系统的正常运行。因此必须对带传动进行重新张紧，以保持传动的正常运行。带传动张紧的方法有两种：调节中心距和使用张紧轮，而调节中心距又可分为定期调整和自动调整两种方式。三、带传动的张紧张紧轮张紧，主要用于中心距不可调整的场合。由于受折弯应力和包角的大小，一般张紧轮安装在松边内侧靠近大带轮位置处。对于有接头的平带，常采用定期截去带长使带张紧的方法，一般截去长度∆L=0.01L（L为带的长度）。四、带传动的维护良好的维护对带传动和带的寿命都有很大的影响。主要关注如下几点：1) 安装防护装置，如装设防护罩。不仅可以有效减少砂砾等杂物的进入，而且起到了安全防护作用。2) 避免接触酸、碱、油等腐蚀性物质。带传动不需要润滑油，禁止往带上涂抹润滑油；3) 避免日光曝晒，降低带的老化。4) 若发现一根带松弛或损坏，应成组全部更换。不应新旧带混用、不同厂家带混用。5) 带传动装置若要闲置一段时间，应把带放松。6) 应按照要求定期点检，发生问题及时处理。实事求是，崇尚科学项目7链传动机械设计基础目录CONTENTS认识链传动1滚子链和链轮2链传动工作能力3链传动的布置和张紧41认识链传动Part一老式自行车骑行一段时间后，发现在上坡用力骑行时容易发生跳齿现象。该链条用的是哪种类型的链，并分析发生条齿的原因？任务引入任务目标：1.了解传动链的分类；2.理解链传动与其它传动的区别。简介链传动由主动轮1、从动轮2和链条3构成。它是靠中间链条和链轮轮齿的啮合来传递平行轴之间的运动和动力，属于挠性传动。一、链传动类型根据用途不同，链条可分为传动链、输送链和拽引链。按照结构不同，传动链条可分为滚子链、双节距滚子链、套筒链、弯板链、齿形传动链和成型链。一、传动用短节距精密滚子链（简称滚子链）二、传动用短节距精密套筒链（简称套筒链）一、链传动类型三、双节距滚子链双节距滚子链与短节距滚子链相比，是一种轻型链条，适用于传递功率小，速度较低，传动中心距离更长的场合。一、链传动类型四、重载传动用弯板滚子传动链（简称弯板链）一、链传动类型五、齿形传动链（又名无声链）齿形链是一种应用广泛的重要机械基础件，主要用在高速、重载、低噪音、大中心距的工况下。一、链传动类型拖链链板拽引链二、链传动特点和应用优点：链传动适用范围很广。例如中心距较大、对平均传动比有要求、环境相对恶劣、低速重载、润滑良好的高速运动等都可以采用链传动。缺点：瞬时传动比不恒定；工作有噪