机械设计考前理论复习.ppt

1、复 习,填空题（10*2） 判断题（10*1） 选择题（10*1） 简述题（4*5） 计算题（4*10）,1、机械： 机器和机构的总称。 -标准定义 凡能完成一定机械运动的装置。-广义定义 2、机器： 通过机械运动实现能量、物料与信息间的交换或传递的装置。,原动机,传动装置,工作执行装置,控制系统,人为实体组合、,确定的相对运动、,替人做功,10.1 概述,3、机构： 机器中执行机械运动的装置。 传递运动和力； 机构中各构件之间具有确定的相对运动。 4、构件： 组成机器的各个运动单元体 5、零件： 组成机器的各个不可拆的制造单元体。 6、构件与零件的关系： 构件可以是单一零件，也可以是多个零件

2、的刚性组合。,10.1 概述,8、构件的分类： 原动件： 按外界给定的运动规律独立运动的活动构件； 原动件又称主动件 从动件： 随原动件的运动而运动的其余活动构件； 它的运动规律取决于原动件的运动规律和机构的结构。 机架： 用来支撑活动构件的固定构件,10.1 概述,平面运动副,一、运动副的概念：,使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接,2、运动副的分类：,1)低副：,转动副：,移动副：,1、定义：,2)高副：,平面运动副,一、运动副的概念：,低副：,制造容易，承载能力强，耐磨损。,高副：,制造困难，承载能力差 ，容易磨损 ； 可实现复杂的运动。,3、特点：,平面运动副,二、构件的自由度：

3、,构件所具有的独立运动的数目。,2、运动副的自由度：,1) 低副：,转动副 ：,1、定义：,一个自由度-转动,移动副 ：,一个自由度-X方向的移动,2) 高副：,二个自由度,平面机构的运动简图,4、应包含的内容：,构件数目；,运动副的数目和类型；,构件间的连接关系；,与运动变换相关的构件尺寸参数；,主动件及运动特征。,用规定的符号和线条表示构件和运动副，按一定比例定出各运动副的位置，画出的能够表达各构件间相对运动关系的简图。,二、平面机构自由度(F)的计算,构件数:,机架：,N个,1个,活动构件数,n=N-1个,低副数,PL个,高副数,PH个,机构自由度数,F=3n-2PL-PH个,机构自由度

4、数取决于活动构件的数目及构件间运动副的类型和数目。,机构具有确定运动的条件：机构的原动件数等于自由度数,由若干刚性构件用低副联接组成的平面机构。 2、主要优点： 可承受较大的载荷； 加工简便，能获得较高的制造精度； 可实现转动、移动等基本运动形式及其转换； 可实现不同形状的运动轨迹。 3、主要缺点： 所实现的运动规律有一定的局限性； 有累积误差，机构运动精度不高； 运动的惯性力大，不易缓冲。,11章 一概念,1、平面连杆机构：,二铰链四杆机构,机架,连架杆,连架杆,连杆,机架： 与地面固定 连架杆： 与机架相连 曲柄：相对机架可360转 摇杆：相对机架作摆动 连杆： 与连架杆相连,3、曲柄存在

5、条件：,一曲柄存在的条件,连架杆与机架中必有一杆为最短杆。,最短杆与最长杆的长度之和小于等于其余两杆长度之和；,4、类型判定：,若满足条件第1条 ，则： 取最短杆为连架杆，为曲柄摇杆机构； 取最短杆为机架，为双曲柄机构； 取最短杆为连杆，为双摇杆机构。 若不满足条件第1条 ，则必为双摇杆机构。,【例】在图3-18所示四铰链机构中，已知：b50mm，c35 mm，d30mm，AD为固定件。 (1) 如果能成为曲柄摇杆机构，且AB是曲柄，求a的极限值。 (2) 如果能成为双曲柄机构，求a的取值范围。 (3) 如果能成为双摇杆机构，求a的取值范围。 解： (1) 若能成为曲柄摇杆机构，则机构必须满足

6、“杆长之和的条件”，且AB应为最短杆。 因此 b+ac+d 50+a35+30 所以a15mm,(2) 若能成为双曲柄机构，则应满足“杆长之和的条件”， 且AD必须为最短杆。这时，应考虑下述两种情况： a50 mm时，BC为最长杆，应满足 b+dac 50+30a+35 所以 a45 mm 45mma50mm, a50mm时，AB为最长杆，应满足 a+db+c a+3050+35 所以a55 mm 50 mma55mm 将两种情况下得出的结果综合起来，即得a的取值范围为 45 mma55 mm,(3) 若能成为双摇杆机构，则应该不满足“杆长之和的条件”。这时，需按下述三种情况加以讨论： a30

7、mm时，AB为最短杆，BC为最长杆，则应有,a+bc+d a+5035+30,所以 a15 mm,15mma30mm, 50 mma30 mm时，AD为最短杆，BC为最长杆，则应有,d+ba+c 30+50a+35,a45mm,30mma45mm, a50mm时，AB为最长杆，AD为最短杆，则应有,a+db+c a+3050+35,所以,a55mm,另外，还应考虑到BC与CD杆延长成一直线时，需满足三角形的边长关系(一边小于另两边之和)， 即,ab+c+d=50+35+30,a115mm,55 mma115 mm,压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以，衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。,压

8、力角：从动件受力方向与受力点线速度方向之间所夹的锐角。,传动角:压力角的余角即连杆与从动件间所夹的锐角。,三压力角和传动角,A,B,C,D,等速运动规律 1、定义： 当凸轮以等角速度回转时，从动件的上升（推程）或下降（回程）的速度v为一常数。,三、从动件的常用运动规律,4、应用： 从图形可知，在行程开始和终了时，由于速度突变，其加速度为无穷大，必然带来很大的惯性力冲击（称之为刚性冲击）。 因此，等速运动规律只能用于低速轻载的场合。,三）等加速、等减速运动规律 1、定义： 当凸轮以等角速度回转时，从动件在推程的前半个行程作等加速运动，后半个行程作等减速运动，且加速度的绝对值相等。,三、从动件的常

9、用运动规律,4、应用： 从加速度的图形可知，从动件在推程的起点、中点和终点时，加速度出现有限值的变化，因此，也存在惯性力冲击，但要温柔的多，称之为柔性冲击,优点： 1）使用范围广： 适用的圆周速度从0.1-300m/s； 传递的功率从零点几瓦到十万千瓦； 直径从几毫米到几十米。 2）传动效率高 0.97-0.99 3）传动平稳，瞬时传动比恒定 4）结构紧凑 5）工作可靠、寿命长 缺点： 1）制造、安装精度要求较高 2）不适于中心距a较大两轴间传动 3）使用维护费用较高 ，需用专门的机床和刀具,二、齿轮传动的特点,2.渐开线的性质,发生线,rk,1)发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的一段

10、弧长， 即NK=NK0,2）NK为渐开线在K点的法线，NK为曲率半径， K为曲率中心。渐开线上任一点的法线与基圆相切。,t,t,五、渐开线的形成及基本性质,(,2.渐开线的性质,发生线,rk,k,Vk,t,t,k,3)由于KONk 而COSKONrb/rk 所以有COSkrb/rk 说明，渐开线上各点的压力角不同，点越远，压力角越大,4）渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆越大，渐开线越平直。,5)基圆以内无渐开线,五、渐开线的形成及基本性质,rb,2、中心距可分性： i=1/2=o2P/o1Prb2/rb1 说明，两齿轮的传动比不仅与节圆半径成反比，同时也与两轮基圆半径成反比。 当两个齿轮啮合

11、传动时，即使中心距稍有改变，由于rb2、rb1已经固定，所以i不会变，这就是它的中心距可分性,六、渐开线齿廓啮合传动的特性,齿顶圆 da、ra,齿根圆 df、rf,齿厚 sk 任意圆上的弧长,齿槽宽 ek 弧长,齿距 （周节） pk= sk +ek 同侧齿廓弧长,ek,基圆 db、rb,1、渐开线齿轮各部分的名称及符号,一、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数,齿顶高ha,齿根高 hf,齿全高 h= ha+hf,齿宽 B,分度圆 人为规定的计算基准圆,表示符号： d、r、s、e，p= s+e,ek,此圆上具有标准的模数和压力角,1、渐开线齿轮各部分的名称及符号,一、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数

12、,动画,动画,3.压力角,国标规定： 分度圆上的压力角为20。 未加特殊说明的压力角均系分度圆上的压力角。,2.模数m: m=p/ 已标准化（表13-1）,1.齿数z 齿轮圆周上的轮齿总数,4.齿顶高系数,5.顶隙系数（径向间隙系数）,ha=ha*m,标准值 ha*1,标准值 c*=0.25,hf=(ha* +c*)m,2、基本参数,一、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数,齿数和模数,齿顶高系数,压力角,3、几何尺寸计算,一、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数,分度圆上齿厚等于齿槽宽，且齿顶高系数和顶隙系数为标准值的齿轮称为标准齿轮。,3、几何尺寸计算,一、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数,例：,

13、已知一标准直齿圆柱齿轮的模数m为3mm，齿数z为19，求齿轮的各部分尺寸。 解： （1）分度圆直径： （2）基圆直径： （3）齿顶圆直径： （4）齿根圆直径： （5）齿顶高： （6）齿根高： （7）齿距： （8）分度圆上的齿厚和齿槽宽：,在前一对齿轮还没脱离啮合时，后面的齿轮早就进入状态开始啮合了。为此，我们引入： 重合度： 等于在每一个啮合瞬间，最前面的啮合点与最后面的啮合点之间的距离与基圆齿距之比。,连续传动的条件： 1 重合度越大，表示同时啮合的轮齿对数越多或多齿对同时参与啮合的时间越长，则传动越平衡，每对轮齿承受的载荷越小 直齿圆柱齿轮的1.982,3、连续传动的条件:,二、渐开线齿廓

14、啮合传动的条件,一对标准直齿圆柱齿轮传动，其大齿轮已损坏。 已知小齿轮的齿数z1=24，齿顶圆直径da1=130mm， 两齿轮传动的标准中心距a=225mm。 试计算这对齿轮的传动比和大齿轮的主要几何尺寸,已测得两标准直齿外齿轮的齿数124，296， 小齿轮的齿顶圆直径d a1260mm， 大齿轮的齿全高h225mm， 试判断这两个齿轮能否正确啮合,一、齿轮的失效,1、概念： 由于轮齿是齿轮传动的关键部分，因此齿轮的失效通常是指轮齿的失效。 轮齿的失效与传动类型、工作状况（速度、载荷、润滑等）、材料力学性能、加工精度、安装等有关。 2、分类 轮齿折断； 齿面点蚀； 齿面磨损； 齿面胶合； 塑性

15、变形。,蜗轮蜗杆传动,4、特点：三优二缺,左旋,右旋,传动平稳，振动、冲击和噪声均很小。,能以单级传动获得较大的传动比（可达I300），结构紧凑。,当蜗杆的螺旋升角即导程角小于啮合面的当量摩擦角（3.50-60)时，可自锁,效率低：由于啮合面间滑动速度大，所以摩擦损失大，Z11时 =0.70-0.75 Z12时 =0.75-0.82 Z13时 =0.82-0.90,蜗轮一般用青铜等贵重金属制造,六、蜗杆传动的效率,由于蜗杆传动过程中，有三个地方要有功率损失： 轮齿啮合时、旋转时轴承摩擦、浸入油池中零件搅动油时 传动总效率： 1 2 3 式中： 1：单独考虑啮合的损耗效率； 2 ：单独考虑轴承的

16、损耗效率； 3 ：单独考虑搅油的损耗效率。 一般， 2 3 较小，取0.950.97，所以主要取决于1 。,一、 轮系的类型,2、分类,1、周转轮系的组成,轴线作周转运动的齿轮叫行星轮,带动行星轮转动的构件称为系杆（转臂）,轴线固定且与行星轮相啮合的齿轮叫中心轮（太阳轮）,2,1,3,2,2,一般情况下，同一系杆上一套行星轮和与这套行星轮啮合的两个中心轮组成一个基本的周转轮系,1,3,2,H,三、周转轮系传动比的计算,如果两个中心轮都可动，自由度 F2，称为差动轮系,如果两个中心轮有一个固定，自由度 F1，称为行星轮系,中心轮与系杆同轴线，称为基本构件，功率的输入和输出通常由基本构件实现。,2

17、、周转轮系的类型,1,3,2,H,2、平面定轴轮系的传动比,二、定轴轮系传动比的计算,M为外啮合 的对数,例2: 已知：Z1=60, Z2=48, Z2=80, Z3=120, Z3=60, Z4=40, Z4=2(右旋)，Z5=80, Z5=65, m=5,n1=240r/min, 求齿条6的移动速度v6的大小和方向,v6,i15=32 v6=127.6mm/s,1 n1,将轮系按nH反转后，各构件的转速的变化如下:,2 n2,3 n3,H nH,转化后: 系杆=机架， 周转轮系=定轴轮系,可直接套用定轴轮系传动比的计算公式。,n1Hn1nH,n2Hn2nH,n3Hn3nH,nHHnHnH0

18、,上式“”说明在转化轮系中nH1 与nH3 方向相反。,特别注意： 1.齿轮1、n的轴线必须平行。,通用表达式：,2.计算公式中的“” 不能去掉，它不仅表明转化轮系中两个太阳轮1、n之间的转向关系，而且影响到n1、nn、nH的计算结果。,(2),1、实现分路传动,五、轮系的功用,2、获得较大的传动比,五、轮系的功用,3、用于距离较大的两轴间传动,车床走刀丝杠三星轮换向机构,转向相反,转向相同,4、换向传动,5、变速传动,移动双联齿轮使不同 齿数的齿轮进入啮合 可改变输出轴的转速。,5、变速传动,6、用于运动的分解与合成,1,2,H,加（减）法机构,在机床和补偿装置中广泛应用轮系实现运动的合成和

19、分解,z4,z5,z6,z3,z1,z2,z1,z2,z3,z4,z5,z6,轮系的用途：减速器、增速器、变速器、换向机构。,7、在尺寸及重量较小时，实现大功率传动,3.带传动的特点,概述,带传动的主要优点： 1)传动带具有良好的弹性，有缓冲和吸振的作用，因而传动平稳、噪声小； 2)当过载时，带在带轮上打滑，可防止其它零件损坏，起安全保护作用； 3)适用于中心距较大的场合； 4)结构简单，拆装方便，成本较低。,带传动的主要缺点是： 1）带在带轮上有相对滑动，传动比不恒定； 2）传动效率低，带的寿命较短； 3）传动的外廓尺寸大； 4）需要张紧，支承带轮的轴和轴承受力较大； 5）不宜用于高温、易燃

20、等场合。,4.带传动的应用,摩擦带传动适用于要求传动平稳、传动比要求不准确、中小功率的远距离传动。,带传动的主要应用是： 带传动常用作机械中原动机与工作机之间的传动。传动功率一般为75kW；带速一般为525m/s；传动效率0.900.95；传动比7，一般为24。带传动在多级传动系统中，常被放在高速级。,6.带传动的主要参数,概述,1)中心距 a,2)包角 1：小轮 2：大轮,3)带轮直径 d1：小轮 d2：大轮,4)带长 L,2 带轮的包角,带轮的包角是带与带轮接触面的弧长所对应的圆心角 ，如图所示。 相同条件下，包角越大，带的摩擦力和能传递的功率也越大,由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的

21、相对滑动，称为带的弹性滑动。弹性滑动现象是摩擦型带传动正常工作时固有的特性，是不可避免的。,7.带传动的弹性滑动、打滑和传动比,概述,v2相对于v1的降低率称为带传动的滑动率：,7.带传动的弹性滑动、打滑和传动比,概述,V1 V v2,带传动的传动比为,从动轮的转速为,随载荷变化而变化。因 是变量，故带传动的传动比不准确。,弹性滑动是带传动所不可避免的特性。,7.带传动的弹性滑动、打滑和传动比,概述,打滑：,打滑后果：,7.带传动的弹性滑动、打滑和传动比,概述,当带传递的功率大到一定程度时，摩擦力达到极限，此时带与带轮间发生明显的相对滑动的现象。,从动轮转速急剧下降，使传动失效； 加剧带的磨损

22、。,7.带传动的弹性滑动、打滑和传动比,概述,一、轴的分类及材料,1、轴的分类,转轴,心 轴,传动轴,工作时既承受弯矩又承受转矩的轴。,只承受弯矩而不传递转矩的轴。,只传递转矩而不承受弯矩的轴。,转动心轴,固定心轴,1)按受载荷分,一、轴的分类及材料,2、轴的结构,安装旋转零件(如齿轮、带轮)的部分,轴头：,与轴承配合的部分,轴颈：,轴头与轴颈间的部分,轴身：,轴承概述,轴承的作用是支承轴。,1具有一定的强度和刚度。,2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。,3保证轴的回转精度。,一、轴承应满足如下基本要求：,二、轴承的分类,按受载方向不同，分为：,按摩擦性质不同，分为：,承受径向力,承受轴向力

23、,同时承受径向力和轴向力。,滑动轴承概述2,滑动轴承特点和应用,高速、高精度、重载的场合；如汽轮发电机、水轮发电机、机床等。,极大型的、极微型的、极简单的场合；如自动化办公设备等。,4受冲击与振动载荷的场合；如轧钢机。,3结构上要求剖分的场合；如曲轴轴承,2、应用：,1)承载能力大，耐冲击；,2)工作平稳，噪音低；,3)结构简单，径向尺寸小。,1、特点：,4)回转精度高，高速性能好。,5)起动摩擦阻力大。,6)维护较复杂。,滑动轴承概述1,一、结构和材料,滚动轴承是标准件， 主要掌握,1、 构造,保持架：,滚动体：,外 圈：,内 圈：,装在轴上。,装在轴承座孔中。,在两套圈之间滚动并传递载荷。

24、,将滚动体均匀隔开。,滚动体分,球,滚子： 圆柱形、圆锥形、滚针、鼓形等,一、结构和材料,4、 特点：,摩擦系数小，f=0.001-0.004 2) 起动灵活 润滑容易 标准化程度高，互换性好 抗冲击载荷能力差，很难做成剖分式 6) 承载形式为点或线接触，最大接触应力可达4000MPa,3、选择： 在选择滚动轴承类型时应考虑所受的载荷、转速、调心性能等要求，具体可参考以下几点：,1）有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜用球轴承；,2）当只受径向载荷时，或虽同时受径向和轴向载荷，但以径向载荷为主时，应用向心轴承； 当只受轴向载荷时，一般应用推力轴承，而当转速很高时，可用角接触球轴承或深沟

25、球轴承； 当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触轴承。,二、滚动轴承的类型,3、选择：,3）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可用滚子轴承，也可用球轴承。,二、滚动轴承的类型,4）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承；,3、选择：,5）当轴的挠曲变形大或轴承座孔不同、跨度大而对支承有调心要求时，应选用调心轴承； 6）为便于轴承的装拆，可选用内、外圈分离的轴承； 7）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜，精度低的轴承比精度高的轴承便宜，普通结构轴承比特殊结构的轴承便宜。,二、滚动轴承的类型,概述1,一、概念,联轴器和离合器是机械装置中常用的部件，它们主要用于轴与轴的联接，以传递运动和转矩，也可用作安全装置。,1、联轴器： 用于将两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有在机器停车时才可使两轴分离。,2、离合器： 在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它可用来操纵机器传动的断续，以便进行变速或换向。,联轴器的种类和特性1,二、联轴器,作用：主要用作轴与轴之间的联接，以传递运动和转矩。 特点：停机时才能联接或分离。,联轴器的种类和特性1,二、联