工程技術(shù)基礎(chǔ)第五章機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)1

1、第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)1 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)2第一節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu) n機(jī)構(gòu)也是人為的實(shí)體組合，用來傳遞運(yùn)動和力。n組成機(jī)構(gòu)的各個相對運(yùn)動部分稱為構(gòu)件。n構(gòu)件是運(yùn)動的單元，零件是制造的單元。第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)3n內(nèi)燃機(jī)1.汽缸體 2.活塞 3.連桿 4.曲軸 5.齒輪 6.齒輪 7.凸輪 8.頂桿第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)4一、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖1、運(yùn)動副及其分類n構(gòu)件的自由度：指可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動n運(yùn)動副：使兩個構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動的聯(lián)接。 n分類：低副、高副第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)5低副 兩構(gòu)件通過面接觸組成的運(yùn)動副。 1）轉(zhuǎn)動副：兩個構(gòu)件之間只能繞同一軸線作相對運(yùn)動

2、的運(yùn)動副，或叫鉸鏈。 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)6固定鉸鏈 、活動鉸鏈 圖5.1.1第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)72）移動副：兩個構(gòu)件之間只能沿某一軸線作相對運(yùn)動的運(yùn)動副。圖5.1.2第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)8 3）球面副、螺旋副（不討論） 圖5.1.3第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)9兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的的運(yùn)動副。 高副第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)10凸輪副、齒輪副圖5.1.4第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)112、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖 n機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件按其運(yùn)動性質(zhì)分為：n固定件（機(jī)架）n原動件（輸入構(gòu)件）n從動件 n機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)12 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)133、平面機(jī)構(gòu)的自由度 自由度：可能出現(xiàn)的獨(dú)

3、立運(yùn)動稱為構(gòu)件的自由度。一個構(gòu)件作平面運(yùn)動時有三個自由度；作空間運(yùn)動時有六個自由度。 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)141）計算公式 F3n2pLpH其中 F自由度 n活動構(gòu)件數(shù) pL低副的數(shù)目 pH高副的數(shù)目第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)15例 1 ： 計 算 圖5.1.5所示的內(nèi)燃機(jī)中曲柄連桿機(jī)構(gòu)的自由度。 圖5.1.5第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)16解：F3n2pLpH33241第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)17例2：計算圖5.1.6所示的牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)的自由度。 圖5.1.6第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)18解：F3n2pLpH3628 11第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)192）注意的問題 復(fù)合鉸鏈：兩個以上的構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接而

4、形成。（2個轉(zhuǎn)動副）圖5.1.7 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)20例3：計算圖5.1.8所示的圓盤鋸主體機(jī)構(gòu)（直線機(jī)構(gòu)）的自由度。B、C、D、E四處都是復(fù)合鉸鏈，各由2個轉(zhuǎn)動副。 圖5.1.8第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)21解：F3n2pLpH372101第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)22局部自由度 這類自由度的存在與否不影響整個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律。 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)23例4：計算圖5.1.9所示的滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。 圖5.1.9第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)24解：F3n2pLpH3222 11第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)25二、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)261鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)n機(jī)架n曲柄n搖桿n連桿圖5.1.

5、10第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)271）曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 圖5.1.11所示是雷達(dá)天線調(diào)整機(jī)構(gòu)、電影放映機(jī)撥動影片機(jī)構(gòu)。圖5.1.11第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)282)雙曲柄機(jī)構(gòu) 圖5.1.12 慣性篩的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)293)雙搖桿機(jī)構(gòu) n圖5.1.13港口用門式起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu) 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)302偏心輪機(jī)構(gòu)n顎式破碎機(jī)n剪床n抽水機(jī)圖5.1.14第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)313曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：內(nèi)燃機(jī) 圖5.1.15第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)324導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)n牛頭刨床中的主傳動機(jī)構(gòu)圖5.1.16第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)33三、平面四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) n優(yōu)點(diǎn)n機(jī)構(gòu)中所有的運(yùn)動副都是低副，制造簡單，成本較低并能獲

6、得較高的精度。n組成運(yùn)動副的元件間的接觸都是面接觸，故能傳遞較大的載荷和具有較高的可靠性，可以在較高的速度下工作。n缺點(diǎn)n與凸輪機(jī)構(gòu)相比，不能較精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律和軌跡n在結(jié)構(gòu)上不如凸輪機(jī)構(gòu)緊湊。第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)34第二節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu) 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)35一、凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成及其優(yōu)缺點(diǎn)n凸輪機(jī)構(gòu)n構(gòu)成n機(jī)架n凸輪n從動件n優(yōu)缺點(diǎn)n只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可使從動件得到任意的預(yù)期運(yùn)動n結(jié)構(gòu)簡單、緊湊和設(shè)計方便n存在點(diǎn)或線接觸，較易磨損n凸輪輪廓的加工較為復(fù)雜第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)36二、分類 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)371、按凸輪的形狀分 n盤形凸輪（ 圖5.2.1）n移動凸輪（ 圖5.2.

7、2）n圓柱凸輪（ 圖5.2.3）第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)38盤形凸輪圖5.2.1第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)39移動凸輪圖5.2.2第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)40圓柱凸輪圖5.2.3第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)412、按從動件的型式分 n尖頂從動件（圖5.2.1） n滾子從動件（圖5.2.2） n平底從動件（圖5.2.4） 圖5.2.4 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)42三、從動件的常用運(yùn)動規(guī)律 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)431等速運(yùn)動 n1-凸輪的轉(zhuǎn)角ns-工作行程 圖5.2.5 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)442等加速等減速運(yùn)動圖5.2.6第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)453擺線運(yùn)動 圖5.2.7第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)46四、按給定從動件運(yùn)動規(guī)律繪制

8、凸輪輪廓 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)471、理論輪廓 圖5.2.8第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)482、實(shí)際輪廓 圖5.2.9第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)493、在凸輪設(shè)計中應(yīng)注意的問題1）合理選擇滾子的半徑2）注意基圓半徑對凸輪機(jī)構(gòu)的影響圖5.2.10第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)50習(xí)題：設(shè)計一直動滾子從動件盤形凸輪。已知凸輪順時針勻速回轉(zhuǎn)，從動件的運(yùn)動規(guī)律為：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過120時，從動件以等加速等減速運(yùn)動規(guī)律上升20mm；當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)60時，從動件在最高位置停留不動；當(dāng)凸輪再轉(zhuǎn)90時，從動件以等加速等減速運(yùn)動規(guī)律下降到初始位置；當(dāng)凸輪再轉(zhuǎn)其余90時，從動件停留不動。今取凸輪基圓半徑50mm，滾子半徑r10mm，并要求滾子

9、中心沿著通過凸輪回轉(zhuǎn)中心的直線運(yùn)動。試?yán)L出此凸輪的輪廓。 圖5.2.11第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)51第三節(jié) 間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu) 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)52一、槽輪機(jī)構(gòu) 1組成 2基本尺寸blrrs rlsin2 a=lcos2式中： rs為圓銷的半徑 圖5.3.1第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)533運(yùn)動系數(shù) n-運(yùn)動系數(shù)nK-均勻分布的圓銷數(shù)nz-徑向槽的數(shù)目 zzKzzttm2)2(22221第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)54習(xí)題 某單銷槽輪機(jī)構(gòu)的槽數(shù)z6，中心距l(xiāng)80mm，圓銷直徑為10mm。(1)計算該槽輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸；(2)計算該槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動系數(shù)。第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)55二、棘輪機(jī)構(gòu) 1-曲柄2-連桿3-搖桿4-

10、棘爪5-棘輪6-制動爪 圖5.3.2第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)56三、不完全齒輪機(jī)構(gòu) 1-主動輪2-從動輪 圖5.3.3 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)57四、凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu) 1-圓柱凸輪2-轉(zhuǎn)盤3-滾子 圖5.3.4 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)58第四節(jié) 聯(lián)接 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)59一、螺紋聯(lián)接 1、定義：利用帶有螺紋的零件構(gòu)成的可拆聯(lián)接。圖5.4.1第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)602、螺紋分類根據(jù)平面圖形的形狀 a)三角形螺紋 b)矩形螺紋 c)梯形螺紋 d)鋸齒形螺紋 e)半圓形螺紋 圖5.4.2第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)613、螺紋的主要參數(shù) nd(D)-大徑nd1(D1)-小徑nd2(D2)-中徑nP-螺距nS-導(dǎo)

11、程n-牙型角n-升角 圖5.4.3第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)624、螺紋聯(lián)接件的主要類型 n螺栓n雙頭螺柱n螺釘n螺母n墊圈 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)635、螺栓聯(lián)接計算（1）松螺栓連接（圖5.4.4）n強(qiáng)度條件： F/（d12/4）n故 d124F/()式中 d1螺紋小徑（mm） F吊鉤的工作負(fù)荷（N） 螺栓許用應(yīng)力（MPa） 圖5.4.4第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)64（2）緊螺栓連接（受橫向載荷的螺栓連接） n假設(shè)如圖5.4.5所示只有一對接觸面，則fFs=1.2Fn因此 Fs=1.2F/fn式中f接觸面的摩擦系數(shù)；對于鑄鐵和鋼的表面，通常取f=0.150.2。 圖5.4.5第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)65當(dāng)量應(yīng)

12、力與拉應(yīng)力的近似關(guān)系為 1.3因此，螺栓的強(qiáng)度條件是 =1.3FS/（d12/4）所以， 3 . 141sFd第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)66圖5.4.6(3)例：圖5.4.6所示為一凸緣聯(lián)軸器，它是利用凸臺對中的，用4個螺栓聯(lián)接，已知螺栓中心圓直徑D0180mm，聯(lián)軸器傳遞的轉(zhuǎn)矩T4.8105Nmm，試確定螺栓直徑。第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)67Fs-一個螺栓的預(yù)加鎖緊力，-螺栓的許用拉應(yīng)力設(shè)取摩擦系數(shù)f=0.2 3 . 141sFd第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)68NfFFNDTFFDTFnfFss80002 . 0453332 . 142 .. 42222 . 1500第五章 機(jī)械設(shè)計

13、基礎(chǔ)69先假定d=16,在表中選材料Q235， MPas235第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)70在表中查得：d=16mm時， MPas6 .7723533. 033. 0第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)71結(jié)論：在 表 中 可 查 得 d = 1 6 m m 時 ，d1=13.835mm選?。篗16的螺栓mmFds06.136 .7780003 . 143 . 141第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)72第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)73二、鍵聯(lián)接二、鍵聯(lián)接 1. 鍵聯(lián)接的分類：松聯(lián)接、緊聯(lián)接（前面已講過）n松聯(lián)接n組成n特點(diǎn)n緊聯(lián)接n組成n特點(diǎn)第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)74n常用鍵第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)75n普通平鍵連接畫法第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)

14、76n半圓鍵連接畫法第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)77n鉤頭楔鍵連接畫法第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)782.鍵的選擇及其強(qiáng)度校核n根據(jù)軸的直徑和表，選擇鍵的基本參數(shù)尺寸 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)79n選擇鍵的材料，在表中查得 表 鍵連接的許用擠壓應(yīng)力Pp第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)80n再計算擠壓強(qiáng)度： 其中： ， h,ls見圖 Ft-圓周力，P-軸所傳遞的功率(kw)， n-軸的轉(zhuǎn)速(r/min)，d-軸的直徑。2pstphlFdnPdTFt955000022第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)81再計算剪切強(qiáng)度條件：n=Ft/(bls)式中：P及P鍵連接中的擠壓應(yīng)力及其許用值 及鍵連接中的切應(yīng)力及其許用值n許用切應(yīng)力應(yīng)按鍵的材料選取。

15、第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)82第五節(jié) 帶傳動和鏈傳動 一、帶傳動的特點(diǎn)1組成 1-主動輪，2-從動輪，3-環(huán)形帶，根據(jù)轉(zhuǎn)動方向上邊是緊邊（主動邊），下邊（從動邊） 圖5.5.1第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)83 2分類：帶的截面形狀有a)長方形-平帶，b)梯形-V帶，c)圓形-圓帶。 圖5.5.2第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)843優(yōu)缺點(diǎn) n優(yōu)點(diǎn)：(1)可用于兩軸中心距離較大的傳動；(2)帶具有彈性，可緩和沖擊和振動載荷，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無噪聲；(3)當(dāng)過載時，帶即在輪上打滑，可防止其他零件損壞；(4)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備費(fèi)低，維護(hù)方便。第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)85n缺點(diǎn)：(1)傳動的外廓尺寸較大；(2)由于帶的彈性滑動，不能保證固定

16、不變的傳動比；(3)軸及軸承上受力較大；(4)效率較低；(5)帶的壽命較短，約為3000-5000h；(6)不宜用于易燃、易爆的場合。n帶傳動常用于傳遞75kW以下的功率。帶的速度v一般為525ms。 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)86二、帶傳動的主要型式 n開口傳動(圖5.5.1) n交叉?zhèn)鲃?圖5.5.3a) n半交叉?zhèn)鲃?圖5.5.3b) 圖5.5.3第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)87三、帶傳動的彈性滑動及傳動比 1、彈性滑動：由于帶的緊邊與松邊拉力不等，使帶的兩邊彈性變形不等所引起帶與輪面的微量相對滑動。 圖5.5.4 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)882、彈性滑動的大?。?它與帶的緊、松邊拉力差有關(guān)。帶的型號一定

17、時，帶傳遞的圓周力愈大，彈性滑動也愈大。 3、打滑： 當(dāng)外載荷所產(chǎn)生的圓周力大于帶與小帶輪接觸弧上的全部摩擦力時，彈性滑動就轉(zhuǎn)變?yōu)榇蚧?第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)894、滑動率和傳動比i： 由彈性滑動引起的從動輪圓周速度的相對降低率。 =(v1v2)/v1因 v1=dd1n1/(601000) m/s v2=dd2n2/(601000) m/s代入上式可得帶傳動的傳動比： i=n1/n2= dd2/( dd1(1)及從動輪轉(zhuǎn)速 n2=n1dd1(1)/ dd2n對于V帶傳動，=0.010.02。 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)90四、普通V帶傳動的設(shè)計計算（一）V帶的結(jié)構(gòu)（二）普通V帶標(biāo)準(zhǔn)（三）單根V帶能傳

18、遞的功率第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)91（四）V帶傳動的設(shè)計步驟及方法n例題:設(shè)計一帶式輸送機(jī)的V帶傳動。電動機(jī)為Y132M-4型，額定功率P=7.5kW，滿載轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，從動軸轉(zhuǎn)速n2=610r/min，單班工作。1.計算功率Pc 由表5.5.1查得是KA1.1Pc=KAP=1.17.5=8.25KW 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)92工 況原 動 機(jī)空、輕載啟動重載啟動每天工作小時數(shù)h1010-16161010-1616載荷變動最小液體攪拌機(jī)、通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)(毒75kW)、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕負(fù)荷輸送機(jī)1.01.11.21.11.21.3載荷變動小帶式輸送機(jī)(不均勻負(fù)荷)、通風(fēng)機(jī)(，75

19、kW)、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(jī)(非離心式)、發(fā)電機(jī)、金屬切削機(jī)床、印刷機(jī)、旋轉(zhuǎn)篩、鋸木機(jī)和木工機(jī)械1.11.21.31.21.31.4載荷變動較大制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)、起重機(jī)、磨粉機(jī)、沖剪機(jī)床、橡膠機(jī)械、振動篩、紡織機(jī)械、重載輸送機(jī)1.21.31.41.41.51.6載荷變動很大破碎機(jī)(旋轉(zhuǎn)式、顎式等)、磨碎機(jī)(球磨、棒磨、管磨)1.31.41.51.51.61.8表5.5.1工況系數(shù)KA第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)932選取V帶型號 圖5.5.5根據(jù)圖5.5.5，選取B型帶。 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)943小輪基準(zhǔn)直徑和大輪基準(zhǔn)直徑dd2表5.5.2：V帶輪最小基準(zhǔn)直徑及基準(zhǔn)直徑系列（mm

20、） 表5.5.2第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)95n查表5.5.2，得dd1=140mm,取=0.01(一般=0.010.02)n由表5.5.2取dd2=315mm。此時從動輪實(shí)際轉(zhuǎn)速：n轉(zhuǎn)速誤差： ，合適。 mmdnnddd327)01.01(1406101440)1(1212 min/6.63331599.014014402rn %5%8.36106106.633 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)96 4、驗(yàn)算帶速 合適。 5、初定中心距a0 其中：h查表5.5.3得：h=10.5mm 現(xiàn)根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，取a0=400mm。 smsmdnvd/25/5 .10100060140144010006011 mmhdd

21、ammddadddd2595 .103)315140(213)(21910)315140(2)(221min21max 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)97表5.5.3: 普通V型號、截面尺寸和基準(zhǔn)長度系列（mm）第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)986、初算帶的基準(zhǔn)長度L0 由表5.5.3，選取帶的基準(zhǔn)長度Ld=1600mm。7、實(shí)際中心距中心距a可調(diào)整: mmaddddaLdddd8 .15334004)140315()315140(240024)()(22202122100 mmLLaad43328 .15331600400200 第五章 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)998、小帶輪包角能滿足要求。 9、單根V帶所能傳遞的功率根據(jù)n1=1440r/min和dd1=140mm,查表5.5.4,用插值法得P0=2.8kw。 1208 .1563 .574331403151803 .57180121adddd 第五章 機(jī)械設(shè)