機械基礎 1-8

1、1-8課時緒論引入引入: :機械的產(chǎn)生機械的產(chǎn)生o 機械是人類祖先在長期的生活和生產(chǎn)勞動探索中逐漸產(chǎn)生的.o 機械是人類的生產(chǎn)勞動工具，是人類社會生產(chǎn)力發(fā)展的重要標志，是人類文明的產(chǎn)物.o 最古老的機械形式：等.引入引入: :機械的發(fā)展簡況機械的發(fā)展簡況o 十八世紀蒸汽機的發(fā)明促進了歐洲機械工業(yè)的發(fā)展，原動機的出現(xiàn)標志著機械工業(yè)的質的飛躍；o 各門力學學科的發(fā)展為機械的設計制作奠定了科學基礎，使機械工業(yè)迅猛發(fā)展；o 機械設備的其它典型例子：o 加工機床、機械手、機器人、日用機械設備等。機械的典型例子：汽車機械的典型例子：汽車機械的典型例子：飛機機械的典型例子：飛機機械的典型例子：高空作業(yè)車機械

2、的典型例子：高空作業(yè)車機械的典型例子：龍門起重機機械的典型例子：龍門起重機機械典型例子：數(shù)控加工中心機械典型例子：數(shù)控加工中心機械的典型例子：壓路機機械的典型例子：壓路機機械的典型例子：機械的典型例子：工程機械機械的作用o 機械的重要意義：減輕人類的體力和腦力勞動、提高勞動生產(chǎn)率。本章的教學目標：本章的教學目標： 1）了解本課程研究對象，認識機器的組成，掌握機器、機構、構件、零件的基本概念及正確識別； 2) 初步了解本課程學習內容，及在專業(yè)人才培養(yǎng)中的地位及作用，從而明確本課程學習目標； 3) 對平面機構的組成有所認識，對由一般平面機構組成的機械系統(tǒng)，能繪制出機構運動簡圖,并判斷其是否有確定的

3、運動。緒論緒論單缸內燃機構造原動機部分：原動機部分：將其它能量變換為機械能，是驅動整部機器的動力源。工作機部分工作機部分：其功能是利用機械能去變換或傳遞能量、物料、信號。傳動部分：傳動部分：把原動機的運動和動力轉變?yōu)楣ぷ鞑糠诌\動和動力。機器組成( (二二) )機械基礎基本概念機械基礎基本概念. .控制器控制器(控制控制)帶帶(傳動傳動)減速器減速器(傳動傳動)波輪波輪(工作工作)潘存云教授研制潘存云教授研制典型機器的分析：典型機器的分析：1.內燃機內燃機內燃機內燃機組成：組成：65438712910汽缸體汽缸體1、活塞活塞2、進氣閥進氣閥3、排氣閥排氣閥4、 連桿連桿5、曲軸曲軸6、凸輪凸輪7

4、、頂桿頂桿8、 齒輪齒輪9、10工作原理：工作原理：1.活塞下行，進氣閥開啟，混合氣體活塞下行，進氣閥開啟，混合氣體 進入汽缸；進入汽缸；2.活塞上行，氣閥關閉，混合氣體被壓縮，活塞上行，氣閥關閉，混合氣體被壓縮， 在頂部點在頂部點 火燃燒；火燃燒；3.高壓燃燒氣體推動活塞下行，兩氣閥關閉；高壓燃燒氣體推動活塞下行，兩氣閥關閉；4.活塞上行，排氣閥開啟，廢氣體被排出汽缸?；钊闲校艢忾y開啟，廢氣體被排出汽缸。循環(huán)運動的結果，使曲軸輸出連續(xù)的旋轉運動潘存云教授研制設計：潘存云進氣進氣壓縮壓縮爆炸爆炸排氣排氣內燃機的工作過程：內燃機的工作過程：活塞的往復運動通過連桿轉變?yōu)榍钊耐鶑瓦\動通過連桿

5、轉變?yōu)榍S的連續(xù)轉動，該組合體稱為：軸的連續(xù)轉動，該組合體稱為：內燃機各部分的作用：內燃機各部分的作用：曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構凸輪和頂桿用來啟閉進氣閥和排氣閥；稱為：凸輪和頂桿用來啟閉進氣閥和排氣閥；稱為：凸輪機構凸輪機構兩個齒輪用來保證進、排氣閥與活塞之間形成協(xié)調動兩個齒輪用來保證進、排氣閥與活塞之間形成協(xié)調動作，稱為：作，稱為：齒輪機構齒輪機構各部分各部分協(xié)調動作協(xié)調動作的結果：的結果： 化學能化學能 機械能機械能機器的三個特征：機器的三個特征：o 1 1）由多個）由多個構件構件組成；組成；o 2 2）各構件間具有確定的相對運動；）各構件間具有確定的相對運動；o 3 3）能夠完成有效的機

6、械功或變換機械能。）能夠完成有效的機械功或變換機械能。o 機構：機構：具有機器的前兩個特征具有機器的前兩個特征o 機械：機械：機器和機構的總稱機器和機構的總稱o 機器是執(zhí)行機械運動的裝置，用來變機器是執(zhí)行機械運動的裝置，用來變換或傳遞能量、物料與信息，以代替換或傳遞能量、物料與信息，以代替或減輕人的勞動?；驕p輕人的勞動。 ：o 1 1）由多）由多組成；組成；o 2 2）各構件間有確定的相對運動；）各構件間有確定的相對運動；o 3 3）能做功或進行能量轉換）能做功或進行能量轉換。 機械：機械：是是機器機器與與機構機構的總稱。的總稱。機器的定義機器的定義機構：機構：具有機器前兩個特征的多構件組合具

7、有機器前兩個特征的多構件組合 體 ； 或 由 多 構 件 組 成 且 各 構 件 間 有體 ； 或 由 多 構 件 組 成 且 各 構 件 間 有 確定的相對運動確定的相對運動. .如如: : 構件：構件：機器中運動的基本單元；如機器中運動的基本單元；如: : 零件：零件：機器中最小的機器中最小的制造單元；如：制造單元；如：螺釘螺釘部件：部件：一套協(xié)同工作且完成共同任務的零一套協(xié)同工作且完成共同任務的零 件組合。件組合。如如: :軸承軸承機器組成部件機器組成部件 在各種機器中經(jīng)常使用的零件。在各種機器中經(jīng)常使用的零件。 如：螺栓、螺母如：螺栓、螺母 僅在特定類型機器中使用的零件，僅在特定類型機

8、器中使用的零件，如：活塞，曲軸。如：活塞，曲軸。零件分類零件分類一、機構的組成一、機構的組成機構機構能實現(xiàn)預期的機械運動的、各能實現(xiàn)預期的機械運動的、各構件的基構件的基 本組合體本組合體稱為機構。稱為機構。機構僅能實現(xiàn)預期的機械運動，最簡單的機器只機構僅能實現(xiàn)預期的機械運動，最簡單的機器只有一個機構。有一個機構。機構由構件組成，由一或幾個零件組成構件；機構由構件組成，由一或幾個零件組成構件；構件構件運動的單元體；運動的單元體；零件零件制造的單元體；制造的單元體；1.構件和零件：構件和零件：(復習復習)1.構件和零件：構件和零件：機車車輪聯(lián)動機構機車車輪聯(lián)動機構 單缸內燃機單缸內燃機2 2運動副

9、及其分類運動副及其分類運動副機構中，兩構件間直接接觸而又相對運動的可動聯(lián)接。機構是由構件通過運動副聯(lián)接而組成的構件系統(tǒng)。運動副中兩構件間接觸形式：點、線、面（運動副元素）根據(jù)組成運動副兩構件之間的接觸特性，運動副可分為低副和高副。 一、機構的組成一、機構的組成運動副的分類：運動副的分類：低副兩構件通過面接觸而構成的運動副稱為。根據(jù)低副兩構件間的相對運動形式：轉動副轉動副（兩構件間只可相對轉動）（兩構件間只可相對轉動）移動副移動副（兩構件間只可相對移動）（兩構件間只可相對移動）低副低副平面運動副及其符號平面運動副及其符號圖圖0-4 0-4 平面運動副及其符號平面運動副及其符號a a）轉動副）轉動

10、副 b b）移動副）移動副 c c）高副（點接觸）高副（點接觸）d d）高）高副（面接觸）副（面接觸） 運動副的分類：運動副的分類：高副兩構件通過點或線接觸組成的運動副稱為高副。 運動副的分類：運動副的分類：空間運動副空間運動副運動副中兩構件作空間運動。運動副中兩構件作空間運動。球面副球面副空間運動副：空間運動副：螺旋副螺旋副圖圖0-5 0-5 空間運動副及其符號空間運動副及其符號a a）球面副）球面副 b b）球銷副）球銷副 c c）螺旋副）螺旋副 繪制機構運動簡圖的步驟繪制機構運動簡圖的步驟 ：例例1 1 繪制內燃機的機構運動簡圖：繪制內燃機的機構運動簡圖：氣缸體氣缸體1活塞活塞2進氣閥進

11、氣閥3排氣閥排氣閥4連桿連桿5曲軸曲軸6凸輪凸輪7頂桿頂桿8齒輪齒輪9內燃機的機構運動簡圖內燃機的機構運動簡圖鄂式破碎機機構運動簡圖繪制：鄂式破碎機機構運動簡圖繪制：偏心輪機構運動簡圖繪制：五桿機構：五桿機構：從動件運動不確定，不成為機構。從動件運動不確定，不成為機構。 三桿機構：三桿機構：( (只能算是一個構件只能算是一個構件) )構件系統(tǒng)不能運動，不成為機構。構件系統(tǒng)不能運動，不成為機構。 四桿機構：構件系統(tǒng)能否成為機構，與構件系統(tǒng)能否成為機構，與自由度自由度有關。有關。 1、基本概念 機器、機構、構件、 零件、部件的定義。 2、機構組成,機構簡圖繪制. 3、本課程學習目標. 小小 結結本

12、章重點本章重點0-1 機械設計基礎課程的主要內容和基本 任務是什么？0-2 什么是構件？什么是零件？它們有什么區(qū)別和聯(lián)系？試舉實例加以說明。0-3 0-3 用生活中例子說明機構和機器特征用生活中例子說明機構和機器特征 構件和零件的區(qū)別構件和零件的區(qū)別0-4 0-4 現(xiàn)代機械的四個組成部分及作用是什現(xiàn)代機械的四個組成部分及作用是什么？么？0-50-5 腳踏自行車、腳踏縫紉機是否為機器。試分析其組成.思考題：思考題：第一章第一章 帶傳動帶傳動1.1帶傳動的主要特點、類型和應用1.2普通V帶和V帶輪1.3帶傳動的基本理論1.4V帶傳動的設計1.5帶傳動的安裝、張緊和維護o1.1帶傳動的主要特點、類型

13、和應用o帶傳動一般是由主動輪、從動輪緊套在兩輪上的傳動帶及機架組成。o源動機轉動o帶的傳動過程：o主動輪轉動o驅動主動輪o從動輪轉動o帶與輪的摩擦o單擊單擊o帶傳動的類型o普通普通V V帶帶傳動傳動o窄窄V V帶帶傳動傳動o寬寬V V帶帶傳動傳動o平帶傳平帶傳動動o多楔帶多楔帶傳動傳動o同步帶同步帶傳動傳動o1.1.1 帶傳動的類型o1.普通V帶及V帶輪o結構： o 頂膠、抗拉體、o 底膠、包布。o型號：（見P91表6-1） oY、Z、A、B、C、D、Eo1.2普通V帶和V帶輪o應用應用o1.窄V帶及窄V帶輪1.平帶及平帶輪o應用2.多楔帶及多楔帶輪 同步帶及同步帶輪o應用o2.1.2 帶傳動

14、的特點和應用o 傳動平穩(wěn),噪聲小,可緩沖吸振,有過載保護,可遠距離傳動,結構簡單,制造、安裝和維護方便,但傳動比不準確,效率較低,壽命較短,且對軸的壓力大。特點：應用：o 常應用于傳動比不要求準確、功率P100kW、v=525m/s、傳動比i5以及有過載保護的場合.o1.普通V帶結構、o結構： o 頂膠、抗拉體、o 底膠、包布。o型號：（見P91表6-1）oY、Z、A、B、C、D、Eo2.2普通V帶和V帶輪普通V帶的參數(shù)o節(jié)面當V帶受彎曲時，o 長度不變的中性層。o節(jié)寬節(jié)面的寬度bp。o相對高度V帶高度h與o 節(jié)寬bp之比。約為0.7o帶輪基準直徑V帶輪上與所配V帶節(jié)寬bpo 相對應的帶輪直徑

15、。o帶的基準長度V帶在帶輪上張緊后，位于o 帶輪基準直徑上的周線長度Ld 。o普通V帶和窄V帶的標記由帶型、基準長度和標記號組成，見如下示例：oA1400 GB1154489o國標代號o基準長度ov帶型號o普通V帶輪的結構：（見P91表6-1）o1.V帶輪槽尺寸標準o當v25m/s時，用HT150；當v=2530m/s時用HT200；當2545m/s時用球墨鑄鐵、鑄鋼或鍛鋼；小功率時可用鑄鋁或塑料.o2. 帶輪的材料oS型-實心帶輪oP型-腹板帶輪oH型-孔板帶輪oE型-橢圓輪輻帶o3.帶輪的結構o1o23.33.3帶傳動的基本理論帶傳動的基本理論(一) 帶傳動中的力分析o不工作時o工作時oF

16、0oF0oF0oF0o 帶必須以一定的拉力張緊在帶輪上，此時，傳動帶兩邊的拉力相等，都等于F0。on2on1oF1oF2oF1oF2o 帶繞上主動輪的一邊被拉緊，該邊拉力緊邊拉力F1；帶繞上從動力的一邊被放松，該邊拉力松邊拉力F2。oF1-F0=F0-F2oF1+F2=2F0o之一o(一) 帶傳動中的力分析o帶與帶輪間的總摩擦力FfoF2oF1022212111DFDFDFfo得：Ff =F1-F2o帶傳動的有效拉力Fe o Fe=Ff =F1-F2220201eeFFFFFFo之二oFoF+dFodNofdNooF1oF2o之一o(二) 帶傳動中的最大有效拉力及其影響因素FddNddFFdF

17、dN2sin)(2sindFfdNddFFdFfdN2cos)(2cosfdFdFfdFFddN11221210lnfFFeFFfFFfdFdFo1帶在輪上的包角。o歐拉公式歐拉公式oF為松邊拉力的分力，F(xiàn)+dF為緊邊拉力的分力，這兩個合力跟dN平衡o之二o帶所能傳遞的最大有效拉力Femax1111/ 11/ 11211200maxffffeeeFeeFFo影響最大有效拉力的因素o預緊力預緊力F F0 0：o Femax與預緊力F0成正比。o包角包角 ：o Femax隨包角的增大而增大。o摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)f f：o Femax隨摩擦系數(shù)f的增大而增大。o(二) 帶傳動中的最大有效拉力及其影響因

18、素(三) 帶的應力分析o1、離心應力Aqvc2o2、拉應力AFAF2211o3、彎曲應力22112dyEdyEbb11maxbco最大最大應力應力oY為帶的中性層到最外層的距離，單位為mm,dd為帶輪基準直徑，見表6-3dd6.3.1 帶傳動的受力分析小結o帶必須以一定的初拉力F0張緊在帶輪上。o 帶傳動時，緊邊和松邊的拉力差形成有效拉力F。以傳動動力和運動。o 在帶傳動過程中，有效拉力不能超過帶與輪面間F摩擦力綜合的極限值否則帶傳動會發(fā)生打滑，導致傳動失效。fFFFF211000FvP o 在帶即將打滑的臨界緊邊拉力和松邊拉力的關系符合歐拉公式：o可推知帶傳動有效拉力F的大小為：feFF21

19、1120ffeeFFo表明，帶所傳遞的圓周力F與下列因素有關：初拉力F0摩擦系數(shù)f包角o帶傳動在不打滑條件下所能傳遞的最大圓周力為：1111maxfaeFFo6.3.2 帶傳動的應力分析小結o通過分析可知，帶傳動時，皮帶中存在著三種應力由拉力產(chǎn)生的拉應力 由離心力產(chǎn)生的離心拉應力 C C由皮帶繞過帶輪因彎曲而產(chǎn)生的彎曲應力 b bo 三種應力共同作用，使帶處在變應力條件下工作，故帶易產(chǎn)生疲勞破壞。o皮帶中的應力最大值為：o max=max= 1+1+ c+c+ b1b1o 為保證帶有足夠的疲勞壽命，應使帶中的最大應力 maxmax小于等于帶材料的許用應力 。即 o max=max= 1+1+

20、c+c+ b1b1 o6.3.3 帶傳動的彈性滑動和傳動比o 由于帶的彈性變形而引起帶在輪面上滑動的現(xiàn)象，稱為彈性滑動。 o 帶傳動時，帶與輪面之間存在著彈性滑動,這使得從動帶輪的圓周速度v2總是低于主動帶輪的圓周速度v1。v2相對于v1的降低率稱為帶傳動的滑動率e：%100%100112211121ndndndvvveo帶傳動的傳動比為)1 (1221eddddnnio從動輪的轉速為1212)1 (nddnddeo 隨載荷變化而變化。因 是變量，故帶傳動的傳動比不準確。o彈性滑動是帶傳動所不可避免的特性,不同于打滑失效。eeo6.4 V帶傳動的設計o6.4.1 帶傳動的失效形式和設計準則o帶

21、傳動的主要失效形式是打滑和傳動帶的疲勞破壞。o 帶傳動的設計準則：在傳遞規(guī)定功率是不打滑，同時具有足夠的疲勞強度和一定的使用壽命。o6.4.2 單根V帶的基本額定功率o帶傳動的承載能力取決于傳動帶的材質、結構、長度，帶傳動的轉速、包角和載荷特性等因素。o單根V帶的基本額定功率P0是根據(jù)特定的實驗和分析確定的。o實驗條件：傳動比i=1、包角180、特定長度、平穩(wěn)的工作載荷。o6.4.3V帶的設計步驟和方法o設計的已知條件為：傳動的工作情況，功率P，轉速n1、n2（或傳動比i）o以及空間尺寸要求o設計內容：確定V帶的型號、長度L和根數(shù)Z、傳動中心距a及帶輪基準o 直徑，畫出帶輪零件圖等。o1.確定

22、計算功率PKPACo式中：Po傳遞的名義功率（如電動機的額定功率，KWo）；AKo工作情況系數(shù)，見表6-5o工作情況系數(shù)KA工作情況KA軟啟動硬啟動每天工作小時數(shù)/h1010161610101616載荷變動微小離心式水泵和壓縮機、輕型輸送機等1.01.11.21.11.21.3載荷變動小壓縮機、發(fā)電機、金屬切削機床、印刷機、木工機械等1.11.21.31.21.31.4載荷變動較大制磚機、斗式提升機、起重機、沖剪機床、紡織機械、橡膠機械、重載輸送機、磨粉機等1.21.31.41.41.51.6載荷變動大破碎機、磨碎機等1.31.41.51.51.61.8o2 .選擇V帶的型號 o 根據(jù)計算功率

23、Pc和主動輪（通常是小帶輪）轉速n1 由右圖選擇V帶型號。o 當所選取得結果在兩種型號的分界線附近，可以兩種型號同時計算，最后從中選擇較好的方案o3.確定帶輪基準直徑 帶輪直徑小可使傳動結構緊湊，但另一方面彎曲應力大大，使帶的壽命降低。設計時應取小帶輪的基準直徑dd1ddmin，ddmin 的值查表6-3忽略彈性滑動的影響，dd2=dd1n1/n2,dd1、dd2宜取標準值o4.驗算帶速 10006011ndvd離心力增大，帶輪間摩擦力減小，容易打滑 帶速不宜過高，否則單位時間內繞過帶輪的次數(shù)也增多，降低傳動帶的工作壽命 帶速不宜過低，否則當傳遞功率一定時，傳遞的圓周力增大，帶的根數(shù)增多o5.

24、初定中心距a和基準帶長Ld 210212)(7 . 0ddddddaddo按下式初步確定中心距a0o初選a0后，可根據(jù)下式計算v帶的初選長度L0021221004)()(22addddaLddddo 根據(jù)初選長度L0，由表6-2選取與相近的基準長度Ld作為所選帶的長度，然后就可以計算出實際中心距a，即 200LLaado 考慮到安裝調整和帶松弛后張緊的需要，應給中心距留出一定的調整余量。中心距的變動范圍為 ddLaaLaa03. 0015. 0maxmino6.驗算小帶輪包角 1o小帶輪包角可按下式計算 3 .57180121addddo 一般要求 ，否則應適當增大中心距或減小傳動比，也可以加

25、張緊輪。 01120o7.確定V帶根數(shù)ZLcacaKKPPPPPz)(000o 帶的根數(shù)應取整數(shù)。為使各帶受力均勻，根數(shù)不宜過多，一般應滿足z400mm） 圖6-9eo4.4.其它部位的尺寸設計：其它部位的尺寸設計：見書P103-105o例6.1 設計某鼓風機用普通V帶傳動。一支電動機額定功率P=10kW,轉o 速n1=1450r/min, 從動軸轉速n2 =400r/min, 中心距約為1500mm,每o 天工作24h 。 o解：o 1）確定計算功率CPo o由表6-5查得1.3，由下式得 kWkWPKPAC13103 . 1o2）選取普通V帶型號 o根據(jù)P=13kW,n=1450mm ,由

26、圖6-7選用B型普V通帶。 o 3）確定帶輪基準直徑dd1、dd2 o根據(jù)表6-3和圖6-7選取dd1=140mm且dd1=140mmddmin=125mmo大輪帶輪基準直徑dd2為 mmmmdnnddd5 .50714040014501212o按表6-3，選取標準直徑dd2=500mm,實際傳動比i、從動輪的實際轉速分別為mmmmdnnd5 .50714040014501211on2=n1/i=1450/3.57r/min=406r/min o從動輪的轉速誤差率為%5 . 1%100400400406o在 一般傳動中，滑動率1%-2%，可以忽略不計（P97）oi=500/140=3.57o4

27、）驗算帶速Vsmndvd/63.10100060145014010006011o帶速度在525m/s范圍內。o 5）確定帶的基準長度Ld和實際中心距a o按結構設計要求初步確定中心距 mma15000o由相應式得 021221004)()(22addddaLddddmm9 .402615004)140500()500140(2150022o由相應表得實際中心距a為 mmLLaad148729 .402640001500200o中心距a的變動范圍為 oamin=a -0.015Ld o=（1487-0.015*4000）mm o=1427mm oamax=a+0.03Ld o=(1487+0.0

28、3*4000)mm o=1607mm o查表6-2o6）校驗小帶輪包角 1o由下式得12013.1663 .5714871405001803 .57180121addddo7）計算V帶的根數(shù)zo 由下式得 LCKKPPPz00o根據(jù) ，n=1440r/min,查P97表6-4得 mmdd1401oP0=2.82Kwo根據(jù)傳動比i=3.57,查相應表6-2得KL=1.13,查表6-6 則kWP46. 00o 由相應表查6-2得帶長度修正系數(shù)Kl=1.13，由圖查6-7得包角系數(shù)Ka=0.97，得普通帶根數(shù)o取z=4根 o8）求初拉力F0及帶輪軸上的壓力FQ o 由表查得B型普通V帶的每米質量q=

29、0.17kg/m，根據(jù)下式得單根V帶的初拉力為 NNqvKZvPFca33.26063.1017. 0197. 05 . 263.10413500) 15 . 2(500220根62. 313. 197. 0)46. 082. 2(13zo由下式可得作用在軸上的壓力FQ NNazFFQ4 .2067213.166sin433.26022sin210o9）帶輪的結構設計（設計過程及帶輪工作圖略）P103-105。 o 選用4根B-4000GB 1171-89V帶，中心距a=1487mm，帶輪直徑dd1=140mm，dd2=500mm，軸上壓力FQ=2067.4N 。 o 10）設計結果 o3.5 帶傳動的張緊、安裝與維護根據(jù)帶的摩擦傳動原理，帶必須在預張緊后才能正常工作；o張緊的目的運轉一定時間后