中職機械基礎課件演示文稿

中職機械基礎課件演示文稿第一頁，共475頁。

緒論第1章平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度第2章平面連桿機構(gòu)第3章凸輪機構(gòu)第4章齒輪機構(gòu)第5章齒輪系第6章間歇運動機構(gòu)第7章剛性回轉(zhuǎn)的平衡第8章鍵聯(lián)接和銷聯(lián)接目錄第二頁，共475頁。第9章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動第10章帶傳動第11章鏈傳動第12章齒輪傳動第13章軸第14章軸承第15章聯(lián)軸器和離合器第16章機械傳動系統(tǒng)設計目錄第三頁，共475頁。緒論0.1機器的組成及其特征0.1.1機器與機構(gòu)

在現(xiàn)代的日常生活和工程實踐中隨處都可見到各種各樣的機器。例如，洗衣機、縫紉機、內(nèi)燃機、拖拉機、金屬切削機床、起重機、包裝機、復印機等。機器是一種人為實物組合的具有確定機械運動的裝置，它用來完成一定的工作過程，以代替或減輕人類的勞動。機器的種類很多，

根據(jù)用途不同，機器可分為：動力機器：實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，如內(nèi)燃機、電動機、蒸汽機、發(fā)電機、壓氣機等。加工機器：完成有用的機械功或搬運物品，如機床、織布機、汽車、飛機、起重機、輸送機等。信息機器：完成信息的傳遞和變換，如復印機、打印機、繪圖機、傳真機、照相機等。第四頁，共475頁。緒論雖然機器的種類繁多，構(gòu)造、用途和功能也各不相同。但具有相同的基本特征：（1）人為的實物（構(gòu)件）組合體。（2）各個運動實物之間具有確定的相對運動。（3）代替或減輕人類勞動，完成有用功或?qū)崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。凡具備上述（1）、（2）兩個特征的實物組合體稱為機構(gòu)。機器能實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換或代替人的勞動去做有用的機械功，而機構(gòu)則沒有這種功能。僅從結(jié)構(gòu)和運動的觀點看，機器與機構(gòu)并無區(qū)別，它們都是構(gòu)件的組合，各構(gòu)件之間具有確定的相對運動。因此，通常人們把機器與機構(gòu)統(tǒng)稱為機械。第五頁，共475頁。緒論如圖1-1所示的內(nèi)燃機，是由汽缸體1、活塞2、連桿3、曲軸4、小齒輪5、大齒輪6、凸輪7、推桿8等系列構(gòu)件組成，其各構(gòu)件之間的運動是確定的。圖1-1單杠內(nèi)燃機0.1.2構(gòu)件與零件機構(gòu)是由具有確定運動的單元體組成的，這些運動單元體稱為構(gòu)件。組成構(gòu)件的制造單元體稱為零件。零件則是指機器中不可拆的一個最基本的制造單元體。構(gòu)件可以由一個或多個零件組成。如圖1-1所示內(nèi)燃機的曲軸為一個零件；連桿則為多個零件的組合。因此，構(gòu)件是相互固接在一起的零件組合體。內(nèi)燃機動畫第六頁，共475頁。緒論0.2本課程的性質(zhì)和研究對象0.2.1本課程的性質(zhì)本課程是一門研究常用機構(gòu)、通用零件與部件以及一般機器的基本設計理論和方法的課程，是機械工程類各專業(yè)中的主干課程，它介于基礎課程與專業(yè)課程之間，具有承上啟下的作用，是一門重要的技術基礎課程。本課程要綜合應用機械制圖、金屬工藝學、工程力學、互換性與技術測量等先修課程的基礎理論和基本知識，且偏重于工程的應用。因此，要重視生產(chǎn)實踐環(huán)節(jié)，學習時應注重培養(yǎng)工程意識、理論聯(lián)系實際。本課程將為學生今后學習有關專業(yè)課程和掌握新的機械科學技術奠定必要的基礎。第七頁，共475頁。緒論0.2.2本課程的研究對象

本課程的研究對象為機械中的常用機構(gòu)及一般工作條件下和常用參數(shù)范圍內(nèi)的通用零部件，研究其工作原理、結(jié)構(gòu)特點、運動和動力性能、基本設計理論、計算方法以及一些零部件的選用和維護。0.3本課程的基本要求和學習方法0.3.1本課程的基本要求本課程的任務是使學生掌握常用機構(gòu)和通用零件的基本理論和基本知識，初步具有分析、設計能力，并獲得必要的基本技能訓練，同時培養(yǎng)學生正確的設計思想和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。通過本課程的教學，應使學生達到下列基本要求：第八頁，共475頁。緒論1．熟悉常用機構(gòu)的組成、工作原理及其特點，掌握通用機構(gòu)的分析和設計的基本方法。2．熟悉通用機械零件的工作原理、結(jié)構(gòu)及其特點，掌握通用機械零件的選用和設計的基本方法。3．具有對機構(gòu)分析設計和零件設計計算的能力，并具有運用機械設計手冊、圖冊及標準等有關技術資料的能力。4．具有綜合運用所學知識和實踐的技能，設計簡單機械和簡單傳動裝置的能力。0.3.2本課程的學習方法本課程是從理論性、系統(tǒng)性很強的基礎課和專業(yè)課向?qū)嵺`性較強的專業(yè)課過渡的一個重要轉(zhuǎn)折點。因此，學生在學習過程中，必須多觀察、細思考、勤練習、?？偨Y(jié)。觀察生活、生產(chǎn)中遇到的各種機械，熟悉典型結(jié)構(gòu)，增強感性認識；思考明晰本課程的基本概念，注意各種知識的聯(lián)系，融會貫通；勤練基本技能，提高分析能力和綜合能力；及時總結(jié)、消化掌握課程內(nèi)容，歸納學到的各種技術方法。特別應注重實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，提高全面素質(zhì)和綜合職業(yè)能力。第九頁，共475頁。第1章平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度構(gòu)件：機構(gòu)中運動的單元體，是組成機構(gòu)的基本要素。

自由度：構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運動。對于一個作平面運動的構(gòu)件，則只有三個自由度——構(gòu)件沿x軸、y軸方向移動和繞垂直xoy平面的任意軸線的轉(zhuǎn)動，如圖1-1所示。圖1-1自由度1.1.1自由度、運動副與約束1.1機構(gòu)的組成第十頁，共475頁。低副：面接觸2)運動副的分類球面副高副：點、線接觸運動副平面運動副空間運動副螺旋副運動副轉(zhuǎn)動副1)運動副：兩構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定的相對運動的連接稱為運動副。運動副元素：兩構(gòu)件上直接參與接觸而構(gòu)成運動副的部分——點、線或面。1.1.2運動副及其分類第十一頁，共475頁。圖1-2轉(zhuǎn)動副圖1-3移動副平面機構(gòu)中低副引入兩個約束，僅保留一個自由度。第十二頁，共475頁。圖1-4（a）凸輪高副平面機構(gòu)中高副引入一個約束，保留兩個自由度。圖1-4（b）齒輪高副第十三頁，共475頁。1.1.3運動鏈與機構(gòu)運動鏈：兩個以上的構(gòu)件以運動副連接而構(gòu)成的系統(tǒng)。如圖1-5所示，若運動鏈中各構(gòu)件首尾相連，則稱之為閉式運動鏈，否則稱為開式運動鏈。圖1-5（a）閉式運動鏈圖1-5（a）開式運動鏈第十四頁，共475頁。將運動鏈中的一個構(gòu)件固定，并且它的一個或幾個構(gòu)件作給定的獨立運動時，其余構(gòu)件便隨之作確定的運動，此時，運動鏈便成為機構(gòu)。機構(gòu)的組成:機架：固定不動的構(gòu)件原動件：輸入運動的構(gòu)件從動件：其余的活動構(gòu)件第十五頁，共475頁。為了便于分析，人們不考慮機器的復雜外形和結(jié)構(gòu)，僅用規(guī)定的線條和符號按一定的比例表示構(gòu)件的尺寸和各運動副的位置，這種將機構(gòu)中各構(gòu)件間相互運動關系表示出來并反映機構(gòu)特征的簡圖稱為機構(gòu)運動簡圖?！?-2平面機構(gòu)的運動簡圖在對現(xiàn)有機械進行分析或設計新機器時，都需要繪出其機構(gòu)運動簡圖。1.機構(gòu)運動簡圖的定義

第十六頁，共475頁。1.2.1運動副及構(gòu)件的表示方法1．構(gòu)件構(gòu)件均用直線或小方塊來表示，如圖1-6示。（a）一個構(gòu)件上有兩個運動副（a）一個構(gòu)件上有三個運動副圖1-6構(gòu)件的表示方法第十七頁，共475頁。2．轉(zhuǎn)動副圖1-7轉(zhuǎn)動副的表示方法（a）圖面與回轉(zhuǎn)軸線垂直；（b）圖面與回轉(zhuǎn)軸線共面第十八頁，共475頁。3．移動副如圖1-8所示，注意移動副的導路應與兩構(gòu)件相對移動的方向一致。圖1-8移動副的表示方法第十九頁，共475頁。4．高副兩構(gòu)件組成高副時的相對運動與這兩個構(gòu)件在接觸處的輪廓形狀有直接關系，因此，在表示高副時必須畫出兩構(gòu)件在接觸處的曲線輪廓。如圖1-8、圖1-9所示為齒輪高副和凸輪高副的表示方法。第二十頁，共475頁。（a）外嚙合齒輪；（b）內(nèi)嚙合齒輪；（c）齒輪齒條；（d）錐齒輪；（e）蝸桿蝸輪圖1-9齒輪高副的表示方法第二十一頁，共475頁。圖1-10凸輪副的表示方法第二十二頁，共475頁。1.2.2平面機構(gòu)運動簡圖的繪制繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟：（1）分析機構(gòu)的組成，觀察相對運動關系，了解其工作原理。（2）確定所有的構(gòu)件（數(shù)目與形狀）、運動副（數(shù)目和類型）。（3）選擇合理的位置，能充分反映機構(gòu)的特性。（4）確定比例尺（5）用規(guī)定的符號和線條繪制成機構(gòu)運動簡圖。第二十三頁，共475頁。【例1-1】如圖1-11（a）所示為顎式破碎機的主體機構(gòu)，試繪制其機構(gòu)運動簡圖。此機構(gòu)為原動件偏心軸，從動件肋板、構(gòu)件、機架共同構(gòu)成的曲柄搖桿機構(gòu)。按圖量取尺寸，選取合適的比例尺，確定A、B、C、D四個轉(zhuǎn)動副的位置，即可繪制出機構(gòu)運動簡圖，最后標出原動件的轉(zhuǎn)動方向，如圖1-11（b）所示。第二十四頁，共475頁。圖1-11顎式破碎機的主體結(jié)構(gòu)及其機構(gòu)運動簡圖1—機架；2—偏心軸；3—動顎板；4—肋板；5—輪（b）機構(gòu)運動簡圖（a）顎式破碎機的主體結(jié)構(gòu)第二十五頁，共475頁。1.3.1平面機構(gòu)的自由度機構(gòu)的自由度：指機構(gòu)中各構(gòu)件相對于機架所能有的獨立運動的數(shù)目。一個作平面運動的構(gòu)件，可有三個自由度，而每個低副會引入兩個約束，每個高副會引入一個約束。所以自由度的計算可用可動構(gòu)件的自由度總數(shù)減去約束的總數(shù)，即：F=3n-2Pl-Phn–活動構(gòu)件數(shù)；Pl–低副數(shù)；Ph–高副數(shù)1.3運動確定性的概念第二十六頁，共475頁。F=3×3–2×4=1F=3×4–2×5=2n=3Pl=4n=4Pl=5如圖1-12（a）：如圖1-12（b）：（a）（b）

圖1-12機構(gòu)的自由度第二十七頁，共475頁。【例1-2】如圖1-13所示，計算曲柄滑塊機構(gòu)的自由度。活動構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)高副數(shù)圖1-13曲柄滑塊機構(gòu)第二十八頁，共475頁?！纠?-3】如圖1-14所示，計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)高副數(shù)圖1-14凸輪機構(gòu)第二十九頁，共475頁。1).復合鉸鏈由三個或三個以上構(gòu)件組成的軸線重合的轉(zhuǎn)動副稱為復合鉸鏈。如圖1-15所示，三個構(gòu)件在同一軸線處形成兩個轉(zhuǎn)動副。推理：N個構(gòu)件時，有N–1個轉(zhuǎn)動副。1.3.2計算機構(gòu)的自由度時應注意的問題第三十頁，共475頁。圖1-15復合鉸鏈第三十一頁，共475頁。【例1-4】計算如圖1-16所示的復合桿機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=5低副數(shù)高副數(shù) 圖1-16復合桿機構(gòu)第三十二頁，共475頁。2)局部自由度(1)、局部自由度：機構(gòu)中個別構(gòu)件不影響其它構(gòu)件運動，即對整個機構(gòu)運動無關的自由度。

(2)、處理辦法：在計算自由度時，拿掉這個局部自由度，即可將滾子與裝滾子的構(gòu)件固接在一起。第三十三頁，共475頁。ABC321ABC321n=3Pl=3Ph=1F=3×3-2×3-1×1=2n=2Pl=2Ph=1F=2×3-2×2-1×1=1圖1-17局部自由度計算第三十四頁，共475頁。3).虛約束(1)虛約束：在機構(gòu)中與其他運動副作用重復，而對構(gòu)件間的相對運動不起獨立限制作用的約束。(2)處理辦法：將具有虛約束運動副的構(gòu)件連同它所帶入的與機構(gòu)運動無關的運動副一并不計。第三十五頁，共475頁。常見虛約束（1）兩構(gòu)件構(gòu)成多個導路平行的移動副，如圖1-18所示。圖1-18兩構(gòu)件構(gòu)成多個導路平行的移動副第三十六頁，共475頁。（2）兩構(gòu)件組成多個軸線互相重合的轉(zhuǎn)動副，如圖1-19所示。

圖1-19兩構(gòu)件組成多個軸線互相重合的轉(zhuǎn)動副第三十七頁，共475頁。（3）機構(gòu)中存在對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分，如圖1-20所示。圖1-20行星輪系第三十八頁，共475頁。（4）被連接件上點的軌跡與機構(gòu)上連接點的軌跡重合，如圖1-21所示。圖1-21平行四邊形機構(gòu)第三十九頁，共475頁。1）機構(gòu)自由度數(shù)F≥1。2）原動件數(shù)目等于機構(gòu)自由度數(shù)F。1.4.3機構(gòu)具有確定運動的條件第四十頁，共475頁。第2章平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)：由若干個構(gòu)件以低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）連接而成，且所有構(gòu)件在相互平行平面內(nèi)運動的機構(gòu)，也稱平面低副機構(gòu)。平面四桿機構(gòu)：最簡單的平面四桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件組成的，簡稱平面四桿機構(gòu)。鉸鏈四桿機構(gòu)：構(gòu)件間用四個轉(zhuǎn)動副相連的平面四桿機構(gòu)。第四十一頁，共475頁。2.1概述平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點是：（1）運動副都是低副，壽命長，傳遞動力大。（2）何形狀簡單，易于加工，成本低。（3）在主動件等速連續(xù)運動的條件下，當各構(gòu)件的相對長度不同時,從動件可滿足多種運動規(guī)律的要求。（4）連桿上各點軌跡形狀各異，可利用這些曲線來滿足不同的軌跡要求。第四十二頁，共475頁。平面連桿機構(gòu)的缺點：（1）誤差較大，降低機械效率。（2）不容易實現(xiàn)精確復雜的運動規(guī)律。（3）不宜用于高速傳動。第四十三頁，共475頁。2.2.1鉸鏈四桿機構(gòu)的組成（1）機架——固定件，如圖2-1所示構(gòu)件4；（2）連架桿——與機架用轉(zhuǎn)動副相連接的構(gòu)件，如圖圖2-1所示構(gòu)件1和構(gòu)件3；（3）連桿——不與機架直接相連的構(gòu)件，如圖2-1所示構(gòu)件2。2.2鉸鏈四桿機構(gòu)圖2-1鉸鏈四桿機構(gòu)第四十四頁，共475頁。2.2.2鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式根據(jù)連架桿運動形式的不同，相對機架能做整周轉(zhuǎn)動的稱為曲柄，只能在一定角度范圍內(nèi)往復擺動的稱為搖桿。這樣，鉸鏈四桿機構(gòu)可分為三種基本形式：第四十五頁，共475頁。1．曲柄搖桿機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿中，若一個為曲柄，另一個為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。通常曲柄等速轉(zhuǎn)動，搖桿作變速往復擺動。圖2-2攪拌機第四十六頁，共475頁。圖2-3雷達天線俯仰角的調(diào)整機構(gòu)圖2-4縫紉機腳踏機構(gòu)第四十七頁，共475頁。2．雙曲柄機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿均為曲柄，則此四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。圖2-5慣性篩機構(gòu)第四十八頁，共475頁。圖2-6平行四邊形機構(gòu)和反平行四邊形機構(gòu)第四十九頁，共475頁。圖3-5車門啟閉機構(gòu)圖3-6天平（e）車門啟閉機構(gòu)（f）天平圖2-6反平行四邊形機構(gòu)和平行四邊形機構(gòu)的應用第五十頁，共475頁。圖2-7輪式車輛的前輪轉(zhuǎn)向機圖2-8鶴式起重機3．雙搖桿機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。第五十一頁，共475頁。2.2.3鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在的條件曲柄存在的條件為：（1）連架桿和機架中必有一桿是最短桿。（2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。上述兩個條件必須同時滿足，否則機構(gòu)不存在曲柄。第五十二頁，共475頁。若滿足最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和時，可得到以下三種結(jié)構(gòu)；（1）連架桿是最短桿為曲柄搖桿機構(gòu)；（2）機架是最短桿為雙曲柄機構(gòu)；（3）若最短桿是連桿，此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。若滿足最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和時,為雙搖桿機構(gòu)。第五十三頁，共475頁。2.3含有一個移動副的平面四桿機構(gòu)2.3.1曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)是用移動副取代曲柄搖桿機構(gòu)中的轉(zhuǎn)動副而演化得到的。圖2-9曲柄滑塊機構(gòu)（a）對心曲柄滑塊機構(gòu)；（b）偏置曲柄滑塊機構(gòu)第五十四頁，共475頁。圖2-10曲柄滑塊機構(gòu)在沖床中的應用曲柄滑塊機構(gòu)用于轉(zhuǎn)動與往復移動之間的運動轉(zhuǎn)換，廣泛應用于活塞式內(nèi)燃機、空氣壓縮機、沖床和自動送料機等機械設備中。如圖2-10所示為曲柄滑塊機構(gòu)在沖床中的應用。第五十五頁，共475頁。2.3.2導桿機構(gòu)圖2-11曲柄滑塊機構(gòu)向?qū)U機構(gòu)的演化（a）對心曲柄滑塊機構(gòu)；（b）曲柄轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)；（c）移動導桿機構(gòu)；（d）擺動導桿機構(gòu)導桿機構(gòu)可看成是通過改變曲柄滑塊機構(gòu)中的固定構(gòu)件演化而來的，如圖2-11所示。第五十六頁，共475頁。1．曲柄轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)圖2-12小型刨床機構(gòu)第五十七頁，共475頁。2．曲柄擺動導桿機構(gòu)圖2-13曲柄擺動導桿機構(gòu)在電器開關中的應用第五十八頁，共475頁。3．移動導桿機構(gòu)也稱為定塊機構(gòu)。如圖2-14所示，以滑塊為機架，桿4只相對滑塊作往復移動，滑塊3稱為定塊。這種機構(gòu)常用于抽水唧筒和抽油泵中。圖2-14抽水唧筒第五十九頁，共475頁。4．擺動導桿機構(gòu)圖2-15汽車自動卸料機構(gòu)第六十頁，共475頁。2.4平面四桿機構(gòu)的工作特性2.4.1急回特性及行程速度變化系1、急回特性搖桿CD處此兩極限位置時曲柄所在直線之間的銳角

稱為極位夾角，機構(gòu)中輸出件在兩極限位置間的移動距離或擺動角度

稱為行程。第六十一頁，共475頁。圖2-16急回特性第六十二頁，共475頁。當搖桿CD由C1D擺動到C2D位置（工作行程）時，曲柄AB以等角速度順時針從AB1轉(zhuǎn)到AB2，轉(zhuǎn)過角度為：,所需時間為,C點的平均速度為。當搖桿CD由C2D擺回到C1D位置（空回行程）時，曲柄AB以等角速度順時針從AB2回轉(zhuǎn)到AB1，轉(zhuǎn)過的角度為：，所需時間為，C點的平均速度為。由于，所以，,第六十三頁，共475頁。綜上所述，在輸入件曲柄作等速轉(zhuǎn)動時，作往復擺動的輸出件搖桿在空載行程中的平均速度大于工作行程中的平均速度，這一性質(zhì)稱為連桿機構(gòu)的急回特性。通常用行程速度變化系數(shù)K來表示這種特性：第六十四頁，共475頁。機構(gòu)的急回速度取決于夾角

的大小。

越大，K值越大，機構(gòu)的急回程度也越高，但從另一方面看，機構(gòu)運動的平穩(wěn)性就越差。第六十五頁，共475頁。圖2-17偏置曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)，當偏心距e=0時，

=0，K=1，機構(gòu)無急回特性；當偏心距e

0時，

0，則K＞1，機構(gòu)有急回特性。第六十六頁，共475頁。2.4.2壓力角和傳動角如圖2-19所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，如不考慮構(gòu)件的重量和摩擦力，可將F分解可得推動搖桿的有效分力Ft=Fcos

，只能產(chǎn)生摩擦阻力的有害分力Fr=Fsin

。圖2-19壓力角和傳動角第六十七頁，共475頁。其中

稱為壓力角，即為作用在從動件上的驅(qū)動力與該力作用點的絕對速度方向之間所加銳角稱為壓力角，通常把壓力角座位判斷一連桿機構(gòu)是否具有良好的傳力性能的標志。常以連桿與搖桿所夾銳角

來衡量機構(gòu)的傳力性能。顯而易見，

即壓力角的余角，稱為傳動角。因為

=90°?

，故

愈大，對機構(gòu)傳動愈有利。第六十八頁，共475頁。

圖2-20曲柄搖桿機構(gòu)的壓力角和傳動角第六十九頁，共475頁。圖2-21擺動導桿機構(gòu)的壓力角和傳動角第七十頁，共475頁。2.4.3死點如圖2-22所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，當搖桿CD為主動件、曲柄AB為從動件時，當搖桿處在兩個極限位置時，連桿BC與曲柄AB共線。若不計各構(gòu)件質(zhì)量，則這時連桿加給曲柄的力將通過鉸鏈A的中心，這時連桿BC無論給從動件曲柄AB的力多么大都不能推動曲柄運動，機構(gòu)所處的這種位置稱為死點位置。第七十一頁，共475頁。圖2-22死點位置第七十二頁，共475頁。在實際應用中也有利用死點位置的性質(zhì)來進行工作的。如圖2-23所示快速夾具，機構(gòu)處于死點位置，在去除外力F后仍可加緊工件而不自動脫落。只有向上扳動手柄3方可松開夾具。第七十三頁，共475頁。圖2-23死點的應用第七十四頁，共475頁。2.5平面四桿機構(gòu)的設計2.5.1四桿機構(gòu)設計條件（1）給定位置或運動規(guī)律，如連桿位置、連架桿對應位置或行程速度變化系數(shù)等。（2）給定運動軌跡，如要求起重機中吊鉤的軌跡為一直線；攪面機中攪拌桿端能按預定軌跡運動等，這些都是連桿上的點的軌跡。為了使機構(gòu)設計的合理、可靠，還應考慮幾何條件和傳力性能要求等。第七十五頁，共475頁。2.5.2四桿機構(gòu)的設計方法（1）已知連桿的兩個位置、及其長度，設計鉸鏈四桿機構(gòu)。圖2-24已知連桿兩位置設計鉸鏈四桿機構(gòu)第七十六頁，共475頁。（2）按給定連桿三個位置設計四桿機構(gòu)圖2-25按給定連桿三個位置設計四桿機構(gòu)第七十七頁，共475頁。（3）按給定的行程速度變化系數(shù)設計四桿機構(gòu)圖2-26按給定的行程速度變化系數(shù)設計四桿機構(gòu)第七十八頁，共475頁。第3章凸輪機構(gòu)3.1凸輪機構(gòu)的應用和分類3.1.1凸輪機構(gòu)的組成、應用和特點

內(nèi)燃機配氣機構(gòu)第七十九頁，共475頁。第3章凸輪機構(gòu)第八十頁，共475頁。圖3-1配氣機構(gòu)圖3-2靠模車削機構(gòu)第八十一頁，共475頁。圖3-3自動車床走刀機構(gòu)圖3-4分度轉(zhuǎn)位機構(gòu)第八十二頁，共475頁。1、組成：凸輪，從動件，機架2、作用：將凸輪的轉(zhuǎn)動或移動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹囊苿踊驍[動。3、特點:(1)只需設計適當?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭蛹玫剿璧倪\動規(guī)律(1)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作可靠，容易設計；(2)高副接觸，易磨損4、應用：適用于傳力不大的控制機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)第八十三頁，共475頁。3.1.2凸輪機構(gòu)的分類凸輪機構(gòu)的類型很多，通常按凸輪和從動件的形狀、運動形式分類。1．按凸輪的形狀分類1）盤形凸輪機構(gòu)它是凸輪的最基本型式。這種凸輪是一個繞固定軸轉(zhuǎn)動且有變化半徑的盤形零件，凸輪與從動件互作平面運動，是平面凸輪機構(gòu)，如圖3-1所示。2）移動凸輪機構(gòu)當盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠時，凸輪相對機架作往復直線運動，這種凸輪稱為移動凸輪，也是平面凸輪機構(gòu)的一種，如圖3-2所示。3）圓柱凸輪這種凸輪可看成是將移動凸輪卷成圓柱體而得到的凸輪，從動件與凸輪之間的相對運動為空間運動，因此圓柱凸輪機構(gòu)是一個空間凸輪機構(gòu)，如圖3-3所示。4）曲面凸輪當圓柱表面用圓弧面代替時，就演化成曲面凸輪，它也是一種空間凸輪機構(gòu)，如圖3-4所示。第八十四頁，共475頁。2．按從動件形狀分類1）尖頂從動件凸輪機構(gòu)尖頂能與任意復雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能實現(xiàn)任意預期的運動規(guī)律，如圖3-5（a）所示。但因為凸輪與從動件為點或線接觸，尖頂易發(fā)生磨損，所以只宜用于受力不大的低速凸輪機構(gòu)中。（a）（b）（c）圖3-5凸輪機構(gòu)從動件的形式（a）尖頂從動件；（b）滾子從動件；（c）平底從動件第八十五頁，共475頁。2）滾子從動件凸輪機構(gòu)在從動件的尖頂處安裝一個滾子，即成為滾子從動件，這樣通過將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，克服了尖頂從動件易磨損的缺點。滾子從動件耐磨損，可以承受較大載荷，是最常用的一種從動件型式，如圖3-5（b）所示。缺點是凸輪上凹陷的輪廓未必能很好地與滾子接觸，從而影響實現(xiàn)預期的運動規(guī)律。3）平底從動件凸輪機構(gòu)在從動件的尖頂處固定一個平板，即成為平底從動件，這種從動件與凸輪輪廓表面接觸的端面為一平面，所以它不能與凹陷的凸輪輪廓相接觸，如圖3-5（c）所示。這種從動件的優(yōu)點是：當不考慮摩擦時，凸輪與從動件之間的作用力始終與從動件的平底相垂直，傳動效率較高，且接觸面易于形成油膜，利于潤滑，故常用于高速凸輪機構(gòu)。在凸輪機構(gòu)中，從動件不僅有不同的形狀，而且也可以有不同的運動形式。根據(jù)從動件的運動形式不同，可以把從動件分為直動從動件（直線運動）和擺動從動件兩種。在直動從動件中，若導路軸線通過凸輪的回轉(zhuǎn)軸，則稱為對心直動從動件，否則稱為偏置直動從動件。將不同形式的從動件和相應的凸輪組合起來，就構(gòu)成了種類繁多的各種不同的凸輪機構(gòu)。第八十六頁，共475頁。3．按從動件與凸輪保持接觸（即鎖合）的方式分類1）力鎖合的凸輪機構(gòu)即依靠重力、彈簧力鎖合的凸輪機構(gòu)，如圖3-6（a）、（b）、（c）所示。2）幾何鎖合的凸輪機構(gòu)。如溝槽凸輪、等徑及等寬凸輪、共軛凸輪等，如圖3-6（d）、（e）、（f）所示，都是利用幾何形狀來鎖合的凸輪機構(gòu)。（a）（b）（c）（d）（e）（f）圖3-6鎖合方式（a）、（b）、（c）力鎖合；（d）、（e）、（f）形鎖合第八十七頁，共475頁。3.2凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)和從動件常用運動規(guī)律凸輪機構(gòu)設計的主要任務是根據(jù)實際工作要求確定從動件的運動規(guī)律，根據(jù)從動件的運動規(guī)律設計凸輪輪廓曲線。因此確定從動件的運動規(guī)律是凸輪設計的前提。3.2.1平面凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)和工作過程如圖3-7所示為一偏置直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)，從動件移動導路至凸輪轉(zhuǎn)動中心的偏執(zhí)距離為。圖3-7偏置直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)（a）偏置直動尖頂從動件盤形凸機構(gòu)；（b）從動件位移線圖第八十八頁，共475頁?；鶊A：以凸輪的最小向徑為半徑所作的圓稱為基圓，基圓半徑用表示。推程運動角：如圖3-7所示，主動件凸輪勻速轉(zhuǎn)動，從動件被凸輪推動，從動件的尖頂以一定運動規(guī)律從最近位置到達最遠位置，從動件位移，這一過程稱為推程，對應的凸輪轉(zhuǎn)角稱為推程運動角。遠休止角：當凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，由于凸輪的向徑?jīng)]發(fā)生變化，從動件的尖頂在最遠位置劃過凸輪表面從點到點保持不動，這一過程稱為遠停程，此時凸輪轉(zhuǎn)過的角度，稱為遠休止角?；爻踢\動角：當凸輪再繼續(xù)回轉(zhuǎn)，從動件的尖頂以一定運動規(guī)律從最遠位置回到最近位置，這一過程稱為回程，對應的凸輪轉(zhuǎn)角稱為回程運動角。近休止角：當凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，從動件的尖頂劃過凸輪表面從點回到點保持不動，這一過程稱為近停程，凸輪轉(zhuǎn)過的角度，稱為近休止角。當凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，從動件又重復上述升—?！怠５倪\動循環(huán)。上述過程可以用從動件的位移曲線圖來描述。以從動件的位移s為縱坐標，對應的凸輪轉(zhuǎn)角為橫坐標，將凸輪轉(zhuǎn)角或時間與對應的從動件位移之間的函數(shù)關系用曲線表達出來的圖形稱為從動件的位移線圖，如圖3-7（b）所示。第八十九頁，共475頁。3.2.2從動件常用運動規(guī)律1．等速運動規(guī)律從動件上升或下降的速度為常數(shù)的運動規(guī)律，稱為等速運動規(guī)律，如圖3-8所示為從動件勻速上升過程。由圖3-8可知，從動件在運動開始和終止的瞬間，速度有突變，其加速度和慣性力在理論上為無窮大，致使凸輪機構(gòu)產(chǎn)生強烈的振動、沖擊、噪聲和磨損，這種沖擊為剛性沖擊。因此，等速運動規(guī)律只適用于低速、輕載的場合。圖3-8等速運動規(guī)律第九十頁，共475頁。2．等加速等減速運動規(guī)律從動件在推程過程中，前半程作等加速運動，后半程作等減速運動，這種運動規(guī)律稱為等加速等減速運動規(guī)律，通常加速度和減速度的絕對值相等，其運動線圖如圖3-9所示。同理，在回程過程中，前半程作等減速運動，后半程作等加速運動，這種運動規(guī)律稱為等減速等加速運動規(guī)律。由運動線圖可知，當采用等加速等減速運動規(guī)律時，在起點、中點和終點時，加速度有突變，因而從動件的慣性力也將有突變，不過這一突變?yōu)橛邢拗?，所以，凸輪機構(gòu)在這三個時間點引起的沖擊稱為柔性沖擊。與等速運動規(guī)律相比，其沖擊程度大為減小。因此，等加速等減速運動規(guī)律適用于中速的場合。圖3-9等加速等減速運動規(guī)律第九十一頁，共475頁。3．余弦加速度運動規(guī)律余弦加速度運動又稱為簡諧運動。因其加速度運動曲線為余弦曲線故稱余弦運動規(guī)律，其運動規(guī)律運動線圖如圖3-10所示。由加速度線圖可知，此運動規(guī)律在行程的始末兩點加速度存在有限突變，故也存在柔性沖擊，只適用于中速場合。但當從動件作無停歇的升–降–升連續(xù)往復運動時，則得到連續(xù)的余弦曲線，柔性沖擊被消除，這種情況下可用于高速場合。圖3-10余弦加速度運動規(guī)律第九十二頁，共475頁。4．正弦加速度運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律其加速度運動曲線為正弦曲線，其運動規(guī)律運動線圖如圖3-11所示。從動件按正弦加速度規(guī)律運動時，在全行程中無速度和加速度的突變，因此不產(chǎn)生沖擊，適用于高速場合。以上介紹了從動件常用的運動規(guī)律，實際生產(chǎn)中還有更多的運動規(guī)律，如復雜多項式運動規(guī)律、擺線運動規(guī)律等，了解從動件的運動規(guī)律，便于在凸輪機構(gòu)設計時，根據(jù)機器的工作要求進行合理選擇。圖3-11正弦加速度運動規(guī)律第九十三頁，共475頁。3.3盤形凸輪輪廓曲線的設計在合理地選擇從動件的運動規(guī)律之后，根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件確定凸輪的結(jié)構(gòu)形式，確定凸輪轉(zhuǎn)向和基圓半徑等基本尺寸，就可設計凸輪的輪廓曲線了。設計方法通常有圖解法和解析法。圖解法簡便易行、直觀，但作圖誤差大、精度低，適用于低速或?qū)膭蛹\動規(guī)律要求不高的一般精度凸輪設計。對于精度要求高的高速凸輪、靠模凸輪等，則必須用解析法列出凸輪輪廓曲線的方程式，借助于計算機輔助設計精確地設計凸論輪廓。本節(jié)主要介紹圖解法。圖3-12反轉(zhuǎn)法原理第九十四頁，共475頁。3.3.2偏置直動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的繪制

已知：從動件的位移曲線圖如圖3-13（b）所示，偏距為，凸輪的基圓半徑，凸輪以等角速度順時針回轉(zhuǎn)，要求繪出此凸輪的輪廓。圖3-13偏置直動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的繪制（a）“反轉(zhuǎn)法”繪制凸輪外輪廓曲線（b）從動件位移線圖第九十五頁，共475頁。根據(jù)“反轉(zhuǎn)法”的原理，作圖步驟如下（見圖3-13）：（1）以與位移線圖相同的比例尺作出偏距圓（以為半徑的圓）和基圓，過偏距圓上任一點作偏距圓的切線作為從動件導路，并與基圓相交于點，該點也就是從動件尖頂?shù)钠鹗嘉恢?。?）自開始沿的方向在基圓上畫出推程運動角、遠休止角、回程運動角、近休止角，并在相應段與位移線圖劃分出若干等份，得、、、……點。（3）過各分點、、……向偏距圓做切線，作為從動件反轉(zhuǎn)后的導路線。（4）在以上的導路線上，從基圓上的點、、……開始向外量取相應的位移量，即取、、……得反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)囊幌盗形恢谩?、……。?）將、、……點連成光滑的曲線，便得到所要求的凸輪輪廓，如圖3-12（a）所示。第九十六頁，共475頁。3.3.3直動滾子從動件盤形凸輪輪廓的繪制

若從動件為滾子從動件，則可把滾子中心看作尖頂，其運動軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線，凸輪的實際輪廓曲線是與理論輪廓曲線相距滾子半徑rT的一條等距曲線，應注意的是，凸輪的基圓是指理論輪廓線上的基圓，如圖3-14所示。圖3-14直動滾子從動件盤形凸輪輪廓的繪制第九十七頁，共475頁。3.4凸輪設計中的幾個問題設計凸輪機構(gòu)時，不僅要保證從動件能實現(xiàn)預定的運動規(guī)律，還要求整個機構(gòu)傳力性能良好、結(jié)構(gòu)緊湊。這些要求與凸輪機構(gòu)的壓力角、基圓半徑、滾子半徑等因素相關。3.4.1凸輪機構(gòu)的壓力角問題如圖3-15所示為凸輪機構(gòu)在推程中某瞬時位置的情況，為作用在從動件上的外載荷，在忽略摩擦的情況下，則凸輪作用在從動件上的力將沿著接觸點處的法線方向。此時凸輪機構(gòu)中凸輪對從動件的作用力（法向力）方向與從動件上受力點速度方向所夾的銳角即為機構(gòu)在該瞬時的壓力角，如圖3-15所示。將力正交分解為沿從動件軸向和徑向兩個分力，即圖3-15凸輪機構(gòu)的壓力角第九十八頁，共475頁。3.4.2基圓半徑的確定從傳動效率來看，壓力角越小越好，但壓力角減小將導致凸輪尺寸增大。由圖3-15得壓力角的計算公式

顯然F1是推動從動件移動的有效分力，隨著α的增大而減??；F2是引起導路中摩擦阻力的有害分力，隨著α的增大而增大。當α增大到一定數(shù)值時，由是引起的摩擦阻力超過有效分力F1，此時凸輪將無法推動從動件運動，機構(gòu)發(fā)生自鎖?？梢姡瑥膫髁侠?、提高傳動效率來看，壓力角越小越好。通常設計凸輪機構(gòu)時，要提出壓力角條件，即≤或者≥。一般情況下，推程時對直動從動件凸輪機構(gòu)許用壓力角，對擺動從動件凸輪機構(gòu)許用壓力角；作回程運動時。第九十九頁，共475頁。其中，“-”為導路在凸輪軸的右側(cè)，“+”為導路在凸輪軸的左側(cè)。

顯然，如果從動件位移s已給定，代表運動規(guī)律的也是定值，則增大基圓半徑，會減小機構(gòu)的壓力角，但凸輪上各點對應的向徑也增大，凸輪機構(gòu)的尺寸也會增大；反之，減小基圓半徑，機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊了，但機構(gòu)的壓力角卻增大了，機構(gòu)效率降低，容易引起自鎖。由此可以清楚地看到基圓半徑對壓力角的影響。因此實際設計中，為了獲得緊湊的結(jié)構(gòu)，一般是在保證凸輪推程輪廓的最大壓力角不超過許用值即的前提下，選取盡可能小的基圓半徑，以縮小凸輪的尺寸?！?.4.3滾子半徑的選擇滾子從動件凸輪的實際輪廓曲線，是以理論輪廓上各點為圓心作一系列滾子圓的包絡線而形成，滾子選擇不當，則無法滿足運動規(guī)律。如圖3-16所示。（a）（b）（c）（d）（a）內(nèi)凹的凸輪輪廓曲線；（b）外凸的凸輪輪廓曲（c）變尖的凸輪輪廓曲線；（d）失真的凸輪輪廓曲線第一百頁，共475頁。1)內(nèi)凹的凸輪輪廓曲線如圖3-16（a）所示，若為理論輪廓曲率半徑；為實際輪廓曲率半徑，為滾子半徑，則。無論滾子半徑大小如何，則總能做出實際輪廓曲線。2)外凸的凸輪輪廓曲線如圖3-16（b）、（c）、（d）所示，由于，所以當①時，實際輪廓為平滑曲線。②若，實際輪廓出現(xiàn)尖點，易磨損；③若，則，實際輪廓出現(xiàn)交叉，加工時，交叉部分被切除，出現(xiàn)運動失真。綜上所述，為使凸輪機構(gòu)正常工作應保證理論輪廓的最小曲率半徑ρmin>rT，即ρmin-rT>0。第一百零一頁，共475頁。第四章齒輪機構(gòu)優(yōu)點：瞬時傳動比恒定，傳動準確、平穩(wěn)；效率高；壽命長，工作可靠；結(jié)構(gòu)緊湊，適用的圓周速度和功率范圍大。缺點：制造和安裝精度高，成本高；低精度齒輪會產(chǎn)生噪聲和振動；不適宜遠距離傳動。4.1.1齒輪機構(gòu)的特點4.1齒輪機構(gòu)的特點和類型第一百零二頁，共475頁。4.1.2齒輪機構(gòu)的類型交錯軸交錯軸斜齒輪機構(gòu)蝸桿蝸輪機構(gòu)相交軸錐齒輪機構(gòu)直齒曲齒平行軸直齒斜齒人字齒外嚙合內(nèi)嚙合齒輪齒條按輪齒方向分按兩軸的相對位置按嚙合方式分第一百零三頁，共475頁。按齒輪機構(gòu)傳動的工作條件可分為：（1）開式齒輪機構(gòu)：齒輪是外露的，結(jié)構(gòu)簡單，但由于易落入灰砂和不能保證良好的潤滑，輪齒極易磨損，為克服此缺點，常加設防護罩。多用于農(nóng)業(yè)機械、建筑機械以及簡易機械設備中的低速齒輪。（2）閉式齒輪機構(gòu)：齒輪密閉于剛性較大的箱殼內(nèi)，潤滑條件好，安裝精確，可保證良好的工作，應用較廣。如機床主軸箱中的齒輪、齒輪減速器等。按輪齒齒面硬度，齒輪機構(gòu)可分為：（1）軟齒面齒輪機構(gòu)：兩齒輪之一或兩齒輪齒面硬度≤350HBS的齒輪傳動。（2）硬齒面齒輪機構(gòu)：齒面硬度>350HBS的齒輪傳動。按齒輪齒廓曲線的形狀分，齒輪機構(gòu)可分為漸開線、擺線和圓弧齒輪三種，其中漸開線齒輪應用廣泛。第一百零四頁，共475頁。4.2漸開線的形成和基本性質(zhì)4.2.1漸開線的形成一直線沿一圓周作純滾動時，直線上任意點的軌跡稱為漸開線。4.2.2漸開線的性質(zhì)1）發(fā)生線沿基圓滾過的長度等于基圓上被滾過的弧長，即NK=NA（2）發(fā)生線NK是漸開線K點的法線（漸開線的法線必切于基圓）

N是漸開線K點的曲率中心；NK是漸開線K點的曲率半徑；離圓心越遠，曲率半徑越大，漸開線越平緩。漸開線的形成第一百零五頁，共475頁。3）漸開線各點的壓力角不等，離圓心越遠，壓力角越大。4）漸開線的形狀取決于基圓的大小?；鶊A相同，漸開線形狀相同；基圓小，漸開線彎曲；基圓大，漸開線平緩；基圓無窮大，漸開線變成直線。壓力角（展角）相同時：∵5）基圓內(nèi)無漸開線。第一百零六頁，共475頁。4.2.3漸開線的方程式漸開線的極坐標參數(shù)方程漸開線函數(shù)：invαk=θk=tanαk－αkNK=NA（因為第一百零七頁，共475頁。證明漸開線上任一點的法線必切于基圓→兩漸開線齒廓接觸點K的公法線nn必同時切于兩個基圓，即為兩基圓的內(nèi)公切線N1N2

→當齒輪轉(zhuǎn)向一定時，無論兩齒廓在何處接觸（K，K'），其公法線均與同一內(nèi)公切線N1N2重合→nn與連心線的交點P

為定點→得證。4.2.4漸開線齒廓嚙合基本定律(一)漸開線齒廓能實現(xiàn)定比傳動

意義漸開線齒輪傳動平穩(wěn)、準確。第一百零八頁，共475頁。注意：節(jié)圓是一對齒輪嚙合傳動時產(chǎn)生的，所以單個齒輪沒有節(jié)圓，也不存在節(jié)點。4.2.5漸開線齒廓嚙合的特點（1）嚙合線為一條不變的直線（2）傳力方向不變（3）漸開線齒輪中心距的可變性分度圓與節(jié)圓、壓力角與嚙合角的區(qū)別：①就單獨一個齒輪而言，只有分度圓和壓力角，而無節(jié)圓和嚙合角；只有當一對齒輪互相嚙合時，才有節(jié)圓和嚙合角；②當一對標準齒輪嚙合時，分度圓是否與節(jié)圓重合，壓力角與嚙合角是否相等，取決于兩齒輪是否為標準安裝。如果標準安裝，則兩圓重合、兩角相等；否則均不相等。第一百零九頁，共475頁。o4.3.1齒輪各部分的名稱和符號齒頂圓ra，da齒根圓rf，df齒厚任意圓齒厚sk分度圓齒厚s齒槽寬任意圓齒槽寬ek分度圓齒槽寬e齒距任意圓齒距pk=sk+ek分度圓齒距p=s+e分度圓r，d齒頂，齒頂高ha齒根，齒根高hf齒全高h=ha+hf基圓rb，dbrhahfhrbBppbseskekrfpkra標準直齒圓柱外齒輪基圓齒距pb、4.3漸開線標準直齒圓柱齒輪rk第一百一十頁，共475頁。1）齒數(shù)z齒輪分度圓直徑d、齒數(shù)z和齒距p間的關系為πd=zp，d=zp/π。為便于設計、計算、制造和檢驗，令p/π=m，m稱為齒輪的模數(shù)，其單位為mm，已標準化（表4-2標準模數(shù)系列），它是決定齒輪大小的主要參數(shù)之一，d=mz。4）齒頂高系數(shù)ha*齒頂高ha=ha*m5）頂隙系數(shù)c*齒根高hf=(ha*+c*)m3）壓力角α即分度圓壓力角，規(guī)定其標準值為α=20。。它是決定齒輪齒廓形狀的主要參數(shù)。基本參數(shù)齒制ha*c*正常齒制10.25短齒制0.80.32）模數(shù)m第一百一十一頁，共475頁。4.3.2標準直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)及幾何尺寸計算

齒頂圓直徑da=d+2ha=(z+2ha*)m齒根圓df=d-2hf=(z-2ha*-c*)m齒厚與齒槽寬s=

e=

πm/2齒距p=πm分度圓直徑d=mz齒頂高ha=ha*m齒根高hf=(ha*+c*)m齒全高h=ha+hf=(2ha*+c*)m基圓db=dcosα基圓齒距與法向齒距pb=pn=pcosα第一百一十二頁，共475頁。第一百一十三頁，共475頁。4.4漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動4.4.1漸開線標準直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件

◆正確嚙合：為實現(xiàn)連續(xù)傳動，前后兩對齒應能同時在嚙合線上接觸，而不會相離或重疊。即，兩輪相鄰兩齒同側(cè)齒廓沿公法線的距離應相等正確嚙合條件：模數(shù)相等,壓力角相等第一百一十四頁，共475頁。4.4.2漸開線齒輪的標準中心距一對漸開線外嚙合標準齒輪，如果安裝正確，在理論上是沒有齒側(cè)間隙（簡稱側(cè)隙）的。否則，兩輪在嚙合過程中就會發(fā)生沖擊和噪聲，正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時還會出現(xiàn)空程。而標準齒輪正確安裝，實現(xiàn)無側(cè)隙嚙合的條件是：因此正確安裝的兩標準齒輪，兩分度圓正好相切，節(jié)圓和分度圓重合，這時的中心距稱為標準中心距（簡稱中心距），用a表示，見圖4-7所示，即

第一百一十五頁，共475頁。4.4.3連續(xù)傳動條件◆一對輪齒的嚙合過程起始嚙合點B2，終止嚙合點B1極限嚙合點N1，

極限嚙合點N2實際嚙合線段B1

B2，極限嚙合線段N1N2◆連續(xù)傳動條件當前一對齒在B1點將要脫離嚙合時，后一對齒正好或已經(jīng)從B2點進入嚙合。即滿足B1B2≥pb?！糁睾隙戎睾隙仍酱?，表示同時嚙合的齒對數(shù)越多或多對齒嚙合的時間越長，齒輪傳動越平穩(wěn)，承載能力越高。第一百一十六頁，共475頁。第一百一十七頁，共475頁。4.5漸開線齒輪的加工原理與根切現(xiàn)象1.仿形法（成形法）原理：刀具刃形與被加工齒輪的齒槽形狀相同。機床：普通銑床。刀具：圓盤銑刀、指形銑刀。運動：切削運動、進給運動、分度運動。特點：精度低、生產(chǎn)率低。應用：單件及低精度齒輪加工。刀具的選擇與m、

、z有關，每一種模數(shù)有8把銑刀。112～13214～16317～20421～25526～34635～54755～1348≥135刀號加工齒數(shù)每把刀的刀刃形狀，按它加工范圍內(nèi)最少齒數(shù)的齒輪齒形來設計，故加工其它齒數(shù)的齒輪時存在理論誤差。4.5.1漸開線齒輪的加工原理仿形法加工第一百一十八頁，共475頁。2.展成法（包絡法、范成法）原理：一對齒輪嚙合時其共軛齒廓互為包絡線。如將一個齒輪做成刀具(刃形是漸開線)，并與齒坯仿照一對齒輪嚙合進行相對運動(i12

=ω1/ω2=z2/z1)，則加工出的齒輪必然是漸開線齒輪。（一）齒輪插刀機床：插齒機運動：展成運動i12

=ω1/ω2=z2/z1切削運動進給運動讓刀運動齒輪插刀插齒特點：精度高，生產(chǎn)率較低。應用：加工單個或多聯(lián)直齒輪。第一百一十九頁，共475頁。（二）齒條插刀機床：插齒機運動：展成運動v1=ω2

r2=ω2

mz2/2切削運動進給運動讓刀運動特點：精度高，生產(chǎn)率較低。應用：加工單個或多聯(lián)直齒輪。展成原理演示第一百二十頁，共475頁。（三）齒輪滾刀機床：滾齒機運動：展成運動i12

=ω1/ω2=z2/z1切削運動進給運動特點：精度較高，生產(chǎn)率高。應用：加工直齒輪、斜齒輪、蝸輪及齒輪軸。齒輪滾刀滾齒第一百二十一頁，共475頁。

展成法總結(jié)：漸開線齒廓及齒輪基本參數(shù)的保證◆漸開線齒廓：靠刀具和展成運動i12

=ω1/ω2=z2/z1保證；◆齒數(shù)z：靠刀具，及調(diào)整機床改變傳動比i12

=ω1/ω2=z2/z1保證；◆模數(shù)m：靠刀具和展成運動i12

=ω1/ω2=z2/z1保證；◆壓力角α：靠刀具和展成運動i12

=ω1/ω2=z2/z1保證；◆齒頂高系數(shù)h*a：靠刀具和控制徑向進刀量保證；◆齒頂高系數(shù)c*：靠刀具和控制徑向進刀量保證；用同一把齒輪刀具，通過調(diào)節(jié)i12，可以加工出相同模數(shù)和壓力角，不同齒數(shù)的齒輪（包括標準齒輪、變位齒輪）。第一百二十二頁，共475頁。

◆根切現(xiàn)象用展成法加工標準齒輪時，有時會將齒根部正常的漸開線齒廓切去一部分?！舾泻蠊嘄X彎曲強度和重合度降低。一、根切現(xiàn)象與不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)

◆根切原因圖示為用齒條刀具加工標準齒輪時情況，刀具中線與齒輪分度圓相切，NP為嚙合線，N點為極限嚙合點，B點為齒條頂線與嚙合線的交點，即終止嚙合點。因為基圓以內(nèi)無漸開線，故當終止嚙合點B高于極限嚙合點N1時，就會產(chǎn)生根切。根切的產(chǎn)生第一百二十三頁，共475頁。

◆標準齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)要避免根切，刀具的齒項線不得超過N點，即時時而整理后得第一百二十四頁，共475頁。4.5.3公法線長度和固定弦齒厚公法線長度：是指齒輪千分尺跨過k個齒所量得的齒廓間的法向距離。用途：測量公法線長度的方法來檢驗齒輪的精度，以控制輪齒齒側(cè)間隙公差如何計算公法線長度呢？如圖所示，設千分尺與齒廓相切于A、B兩點，A、B兩點在分度圓上，設跨齒數(shù)為k，則AB兩點的距離AB即為所測得的公法線長度，用Wk表示。第一百二十五頁，共475頁。測量公法線長度只需要普通的卡尺或?qū)Ｓ玫墓ň€千分尺，測量方法簡便，結(jié)果準確，在齒輪加工中應用比較廣泛。標準齒輪的公法線長度計算公式為根據(jù)漸開線的性質(zhì)可得出第一百二十六頁，共475頁。分度圓弦齒厚測量公法線長度，對于某些齒寬較小的斜齒圓柱齒輪將無法測量；對于大模數(shù)齒輪，測量也有困難；此外，還不能用于檢測錐齒輪和蝸輪。在這種情況下，通常改測齒輪的分度圓弦齒厚。分度圓上的齒厚對應的弦長稱為分度圓弦齒厚，用表示，如圖4-14所示。為了確定測量位置，把齒頂?shù)椒侄葓A弦齒厚的徑向距離稱為分度圓弦齒高，用表示。標準齒輪分度圓弦齒厚和弦齒高的計算公式分別為

測量分度圓弦齒厚是以齒頂圓為基準的，測量的結(jié)果必然會受到齒頂圓誤差的影響，而公法線長度測量與齒頂圓無關。

第一百二十七頁，共475頁。4.6漸開線變位直齒圓柱齒輪的傳動4.6.1概述標準齒輪設計計算簡單，互換性好。但標準齒輪傳動仍存在著一些局限性：（1）為了避免加工時發(fā)生根切，標準齒輪的齒數(shù)必須大于或等于最少齒數(shù)Zmin。（2）標準齒輪不適用于實際中心距不等于標準中心距

的場合；（3）一對互相嚙合的標準齒輪，小齒輪的抗彎能力比大齒輪低。變位齒輪可避免以上標準齒輪的缺點變位齒輪:改變刀具與齒坯相對位置后切制出來的齒輪。變位量：刀具移動的距離xm變位系數(shù)：x正變位：刀具遠離輪心的變位，x>0負變位：刀具移近輪心的變位,x<0標準齒輪:變位系數(shù)x=0的齒輪。第一百二十八頁，共475頁。第一百二十九頁，共475頁。4.6.2變位齒輪傳動的類型和特點第一百三十頁，共475頁。4.6.3變位齒輪的幾何尺寸計算第一百三十一頁，共475頁。4.7平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu)4.7.1齒廓曲面的形成及嚙合特點

齒面形成發(fā)生面在基圓柱上作純滾動，其上與圓柱體母線斜齒輪齒面的形成直齒輪齒面的形成成一傾角βb的直線KK所形成的軌跡→斜齒輪齒廓曲面平行的直線KK所形成的軌跡→直齒輪齒廓曲面漸開線正柱面漸開線螺旋曲面第一百三十二頁，共475頁。嚙合特點沿齒寬同時接觸，突然嚙入，突然嚙出，重合度小，有沖擊。沿齒寬逐漸接觸，逐漸嚙入，逐漸嚙出，重合度大，工作平穩(wěn)，產(chǎn)生軸向力，不能作滑移齒輪。斜齒輪機構(gòu)直齒輪機構(gòu)第一百三十三頁，共475頁。4.7.2斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸計算1.基本參數(shù)

◆端面(齒形)參數(shù)：漸開線，同直齒輪，mt，z，αt，h*at，c*t，但為非標準值。端面幾何尺寸計算可套用直齒輪公式。

◆法面(齒形)參數(shù)：非漸開線，mn，（z），αn，h*an，c*n，與刀具的參數(shù)相同(z除外），規(guī)定為標準值。第一百三十四頁，共475頁。2．螺旋角β1．齒數(shù)z螺旋方向：分為左旋和右旋。螺旋角β：分度圓柱螺旋線上任一點的切線與軸線之間的夾角?？蓪⒎侄葓A柱展開后求解。s是螺旋線的導程角d是分度圓直徑第一百三十五頁，共475頁。端面齒距pt=πmt法面齒距pn=πmnpn=ptcosβπmn=πmtcosβ3．模數(shù)mt、mn4．壓力角αt、αn在直角△ABC和△A'

B'C中，AB=A'B'所以有：在直角△AA'C中所以有：mn＝mtcosβ第一百三十六頁，共475頁。5．齒頂高系數(shù)h*at、h*an無論從法面或從端面來看，輪齒的齒頂高都是相同的。6．頂隙系數(shù)c*t、

c*n無論從法面或從端面來看，頂隙也是相同的。第一百三十七頁，共475頁。2.斜齒輪的幾何尺寸第一百三十八頁，共475頁。4.7.3斜齒輪傳動正確嚙合的條件和重合度1．正確嚙合的條件一對外嚙合斜齒圓柱齒輪的正確嚙合條件為兩斜齒輪的法面模數(shù)和法面壓力角分別相等，螺旋角大小相等，旋向相反。即2．斜齒輪傳動的重合度第一百三十九頁，共475頁?！舢斄魁X輪與斜齒輪法面齒形相當（最接近）的假想的漸開線直齒圓柱齒輪，稱為斜齒輪的當量齒輪。

◆目的選擇加工斜齒輪的成形銑刀；確定斜齒輪不根切的最少齒數(shù)Zmin；計算輪齒強度。三、斜齒圓柱齒輪的當量齒輪及當量齒數(shù)當量齒輪c*=0.25c*n=0.25頂隙系數(shù)z齒數(shù)zvmin=17zmin=17cos3β最少齒數(shù)h*a=1h*an=1齒頂高系數(shù)α=20°αn=20°壓力角β=0°β螺旋角mnmn模數(shù)當量齒輪斜齒輪參數(shù)第一百四十頁，共475頁。4.8直齒圓錐齒輪機構(gòu)4.8.1直齒圓錐齒輪機構(gòu)的類型和傳動比直齒圓錐齒輪機構(gòu)曲齒圓錐齒輪機構(gòu)

類型特點傳遞兩相交軸之間（多為∑=90°）的運動和動力；輪齒分布在截圓錐上，齒形由大端到小端逐漸減小。

應用

直齒圓錐齒輪機構(gòu)設計、制造和安裝簡單，應用廣泛；曲齒圓錐齒輪機構(gòu)傳動平穩(wěn)，承載能力高，常用于高速重載傳動，如汽車、拖拉機、飛機的圓錐齒輪機構(gòu)中。動畫第一百四十一頁，共475頁。傳動比一對錐齒輪傳動相當于一對節(jié)圓錐作相切純滾動。錐齒輪有分度圓錐、齒頂圓錐、齒根圓錐和基圓錐。標準直齒錐齒輪傳動，節(jié)圓錐與分度圓錐重合，如圖所示。其傳動比為第一百四十二頁，共475頁。4.8.2直齒圓錐齒輪機構(gòu)的主要參數(shù)和幾何尺寸計算第一百四十三頁，共475頁。標準直齒圓錐齒輪機構(gòu)（）的主要幾何尺寸計算公式

第一百四十四頁，共475頁。4.8.3錐齒輪機構(gòu)齒廓的形成、背錐和當量齒輪圓柱齒輪的齒廓是發(fā)生面在基圓柱上作純滾動時形成的，如圖a所示。錐齒輪的齒廓是發(fā)生面在基圓錐上作純滾動時形成的，如圖b所示。在發(fā)生面上點產(chǎn)生的漸開線AK應在以OA為半徑的球面上，所以稱為球面漸開線，其齒廓如圖c所示。球面漸開線第一百四十五頁，共475頁。

背錐：與大端球面相切于分度圓處的圓錐。當量齒輪、當量齒數(shù)：與錐齒輪大端齒形（球面漸開線）相當?shù)臐u開線直齒圓柱齒輪。其齒數(shù)zv稱為當量齒數(shù)。圓錐齒輪的背錐圓錐齒輪的當量齒輪第一百四十六頁，共475頁。4.9蝸桿蝸輪機構(gòu)4.9.1蝸桿蝸輪機構(gòu)的組成和類型蝸桿蝸輪機構(gòu)用于傳遞空間兩交錯軸之間的運動和動力，通常兩軸交錯角為，如圖4-29所示。蝸桿蝸輪機構(gòu)由蝸桿、蝸輪組成，一般為蝸桿主動，蝸輪從動，具有自鎖性，作減速運動，廣泛應用于各種機械和儀器設備之中。圖4-29蝸桿蝸輪機構(gòu)蝸桿蝸輪機構(gòu)第一百四十七頁，共475頁。按蝸桿的形狀不同，蝸桿蝸輪機構(gòu)可分為圓柱蝸桿機構(gòu)（見圖4-30a）、圓弧面蝸桿機構(gòu)（見圖4-30b）和錐面蝸桿機構(gòu)（見圖4-30c）。其中圓柱蝸桿機構(gòu)應用最廣。圓柱蝸桿按其齒廓曲線形狀的不同，又可分為阿基米德蝸桿（ZA型）、漸開線蝸桿（ZI型）、法面直廓蝸桿（ZN型）等幾種。其中阿基米德蝸桿由于加工方便應用最為廣泛。

（a）（b）（c）圖4-30蝸桿蝸輪機構(gòu)類型第一百四十八頁，共475頁。如圖4-31所示為阿基米德蝸桿，其端面齒廓為阿基米德螺旋線，軸向齒廓為直線。它一般在車床上用成型車刀切制而成。按螺旋方向不同，蝸桿可分為左旋和右旋。圖4-31阿基米德蝸桿第一百四十九頁，共475頁。4.9.2蝸桿蝸輪機構(gòu)的特點（1）傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，這是它的最大特點。單級蝸桿傳動比,若只傳遞運動（如分度機構(gòu)），其傳動比可達1000。（2）傳動平穩(wěn)，噪聲小。由于蝸桿齒呈連續(xù)螺旋狀，它與蝸輪齒的嚙合是連續(xù)不斷地進行的，同時嚙合的齒數(shù)較多，故傳動平穩(wěn)，噪聲小。（3）可制成具有自鎖性的蝸桿。當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動便具有自鎖性，此時只能由蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，反之則不能運動。（4）傳動效率低。因蝸桿傳動齒面間存在較大的相對滑動，摩擦損耗大，效率較低，一般為0.7～0.8，具有自鎖性的蝸桿傳動，其效率小于0.5。（5）蝸輪造價較高。為減輕齒面的磨損及防止膠合，蝸輪齒圈一般采用青銅制造，故成本較高。第一百五十頁，共475頁。4.9.3蝸桿蝸輪機構(gòu)的主要參數(shù)和幾何尺寸計算蝸桿與梯形外螺紋大體相同，其軸剖面齒形及參數(shù)與齒條相同，規(guī)定為標準值。

蝸桿的主要參數(shù)1）軸面模數(shù)ma1=m，標準值。2）軸面壓力角αa1=α=20°3）齒頂高系數(shù)h*a=14）頂隙系數(shù)c*=0.25）蝸桿頭數(shù)z1=1、2、4、6。6）蝸桿直徑系數(shù)q蝸桿分度圓d1≠mz1，其為獨立參數(shù)。因蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的，為了限制滾刀的數(shù)目，國家標準對每一標準模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標準蝸桿分度圓直徑d1，并定義蝸桿直徑系數(shù)q=d1/m，d1＝mq。第一百五十一頁，共475頁。傳動比模數(shù)和壓力角值得注意的是蝸桿蝸輪機構(gòu)的傳動比i僅與z1和z2有關，而不等于蝸輪與蝸桿分度圓直徑之比，即。第一百五十二頁，共475頁。蝸桿的導程角蝸桿分度圓直徑和直徑系數(shù)

中心距第一百五十三頁，共475頁。蝸輪蝸桿機構(gòu)的幾何尺寸計算蝸輪的分度圓直徑為標準圓柱蝸桿機構(gòu)的幾何尺寸計算公式第一百五十四頁，共475頁。第五章輪系5.1.1定軸輪系傳動比的計算輪系中每個齒輪的幾何軸線都是固定的。按齒輪的相對運動，可分為平面輪系和空間輪系。按齒輪的軸線是否固定，可分為定軸齒輪系和周轉(zhuǎn)輪系?？臻g定軸輪系由一系列相互嚙合的齒輪機構(gòu)組成的傳動系統(tǒng)。輪系：平面定軸輪系第一百五十五頁，共475頁。計算輪系傳動比時，既要確定傳動比的大小，又要確定首末兩構(gòu)件的轉(zhuǎn)向關系。5.1.1平面定軸輪系傳動比的計算

所謂輪系的傳動比，是指輪系中輸入軸的角速度（或轉(zhuǎn)速）與輸出軸的角速度（或轉(zhuǎn)速）之比，即一對齒輪的傳動比大小為其齒數(shù)的反比。若考慮轉(zhuǎn)向關系，外嚙合時兩齒輪的轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)動比取“-”號；內(nèi)嚙合時兩齒輪的轉(zhuǎn)向相同，傳動比取“+”號，則各對齒輪的傳動比為第一百五十六頁，共475頁。，其中。將上式兩邊連乘可得

所以上式表明，平面定軸齒輪系的傳動比等于組成齒輪系的各對齒輪傳動比的連乘積，也等于從動輪齒數(shù)的連乘積與主動輪齒數(shù)的連乘積之比。首末兩齒輪轉(zhuǎn)向相同還是相反，取決于齒輪系中外嚙合齒輪的對數(shù)。將上述計算式推廣，若以A表示首齒輪，K表示末齒輪，m表示圓柱齒輪外嚙合的對數(shù)，則平面定軸齒輪系傳動比的計算式為：第一百五十七頁，共475頁。

惰輪輪系中齒輪4同時與齒輪3′和齒輪5嚙合，其齒數(shù)大小不影響輪系傳動比的大小，只起到改變轉(zhuǎn)向的作用。5.1.2空間定軸輪系傳動比的計算一對空間齒輪傳動比的大小也等于兩齒輪齒數(shù)的反比，故也可用式上式來計算空間齒輪系傳動比的大小。但由于各齒輪軸線不都互相平行，所以不能用的正負來確定首末齒輪的轉(zhuǎn)向，而要采用在圖上畫箭頭的方法來確定，如圖所示。第一百五十八頁，共475頁。圖5-2平面定軸齒輪系第一百五十九頁，共475頁。第一百六十頁，共475頁。5.2行星齒輪系傳動比的計算5.2.1行星齒輪系的分類輪系中至少有一個齒輪的幾何軸線繞其它齒輪的固定軸線回轉(zhuǎn)的輪系。齒輪1齒輪2齒輪3系桿H行星輪行星架中心輪組成中心輪1、3和行星架H均繞固定軸線轉(zhuǎn)動，稱為基本構(gòu)件，基本構(gòu)件的軸線必須重合。中心輪第一百六十一頁，共475頁。周轉(zhuǎn)輪系的分類:(按自由度分類)自由度F＝2自由度F＝1差動輪系簡單行星輪系行星齒輪系也分為平面行星齒輪系和空間行星齒輪系兩類，上述齒輪系均為平面行星齒輪系。第一百六十二頁，共475頁。5.2.2行星齒輪系的傳動比計算

一、周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系根據(jù)相對運動原理，若給整個輪系加上一個公共的角速度-ωH，各構(gòu)件之間的相對運動關系并不改變，但此時系桿Ｈ靜止不動。于是周轉(zhuǎn)輪系就轉(zhuǎn)化為一假想的定軸輪系—轉(zhuǎn)化輪系。

定軸輪系與周轉(zhuǎn)輪系比較。顯然，不能將定軸輪系傳動比的計算公式直接用于周轉(zhuǎn)輪系-ωH周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化輪系第一百六十三頁，共475頁。

ωHHω33ω22ω11轉(zhuǎn)化輪系周轉(zhuǎn)輪系構(gòu)件-ωH周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化輪系各構(gòu)件在周轉(zhuǎn)輪系和轉(zhuǎn)化輪系中的速度如表所示。其中各ω為代數(shù)值，即含有正負