中職機械基礎(chǔ)課件

1、機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 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)接目錄機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(shè)計目錄機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)緒論0.1 0.1 機器的組成及其特征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

2、、包裝機、復(fù)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(fù)印機、打印機、繪圖機、傳真機、照相 機等。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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

3、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。 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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

4、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)燃機動畫內(nèi)燃機動畫機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)緒論0.2 0.2 本課程的性質(zhì)和研究對象本課程的性質(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(shè)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(chǔ)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(shù)基礎(chǔ)課程。本課程要綜合應(yīng)用機械制圖、金屬工藝學(xué)、工程力學(xué)、互換性與技術(shù)測量等先修課程的基礎(chǔ)理論和基本知識，且

5、偏重于工程的應(yīng)用。因此，要重視生產(chǎn)實踐環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)時應(yīng)注重培養(yǎng)工程意識、理論聯(lián)系實際。本課程將為學(xué)生今后學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程和掌握新的機械科學(xué)技術(shù)奠定必要的基礎(chǔ)。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(shè)計理論、計算方法以及一些零部件的選用和維護。0.3 0.3 本課程的基本要求和學(xué)習(xí)方法本課程的基本要求和學(xué)習(xí)方法0.3.1 本課程的基本要求 本課程的任務(wù)是使學(xué)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(shè)計能力，并獲得必要的基本技能訓(xùn)練，同

6、時培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。通過本課程的教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生達到下列基本要求：機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(shè)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(shè)計的基本方法。3具有對機構(gòu)分析設(shè)計和零件設(shè)計計算的能力，并具有運用機械設(shè)計手冊、圖冊及標準等有關(guān)技術(shù)資料的能力。4具有綜合運用所學(xué)知識和實踐的技能，設(shè)計簡單機械和簡單傳動裝置的能力。0.3.2 本課程的學(xué)習(xí)方法 本課程是從理論性、系統(tǒng)性很強的基礎(chǔ)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(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，必須多觀察、細思考

7、、勤練習(xí)、?？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(xué)到的各種技術(shù)方法。特別應(yīng)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。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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、運動副與約束自

8、由度、運動副與約束1.1 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)低副：低副：面接觸面接觸2) 2) 運動副的分類運動副的分類球面副高副：高副：點、線接觸點、線接觸運動副運動副平面平面運動副運動副空間空間運動副運動副螺旋副螺旋副運動副運動副轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副1)運動副：運動副：兩構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定的相對兩構(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。運動的連接稱為運動副。1.1.2 運動副及其分類機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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，僅保留一個自平面機構(gòu)中低副引入兩個約束，僅保留一個自由度。由度。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖1-4

9、 （a）凸輪高副 平面機構(gòu)中高副引入一個約束，保留兩個自由平面機構(gòu)中高副引入一個約束，保留兩個自由度。度。圖1-4 （b）齒輪高副機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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）開式運動鏈機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 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)。 機構(gòu)的組成組成: 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

10、機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 為了便于分析，人們不考慮機器的復(fù)雜外形和結(jié)構(gòu)，僅用規(guī)為了便于分析，人們不考慮機器的復(fù)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，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(guān)系表示出來并反映機構(gòu)特征的這種將機構(gòu)中各構(gòu)件間相互運動關(guān)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。簡圖稱為機構(gòu)運動簡圖。1-2 平面機構(gòu)的運動簡圖平面機構(gòu)的運動簡圖 在對現(xiàn)有機械進行分析或設(shè)計新機器時，都需要繪出其機構(gòu)在對現(xiàn)有機械進行分析或設(shè)計新機器時，都需要繪出其機構(gòu)運動簡圖。運動簡圖。1. 1. 機構(gòu)運動簡圖的

11、定義機構(gòu)運動簡圖的定義 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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)件的表示方法機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 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)軸線共面機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 3移動副 如圖1-8所示，注意移動副的導(dǎo)路應(yīng)與兩構(gòu)件相對移動的方向一致。圖1-8 移動副的表示方法機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 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(guān)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

12、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。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)（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機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖1-10 凸輪副的表示方法 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(guān)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。mmm實際尺寸圖上尺寸機械設(shè)計基

13、礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 【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。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 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

14、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)；活動構(gòu)件數(shù)；Pl 低副數(shù)；低副數(shù)；Ph 高副數(shù)高副數(shù)1.3 運動確定性的概念機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)F = 3F = 332324 = 14 = 1F = 3F = 342425 = 5 = 2 2n = 3n = 3P Pl l= 4= 4n = 4n = 4P Pl l = 5= 5如圖如圖1-121-12（a a）：）：如圖如圖1-121-12（b b）：）：（a） （b）圖1-12 機構(gòu)的自由度機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基

15、礎(chǔ) 【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) 4LP 0HP 323 32401LHFnPP 圖1-13 曲柄滑塊機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 【例1-3】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) 2LP 1HP 32322211LHFnPP圖1-14 凸輪機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)1).復(fù)合鉸鏈 由三個或三個以上構(gòu)件組成的軸線重合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(fù)合鉸鏈。的轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)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。

16、 1.3.2 計算機構(gòu)的自由度時應(yīng)注意的問題機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖1-15 復(fù)合鉸鏈機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 【例1-4】計算如圖1-16所示的復(fù)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) 7LP 0HP 323 52701LHFnPP圖1-16 復(fù)合桿機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)2)2)局部自由度局部自由度(1)(1)、局部自由度：機構(gòu)中個別構(gòu)件不影、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)運動無響其它構(gòu)件運動，即對整個機構(gòu)運動無關(guān)的自由度。關(guān)的自由度。(2)(2)、處理辦法：在計算自由度時，拿掉、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

17、裝滾子這個局部自由度，即可將滾子與裝滾子的構(gòu)件固接在一起。的構(gòu)件固接在一起。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)ABC321ABC321n=3 Pl=3 Ph=1F=33-2 3-1 1=2n=2 Pl=2 Ph=1F=23-2 2-1 1=1圖1-17 局部自由度計算機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)3).3).虛約束虛約束(1)(1)虛約束：在機構(gòu)中與其他運動副作用重復(fù)，虛約束：在機構(gòu)中與其他運動副作用重復(fù)，而對構(gòu)件間的相對運動不起獨立限制作用而對構(gòu)件間的相對運動不起獨立限制作用的約束。的約束。(2)(2)處理辦法：將具有虛約束運動副的構(gòu)件連處理辦法：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(guān)的運動副

18、一同它所帶入的與機構(gòu)運動無關(guān)的運動副一并不計。并不計。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 常見虛約束常見虛約束（1）兩構(gòu)件構(gòu)成多個導(dǎo)路平行的移動副，）兩構(gòu)件構(gòu)成多個導(dǎo)路平行的移動副，如圖如圖1-18所示。所示。圖1-18 兩構(gòu)件構(gòu)成多個導(dǎo)路平行的移動副 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)（2）兩構(gòu)件組成多個軸線互相重合的轉(zhuǎn)動）兩構(gòu)件組成多個軸線互相重合的轉(zhuǎn)動副，如圖副，如圖1-19所示。所示。 圖1-19 兩構(gòu)件組成多個軸線互相重合的轉(zhuǎn)動副 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) （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 行星輪系機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) （4）被連接件上點的軌跡與機構(gòu)上

19、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)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)1）機構(gòu)自由度數(shù)）機構(gòu)自由度數(shù) F1F1。2） 原動件數(shù)目等于機構(gòu)自由度數(shù)原動件數(shù)目等于機構(gòu)自由度數(shù)F F。1.4.3 機構(gòu)具有確定運動的條件機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)第2章 平面連桿機構(gòu) 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)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)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)。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)2.1 概 述 平面連

20、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(dāng)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。 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 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(fù)雜的運動規(guī)律。 （3）不宜用于高速傳動。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 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

21、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)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)2.2.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)根據(jù)根據(jù)連架桿連架桿運動形式的不同，運動形式的不同， 相對機架能做整周轉(zhuǎn)動的稱為相對機架能做整周轉(zhuǎn)動的稱為曲柄曲柄，只能在一定角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動的稱為只能在一定角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動的稱為搖桿搖桿。這樣，鉸鏈四桿機構(gòu)可分為三種基本形式：這樣，鉸鏈四桿機構(gòu)可分為三種基本形式：機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 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，

22、搖桿作變速往復(fù)擺動。圖2-2 攪拌機 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 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)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖2-6 平行四邊形機構(gòu)和反平行四邊形機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖圖3-5 車門啟閉機構(gòu)車門啟閉機構(gòu) 圖圖3-6 天平天平 （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(yīng)用機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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

23、桿，則此四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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。 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 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)。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)2.3 含有一個移動副

24、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)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖2-10 曲柄滑塊機構(gòu)在沖床中的應(yīng)用 曲柄滑塊機構(gòu)用于轉(zhuǎn)動與往復(fù)移動之間的運動轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)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(shè)備中。如圖2-10所示為曲柄滑塊機構(gòu)在沖床中的應(yīng)用。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)2.3.2 導(dǎo)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(dǎo)桿機構(gòu)；（c）移動導(dǎo)桿機構(gòu)； （d）擺動導(dǎo)桿機構(gòu) 導(dǎo)桿機構(gòu)可看成是通過改變曲柄滑

25、塊機構(gòu)中的固定構(gòu)件演化而來的，如圖2-11所示。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 1曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)圖2-12 小型刨床機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 2曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)圖2-13 曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)在電器開關(guān)中的應(yīng)用 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 3移動導(dǎo)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(fù)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 抽水唧筒機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 4擺動導(dǎo)桿機構(gòu)圖2-15 汽車自動卸料機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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

26、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。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖2-16 急回特性機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 當(dāng)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(dāng)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， ,118021801v1t2t2v1212tt21vv機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 綜上所述，在輸入件曲柄作等速轉(zhuǎn)動時，作往復(fù)擺動的輸

27、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： 1221122121180180C CttKtC Ct從動件回程平均速度從動件工作平均速度11801KK機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 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。 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖2-17 偏置曲柄滑塊機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu)，當(dāng)偏心距e=0時，=0，K=1，機構(gòu)無急回特性；當(dāng)偏心距e0時，0，則K1，機構(gòu)有急回特性。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)2.4.2 壓力角和傳動角 如圖2-19所

28、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 壓力角和傳動角機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 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。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)min minmin圖2-20 曲柄搖桿機構(gòu)的壓力角和傳動角機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖2-21 擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的

29、壓力角和傳動角機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)2.4.3 死點 如圖2-22所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)搖桿CD為主動件、曲柄AB為從動件時，當(dāng)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。 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖2-22 死點位置機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 在實際應(yīng)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。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖2-

30、23 死點的應(yīng)用機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)2.5 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 2.5.1 四桿機構(gòu)設(shè)計條件 （1）給定位置或運動規(guī)律，如連桿位置、連架桿對應(yīng)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(yù)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(shè)計的合理、可靠，還應(yīng)考慮幾何條件和傳力性能要求等。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)2.5.2 四桿機構(gòu)的設(shè)計方法 （1）已知連桿的兩個位置、及其長度，設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)。圖2-24 已知連桿兩位置設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) （2）按給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)圖2-25 按給定連桿三個位置設(shè)計

31、四桿機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) （3）按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)K圖2-26 按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)第3章 凸輪機構(gòu)3.1 3.1 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類3.1.1 凸輪機構(gòu)的組成、應(yīng)用和特點 內(nèi)燃機內(nèi)燃機配氣機構(gòu)配氣機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)第3章 凸輪機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖3-1 配氣機構(gòu)圖3-2 靠模車削機構(gòu) 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)圖3-3 自動車床走刀機構(gòu) 圖3-4 分度轉(zhuǎn)位機構(gòu) 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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

32、需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭蛹?到所需的運動規(guī)律 (1)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作可靠，容易設(shè)計； (2)高副接觸，易磨損4、應(yīng)用：適用于傳力不大的控制機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu) 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(dāng)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(fù)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

33、 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(dāng)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。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能實現(xiàn)任意預(yù)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）平底從動件機械設(shè)計基礎(chǔ)機械

34、設(shè)計基礎(chǔ)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(yù)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(dāng)不考慮摩擦?xí)r，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

35、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(dǎo)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(yīng)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)。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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

36、）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；（）力鎖合；（d）、（）、（e）、（）、（f）形鎖合）形鎖合機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(shè)計的主要任務(wù)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(shè)計凸輪輪廓曲線。因此確定從動件的運動規(guī)律是凸輪設(shè)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(dǎo)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

37、機構(gòu)（a）偏置直動尖頂從動件盤形凸機構(gòu)；（b）從動件位移線圖機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)基圓：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(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為推程運動角。遠休止角：當(dāng)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(dāng)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(yīng)的凸輪

38、轉(zhuǎn)角稱為回 程運動角。近休止角：當(dāng)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(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，從動件又重復(fù)上述升停降停的運動循環(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(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角為橫坐標，將凸輪轉(zhuǎn)角或時間與對應(yīng)的從動件位移之間的函數(shù)關(guān)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。 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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

39、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 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(dāng)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

40、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 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(dāng)從動件作無停歇的升降升連續(xù)往復(fù)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

41、運動規(guī)律 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(fù)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(shè)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 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)3.3 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)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

42、等基本尺寸，就可設(shè)計凸輪的輪廓曲線了。設(shè)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(shè)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(shè)計精確地設(shè)計凸論輪廓。本節(jié)主要介紹圖解法。圖3-12 反轉(zhuǎn)法原理機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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

43、廓曲線（b）從動件位移線圖 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(dǎo)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(yīng)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(dǎo)路線。（4）在以上的導(dǎo)路線上，從基圓上的點、開始向外量取相應(yīng)的位 移量，即取、得反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)囊幌盗形恢?、。?）將、點連成光滑的曲線，便得到所要求的凸輪輪廓

44、，如圖3- 12（a）所示。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(yīng)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機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)3.4 凸輪設(shè)計中的幾個問題 設(shè)計凸輪機構(gòu)時，不僅要保證從動件能實現(xiàn)預(yù)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(guān)。3.4.1 凸輪機構(gòu)的壓力角問題 如圖3

45、-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1cosFF2sinFF圖3-15 凸輪機構(gòu)的壓力角 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(dǎo)致凸輪尺寸增大。由圖3-15得壓力角的計算公式220darctansedres 顯然F1是推動從動件移動的有效分力，隨著的增大而減??；

46、 F2是引起導(dǎo)路中摩擦阻力的有害分力，隨著的增大而增大。當(dāng)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?，從傳力合理、提高傳動效率來看，壓力角越小越好。通常設(shè)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 。 max min 3040 4050 7080機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)其中，“-”為導(dǎo)路在凸輪軸的右側(cè)，“+”為導(dǎo)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

47、點對應(yīng)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(shè)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。 m ax3.4.3 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(luò)線而形成，滾子選擇不當(dāng)，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

48、）失真的凸輪輪廓曲線dsd0r0r機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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(dāng) 時，實際輪廓為平滑曲線。若 ， 實際輪廓出現(xiàn)尖點，易磨損；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(yīng)保證理論輪廓的最小曲率半徑minrT，即min-rT0。Tr Tr TrTr0 Tr0Tr機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)第四章 齒輪機構(gòu) 優(yōu)點：瞬

49、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 4.1.1 齒輪機構(gòu)的特點齒輪機構(gòu)的特點4.1 齒輪機構(gòu)的特點和類型齒輪機構(gòu)的特點和類型機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)4.1.2 4.1.2 齒輪機構(gòu)的類型齒輪機構(gòu)的類型交錯軸交錯軸交錯軸斜齒輪機構(gòu)交錯軸斜齒輪機構(gòu)蝸桿蝸輪機構(gòu)蝸桿蝸輪機構(gòu)相交軸相交軸錐齒輪機構(gòu)錐齒輪機構(gòu)直齒直齒曲齒曲齒平行軸平行軸直齒直齒斜齒斜齒人字齒人字齒外嚙合外嚙合內(nèi)嚙合內(nèi)嚙合齒輪齒條齒輪齒條按輪齒方向分按輪齒方向分按兩軸的相對位置按兩軸的相對位

50、置按嚙合方式分按嚙合方式分機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)按齒輪機構(gòu)傳動的工作條件可分為：按齒輪機構(gòu)傳動的工作條件可分為：（1）開式齒輪機構(gòu)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(shè)防護罩。多用于農(nóng)業(yè)機械、建筑機械以及簡易機械設(shè)備中的低速齒輪。（2）閉式齒輪機構(gòu)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(yīng)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)可分為按輪齒齒面硬度，齒輪機構(gòu)可分為：（1）軟齒面齒輪機構(gòu)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。（

51、2）硬齒面齒輪機構(gòu)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(yīng)用廣泛。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)4.2 漸開線的形成和基本性質(zhì)漸開線的形成和基本性質(zhì) 4.2.1 4.2.1 漸開線的形成漸開線的形成 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 4.2.2 漸開線的性質(zhì)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

52、，漸開線越平緩。22kkbNKrr漸開線的形成漸開線的形成機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 3）漸開線各點的壓力角不等，離圓心越遠，壓力角越大。kbrcosrk 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：kbktanNKr5）基圓內(nèi)無漸開線。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)4.2.3 漸開線的方程式漸開線的方程式 漸開線的極坐標參數(shù)方程漸開線函數(shù)： invk=k=tankk)(tankkbkb rrkbkcos/rr kkktanNK=NA（因為機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 證明證明 漸開線上任一點的法線必

53、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(dāng)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122211 O PrirO P即常數(shù) 意義意義 漸開線齒輪傳動平穩(wěn)、準確。b212221b11 rO PrirrO P機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)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，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。也不存在節(jié)

54、點。 4.2.5 漸開線齒廓嚙合的特點漸開線齒廓嚙合的特點 （1）嚙合線為一條不變的直線）嚙合線為一條不變的直線 （2）傳力方向不變）傳力方向不變 （3）漸開線齒輪中心距的可變性）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：分度圓與節(jié)圓、壓力角與嚙合角的區(qū)別：就單獨一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；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(dāng)一對齒輪互相嚙合時，才有節(jié)圓和嚙合角；只有當(dāng)一對齒輪互相嚙合時，才有節(jié)圓和嚙合角；當(dāng)一當(dāng)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

55、等，取決于兩齒輪是否為標準安裝。如果標準合角是否相等，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。安裝，則兩圓重合、兩角相等；否則均不相等。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)o4.3.1 齒輪各部分的名稱和符號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標準直齒圓柱外齒輪

56、基圓齒距pb、4.3 4.3 漸開線標準直齒圓柱齒輪漸開線標準直齒圓柱齒輪rk機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)1）齒數(shù)z 齒輪分度圓直徑 d、齒數(shù)z和齒距p間的關(guān)系為d= zp， d= zp/。為便于設(shè)計、計算、制造和檢驗，令 p/=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*m 5）頂隙系數(shù) c* 齒根高hf= (ha*+ c*)m 3）壓力角 即分度圓壓力角，規(guī)定其標準值為 = 20。它是決定齒輪齒廓形狀的主要參數(shù)?；緟?shù)基本參數(shù)齒制ha*c*正常齒制10.25短齒制0.80.3

57、 2）模數(shù)m機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)4.3.2 標準直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)及幾何尺寸計算標準直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)及幾何尺寸計算 。為標準值，且、標準齒輪：eschma齒頂圓直徑 da = d+2 ha = (z+2ha*)m齒根圓 df = d -2 hf = (z - 2ha*- c*)m齒厚與齒槽寬 s= e= m/2齒距 p = m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 = (2 ha*+c*)m基圓 db= dcos基圓齒距與法向齒距 pb= pn= pcos機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)4

58、.4 漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動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漸開線標準直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件2b1b2211 ppKKKK2211coscosmm 正確嚙合：為實現(xiàn)連續(xù)傳動，前后兩對齒應(yīng)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(yīng)相等正確嚙合條件：模數(shù)相等, 壓力角相等2121 mmm12121b2b121221coscos zzrrrrrrCOCOi機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)1221/ 2semse121212()2marrrrzz4.4.2 漸開線齒輪的標準中心距漸開線齒輪的標準中心距 一對漸

59、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，即機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)4.4.3 連續(xù)傳動條件連續(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(dāng)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

60、嚙合。即滿足B1B2pb。 重合度12b1B Bp 重合度越大，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。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)4.5 漸開線齒輪的加工原理與根切現(xiàn)象漸開線齒輪的加工原理與根切現(xiàn)象1.1.仿形法（成形法）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(yīng)用：單件及低精度齒輪加工。 刀具的選擇與m、z有關(guān)，每一種模數(shù)有8把銑刀。 1 1 12121313 2 2 14141616 3 3 17172020