機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》緒論一、本課程研究對(duì)象及內(nèi)容

1．

研究對(duì)象機(jī)械應(yīng)用實(shí)例：內(nèi)燃機(jī)機(jī)械是機(jī)構(gòu)和機(jī)器總稱。機(jī)構(gòu)是指一種用來(lái)傳遞與變換運(yùn)動(dòng)和力可動(dòng)裝置。機(jī)器是指一種執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置，可用來(lái)變換和傳遞能量、物料和信息

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緒論（1）機(jī)構(gòu)指一種用來(lái)傳遞與變換運(yùn)動(dòng)和力可動(dòng)裝置。如常見(jiàn)機(jī)構(gòu)有帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等等（2）機(jī)器是指一種執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置，可用來(lái)變換和傳遞能量、物料和信息。由實(shí)例可看出，多種機(jī)器主要組成部分都是多種機(jī)構(gòu)。因此能夠說(shuō)，機(jī)器乃是一種可用來(lái)變換或傳遞能量、物料與信息機(jī)構(gòu)組合體。（3）機(jī)器構(gòu)造

傳統(tǒng)機(jī)器由如下三個(gè)部分組成：原動(dòng)件—傳動(dòng)部分—執(zhí)行部分當(dāng)代機(jī)器一般由如下四個(gè)部分組成原動(dòng)件—傳動(dòng)部分—執(zhí)行部分2/214緒論2．研究?jī)?nèi)容1）機(jī)構(gòu)組成及其自由度計(jì)算2）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析3）機(jī)構(gòu)力分析和機(jī)器動(dòng)力學(xué)分析4）常用機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)5）機(jī)構(gòu)選型與組合*3．學(xué)習(xí)目標(biāo)為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和掌握專業(yè)知識(shí)大好基礎(chǔ)為畢業(yè)設(shè)計(jì)提供機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)4．掌握本課程特點(diǎn)本課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其最顯著特點(diǎn)是基礎(chǔ)理論與工程實(shí)際結(jié)合。3/214緒論二、械設(shè)計(jì)基本要求和一般程序1.機(jī)器應(yīng)當(dāng)滿足基本要求(1)使用性要求實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，滿足運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能要求）（功能性要求）(2)經(jīng)濟(jì)性要求這是一種綜合性指標(biāo)，體現(xiàn)在設(shè)計(jì)制造和使用兩個(gè)方面。提升設(shè)計(jì)制造經(jīng)濟(jì)性途徑有三條：1）使產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化；2）利用當(dāng)代化設(shè)計(jì)制造方法；3）科學(xué)管理。提升使用經(jīng)濟(jì)性途徑有四條：1）提升機(jī)械化、自動(dòng)化水平；2）提升機(jī)械效率；3）延長(zhǎng)使用壽命；4）避免無(wú)意義損耗。(3)安全性要求有三個(gè)含義：1）設(shè)備本身不因過(guò)載、失電以及其它偶爾原因而損壞；2）切實(shí)保障操作者人身安全（勞動(dòng)保護(hù)性）；3）不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。

4/214緒論(4)工藝性要求這包括兩個(gè)方面1）裝配工藝形2）零件加工工藝性。(5)可靠性要求要求機(jī)械系統(tǒng)在預(yù)定環(huán)境條件下和壽命期限內(nèi)，具有保持正常工作狀態(tài)性能，這就稱為可靠性。2.機(jī)械零件設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則及一般步驟(1)根據(jù)零件使用要求（如功率、轉(zhuǎn)速等），選擇零件類型及構(gòu)造型式，并確定計(jì)算簡(jiǎn)圖。(2)分析作用在零件上載荷（拉、壓力，剪切力）。(3)根據(jù)零件工作條件，按照對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確定許用應(yīng)力。5/214緒論(4)分析零件主要失效形式，按照對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確定零件基本尺寸。(5)按照構(gòu)造工藝性、標(biāo)準(zhǔn)化要求，設(shè)計(jì)零件構(gòu)造及其尺寸。(6)繪制零件工作圖，確定必要技術(shù)條件，編寫計(jì)算說(shuō)明書。

6/214廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系

第一章平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度§1-1平面機(jī)構(gòu)組成

1.構(gòu)件從運(yùn)動(dòng)角度來(lái)看，任何機(jī)器（或機(jī)構(gòu)）都是由許多獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元體組合而成，這些獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元體稱為構(gòu)件。從加工制造角度來(lái)看，任何機(jī)器（或機(jī)構(gòu)）都是由許多獨(dú)立制造單元體組合而成零件，這些獨(dú)立制造單元體稱為零件。構(gòu)件能夠是一種零件；也能夠是由一種以上零件組成。圖示內(nèi)燃機(jī)中連桿就是由單獨(dú)加工連桿體、連桿頭、軸瓦、螺桿、螺母、軸套等零件組成。這些零件分別加工制造，不過(guò)當(dāng)它們裝配成連桿后則作為一種整體運(yùn)動(dòng)，互相之間不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。7/214§1-1平面機(jī)構(gòu)組成2.運(yùn)動(dòng)副1）運(yùn)動(dòng)副定義機(jī)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件之間必須有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，構(gòu)件連接既要使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸，又能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種直接接觸活動(dòng)連接稱為運(yùn)動(dòng)副。2）運(yùn)動(dòng)副分類（1）按兩個(gè)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)關(guān)系分為平面運(yùn)動(dòng)副和空間運(yùn)動(dòng)副（2）按其接觸形式分：高副點(diǎn)線接觸運(yùn)動(dòng)副低副面接觸運(yùn)動(dòng)副。（3）按其相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分轉(zhuǎn)動(dòng)副（回轉(zhuǎn)副或鉸鏈）移動(dòng)副、螺旋副、球面副。8/214§1-1平面機(jī)構(gòu)組成3.機(jī)構(gòu)具有固定構(gòu)件運(yùn)動(dòng)鏈稱為機(jī)構(gòu)。機(jī)架機(jī)構(gòu)中固定構(gòu)件；一般機(jī)架相對(duì)地面固定不動(dòng)，原動(dòng)件：按給定已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)構(gòu)件；從動(dòng)件機(jī)構(gòu)中其他活動(dòng)構(gòu)件。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定于原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和機(jī)構(gòu)構(gòu)造和構(gòu)件尺寸。機(jī)構(gòu)常分為平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)兩類，其中平面機(jī)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛

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§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一、用要求符號(hào)和線條按一定百分比表達(dá)構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副相對(duì)位置，并能完全反應(yīng)機(jī)構(gòu)特性簡(jiǎn)圖。二、繪制：1、運(yùn)動(dòng)副符號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)副：

表1-110/2142、構(gòu)件符號(hào)：

表1-211/2143、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制，（模型，鄂式破碎機(jī)）1）分析機(jī)構(gòu)，觀測(cè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)；2）找出所有構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副；3）選擇合理位置，即能充足反應(yīng)機(jī)構(gòu)特性；4）確定百分比尺，5）用要求符號(hào)和線條繪制成間圖。（從原動(dòng)件開始畫）【例2-1】如圖2-6所示為以顎式碎礦機(jī)。當(dāng)曲軸2繞其軸心O連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)顎板3作往復(fù)擺動(dòng)，從而將處于動(dòng)顎板3和固定顎板6之間礦石7軋碎。試?yán)L制此碎礦機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。12/214

解：（1）運(yùn)動(dòng)分析右圖所示此碎礦機(jī)由原動(dòng)件曲軸2（構(gòu)件1為固裝于曲軸2上飛輪）、動(dòng)顎板3、擺桿4、機(jī)架5等4個(gè)構(gòu)件組成，固定顎板6是固定安裝在機(jī)架上。

13/214曲軸2于機(jī)架5在O點(diǎn)組成轉(zhuǎn)動(dòng)副（即飛輪回轉(zhuǎn)中心）；曲軸2與動(dòng)顎板3也組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，其軸心在A點(diǎn)（即動(dòng)顎板繞曲軸回轉(zhuǎn)幾何中心）；擺桿4分別與動(dòng)顎板3和機(jī)架5在B、C兩點(diǎn)組成轉(zhuǎn)動(dòng)副。其運(yùn)動(dòng)傳遞為：電機(jī)皮帶曲軸動(dòng)顎板擺桿因此，其機(jī)構(gòu)原動(dòng)件為曲軸，從動(dòng)件為擺桿、構(gòu)件3、機(jī)架5共同組成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。（2）按圖量取尺寸，選用合適百分比尺，確定O、A、B、C四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副位置，即可繪制出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。最后標(biāo)出原動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)方向。由圖能夠看出，O、C在同一垂直線上。量取OA=3mm，AB=25mm，BC=14mm，OC=22mm.

14/214§1-3平面機(jī)構(gòu)自由度機(jī)構(gòu)自由度：機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架所能有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目。一、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度（設(shè)n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，PL個(gè)低副，PH個(gè)高副）F=3n-2PL-PH

二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)條件（原動(dòng)件數(shù)>F，機(jī)構(gòu)破壞）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)F=3*3-2*4-0=1原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)15/214ab

F=3*4-2*5-0=2原動(dòng)件數(shù)機(jī)構(gòu)自由度原動(dòng)件數(shù)<機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定（任意亂動(dòng)）

16/214機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)條件是：機(jī)構(gòu)自由度數(shù)等于機(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)，既機(jī)構(gòu)有多少個(gè)自由度，就應(yīng)當(dāng)給機(jī)構(gòu)多少個(gè)原動(dòng)件。三、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意問(wèn)題

1．復(fù)合鉸鏈三個(gè)或三個(gè)以上構(gòu)件在同一處組成共軸線轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸鏈，我們稱為復(fù)合鉸鏈（如圖所示）。若有m個(gè)構(gòu)件組成復(fù)合鉸鏈，則復(fù)合鉸鏈處轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)應(yīng)為（m-1）個(gè)。

復(fù)合鉸鏈17/2142．局部自由度機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件具有局部、不影響其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)自由度，同步與輸出運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)自由度我們稱為局部自由度。對(duì)于具有局部自由度機(jī)構(gòu)在計(jì)算自由度時(shí)，不考慮局部自由度。如圖凸輪機(jī)構(gòu)：

如以為：F=3x3-2x3-1=2是錯(cuò)誤。n=2，Pl=2，Ph＝1，由公式得：F=3x2-2x2-1=1。18/214（3）虛約束：在特殊幾何條件下，有些約束所起限制作用是反復(fù)，這種不起獨(dú)立限制作用約束稱為虛約束。

虛約束1虛約束2虛約束2虛約束119/214廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系

第二章平面連桿機(jī)構(gòu)一、定義：若干構(gòu)件通過(guò)低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副）聯(lián)接所組成機(jī)構(gòu)稱作連桿機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)是平面運(yùn)動(dòng)還是空間運(yùn)動(dòng)，連桿機(jī)構(gòu)又能夠分為平面連桿機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件用平面低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副）聯(lián)接而成平面機(jī)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳遞、變換和傳送動(dòng)力。

20/214§2.1平面四桿機(jī)構(gòu)類型及應(yīng)用

在此機(jī)構(gòu)中，AD固定不動(dòng)，稱為機(jī)架；AB、CD兩構(gòu)件與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，稱為連架桿；BC稱為連桿。在連架桿中，能作整周回轉(zhuǎn)構(gòu)件稱為曲柄，而只能在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)構(gòu)件稱為搖桿。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型21/214根據(jù)機(jī)構(gòu)中有沒(méi)有曲柄和有幾個(gè)曲柄，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)又有三種基本形式：

1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：兩連架桿中一種為曲柄而另一種為搖桿機(jī)構(gòu)。雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)當(dāng)曲柄為原動(dòng)件時(shí)，可將曲柄連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿往復(fù)擺動(dòng)，如圖中雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)；反之，當(dāng)搖桿為原動(dòng)件時(shí)，可將搖桿往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍苻D(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示縫紉機(jī)踏板。

雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)22/2142．雙曲柄機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為曲柄四桿機(jī)構(gòu)。可將原動(dòng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)曲柄等速或變速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示慣性篩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；構(gòu)相對(duì)兩桿平行且相等時(shí)，則成為平行四邊形機(jī)構(gòu)，如圖所示。注意：平行四邊形機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)兩曲柄與機(jī)架共線時(shí)，在原動(dòng)件轉(zhuǎn)向不變、轉(zhuǎn)速恒定條件下，從動(dòng)曲柄會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象。能夠在機(jī)構(gòu)中添加飛輪或使用兩組相同機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列。

23/2143．雙搖桿機(jī)構(gòu)：兩連架桿都是搖桿機(jī)構(gòu)，如圖所示鶴式起重機(jī)構(gòu)，確保貨物水平移動(dòng)。24/214二、機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)演化辦法有三種：1）通過(guò)變化構(gòu)件形狀和相對(duì)尺寸進(jìn)行演化，如圖2—8演化；2）通過(guò)變化運(yùn)動(dòng)副尺寸進(jìn)行演化；3）通過(guò)選用不一樣構(gòu)件作為機(jī)架進(jìn)行演化。1．滑塊機(jī)構(gòu)如圖所示，當(dāng)構(gòu)件1能整周回轉(zhuǎn)成為曲柄時(shí)，該機(jī)構(gòu)稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；不然該機(jī)構(gòu)稱為擺桿滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)25/2142．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在圖a所示對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改取構(gòu)件1為機(jī)架，則機(jī)構(gòu)演化為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。圖b。3．曲柄搖塊與曲柄轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)在圖a中若改取構(gòu)件2為機(jī)架，當(dāng)l1<l2時(shí)，隨構(gòu)件1轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊3只在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，該構(gòu)件稱為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)；當(dāng)l1>l2時(shí)，則滑塊3可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，我們稱為曲柄轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)。

4．移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在圖a中，如取滑塊3為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)演化成移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)26/214

§2.3四桿機(jī)構(gòu)特性一、四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本型式區(qū)分在于它連架桿是否為曲柄。并且一般原動(dòng)件為曲柄

。而在四桿機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄，取決于機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間相對(duì)尺寸關(guān)系。

設(shè)a<d，若AB桿能繞A整周回轉(zhuǎn)，則AB桿應(yīng)能夠占據(jù)與AD共線兩個(gè)位置AB’和AB”。由圖可見(jiàn)，為使AB桿能轉(zhuǎn)至位置AB’，各桿長(zhǎng)度應(yīng)滿足：

27/214a+d≤b+c①而為使AB桿能轉(zhuǎn)至AB”，各桿長(zhǎng)度關(guān)系應(yīng)滿足b≤(d-a)+cc≤(d-a)+b

可得：a+b≤d+c②a+c≤d+b③由①②③能夠得出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件為：1）連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿；2）最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和不大于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和。（稱為桿長(zhǎng)條件）

上述兩個(gè)條件必須同步滿足，不然機(jī)構(gòu)不存在曲柄。二、急回特性和行程速比系數(shù)1）當(dāng)積極件曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件搖桿擺回平均速度大于擺出平均速度，搖桿這種運(yùn)動(dòng)特性稱為急回特性

28/2142）行程速比系數(shù)K

當(dāng)機(jī)構(gòu)存在極位夾角θ時(shí)，機(jī)構(gòu)便具有急回運(yùn)動(dòng)特性。且θ角越大，K值越大，機(jī)構(gòu)急回性質(zhì)也越顯著例牛頭刨床機(jī)構(gòu)v2v1K=180＋θ°180－θ°=29/214三、壓力角與傳動(dòng)角

連桿BC與從動(dòng)件CD之間所夾銳角γ稱為四桿機(jī)構(gòu)在此位置傳動(dòng)角。顯然γ越大，有效分力Pt越大，Pn越小，對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)就越有利。因此，在連桿機(jī)構(gòu)中也常用傳動(dòng)角大小及變化情況來(lái)描述機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能優(yōu)劣。為了確保機(jī)構(gòu)傳力性能良好，應(yīng)使γmin≥40～50°

最小傳動(dòng)角確實(shí)定：對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，

γmin出目前積極件曲柄與機(jī)架共線兩位置之一。30/214三、死點(diǎn)如圖：當(dāng)以搖桿CD為積極件，則當(dāng)連桿與從動(dòng)件曲柄共線時(shí)，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角γ＝0°，這時(shí)主動(dòng)件CD通過(guò)連桿作用于從動(dòng)件AB上力正好通過(guò)其回轉(zhuǎn)中心，出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動(dòng)“頂死”現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)這種位置稱為“死點(diǎn)”在工程上，為了使機(jī)構(gòu)能夠順利通過(guò)死點(diǎn)而正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須采取合適措施，如發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝飛輪加大慣性力，或利用機(jī)構(gòu)組合錯(cuò)開死點(diǎn)位置，例如機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)裝置。31/214

不過(guò)，也應(yīng)注意到，在工程上也長(zhǎng)有利用死點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)一定工作要求，例如飛機(jī)起落架、各類夾具中，如下列圖

飛機(jī)起落架32/214

§2.4四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

§2.4四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)辦法有：作圖法、試驗(yàn)法及解析法。圖解法和試驗(yàn)法比較直觀易懂，但設(shè)計(jì)精度要低。解析法精度高，但計(jì)算要復(fù)雜，有時(shí)利用手工幾乎無(wú)法完成。一、按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

33/214二、按給行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)如圖2-21所示，已知搖桿CD長(zhǎng)度及擺角，行程速比系數(shù)K。要求設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。步驟如下：1）由公式，求出極位夾角θ。2）任選固定鉸D位置，并作出搖桿兩極限位置C1D和C2D，夾角為。3）連接C1C2，作∠C1C2O=∠C2C1O=90?-θ，得交點(diǎn)O，以O(shè)為圓心，OC1為半徑作圓。4）在圓上任取一點(diǎn)A為固定鉸。5）連接AC1、AC2，則AC1、AC2分別為曲柄與連桿重迭拉直共線位置，即：AC1=BC-ABAC2=BC+AB可分別求得AB與BC34/214第三章凸輪機(jī)構(gòu)§3.1凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用和分類一．凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架以及從屬裝置組成一種高副機(jī)構(gòu)。其中凸輪是一種具有曲線輪廓構(gòu)件，一般作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)或移動(dòng)。從動(dòng)件在凸輪輪廓控制下，按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律作往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)。如圖所示為以內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪1作等速回轉(zhuǎn)，其輪廓將迫使推桿2作往復(fù)擺動(dòng)，從而使氣門3啟動(dòng)和關(guān)閉，以控制可燃物質(zhì)進(jìn)入氣缸或廢氣排出。由上述例子能夠看出，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律是由凸輪輪廓曲線決定。35/214二、凸輪分類

1．按凸輪形狀分類（1）盤形凸輪：如上圖所示，這種凸輪是一種具有變化向徑盤形構(gòu)件，當(dāng)他繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可推進(jìn)從動(dòng)件在垂直與凸輪軸平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。（2）移動(dòng)凸輪：當(dāng)盤狀凸輪徑向尺寸為無(wú)窮大時(shí)，則凸輪相稱于作直線移動(dòng)，稱作移動(dòng)凸輪。（3）圓柱凸輪：這種凸輪是在圓柱端面上作出曲線輪廓或在圓柱面上開出曲線凹槽。當(dāng)其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可使從動(dòng)件在與圓柱凸輪軸線平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。36/2142．按從動(dòng)件形狀分類可分為三類：（1）尖頂從動(dòng)件：這種從動(dòng)件構(gòu)造簡(jiǎn)單，但尖頂易于磨損（接觸應(yīng)力很高），故只適用于傳力不大低速凸輪機(jī)構(gòu)中。（2）滾子從動(dòng)件：由于滾子與凸輪間為滾動(dòng)摩擦，因此不易磨損，能夠?qū)崿F(xiàn)較大動(dòng)力傳遞，應(yīng)用最為廣泛。（3）平底從動(dòng)件：這種從動(dòng)件與凸輪間作用力方向不變，受力平穩(wěn)。并且在高速情況下，凸輪與平底間易形成油膜而減小摩擦與磨損。其缺陷是：不能與具有內(nèi)凹輪廓凸輪配對(duì)使用；并且，也不能與移動(dòng)凸輪和圓柱凸輪配對(duì)使用。37/214另外，按維持高副接觸分（鎖合）；1）力鎖合→彈簧力、重力2）幾何鎖合：等徑凸輪；等寬凸輪

三、凸輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：長(zhǎng)處：構(gòu)造簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便，可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件任意預(yù)期運(yùn)動(dòng)，因此在機(jī)床、紡織機(jī)械、輕工機(jī)械、印刷機(jī)械、機(jī)電一體化裝配中大量應(yīng)用。缺陷：1）點(diǎn)、線接觸易磨損；2）凸輪輪廓加工困難；3）行程不大。38/214§3.2凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪輪廓形狀取決于從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律基圓——凸輪理論輪廓曲線最小矢徑所作圓。行程——從動(dòng)件由最低點(diǎn)到最高點(diǎn)位移h（式擺角）推程運(yùn)動(dòng)角——從動(dòng)件由最低運(yùn)行到最高位置，凸輪所轉(zhuǎn)過(guò)角?；爻踢\(yùn)動(dòng)角——高——低凸輪轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)角。遠(yuǎn)休止角——從動(dòng)件達(dá)到最高位置停留過(guò)程中凸輪所轉(zhuǎn)過(guò)角。近休止角——從動(dòng)件在最低位置停留過(guò)程中所轉(zhuǎn)過(guò)角。39/214從動(dòng)件位移線圖——從動(dòng)件位移S與凸輪轉(zhuǎn)角（或時(shí)間t）之間對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線

一、等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件開始和最大行程加速度有突變則有很大沖擊。這種沖擊稱剛性沖擊。實(shí)質(zhì)材料有彈性變形不也許達(dá)成，但仍然有強(qiáng)烈沖擊。只適用于低速輕載。

40/214二、等加速度、等減速度加速度有有限突變，柔性沖擊，適用于中等速度輕載三、余弦加速41/214當(dāng)推桿作停、升、停型運(yùn)動(dòng)時(shí)，推桿在O、A兩點(diǎn)位置加速度有突變也有柔性沖擊產(chǎn)生。但對(duì)降、升、降型運(yùn)動(dòng)規(guī)律，則無(wú)沖擊出現(xiàn)。運(yùn)動(dòng)規(guī)律沖

擊推薦應(yīng)用范圍等速運(yùn)動(dòng)1．00∞剛性低速輕載等加速等減速運(yùn)動(dòng)2．004．00柔性中速輕載余弦加速度1．574．93柔性中速中載正弦加速度2．006．28——高速輕載42/214

§3.3凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)

構(gòu)想給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一種公共角速度，使其繞凸輪軸心o轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，我們懂得凸輪與推桿間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系并不發(fā)生變化，但此時(shí)凸輪將靜止不動(dòng)，而推桿則一方面和機(jī)架一起以角速度繞凸輪軸心O轉(zhuǎn)動(dòng)，同步又在其導(dǎo)軌內(nèi)按預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)?？梢?jiàn)，推桿在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中，其尖頂軌跡就是凸輪廓線。利用這種辦法進(jìn)行凸輪設(shè)計(jì)稱為反轉(zhuǎn)法，

43/214一、利用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓1．對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)

（1）選用合適百分比尺，取為半徑作圓；（2）先作對(duì)應(yīng)于推程一段凸輪廓線。為此，根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，將凸輪機(jī)構(gòu)按進(jìn)行反轉(zhuǎn)，此時(shí)凸輪靜止不動(dòng)，而推桿繞凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。按順時(shí)針?lè)较蛳攘砍鐾瞥踢\(yùn)動(dòng)角，再按一定分度值（凸輪精度要求高時(shí)，分度值取小些，反之能夠取小些）將此運(yùn)動(dòng)角提成若干等份，并根據(jù)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律算出各分點(diǎn)時(shí)推桿位移值S。44/214（3）確定推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所占據(jù)每個(gè)位置。為此，根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，從A點(diǎn)開始，將運(yùn)動(dòng)角按順時(shí)針?lè)较虬匆环N分點(diǎn)進(jìn)行等份，則各等份徑向線01，02，……08即為推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中所依次占據(jù)位置。（4）確定出推桿在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中其尖頂所占據(jù)一系列位置。根據(jù)表中所示數(shù)值s，沿徑向等分線由基圓向外量取，得到點(diǎn)，即為推桿在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中其尖頂所占據(jù)一系列位置。（5）用光滑曲線連接，即得推桿升程時(shí)凸輪一段廓線。（6）凸輪再轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，由于推桿停在最高位置不動(dòng)，故該段廓線為一圓弧。以O(shè)為圓心，以為半徑畫一段圓弧。45/2142．對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)對(duì)于這種類型凸輪機(jī)構(gòu)，由于凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滾子（滾子半徑）與凸輪相切點(diǎn)不一定在推桿位置線上，但滾子中心位置始終處在該線，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律與滾子中心一致，因此其廓線設(shè)計(jì)需要分兩步進(jìn)行。（1）將滾子中心看作尖頂推桿尖頂，按前述辦法設(shè)計(jì)出廓線，這一廓線稱為理論廓線。（2）以理論廓線上各點(diǎn)為圓心、以滾子半徑為半徑作一系列圓，這些圓內(nèi)包絡(luò)線即為所求凸輪實(shí)際廓線，如圖所示。

46/214§3.5凸輪機(jī)構(gòu)輪廓校核

一、凸輪機(jī)構(gòu)壓力角和自鎖有用力有害力壓力角——凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件速度方向與該點(diǎn)受力方向夾角稱為壓力角，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)不利。

α

→

αα，則機(jī)構(gòu)自鎖，所謂自鎖即無(wú)論凸輪施加多大力都無(wú)法使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象必須避免。為之必須要求一種許用對(duì)直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)[α]=30~38°擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)[α]=40~50°工作行程[α]=70~80°回程47/214二、滾子半徑選擇：滾子從動(dòng)件凸輪實(shí)際輪廓曲線，是以理論輪廓上各點(diǎn)為圓心作一系列滾子圓包絡(luò)線而形成，滾子選擇不當(dāng)，則無(wú)法滿足運(yùn)動(dòng)規(guī)律。對(duì)于圖b中外凸輪，，則實(shí)際輪廓曲率半徑為零實(shí)際輪廓上將出現(xiàn)尖點(diǎn)。當(dāng)初，這時(shí)實(shí)際輪廓出現(xiàn)交叉，從動(dòng)輪將不能按照預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為“失真”因此，對(duì)于外凸凸輪，應(yīng)使?jié)L子半徑不大于理論輪廓最小曲率半徑。另一方面，要考慮強(qiáng)度、構(gòu)造等原因，滾子半徑也不能太小，一般?。浩渲袨閞b基圓半徑。48/214第四章間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)§4.1棘輪機(jī)構(gòu)一、棘輪機(jī)構(gòu)工作原理曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中：曲柄AB勻速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)→搖桿CD左右擺動(dòng)，當(dāng)搖桿左擺時(shí)，棘爪3插入棘輪2齒內(nèi)推進(jìn)棘輪轉(zhuǎn)過(guò)某一角度。當(dāng)搖桿右擺時(shí)，棘爪3滑過(guò)棘輪2，而棘輪靜止不動(dòng)，往復(fù)循環(huán)。制動(dòng)爪避免棘輪反轉(zhuǎn)。這種有齒棘輪其進(jìn)程變化最少是1個(gè)齒距，且工作時(shí)有響聲。49/214二、棘輪機(jī)構(gòu)其他類型1．摩擦棘輪（無(wú)聲棘輪）由摩擦輪3和搖桿1及由搖桿驅(qū)動(dòng)偏心塊2及制動(dòng)塊4組成。搖桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)2與3間摩擦力，使摩擦輪3轉(zhuǎn)動(dòng)反向時(shí)制動(dòng)塊起作用。由于摩擦傳動(dòng)會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，不適于從動(dòng)件轉(zhuǎn)有要求精確地方。2.可變向棘輪機(jī)構(gòu)棘輪采取矩形齒，棘爪單側(cè)面成90度并可旋轉(zhuǎn)，通過(guò)變化棘爪方向可實(shí)現(xiàn)變向。例如：牛頭刨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)50/214三、棘輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用有齒棘輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠，從動(dòng)棘輪容易實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)整，不過(guò)有噪聲、沖擊，輪齒易摩損，高速時(shí)尤其嚴(yán)重，常用于低速、輕載間歇傳動(dòng)。如：牛頭刨床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和計(jì)數(shù)器起重機(jī)、絞盤常用棘輪機(jī)構(gòu)使提升重物能停在任何位置，以避免由于停電等原因造成事故51/214§4.2槽輪機(jī)構(gòu)一、組成、工作原理1．組成：具有徑向槽槽輪，具有圓銷構(gòu)件，機(jī)架2．工作原理：構(gòu)件1→連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；構(gòu)件2（槽輪）→時(shí)而轉(zhuǎn)動(dòng)，時(shí)而靜止當(dāng)構(gòu)件1圓銷A尚未進(jìn)入槽輪徑向槽時(shí)，槽輪內(nèi)凹鎖住弧被構(gòu)件1外凸圓弧卡住，槽輪靜止不動(dòng)。

52/214當(dāng)構(gòu)件1圓銷A開始進(jìn)入槽輪徑向槽位置，鎖住弧被松開，圓銷驅(qū)使槽輪傳動(dòng)。當(dāng)圓銷開始脫出徑向槽時(shí)，槽輪另一內(nèi)凹鎖住弧又被構(gòu)件1外凸圓弧卡住，槽輪靜止不動(dòng)。二、槽輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用長(zhǎng)處：構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作可靠，能精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度。常用于要求恒定旋轉(zhuǎn)角分度機(jī)構(gòu)中。缺陷：①對(duì)一種已定槽輪機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其轉(zhuǎn)角不能調(diào)整。②在轉(zhuǎn)動(dòng)始、末，加速度變化較大，有沖擊。應(yīng)用：應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高，要求間歇轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中。電影放映機(jī)中，用以間歇地移動(dòng)影片。自動(dòng)機(jī)中自動(dòng)傳送鏈裝置。

53/214第六章齒輪傳動(dòng)§6.1齒輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用和分類

齒輪機(jī)構(gòu)是歷史上應(yīng)用最早傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之一，被廣泛地應(yīng)用于傳遞空間任意兩軸間運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。它與其他機(jī)械傳動(dòng)相比，具有傳遞功率大、效率高、傳動(dòng)比精確、使用壽命長(zhǎng)、工作安全可靠等特點(diǎn)。不過(guò)要求有較高制造和安裝精度，成本較高；不宜在兩軸中心距很大場(chǎng)所使用。一、齒輪傳動(dòng)類型按齒輪軸線位置分：平面齒輪機(jī)構(gòu)（圓柱齒輪）；空間（用來(lái)傳遞兩相交軸或交錯(cuò)軸）平面齒輪機(jī)構(gòu)：1、直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)（直齒輪）——①外嚙合；②內(nèi)嚙合；③齒輪齒條54/214平行軸斜齒齒輪機(jī)構(gòu)（斜一）：①外；②內(nèi)；③齒輪齒條2、空間齒輪機(jī)構(gòu)：圓錐齒輪機(jī)構(gòu)——①直齒；②斜一；③曲線齒交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)：二、基本要求對(duì)齒輪傳動(dòng)提出了以下要求：1、傳動(dòng)平穩(wěn)、可靠，能保證明現(xiàn)瞬時(shí)角速比（傳動(dòng)比）恒定；即對(duì)不一樣用途齒輪，要求不一樣程度工作平穩(wěn)性指標(biāo)，使齒輪傳動(dòng)中產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲在允許范圍內(nèi)，保證機(jī)器正常工作。2、有足夠承載能力。即要求齒輪尺寸小、重量輕，能傳遞較大力，有較長(zhǎng)使用壽命。也就是在工作過(guò)程中不折齒、齒面不點(diǎn)蝕，不產(chǎn)生嚴(yán)重磨損而失效。55/214§6.2齒廓嚙合基本定理對(duì)齒輪傳動(dòng)基本要求之一，是兩齒輪瞬時(shí)角速度之比必須恒定

我們能夠得到齒廓嚙合基本定理：任意一瞬時(shí)互相嚙合傳動(dòng)一對(duì)齒輪，其傳動(dòng)比與兩嚙合齒輪齒廓接觸點(diǎn)公法線分兩輪連心線兩線段長(zhǎng)成正比。若要求兩齒輪傳動(dòng)比為常數(shù)，P點(diǎn)應(yīng)為定點(diǎn)。因此我們得到兩齒輪作定傳動(dòng)比傳動(dòng)齒廓嚙合條件是：兩齒廓在任一位置接觸點(diǎn)處公法線必須與兩齒輪連心線始終交于一固定點(diǎn)。56/214當(dāng)兩輪作定傳動(dòng)比傳動(dòng)時(shí)，節(jié)點(diǎn)P在兩輪運(yùn)動(dòng)平面上軌跡是兩個(gè)圓，我們分別稱其為輪1和輪2節(jié)圓，節(jié)圓半徑分別為和。由于兩節(jié)圓在P點(diǎn)相切，并且P點(diǎn)處兩輪圓周速度相等，即：，故兩齒輪嚙合傳動(dòng)可視為兩輪節(jié)圓在作純滾動(dòng)。目前常用齒廓曲線有漸開線、擺線和變態(tài)擺線等，伴隨生產(chǎn)和科學(xué)發(fā)展，新齒廓曲線將會(huì)不停出現(xiàn)。

§6.3漸開線齒廓一．漸開線形成

直線BC沿一圓周作純滾動(dòng)時(shí)，直線上任意點(diǎn)I軌跡AI，稱為該圓漸開線。這個(gè)圓稱為漸開線基圓，其半徑用表達(dá)。直線NI稱為漸開線發(fā)生線。

57/214二．漸開線特性根據(jù)漸開線形成過(guò)程，可知漸開線具有下列特性：（1）發(fā)生線沿基圓滾過(guò)長(zhǎng)度，等于該基圓上被滾過(guò)圓弧長(zhǎng)度，即。（2）發(fā)生線NI是漸開線在任意點(diǎn)I法線，也就是說(shuō)：漸開線上任意點(diǎn)法線，一定是基圓切線（發(fā)生線）。

（3）發(fā)生線與基圓切點(diǎn)N是漸開線在點(diǎn)I曲率中心，而線段是漸開線在I點(diǎn)曲率半徑。漸開線上越接近基圓點(diǎn)，其曲率半徑越小，漸開線在基圓上點(diǎn)A曲率半徑為零。58/214

（4）同一基圓上任意兩條漸開線之間各處公法線長(zhǎng)度相等。5）漸開線形狀取決于基圓大小。在相同展角處，基圓半徑越大，其漸開線曲率半徑越大，當(dāng)基圓半徑趨于無(wú)窮大時(shí)，其漸開線變成直線。故齒條齒廓就是變成直線漸開線。（6）基圓內(nèi)沒(méi)有漸開線。三、漸開線齒廓嚙合特點(diǎn)1、漸開線齒廓滿足嚙合基本定理并能確保定傳動(dòng)比傳動(dòng)

59/2142、漸開線齒廓傳動(dòng)中心距可分性

漸開線齒輪傳動(dòng)比又與兩輪基圓半徑成反比。，其基圓大小是不變，因此當(dāng)兩輪實(shí)際中心距與設(shè)計(jì)中心距不一致時(shí)，而兩輪傳動(dòng)比卻保持不變。這一特性稱為傳動(dòng)可分性。

60/214

§6.4漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)和幾何尺寸

一．齒輪各部分名稱和符號(hào)其主要包括下列部分。（1）齒頂圓：齒輪所有各齒頂端都在同一種圓上，這個(gè)過(guò)齒輪各齒頂端圓稱作齒頂圓，用表達(dá)其直徑。（2）齒根圓：齒輪所有各齒之間齒槽底部也在同一圓上，這個(gè)圓稱作齒根圓，用表達(dá)其直徑。（3）基圓：前面我們已經(jīng)提到過(guò)這個(gè)圓。也就是形成漸開線基礎(chǔ)圓，其直徑用表達(dá)。（4）分度圓：為便于齒輪幾何尺寸計(jì)算、測(cè)量所要求一種基準(zhǔn)圓，其直徑表達(dá)。61/214（5）齒厚：輪齒在任意圓周上弧長(zhǎng)，用S表達(dá)。（6）齒槽寬：又稱齒間寬，齒槽在任意圓周上弧長(zhǎng)，用e表達(dá)。（7）齒距：任意圓周上相鄰兩齒間同側(cè)齒廓之間弧長(zhǎng)，用P表達(dá)（9）齒頂高：分度圓與齒頂圓之間徑向高度，用表達(dá)。（10）齒根高：分度圓與齒根圓之間徑向高度，用表達(dá)。（11）齒全高：齒頂圓與齒根圓之間徑向高度，用h表達(dá)。

62/214二、齒輪基本參數(shù)

（1）齒數(shù)：在齒輪整個(gè)圓周上輪齒總數(shù)，用z表達(dá)。它將影響傳動(dòng)比和齒輪尺寸。（2）模數(shù)：模數(shù)是分度圓作為齒輪幾何尺寸計(jì)算根據(jù)基準(zhǔn)而引入?yún)?shù)。

m=

（3）壓力角

我們一般所說(shuō)齒輪壓力角是指在分度圓上壓力角，國(guó)標(biāo)（GB1356-88）中要求分度圓壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值，一般情況下為

63/214（4）齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)：為了以模數(shù)m表達(dá)齒輪幾何尺寸，要求齒頂高和齒根高分別為：兩個(gè)參數(shù)也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，其值分別為三、幾何尺寸計(jì)算

如書表6-2（略）64/214§6.5漸開線圓柱直齒輪嚙合傳動(dòng)一、一對(duì)漸開線齒輪正確嚙合條件

兩對(duì)齒分別在K，K’點(diǎn)嚙合，根據(jù)嚙合基本定律（也可根據(jù)漸開線齒廓嚙合特點(diǎn)）K在N1N2上,K’在N1N2上KK’——法向齒距在齒輪1上：KK’=Pb1在齒輪2上：KK’=Pb2∴Pb1=Pb265/214→因此即:正確嚙合條件是二、漸開線齒輪連續(xù)傳動(dòng)條件

對(duì)齒輪嚙合只能推進(jìn)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，而要使齒輪連續(xù)地進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，就必須在前一對(duì)輪齒尚未脫離嚙合時(shí)，后一對(duì)輪齒能及時(shí)地進(jìn)入嚙合。顯然，為此必須使，66/214我們用符號(hào)表達(dá)與比值，稱為重合度一般可在1.1～1.4范圍

三、無(wú)側(cè)隙嚙合條件

在齒輪傳動(dòng)中，為避免或減小輪齒沖擊，應(yīng)使兩輪齒側(cè)間隙為零；而為避免輪齒受力變形、發(fā)熱膨脹以及其他原因引發(fā)輪齒間擠軋現(xiàn)象，兩輪非工作齒廓間又要留有一定齒側(cè)間隙。這個(gè)齒側(cè)間隙一般很小，一般由制造公差來(lái)確保。所以在我們實(shí)際設(shè)計(jì)中，齒輪公稱尺寸是按無(wú)側(cè)隙計(jì)算。

67/214由于輪齒傳動(dòng)時(shí)，僅兩輪節(jié)圓作純滾動(dòng)，故無(wú)側(cè)隙嚙合條件是：一種齒輪節(jié)圓上齒厚等于另一種齒輪節(jié)圓上齒槽寬，即：與一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)外嚙合齒輪傳動(dòng)情況，當(dāng)確保標(biāo)準(zhǔn)頂隙時(shí)，兩輪中心距應(yīng)為

§6.6漸開線齒輪加工辦法一、齒輪加工辦法近代齒輪加工辦法很多，有鑄造法、熱軋法、沖壓法、模鍛法和切齒法等。其中最常用是切削辦法，就其原理能夠概括分為仿形法和范成法兩大類。68/2141．仿形法顧名思義，仿形法就是刀具軸剖面刀刃形狀和被切齒槽形狀相同。其刀具有盤狀銑刀和指狀銑刀等，如圖所示。69/214切削時(shí)，銑刀轉(zhuǎn)動(dòng)，同步毛坯沿它軸線方向移動(dòng)一個(gè)行程，這樣就切出一種齒間，也就是切出相鄰兩齒各一側(cè)齒槽；然后毛坯退回本來(lái)位置，并用分度盤將毛坯轉(zhuǎn)過(guò)，再繼續(xù)切削第二個(gè)齒間（槽）。依次進(jìn)行即可切削出所有輪齒。在加工z不一樣齒輪時(shí)，每一種齒數(shù)齒輪就需要一把銑刀。顯然，這在事實(shí)上是作不到。因此，在工程上加工同樣m與齒輪時(shí)，根據(jù)齒數(shù)不一樣，一般備有8把或15把一套銑刀，來(lái)滿足加工不一樣齒數(shù)齒輪需要。書表6-4。70/2142．范成法（又稱展成法）這種辦法是加工齒輪中最常用一種辦法。利用一對(duì)齒輪互相嚙合傳動(dòng)時(shí)，兩輪齒廓互為包絡(luò)線原理來(lái)加工。將一對(duì)互相嚙合傳動(dòng)齒輪之一變?yōu)榈毒?，而另一種作為輪坯，并使二者仍按原傳動(dòng)比進(jìn)行傳動(dòng)，則在傳動(dòng)過(guò)程中，刀具齒廓便將在輪坯上包絡(luò)出與其共軛齒廓。71/214常用刀具有齒輪插刀、齒條插刀和齒輪滾刀。

72/214二、根切與Zmin用范成法加工齒輪時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)覺(jué)刀具頂部切入了輪齒根部，而把齒根切去了一部分，破壞了漸開線齒廓，如圖所示。這種現(xiàn)象稱為根切。根切齒輪會(huì)削弱輪齒抗彎強(qiáng)度、減少傳動(dòng)重合度和平穩(wěn)性。因此在設(shè)計(jì)制造中應(yīng)力求避免根切。用范成法加工齒輪，若刀具齒頂超出嚙合極限點(diǎn)N1則被切齒輪肯定發(fā)生輪齒根切。73/214不根切條件能夠表達(dá)為，即：此，漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪不根切最少齒數(shù)為

，時(shí)，

74/214

§6.8齒輪傳動(dòng)失效形式及材料一、失效形式齒輪傳動(dòng)失效主要是指齒輪輪齒破壞，主要有下列5種形式：1、輪齒折斷

彎曲疲勞折斷——閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)最主要失效形式。過(guò)載折斷——載荷過(guò)大或脆性材料部分形式：齒根整體折斷——直齒，b較小時(shí)局部折斷——斜齒或偏載時(shí)

75/214提升輪齒抗折斷能力措施：1）

減小齒根應(yīng)力集中（增加齒根過(guò)渡圓角，減少齒根部分表面粗糙度）2）

高安裝精度及支承剛性，避免輪齒偏載，設(shè)計(jì)時(shí)限制齒根彎曲應(yīng)力不大于許用值3）

改善熱處理，使其有足夠齒芯韌性和齒面硬度齒根部分進(jìn)行表面強(qiáng)化處理（噴丸、滾壓）2、齒面疲勞點(diǎn)蝕—閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)主要失效形式收斂性點(diǎn)蝕——開始由于表在粗糙，局部接觸應(yīng)力較大引發(fā)點(diǎn)蝕，過(guò)后經(jīng)跑合，凸起磨平軟齒面逐漸消失擴(kuò)展性點(diǎn)蝕——硬齒面發(fā)生點(diǎn)蝕或軟齒面時(shí)位置：節(jié)線附近76/214原因：1）單齒對(duì)嚙合接觸應(yīng)力較大；2）節(jié)線處相對(duì)滑動(dòng)速度較低，不易形成潤(rùn)滑油膜；3）另外油起到一個(gè)媒介作用，潤(rùn)滑油滲入到微裂紋中，在較大接觸應(yīng)力擠壓下使裂紋擴(kuò)展直至表面金屬剝落。避免措施：1）提升齒面硬度；2）減少表面粗糙度；3）采取角度變位（增加綜合曲率半徑）；4）選用較高粘度潤(rùn)滑油；5）提升精度（加工、安裝）；6）改善散熱。開式齒輪傳動(dòng)由于磨損較快，一般不會(huì)點(diǎn)蝕3、齒面磨損——開式齒輪主要失效形式類型——齒面磨粒磨損

77/214避免措施：1）提升齒面硬度；2）減少表面粗糙度；3）減少滑動(dòng)系數(shù)；4）潤(rùn)滑油定期清潔和更換；5）變開式為閉式。4、齒面膠合——高速重載傳動(dòng)主要失效形式——熱膠合。原因：高速、重載→壓力大，滑動(dòng)速度高→摩擦熱大→高溫→嚙合齒面粘結(jié)（冷焊結(jié)點(diǎn)）→結(jié)點(diǎn)部位材料被剪切→沿相對(duì)滑動(dòng)方向齒面材料被撕裂。低速重載或缺油→冷膠合（壓力過(guò)大、油膜被擠破引起膠合）形式：熱膠合——高速重載；冷膠合——低速重載，缺潤(rùn)滑油78/214避免措施：1）采取抗膠合能力強(qiáng)潤(rùn)滑油（加極壓添加劑）；2）采取角度變位齒輪傳動(dòng)，使滑動(dòng)速度VS下降。3）減小m和齒高h(yuǎn)，減少滑動(dòng)速度VS；4）提升齒面硬度；5）減少表面粗糙度；6）配對(duì)齒輪有合適硬度差；7）改善潤(rùn)滑與散熱條件。5、齒面塑性變形—低速重載軟齒輪傳動(dòng)主要失效形式齒面在過(guò)大摩擦力作用下處于屈服狀態(tài)，產(chǎn)生沿摩擦力方向齒面材料塑性流動(dòng)，從而使齒面正確輪廓曲線被損壞。避免措施：1）提升齒面硬度；2）采取高粘度潤(rùn)滑油或加極壓添加劑79/214二、齒輪材料選擇齒輪材料總體上要考慮避免產(chǎn)生齒面失效和輪齒折斷?；疽螅糊X面要硬，齒芯要韌常用齒輪材料1、鋼——最常用，可通過(guò)熱處理改善機(jī)械性能（1）鍛鋼：軟齒面齒輪（HBS≤350）如45、40Cr熱處理，正火調(diào)質(zhì)，加工辦法，熱處理后精切齒形—8、7級(jí)，適合于對(duì)精度、強(qiáng)度和速度要求不高齒輪傳動(dòng)（2）鑄鋼——用于尺寸較大齒輪，需正火和退火以消除鑄造應(yīng)力。強(qiáng)度稍低80/214硬齒面齒輪（HBS>350）（是發(fā)展趨勢(shì)）20Cr，20CrMnTi，40Cr，30CrMoAlA，表面淬火，滲碳淬火，氮化和氰化，先切齒→表面硬化→磨齒精切齒形→5、6級(jí)適合于高速、重載及精密機(jī)械（如精密機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等）2、鑄鐵——脆、機(jī)械強(qiáng)度，抗沖擊和耐磨性較差，但抗膠合和點(diǎn)蝕能力較強(qiáng)，用于工作平穩(wěn)、低速和小功率場(chǎng)所。鑄鐵：灰鑄鐵；球墨鑄鐵——有較好機(jī)械性能和耐磨性3、非金屬材料——工程塑料（ABS、尼龍）、夾布膠木81/214§6.9直齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)一、受力分析

在不計(jì)及齒面摩擦力時(shí)，即為作用于齒面法線方向上法向載荷Fn。漸開線齒形任何一點(diǎn)上法線均與基圓相切，如圖所示。則小齒輪名義轉(zhuǎn)距T為二、計(jì)算載荷考慮原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)不平穩(wěn)，輪齒嚙合時(shí)產(chǎn)生動(dòng)載荷，

82/214應(yīng)對(duì)名義載荷進(jìn)行修正Fnc=KFn系數(shù)K可由表6-7查得。三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算——避免彎曲疲勞折斷其根據(jù)是材料力學(xué)中懸臂梁應(yīng)力分析。齒根上彎矩最大，輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度齒根處最弱即83/214校核公式

設(shè)計(jì)公式Y(jié)Fa——齒形系數(shù)，只與齒形有關(guān)令——齒寬系數(shù)

84/214四、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算直齒圓柱齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算是避免齒面點(diǎn)蝕破壞計(jì)算辦法，其理論根據(jù)是兩平行圓柱體接觸應(yīng)力理論

接觸應(yīng)力

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒輪，，

，校核公式85/214設(shè)計(jì)公式五、齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算說(shuō)明

1、彎曲強(qiáng)度計(jì)算，要求，，）對(duì)大小齒輪，其他參數(shù)均相同只有不一樣，應(yīng)將其中較大者代入計(jì)算。2、接觸強(qiáng)度計(jì)算公式中，，許用值取小。3、輪齒面——按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度硬齒面——按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度86/214六、參數(shù)選擇

1、齒數(shù)Z1

閉式軟齒面齒輪（點(diǎn)蝕）→Z1可取多某些（20~40閉式硬齒面齒輪（彎曲疲勞）→a一定期，宜取Z1少某些（使m↑），Z1=17~202、許用彎曲應(yīng)力3、許用接觸應(yīng)力

87/2144、傳動(dòng)比單級(jí)閉式傳動(dòng)，一般?。ㄖ饼X）、（斜齒

§6.10斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)

一．齒面形成及嚙合特點(diǎn)斜齒圓柱齒輪齒面形成原理與直齒輪相同，所不一樣是直線與軸線不平行，而有一種夾角

88/214嚙合特點(diǎn)：1）當(dāng)兩直齒輪嚙合時(shí)，其齒面接觸線是與整個(gè)齒輪軸線平行直線。因此，直齒輪嚙合時(shí)，整個(gè)齒寬同步進(jìn)入和退出嚙合，因此容易引發(fā)沖擊、振動(dòng)和噪聲，從而影響傳動(dòng)平穩(wěn)性，不宜于高速傳動(dòng)。2）當(dāng)兩斜齒輪嚙合時(shí)，由于輪齒傾斜，一端先進(jìn)入嚙合，另一端后進(jìn)入嚙合，其接觸線由短變長(zhǎng)，再由長(zhǎng)變短，極大地減少?zèng)_擊、振動(dòng)和噪聲，改善了傳動(dòng)平穩(wěn)性。相對(duì)于直齒輪而言更適合高速傳動(dòng)。3）斜齒圓柱齒輪相對(duì)于直齒圓柱齒輪而言，能夠增大重合度、減少根切齒數(shù)，能夠提升齒輪承載能力，減小結(jié)構(gòu)尺寸。89/214二、斜齒輪基本參數(shù)及尺寸計(jì)算1．法面模數(shù)與端面模數(shù)

由上面兩式能夠得到

因此一般90/2142．法面壓力角與端面壓力角3．法面、端面齒高系數(shù)與頂隙系數(shù)式中、為標(biāo)準(zhǔn)值。三．斜齒圓柱齒輪幾何尺寸計(jì)算見(jiàn)教材表(6-13)。其中尤其要注意：公式中法面參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。91/214四、斜齒圓柱齒輪當(dāng)量齒數(shù)

為確定當(dāng)量齒數(shù)，如圖所示。過(guò)斜齒輪分度圓上C點(diǎn)，作斜齒輪法面剖面，得到一橢圓。該剖面上C點(diǎn)附近齒型能夠視為斜齒輪法面齒型。以橢圓上點(diǎn)C曲率半徑作為虛擬直齒輪分度圓半徑，并設(shè)該虛擬直齒輪模數(shù)和壓力角分別等于斜齒輪法面模數(shù)和壓力角，該虛擬直齒輪即為當(dāng)量齒輪，其齒數(shù)即為當(dāng)量齒數(shù)。92/214五、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)正確嚙合條件

§6.11直齒圓錐齒輪傳動(dòng)圓錐齒輪機(jī)構(gòu)主要用來(lái)傳遞兩相交軸之間運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,如圖6-44。圓錐齒輪輪齒是分布在一種截錐體上，

93/214一對(duì)圓錐齒輪兩軸之間夾角可根據(jù)傳動(dòng)需要來(lái)決定。但一般情況下，工程上多采取是傳動(dòng)一、直齒圓錐齒輪齒廓形成錐齒輪齒廓是發(fā)生面S在基圓錐上作純滾動(dòng)時(shí)形成，發(fā)生面上K點(diǎn)將在空間展開成一漸開線AK。顯然，漸開線是在以錐頂O為中心，錐距R為半徑球面上。背錐是過(guò)錐齒輪大端，其母線與錐齒輪分度圓錐母線垂直圓錐。將兩錐齒輪大端球面漸開線齒廓向兩背錐上投影，得到近似漸開線齒廓。接下來(lái)將兩背錐展成兩扇形齒輪，構(gòu)想把扇形齒輪補(bǔ)足成一種完整圓柱齒輪。該假想圓柱齒輪稱作圓錐齒輪當(dāng)量齒輪

94/214齒數(shù)稱作圓錐齒輪當(dāng)量齒數(shù)，用表達(dá)四、直齒圓錐齒輪傳動(dòng)參數(shù)及幾何尺寸

1．基本參數(shù)

壓力角一般為圓錐齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比為

2．幾何參數(shù)計(jì)算書表6-15

95/2146.12齒輪構(gòu)造設(shè)計(jì)及齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑一、齒輪構(gòu)造設(shè)計(jì)1、齒輪軸當(dāng)齒輪齒根直徑與軸徑很接近時(shí)，如圖，能夠?qū)X輪與軸作成一體，稱為齒輪軸96/2142、實(shí)體式齒輪齒頂圓直徑不大于160mm（當(dāng)輪緣內(nèi)徑D與輪轂外徑相差不大時(shí)，而輪轂長(zhǎng)度要大于等于1.6倍軸徑尺寸）時(shí)能夠采取這種實(shí)體式構(gòu)造，如圖所示3、腹板式構(gòu)造當(dāng)直徑大于160mm時(shí)，為了減輕重量，節(jié)省材料，同步由于不易鍛出輻條，常采取腹板式構(gòu)造97/2144、對(duì)于齒輪齒頂圓直徑不大于500mm齒輪，一般采取鍛或鑄造輪輻式

98/214二、齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑

1、潤(rùn)滑辦法及油量選擇開式齒輪傳動(dòng)速度較低，一般采取潤(rùn)滑脂或定期滴油潤(rùn)滑。閉式齒輪傳動(dòng)常利用浸油法或噴油法潤(rùn)滑：1）浸油法：大齒輪浸入一種齒高，對(duì)于多級(jí)齒輪傳動(dòng)高速級(jí)，能夠采取帶油輪。由于大齒輪或帶油輪能夠?qū)⒂蛶?，濺落到被潤(rùn)滑處，也稱為飛濺潤(rùn)滑。此時(shí)要求齒輪線速度不高于。對(duì)于單級(jí)，每傳遞1Kw功率約需要0.35L或更多油量，多級(jí)傳動(dòng)能夠按百分比（級(jí)數(shù)）增加。99/2142）噴油潤(rùn)滑：在線速度超出上述數(shù)值使用時(shí)，要求齒輪寬度大時(shí)增加噴嘴數(shù)目。在節(jié)圓線速度不大于時(shí)，直接由進(jìn)入嚙合一側(cè)向嚙合處噴油。油量按10mm齒寬用0.45L/min或者每千瓦用8.5L/s來(lái)計(jì)算，噴油壓力一般為0.01～0.2MPa。對(duì)于非金屬齒輪，載荷較小時(shí)能夠不進(jìn)行潤(rùn)滑。有時(shí)也可加入適量油以改善摩擦性能，提升承載能力，或改善材料使其具有自潤(rùn)滑能力。2）潤(rùn)滑劑選擇潤(rùn)滑劑有三大類：（1）液體潤(rùn)滑劑（常用）（2）潤(rùn)滑脂：用于低速傳動(dòng)，無(wú)法使用液體潤(rùn)滑劑時(shí)使用。（3）固體潤(rùn)滑劑：其使用取決于使用條件及工藝水平。

100/214第七章蝸桿傳動(dòng)§7.1蝸桿傳動(dòng)類型和特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿和蝸輪組成。常用于交錯(cuò)軸∑＝90°兩軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。一般蝸桿為積極件，作減速運(yùn)動(dòng)。

一、蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)與齒輪傳動(dòng)相比較，蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大，在動(dòng)力傳遞中傳動(dòng)比在8～100之間，在分度機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)比能夠達(dá)成1000；傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低；構(gòu)造緊湊；在一定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖等長(zhǎng)處而得到廣泛使用。

101/214但蝸桿傳動(dòng)有效率低、發(fā)熱量大和磨損嚴(yán)重，渦輪齒圈部分經(jīng)常用減磨性能好有色金屬（如青銅）制造，成本高等缺陷。二、蝸桿傳動(dòng)類型

按蝸桿分度曲面形狀不一樣，蝸桿傳動(dòng)能夠分為：圓柱蝸桿傳動(dòng)（如圖a）、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（如圖b）、錐蝸桿傳動(dòng)（如圖c）三種類型。

102/2141、圓柱蝸桿傳動(dòng)圓柱蝸桿傳動(dòng)能夠分為一般圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)

一般圓柱蝸桿傳動(dòng)根據(jù)齒廓曲線主要分為三種：

阿基米德圓柱蝸桿（ZA蝸桿）

漸開線圓柱蝸桿（ZI蝸桿）

法向直廓圓柱蝸桿（ZN蝸桿）本章只討論阿基米德圓柱蝸桿，加工時(shí)，梯形車刀切削刃頂平面通過(guò)蝸桿軸線，在軸向剖面具有直線齒廓，法向剖面N-N上齒廓為外凸線，端面上齒廓為阿基米德螺線。這種蝸桿切制簡(jiǎn)單，但難以用砂輪磨削出精確齒形，精度較低。103/214§7.2蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)和幾何尺寸如圖所示，在中間平面上，一般圓柱蝸桿傳動(dòng)就相當(dāng)于齒條與齒輪嚙合傳動(dòng)故此，在設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，均取中間平面上參數(shù)（如模數(shù)、壓力角）和尺寸（如齒頂圓、分度圓等）為基準(zhǔn)，并沿用齒輪傳動(dòng)計(jì)算關(guān)系，

104/214一、主要參數(shù)

1、模數(shù)m和壓力角蝸桿傳動(dòng)尺寸計(jì)算與齒輪傳動(dòng)同樣，也是以模數(shù)m作為計(jì)算主要參數(shù)。在中間平面內(nèi)蝸桿傳動(dòng)相稱于齒輪和齒條傳動(dòng)，蝸桿軸向模數(shù)和軸向壓力角分別與渦輪端面模數(shù)和端面壓力角相等，為此將此平面內(nèi)模數(shù)和壓力角要求為標(biāo)準(zhǔn)值，標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)見(jiàn)書中所附表格，標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°。

2、蝸桿頭數(shù)z1和傳動(dòng)比蝸桿頭數(shù)z1可根據(jù)要求和傳動(dòng)比和效率來(lái)選定。單頭蝸桿傳動(dòng)傳動(dòng)比能夠較大，但效率較低。假如要提升效率，應(yīng)增加蝸桿頭數(shù)。但蝸桿頭數(shù)過(guò)多，又會(huì)給加工帶來(lái)困難。因此，一般蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。105/214一般蝸桿為積極件，蝸桿與蝸輪之間傳動(dòng)比為其中：z2為蝸輪齒數(shù)3、導(dǎo)程角γ蝸桿直徑系數(shù)q和蝸桿頭數(shù)z1選定之后，蝸桿分度圓柱上導(dǎo)程角γ也就確定了

106/2144、蝸桿分度圓直徑d1在蝸桿傳動(dòng)中，為了確保蝸桿與配對(duì)蝸輪正確嚙合，常用與蝸桿相同尺寸蝸輪滾刀來(lái)加工與其配正確渦輪。這樣，只要有一種尺寸蝸桿，就需要一種對(duì)應(yīng)蝸輪滾刀。對(duì)于同一模數(shù)，能夠有很多不一樣直徑蝸桿，因而對(duì)每一模數(shù)就要配備很多蝸輪滾刀。顯然，這樣很不經(jīng)濟(jì)。為了限制蝸輪滾刀數(shù)目及便于滾刀標(biāo)準(zhǔn)化，就對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)要求了一定數(shù)量蝸桿分度圓直徑d1，而把比值稱為蝸桿直徑系數(shù)。5、蝸桿傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)中心距

107/214§7.3蝸桿傳動(dòng)失效形式、材料和構(gòu)造一、蝸桿傳動(dòng)失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

和齒輪傳動(dòng)同樣，蝸桿傳動(dòng)失效形式主要有：膠合、磨損、疲勞點(diǎn)蝕和輪齒折斷等。由于蝸桿傳動(dòng)嚙合面間相對(duì)滑動(dòng)速度較大，效率低，發(fā)熱量大，再潤(rùn)滑和散熱不良時(shí)，膠合和磨損為主要失效形式。

蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：閉式蝸桿傳動(dòng)按蝸輪輪齒齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核，并進(jìn)行熱平衡驗(yàn)算；開式蝸桿傳動(dòng)，按確保齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。108/214二、蝸桿和蝸輪材料

由失效形式懂得，蝸桿、蝸輪材料不但要求有足夠強(qiáng)度，更主要是具有良好磨合（跑合）、減磨性、耐磨性和抗膠合能力等。蝸桿一般是用碳鋼或合金鋼制成：一般不太主要低速中載蝸桿，可采取40、45鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。高速重載蝸桿常用15Cr或20Cr、20CrMnTi等，并經(jīng)滲碳淬火。

蝸輪材料為鑄造錫青銅（ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5），鑄造鋁鐵青銅（ZCuAl1010Fe3）及灰鑄鐵（HT150、HT200）等。錫青銅耐磨性最佳，但價(jià)格較高，用于滑動(dòng)速度大于3m/s主要傳動(dòng)；109/214鋁鐵青銅耐磨性較錫青銅差某些，但價(jià)格便宜，一般用于滑動(dòng)速度不大于4m/s傳動(dòng)；假如滑動(dòng)速度不高（小于2m/s），對(duì)效率要求也不高時(shí)，能夠采取灰鑄鐵§7.3蝸桿傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算一、受力分析1、蝸輪轉(zhuǎn)向判斷

蝸桿蝸輪轉(zhuǎn)向關(guān)系能夠用“積極輪左（右）手法則”判斷，即蝸桿為右（左）旋時(shí)用右（左）手，并以四指彎曲方向表達(dá)蝸桿轉(zhuǎn)向，則拇指所指反方向?yàn)槲佪喩瞎?jié)點(diǎn)速度方向。110/2142、輪齒上作用力蝸桿傳動(dòng)受力與斜齒圓柱齒輪相同，弱不計(jì)齒面間摩擦力蝸桿作用于蝸輪齒面上法向力Fn2在節(jié)點(diǎn)C處能夠分解成三個(gè)互相垂直分力

111/214二、強(qiáng)度計(jì)算

蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式和斜齒圓柱齒輪相似，也是以節(jié)點(diǎn)嚙合處對(duì)應(yīng)參數(shù)歹徒赫茲公式導(dǎo)出。當(dāng)用青銅蝸輪和鋼蝸桿配用時(shí)，蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式為：設(shè)計(jì)公式為：K為載荷系數(shù)，一般取K=1.1～1.3。當(dāng)載荷平穩(wěn)，蝸桿圓周速度不大于3m/s，7級(jí)以上精度時(shí)取小值，不然取大值。

112/214§7.5蝸桿傳動(dòng)效率、潤(rùn)滑及熱平衡計(jì)算

一、傳動(dòng)效率閉式蝸桿傳動(dòng)總效率包括：輪齒嚙合效率、軸承摩擦效率（0.98～0.995）和攪油損耗效率（0.96～0.99），即：=當(dāng)蝸桿積極時(shí)，可近似按螺旋副效率

閉式傳動(dòng)，當(dāng)z1＝1時(shí)，＝0.7～0.75；當(dāng)z1＝2時(shí)，＝0.75～0.82；當(dāng)z1＝4時(shí)，＝0.87～0.92；自鎖時(shí)<0.5開式傳動(dòng)，當(dāng)z1＝1、2時(shí)，＝0.6～0.7；113/214二、潤(rùn)滑由于蝸桿傳動(dòng)時(shí)相對(duì)滑動(dòng)速度大、效率低、發(fā)熱量大，故潤(rùn)滑尤其主要。對(duì)于閉式蝸桿傳動(dòng)，根據(jù)工作條件和滑動(dòng)速度參照表格中推薦值選定潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑方式。

當(dāng)采取油池潤(rùn)滑時(shí)，在攪油損失不大情況下，應(yīng)有合適油量，以利于形成動(dòng)壓油膜，且有助于散熱。對(duì)于下置式或側(cè)置式蝸桿傳動(dòng)，浸油深度應(yīng)為蝸桿一種齒高；當(dāng)蝸桿圓周轉(zhuǎn)速大于4m/s時(shí)，為減少攪油損失，常將蝸桿上置，其浸油深度約為蝸輪外徑三分之一。

114/214三、熱平衡計(jì)算

由于蝸桿傳動(dòng)效率較低，發(fā)熱量大，潤(rùn)滑油溫升增加，粘度下降，潤(rùn)滑狀態(tài)惡劣，造成齒面膠合失效。因此對(duì)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)蝸桿傳動(dòng)必須作熱平衡計(jì)算。摩擦損耗功率為箱體外壁散發(fā)熱量折合相稱功率為熱平衡條件是：

即為箱體表面散熱系數(shù)，一般?。?.5～17.5W/(m2·°C)A為箱體散熱面積（m2）

115/214復(fù)習(xí)：在齒輪傳動(dòng)中傳動(dòng)比是很主要一種參數(shù)一對(duì)齒輪傳動(dòng)比計(jì)算公式：不過(guò)實(shí)際應(yīng)用中往往是多種齒輪組成一種系統(tǒng)，這些齒輪傳動(dòng)例如何計(jì)算呢？116/214

§8-1輪系類型與應(yīng)用一、輪系分類1．定軸輪系輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，假如各齒輪軸線位置都固定不動(dòng)，則稱之為定軸輪系（或稱為一般輪系）。2143第八章輪系117/2142．周轉(zhuǎn)輪系輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，最少有一種齒輪軸線位置不固定，而是繞某一固定軸線回轉(zhuǎn)，則稱該輪系為周轉(zhuǎn)輪系。按照自由度數(shù)目不同，又可將周轉(zhuǎn)輪系分為兩類：1）差動(dòng)輪系自由度為2系桿中心輪（積極）行星輪行星輪系桿中心輪（積極）118/214２）行星輪系自由度為１行星輪系桿中心輪（積極）中心輪（固定）119/214二、輪系功用1．實(shí)現(xiàn)相距較遠(yuǎn)兩軸之間傳動(dòng)120/2142．實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)121/2143．實(shí)現(xiàn)變速變向傳動(dòng)122/2144．實(shí)現(xiàn)大速比和大功率傳動(dòng)兩組輪系傳動(dòng)比相同，不過(guò)構(gòu)造尺寸不一樣123/2145．實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)合成與分解運(yùn)動(dòng)輸入運(yùn)動(dòng)輸出124/214§8-2定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算定軸輪系傳動(dòng)比輸入軸與輸出軸之間傳動(dòng)比為:輪系中各對(duì)嚙合齒輪傳動(dòng)比大小為：一般定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式為：125/214傳動(dòng)比計(jì)算中要注意兩個(gè)問(wèn)題：一、主從動(dòng)齒輪判斷辦法：根據(jù)齒輪間嚙合關(guān)系寫出傳動(dòng)線1—2—33‘==—4==4‘—5主從主從主從主從126/214二、如何確定平面定軸輪系中轉(zhuǎn)向關(guān)系？一對(duì)外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)兩輪轉(zhuǎn)向相反，其傳動(dòng)比前應(yīng)加“－”號(hào)一對(duì)內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)兩輪轉(zhuǎn)向相同，其傳動(dòng)比前應(yīng)加“+”號(hào)該輪系中有3對(duì)外嚙合齒輪，則其傳動(dòng)比公式前應(yīng)加(

1)3

若傳動(dòng)比計(jì)算成果為正，則表達(dá)輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)向相同，為負(fù)則表達(dá)轉(zhuǎn)向相反。127/214如何確定空間定軸輪系中轉(zhuǎn)向關(guān)系？空間定軸輪系傳動(dòng)比前“+”、“－”號(hào)沒(méi)有實(shí)際意義空間定軸輪系中具有軸線不平行齒輪傳動(dòng)不平行不平行“+”、“－”不能表達(dá)不平行軸之間轉(zhuǎn)向關(guān)系128/214如何表達(dá)一對(duì)平行軸齒輪轉(zhuǎn)向？機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖投影方向齒輪回轉(zhuǎn)方向線速度方向用線速度方向表達(dá)齒輪回轉(zhuǎn)方向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖投影方向129/214如何表達(dá)一對(duì)圓錐齒輪轉(zhuǎn)向？

向方影投齒輪回轉(zhuǎn)方向線速度方向表達(dá)齒輪回轉(zhuǎn)方向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖投影線速度方向用線速度方向表達(dá)齒輪回轉(zhuǎn)方向130/214如何表達(dá)蝸桿蝸輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)向？向方影投蝸桿回轉(zhuǎn)方向蝸輪回轉(zhuǎn)方向蝸桿上一點(diǎn)線速度方向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖右旋蝸桿表達(dá)蝸桿、蝸輪回轉(zhuǎn)方向蝸桿旋向影響蝸輪回轉(zhuǎn)方向131/214如何判斷蝸桿、蝸輪轉(zhuǎn)向？右旋蝸桿左旋蝸桿以左手握住蝸桿，四指指向蝸桿轉(zhuǎn)向，則拇指指向?yàn)閲Ш宵c(diǎn)處蝸輪線速度方向。左手規(guī)則右手規(guī)則以右手握住蝸桿，四指指向蝸桿轉(zhuǎn)向，則拇指指向?yàn)閲Ш宵c(diǎn)處蝸輪線速度方向。蝸桿轉(zhuǎn)向132/214例題

機(jī)床變速箱，通過(guò)中間軸上雙聯(lián)齒輪3、4和5、6能夠?qū)崿F(xiàn)四檔轉(zhuǎn)速。已知各齒輪齒數(shù)按次序?yàn)?0、40、44、24、20、25、50、45求各檔傳動(dòng)比？解：1、分析傳動(dòng)，寫出嚙合次序線2、分清主從，計(jì)算傳動(dòng)比檔位嚙合線傳動(dòng)比12341—3==5—72—4==5—71—3==6—82—4==6—8iⅠⅢ=（-1）2.(z3.z7./z1.z5)=5.5iⅠⅢ=（-1）2.(z3.z8./z1.z6)=3.96iⅠⅢ=（-1）2.(z4.z7./z2.z5)=1.5iⅠⅢ=（-1）2.(z4.z8./z2.z6)=1.08133/214總結(jié)：1、輪系分類：定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系2、輪系功能：遠(yuǎn)距傳輸、分路傳動(dòng)、變速變向、大功率達(dá)速度傳動(dòng)、運(yùn)動(dòng)合成份解3、定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算：計(jì)算公式：從動(dòng)/積極方向判斷（-1）n

或箭頭作業(yè)：習(xí)題7.5134/214第九章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)§9.1常用螺紋一、螺紋形成

把一銳角為ψ直角三角形繞到始終徑為d圓柱體上，繞時(shí)底邊與圓柱底邊重合，則斜邊就在圓柱體上形成一條空間螺旋線。如用一種平面圖形K（如三角形）沿螺旋線運(yùn)動(dòng)并使K平面始終通過(guò)圓柱體軸線YY-這樣就組成了三角形螺紋。同樣變化平面圖形K，同樣可得到矩形、梯形、鋸齒形、圓弧形（管螺紋）135/214二、螺紋種類136/214三、螺紋主要參數(shù)

1.大徑d（D）：螺紋最大直徑在標(biāo)準(zhǔn)中也作公稱直徑。2.小徑d1(D1)：即螺紋最小直徑3.中徑d2——在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處假想圓柱面直徑，近似等于螺紋平均直徑d2≈0.5(d+d1)4.螺距P——相鄰兩牙在中徑圓柱面母線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間軸向距離5.導(dǎo)程（S）——同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面母線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間軸向距離

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6.線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n≤4螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：L=nP7.螺旋升角ψ：中徑圓柱上，螺旋線切線與垂直于螺紋軸線平面夾角

8.牙型角α：螺紋牙型兩側(cè)邊夾角。四、常用螺紋特點(diǎn)應(yīng)用1、三角形螺紋（一般螺紋）牙型角為60o，能夠分為粗牙和細(xì)牙，粗牙用于一般聯(lián)接；與粗牙螺紋相比，細(xì)牙由于在相同公稱直徑時(shí)，螺距小，螺紋深度淺，導(dǎo)程和升角也小，自鎖性能好，宜用于薄壁零件和微調(diào)裝置。138/2142、管螺紋多用于有緊密性要求管件聯(lián)接，牙型角為55o，公稱直徑近似于管子內(nèi)徑，屬于細(xì)牙三角螺紋。3、梯形螺紋牙型角為30o，是應(yīng)用最為廣泛傳動(dòng)螺紋。4、鋸齒型螺紋兩側(cè)牙型角分別為3o和30o，3o一側(cè)用來(lái)承受載荷，可得到較高效率；30o一側(cè)用來(lái)增加牙根強(qiáng)度。適用于單向受載傳動(dòng)螺紋。5、矩形螺紋牙型角為0o，適于作傳動(dòng)螺紋139/214§9.2螺旋副受力分析、效率和自鎖

一、矩形螺紋

螺旋副是由外螺紋（螺桿）和內(nèi)螺紋組成運(yùn)動(dòng)副，通過(guò)簡(jiǎn)化能夠看作推進(jìn)滑塊（重物）沿螺紋表面運(yùn)動(dòng)（如圖所示）將矩形螺紋沿中徑d2處展開得一傾斜角為λ（即螺紋升角）斜面，斜面上滑塊代表螺母，螺母和螺桿相對(duì)運(yùn)動(dòng)能夠看作滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)。

140/214滑塊在斜面上等速上升時(shí)。當(dāng)量摩擦角滑塊沿斜面等速下降時(shí)，摩擦力向上

由公式可知，若λ≤，說(shuō)明此時(shí)無(wú)論軸向載荷有多大，滑塊（即螺母）都不能沿斜面運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為自鎖螺旋副效率

141/214§9.3螺紋聯(lián)接基本類型和及預(yù)緊和防松一、螺紋聯(lián)接主要類型

1、螺栓聯(lián)接一般螺栓聯(lián)接——被聯(lián)接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過(guò)通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，構(gòu)造簡(jiǎn)單，裝折方便，可多種裝拆，應(yīng)用較廣。142/2142、雙頭螺栓聯(lián)接——螺桿兩端無(wú)釘頭，但都有螺紋，裝配時(shí)一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時(shí)。折裝時(shí)只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯(lián)接件中擰出。3、螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接——適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況。143/2144、緊定螺釘聯(lián)接——擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件對(duì)應(yīng)缺口中以固定零件相對(duì)位置?？蓚鬟f不大軸向力或扭二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件1．螺栓螺栓頭部有多種不一樣形狀，不過(guò)我們最常見(jiàn)是六角頭，為了滿足工程上不一樣需要，六角頭又有標(biāo)準(zhǔn)六角頭和小六角頭。一般情況下我們使用標(biāo)準(zhǔn)六角頭，在空間尺144/214寸受到限制地方使用小六角頭螺栓。不過(guò)，小六角頭螺栓支承面積較小，假如用于經(jīng)常拆卸場(chǎng)所時(shí)，螺栓頭棱角也易于磨圓。2．雙頭螺柱雙頭螺柱兩端都制有螺紋，兩端螺紋能夠相同，也能夠不一樣。其安裝方式是一端旋入被聯(lián)接件螺紋孔中，另一端用來(lái)安裝螺母。145/2143.螺釘螺釘頭部有多種形狀。為了明確表達(dá)螺釘特點(diǎn)，所以一般以其頭部形狀來(lái)命名。4．緊定螺釘緊定螺釘工作面是在末端，因此對(duì)于主要緊定螺釘需要淬火硬化后才能滿足要求。146/2145．螺母與墊圈螺母是和螺栓相配套標(biāo)準(zhǔn)零件，其外形有：六角形、圓形、方形其厚度有厚、標(biāo)準(zhǔn)和扁，其中以標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用最廣墊圈最常見(jiàn)有平墊和彈簧墊兩種。平墊主要是為了增加支承面積。彈簧墊主要是用于避免螺母和其他緊固件自動(dòng)松脫。因此凡是有振動(dòng)地方又未采取其他防松措施時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)上都應(yīng)當(dāng)加裝彈簧墊。

147/214三、螺紋聯(lián)接預(yù)緊

在零件未受工作載荷前需要將螺母擰緊，使組成聯(lián)接所有零件都產(chǎn)生一定彈性變形（螺栓伸長(zhǎng)、被聯(lián)接件壓縮），從而能夠有效地確保聯(lián)接可靠。這樣，各零件在承受工作載荷前就受到了力作用，這種方式就稱為預(yù)緊，這個(gè)預(yù)加作用力就稱為預(yù)緊力。對(duì)于主要螺栓聯(lián)接，在裝配時(shí)需要控制預(yù)緊力擰緊力矩為148/214四、螺紋聯(lián)接防松一般來(lái)說(shuō)，聯(lián)接螺紋具有一定自鎖性。不過(guò)，工作條件地存在沖擊、振動(dòng)、變載荷作用。在這些工況條件下，螺紋副之間摩擦力會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)消失或減小現(xiàn)象；同步在高溫或溫度變化比較大場(chǎng)所，材料會(huì)發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛，也會(huì)使摩擦力減小。在數(shù)次作用下，就會(huì)造成聯(lián)接逐漸松脫。

常用防松辦法有三種：摩擦防松、機(jī)械防松和永久防松。

1、摩擦防松1）彈簧墊片防松彈簧墊圈材料為彈簧鋼，裝配后墊圈被壓平，其反彈力能使螺紋間保持壓緊力和摩擦力，從而實(shí)現(xiàn)防松。149/2142）對(duì)頂螺母防松利用螺母對(duì)頂作用使螺栓式中受到附加拉力和附加摩擦力。由于多用一個(gè)螺母，并且工作不十分可靠，目前已經(jīng)和少