機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 陶松橋第4版-教案全套 單元1-12 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)概論-機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

單元一機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)概論1.1機(jī)械的概念機(jī)器的特征：1、是一種人為的實(shí)物組合；2、各部分形成運(yùn)動(dòng)單元，各單元之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；3、能實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換或完成有用的機(jī)械功。當(dāng)具備上述三個(gè)特征的稱為機(jī)器，僅具備前兩個(gè)特征的稱為機(jī)構(gòu)。構(gòu)件：組成各個(gè)機(jī)械的各個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)物，是運(yùn)動(dòng)的單元體。零件：機(jī)械中不可拆的制造單元，是機(jī)械制造中的單元體。工作過(guò)程：活塞下行，進(jìn)氣閥打開(kāi)，燃?xì)獗晃肫谆钊闲?，進(jìn)氣閥關(guān)閉，壓縮燃?xì)恻c(diǎn)火后燃?xì)馊紵蛎?，推?dòng)活塞下行，經(jīng)連桿帶動(dòng)曲軸輸出轉(zhuǎn)動(dòng)活塞上行，排氣閥打開(kāi)，排出廢氣1、機(jī)構(gòu)的分析（1）機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析研究機(jī)構(gòu)的組成原理，即機(jī)構(gòu)組成的一般規(guī)律。研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可能性與確定性的條件。（2）機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析研究在給定原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的條件下，機(jī)構(gòu)各點(diǎn)的軌跡、位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)特性。（3）機(jī)構(gòu)的力分析研究機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副中力的計(jì)算、摩擦及效率問(wèn)題。2、常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題主要研究：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法。3、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)主要研究：如何根據(jù)機(jī)器的功能來(lái)確定運(yùn)動(dòng)方案。4、機(jī)械動(dòng)力學(xué)問(wèn)題主要研究：機(jī)械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、機(jī)械的調(diào)速和機(jī)構(gòu)的平衡。1.2機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則及一般設(shè)計(jì)步驟一、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則失效：機(jī)械零件由于某種原因喪失正常工作能力。失效的形式：破壞性失效：斷裂、塑性變形、過(guò)度磨損、膠合等暫時(shí)性失效：彈性變形，打滑等失效原因：由于強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性等不滿足工作要求。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：（一）強(qiáng)度：體積強(qiáng)度、表面強(qiáng)度1、體積強(qiáng)度體積強(qiáng)度：零件在載荷作用下，如果產(chǎn)生的應(yīng)力在較大的體積內(nèi)，則這種應(yīng)力狀態(tài)下的零件強(qiáng)度稱為體積強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱強(qiáng)度）。體積強(qiáng)度不夠，會(huì)產(chǎn)生斷裂和過(guò)大的塑性變形。

其中：σ、τ：零件危險(xiǎn)界面的最大的正應(yīng)力和切應(yīng)力；[σ]、[τ]：材料的許用的正應(yīng)力和切應(yīng)力；[Sσ]、[Sτ]:正應(yīng)力和切應(yīng)力的許用安全系數(shù)；σlim、τlim：極限正應(yīng)力和極限切應(yīng)力。2、表面強(qiáng)度表面強(qiáng)度：若兩個(gè)零件在受載前后由點(diǎn)接觸或線接觸變?yōu)樾”砻娣e接觸，且其表面產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力（稱為接觸應(yīng)力），這時(shí)零件的強(qiáng)度稱為表面接觸強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱接觸強(qiáng)度）。表面強(qiáng)度不夠，會(huì)發(fā)生表面損傷。表面強(qiáng)度：表面擠壓強(qiáng)度：面接觸的兩零件，受載后接觸面間產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力。擠壓應(yīng)力過(guò)大會(huì)使零件表面壓潰。表面接觸強(qiáng)度：點(diǎn)和線接觸的兩零件，受載后零件表面的彈性變形而使點(diǎn)或線變?yōu)槲⑿〉慕佑|面，微小接觸面上的局部應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力（變應(yīng)力）。接觸應(yīng)力過(guò)大會(huì)產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕。計(jì)算準(zhǔn)則：表面擠壓強(qiáng)度：最大擠壓應(yīng)力不超過(guò)材料的許用擠壓應(yīng)力。表面接觸強(qiáng)度：最大接觸應(yīng)力不超過(guò)材料的許用接觸應(yīng)力。

（二）、剛度剛度：零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：y、[y]分別為零件的變形量和許用變形量；θ、[θ]分別為零件的轉(zhuǎn)角和許用轉(zhuǎn)角；Φ、[Φ]分別為零件的扭角和許用扭角。注意：一般來(lái)說(shuō)滿足剛度要求的零件都滿足強(qiáng)度要求提高零件整體剛度的原則措施有：1）適當(dāng)增加零件的剖面尺寸；2）合理設(shè)計(jì)零件的剖面形狀；3）合理添置加強(qiáng)筋，采用多支點(diǎn)結(jié)構(gòu)；4）提高零件接觸表面的加工精度或經(jīng)適度跑合，以降低表面粗糙度；5）適當(dāng)增大接觸面積，以降低單位壓力等。（三）、耐磨性耐磨性：在載荷作用下相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩零件表面抵抗磨損的能力。危害：過(guò)度磨損會(huì)使零件的形狀和尺寸改變，配合間隙增大，精度降低，產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。解決措施：限制工作面的單位壓力和相對(duì)滑動(dòng)速度，選擇合適的材料及熱處理方式，對(duì)工作面進(jìn)行良好的潤(rùn)滑以及提高零件表面硬度和表面質(zhì)量。注意事項(xiàng)：對(duì)于效率低、發(fā)熱量大，散熱條件不好的傳動(dòng)要進(jìn)行散熱計(jì)算。（四）、振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)穩(wěn)定性：避免使零件的固有頻率和強(qiáng)迫振動(dòng)頻率相等或成整數(shù)倍。產(chǎn)生原因及危害：當(dāng)機(jī)器中某零件的固有頻率f和周期性強(qiáng)迫振動(dòng)頻率fp相等或成整數(shù)倍時(shí)，零件振幅就會(huì)急劇增大而產(chǎn)生共振，從而使零件工作性能失常，甚至引起破壞。二、機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度(一)、應(yīng)力的特點(diǎn)和類型其中σmax為最大應(yīng)力，σmin為最小應(yīng)力，σm為平均應(yīng)力，σa為應(yīng)力副，r應(yīng)力循環(huán)特性。應(yīng)力：靜應(yīng)力：不隨時(shí)間變化的應(yīng)力。（大部分的機(jī)械零件的應(yīng)力狀態(tài)）變應(yīng)力：隨時(shí)間變化的應(yīng)力。(二)、疲勞斷裂的特征和疲勞曲線疲勞斷裂:材料在變應(yīng)力作用下,在一處或多處產(chǎn)生局部永久性累積損傷,經(jīng)過(guò)一定循環(huán)次數(shù)后,產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂的過(guò)程。特征:（1）、疲勞斷裂分兩個(gè)過(guò)程：產(chǎn)生裂紋突然斷裂；（2）、疲勞斷裂的截面為兩個(gè)區(qū)域：表面光滑的疲勞發(fā)展區(qū)和表面粗糙的脆性斷裂區(qū)；（3）、塑性和脆性材料的零件疲勞斷裂均為脆性突然斷裂。（4）、疲勞強(qiáng)度比同樣材料的屈服點(diǎn)低，疲勞強(qiáng)度的大小與應(yīng)力循環(huán)特性有關(guān)。疲勞強(qiáng)度：試件經(jīng)過(guò)一定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力。用σrN表示。疲勞曲線:1、無(wú)限壽命區(qū)：當(dāng)N≥N0時(shí)，試件的疲勞強(qiáng)度不再隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N的增加而降低，如曲線1的水平部分。大部分中、低碳鋼屬于此類。2、有限壽命區(qū)：當(dāng)N<N0時(shí)，試件的疲勞極限應(yīng)力隨循環(huán)次數(shù)N的增加而降低。三、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟：1）根據(jù)零件的使用要求（功率、轉(zhuǎn)速等），選擇零件的類型及結(jié)構(gòu)形式；2）根據(jù)機(jī)器的工作條件分析零件的工作情況，確定作用在零件上的載荷；3）根據(jù)零件的工作條件（包括對(duì)零件的特殊要求，如耐高溫、耐腐蝕等），綜合考慮材料的性能、供應(yīng)情況和經(jīng)濟(jì)性等因素，合理選擇零件的材料；4）分析零件的主要失效形式，按照相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確定零件的基本尺寸；5）根據(jù)工藝及標(biāo)準(zhǔn)化的要求，設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)及其尺寸；6）繪制零件工作圖，擬訂技術(shù)要求。討論與交流教材中本單元的練習(xí)題。單元二平面連桿機(jī)構(gòu)2.1平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度機(jī)械一般由若干機(jī)構(gòu)組成，而機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)以上有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組成的。若組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一平面中運(yùn)動(dòng)，則稱該機(jī)構(gòu)為平面機(jī)構(gòu)。一、運(yùn)動(dòng)副的概念運(yùn)動(dòng)副：兩構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。如軸和軸承、活塞與氣缸、車論與鋼軌，一對(duì)嚙合的齒輪。二、運(yùn)動(dòng)副的分類平面運(yùn)動(dòng)副：兩構(gòu)件只能在同一平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。通過(guò)點(diǎn)、線、面接觸。平面運(yùn)動(dòng)副分類：按兩構(gòu)件接觸情況，常分為低副、高副兩大類。1.低副：兩構(gòu)件以面接觸而形成的運(yùn)動(dòng)副。分類：轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副：只允許兩構(gòu)件作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，又稱作鉸鏈。a)固定鉸鏈b)活動(dòng)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副(2)移動(dòng)副：只允許兩構(gòu)件作相對(duì)移動(dòng)。2.高副兩構(gòu)件以點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。凸輪副：齒輪副空間運(yùn)動(dòng)副：球面副螺旋副三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的概念機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)和線條代表運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件，并按一定比例尺表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制出表示機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)明圖形。它與原機(jī)械具有完全相同運(yùn)動(dòng)特性。機(jī)構(gòu)示意圖：為了表明機(jī)械的組成狀況和結(jié)構(gòu)特征，不嚴(yán)格按比例繪制的簡(jiǎn)圖。四、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制機(jī)構(gòu)的組成：固定件（機(jī)架）：機(jī)構(gòu)中支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件，任何機(jī)構(gòu)中有且只有一個(gè)機(jī)構(gòu)為機(jī)架；原動(dòng)件：機(jī)構(gòu)中作用有驅(qū)動(dòng)力或已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律的構(gòu)件；從動(dòng)件：機(jī)構(gòu)中除原動(dòng)件以外的所以的活動(dòng)構(gòu)件。繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的步驟：1）分析機(jī)構(gòu)的組成，確定機(jī)架、原動(dòng)件和從動(dòng)件；2）由原動(dòng)件開(kāi)始，依次分析構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式，確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目；3）選擇適當(dāng)?shù)囊晥D平面和原動(dòng)件位置，以便清楚地表達(dá)各構(gòu)件見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，通常選擇與構(gòu)件運(yùn)動(dòng)平行的平面作為投影面；4）選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，按照各運(yùn)動(dòng)副間的距離和相對(duì)位置，以規(guī)定的線條和符號(hào)繪圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)（1）轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，如下圖表示。（2）移動(dòng)副兩構(gòu)件組成移動(dòng)副，其導(dǎo)路必須與相對(duì)移動(dòng)方向一致。（3）.平面高副兩構(gòu)件組成平面高副時(shí)，其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中應(yīng)畫(huà)出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓，對(duì)于凸輪、滾子，習(xí)慣劃出其全部輪廓；對(duì)于齒輪，常用點(diǎn)劃線劃出其節(jié)圓。例：繪制下圖顎式破碎機(jī)主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖五、平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算1、自由度：把構(gòu)件相對(duì)于參考系具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為自由度,作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有三個(gè)自由度。2、約束：當(dāng)兩構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副后，它們之間的某些相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到限制，對(duì)于相對(duì)運(yùn)動(dòng)所加的限制稱為約束。每加一個(gè)約束就減少一個(gè)自由度。平面低副：引入兩個(gè)約束，保留一個(gè)自由度平面高副：引入一個(gè)約束，保留兩個(gè)自由度3、機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算：機(jī)構(gòu)相對(duì)于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目，稱為機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算公式：F=3n-2PL-PH其中：n：在一個(gè)機(jī)構(gòu)中除機(jī)架以外的所以構(gòu)件的數(shù)目。PL：低副數(shù)PH：高副數(shù)例題：計(jì)算顎式破碎機(jī)的自由度。解：F=3n-2PL-PH=3x3-2x4-0=12.2平面連桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用平面連桿機(jī)構(gòu)：由若干個(gè)構(gòu)件通過(guò)低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，又稱為平面低副機(jī)構(gòu)。低副機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)具有可逆性,即不管以哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架,以哪些構(gòu)件做為原動(dòng)件,各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律是不變的.一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：構(gòu)件間都是轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)。機(jī)架：固定不動(dòng)的構(gòu)件。連架桿：與機(jī)架相連的兩個(gè)構(gòu)件。能繞機(jī)架做360°整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿稱為曲柄。只能在一定角度內(nèi)擺動(dòng)的連架桿稱為搖桿。連桿：與機(jī)架相對(duì)的構(gòu)件。根據(jù)兩連架桿運(yùn)動(dòng)形式的不同，分為：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)。1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：兩連架桿中一個(gè)為曲柄而另一個(gè)為搖桿的機(jī)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)：當(dāng)以曲柄做為原動(dòng)件時(shí)，可將勻速轉(zhuǎn)動(dòng)變成從動(dòng)件的擺動(dòng)。如雷達(dá)天線的俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)。或利用連桿的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)軌跡。如攪拌器機(jī)構(gòu)。當(dāng)以搖桿為原動(dòng)件時(shí)，可將往復(fù)擺動(dòng)變成曲柄的整周轉(zhuǎn)動(dòng)。2.雙曲柄機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為曲柄的四桿機(jī)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)：通常是主動(dòng)曲柄作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)曲柄做同向變速運(yùn)動(dòng)。如慣性篩機(jī)構(gòu)。當(dāng)雙曲柄機(jī)構(gòu)的相對(duì)兩桿分別相等時(shí)，則稱為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)或平行四邊形機(jī)構(gòu)。下圖中a圖為正平行雙曲柄機(jī)構(gòu)，兩曲柄的裝相相反且角速度相等，連桿做平動(dòng)。B圖為反平行雙曲柄機(jī)構(gòu)，兩曲柄轉(zhuǎn)向相反且角速度不等。正平行雙曲柄機(jī)構(gòu)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)速恒定的條件下，從動(dòng)曲柄會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象。可以在機(jī)構(gòu)中添加飛輪或使用兩組相同機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列。3.雙搖桿機(jī)構(gòu)：兩連架桿都是搖桿的機(jī)構(gòu)。二、四桿機(jī)構(gòu)的演化形式滑塊四桿機(jī)構(gòu)：含有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。演化形式：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)。1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副，使轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副。據(jù)滑塊往復(fù)移動(dòng)的導(dǎo)路中心線是否通過(guò)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)可分為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)移動(dòng)的變換。應(yīng)用：活塞式內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、沖床等機(jī)械等。2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：取曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的不同構(gòu)件為機(jī)架而獲得的。取構(gòu)件2為機(jī)架，構(gòu)件3為主動(dòng)件，若l3>l2，導(dǎo)桿1作整周運(yùn)動(dòng)，稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；若l3<l2，導(dǎo)桿1作往復(fù)擺動(dòng)，稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。應(yīng)用實(shí)例：回轉(zhuǎn)式油泵（轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）牛頭刨床的主體機(jī)構(gòu)（擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）。3.搖塊機(jī)構(gòu)取曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的連桿3為機(jī)架而得到的。當(dāng)曲柄2為原動(dòng)件繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊4繞機(jī)架3上的鉸鏈中心擺動(dòng)，故稱該機(jī)構(gòu)為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)或稱為擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)。應(yīng)用：各種擺動(dòng)式原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)中。擺缸式液壓泵、卡車車箱自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)。4.定塊機(jī)構(gòu)取曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的滑塊4為機(jī)架而得到的。當(dāng)曲柄2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)桿1可在固定滑塊4中往復(fù)移動(dòng)，故該機(jī)構(gòu)稱為移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（或定塊機(jī)構(gòu)）。應(yīng)用實(shí)例：手壓抽水機(jī)、抽油泵等。2.3四桿機(jī)構(gòu)的基本特性一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件整轉(zhuǎn)副：在機(jī)構(gòu)中，能使被聯(lián)接的兩個(gè)機(jī)構(gòu)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)360°的轉(zhuǎn)動(dòng)副。整轉(zhuǎn)副的存在是曲柄存在的必要條件。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的區(qū)別：機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄和幾個(gè)曲柄。1、整轉(zhuǎn)副存在的條件：長(zhǎng)度條件若最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中必存在整轉(zhuǎn)副且最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副。即：Lmax+Lmin≤L’+L”時(shí)存在整轉(zhuǎn)副Lmax+Lmin>L’+L”時(shí)不存在整轉(zhuǎn)副2、曲柄存在的條件：(1)最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；(2)連架桿與機(jī)架中必有一為最短桿。3、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型的判別方法：（1）、若機(jī)構(gòu)滿足桿長(zhǎng)之和條件，則1)、以最短桿的相鄰桿為機(jī)架時(shí)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2)、以最短桿為機(jī)架時(shí)為雙曲柄機(jī)構(gòu)3)、以最短桿的對(duì)邊為機(jī)架時(shí)為雙搖桿機(jī)構(gòu)（2）、若機(jī)構(gòu)不滿足桿長(zhǎng)之和條件則只能成為雙搖桿機(jī)構(gòu)二、平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性1、平面四桿機(jī)構(gòu)的極位曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動(dòng)件時(shí)，從動(dòng)件往復(fù)擺動(dòng)或往復(fù)移動(dòng)，存在左、右兩個(gè)極限位置，稱為極位。從動(dòng)件處于兩個(gè)極位時(shí)，曲柄對(duì)應(yīng)兩位置所夾的銳角θ，稱為極位夾角；兩個(gè)極位間的夾角Ψ，稱為最大擺角。對(duì)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，θ=Ψ。2、急回特性：機(jī)構(gòu)工作件返回行程速度大于工作行程的特性。工作行程時(shí)：V1=C1C2/t1返回行程時(shí)：V2=C1C2/t2即V2>V1行程速比系數(shù)K：為了表示工作件往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的急回程度，用V2和V1的比值K來(lái)描述。對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，無(wú)急回特性，偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)恒具有急回特性。急回特性的作用：四桿機(jī)構(gòu)的急回特性可以節(jié)省空間，提高生產(chǎn)率。三、平面機(jī)構(gòu)的傳力特性1.壓力角α和傳動(dòng)角γ壓力角：在不計(jì)摩擦力、慣性力和重力時(shí)，從動(dòng)件所受的力F與受力點(diǎn)速度Vc所夾的銳角a。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fr=Fsinaa愈小，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能愈好。傳動(dòng)角：連桿與從動(dòng)件所夾的銳角γ。γ=90°-a，γ越大，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能越好，設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)使γmin≥40°，對(duì)于高速大功率機(jī)械應(yīng)使γmin≥50°。最小傳動(dòng)角的位置：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在曲柄與機(jī)架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動(dòng)角。對(duì)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)件為曲柄時(shí)，最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架垂直的位置。對(duì)于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由于在任何位置時(shí)主動(dòng)曲柄通過(guò)滑塊傳給從動(dòng)桿的力的方向，與從動(dòng)桿上受力點(diǎn)的速度方向始終一致，所以傳動(dòng)角等于90度。2、止點(diǎn)位置止點(diǎn)位置：在從動(dòng)曲柄與連桿共線的連個(gè)位置之一時(shí)，出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角g=0，壓力角a=90的情況，這時(shí)連桿對(duì)從動(dòng)曲柄的作用里恰好通過(guò)其回轉(zhuǎn)中心，不能推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置。止點(diǎn)位置利弊：利：工程上利用死點(diǎn)進(jìn)行工作。弊：機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)，從動(dòng)件將出現(xiàn)卡死或運(yùn)動(dòng)方向不確定現(xiàn)象，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不利。度過(guò)止點(diǎn)位置的方法：增大從動(dòng)件的質(zhì)量、利用慣性度過(guò)死點(diǎn)位置。如縫紉機(jī)的飛輪。采用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法。如火車的車輪。3、自鎖現(xiàn)象自鎖：在摩擦力的作用下，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力（或驅(qū)動(dòng)力矩）多大，都不能使原理不動(dòng)的機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。自鎖區(qū)域的大小的影響因素：摩擦的性質(zhì)及摩擦因素的大小。2.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作要求和設(shè)計(jì)條件選定機(jī)構(gòu)形式，并確定個(gè)構(gòu)件的尺寸參數(shù)?；締?wèn)題：1）、實(shí)現(xiàn)給定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如要求從動(dòng)件按某種速度運(yùn)動(dòng)或具有一定的急回特性,要求滿足某構(gòu)件占據(jù)幾個(gè)預(yù)定位置等.2)、實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡。設(shè)計(jì)方法：圖解法、實(shí)驗(yàn)法：直觀、簡(jiǎn)明，但精度較低，可滿足一般設(shè)計(jì)要求。解析法：精確度高，適用于計(jì)算機(jī)計(jì)算。一、用圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)，一般是根據(jù)實(shí)際運(yùn)動(dòng)要求選定行程速比系數(shù)K的數(shù)值，然后根據(jù)機(jī)構(gòu)極位的幾何特點(diǎn)，結(jié)合其他輔助條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、偏置滑塊機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等。已知條件：行程速比系數(shù)K搖桿長(zhǎng)度lCD、最大擺角ψ。設(shè)計(jì)步驟：1）、按計(jì)算出極位夾角θ；2）、任取固定鉸鏈中心D的位置，選取適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度比例尺μl，根據(jù)已知搖桿長(zhǎng)度lCD和擺角ψ，作出搖桿的兩個(gè)極限位置C1D和C2D。3）、聯(lián)接C1、C2兩點(diǎn)，做C1M⊥C1C2,∠C1C2N=90°-θ，直線C1M與C2N交于P點(diǎn)，∠C1PC2=θ。4）、以PC2為直徑作輔助圓。在該圓周上任取一點(diǎn)A，聯(lián)接AC1AC2，則∠C1AC2=θ。5）、量出AC2、AC1的長(zhǎng)度lAC1lAC2。由此可求得曲柄和連桿的長(zhǎng)度：6）、機(jī)架的長(zhǎng)度lAD可直接量得，再按比例尺μl計(jì)算即可得出實(shí)際長(zhǎng)度。由于A為輔助圓上任選的一點(diǎn)，所以有無(wú)窮多的解，當(dāng)給定一些其他輔助條件，如機(jī)架長(zhǎng)度、最小傳動(dòng)角等，則有唯一解。同理可設(shè)計(jì)出滿足給定形成速比系數(shù)K值的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等。2、按連桿的預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（1）按連桿的三個(gè)預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：連桿BC長(zhǎng)度及三個(gè)位置（B1C1,B2C2,B3C3）設(shè)計(jì)步驟：1)、選取比例尺μl，按預(yù)定位置畫(huà)出B1C1,B2C2,B3C3;2）、聯(lián)接B1B2、B2B3、C1C2和C2C3，并分別作B1B2的中垂線b12、B2B3的中垂線b23、C1C2的中垂線c12、C2C3的中垂線c23,b12與b23的交點(diǎn)即為圓心A，C12與C23的交點(diǎn)即為圓心D。3）、以A、D作為兩固定鉸鏈中心。聯(lián)接AB1C1D，則AB1C1D即為所要設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)，各桿長(zhǎng)度按比例尺計(jì)算即可得出。（2）、按連桿的兩個(gè)預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)二、用實(shí)驗(yàn)法（圖譜法）設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)連桿曲線（定義）：四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，連桿作為平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，對(duì)其上面任意一點(diǎn)都能描繪出一條封閉曲線，這種曲線稱為連桿曲線。原理：連桿曲線的形狀隨點(diǎn)在連桿上的位置和構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度的不同而不同。方法與步驟：借用已編成冊(cè)的連桿曲線圖譜，根據(jù)預(yù)定運(yùn)動(dòng)軌跡從圖譜中選則形狀相近的曲線，同時(shí)查得機(jī)構(gòu)各桿尺寸及描述桿在連桿上的位置，再用縮放儀求出圖譜曲線與所需軌跡曲線的縮放倍數(shù)，即可求得四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)尺寸。三、用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法：建立方程式，根據(jù)以知參數(shù)對(duì)方程求解。已知：連桿AB和CD的三組對(duì)應(yīng)位置要求：確定各構(gòu)件的長(zhǎng)度a、b、c、d步驟：建立坐標(biāo)系xAy，和分別為AB和CD的初始角。討論與交流教材中本單元的練習(xí)題。單元三凸輪及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3.1凸輪機(jī)構(gòu)一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和特點(diǎn)1.應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪1、從動(dòng)件2、機(jī)架3三個(gè)基本構(gòu)件及鎖合裝置組成。是一種高副機(jī)構(gòu)。其中凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件則在凸輪輪廓的控制下按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)。2.特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線，即可使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，工作可靠，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：由于凸輪與從動(dòng)件間為高副接觸，易于磨損，因而凸輪機(jī)構(gòu)多用與傳遞動(dòng)力不大的自動(dòng)機(jī)械、儀表、控制機(jī)構(gòu)及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中。二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類根據(jù)凸輪及從動(dòng)件的形狀和運(yùn)動(dòng)形式的不同，凸輪機(jī)構(gòu)的分類方法有以下四種：1．按凸輪的形狀分類（1）盤(pán)形凸輪：如圖所示，這種凸輪是一個(gè)具有變化向徑盤(pán)形構(gòu)件，當(dāng)他繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可推動(dòng)從動(dòng)件在垂直與凸輪軸的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。（2）移動(dòng)凸輪：如圖所示，當(dāng)盤(pán)狀凸輪的徑向尺寸為無(wú)窮大時(shí)，則凸輪相當(dāng)于作直線移動(dòng)，稱作移動(dòng)凸輪。當(dāng)移動(dòng)凸輪做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，將推動(dòng)推桿在同一平面內(nèi)作上下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。有時(shí)，也可以將凸輪固定，而使推桿相對(duì)于凸輪移動(dòng)（如仿型車削）；（3）圓柱凸輪：如圖所示，這種凸輪是在圓柱端面上作出曲線輪廓或在圓柱面上開(kāi)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的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。這種凸輪可以看成是將凸輪卷繞在圓柱上形成的。由于前兩類凸輪運(yùn)動(dòng)平面與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)平面平行，故稱平面凸輪，后一種我們就稱為空間凸輪。2．按從動(dòng)件的形狀分類根據(jù)從動(dòng)件與凸輪接觸處結(jié)構(gòu)形式的不同，從動(dòng)件可分為三類：（1）尖頂從動(dòng)件：這種從動(dòng)件結(jié)構(gòu)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的低速凸輪機(jī)構(gòu)中。（2）滾子推桿從動(dòng)件：由于滾子與凸輪間為滾動(dòng)摩擦，所以不易磨損，可以實(shí)現(xiàn)較大動(dòng)力的傳遞，應(yīng)用最為廣泛。（3）平底推桿從動(dòng)件：這種從動(dòng)件與凸輪間的作用力方向不變，受力平穩(wěn)。而且在高速情況下，凸輪與平底間易形成油膜而減小摩擦與磨損。其缺點(diǎn)是：不能與具有內(nèi)凹輪廓的凸輪配對(duì)使用；而且，也不能與移動(dòng)凸輪和圓柱凸輪配對(duì)使用。3．按推桿的運(yùn)動(dòng)形式分類（1）直動(dòng)推桿：作往復(fù)直線移動(dòng)的推桿稱為直動(dòng)推桿。若直動(dòng)推桿的尖頂或滾子中心的軌跡通過(guò)凸輪的軸心，則稱為對(duì)心直動(dòng)推桿，否則稱為偏置直動(dòng)推桿；推桿尖頂或滾子中心軌跡與凸輪軸心間的距離e，稱作偏距。（如上圖的a、b、c、d、e）（2）擺動(dòng)推桿：作往復(fù)擺動(dòng)的推桿成為擺動(dòng)推桿。（如上圖的f、g、h）4．按凸輪與推桿保持高副接觸的方法（鎖合）分類我們知道，凸輪機(jī)構(gòu)是通過(guò)凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)推桿（從動(dòng)件）運(yùn)動(dòng)的。我們要采用一定的方式、手段使從動(dòng)件和凸輪保持始終接觸，從動(dòng)件才能隨凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)完成預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。常用的方法有兩類：1）力鎖合：在這類凸輪機(jī)構(gòu)中，主要利用重力、彈簧力或其它外力使推桿與凸輪始終保持接觸，如前述氣門(mén)凸輪機(jī)構(gòu)。2）幾何鎖合：也叫形鎖合，在這類凸輪機(jī)構(gòu)中，是依靠凸輪和從動(dòng)件推桿的特殊幾何形狀來(lái)保持兩者的接觸。將不同類型的凸輪和推桿組合起來(lái)，我們可以得到各種不同的凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)：根據(jù)工作要求選定合適的凸輪機(jī)構(gòu)的型式及從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并合理地確定基圓等基本尺寸，然后根據(jù)選定的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)出凸輪應(yīng)具有的凸輪輪廓曲線。其中，根據(jù)工作要求選定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，乃是凸輪輪廓設(shè)計(jì)的前提。三、凸輪機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程1.凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語(yǔ)⑴基圓、基圓半徑——以凸輪輪廓最小向徑rmin為半徑所作的圓稱為凸輪的基圓，rmin稱為基圓半徑。如圖所示。⑵從動(dòng)件推程、升程、推程運(yùn)動(dòng)角——從動(dòng)件在凸輪輪廓的作用下由距凸輪軸心最近位置被推到距凸輪軸心最遠(yuǎn)位置的過(guò)程稱為從動(dòng)件的推程，在推程中從動(dòng)件所走過(guò)的距離稱為從動(dòng)件的行程h，推程對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角dt稱為推程運(yùn)動(dòng)角，如圖所示。⑶遠(yuǎn)停程角——從動(dòng)件在距凸輪軸心最遠(yuǎn)位置處?kù)o止不動(dòng)所對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角ds稱為遠(yuǎn)停程角。⑷回程、回程運(yùn)動(dòng)角——從動(dòng)件在凸輪輪廓的作用下由距凸輪軸心最遠(yuǎn)位置回到距凸輪軸心最近位置的過(guò)程稱為從動(dòng)件的回程，回中凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度dh稱為回程運(yùn)動(dòng)角，如圖所示。⑸近停程角——從動(dòng)件在距凸輪軸心最近位置處?kù)o止不動(dòng)所對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角ds′稱為近停程角。四、從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1、等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：是指從動(dòng)件在推程或回程的運(yùn)動(dòng)速度為常數(shù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件在推程中的行程為h。從動(dòng)件作等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)線圖如圖所示。其位移曲線為斜直線，速度曲線為平直線，加速度曲線為零線。由圖可見(jiàn)，從動(dòng)件在推程始末兩點(diǎn)、處，速度有突變，瞬時(shí)加速度理論上為無(wú)窮大，因而產(chǎn)生理論上亦為無(wú)窮大的慣性力。而實(shí)際上，由于構(gòu)件材料的彈性變形，加速度和慣性力不至于達(dá)到無(wú)窮大，但仍會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)造成強(qiáng)烈的沖擊，這種沖擊稱為“剛性沖擊”或“硬沖”。因此，單獨(dú)采用這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，只能用于凸輪轉(zhuǎn)速很低以及輕載的場(chǎng)合。2、等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律:是指從動(dòng)件在一個(gè)行程中，前半行程作等加速運(yùn)動(dòng)，后半行程作等減速運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。運(yùn)動(dòng)線圖如圖所示。其位移曲線為兩段光滑相連開(kāi)口相反的拋物線，速度曲線為斜直線，加速度曲線為平直線。作圖方法如圖所示。3、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律（余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律）:是指從動(dòng)件加速度按余弦規(guī)律變化的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)線圖如圖所示。其位移曲線為簡(jiǎn)諧曲線，故又稱為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律，速度曲線為正弦曲線，加速度曲線為余弦曲線。五、圖解法的原理對(duì)于滾子從動(dòng)件，則滾子中心可看作是從動(dòng)件的尖頂，其運(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線，凸輪的實(shí)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。1.對(duì)心式尖頂從動(dòng)件已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)步驟：①選比例尺μl作基圓r0。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。2、滾子從動(dòng)件已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)步驟：①選比例尺μl作基圓r0。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。⑤作各位置滾子圓的內(nèi)(外)包絡(luò)線。3、平底從動(dòng)件已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)步驟：①選比例尺μl作基圓r0。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件平底直線在各等份點(diǎn)的位置。④作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。4、偏置式尖頂從動(dòng)件已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和偏心距e，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)步驟：①選比例尺μl作基圓r0;②反向等分各運(yùn)動(dòng)角;③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置;④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。三、擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓設(shè)計(jì)已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω，擺桿長(zhǎng)度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離d，擺桿角位移方程，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。3.2棘輪機(jī)構(gòu)一、棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理和類型1、棘輪機(jī)構(gòu)的組成及工作原理機(jī)構(gòu)組成：它主要有搖桿、棘爪、棘輪、制動(dòng)爪和機(jī)架組成。彈簧使制動(dòng)爪和棘輪保持接觸。工作過(guò)程：搖桿逆時(shí)針擺動(dòng)——棘爪插入齒槽——棘輪轉(zhuǎn)過(guò)角度——制動(dòng)爪劃過(guò)齒背，搖桿順時(shí)針擺動(dòng)——棘爪劃過(guò)脊背——制動(dòng)爪組織棘輪作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)——棘輪靜止不動(dòng)，此當(dāng)搖桿作連續(xù)的往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪將作單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。2、棘輪機(jī)構(gòu)的類型分類：齒式棘輪機(jī)構(gòu)、摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)齒式棘輪機(jī)構(gòu)：內(nèi)嚙合、外嚙合鋸齒型、矩形齒。二、棘輪轉(zhuǎn)角大小的調(diào)節(jié)方法1、改變曲柄長(zhǎng)度：改變曲柄長(zhǎng)度，可改變搖桿的最大擺角的大小、從而調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角。2、用覆蓋罩調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角：在搖桿擺角ψ不變的前提下，轉(zhuǎn)動(dòng)覆蓋罩遮擋部分棘輪，可調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角的大小。3、用雙動(dòng)棘爪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角。三、齒式棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，工作可靠，棘輪每次轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角等于棘輪齒矩角的整數(shù)倍，廣泛用于各類機(jī)械中。缺點(diǎn)：工作時(shí)沖擊較大，棘爪在齒背上滑國(guó)時(shí)會(huì)發(fā)出噪聲。適用與低速、輕載和棘輪轉(zhuǎn)角不大的場(chǎng)合。1、間歇進(jìn)給式輸送：牛頭刨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)，澆鑄式流水進(jìn)給裝置。2、超越運(yùn)動(dòng)與超越離合器：自行車飛輪。四、摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)是依靠主動(dòng)棘爪與無(wú)齒棘輪之間的摩擦力來(lái)推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以摩擦力要足夠大。3.3槽輪機(jī)構(gòu)一、槽輪機(jī)構(gòu)的組成和工作原理分類：外槽輪機(jī)構(gòu)、內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)。內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)空間棘輪機(jī)構(gòu)組成：主動(dòng)撥盤(pán)、從動(dòng)槽輪和機(jī)架。工作原理：撥盤(pán)以等角速度叫作連續(xù)回轉(zhuǎn)，槽輪作間歇運(yùn)動(dòng)。當(dāng)撥盤(pán)上的圓柱銷沒(méi)有進(jìn)入槽輪的徑向槽時(shí)，槽輪的內(nèi)凹鎖止弧面被拔盤(pán)上的外凸鎖止弧面卡住，槽輪靜止不動(dòng)。當(dāng)圓柱銷進(jìn)入槽輪的徑向槽時(shí)，鎖止弧面被松開(kāi)，則圓柱銷驅(qū)動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)撥盤(pán)上的圓柱銷離開(kāi)徑向槽時(shí)，下—個(gè)鎖止弧面又被卡住，槽輪又靜止不動(dòng)。由此將主動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)槽輪的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。二、槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，傳動(dòng)平穩(wěn)性好，能準(zhǔn)確控制槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。缺點(diǎn)：槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)整，且在槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)的始、末位置存在沖擊。應(yīng)用：一般應(yīng)用與轉(zhuǎn)速較低，要求間歇地轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度的分度裝置中。3.4不完全齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)是由漸開(kāi)線齒輪機(jī)構(gòu)演變而成的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。屬于間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。一、工作原理它與普通漸開(kāi)線齒輪機(jī)構(gòu)的主要區(qū)別在于該機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)輪僅有一個(gè)或幾個(gè)齒。當(dāng)主動(dòng)輪1的有齒部分與從動(dòng)輪輪齒結(jié)合時(shí)，推動(dòng)從動(dòng)輪2轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)主動(dòng)輪1的有齒部分與從動(dòng)輪脫離嚙合時(shí)，從動(dòng)輪停歇不動(dòng)。因此，當(dāng)主動(dòng)輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)輪獲得時(shí)動(dòng)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。為防止從動(dòng)齒輪反過(guò)來(lái)帶動(dòng)主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)設(shè)置鎖止弧。二、特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，傳遞力大，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)和停歇的次數(shù)、時(shí)間、轉(zhuǎn)角大小等的變化范圍較大。缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，從動(dòng)輪的開(kāi)始和結(jié)束的瞬時(shí)，會(huì)造成較大沖擊。應(yīng)用：低速、輕載。如多工位自動(dòng)、半自動(dòng)機(jī)械中用作工作臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，以及某些間歇進(jìn)給機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)等。討論與交流教材中本單元的練習(xí)題。單元四帶傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)4.1帶傳動(dòng)的組成、類型、特點(diǎn)及其應(yīng)用一、帶傳動(dòng)的組成帶傳動(dòng)一般是由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪緊套在兩輪上的傳動(dòng)帶及機(jī)架組成。帶的傳動(dòng)過(guò)程：原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶與輪的摩擦從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)二、帶傳動(dòng)的主要類型從傳動(dòng)方式來(lái)看，主要可以分為兩種：1）摩擦型帶傳動(dòng)；2）嚙合型帶傳動(dòng)。摩擦型帶傳動(dòng)通常由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和張緊在兩輪上的環(huán)形傳動(dòng)帶組成，由于帶已被張緊，傳動(dòng)帶在靜止時(shí)已受到預(yù)拉力的作用，帶與帶輪之間的接觸面間產(chǎn)生了正壓力。當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依靠帶與帶輪接觸面之間的摩擦力，拖動(dòng)傳動(dòng)帶進(jìn)而驅(qū)動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。嚙合型帶傳動(dòng)由同步帶傳動(dòng)，它是由主動(dòng)同步帶輪、從動(dòng)同步帶輪和套在兩輪上的環(huán)形同步帶組成。摩擦型帶傳動(dòng)又可以分為：V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)能力較大，在傳動(dòng)比較大時(shí)、要求結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合應(yīng)用較多，是帶傳動(dòng)的主要類型。若平帶和V帶受到同樣的壓緊力，帶與帶輪接觸面之間的摩擦系數(shù)也同為f，平帶與帶輪接觸面上的摩擦力為：而V帶與帶輪接觸面上的摩擦力為：式中：fV為當(dāng)量摩擦系數(shù)。普通V帶的楔角為40°，因次可以估算得fV＝（3.63～3.07）f。也就是說(shuō)，在同樣得條件下，平帶V帶在接觸面上所受得正壓力不同，V帶傳動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力比平帶大的多。所以一般機(jī)械中多采用V帶。多楔帶傳動(dòng)兼有平帶和V帶傳動(dòng)的特點(diǎn)，主要用于傳遞大功率、結(jié)構(gòu)要求緊湊的場(chǎng)合。圓帶傳動(dòng)的傳動(dòng)能力較小，一般用于輕型和小型機(jī)械。嚙合型傳動(dòng)帶又稱為同步帶，其特點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比恒定，結(jié)構(gòu)緊湊，帶速可達(dá)40m/s，i可達(dá)10，傳遞功率可達(dá)200Kw，效率高，約為。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，對(duì)制造和安裝要求高。三、帶傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)：傳動(dòng)平穩(wěn),噪聲小,可緩沖吸振,有過(guò)載保護(hù),可遠(yuǎn)距離傳動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造、安裝和維護(hù)方便,但傳動(dòng)比不準(zhǔn)確,效率較低,壽命較短,且對(duì)軸的壓力大，不適合用于高溫、易爆及有腐蝕性介質(zhì)的場(chǎng)合。應(yīng)用：摩擦帶傳動(dòng)適用于傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比要求不很嚴(yán)格及傳動(dòng)中心、矩較大的場(chǎng)合。常應(yīng)用于傳動(dòng)比不要求準(zhǔn)確、功率P<100kWv=5~25m/s、傳動(dòng)比i<5以及有過(guò)載保護(hù)的場(chǎng)合。嚙合帶傳動(dòng)的同步帶傳動(dòng)能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，其適應(yīng)的速度范圍廣（v≤50m/s），傳動(dòng)比大（i≤12），傳動(dòng)效率高（η=0.98~0.99）。結(jié)構(gòu)緊湊4.2帶傳動(dòng)的受力分析和應(yīng)力分析一、帶傳動(dòng)的受力分析帶必須以一定的初拉力F0張緊在帶輪上。帶傳動(dòng)時(shí)，緊邊和松邊的拉力差形成有效拉力F。以傳動(dòng)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。有效圓周力：在帶傳動(dòng)過(guò)程中，有效圓周力不能超過(guò)帶與輪面間F摩擦力綜合的極限值否則帶傳動(dòng)會(huì)發(fā)生打滑，導(dǎo)致傳動(dòng)失效。在帶即將打滑的臨界緊邊拉力和松邊拉力的關(guān)系符合歐拉公式：平帶：V帶傳動(dòng)有效圓周力Fe的大小為：表明，帶所傳遞的圓周力F與下列因素有關(guān)：初拉力F0，摩擦因數(shù)f，包角a。二、帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析通過(guò)分析可知，帶傳動(dòng)時(shí)，帶中存在著三種應(yīng)力：由拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力δ：緊邊拉應(yīng)力：松邊拉應(yīng)力：由離心力產(chǎn)生的離心拉應(yīng)力δC：由皮帶繞過(guò)帶輪因彎曲而產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力δbb三種應(yīng)力共同作用，使帶處在變應(yīng)力條件下工作，故帶易產(chǎn)生疲勞破壞。皮帶中的應(yīng)力最大值為：δmax=δ1+δc+δbb1最大應(yīng)力出現(xiàn)點(diǎn)：緊邊進(jìn)入主動(dòng)輪的初始接觸點(diǎn)。為保證帶有足夠的疲勞壽命，應(yīng)使帶中的最大應(yīng)力δmax小于等于帶材料的許用應(yīng)力[s]。即：δmax=δ1+δc+δbb1≤[s]4.3帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)及其傳動(dòng)比帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比由于帶的彈性變形而引起帶在輪面上滑動(dòng)的現(xiàn)象，稱為彈性滑動(dòng)。帶傳動(dòng)時(shí)，帶與輪面之間存在著彈性滑動(dòng),這使得從動(dòng)帶輪的圓周速度v2總是低于主動(dòng)帶輪的圓周速度v1。v2相對(duì)于v1的降低率稱為帶傳動(dòng)的滑動(dòng)率ε：從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為:帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為：ε隨載荷變化而變化。因是變量，故帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比不準(zhǔn)確。其值大小為0.01~0.02，非精確計(jì)算時(shí)可以忽略其影響。彈性滑動(dòng)是帶傳動(dòng)所不可避免的特性,不同于打滑失效。4.4普通V帶傳動(dòng)的失效形式與計(jì)算準(zhǔn)則一、帶傳動(dòng)的失效形式帶傳動(dòng)的主要失效形式：打滑：由于過(guò)載，帶在帶輪上打滑而不能正常傳動(dòng)。帶的疲勞破壞：帶在變應(yīng)力狀態(tài)下工作，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，帶發(fā)生疲勞破壞，如撕裂、脫層和拉斷二、帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：（1）、保證帶傳動(dòng)不打滑；（2）、帶在一定時(shí)限內(nèi)具有足夠的疲勞強(qiáng)度和使用壽命，不發(fā)生疲勞破壞。不打滑：帶的疲勞強(qiáng)度：δmax=δ1+δc+δbb1≤[s]帶傳遞的功率：F：最大的有效圓周力（Femax）；v：帶速（m/s），v=πdd1n1/（60x1000）。帶傳動(dòng)的基本額定功率P1：當(dāng)載荷平穩(wěn)、傳動(dòng)比i=1和特定帶長(zhǎng)、抗拉體材質(zhì)為化纖的條件下，求得各種型號(hào)單根V帶所能傳遞的功率。修正公式為：[P1]:單根V帶在實(shí)際工作條件下可傳遞的額定功率（kW）；P1為單根V帶所能傳遞的基本額定功率（kW）；ΔP1為i≠1時(shí)單根V帶的額定功率的增量（kW），Kα為包角修正因數(shù)，Kl為帶長(zhǎng)修正因數(shù)。4.5V帶傳動(dòng)的張緊、安裝和維護(hù)一、帶傳動(dòng)的張緊張緊的目的：1）根據(jù)帶的摩擦傳動(dòng)原理，帶必須在預(yù)張緊后才能正常工作；2）運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，帶會(huì)松弛，為了保證帶傳動(dòng)的能力，必須重新張緊，才能正常工作。常見(jiàn)的張緊裝置有定期張緊裝置、自動(dòng)張緊裝置、張緊輪張緊裝置。張緊輪一般應(yīng)放在松邊的內(nèi)側(cè)，使帶只受單向彎曲。同時(shí)張緊輪應(yīng)盡量靠近大輪，以免過(guò)分影響在小帶輪上的包角。張緊輪的輪槽尺寸與帶輪的相同。二、帶傳動(dòng)的安裝和維護(hù)1.平行軸傳動(dòng)時(shí)，各帶輪的軸線必須保持規(guī)定的平行度2.安裝皮帶時(shí)，應(yīng)通過(guò)調(diào)整中心距使皮帶張緊，嚴(yán)禁強(qiáng)行撬入和撬出，以免損傷皮帶。3.不同廠家的V帶和新舊不同的V帶，不能同組使用。4.按規(guī)定的張緊力張緊（測(cè)定方法如右圖）5.加防護(hù)罩以保護(hù)安全，防酸、堿、油及不在60°以上的環(huán)境下工作。6.定期對(duì)V帶進(jìn)行檢查，以便及時(shí)調(diào)整中心矩和更換V帶。4.6鏈傳動(dòng)的組成、類型、特點(diǎn)及應(yīng)用一、鏈傳動(dòng)的組成組成：主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪、鏈條和機(jī)架。工作原理：鏈傳動(dòng)是依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。二、鏈傳動(dòng)的類型按用途分：用于起重機(jī)械和運(yùn)輸機(jī)械:傳動(dòng)鏈,起重鏈用于一般機(jī)械傳動(dòng):牽引鏈:滾子鏈,套筒鏈,齒形鏈,成形鏈。三、鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)：1、與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，徑向壓軸力小，適于低速情況下工作。2、與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)安裝精度要求較低，成本低廉，可遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。3、鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比。4、鏈傳動(dòng)主要用在要求工作可靠、轉(zhuǎn)速不高，且兩軸相距較遠(yuǎn)，以及其它不宜采用齒輪傳動(dòng)的場(chǎng)合。應(yīng)用：適用于兩軸線平行且距離較遠(yuǎn)（a≤8m）、瞬時(shí)傳動(dòng)比無(wú)嚴(yán)格要求及工作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，應(yīng)用與農(nóng)業(yè)、采礦、冶金、石油化工及運(yùn)輸機(jī)械中。傳遞功率可達(dá)3600kW，常用100kW及以下；鏈速v可達(dá)30~40m/s，常用v≤15m/s；傳動(dòng)比最大可達(dá)15，一般i≤6；沖動(dòng)效率η=0.91~0.97。4.7鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)不均勻性1、鏈傳動(dòng)的速度分析鏈的平均速度為：鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比為：鏈條鉸鏈A點(diǎn)的前進(jìn)分速度：上下運(yùn)動(dòng)分速度：2、鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)不均勻性由上述分析可知，鏈傳動(dòng)中，鏈條的前進(jìn)速度和上下抖動(dòng)速度是周期性變化的，鏈輪的節(jié)距越大，齒數(shù)越少，鏈速的變化就越大。當(dāng)主動(dòng)鏈輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)鏈輪的角速度以及鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比都是周期性變化的，因此鏈傳動(dòng)不宜用于對(duì)運(yùn)動(dòng)精度有較高要求的場(chǎng)合。鏈傳動(dòng)的不均勻性的特征，是由于圍繞在鏈輪上的鏈條形成了正多邊形這一特點(diǎn)所造成的，故稱為鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：鏈條忽上忽下，忽快忽慢。4.8滾子鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)一、滾子鏈的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)1、結(jié)構(gòu)滾子鏈?zhǔn)怯蓾L子、套筒、銷軸、內(nèi)鏈板和外鏈板組成；內(nèi)鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間為過(guò)盈聯(lián)接；滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間均為間隙配合。滾子鏈有單排鏈、雙排鏈、多排鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比，但由于精度的影響，各排的載荷不易均勻，故排數(shù)不宜過(guò)多一般不超過(guò)4排。2、標(biāo)準(zhǔn)二、滾子鏈和鏈輪主要參數(shù)：齒數(shù)z、節(jié)距p和分度圓直徑d。鏈輪的要求：1、保證鏈條能平穩(wěn)而順利的進(jìn)入和退出嚙合；2、受力均勻，不易脫鏈；3、便于加工。齒形：三圓弧一直線。鏈輪結(jié)構(gòu)：鏈輪的結(jié)構(gòu)如上圖。鏈輪的直徑小時(shí)通常制成實(shí)心式，直徑較大時(shí)制成孔板式，直徑很大時(shí)，制成組合式。鏈輪輪齒應(yīng)有足夠的接觸強(qiáng)度和耐磨性，常用材料為中碳鋼，不重要場(chǎng)合則用Q235等鋼，高速重載時(shí)采用合金鋼，低速時(shí)大鏈輪可采用鑄鐵。由于小鏈輪的嚙合次數(shù)多，小鏈輪的材料應(yīng)優(yōu)于大鏈輪，并進(jìn)行熱處理。4.9滾子鏈傳動(dòng)的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、滾子鏈傳動(dòng)的失效形式失效形式有：鏈板疲勞破壞；滾子、套筒沖擊疲勞破壞；鉸鏈磨損；鉸鏈膠合；鏈條靜力拉斷。二、滾子鏈的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：中、高速鏈傳動(dòng)（鏈速v≥0.6m/s），按功率曲線圖設(shè)計(jì)；低速鏈傳動(dòng)（v<0.6m/s），按鏈的靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)。對(duì)于一般鏈輪v≥0.6m/s的鏈傳動(dòng)，主要失效形式為鏈條疲勞或沖擊疲勞破壞，故設(shè)計(jì)計(jì)算通常以疲勞強(qiáng)度為主并綜合考慮其他失效形式的影響。討論與交流教材中本單元的練習(xí)題。單元五齒輪傳動(dòng)5.1齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)、應(yīng)用與分類1、優(yōu)點(diǎn)：（1）、使用的圓周速度，功率范圍廣（圓周速度能達(dá)到300m/s，功率可達(dá)到105kW）；（2）、傳動(dòng)比準(zhǔn)確（單級(jí)傳動(dòng)比能達(dá)到或更大）；（3）、機(jī)械效率高；（4）、工作可靠，壽命長(zhǎng)；（5）、可實(shí)現(xiàn)空間任意兩軸間任意軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞；（6）、結(jié)構(gòu)緊湊。2、缺點(diǎn)：（1）、制造、安裝精度要求高，因而成本高；（2）、低精度齒輪傳動(dòng)時(shí)噪聲和振動(dòng)較大；（3）、不宜做遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。3、分類：按齒線輪廓曲線分：漸開(kāi)線齒輪（應(yīng)用最廣）擺線齒輪按工作條件分：開(kāi)式齒輪閉式齒輪5.2漸開(kāi)線的形成原理和基本性質(zhì)一、漸開(kāi)線的形成和基本性質(zhì)1、漸開(kāi)線的形成：如圖所示，當(dāng)直線NK沿一圓作純滾動(dòng)時(shí)，直線上任意一點(diǎn)K的軌跡稱為該圓的漸開(kāi)線。該圓稱為漸開(kāi)線的基圓，半徑用rb表示，直線NK稱為漸開(kāi)線的發(fā)生線。2、性質(zhì)：（1）、發(fā)生線在基圓上滾過(guò)的長(zhǎng)度等于基圓上被滾過(guò)的弧長(zhǎng)，即NK=NA；（2）、發(fā)生線NK是漸開(kāi)線在任意點(diǎn)K的法線；（3）、漸開(kāi)線齒廓上任意點(diǎn)的法線與該點(diǎn)的速度方向所夾的銳角αk稱為該點(diǎn)的壓力角，rk越大，αk越大。反之越小，基圓上的壓力角等于零。（4）、漸開(kāi)線的形狀取決于基圓的大小，基圓越小，漸開(kāi)線越彎曲，基圓越大，漸開(kāi)線越平直；（5）、基圓內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線二、漸開(kāi)線的極坐標(biāo)參數(shù)方程稱為的漸開(kāi)線函數(shù)。5.3漸開(kāi)線齒輪的參數(shù)及幾何尺寸一、漸開(kāi)線齒輪各部分名稱、參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算1、齒數(shù)：在齒輪整個(gè)圓周上輪齒的數(shù)目，用z表示。它將影響傳動(dòng)比和齒輪尺寸。2、齒頂圓：包含齒輪所有齒頂端的圓。用或表示其直徑或半徑。3、齒槽寬：齒輪相鄰兩齒之間的空間稱為齒槽；在任意圓周上所量得的齒槽的弧長(zhǎng)稱為齒槽寬，用表示。4、齒厚：沿任意圓周于同一齒輪兩側(cè)齒廓上所量得的弧長(zhǎng)稱為該圓周上的恥厚，以表示。5、齒根圓：包含齒輪所有齒槽底的圓。用或表示其直徑或半徑。6、齒距：沿任意圓周上所量得相鄰兩齒間同側(cè)齒廓之間的弧長(zhǎng)，用表示。7、分度圓和模數(shù)：為便于齒輪幾何尺寸的計(jì)算、測(cè)量所規(guī)定的一個(gè)基準(zhǔn)圓，其直徑和半徑分別用符號(hào)和表示。在分度圓上的齒厚、齒槽寬和齒距，通稱為齒厚、齒槽寬和齒距，分別用s、e和p表示。且p=s+e。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪s=e。模數(shù)是分度圓作為齒輪幾何尺寸計(jì)算依據(jù)的基準(zhǔn)而引入的參數(shù)。因?yàn)榉侄葓A周長(zhǎng)=，故由于是無(wú)理數(shù)，為了便于計(jì)算、制造和檢測(cè)，我們?nèi)藶榈匾?guī)定比值為一簡(jiǎn)單的數(shù)值，并把這個(gè)比值稱作模數(shù)，用m表示。即：m=所以得到：齒數(shù)Z相同，模數(shù)m不同的三個(gè)齒輪，模數(shù)m是決定齒輪幾何尺寸的重要參數(shù)。模數(shù)的單位為mm。齒輪的模數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，我國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)有兩個(gè)系列，要求優(yōu)先選用第一系列，括號(hào)內(nèi)的最好不要使用，需要時(shí)可以查表。由于任何一個(gè)齒輪的齒數(shù)Z和模數(shù)m是一定的，由可知：任何齒輪都有而且只有一個(gè)分度圓。8、壓力角：由式可知，漸開(kāi)線齒廓上任意一點(diǎn)K處的壓力角為。對(duì)于同一漸開(kāi)線齒廓，不同，也不同。十分顯然，基圓上漸開(kāi)線的壓力角等于零。我們通常所說(shuō)的齒輪壓力角是指在分度圓上的壓力角，用表示。所以有：由上式可知，模數(shù)、齒數(shù)不變的齒輪，若其壓力角不同，其基圓的大小也不同，因而其齒廓漸開(kāi)線的形狀也不同。因此，壓力角是決定漸開(kāi)線齒廓形狀的重要參數(shù)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1356-88）中規(guī)定分度圓壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值，一般情況下為，個(gè)別情況也用等。9、齒頂高、齒根高和全齒高：分度圓和齒頂圓之間的部分稱為齒頂，其徑向高度稱為齒頂高，用ha表示。位于分度圓與齒根圓之間的部分稱為齒根，其徑向高度稱為齒根高，用hf表示。齒輪在齒頂圓與齒根圓之間的徑向高度稱為全齒高。用h表示。齒頂高：齒根高：全齒高：齒頂圓直徑：齒根圓直徑：ha*：齒頂高因數(shù)。c*：頂隙因數(shù)。這兩個(gè)參數(shù)也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，其值分別為：正常齒短齒頂隙c=c*m：指一對(duì)齒輪嚙合時(shí)，一個(gè)齒輪的齒頂圓到另一個(gè)齒輪的齒根圓之間的徑向距離。頂隙可以儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，以利于齒輪傳動(dòng)。標(biāo)準(zhǔn)齒輪：支模數(shù)m，壓力角α、齒頂高因數(shù)ha*和頂隙因數(shù)c*均為標(biāo)準(zhǔn)值。且其齒厚等于齒槽寬，即s=e。漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的五個(gè)基本參數(shù)：齒數(shù)z、模數(shù)m、壓力角α，齒頂高因數(shù)ha*和頂隙因數(shù)c*。二、內(nèi)齒輪和齒條1、內(nèi)齒輪特點(diǎn)：1）、其齒厚相當(dāng)于外齒輪的齒槽寬，而齒槽寬相當(dāng)于外齒輪的齒厚。內(nèi)齒輪的齒廓是內(nèi)凹的漸開(kāi)線；2）、內(nèi)齒輪的齒頂圓在分度圓之內(nèi)，而齒根圓在分度圓之外。其齒根圓比齒頂圓大；3）、齒輪的齒廓均為漸開(kāi)線時(shí)，其齒頂圓必須大于基圓。2、齒條特點(diǎn)：1）、齒廓為直線，各點(diǎn)的壓力角相同，等于齒形角，數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)壓力角值。2）、齒條可視為齒數(shù)無(wú)窮多的齒輪，分度圓無(wú)窮大，成為分度線。與分度線平行的直線上的齒距均相等，pk=πm。分度線上s=e,其他直線上sk≠ek。三、常用測(cè)量項(xiàng)目1、任意圓周上的弧齒厚：2、分度圓弦齒厚s弦齒高h(yuǎn)：3、固定弦齒厚s弦齒高h(yuǎn)：當(dāng)α=20°，ha*=1時(shí)，4、公法線長(zhǎng)度在齒輪制造時(shí)，通過(guò)檢驗(yàn)公法線長(zhǎng)度來(lái)控制齒輪加工質(zhì)量。公法線長(zhǎng)度：齒輪卡尺跨過(guò)k個(gè)齒所量得的齒廓間的法向距離。跨齒數(shù)的確定無(wú)論是公法線長(zhǎng)度的計(jì)算還是測(cè)量，都涉及跨幾個(gè)齒的問(wèn)題。確定跨齒數(shù)的原則是：使卡尺的卡爪與齒廓中部的漸開(kāi)線接觸。準(zhǔn)齒輪跨齒數(shù)：在測(cè)量公法線長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)保證卡腳與齒廓漸開(kāi)線部分相切。如果跨齒太多，卡尺的卡腳就會(huì)在齒廓頂部接觸；如果跨齒太少，就會(huì)在齒根部接觸。5.4漸開(kāi)線齒輪的嚙合傳動(dòng)一、漸開(kāi)線齒輪能滿足定比傳動(dòng)的條件定比傳動(dòng)：在傳動(dòng)嚙合的任意瞬時(shí)，主、從動(dòng)輪角速度之比為一定值。齒輪傳動(dòng)不滿足定比傳動(dòng)時(shí)，將引起瞬時(shí)角速度的變化，從而產(chǎn)生沖擊、影響齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性。二、漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)的嚙合過(guò)程齒輪1為主動(dòng)輪，齒輪2為從動(dòng)輪。當(dāng)兩輪的一對(duì)齒開(kāi)始嚙合時(shí)，先以主動(dòng)輪的齒根推動(dòng)從動(dòng)輪的齒頂，因而起始嚙合點(diǎn)是從動(dòng)輪的齒頂圓與嚙合線N1N2的交點(diǎn)B2。隨著嚙合傳動(dòng)的進(jìn)行，輪齒嚙合點(diǎn)沿N1N2移動(dòng)，主動(dòng)輪輪齒上的哈合點(diǎn)逐漸向齒頂部移動(dòng)，而從動(dòng)輪輪齒上的嚙合點(diǎn)向齒根部移動(dòng)。當(dāng)嚙合傳動(dòng)進(jìn)行到主動(dòng)輪的齒頂圓與嚙合N1N2的交點(diǎn)B1時(shí)，兩輪齒即將脫離接觸，故B1為輪齒的終止嚙合點(diǎn)。從一對(duì)輪齒的嚙合過(guò)程來(lái)看，嚙合點(diǎn)實(shí)際走過(guò)的軌跡只是嚙合線N1N2上的一段B1B2，故將B1B2稱為實(shí)際嚙合線。若將兩輪的齒頂圓加大，則B1B2就越接近兩輪的嚙合極限點(diǎn)N1和N2。但基圓內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線，實(shí)際嚙合線不可能超過(guò)嚙合極限點(diǎn)N1和N2。因此，嚙合線是理論上最大的嚙合線，故稱為理論嚙合線。三、正確嚙合條件為了保證前后兩對(duì)齒輪能在嚙合線上同時(shí)接觸而又不產(chǎn)生干涉，則必須使兩輪的相鄰兩齒同側(cè)齒廓沿嚙合線上距離（法向齒距）相等。由漸開(kāi)線性質(zhì)可知，法向齒距與基圓齒距相等，即Pb1=Pb2。又Pb=πmCosα由此可得兩齒輪正確嚙合的條件為：m1cosα1=m2cosα2所以：m1=m2=m，α1=α2=α四、連續(xù)傳動(dòng)條件為了使齒輪傳動(dòng)不至中斷，在輪齒相互交替工作時(shí)，必須保證前一對(duì)輪齒尚未脫離嚙合時(shí)，后一對(duì)輪齒就應(yīng)進(jìn)入嚙合。為了滿足連續(xù)傳動(dòng)要求，前一對(duì)輪齒齒廓到達(dá)嚙合終點(diǎn)B1時(shí)，尚未脫離嚙合時(shí)，后一對(duì)輪齒至少必須開(kāi)始在B2點(diǎn)嚙合，此時(shí)線段B1B2恰好等于Pb。所以，連續(xù)傳動(dòng)的條件為：B1B2≥Pb也可表示為：ε≥1(即齒輪傳動(dòng)的重合度大于等于1，一般取ε=1.1~1.4。也可用下式計(jì)算：齒輪傳動(dòng)的重合度越大，則同時(shí)參與嚙合的齒輪越多，不僅傳動(dòng)平穩(wěn)性好，每對(duì)齒輪所分擔(dān)的載荷也小，相對(duì)地提高了齒輪的載荷能力。五、中心距及嚙合角外嚙合傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)中心距：一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線齒輪按標(biāo)準(zhǔn)中心距安裝時(shí)，其分度圓與節(jié)圓重合，嚙合角等于壓力角。嚙合角：過(guò)節(jié)點(diǎn)p作兩節(jié)圓的公切線，它與嚙合線之間所夾的銳角。非標(biāo)安裝時(shí)，中心距當(dāng)兩輪分度圓分離時(shí)，即實(shí)際中心距a’大于標(biāo)準(zhǔn)中心距a時(shí)，嚙合角α’大于分度圓壓力角α。即a’＞a，α’＞α。注意：兩輪的傳動(dòng)比與兩基圓半徑成反比，而中心距的改變并不影響基圓的大小，故不影響傳動(dòng)比。中心距可分性：漸開(kāi)線齒輪中心距的改變不影響傳動(dòng)比的性質(zhì)。5.5漸開(kāi)線齒輪的切齒原理齒輪的切齒方法有：仿型法、展成法一、仿形法仿形法：刀具的軸剖面刀刃形狀和被切齒槽的形狀相同。其刀具有盤(pán)狀銑刀和指狀銑刀等，如圖6-17所示。如右圖所示，切削時(shí)，銑刀轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)毛坯沿它的軸線方向移動(dòng)一個(gè)行程，這樣就切出一個(gè)齒間，也就是切出相鄰兩齒的各一側(cè)齒槽；然后毛坯退回原來(lái)的位置，并用分度盤(pán)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。那么，如果我們想要切出完全準(zhǔn)確的齒廓，則在加工m與相同、而z不同的齒輪時(shí)，每一種齒數(shù)的齒輪就需要一把銑刀。顯然，這在實(shí)際上是作不到的。所以，在工程上加工同樣m與的齒輪時(shí)，根據(jù)齒數(shù)不同，一般備有8把或15把一套的銑刀，來(lái)滿足加工不同齒數(shù)齒輪的需要。見(jiàn)下表：刀號(hào)12345678輪齒數(shù)12~1314~1617~2021~2526~3435~5455~134≥135每一號(hào)銑刀的齒形與其對(duì)應(yīng)齒數(shù)范圍中最少齒數(shù)的輪齒齒形相同。因此，用該號(hào)銑刀切削同組其它齒數(shù)的齒輪時(shí)，其齒形均有誤差。但這種誤差都是偏向輪齒齒體的，因此不會(huì)引起輪齒傳動(dòng)干涉。缺點(diǎn)：加工精度低；加工不連續(xù)，生產(chǎn)率低；加工成本高。優(yōu)點(diǎn)：可以用普通銑床加工。應(yīng)用：修配和小批量生產(chǎn)。二、展成法（又稱范成法、共軛法或包絡(luò)法）工作原理：利用一對(duì)齒輪互相嚙合傳動(dòng)時(shí)，兩輪的齒廓互為包絡(luò)線的原理來(lái)加工的。設(shè)想將一對(duì)互相嚙合傳動(dòng)的齒輪之一變?yōu)榈毒?，而另一個(gè)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，刀具的齒廓便將在輪坯上包絡(luò)出與其共軛的齒廓。常用的刀具有齒輪插刀、齒條插刀和齒輪滾刀。a.齒輪插刀齒輪插刀的外形就像一個(gè)具有刀刃的外齒輪，當(dāng)我們用一把齒數(shù)為的齒輪插刀去加工一個(gè)模數(shù)m，壓力角與該插刀相同，而齒數(shù)為z的齒輪時(shí)，將插刀和輪坯裝在專用的插齒機(jī)床上，通過(guò)機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)使插刀與輪坯按恒定的傳動(dòng)比回轉(zhuǎn)，并使插刀沿輪坯的齒寬方向作往復(fù)切削運(yùn)動(dòng)。這樣，刀具的漸開(kāi)線齒廓就在輪坯上包絡(luò)出與刀具漸開(kāi)線齒廓相共軛的漸開(kāi)線齒廓。在用齒輪插刀加工齒輪時(shí)，刀具與輪坯之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)主要有：（1）范成運(yùn)動(dòng)：即齒輪插刀與輪坯以恒定的傳動(dòng)比作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就如同一對(duì)齒輪嚙合一樣（展成運(yùn)動(dòng)）；（2）切削運(yùn)動(dòng)：即齒輪插刀沿著輪坯的齒寬方向作往復(fù)切削運(yùn)動(dòng)；（3）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：即為了切出輪齒的高度，在切削過(guò)程中，齒輪插刀還需要向輪坯的中心移動(dòng)，直至達(dá)到規(guī)定的中心距為止；（4）讓刀運(yùn)動(dòng)：輪坯的徑向退刀運(yùn)動(dòng)，以免損傷加工好的齒面。b.齒條插刀齒條插刀加工齒輪的原理與用齒輪插刀加工相同，僅僅是展成運(yùn)動(dòng)變?yōu)辇X條與齒輪的嚙合運(yùn)動(dòng)，并且齒條的移動(dòng)速度為。由加工過(guò)程可以看出，以上兩種方法其切削都不是連續(xù)的，這樣就影響了生產(chǎn)率的提高。因此，在生產(chǎn)中更廣泛地采用齒輪滾刀來(lái)加工齒輪。b.齒輪滾刀滾刀形狀象一個(gè)開(kāi)有刀口的螺旋且在其軸剖面（即輪坯端面）內(nèi)的形狀相當(dāng)于一齒條。其加工原理與用齒條插刀加工時(shí)基本相同。但滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刀刃的螺旋運(yùn)動(dòng)代替了齒條插刀的展成運(yùn)動(dòng)和切削運(yùn)動(dòng)。滾刀回轉(zhuǎn)時(shí)，還需沿輪坯軸向方向緩慢進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便切削一定的齒寬。加工直齒輪時(shí)，滾刀軸線與輪坯端面之間的夾角應(yīng)等于滾刀的螺旋升角，以使其螺旋的切線方向與輪坯徑向相同。滾刀的回轉(zhuǎn)就像一個(gè)無(wú)窮長(zhǎng)的齒條刀在移動(dòng)，所以這種加工方法是連續(xù)的，具有很高的生產(chǎn)率。利用范成法加工齒輪，只要刀具和被加工齒輪的模數(shù)及壓力角相同，就可以利用一把刀具來(lái)加工。5.6根切現(xiàn)象與最小齒數(shù)一、根切現(xiàn)象和最小齒數(shù)根切：用展成法加工齒輪時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)刀具的頂部切入了輪齒的根部，而把齒根切去了一部分，破壞了漸開(kāi)線齒廓。影響：根切的齒輪會(huì)削弱輪齒的抗彎強(qiáng)度、降低傳動(dòng)的重合度和平穩(wěn)性。所以在設(shè)計(jì)制造中應(yīng)力求避免根切。要使被切齒輪不產(chǎn)生根切，刀具的齒項(xiàng)線不得超過(guò)N點(diǎn)，即由圖中可看出：代入上式得：當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)二、漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的局限性1、齒數(shù)z必須大于或等于zmin，否則將發(fā)生根切；2、不能適應(yīng)中心距a’≠a=m（z1+z2）/2的場(chǎng)合；3、一對(duì)相互嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪中，小齒輪的齒根厚度小于大齒輪的齒根厚度，而小齒輪的工作條件往往比大齒輪惡劣，故容易損壞。解決措施：可采用變位齒輪，可以使其z＜zmin時(shí)不發(fā)生根切，可實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)中心距的無(wú)側(cè)隙傳動(dòng)；可調(diào)整嚙合區(qū)域，使兩齒輪根部最大滑動(dòng)速度接近，改善齒輪傳動(dòng)性能。5.7漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算一、輪齒的受力分析和計(jì)算載荷1、齒輪上的作用力以節(jié)點(diǎn)P處的嚙合力為分析對(duì)象，并不計(jì)嚙合輪齒間的摩擦力，可得：圓周力：方向：主動(dòng)輪：與回轉(zhuǎn)方向相反。從動(dòng)輪：與回轉(zhuǎn)方向相同徑向力：方向：嚙合點(diǎn)指向軸心法向力：方向：垂直于接觸面2、輪齒的計(jì)算載荷齒輪傳動(dòng)在實(shí)際工作時(shí)，由于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的工作特性不同，會(huì)產(chǎn)生附加載荷。齒輪、軸、軸承的加工、安裝誤差及彈性變形會(huì)引起載荷集中，使實(shí)際載荷增加。計(jì)算載荷用符號(hào)Fnc表示。即：Fnc=KFn二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算基本公式──赫茲應(yīng)力計(jì)算公式，即:B：兩柱體的接觸寬度；ρ1、ρ2為兩柱體接觸處的曲率半徑，式中“±”分別表示外接觸和內(nèi)接觸；μ1、μ2為兩柱體材料的泊松比；1/ρ為綜合曲率半徑ρ的倒數(shù)，F(xiàn)n/b為單位接觸長(zhǎng)度上的載荷；ZE為配對(duì)齒輪的材料系數(shù)。在節(jié)點(diǎn)嚙合時(shí)，接觸應(yīng)力較大，故以節(jié)點(diǎn)為接觸應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)。齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核式：齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)式：上述式中：u─齒數(shù)比（傳動(dòng)比），u=z2/z1；ZH─節(jié)點(diǎn)嚙合系數(shù)；b=ψdd1(ψd稱為齒寬因數(shù)，查表得），K：載荷因數(shù)。三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)該力學(xué)模型可得齒根理論彎曲應(yīng)力YFs為復(fù)合齒形系數(shù)，是僅與齒形有關(guān)而與模數(shù)m無(wú)關(guān)的系數(shù)，其值可根據(jù)齒數(shù)查表獲得。齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核公式：設(shè)計(jì)公式：注意：Z1為小齒輪的齒數(shù)。齒輪傳動(dòng)的彎曲疲勞許用應(yīng)力：為齒輪單向受載時(shí)的彎曲疲勞極限，可查表得，對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力下的工作的齒輪，其值應(yīng)降低到70%，SFmin=1，對(duì)于損壞一起嚴(yán)重后果的可取1.5，YN為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)。在計(jì)算許用應(yīng)力時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算。在計(jì)算模數(shù)的公式中應(yīng)取YFS1/[σbb1]和YFS2/[σbb2]中較大值代入。四、圓柱齒輪傳動(dòng)參數(shù)的選擇和設(shè)計(jì)步驟已知條件：傳遞的功率P、轉(zhuǎn)速n、傳動(dòng)比i、工作機(jī)和原動(dòng)機(jī)的工作特性；外廓尺寸、中心距限制；壽命、可靠性、維修條件等。設(shè)計(jì)要求：確定齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)、幾何尺寸、齒輪結(jié)構(gòu)和精度等級(jí)，繪制工作圖。（一）、主要參數(shù)選擇1、齒數(shù)z：軟齒面的閉式傳動(dòng)，一般取z1=20～40；硬齒面的閉式傳動(dòng)及開(kāi)式傳動(dòng)，一般取z1=17～20。2、模數(shù)m：在滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的條件下，宜采用較小的模數(shù)，對(duì)于傳遞動(dòng)力的齒輪可按公式：m=（0.007～0.02）a初選，但m≥2mm。3、齒寬因數(shù)ψd：增大齒寬因數(shù)，可減小齒輪傳動(dòng)裝置的徑向尺寸，降低齒輪的傳動(dòng)圓周速度。但齒寬系數(shù)過(guò)大則需提高機(jī)構(gòu)剛度。注意：為確保強(qiáng)度要求，同時(shí)利于裝配和調(diào)整，小齒輪齒寬加大5～10mm。（二）、設(shè)計(jì)步驟1、選擇齒輪材料及熱處理；2、確定齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)；3、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算；硬齒面的閉式傳動(dòng)，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度確定d1（或a），再選擇合適的Z和m，最后做齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。軟齒面的閉式傳動(dòng)，先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度確定模數(shù)m，再選擇合適的齒數(shù)和Ψd，最后校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。4、計(jì)算齒輪的幾何尺寸；5、確定齒輪的結(jié)構(gòu)形式；6、繪制齒輪工作圖。5.8漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)一、斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成及其特點(diǎn)1、形成:2、特點(diǎn):1）、相切與基圓柱的平面與齒廓曲面的交線為斜直線，它與基圓柱母線的夾角恒為βb（基圓柱上的螺旋角）。2）、端面與齒廓曲面的截交線為漸開(kāi)線。3）、基圓柱面以及和它同軸的圓柱面的截交線都是螺旋線，但其螺旋角大小不等。4）、一對(duì)平行軸斜齒圓柱齒輪嚙合時(shí)，斜齒輪的齒廓是逐漸進(jìn)入、脫離嚙合的，斜齒輪齒廓接觸線的長(zhǎng)度由零逐漸增加，又逐漸縮短，直至脫離接觸，載荷不是寬突然加上及卸下，因此斜齒輪傳動(dòng)工作較平穩(wěn)。二、斜齒圓柱齒輪的主要參數(shù)和幾何尺寸1．螺旋角一般計(jì)算都按分度圓柱上的螺旋角β計(jì)算。螺旋角越大則齒輪運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性越好。一般取8°~25°。人字齒輪螺旋角取25°~45°（其軸向力可以抵消）。斜齒輪分類（旋向）：左旋,右旋。2．模數(shù)pt為端面齒距，而pn為法面齒距，pn=pt·cosβ因?yàn)閜=πm,πmn＝πmt·cosβ,故斜齒輪法面模數(shù)與端面模數(shù)的關(guān)系為:mn＝mt·cosβ。4.齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)：無(wú)論從法向或從端面來(lái)看，輪齒的齒頂高都是相同的，頂隙也是相同的。正常齒制：han*=1，cn*=0.25短齒制：han*=0.8，cn*=0.35.斜齒輪的幾何尺寸計(jì)算：斜齒輪傳動(dòng)的中心距與螺旋角b有關(guān)。當(dāng)一對(duì)斜齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、一定時(shí)，可以通過(guò)改變其螺旋角b的大小來(lái)調(diào)整中心距。三、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)正確嚙合的條件和重合度1.正確嚙合條件2.斜齒輪傳動(dòng)的重合度直齒輪的重合度：齒輪傳動(dòng)的實(shí)際嚙合線長(zhǎng)度為CD斜齒輪傳動(dòng)嚙合時(shí)，由從動(dòng)輪前端面齒頂與主動(dòng)輪前端面齒根接觸點(diǎn)D開(kāi)始嚙合，至主動(dòng)輪后端面齒頂與從動(dòng)輪后端面齒根接觸點(diǎn)C退出嚙合，實(shí)際嚙合線長(zhǎng)度為DC1，它比直齒輪的嚙合線增大了CC1。因此，斜齒輪傳動(dòng)的總重合度為：四、斜齒圓柱齒輪的公法線長(zhǎng)度與固弦齒厚1、公法線長(zhǎng)度：端面（Wt）、法向（Wn）是否能測(cè)量公法線的依據(jù)：2、固定弦齒厚scn與固定弦齒高h(yuǎn)cn五、斜齒輪的當(dāng)量齒數(shù)用比較了解的直齒圓柱齒輪來(lái)代替斜齒輪。這個(gè)直齒輪是一個(gè)虛擬的齒輪。這個(gè)虛擬的齒輪稱為該斜齒輪的當(dāng)量齒輪。計(jì)算式為：不發(fā)生根切的最小齒數(shù):六、斜齒圓柱齒輪的受力分析圓周力:方向判斷：主動(dòng)輪：與回轉(zhuǎn)方向相反，從動(dòng)輪：與回轉(zhuǎn)方向相同。徑向力:方向判斷：從嚙合點(diǎn)指向輪心。軸向力:方向判斷：主動(dòng)輪左、右手螺旋定則。由于Fa∝tanb，為了不使軸承承受的軸向力過(guò)大，螺旋角b不宜選得過(guò)大，常在b=8o～20o之間選擇。七、斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算（一對(duì)鋼制齒輪）校核公式:設(shè)計(jì)公式:（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核公式:設(shè)計(jì)公式:5.9交錯(cuò)軸斜齒齒輪傳動(dòng)交錯(cuò)斜齒輪傳動(dòng)（螺旋齒輪傳動(dòng)）：將一對(duì)斜齒輪安裝成其軸線既不平行也不相交。交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)兩任意交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)。一、軸交角Σ與螺旋角β1和β2之間的關(guān)系上式中，當(dāng)兩輪螺旋角方向相同時(shí)，β1、β2均用正值代入，如圖所示；當(dāng)兩輪螺旋角方向相反時(shí)，β1和β2一個(gè)用正值另一個(gè)用負(fù)值代入，如圖所示。若Σ=0，則兩輪的螺旋角大小相等，方向相反，即變成平行軸斜齒輪傳動(dòng)。二、幾何尺寸兩輪的中心距：三、正確嚙合條件四、齒向相對(duì)滑動(dòng)速度和傳動(dòng)比五、特點(diǎn)和應(yīng)用一對(duì)交錯(cuò)軸斜齒輪嚙合時(shí)，輪齒間的接觸為點(diǎn)接觸，相對(duì)滑動(dòng)速度較大，所以輪齒接觸強(qiáng)度低，易磨損。傳動(dòng)時(shí)有軸向力，所以不能傳遞較大的動(dòng)力?？梢愿淖兟菪堑姆椒ǜ淖凖X輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向和調(diào)整中心距。討論與交流教材中本單元的練習(xí)題。單元六蝸桿傳動(dòng)6.1蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用組成：蝸桿、蝸輪（一般蝸桿為主動(dòng)件，蝸輪為從動(dòng)件）作用：傳遞空間交錯(cuò)的兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。通常Σ=90°。應(yīng)用：用在機(jī)床、汽車、儀器、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械以及其他機(jī)械制造工業(yè)中。最大傳遞功率為750Kw，通常用在50Kw以下。特點(diǎn):1）、傳動(dòng)比大。單級(jí)時(shí)i=5~80，一般為i=15~50，分度傳動(dòng)時(shí)i可達(dá)到1000，結(jié)構(gòu)緊湊。2）、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小。3）、自鎖性，當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自鎖。4）、蝸桿傳動(dòng)效率較低，其齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度大，齒面磨損嚴(yán)重。5、蝸輪的造價(jià)較高。為降低摩擦，減小磨損，提高齒面抗膠合能力，蝸輪常用貴重的銅合金制造。二、蝸桿傳動(dòng)的類型按照蝸桿的形狀不同分為：圓柱蝸桿傳動(dòng)(a)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)(b)、錐面蝸桿傳動(dòng)(c)。1、圓柱蝸桿傳動(dòng)蝸桿有左、右旋之分。螺桿的常用齒數(shù)（頭數(shù)）z1=1~4，頭數(shù)越多，傳動(dòng)效率越高。蝸桿加工由于安裝位置不同，產(chǎn)生的螺旋面在相對(duì)剖面內(nèi)的齒廓曲線形狀不同。1）、阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）如圖所示，阿基米德蝸桿是齒面為阿基米德螺旋面的圓柱蝸桿。通常是在車床上用刃角α0=20°的車刀車制而成，切削刃平面通過(guò)蝸桿曲線，端面齒廓為阿基米德螺旋線。其齒面為阿基米德螺旋面。優(yōu)、缺點(diǎn)：蝸桿車制簡(jiǎn)單，精度和表面質(zhì)量不高，傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率低。頭數(shù)不宜過(guò)多。應(yīng)用：頭數(shù)較少，載荷較小，低速或不太重要的場(chǎng)合。2）、法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）優(yōu)、缺點(diǎn)：常用端銑刀或小直徑盤(pán)銑刀切制，加工簡(jiǎn)便，利于加工多頭蝸桿，可以用砂輪磨齒，加工精度和表面質(zhì)量較高。應(yīng)用：用于機(jī)場(chǎng)的多頭精密蝸桿傳動(dòng)。3）、漸開(kāi)線蝸桿（ZI蝸桿）優(yōu)、缺點(diǎn)：可以用單面砂輪磨齒，制造精度、表面質(zhì)量、傳動(dòng)精度及傳動(dòng)效率較高。應(yīng)用：用于成批生產(chǎn)和大功率、高速、精密傳動(dòng)，故最常用。2、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)：（1）、齒輪表面有較好的油膜形成條件，抗膠合的承載能力和效率都較高；（2）、同時(shí)接觸的齒數(shù)較多，承載能力為圓柱蝸桿傳動(dòng)的1.5~4倍；（3）、制造和安裝較復(fù)雜，對(duì)精度要求高；（4）、需要考慮冷卻的方式。3、錐面蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)：（1）、嚙合齒數(shù)多，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)；（2）、蝸輪用淬火鋼制造，節(jié)約有色金屬。6.2蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸垂直于蝸輪軸線且通過(guò)蝸桿軸線的平面，稱為中間平面。在中間平面內(nèi)蝸桿與蝸輪的嚙合就相當(dāng)于漸開(kāi)線齒條與齒輪的嚙合。在蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，均以中間平面上的基本參數(shù)和幾何尺寸為基準(zhǔn)。一、主要參數(shù)1、模數(shù)m和壓力角a蝸桿與蝸輪嚙合時(shí)，蝸桿的軸向模數(shù)mx1、壓力角αx1應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等，即mx1=mt2=mαx1=αt2=α=20°β=γβ：為蝸輪的螺旋角，γ：螺桿的導(dǎo)程角。2、螺桿導(dǎo)程角γpx1：為蝸桿軸向齒距，px1=πm（mm）；γ為導(dǎo)程角（°）。導(dǎo)程角越大，傳動(dòng)效率越高，γ=3.5°~55°。傳動(dòng)效率高時(shí)，常取γ=15°~30°，采用多頭蝸桿。若要求傳動(dòng)時(shí)反向自鎖時(shí)，取γ≤3°40′。3、蝸桿分度圓直徑d1由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對(duì)加工而成的，為了限制滾刀的數(shù)目，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿分度圓直徑d1。導(dǎo)程角γ大，其傳動(dòng)效率高，但會(huì)使蝸桿的強(qiáng)度、剛度降低。在蝸桿剛度允許的情況下，設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，要求傳動(dòng)效率高時(shí)，d1可以選小值，當(dāng)要求強(qiáng)度和剛度大時(shí)，d1選大值。4、蝸桿的頭數(shù)z1、蝸輪齒數(shù)z2和傳動(dòng)比i較少的蝸桿頭數(shù)（如：?jiǎn)晤^蝸桿）可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，但傳動(dòng)效率較低，可以實(shí)現(xiàn)自鎖；蝸桿頭數(shù)越多，傳動(dòng)效率越高，但蝸桿頭數(shù)過(guò)多時(shí)不易加工。通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動(dòng)比，即z2=iz1。z2不宜太?。ㄈ鐉2＜28)，否則將使傳動(dòng)平穩(wěn)性變差。z2也不宜太大，否則在模數(shù)一定時(shí)，蝸輪尺寸越大，剛度越小，影響傳動(dòng)的嚙合精度，所以蝸輪齒數(shù)不大于100，常取32~80。z1、z2之間最好互質(zhì)，利于磨損均勻。傳動(dòng)比i：傳動(dòng)比i的公稱值有：5，7.5，10*，12.5，15，20*，25，30，40*，50，60，70，80*。帶*的為基本傳動(dòng)比，優(yōu)先選用。5、中心距：為便于大批生產(chǎn)，減少箱體類型，有利于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，國(guó)標(biāo)中對(duì)一般圓柱蝸桿減速裝置的中心距推薦為：40，50，63，80，100，125，160，（180），200，（225），250，（280），315，（335），400，（450），500。二、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸6.3蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和精度一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1、失效形式主要失效形式有：齒面疲勞點(diǎn)蝕、膠合、磨損及輪齒折斷。齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度vs：在潤(rùn)滑及散熱不良時(shí)，閉式傳動(dòng)易出現(xiàn)膠合，但由于蝸輪的材料通常比蝸桿材料軟，發(fā)生膠合時(shí)，蝸輪表面金屬粘到蝸桿的螺旋面上，使、蝸輪工作齒面形成溝痕。蝸輪輪齒的磨損嚴(yán)重，尤其在開(kāi)式傳動(dòng)和潤(rùn)滑油不清潔的閉式傳動(dòng)中。2、計(jì)算準(zhǔn)則對(duì)于閉式蝸輪傳動(dòng)，通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度來(lái)設(shè)計(jì)，并校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。對(duì)于開(kāi)式蝸輪傳動(dòng)，或傳動(dòng)時(shí)載荷變動(dòng)較大，或蝸輪齒數(shù)z2大于90時(shí)，通常只須按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于蝸桿傳動(dòng)時(shí)摩擦嚴(yán)重、發(fā)熱大、效率低，對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)還必須作熱平衡計(jì)算，以免發(fā)生膠合失效。二、蝸桿蝸輪常用材料及熱處理蝸輪和蝸桿材料要有一定的強(qiáng)度，還要有良好的減摩性、耐摩性和抗膠合能力。蝸桿傳動(dòng)常用青銅（低速時(shí)用鑄鐵）做蝸輪齒圈，與淬硬并磨制的鋼制蝸桿相匹配。1、蝸桿材料及熱處理一般不重要的蝸桿用45鋼調(diào)質(zhì)處理；高速、重載但載荷平穩(wěn)時(shí)用碳鋼、合金鋼，表面淬火處理；高速、重載且載荷變化大時(shí)，可采用合金鋼滲碳淬火處理。2、蝸輪材料及許用應(yīng)力錫青銅：減摩性、耐磨性好，抗膠合能力強(qiáng)，但價(jià)格高，用于相對(duì)滑動(dòng)速度vs≤25m/s的高速重要蝸桿傳動(dòng)中；鑄鋁青銅：強(qiáng)度好、耐沖擊而且價(jià)格便宜，但抗膠合能力和耐磨性不如錫青銅，一般用于vs≤10m/s的蝸桿傳動(dòng)中；灰鑄鐵：用于vs≤2m/s的低速、輕載、不重要的蝸桿傳動(dòng)中。錫青銅蝸輪的許用應(yīng)力鋁鐵青銅及鑄鐵蝸輪的許用應(yīng)力三、蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)GB10089－88對(duì)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)規(guī)定了1~12個(gè)精度等級(jí)1級(jí)精度最高，其余等級(jí)依次降低，12級(jí)為最低，6~9級(jí)精度應(yīng)用最多，6級(jí)精度傳動(dòng)一般用于中等精度的機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，蝸輪圓周速度v2＞5m/s，7級(jí)精度用于中等精度的運(yùn)輸機(jī)或高速傳遞動(dòng)力場(chǎng)合,蝸輪圓周速度v2＜7.5m/s，8級(jí)精度一般用于一般的動(dòng)力傳動(dòng)中，蝸輪圓周速度v2＜3m/s，9級(jí)精度一般用于不重要的低速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或手動(dòng)機(jī)構(gòu)，蝸輪圓周速度v2＜1.5m/s。討論與交流教材中本單元的練習(xí)題。單元七齒輪系和減速器7.1齒輪系概述在現(xiàn)代機(jī)械中，為了滿足不同的工作要求，僅用一對(duì)齒輪傳動(dòng)或蝸桿傳動(dòng)往往是不夠的，通常需要采用一系列相互嚙合的齒輪（包括蝸桿傳動(dòng)）組成的傳動(dòng)系統(tǒng)將主動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)傳給從動(dòng)軸。這種由一系列齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)成為輪系（齒輪系）。如果齒輪系中各齒輪的軸線互相平行，則稱為平面齒輪系，否則稱為空間齒輪系。根據(jù)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)齒輪的軸線位置相對(duì)于機(jī)架是否固定，又可將齒輪系分為兩大類：定軸齒輪系和行星齒輪系。一、定軸輪系如果齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所有齒輪的軸線保持固定，稱為定軸齒輪系，定軸齒輪系又分為平面定軸齒輪系和空間定軸齒輪系兩種。二、行星輪系齒輪1、3和構(gòu)件H均繞固定的互相重合的幾何軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪2空套在構(gòu)件H上，與齒輪1、3相嚙合。齒輪2既繞自身軸線自轉(zhuǎn)又隨構(gòu)件H繞另一固定軸線（軸線O-O）公。齒輪2稱為行星輪構(gòu)件H稱為行星架。軸線固定的齒輪1、3則稱為中心輪或太陽(yáng)輪。按結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度分類：（1）、單級(jí)行星輪系：由一個(gè)行星架及其上的行星輪與之相捏合的太陽(yáng)輪所構(gòu)成的輪系。（2）、多級(jí)行星輪系：由兩級(jí)或兩級(jí)以上同類型單級(jí)行星輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的輪系。（3）、混合行星輪系：由一級(jí)或多級(jí)行星輪系與定軸輪系所組成的輪系。按太陽(yáng)輪個(gè)數(shù)分類：（1）、2K-H型行星輪系：又兩個(gè)太陽(yáng)輪（2K）和一個(gè)行星架（H)所組成。（2）、3K行行星輪系：由三個(gè)太陽(yáng)輪（3K）所組成的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。（3）、K—H—V型行星輪系：由一個(gè)太陽(yáng)輪（K）、一個(gè)行星架（H）和一個(gè)輸出機(jī)構(gòu)組成。按自由度分類：通常將具有一個(gè)自由度的行星齒輪系稱為簡(jiǎn)單行星齒輪系。將具有二個(gè)自由度的行星齒輪系稱為差動(dòng)齒輪系。簡(jiǎn)單行星齒輪系簡(jiǎn)單行星齒輪系7.2定軸齒輪系傳動(dòng)比的