《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第4版》 教案全套 朱龍英 第1-15章 緒論、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及其自由度-機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教案目錄第1章緒論第2章平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及其自由度第3章平面連桿機(jī)構(gòu)第4章凸輪機(jī)構(gòu)第5章齒輪傳動(dòng)第6章輪系及其設(shè)計(jì)第7章其他常用機(jī)構(gòu)第8章機(jī)械的平衡與調(diào)速第9章帶傳動(dòng)第10章鏈傳動(dòng)第11章連接第12章軸第13章軸承第14章其他常用零部件第15章機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)緒論基本要求：了解本課程的性質(zhì)、目的、任務(wù)；了解本課程的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)要求、學(xué)習(xí)方法、和教學(xué)手段。重點(diǎn)：本課程的性質(zhì)、目的、任務(wù)。難點(diǎn)：機(jī)器、機(jī)構(gòu)、構(gòu)件、零件的概念。學(xué)時(shí)：課堂教學(xué)：3學(xué)時(shí)。教學(xué)方法：多媒體結(jié)合板書。1.1本課程研究的對(duì)象和內(nèi)容1.1.1研究對(duì)象1、機(jī)器：根據(jù)某種使用要求而設(shè)計(jì)的一種執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，可用來(lái)變換或傳遞能量、物料和信息。2、機(jī)構(gòu)：一種用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的可動(dòng)的裝置。很顯然，機(jī)器和機(jī)構(gòu)最明顯的區(qū)別是：機(jī)器能作有用功，而機(jī)構(gòu)不能，機(jī)構(gòu)僅能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。兩者之間也有聯(lián)系，機(jī)器是由幾個(gè)機(jī)構(gòu)組成的系統(tǒng)，最簡(jiǎn)單的機(jī)器只有一個(gè)機(jī)構(gòu)。3、機(jī)械：機(jī)器和機(jī)構(gòu)的統(tǒng)稱。1.1.2本課程研究的主要內(nèi)容1、各種常用機(jī)構(gòu)及機(jī)器動(dòng)力學(xué)的基本知識(shí)；2、通用零件的工作原理的工作原理、設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法；3、扼要介紹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)范。1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序1.2.1基本要求：物美：功能性要求；價(jià)廉：經(jīng)濟(jì)性要求。1.2.2機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過(guò)程市場(chǎng)調(diào)研可行性研究；原理方案設(shè)計(jì)；3、技術(shù)設(shè)計(jì)；4、試制試驗(yàn)；5、小批生產(chǎn)試銷；6、投產(chǎn)。1.3機(jī)械零件的常用材料及選擇1.3.1械零件的常用材料1、鋼和鑄鐵（黑色金屬）碳鋼與合金鋼：應(yīng)用最廣泛鑄鋼：鑄造性比鑄鐵差，但比鍛鋼和軋制鋼好。強(qiáng)度性比鑄鐵好，但比鍛鋼和軋制鋼差。鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵2、有色金屬鋁合金——重量輕、導(dǎo)熱導(dǎo)電性較好、塑性好、抗氧化性好，高強(qiáng)度鋁合金強(qiáng)度可與碳素鋼相近；b)銅合金——黃銅：Cu與Zn合金青銅：Cu與Sn的合金無(wú)錫青銅：Cu與鋁、硅、錳、鎳的合金。3、非金屬材料塑料——輕、易加工成形、減摩性好，強(qiáng)度低，可作為普通機(jī)械零件、絕緣體陶瓷——電熱性好，硬度高橡膠——彈性、絕緣性好，常用作彈性元件和密封元件、減震元件4、復(fù)合材料1.3.2機(jī)械零件材料選用的原則零件的工作情況；結(jié)構(gòu)和加工工藝性；3、材料的經(jīng)濟(jì)性；4、材料供應(yīng)情況。1.4機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則及一般設(shè)計(jì)步驟1.4.1機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的失效形式：失效：零件喪失正常工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能；失效形式：強(qiáng)度失效、剛度失效、磨損失效、振動(dòng)、噪聲失效、精度失效、可靠性失效。計(jì)算準(zhǔn)則——以防止產(chǎn)生各種可能失效為目的而擬定的零件工作能力計(jì)算依據(jù)的基本原則。1、強(qiáng)度準(zhǔn)則零件在載荷作用下抵抗破壞的能力。2、剛度準(zhǔn)則零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。3、壽命準(zhǔn)則壽命：正常工作的時(shí)間。4、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則1.4.2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（如功率、轉(zhuǎn)速等），選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)形式。2）根據(jù)機(jī)器的工作要求，計(jì)算作用在零件上的載荷。3）根據(jù)零件的工作條件，選擇合適的材料及熱處理方法。4）分析零件的主要失效形式，選擇相應(yīng)的計(jì)算準(zhǔn)則，計(jì)算零件的基本尺寸。5）按結(jié)構(gòu)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化要求，進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。6）必要時(shí)進(jìn)行詳細(xì)的校核計(jì)算。7）繪制零件工作圖，并寫出計(jì)算說(shuō)明書。1.5機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化1.5.1機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性的基本要求1．選擇合理的毛坯；2．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于加工；3．便于裝拆和維修。1.5.2機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化:指對(duì)零件的類型、規(guī)格、性能指標(biāo)、檢驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)方法、制圖要求等制定標(biāo)準(zhǔn)并加以實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)化含義：標(biāo)準(zhǔn)化、尺寸規(guī)格的系列化和通用化。標(biāo)準(zhǔn)按層次分為：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JB、YB）和企業(yè)（公司）標(biāo)準(zhǔn)；按使用的強(qiáng)制性程度分為：必須執(zhí)行的（GB）和推薦使用的（GB/T）。本章小結(jié)1.本課程研究的對(duì)象是：機(jī)械。2.機(jī)械零件材料選用的原則：安全、合理、經(jīng)濟(jì)。3.機(jī)械零件的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則：強(qiáng)度準(zhǔn)則；剛度準(zhǔn)則；壽命準(zhǔn)則；穩(wěn)定性準(zhǔn)則。4.機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟：根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型；計(jì)算作用在零件上的載荷；選擇合適的材料及熱處理方法；分析零件的主要失效形式，計(jì)算零件的基本尺寸；按結(jié)構(gòu)工藝性要求，進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；繪制零件工作圖。作業(yè)1-1機(jī)器的特征是什么？機(jī)器和機(jī)構(gòu)有何區(qū)別？1-2構(gòu)件和零件的區(qū)別是什么？1-3機(jī)械零件常用的材料有哪幾類？1-4機(jī)械零件的主要計(jì)算準(zhǔn)則有哪些？1-5機(jī)械零件結(jié)構(gòu)工藝性的基本要求有哪些？第2章平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及其自由度基本要求：了解平面運(yùn)動(dòng)副及平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖繪制；掌握平面運(yùn)動(dòng)鏈的自由度及其具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。重點(diǎn)：平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制及自由度的計(jì)算。難點(diǎn)：平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算、虛約束的判斷。學(xué)時(shí)：課堂教學(xué)：4學(xué)時(shí)。教學(xué)方法：多媒體結(jié)合板書。2.1運(yùn)動(dòng)副及其分類機(jī)構(gòu)的分類：平面機(jī)構(gòu)：所有的構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)?？臻g機(jī)構(gòu)：所有的構(gòu)件不全在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。構(gòu)件的自由度：構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，如圖2-1所示?？臻g自由構(gòu)件：6個(gè)平面自由構(gòu)件：3個(gè)約束：附加在構(gòu)件上對(duì)構(gòu)件自由度的限制。圖2-1構(gòu)件的自由度2.1.1運(yùn)動(dòng)副由兩構(gòu)件組成的可動(dòng)聯(lián)接。三要素：兩構(gòu)件組成、直接接觸、有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)副元素：構(gòu)件上直接參與接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面。2.1.2運(yùn)動(dòng)副的分類1、根據(jù)引入約束的數(shù)目分：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)副。2、根據(jù)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件的接觸情況分：低副：面接觸。高副：點(diǎn)或線接觸，如圖2-2所示。3、根據(jù)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)范圍分：平面副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件都在同一或平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。平面副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件不在同一或平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。4、根據(jù)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分：移動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件作相對(duì)移動(dòng)，如圖2-3所示。轉(zhuǎn)動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2-4所示。螺旋副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件作螺旋運(yùn)動(dòng)，如圖2-5所示。球面副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件作球面運(yùn)動(dòng)，如圖2-6所示。常用及我們這本書主要介紹的是：圖2-2高副圖2-3移動(dòng)副圖2-4轉(zhuǎn)動(dòng)副圖2-5螺旋副圖2-6球副特點(diǎn)：低副：1）面接觸——接觸比壓低，承載能力大。2）接觸面為平面或柱面。便于加工，成本低；便于潤(rùn)滑。3）引入二個(gè)約束，Ⅱ級(jí)副。高副：1）點(diǎn)、線接觸。接觸比壓高，承載能力小。2）接觸面曲面。不便于加工和潤(rùn)滑。3）引入一個(gè)約束。Ⅰ級(jí)副。2.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2.2.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，按一定的比例尺定出各運(yùn)動(dòng)副的位置，用國(guó)標(biāo)規(guī)定的運(yùn)動(dòng)副及常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的符號(hào)和簡(jiǎn)單的線條將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況表示出來(lái)，與原機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性完全相同的，表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況的簡(jiǎn)化圖形。機(jī)構(gòu)示意圖：表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，不嚴(yán)格地按比例來(lái)繪制的簡(jiǎn)圖。2.2.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制運(yùn)動(dòng)副的表示方法表2-1運(yùn)動(dòng)副的表示方法常用機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖表示方法表2-2常用機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖表示方法一般構(gòu)件的的表示方法表2-3一般構(gòu)件表示方法繪制步驟：1、分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。目的：確定構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的類型及數(shù)目。2、恰當(dāng)選擇投影面。3、適當(dāng)選擇比例尺μl=4、繪圖。2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度2.3.1平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式設(shè)某機(jī)構(gòu)共有n個(gè)構(gòu)件、PL個(gè)低副、PH個(gè)高副，則該機(jī)構(gòu)的自由度應(yīng)為：例2-1試計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度a)b)n=3、pL=4、pH=0n=2、pL=3、pH=0F=3n-(2pL+pH)F=3n-(2pL+pH)=3×3-(2×4+0)=1=3×2-(2×3+0)=0c)d)n=2、pL=3、pH=0n=4、pL=6、pH=0F=3n-(2pL+pH)F=3n-(2pL+pH)=3×2-(2×3+0)=0=3×4-(2×5+0)=2e)n=2、pL=2、pH=1F=3n-(2pL+pH)=3×2-(2×2+1)=12.3.2機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件1、什么是確定運(yùn)動(dòng)2、構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)。例2-2試計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷其運(yùn)動(dòng)是否確定。a)n=5、pL=7、pH=0F=3n-(2pL+pH)=3×5-(2×7+0)=1b)n=4、pL=5、pH=1F=3n-(2pL+pH)=3×4-(2×5+1)=1c)n=3、pl=3、ph=1F=3n-(2pL+pH)=3×3-(2×3+1)=2e)n=5、pL=6、pH=0F=3n-(2pL+pH)=3×5-(2×6+0)=32.3.3計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng)1、復(fù)合鉸鏈——兩個(gè)以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接,如圖2-7所示。圖2-7復(fù)合鉸鏈pl=N-1例2-3計(jì)算圖2-8所示直線機(jī)構(gòu)的自由度。解：n=7，pL=10，pH=0F=3n-(2pL+pH)=3×7-(2×10+0)=1圖2-8直線機(jī)構(gòu)2、局部自由度——某些不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的自由度，如圖2-9所示。圖2-9滾子從動(dòng)件平面凸輪結(jié)構(gòu)3、虛約束——在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中，有些約束對(duì)機(jī)構(gòu)自由度的影響是重復(fù)的。平面機(jī)構(gòu)中的虛約束常出現(xiàn)要下列場(chǎng)合：1）兩構(gòu)件在多處構(gòu)成移動(dòng)副，且導(dǎo)路重合或平行，如圖2-10(a)所示。圖2-10(a)2）兩構(gòu)件在多處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，且軸線重合,如圖2-10(b)所示。圖2-10(b)法線始終重合的高副,如圖2-10(c)所示。圖2-10(c)4）構(gòu)件在相聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合,如圖2-10(d)所示。圖2-10(d)機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱部分,如圖2-10(e)所示。圖2-10(e)例2-4計(jì)算圖2-11機(jī)構(gòu)的自由度，并指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束。圖2-11例2-4圖解：本章小結(jié)1．機(jī)器的組成一般分為動(dòng)力源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)四部分；2．常用機(jī)構(gòu)的主要作用是傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式或速度的轉(zhuǎn)變；3．機(jī)構(gòu)是具有確定運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的組合體；轉(zhuǎn)動(dòng)副4．運(yùn)動(dòng)副是兩構(gòu)件之間的可動(dòng)聯(lián)接；低副平面運(yùn)動(dòng)副移動(dòng)副5．運(yùn)動(dòng)副分為平面運(yùn)動(dòng)副高副空間運(yùn)動(dòng)副6．機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)稱為機(jī)構(gòu)的自由度，計(jì)算公式為F=3n－2PL－PH7．計(jì)算自由度應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題；（1）復(fù)合鉸鏈（2）局部自由度（3）虛約束8．機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是自由度數(shù)等于主動(dòng)構(gòu)件數(shù)。作業(yè)2-1一個(gè)在平面內(nèi)自由遠(yuǎn)東的構(gòu)件有多少個(gè)自由度？2-2在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)副所產(chǎn)生的約束數(shù)與自由度有何關(guān)系？2-3如何判別有構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副組成的系統(tǒng)是否具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)？2-4在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)應(yīng)注意哪幾個(gè)問(wèn)題？2-5繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖時(shí)，用什么來(lái)表示機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副？第3章平面連桿機(jī)構(gòu)基本要求：了解平面連桿機(jī)構(gòu)的組成及其主要優(yōu)缺點(diǎn)；了解平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式——平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)；了解其演化和應(yīng)用；對(duì)曲柄存在條件、急回運(yùn)動(dòng)、行程速比系數(shù)、傳動(dòng)角、壓力角、止點(diǎn)等有明確的概念。掌握按給定行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)和按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的方法。重點(diǎn)：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式、特性、演化及曲柄存在的條件；平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化；平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。學(xué)時(shí)：課堂教學(xué)：4學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)：2學(xué)時(shí)。教學(xué)方法：多媒體結(jié)合板書。概述平面連桿機(jī)構(gòu)：許多剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接組成的平面機(jī)構(gòu)。特點(diǎn)：1、承載能力大，耐磨損，且便于潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；2、便于制造，成本低，且易達(dá)到較高的精度；3、運(yùn)動(dòng)鏈較長(zhǎng)，所以運(yùn)動(dòng)累積誤差大；4、連桿產(chǎn)生的慣性力難以生產(chǎn)平衡；5、設(shè)計(jì)計(jì)算較復(fù)雜。連桿機(jī)構(gòu)的分類：1、根據(jù)連桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分：平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)2、根據(jù)連桿機(jī)構(gòu)所含構(gòu)件數(shù)分：四桿機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及運(yùn)動(dòng)特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)——全部回轉(zhuǎn)副組成的平面四桿機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成：3.1.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖3-1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2、雙曲柄機(jī)構(gòu)圖3-2雙曲柄機(jī)構(gòu)3、雙搖桿機(jī)構(gòu)圖3-3雙搖桿機(jī)構(gòu)3.1.2平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件如圖3-4所示，設(shè)l1、l2、l3、l4為各桿長(zhǎng)度。且設(shè)l1<l4，A為周轉(zhuǎn)副。圖3-4平面四桿機(jī)構(gòu)在△AC'D中，l4≤(l2-l1)+l3，即：l1+l4≤l2+l3l3≤(l2-l1)+l4，即：l1+l3≤l2+l4在△AC''D中，l1+l2≤l4+l3l1≤l2、l1≤l3、l1≤l4所以，l1為最短桿，且l1與任意一桿長(zhǎng)度之和都小于其他兩桿長(zhǎng)度之和。結(jié)論：1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件是：最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和應(yīng)小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。2、整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其鄰邊組成。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式的判別依據(jù)：1、當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，若：（1）最短桿為連架桿時(shí)——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（2）最短桿為機(jī)架時(shí)——雙曲柄機(jī)構(gòu)（含平行四邊形機(jī)構(gòu)）（3）最短桿為連桿時(shí)——雙搖桿機(jī)構(gòu)2、當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)不滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)——雙搖桿機(jī)構(gòu)3.1.3平面連桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)1、名詞解釋1）極限位置——C1D和C2D；2）擺角——兩極限位置所夾的銳角，用φ表示。3）極位——當(dāng)搖桿處于兩極限位置時(shí)，機(jī)構(gòu)所處的這兩個(gè)位置。4）極位夾角——當(dāng)機(jī)構(gòu)在兩極限位置時(shí)，原動(dòng)件AB所處兩個(gè)位置之間所夾的銳角，用表示。2、急回運(yùn)動(dòng)當(dāng)曲柄以等角速度ω1順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，我們來(lái)分析一下?lián)u桿擺動(dòng)的情況(如圖3-5所示)：圖3-5曲柄搖桿機(jī)構(gòu)a）曲柄AB1→AB2轉(zhuǎn)過(guò)α1=180°+搖桿C1D→C2D擺過(guò)φ,C點(diǎn)經(jīng)過(guò)所用時(shí)間：b）曲柄AB2→AB1轉(zhuǎn)過(guò)α2=180°-搖桿C2D→C1D擺過(guò)φ,C點(diǎn)經(jīng)過(guò)所用時(shí)間：∵α1＞α2∴t1＞t2c）設(shè)兩過(guò)程的平均速度分別為v1、v2，則v1=/t1；v2=/t2∵=，t1＞t2∴v2＞v1（說(shuō)明搖桿擺回的速度大于工作行程的速度）搖桿的這種運(yùn)動(dòng)性質(zhì)稱為急回運(yùn)動(dòng)。3、行程速比系數(shù)：用來(lái)表明急回運(yùn)動(dòng)的急回程度，用K表示。上式表明，K隨的增大而增大。所以，可以通過(guò)分析機(jī)構(gòu)中是否存在極位夾角及極位夾角的大小來(lái)判定是否存在急回運(yùn)動(dòng)及急回運(yùn)動(dòng)的程度。例3-1：對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(如圖3-6所示)圖3-6對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)∴K=1（滑塊在正反行程中平均速度相等），故，沒(méi)有急回運(yùn)動(dòng)。例3-2：偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(如圖3-7所示)圖3-7偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)∴K≠1有急回運(yùn)動(dòng)。例3-3：導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(如圖3-8所示)圖3-8導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有急回運(yùn)動(dòng)。3.1.4平面連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角與止點(diǎn)1、壓力角與傳動(dòng)角壓力角——作用于C點(diǎn)的力與C點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角，用表示(如圖3-9所示)。Pt=PcosPn=Psin圖3-9鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的壓力角2）傳動(dòng)角——壓力角的余角，用表示。=90°-越大，Pt越小、傳力性越差，同時(shí)亦越小。所以，為了保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性，通常取γmin≥40°，力矩較大時(shí)，要求γmin≥50°。3）最小傳動(dòng)角的位置圖3-10曲柄搖桿機(jī)構(gòu)止點(diǎn)位置圖由圖3-10可見(jiàn)，2、止點(diǎn)A.機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角為零的位置。1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：搖桿為主動(dòng)件，曲柄與連桿共線的位置。2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu):滑塊為主動(dòng)件。3）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：導(dǎo)桿為主動(dòng)件。B.克服止點(diǎn)：①靠慣性。②附加桿組，使得止點(diǎn)位置錯(cuò)開(kāi)。C.利用止點(diǎn):①飛機(jī)起落架如圖3-11飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)。②夾緊機(jī)構(gòu)。如圖3-12快速夾具機(jī)構(gòu)。圖3-11飛機(jī)起落架結(jié)構(gòu)圖3-12連桿式快速夾具機(jī)構(gòu)3.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化1、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖3-13c所示。偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖3-13d所示。(a)(b)(c)(d)圖3-13曲柄滑塊結(jié)構(gòu)2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)如圖3-14b、c所示。擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)如圖3-14d所示。(a)(b)(c)(d)圖3-14導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)3、搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)（如圖3-15所示）圖3-15搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)4、雙滑塊機(jī)構(gòu)（如圖3-16所示）圖3-16雙滑塊結(jié)構(gòu)5、偏心輪機(jī)構(gòu)（如圖3-17所示）圖3-17偏心輪結(jié)構(gòu)3.3平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題：按給定運(yùn)動(dòng)要求選定機(jī)構(gòu)的類型，并確定其各構(gòu)件的尺度參數(shù)。設(shè)計(jì)要求：1、滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求；2、滿足預(yù)定的連桿位置要求；3、滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡。設(shè)計(jì)方法：解析法、圖解法和實(shí)驗(yàn)法3.3.1按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(如圖3-18所示)a=圖3-18曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(如圖3-19所示)圖3-19曲柄滑塊機(jī)構(gòu)3、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(如圖3-20所示)圖3-20導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)3.3.2按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1、給定兩個(gè)位置已知如圖3-21所示，連桿上兩活動(dòng)鉸鏈的中心B、C及其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的兩個(gè)位置B1C1、B2C2。圖3-21給定兩點(diǎn)位置的四桿機(jī)構(gòu)2、給定三個(gè)位置已知3-22所示，連桿上兩活動(dòng)鉸鏈的中心B、C及其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的三個(gè)位置B1C1、B2C2、B3C3。圖3-22給定三點(diǎn)位置四桿機(jī)構(gòu)3.3.3按給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（如圖3-23所示）圖3-23給定兩連架對(duì)應(yīng)位置四桿機(jī)構(gòu)3.3.4按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（如圖3-24所示）圖3-24給定定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡四桿機(jī)構(gòu)本章小結(jié)1．四桿機(jī)構(gòu)的基本形式曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu).2．鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件1）桿長(zhǎng)之和條件；2）最短桿或其相鄰桿為機(jī)架。3．平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性1）極位夾角θ2）最大擺角3）急回特性。4．平面四桿機(jī)構(gòu)的傳力特性（1）傳動(dòng)角與壓力角壓力角——傳動(dòng)件上受力點(diǎn)的速度方向與所受作用力方向之間所夾的銳角，用a表示。傳動(dòng)角——壓力角的余角，用γ表示。（2）止點(diǎn)搖桿作主動(dòng)件時(shí)，當(dāng)曲柄與連桿共線時(shí)，從動(dòng)件轉(zhuǎn)向不定或被卡死的現(xiàn)象。作業(yè)3-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式有幾種？3-2四桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)與極位夾角的關(guān)系如何確定？3-3在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，a=60mm,b=150mm,c=120mm,d=100mm。分別把構(gòu)件a、b、c、d作為機(jī)架，所對(duì)應(yīng)的為何種類型的機(jī)構(gòu)？3-4在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，如何確定最小傳動(dòng)角？3-5四桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的演化方式主要有哪幾種？3-6已知一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的搖桿長(zhǎng)度l3=150mm,擺角，行程速比系數(shù)k=1.25，試確定曲柄、連桿和機(jī)架的長(zhǎng)度。第4章凸輪機(jī)構(gòu)基本要求：了解凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類，從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律；掌握按已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律繪制凸輪輪廓；了解壓力角、滾子半徑及基圓半徑對(duì)壓力角的影響。重點(diǎn)：從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)；壓力角、滾子半徑及基圓半徑對(duì)壓力角的影響。學(xué)時(shí)：課堂教學(xué)：5學(xué)時(shí)教學(xué)方法：多媒體結(jié)合板書。4.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用1、組成：凸輪:個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件；從動(dòng)件:被凸輪直接推動(dòng)的構(gòu)件；機(jī)架。2、特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、可使從動(dòng)件得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2、結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)：1、高副接觸，易于磨損，多用于傳遞力不太大的場(chǎng)合。2、加工比較困難。3、從動(dòng)件行程不宜過(guò)大，否則會(huì)使凸輪變得笨重。4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類1、按凸輪的形狀分：盤形凸輪、移動(dòng)凸輪、圓柱凸輪。2、按從動(dòng)件的形狀分：尖端從動(dòng)件、滾子從動(dòng)件、平底從動(dòng)件。3、按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式分：直動(dòng)從動(dòng)件（包括:對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件和偏置直動(dòng)從動(dòng)件）、擺動(dòng)從動(dòng)件。4、按從動(dòng)件與凸輪保持接觸的方式分：力封閉、幾何封閉。4.2從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律4.2.1基本概念1、基圓——以凸輪的最小曲率半徑為半徑所作的圓稱為基圓，基圓半徑用r0表示。2、推程，推程運(yùn)動(dòng)角δ0；3、遠(yuǎn)休止，遠(yuǎn)休止角δ01；4、回程，回程運(yùn)動(dòng)角δ0ˊ；5、近休止，近休止角δ02；6、行程——從動(dòng)件在推程或回程中移動(dòng)的距離，用h表示。4.2.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律——從動(dòng)件在推程或回程時(shí)，其位移s、速度v和加速度a隨時(shí)間t變化的規(guī)律。1、等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程：s=hδ/δ0v=hω/δ0a=0回程：s=h(1-δ/δ0ˊ)v=-hω/δ0ˊa=0圖4-1等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖4-2二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖3-1為其推程運(yùn)動(dòng)線圖。由圖可知，有剛性沖擊。2、二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程：增速段：s=2hδ2/δ02v=4hωδ/δ02a=4hω2/δ02減速段：s=h-2h(δ0-δ)2/δ02v=4hω(δ0-δ)/δ02a=-4hω2/δ02圖3-2為其推程運(yùn)動(dòng)線圖。由圖知，有柔性沖擊。3、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（又稱簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律）推程：回程：圖4-3余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖4-4弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖4-3為其推程運(yùn)動(dòng)線圖。由圖知，亦有柔性沖擊，只是沖擊的次數(shù)有所減少。弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（又稱擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）推程：回程：圖4-4為其推程運(yùn)動(dòng)線圖。由圖知，既沒(méi)有剛性沖擊，也沒(méi)有柔性沖擊。除上述以外，還有其它運(yùn)動(dòng)規(guī)律，或?qū)⑸鲜龀Ｓ眠\(yùn)動(dòng)規(guī)律組合使用。如“改進(jìn)梯形加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律”、“變形等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律”。4.2.3推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇1、只要求當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)某一角度δ0時(shí)，推桿完成一行程h或φ、2、不僅要求當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)某一角度δ0時(shí)，推桿完成一行程h或φ，而且還要求推桿按一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)、3、對(duì)于較高速凸輪，還要考慮到機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度較高，可能會(huì)產(chǎn)生很大的慣性力和沖擊，所以要考慮其最大加速度。此外，還要考慮機(jī)構(gòu)的沖擊性能。4.3凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和基圓半徑4.3.1凸輪機(jī)構(gòu)中作用力與凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角如圖4-5所示,為一尖端直動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)在推程中任意位置的受力情況。圖中：P——凸輪對(duì)推桿的作用力；Q——推桿所受載荷；R1、R2——導(dǎo)軌作用于推桿上的總反力；φ1、φ2——摩擦角。取推桿為分離體，根據(jù)力的平衡條件ΣFx=0-Psin(α+φ1)+(R1-R2)cosφ2=0ΣFy=0-Q+Pcos(α+φ1)-(R1+R2)sinφ2=0ΣMB=0R2cosφ2(l+b)-R1cosφ2b=0圖4-5凸輪機(jī)構(gòu)受力情況由上三式消去R1、R2，經(jīng)整理，得式中α——推桿與凸輪的接觸點(diǎn)B處所受正壓力的方向與推桿上點(diǎn)B的速度方向之間所夾的銳角，稱為壓力角。由此式可以看出，在其它條件不變的情況下，α愈大，分母愈小，則P愈大；當(dāng)α大到使上式分母為零時(shí)，則P將增至無(wú)窮大，此時(shí)機(jī)構(gòu)將發(fā)生自鎖，而此時(shí)機(jī)構(gòu)的壓力角將稱為臨界壓力角，用αc表示。其值為αc=arctg[1/(1+2b/l)tgφ2]-φ1*由此式還可求此凸輪機(jī)構(gòu)在圖示瞬時(shí)的效率4.3.2凸輪基圓半徑的確定如圖4-6所示，為一偏置直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)。P為瞬心，故所以，有圖4-6偏置直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)在ΔBCP中，得由式可知，當(dāng)e一定，ds/dδ已知的條件下，rmin愈大，α可以愈小，但結(jié)構(gòu)尺寸愈大。所以，一般情況下是在滿足α≤[α]的前提下，選擇盡可能小的rmin。因此，可將上式改寫為≥為了使用方便，工程上一般是使用諾模圖來(lái)確定rmin。4.3.3滾子推桿滾子半徑的選擇和平底推桿平底尺寸的確定1、滾子推桿滾子半徑的選擇(如圖3-7)圖4-7滾子半徑的選擇為了分析凸輪輪廓曲線與滾子半徑的關(guān)系，設(shè)：ρa(bǔ)-實(shí)際廓線曲率半徑；ρ-理論廓線曲率半徑；當(dāng)凸輪廓線為內(nèi)凹時(shí)，ρa(bǔ)=ρ+rr，不論滾子半徑如何，凸輪的實(shí)際廓線總是可以光滑地作出。當(dāng)凸輪廓線為外凸時(shí)，ρa(bǔ)=ρ-rr，如果所以，當(dāng)凸輪廓線為外凸時(shí)，要想使推桿按預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，必須有rr≤ρmin2、平底推桿的平底尺寸的確定平底推桿的平底長(zhǎng)度為：l=2lmax+(5~7)mm也可以用公式計(jì)算l=2∣ds/dδ∣max+(5~7)mm4.4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓4.4.1凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理反轉(zhuǎn)法。假定凸輪固定不動(dòng)而使從動(dòng)件連同導(dǎo)路一起反轉(zhuǎn)，故稱反轉(zhuǎn)法。4.4.2用圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線1、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線的繪制1）尖端對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)圖4-8偏置尖端直動(dòng)從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)圖4-8所示，一對(duì)心直動(dòng)尖端推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)。已知凸輪的基圓半徑rmin=15mm，凸輪以等角速度ω沿逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如表4-1所示。表4-1從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律序號(hào)凸輪運(yùn)動(dòng)角（δ1）從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律10°~120°從動(dòng)件等速上升h=16mm2120°~180°從動(dòng)件在最高位置靜止不動(dòng)3120°~270°從動(dòng)件正弦加速度下降h=16mm4270°~360°從動(dòng)件在最低位置靜止不動(dòng)設(shè)計(jì)步驟如下。選長(zhǎng)度比例尺μl，根據(jù)已知的基圓半徑rmin作出凸輪的基圓。推程時(shí)，求得其在各分點(diǎn)時(shí)的位移值如表4-2所列。表4-2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律δ1°0153045607590105120s（mm）1246810121416確定從動(dòng)件在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中占據(jù)的各個(gè)位置O1、02、O3、…（圖3-6）。確定從動(dòng)件在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的各個(gè)位置1ˊ、2ˊ、3ˊ、…（圖4-6）。連接A、1ˊ、2ˊ、3ˊ、…為一光滑曲線，既為與推程對(duì)應(yīng)的一段輪廓曲線。畫凸輪的遠(yuǎn)休止部分8ˊ、9ˊ。同理畫出回程部分9ˊ~15。最后畫出近休止部分15~A。2）對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)如圖4-9所示，先按尖端從動(dòng)件的畫法定出滾子中心依次占據(jù)的位置A、1ˊ、2ˊ、3ˊ、…8ˊ、9ˊ、…15。再以這些點(diǎn)為中心，以滾子半徑rT為半徑，作一系列圓，此圓的包絡(luò)線即為凸輪的輪廓曲線。通常將滾子中心的軌跡β0稱為凸輪圖4-9對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的理論廓線，而將與滾子直接接觸的凸輪廓線β稱為凸輪的實(shí)際廓線。凸輪的基圓半徑通常是指理論廓線的基圓半徑，即圖中所示的rmin。3）對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)如圖4-10，將推桿導(dǎo)路的中心線與推桿平底的交點(diǎn)A視為尖端從動(dòng)件的尖端，按前述方法，作出點(diǎn)A在推桿作復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)依次占據(jù)的位置1ˊ、2ˊ、3ˊ、…，再通過(guò)這些點(diǎn)作一系列代表平底的直線，而這些直線的包絡(luò)線β即為凸輪的輪廓曲線。2、擺動(dòng)尖端推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)如圖示，設(shè)計(jì)方法基本同前，所不同的是推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律用角位移φ表示。所以在設(shè)計(jì)凸輪圖4-10對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線時(shí)，只需將線位移s改變?yōu)榻俏灰痞?，行程h改為角行程φ即可。同時(shí)，在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，擺動(dòng)推桿回轉(zhuǎn)中心A將占據(jù)以O(shè)為圓心，以為半徑的圓上，即A1、A2、A3、…。再以A1、A2、A3、…為圓心，以擺桿長(zhǎng)度AB圖4-11擺動(dòng)尖端推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)為半徑作弧與基圓交于點(diǎn)B1、B2、B3、…，則A1B1、A2B2、A3B3、…，既為推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置。然后再分別從A1B1、A2B2、A3B3、…量取擺動(dòng)推桿的角位移φ1、φ2、φ3、…得A1Bˊ1、A2Bˊ2、A3Bˊ3、…，則點(diǎn)Bˊ1、Bˊ2、Bˊ3、…即擺桿尖端所在的位置。連接B、Bˊ1、Bˊ2、Bˊ3、…為一光滑曲線即為凸輪的輪廓曲線。3、圓柱凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線的繪制（如圖4-12所示）圖4-12圓柱凸輪機(jī)構(gòu)4.5解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓1．已知條件一直動(dòng)偏置滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，已知rb，rT，e，凸輪以等角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，推程角，遠(yuǎn)休止角，回程角，近休止角，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律是：推程和回程都是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，推程是h，許用壓力角：推程是，回程是。2．運(yùn)動(dòng)分析a)推程b)回程3．繪制出的曲線根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析得出的關(guān)于的表達(dá)式，通過(guò)循環(huán)，每隔5~10度，計(jì)算出的具體數(shù)值，在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中，制成表，并繪制出的曲線。4．設(shè)計(jì)凸輪的輪廓用解析法。求出理論輪廓坐標(biāo)方程求出實(shí)際輪廓坐標(biāo)方程根據(jù)計(jì)算出的輪廓坐標(biāo)方程，通過(guò)循環(huán)，每隔5~10度，計(jì)算出輪廓坐標(biāo)的具體數(shù)值，在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中，制成表，并繪制出理論輪廓曲線和實(shí)際輪廓曲線圖。在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中，要畫出計(jì)算方法的流程圖。5．凸輪的壓力角校核a)凸輪的推程壓力角應(yīng)該滿足，否則要重新設(shè)計(jì)。其中：b)凸輪的回程壓力應(yīng)該滿足，否則要重新設(shè)計(jì)。本章小結(jié)1．凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2．凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有：等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律、等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律、簡(jiǎn)諧（余弦加速度）運(yùn)動(dòng)規(guī)律、擺線（正弦加速度）運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3．凸輪輪廓設(shè)計(jì)的圖解法的原理是“反轉(zhuǎn)法”。作業(yè)4-1從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律有哪種？各適用在什么場(chǎng)合？4-2凸輪機(jī)構(gòu)的常用類型有幾種？選擇凸輪的類型時(shí)應(yīng)該考慮哪些因素？4-3圖解法設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，采用了什么原理？簡(jiǎn)單敘述此原理的主要內(nèi)容。4-4何謂凸輪的運(yùn)動(dòng)失真？滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)針時(shí)，應(yīng)如何解決？4-5試用作圖法設(shè)計(jì)一對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓曲線。已知凸輪以等角速順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件行程h=40mm，凸輪的基圓半徑r0=50mm從動(dòng)件在推程以余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升，在回程以等加速和等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律返回。第5章齒輪傳動(dòng)基本要求：了解齒輪機(jī)構(gòu)的模型及應(yīng)用；了解齒廓嚙合基本定律，漸開(kāi)線及其性質(zhì)、漸開(kāi)線齒輪能保證定傳動(dòng)比；掌握齒輪各部分名稱，漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)齒輪尺寸計(jì)算；了解漸開(kāi)線齒輪嚙合過(guò)程；掌握漸開(kāi)線齒輪正確嚙合條件；了解漸開(kāi)線齒輪切齒原理，根切現(xiàn)象及最少齒數(shù)齒輪；了解齒輪輪齒失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則，齒輪材料和熱處理，齒輪的精度等；掌握直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析、強(qiáng)度計(jì)算；了解斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)關(guān)系；了解直齒圓錐齒輪機(jī)構(gòu)的齒廓曲面、背錐、當(dāng)量齒數(shù)，受力分析；了解蝸桿傳動(dòng)的類型、應(yīng)用；了解齒輪、蝸桿、蝸輪的構(gòu)造。重點(diǎn)：齒輪各部分名稱及標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本尺寸；漸開(kāi)線齒輪的正確嚙合和連續(xù)傳動(dòng)條件；輪齒的失效和齒輪材料；直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析、強(qiáng)度計(jì)算。難點(diǎn):輪齒的根切現(xiàn)象及最少齒數(shù)；直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析、強(qiáng)度計(jì)算；斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)關(guān)系；直齒圓錐齒輪機(jī)構(gòu)的齒廓曲面、當(dāng)量齒數(shù)。學(xué)時(shí)：課堂教學(xué)：10學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)：2學(xué)時(shí)。教學(xué)方法：多媒體結(jié)合板書。5.1齒輪傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)5.1.1齒輪傳動(dòng)的類型5.1.1.1根據(jù)其傳動(dòng)比（i12=ω1/ω2）是否恒定分1、定傳動(dòng)比（i12=常數(shù)）傳動(dòng)的齒輪機(jī)構(gòu)，圓形齒輪機(jī)構(gòu)。2、變傳動(dòng)比（i12按一定的規(guī)律變化）傳動(dòng)的齒輪機(jī)構(gòu)，非圓形齒輪機(jī)構(gòu)。5.1.1,2在定傳動(dòng)比中兩嚙合齒輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是平面運(yùn)動(dòng)還是空間運(yùn)動(dòng)分1、平面齒輪機(jī)（圓柱齒輪傳動(dòng)）(a)(b)(c)(d)圖5-1齒輪傳動(dòng)類型2、空間齒輪機(jī)構(gòu)(d)(e)圖5-2齒輪傳動(dòng)類型4.1.2齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)1．優(yōu)點(diǎn)：①傳動(dòng)比準(zhǔn)確；②傳動(dòng)效率高；③工作可靠、壽命長(zhǎng)；④結(jié)構(gòu)緊湊；⑤適用范圍廣。2.缺點(diǎn)：①制造和安裝精度要求較高；②不適宜用于兩軸間距離較大的傳動(dòng)。5.2漸開(kāi)線齒輪5.2.1齒廓嚙合基本定律如圖5-2所示：∵又∴∴i12=ω1/ω2=圖5-2齒廓嚙合基本定律上式表明，互相嚙合的一對(duì)齒輪，在任一位置時(shí)的傳動(dòng)比，都與其連心線O1O2被其嚙合齒廓在接觸點(diǎn)處的公法線所分成的兩段成反比。這一定律稱為齒廓嚙合的基本定律。過(guò)兩齒廓嚙合點(diǎn)所作的齒廓公法線與兩輪連心線O1O2的交點(diǎn)C稱為嚙合節(jié)點(diǎn)（簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)）。上式還表明，要使兩齒輪作定傳動(dòng)比傳動(dòng)，則兩齒廓必須滿足的條件是：不論兩齒廓在何位置接觸，過(guò)接觸點(diǎn)所作的兩齒廓公法線必須與兩齒輪的連心線相交于一定點(diǎn)。當(dāng)兩齒輪作定傳動(dòng)比傳動(dòng)時(shí)，節(jié)點(diǎn)C在輪1和輪2的運(yùn)動(dòng)平面上的軌跡分別是以O(shè)1、O2為圓心，以O(shè)1C、O2C為半徑的兩個(gè)圓，此圓稱為節(jié)圓。并且兩節(jié)圓作純滾動(dòng)。若兩齒輪作變傳動(dòng)比傳動(dòng)時(shí)，節(jié)點(diǎn)C在輪1和輪2的運(yùn)動(dòng)平面上的軌跡分別是兩條非圓曲線，此曲線稱為節(jié)線。5.2.2漸開(kāi)線的形成如圖5-3所示。1）基圓，半徑用rb表示2）展角，用θk表示5.2.3漸開(kāi)線的特性1）2）漸開(kāi)線上任一點(diǎn)的法線恒與基圓相切。切點(diǎn)B是點(diǎn)K的曲率中心，而線段是漸開(kāi)線在點(diǎn)K的曲率半徑。3）4）漸開(kāi)線的形狀取決于基圓大小。5）基圓內(nèi)沒(méi)有漸開(kāi)線。圖5-3漸開(kāi)線齒輪形成圖5-4漸開(kāi)線齒廓滿足嚙合基本規(guī)律5.2.4漸開(kāi)線齒廓嚙合特性1、漸開(kāi)線齒廓能保證定傳動(dòng)比傳動(dòng)要求i12=ω1/ω2==常數(shù)2、漸開(kāi)線齒廓間的正壓力方向不變嚙合線——齒輪傳動(dòng)時(shí)其齒廓嚙合點(diǎn)的軌跡稱為嚙合線（N1N2）。3、漸開(kāi)線齒廓傳動(dòng)具有可分性由圖5-4知，ΔO1N1P~ΔO2N2P，故i12=ω1/ω2==rb2/rb1當(dāng)漸開(kāi)線齒輪的中心距稍有改變，其角速度比仍保持原值不變。5.2.5外齒輪1、各部分的名稱和符號(hào)1）齒頂圓：齒頂所在的圓，用da和ra表示。2）齒根圓：齒根所在的圓，用df和rf表示。3）齒厚：任意圓周上量得的齒輪兩側(cè)間的弧長(zhǎng)，用sk表示。4）齒槽寬：任意圓周上量得的相鄰兩齒齒廓間的弧長(zhǎng)，用ek表示。5）齒距：任意圓周上量得的相鄰兩齒同側(cè)齒廓間的弧長(zhǎng)，用pk表示。pk=sk+ek6）分度圓：計(jì)算基準(zhǔn)圓，用d和r表示。7）齒頂高：介于分度圓與齒頂圓之間的輪齒部分的徑向高度，用ha表示。8）齒根高：介于分度圓與齒根圓之間的輪齒部分的徑向高度，用hf表示。9）齒全高：齒頂圓與齒根圓之間的輪齒部分的徑向高度，用h表示。h=ha+hf圖5-5外齒輪各部分幾何尺寸和模數(shù)與尺寸關(guān)系2、基本參數(shù)1）齒數(shù)：用z表示。2）模數(shù)：用m表示?！叻侄葓A周長(zhǎng)=zp=πd∴d=zp/π設(shè)m=p/π單位：mm。于是，有d=zmm是決定齒輪尺寸的基本參數(shù)，已標(biāo)準(zhǔn)化。3）分度圓壓力角：用α表示。αk=arccos(rb/rk)由上式可見(jiàn)，對(duì)于同一漸開(kāi)線齒廓，rk不同，αk也不同，基圓上的壓力角為零。通常所說(shuō)的齒輪壓力角是指齒輪在分度圓上的壓力角，用α表示，于是有α=arccos(rb/r)或rb=rcosα壓力角也是決定齒輪尺寸的基本參數(shù),國(guó)標(biāo)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值,α=20°。有時(shí)也用α=14.5°、15°、22.5°、25°。3、各部分尺寸的計(jì)算公式1）分度圓直徑d=mz2）齒頂高h(yuǎn)a=h*am3）齒根高h(yuǎn)f=(h*a+c*)m4）齒全高h(yuǎn)=ha+hf=(2h*a+c*)m5）齒頂圓直徑da=d+2ha=(z+2h*a)m6）齒根圓直徑df=d-2hf=mz-2(h*a+c*)m=(z-2h*a-2c*)m式中，h*a——齒頂高系數(shù)、c*——頂隙系數(shù)。其標(biāo)準(zhǔn)值為：h*a=1、c*=0.257）基圓直徑db=dcosα=mzcosα8）齒距p=πm9）基圓上的齒距∵任意圓周長(zhǎng)=zpk=πdk∴pk=πdk/z故pb=πdb/z==πmcosα=pcosα10）法向齒距——相鄰兩齒同側(cè)齒廓沿公法線方向量得的距離，用pn表示。而根據(jù)漸開(kāi)線的第一個(gè)性質(zhì)可知pn=pb標(biāo)準(zhǔn)齒輪——m、α、h*a、c*均為標(biāo)準(zhǔn)值，且s=e的齒輪。5.2.6齒條1）齒條的齒頂高h(yuǎn)a=h*am2）齒條的齒根高h(yuǎn)f=(h*a+c*)m3）齒條的齒厚s=πm/24）齒條的齒槽寬e=πm/25.2.7內(nèi)齒輪1）內(nèi)齒輪的齒頂圓直徑da=d-2ha2）內(nèi)齒輪的齒根圓直徑df=d+2hf5.3漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)5.3.1一對(duì)漸開(kāi)線齒廓正確嚙合條件由圖5-6知，要使齒輪能正確嚙合，必須有pn1=pn2由上節(jié)知pn=pb所以，要使齒輪能正確嚙合，必須有pb1=pb2又因pb=πmcosα所以πm1cosα1=πm2cosα2故m1cosα1=m2cosα2要滿足上式，則應(yīng)m1=m2=m,α1=α2=α所以，漸開(kāi)線齒輪正確嚙合的條件是：兩輪的模數(shù)和壓力角應(yīng)分別相等。圖5-6漸開(kāi)線齒輪正確嚙合5.3.2齒輪傳動(dòng)的中心距和嚙合角1、外嚙合傳動(dòng)1）齒輪正確安裝的條件a、齒側(cè)間隙為零齒側(cè)間隙為零，即而標(biāo)準(zhǔn)齒輪有、根據(jù)正確嚙合條件有m1=m2所以由以上分析知，要使齒側(cè)間隙為零，則必須使其分度圓與節(jié)圓重合。b、具有標(biāo)準(zhǔn)頂隙c=c*m2）標(biāo)準(zhǔn)中心距圖5-7漸開(kāi)線齒輪中心距當(dāng)頂隙為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，設(shè)兩輪的中心距為a，則：a=ra1+c+rf2=r1+h*am+c*m+r2-(h*am+c*m)=r1+r2=m(z1+z2)/2即兩輪的中心距a應(yīng)等于兩輪分度圓半徑之和，我們把這種中心距稱為標(biāo)準(zhǔn)中心距。3）嚙合角嚙合角——兩輪傳動(dòng)時(shí)其節(jié)點(diǎn)C的圓周速度方向與嚙合線N1N2之間所夾的銳角，其值等于節(jié)圓壓力角。故用α'表示。當(dāng)兩輪實(shí)際中心距a'>a時(shí)，r'1>r1、r'2>r2及α'>α因?yàn)閞b1=r1cosα=r'1cosα'、rb2=r2cosα=r'2cosα'所以rb1+rb2=(r1+r2)cosα=acosα=(r'1+r'2)cosα'=a'cosα'故a'cosα'=acosα2、齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)α'≡α、r'≡r5.3.3漸開(kāi)線齒輪連續(xù)傳動(dòng)條件1、一對(duì)齒輪的嚙合過(guò)程實(shí)際嚙合線B1B2理論嚙合線N1N2嚙合極限點(diǎn)N1和N22、漸開(kāi)線齒輪連續(xù)傳動(dòng)條件為了保證連續(xù)傳動(dòng)，則通常將用εα表示，稱為重合度。于是可得連續(xù)傳動(dòng)條件為：圖5-8漸開(kāi)線齒輪連續(xù)傳動(dòng)條件實(shí)際εα≥[εα]式中：[εα]——許用重合度。5.4齒輪的切削加工與變位齒輪的概念5.4.1齒廓切制基本原理1、仿形法圖5-9仿形法加工齒輪2、范成法圖5-10范成法加工齒輪5.4.2用標(biāo)準(zhǔn)齒條刀具加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪1、標(biāo)準(zhǔn)齒條形刀具2、用標(biāo)準(zhǔn)齒條刀具加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪5.4.3產(chǎn)生根切的原因結(jié)論：在用范成法切齒時(shí)，如果刀具的齒頂線超過(guò)了嚙合線與輪坯基圓的切點(diǎn)（即嚙合極限點(diǎn)）N1，則被切齒輪的輪齒必將發(fā)生根切現(xiàn)象。5.4.4漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)齒輪不產(chǎn)生根切時(shí)的最少齒數(shù)如圖5-11所示，為避免根切，要求刀具的齒頂線在N1點(diǎn)之下，而為此應(yīng)滿足下列不等式：≥(a)而在ΔPN1O1中，有=rsinα=(mzsinα)/2(b)在ΔPBB′中，有=h*am/sinα(c)圖5-11齒輪根切將式（b）、（c）代入式（a）可得z≥2h*a/sin2α所以，不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)為zmin=2h*a/sin2α可見(jiàn)，不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)是h*a和α的函數(shù)。當(dāng)h*a=1、α=20°時(shí)，zmin=17。5.4.5避免產(chǎn)生根切現(xiàn)象的方法1）減少h*a，但降低。2）增大α，但傳力性變差。3）變位修正——變位齒輪。5.4.6標(biāo)準(zhǔn)齒輪的不足1、z≮zmax。2、不適用于a′≠a=m（z1+z2）/23、小齒輪齒根較薄，嚙合次數(shù)較多，而滑動(dòng)系數(shù)又較大。所以，較容易壞。5.4.7變位齒輪的主要參數(shù)1、xm——變位量。2、x——變位系數(shù)（刀具向遠(yuǎn)離輪坯中心的方向移動(dòng)為正，反之為負(fù)）。5.4.8變位齒輪的幾何尺寸將變位齒輪與相同模數(shù)、壓力角及齒數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)齒輪的尺寸相比較，有1、分度圓和基圓尺寸是相同的∵，z、m、α均不變∴d、db亦不變2、齒厚及齒槽寬不同的以正變位為例，如圖4-12所示，在ΔIJK中，有所以，正變位齒輪的齒厚為s=πm/2+圖5-12正變位齒輪齒槽寬為e=πm/2-負(fù)變位齒輪的齒厚和齒槽寬仍用以上兩式計(jì)算，只是變位系數(shù)為負(fù)。3、齒頂高和齒根高不同由圖5-12所示，正變位齒輪的齒根高為：hf=h*am+c*m-xm=(h*a+c*-x)m正變位齒輪的齒頂高為：ha=h*am+xm=(h*a+x)m齒頂圓半徑為：ra=r+ha=r+(h*a+x)m5.5直齒圓柱齒輪的計(jì)算為保證齒輪的承載能力，避免失效，一般需通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算確定其主要參數(shù)，如模數(shù)、中心距、齒寬等。5.5.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算為避免齒面發(fā)生點(diǎn)蝕失效，應(yīng)進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。（1）計(jì)算依據(jù)一對(duì)漸開(kāi)線齒輪嚙合傳動(dòng)，齒面接觸近似于一對(duì)圓柱體接觸傳力，輪齒在節(jié)點(diǎn)工作時(shí)往往是一對(duì)齒傳力，是受力較大的狀態(tài)，容易發(fā)生點(diǎn)蝕。所以設(shè)計(jì)時(shí)以節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力作為計(jì)算依據(jù)，限制節(jié)點(diǎn)處接觸應(yīng)力σH≤[σH]。（2）接觸疲勞強(qiáng)度公式1）接觸應(yīng)力計(jì)算齒面最大接觸應(yīng)力σH為式中σH—齒面最大接觸應(yīng)力，MPaa—齒輪中心距，mmK

—載荷因數(shù)T1—小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·mmb—齒寬，mmu—大輪與小輪的齒數(shù)比“+”“－”符號(hào)分別表示外嚙合和內(nèi)嚙合2）接觸疲勞許用應(yīng)力[σH]式中σHlim—試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，MPa，與材料及硬度有關(guān)，圖5-21所示之?dāng)?shù)據(jù)為可靠度99%的試驗(yàn)值。SH—齒面接觸疲勞安全系數(shù)，3）接觸疲勞強(qiáng)度公式校核公式引入齒寬系數(shù)φa=b/a代入上式消去b可得設(shè)計(jì)公式上式只適用于一對(duì)鋼制齒輪，若為鋼對(duì)鑄鐵或一對(duì)鑄鐵齒輪，系數(shù)335應(yīng)分別改為285和250。一對(duì)齒輪嚙合，兩齒面接觸應(yīng)力相等，但兩輪的許用接觸應(yīng)力[σH]可能不同，計(jì)算時(shí)應(yīng)代入[σH]l與[σH]2中之較小值。

影響齒面接觸疲勞的主要參數(shù)是中心距a和齒寬b、a的效果更明顯些。決定[σH]的因素主要是材料及齒面硬度。所以提高齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的途徑是加大中心距，增大齒寬或選強(qiáng)度較高的材料，提高輪齒表面硬度。5.5.2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的目的，是防止輪齒疲勞折斷。（1）計(jì)算依據(jù)根據(jù)一對(duì)輪齒嚙合時(shí)，力作用于齒頂?shù)臈l件，限制齒根危險(xiǎn)截面拉應(yīng)力邊的彎曲應(yīng)力σF≤[σF]。輪齒受彎時(shí)其力學(xué)模型如懸臂梁，受力后齒根產(chǎn)生最大彎曲應(yīng)力，而圓角部分又有應(yīng)力集中，故齒根是彎曲強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)。齒根受拉應(yīng)力邊裂紋易擴(kuò)展，是彎曲疲勞的危險(xiǎn)區(qū)。（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度公式1）齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算齒根最大彎曲應(yīng)力σF為式中σF—齒根最大彎曲應(yīng)力，MPaK

—載荷因數(shù)T1—小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·mmYFS—復(fù)合齒形因數(shù)，反映輪齒的形狀對(duì)抗彎能力的影響，同時(shí)考慮齒根部應(yīng)力集中的影響。b—齒寬，mmm—模數(shù)，mmz1—小輪齒數(shù)2）彎曲疲勞許用應(yīng)力[σF]式中σFlim—試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限，MPa，對(duì)于雙側(cè)工作的齒輪傳動(dòng)，齒根承受對(duì)稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，應(yīng)將圖中數(shù)據(jù)乘以0.7。SH—齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，由表5-7查取。3）彎曲疲勞強(qiáng)度公式校核公式引入齒寬系數(shù)φa=b/a代入上式消去b可得設(shè)計(jì)公式m計(jì)算后應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值。通常兩齒輪的復(fù)合齒形因數(shù)YFS1和YFS2不相同，材料許用彎曲應(yīng)力[σF]1和[σF]2也不等，YFS1/[σF]1和YFS2/[σF]2比值大者強(qiáng)度較弱，應(yīng)作為計(jì)算時(shí)的代入值。5.6斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)5.6.1斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成及嚙合特點(diǎn)1、斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成（如圖5-13所示）圖5-13斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成由圖5-14所示，發(fā)生面上的直線KK與基圓柱軸線的夾角稱為基圓柱上的螺旋角，用表示，而其與分度圓柱軸線的夾角稱為分度柱上的螺旋角，簡(jiǎn)稱為螺旋角，用表示。齒輪螺旋角有左、右旋之分。圖5-14斜齒圓柱齒輪齒廓曲面2、齒圓柱齒輪的嚙合特點(diǎn)5.6.2斜齒輪的基本參數(shù)1、法面模數(shù)mn與端面模數(shù)mt由圖5-15，可得：pn=ptcosβ因?yàn)椋核裕簃n=mtcosβ圖5-15斜齒圓柱齒輪法面與端面的關(guān)系2、法面壓力角n與端面壓力角t由圖5-16得：在Δa′b′c中，在Δabc中，在Δaa′c中，因?yàn)椋簣D5-16斜齒圓柱齒輪的壓力角所以：tgαn==tgtcosβ5.6.3斜齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸1、齒頂高h(yuǎn)a和齒根高h(yuǎn)fha=h*anmnhf=(h*an+cn*)mn式中：h*an——法面齒頂高系數(shù)，為標(biāo)準(zhǔn)值，h*an=1。cn*——法面頂隙系數(shù)，為標(biāo)準(zhǔn)值，c*n=0.25。2、分度圓直徑d=zmt=zmn/cosβ3、中心距a=(d1+d2)/2=mn(z1+z2)/2cosβ由上式知，在設(shè)計(jì)斜齒輪傳動(dòng)時(shí)，可用改變螺旋角β大辦法來(lái)調(diào)整中心距的大小，以滿足對(duì)中心距的要求，而不一定用變位的辦法。5.6.4一對(duì)斜齒圓柱齒輪的正確嚙合條件mn1=mn2，n1=n2，5.6.5斜齒輪傳動(dòng)的重合度如圖5-17所示，斜齒輪傳動(dòng)的重合度為：=其中：——軸面重合度。圖5-17斜齒輪傳動(dòng)的重合度因?yàn)椋核裕菏街校簂——螺旋線的導(dǎo)程。所以：=(Bsinβ/cosβ)/(pn/cosβ)=Bsinβ/πmn——端面重合度。得5.6.6斜齒圓柱齒輪的當(dāng)量齒數(shù)如圖5-18知，橢圓的長(zhǎng)半軸，短半軸，而C點(diǎn)的曲率半徑為：現(xiàn)以、mn、αn分別為半徑、模數(shù)、壓力角作一假想的直齒圓柱齒輪，該齒輪即為斜齒輪的當(dāng)量齒輪，其齒數(shù)稱為當(dāng)量齒數(shù)，即：zv=2/mn=d/mncos2β=zmt/mncos2β=z/cos3β所以，斜齒圓柱齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)為zmin=zvmincos3β圖5-18斜齒圓柱齒輪的當(dāng)量齒數(shù)5.6.7斜齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)1、嚙合性能好。2、重合度大。3、結(jié)構(gòu)緊湊。4、斜齒輪的主要缺點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生附加軸向推力，如圖5-19所示，其軸向推力為：Fa=Fttanβ當(dāng)Ft一定時(shí)，F(xiàn)a隨β的增大而增大，因此一般取β=8°~20°。為消除附加軸向力，可采用人字齒輪。圖5-19斜齒輪傳動(dòng)受力分析5.7直齒圓錐齒輪傳動(dòng)5.7.1圓錐齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用、特點(diǎn)和分類在圓錐齒輪傳動(dòng)中，以大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，大端壓力角一般為20°。5.7.2直齒圓錐齒輪的背錐及當(dāng)量齒數(shù)由圖4-20知：又知：故得：對(duì)任一圓錐齒輪有：圖5-20直齒圓錐齒輪的背錐及當(dāng)量齒數(shù)5.7.3直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的幾何參數(shù)和尺寸計(jì)算1、分度圓直徑d1=2Rsinδ1d2=2Rsinδ2式中：R——錐距，分度圓錐頂?shù)酱蠖说木嚯x。δ1、δ2——分度圓錐角（簡(jiǎn)稱分錐角）。2、傳動(dòng)比i12=ω1/ω2=z2/z1=d2/d1=sinδ2/sinδ1當(dāng)Σ=90°時(shí)，即δ1+δ2=Σ=90°，故上式可寫為：圖5-21直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的幾何參數(shù)和尺寸i12=ω1/ω2=z2/z1=d2/d1=ctgδ1=tgδ25.8蝸桿傳動(dòng)5.8.1概述1蝸桿傳動(dòng)的組成蝸桿傳動(dòng)主要由蝸桿和蝸輪組成，主要用于傳遞空間交錯(cuò)的兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，通常軸間交角為90°。一般情況下，蝸桿為主動(dòng)件，蝸輪為從動(dòng)件。2蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)：（1）傳動(dòng)平穩(wěn)因蝸桿的齒是一條連續(xù)的螺旋線，傳動(dòng)連續(xù)，因此它的傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。（2）傳動(dòng)比大單級(jí)蝸桿傳動(dòng)在傳遞動(dòng)力時(shí)，傳動(dòng)比i＝5～80，常用的為i=15～50。分度傳動(dòng)時(shí)i可達(dá)1000，與齒輪傳動(dòng)相比則結(jié)構(gòu)緊湊。（3）具有自鎖性當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于輪齒間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自鎖。即蝸桿能帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，而蝸輪不能帶動(dòng)蝸桿。（4）傳動(dòng)效率低蝸桿傳動(dòng)由于齒面間相對(duì)滑動(dòng)速度大，齒面摩擦嚴(yán)重，故在制造精度和傳動(dòng)比相同的條件下，蝸桿傳動(dòng)的效率比齒輪傳動(dòng)低，一般只有0.7~0.8。具有自鎖功能的蝸桿機(jī)構(gòu)，效率則一般不大于0.5。（5）制造成本高為了降低摩擦，減小磨損，提高齒面抗膠合能力，蝸輪齒圈常用貴重的銅合金制造，成本較高。3蝸桿傳動(dòng)的類型蝸桿傳動(dòng)按照蝸桿的形狀不同，可分為圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。圓柱蝸桿傳動(dòng)除與相同的普通蝸桿傳動(dòng)，還有圓弧齒蝸桿傳動(dòng)。圓柱蝸桿機(jī)構(gòu)又可按螺旋面的形狀，分為阿基米德蝸桿機(jī)構(gòu)和漸開(kāi)線蝸桿機(jī)構(gòu)等。圓柱蝸桿機(jī)構(gòu)加工方便，環(huán)面蝸桿機(jī)構(gòu)承載能力較高。4蝸桿傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則由于蝸桿傳動(dòng)中的蝸桿表面硬度比蝸輪高，所以蝸桿的接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度都比蝸輪高；而蝸輪齒的根部是圓環(huán)面，彎曲強(qiáng)度也高、很少折斷。蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式有膠合、疲勞點(diǎn)蝕和磨損。由于蝸桿傳動(dòng)在齒面間有較大的滑動(dòng)速度，發(fā)熱量大，若散熱不及時(shí)，油溫升高、粘度下降，油膜破裂，更易發(fā)生膠合。開(kāi)式傳動(dòng)中，蝸輪輪齒磨損嚴(yán)重，所以蝸桿傳動(dòng)中，要考慮潤(rùn)滑與散熱問(wèn)題。蝸桿軸細(xì)長(zhǎng)，彎曲變形大，會(huì)使嚙合區(qū)接觸不良。需要考慮其剛度問(wèn)題。蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求：（1）計(jì)算蝸輪接觸強(qiáng)度；（2）計(jì)算蝸桿傳動(dòng)熱平衡，限制工作溫度，（3）必要時(shí)驗(yàn)算蝸桿軸的剛度。5蝸桿、蝸輪的材料選擇基于蝸桿傳動(dòng)的失效特點(diǎn)，選擇蝸桿和蝸輪材料組合時(shí)，不但要求有足夠的強(qiáng)度，而且要有良好的減摩、耐磨和抗膠合的能力。實(shí)踐表明，較理想的蝸桿副材料是：青銅蝸輪齒圈匹配淬硬磨削的鋼制蝸桿。（1）蝸桿材料對(duì)高速重載的傳動(dòng)，蝸桿常用低碳合金鋼（如20Cr、20CrMnTi）經(jīng)滲碳后，表面淬火使硬度達(dá)56～62HRC，再經(jīng)磨削。對(duì)中速中載傳動(dòng)，蝸桿常用45鋼、40Cr、35SiMn等，表面經(jīng)高頻淬火使硬度達(dá)45～55HRC，再磨削。對(duì)一般蝸桿可采用45、40等碳鋼調(diào)質(zhì)處理（硬度為210～230HBS）。（2）蝸輪材料常用的蝸輪材料為鑄造錫青銅（ZCuSnl0Pl，ZCuSn6Zn6Pb3）、鑄造鋁鐵青銅（ZCuAl10Fe3）及灰鑄鐵HTl50、HT200等。錫青銅的抗膠合、減摩及耐磨性能最好，但價(jià)格較高，常用于vs≥3m/s的重要傳動(dòng)；鋁鐵青銅具有足夠的強(qiáng)度，并耐沖擊，價(jià)格便宜，但抗膠合及耐磨性能不如錫青銅，一般用于vs≤6m/s的傳動(dòng)；灰鑄鐵用于vs≤2m／s的不重要場(chǎng)合。5.8.2蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和尺寸1蝸桿機(jī)構(gòu)的正確嚙合條件中間平面我們將通過(guò)蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面定義為中間平面，如圖4-22所示。在此平面內(nèi)，蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于齒輪齒條傳動(dòng)。因此這個(gè)下面內(nèi)的參數(shù)均是標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算公式與圓柱齒輪相同。

圖5-22蝸桿機(jī)構(gòu)基本參數(shù)和尺寸正確嚙合條件根據(jù)齒輪齒條正確嚙合條件，蝸桿軸平面上的軸面模數(shù)mx1等于蝸輪的端面模數(shù)mt2；蝸桿軸平面上的軸面壓力角ax1等于蝸輪的端面壓力角at2；蝸桿導(dǎo)程角等于蝸輪螺旋角β，且旋向相同，2基本參數(shù)1）．蝸桿頭數(shù)z1，蝸輪齒數(shù)z2蝸桿頭數(shù)z1一般取1、2、4。頭數(shù)z1增大，可以提高傳動(dòng)效率，但加工制造難度增加。蝸輪齒數(shù)一般取z2=28~80。若z2<28，傳動(dòng)的平穩(wěn)性會(huì)下降，且易產(chǎn)生根切；若z2過(guò)大，蝸輪的直徑d2增大，與之相應(yīng)的蝸桿長(zhǎng)度增加、剛度降低，從而影響嚙合的精度。2）．傳動(dòng)比3）．蝸桿分度圓直徑d1和蝸桿直徑系數(shù)q加工蝸輪時(shí)，用的是與蝸桿具有相同尺寸的滾刀，因此加工不同尺寸的蝸輪，就需要不同的滾刀。為限制滾刀的數(shù)量，并使?jié)L刀標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑d1。蝸桿分度圓直徑與模數(shù)的比值稱為蝸桿直徑系數(shù)，用表示，即模數(shù)一定時(shí)，q值增大則蝸桿的直徑d1增大、剛度提高。因此，為保證蝸桿有足夠的剛度，小模數(shù)蝸桿的q值一般較大。3蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)的受力分析與斜齒圓柱齒輪的受力分析相似，齒面上的法向力Fn分解為三個(gè)相互垂直的分力：圓周力Ft、軸向力Fa、徑向力Fr，如圖4-23。蝸桿受力方向：軸向力Fa1的方向由左、右手定則確定，圖4-23為右旋蝸桿，則用右手握住蝸桿，四指所指方向?yàn)槲仐U轉(zhuǎn)向，拇指所指方向?yàn)檩S向力Fa1的方向；圓周力Ft1，與主動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)向相反；徑向力Fr1，指向蝸桿中心。蝸輪受力方向：因?yàn)镕a1與Ft2、Ft1與Fa2、Frl與Fr2是作用力與反作用力關(guān)系，所以蝸輪上的三個(gè)分力方向，如圖4-23所示。Fa1的反作用力Ft2是驅(qū)使蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力，所以通過(guò)蝸輪蝸桿的受力分析也可判斷它們的轉(zhuǎn)向。徑向力Fr2指向輪心，圓周力Ft2驅(qū)動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，軸向力Fa2與輪軸平行。力的大小可按下式計(jì)算：