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機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第1章 平面機(jī)構(gòu)的自由度和運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖11 運(yùn)動(dòng)副及其分類1.構(gòu)件 獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元 零件 獨(dú)立的制造單元2.運(yùn)動(dòng)副 兩個(gè)構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生某些相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。運(yùn)動(dòng)副的分類：1)按引入的約束數(shù)分有：I級(jí)副、II級(jí)副、III級(jí)副、IV級(jí)副、V級(jí)副。 2)按相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分有：平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng) 空間運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)3)按運(yùn)動(dòng)副元素分有：高副點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高。例如：滾動(dòng)副、凸輪副、齒輪副等。低副面接觸，應(yīng)力低。例如：轉(zhuǎn)動(dòng)副（回轉(zhuǎn)副）、移動(dòng)副 3.運(yùn)動(dòng)鏈 兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。 閉式鏈、開式鏈 4.機(jī)構(gòu) 具有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈稱為機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件12 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 用以說(shuō)明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形。作用：1.表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況。2.作為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的依據(jù)。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖應(yīng)滿足的條件：1.構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際相同2.運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符 3.運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu)成比例。13 平面機(jī)構(gòu)的自由度 定義：保證機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度。 原動(dòng)件能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。 自由度原動(dòng)件數(shù)一、 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式 F=3n（活動(dòng)構(gòu)件數(shù)）2P L（低副數(shù)）Ph （高副數(shù)）二、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度1.復(fù)合鉸鏈 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。計(jì)算：m個(gè)構(gòu)件,m1轉(zhuǎn)動(dòng)副。 2.局部自由度構(gòu)件局部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的自由度。計(jì)算：應(yīng)去掉局部自由度Fp或滾子、鉸鏈3.虛約束 對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際不起作用的約束。計(jì)算：應(yīng)去掉虛約束。 出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合：1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合 2.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，且導(dǎo)路平行 3.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且同軸 4.運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)距離始終不變5.對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分。6.兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合注意：各種出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合都是有條件的 虛約束的作用：善構(gòu)件的受力情況，如多個(gè)行星輪增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順利，避免運(yùn)動(dòng)不確定，如車輪。 第2章 平面連桿機(jī)構(gòu)21 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用應(yīng)用實(shí)例： 內(nèi)燃機(jī)、鶴式吊、火車輪、手動(dòng)沖床、牛頭刨床、橢圓儀、機(jī)械手爪、開窗戶支撐、公共汽車開關(guān)門、折疊傘、折疊床、 牙膏筒拔管機(jī)、單車制動(dòng)操作機(jī)構(gòu)等。 定義：由低副（轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)）連接組成的平面機(jī)構(gòu)。特征：有一作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，稱為連桿。特點(diǎn)：采用低副。面接觸、承載大、便于潤(rùn)滑、不易磨損、形狀簡(jiǎn)單、易加工、容易獲得較高的制造精度。改變桿的相對(duì)長(zhǎng)度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。缺點(diǎn)：構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大、運(yùn)動(dòng)精度低、效率低。產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合高速。設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。分類: 平面連桿機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu) 常以構(gòu)件數(shù)命名：四桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式: 曲柄 作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件； 連桿 作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件； 搖桿 作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件； 連架桿 與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件; 周轉(zhuǎn)副 能作360 8相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副; 擺轉(zhuǎn)副 只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。三種基本型式：（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 特征：曲柄搖桿 作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。如雷達(dá)天線。（2）雙曲柄機(jī)構(gòu) 特征：兩個(gè)曲柄 作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)。如葉片泵、慣性篩等。特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)特征：兩連架桿等長(zhǎng)且平行，連桿作平動(dòng) 如火車輪 攝影平臺(tái) 播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)特征：兩個(gè)搖桿 如鑄造翻箱機(jī)構(gòu) 風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)22 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件平面四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副可能存在曲柄。曲柄存在的條件：1. 最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和應(yīng)其他兩桿長(zhǎng)度之和稱為桿長(zhǎng)條件。2.連架桿或機(jī)架之一為最短桿。 可知：當(dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是整轉(zhuǎn)副。當(dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，說(shuō)明存在整轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如：曲柄搖桿 （最短桿臨邊為支架）、雙曲柄（最短桿為支架）、 雙搖桿機(jī)構(gòu)（最短桿對(duì)邊為支架）二、急回特性在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)，搖桿位于兩個(gè)極限位置，簡(jiǎn)稱極位。此兩處曲柄之間的夾角 稱為極位夾角。 稱K為行程速比系數(shù)。只要 0 ， 就有 K1且越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。 設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，往往先給定K值，于是: 三、壓力角和傳動(dòng)角 壓力角：從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)力F與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間所夾銳角。 切向分力: F= Fcos =Fsin 法向分力: F”= Fcos F 對(duì)傳動(dòng)有利可用的大小來(lái)表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞, 稱為傳動(dòng)角。設(shè)計(jì)時(shí)要求: min50 min一定是：主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。四、死點(diǎn)位置 搖桿為主動(dòng)件，且連桿與曲柄兩次共線時(shí)，有：0 此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng). 稱此位置為：“死點(diǎn)” 避免措施：兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如火車輪機(jī)構(gòu); 也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作：飛機(jī)起落架、鉆夾具等23 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求： 1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如: 飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。 2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。 3)滿足預(yù)定的軌跡要求，如: 鶴式起重機(jī)、攪拌機(jī)等。 設(shè)計(jì)方法：圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法 第3章 凸輪機(jī)構(gòu)31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型結(jié)構(gòu)：三個(gè)構(gòu)件、盤(柱)狀曲線輪廓、從動(dòng)件呈桿狀。作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn) = 從動(dòng)件直線移動(dòng)或擺動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：可精確實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，簡(jiǎn)單緊湊。缺點(diǎn)：高副，線接觸，易磨損，傳力不大應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī) 、牙膏生產(chǎn)等自動(dòng)線、補(bǔ)鞋機(jī)、配鑰匙機(jī)等。分類：1)按凸輪形狀分：盤形、 移動(dòng)、圓柱凸輪 ( 端面 ) 。2)按推桿形狀分：尖頂、 滾子、平底從動(dòng)件。3).按推桿運(yùn)動(dòng)分：直動(dòng)(對(duì)心、偏置)、 擺動(dòng) 4).按保持接觸方式分：力封閉（重力、彈簧等）幾何形狀封閉(凹槽、等寬、等徑、主回凸輪32 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù):1)根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式; 2)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律; 3)合理確定結(jié)構(gòu)尺寸; 4)設(shè)計(jì)輪廓曲線。運(yùn)動(dòng)規(guī)律：推桿在推程或回程時(shí)，其位移S2、速度V2、和加速度a2 隨時(shí)間t 的變化規(guī)律。33 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 定義：正壓力與推桿上力作用點(diǎn)B速度方向間的夾角一、壓力角與作用力的關(guān)系 不考慮摩擦?xí)r，作用力沿法線方向。F-有用分力, 沿導(dǎo)路方向F”-有害分力，垂直于導(dǎo)路F”=F tg F 一定時(shí)， F”，若大到一定程度時(shí)，會(huì)有：Ff F 機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。 為了保證凸輪機(jī)構(gòu)正常工作，要求： 三、重合度 1.一對(duì)輪齒的嚙合過(guò)程 2.連續(xù)傳動(dòng)條件 定義: = 實(shí)際嚙合線段/嚙合點(diǎn)間距 為一對(duì)齒輪的重合度 一對(duì)齒輪的連續(xù)傳動(dòng)條件是：1 46 漸開線齒輪的切齒原理 一、 成形法盤銑刀 指狀銑刀成形法加工的特點(diǎn)：產(chǎn)生齒形誤差和分度誤差，精度較低，加工不連續(xù)，生產(chǎn)效率低。適于單件生產(chǎn)。二、范成法1. 齒輪插刀2. 齒條插刀3. 齒輪滾刀范成法加工的特點(diǎn)：一種模數(shù)只需要一把刀具連續(xù)切削，生產(chǎn)效率高，精度高，用于批量生產(chǎn)。47 根切現(xiàn)象、最少齒數(shù)及變位齒輪第5章 輪 系51 輪系的類型定義：由齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱輪系 輪系分類 :1.定軸輪系（軸線固定） 2. 周轉(zhuǎn)輪系（軸有公轉(zhuǎn)）3. 復(fù)合輪系（兩者混合）52 定軸輪系及其傳動(dòng)比 一、傳動(dòng)比大小的計(jì)算 一對(duì)齒輪： i12 =1 /2 =z2 /z1 對(duì)于齒輪系，設(shè)輸入軸的角速度為1，輸出軸的角速度為m ,按定義有： i1m=1 /m 當(dāng)i1m1時(shí)為減速, i1m ，則T為正值，其方向與螺母運(yùn)動(dòng)方向相反，是阻力； 若 ，則T為負(fù)值，方向相反，其方向與預(yù)先假定的方向相反，而與螺母運(yùn)動(dòng)方向相同，成為放松螺母所需外加的驅(qū)動(dòng)力矩。當(dāng)時(shí)，若沒(méi)有力矩T，螺母在Fa的作用不會(huì)運(yùn)動(dòng) - 這種現(xiàn)象稱為自鎖。二、 非矩形螺紋 0摩擦系數(shù)為f 的非矩形螺紋所產(chǎn)生的摩擦力與摩擦系數(shù)為f ，的矩形螺紋所產(chǎn)生的摩擦力相當(dāng)。故稱 f 為當(dāng)量摩擦系數(shù)。稱 為當(dāng)量摩擦角滑塊上升： 滑塊下降： 非矩形螺旋的自鎖條件： 螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，有效功為FaS, 輸入功為2T。定義螺旋副的效率為有效功與輸入功之比： 當(dāng)一定時(shí)，在=45-/2 處效率曲線有極大值。對(duì)于傳動(dòng)螺旋，一般取： 25對(duì)于聯(lián)接螺紋，必須取： = 5.7103 機(jī)械制造常用螺紋普通螺紋以大徑d為公稱直徑，同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細(xì)牙螺紋。粗牙螺紋應(yīng)用最廣細(xì)牙螺紋的優(yōu)點(diǎn)：升角小、小徑大、自鎖性好、強(qiáng)度高缺點(diǎn)：不耐磨易滑扣。應(yīng)用：薄壁零件、受動(dòng)載荷的聯(lián)接和微調(diào)機(jī)構(gòu)。螺紋的基本尺寸104 螺紋聯(lián)接的基本類型及螺紋緊固件一、 螺紋聯(lián)接的基本類型基本類型螺栓聯(lián)接 螺釘聯(lián)接 雙頭螺柱聯(lián)接 緊定螺釘聯(lián)接二、螺紋緊固件螺紋緊固件螺栓 雙頭螺柱 螺釘、緊定螺釘 螺母 墊圈 105 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松一、 擰緊力矩設(shè)軸向力為Fa 總力矩：T1克服螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩； T2克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；fc摩擦系數(shù)。 無(wú)潤(rùn)滑時(shí)?。?fc =0.15 rf支撐面摩擦半徑。rf =(dw+d0)/4簡(jiǎn)化公式： T 0.2 Fa d工程上常采用測(cè)力矩扳手或定力矩扳手來(lái)控制預(yù)緊力的大小。二、 螺紋聯(lián)接的防松1. 利用附加摩擦力防松2. 采用專門防松元件防松3. 其他方法防松106 螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 螺栓聯(lián)接的主要失效形式：螺栓拉斷 螺紋壓潰或剪斷 滑扣 一、松螺栓聯(lián)接 強(qiáng)度條件： 力除以面積式中:d1-螺紋小徑， mm 二、緊螺栓聯(lián)接 強(qiáng)度條件： 1. 受橫向工作載荷的螺栓強(qiáng)度螺栓與孔之間有間隙，工作時(shí)預(yù)緊力Fa導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于橫向載荷F。 預(yù)緊力Fa ： C-可靠性系數(shù)，常取C=1.11.3 m-結(jié)合面數(shù) f-摩擦系數(shù)對(duì)鋼與鑄鐵，取:f =0.10.15改進(jìn)措施：采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷。 采用無(wú)間隙的鉸制孔螺栓2. 受軸向工作載荷的螺栓強(qiáng)度 設(shè)流體壓強(qiáng)為p，螺栓數(shù)目為Z，則缸體周圍每個(gè)螺栓的平均載荷為： FE =1011 鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接的類型 作用：用來(lái)實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩， 或?qū)崿F(xiàn)零件的軸向固定或移動(dòng)。類型：平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵等1. 平鍵聯(lián)接特點(diǎn)：定心好、裝拆方便 種類 ：普通平鍵 導(dǎo)向平鍵 普通平鍵結(jié)構(gòu) 圓頭(A型) 用指狀銑刀加工，固定良好，軸槽應(yīng)力集中大。方頭(B型) 用盤銑刀加工，軸的應(yīng)力集中小。單圓頭(C型) 用于軸端導(dǎo)向平鍵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：長(zhǎng)度較長(zhǎng)，需用螺釘固定。為便于裝拆，制有起鍵螺孔。零件可以在軸上移動(dòng)，構(gòu)成動(dòng)聯(lián)接。1012 銷聯(lián)接作用：固定零件之間的相對(duì)位置，并可傳遞不大的載荷。 第11章 齒輪傳動(dòng)11-1 輪齒的失效形式失效形式輪齒折斷 齒面點(diǎn)蝕 齒面膠合 齒面磨損 齒面塑性變形11-2 齒輪材料及熱處理常用齒輪材料優(yōu)質(zhì)碳素鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼 鑄鋼 鑄鐵 熱處理方法 表面淬火 滲碳淬火 調(diào)質(zhì) 正火 滲氮特點(diǎn)及應(yīng)用：調(diào)質(zhì)、正火處理后的硬度低，HBS 350，屬軟齒面，工藝簡(jiǎn)單、用于一般傳動(dòng)。當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時(shí)，因小輪齒根薄，彎曲強(qiáng)度低，故在選材和熱處理時(shí)，小輪比大輪硬度高: 2050HBS表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬硬齒面。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合。11-3 齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)誤差的影響： 1.轉(zhuǎn)角與理論不一致，影響運(yùn)動(dòng)的不準(zhǔn)確性； 2.瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定，出現(xiàn)速度