機(jī)械設(shè)計(jì)常用機(jī)構(gòu)

1、.,機(jī)械設(shè)計(jì)常用機(jī)構(gòu),一.機(jī)構(gòu)組成,1-1.機(jī)構(gòu)的概述,機(jī)器的主體是有一個(gè)或若干個(gè)機(jī)構(gòu)組成，通過不同機(jī)構(gòu)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 機(jī)構(gòu)是機(jī)器不可缺少的部分。,機(jī)構(gòu)：用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和力且有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架的用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成的構(gòu)件系統(tǒng)。,機(jī)構(gòu),構(gòu)件：運(yùn)動(dòng)單元體,運(yùn)動(dòng)副：構(gòu)件間的可動(dòng)聯(lián)接,.,常用的構(gòu)件,.,常用運(yùn)動(dòng)副,.,常用運(yùn)動(dòng)副有：球面副、圓柱副、球銷副、移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副、螺旋副。,轉(zhuǎn)動(dòng)副,移動(dòng)副,螺旋副,球面副,級(jí)副,級(jí)副,級(jí)副,級(jí)副,.,運(yùn)動(dòng)鏈：用運(yùn)動(dòng)副連接而成的相對(duì)可動(dòng)的構(gòu)件系統(tǒng)。 閉式鏈: 運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。 開式鏈: 運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。,.,運(yùn)動(dòng)副中構(gòu)

2、件間的接觸形式有三種：點(diǎn)、線、面。 自由度：一個(gè)構(gòu)件相對(duì)另一個(gè)構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。一個(gè)自由構(gòu)件在空間具有6個(gè)自由度。 約束：指通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接的兩構(gòu)件之間的某些相對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所受到的限制。 根據(jù)運(yùn)動(dòng)副對(duì)被聯(lián)接的兩構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)約束的不同，可將運(yùn)動(dòng)副分為至級(jí)，如：引入一個(gè)約束的稱為級(jí)副。球面副為級(jí)副，圓柱副、球銷副為級(jí)副，移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副、螺旋副為級(jí)副。 運(yùn)動(dòng)副的自由度=6-運(yùn)動(dòng)副所有的約束個(gè)數(shù),.,機(jī)構(gòu)可動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件：輸入的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)。 機(jī)構(gòu)的自由度的計(jì)算： F=6n-(5*P5+4*P4+3*P3+2*P2+P1) 但做平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件只有3個(gè)自由度，故平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算

3、也可用以下公式： F=3n-2P5-P4（n為機(jī)構(gòu)的活動(dòng)構(gòu)件數(shù)） P1,P2,P3,P4,P5為 級(jí)副的個(gè)數(shù) 在自由度的計(jì)算中，要注意公共約束和虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)自由度的影響，去除多余的約束和局部自由度才能確定機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。,.,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)示意圖,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, 按一定的比例定出各運(yùn)動(dòng)副的位置, 并用國(guó)標(biāo)規(guī)定的簡(jiǎn)單線條和符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，繪制出表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)明圖形。 機(jī)構(gòu)的示意圖：指為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況, 不要求嚴(yán)格地按比例而繪制的簡(jiǎn)圖。,.,常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,.,常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,.,常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖,.,1-2.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則 原則：利用機(jī)構(gòu)組成原理進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)

4、計(jì)時(shí)，在滿足相同工作要求的條件下，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單、桿組的級(jí)別越低、構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)越少越好。 合理的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)器平穩(wěn)實(shí)用的基礎(chǔ)。機(jī)器特定運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，都是通過機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成的。一部較復(fù)雜的機(jī)器一般是由很多常用機(jī)構(gòu)組成的，如：連桿機(jī)構(gòu)、輪系機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間隙機(jī)構(gòu)和其它機(jī)構(gòu)，它們之間的相互組合，為實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)方案提供了基礎(chǔ) ，而這使機(jī)械設(shè)計(jì)更加豐富與更富有挑戰(zhàn)性，使設(shè)計(jì)更加趨向合理實(shí)用。,.,二.機(jī)械設(shè)計(jì)常用機(jī)構(gòu),2-1.連桿機(jī)構(gòu) 2-2.齒輪機(jī)構(gòu) 2-3.齒輪系機(jī)構(gòu) 2-4.凸輪機(jī)構(gòu) 2-5.其它機(jī)構(gòu),.,2-1.連桿機(jī)構(gòu),分類:,平面連桿機(jī)構(gòu),空間連桿機(jī)構(gòu),2-1-1.概述 連桿機(jī)

5、構(gòu)：由低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、球面副、球銷副、圓柱副及螺旋副等）將若干構(gòu)件連接而成的，故又稱為低副機(jī)構(gòu)。 常見應(yīng)用：折疊傘、公共汽車開關(guān)門、折疊椅、開窗戶支撐、內(nèi)燃機(jī)、牛頭刨床、機(jī)械手爪等。,.,連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)： （1）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； （2）改變桿的相對(duì)長(zhǎng)度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同； （3）連桿曲線豐富，可滿足不同要求。 連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)： （1） 構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大，運(yùn)動(dòng)精 度和效率較低； （2）產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合高速； （3） 設(shè)計(jì)較復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。,.,平面連桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)規(guī)

6、律，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械于儀表中。 主要有：四桿機(jī)構(gòu)、六桿 機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)等。 平面連桿機(jī)構(gòu)的組成： 機(jī)架固定不動(dòng)的構(gòu)件； 連架桿與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件； 連桿連接兩連架桿且作 平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件； 曲柄作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件； 搖桿作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件。,.,平面四連桿機(jī)構(gòu)的類型： 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)。,雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu),.,攪拌機(jī)構(gòu),.,縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu),.,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)。,機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu),.,慣性篩,.,雙搖桿機(jī)構(gòu) 特征：無(wú)曲柄，有兩個(gè)搖桿 作用：一桿擺動(dòng)可以影響另一桿的擺動(dòng)幅度，實(shí)現(xiàn)特定運(yùn)動(dòng)軌跡。,

7、起重機(jī),.,汽車換向機(jī)構(gòu),.,其它平面連桿機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),曲柄搖塊機(jī)構(gòu),移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),.,平面連桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件： 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果最短桿與最長(zhǎng)桿之和小 于或等于其它兩桿長(zhǎng)度之和，且 （1）以最短桿的相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則最短桿為曲柄； （2）以最短桿為機(jī)架，則兩連桿均為曲柄，該機(jī)構(gòu)為 雙曲柄機(jī)構(gòu)； （3）以最短桿對(duì)邊構(gòu)件為機(jī)架，則無(wú)曲柄存在，該機(jī) 構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 若四桿機(jī)構(gòu)中，最短桿與最長(zhǎng)桿之和大于其它兩 桿長(zhǎng)度之和，則無(wú)論選哪一構(gòu)件為機(jī)架，均無(wú)曲柄存 在，該機(jī)構(gòu)只能雙搖桿機(jī)構(gòu)。,.,平面連桿機(jī)構(gòu)的壓力角與傳動(dòng)角 壓力角：作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)力F與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間

8、所夾銳角。 傳動(dòng)角（ ）：壓力角的余角 切向分力 Ft= Fcos = Fsin 法向分力 Fn=Fcos Ft 對(duì)傳 動(dòng)有利，常用的大小 來(lái)表示機(jī)構(gòu)傳力性能的 好壞（越大越好）,.,平面連桿機(jī)構(gòu)的急回特性 從動(dòng)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的平面連桿機(jī)構(gòu)中，若從動(dòng)件工作行程的平均速度小于回程的平均速度，則稱該機(jī)構(gòu)具有急回特性。 (極位夾角):是搖桿處于兩 極限位置線所夾的銳角 K為行程速度變化系數(shù),即空 回行程和工作行程平均速度 的比值:,.,或,只要極位夾角 0 ， 就有 K1 ； 越大，K值越大，機(jī)構(gòu)的急回性質(zhì)越明顯。,平面機(jī)構(gòu)具有急回特性的條件: (1)原動(dòng)件等角速整周轉(zhuǎn)動(dòng)； (2)輸出件具有正、反行程

9、的往復(fù)運(yùn)動(dòng)； (3)極位夾角0。 應(yīng)用：節(jié)省回程時(shí)間，提高生產(chǎn)率,.,平面連桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn) 對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿為主動(dòng)件時(shí)，在連桿與曲柄兩次共線的位置，機(jī)構(gòu)均不能運(yùn)動(dòng)。 機(jī)構(gòu)的這種位置稱為“死點(diǎn)”（機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置） 在“死點(diǎn)”位置，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角 0。 “死點(diǎn)”位置應(yīng)用： 飛機(jī)起落架、鉆夾具等 “死點(diǎn)”位置的過渡： 依靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機(jī)、 縫紉機(jī)等）、兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開 排列，如火車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。,.,“死點(diǎn)”位置的過渡,“死點(diǎn)”位置的應(yīng)用,.,2-1-2.實(shí)用示例,顎式碎石機(jī),曲柄AB帶動(dòng)連桿BC和搖桿CD運(yùn)動(dòng),固連在搖桿上的動(dòng)顎將礦石壓碎。,.,鎖緊夾具,利用連桿2和連架桿3成一線，形成機(jī)構(gòu)死

10、點(diǎn)，來(lái)鎖緊工件5。,.,機(jī)車主動(dòng)輪雙曲柄聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu),為了克服不穩(wěn)定狀態(tài)，除了采用慣性飛輪外，還采用了平行連接副加構(gòu)件BE。,.,旋轉(zhuǎn)示水泵雙曲柄機(jī)構(gòu),原動(dòng)曲柄1通過連桿2帶動(dòng)曲柄3做變速運(yùn)動(dòng)，從而使泵的體積發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)水泵的功能。,.,車門啟閉反四邊形機(jī)構(gòu),曲柄AB和曲柄CD同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)使固聯(lián)曲柄上的車門同時(shí)打開或關(guān)閉。,.,起重機(jī)的雙搖桿機(jī)構(gòu),ABCD組成的雙搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)可以使懸吊在E出的物體做平移運(yùn)動(dòng)。,.,上料機(jī)械手,通過連桿的上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加緊與松開的動(dòng)作。,.,手動(dòng)抽水機(jī)中的定塊機(jī)構(gòu),3為固定的機(jī)架（定塊），通過手柄（1）的轉(zhuǎn)動(dòng)使移動(dòng)導(dǎo)桿（4）往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抽水功能。,.,牛頭刨床擺動(dòng)

11、機(jī)構(gòu),曲柄BC轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)AD擺動(dòng)，EF在AD的作用下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。,.,其它常用連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用,更多 動(dòng)畫,.,2-1-3.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題: (1) 實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律； (2) 實(shí)現(xiàn)預(yù)定的連桿位置（剛體導(dǎo)引問題） ； (3)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的軌跡。 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法： (1) 圖解法，直觀、概念清楚、簡(jiǎn)單易行，精度低； (2) 解析法，精度高、計(jì)算量大； (3) 實(shí)驗(yàn)法，用于運(yùn)動(dòng)要求較復(fù)雜的設(shè)計(jì)或初步 設(shè)計(jì)。,.,用圖解法設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu) 圖解法設(shè)計(jì)時(shí),可將連桿機(jī)構(gòu)分為三類分別為:剛體引導(dǎo)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和急回機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。下面以急回機(jī)構(gòu)為例，列出其詳細(xì)步驟： (1)

12、 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 已知：CD桿長(zhǎng)，擺角及K，綜合此機(jī)構(gòu)。 步驟如下：計(jì)算180(K-1)/(K+1); 任取一點(diǎn)D，作腰長(zhǎng)為CD的等腰三角形，夾角為; 作C1FC1C2，作C2F使C1C2F=90,兩線交于P;,.,作F C1C2的外接圓， A點(diǎn)必在此圓上。 選定A，連接AC1和AC2有a（曲柄），b(連桿）：,(2) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 已知 K，滑塊行程 H，偏距e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu) 。,a,b,.,計(jì)算 180(K-1)/(K+1)； 作C1 C2 H ； 作射線C2M， 使C1C2M=90， 作射線C1N垂直于C1C2 兩條射線交于P點(diǎn) ； 以C2P為直徑作圓； 作與C1 C2平行且偏距為 e的直線

13、，交圓于A或A，即為所求。,a,b,.,解析法平面連桿設(shè)計(jì) 解析法連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可分為四類問題: 1、按預(yù)定的兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì) 2、按期望函數(shù)設(shè)計(jì) 3、按預(yù)定的連桿位置設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu) 4、軌跡生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),.,但解析法平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟一般如下： （1）選定精確點(diǎn)，或者由設(shè)計(jì)問題本身給定 精確點(diǎn); （2）根據(jù)設(shè)計(jì)的問題對(duì)每一個(gè)精確點(diǎn)列出一 個(gè)方程，使得對(duì)于每一個(gè)精確點(diǎn)上的自變量x, 設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)實(shí)際實(shí)現(xiàn)的函數(shù)值都等于預(yù)期給定的 函數(shù)值,f(x)=F(x), F(x)中包含了所以的待求的設(shè) 計(jì)參數(shù); （3）在計(jì)算機(jī)上解方程,求出變量值,.,實(shí)驗(yàn)法連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 當(dāng)原動(dòng)件AB繞固定鉸鏈A轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，

14、連桿平 面上的點(diǎn)各自描繪出不同形狀的軌跡，稱之為連桿曲線。連桿曲線的形狀和大小由各構(gòu)件的絕對(duì)尺寸和軌跡點(diǎn)在連桿平面上的位置這兩個(gè)條件來(lái)決定。,.,用實(shí)驗(yàn)法綜合給定軌跡的連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，所要實(shí)現(xiàn)的軌跡（如圖中M點(diǎn)的軌跡）是已知的，要求設(shè)計(jì)出的連桿機(jī)構(gòu)（如鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)）能使連桿上的某點(diǎn)（如M點(diǎn)）沿著給定的軌跡運(yùn)動(dòng)，即能復(fù)演軌跡。 一般可先初選曲柄 長(zhǎng)度和曲柄固定鉸鏈與 已知軌跡的相對(duì)位置， 然后在連桿平面上選取 若干點(diǎn)（如圖中M、C、 C、C”等）。當(dāng)令M點(diǎn),.,沿已知軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，連桿平面上的其余各點(diǎn)便畫出不同軌跡。找出軌跡最接近圓弧的點(diǎn)（如圖中C點(diǎn)）作為連桿上的另一個(gè)活動(dòng)鉸鏈，則可得到能滿足要求的鉸

15、鏈四桿機(jī)構(gòu)。 若在連桿平面上找不出軌跡最接近圓弧的點(diǎn)，應(yīng)改變初選參數(shù)重新演試，直到得出滿意的解為止。,.,二、齒輪機(jī)構(gòu) 2-1.概述,齒輪機(jī)構(gòu)傳遞的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，且承載能力大、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長(zhǎng)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 應(yīng)用： （1）傳遞任意兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 （2）變換運(yùn)動(dòng)方式 （3）變速,.,優(yōu)點(diǎn)： （1）瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定 （2）適用的載荷和速度范圍廣 （3）結(jié)構(gòu)緊湊 （4）傳動(dòng)效率高，= 0.94 0.99 （5）工作可靠和壽命長(zhǎng) 缺點(diǎn)： （1）對(duì)制造和安裝精度要求較高，成本高 （2）精度時(shí) 噪聲和振動(dòng) （3）不宜用于中心距較大的傳動(dòng),.,齒輪機(jī)構(gòu)的分類 1.平面

16、齒輪機(jī)構(gòu) 用于傳遞兩平行軸之間的運(yùn) 動(dòng)和動(dòng)力。 * 根據(jù)輪齒的排列位置可分為：內(nèi)齒輪、外齒輪和 齒條；,.,* 根據(jù)輪齒的方向可分為：直齒輪、斜齒輪和人字齒 輪。,.,人字齒輪,.,2.空間齒輪機(jī)構(gòu) 用于傳遞空間兩相交軸或兩交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 * 傳遞兩相交軸間的運(yùn)動(dòng) 錐齒輪傳動(dòng)； 按照輪齒在圓錐體上的排列方向有直齒和曲線齒 兩種。,.,* 傳遞兩交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)： 蝸桿機(jī)構(gòu)，交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)。,.,* 常用的齒輪機(jī)構(gòu)是定傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)，但也有傳動(dòng)比 非定值的齒輪機(jī)構(gòu)，常稱之為非圓齒輪機(jī)構(gòu)。,.,齒輪各部分名稱與符號(hào) （1）齒數(shù) z （2）齒頂圓 da (ra) （3） 齒根圓 df (rf)

17、（4）基圓 db (rb) （5）齒厚 s （6）齒槽寬 e （7）齒距 p （8）分度圓 d (r) 度量基準(zhǔn)圓 （9）齒頂高 ha （10）齒根高 hf df=d-2hf da=d+2ha,.,基本參數(shù) （1）. 模數(shù) m 分度圓周長(zhǎng) d = zp 模數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)化 d = mz 顯然 ：m 尺寸 強(qiáng)度 （2）. 壓力角 基圓： 國(guó)標(biāo)規(guī)定 = 20（也有用45、15） 分度圓 （ r） 具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壓力角的圓,.,基本參數(shù) （3）. 齒數(shù) z d = m z db=d cos =mz cos m、 一定，z rb 漸開線形狀，z 齒條 （4）. 齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù) ha= ha*m h

18、f= (ha*+c*)m h= (2ha*+c*)m ha* 、c* 標(biāo)準(zhǔn)化 正常齒： ha* =1 、c*=0.25 短 齒： ha* =0.8 、c*=0.25,.,幾何尺寸 （1）、標(biāo)準(zhǔn)齒輪 m、ha* 、c*均為標(biāo)準(zhǔn)值，且s = e = p/2 的齒輪 2）、標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確安裝兩分度圓相切，與節(jié)圓重合 r = r ， = （3）、標(biāo)準(zhǔn)中心距:,.,齒輪的安裝 當(dāng)一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪按標(biāo)準(zhǔn)中心距（兩輪分度圓相切 ）安裝 時(shí)，稱為標(biāo)準(zhǔn)安裝。,非標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)，兩 齒輪分度圓不再相切， 節(jié)圓大于分度 圓；兩 基圓相對(duì)分離，嚙合 角因此不再等于分度 圓壓力角而加大；同 時(shí)，頂隙大于標(biāo)準(zhǔn)值， 而且出現(xiàn)側(cè)隙。,

19、.,常用機(jī)械重合度取值,齒輪連續(xù)傳動(dòng)的條件： 為保證齒輪能連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)重合度 =(B1B2 / Pb) 1。 =1，表示齒輪在嚙合過程中，始終只有一對(duì)齒輪參與嚙合； 1，表示齒輪嚙合過程中，始終大于一對(duì)齒輪參與嚙合。 1，齒輪不能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。,.,由于刀具的限制，這種加工方法在理論上 即存在誤差。,盤狀銑刀,指狀銑刀,齒輪的加工方法 （1）仿形法,.,（2）展成法,1）.切制原理 在一對(duì)齒輪作無(wú)側(cè)隙嚙合傳動(dòng)時(shí)有四個(gè)基本要素：一對(duì)齒廓（幾何要素）和兩輪的角速度,已知兩個(gè)運(yùn)動(dòng)要素和一個(gè)幾何要素，求出（產(chǎn)生）另一個(gè)幾何要素的方法即為展成法，也叫范成法或包絡(luò)法。是利用“一對(duì)輪齒作無(wú)側(cè)隙嚙合傳動(dòng)時(shí)齒廓互為

20、包絡(luò)線”的道理來(lái)工作的。,.,2）.用展成法加工齒輪 常用刀具有齒輪型刀具和齒條型刀具，包括： * 齒輪插刀刀具和輪坯間有展成、切削、進(jìn)給 和讓刀四種相對(duì)運(yùn)動(dòng)。,.,* 齒條插刀刀具沿輪坯切向移動(dòng)，且要增加 沿該方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；否則，刀具的齒數(shù)要無(wú)窮多。刀具和輪坯間的其他相對(duì)運(yùn)動(dòng)與使用齒輪插刀相同。,.,* 齒輪滾刀屬于齒條型刀具。,加工時(shí)，滾刀的軸線與輪坯的端面應(yīng)有一個(gè)等于滾刀螺旋升角的夾角，以便切制出直齒輪。,.,* 齒輪滾刀 滾刀在輪坯端面內(nèi)的投影相當(dāng)于一個(gè)齒條，即在輪坯端面內(nèi)，滾刀和輪坯的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一對(duì)齒輪齒條的嚙合。,由于切削運(yùn)動(dòng)連續(xù)，因此生產(chǎn)率高 。而且，只要m、相同，無(wú)論被加工齒

21、輪的齒數(shù)是多 少，都可用同一把刀具加工。,.,齒輪的根切用展成法加工齒輪時(shí)，有可能發(fā)齒 根部分已加工好的漸開線齒廓又被切掉一塊的情況，稱為“根切”。 根切的后果： 削弱輪齒的抗彎強(qiáng)度； 使重合度下降。 原因：加工的齒輪齒數(shù)過少時(shí)， 刀具的齒頂線 超過了理論嚙合極限點(diǎn)N。 避免根切：直齒齒數(shù)最少為17、斜齒齒數(shù)最少為14 根切現(xiàn)象是在展成法加工齒輪時(shí)發(fā)生的，使用 齒條型刀具比用齒輪型刀具更易產(chǎn)生根切。,.,變位齒輪 * 通過改變刀具和輪坯的相對(duì)位置切制齒輪的方法 稱為變位修正法，切制出的齒輪稱為變位齒輪。 * 刀具遠(yuǎn)離輪坯中心為正變位， 刀具趨近輪坯中心為負(fù)變位。 * 刀具的移動(dòng)量用x m來(lái)表示

22、， 稱x為變位系數(shù)。 * 規(guī)定：正變位時(shí)，x 為正值； 負(fù)變位時(shí)，x 為負(fù)值。 x=0時(shí),無(wú)變位,加工的齒輪為 標(biāo)準(zhǔn)齒輪。,.,變位齒輪 相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪而言，變位齒輪的分度圓沒變，分度圓上的模數(shù)和壓力角也保持不變。 正變位齒輪，分度圓上齒厚增大，齒槽寬減小,齒根高減小，齒頂高增大;負(fù)變位齒輪則相反。 正變位齒輪，齒根齒廓的曲率半徑及齒厚均增大 強(qiáng)度提高；齒頂厚減小，齒頂變尖。負(fù)變位則相反 正確嚙合條件：兩變位齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等。 連續(xù)傳動(dòng)條件：重合度 。,.,變位齒輪的特點(diǎn) 1）正傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)較多，變位系數(shù)的選擇范圍較大， 其綜合傳動(dòng)質(zhì)量較好。 2）在標(biāo)準(zhǔn)中心距的情況下，也可以采用等移距

23、變位 用變位齒輪替代標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)，以改善傳動(dòng)質(zhì)量。 3）負(fù)傳動(dòng)的缺點(diǎn)較多，一般只用來(lái)配湊中心距 4）對(duì)單個(gè)齒輪而言，其正變位使強(qiáng)度提高，負(fù)變位 相反。小齒輪一般多采用正變位。 5）變位齒輪傳動(dòng)的共同缺點(diǎn)：互換性差，必須成對(duì) 使用。,.,蝸桿傳動(dòng)的類型介紹,圓柱蝸桿 設(shè)計(jì)、制造簡(jiǎn)單 常用 環(huán)面蝸桿、圓錐蝸桿 嚙合性能好，承載能力、效率高，但設(shè)計(jì)、制造復(fù)雜 少用,.,蝸桿傳動(dòng)及其特點(diǎn) 1. 傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊、振動(dòng)、噪聲（類似具有連續(xù) 齒的螺旋傳動(dòng)） 2. 結(jié)構(gòu)緊湊、獲得較大的單級(jí)傳動(dòng)比 減速時(shí)： 5 i12 70，常用15 i12 50 分度機(jī)構(gòu) ：可達(dá) i12= 1000 增速時(shí)： i12 =1/

24、5 1/15 3. 1 V 時(shí) 自鎖 4. vs 磨損 、發(fā)熱 、效率 5. 傳遞的功率小 50 kW 6. 成本 蝸輪材料貴重,.,內(nèi)燃機(jī)中齒輪的應(yīng)用,2-2-2 實(shí)用示例,.,車床傳動(dòng)機(jī)構(gòu),.,車床主軸傳動(dòng)系統(tǒng),.,車床溜板箱換向機(jī)構(gòu),.,齒輪變速機(jī)構(gòu),.,直齒,人字形齒輪,非圓齒輪,更多動(dòng)畫,.,2-2-3.齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)： 根據(jù)齒輪傳動(dòng)的工作條件和要求、輸入軸 的轉(zhuǎn)速和功率、齒數(shù)比、原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的工作特性、齒輪工況、工作壽命、外形尺寸等要求，確定：齒輪材料和熱處理方式、主要參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式及尺寸、精度等級(jí)及其檢驗(yàn)公差。 設(shè)計(jì)過程： （）設(shè)計(jì)時(shí)，所以參量均為未知，要現(xiàn)假設(shè)預(yù)選，預(yù)

25、選內(nèi)容：齒輪材料、熱處理方式、精度等級(jí)和主要參數(shù)（Z1、Z2、等)；,.,（）根據(jù)強(qiáng)度條件初步算出齒輪的分度圓直徑或模數(shù)，并進(jìn)一步計(jì)算出齒輪的主要幾何尺寸，以次為基礎(chǔ)，選出能滿足強(qiáng)度條件的可行方案； （）評(píng)測(cè)上述方案，從中選擇最優(yōu)方案作為設(shè)計(jì)參數(shù)的最終方案。 設(shè)計(jì)步驟： （1）要求分析 使用條件分析 主要對(duì)齒輪傳動(dòng)條件：傳動(dòng)功率、主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速、齒數(shù)比、轉(zhuǎn)矩、圓周速度等基本參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。,.,（2）設(shè)計(jì)任務(wù) 確定一種能滿足功能要求和設(shè)計(jì)約束的較好的設(shè)計(jì)方案包括： 一組基本參數(shù)：m、z1、z2等 主要幾何尺寸d1、d2、a 1）選擇齒輪的材料和熱處理方式 2）確定需用應(yīng)力 a.確定極限應(yīng)力 b.計(jì)算

26、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，確定壽命系數(shù) c.計(jì)算許用應(yīng)力,.,（）初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸 1）選擇齒輪的類型 2）選擇齒輪的精度等級(jí) 3）初選參數(shù) 4）初步計(jì)算齒輪的尺寸 5）驗(yàn)算齒輪的彎曲強(qiáng)度條件 （4）確定可行方案和較優(yōu)方案 （5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件圖繪制 具體設(shè)計(jì)實(shí)例：機(jī)械設(shè)計(jì)，鐘毅芳，華中科技大學(xué)出版社，2001。 P60,.,2-3.輪系機(jī)構(gòu),輪系,定軸輪系,周轉(zhuǎn)輪系,復(fù)合輪系,行星輪系，差動(dòng)輪系,2K-H型,3K型,K-H-V型,定軸輪系+周轉(zhuǎn)輪系,周轉(zhuǎn)輪系+周轉(zhuǎn)輪系,2-3-1.概述 輪系：由一系列互相嚙合的齒輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞。,.,特點(diǎn)： 1

27、. 實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比傳動(dòng) 2. 實(shí)現(xiàn)相距較遠(yuǎn)兩軸之間的傳動(dòng) 3. 實(shí)現(xiàn)變速與換向傳動(dòng) 4. 實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng) 5. 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊且重量較小的大功率傳動(dòng) 6. 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解 7. 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)和剛體導(dǎo)引,.,定軸輪系：當(dāng)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所有齒輪的幾何軸線相對(duì)于機(jī)架的位置均固定不變,.,周轉(zhuǎn)輪系: 當(dāng)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線相對(duì)于基架的位置不固定，而是繞某一固定軸線回轉(zhuǎn),.,2 行星輪 H 系桿 1 中心輪 3 中心輪,基本構(gòu)件,.,根據(jù)輪系所具有的自由度不同，周轉(zhuǎn)輪系又可分為：差動(dòng)輪系和行星輪系,差動(dòng)輪系：F=2,計(jì)算圖b)所示機(jī)構(gòu)自由度,圖中齒輪3固定,行星輪系：F=1,計(jì)算圖a

28、)所示輪系自由度：,.,2K-H型,根據(jù)基本構(gòu)件的特點(diǎn)，輪系可分為： 2KH 型，3K型， K-H-V型（K為中心輪、H為系桿、V為輸出軸),.,3K型,系桿H只起支撐行星輪使其與中心輪保持嚙合的作用，不作為輸出或輸入構(gòu)件。,.,復(fù)合輪系:由定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系、或幾部分周轉(zhuǎn)輪系組成的復(fù)雜輪系各周轉(zhuǎn)輪系相互獨(dú)立不共用一個(gè)系桿。,定軸輪系 +,周轉(zhuǎn)輪系,周轉(zhuǎn)輪系 + 周轉(zhuǎn)輪系,.,轉(zhuǎn)向： 1、所有齒輪軸線都平行的情況用 法（m為外嚙合齒輪的對(duì)數(shù)） 2、輸入、輸出輪的軸線相互平行 畫箭頭方法確定，可在傳動(dòng)比大小前加正或負(fù)號(hào) 3、輸入、輸出齒輪的軸線不平行 畫箭頭方法確定，且不能在傳動(dòng)比大小前加正或負(fù)

29、號(hào),大?。?定軸輪系的傳動(dòng)比計(jì)算,.,1 1,2 2,3 3,H H,構(gòu)件 原角速度 轉(zhuǎn)化后的角速度,H11H,H22H,H33H,HHHH0,周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算 周轉(zhuǎn)輪系 定軸輪系 系桿 機(jī)架反轉(zhuǎn)法：將整個(gè)輪系加一個(gè)公共角速度（ H） 轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)（定軸） 轉(zhuǎn)化前后各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速：,.,周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比=,上式“”說明在轉(zhuǎn)化輪系中H1 與H3 方向相反。,周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)動(dòng)比的一般計(jì)算公式:,式中m、n、H分別兩個(gè)太陽(yáng)輪和行星架,當(dāng)架n = 0 時(shí)，上式可改寫為：,.,注意:上述計(jì)算公式適用于行星輪系m、n平行的構(gòu)件,復(fù)合輪系傳動(dòng)比計(jì)算 1) 首先將各個(gè)基本輪系正確地區(qū)分開來(lái)； 2) 分別列出計(jì)算各基本輪

30、系傳動(dòng)比的方程式； 3) 找出各基本輪系之間的聯(lián)系； 4) 將各基本輪系傳動(dòng)比方程式聯(lián)立求解，即可求 得混合輪系的傳動(dòng)比。,.,2-3-2.實(shí)用示例,行星輪機(jī)構(gòu),.,周轉(zhuǎn)輪系,.,周轉(zhuǎn)輪系,.,復(fù)合輪系,.,擺線針輪行星輪系,.,車床傳動(dòng)機(jī)構(gòu),.,車床溜板箱換向機(jī)構(gòu),.,輪系傳輸機(jī)構(gòu),.,汽車差速器機(jī)構(gòu),.,諧波齒輪,更多動(dòng)畫,.,2-3-3.輪系機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),2K-H行星齒輪系是一種共軸式輪系, 這種輪系的各齒數(shù)應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件: (1).實(shí)現(xiàn)給定的轉(zhuǎn)動(dòng)比(傳動(dòng)比條件); (2).兩中心輪及轉(zhuǎn)臂的軸線重合(同心條件)。 在生產(chǎn)實(shí)際中，為了使行星輪系中的慣性力相互平衡，減輕輪齒上的載荷，減小中心

31、輪的 軸承上的作用力，一般采用多個(gè)行星輪的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，而這也需要滿足以下條件： （1）轉(zhuǎn)臂上的所以行星輪能嚴(yán)格均勻的轉(zhuǎn)入兩個(gè)中心輪之間（裝配條件）：,.,其中,且,以上即單排2K-H行星輪系應(yīng)滿足的傳動(dòng)條件。,當(dāng),（2）相鄰的兩行星輪的齒頂不能相碰（足鄰條件）。 設(shè)計(jì)步驟（2K-H行星輪系）： 1)傳動(dòng)比條件,.,有：,由此可得：,上式即為單排2K-H行星輪系所要求滿足的同心條件。,2）同心條件 行星輪系要求兩中心輪及轉(zhuǎn)臂重合,.,所以,由于中心輪3是固定不動(dòng)的，若K為整數(shù)時(shí),則在位置a必然又出現(xiàn)開始裝第一個(gè)行星輪時(shí)的狀態(tài)，于是可在位置a裝入第二個(gè)行星輪，余此類推，直至N個(gè)行星輪裝完。這就是單排

32、2K-H行星輪系滿足的轉(zhuǎn)配條件。,3）裝配條件 行星輪系中裝有多個(gè)均布的行星輪，并要求所以這些行星輪均布于兩個(gè)中心輪之間。,.,即,由此可得單排2K-H行星輪系應(yīng)當(dāng)滿足的鄰接條件為：,4）鄰接條件 行星輪的個(gè)數(shù)N越多，其承載越大，但時(shí)行星輪個(gè)數(shù)N又極值，其原則為相鄰的兩行星輪不能相碰。則不相碰的條件為：,.,2-4.凸輪機(jī)構(gòu),2-4-1.概述 凸輪機(jī)構(gòu)：是一種高副機(jī)構(gòu)。廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械，尤其是自動(dòng)機(jī)械中。 凸輪機(jī)構(gòu)組成: 凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架。 凸輪：具有特定曲線輪廓或溝槽的構(gòu)件，通常 在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中作主動(dòng)件。 從動(dòng)件：與凸輪接觸并被直接推動(dòng)的構(gòu)件。 機(jī)架：支撐凸輪和從動(dòng)件的構(gòu)件。,.,從動(dòng)件形

33、式,凸輪機(jī)構(gòu)的分類 1) 按凸輪的形狀 圓柱凸輪、盤形凸輪（移動(dòng)凸輪） 2) 按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式 擺動(dòng)從動(dòng)件、移動(dòng)從動(dòng)件,.,3) 按從動(dòng)件的形式 尖底從動(dòng)件、平底從動(dòng)件、 滾子從動(dòng)件,.,盤形槽凸輪機(jī)構(gòu),4) 按凸輪與從動(dòng)件的鎖合形式 力鎖合型、幾 何（形）鎖合型,.,凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 2）運(yùn)動(dòng)可靠； 3）只要有確定的適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，就可以使 從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 4）凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu)，接觸應(yīng)力大、磨損大， 多用來(lái)實(shí)現(xiàn)較小載荷的運(yùn)動(dòng)控制或運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。,.,這種自動(dòng)送料凸輪機(jī)構(gòu)，能夠完成輸送毛坯到達(dá)預(yù)期位置的功能，但對(duì)毛坯在移動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)沒有特殊的要求。,自動(dòng)送料

34、凸輪 1-圓柱凸輪 2-直動(dòng)從動(dòng)件 3-毛坯,凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 1）實(shí)現(xiàn)預(yù)期的位置要求,.,2）實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求,這種凸輪在運(yùn)動(dòng)中能推動(dòng)擺動(dòng)從動(dòng)件2實(shí)現(xiàn)均勻纏繞線繩的運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。,繞線機(jī)凸輪 1-凸輪 2-擺動(dòng)從動(dòng)件 3-線軸,.,3）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性要求,1-凸輪 2-氣閥 3-內(nèi)燃機(jī)殼體,這種凸輪機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)氣閥的運(yùn)動(dòng)學(xué)要求，并且具有良好的動(dòng)力學(xué)特性。,.,基圓 ：以凸輪最小矢徑 r0 為半徑所作的圓 r0 基圓半徑 A點(diǎn)起始、 轉(zhuǎn)動(dòng) 接觸點(diǎn)： A B 推程、推程角 0 、行程 h B C 遠(yuǎn)休程、遠(yuǎn)休 止角 01 C D 回程、 回程角 0 D A 近休程、近休止角 02 0 +

35、01 + 0+ 02 = 2,.,2-4-2.實(shí)用示例,繞線機(jī)凸輪,.,裝夾機(jī)構(gòu),.,裝夾機(jī)構(gòu),.,氣門控制機(jī)構(gòu),.,換檔機(jī)構(gòu),.,其它凸輪機(jī)構(gòu),更多 動(dòng)畫,.,2-4-3.凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) （1） 凸輪廓線設(shè)計(jì)的基本原理反轉(zhuǎn)法 （2） 用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線,步驟：工作要求 運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移曲線 + 其它條件 設(shè)計(jì)凸輪廓線,.,反轉(zhuǎn)法： 假定凸輪不動(dòng)，使推桿反轉(zhuǎn)并在道路中作預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，則尖底的軌跡 凸輪廓線。,1)設(shè)計(jì)原理： 起始位置，凸輪與從動(dòng)件A點(diǎn)接觸， 凸輪以1逆時(shí)針轉(zhuǎn)過 B 接觸 從動(dòng)件上升 s A A 將整個(gè)機(jī)構(gòu)沿 - 1轉(zhuǎn)過 角 凸輪未動(dòng)，從動(dòng)、導(dǎo)路反轉(zhuǎn)， 運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變。,.,2)用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線 （一）直動(dòng)尖低推桿盤形凸輪 機(jī)構(gòu) 1、對(duì)心凸輪機(jī)構(gòu) 已知：s2 = s2 （ ）、r0 、 1（ 逆時(shí)針） 設(shè)計(jì)凸輪廓線 步驟： （1）作位移線圖s2 -，且等 分1 、 3(或列表計(jì)算),2,4,.,（2）作基圓，取起始點(diǎn)B0 （3）沿 -1分基圓為1 、 2、3 、4且等分 1 、 3 （4）量取相應(yīng)位移量 （5）光滑連接B0 、 B1 、B2 B0 凸輪廓線。,.,2、篇置凸輪機(jī)構(gòu) 已知：s2 = s2 （