機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)

2.1.1載荷和應(yīng)力◆

應(yīng)力靜應(yīng)力變應(yīng)力smax─最大應(yīng)力；

smin─最小應(yīng)力Sm─平均應(yīng)力；

sa─應(yīng)力幅值r─應(yīng)力比（循環(huán)特性r）

◆有關(guān)名詞:名義載荷和名義應(yīng)力載荷系數(shù)計(jì)算載荷和計(jì)算應(yīng)力非對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力2.1機(jī)械零件應(yīng)力及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則隨機(jī)變應(yīng)力循環(huán)變應(yīng)力載荷和應(yīng)力3對(duì)稱(chēng)循環(huán)脈動(dòng)循環(huán)常見(jiàn)的循環(huán)應(yīng)力

對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力

脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力靜應(yīng)力靜應(yīng)力（可看作是循環(huán)應(yīng)力的一個(gè)特例）

靜應(yīng)力只在靜載荷作用下產(chǎn)生，循環(huán)應(yīng)力可由變載荷產(chǎn)生，也可由靜載荷產(chǎn)生。2.1.2許用應(yīng)力和極限應(yīng)力◆靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力和極限應(yīng)力靜應(yīng)力作用下，零件常表現(xiàn)的破壞形式為塑性變形或斷裂塑性材料sBes玻璃鋼灰口鑄鐵esspsSsBABCDE◆脆性材料取屈服極限取強(qiáng)度極限疲勞極限：材料經(jīng)過(guò)N0次應(yīng)力循環(huán)不發(fā)生破壞的應(yīng)力最大值。◆變應(yīng)力下的許用應(yīng)力和極限應(yīng)力在變應(yīng)力條件下，零件的損壞形式是疲勞斷裂。與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)密切相關(guān)。—

壽命系數(shù)

m—

指數(shù)與應(yīng)力與材料的種類(lèi)有關(guān)：對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力下的疲勞極限：脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力下的疲勞極限式中：

kσ、εσ、β——有效應(yīng)力集中系數(shù)、絕對(duì)尺寸系數(shù)及表面狀況系數(shù)以上系數(shù)請(qǐng)查材力書(shū)籍或相關(guān)手冊(cè)對(duì)應(yīng)表格。許用應(yīng)力應(yīng)力是對(duì)稱(chēng)循環(huán)變化：應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)變化：◆

安全系數(shù)安全系數(shù)↑→許用應(yīng)力↓→結(jié)構(gòu)笨重安全系數(shù)↓→許用應(yīng)力↑→不夠安全◆接觸應(yīng)力的產(chǎn)生——點(diǎn)或線接觸所產(chǎn)生的應(yīng)力接觸應(yīng)力局部應(yīng)力不同與擠壓應(yīng)力◆接觸應(yīng)力的性質(zhì)接觸應(yīng)力呈半橢圓形分布，接觸點(diǎn)處應(yīng)力最大兩物體上應(yīng)力大小相等2.1.3接觸應(yīng)力赫茲公式：◆接觸應(yīng)力的計(jì)算公式影響接觸應(yīng)力的因素：曲率半徑材料接觸線長(zhǎng)度接觸許用應(yīng)力：外接觸內(nèi)接觸◆機(jī)械零件常見(jiàn)失效形式斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂表面點(diǎn)蝕：工作表面片狀剝落塑性變形：零件發(fā)生永久性變形過(guò)大彈性變形表面破壞過(guò)大振動(dòng)和噪聲、過(guò)熱等例如軸可能的失效形式：斷裂、塑性變形、過(guò)大彈性變形、共振剛度問(wèn)題耐磨性問(wèn)題Fn強(qiáng)度問(wèn)題2.1.4機(jī)械零件的主要失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則σ≤[σ]或

τ≤[τ]

1、強(qiáng)度準(zhǔn)則：

2、剛度準(zhǔn)則：

y≤[y]θ≤[θ]φ≤[φ]

3.耐磨性準(zhǔn)則：

p≤[p]

或pv≤[pv]

4.振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：

f＜0.85fp

和f＞1.15fp

5.可靠性準(zhǔn)則：機(jī)器或零件在規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)和預(yù)定環(huán)境條件下，正常完成其工作能力的概率對(duì)零件設(shè)計(jì)，針對(duì)其主要失效形式選擇適合的工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)具體有：強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、耐磨性準(zhǔn)則、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則、可靠性準(zhǔn)則等2.2.1金屬材料力學(xué)性能指標(biāo)強(qiáng)度極限：sb屈服極限：sS(s0.2)HBW:布氏硬度HRC、HRB、HRA:洛氏硬度spsSsbesABCDE◆強(qiáng)度疲勞極限：σr

◆

剛度◆硬度2.2機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料及其選擇◆塑性延伸率：收縮率：◆沖擊韌性沖擊韌度（含碳量小于2%,大于0.7%的鐵、碳合金）◆鋼碳素鋼碳素工具鋼：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼:優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼wC＜0.25%，如20中碳鋼0.6%＜wC＜0.25%，如45

高碳鋼0.6%＜wC

，如60牌號(hào)=Q+屈服極限+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)牌號(hào)=兩位數(shù)字

牌號(hào)=T+數(shù)字

如Q235AF2.2.2常用金屬材料

如T8◆合金鋼在碳素鋼中有目的地加入一定量的其他合金元素增大了鋼的淬透性，提高了合金鋼的力學(xué)性能，增加了耐磨性，但合金鋼冶煉工藝復(fù)雜，價(jià)格較高如鉻、鉬、錳、鎳、鎢、鈦等◆

鑄鐵（含碳量大于2%的鐵、碳合金）灰鑄鐵：牌號(hào)由“HT+數(shù)字”，“數(shù)字”表示最低抗拉強(qiáng)度如HT250可鍛鑄鐵：KTH300-06，其中：KTH表示黑心可鍛鑄鐵、前一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度=300MPa、后一組數(shù)字表示最低延伸率為6%。

球墨鑄鐵：牌號(hào)與可鍛鑄鐵相似QT600-03，其中：QT表示球墨鑄鐵、最低抗拉強(qiáng)度=600MPa,最低延伸率為3%。

鑄鐵◆

有色金屬及其合金有特殊性能，價(jià)昂→少用鋁合金、銅合金（黃銅、青銅）、軸承合金空冷（1）退火降低硬度、提高韌性、細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力（2）正火用于處理低中碳鋼，代替低中碳鋼的退火。提高硬度，增加韌性，易于切削，減少應(yīng)力（3）淬火提高硬度和耐磨性、但內(nèi)應(yīng)力增大，會(huì)發(fā)脆，應(yīng)再回火（4）回火

消除淬火后的內(nèi)應(yīng)力，以獲得零件所需的性能，提高韌性低溫回火：高強(qiáng)度、高硬度及良好的耐磨性中溫回火：高彈性、硬度中等高溫回火：強(qiáng)度、塑性、韌性都較好(調(diào)質(zhì)——淬火+高溫回火)正火爐冷回火加熱保溫淬火時(shí)間溫度臨界溫度退火空冷

水冷或油冷

2.2.3鋼的熱處理

1.普通熱處理2.表面熱處理表面熱處理：表面增硬，芯部韌表面淬火法（火焰加熱、感應(yīng)加熱…）化學(xué)熱處理（滲碳、氮化、氰化...）使用要求：使用環(huán)境、載荷性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、重要程度...工藝要求：零件及其毛坯的形狀、批量、加工方法...經(jīng)濟(jì)要求：材料價(jià)格結(jié)合加工費(fèi)用、材料利用率...2.2.4機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料的選用原則

2.3公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先系數(shù)2.3.1極限與配合公稱(chēng)尺寸：由設(shè)計(jì)圖紙給定的零件理論尺寸；為確定值。實(shí)際尺寸：制造加工后測(cè)量所得零件尺寸；由于測(cè)量有誤差，所以實(shí)際尺寸并非真值。相對(duì)于基本尺寸而言，總是有誤差。實(shí)際尺寸Φ25.1軸實(shí)際尺寸實(shí)際尺寸公稱(chēng)尺寸實(shí)際尺寸Φ24.9孔Φ25.1孔φ25孔公稱(chēng)尺寸軸φ25軸Φ24.9◆

尺寸公差的基本概念上偏差：ES,es下偏差：EI,ei孔的公差Th=Dmax-Dmin=ES-EI=es-ei軸的公差Ts=dmax-dmin最大極限尺寸：Dmax,dmax最小極限尺寸:Dmin,dmin公差帶：由代表上、下偏差的兩條直線所限定的區(qū)域；基本偏差：靠近基本尺寸的那個(gè)偏差。規(guī)定：孔的EI為基本偏差，軸的es為基本偏差?；酒钕盗?/p>

BCCDDEEFAFFGGHKMNPRSTUVXYZZAZBZCJS孔+0-公稱(chēng)尺寸

bccddeefaffgghkmnprstuvxyzzazbzcjs軸+0-公稱(chēng)尺寸

配合：同一基本尺寸的孔與軸的結(jié)合稱(chēng)為配合。標(biāo)記方法：公差帶符號(hào)后跟阿拉伯?dāng)?shù)字表示。如：H7。國(guó)標(biāo)規(guī)定，孔與軸的公差帶位置各有28個(gè)，用字母表示，孔用大寫(xiě)，軸用小寫(xiě)；公差等級(jí)20個(gè)，用數(shù)字表示，數(shù)字越小，精度越高。（IT1～I(xiàn)T18，IT01，IT0）零件尺寸的表達(dá)：50D9◆

配合的基本概念及其類(lèi)別根據(jù)孔、軸公差帶的相對(duì)位置，配合分為：過(guò)盈配合；過(guò)渡配合；間隙配合。配合制度有基孔制和基軸制兩種。H零線D孔公差kjshgefrpms間隙配合過(guò)渡配合過(guò)盈配合基孔制配合：孔是基準(zhǔn)孔，下偏差EI=0，代號(hào)為:H，通過(guò)改變軸的公差帶來(lái)或得各種不同的配合特性。零線hD軸公差KJSHGEFRPMS間隙配合過(guò)渡配合過(guò)盈配合基軸制配合：軸是基準(zhǔn)軸，上偏差es=0，代號(hào)為:h，通過(guò)改變孔的公差帶來(lái)或得各種不同的配合特性。公差帶在圖紙上的標(biāo)注2.3.2表面粗糙度輪廓峰谷線輪廓峰頂線輪廓峰高yp輪廓谷深yv中線lyx定義：零件表面的微觀幾何形狀誤差。評(píng)定參數(shù)：輪廓算術(shù)平均偏差----取樣長(zhǎng)度l內(nèi)，被測(cè)輪廓上各點(diǎn)至輪廓中線偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值：符號(hào)含義及說(shuō)明基本圖形符號(hào)，表示未指定工藝方法的表面。擴(kuò)展圖形符號(hào)，表示用去除材料方法獲得的表面。擴(kuò)展圖形符號(hào)，表示用不去除材料的表面。表面粗糙度符號(hào)及說(shuō)明示例意義用去除材料的方法獲得的表面的的上限值為3.2，“16%規(guī)則”（默認(rèn)）。用去除材料的方法獲得的表面的的最大值為1.6，“最大規(guī)則”。加取樣長(zhǎng)度，表示非標(biāo)準(zhǔn)取樣長(zhǎng)度為0.8

給定的下限值。給定的上、下限值。表面結(jié)構(gòu)要求的圖形標(biāo)注說(shuō)明0.0120.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.52550100用不同加工方法得到的Ra

加工方法Ra

μm精

粗刨削鉆孔鉸孔精

粗鏜孔精

粗車(chē)精

粗磨精

粗研磨滾、銑精

粗2.3.3優(yōu)先數(shù)系◆優(yōu)先數(shù)系是用來(lái)使型號(hào)、直徑、轉(zhuǎn)速、承載量和功率等量值得到合理的分級(jí)。這樣可便于組織生產(chǎn)和降低成本。◆GB321—2005規(guī)定的優(yōu)先數(shù)系有四種基本系列，即R5、R10、R20、R40系列，其公比分別為1.6、1.25、1.12、1.06?！魞?yōu)先數(shù)系中任何一個(gè)數(shù)值稱(chēng)為優(yōu)先數(shù)?！魞?yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系是一種科學(xué)的數(shù)值制度，在確定量值的分級(jí)時(shí)，必須最大限度地采用上述優(yōu)先數(shù)及優(yōu)先數(shù)系。29

一、工藝性設(shè)計(jì)機(jī)械零件，不僅要滿足使用要求（即具備所要求的工作能力），同時(shí)還應(yīng)滿足生產(chǎn)要求，否則有可能制造不出來(lái)或是雖能制造但費(fèi)工費(fèi)料，不經(jīng)濟(jì)。好的零件（設(shè)計(jì)），需要具有良好的工藝性（便于加工，加工費(fèi)用又很低）。

具體要求：1）毛坯選擇合理；

2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理；

3）規(guī)定適當(dāng)?shù)闹圃炀燃氨砻娲植诙取?.4機(jī)械零件的工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化二、標(biāo)準(zhǔn)化

包括：●產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化（制成系列化產(chǎn)品）；●零部件的通用化（如螺栓、聯(lián)軸器、減速器等）●產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)分四級(jí)：1）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，又分強(qiáng)制性（GB）和推薦性（GB/T）

2）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

3）地方標(biāo)準(zhǔn)

4）企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)本章小結(jié)平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析圖所示為一簡(jiǎn)易沖床的初擬設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)圖，設(shè)計(jì)者的思路是：動(dòng)力由凸輪2輸入，驅(qū)動(dòng)杠桿3使沖頭4上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)以達(dá)到?jīng)_壓的目的。試問(wèn)該設(shè)計(jì)方案能夠?qū)崿F(xiàn)沖壓功能嗎？若不能，該如何進(jìn)行修改？

1-機(jī)架2-凸輪3-杠桿4-沖頭

案例

分析3.1平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

3.1.1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)運(yùn)動(dòng)副：使兩構(gòu)件直接接觸而保留一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)副分類(lèi):低副——面接觸（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副）高副——點(diǎn)、線接觸（凸輪副、齒輪副)平面運(yùn)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(chēng)作鉸鏈。移動(dòng)副：只允許兩構(gòu)件作相對(duì)移動(dòng)。高副：兩構(gòu)件以點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。

“機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件互作一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)副”這種說(shuō)法對(duì)不對(duì)？為什么？

【思考題3.1】3.1.2構(gòu)件機(jī)架(固定構(gòu)件)：主動(dòng)件(原動(dòng)件)：從動(dòng)件：是用來(lái)支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。又稱(chēng)為輸入構(gòu)件，是運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)構(gòu)件。它的運(yùn)動(dòng)是由外界輸入的。是機(jī)構(gòu)中隨著原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)構(gòu)件。相對(duì)于機(jī)架有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)3.1.3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

常用一些簡(jiǎn)單的線條和規(guī)定的符號(hào)來(lái)表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按比例定出各運(yùn)動(dòng)副的位置。這種說(shuō)明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形，稱(chēng)為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖構(gòu)件均用直線或小方塊等來(lái)表示，畫(huà)有斜線的表示機(jī)架?！魳?gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的表示方法（國(guó)標(biāo)GB4460－84）1.構(gòu)件2.轉(zhuǎn)動(dòng)副一個(gè)構(gòu)件具有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，則應(yīng)在兩條交叉處涂黑，或在其內(nèi)畫(huà)上斜線。表示轉(zhuǎn)動(dòng)副的圓圈，圓心須與回轉(zhuǎn)軸線重合。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。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.移動(dòng)副4.高副一般構(gòu)件的表示方法

固定構(gòu)件

同一構(gòu)件

兩副構(gòu)件

三副構(gòu)件

運(yùn)動(dòng)副符號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副121212121212121212122121低副2121高副◆繪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的步驟

(1)分析機(jī)器的功能和組成，判定所用機(jī)構(gòu)的類(lèi)型，認(rèn)清機(jī)架、主動(dòng)件和從動(dòng)件，按運(yùn)動(dòng)傳遞順序，確定構(gòu)件的數(shù)目（如l、2、3…）及運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)目（如A、B、C…）；(2)選擇視圖平面，并確定機(jī)器的一個(gè)瞬時(shí)的工作位置；(3)選擇合適的比例尺，測(cè)量出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置和尺寸，按選定的比例尺和規(guī)定的符號(hào)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。例3.1繪制單缸內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1）分析運(yùn)動(dòng)，確定構(gòu)件的類(lèi)型和數(shù)量

2）確定運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)目

3）選擇視圖平面

4）選取比例尺，根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸，定出各運(yùn)動(dòng)副間的相對(duì)位置

5）畫(huà)出各運(yùn)動(dòng)副和機(jī)構(gòu)符號(hào)，并表示出各構(gòu)件解：例3.2繪制顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖ABCD

顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中桿AB為什么實(shí)際應(yīng)用中要用偏心軸2替代？【思考題3.2】3.2平面機(jī)構(gòu)的自由度3.2.1構(gòu)件的自由度和約束

構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目?！粢粋€(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有三個(gè)自由度（x，y,θ）。自由度：對(duì)構(gòu)件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制稱(chēng)為約束。約束：◆運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)等于兩構(gòu)件相對(duì)自由度減少的數(shù)目。yxθ(x,y)動(dòng)畫(huà)沿軸向和垂直于軸向的移動(dòng)均受到約束，它只能繞其軸線作轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，平面運(yùn)動(dòng)的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副引入兩個(gè)約束，保留一個(gè)自由度。轉(zhuǎn)動(dòng)副：限制了構(gòu)件一個(gè)移動(dòng)和繞平面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，保留了沿移動(dòng)副方向的相對(duì)移動(dòng)，所以平面運(yùn)動(dòng)的一個(gè)移動(dòng)副也引入兩個(gè)約束，保留一個(gè)自由度。移動(dòng)副：動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)一個(gè)平面高副引入一個(gè)約束，保留兩個(gè)自由度。高副：

動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)3.2.2平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式

指機(jī)構(gòu)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)。機(jī)構(gòu)的自由度:

F=3n-2PL-PHn：機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)，n=N-1;PH：機(jī)構(gòu)中高副數(shù)；PL

：機(jī)構(gòu)中低副數(shù)；F：機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)；3.2.3機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件

F

=3×4-2×5=21個(gè)原動(dòng)件F>0，但原動(dòng)件數(shù)目小于自由度數(shù)目，運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)不確定，不能成為機(jī)構(gòu)。

F

=3×3-2×4=12個(gè)原動(dòng)件F>0，但原動(dòng)件數(shù)目大于自由度數(shù)目，運(yùn)動(dòng)鏈被破壞，不能成為機(jī)構(gòu)。F=3×4-2×6=0F=0,運(yùn)動(dòng)鏈不能運(yùn)動(dòng)，不成為機(jī)構(gòu)1）機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F≥1;平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：2）原動(dòng)件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F。先看例子：按照之前的算法下圖機(jī)構(gòu)的自由度為為什么？3.2.4計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的幾種情況F=3n－2PL－PH

=3×10－2×13－2=21.復(fù)合鉸鏈

兩個(gè)以上構(gòu)件在同一軸線處用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，就形成了復(fù)合鉸鏈。

解決方案:k

個(gè)構(gòu)件在同一處構(gòu)成復(fù)合鉸鏈，實(shí)際上構(gòu)成了(k-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。注意：復(fù)合鉸鏈只存在于轉(zhuǎn)動(dòng)副中。

慣性篩機(jī)構(gòu)例3.3計(jì)算圖示慣性篩機(jī)構(gòu)的自由度。解：此機(jī)構(gòu)C處由三個(gè)構(gòu)件組成復(fù)合鉸鏈，則n=5，PL=7，PH=0。由機(jī)構(gòu)自由度公式得單擊上圖動(dòng)畫(huà)演示處理辦法：在計(jì)算自由度時(shí)，拿掉這個(gè)局部自由度，即可將滾子與裝滾子的構(gòu)件固接在一起。ABC321ABC321F=3x3-2x3-1x1=2F=2x3-2x2-1x1=1n=3PL=3PH=1n=2PL=2PH=12.局部自由度

機(jī)構(gòu)中個(gè)別構(gòu)件不影響其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，即對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的自由度。兩構(gòu)件間形成多個(gè)軸線重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副，則只能算一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；兩構(gòu)件形成多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副，則只能算一個(gè)移動(dòng)副。虛約束之一：

3.虛約束

在特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動(dòng)副所引入的約束可能與其它運(yùn)動(dòng)副所起的限制作用是一致的。這種不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束稱(chēng)為虛約束。虛約束虛約束

虛約束之二：

高副接觸點(diǎn)公法線重合——兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副且各接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合時(shí)，只有一個(gè)高副起約束作用。AB虛約束虛約束兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)中保持不變。

虛約束之三：虛約束之四：機(jī)構(gòu)中存在對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱(chēng)部分。虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)的影響：

機(jī)構(gòu)中引入虛約束是為了受力均衡，增大剛度等，同時(shí)也提高了對(duì)制造和裝配精度的要求。虛約束

既然虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起直接的限制作用，為什么在實(shí)際機(jī)器中還要設(shè)計(jì)出虛約束？【思考題3.3】

例3.4計(jì)算沖壓機(jī)構(gòu)的自由度。F=3n－2PL－PH=3×9－2×12－2=1解：虛約束局部自由度復(fù)合鉸鏈3.2.5計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的實(shí)用意義

1．判定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案是否合理

2．改進(jìn)不合理的運(yùn)動(dòng)方案使其具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)改進(jìn)前設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)圖改進(jìn)后設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)圖

3．判斷測(cè)繪的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖是否正確五桿機(jī)構(gòu)

【思考題3.4】簡(jiǎn)易沖床改進(jìn)后設(shè)計(jì)方案除了圖所示設(shè)計(jì)方案外，是否還有其它方案？本章小結(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)若干構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副）連接而成的平面機(jī)構(gòu)。4.1概述

◆平面連桿機(jī)構(gòu)：◆平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：①運(yùn)動(dòng)副是低副，接觸面積大、壓強(qiáng)小、磨損小；制造容易。缺點(diǎn)：①設(shè)計(jì)復(fù)雜；②各構(gòu)件因是低副聯(lián)接，存在間隙，傳動(dòng)精度低；③一般適用于速度較低場(chǎng)合。②能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換和比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求；◆四連桿機(jī)構(gòu)是最基本的平面連桿機(jī)構(gòu)，即平面四桿機(jī)構(gòu)4.2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化

4.2.1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式

AD—機(jī)架AB、CD—連架桿BC—連桿連架桿往復(fù)擺動(dòng)—搖桿能整圈回轉(zhuǎn)—曲柄ADCB由四個(gè)桿狀構(gòu)件及四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：◆鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有三種基本形式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)。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)。（曲柄主動(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)（搖桿主動(dòng)）動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)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)?/p>

等速或變速回轉(zhuǎn)。慣性篩機(jī)構(gòu)

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)。機(jī)車(chē)車(chē)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)平行四邊形機(jī)構(gòu)存在運(yùn)動(dòng)不確定位置?？刹扇煞N措施予以克服：2）添加輔助構(gòu)件。

1）依靠構(gòu)件慣性；◆反平行四邊形機(jī)構(gòu)--車(chē)門(mén)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)車(chē)門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)

車(chē)門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)

動(dòng)畫(huà)3）雙搖桿機(jī)構(gòu)

特點(diǎn)：兩連架桿都是搖桿飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)

—

汽車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

動(dòng)畫(huà)↓∞

4.2.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化

1.轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化成移動(dòng)副

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)BA1234CBA1234CA1234CB3A214CBA234CB1取1為機(jī)架取2為機(jī)架取3為機(jī)架增加1的長(zhǎng)度2．取不同的構(gòu)件為機(jī)架

對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)(d’)曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)牛頭刨床應(yīng)用實(shí)例:小型刨床（擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）（轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）平面連桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型、特點(diǎn)和分類(lèi)

動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)手動(dòng)唧筒機(jī)構(gòu)自動(dòng)卸料機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)3．其他演變

◆變化含有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架正弦機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)跳針機(jī)構(gòu)

動(dòng)畫(huà)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)◆擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副偏心輪機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)動(dòng)副B加大，直至把轉(zhuǎn)動(dòng)副A包括進(jìn)去，成為幾何中心是B，轉(zhuǎn)動(dòng)中心為A的偏心圓盤(pán)。觀察天平機(jī)構(gòu)，它利用了哪種四桿機(jī)構(gòu)的哪種特性？【思考題4.1】

要使桿AB成為曲柄，轉(zhuǎn)動(dòng)副A就應(yīng)為周轉(zhuǎn)副，由AB桿與AD桿兩次共線的位置可分別得到ΔDB′C′和ΔDB"C"

將上式兩兩相加4.3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性

4.3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件

即AB桿為最短桿。

1.最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和，此條件為桿長(zhǎng)條件。

2.最短桿必為機(jī)架或連架桿。分析上述各式，可得出曲柄存在的條件是：雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)以最短桿相鄰桿為機(jī)架以與最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架以最短桿為機(jī)架NY◆鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型的判斷方法：C”B”1）a為最短桿2)a+e≤be曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件?AabBCC’B’【思考題4.2】例4.1

a=100,b=150,c=200,d=300取不同的桿為機(jī)架是否有曲柄?

100+300>150+200例4.2a=100,b=250,c=200,d=300取不同的桿為機(jī)架是否有曲柄?故無(wú)論取何桿為機(jī)架均為雙搖桿機(jī)構(gòu)100+300<250+200故取a作機(jī)架為雙曲柄機(jī)構(gòu)。

取b或d作機(jī)架則為以a為曲柄的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。取c作機(jī)架則為雙搖桿機(jī)構(gòu)。解：解：例4.3

在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD中，若AB、BC、CD三桿的長(zhǎng)度分別為：a=120mm，b=280mm,c=360mm，機(jī)架AD的長(zhǎng)度d為變量。試求；

(1)當(dāng)此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)，d的取值范圍；

(2)當(dāng)此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)，d的取值范圍；

(3)當(dāng)此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)時(shí)，d的取值范圍。解：而搖桿擺角均為所以，搖桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)的快慢不同。從C1D→C2D：從C2D→C1D：4.2.2急回特性

曲柄以由AB1順時(shí)針轉(zhuǎn)到AB2，曲柄轉(zhuǎn)角由AB2順時(shí)針轉(zhuǎn)到AB1，曲柄轉(zhuǎn)角搖桿的這種特性稱(chēng)為急回運(yùn)動(dòng)。極位夾角：為搖桿位于兩極限位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的曲柄所夾的銳角。

設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，一般先根據(jù)機(jī)械的急回要求給出K值，再求出極位夾角，最后確定各構(gòu)件尺寸。最大擺角:搖桿往復(fù)擺過(guò)的最大角度。稱(chēng)K為行程速比系數(shù)?！羟瑝K機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回特性

對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，由于其θ=0o，K=1，故無(wú)急回作用

偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因其θ≠0o,故有急回作用。

擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄AC兩次轉(zhuǎn)到與導(dǎo)桿垂直時(shí)，導(dǎo)桿處于兩側(cè)極位。由于其θ≠0o，故也有急回作用。

圖所示小型刨床機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有無(wú)急回特性?

【思考題4.3】機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)角是變化的，通常規(guī)定最小傳動(dòng)角的下限。作用在從動(dòng)件3上的驅(qū)動(dòng)力F與該力作用點(diǎn)絕對(duì)速度vc之間所夾的銳角。有效分力Ft=Fcos

,

越小，有效分力越大壓力角的余角。4.3.3壓力角與傳動(dòng)角◆一般機(jī)械，取

min≥40°；大功率機(jī)械，取

min≥50°。壓力角

：傳動(dòng)角：◆出現(xiàn)最小傳動(dòng)角

min的位置分析對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，γmin出現(xiàn)在主動(dòng)曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一

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(chēng)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

γ＝04.3.4死點(diǎn)位置

◆可以利用“死點(diǎn)”位置進(jìn)行工作，例如：飛機(jī)起落架、鉆夾具等。◆“死點(diǎn)”位置的過(guò)渡方法：1.依靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）。2.兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開(kāi)排列，如火車(chē)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)1.雙搖桿機(jī)構(gòu)有無(wú)死點(diǎn)位置？2.雙曲柄機(jī)構(gòu)有無(wú)死點(diǎn)位置？（無(wú)）（有）【思考題4.4】4.4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

根據(jù)給定的使用要求，選擇機(jī)構(gòu)的類(lèi)型，確定機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)。

設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題:1.按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（如急回特性、對(duì)應(yīng)位置等）設(shè)計(jì)；2.按給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方法：

圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)任務(wù)：4.4.1按給定的行程速比系數(shù)Ｋ設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知條件：

擺角

設(shè)計(jì)關(guān)鍵：找鉸鏈中心A

點(diǎn)的位置。C1

D

A

？搖桿長(zhǎng)度和行程速比系數(shù)Ｋ。

C2

◆曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

B1

θ

1)畫(huà)出搖桿CD兩極限位置，且∠C1DC2=ψ;N

C2

C1

D

A

B2E

ψ

θ

2)畫(huà)輔助圓;3)根據(jù)機(jī)架長(zhǎng)度或位置確定A點(diǎn);4)連接AC1、AC2，∠C1AC2=θ;5)確定曲柄、連桿長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)方法：90－θE2θ2ae◆曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

H已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。①計(jì)算:θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝H③作射線C1O使∠C2C1O=90°－θ,

④以O(shè)為圓心，C1O為半徑作圓。⑥以A為圓心，AC1為半徑作弧交于E,得：作射線C2O使∠C1C2O=90°－θ。⑤作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。C1C290°-θO90°-θAl1=EC2/2l2=AC2－EC2/2mnφ=θD◆導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由于θ與導(dǎo)桿擺角φ相等，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄a

。①計(jì)算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任選D作∠mDn＝φ＝θ，③取A點(diǎn)，使得AD=d，則:a=dsin(φ/2)。Ad作角分線;已知：機(jī)架長(zhǎng)度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。分析：ADθφ=θ◆

給定連桿兩組位置有唯一解。B2C2AD將鉸鏈A、D分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。◆給定連桿上鉸鏈BC的三組位置有無(wú)窮多組解。A’D’B2C2B3C3ADB1C1B1C14.4.2按給定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

熱處理電爐爐門(mén)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

D1)首先在一張紙上取固定軸A的位置，作原動(dòng)件角位移φi位置φiψi位置φiψi1→215010.804→515015.802→315012.505→615017.503→415014.206→715019.202)任意取原動(dòng)件長(zhǎng)度AB3)任意取連桿長(zhǎng)度BC，作一系列圓弧;4)在一張透明紙上取固定軸D，作角位移ψiDk15)取一系列從動(dòng)件長(zhǎng)度作同心圓弧。6)兩圖疊加，移動(dòng)透明紙，使ki落在同一圓弧上。

φiψiAC1B14.4.3實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

本章小結(jié)

凸輪機(jī)構(gòu)5.2

從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程二、推桿常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)A5.2.1凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)述從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件的位移、速度、加速度等隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角

變化的規(guī)律基圓(以凸輪輪廓最小向徑所組成的圓)，基圓半徑r0推程，推程運(yùn)動(dòng)角

t遠(yuǎn)休止，遠(yuǎn)休止角

s

回程，回程運(yùn)動(dòng)角

h

近休止，近休止角

s’

行程（升程），h運(yùn)動(dòng)線圖:

從動(dòng)件的位移、速度、加速度等隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角

變化關(guān)系圖

t

s

h

s’r0

t推程

s遠(yuǎn)休止

h回程

s’近休止t

sBCD

1hB’機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)

2ABCDA5.2.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1等速運(yùn)動(dòng)2等加速等減速運(yùn)動(dòng)3

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)（余弦加速度運(yùn)動(dòng)）4擺線運(yùn)動(dòng)(正弦加速度運(yùn)動(dòng)）注意：為便于理解各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性,本章將運(yùn)動(dòng)規(guī)律單獨(dú)應(yīng)用于推程或回程機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)1等速運(yùn)動(dòng)——一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程(0

t)運(yùn)動(dòng)方程：位移方程：速度方程：加速度方程：運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：始點(diǎn)、末點(diǎn)剛性沖擊適用場(chǎng)合：低速輕載hs2

0

tv2

0a2

0-

+

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)等速運(yùn)動(dòng)（續(xù)）回程(0

’

h)運(yùn)動(dòng)方程位移方程：速度方程：加速度方程：運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：始點(diǎn)、末點(diǎn)剛性沖擊適用場(chǎng)合：低速輕載s2

0v2

0a2

0

h-

++

-

th機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)2等加速等減速運(yùn)動(dòng)推程運(yùn)動(dòng)方程:運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：起、中、末點(diǎn)柔性沖擊適用場(chǎng)合：低速輕載s2

0

tv2

0a2

0h(0

t/2)(

t/2t)加速段減速段位移方程速度方程加速度方程機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)111494O’δs2δa23簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)（余弦加速度運(yùn)動(dòng)）123456δv2123456Vmax=1.57hω1/2δthδt推程：運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：柔性沖擊適用場(chǎng)合：中低速中載4擺線運(yùn)動(dòng)（正弦加速度運(yùn)動(dòng)）推程運(yùn)動(dòng)方程：運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：無(wú)沖擊適用場(chǎng)合：中高速輕載a2dv2dδt012345678s2dhA2ph機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)δtδt5.3

圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓一、反轉(zhuǎn)法原理二、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓曲線的繪制三、擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓曲線的繪制機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)AAAAAAAAAAAAA一、反轉(zhuǎn)法原理相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理法(也稱(chēng)反轉(zhuǎn)法)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)施加-w1運(yùn)動(dòng)此時(shí)，凸輪保持不動(dòng)推桿作復(fù)合運(yùn)動(dòng)=反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(-

1)+預(yù)期運(yùn)動(dòng)(s2)AAr0

1-

1r0機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)二、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓曲線的繪制作圖步驟：1

根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：作出位移線圖S2-δ1，并等分角度2定基圓3作出推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置4據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，求出從動(dòng)件在預(yù)期運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置5將兩種運(yùn)動(dòng)復(fù)合，就求出了從動(dòng)件尖端在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置點(diǎn)6將各位置點(diǎn)聯(lián)接成光滑的曲線7在理論輪廓上再作出凸輪的實(shí)際輪廓1

直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪2

直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪3

直動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)1

.直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)已知：對(duì)心，r0，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：凸輪輪廓線步驟：

1.定比例尺

l

2.初始位置及推桿位移曲線3.確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡(luò)線s

0h機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)s

0h上述其它條件不變，對(duì)心式改為偏置式。偏置圓半徑e步驟：1.定比例尺

l

2.初始位置及推桿位移曲線、

偏距圓、基圓3.確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的

各位置4.確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的

各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡(luò)線機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)2.直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)已知：對(duì)心式，r0，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滾子半徑rr,凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：凸輪輪廓線解：

1.定比例尺

l

2.初始位置及推桿位移曲線注：兩條廓線，理論／實(shí)際廓線實(shí)際廓線基圓rmin理論廓線基圓r03.確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡(luò)線s

0h理論輪廓實(shí)際輪廓機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)s

0h3

.直動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)已知:對(duì)心式，r0，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：凸輪廓線解：

1.定比例尺

l

2.初始位置及推桿位移曲線3.確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡(luò)線機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)際輪廓三.擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)分析：r0

r0

-w機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已知：r0，機(jī)架長(zhǎng)度，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：凸輪廓線解：

1.定比例尺

l

2.初始位置及推桿位移曲線3.確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡(luò)線f2

10F

f21f22f23f24f25f26f27f28f29f210f211f212機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)5.4

凸輪設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和基圓半徑二、滾子半徑的選擇機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)壓力角：正壓力與推桿上力作用點(diǎn)B速度方向間的夾角αOBω1→機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。一.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和基圓半徑αnnFFyFxFf>FyFf為了保證凸輪機(jī)構(gòu)正常工作，要求：α

<[α][α]=30?---直動(dòng)從動(dòng)件；v2s2rnv2vB1vr0α→→r0↑α↓→二、滾子半徑的選擇實(shí)際廓線曲率半徑：a理論廓線曲率半徑：滾子半徑：rr1內(nèi)凹凸輪廓線

a=+rr理論廓線最小結(jié)論：無(wú)論滾子半徑多大，總能由理論廓線得到實(shí)際廓線2外凸凸輪廓線

a=-rr

>rr，a>0，實(shí)際廓線平滑

=rr，a=0，實(shí)際廓線變尖

<rr，a<0，實(shí)際廓線出現(xiàn)交叉，切割，運(yùn)動(dòng)失真

a=-rr＝0

arr理論實(shí)際

a

a=+rrrr

>rrrr

a=-rr<0rr

=rr

a=-rr>0

<rr機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)本章小結(jié)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6.1槽輪機(jī)構(gòu)具有徑向槽的槽輪2帶有圓銷(xiāo)的撥盤(pán)1機(jī)架特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。應(yīng)用舉理：電影放映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)組成6.1.1槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理6.1.2槽輪的主要參數(shù)及基本尺寸槽數(shù)z和撥盤(pán)圓銷(xiāo)數(shù)K設(shè)z為均勻分布的徑向槽數(shù)目，則當(dāng)槽輪轉(zhuǎn)過(guò)2φ2=2π/z弧度時(shí)，撥盤(pán)1的轉(zhuǎn)角2φ1

為：運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)τ：槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間tm與撥盤(pán)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的比值。上式對(duì)應(yīng)只有一個(gè)圓銷(xiāo)的槽輪機(jī)構(gòu)，有：z>3τ<0.5如有K個(gè)圓銷(xiāo)，則當(dāng)z=3時(shí)，圓銷(xiāo)的數(shù)目可為1-5；當(dāng)z=4或5時(shí)，圓銷(xiāo)的數(shù)目可為1-3；當(dāng)z>6時(shí)，圓銷(xiāo)的數(shù)目可為1或2；6.2棘輪機(jī)構(gòu)

棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理：當(dāng)搖桿逆時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，棘爪便插入棘輪3的齒間，推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。當(dāng)搖桿順時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，止動(dòng)爪阻止棘輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)棘爪在棘輪的齒背上滑過(guò)，棘輪便得到單向的間歇運(yùn)動(dòng)。O擺桿棘爪棘輪制動(dòng)棘爪棘輪機(jī)構(gòu)可變方向式棘輪機(jī)構(gòu)B′O1BO2摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)

ttFfNR

k超越離合器6.3不完全齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6.3.1不完全齒輪機(jī)構(gòu)6.3.2凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)圓柱形凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

蝸桿形凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)小結(jié)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6.1槽輪機(jī)構(gòu)具有徑向槽的槽輪2帶有圓銷(xiāo)的撥盤(pán)1機(jī)架特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。應(yīng)用舉理：電影放映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)組成6.1.1槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理6.1.2槽輪的主要參數(shù)及基本尺寸槽數(shù)z和撥盤(pán)圓銷(xiāo)數(shù)K設(shè)z為均勻分布的徑向槽數(shù)目，則當(dāng)槽輪轉(zhuǎn)過(guò)2φ2=2π/z弧度時(shí)，撥盤(pán)1的轉(zhuǎn)角2φ1

為：運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)τ：槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間tm與撥盤(pán)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的比值。上式對(duì)應(yīng)只有一個(gè)圓銷(xiāo)的槽輪機(jī)構(gòu)，有：z>3τ<0.5如有K個(gè)圓銷(xiāo)，則當(dāng)z=3時(shí)，圓銷(xiāo)的數(shù)目可為1-5；當(dāng)z=4或5時(shí)，圓銷(xiāo)的數(shù)目可為1-3；當(dāng)z>6時(shí)，圓銷(xiāo)的數(shù)目可為1或2；6.2棘輪機(jī)構(gòu)

棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理：當(dāng)搖桿逆時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，棘爪便插入棘輪3的齒間，推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。當(dāng)搖桿順時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，止動(dòng)爪阻止棘輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)棘爪在棘輪的齒背上滑過(guò)，棘輪便得到單向的間歇運(yùn)動(dòng)。O擺桿棘爪棘輪制動(dòng)棘爪棘輪機(jī)構(gòu)可變方向式棘輪機(jī)構(gòu)B′O1BO2摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)

ttFfNR

k超越離合器6.3不完全齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6.3.1不完全齒輪機(jī)構(gòu)6.3.2凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)圓柱形凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

蝸桿形凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)小結(jié)齒輪傳動(dòng)7.6漸開(kāi)線圓柱齒輪的加工

7.7齒輪的失效形式及齒輪材料

7.8漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算

7.9平行軸漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)

7.10直齒圓錐齒輪傳動(dòng)

7.11齒輪的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑

7.1概述7.1.1特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比準(zhǔn)確穩(wěn)定，傳動(dòng)平穩(wěn)；功率和圓周速度適用范圍廣；傳動(dòng)效率高；工作可靠、壽命長(zhǎng)。

缺點(diǎn)：制造安裝精度高、成本高、不適宜傳遞遠(yuǎn)距離的運(yùn)動(dòng)。

齒輪傳動(dòng)通過(guò)輪齒的嚙合來(lái)傳遞空間任意兩軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，是應(yīng)用最廣的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之一。7.1.２分類(lèi)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)人字齒輪傳動(dòng)外嚙合齒輪傳動(dòng)內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)齒輪與齒條傳動(dòng)平行軸圓錐齒輪傳動(dòng)(直齒、曲齒)交錯(cuò)軸斜齒輪、蝸桿傳動(dòng)相交軸：交錯(cuò)軸:非平行軸☆按照軸線間相互位置、齒向和嚙合情況分—齒輪機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)☆按照齒輪輪齒的齒廓曲線，可分為漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)、擺線齒輪傳動(dòng)和圓弧齒輪傳動(dòng)。其中以漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)應(yīng)用最廣泛?！畎凑正X輪傳動(dòng)的工作條件不同，可分為開(kāi)式齒輪傳動(dòng)和閉式齒輪傳動(dòng)。開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的齒輪完全外露，而閉式齒輪傳動(dòng)的齒輪則封閉在密閉箱體內(nèi)，具有良好的潤(rùn)滑和工作條件?！畎凑正X輪傳動(dòng)齒輪齒面的硬度不同，可分為軟齒面（HBW

≤350）齒輪傳動(dòng)和硬齒面（HBW＞350）齒輪傳動(dòng)。[思考題7.1]圓形齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)最大的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)是瞬時(shí)傳動(dòng)比準(zhǔn)確恒定，觀察齒輪傳動(dòng)過(guò)程，試分析傳動(dòng)比準(zhǔn)確恒定可能和齒輪機(jī)構(gòu)哪些要素有關(guān)？7.2齒廓嚙合基本定律

某一瞬時(shí)主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的角速度（或轉(zhuǎn)速）比值，稱(chēng)為瞬時(shí)傳動(dòng)比，用來(lái)表示。

齒輪傳動(dòng)基本要求之一就是要保證瞬時(shí)傳動(dòng)比準(zhǔn)確恒定。

什么形狀的齒廓，能保證瞬時(shí)傳動(dòng)比準(zhǔn)確恒定？o1ω1一對(duì)齒廓在任意點(diǎn)K接觸時(shí)，作法線n-nnnPo2ω2kvk2vk1若要滿足兩輪齒廓高副接觸，連續(xù)運(yùn)動(dòng)，則Vk1和Vk2投影在公法線n-n上的分量相等，否則兩輪齒廓接觸點(diǎn)將在公法線n-n方向上相互嵌入或分離，無(wú)法連續(xù)運(yùn)動(dòng)。αk2αk1齒廓嚙合基本定理：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)。

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：節(jié)點(diǎn)和節(jié)圓過(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(chēng)為節(jié)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(chēng)為節(jié)圓，齒輪的節(jié)圓半徑分別記作、?，F(xiàn)實(shí)生活中有沒(méi)有這樣形狀的齒廓呢？

？7.3漸開(kāi)線與漸開(kāi)線齒廓7.3.1漸開(kāi)線的形成和性質(zhì)

一條直線（稱(chēng)為發(fā)生線）沿著半徑為rb的圓周（稱(chēng)為基圓）作純滾動(dòng)時(shí)，直線上任意點(diǎn)K的軌跡AK稱(chēng)為該基圓的漸開(kāi)線。

tt發(fā)生線Bk基圓OArkθkrb漸開(kāi)線的性質(zhì)：1）當(dāng)發(fā)生線從初始位置滾到結(jié)束位置時(shí)，因它與基圓之間為純滾動(dòng)，沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，所以。2）當(dāng)發(fā)生線在位置Ⅱ沿基圓作純滾動(dòng)時(shí)，B點(diǎn)是它的速度瞬心，因此直線BK是漸開(kāi)線上K點(diǎn)的法線，且線段BK為其曲率半徑，B點(diǎn)為其曲率中心。又因發(fā)生線始終切于基圓，故漸開(kāi)線上任意一點(diǎn)的法線必與基圓相切。3）漸開(kāi)線上各點(diǎn)的壓力角不相等。漸開(kāi)線上任一點(diǎn)法線壓力的方向線，與該點(diǎn)速度方向線所夾的銳角，稱(chēng)為該點(diǎn)的壓力角。今以表示基圓半徑，由圖可知4）漸開(kāi)線的形狀取決于基圓的大小。大小相等的基圓其漸開(kāi)線形狀相同，大小不等的基圓其漸開(kāi)線形狀不同。5）基圓以?xún)?nèi)無(wú)漸開(kāi)線。

7.3.2漸開(kāi)線齒廓滿足齒廓嚙合基本定理故漸開(kāi)線上任一點(diǎn)的法線必與基圓相切→兩齒廓公法線n-n即為兩基圓內(nèi)公切線→唯一→n-n與連心線交點(diǎn)C→定點(diǎn)→滿足齒廓嚙合基本定理。并有，7.3.3漸開(kāi)線齒廓的嚙合特性（1）四線合一嚙合線：齒輪傳動(dòng)時(shí)其齒廓嚙合點(diǎn)的軌跡線過(guò)嚙合點(diǎn)齒廓公法線內(nèi)公切線正壓力作用線同一直線N1N2

，稱(chēng)為四線合一。（2）齒輪傳遞的壓力方向不變

過(guò)節(jié)點(diǎn)C作兩節(jié)圓的公切線tt，它與嚙合線N1N2間的夾角稱(chēng)為嚙合角。

計(jì)。傳動(dòng)時(shí)，嚙合角保持不變。

（3）中心距可分性指瞬時(shí)恒等于兩基圓直徑的反比，故即使兩輪中心距稍有改變，傳動(dòng)比仍保持恒定。？漸開(kāi)線齒廓形狀滿足齒廓嚙合基本定理，但是齒輪上除了齒廓外，還有很多其他幾何要素，那么我們應(yīng)如何來(lái)構(gòu)造一個(gè)漸開(kāi)線齒廓齒輪呢？

7.4漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算7.4.1齒輪參數(shù)與幾何尺寸計(jì)算O☆齒厚－sk（在半徑為rk同心圓弧上截得）同一齒兩側(cè)齒廓之間弧長(zhǎng)☆齒槽寬－ek相鄰兩齒間的空間弧長(zhǎng)☆齒距－pk相鄰兩齒同側(cè)齒廓間弧長(zhǎng)

pk=sk+ek

skekrkrb基圓pk齒距☆輪齒☆齒廓－漸開(kāi)線☆基圓－db、rb由齒數(shù)為z齒輪上直徑為dK的圓周的周長(zhǎng)：Ohskekra齒頂圓rf齒根圓rkrb基圓pk齒距h假設(shè)對(duì)于不同齒輪，我們都取其上一個(gè)直徑為d（齒距為p）的特定圓作為基準(zhǔn)，則有為了便于這個(gè)齒輪的計(jì)算和測(cè)量（基準(zhǔn)圓計(jì)算中含有無(wú)理數(shù)“π”）并方便齒輪的互換使用和簡(jiǎn)化加工刀具

。故可人為規(guī)定p/π取整數(shù)或簡(jiǎn)單有理數(shù)并限制數(shù)目從而形成標(biāo)準(zhǔn)系列?！钅?shù)

p/π標(biāo)準(zhǔn)化，稱(chēng)為模數(shù)，記作m，單位mm。齒輪模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)系列見(jiàn)下表。第一系列1,1.25,1.5,2,2.5,3,4,5,6,8,10,12,16,20,25,32,40,50第二系列1.125,1.375,1.75,2.25,2.75,3.5,4.5,5.5,(6.5),7,9,11,14,18,22,28,36,45注：1.本表適用于通用機(jī)械和重型機(jī)械用直齒和斜齒漸開(kāi)線圓柱齒輪的法面模數(shù)。

2.優(yōu)先采用第一系列，括號(hào)內(nèi)的盡量不用。模數(shù)是齒輪的一個(gè)重要參數(shù)，是齒輪所有幾何尺寸計(jì)算的基礎(chǔ)。顯然，m越大，p越大，輪齒的尺寸也越大。

☆壓力角

漸開(kāi)線齒廓上各點(diǎn)的壓力角不同。為了便于設(shè)計(jì)和制造，將壓力角標(biāo)準(zhǔn)化，記作α。規(guī)定齒輪基準(zhǔn)位置的壓力角只能取標(biāo)準(zhǔn)值，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定α=20o。O☆分度圓上述基準(zhǔn)圓就是分度圓，分度圓直徑以d表示，齒厚用s表示，齒槽寬用e表示，齒距用p表示（均不帶字母下標(biāo)）。Bpser

分度圓可定義為齒輪具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壓力角的那個(gè)圓。每個(gè)齒輪上有且只有一個(gè)。

Ora齒頂圓☆齒頂、齒頂高和齒頂圓

分度圓將輪齒分成齒頂和齒根兩部分齒頂?shù)膹较蚋叨确Q(chēng)為齒頂高

—齒頂高系數(shù)正常齒制時(shí)，短齒制時(shí)，

輪齒的頂部，稱(chēng)為齒頂圓

rh齒頂Orf齒根圓☆齒根、齒根高和齒根圓

分度圓將輪齒分成齒頂和齒根兩部分齒根的徑向高度稱(chēng)為齒根高

輪齒的根部，稱(chēng)為齒根圓

—頂隙系數(shù)

正常齒制時(shí)，短齒制時(shí)，

全齒高

r齒根7.4.2標(biāo)準(zhǔn)齒輪凡模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)與頂隙系數(shù)等于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，且分度圓上齒厚與齒槽寬相等的齒輪稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。因此，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪7.5漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)7.5.1正確嚙合條件正確嚙合→嚙合齒對(duì)┌不脫開(kāi)└不重疊→前后兩對(duì)齒有可能同時(shí)在嚙合線上接觸。（此時(shí)前后兩對(duì)齒可能發(fā)生干涉）→兩輪相鄰兩齒同側(cè)齒廓沿公法線的距離相等(基圓齒距)即，漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪正確嚙合條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角必須分別相等?！鷦t，齒輪的傳動(dòng)比又可寫(xiě)成7.5.2正確安裝條件和標(biāo)準(zhǔn)中心距齒側(cè)間隙——一對(duì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，一齒輪節(jié)圓上的齒槽寬與另一齒輪節(jié)圓上的齒厚之差。頂隙

——一對(duì)齒輪嚙合時(shí)，一個(gè)齒輪的齒頂圓到另一個(gè)齒輪的齒根圓的徑向距離。這樣既能消除反向轉(zhuǎn)動(dòng)空間和減少?zèng)_擊

，又能避免一個(gè)齒輪的齒頂與另一個(gè)齒輪的齒槽底部發(fā)生頂死現(xiàn)象，和儲(chǔ)存潤(rùn)滑油。正確安裝→保證齒輪傳動(dòng)┌齒側(cè)間隙為零└有標(biāo)準(zhǔn)頂隙

∵標(biāo)準(zhǔn)齒輪(分度圓處e=s,ha*,c*為標(biāo)準(zhǔn)值)

∴當(dāng)一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪分度圓與節(jié)圓重合

d=d′→標(biāo)準(zhǔn)齒輪(正確)安裝條件→標(biāo)準(zhǔn)中心距(一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪分度圓相切)7.5.3連續(xù)傳動(dòng)條件和重合度嚙合

起始點(diǎn)--從動(dòng)輪2齒頂圓與理論嚙合線N1N2的交點(diǎn)B2

→終止點(diǎn)--主動(dòng)輪齒輪1的齒頂圓與嚙合線的交點(diǎn)B1

→嚙合點(diǎn)沿著嚙合線移動(dòng)實(shí)際嚙合線--

B1B2

理論嚙合線--

N1N2

當(dāng)一對(duì)輪齒在B2點(diǎn)開(kāi)始嚙合時(shí)，前一對(duì)輪齒仍在K點(diǎn)嚙合，說(shuō)明前一對(duì)齒終止嚙合之前后續(xù)的一對(duì)齒及時(shí)進(jìn)入嚙合，則傳動(dòng)就能連續(xù)進(jìn)行。這時(shí)實(shí)際嚙合線段B1B2的長(zhǎng)度大于單個(gè)齒輪的法向齒距。

連續(xù)傳動(dòng)的條件:使實(shí)際嚙合線長(zhǎng)度大于或至少等于齒輪的法向齒距pn（pn

=pb

）。也可表達(dá)為重合度大于等于1。即

重合度

重合度必須ε大于1。ε大，表明同時(shí)參加嚙合的齒對(duì)數(shù)多，傳動(dòng)平穩(wěn)；且每對(duì)齒所受平均載荷小，從而能提高齒輪的承載能力。7.6漸開(kāi)線圓柱齒輪的加工7.6.1漸開(kāi)線齒輪加工方法1、成形法用與漸開(kāi)線齒槽形狀相同的成形刀具直接切出齒形的方法稱(chēng)為成形法。盤(pán)形銑刀加工指形銑刀加工精度低、生產(chǎn)率低加工時(shí)齒輪毛坯固定在銑床上，每切完一個(gè)齒槽，工件退出，分度頭使齒坯轉(zhuǎn)過(guò)360°/z（z為齒數(shù)）再進(jìn)刀，依次切出各齒槽。2、展成法ωω0ωω0（1）插齒

切削運(yùn)動(dòng)ωω0范成運(yùn)動(dòng)讓刀運(yùn)動(dòng)利用一對(duì)齒輪（或齒輪齒條）嚙合時(shí)其共軛齒廓互為包絡(luò)線原理切齒的方法稱(chēng)為展成法（又稱(chēng)范成法或包絡(luò)線法）。目前生產(chǎn)中大量應(yīng)用的插齒、滾齒、剃齒、磨齒等都采用展成法原理。齒輪插刀加工齒輪

齒條插刀加工齒輪

齒輪插刀插齒機(jī)加工原理與齒輪插刀切削齒輪相同。

（2）滾齒由于滾刀軸向截面是齒條形狀，所以滾刀與輪坯分別繞本身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在輪坯回轉(zhuǎn)面內(nèi)，齒條在移動(dòng)，相當(dāng)于齒條與齒輪的嚙合傳動(dòng)。同時(shí)，滾刀還沿輪坯軸線作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而切出一系列漸開(kāi)線外形。滾齒機(jī)7.6.2漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的根切現(xiàn)象以及不發(fā)生根切的最少齒數(shù)標(biāo)準(zhǔn)刀具標(biāo)準(zhǔn)安裝采用展成法原理加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)，如果齒輪的齒數(shù)太少，會(huì)出現(xiàn)靠近輪齒根部的漸開(kāi)線齒廓被刀具切削掉一部分的現(xiàn)象，稱(chēng)為根切。分度圓基圓N1點(diǎn)為被加工齒輪基圓與嚙合線的切點(diǎn)，由于基圓內(nèi)部沒(méi)有漸開(kāi)線，故該點(diǎn)為刀具齒條和被加工齒輪按范成原理做假想嚙合中齒廓上嚙合的理論極限點(diǎn)。

根切原因--刀具的頂線超出了N1，刀具與被加工齒輪嚙合到N1后沒(méi)有脫離，齒輪根部包含部分漸開(kāi)線齒廓會(huì)被切掉而發(fā)生根切。

經(jīng)幾何推導(dǎo)可得不發(fā)生根切的條件為

不發(fā)生根切最少齒數(shù)的數(shù)值為：對(duì)直齒，當(dāng)ha*=1和時(shí)，zmin=17。7.6.3變位齒輪若加工齒輪時(shí)，不采用標(biāo)準(zhǔn)安裝，而是將刀具相對(duì)于輪坯中心向外移出或向內(nèi)移近一段距離xm，x稱(chēng)為變位系數(shù)，則刀具的的中線不再與輪坯的分度圓相切。x＞0、x=0、x＜0的變位分別稱(chēng)為正變位、零變位和負(fù)變位。采用變位修正法加工出來(lái)的齒輪稱(chēng)為變位齒輪。與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比，變位齒輪分度圓基圓不變，分度圓上模數(shù)和壓力角也不變，但齒厚和齒槽寬改變不再相等，齒頂高和齒根高也變了。齒廓曲線和標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒廓曲線是同一基圓形成的漸開(kāi)線，只是截取的部位不同而已。7.7齒輪的失效形式及齒輪材料7.7.1齒輪輪齒的失效形式1.輪齒折斷一般發(fā)生在齒根處，嚴(yán)重過(guò)載突然斷裂——過(guò)載折斷，疲勞折斷：應(yīng)力集中--疲勞裂紋--擴(kuò)展--折斷。原因：齒根彎曲應(yīng)力大；齒根應(yīng)力集中2.齒面點(diǎn)蝕齒面接觸應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化當(dāng)超過(guò)疲勞極限時(shí)，表面產(chǎn)生微裂紋、高壓油擠壓使裂紋擴(kuò)展、微粒剝落。點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線處，齒面越硬，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)常因點(diǎn)蝕而失效。接觸疲勞產(chǎn)生的過(guò)程：小裂紋-擴(kuò)展-脫落-凹坑。3.齒面膠合高速重載傳動(dòng)中，常因嚙合區(qū)溫度升高而引起潤(rùn)滑失效，致使齒面金屬直接接觸而相互粘連。當(dāng)齒面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，較軟的齒面沿滑動(dòng)方向被撕下而形成溝紋。4.齒面磨損原因：相對(duì)滑動(dòng)

砂粒、金屬屑、非金屬物等磨料性物質(zhì)5．塑性變形

產(chǎn)生機(jī)理：

當(dāng)輪齒材料較軟，載荷及摩擦力又很大時(shí)，輪齒在嚙合過(guò)程中，齒面表層的材料就會(huì)沿著摩擦力的方向產(chǎn)生塑性變形。

原因：重載，齒面軟7.7.2齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則針對(duì)不同的工作情況及失效形式，都應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：即：最主要的失效形式—設(shè)計(jì)（進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，確定齒輪的主要參數(shù)和幾何尺寸）

對(duì)次要的失效形式--校核齒輪工作條件主要失效形式設(shè)計(jì)準(zhǔn)則軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)齒面點(diǎn)蝕按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度硬齒面閉式齒輪傳動(dòng)齒根折斷按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度開(kāi)式齒輪傳動(dòng)磨損只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，確定模數(shù)m，再將m值加大10-15%，以考慮磨損的影響。齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則重點(diǎn)7.7.3齒輪材料及熱處理要求：1）齒面硬2）齒芯韌3）有良好加工和熱處理性能熱處理方法表面淬火滲碳淬火調(diào)質(zhì)正火滲氮淬火常用齒輪材料優(yōu)質(zhì)碳素鋼4550合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr20Cr20SiMnTi鑄鋼ZG310-570鑄鐵QT600-2HT200材料材料牌號(hào)熱處理方法齒面硬度應(yīng)用范圍優(yōu)質(zhì)碳素鋼45正火156～217HBW低速輕載調(diào)質(zhì)197～286HBW低速中載表面淬火40～50HRC高速中載或沖擊很小合金鋼40Cr調(diào)質(zhì)217～286HBW中速中載表面淬火48～55HRW高速中載，無(wú)劇烈沖擊42SiMn調(diào)質(zhì)217～269HBW表面淬火45～55HRC20Cr滲碳淬火56～62HRC高速中載，承受沖擊20CrMnTi滲碳淬火56～62HRC鑄鋼ZG310-570正火163～197HBW中速、中載、小沖擊ZG340-640179～207HBW灰鑄鐵HT300─187～255HBW低速輕載，沖擊很小HT350197～269HBW球墨鑄鐵QT500-5正火147～241HBW低、中速輕載，小沖擊QT600-2220～280HBW齒輪常用材料選擇7.8漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算7.8.1受力分析和計(jì)算載荷O2O1tω1（主動(dòng)）N1N2cα

α

d12α

FnT1圓周力：徑向力：法向力：小齒輪上的轉(zhuǎn)矩：各作用力的方向如圖O2ω2（從動(dòng)）O1N1N2tω1（主動(dòng)）T1cα

α

d12d22α

FtFrFnFn★各力間的關(guān)系★力的方向各種原因產(chǎn)生的附加動(dòng)載荷，會(huì)令實(shí)際載荷大于名義載荷。用計(jì)算載荷KFn代替名義載荷Fn，K稱(chēng)為載荷系數(shù)，見(jiàn)下表★計(jì)算載荷載荷狀態(tài)工作機(jī)舉例原動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)多缸內(nèi)燃機(jī)單缸內(nèi)燃機(jī)平穩(wěn)輕微沖擊均勻加料的運(yùn)輸機(jī)、發(fā)電機(jī)、透平鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)、機(jī)床輔助傳動(dòng)等。1～1.21.2～1.61.6～1.8中等沖擊不均勻加料的運(yùn)輸機(jī)、重型卷?yè)P(yáng)機(jī)、球磨機(jī)、多缸往復(fù)式壓縮機(jī)等1.2～1.61.6～1.81.8～2.0較大沖擊沖床、剪床、鉆機(jī)、軋機(jī)、挖掘機(jī)、重型給水泵、破碎機(jī)、單缸往復(fù)式壓縮機(jī)等1.6～1.81.9～2.12.2～2.47.8.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算b

計(jì)算模型：兩平行圓柱體相接觸的赫茲（1881年提出）公式：F——法向載荷（N）；ρv——綜合曲率半徑（mm）。b——接觸線長(zhǎng)度（mm）；★思路：

——圓柱體材料泊松比。E——圓柱體材料彈性模量。此公式可以推廣到任意高副接觸構(gòu)件：此時(shí)ρ1ρ2分別代表高副輪廓接觸點(diǎn)處的曲率半徑。節(jié)點(diǎn)C作為計(jì)算點(diǎn)，由圖可知

設(shè)齒數(shù)比◆應(yīng)用到齒輪中（1908年威得克提出，一直沿用至今）：令

稱(chēng)為彈性系數(shù)，其數(shù)值與材料有關(guān)，可查表7.5。令

稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒輪，ZH=2.5。

按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T3480-1997和GB/T19406-2003的規(guī)定，齒輪齒面計(jì)算接觸疲勞計(jì)算應(yīng)力尚需引入多項(xiàng)修正系數(shù)，經(jīng)適當(dāng)簡(jiǎn)化（忽略近似為1的修正系數(shù)）?？傻脴?biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式為引入齒寬系數(shù)，見(jiàn)表7.6則上式可轉(zhuǎn)化為按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式注：1）一對(duì)齒輪嚙合，兩齒面接觸應(yīng)力相等

2）許用接觸應(yīng)力、可能不同，應(yīng)將其中之較小值代入式中進(jìn)行計(jì)算。7.8.3齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算

基本假設(shè)①輪齒視為懸臂梁，載荷作用于齒頂時(shí)彎矩最大②載荷僅由一對(duì)輪齒承擔(dān)

③危險(xiǎn)截面AB（30°切線法）④僅計(jì)水平力FncosαFFFαFFnsinαFncosαFn令

為齒形系數(shù)引入應(yīng)力修正系數(shù)，

可得齒根彎曲強(qiáng)度校核公式為按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式

注：1）一對(duì)齒輪嚙合，兩齒根彎曲應(yīng)力不相等，故齒面彎曲強(qiáng)度校核時(shí)應(yīng)兩個(gè)齒輪分別進(jìn)行。

2）許用彎曲應(yīng)力、可能不同，按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)將和較大值代入式中進(jìn)行計(jì)算。

3）齒輪模數(shù)按上式計(jì)算后，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列中選取。對(duì)傳遞動(dòng)力的齒輪，模數(shù)不應(yīng)小于2mm。標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)表z121416171819202122233.473.223.032.972.912.852.802.762.722.691.441.471.511.521.531.541.551.561.571.58z242526272829303540452.652.622.602.572.552.532.522.452.402.351.581.591.601.601.611.621.631.651.671.68z5060708090100120150200∞2.322.282.242.222.202.182.162.142.122.061.701.731.751.771.781.791.811.831.871.97注：表中z的取值，對(duì)直齒圓柱齒輪取其實(shí)際齒數(shù)；對(duì)斜齒圓柱齒輪取其當(dāng)量齒數(shù)zv。7.8.4許用應(yīng)力1.許用接觸疲勞應(yīng)力式中：

—試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，MPa，與材料及硬度有關(guān)，由表查取公式。

—接觸疲勞壽命系數(shù)，是考慮壽命內(nèi)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的修正系數(shù)，由圖查取

—安全系數(shù)，由表查取。

圖中：

2.許用彎曲應(yīng)力

式中：

—修正后的試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限，。其中為試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限，由表查得，若輪齒兩面工作時(shí)，應(yīng)將表中的數(shù)值乘以系數(shù)0.7；為試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，一般取2?！獜澢趬勖禂?shù)，是考慮壽命內(nèi)應(yīng)力