机械基础第六章十五章Word文档格式.docx
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2.周转轮系
当轮系运转时，其中至少有一个齿轮的几何轴线是绕另一齿轮的固定几何轴线转动，此轮系称为周转轮系。
定轴轮系
2
掌握定轴轮系转动方向的确定和传动比大小的计算。
定轴轮系转动方向的确定和传动比大小的计算。
1、
传动比
轮系中首末两轮的转速（或角速度）比，称为轮系的传动比，用i表示。
即：
2、旋转方向
（1）一对圆柱齿轮传动，外啮合时两轮转向相反其传动比规定为负
一对内啮合圆柱齿轮，两转转向相同，其传动比规定为正
（2）两轮的旋转方向也可以用画箭头的方法表示。
两轮旋转方向相反，画两反向箭头，两轮旋转方向相同，画两同向箭头。
箭头方向表示可见侧面的圆周速度的方向。
3、传动比的计算
定轴轮系的传动比等于组成该轮系的各对齿轮传动比的连乘积；
首末两轮的转向由轮系中外啮合齿轮的对数决定。
上式（-1）3表示轮系中外啮合齿轮共有三对，（-1）3＝-1表示轮１与轮５转向相反。
从图12－４可知，轮系中各轮的转向也可用画箭头的方法表示。
由分析可知，定轴轮系总传动比的计算式可写成
i1k＝n1／nk＝（-1）m·
所有从动轮齿数的连乘积／所有主动轮齿数的连乘积
式中m为外啮合齿轮的对数。
注意：
在应用上式计算定轴轮系的传动比时，若轮系中有圆锥齿轮，蜗杆蜗轮机构，传动比的大小仍可用上式计算，而各轮的转向只能用画箭头的方法在图中表示清楚。
例1图12－５所示的轮系中，Z1＝16，Z2＝32,Z2'
＝20,Z3＝40,Z3'
＝2（右旋）Z4＝40。
若n1＝800r／min,其转向如图所示,求蜗轮的转速n4及各轮的转向.
解：
传动比大小：
i14＝n1／n4＝Z2Z3Z4／Z1Z2'
Z3'
＝32×
40×
40／16×
20×
2＝80
所以:
n4＝n1／i14＝800／80＝10r／min
因为此轮系中有蜗杆蜗轮和圆锥齿轮，故各轮的转向只能用箭头表示。
课堂练习：
第七章铰链四杆机构
掌握铰链四杆机构的基本类型。
掌握平面四杆机构曲柄存在的条件。
一．四杆机构的组成
铰链四杆机构是由转动副联结起来封闭系统。
其中被固定的杆4被称为机架
不直接与机架相连的杆2称之为连杆
与机架相连的杆1和杆3称之为连架
凡是能作整周回转的连架杆称之为曲柄，只能在小于360°
的范围内作往复摆动的连架杆称之为摇杆。
二．链四杆机构的类型
铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。
1）曲柄摇杆机构
若铰链四杆机构中的两个连架杆，一个是曲柄而另一个是摇杆，则该机构称为曲柄摇杆机构。
用来调整雷达天线俯仰角度的曲柄摇杆机构。
汽车前窗的刮雨器。
当主动曲柄AB回转时，从动摇杆作往复摆动，利用摇杆的延长部分实现刮雨动作。
2）双曲柄机构
如果铰链四杆机构中的两个连架杆都能作360°
整周回转，则这种机构称为双曲柄机构。
在双曲柄机构中，若两个曲柄的长度相等，机架与连架杆的长度相等（，这种双曲柄机构称为平行双曲柄机构。
蒸汽机车轮联动机构，是平行双曲柄机构的应用实例。
平行双曲柄机构在双曲柄和机架共线时，可能由于某些偶然因素的影响而使两个曲柄反向回转。
机车车轮联动机构采用三个曲柄的目的就是为了防止其反转。
3）双摇杆机构
铰链四杆机构的两个连架杆都在小于360°
的角度内作摆动，这种机构称为双摇杆机构。
三、曲柄存在的条件
由上述以知，在铰链四杆机构中，能作整周回转的连架杆称为曲柄。
而曲柄是否存在。
则取决于机构中各杆的长度关系，即要使连架杆能作整周转动而成为曲柄，各杆长度必须满足一定的条件，这就是所谓的曲柄存在的条件。
可将铰链四杆机构曲柄存在的条件概括为：
1．连架杆与机架中必有一个是最短杆；
2．最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。
上述两条件必须同时满足，否则机构中无曲柄存在。
根据曲柄条件，还可作如下推论：
（1）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和，则可能有以下几种情况：
a．以最短杆的相邻杆作机架时，为曲柄摇杆机构；
b．以最短杆为机架时，为双曲柄机构；
c．以最短杆的相对杆为机架时，为双摇杆机构。
（2）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则不论以哪一杆为机架，均为双摇杆机构。
四、铰链四杆机构的演化
1．曲柄滑块机构
在曲柄摇杆机构中，如果以一个移动副代替摇杆和机架间的转动副，则形成的机构称为曲柄滑块机构。
它能把回转运动转换为往复直线运动，或作相反的转变。
2．导杆机构
铰链四杆机构的工作特性
掌握铰链四杆机构的工作特性
急回特性、死点
一、急回特性和行程速比系数
曲柄摇杯机构中，当曲柄AB沿顺时针方向以等角速度
转过φ1时，摇杆CD自左极限位置C1D摆至右极位置C2D，设所需时间为t1，C点的明朗瞪为V1；
而当曲柄AB再继续转过φ2时，摇杆CD自C2D摆回至C1D，设所需的时间为t2，C点的平均速度为V2。
由于φ1＞φ2，所以t1＞t2,V2＞Vl。
由此说明：
曲柄AB虽作等速转动，而摇杆CD空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特性。
摇杆CD的两个极限位置间的夹角ψ称为摇秆的最大摆角，主动曲柄在摇杆处于两个极限位置时所夹的锐角θ称为极位夹角。
在某些机械中（如牛头刨床、插床或惯性筛等），常利用机械的急回特性来缩短空回行程的时间，以提高生产率。
行程速比系数K：
从动件空回行程平均速度V2与从动件工作行程平均速度V1的比值。
K值的大小反映了机构的急回特性，K值愈大，回程速度愈快。
K＝V2／V1
＝（C2C1／t2）／（C1C2／t1）
＝（180°
十θ）／（180°
一θ）
由上式可知，K与θ有关，当θ＝0时，K＝1，说明该机构无急回特性；
当θ＞0时，K＞l，则机构具有急回特性。
二、死点
以摇杆作为主动件的曲柄摇杆机构。
在从动曲柄与连杆共线的两个位置时，出现了机构的传动角γ＝0，压力角α＝90°
的情况。
此时连杆对从动曲柄的作用力恰好通过其回转中心不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为死点。
机构在死点位置时由于偶然外力的影响，也可能使曲柄转向不定。
死点对于转动机构是不利的，常利用惯性来通过死点，也可采用机构错排的方法避开死点。
第八章凸轮机构的应用和分类
了解凸轮机构的应用和分类
凸轮机构的功用，
凸轮机构的功用
一、凸轮机构的组成和应用
1、组成
凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个部分所组成。
2、运动规律
凸轮机构可以将主动件凸轮的等速连续转动变换为从动件的往复直线运动或绕某定点的摆动，并依靠凸轮轮廓曲线准确地实现所要求的运动规律。
3、特点
优点是：
只要正确地设计凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意给定的运动规律，且结构简单、紧凑、工作可靠。
缺点是：
凸轮与从动件之间为点或线接触，不易润滑，容易磨损。
因此，凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构
二、凸轮机构的分类
1、按凸轮的形状分
（l）盘形凸轮
也叫平板凸轮。
这种凸轮是一个径向尺寸变化的盘形构件，当凸轮l绕固定轴转动时，可使从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动
（2）移动凸轮
当盘形凸轮的径向尺寸变得无穷大时，其转轴也将在无穷远处，这时凸轮将作直线移动。
通常称这种凸轮为移动凸轮。
（3）圆柱凸轮
凸轮为一圆柱体，它可以看成是由移动凸轮卷曲而成的。
曲线轮廓可以开在圆柱体的端面也可以在圆柱面上开出曲线凹槽。
2、按从动件的形式分
（l）尖顶从动件
结构最简单，而且尖顶能与较复杂形状的凸轮轮廓相接触，从而能实现较复杂的运动，但因尖顶极易磨损，故只适用于轻载、低速的凸轮机构和仪表中。
（2）滚子从动件
在从动件的一端装有一个可自由转动的滚子。
由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，故磨损较小，改善了工作条件。
因此，可用来传递较大的动力，应用也最广泛。
从动件的常用运动规律
了解从动件的常用运动规律
常用运动规律特点和应用
运动曲线的绘制
一、基本概念
1、基圆：
以凸轮轮廓最小半径rb所作的圆
2、推程：
从动件经过轮廓AB段，从动件被推到最高位置
3、推程角：
角δ0，这个行程称为，δ2称为
4、回程：
经过轮廓CD段，从动件由最高位置回到最低位置；
5、回程角：
角δ2
6、远停程角：
角δ1
7、近停程角：
角δ3
二、凸轮与从动件的关系
凸轮的轮廓机构取决于从动件的运动规律，从动件的运动规律取决于工作要求。
三、从动件的运动规律
1．等速运动规律当凸轮作等角速度旋转时，从动件上升或下降的速度为一常数，这种运动规律称为等速运动规律。
（1）位移曲线（S—δ曲线）
若从动件在整个升程中的总位移为h，凸轮上对应的升程角为δ0，那么由运动学可知，在等速运动中，从动件的位移S与时间t的关系为：
S＝v·
t
凸轮转角δ与时间t的关系为：
δ＝ω·
则从动件的位移S与凸轮转角δ之间的关系为:
v和ω都是常数，所以位移和转角成正比关系。
因此，从动件作等速运动的位移曲线是一条向上的斜直线。
从动件在回程时的位移曲线则与下图相反，是一条向下的斜直线。
（2）等速运动凸轮机构的工作特点
由于从动件在推程和回程中的速度不变，加速度为零，故运动平稳；
但在运动开始和终止时；
从动件的速度从零突然增大到v或由v突然减为零，此时，理论上的加速度为无穷大，从动件将产生很大的惯性力，使凸轮机构受到很大冲击，这种冲击称刚性冲击。
随着凸轮的不断转动，从动件对凸轮机构将产生连续的周期性冲击，引起强烈振动，对凸轮机构的工作十分不利。
因此，这种凸轮机构一般只适用于低速转动和从动件质量不大的场合。
2．等加速、等减速运动规律
当凸轮作等角速度旋转时，从动件在升程（或回程）的前半程作等加速运动，后半程作等减速运动。
这种运动规律称为等加速等减速运动规律。
（1）位移曲线（S—δ曲线）
由运动学可知，当物体作初速度为零的等加速度直线运动时，物体的位移方程：
在凸轮机构中，凸轮按等角速度ω旋转，凸轮转角δ与时间t之间的关系为
t=δ/ω
则从动件的位移S与凸轮转角δ之间的关系为：
式中a和ω都是常数，所以位移s和转角δ成二次函数的关系，所以，从动件作等加速等减速运动的位移曲线是抛物线。
因此，从动件在推程和回程中的位移曲线是由两段曲率方向相反的抛物线连成。
（2）等加速等减速运动凸轮机构的工作特点从动件按等加速等减速规律运动时，速度由零逐渐增至最大，而后又逐步减小趋近零，这样就避免了刚性冲击，改善了凸轮机构的工作平稳性。
因此，这种凸轮机构适合在中、低速条件下工作。
TOPIC3盘形凸轮轮廓曲线的设计
中专0101
根据工作要求已经选定从动件的运动规律，并已知凸轮的转向和基圆半径，就可以进行轮廓曲线的设计
反转法
一、作图原理
反转法：
在整个机构上加上一个反转的角速度，机构中的各件的相对运动不变，凸轮不动，从动件一方面绕圆心作–ω，另一方面在自己的导路中按预定的规律运动。
尖顶的轨迹就是凸轮的轮廓。
二、作图
1、尖顶对心移动从动件盘形凸轮
（1）、选取适当比例尺作位移线图和基圆
（2）、作位移线图和基圆取分点保持等分角度一致
（3）、沿导路方向量取各点的位移量
（4）、光滑连接各点，形成轮廓曲线
2、滚子移动从动件盘形凸轮
（1）、同前
（2）、在已画出的理论轮廓曲线上选一系列点为圆心，以滚子半径为半径作若干个滚子圆，此圆族的内包络线即为所求的凸轮轮廓曲线。
它是实际与滚子接触的凸轮轮廓，所以称为凸轮的实际轮廓。
第十章轴的概述
一、常用轴的种类和应用特点
轴是组成机器中的最基本的和主要的零件，一切作旋转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能实现旋转和传递动力。
按照轴的轴线形状不同，可以把轴分为曲轴和直轴两大类。
曲轴可以将旋转运动改变为往复直线运动或者作相反的运动转换。
直轴在生产中应用最为广泛，直轴按照其外形不同，可分为光轴和阶梯轴两种。
此外，还可以有一些特殊用途的轴，如凸轮轴（凸轮与轴连成一体的轴），挠性钢丝软轴（由几层紧贴在一起的钢丝层构成的软轴，它可以把扭矩和旋转运动灵活地传到任何位置）等。
一般常用的是直轴。
根据轴的所受载荷不同，可将轴分为心轴、转轴和传动轴三类。
1．心轴及其应用特点心轴的应用特点是用来支承转动的零件，只受弯曲作用而不传递动力。
车辆用的转动心轴；
支承滑轮用的固定心轴。
2．转轴及其应用特点转轴的应用特点是既支承转动零件又传递动力，转轴本身是转动的，同时承受弯曲和扭转两种作用。
3．传动轴及其应用特点传动轴的应用特点是只传送动力，只受扭转作用而不受弯曲作用，或者弯曲作用很小。
桥式起重机传动轴，可以认为只受扭转作用的传动轴。
二、轴的材料及热处理
轴的材料选用原则，要根据使用条件来选择，应具有足够的强度，疲劳强度，刚度和耐磨性，对应力集中的敏感性小。
轴的材料一般多用中碳钢，如35，45，50等优质中碳钢，其中以45钢应用最广，因为这类钢材价格便宜，对应力集中的敏感性较好，采用适当的热处理方法（调质、正火、淬火）可以改善和提高机械性能，而且还有良好的切削性能。
轴的材料有时用合金钢，如20Cr、40Cr等，用这类材料制成轴，具有承受载荷较大，强度较高，重量较轻及耐磨性较好等特点。
轴的材料还可以用球墨铸铁，它以吸振性、耐磨性和切削加工性能都很好，对应力集中不敏感，强度也能满足要求，可代替钢制造外形复杂的曲轴和凸轮轴，但铸件的品质不易控制，可靠性较差。
三．常用轴的结构
1．轴的主要组成部分
⑴轴颈与轴承配合的轴段。
轴颈的直径应符合轴承的内径系列
⑵轴头支撑传动零件的轴段。
轴头的直径必须与相配合零件的轮毂内径一致，并符合轴的标准直径系列。
⑶轴身连接轴颈和轴头的轴段。
⑷轴肩和轴环阶梯轴上截面变化之处。
2．轴的结构
对于轴的结构，最简单的是光轴，但实际使用中轴上总是需要安装一些零件，所以往往要做成阶梯轴，而各阶梯都有它一定的作用和目的，使轴的结构和各个部位，都具有合理的形状和尺寸。
在考虑轴的结构时，应满足三个方面的要求，即：
安装在轴上的零件，要牢固而可靠地相对固定；
轴的结构应便于加工和尽量减少应力集中：
轴上的零件要便于安装和拆卸。
（1）轴上零件的轴向固定
这种固定的作用和目的是为了保证零件在轴上有确定的轴向位置。
防止零件作轴向移动，并能承受翰向力。
一般采用的方法是，利用轴肩、轴环、轴套、圆螺母和轴端挡圈也称为压板等零件，作为轴上零件的轴向固定用。
①轴肩或轴环固定
这是一种常用的轴向固定方法，它具有结构简单，定位可靠和能够承受较大轴向力等优点。
②用轴端挡圈、轴套和圆螺母等固定
轴端挡圈只适用于轴端零件的固定，而且是受轴向力不大的部位。
但它可以承受振动和冲击载荷
为了防止轴端挡圈和螺钉的松动，应采用带有锁紧装置的固定形式，对于无轴肩的，可采用锥形轴端和轴端挡圈联合使用来固定零件。
圆螺母固定零件：
一般在无法采用轴套，或嫌轴套太长而选用的，这种方法通常用在轴的中部或端部。
用圆螺母的优点是装拆方便，固定可靠，能承受较大的轴向力。
缺点是要在轴上切制螺纹，而且螺纹的大径要比套装零件的孔径小，所以一般都切制细牙螺纹。
为了防止圆螺母的松脱，常采用双螺母或加止退垫圈来防松。
轴套（也称套筒）用来作为轴向固定零件，一般用在两个零件的间距较小的场合，主要是依靠位置己定的零件来固定。
利用轴套定位，可以减少轴的直径的变化，在轴上也不需要开槽、钻孔或切制螺纹等，所以可使轴的结构简化，避免削弱轴的强度。
②其它一些轴向固定形式
对受轴向力不大的或是为了防止零件偶然沿轴向窜动的场合，可用圆锥销固定、紧定螺钉固定和弹性挡圈固定等形式。
（2）轴上零件的周向固定
这种固定的作用和目的，是为了保证零件传递扭矩和防止零件与轴产生相对的转动。
在使用时，大多数是采用键或过盈配合等固定形式。
①用键作周向固定
1、采用键联接作为轴上零件的周向固定应用最广，平键、半圆键、楔键和花键等都有应用。
用平键作周向固定，制造简单、装拆方便和对中性好，可用于较高精度、较高转速及受冲击或变载荷作用下的固定联接。
应用平键联接时，为了加工方便，对于在同一轴上轴径相差不大轴段的键槽，应尽可能采用同一规格的键槽尺寸，并且要安排在同一加工直线上，②用过盈配合作周向固定
2、用过盈配合作周向固定常用于轴与轮毂之间的联接，与孔之间产生压力，工作时依靠此压力所产生的摩擦力来传递扭矩这种联接，结构简单，对轴的削弱少，对中性好，但配合面的加工精度要求也较高。
过盈配合的装配，如过盈量不大，一般可用压入法；
当过盈量较大时，常用温差法装配。
为了装配方便，轴与孔的接口处的倒角尺寸，均有一定的要求。
3．轴的结构设计应满足的基本要求：
（1）轴的受力合理，有利于提高轴的强度与刚度，有利于节约材料减轻重量。
（2）保证轴上零件定位准确，固定可靠。
（3）轴上零件便于装拆和调整。
（4）具有良好的制造工艺性。
三、轴的结构工艺性
轴的结构工艺性是指所设计的轴是否便于加工和装配，轴的结构在设计中应注意以下几个问题。
l、轴的形状力求简单，以便于加工和检验，轴上的台阶数不宜过多。
2、轴肩处的过渡圆角半径r应小于零件孔的圆角半径或倒角C：
3、需经磨削加工的表面，在轴肩处应设置砂轮越程槽。
4、轴上若要车螺纹，在螺纹尾部留有退刀槽。
5、轴端应有倒角，必要时为了便于加工定位，轴的两端应设中心孔。
四、提高轴的疲劳强度的措施
1．改进轴的结构，降低应力集中，由于轴上的应力集中源，往往是轴产生疲劳破坏的部位，改善轴的抗疲劳强度的常用方法有：
（1）增大圆角半径，如因轴肩定位要求的限制，轴上不允许采用较大圆角时，可以改用凹切圆角或过渡肩环的办法。
（2）采用增大配合直径、轴上开减载槽和毂端开减载槽等方法，以降低零件过盈配合边缘处的应力集中。
2．提高轴的表面质量
采用的方法：
减小轴表面的粗糙度数值，降低刀痕造成的应力集中，即使是自由表面也不容忽视：
对轴表面进行滚压、喷丸等冷加工：
采用高频淬火、渗碳淬火和氮化等热处理强化轴的表层。
五、初步计算轴径
开始设计轴时，轴的尺寸如轴颈和轴身直径，都尚未确定，因此只能先初步计算轴的最小直径，然后再确定轴的其它尺寸。
初步计算轴径的步骤：
根据轴径的计算公式：
式中C——决定于轴的材料并考虑弯曲影响的系数，其值表14—1
P——轴传递的功率（KW）
n——轴的转速（r／min）
d——轴计算截面的直径（mm）
轴的扭转变形和计算
掌握外力偶矩、转速和功率三者的关系，会计算轴的扭矩，知道圆轴扭转时横截面上的应力分布规律。
会计算轴的扭矩，知道圆轴扭转时横截面上的应力分布规律。
会计算轴的扭矩
机械中的轴类零件往往承受扭转，。
的受力特点是：
在垂直于轴线的两个平面内受一对大小相等、方向相反的力偶作用，轴的各横截面都绕其轴线作相对转动，这种变形称为扭转变形。
一、圆轴扭转时横截面上内力的计算
l、外力偶矩：
为了求出圆轴扭转时截面上的内力，必须先计算出轴上的外力偶矩，作用在轴上的外力偶矩往往不是直接给出的，而是根据给定的轴的传递功率和轴的转速算出来的，功率、转速和外力偶矩三者间的关系是：
M＝9550P／n
式中：
P——轴传递的功率（千瓦，KW）
n——轴的转速（转／分，r／min）
M——作用在轴上的外力偶矩（牛顿米，Nm）
2、扭转时横截面上的内力——扭矩
圆轴在外力偶矩的作用下，横截面上产生内力。
求内力的方法仍用截面法。
右图表示装有四个皮带轮的传动轴，在四个带轮上分别作用有主动力偶矩M1和从动力偶矩M2、M3、M4，外力偶矩分别为M1＝110Nm，M2=60Nm，M3=20Nm，M4=30Nm。
若计算AB段内任一截面上的内力，可假想沿该段内的任一截面1—1将轴截开，取左边部分为研究对象。
如图所示。
为了保证该段的平衡，必须以
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