机械设计基础教案模具Word下载.docx
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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。
构件间以四个转动副相连的平面四杆机构，称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构，是四杆机构的基本形式，也是其它多杆机构的基础。
三、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。
四、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。
五、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。
六、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。
但死点也有可利用的一面，当工件被夹紧后，BCD成一直线，机构处于死点位置，即使工件的反力很大，夹具也不会自动松脱。
六、范例讲解
例1：
铰链四杆机构中的四杆长度尺寸为：
AB=130mm，BC=150mm，CD=175mm，AD=200mm。
若取AD杆为机架，试判断此机构属于哪一种类型？
（板书解答过程）解：
∵AB为最短杆、AD为最长杆，它们的长度之和为AB+AD=130+200=330（mm），
其余两杆长度之和BC+CD=150+175=225（mm）。
∴最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，无论以哪杆为机架，都构成双摇杆机构。
故取AD杆为机架，此机构属于双摇杆机构类型。
例2：
AB=450mm，BC=400mm，CD=300mm，AD=200mm。
试问以哪杆为机架，可以得到曲柄摇杆机构？
如以BC为机架，则会得到什么机构？
如以CD为机架，则会得到什么机构？
∵AD为最短杆、AB为最长杆，它们的长度之和为AD+AB=200+450=650（mm），其余两杆长度之和BC+CD=400+300=700（mm）。
∴最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和。
（1）如以最短杆的相邻杆为机架，构成曲柄摇杆机构。
故取AD杆的相邻杆AB或CD为机架，可以得到曲柄摇杆机构。
（2）如以最短杆为机架，构成双曲柄机构。
故取AD杆为机架，可以得到双曲柄机构。
（3）如以最短杆的相对杆为机架，构成双摇杆机构。
故取AD杆的相对杆BC为机架，可以得到双摇杆机构。
七、对本次课的内容进行总结，
作业
布置习题册上相应内容的习题为课后作业。
专业及班级B1422310（机电一体化）课次2
凸轮机构、间歇机构
1、了解凸轮机构组成、分类及应用特点。
2、了解常见间歇机构的类型及特点。
了解凸轮机构和间歇机构
一、凸轮机构的组成和作用
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。
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。
（3）平底从动件
从动件一端做成平底（即平面），在凸轮轮廓与从动件底面之间易于形成油膜，故润滑条件较好、磨损小。
当不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终与平底垂直，传力性能较好，传动效率较高，所以常用于高速凸轮机构中。
但由于从动件为一平底，故不适用于带有内凹轮廓的凸轮机构。
三、凸轮机构的应用特点：
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。
四、凸轮机构的工作过程：
（1）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
（2）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。
五、间歇机构是能够将主动件的连续运动转换成从动件的周期性运动或停歇运动的机构。
常见的间歇机构有解棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构等。
（参阅课本上的图示认真、详细讲解，力求学生理解掌握）
一、棘轮机构：
机械中常用齿式棘轮机构，它由棘轮、棘爪、止回棘爪和机架等组成。
当主动件作连续的往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。
1、棘轮机构的工作原理和类型
1）棘轮机构的组成及工作原理
由棘爪、棘轮及机架组成。
2）棘轮机构的类型
棘轮机构可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。
2、棘轮转角大小的调节方式
1）改变摇杆摆角的大小
2）用覆盖罩调节转角
3、棘轮机构的特点及应用
1）齿式棘轮机构的特点及应用
该机构结构简单，制造方便，工作可靠，但工作时有冲击，运动平稳性较差。
适用于低速、轻载的场合。
2）摩擦式棘轮机构的特点及应用
该机构转角大小的变化不受轮齿的限制，在一定的范围内可以任意调节转角，且传动平稳，噪声小。
因靠摩擦力传动，，在传递较大载荷时易产生滑动，可起到过载保护，又因其传动精度不高，故宜于低速、轻载场合。
二、槽轮机构：
槽轮机构主要由带圆销的拨盘、槽轮和机架组成。
当主动件拨盘转动时，由圆销进入槽轮或脱离槽轮实现从动件的运动或停歇。
1、槽轮机构的工作原理和类型
槽轮机构有外槽轮机构和内槽轮机构两种类型。
2、槽轮机构的特点及应用
该机构结构简单、转位方便、工作可靠，传动的平稳性好，能准确控制槽轮的转角。
但转角的大小受到槽数z的限制，不能调节；
且在槽轮转动的始、末位置存在冲击现象，且随着转速的增加或槽数的减少而加剧，故不适于高速场合。
三、不完全齿轮机构:
如课本图9—8所示的外啮合不完全齿轮机构，该机构的主动轮齿数减少，只保留了三个齿，从动轮上制有与主动齿轮相啮合的齿间。
当主动轮转动一周，从动轮转过1/6周，从动轮转一周停歇六次。
这种主动齿轮作连续运动，从动齿轮作间歇运动的齿轮机构称为不完全齿轮机构。
这种机构实际上是由普通的渐开线齿轮机构演化而成的。
该结构简单，工作可靠，传递的力大，且从动轮停歇的次数、时间及转角大小的变化范围均较大。
但因不完全齿轮机构加工工艺复杂，从动轮在运动始、末位置，均存在较大的冲击，故多用于低速、轻载的场合。
四、对本次课所讲的内容进行归纳总结。
完成本节的课本上练习及习题册的相应习题
专业及班级B1422310（机电一体化）课次3
齿轮传动
1、齿轮传动的类型及应用。
2、渐开线齿廓。
3、掌握齿轮各部分的名称及主要参数、几何尺寸计算。
4、掌握齿轮传动的正确啮合条件。
3、主要参数、几何尺寸的计算；
正确啮合条件。
一、概念
齿轮机构是由齿轮副组成的传递运动和动力的装置。
二、结合课本图示，详细讲解齿轮传动的常见类型
直齿圆柱齿轮
平行轴传动斜齿圆柱齿轮
人字齿轮
按两轴的相对位置和齿向直齿圆锥齿轮
相交轴传动曲齿圆锥齿轮
交错轴斜齿轮
交错轴传动蜗杆机构
直齿圆柱齿轮（外啮合、内啮合、齿轮齿条）
三、齿轮传动的特点
1、传递功率的范围大，速度广
2、能保证瞬时传动比恒定，平稳性较高，传递运动准确可靠。
3、传动效率高，使用寿命长，工作可靠。
4、可以实现平行或不平行轴之间的传动。
5、齿轮的制造、安装精度、成本较高。
6、不宜用于远距离的传动
提问：
比较齿轮和以前所学过的几种传动装置的不同点？
四、渐开线的形成、性质
1、渐开线的形成
当一条动直线（发生线），沿着一个固定的圆（基圆）作纯滚动时，动直线上任意一点K的轨迹称为该圆的渐开线。
2、渐开线的性质（结合课本图示讲解）
由渐开线的形成可知：
（1）发生线在基圆上滚过的线段KB，等于基圆上被滚过的圆弧长AB。
（2）渐开线上的任意一点K的法线必与基圆相切。
（3）渐开线上的各点的曲率半径不相等。
点离基圆越远，其曲率半径越大，渐开线越平直。
反之亦然。
（4）渐开线的形状决定与基圆的大小。
基圆相同，渐开线的形状完全相同。
基圆半径无穷大时，渐开线将变成直线，齿轮就变成齿条。
基圆内无渐开线。
五、渐开线齿廓啮合基本定律
齿轮传动要满足瞬时传动比保持不变，则两轮的齿廓不论在何处接触，过接触点公法线必须与两轮的连心线交于固定一点。
六、渐开线齿廓的啮合特点（结合课本图示讲解）
1、传动比恒定
两齿轮的传动比为：
i＝ω1／ω2＝O2P／O1P＝rb2／rb1＝r2′／r1′＝常数
2、传动的可分性
当两轮的中心距稍有变化时，其瞬时传动比仍将保持不变，这个特点称为渐开线齿轮传动的可分性。
由于齿轮制造和安装误差等原因，常使渐开线齿轮的实际中心距与设计中心距之间产生一定误差，但因有可分性的特点，其传动比仍能保持不变。
3、啮合角为定值
cosα′＝rb1／r1′＝rb2／r2′＝常数
说明渐开线齿廓在啮合时啮合角α′为定值。
由于啮合角不变，则齿廓间的压力方向不会改变，这对齿轮传动的平稳性很有利。
六、结合课本图示，详细讲解渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称：
１．齿槽：
齿轮上相邻两轮齿之间的空间。
２．齿顶圆：
轮齿顶部所在的圆称为齿顶圆，其直径用da表示。
３．齿根圆：
齿槽底部所在的圆称为齿根圆，其直径用df表示。
４．齿厚：
一个齿的两侧端面齿廓之间的弧长称为齿厚，用s表示。
５．齿槽宽：
一个齿槽的两侧齿廓之间的弧长称为齿槽宽，用e表示。
６．分度圆：
齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆称为分度圆，其直径用d表示。
７．齿距：
两个相邻而同侧的端面齿廓之间的弧长称为齿距，用p表示。
即
p＝s＋e
８．齿高：
齿顶圆与齿根圆之间的径向距离称为齿高，用h表示。
９．齿顶高：
齿顶圆与分度圆之间的径向距离称为齿顶高，用ha表示。
10．齿根高：
齿根圆与分度圆之间的径向距离称为齿根高，用hf表示。
11．齿宽：
沿齿轮轴线方向量得的齿轮宽度，用b表示。
七、主要参数：
１．齿数Z
一个齿轮的牙齿数目即齿数。
２．模数m
因为分度圆周长πd＝Zp，则分度圆直径为d＝Zp／π
由于π为一无理数，为了计算和制造上的方便，人为地把p／π规定为有理数，即齿距P除以圆周率π所得的商称为模数，用m表示。
即m＝p／π（mm）
３．压力角α
通常说的压力角指分度圆上的压力角，用α表示。
我国规定标准压力角α＝20°
。
齿廓形状是由模数、参数、压力角三个因素决定的。
八、标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算（结合课本P47页表7—2详细讲解，确保学生领会并掌握）。
九、直齿圆柱齿轮传动１．正确啮合条件
直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：
两齿轮的模数和压力角分别相等。
２．中心距
一对标准安装的标准直齿圆柱齿轮传动，由于分度圆上的齿厚与齿槽宽相等，所以两齿轮的分度圆相切，且作纯滚动，此时两分度圆与其相应的节圆重合，则标准中心距为：
a＝r1＋r2＝r1′＋r2′＝m（Z1＋Z2）／2
3．啮合角
注意：
单个齿轮有固定的分度圆和分度圆压力角，而无节圆和啮合角，只有一对齿轮啮合时，才有节圆和啮合角。
此外，为了保证一对直齿圆柱齿轮能连续传动，其重合度必须大于1（ε>
1）。
十、对本讲次的内容进行总结归纳。
完成本章节相关的课堂练习题。
专业及班级B1422310（机电一体化）课次4
其他齿轮传动
了解除直齿圆柱齿轮之外的其他齿轮传动
了解并掌握齿轮的各种失效形式。
齿轮齿条传动齿条移动速度和齿条移动距离的计算。
齿轮的各种失效形式。
一、斜齿圆柱齿轮传动
１．斜齿圆柱齿轮齿廓形成渐开线斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成与渐开线直齿圆柱齿轮相似。
就齿轮端面而言，都是发生线绕基圆作纯滚动时，发生线上任一点K在平面上的轨迹。
实质上齿廓表面是一渐开线曲面。
所不同的是直齿圆柱齿轮的齿面是发生面上一条平行于基圆柱母线的直线在空间的轨迹面；
而斜齿圆柱齿轮的齿面是发生面上一条与基圆柱母线夹角为βb的斜直线在空间的轨迹面。
由于斜直线绕到基圆柱面上之后是一条螺旋线，由该斜直线在空间的轨迹面所形成的齿廓曲面称为渐开螺旋面，其中βb称为基圆螺旋角。
２．啮合特点：
一对斜齿圆柱齿轮接触线为斜直线，接触线长度先由短到长，再由长到短，直至脱离啮合，故传动平稳性好，承载能力强，适用于高速重载传动。
在传动时会产生轴向力。
3.斜齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸计算
由斜齿圆柱齿轮齿廓形成可知，它的齿面是一渐开线螺旋面，其端面（垂直于齿轮轴线的平面）和法面平面（垂直于齿的平面）的齿形不同，当用成型铣刀加工时，刀具沿螺旋线方向进刀，故轮齿的法面齿形与刀具的齿形一致，因此以轮齿的法面参数为标准来选择刀具。
但在计算斜齿轮的几何尺寸时，又要按端面参数进行计算，故必须建立法面参数与端面参数之间的换算关系。
4.斜齿圆柱齿轮传动正确啮合条件
一对斜齿轮的正确啮合条件是：
两轮的法面模数和法面压力角相等，分度圆上的螺旋角相等，方向相反，
即：
mn1＝mn2
αn1＝αn2
β1＝-β2
二、直齿圆锥齿轮传动
1、齿圆锥齿轮
直齿圆锥齿轮机构用于两相交轴之间的传动，两轴的夹角可由传动的要求确定，在一机构中多采用=900的直齿圆锥齿轮机构。
一对圆锥齿轮轮齿分布在两个截锥体上，且锥顶交于一点，其轮齿尺寸由大端面锥方向的小端逐渐变小。
显然圆锥齿轮大端和小端的参数是不相同的。
了便于测量和估算机构的外形尺寸，规定以大端参数为标准，大端压力角=200。
2、确啮合条件
一对直齿圆锥齿轮的正确啮合的条件为大端模数和压力角必须分别相等
m1=m2=m
1=2=
三、齿轮齿条传动
1、齿轮齿条传动是齿轮传动的一种特殊组合方式。
当齿轮的圆心位于无穷远处，其上各圆的直径趋于无穷大，齿轮上的基圆、分度圆、齿顶圆等成互相平行的基线、分度线、齿顶线等，渐开线齿廓也成为直线齿廓。
与齿轮相比，齿条的主要特点是：
1）由于齿条的齿廓是直线，所以齿廓上的各点的法线互相平行。
传动时，齿条作直线运动，且速度大小和方向均一致。
齿条上各点的齿形角均相等，其标准为20°
2）由于齿条上各齿的同侧齿廓互相平行，所以无论是分度线，还是齿顶线上，齿距均相等，模数为同一标准值。
2、齿条传动的计算公式（见课本Ｐ58）
1）齿条的移动速度计算公式：
v=
2）齿轮每转动一周，齿条的移动距离计算公式：
L=
四、齿轮传动的失效形式
齿轮传动过程中，在载荷的作用下，如果轮齿发生折断，齿面损坏等现象，则轮齿就失去了正常的工作能力，称为失效。
由于齿轮传动的工作条件和应用范围各不相同，影响失效的原因很多，主要都发生在轮齿上，常见的轮齿失效形式有：
轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等。
1）轮齿折断
原因：
短时意外的严重过载；
超过弯曲疲劳极限
部位：
齿根部分
避免措施：
选择适当的模数和齿宽，采用合适的材料及热处理方法，降低表面粗糙度，降低齿根弯曲应力。
2）齿面点蚀
很小的面接触、循环变化、齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹、微粒剥落下来而形成麻点
靠近节线的齿根表面
提高齿面硬度
3）齿面胶合
高速重载、啮合区温度升高引起润滑失效，齿面金属直接接触并相互粘连，较软的齿面被撕下而形成沟纹
轮齿接触表面
提高齿面硬度，降低表面粗糙度，采用粘度大和抗胶合性能好的润滑油
4）齿面磨损
触表面间有较大的相对滑对，产生滑动摩擦
提高齿面硬度，降低表面粗糙度，改善润滑条件，加大模数，尽可能用闭式齿轮传动结构代替开式齿轮传动结构
5）齿面塑性变形
低速重载、齿面压力过大
轮齿
减小载荷，减少启动频率
完成相应的课堂习题
专业及班级B1422310（机电一体化）课次5
蜗杆传动
了解蜗杆传动的组成、类型、蜗杆蜗轮传动蜗轮回转方向的判定。
了解蜗杆传动的主要参数和啮合条件。
了解蜗杆传动的应用特点。
蜗杆传动的组成、类型、蜗杆蜗轮传动蜗轮回转方向的判定。
蜗杆传动的主要参数和啮合条件。
蜗杆传动的应用特点。
一、蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间交错的两轴间的运动和动力，一般交错角为90°
，通常蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。
蜗杆和蜗轮都是一种特殊的斜齿轮。
二、蜗杆蜗轮传动的分类：
1）按蜗杆形状不同分
圆柱蜗杆传动：
阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆。
环面蜗杆传动：
锥蜗杆传动
2）按蜗杆螺旋线方向不同分：
左旋蜗、右旋蜗杆。
3）按蜗杆头数：
单头蜗杆、多头蜗杆。
三、蜗杆蜗轮传动回转方向的判定：
（1）螺旋方向的判定
蜗杆传动与斜齿轮传动一样，也有左旋与右旋之分。
蜗杆、蜗轮的螺旋方向可用右手法则判定：
手心对着自己，四指顺着蜗杆（蜗轮）的轴线方向摆肩。
若啮合与右手拇指指向一致，该蜗杆（蜗轮）为右旋，反之为左旋。
（2）蜗轮旋转方向的判定
蜗轮的旋转方向不仅与蜗杆的旋转方向有关。
蜗轮旋转方向的判定方法如下：
当蜗杆是左旋（或右旋）时，伸出右手（或左手）半握拳，用四指顺着蜗杆的旋转方向，大拇指指向的相反方向就是蜗轮的
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