機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教材課件【深度課資】

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1、1藤蔓課堂 緒論第1章 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖和自由度第2章 平面連桿機(jī)構(gòu)第3章 凸輪機(jī)構(gòu)第4章 齒輪機(jī)構(gòu)第5章 齒輪系第6章 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)第7章 剛性回轉(zhuǎn)的平衡第8章 鍵聯(lián)接和銷聯(lián)接目錄2藤蔓課堂第 9 章 螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)第10章 帶傳動(dòng)第11章 鏈傳動(dòng)第12章 齒輪傳動(dòng)第13章 軸第14章 軸承第15章 聯(lián)軸器和離合器第16章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄3藤蔓課堂緒論0.1 0.1 機(jī)器的組成及其特征機(jī)器的組成及其特征0.1.1 機(jī)器與機(jī)構(gòu) 在現(xiàn)代的日常生活和工程實(shí)踐中隨處都可見到各種各樣的機(jī)器。例如，洗衣機(jī)、縫紉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、拖拉機(jī)、金屬切削機(jī)床、起重機(jī)、包裝機(jī)、復(fù)印機(jī)等。機(jī)器是一種人為實(shí)物組合

2、的具有確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，它用來完成一定的工作過程，以代替或減輕人類的勞動(dòng)。機(jī)器的種類很多，根據(jù)用途不同，機(jī)器可分為：動(dòng)力機(jī)器：實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，如內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)、蒸汽機(jī)、發(fā)電機(jī)、壓氣機(jī)等。加工機(jī)器：完成有用的機(jī)械功或搬運(yùn)物品，如機(jī)床、織布機(jī)、汽車、飛機(jī)、起重 機(jī)、輸送機(jī)等。信息機(jī)器：完成信息的傳遞和變換，如復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、繪圖機(jī)、傳真機(jī)、照相 機(jī)等。4藤蔓課堂緒論雖然機(jī)器的種類繁多，構(gòu)造、用途和功能也各不相同。但具有相同的基本特征：（1）人為的實(shí)物（構(gòu)件）組合體。（2）各個(gè)運(yùn)動(dòng)實(shí)物之間具有確定的相對運(yùn)動(dòng)。（3）代替或減輕人類勞動(dòng)，完成有用功或?qū)崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。凡具備上述（1）、（2）兩個(gè)特征的實(shí)物

3、組合體稱為機(jī)構(gòu)。機(jī)器能實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換或代替人的勞動(dòng)去做有用的機(jī)械功，而機(jī)構(gòu)則沒有這種功能。僅從結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)看，機(jī)器與機(jī)構(gòu)并無區(qū)別，它們都是構(gòu)件的組合，各構(gòu)件之間具有確定的相對運(yùn)動(dòng)。因此，通常人們把機(jī)器與機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為機(jī)械。5藤蔓課堂緒論如圖1-1所示的內(nèi)燃機(jī)，是由汽缸體1、活塞2、連桿3、曲軸4、小齒輪5、大齒輪6、凸輪7、推桿8等系列構(gòu)件組成，其各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)是確定的。圖1-1 單杠內(nèi)燃機(jī) 0.1.2 構(gòu)件與零件 機(jī)構(gòu)是由具有確定運(yùn)動(dòng)的單元體組成的，這些運(yùn)動(dòng)單元體稱為構(gòu)件。組成構(gòu)件的制造單元體稱為零件。零件則是指機(jī)器中不可拆的一個(gè)最基本的制造單元體。構(gòu)件可以由一個(gè)或多個(gè)零件組成。如圖1-1

4、所示內(nèi)燃機(jī)的曲軸為一個(gè)零件；連桿則為多個(gè)零件的組合。因此，構(gòu)件是相互固接在一起的零件組合體。內(nèi)燃機(jī)動(dòng)畫內(nèi)燃機(jī)動(dòng)畫6藤蔓課堂緒論0.2 0.2 本課程的性質(zhì)和研究對象本課程的性質(zhì)和研究對象0.2.1 本課程的性質(zhì) 本課程是一門研究常用機(jī)構(gòu)、通用零件與部件以及一般機(jī)器的基本設(shè)計(jì)理論和方法的課程，是機(jī)械工程類各專業(yè)中的主干課程，它介于基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程之間，具有承上啟下的作用，是一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。本課程要綜合應(yīng)用機(jī)械制圖、金屬工藝學(xué)、工程力學(xué)、互換性與技術(shù)測量等先修課程的基礎(chǔ)理論和基本知識，且偏重于工程的應(yīng)用。因此，要重視生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注重培養(yǎng)工程意識、理論聯(lián)系實(shí)際。本課程將為學(xué)生今后

5、學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程和掌握新的機(jī)械科學(xué)技術(shù)奠定必要的基礎(chǔ)。7藤蔓課堂緒論0.2.2 本課程的研究對象 本課程的研究對象為機(jī)械中的常用機(jī)構(gòu)及一般工作條件下和常用參數(shù)范圍內(nèi)的通用零部件，研究其工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能、基本設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法以及一些零部件的選用和維護(hù)。0.3 0.3 本課程的基本要求和學(xué)習(xí)方法本課程的基本要求和學(xué)習(xí)方法0.3.1 本課程的基本要求 本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握常用機(jī)構(gòu)和通用零件的基本理論和基本知識，初步具有分析、設(shè)計(jì)能力，并獲得必要的基本技能訓(xùn)練，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。通過本課程的教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生達(dá)到下列基本要求：8藤蔓課堂緒論1熟悉常用機(jī)構(gòu)的

6、組成、工作原理及其特點(diǎn)，掌握通用機(jī)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)的基本方法。2熟悉通用機(jī)械零件的工作原理、結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，掌握通用機(jī)械零件的選用和設(shè)計(jì)的基本方法。3具有對機(jī)構(gòu)分析設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)計(jì)算的能力，并具有運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊、圖冊及標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)技術(shù)資料的能力。4具有綜合運(yùn)用所學(xué)知識和實(shí)踐的技能，設(shè)計(jì)簡單機(jī)械和簡單傳動(dòng)裝置的能力。0.3.2 本課程的學(xué)習(xí)方法 本課程是從理論性、系統(tǒng)性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課和專業(yè)課向?qū)嵺`性較強(qiáng)的專業(yè)課過渡的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，必須多觀察、細(xì)思考、勤練習(xí)、?？偨Y(jié)。觀察生活、生產(chǎn)中遇到的各種機(jī)械，熟悉典型結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)感性認(rèn)識；思考明晰本課程的基本概念，注意各種知識的聯(lián)系，融會(huì)貫

7、通；勤練基本技能，提高分析能力和綜合能力；及時(shí)總結(jié)、消化掌握課程內(nèi)容，歸納學(xué)到的各種技術(shù)方法。特別應(yīng)注重實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，提高全面素質(zhì)和綜合職業(yè)能力。9藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第1章 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖和自由度 構(gòu)件：機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)的單元體，是組成機(jī)構(gòu)的基本要素。自由度：構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。對于一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，則只有三個(gè)自由度構(gòu)件沿x軸、y軸方向移動(dòng)和繞垂直xoy平面的任意軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1-1所示。圖1-1 自由度1.1.1 自由度、運(yùn)動(dòng)副與約束自由度、運(yùn)動(dòng)副與約束1.1 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成10藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)低副：低副：面接觸面接觸2)2)運(yùn)動(dòng)副的分

8、類運(yùn)動(dòng)副的分類球面副高副：高副：點(diǎn)、線接觸點(diǎn)、線接觸運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副平面平面運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副空間空間運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副螺旋副螺旋副運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副1)運(yùn)動(dòng)副：運(yùn)動(dòng)副：兩構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定的相對兩構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定的相對運(yùn)動(dòng)的連接稱為運(yùn)動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)的連接稱為運(yùn)動(dòng)副。1.1.2 運(yùn)動(dòng)副及其分類11藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖1-2 轉(zhuǎn)動(dòng)副圖1-3 移動(dòng)副 平面機(jī)構(gòu)中低副引入兩個(gè)約束，僅保留一個(gè)自平面機(jī)構(gòu)中低副引入兩個(gè)約束，僅保留一個(gè)自由度。由度。12藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖1-4（a）凸輪高副 平面機(jī)構(gòu)中高副引入一個(gè)約束，保留兩個(gè)自由平面機(jī)構(gòu)中高副引入一個(gè)約束，保留兩個(gè)

9、自由度。度。圖1-4（b）齒輪高副13藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.1.3 運(yùn)動(dòng)鏈與機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)鏈：兩個(gè)以上的構(gòu)件以運(yùn)動(dòng)副連接而構(gòu)成的系統(tǒng)。如圖1-5所示，若運(yùn)動(dòng)鏈中各構(gòu)件首尾相連，則稱之為閉式運(yùn)動(dòng)鏈，否則稱為開式運(yùn)動(dòng)鏈。圖1-5（a）閉式運(yùn)動(dòng)鏈圖1-5（a）開式運(yùn)動(dòng)鏈14藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 將運(yùn)動(dòng)鏈中的一個(gè)構(gòu)件固定，并且它的一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件作給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)時(shí)，其余構(gòu)件便隨之作確定的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)的組成組成:機(jī) 架：固定不動(dòng)的構(gòu)件 原動(dòng)件：輸入運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件 從動(dòng)件：其余的活動(dòng)構(gòu)件15藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 為了便于分析，人們不考慮機(jī)器的復(fù)雜外形和

10、結(jié)構(gòu)，僅用規(guī)為了便于分析，人們不考慮機(jī)器的復(fù)雜外形和結(jié)構(gòu)，僅用規(guī)定的線條和符號按一定的比例表示構(gòu)件的尺寸和各運(yùn)動(dòng)副的位置，定的線條和符號按一定的比例表示構(gòu)件的尺寸和各運(yùn)動(dòng)副的位置，這種將機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系表示出來并反映機(jī)構(gòu)特征的這種將機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系表示出來并反映機(jī)構(gòu)特征的簡圖稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。簡圖稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。1-2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖 在對現(xiàn)有機(jī)械進(jìn)行分析或設(shè)計(jì)新機(jī)器時(shí)，都需要繪出其機(jī)構(gòu)在對現(xiàn)有機(jī)械進(jìn)行分析或設(shè)計(jì)新機(jī)器時(shí)，都需要繪出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。運(yùn)動(dòng)簡圖。1.1.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的定義機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的定義 16藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.2.1

11、運(yùn)動(dòng)副及構(gòu)件的表示方法 1構(gòu)件 構(gòu)件均用直線或小方塊來表示，如圖1-6示。（a）一個(gè)構(gòu)件上有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副（a）一個(gè)構(gòu)件上有三個(gè)運(yùn)動(dòng)副圖1-6 構(gòu)件的表示方法17藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 2轉(zhuǎn)動(dòng)副圖1-7 轉(zhuǎn)動(dòng)副的表示方法（a）圖面與回轉(zhuǎn)軸線垂直；（b）圖面與回轉(zhuǎn)軸線共面18藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 3移動(dòng)副 如圖1-8所示，注意移動(dòng)副的導(dǎo)路應(yīng)與兩構(gòu)件相對移動(dòng)的方向一致。圖1-8 移動(dòng)副的表示方法19藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 4高副 兩構(gòu)件組成高副時(shí)的相對運(yùn)動(dòng)與這兩個(gè)構(gòu)件在接觸處的輪廓形狀有直接關(guān)系，因此，在表示高副時(shí)必須畫出兩構(gòu)件在接觸處的曲線輪廓。如圖1-8、圖1-9所

12、示為齒輪高副和凸輪高副的表示方法。20藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（a）外嚙合齒輪；（b）內(nèi)嚙合齒輪；（c）齒輪齒條；（d）錐齒輪；（e）蝸桿蝸輪 圖1-9 齒輪高副的表示方法21藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖1-10 凸輪副的表示方法 22藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.2.2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的步驟：（1）分析機(jī)構(gòu)的組成，觀察相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系，了解其工作原理。（2）確定所有的構(gòu)件（數(shù)目與形狀）、運(yùn)動(dòng)副（數(shù)目和類型）。（3）選擇合理的位置，能充分反映機(jī)構(gòu)的特性。（4）確定比例尺 （5）用規(guī)定的符號和線條繪制成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。mmm實(shí)際尺寸圖上尺寸23藤蔓課堂機(jī)械

13、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)【例1-1】如圖1-11（a）所示為顎式破碎機(jī)的主體機(jī)構(gòu)，試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。此機(jī)構(gòu)為原動(dòng)件偏心軸，從動(dòng)件肋板、構(gòu)件、機(jī)架共同構(gòu)成的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。按圖量取尺寸，選取合適的比例尺，確定A、B、C、D四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的位置，即可繪制出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，最后標(biāo)出原動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，如圖1-11（b）所示。24藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖1-11 顎式破碎機(jī)的主體結(jié)構(gòu)及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖1機(jī)架；2偏心軸；3動(dòng)顎板；4肋板；5輪（b）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖（a）顎式破碎機(jī)的主體結(jié)構(gòu)25藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 1.3.1 平面機(jī)構(gòu)的自由度 機(jī)構(gòu)的自由度：指機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對于機(jī)架所能有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)

14、的數(shù)目。一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，可有三個(gè)自由度，而每個(gè)低副會(huì)引入兩個(gè)約束，每個(gè)高副會(huì)引入一個(gè)約束。所以自由度的計(jì)算可用可動(dòng)構(gòu)件的自由度總數(shù)減去約束的總數(shù)，即：F=3n-2Pl-Phn 活動(dòng)構(gòu)件數(shù)；活動(dòng)構(gòu)件數(shù)；Pl 低副數(shù)；低副數(shù)；Ph 高副數(shù)高副數(shù)1.3 運(yùn)動(dòng)確定性的概念26藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)F=3F=33 32 24=14=1F=3F=34 42 25=25=2n=3n=3P Pl l=4=4n=4n=4P Pl l=5=5如圖如圖1-121-12（a a）：）：如圖如圖1-121-12（b b）：）：（a）（b）圖1-12 機(jī)構(gòu)的自由度27藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)【例1

15、-2】如圖1-13所示，計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度?；顒?dòng)構(gòu)件數(shù)n=3 低副數(shù) 高副數(shù) 4LP 0HP 323 32401LHFnPP 圖1-13 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)28藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)【例1-3】如圖1-14所示，計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=2 低副數(shù) 高副數(shù) 2LP 1HP 32322211LHFnPP圖1-14 凸輪機(jī)構(gòu)29藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1).復(fù)合鉸鏈 由三個(gè)或三個(gè)以上構(gòu)件組成的軸線重合由三個(gè)或三個(gè)以上構(gòu)件組成的軸線重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸鏈。的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸鏈。如圖1-15所示，三個(gè)構(gòu)件在同一軸線處形成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。推理：N個(gè)構(gòu)件時(shí)，有N 1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)

16、副。1.3.2 計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)應(yīng)注意的問題30藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖1-15 復(fù)合鉸鏈31藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)【例1-4】計(jì)算如圖1-16所示的復(fù)合桿機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=5 低副數(shù) 高副數(shù) 7LP 0HP 323 52701LHFnPP圖1-16 復(fù)合桿機(jī)構(gòu)32藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2)2)局部自由度局部自由度(1)(1)、局部自由度：機(jī)構(gòu)中個(gè)別構(gòu)件不影、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)，即對整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無響其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，即對整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的自由度。關(guān)的自由度。(2)(2)、處理辦法：在計(jì)算自由度時(shí)，拿掉、處理辦法：在計(jì)算自由度時(shí)

17、，拿掉這個(gè)局部自由度，即可將滾子與裝滾子這個(gè)局部自由度，即可將滾子與裝滾子的構(gòu)件固接在一起。的構(gòu)件固接在一起。33藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)ABC321ABC321n=3 Pl=3 Ph=1F=33-2 3-1 1=2n=2 Pl=2 Ph=1F=23-2 2-1 1=1圖1-17 局部自由度計(jì)算34藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3).3).虛約束虛約束(1)(1)虛約束：在機(jī)構(gòu)中與其他運(yùn)動(dòng)副作用重復(fù)，虛約束：在機(jī)構(gòu)中與其他運(yùn)動(dòng)副作用重復(fù)，而對構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用而對構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的約束。的約束。(2)(2)處理辦法：將具有虛約束運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件連處理辦法：將

18、具有虛約束運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件連同它所帶入的與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的運(yùn)動(dòng)副一同它所帶入的與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的運(yùn)動(dòng)副一并不計(jì)。并不計(jì)。35藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 常見虛約束常見虛約束（1）兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副，）兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副，如圖如圖1-18所示。所示。圖1-18 兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副 36藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（2）兩構(gòu)件組成多個(gè)軸線互相重合的轉(zhuǎn)動(dòng)）兩構(gòu)件組成多個(gè)軸線互相重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副，如圖副，如圖1-19所示。所示。圖1-19 兩構(gòu)件組成多個(gè)軸線互相重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副 37藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（3）機(jī)構(gòu)中存在對傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對稱部分，如圖1-

19、20所示。圖1-20 行星輪系38藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（4）被連接件上點(diǎn)的軌跡與機(jī)構(gòu)上連接點(diǎn)的軌跡重合，如圖1-21所示。圖1-21 平行四邊形機(jī)構(gòu)39藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1）機(jī)構(gòu)自由度數(shù)）機(jī)構(gòu)自由度數(shù) F1F1。2）原動(dòng)件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)原動(dòng)件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F F。1.4.3 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件40藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第2章 平面連桿機(jī)構(gòu) 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)：由若干個(gè)構(gòu)件以低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副）連接而成，且所有構(gòu)件在相互平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，也稱平面低副機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)：最簡單的平面四桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成的，簡稱平面四桿

20、機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：構(gòu)件間用四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)。41藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.1 概 述 平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）運(yùn)動(dòng)副都是低副，壽命長，傳遞動(dòng)力大。（2）何形狀簡單，易于加工，成本低。（3）在主動(dòng)件等速連續(xù)運(yùn)動(dòng)的條件下，當(dāng)各構(gòu)件的相對長度不同時(shí),從動(dòng)件可滿足多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求。（4）連桿上各點(diǎn)軌跡形狀各異，可利用這些曲線來滿足不同的軌跡要求。42藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：（1）誤差較大，降低機(jī)械效率。（2）不容易實(shí)現(xiàn)精確復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（3）不宜用于高速傳動(dòng)。43藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 2.2.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成（

21、1）機(jī)架固定件，如圖2-1所示構(gòu)件4；（2）連架桿與機(jī)架用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接的構(gòu)件，如圖圖2-1所示構(gòu)件1和構(gòu)件3；（3）連桿不與機(jī)架直接相連的構(gòu)件，如圖2-1所示構(gòu)件2。2.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 圖2-1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)44藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.2.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的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)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)根據(jù)連架桿連架桿運(yùn)動(dòng)形式的不同，運(yùn)動(dòng)形式的不同，相對機(jī)架能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)的稱為相對機(jī)架能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)的稱為曲柄曲柄，只能在一定角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)的稱為只能在一定角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)的稱為搖桿搖桿。這樣，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分為三種基本形式：這樣，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分為三種基本形式：45藤蔓

22、課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 1曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩連架桿中，若一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。通常曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿作變速往復(fù)擺動(dòng)。圖2-2 攪拌機(jī) 46藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖2-3 雷達(dá)天線俯仰角的調(diào)整機(jī)構(gòu)圖2-4 縫紉機(jī)腳踏機(jī)構(gòu)47藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 2雙曲柄機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為曲柄，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。圖2-5 慣性篩機(jī)構(gòu)48藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖2-6 平行四邊形機(jī)構(gòu)和反平行四邊形機(jī)構(gòu)49藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖圖3-5 車門啟閉機(jī)構(gòu)車門啟閉機(jī)構(gòu) 圖圖3-6 天平天平 （e）

23、車門啟閉機(jī)構(gòu) （f）天平 圖2-6反平行四邊形機(jī)構(gòu)和平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用50藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖2-7 輪式車輛的前輪轉(zhuǎn)向機(jī) 圖2-8 鶴式起重機(jī) 3雙搖桿機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。51藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.2.3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件 曲柄存在的條件為：（1）連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿。（2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。上述兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足，否則機(jī)構(gòu)不存在曲柄。52藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 若滿足最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和時(shí)，可得到以下三種結(jié)構(gòu)；（1）連

24、架桿是最短桿 為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）機(jī)架是最短桿 為雙曲柄機(jī)構(gòu)；（3）若最短桿是連桿，此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。若滿足最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和時(shí),為雙搖桿機(jī)構(gòu)。53藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.3 含有一個(gè)移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu) 2.3.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是用移動(dòng)副取代曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)副而演化得到的。圖2-9 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（a）對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；（b）偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)54藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖2-10 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在沖床中的應(yīng)用 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)用于轉(zhuǎn)動(dòng)與往復(fù)移動(dòng)之間的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于活塞式內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、沖床和自動(dòng)送料機(jī)等機(jī)械設(shè)備中。如圖2-1

25、0所示為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在沖床中的應(yīng)用。55藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.3.2 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖2-11 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)向?qū)U機(jī)構(gòu)的演化（a）對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；（b）曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；（c）移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；（d）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)可看成是通過改變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的固定構(gòu)件演化而來的，如圖2-11所示。56藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 1曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖2-12 小型刨床機(jī)構(gòu)57藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 2曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖2-13 曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在電器開關(guān)中的應(yīng)用 58藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 3移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 也稱為定塊機(jī)構(gòu)。如圖2-14所示，以滑塊為機(jī)架，桿4只相對滑塊作

26、往復(fù)移動(dòng)，滑塊3稱為定塊。這種機(jī)構(gòu)常用于抽水唧筒和抽油泵中。圖2-14 抽水唧筒59藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 4擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖2-15 汽車自動(dòng)卸料機(jī)構(gòu)60藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性 2.4.1 急回特性及行程速度變化系 1、急回特性 搖桿CD處此兩極限位置時(shí)曲柄所在直線之間的銳角稱為極位夾角，機(jī)構(gòu)中輸出件在兩極限位置間的移動(dòng)距離或擺動(dòng)角度稱為行程。61藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖2-16 急回特性62藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 當(dāng)搖桿CD由C1D擺動(dòng)到C2D位置（工作行程）時(shí)，曲柄AB以等角速度順時(shí)針從AB1轉(zhuǎn)到AB2，轉(zhuǎn)過角度為：,所

27、需時(shí)間為 ,C點(diǎn)的平均速度為 。當(dāng)搖桿CD由C2D擺回到C1D位置（空回行程）時(shí)，曲柄AB以等角速度順時(shí)針從AB2回轉(zhuǎn)到AB1，轉(zhuǎn)過的角度為：，所需時(shí)間為 ，C點(diǎn)的平均速度為 。由于 ，所以，,118021801v1t2t2v1212tt21vv63藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 綜上所述，在輸入件曲柄作等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作往復(fù)擺動(dòng)的輸出件搖桿在空載行程中的平均速度大于工作行程中的平均速度，這一性質(zhì)稱為連桿機(jī)構(gòu)的急回特性。通常用行程速度變化系數(shù)K來表示這種特性：1221122121180180C CttKtC Ct從動(dòng)件回程平均速度從動(dòng)件工作平均速度11801KK64藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基

28、礎(chǔ) 機(jī)構(gòu)的急回速度取決于夾角的大小。越大，K值越大，機(jī)構(gòu)的急回程度也越高，但從另一方面看，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性就越差。65藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖2-17 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)偏心距e=0時(shí)，=0，K=1，機(jī)構(gòu)無急回特性；當(dāng)偏心距e0時(shí)，0，則K1，機(jī)構(gòu)有急回特性。66藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.4.2 壓力角和傳動(dòng)角 如圖2-19所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，如不考慮構(gòu)件的重量和摩擦力，可將F分解可得推動(dòng)搖桿的有效分力Ft=Fcos，只能產(chǎn)生摩擦阻力的有害分力Fr=Fsin。圖2-19 壓力角和傳動(dòng)角67藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 其中稱為壓力角，即為作用在從動(dòng)件上

29、的驅(qū)動(dòng)力與該力作用點(diǎn)的絕對速度方向之間所加銳角稱為壓力角，通常把壓力角座位判斷一連桿機(jī)構(gòu)是否具有良好的傳力性能的標(biāo)志。常以連桿與搖桿所夾銳角來衡量機(jī)構(gòu)的傳力性能。顯而易見，即壓力角的余角，稱為傳動(dòng)角。因?yàn)?90，故愈大，對機(jī)構(gòu)傳動(dòng)愈有利。68藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)min minmin圖2-20 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角69藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖2-21 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角70藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.4.3 死點(diǎn) 如圖2-22所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)搖桿CD為主動(dòng)件、曲柄AB為從動(dòng)件時(shí)，當(dāng)搖桿處在兩個(gè)極限位置時(shí)，連桿BC與曲柄AB共線。若不計(jì)各構(gòu)件

30、質(zhì)量，則這時(shí)連桿加給曲柄的力將通過鉸鏈A的中心，這時(shí)連桿BC無論給從動(dòng)件曲柄AB的力多么大都不能推動(dòng)曲柄運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)所處的這種位置稱為死點(diǎn)位置。71藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖2-22 死點(diǎn)位置72藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 在實(shí)際應(yīng)用中也有利用死點(diǎn)位置的性質(zhì)來進(jìn)行工作的。如圖2-23所示快速夾具，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，在去除外力F后仍可加緊工件而不自動(dòng)脫落。只有向上扳動(dòng)手柄3方可松開夾具。73藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖2-23 死點(diǎn)的應(yīng)用74藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.5 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.5.1 四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)條件（1）給定位置或運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如連桿位置、連架桿對應(yīng)位

31、置或行程速度變化系數(shù)等。（2）給定運(yùn)動(dòng)軌跡，如要求起重機(jī)中吊鉤的軌跡為一直線；攪面機(jī)中攪拌桿端能按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)等，這些都是連桿上的點(diǎn)的軌跡。為了使機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理、可靠，還應(yīng)考慮幾何條件和傳力性能要求等。75藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.5.2 四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法（1）已知連桿的兩個(gè)位置、及其長度，設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。圖2-24 已知連桿兩位置設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)76藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（2）按給定連桿三個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)圖2-25 按給定連桿三個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)77藤蔓課堂機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（3）按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)K圖2-26 按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四

32、桿機(jī)構(gòu)78藤蔓課堂第3章 凸輪機(jī)構(gòu)3.1 3.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類3.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的組成、應(yīng)用和特點(diǎn) 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)79藤蔓課堂第3章 凸輪機(jī)構(gòu)80藤蔓課堂圖3-1 配氣機(jī)構(gòu)圖3-2 靠模車削機(jī)構(gòu) 81藤蔓課堂圖3-3 自動(dòng)車床走刀機(jī)構(gòu) 圖3-4 分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu) 82藤蔓課堂1、組成：凸輪，從動(dòng)件，機(jī)架2、作用：將凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件的移動(dòng)或擺 動(dòng)。3、特點(diǎn):(1)只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可使從?dòng)件得 到所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (1)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作可靠，容易設(shè)計(jì)；(2)高副接觸，易磨損4、應(yīng)用：適用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 83藤蔓課堂3.

33、1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類 凸輪機(jī)構(gòu)的類型很多，通常按凸輪和從動(dòng)件的形狀、運(yùn)動(dòng)形式分類。1按凸輪的形狀分類1）盤形凸輪機(jī)構(gòu) 它是凸輪的最基本型式。這種凸輪是一個(gè)繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)且有變化半徑的盤形零件，凸輪與從動(dòng)件互作平面運(yùn)動(dòng)，是平面凸輪機(jī)構(gòu)，如圖3-1所示。2）移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu) 當(dāng)盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠(yuǎn)時(shí)，凸輪相對機(jī)架作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，這種凸輪稱為移動(dòng)凸輪，也是平面凸輪機(jī)構(gòu)的一種，如圖3-2所示。3）圓柱凸輪 這種凸輪可看成是將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體而得到的凸輪，從動(dòng)件與凸輪之間的相對運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)，因此圓柱凸輪機(jī)構(gòu)是一個(gè)空間凸輪機(jī)構(gòu)，如圖3-3所示。4）曲面凸輪 當(dāng)圓柱表面用圓弧面代替時(shí)，就演化成曲面凸

34、輪，它也是一種空間凸輪機(jī)構(gòu)，如圖3-4所示。84藤蔓課堂2按從動(dòng)件形狀分類1）尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 尖頂能與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如圖3-5（a）所示。但因?yàn)橥馆喤c從動(dòng)件為點(diǎn)或線接觸，尖頂易發(fā)生磨損，所以只宜用于受力不大的低速凸輪機(jī)構(gòu)中。（a）（b）（c）圖3-5 凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的形式（a）尖頂從動(dòng)件；（b）滾子從動(dòng)件；（c）平底從動(dòng)件85藤蔓課堂2）滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 在從動(dòng)件的尖頂處安裝一個(gè)滾子，即成為滾子從動(dòng)件，這樣通過將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，克服了尖頂從動(dòng)件易磨損的缺點(diǎn)。滾子從動(dòng)件耐磨損，可以承受較大載荷，是最常用的一種從動(dòng)件型式，如圖3-5（b）所

35、示。缺點(diǎn)是凸輪上凹陷的輪廓未必能很好地與滾子接觸，從而影響實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3）平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 在從動(dòng)件的尖頂處固定一個(gè)平板，即成為平底從動(dòng)件，這種從動(dòng)件與凸輪輪廓表面接觸的端面為一平面，所以它不能與凹陷的凸輪輪廓相接觸，如圖3-5（c）所示。這種從動(dòng)件的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)不考慮摩擦?xí)r，凸輪與從動(dòng)件之間的作用力始終與從動(dòng)件的平底相垂直，傳動(dòng)效率較高，且接觸面易于形成油膜，利于潤滑，故常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。在凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件不僅有不同的形狀，而且也可以有不同的運(yùn)動(dòng)形式。根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式不同，可以把從動(dòng)件分為直動(dòng)從動(dòng)件（直線運(yùn)動(dòng)）和擺動(dòng)從動(dòng)件兩種。在直動(dòng)從動(dòng)件中，若導(dǎo)路軸線通過凸輪的回轉(zhuǎn)軸，則稱

36、為對心直動(dòng)從動(dòng)件，否則稱為偏置直動(dòng)從動(dòng)件。將不同形式的從動(dòng)件和相應(yīng)的凸輪組合起來，就構(gòu)成了種類繁多的各種不同的凸輪機(jī)構(gòu)。86藤蔓課堂3按從動(dòng)件與凸輪保持接觸（即鎖合）的方式分類1）力鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)即依靠重力、彈簧力鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)，如圖3-6（a）、（b）、（c）所示。2）幾何鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)。如溝槽凸輪、等徑及等寬凸輪、共軛凸輪等，如圖3-6（d）、（e）、（f）所示，都是利用幾何形狀來鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)。（a）（b）（c）（d）（e）（f）圖3-6 鎖合方式（a）、（）、（b）、（）、（c）力鎖合；（）力鎖合；（d）、（）、（e）、（）、（f）形鎖合）形鎖合87藤蔓課堂3.2 凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和

37、從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)實(shí)際工作要求確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線。因此確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是凸輪設(shè)計(jì)的前提。3.2.1 平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和工作過程 如圖3-7所示為一偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件移動(dòng)導(dǎo)路至凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心的偏執(zhí)距離為。圖3-7 偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)（a）偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸機(jī)構(gòu)；（b）從動(dòng)件位移線圖88藤蔓課堂基圓：以凸輪的最小向徑為半徑所作的圓稱為基圓，基圓半徑用表示。推程運(yùn)動(dòng)角：如圖3-7所示，主動(dòng)件凸輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件被凸輪推動(dòng)，從 動(dòng)件的尖頂以一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律從最近位置到達(dá)最遠(yuǎn)位置，從動(dòng) 件位移

38、，這一過程稱為推程，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為推程運(yùn)動(dòng)角。遠(yuǎn)休止角：當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，由于凸輪的向徑?jīng)]發(fā)生變化，從動(dòng)件的尖 頂在最遠(yuǎn)位置劃過凸輪表面從點(diǎn)到點(diǎn)保持不動(dòng)，這一過程稱為 遠(yuǎn)停程，此時(shí)凸輪轉(zhuǎn)過的角度，稱為遠(yuǎn)休止角?；爻踢\(yùn)動(dòng)角：當(dāng)凸輪再繼續(xù)回轉(zhuǎn)，從動(dòng)件的尖頂以一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律從最遠(yuǎn)位 置回到最近位置，這一過程稱為回程，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為回 程運(yùn)動(dòng)角。近休止角：當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件的尖頂劃過凸輪表面從點(diǎn)回到點(diǎn)保 持不動(dòng)，這一過程稱為近停程，凸輪轉(zhuǎn)過的角度，稱為近休止 角。當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件又重復(fù)上述升停降停的運(yùn)動(dòng)循環(huán)。上述過程可以用從動(dòng)件的位移曲線圖來描述。以從動(dòng)件的位移s為縱坐標(biāo)，對應(yīng)的凸

39、輪轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，將凸輪轉(zhuǎn)角或時(shí)間與對應(yīng)的從動(dòng)件位移之間的函數(shù)關(guān)系用曲線表達(dá)出來的圖形稱為從動(dòng)件的位移線圖，如圖3-7（b）所示。89藤蔓課堂3.2.2 從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 從動(dòng)件上升或下降的速度為常數(shù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如圖3-8所示為從動(dòng)件勻速上升過程。由圖3-8可知，從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)開始和終止的瞬間，速度有突變，其加速度和慣性力在理論上為無窮大，致使凸輪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)、沖擊、噪聲和磨損，這種沖擊為剛性沖擊。因此，等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于低速、輕載的場合。圖3-8 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 90藤蔓課堂2等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 從動(dòng)件在推程過程中，前半程作等加速運(yùn)動(dòng)，后半程作等減速運(yùn)動(dòng)

40、，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通常加速度和減速度的絕對值相等，其運(yùn)動(dòng)線圖如圖3-9所示。同理，在回程過程中，前半程作等減速運(yùn)動(dòng)，后半程作等加速運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為等減速等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。由運(yùn)動(dòng)線圖可知，當(dāng)采用等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，在起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)時(shí)，加速度有突變，因而從動(dòng)件的慣性力也將有突變，不過這一突變?yōu)橛邢拗担?，凸輪機(jī)構(gòu)在這三個(gè)時(shí)間點(diǎn)引起的沖擊稱為柔性沖擊。與等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律相比，其沖擊程度大為減小。因此，等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中速的場合。圖3-9 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 91藤蔓課堂3余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 余弦加速度運(yùn)動(dòng)又稱為簡諧運(yùn)動(dòng)。因其加速度運(yùn)動(dòng)曲線為余弦曲線故稱余弦運(yùn)

41、動(dòng)規(guī)律，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)線圖如圖3-10所示。由加速度線圖可知，此運(yùn)動(dòng)規(guī)律在行程的始末兩點(diǎn)加速度存在有限突變，故也存在柔性沖擊，只適用于中速場合。但當(dāng)從動(dòng)件作無停歇的升降升連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，則得到連續(xù)的余弦曲線，柔性沖擊被消除，這種情況下可用于高速場合。圖3-10 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 92藤蔓課堂4正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律其加速度運(yùn)動(dòng)曲線為正弦曲線，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)線圖如圖3-11所示。從動(dòng)件按正弦加速度規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，在全行程中無速度和加速度的突變，因此不產(chǎn)生沖擊，適用于高速場合。以上介紹了從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)際生產(chǎn)中還有更多的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如復(fù)雜多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律、擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律等，了解從動(dòng)

42、件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，便于在凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)機(jī)器的工作要求進(jìn)行合理選擇。圖3-11 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 93藤蔓課堂3.3 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 在合理地選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律之后，根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件確定凸輪的結(jié)構(gòu)形式，確定凸輪轉(zhuǎn)向和基圓半徑等基本尺寸，就可設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線了。設(shè)計(jì)方法通常有圖解法和解析法。圖解法簡便易行、直觀，但作圖誤差大、精度低，適用于低速或?qū)膭?dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求不高的一般精度凸輪設(shè)計(jì)。對于精度要求高的高速凸輪、靠模凸輪等，則必須用解析法列出凸輪輪廓曲線的方程式，借助于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)精確地設(shè)計(jì)凸論輪廓。本節(jié)主要介紹圖解法。圖3-12 反轉(zhuǎn)法原理94藤蔓課堂3.3.2 偏置直

43、動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制 已知：從動(dòng)件的位移曲線圖如圖3-13（b）所示，偏距為，凸輪的基圓半徑，凸輪以等角速度順時(shí)針回轉(zhuǎn)，要求繪出此凸輪的輪廓。圖3-13 偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸 輪輪廓的繪制（a）“反轉(zhuǎn)法”繪制凸輪外輪廓曲線（b）從動(dòng)件位移線圖 95藤蔓課堂根據(jù)“反轉(zhuǎn)法”的原理，作圖步驟如下（見圖3-13）：（1）以與位移線圖相同的比例尺作出偏距圓（以為半徑的圓）和基圓，過偏距圓上任一點(diǎn)作偏距圓的切線作為從動(dòng)件導(dǎo)路，并與 基圓相交于點(diǎn)，該點(diǎn)也就是從動(dòng)件尖頂?shù)钠鹗嘉恢谩＃?）自開始沿的方向在基圓上畫出推程運(yùn)動(dòng)角、遠(yuǎn)休止角、回程運(yùn)動(dòng)角、近休止角，并在相應(yīng)段與位移線圖劃分出若干等份，得、

44、點(diǎn)。（3）過各分點(diǎn)、向偏距圓做切線，作為從動(dòng)件反轉(zhuǎn)后的導(dǎo)路線。（4）在以上的導(dǎo)路線上，從基圓上的點(diǎn)、開始向外量取相應(yīng)的位 移量，即取、得反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)囊幌盗形恢?、。?）將、點(diǎn)連成光滑的曲線，便得到所要求的凸輪輪廓，如圖3-12（a）所示。96藤蔓課堂3.3.3 直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形 凸輪輪廓的繪制 若從動(dòng)件為滾子從動(dòng)件，則可把滾子中心看作尖頂，其運(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線，凸輪的實(shí)際輪廓曲線是與理論輪廓曲線相距滾子半徑rT的一條等距曲線，應(yīng)注意的是，凸輪的基圓是指理論輪廓線上的基圓，如圖3-14所示。圖3-14 直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制97藤蔓課堂3.4 凸輪設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題 設(shè)計(jì)凸

45、輪機(jī)構(gòu)時(shí)，不僅要保證從動(dòng)件能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還要求整個(gè)機(jī)構(gòu)傳力性能良好、結(jié)構(gòu)緊湊。這些要求與凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角、基圓半徑、滾子半徑等因素相關(guān)。3.4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角問題 如圖3-15所示為凸輪機(jī)構(gòu)在推程中某瞬時(shí)位置的情況，為作用在從動(dòng)件上的外載荷，在忽略摩擦的情況下，則凸輪作用在從動(dòng)件上的力將沿著接觸點(diǎn)處的法線方向。此時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)中凸輪對從動(dòng)件的作用力（法向力）方向與從動(dòng)件上受力點(diǎn)速度方向所夾的銳角即為機(jī)構(gòu)在該瞬時(shí)的壓力角，如圖3-15所示。將力正交分解為沿從動(dòng)件軸向和徑向兩個(gè)分力，即1cosFF2sinFF圖3-15 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 98藤蔓課堂3.4.2 基圓半徑的確定 從傳動(dòng)效率

46、來看，壓力角越小越好，但壓力角減小將導(dǎo)致凸輪尺寸增大。由圖3-15得壓力角的計(jì)算公式220darctansedres 顯然F1是推動(dòng)從動(dòng)件移動(dòng)的有效分力，隨著的增大而減?。籉2是引起導(dǎo)路中摩擦阻力的有害分力，隨著的增大而增大。當(dāng)增大到一定數(shù)值時(shí)，由是引起的摩擦阻力超過有效分力F1，此時(shí)凸輪將無法推動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。可見，從傳力合理、提高傳動(dòng)效率來看，壓力角越小越好。通常設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，要提出壓力角條件，即 或者 。一般情況下，推程時(shí)對直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)許用壓力角 ，對擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)許用壓力角 ；作回程運(yùn)動(dòng)時(shí) 。max min 3040 4050 708099藤蔓課堂其中，“-”為

47、導(dǎo)路在凸輪軸的右側(cè)，“+”為導(dǎo)路在凸輪軸的左側(cè)。顯然，如果從動(dòng)件位移s已給定，代表運(yùn)動(dòng)規(guī)律的 也是定值，則增大基圓半徑 ，會(huì)減小機(jī)構(gòu)的壓力角，但凸輪上各點(diǎn)對應(yīng)的向徑也增大，凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸也會(huì)增大；反之，減小基圓半徑 ，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊了，但機(jī)構(gòu)的壓力角卻增大了，機(jī)構(gòu)效率降低，容易引起自鎖。由此可以清楚地看到基圓半徑對壓力角的影響。因此實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了獲得緊湊的結(jié)構(gòu)，一般是在保證凸輪推程輪廓的最大壓力角不超過許用值即 的前提下，選取盡可能小的基圓半徑，以縮小凸輪的尺寸。m ax3.4.3 滾子半徑的選擇滾子從動(dòng)件凸輪的實(shí)際輪廓曲線，是以理論輪廓上各點(diǎn)為圓心作一系列滾子圓的包絡(luò)線而形成，滾子選擇不當(dāng)

48、，則無法滿足運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如圖3-16所示。（a）（b）（c）（d）（a）內(nèi)凹的凸輪輪廓曲線；（b）外凸的凸輪輪廓曲（c）變尖的凸輪輪廓曲線；（d）失真的凸輪輪廓曲線dsd0r0r100藤蔓課堂1)內(nèi)凹的凸輪輪廓曲線 如圖3-16（a）所示，若 為理論輪廓曲率半徑；為實(shí)際輪廓曲率半徑，為滾子半徑，則 。無論滾子半徑大小如何，則總能做出實(shí)際輪廓曲線。2)外凸的凸輪輪廓曲線 如圖3-16（b）、（c）、（d）所示，由于 ，所以當(dāng) 時(shí)，實(shí)際輪廓為平滑曲線。若 ，實(shí)際輪廓出現(xiàn)尖點(diǎn)，易磨損；若 ，則，實(shí)際輪廓出現(xiàn)交叉，加工時(shí)，交叉部分被切除，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失真。綜上所述，為使凸輪機(jī)構(gòu)正常工作應(yīng)保證理論輪廓的最小曲

49、率半徑minrT，即min-rT0。Tr Tr TrTr0 Tr0Tr101藤蔓課堂第四章 齒輪機(jī)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)：瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)；效率高；壽命長，工作可靠；結(jié)構(gòu)緊湊，適用的圓周速度和功率范圍大。缺點(diǎn)：制造和安裝精度高，成本高；低精度齒輪會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)；不適宜遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。4.1.1 4.1.1 齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)4.1 齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和類型齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和類型102藤蔓課堂4.1.2 4.1.2 齒輪機(jī)構(gòu)的類型齒輪機(jī)構(gòu)的類型交錯(cuò)軸交錯(cuò)軸交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)相交軸相交軸錐齒輪機(jī)構(gòu)錐齒輪機(jī)構(gòu)直齒直齒曲齒曲齒平行軸平行軸直齒直齒斜齒斜齒人字齒人

50、字齒外嚙合外嚙合內(nèi)嚙合內(nèi)嚙合齒輪齒條齒輪齒條按輪齒方向分按輪齒方向分按兩軸的相對位置按兩軸的相對位置按嚙合方式分按嚙合方式分103藤蔓課堂按齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的工作條件可分為：按齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的工作條件可分為：（1）開式齒輪機(jī)構(gòu)開式齒輪機(jī)構(gòu)：齒輪是外露的，結(jié)構(gòu)簡單，但由于易落入灰砂和不能保證良好的潤滑，輪齒極易磨損，為克服此缺點(diǎn)，常加設(shè)防護(hù)罩。多用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械以及簡易機(jī)械設(shè)備中的低速齒輪。（2）閉式齒輪機(jī)構(gòu)閉式齒輪機(jī)構(gòu)：齒輪密閉于剛性較大的箱殼內(nèi)，潤滑條件好，安裝精確，可保證良好的工作，應(yīng)用較廣。如機(jī)床主軸箱中的齒輪、齒輪減速器等。按輪齒齒面硬度，齒輪機(jī)構(gòu)可分為按輪齒齒面硬度，齒輪機(jī)構(gòu)可分為：

51、（1）軟齒面齒輪機(jī)構(gòu)軟齒面齒輪機(jī)構(gòu)：兩齒輪之一或兩齒輪齒面硬度350HBS的齒輪傳動(dòng)。（2）硬齒面齒輪機(jī)構(gòu)硬齒面齒輪機(jī)構(gòu)：齒面硬度350HBS的齒輪傳動(dòng)。按齒輪齒廓曲線的形狀分，齒輪機(jī)構(gòu)可分為漸開線、擺線和圓弧齒輪三種，其中漸開線齒輪應(yīng)用廣泛。104藤蔓課堂4.2 漸開線的形成和基本性質(zhì)漸開線的形成和基本性質(zhì) 4.2.1 4.2.1 漸開線的形成漸開線的形成 一直線沿一圓周作純滾動(dòng)時(shí)，直線上任意點(diǎn)的軌跡稱為漸開線。4.2.2 4.2.2 漸開線的性質(zhì)漸開線的性質(zhì) 1）發(fā)生線沿基圓滾過的長度等于基圓上被滾過的弧長，即NK=NA（2）發(fā)生線NK是漸開線K點(diǎn)的法線（漸開線的法線必切于基圓）N是漸開線

52、K點(diǎn)的曲率中心；NK是漸開線K點(diǎn)的曲率半徑；離圓心越遠(yuǎn)，曲率半徑越大，漸開線越平緩。22kkbNKrr漸開線的形成漸開線的形成105藤蔓課堂 3）漸開線各點(diǎn)的壓力角不等，離圓心越遠(yuǎn)，壓力角越大。kbrcosrk 4）漸開線的形狀取決于基圓的大小?；鶊A相同，漸開線形狀相同；基圓小，漸開線彎曲；基圓大，漸開線平緩；基圓無窮大，漸開線變成直線。壓力角（展角）相同時(shí)：kbktanNKr5）基圓內(nèi)無漸開線。106藤蔓課堂4.2.3 漸開線的方程式漸開線的方程式 漸開線的極坐標(biāo)參數(shù)方程漸開線函數(shù)：invk=k=tankk)(tankkbkb rrkbkcos/rr kkktanNK=NA（因?yàn)?07藤蔓課

53、堂 證明證明 漸開線上任一點(diǎn)的法線必切于基圓 兩漸開線齒廓接觸點(diǎn)K的公法線nn 必同時(shí)切于兩個(gè)基圓，即為兩基圓的內(nèi)公切線N1N2 當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)向一定時(shí)，無論兩齒廓在何處接觸（K，K），其公法線均與同一內(nèi)公切線N1N2重合 nn 與連心線的交點(diǎn)P 為定點(diǎn)得證。4.2.4 漸開線齒廓嚙合基本定律漸開線齒廓嚙合基本定律 (一)漸開線齒廓能實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)122211 O PrirO P即常數(shù) 意義意義 漸開線齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)、準(zhǔn)確。b212221b11 rO PrirrO P108藤蔓課堂注意：節(jié)圓是一對齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的，所以單個(gè)齒輪沒有節(jié)圓，注意：節(jié)圓是一對齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的，所以單個(gè)齒輪沒有節(jié)圓，也不

54、存在節(jié)點(diǎn)。也不存在節(jié)點(diǎn)。4.2.5 漸開線齒廓嚙合的特點(diǎn)漸開線齒廓嚙合的特點(diǎn) （1）嚙合線為一條不變的直線）嚙合線為一條不變的直線 （2）傳力方向不變）傳力方向不變 （3）漸開線齒輪中心距的可變性）漸開線齒輪中心距的可變性 分度圓與節(jié)圓、壓力角與嚙合角的區(qū)別：就單獨(dú)一分度圓與節(jié)圓、壓力角與嚙合角的區(qū)別：就單獨(dú)一個(gè)齒輪而言，只有分度圓和壓力角，而無節(jié)圓和嚙合角；個(gè)齒輪而言，只有分度圓和壓力角，而無節(jié)圓和嚙合角；只有當(dāng)一對齒輪互相嚙合時(shí)，才有節(jié)圓和嚙合角；當(dāng)一只有當(dāng)一對齒輪互相嚙合時(shí)，才有節(jié)圓和嚙合角；當(dāng)一對標(biāo)準(zhǔn)齒輪嚙合時(shí)，分度圓是否與節(jié)圓重合，壓力角與嚙對標(biāo)準(zhǔn)齒輪嚙合時(shí)，分度圓是否與節(jié)圓重合，壓

55、力角與嚙合角是否相等，取決于兩齒輪是否為標(biāo)準(zhǔn)安裝。如果標(biāo)準(zhǔn)合角是否相等，取決于兩齒輪是否為標(biāo)準(zhǔn)安裝。如果標(biāo)準(zhǔn)安裝，則兩圓重合、兩角相等；否則均不相等。安裝，則兩圓重合、兩角相等；否則均不相等。109藤蔓課堂o4.3.1 齒輪各部分的名稱和符號齒輪各部分的名稱和符號齒頂圓ra，da齒根圓rf，df齒 厚任意圓齒厚 sk分度圓齒厚 s齒槽寬任意圓齒槽寬ek分度圓齒槽寬 e齒 距任意圓齒距 pk=sk+ek分度圓齒距 p=s+e分度圓r，d齒頂，齒頂高h(yuǎn)a齒根，齒根高h(yuǎn)f齒全高h(yuǎn)=ha+hf基圓rb，dbrhahfhrbBppbseskekrfpkra標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱外齒輪標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱外齒輪基圓齒距pb

56、、4.3 4.3 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪rk110藤蔓課堂1）齒數(shù)z 齒輪分度圓直徑 d、齒數(shù)z和齒距p間的關(guān)系為d=zp，d=zp/。為便于設(shè)計(jì)、計(jì)算、制造和檢驗(yàn)，令 p/=m，m稱為齒輪的模數(shù)，其單位為mm，已標(biāo)準(zhǔn)化（表4-2標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列），它是決定齒輪大小的主要參數(shù)之一，d=mz。4）齒頂高系數(shù) ha*齒頂高h(yuǎn)a=ha*m 5）頂隙系數(shù) c*齒根高h(yuǎn)f=(ha*+c*)m 3）壓力角 即分度圓壓力角，規(guī)定其標(biāo)準(zhǔn)值為=20。它是決定齒輪齒廓形狀的主要參數(shù)?；緟?shù)基本參數(shù)齒制ha*c*正常齒制10.25短齒制0.80.3 2）模數(shù)m111藤蔓課堂4.3.2 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓

57、柱齒輪的基本參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算。為標(biāo)準(zhǔn)值，且、標(biāo)準(zhǔn)齒輪：eschma齒頂圓直徑 da=d+2 ha=(z+2ha*)m齒根圓 df=d-2 hf=(z-2ha*-c*)m齒厚與齒槽寬 s=e=m/2齒距 p=m分度圓直徑 d=mz齒頂高 ha=ha*m齒根高 hf=(ha*+c*)m齒全高 h=ha+hf=(2 ha*+c*)m基圓 db=dcos基圓齒距與法向齒距 pb=pn=pcos112藤蔓課堂113藤蔓課堂4.4 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)4.4.1 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪

58、的正確嚙合條件2b1b2211 ppKKKK2211coscosmm 正確嚙合：為實(shí)現(xiàn)連續(xù)傳動(dòng)，前后兩對齒應(yīng)能同時(shí)在嚙合線上接觸，而不會(huì)相離或重疊。即，兩輪相鄰兩齒同側(cè)齒廓沿公法線的距離應(yīng)相等正確嚙合條件：模數(shù)相等,壓力角相等2121 mmm12121b2b121221coscos zzrrrrrrCOCOi114藤蔓課堂1221/2semse121212()2marrrrzz4.4.2 漸開線齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距漸開線齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距 一對漸開線外嚙合標(biāo)準(zhǔn)齒輪，如果安裝正確，在理論上是沒有齒側(cè)間隙（簡稱側(cè)隙）的。否則，兩輪在嚙合過程中就會(huì)發(fā)生沖擊和噪聲，正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)還會(huì)出現(xiàn)空程。而標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確安

59、裝，實(shí)現(xiàn)無側(cè)隙嚙合的條件是：因此正確安裝的兩標(biāo)準(zhǔn)齒輪，兩分度圓正好相切，節(jié)圓和分度圓重合，這時(shí)的中心距稱為標(biāo)準(zhǔn)中心距（簡稱中心距），用a表示，見圖4-7所示，即115藤蔓課堂4.4.3 連續(xù)傳動(dòng)條件連續(xù)傳動(dòng)條件 一對輪齒的嚙合過程 起始嚙合點(diǎn)B2 ，終止嚙合點(diǎn)B1 極限嚙合點(diǎn)N1 ，極限嚙合點(diǎn)N2 實(shí)際嚙合線段B1 B2，極限嚙合線段N1N2 連續(xù)傳動(dòng)條件 當(dāng)前一對齒在B1點(diǎn)將要脫離嚙合時(shí)，后一對齒正好或已經(jīng)從B2點(diǎn)進(jìn)入嚙合。即滿足B1B2pb。重合度12b1B Bp 重合度越大，表示同時(shí)嚙合的齒對數(shù)越多或多對齒嚙合的時(shí)間越長，齒輪傳動(dòng)越平穩(wěn)，承載能力越高。116藤蔓課堂117藤蔓課堂4.5

60、漸開線齒輪的加工原理與根切現(xiàn)象漸開線齒輪的加工原理與根切現(xiàn)象1.1.仿形法（成形法）仿形法（成形法）原理：刀具刃形與被加工齒輪的齒槽形狀相同。機(jī)床：普通銑床。刀具：圓盤銑刀、指形銑刀。運(yùn)動(dòng)：切削運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、分度運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：精度低、生產(chǎn)率低。應(yīng)用：單件及低精度齒輪加工。刀具的選擇與m、z有關(guān)，每一種模數(shù)有8把銑刀。1 1 12121313 2 2 14141616 3 3 17172020 4 4 21212525 5 5 26263434 6 6 35355454 7 7 5555134134 8 8 13135 5 刀號 加工齒數(shù) 每把刀的刀刃形狀，按它加工范圍內(nèi)最少齒數(shù)的齒輪齒形來設(shè)計(jì)

61、，故加工其它齒數(shù)的齒輪時(shí)存在理論誤差。4.5.1 漸開線齒輪的加工原理漸開線齒輪的加工原理仿形法仿形法加工加工118藤蔓課堂2.2.展成法（包絡(luò)法、展成法（包絡(luò)法、范成法）范成法）原理：一對齒輪嚙合時(shí)其共軛齒廓互為包絡(luò)線。如將一個(gè)齒輪做成刀具(刃形是漸開線)，并與齒坯仿照一對齒輪嚙合進(jìn)行相對運(yùn)動(dòng)(i12=1/2=z2/z1)，則加工出的齒輪必然是漸開線齒輪。（一）齒輪插刀機(jī)床：插齒機(jī)運(yùn)動(dòng)：展成運(yùn)動(dòng) i12=1/2=z2/z1切削運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 讓刀運(yùn)動(dòng)齒輪插刀插齒齒輪插刀插齒特點(diǎn)：精度高，生產(chǎn)率較低。應(yīng)用：加工單個(gè)或多聯(lián)直齒輪。119藤蔓課堂（二）齒條插刀機(jī)床：插齒機(jī)運(yùn)動(dòng)：展成運(yùn)動(dòng) v1=2

62、r2=2 mz2/2切削運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 讓刀運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：精度高，生產(chǎn)率較低。應(yīng)用：加工單個(gè)或多聯(lián)直齒輪。展成原理演示展成原理演示120藤蔓課堂（三）齒輪滾刀機(jī)床：滾齒機(jī)運(yùn)動(dòng)：展成運(yùn)動(dòng) i12=1/2=z2/z1切削運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：精度較高，生產(chǎn)率高。應(yīng)用：加工直齒輪、斜齒輪、蝸輪及齒輪軸。齒輪滾刀滾齒齒輪滾刀滾齒121藤蔓課堂展成法總結(jié)：展成法總結(jié)：漸開線齒廓及齒輪基本參數(shù)的保證漸開線齒廓及齒輪基本參數(shù)的保證漸開線齒廓：靠刀具和展成運(yùn)動(dòng)i12=1/2=z2/z1保證；齒數(shù)z：靠刀具，及調(diào)整機(jī)床改變傳動(dòng)比i12=1/2=z2/z1保證；模數(shù)m：靠刀具和展成運(yùn)動(dòng) i12=1/2=z2/z1保證；

63、壓力角：靠刀具和展成運(yùn)動(dòng) i12=1/2=z2/z1保證；齒頂高系數(shù)h*a：靠刀具和控制徑向進(jìn)刀量保證；齒頂高系數(shù)c*：靠刀具和控制徑向進(jìn)刀量保證；用同一把齒輪刀具，通過調(diào)節(jié)i12，可以加工出相同模數(shù)和壓力角，不同齒數(shù)的齒輪（包括標(biāo)準(zhǔn)齒輪、變位齒輪）。122藤蔓課堂根切現(xiàn)象用展成法加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)，有時(shí)會(huì)將齒根部正常的漸開線齒廓切去一部分。根切后果輪齒彎曲強(qiáng)度和重合度降低。一、根切現(xiàn)象與不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)一、根切現(xiàn)象與不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)根切原因圖示為用齒條刀具加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)情況，刀具中線與齒輪分度圓相切，NP為嚙合線，N點(diǎn)為極限嚙合點(diǎn)，B點(diǎn)為齒條頂線與嚙合線的交點(diǎn)，即終止嚙合點(diǎn)。因?yàn)榛鶊A以內(nèi)

64、無漸開線，故當(dāng)終止嚙合點(diǎn)B高于極限嚙合點(diǎn)N1時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生根切。根切的產(chǎn)生根切的產(chǎn)生123藤蔓課堂標(biāo)準(zhǔn)齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)要避免根切，刀具的齒項(xiàng)線不得超過N點(diǎn)，即*ah mNM120*ah、17minz時(shí)8.020*ah、14minz時(shí)22sinsinsin2mzNMPNr而*2*min22 sin2 sinaah mzh mz整理后得124藤蔓課堂4.5.3 公法線長度和固定弦齒厚公法線長度和固定弦齒厚 公法線長度：是指齒輪千分尺跨過k個(gè)齒所量得的齒廓間的法向距離。用途：測量公法線長度的方法來檢驗(yàn)齒輪的精度，以控制輪齒齒側(cè)間隙公差 如何計(jì)算公法線長度呢？如圖所示，設(shè)千分尺與齒廓相切于A、B

65、兩點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)在分度圓上，設(shè)跨齒數(shù)為k，則AB兩點(diǎn)的距離AB即為所測得的公法線長度，用Wk表示。125藤蔓課堂Kbb(1)Wkps測量公法線長度只需要普通的卡尺或?qū)Ｓ玫墓ň€千分尺，測量方法簡便，測量公法線長度只需要普通的卡尺或?qū)Ｓ玫墓ň€千分尺，測量方法簡便，結(jié)果準(zhǔn)確，在齒輪加工中應(yīng)用比較廣泛。標(biāo)準(zhǔn)齒輪的公法線長度計(jì)算公式結(jié)果準(zhǔn)確，在齒輪加工中應(yīng)用比較廣泛。標(biāo)準(zhǔn)齒輪的公法線長度計(jì)算公式為為根據(jù)漸開線的性質(zhì)可得出根據(jù)漸開線的性質(zhì)可得出 2.9521(0.5)0.014Wmkz126藤蔓課堂分度圓弦齒厚分度圓弦齒厚 測量公法線長度，對于某些齒寬較小的斜齒圓柱齒輪將無法測量；對于大模數(shù)齒輪，測量

66、也有困難；此外，還不能用于檢測錐齒輪和蝸輪。在這種情況下，通常改測齒輪的分度圓弦齒厚。分度圓上的齒厚對應(yīng)的弦長 稱為分度圓弦齒厚，用 表示，如圖4-14所示。為了確定測量位置，把齒頂?shù)椒侄葓A弦齒厚的徑向距離稱為分度圓弦齒高，用表示。標(biāo)準(zhǔn)齒輪分度圓弦齒厚和弦齒高的計(jì)算公式分別為ABs90sinsmzz*901-cos2azhm hz 測量分度圓弦齒厚是以齒頂圓為基準(zhǔn)的，測量的結(jié)果必然會(huì)受到齒頂圓誤差的影響，而公法線長度測量與齒頂圓無關(guān)。127藤蔓課堂4.6 漸開線變位直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)4.6.1 概述概述 標(biāo)準(zhǔn)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算簡單，互換性好。但標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)仍存在著一些局限性：（1）為了避免加工時(shí)發(fā)生根切，標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)必須大于或等于最少齒數(shù)Zmin。（2）標(biāo)準(zhǔn)齒輪不適用于實(shí)際中心距 不等于標(biāo)準(zhǔn)中心距 的場合；（3）一對互相嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，小齒輪的抗彎能力比大齒輪低。變位齒輪可避免以上標(biāo)準(zhǔn)齒輪的缺點(diǎn)aa變位齒輪變位齒輪:改變刀具與齒坯相對位置后切制出來的齒輪。改變刀具與齒坯相對位置后切制出來的齒輪。變位量：刀具移動(dòng)的距離變位量：刀具移動(dòng)的距離xm變位系數(shù)：變位系數(shù)：x正變位：刀具遠(yuǎn)離輪心的變位