机械设计基础教学市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

绪绪 论论01 01 引引 言言机器：机器：产生：是人类为了提升劳动生产率而创造出来主要工具。产生：是人类为了提升劳动生产率而创造出来主要工具。标志：使用机器进行生产水平是衡量一个国家技术水平和当代标志：使用机器进行生产水平是衡量一个国家技术水平和当代化程度主要标志之一。化程度主要标志之一。发展：大量新机器也从传统纯机械系统，演变成机电一体化机发展：大量新机器也从传统纯机械系统，演变成机电一体化机械设备。机器设计、制造进入了智能化新阶段。机器设计制造周械设备。机器设计、制造进入了智能化新阶段。机器设计制造周期越来越短，对机器性能、质量要求也越来越高，个性化要求越期越来越短，对机器性能、质量要求也越来越高，个性化要求越来越多，机械产品向着高速、精密、重载、智能等方面发展。来越多，机械产品向着高速、精密、重载、智能等方面发展。学习目标：机学习目标：机械种类繁多，性能、用途各异，不过他们有共同械种类繁多，性能、用途各异，不过他们有共同特征，我们从它特征出发，剖析其结构，研究其组成原理，以到特征，我们从它特征出发，剖析其结构，研究其组成原理，以到达掌握、利用目标。达掌握、利用目标。第1页机械设计基础第2页02 02 机器组成及其特征机器组成及其特征一一、举例说明、举例说明单缸内燃机单缸内燃机 颚式破碎机颚式破碎机 第3页二二、基本概念、基本概念1 1、机器特征：、机器特征：（1 1）都是人为实物组合；）都是人为实物组合；（2 2）组成机器各实物之间含有确定相对运动；）组成机器各实物之间含有确定相对运动；（3 3）能实现能量转换或完成有用机械功。）能实现能量转换或完成有用机械功。2 2、机构：、机构：（1 1）都是人为实物组合；）都是人为实物组合；（2 2）组成机器各实物之间含有确定相对运动；）组成机器各实物之间含有确定相对运动；注意：机构与机器联络与区分注意：机构与机器联络与区分3 3、机械：机器与机构总称、机械：机器与机构总称3 3、构件：机器或机构中最小运动单元、构件：机器或机构中最小运动单元4 4、零件：机器或机构中最小制造单元、零件：机器或机构中最小制造单元注意：构件与零件联络与区分注意：构件与零件联络与区分第4页第5页关系：关系：零件零件 构件构件 机构机构 机器机器组成组成组成组成组成组成机械机械6 6机器其它内容：机器其它内容：（1 1）、）、原动机原动机传动部分传动部分执行部分执行部分辅助系统辅助系统控制系统控制系统（2 2）、机器是执行机械传动装置，用来变换或传递能量、物料、）、机器是执行机械传动装置，用来变换或传递能量、物料、信息，以代替或减轻人体力和脑力劳动信息，以代替或减轻人体力和脑力劳动（3 3）、按用途分：动力机器，加工机器，运输机器）、按用途分：动力机器，加工机器，运输机器 （4 4）、自动机，自动线）、自动机，自动线第6页（5 5）、机构类型：惯用机构，液压机构，气压机构等）、机构类型：惯用机构，液压机构，气压机构等（6 6）、零件类型：通用零件，专用零件）、零件类型：通用零件，专用零件（7 7）、部件：协同工作且完成共同任务零件组合）、部件：协同工作且完成共同任务零件组合 通用部件：轴承，联轴器等通用部件：轴承，联轴器等 专用部件：汽车转向器专用部件：汽车转向器 第7页03 03 机械设计基本要求及普通程序机械设计基本要求及普通程序一一、机械设计基本要求机械设计基本要求1 1、预定功效要求、预定功效要求:设计基本出发点设计基本出发点功效要求：设计机器功用和性能指标（运动性能，动力性能，技术功效要求：设计机器功用和性能指标（运动性能，动力性能，技术指标，外形结构要求）指标，外形结构要求）必需正确选择机器工作原理、机构类型和机械传动方案必需正确选择机器工作原理、机构类型和机械传动方案2 2、安全可靠与强度、寿命要求、安全可靠与强度、寿命要求:机器正常工作必要条件机器正常工作必要条件3 3、经济性要求、经济性要求:成本低，效率高，维护方便等成本低，效率高，维护方便等综合性能指标：与设计，制造，使用都相关综合性能指标：与设计，制造，使用都相关良好工艺，合理选材，尽可能三化（零件标准化，部件通用化，产良好工艺，合理选材，尽可能三化（零件标准化，部件通用化，产品系列化）品系列化）4 4、操作使用要求、操作使用要求:操作简单，劳动强度低，环境保护操作简单，劳动强度低，环境保护5 5、其它特殊要求（汽车安全性要求）。、其它特殊要求（汽车安全性要求）。第8页二二、机械设计普通程序机械设计普通程序1 1、提出和制订产品设计任务书、提出和制订产品设计任务书需求需求-确定功效指标确定功效指标-分析可能性分析可能性制订设计任务书（产品用途，制订设计任务书（产品用途，技术经济指标，使用条件，设计负担着，设计周期）技术经济指标，使用条件，设计负担着，设计周期）2 2、总体方案设计、总体方案设计设计任务书设计任务书调查研究调查研究工作原理工作原理总体设计方案总体设计方案论证可行性论证可行性绘制机构简图绘制机构简图3 3、技术设计、技术设计总体方案总体方案确定结构尺寸（结构设计，工作能力计算）确定结构尺寸（结构设计，工作能力计算）-画图画图零件设计步骤：零件设计步骤：确定类型结构确定类型结构受力分析受力分析失效分析失效分析选材选材尺寸设计尺寸设计结构设计结构设计绘图绘图4 4、样机试制与判定、样机试制与判定5 5、产品正式投产、产品正式投产第9页04 04 机械设计基础课程内容、性质和任务机械设计基础课程内容、性质和任务一、课程内容一、课程内容惯用机构和通用零部件工作原理，运动特点、结构特点、基本设惯用机构和通用零部件工作原理，运动特点、结构特点、基本设计理论和计算方法。计理论和计算方法。二、课程性质二、课程性质性质：技术基础课性质：技术基础课作用：承上启下作用：承上启下特点：科学性，综合性，实践性特点：科学性，综合性，实践性三、课程任务三、课程任务1.1.了解惯用机构结构，运动特征，初步含有分析和设计惯用机构了解惯用机构结构，运动特征，初步含有分析和设计惯用机构能力。能力。2.2.掌握通用零件工作原理、结构特点、设计计算和维护等知识。并掌握通用零件工作原理、结构特点、设计计算和维护等知识。并初步含有设计简单机械传动装置能力。初步含有设计简单机械传动装置能力。3.3.含有利用标准，规范，手册，查阅相关技术资料能力。含有利用标准，规范，手册，查阅相关技术资料能力。4.4.取得本学科试验技能初步训练。取得本学科试验技能初步训练。5.5.经过本课程学习为后续专业课程打好基础。经过本课程学习为后续专业课程打好基础。第10页第一章 平面机构运动简图及自由度4.机构自由度计算3.机构运动简图画法2.机构含有确定相对运动条件1.平面机构组成平面机构：各构件在同一平面或相互平行平面内运动空间机构：各构件不完全在同一平面或相互平行平面 内运动第11页1-1 平面机构组成 一、机构组成与分类1、概念：机构是含有确定相对运动构件组合 构件：机构中（最小）运动单元 一个或若干个零件刚性联接而成 第12页2、机架：固定不动构件 原动件：输入运动规律构件 从动件：其它活动构件3、平面机构：各构件相对运动平面相互平行 空间机构：蜗杆传动 曲柄滑块机构第13页二、自由度二、自由度 一个作平面运动自由构件有三个独立运动可能性。构件所含有这种独立运动数目称为构件自由度。所以一个作平面运动自由构件有三个自由度。但当这些构件之间以一定方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是自由构件。两相互接触构件间只能作一定相对运动，自由度降低。这种对构件独立运动所施加限制称为约束。第14页三、运动副及其分类概念：使两构件直接接触并能产生一定相对运动可动联接类型：（一）低副 两构件经过面接触而组成运动副称为低副。依据两构件间相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。1.转动副（或铰链）两构件只能在一个平面内作相对转动限制两个自由度：（两个移动）保留一个自由度（转动）第15页2.移动副 两构件只能沿某一方向作相对移动运动副称为移动副。限制两个自由度：（一个移动，一个转动）保留一个自由度（移动）第16页(二）高副 两构件经过点或线接触组成运动副称为高副。限制一个自由度：（一个移动）保留两个自由度（一个移动，一个转动）第17页1-2 平面机构运动简图 1 1、机构运动简图：、机构运动简图：简明表示机构各构件之间相对运动关系图形 （按百分比，用特定符号和线条）和运动相关：运动副类型、数目、相对位置、构件数目 和运动无关：构件外形、截面尺寸、组成构件零件数目、运动副详细结构2 2、机构示意图：、机构示意图：只需表明机构运动传递情况和结构特征，无须按严格百分比所画图形第18页2 2、惯用机构和运动副表示方法：、惯用机构和运动副表示方法：第19页1、运动副符号转动副：移动副：齿轮副：第20页凸轮副：2、构件（杆）：第21页3、绘机构运动简图步骤 1）分析机构，观察相对运动，数清全部构件数目；2）确定全部运动副类型和数目；3）选择合理位置（即能充分反应机构特征）；4）确定百分比尺；5）用要求符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)）第22页例 试绘制内燃机机构运动简图第23页第24页1-3 1-3 平面机构自由度平面机构自由度 一一、平面机构自由度计算平面机构自由度计算 机构自由度：机构中活动构件相对于机架所含有独立机构自由度：机构中活动构件相对于机架所含有独立 运动运动数目。（与构件数目，运动副类型和数目相关）数目。（与构件数目，运动副类型和数目相关）n n个活动构件：自由度为个活动构件：自由度为3n3n。P PL个低副：个低副：限制限制 2P 2PL L个自由度个自由度 P PH H个高副：个高副：限制限制 P PH H 个自由度个自由度 所以，该机构相对于固定构件自由度数应为活动构件所以，该机构相对于固定构件自由度数应为活动构件自由度数与引入运动副降低自由度数之差，该差值称为机自由度数与引入运动副降低自由度数之差，该差值称为机构自由度，并以构自由度，并以F F表示，表示，F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H第25页F=3n-2PL-PH=3*7-2*8-4=1第26页F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=1第27页F=3n-2PL-PHF=3n-2PL-PH=3*5-2*6-0=3*5-2*6-0=3=3（错）（错）F=3n-2PL-PHF=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=3*5-2*7-0=1=11.1.复合铰链：两个以上个构件在同一条轴线上形成转动副复合铰链：两个以上个构件在同一条轴线上形成转动副由由K K个构件组成复合铰链包含转动副数目应为（个构件组成复合铰链包含转动副数目应为（K-1K-1）个）个 二二 注意事项注意事项 第28页3 3、虚约束、虚约束 重复而不起独立限制作用约束称为虚约束虚约束。计算机构自由度时，虚约束应除去不计。(1)、两构件组成多个导路平行移动副，F=3n-2PL-PH=3*3-2*5-0=-1（错）(2)、两构件组成多个轴线相互重合转动副（见书上1-10（b）图）F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1（正确）第29页机车车轮联动机构机车车轮联动机构第30页(3)、机构中存在对传递运动不起独立作用对称部分 为虚约束F=3n-2PL-PH=3*3-2*3-2=1（行星轮系、固定3）F=3n-2PL-PH=3*4-2*4-2=2（差动轮系）第31页4、轨迹重合：在机构中，若被联接到机构上构件，在联接点处运动轨迹与机构上该点运动轨迹重合时，该联接引入约束是虚约束，F=3n-2PL-PH=3*4-2*6-0=0F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1虚约束作用：对机构运动无关，但能够改进机构受力情况，增强机构工作稳定性 第32页F=3n-2PL-PH=3*3-2*3-1=2(错）F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1（正确）多出自由度是滚子2绕其中心转动带来局部自由度，它并不影响整个机构运动，在计算机构自由度时，应该除掉。2、局部自由度 在机构中，一些构件含有不影响其它构件运动自由度第33页F=3n-2PL-PH=3*7-2*9-1=2（注意凸轮）第34页F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1（其中一个滑块为虚约束）（注意不是复合铰链）第35页图示为一简易冲床设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理，图示为一简易冲床设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理，则绘出修改后机构运动简图。则绘出修改后机构运动简图。第36页三三、平面机构含有确定相对运动条件平面机构含有确定相对运动条件F0，构件间无相对运动，不成为机构。F0,原动件数=F，运动确定原动件数F，机构破坏机构要能运动，它自由度必须大于零。机构自由度表明机构含有独立运动数。因为每一个原动件只可从外界接收一个独立运动规律（如内燃机活塞含有一个独立移动）所以，当机构自由度为1时，只需有一个原动件；当机构自由度为2时，则需有两个原动件。故机构含有确定运动条件是：原动件数目应等于机构自由度数目。第37页试计算图示挖土机自由度，并说明为何要配置三个油缸。试计算图示挖土机自由度，并说明为何要配置三个油缸。F=3n-2PL-PH=3*3-2*3-0=3第38页油泵F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1第39页四四、计算平面机构自由度实用意义计算平面机构自由度实用意义1 1 判定机构运动设计方案是否合理判定机构运动设计方案是否合理2 2 修改设计方案修改设计方案（1 1）F=0:F=0:增加一构件带进一平面低副增加一构件带进一平面低副（2 2）F F原动件数目：增加一构件带进两平面低副原动件数目：增加一构件带进两平面低副 增加原动件数目增加原动件数目3 3 判定机构运动简图是否正确判定机构运动简图是否正确第40页 连杆传动是利用惯用低副传动机构进行传动，连杆传动能方便实现转动、摆动、移动等运动形式转换。其中以由四个构件组成四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构基础。所以本章着重讨论四杆机构基本类型、性质及惯用设计方法。2-1 概述一、概念1连杆机构：构件全部用低副联接而成平面机构（低副机构）2平面连杆机构3铰链四杆机构第二章 平面连杆机构第41页1、特点优点：(1)面接触低副，压强小，便于润滑，磨损轻，寿命长，传递动力大(2)低副易于加工，可取得较高精度，成本低(3)杆可较长，可用作实现远距离操纵控制(4)可利用连杆实现较复杂运动规律和运动轨迹缺点：(1)构件数目比较多或制造精度较低时，机构运动累计误差较大，会影响运动准确性。(2)轻易引发冲击或振动。二、平面连杆机构特点和应用第42页2、应用：第43页机车车轮联动机构机车车轮联动机构第44页2-2 铰链四杆机构类型与应用基本型式及其演化据有没有移动副存在：铰链四杆机构，滑块四杆机构第45页一、铰链四杆机构基本型式第46页(一)、曲柄摇杆机构 特点：两连架杆一个是曲柄（整周转）；一个是摇杆（摆动）第47页应用：雷达 缝纫机第48页第49页(二)、双曲柄机构 特点：两连架杆都是曲柄（整周转）主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转 第50页正平行双曲柄机构：对边平行且相等 特点：主、从动曲柄匀速且相等运动不确定现象：第51页第52页反平行双曲柄机构：对边平行但不相等 第53页(三)、双摇杆机构 特点：两连架杆都是摇杆（摆动）第54页第55页第56页第57页第58页二、铰链四杆机构演化演化方法：转动副 移动副（滑块四杆机构）；选取不一样构件作为机架（一）、转动副转化成移动副1、铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副第59页类型对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构曲柄存在条件：对心曲柄滑块机构：L1L2 行程S=2L1偏置曲柄滑块机构：L1+eL2第60页2、铰链四杆机构中两个转动副转化为移动副因为此机构当主动件1等速回转时，从动到导杆3位移为y=Labsin，故又称正弦机构正弦机构 第61页双滑块机构第62页（二）、取不一样构件为机架第63页1、导杆机构(1)、演化过程曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导杆机构。第64页(2)、类型转动导杆机构 摆动导杆机构L1L2L1L2：机架长度：曲柄长度第65页(2)、应用牛头刨床机构简易刨床第66页2、摇块机构(1)、演化过程曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。第67页(2)、应用泵第68页3、定块机构(1)、演化过程曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构。第69页(2)、应用移动导杆机构移动导杆机构 第70页4、双滑块机构第71页偏心轮（扩大运动副)在曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构）中，若曲柄很短，可将转动副B尺寸扩大到超出曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心A重合圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮机构称为偏心轮机构。第72页第73页偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈强度和刚度大，且易于安装整体式连杆，广泛用于曲柄长度要求较短、冲击较大机械中。颚式破碎机 第74页第75页其它滑块四杆机构 双滑块机构双曲柄移动导杆机构双转块机构第76页一、铰链四杆机构存在曲柄条件类型判别关键在于：机构中有没有曲柄，有几个曲柄有没有曲柄在于：机构中各构件相对位置及最短杆所处位置机构存在曲柄条件2-3 平面四杆机构基本特征及设计第77页结论：1 1、铰链四杆机构存在曲柄条件是：铰链四杆机构存在曲柄条件是：(1)、连架杆和机架中必有一杆是最短杆；(2)、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。2 2、取不一样构件为机架，铰链四杆机构名称深入区分为：、取不一样构件为机架，铰链四杆机构名称深入区分为：（1）当铰链四杆机构最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时，定义三种名称I、以最短杆相邻杆作机架时得到曲柄摇杆机构II、以最短杆作机架时得到双曲柄机构III、以最短杆对边杆作机架成为双摇杆机构（2）当最短杆与最长杆长度之和大于其它两杆长度之和时，不论以何杆作机架，均为双摇杆机构。第78页第79页二、平面四杆机构基本特征第80页（一）、急回特征和行程速比系数（一）、急回特征和行程速比系数摇杆摆角摇杆摆角C1DC2；极位夹角极位夹角工作行程工作行程回程回程曲柄等速转动时，曲柄等速转动时，摇杆往复摆动平均速度摇杆往复摆动平均速度不相同，这种运动称为不相同，这种运动称为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构急回运动急回运动。曲柄摇杆机构急回运动曲柄摇杆机构急回运动程度能够用程度能够用 2 2和和 比比值值 来衡量，称为来衡量，称为行程行程速比系数。速比系数。，急回程，急回程度度。=0=0时，时，=1=1时，机构无急回运动。时，机构无急回运动。第81页 传动角传动角压力角余角。压力角余角。（二）、压力角和传动角（二）、压力角和传动角 压力角压力角从动件受力点（从动件受力点（C点）受力方向与点）受力方向与受力点速度方向之间所夹锐角。受力点速度方向之间所夹锐角。压力角越小，传动角越大，机构压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好。设计时应使传力性能越好。设计时应使 在在ABD和和BCD中，分中，分别别有有式中，式中，。联立求解得联立求解得怎样确定铰链四杆机构最小传动角？第82页（三）、死点位置（三）、死点位置1 1死点概念死点概念 在在曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构中中，当当摇摇杆杆为为主主动动件件时时，当当连连杆杆与与从从动动曲曲柄柄共共线线时时，机机构构传传动动角角 ，此此时时主主动动件件CD CD 经经过过连连杆杆作作用用于于从从动动曲曲柄柄ABAB上上力力恰恰好好经经过过其其回回转转中中心心，所所以以出出现现了了不不能能使使构构件件ABAB转转动动顶顶死死现现象象，机机构构这这种种位位置称为置称为死点位置或死点死点位置或死点。2 2死点缺点死点缺点 对对于于传传动动机机构构，存存在在死死点点位位置置是是一一个个缺缺点点，常常采采取取以以下下办办法法使使机机构构顺利经过死点位置：顺利经过死点位置：利用系统惯性；利用系统惯性；利用特殊机构。利用特殊机构。3 3死点利用死点利用 在工程中也经常应用死点位置实现工作要求。如快速夹具、在工程中也经常应用死点位置实现工作要求。如快速夹具、飞机起落架等。飞机起落架等。第83页具具夹夹速速快快利用惯性利用惯性第84页设计内容：选择形式；确定尺寸（运动简图）设计方法：解析法；试验法；图解法2-4 平面四杆机构设计两类问题：实现给定运动规律实现给定运动轨迹第85页第86页例：曲柄摇杆机构，摇杆长为30mm,摆角 =45，速比系数K=1.5,设计此机构。第87页第88页例：偏置曲柄滑块机构，s=30mm,e=12mm,K=1.5,设计此机构。第89页第90页导杆机构设计见书21页第91页2、按给定连杆位置设计四杆机构 第92页解析法设计四杆机构见书上23页第93页 凸轮传动是经过凸轮与从动件间接触来传递运动和动力，是一个常见高副机构，结构简单，只要设计出适当凸轮轮廓曲线，就能够使从动件实现任何预定复杂运动规律。3-1 凸轮机构应用和分类 一、凸轮机构组成和应用 内燃机配气机构凸轮式内燃机配气机构 第三章 凸轮机构第94页第95页自动车床上走刀机构1、组成：凸轮，从动件，机架2、作用：将凸轮转动或移动转变为从动件移动或摆动 3、特点:(1)只需设计适当凸轮轮廓，便可使从动件得到所需 运动规律 (1)结构简单、紧凑，工作可靠，轻易设计；(2)高副接触，易磨损4、应用：适合用于传力不大控制机构和调整机构 第96页二、凸轮传动机构类型1、按凸轮形状和运动分类(1)、盘形回转凸轮(2)、平板移动凸轮第97页(3)、圆柱回转凸轮2、按从动件形状分类(1)、尖顶从动件第98页(2)、滚子从动件(2)、平底从动件第99页按从动件运动形式摆动从动件移动从动件第100页按锁合方式不一样力锁合凸轮，如靠重力、弹簧力锁合凸轮等；形锁合凸轮，如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。按从动件运动形式可分为直动从动件（又分为对心直动从动件和偏置直动从动件）和摆动从动件两种。等宽凸轮机构凸轮宽度一直等于平底从动件框架宽度。所以凸轮与平底可一直保持接触。等径凸轮机构在任何位置时从动件两滚子中心到凸轮转动中心距离之和等于一个定值。第101页第102页3-2 惯用从动件运动规律 一、凸轮传动工作过程基圆：以凸轮最小半径r0所作圆，r0称为凸轮基圆半径。推程、推程运动角：推杆运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移、速度和加速度随时间改变（凸轮转角改变）规律。远休、远休止角：回程、回程运动角：近休、近休止角：行程：h位移：s=r-r0第103页第104页二、惯用从动件运动规律 1、等速运动规律 运动方程式普通表示式：第105页 运运动动特特征征：当采取匀速运动规律时，推杆在运动起始点和终止点因速度有突变，在理论上加速度值为瞬时无穷大，使推杆产生非常大惯性力，致使凸轮受到很大冲击，称为刚刚性冲击性冲击。推程运动线图推程运动线图：适用场所：低速、轻载。第106页2、等加速等减速运动规律 运动方程式普通表示式：第107页 运动特征：当采取等加速等减速运动规律时，在起点、中点和终点时，加速度有突变，因而推杆惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，所以，凸轮机构中由此而引发冲击称为柔性冲击。适用场所：中速、低速、轻载。第108页3-3 用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线设计方法：图解法，解析法假想给整个机构加一公共角速度-w,凸轮：相对静止不动推杆：一方面随导轨以-w绕凸轮轴心转动其次又沿导轨作预期往复移动推杆尖顶在这种复合运动中运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。一、图解法设计凸轮轮廓曲线(一)、图解法原理第109页第110页设计凸轮廓线图解法是依据反转法原理作出从动件推杆尖顶在反转运动中依次占据各位置，然后作出其高副元素所形成曲线族；并作从动件高副元素所形成曲线族包络线，即是所求凸轮轮廓曲线。(二)、图解法方法和步骤第111页1、对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构设计要求：已知凸轮基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆运动规律如图所表示。试设计该对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构凸轮廓线。第112页第113页2、对心直动滚子从动件盘形凸轮机构 已知条件:凸轮基圆半径为r0,滚子半径rr,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆运动规律如图所表示。试设计对心直动滚子从动件盘形凸轮机构凸轮廓线。第114页第115页第116页3、对心直动平底从动件盘形凸轮机构 已知条件已知条件:凸轮基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆运动规律如图所表示。试设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构凸轮廓线。第117页第118页4、偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构 已知条件已知条件:已知凸轮基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆运动规律已知，已知偏距e。试设计。从动画中看，从动件在反转运动中依次占据位置将不在是以凸轮回转中心作出径向线,而是一直与O保持一偏距e直线,所以若以凸轮回转中心O为圆心，以偏距e为半径作圆（称为偏距圆）,则从动件在反转运动中依次占据位置必定都是偏距圆切线,(图中 )从动件位移()也应沿切线量取。然后将 等点用光滑曲线连接起来，既得偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓。第119页4、摆动从动件盘形凸轮机构 已知条件已知条件:已知凸轮基圆半径为r0,凸轮转动方向。凸轮转动中心与从动件摆动中心距离，摆动从动件长度，已知从动件运动规律，试设计。（从动件位移是角位移）第120页理论廓线曲率半径：实际廓线曲率半径：a一、滚子半径选取3-5 设计凸轮机构应注意问题凸轮机构设计实现预定运动规律受力良好，效率高，结构紧凑滚子半径：r0第121页外凸轮廓：a=-rT结论：结论：外凸凸轮轮廓曲线,应使Rr=1-5mm,另外滚子半径还受强度、结构等限制，因而也不能做得太小，通常取滚子半径Rr=(0.1-0.5)R0。第122页第123页二、凸轮压力角校核(1)、凸轮机构压力角定义凸轮机构从动件作用力方向线与从动件上力作用点速度方向之间所夹锐角，用表示。(2)、压力角与作用力以及机构尺寸关系将凸轮对从动件作用力F分解为F1和F2。F2为有效分力，F1为有害分力，当压力角越大，有害分力F1越大，假如压力角增大，有害分力所引发摩擦阻力也将增大，摩擦功耗增大，效率降低。假如压力角大到一定值时，有害分力所引发摩擦阻力将大于有效分力F2，这时不论凸轮对从动件作用力F有多大，都不能使从动件运动，机构将发生自锁。第124页(3)、许用压力角 为了提升机构效率、改进其受力情况，通常要求一许用压力角，使。推 程：直 动 推 杆 取 300；摆 动 推 杆 400 500；回程：通常不会引发自锁问题，但为了使推杆不至产生过大加速度从而引发不良后果，通常取 =700800。(4)、压力角校核 max普通出现在 1）从动件起点位置 2）从动件最大速度位置 3）凸轮轮廓向径改变最大部分 滚子从动件按理论轮廓校核 平底从动件普通=0，不需校核 若max :增大基圆半径 偏置从动件第125页第126页三、凸轮基圆半径确定r0越小，凸轮机构紧凑，但越大，会造成max ，所以r0不能过小r0越大，越小，凸轮机构传力性能越好，但机构不紧凑d:安装凸轮处轴径第127页四、平底长度L确定 当用图解法做出凸轮轮廓曲线之后，就能够确定平底与凸轮轮廓接触点到道路最大距离Lmax,则平底长度L英取为L=2Lmax+（5-7）mm第128页四、凸轮与从动件材料及选择 1、失效：凸轮：磨损，疲劳点蚀。从动件：磨损2、材料:凸轮：HT200、HT250、HT300（170-250HBS)；Q335、45、50(调质处理)；QT600-3、QT700-2(190-305HBS)；45（淬火40-45HRC)；45、40Cr(表面高频淬火52-58HRC）从动件：材料与凸轮相同，但从动件磨损更严重更早。所以普通从动件硬度比凸轮要高一些。第129页2、凸轮结构除尺寸较小凸轮与轴制成一体情况外，结构设计应考虑安装时便于调整凸轮与轴相对位置需要。凸轮惯用结构有：1.凸轮轴2.整体式3.组合式第130页优点:传动准确、平稳、效率高、功率范围和速度范围广、使用寿命长。缺点：制造和安装精度要求高，成本较高、不宜于远距离两轴间传动。特点特点第一节第一节 齿轮传动特点、类型及其应用齿轮传动特点、类型及其应用用途用途用来传递空间两任意轴之间运动和动力。分类平面齿轮传动（两轴平行）空间齿轮传动（两轴不平行）两轴相交圆锥齿轮传动蜗杆传动交织轴斜齿轮传动圆柱齿轮传动直齿斜齿曲齿直齿斜齿外啮合内啮合齿轮齿条两轴交织人字齿轮第四章齿轮机构第131页外啮合直齿外啮合直齿内啮合直齿内啮合直齿齿轮齿条齿轮齿条外啮合斜齿外啮合斜齿外啮合人字齿外啮合人字齿蜗杆传动蜗杆传动交织轴斜齿轮交织轴斜齿轮直齿锥齿轮直齿锥齿轮斜齿锥齿轮斜齿锥齿轮曲齿锥齿轮曲齿锥齿轮第132页齿轮传动特点齿轮传动特点传动比准确、传动平稳。传动比准确、传动平稳。圆周速度大，高达圆周速度大，高达300m/s。传动功率范围大，从几瓦到传动功率范围大，从几瓦到10万千瓦。万千瓦。效率高效率高(0.99)、使用寿命长、工作安全可靠。、使用寿命长、工作安全可靠。可实现平行轴、相交轴和交织轴之间传动。可实现平行轴、相交轴和交织轴之间传动。缺点：要求较高制造和安装精度，加工成本高、不缺点：要求较高制造和安装精度，加工成本高、不宜远距离传动宜远距离传动(如单车如单车)。第133页欲使两齿轮瞬时传动比为一常数，节点必为定点。二齿轮啮合时，其瞬时传动比等于啮合齿廓接触点处公法线分连心线所成二段线段反比。第二节第二节 齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律一、齿廓啮合基本定律一、齿廓啮合基本定律二、共轭齿廓二、共轭齿廓啮合：一对轮齿相互接触并进行相对运动状态称为啮合。传动比：两轮角速度之比。概念满足预定传动比要求一对齿廓称为共轭齿廓共轭齿廓基本要求实现预定传动比；便于设计、制造和安装；交换性好；强度高齿廓曲线渐开线（最惯用）、外摆线、圆弧曲线齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律第一个叙述法第二种叙述法第134页为连心线为连心线与公法线与公法线交交点，称为啮合节点，简称点，称为啮合节点，简称节点节点。主动齿轮1齿廓与从动齿轮2齿廓在K 点啮合，要确保两齿轮齿廓高副接触，它们在点速度沿公法线方向分量应相等。即因为 ，那么 故两轮瞬时传动比为分分别以别以和和为圆心、为圆心、以以和和为半径作为半径作圆，这两个圆分别称为两轮啮合节圆，简称圆，这两个圆分别称为两轮啮合节圆，简称节圆节圆。两轮齿廓在节点啮合时两轮齿廓在节点啮合时,相对速度为零，即一对齿相对速度为零，即一对齿轮啮合传动相当于它们节圆作纯滚动。轮啮合传动相当于它们节圆作纯滚动。齿廓啮合基本定律图第135页第三节第三节 渐开线齿廓及其啮合特征渐开线齿廓及其啮合特征一、一、渐开线形成和渐开线性质渐开线形成和渐开线性质二、二、渐开线齿廓啮合特征渐开线齿廓啮合特征第136页一、渐开线形成和及渐开线性质一、渐开线形成和及渐开线性质1.1.形成形成2.2.性质性质3.3.渐开线方程渐开线方程极角极角：K=tanK-K向径：向径：K K：渐开线在：渐开线在K点点压力角压力角，K K ：渐开线在：渐开线在K点展角点展角。=invK工程上用invK表示K，并称其为渐开线函数。发生线沿半径为基圆作纯滚动时，直线上任意点轨迹称为该圆渐开线。（2 2）渐开线上任意一点法线必是基圆切线。（4）渐开线形状取决于基圆大小。（1 1）=（3）是渐开线在K点曲率半径。基圆越小，渐开线越弯曲；基圆越大，渐开线越平基圆越小，渐开线越弯曲；基圆越大，渐开线越平直；基圆为无穷大时，渐开线为斜直线。直；基圆为无穷大时，渐开线为斜直线。第137页二、渐开线齿廓啮合特征二、渐开线齿廓啮合特征依据渐开线性质，两齿廓在任意点啮合公法线都是两基圆一条内公切线。因为基圆大小和位置都是不变，所以两基圆一侧内公切线是唯一，该直线与连心线交点C为定点，即节点固定。由此证实渐开线齿廓满足定传动比传动要求。故 为啮合点轨迹，故又称为啮合线，为一条直线。啮合线与两轮连心线垂线方向（节点速度方向）所夹角称为啮合角,它等于渐开线在节圆上压力角。不计摩擦时，齿廓间作用力定向；转矩不变时，作用力大小不变。渐开线齿轮传动比决定于其基圆大小，而齿轮一经设计加工好后，它们基圆也就固定不变了，所以当两轮中心距略有改变时，两齿轮仍能保持原传动比，这种中心距改变而传动比不变性质称为渐开线齿轮传动中心距可分性。1 1瞬时传动比恒定不变瞬时传动比恒定不变2中心距变动不影响传动比中心距变动不影响传动比3啮合线为直线啮合线为直线第138页第四节第四节 渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称、基本参数和几何尺寸计算名称、基本参数和几何尺寸计算一、一、渐开线齿轮各部分名称渐开线齿轮各部分名称二、二、渐开线齿轮基本参数渐开线齿轮基本参数三、三、渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算四、四、任意圆弧齿厚和公法线长度任意圆弧齿厚和公法线长度第139页齿顶圆：齿顶所在圆，其直径和半径分别用 和 表示。齿根圆：齿槽底面所在圆，其直径和半 径分别用 和 表示。分度圆：含有标准模数和标准压力角圆。它介于齿顶圆和齿根圆之间，是 计算齿轮几何尺寸基准圆，其 直径和半径分别用 和 表示。基圆：生成渐开线圆，其直径和半径分别用 和 表示。齿顶高：齿顶圆与分度圆之间径向距离，用 表示。齿根高：齿根圆与分度圆之间径向距离，用 表示。齿高：齿顶圆与齿根圆之间径向距离，用 表示。齿厚：一个齿两侧齿廓之间分度圆弧长，用 表示。齿槽宽：一个齿槽两侧齿廓之间分度圆弧长，用 表示。齿距：相邻两齿同侧齿廓之间分度圆弧长，用 表示。显然有 。一、一、齿轮基本尺寸名齿轮基本尺寸名称和符号称和符号 一、一、齿轮基本尺寸名称和符号（标准直齿圆柱外啮合齿轮齿轮基本尺寸名称和符号（标准直齿圆柱外啮合齿轮)第140页齿数齿数齿轮整个圆周上轮齿总数。模数模数m 齿轮分度圆周长则要求=为整数或简单有理数且为标准值，称为分度圆模数，简称模数，单位mm。二、渐开线齿轮基本参数二、渐开线齿轮基本参数 注意：齿轮不一样圆周上模数是不一样，只有分度圆上模数才是标准值。=4.齿顶高系数齿顶高系数和顶隙系数顶隙系数齿顶高与齿根高值分别表示为 和式中，和 分别称为齿顶高系数和顶隙系数。标准要求：正常齿，；短齿，。注意：齿轮不一样圆周上压力角不一样，只有分度圆上压力角是标准值。3.压力角压力角 指分度圆压力角。由方程知:压力角是影响渐开线齿形基本参数。标准值第141页三、渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算三、渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算名称符号计算公式 分度圆直径=基圆直径=齿顶高 齿根高齿高齿顶圆直径齿根圆直径齿距=齿厚齿槽宽=基圆齿距（法向齿距）=标准齿轮：含有标准模数、标准压力角、标准齿顶高系数、标准顶系系数而且分度圆上齿厚等于分度圆上齿槽宽齿轮第142页0.350.70.91.752.252.75(3.25)3.5(3.75)第二系列第二系列4.55.5(6.5)79(11)14182228(30)3645标准模数系列表（标准模数系列表（GB135787）0.10.120.150.20.250.30.40.50.60.8第一系列第一系列11.251.522.5345681012162025324050为了便于制造、检验和交换使用，国家标准为了便于制造、检验和交换使用，国家标准GB1357-87要求了标准模数系列。要求了标准模数系列。第143页第五节第五节 渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动一、一、渐开线齿轮正确啮合条件渐开线齿轮正确啮合条件二、二、渐开线齿轮连续传动条件渐开线齿轮连续传动条件三、三、齿轮传动中心距及标准齿轮安装齿轮传动中心距及标准齿轮安装四、四、齿轮和齿条传动齿轮和齿条传动第144页即使渐开线齿廓能实现定传动比传动，但这并不意味着任意参数一对齿轮都能进行正确啮合（瞬时传动比不变）传动。要想使传动正确进行，那么（见书45页）一、一、渐开线齿轮正确啮合条件渐开线齿轮正确啮合条件因，于是正确啮合条件正确啮合条件第145页二、渐开线齿