機械設(shè)計基礎(chǔ)教材課件

緒論第1章平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度第2章平面連桿機構(gòu)第3章凸輪機構(gòu)第4章齒輪機構(gòu)第5章齒輪系第6章間歇運動機構(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,第9章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動第10章帶傳動第11章鏈傳動第12章齒輪傳動第13章軸第14章軸承第15章聯(lián)軸器和離合器第16章機械傳動系統(tǒng)設(shè)計,目錄,緒論,0.1機器的組成及其特征0.1.1機器與機構(gòu)在現(xiàn)代的日常生活和工程實踐中隨處都可見到各種各樣的機器。例如，洗衣機、縫紉機、內(nèi)燃機、拖拉機、金屬切削機床、起重機、包裝機、復印機等。機器是一種人為實物組合的具有確定機械運動的裝置，它用來完成一定的工作過程，以代替或減輕人類的勞動。機器的種類很多，根據(jù)用途不同，機器可分為：動力機器：實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，如內(nèi)燃機、電動機、蒸汽機、發(fā)電機、壓氣機等。加工機器：完成有用的機械功或搬運物品，如機床、織布機、汽車、飛機、起重機、輸送機等。信息機器：完成信息的傳遞和變換，如復印機、打印機、繪圖機、傳真機、照相機等。,緒論,雖然機器的種類繁多，構(gòu)造、用途和功能也各不相同。但具有相同的基本特征：（1）人為的實物（構(gòu)件）組合體。（2）各個運動實物之間具有確定的相對運動。（3）代替或減輕人類勞動，完成有用功或?qū)崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。凡具備上述（1）、（2）兩個特征的實物組合體稱為機構(gòu)。機器能實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換或代替人的勞動去做有用的機械功，而機構(gòu)則沒有這種功能。僅從結(jié)構(gòu)和運動的觀點看，機器與機構(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動。因此，通常人們把機器與機構(gòu)統(tǒng)稱為機械。,緒論,如圖1-1所示的內(nèi)燃機，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)件之間的運動是確定的。,圖1-1單杠內(nèi)燃機,0.1.2構(gòu)件與零件機構(gòu)是由具有確定運動的單元體組成的，這些運動單元體稱為構(gòu)件。組成構(gòu)件的制造單元體稱為零件。零件則是指機器中不可拆的一個最基本的制造單元體。構(gòu)件可以由一個或多個零件組成。如圖1-1所示內(nèi)燃機的曲軸為一個零件；連桿則為多個零件的組合。因此，構(gòu)件是相互固接在一起的零件組合體。,內(nèi)燃機動畫,緒論,0.2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構(gòu)、通用零件與部件以及一般機器的基本設(shè)計理論和方法的課程，是機械工程類各專業(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)用機械制圖、金屬工藝學、工程力學、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)實踐環(huán)節(jié)，學習時應(yīng)注重培養(yǎng)工程意識、理論聯(lián)系實際。本課程將為學生今后學習有關(guān)專業(yè)課程和掌握新的機械科學技術(shù)奠定必要的基礎(chǔ)。,緒論,0.2.2本課程的研究對象本課程的研究對象為機械中的常用機構(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、運動和動力性能、基本設(shè)計理論、計算方法以及一些零部件的選用和維護。0.3本課程的基本要求和學習方法0.3.1本課程的基本要求本課程的任務(wù)是使學生掌握常用機構(gòu)和通用零件的基本理論和基本知識，初步具有分析、設(shè)計能力，并獲得必要的基本技能訓練，同時培養(yǎng)學生正確的設(shè)計思想和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。通過本課程的教學，應(yīng)使學生達到下列基本要求：,緒論,1熟悉常用機構(gòu)的組成、工作原理及其特點，掌握通用機構(gòu)的分析和設(shè)計的基本方法。2熟悉通用機械零件的工作原理、結(jié)構(gòu)及其特點，掌握通用機械零件的選用和設(shè)計的基本方法。3具有對機構(gòu)分析設(shè)計和零件設(shè)計計算的能力，并具有運用機械設(shè)計手冊、圖冊及標準等有關(guān)技術(shù)資料的能力。4具有綜合運用所學知識和實踐的技能，設(shè)計簡單機械和簡單傳動裝置的能力。0.3.2本課程的學習方法本課程是從理論性、系統(tǒng)性很強的基礎(chǔ)課和專業(yè)課向?qū)嵺`性較強的專業(yè)課過渡的一個重要轉(zhuǎn)折點。因此，學生在學習過程中，必須多觀察、細思考、勤練習、?？偨Y(jié)。觀察生活、生產(chǎn)中遇到的各種機械，熟悉典型結(jié)構(gòu)，增強感性認識；思考明晰本課程的基本概念，注意各種知識的聯(lián)系，融會貫通；勤練基本技能，提高分析能力和綜合能力；及時總結(jié)、消化掌握課程內(nèi)容，歸納學到的各種技術(shù)方法。特別應(yīng)注重實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，提高全面素質(zhì)和綜合職業(yè)能力。,第1章平面機構(gòu)的運動簡圖和自由度,構(gòu)件：機構(gòu)中運動的單元體，是組成機構(gòu)的基本要素。自由度：構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運動。對于一個作平面運動的構(gòu)件，則只有三個自由度構(gòu)件沿x軸、y軸方向移動和繞垂直xoy平面的任意軸線的轉(zhuǎn)動，如圖1-1所示。,圖1-1自由度,1.1.1自由度、運動副與約束,1.1機構(gòu)的組成,低副：面接觸,2)運動副的分類,1)運動副：兩構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定的相對運動的連接稱為運動副。,運動副元素：兩構(gòu)件上直接參與接觸而構(gòu)成運動副的部分點、線或面。,1.1.2運動副及其分類,圖1-2轉(zhuǎn)動副,圖1-3移動副,平面機構(gòu)中低副引入兩個約束，僅保留一個自由度。,圖1-4（a）凸輪高副,平面機構(gòu)中高副引入一個約束，保留兩個自由度。,圖1-4（b）齒輪高副,1.1.3運動鏈與機構(gòu),運動鏈：兩個以上的構(gòu)件以運動副連接而構(gòu)成的系統(tǒng)。如圖1-5所示，若運動鏈中各構(gòu)件首尾相連，則稱之為閉式運動鏈，否則稱為開式運動鏈。,圖1-5（a）閉式運動鏈,圖1-5（a）開式運動鏈,將運動鏈中的一個構(gòu)件固定，并且它的一個或幾個構(gòu)件作給定的獨立運動時，其余構(gòu)件便隨之作確定的運動，此時，運動鏈便成為機構(gòu)。機構(gòu)的組成:機架：固定不動的構(gòu)件原動件：輸入運動的構(gòu)件從動件：其余的活動構(gòu)件,為了便于分析，人們不考慮機器的復雜外形和結(jié)構(gòu)，僅用規(guī)定的線條和符號按一定的比例表示構(gòu)件的尺寸和各運動副的位置，這種將機構(gòu)中各構(gòu)件間相互運動關(guān)系表示出來并反映機構(gòu)特征的簡圖稱為機構(gòu)運動簡圖。,1-2平面機構(gòu)的運動簡圖,在對現(xiàn)有機械進行分析或設(shè)計新機器時，都需要繪出其機構(gòu)運動簡圖。,1.機構(gòu)運動簡圖的定義,1.2.1運動副及構(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）一個構(gòu)件上有兩個運動副,（a）一個構(gòu)件上有三個運動副,圖1-6構(gòu)件的表示方法,2轉(zhuǎn)動副,圖1-7轉(zhuǎn)動副的表示方法,（a）圖面與回轉(zhuǎn)軸線垂直；（b）圖面與回轉(zhuǎn)軸線共面,3移動副如圖1-8所示，注意移動副的導路應(yīng)與兩構(gòu)件相對移動的方向一致。,圖1-8移動副的表示方法,4高副兩構(gòu)件組成高副時的相對運動與這兩個構(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所示為齒輪高副和凸輪高副的表示方法。,（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,圖1-10凸輪副的表示方法,1.2.2平面機構(gòu)運動簡圖的繪制,繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟：（1）分析機構(gòu)的組成，觀察相對運動關(guān)系，了解其工作原理。（2）確定所有的構(gòu)件（數(shù)目與形狀）、運動副（數(shù)目和類型）。（3）選擇合理的位置，能充分反映機構(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構(gòu)運動簡圖。,【例1-1】如圖1-11（a）所示為顎式破碎機的主體機構(gòu)，試繪制其機構(gòu)運動簡圖。此機構(gòu)為原動件偏心軸，從動件肋板、構(gòu)件、機架共同構(gòu)成的曲柄搖桿機構(gòu)。按圖量取尺寸，選取合適的比例尺，確定A、B、C、D四個轉(zhuǎn)動副的位置，即可繪制出機構(gòu)運動簡圖，最后標出原動件的轉(zhuǎn)動方向，如圖1-11（b）所示。,1.3.1平面機構(gòu)的自由度機構(gòu)的自由度：指機構(gòu)中各構(gòu)件相對于機架所能有的獨立運動的數(shù)目。一個作平面運動的構(gòu)件，可有三個自由度，而每個低副會引入兩個約束，每個高副會引入一個約束。所以自由度的計算可用可動構(gòu)件的自由度總數(shù)減去約束的總數(shù)，即：,F=3n-2Pl-Ph,n活動構(gòu)件數(shù)；Pl低副數(shù)；Ph高副數(shù),1.3運動確定性的概念,F=3324=1,F=3425=2,n=3,Pl=4,n=4,Pl=5,如圖1-12（a）：,如圖1-12（b）：,（a）（b）圖1-12機構(gòu)的自由度,【例1-2】如圖1-13所示，計算曲柄滑塊機構(gòu)的自由度?；顒訕?gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)高副數(shù),圖1-13曲柄滑塊機構(gòu),【例1-3】如圖1-14所示，計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)高副數(shù),圖1-14凸輪機構(gòu),1).復合鉸鏈由三個或三個以上構(gòu)件組成的軸線重合的轉(zhuǎn)動副稱為復合鉸鏈。如圖1-15所示，三個構(gòu)件在同一軸線處形成兩個轉(zhuǎn)動副。推理：N個構(gòu)件時，有N1個轉(zhuǎn)動副。,1.3.2計算機構(gòu)的自由度時應(yīng)注意的問題,圖1-15復合鉸鏈,【例1-4】計算如圖1-16所示的復合桿機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=5低副數(shù)高副數(shù),圖1-16復合桿機構(gòu),2)局部自由度,(1)、局部自由度：機構(gòu)中個別構(gòu)件不影響其它構(gòu)件運動，即對整個機構(gòu)運動無關(guān)的自由度。(2)、處理辦法：在計算自由度時，拿掉這個局部自由度，即可將滾子與裝滾子的構(gòu)件固接在一起。,n=3Pl=3Ph=1,F=33-23-11=2,n=2Pl=2Ph=1,F=23-22-11=1,圖1-17局部自由度計算,3).虛約束,(1)虛約束：在機構(gòu)中與其他運動副作用重復，而對構(gòu)件間的相對運動不起獨立限制作用的約束。(2)處理辦法：將具有虛約束運動副的構(gòu)件連同它所帶入的與機構(gòu)運動無關(guān)的運動副一并不計。,常見虛約束（1）兩構(gòu)件構(gòu)成多個導路平行的移動副，如圖1-18所示。,圖1-18兩構(gòu)件構(gòu)成多個導路平行的移動副,（2）兩構(gòu)件組成多個軸線互相重合的轉(zhuǎn)動副，如圖1-19所示。,圖1-19兩構(gòu)件組成多個軸線互相重合的轉(zhuǎn)動副,（3）機構(gòu)中存在對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分，如圖1-20所示。,圖1-20行星輪系,（4）被連接件上點的軌跡與機構(gòu)上連接點的軌跡重合，如圖1-21所示。,圖1-21平行四邊形機構(gòu),1）機構(gòu)自由度數(shù)F1。2）原動件數(shù)目等于機構(gòu)自由度數(shù)F。,1.4.3機構(gòu)具有確定運動的條件,第2章平面連桿機構(gòu),平面連桿機構(gòu)：由若干個構(gòu)件以低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）連接而成，且所有構(gòu)件在相互平行平面內(nèi)運動的機構(gòu)，也稱平面低副機構(gòu)。平面四桿機構(gòu)：最簡單的平面四桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件組成的，簡稱平面四桿機構(gòu)。鉸鏈四桿機構(gòu)：構(gòu)件間用四個轉(zhuǎn)動副相連的平面四桿機構(gòu)。,2.1概述,平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點是：（1）運動副都是低副，壽命長，傳遞動力大。（2）何形狀簡單，易于加工，成本低。（3）在主動件等速連續(xù)運動的條件下，當各構(gòu)件的相對長度不同時,從動件可滿足多種運動規(guī)律的要求。（4）連桿上各點軌跡形狀各異，可利用這些曲線來滿足不同的軌跡要求。,平面連桿機構(gòu)的缺點：（1）誤差較大，降低機械效率。（2）不容易實現(xiàn)精確復雜的運動規(guī)律。（3）不宜用于高速傳動。,2.2.1鉸鏈四桿機構(gòu)的組成（1）機架固定件，如圖2-1所示構(gòu)件4；（2）連架桿與機架用轉(zhuǎn)動副相連接的構(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鉸鏈四桿機構(gòu),圖2-1鉸鏈四桿機構(gòu),2.2.2鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式,根據(jù)連架桿運動形式的不同，相對機架能做整周轉(zhuǎn)動的稱為曲柄，只能在一定角度范圍內(nèi)往復擺動的稱為搖桿。這樣，鉸鏈四桿機構(gòu)可分為三種基本形式：,1曲柄搖桿機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿中，若一個為曲柄，另一個為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。通常曲柄等速轉(zhuǎn)動，搖桿作變速往復擺動。,圖2-2攪拌機,圖2-3雷達天線俯仰角的調(diào)整機構(gòu),圖2-4縫紉機腳踏機構(gòu),2雙曲柄機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿均為曲柄，則此四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。,圖2-5慣性篩機構(gòu),圖2-6平行四邊形機構(gòu)和反平行四邊形機構(gòu),圖3-5車門啟閉機構(gòu),圖3-6天平,（e）車門啟閉機構(gòu)（f）天平圖2-6反平行四邊形機構(gòu)和平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用,圖2-7輪式車輛的前輪轉(zhuǎn)向機,圖2-8鶴式起重機,3雙搖桿機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。,2.2.3鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在的條件,曲柄存在的條件為：（1）連架桿和機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。上述兩個條件必須同時滿足，否則機構(gòu)不存在曲柄。,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，可得到以下三種結(jié)構(gòu)；（1）連架桿是最短桿為曲柄搖桿機構(gòu)；（2）機架是最短桿為雙曲柄機構(gòu)；（3）若最短桿是連桿，此機構(gòu)為雙搖桿機構(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,為雙搖桿機構(gòu)。,2.3含有一個移動副的平面四桿機構(gòu),2.3.1曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)是用移動副取代曲柄搖桿機構(gòu)中的轉(zhuǎn)動副而演化得到的。,圖2-9曲柄滑塊機構(gòu)（a）對心曲柄滑塊機構(gòu)；（b）偏置曲柄滑塊機構(gòu),圖2-10曲柄滑塊機構(gòu)在沖床中的應(yīng)用,曲柄滑塊機構(gòu)用于轉(zhuǎn)動與往復移動之間的運動轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于活塞式內(nèi)燃機、空氣壓縮機、沖床和自動送料機等機械設(shè)備中。如圖2-10所示為曲柄滑塊機構(gòu)在沖床中的應(yīng)用。,2.3.2導桿機構(gòu),圖2-11曲柄滑塊機構(gòu)向?qū)U機構(gòu)的演化,（a）對心曲柄滑塊機構(gòu)；（b）曲柄轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)；（c）移動導桿機構(gòu)；（d）擺動導桿機構(gòu),導桿機構(gòu)可看成是通過改變曲柄滑塊機構(gòu)中的固定構(gòu)件演化而來的，如圖2-11所示。,1曲柄轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu),圖2-12小型刨床機構(gòu),2曲柄擺動導桿機構(gòu),圖2-13曲柄擺動導桿機構(gòu)在電器開關(guān)中的應(yīng)用,3移動導桿機構(gòu)也稱為定塊機構(gòu)。如圖2-14所示，以滑塊為機架，桿4只相對滑塊作往復移動，滑塊3稱為定塊。這種機構(gòu)常用于抽水唧筒和抽油泵中。,圖2-14抽水唧筒,4擺動導桿機構(gòu),圖2-15汽車自動卸料機構(gòu),2.4平面四桿機構(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處此兩極限位置時曲柄所在直線之間的銳角稱為極位夾角，機構(gòu)中輸出件在兩極限位置間的移動距離或擺動角度稱為行程。,圖2-16急回特性,當搖桿CD由C1D擺動到C2D位置（工作行程）時，曲柄AB以等角速度順時針從AB1轉(zhuǎn)到AB2，轉(zhuǎn)過角度為：,所需時間為,C點的平均速度為。當搖桿CD由C2D擺回到C1D位置（空回行程）時，曲柄AB以等角速度順時針從AB2回轉(zhuǎn)到AB1，轉(zhuǎn)過的角度為：，所需時間為，C點的平均速度為。由于，所以，,綜上所述，在輸入件曲柄作等速轉(zhuǎn)動時，作往復擺動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：,機構(gòu)的急回速度取決于夾角的大小。越大，K值越大，機構(gòu)的急回程度也越高，但從另一方面看，機構(gòu)運動的平穩(wěn)性就越差。,圖2-17偏置曲柄滑塊機構(gòu),曲柄滑塊機構(gòu)，當偏心距e=0時，=0，K=1，機構(gòu)無急回特性；當偏心距e0時，0，則K1，機構(gòu)有急回特性。,2.4.2壓力角和傳動角,如圖2-19所示的曲柄搖桿機構(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壓力角和傳動角,其中稱為壓力角，即為作用在從動件上的驅(qū)動力與該力作用點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構(gòu)是否具有良好的傳力性能的標志。常以連桿與搖桿所夾銳角來衡量機構(gòu)的傳力性能。顯而易見，即壓力角的余角，稱為傳動角。因為=90，故愈大，對機構(gòu)傳動愈有利。,圖2-20曲柄搖桿機構(gòu)的壓力角和傳動角,圖2-21擺動導桿機構(gòu)的壓力角和傳動角,2.4.3死點,如圖2-22所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，當搖桿CD為主動件、曲柄AB為從動件時，當搖桿處在兩個極限位置時，連桿BC與曲柄AB共線。若不計各構(gòu)件質(zhì)量，則這時連桿加給曲柄的力將通過鉸鏈A的中心，這時連桿BC無論給從動件曲柄AB的力多么大都不能推動曲柄運動，機構(gòu)所處的這種位置稱為死點位置。,圖2-22死點位置,在實際應(yīng)用中也有利用死點位置的性質(zhì)來進行工作的。如圖2-23所示快速夾具，機構(gòu)處于死點位置，在去除外力F后仍可加緊工件而不自動脫落。只有向上扳動手柄3方可松開夾具。,圖2-23死點的應(yīng)用,2.5平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,2.5.1四桿機構(gòu)設(shè)計條件（1）給定位置或運動規(guī)律，如連桿位置、連架桿對應(yīng)位置或行程速度變化系數(shù)等。（2）給定運動軌跡，如要求起重機中吊鉤的軌跡為一直線；攪面機中攪拌桿端能按預定軌跡運動等，這些都是連桿上的點的軌跡。為了使機構(gòu)設(shè)計的合理、可靠，還應(yīng)考慮幾何條件和傳力性能要求等。,2.5.2四桿機構(gòu)的設(shè)計方法,（1）已知連桿的兩個位置、及其長度，設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)。,圖2-24已知連桿兩位置設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu),（2）按給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu),圖2-25按給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu),（3）按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu),圖2-26按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu),第3章凸輪機構(gòu),3.1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類3.1.1凸輪機構(gòu)的組成、應(yīng)用和特點,內(nèi)燃機,配氣機構(gòu),第3章凸輪機構(gòu),圖3-1配氣機構(gòu),圖3-2靠模車削機構(gòu),圖3-3自動車床走刀機構(gòu),圖3-4分度轉(zhuǎn)位機構(gòu),1、組成：凸輪，從動件，機架,2、作用：將凸輪的轉(zhuǎn)動或移動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹囊苿踊驍[動。,3、特點:(1)只需設(shè)計適當?shù)耐馆嗇喞?，便可使從動件得到所需的運動規(guī)律(1)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作可靠，容易設(shè)計；(2)高副接觸，易磨損,4、應(yīng)用：適用于傳力不大的控制機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu),3.1.2凸輪機構(gòu)的分類凸輪機構(gòu)的類型很多，通常按凸輪和從動件的形狀、運動形式分類。1按凸輪的形狀分類1）盤形凸輪機構(gòu)它是凸輪的最基本型式。這種凸輪是一個繞固定軸轉(zhuǎn)動且有變化半徑的盤形零件，凸輪與從動件互作平面運動，是平面凸輪機構(gòu)，如圖3-1所示。2）移動凸輪機構(gòu)當盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠時，凸輪相對機架作往復直線運動，這種凸輪稱為移動凸輪，也是平面凸輪機構(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凸輪卷成圓柱體而得到的凸輪，從動件與凸輪之間的相對運動為空間運動，因此圓柱凸輪機構(gòu)是一個空間凸輪機構(gòu)，如圖3-3所示。4）曲面凸輪當圓柱表面用圓弧面代替時，就演化成曲面凸輪，它也是一種空間凸輪機構(gòu)，如圖3-4所示。,2按從動件形狀分類1）尖頂從動件凸輪機構(gòu)尖頂能與任意復雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能實現(xiàn)任意預期的運動規(guī)律，如圖3-5（a）所示。但因為凸輪與從動件為點或線接觸，尖頂易發(fā)生磨損，所以只宜用于受力不大的低速凸輪機構(gòu)中。,（a）（b）（c）圖3-5凸輪機構(gòu)從動件的形式（a）尖頂從動件；（b）滾子從動件；（c）平底從動件,2）滾子從動件凸輪機構(gòu)在從動件的尖頂處安裝一個滾子，即成為滾子從動件，這樣通過將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，克服了尖頂從動件易磨損的缺點。滾子從動件耐磨損，可以承受較大載荷，是最常用的一種從動件型式，如圖3-5（b）所示。缺點是凸輪上凹陷的輪廓未必能很好地與滾子接觸，從而影響實現(xiàn)預期的運動規(guī)律。3）平底從動件凸輪機構(gòu)在從動件的尖頂處固定一個平板，即成為平底從動件，這種從動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。這種從動件的優(yōu)點是：當不考慮摩擦時，凸輪與從動件之間的作用力始終與從動件的平底相垂直，傳動效率較高，且接觸面易于形成油膜，利于潤滑，故常用于高速凸輪機構(gòu)。在凸輪機構(gòu)中，從動件不僅有不同的形狀，而且也可以有不同的運動形式。根據(jù)從動件的運動形式不同，可以把從動件分為直動從動件（直線運動）和擺動從動件兩種。在直動從動件中，若導路軸線通過凸輪的回轉(zhuǎn)軸，則稱為對心直動從動件，否則稱為偏置直動從動件。將不同形式的從動件和相應(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構(gòu)。,3按從動件與凸輪保持接觸（即鎖合）的方式分類1）力鎖合的凸輪機構(gòu)即依靠重力、彈簧力鎖合的凸輪機構(gòu)，如圖3-6（a）、（b）、（c）所示。2）幾何鎖合的凸輪機構(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構(gòu)。,（a）（b）（c）（d）,（e）（f）,圖3-6鎖合方式（a）、（b）、（c）力鎖合；（d）、（e）、（f）形鎖合,3.2凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)和從動件常用運動規(guī)律凸輪機構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)實際工作要求確定從動件的運動規(guī)律，根據(jù)從動件的運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓曲線。因此確定從動件的運動規(guī)律是凸輪設(shè)計的前提。3.2.1平面凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)和工作過程如圖3-7所示為一偏置直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)，從動件移動導路至凸輪轉(zhuǎn)動中心的偏執(zhí)距離為。,圖3-7偏置直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)（a）偏置直動尖頂從動件盤形凸機構(gòu)；（b）從動件位移線圖,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。推程運動角：如圖3-7所示，主動件凸輪勻速轉(zhuǎn)動，從動件被凸輪推動，從動件的尖頂以一定運動規(guī)律從最近位置到達最遠位置，從動件位移，這一過程稱為推程，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為推程運動角。遠休止角：當凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，由于凸輪的向徑?jīng)]發(fā)生變化，從動件的尖頂在最遠位置劃過凸輪表面從點到點保持不動，這一過程稱為遠停程，此時凸輪轉(zhuǎn)過的角度，稱為遠休止角?；爻踢\動角：當凸輪再繼續(xù)回轉(zhuǎn)，從動件的尖頂以一定運動規(guī)律從最遠位置回到最近位置，這一過程稱為回程，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為回程運動角。近休止角：當凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，從動件的尖頂劃過凸輪表面從點回到點保持不動，這一過程稱為近停程，凸輪轉(zhuǎn)過的角度，稱為近休止角。當凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，從動件又重復上述升停降停的運動循環(huán)。上述過程可以用從動件的位移曲線圖來描述。以從動件的位移s為縱坐標，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角為橫坐標，將凸輪轉(zhuǎn)角或時間與對應(yīng)的從動件位移之間的函數(shù)關(guān)系用曲線表達出來的圖形稱為從動件的位移線圖，如圖3-7（b）所示。,3.2.2從動件常用運動規(guī)律1等速運動規(guī)律從動件上升或下降的速度為常數(shù)的運動規(guī)律，稱為等速運動規(guī)律，如圖3-8所示為從動件勻速上升過程。由圖3-8可知，從動件在運動開始和終止的瞬間，速度有突變，其加速度和慣性力在理論上為無窮大，致使凸輪機構(gòu)產(chǎn)生強烈的振動、沖擊、噪聲和磨損，這種沖擊為剛性沖擊。因此，等速運動規(guī)律只適用于低速、輕載的場合。,圖3-8等速運動規(guī)律,2等加速等減速運動規(guī)律從動件在推程過程中，前半程作等加速運動，后半程作等減速運動，這種運動規(guī)律稱為等加速等減速運動規(guī)律，通常加速度和減速度的絕對值相等，其運動線圖如圖3-9所示。同理，在回程過程中，前半程作等減速運動，后半程作等加速運動，這種運動規(guī)律稱為等減速等加速運動規(guī)律。由運動線圖可知，當采用等加速等減速運動規(guī)律時，在起點、中點和終點時，加速度有突變，因而從動件的慣性力也將有突變，不過這一突變?yōu)橛邢拗?，所以，凸輪機構(gòu)在這三個時間點引起的沖擊稱為柔性沖擊。與等速運動規(guī)律相比，其沖擊程度大為減小。因此，等加速等減速運動規(guī)律適用于中速的場合。,圖3-9等加速等減速運動規(guī)律,3余弦加速度運動規(guī)律余弦加速度運動又稱為簡諧運動。因其加速度運動曲線為余弦曲線故稱余弦運動規(guī)律，其運動規(guī)律運動線圖如圖3-10所示。由加速度線圖可知，此運動規(guī)律在行程的始末兩點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。但當從動件作無停歇的升降升連續(xù)往復運動時，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余弦加速度運動規(guī)律,4正弦加速度運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律其加速度運動曲線為正弦曲線，其運動規(guī)律運動線圖如圖3-11所示。從動件按正弦加速度規(guī)律運動時，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。以上介紹了從動件常用的運動規(guī)律，實際生產(chǎn)中還有更多的運動規(guī)律，如復雜多項式運動規(guī)律、擺線運動規(guī)律等，了解從動件的運動規(guī)律，便于在凸輪機構(gòu)設(shè)計時，根據(jù)機器的工作要求進行合理選擇。,圖3-11正弦加速度運動規(guī)律,3.3盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計在合理地選擇從動件的運動規(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)計凸輪的輪廓曲線了。設(shè)計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)膭蛹\動規(guī)律要求不高的一般精度凸輪設(shè)計。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，借助于計算機輔助設(shè)計精確地設(shè)計凸論輪廓。本節(jié)主要介紹圖解法。,圖3-12反轉(zhuǎn)法原理,3.3.2偏置直動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的繪制已知：從動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針回轉(zhuǎn)，要求繪出此凸輪的輪廓。,圖3-13偏置直動尖頂從動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）從動件位移線圖,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，過偏距圓上任一點作偏距圓的切線作為從動件導路，并與基圓相交于點，該點也就是從動件尖頂?shù)钠鹗嘉恢?。?）自開始沿的方向在基圓上畫出推程運動角、遠休止角、回程運動角、近休止角，并在相應(yīng)段與位移線圖劃分出若干等份，得、點。（3）過各分點、向偏距圓做切線，作為從動件反轉(zhuǎn)后的導路線。（4）在以上的導路線上，從基圓上的點、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。,3.3.3直動滾子從動件盤形凸輪輪廓的繪制若從動件為滾子從動件，則可把滾子中心看作尖頂，其運動軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線，凸輪的實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直動滾子從動件盤形凸輪輪廓的繪制,3.4凸輪設(shè)計中的幾個問題設(shè)計凸輪機構(gòu)時，不僅要保證從動件能實現(xiàn)預定的運動規(guī)律，還要求整個機構(gòu)傳力性能良好、結(jié)構(gòu)緊湊。這些要求與凸輪機構(gòu)的壓力角、基圓半徑、滾子半徑等因素相關(guān)。3.4.1凸輪機構(gòu)的壓力角問題如圖3-15所示為凸輪機構(gòu)在推程中某瞬時位置的情況，為作用在從動件上的外載荷，在忽略摩擦的情況下，則凸輪作用在從動件上的力將沿著接觸點處的法線方向。此時凸輪機構(gòu)中凸輪對從動件的作用力（法向力）方向與從動件上受力點速度方向所夾的銳角即為機構(gòu)在該瞬時的壓力角，如圖3-15所示。將力正交分解為沿從動件軸向和徑向兩個分力，即,圖3-15凸輪機構(gòu)的壓力角,3.4.2基圓半徑的確定從傳動效率來看，壓力角越小越好，但壓力角減小將導致凸輪尺寸增大。由圖3-15得壓力角的計算公式,顯然F1是推動從動件移動的有效分力，隨著的增大而減小；F2是引起導路中摩擦阻力的有害分力，隨著的增大而增大。當增大到一定數(shù)值時，由是引起的摩擦阻力超過有效分力F1，此時凸輪將無法推動從動件運動，機構(gòu)發(fā)生自鎖?？梢姡瑥膫髁侠?、提高傳動效率來看，壓力角越小越好。通常設(shè)計凸輪機構(gòu)時，要提出壓力角條件，即或者。一般情況下，推程時對直動從動件凸輪機構(gòu)許用壓力角，對擺動從動件凸輪機構(gòu)許用壓力角；作回程運動時。,其中，“-”為導路在凸輪軸的右側(cè)，“+”為導路在凸輪軸的左側(cè)。顯然，如果從動件位移s已給定，代表運動規(guī)律的也是定值，則增大基圓半徑，會減小機構(gòu)的壓力角，但凸輪上各點對應(yīng)的向徑也增大，凸輪機構(gòu)的尺寸也會增大；反之，減小基圓半徑，機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊了，但機構(gòu)的壓力角卻增大了，機構(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。,因此實際設(shè)計中，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。,3.4.3滾子半徑的選擇滾子從動件凸輪的實際輪廓曲線，是以理論輪廓上各點為圓心作一系列滾子圓的包絡(luò)線而形成，滾子選擇不當，則無法滿足運動規(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,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，所以當時，實際輪廓為平滑曲線。若，實際輪廓出現(xiàn)尖點，易磨損；若，則，實際輪廓出現(xiàn)交叉，加工時，交叉部分被切除，出現(xiàn)運動失真。綜上所述，為使凸輪機構(gòu)正常工作應(yīng)保證理論輪廓的最小曲率半徑minrT，即min-rT0。,第四章齒輪機構(gòu),優(yōu)點：瞬時傳動比恒定，傳動準確、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：制造和安裝精度高，成本高；低精度齒輪會產(chǎn)生噪聲和振動；不適宜遠距離傳動。,4.1.1齒輪機構(gòu)的特點,4.1齒輪機構(gòu)的特點和類型,4.1.2齒輪機構(gòu)的類型,交錯軸,相交軸,平行軸,按輪齒方向分,按兩軸的相對位置,按嚙合方式分,按齒輪機構(gòu)傳動的工作條件可分為：（1）開式齒輪機構(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，常加設(shè)防護罩。多用于農(nóng)業(yè)機械、建筑機械以及簡易機械設(shè)備中的低速齒輪。（2）閉式齒輪機構(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。如機床主軸箱中的齒輪、齒輪減速器等。按輪齒齒面硬度，齒輪機構(gòu)可分為：（1）軟齒面齒輪機構(gòu)：兩齒輪之一或兩齒輪齒面硬度350HBS的齒輪傳動。（2）硬齒面齒輪機構(gòu)：齒面硬度350HBS的齒輪傳動。按齒輪齒廓曲線的形狀分，齒輪機構(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。,4.2漸開線的形成和基本性質(zhì),4.2.1漸開線的形成,一直線沿一圓周作純滾動時，直線上任意點的軌跡稱為漸開線。,4.2.2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,2）發(fā)生線NK是漸開線K點的法線（漸開線的法線必切于基圓）N是漸開線K點的曲率中心；NK是漸開線K點的曲率半徑；,離圓心越遠，曲率半徑越大，漸開線越平緩。,漸開線的形成,3）漸開線各點的壓力角不等，離圓心越遠，壓力角越大。,4）漸開線的形狀取決于基圓的大小。,基圓相同，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：,5）基圓內(nèi)無漸開線。,4.2.3漸開線的方程式,漸開線的極坐標參數(shù)方程,漸開線函數(shù)：invk=k=tankk,因為,證明漸開線上任一點的法線必切于基圓兩漸開線齒廓接觸點K的公法線nn必同時切于兩個基圓，即為兩基圓的內(nèi)公切線N1N2當齒輪轉(zhuǎn)向一定時，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P為定點得證。,4.2.4漸開線齒廓嚙合基本定律,(一)漸開線齒廓能實現(xiàn)定比傳動,意義漸開線齒輪傳動平穩(wěn)、準確。,注意：節(jié)圓是一對齒輪嚙合傳動時產(chǎn)生的，所以單個齒輪沒有節(jié)圓，也不存在節(jié)點。,4.2.5漸開線齒廓嚙合的特點,（1）嚙合線為一條不變的直線（2）傳力方向不變（3）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：就單獨一個齒輪而言，只有分度圓和壓力角，而無節(jié)圓和嚙合角；只有當一對齒輪互相嚙合時，才有節(jié)圓和嚙合角；當一對標準齒輪嚙合時，分度圓是否與節(jié)圓重合，壓力角與嚙合角是否相等，取決于兩齒輪是否為標準安裝。如果標準安裝，則兩圓重合、兩角相等；否則均不相等。,4.3.1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,ha,齒根，,齒根高,hf,齒全高,h=ha+hf,基圓,rb，db,標準直齒圓柱外齒輪,基圓齒距,pb、,4.3漸開線標準直齒圓柱齒輪,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、計算、制造和檢驗，令p/=m，m稱為齒輪的模數(shù)，其單位為mm，已標準化（表4-2標準模數(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ha=ha*m,5）頂隙系數(shù)c*齒根高hf=(ha*+c*)m,3）壓力角即分度圓壓力角，規(guī)定其標準值為=20。它是決定齒輪齒廓形狀的主要參數(shù)。,基本參數(shù),2）模數(shù)m,4.3.2標準直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)及幾何尺寸計算,齒頂圓直徑da=d+2ha=(z+2ha*)m,齒根圓df=d-2hf=(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=(2ha*+c*)m,基圓db=dcos,基圓齒距與法向齒距pb=pn=pcos,4.4漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動,4.4.1漸開線標準直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件,正確嚙合：為實現(xiàn)連續(xù)傳動，前后兩對齒應(yīng)能同時在嚙合線上接觸，而不會相離或重疊。,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,4.4.2漸開線齒輪的標準中心距一對漸開線外嚙合標準齒輪，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發(fā)生沖擊和噪聲，正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時還會出現(xiàn)空程。而標準齒輪正確安裝，實現(xiàn)無側(cè)隙嚙合的條件是：,因此正確安裝的兩標準齒輪，兩分度圓正好相切，節(jié)圓和分度圓重合，這時的中心距稱為標準中心距（簡稱中心距），用a表示，見圖4-7所示，即,4.4.3連續(xù)傳動條件,一對輪齒的嚙合過程起始嚙合點B2，終止嚙合點B1極限嚙合點N1，極限嚙合點N2實際嚙合線段B1B2，極限嚙合線段N1N2,連續(xù)傳動條件當前一對齒在B1點將要脫離嚙合時，后一對齒正好或已經(jīng)從B2點進入嚙合。即滿足B1B2pb。,重合度,重合度越大，表示同時嚙合的齒對數(shù)越多或多對齒嚙合的時間越長，齒輪傳動越平穩(wěn)，承載能力越高。,4.5漸開線齒輪的加工原理與根切現(xiàn)象,1.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。機床：普通銑床。刀具：圓盤銑刀、指形銑刀。運動：切削運動、進給運動、分度運動。特點：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。,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，故加工其它齒數(shù)的齒輪時存在理論誤差。,4.5.1漸開線齒輪的加工原理,仿形法加工,2.展成法（包絡(luò)法、范成法）,原理：一對齒輪嚙合時其共軛齒廓互為包絡(luò)線。如將一個齒輪做成刀具(刃形是漸開線)，并與齒坯仿照一對齒輪嚙合進行相對運動(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,機床：插齒機運動：展成運動i12=1/2=z2/z1切削運動進給運動讓刀運動,齒輪插刀插齒,特點：精度高，生產(chǎn)率較低。應(yīng)用：加工單個或多聯(lián)直齒輪。,（二）齒條插刀,機床：插齒機運動：展成運動v1=2r2=2mz2/2切削運動進給運動讓刀運動,特點：精度高，生產(chǎn)率較低。應(yīng)用：加工單個或多聯(lián)直齒輪。,展成原理演示,（三）齒輪滾刀,機床：滾齒機運動：展成運動i12=1/2=z2/z1切削運動進給運動,特點：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,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：靠刀具和展成運動i12=1/2=z2/z1保證；,齒數(shù)z：靠刀具，及調(diào)整機床改變傳動比i12=1/2=z2/z1保證；,模數(shù)m：靠刀具和展成運動i12=1/2=z2/z1保證；,壓力角：靠刀具和展成運動i12=1/2=z2/z1保證；,齒頂高系數(shù)h*a：靠刀具和控制徑向進刀量保證；,齒頂高系數(shù)c*：靠刀具和控制徑向進刀量保證；,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（包括標準齒輪、變位齒輪）。,根切現(xiàn)象用展成法加工標準齒輪時，有時會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),根切原因,圖示為用齒條刀具加工標準齒輪時情況，刀具中線與齒輪分度圓相切，NP為嚙合線，N點為極限嚙合點，B點為齒條頂線與嚙合線的交點，即終止嚙合點。因為基圓以內(nèi)無漸開線，故當終止嚙合點B高于極限嚙合點N1時，就會產(chǎn)生根切。,根切的產(chǎn)生,標準齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù),要避免根切，刀具的齒項線不得超過N點，即,而,整理后得,4.5.3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齒輪的精度，以控制輪齒齒側(cè)間隙公差如何計算公法線長度呢？如圖所示，設(shè)千分尺與齒廓相切于A、B兩點，A、B兩點在分度圓上，設(shè)跨齒數(shù)為k，則AB兩點的距離AB即為所測得的公法線長度，用Wk表示。,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)果準確，在齒輪加工中應(yīng)用比較廣泛。標準齒輪的公法線長度計算公式為,根據(jù)漸開線的性質(zhì)可得出,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。標準齒輪分度圓弦齒厚和弦齒高的計算公式分別為,測量分度圓弦齒厚是以齒頂圓為基準的，測量的結(jié)果必然會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)。,4.6漸開線變位直齒圓柱齒輪的傳動,4.6.1概述,標準齒輪設(shè)計計算簡單，互換性好。但標準齒輪傳動仍存在著一些局限性：（1）為了避免加工時發(fā)生根切，標準齒輪的齒數(shù)必須大于或等于最少齒數(shù)Zmin。（2）標準齒輪不適用于實際中心距不等于標準中心距的場合；（3）一對互相嚙合的標準齒輪，小齒輪的抗彎能力比大齒輪低。變位齒輪可避免以上標準齒輪的缺點,變位齒輪:改變刀具與齒坯相對位置后切制出來的齒輪。變位量：刀具移動的距離xm變位系數(shù)：x正變位：刀具遠離輪心的變位，x0負變位：刀具移近輪心的變位,xF212,2由離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力,3由帶彎曲產(chǎn)生彎曲應(yīng)力,帶工作時總應(yīng)力分布如圖所示。由圖可見，帶上的應(yīng)力是變化的，最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊與小帶輪的接觸處。其最大應(yīng)力為,10.2.3帶傳動的彈性滑動和傳動比,由于帶是彈性體，工作時會產(chǎn)生產(chǎn)生彈性變形。當帶由緊邊繞經(jīng)主動輪進入松邊時，它所受的拉力由F1逐漸減小為F2，帶因彈性變形變小而回縮，帶的運動滯后于帶輪，即帶與帶輪之間產(chǎn)生了局部相對滑動。導致帶速低于主動輪的圓周速度。相對滑動同樣發(fā)生在從動輪上，使帶的速度大于從動輪的圓周速度。這種由于帶的彈性變形而引起帶與帶輪之間的局部相對滑動，稱為彈性滑動。,彈性滑動和打滑是兩個完全不同的概念，打滑是過載引起的，因此可以避免。而彈性滑動時由于帶的彈性和拉力差引起的，是傳動中不可避免的現(xiàn)象。,由上式可得帶傳動的傳動比為,從動輪的轉(zhuǎn)速,10.3普通V帶傳動的設(shè)計計算,10.3.1帶傳動的失效形式和設(shè)計準則,由于帶傳動的主要失效形式是打滑和疲勞破壞，因此帶傳動的設(shè)計準則是在保證帶傳動不打滑的情況下，使帶具有一定的疲勞強度和壽命。,10.3.2單根普通V帶所能傳遞的功率,在帶的實際工作條件與上述特定條件不同時，需對P0進行修正。修正后即得與實際條件相符的單根普通V帶所能傳遞的功率，稱該功率為許用功率P0。,P0-功率增量，考慮傳動比i1時，帶在大輪上的彎曲應(yīng)力較小，故壽命相同的條件下，可增大傳遞的功率。K-包角修正系數(shù)，考慮180時，對傳動能力的影響。KL-帶長度修正系數(shù)，考慮帶長與特定長度不同時對傳動能力的影響。,10.3.3普通V帶傳動的設(shè)計方法和步驟,一.已知條件和設(shè)計的內(nèi)容,已知條件：傳動用途、工作情況和原動機種類；傳遞的功率，主、從動輪的轉(zhuǎn)速n1，n2(或傳動比)；其它要求，如外廓尺寸及安裝位置要求等。設(shè)計內(nèi)容：確定帶的型號、基準長度、根數(shù)；確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)尺寸；確定傳動中心距及作用在軸上的力；初拉力和張緊方式。,二.V帶傳動的設(shè)計步驟,1、確定計算功率PC2、選擇V帶型號3、確定帶輪的基準直徑d1、d24、驗算帶速v5、計算中心距和帶長6、驗算小帶輪包角7、確定V帶根數(shù)8、計算初拉力F09、計算軸上壓力,10帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計,1確定計算功率,KA-工作情況系數(shù),表10-7工作情況系數(shù),2選定V帶的型號,根據(jù)計算功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速，按圖10-10選擇普通V帶的型號。,3確定帶輪的基準直徑,為降低帶的彎曲應(yīng)力，小帶輪的基準直徑d1應(yīng)大于或等于該型號帶輪的最小直徑dmin。,大輪直徑由公式求得，并圓整，取標準系列值。,表10-3V帶輪最小直徑及標準直徑系列,5、計算中心距和帶長,初定中心距：如果中心距未給出，可按下式初選中心距a0,確定帶長：初定帶長L0可按下列幾何長度計算公式求得,根據(jù)初定的L0由表10-2選取相近的基準長度Ld。傳動的實際中心距可近似按下式確定：,4、驗算帶速v,帶速,v不能太大也不能太小，一般v應(yīng)在525m/s范圍內(nèi)。,6、驗算小帶輪包角,對于V帶，一般要求1120，否則，應(yīng)增大中心距或加張緊輪。,7、確定V帶的根數(shù),為了使每根V帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜太多，通常取帶的根數(shù)小于10根。,初拉力F0的大小對帶傳動的正常工作及壽命影響很大。初拉力不足，易出現(xiàn)打滑；初拉力過大，則V帶壽命降低，壓軸力增大。,8、計算初拉力F0,式中PC計算功率，kW；ZV帶的根數(shù)；vV帶速度，m/s；K包角修正系；qv帶每米長質(zhì)量，kg/m。,由于新帶易松弛，所以對于非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時的初拉力應(yīng)為上述初拉力的1.5倍。,9、計算軸壓力,V帶作用在軸上的壓力FQ一般可近似按兩邊的初拉力F0的合力來計算。,FQ=2ZFo,10帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計,帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計根據(jù)帶輪槽型、槽數(shù)、基準直徑和軸的尺寸確定。參見本章10.4節(jié)部分或有關(guān)機械設(shè)計手冊。,10.4V帶輪的設(shè)計,10.4.1V帶輪的要求,對于V帶輪設(shè)計的主要要求是：（1）質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)工藝性好。（2）無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力。（3）質(zhì)量分布較均勻，轉(zhuǎn)速高時要進行動平衡試驗。（4）輪槽工作面表面粗糙度要合適，以減少帶的磨損。（5）輪槽尺寸和槽面角保持一定的精度，以使載荷沿高度方向分布,10.4.2V帶輪的材料,帶輪的材料以鑄鐵為主，常用牌號為HT150、HT200。鑄鐵帶輪允許的最大圓周速度為25m/s，速度高于25m/s時，可采用