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1、 工程机械讲义1徐昌慧编 湖南科技大学土木学院建工系第1篇 工程机械基础第1章 机械基础1-1 概述概述机械系统的组成机械系统的组成-如卷扬机如卷扬机（1）动力机构）动力机构 机械系统的动力部分机械系统的动力部分（2）工作机构）工作机构 机械系统的执行部分机械系统的执行部分（3）传动机构）传动机构 将动力输出的机械能传递到工作机部分将动力输出的机械能传递到工作机部分 按工作原理分：机械传动、液体传动、电力传动按工作原理分：机械传动、液体传动、电力传动和和 磁力传动磁力传动 另外还有：操纵或控制装置，或行走装置另外还有：操纵或控制装置，或行走装置卷扬机机械的定义机械的定义 是机器和机构的总称，机
2、器是执行机械运动的装置，是机器和机构的总称，机器是执行机械运动的装置，用来转换机械能（原动机）或者完成有用功（工作机）。用来转换机械能（原动机）或者完成有用功（工作机）。如单杠四冲内燃机如单杠四冲内燃机机器的三个特性：机器的三个特性：机器由多机构、构件组合而成机器由多机构、构件组合而成机器中的构件之间具有确定的相对运动机器中的构件之间具有确定的相对运动能完成有效的机械功或变换机械能能完成有效的机械功或变换机械能机构只有机器的前两个特征机构只有机器的前两个特征零件：通用零件和专用零件零件：通用零件和专用零件1.2 常用机构常用机构常用机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、带传动有连杆机构、凸轮机构
3、、齿轮机构、带传动机构、链传动机构、螺旋机构、步进机构机构、链传动机构、螺旋机构、步进机构等等1.2.1 机构运动简图1.运动副运动副是由两个构件 组成的具有一定相 对运动的可动连接。分低副和高副1、低副，面接触1）回转副2）移动副2、高副，点或线接触高副2.运动副的代表符号3.平面机构运动简图1.2.2 连杆机构一、铰链四杆机构：四个运动副全为转动副 2、双曲柄机构1、曲柄摇杆机构3、双摇杆机构铰链四杆机构的演化二、具有移动副的四杆机构1、曲柄滑块机构滑块机构的演化导杆机构原理如图2-18b)所示有转动导杆机构和摆动导杆机构摇块机构原理见图2-18c)所示定块机构原理如图2-18d)所示三、
4、偏心轮机构1.2.3 齿轮传动一、齿轮传动的特点几类型优点：1）可传递空间任意两轴间的运动和动力；2）传递功率和圆周速度范围广，功率可从很小到几十万千瓦，圆周速度可达200m/s;3)传动效率高，98%99.5%4）瞬时传动比稳定 5）工作可靠，使用寿命长，结构紧凑。缺点：1）制造和安装的精度要求高，成本高；2）不宜用于轴间距离较大的传动 3）精度低时噪声大。1.2.3.1齿轮传动类型齿轮传动类型a)圆柱直齿外齿合 b)圆柱直齿内齿合 c)齿条齿合d)圆柱斜齿外齿合 e)圆柱人字齿合 f)两轴相交直齿 g)两轴相交斜齿 h)螺旋齿轮 i)蜗杆齿轮 1.2.3.2 直圆柱齿轮传动一、齿轮各部分名
5、称及其尺寸关系 da齿顶圆直径 df齿根圆直径 d 分度圆直径 s分度圆上齿厚 e分度圆上齿槽宽 p分度圆上齿距 h全齿高 ha 齿顶高 hf 齿根高 p=s+e e=s h=ha+hf1.2.3.2 直圆柱齿轮传动齿廓齿合定理：两齿廓不论在任何位置接触，过齿廓接触点的公法线必须与两轮连心线交于一点。满足齿廓齿合定律的齿廓有渐开线齿廓、摆线齿廓和圆弧齿廓。渐开线齿廓应用最广。1.2.3.2 直圆柱齿轮传动渐开线及渐开线齿轮渐开线齿廓能保证恒定的传动比1.2.3.2 直圆柱齿轮传动一对渐开线齿轮的齿合传动条件两齿轮的全部齿轮都能依次齿合不发生轮齿顶撞和中断的现象公法线N1N21.2.3.3 齿轮
6、的失效形式 及齿轮材料一、齿轮的失效形式齿轮传动工作条件：闭式齿轮传动、开始齿轮传动。失效形式有：齿轮折断、齿面疲劳点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形二、齿轮材料锻钢、轧制钢材、铸钢、灰铸铁、球墨铸铁及有色金属和非金属材料1.2.3.4 渐开线斜齿圆柱齿轮 和直齿圆锥齿轮传动一、斜齿圆柱齿轮传动传动时一对齿轮逐渐进入和退出齿合，同时齿合的轮数目较直齿轮多重合度大，每一对轮齿负担的荷载小，传动平稳，冲击和噪声小。缺点是在工作中要产生轴向力，需用推力轴承或向心力轴承来承受此轴向力。适用于高速、大功率以及转动平稳的场合。二、直圆锥齿轮传动直圆锥齿轮传动适用于两轴间相交的传动，两轴间的夹角通常为1
7、.2.3.5 蜗杆传动蜗杆传动由蜗杆1和蜗轮2组成。它常用于传递空间交错成900角的两轴间的运动和动力。特点是：能获得大的传动比，结构紧凑，尺寸小，传动平稳噪声小，可实现自锁；传动效低，不宜传动较大的功率，蜗轮齿圈一般用青铜制造，成本较高1.2.3.6 轮系由一系列齿轮组成的传动系统称为轮系，一、轮系类型定轴轮系行星轮系1.2.3.6 轮系行星轮系 定轴轮系 1.2.3.6 轮系轮系的功用1.2.3.7减速器齿轮减速器蜗杆减速器行星齿轮减速器1.2.3.8 齿轮的结构一、齿轮轴：齿轮与轴制成一体 实心式齿轮二 腹板式齿轮1.2.4 凸轮机构凸轮机构1.2.5 棘轮机构1.2.6 带传动与链传动
8、带传动和链传动均有主动轮和从动轮，分别通过传送带和传送链作为中间绕性件来传递运动和力传动带的主要类型有平带、V带、特殊带及同步带传动链的主要类型有滚子链、套筒链及齿形链1.2.6.1 带传动主动轮、从动轮和传送带1.2.6.1 带传动传送带的张紧1.2.6.1 带传动同步齿形带传动1.2.6.2 链传动主动链轮从动链轮链条1.2.6.2链传动套筒链子传动1.2.6.2链传动齿形链1.2.7 组合机构把几种基本机构用一定方式连接起来，完成更复杂的运动1.3 轴及轴承轴是组成机器的重要零件，用来支撑转动零件，大多数轴还要传递运动和转矩轴承起支承轴及轴上的转动件的作用1.3.1 轴一、轴的分类 根据
9、轴心线分为直轴、曲轴和转轴直轴分为心轴、传动轴和转轴图中：a为心轴（车轴）b为心轴（滑轮轴）c为汽车传动轴 d为转轴即支撑回转零件1.3.1 轴二、轴的材料轴的材料主要是碳素钢和合金钢1.3.1 轴三 轴的结构1-4-1 轴轴上零件固定有轴向和周向两种1.3.2 轴毂联接轴毂联接：实现带毂零件与轴周向固定或兼轴向固定，有键、花键、过赢配合和销联接一、键联接：有平键、半圆键、锲键和切向键平键有普通平键和导向平键。普通平键有：A型（双圆头）B型（方头）C型（单圆头）1.3.2 轴毂联接二、花键联接是有多个键齿的轴和有相应凹槽的毂孔组成，1.3.2 轴毂联接销联接过盈联接1.4 轴承轴承是用来支撑轴
10、或其他回转零件、组件的一种部件，分滑动轴承和滚动轴承。滑动轴承：液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承分：向心滑动轴承推力滑动轴承1.4.1 滚动轴承结构1.4.1 滚动轴承滚动轴承类型（1）向心轴承（2）向心推力轴承（3）推力轴承国标：滚动轴承十大类型1.4.1 滚动轴承滚动轴承的组合结构1.4.1 滚动轴承滚动轴承德的轴向固定滚动轴承的调整（1）轴承间歇调整（2）轴承轴向位置的调整1.4.2 滑动轴承向心式轴承：（1）整体式1.4.2 滑动轴承（2）剖分式1.4.2 滑动轴承（3）调心式1.4.2 滑动轴承推力滑动轴承1.4.2 滑动轴承轴瓦：整体式、剖分式轴承衬：节省贵重的轴承材料润滑油：
11、轴瓦上开设油孔和油沟轴瓦材料：轴承合金等1.4.2 滑动轴承润滑剂：润滑油与润滑脂润滑装置1.5 联轴器、离合器、控制器联轴器和离合器都是用来联接两轴（或两零件）使之一同转动并传递转矩的部件联轴器联接的两轴只有拆卸才能分离离合器可在机器工作过程中是两轴联接或分离1.5.1 联轴器两轴的偏移分类1、刚性联轴器：（1）固定式（2）可移式2、弹性联轴器1.5.1 联轴器十字滑块（十字沟槽）联轴器1.5.1 联轴器万向联轴器双万向联轴器1.5.1 联轴器1.5.1 联轴器万向联轴器应用弹性联轴器1.5.1 联轴器1.5.2 离合器嵌入式离合器1.5.2 离合器摩擦离合器1.5.2 离合器其作用是根据需
12、要接合或分离两轴，接合或切断运动，以实现机械的起动、停止、换向、变速以及过载保护、定向传动等。操纵离合器和自动离合器机械离合器、液压离合器、电磁离合器和气动离合器摩擦式和齿合式例 1、齿轮离合器；2、液压离合器；3、超越离合器液压离合器1-活塞、2-外摩擦组片3-从动轮、4-内连接套超越离合器1-星轮、2-外圈、3-滚柱、顶杆1.5.3 制动器制动器的作用是使机构的运动速度降低,直至停止机构运转，或调节速度。按构造形式不同分为块式、带式、圆盘式和圆锥式按工作状态分为常闭式和常开式一、块式制动器1-制动臂2-制动瓦片3-副弹簧4-主弹簧5-推杆6-拉板7-电磁铁8-二、带式制动器1-制动轮2-制
13、动带3-坠 重4-电磁铁1.6 钢丝绳一、钢丝绳的种类钢丝：含碳量（0.5-0.8%）、抗拉强度1400-2000N/mm2分类：1）特级、级、级2）光面、镀锌（甲、乙、丙）3）单绕绳、双绕绳、三绕绳4）右捻Z、左捻S5）交互捻、同向捻、混合捻 6）点接触、线接触、面接触绳芯：有机芯、纤维芯、石棉芯、金属芯钢丝绳标记示例1、钢丝绳抗拉强度1500N/mm2、号光面钢丝、直径35.0mm、右向交互捻瓦林吞型6W（19）钢丝绳记为：钢丝绳6W(19)-35.0-155-光-Z交GB1102-74 点接触、线接触、面接触钢丝绳直径的选择计算1、选择钢丝绳的结构形式：根据机构的工作类型和使用要求；2、
14、确定钢丝绳的直径（破断何载法）三、钢丝绳的寿命 钢丝绳破坏原因：金属疲劳、磨损和腐蚀等 国家报废标准：钢丝绳的寿命是指从使用时直至报废标准时的使用期限提高钢丝绳寿命的主要措施有：1、要求滑轮或卷筒有足够大的直径Dde2、应尽可能减少钢丝绳的弯折次数和反复的正反向弯绕3、滑轮和卷筒的材料应尽量软一些4、良好的润滑和保养5、滑轮槽的直径应比绳的直径大12.5mm四、钢丝绳接头的固接方法 1.7 滑轮、滑轮组和卷筒某起升机构的传动示意图一、滑轮滑轮作用：穿绕钢丝绳，改变钢丝绳的 走向，平衡钢丝绳分支拉力。分类：二、滑轮组钢丝绳依次绕过若干定滑轮和动滑轮所组成的装置1、滑轮组的种类3、单联滑轮组的效率
15、及钢丝绳拉力设总起重量为Q，钢丝绳承载分支数为m 每个滑轮的效率相同，用 表示，则：滑轮组的效率为理想状态时引出端拉力F0与实际情况下的引出端拉力F1的比值三、卷筒1、卷筒的种类卷筒的作用是卷绕、收存钢丝绳，传递动力，把旋转运动变为直线运动。分类：单层绕卷筒和多层绕卷筒见 有槽卷筒和光面卷筒多层绕卷筒为光面卷筒，缺点钢丝绳的寿命有所减少，但容绳量大。单层绕卷筒为有槽卷筒，钢丝绳的寿命较长但容绳量小多层绕光面卷筒2、卷筒容绳量卷筒的名义直径对于槽面卷筒为槽底直径，对与光面卷筒为圆外表面直径，用D表示。对于单层绕卷筒，卷筒容量为对于多层绕卷筒设每层绕的圈数为z，则绕第m层时，卷筒容量为 3.钢丝绳
16、的允许偏斜角自然排绳斜偏角排绳器排绳1.8 卷扬机又名绞车，施工中的一种简单的常用起重设备有电动与手动、快速与慢速、单卷筒与双卷筒之分一、JJK型单卷筒快速卷扬机1-电动机2-轴线3-卷筒5-减速器6-制动器7-联轴器二、JJKX型单筒快速卷扬机卷扬机图7-16为JJKX-1型卷扬机的传动机构，由两级行星齿轮传动和一个浮动机构7（齿轮联轴器）组成1-行星齿轮 2-大内轮 3-中心轮 4-行星齿轮 5-小内齿轮 6-中心轮三、双筒快速摩擦式卷扬机接合摩擦式离合器，一台电动机和多对齿轮（或一台减速器）组成，分别或同时驱动两个卷筒牵引重物的卷扬机。1.9 螺纹联接与螺旋传动在机械中广泛地应用着带有螺纹的零件如螺栓、螺母、丝杆等，它们主要用于机械零件的连接、机械零件之间相互位置的调整或进行机械传动1.9.1 螺纹的类型及主要参数一、螺纹的类型 1、螺纹的牙型 1.9.1 螺纹的类型及主要参数螺纹的绕行方向与螺旋线数1.9.1 螺纹的类型及主要参数二、圆柱螺纹主要参数d-外径d1-内径d2-中径p-螺距S-导程1.9.1 螺纹的类型及主要参数三、常用螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹1.9.2 螺
