机械原理与机械设计全套PPT学习资料

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1、机械原理与机械设计机械原理与机械设计TheoryandDesignofMechanismsandMachines课程内容课程内容导论导论（第（第1篇篇）机械原理部分机械原理部分（第（第2篇第篇第4篇篇）机械设计部分机械设计部分（第（第5篇第篇第6篇篇）课程设计部分课程设计部分（第（第7篇篇）章节分布第一篇 导 论第一章第一章机械的组成、分类与发展机械的组成、分类与发展第二章第二章机械的设计与相关课程简介机械的设计与相关课程简介整个课程的总绪论整个课程的总绪论第一章第一章机械的组成、分类与发展机械的组成、分类与发展 内容提要q认识机器认识机器q 机器的分类和组成机器的分类和组成q 机械发展历程概

2、述机械发展历程概述 第一节第一节认识机器认识机器通过上周的实践，我们已经认识了几通过上周的实践，我们已经认识了几种典型的机器：种典型的机器：内燃机内燃机 牛头刨床牛头刨床 汽汽 车车电池自动分拣机电池自动分拣机 通用工业机器人通用工业机器人第二节第二节机器的分类和组成机器的分类和组成机器和它的分类机器和它的分类机器的组成机器的组成机器中的几个基本概念机器中的几个基本概念返回返回什么是什么是机器机器呢？呢？机器和它的分类机器和它的分类机器：机器：是人为实物的组合体，是人为实物的组合体，具有确定的机械运动，具有确定的机械运动，可以用来转换能量、可以用来转换能量、完成有用功完成有用功或处理信息，或处

3、理信息，以代替或减轻人的劳动。以代替或减轻人的劳动。根据用途的不同，根据用途的不同，机器可分为机器可分为动力机器动力机器加工机器加工机器运输机器运输机器信息机器信息机器动力机器其用途是转换机械能。其用途是转换机械能。其他形式的能量其他形式的能量机械能机械能原动机原动机如蒸汽机、内燃机、电动机如蒸汽机、内燃机、电动机换能机换能机机械能机械能其他形式的能量其他形式的能量返回返回如空气压缩机如空气压缩机加工机器尺寸尺寸形状形状性质性质状态状态用来改变被用来改变被加工对象的加工对象的如如:加工机床加工机床轧钢机轧钢机纺织机纺织机包装机等。包装机等。返回返回运输机器用来搬运物品和人。用来搬运物品和人。如

4、汽车、飞机、起重机、运输机。如汽车、飞机、起重机、运输机。返回返回信息机器其功能是处理信息。其功能是处理信息。例如复印机、打印机、绘图机等。例如复印机、打印机、绘图机等。信息机器虽然也作机械运动，但其目的是处理信息，信息机器虽然也作机械运动，但其目的是处理信息，而不是完成有用的机械功，因而其所需的功率甚小。而不是完成有用的机械功，因而其所需的功率甚小。动力机器动力机器加工机器加工机器运输机器运输机器信息机器信息机器转换机械能转换机械能完成机械功完成机械功作功很小作功很小现代机器的出现使机器按功能的分类变得模现代机器的出现使机器按功能的分类变得模糊：糊：机器人：进行焊接和装配，是加工机器；进行焊

5、接和装配，是加工机器；用来搬运物品，也是运输机械；用来搬运物品，也是运输机械；而且是按照一定的信息来搬运；也是信息机械。而且是按照一定的信息来搬运；也是信息机械。电池分拣机：实现了电池的搬运，但它是根据电池的质量信息实现了电池的搬运，但它是根据电池的质量信息来进行分拣后的搬运。来进行分拣后的搬运。返回返回 机构 在在认认知知机机器器的的实实践践中中，我我们们已已经经初初步步认识了几种机构：认识了几种机构： 机器中的几个基本概念机器中的几个基本概念什什么么是是机机构构呢呢？连杆机构、凸轮机构、连杆机构、凸轮机构、棘轮机构、螺旋机构、齿轮机构棘轮机构、螺旋机构、齿轮机构内燃机内燃机连杆机构活塞的往

6、复移动活塞的往复移动曲轴的转动曲轴的转动牛头刨床牛头刨床圆盘的转动圆盘的转动滑枕的往复移动滑枕的往复移动连杆机构内燃机何牛头刨床中的连杆机构的共内燃机何牛头刨床中的连杆机构的共同点：同点：构件间都形成可相对转动或相对移动构件间都形成可相对转动或相对移动的活动连接。的活动连接。都是实现运动形式的变换。都是实现运动形式的变换。它们都属于连杆机构。它们都属于连杆机构。凸轮机构、齿轮机构和棘轮机构实现凸轮机构、齿轮机构和棘轮机构实现的运动转换与连杆机构不同，构件之的运动转换与连杆机构不同，构件之间的连接形式也不同，构件的形状也间的连接形式也不同，构件的形状也不同。不同。因此，可给出机构的如下定因此，可

7、给出机构的如下定义：义：机构：机构：人为实物的组合体，人为实物的组合体，具有确定的机械运动，具有确定的机械运动，可以用来传递和转换运动。可以用来传递和转换运动。机器机器：人为实物的组合体，人为实物的组合体，具有确定的机械运动，具有确定的机械运动，可以用来转换能量、可以用来转换能量、 完成有用功完成有用功 或处理信息，或处理信息，以代替或减轻人的劳动。以代替或减轻人的劳动。机器是由机构组成的。机器是由机构组成的。简单的机器，可能只含有一个机构简单的机器，可能只含有一个机构,但一般都含有但一般都含有多个机构。多个机构。机械机械:机器和机构的总称机器和机构的总称。机器机器 机构机构机器中的单个机构不

8、具有转换能量或完成有用功机器中的单个机构不具有转换能量或完成有用功的功能。的功能。在各种机械中广泛使用的一些机构称为在各种机械中广泛使用的一些机构称为常用机构。常用机构。如：如：连杆机构、连杆机构、凸轮机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮机构、间歇运动机构。间歇运动机构。常用机构常用机构我们已经多次使用了我们已经多次使用了“构件构件”这个术语。这个术语。活塞、连杆、曲轴、滑枕等都是构件。活塞、连杆、曲轴、滑枕等都是构件。构件是组成机构的有确定运动的单元。构件构件是运动的单元，而零件是制造的单元构件是运动的单元，而零件是制造的单元。构件零件各种机械中广泛使用的零件称为各种机械中广泛使用的零件称为通用零

9、件通用零件。如螺栓、轴、齿轮、弹簧等。如螺栓、轴、齿轮、弹簧等。只在某一类机械中使用的零件称为只在某一类机械中使用的零件称为专用零件专用零件。如内燃机中的活塞、曲轴等。如内燃机中的活塞、曲轴等。通用零件中主要包括三大类零件：通用零件中主要包括三大类零件：传动零件传动零件（齿轮、带、链等）（齿轮、带、链等）联接零件联接零件（螺栓、键等）（螺栓、键等）轴系零件轴系零件（轴、轴承等）（轴、轴承等）此外此外:弹簧弹簧等零件。等零件。通用零件与专用零件返回返回机器的组成机器的组成传统机器传统机器都包含如下三个部分：都包含如下三个部分：驱动装置传动装置执行装置常称为原动机，是机器常称为原动机，是机器的动力

10、来源。的动力来源。常用：电动机、内燃机、常用：电动机、内燃机、液压缸和气动缸，液压缸和气动缸，以各种电动机的应用最以各种电动机的应用最为普遍。为普遍。处于整个传动路线的终端，处于整个传动路线的终端，按照工艺要求完成确定的运按照工艺要求完成确定的运动，是直接完成机器功能的动，是直接完成机器功能的部分。部分。执行装置随机器的用途不同执行装置随机器的用途不同而不同，它属于各种专业机而不同，它属于各种专业机械课程研究的内容。械课程研究的内容。恩恩格格斯斯如牛头刨床、空气压缩机如牛头刨床、空气压缩机驱动装置传动装置执行装置将原动机的运动和动力传递给执行装置，将原动机的运动和动力传递给执行装置，并实现运动

11、速度和运动形式的转换。并实现运动速度和运动形式的转换。运动速度的转换运动速度的转换运动形式的转换运动形式的转换运动速度的转换运动速度的转换传动装置解决原动机速度和执行装置速度不匹配的问题。传动装置解决原动机速度和执行装置速度不匹配的问题。一般的普通交流电动机速度是固定的。一般的普通交流电动机速度是固定的。一般机器执行部分速度低于原动机的转速一般机器执行部分速度低于原动机的转速,需要减速。需要减速。（也有相反的情况，需要增速）。（也有相反的情况，需要增速）。许多机器还需要执行装置有多种不同的速度。许多机器还需要执行装置有多种不同的速度。鼠笼式交流电动机的同步转速（r/min）5006007501

12、00015003000带、链传动各种齿轮传动减速器例如自行车链传动例如汽车、机床的变速器运动形式的转换运动形式的转换机器执行部分可能机器执行部分可能有各种运动形式：有各种运动形式：一般的原动机一般的原动机作回转运动作回转运动变速回转变速回转往复摆动往复摆动往复移动往复移动间歇运动间歇运动特定轨迹特定轨迹转换运动形式转换运动形式的各种机构的各种机构间歇运动机构间歇运动机构连杆机构连杆机构连杆机构连杆机构连杆机构连杆机构凸轮机构凸轮机构凸轮机构凸轮机构连杆机构连杆机构随着20世纪后半叶以来现代科学技术的发展，特别是控制理论的发展和计算机在工业上的应用，机器的组成更复杂了。驱动装置传动装置执行装置控

13、制装置检测伺服电机检测伺服电机的输出转角的输出转角检测执行装置检测执行装置的运动输出的运动输出由程序给定由程序给定运动规律运动规律前馈控制反馈控制传传感感器器传传感感器器控制装置的作用是控制机器控制装置的作用是控制机器各部分的运动。各部分的运动。测量运动构件真实测量运动构件真实运动情况，并将测运动情况，并将测量结果随时反馈给量结果随时反馈给控制系统控制系统发出指发出指令调节令调节伺服电伺服电机的运机的运动动驱动装置传动装置执行装置控制装置驱动装置传动装置执行装置传统机器现代机器普通车床普通车床牛头刨床牛头刨床空气压缩机空气压缩机起重机起重机掘土机掘土机皮带运输机皮带运输机机器人机器人数控机床数

14、控机床心脏躯干，臂手脑眼返回返回第三节第三节机械的发展历程概述机械的发展历程概述机械的发展历程机械的发展历程机械设计及理论的发展历程机械设计及理论的发展历程古古代代近近代代现现代代简单机械：杠杆、车轮、滑轮、斜面、螺旋等。简单机械：杠杆、车轮、滑轮、斜面、螺旋等。公元前公元前3000年，在修建金字塔的过程中，就使用了年，在修建金字塔的过程中，就使用了滚木来搬运巨石。滚木来搬运巨石。阿基米德用螺旋将水提升至高处，那就是今天的螺阿基米德用螺旋将水提升至高处，那就是今天的螺旋式输送机的始祖。旋式输送机的始祖。远古时代公元一世纪 东汉“水排水排”用水力鼓风炼铁，其中应用用水力鼓风炼铁，其中应用了齿轮和

15、连杆机构了齿轮和连杆机构古代中国 晋 代 “连连磨磨”用一头牛驱动八台磨盘，用一头牛驱动八台磨盘，其中应用了齿轮系。其中应用了齿轮系。中世纪 欧洲用脚踏板驱动的用脚踏板驱动的加工木棒的车床加工木棒的车床中世纪 欧洲利用曲轴的研磨机利用曲轴的研磨机13世纪以后，机械钟表在欧洲发展起来。连杆机构、齿轮机构和凸轮机构等在古代机械中即已经有所应用。在达芬奇时代，现在最常用的一些机构型式即已基本知晓。近代：18世纪中叶20世纪中叶动力的变革动力的变革材料的变革材料的变革加工手段的变革加工手段的变革生产模式的变革生产模式的变革机构与传动的变革机构与传动的变革机械理论和设计方法的建立机械理论和设计方法的建立

16、近代动力的变革动力的变革1765年，瓦特（年，瓦特（Watt）发明了蒸汽机。）发明了蒸汽机。揭开了第一次工业革命的序幕。揭开了第一次工业革命的序幕。蒸汽机给人类带来了强大的动力，各种由动力驱蒸汽机给人类带来了强大的动力，各种由动力驱动的产业机械动的产业机械纺织机、车床等，如雨后春笋般纺织机、车床等，如雨后春笋般出现。出现。古代机械的动力：人力、畜力和水力。古代机械的动力：人力、畜力和水力。动力制约了机械的发展。动力制约了机械的发展。首先是动力的变革推动了机械的飞速发展和广泛首先是动力的变革推动了机械的飞速发展和广泛应用。应用。蒸汽机无法实现小型化，所以在当时的工厂里采用集中驱动的方式。蒸汽机时

17、代的纺织工厂蒸汽机时代的纺织工厂蒸汽机皮带天轴皮带生产机械2皮带生产机械1皮带生产机械319世纪，第二次工业革命世纪，第二次工业革命电动机和内燃机发明电动机和内燃机发明为汽车、飞机的为汽车、飞机的出现提供了可能性。出现提供了可能性。电力代替了蒸汽。电力代替了蒸汽。集中驱动被抛弃了，集中驱动被抛弃了，每台机器都安装了独每台机器都安装了独立的电动机。立的电动机。 与此同时，戴姆勒也发明与此同时，戴姆勒也发明出了他的第一辆四轮汽车。出了他的第一辆四轮汽车。1886年，本茨发明的汽油发动机年，本茨发明的汽油发动机为动力的三轮车被授予专利。为动力的三轮车被授予专利。莱莱特特兄兄弟弟190319世纪中叶，

18、发明了世纪中叶，发明了炼钢法炼钢法，从那时一直到现在，从那时一直到现在，钢铁始终是制造机械最主要的材料。钢铁始终是制造机械最主要的材料。18世纪末，现代世纪末，现代车床车床的雏形在英国问世的雏形在英国问世;19世纪中叶世纪中叶,通用机床通用机床的各种类型已大体齐备；的各种类型已大体齐备；19世纪末，世纪末，自动机床、大型机床自动机床、大型机床出现。出现。近代材料的变革材料的变革近代加工手段的变革加工手段的变革近代生产模式的变化生产模式的变化社会需求日益增长。社会需求日益增长。20世纪初叶，机械制造进入了世纪初叶，机械制造进入了大批量生产模式大批量生产模式的时代。标志：美国福特汽车的生产的时代。

19、标志：美国福特汽车的生产进行大批量生产的要求。进行大批量生产的要求。近代机构与传动的变革机构与传动的变革提高生产率的需要。提高生产率的需要。基于动力的变革，大幅度提高机器的速度成为可能。基于动力的变革，大幅度提高机器的速度成为可能。机器速度的提高是几百年来未曾停遏的发展趋势。机器速度的提高是几百年来未曾停遏的发展趋势。高速化高速化自动化自动化精密化精密化提高产品质量的需要。提高产品质量的需要。基于加工水平的提高，提高机器的精度成为可能。基于加工水平的提高，提高机器的精度成为可能。近近代代机机械械的的发发展展趋趋向向要求不断完善已有的机构，要求不断完善已有的机构，并发明出新的机构并发明出新的机构

20、例如：例如：18世纪，欧拉（世纪，欧拉（Euler）首次提出采用渐开线作为齿轮的齿廓，首次提出采用渐开线作为齿轮的齿廓，从而使高速、大功率的机械传动成为可能。从而使高速、大功率的机械传动成为可能。20世纪世纪各种大传动比、结构紧凑的新型传动，各种大传动比、结构紧凑的新型传动，高速的步进机构，高速的步进机构，精密的滚动螺旋传动，精密的滚动螺旋传动，机构的创新一直到今天也没有停止。机构的创新一直到今天也没有停止。机器的发展，呼唤着机械的理论和设计方法。机器的发展，呼唤着机械的理论和设计方法。牛顿经典力学的建立则为此准备了理论基础。牛顿经典力学的建立则为此准备了理论基础。近代机械理论和设计方法的建立

21、机械理论和设计方法的建立材料学材料学强度理论强度理论运动学运动学静力学静力学动力学动力学牛顿经典力学牛顿经典力学机机构构结结构构学学机机构构运运动动学学机机器器静静力力学学机器要运动、要传递机器要运动、要传递力，因此，最先发展力，因此，最先发展起来的是：起来的是：材料学材料学强度理论强度理论运动学运动学静力学静力学动力学动力学牛顿经典力学牛顿经典力学机机构构结结构构学学机机构构运运动动学学机机器器静静力力学学机机器器动动力力学学随着机器运转速随着机器运转速度的不断提高，度的不断提高，机器的振动、速机器的振动、速度波动等问题引度波动等问题引起了人们的重视，起了人们的重视，机械动力学发展机械动力学

22、发展起来。起来。材料学材料学强度理论强度理论运动学运动学静力学静力学动力学动力学牛顿经典力学牛顿经典力学机机构构结结构构学学机机构构运运动动学学机机器器静静力力学学机机器器动动力力学学机机械械零零件件设设计计到到20世纪上半叶，机械设计的方法已基本形成。世纪上半叶，机械设计的方法已基本形成。但是，这些方法都基于图解和手工计算。但是，这些方法都基于图解和手工计算。现代：20世纪中叶计算机的发明计算机的发明科学技术发展史上划时代的大事。科学技术发展史上划时代的大事。现代机器的出现现代机器的出现计算机使机械设计方法面目一新计算机使机械设计方法面目一新现代：机器人的出现机器人的出现随着随着计算机计算机

23、和和伺服电机伺服电机的出现，的出现，机器人机器人作为作为现代机器的代表走上了历史舞台。现代机器的代表走上了历史舞台。工业机器人工业机器人特种机器人特种机器人工业机器人工业机器人：在工业生产中越来越广泛地应：在工业生产中越来越广泛地应用。用于搬运、装配、焊接、喷漆、凿岩等工用。用于搬运、装配、焊接、喷漆、凿岩等工作。作。清洗飞机的机器人隧道凿岩的机器人第一汽车制造厂的汽车装配生产线几几 种种工业机器人工业机器人特种机器人特种机器人：在潜水、管道修理、外科手：在潜水、管道修理、外科手术、生物工程、军事、星际探索等领域应术、生物工程、军事、星际探索等领域应用，承担着许多由人的直接操作无法完成用，承担

24、着许多由人的直接操作无法完成的工作。的工作。水下扫雷机器人爬壁机器人几种几种特种机器人特种机器人军用昆虫机器人爬缆索机器人数控车床数控加工中心计算机控制系统和伺服电机被引入到传统机器中来，计算机控制系统和伺服电机被引入到传统机器中来，使其组成、面貌和功能发生了革命性的变化。使其组成、面貌和功能发生了革命性的变化。现代机器向主动控制、信息化和智能化方向发展，现代机器向主动控制、信息化和智能化方向发展，从这个意义上讲，正如有的学者所说：从这个意义上讲，正如有的学者所说：“今后的机器都将是机器人”。现代：机械理论和设计方法面目一新机械理论和设计方法面目一新20世纪最后世纪最后30年，计算机应用的普及

25、极大地推动了年，计算机应用的普及极大地推动了机械分析与设计方法的革新。机械分析与设计方法的革新。计算机计算代替了手工计算法和图解方法。计算机计算代替了手工计算法和图解方法。计算机辅助设计、优化设计、有限元法、动态设计计算机辅助设计、优化设计、有限元法、动态设计等现代设计方法迅速发展。等现代设计方法迅速发展。计算机不仅是大大地提高了计算速度，而且已成为计算机不仅是大大地提高了计算速度，而且已成为机械分析与设计的前所未有的强大手段。机械分析与设计的前所未有的强大手段。整个机械设计的理论和方法焕然一新。整个机械设计的理论和方法焕然一新。现代意义上的机械设计已经根本离不开计算机了。现代意义上的机械设计

26、已经根本离不开计算机了。第二章第二章机械的设计与相关课程简介机械的设计与相关课程简介 机器的认知实践机器的认知实践通过上周的认知实践，我们已经认识了通过上周的认知实践，我们已经认识了几种典型的机器：几种典型的机器：内燃机内燃机牛头刨床牛头刨床汽汽车车电池自动分拣机电池自动分拣机工业机器人工业机器人回顾第一章第一章机械的组成、分类与发展机械的组成、分类与发展 机器和它的分类机器和它的分类机器中的几个基本概念机器中的几个基本概念机器的组成机器的组成机械发展历程概述机械发展历程概述回顾第二章第二章机械的设计与相关课程简介机械的设计与相关课程简介 内容提要第一节第一节 机械设计的要求和内容机械设计的要

27、求和内容第二节第二节 机械设计的过程和方法机械设计的过程和方法第三节第三节 机械设计类课程简介机械设计类课程简介 什么是机械设计什么是机械设计 ？ 第一节第一节机械设计的要求和内容机械设计的要求和内容机械设计的基本内容机械设计的基本内容机械设计的基本要求机械设计的基本要求机械设计的重要地位机械设计的重要地位什么是机械设计？什么是机械设计？机械设计是一个工作过程。机械设计是一个工作过程。构思构思 决策决策 分析分析 计算计算 绘图绘图设计计算书设计计算书全套图样全套图样使用说明书使用说明书机械的机械的工作原理工作原理 外观外观 运动和力的运动和力的 传递方式传递方式各个零件的各个零件的材料、形状

28、、尺寸材料、形状、尺寸机械的机械的结构结构根据社会需求确定设计任务返回返回机械设计的基本要求n功能性要求功能性要求n可靠性要求可靠性要求n经济性要求经济性要求n社会性要求社会性要求1功能性要求功能性要求机械产品必须完成规定的功能。机械产品必须完成规定的功能。机械的功能可表达为一个或几个功能指标。机械的功能可表达为一个或几个功能指标。例：例：电池自动分拣机电池自动分拣机图18电池自动分拣机电池托盘z向进给机构输送装置机械手主要功能指标：主要功能指标：每分钟分拣电池的个数。每分钟分拣电池的个数。 主要功能指标：主要功能指标：（1 1）被加工工件的尺寸范围；）被加工工件的尺寸范围；（2 2）滑枕应具

29、有若干种不同的往）滑枕应具有若干种不同的往复运动速度，以满足不同切削工复运动速度，以满足不同切削工艺的要求；艺的要求；（3 3）工作台沿横向应能实现若干）工作台沿横向应能实现若干种不同的进给量；种不同的进给量；（4 4）应能供给并传递足够的功率，）应能供给并传递足够的功率，以克服切削力；以克服切削力；（5 5）应能保证一定的加工精度。）应能保证一定的加工精度。例：例：牛头刨床牛头刨床机械功能指标的确定：机械功能指标的确定：由用户提出由用户提出由设计者与用户协商确定由设计者与用户协商确定机械的功能指标是机械设计最基本的出发点。机械的功能指标是机械设计最基本的出发点。2可靠性要求可靠性要求机械零件

30、的内部和表机械零件的内部和表面产生应力和变形面产生应力和变形磨损磨损曲轴折断曲轴折断潘存云教授研制齿轮损坏齿轮损坏机械要传递机械要传递力和力矩力和力矩有可能导致有可能导致零件的失效零件的失效机械应能保证在规定的使用寿命期限内，零件不发生各种型式的失效。 为此要进行强度、刚度和寿命的计算，这些计算在整个设计工作量中占了很大的比例。3经济性要求经济性要求制造成本制造成本使用成本使用成本简化结构简化结构选用适当的材料选用适当的材料确定合理的加工精度确定合理的加工精度标准化、系列化和通用化标准化、系列化和通用化降低机械的能量损失降低机械的能量损失考虑到维修的方便性和经济性考虑到维修的方便性和经济性成本

31、成本设计阶段的工作如何，就基本上决定了一个设计阶段的工作如何，就基本上决定了一个产品成本的高低。产品成本的高低。 4社会性要求社会性要求所设计的产品不应对人、环境和社会造成所设计的产品不应对人、环境和社会造成消极影响。消极影响。n操作者的安全性和舒适性操作者的安全性和舒适性n机械的造型和色彩美观、大方、宜人机械的造型和色彩美观、大方、宜人n符合国家在环境保护方面的法规符合国家在环境保护方面的法规数控加工中心机械是否满足社会性要求，完全取决于设计。对机械设计的四项基本要求功能性功能性要求要求经济性经济性要求要求可靠性可靠性要求要求社会性社会性要求要求例：例：汽汽车车载货（客）量载货（客）量速度速

32、度返回返回舒适性舒适性排放量排放量美观美观安全性安全性耐用性耐用性耗油量耗油量价格价格机械设计的基本内容方案设计方案设计确定工作原理确定工作原理确定机械系统运动方案确定机械系统运动方案1. 1. 方案设计方案设计根据机械的功能要求，确定机械的总体方案。根据机械的功能要求，确定机械的总体方案。螺纹加工方法螺纹加工方法车削加工车削加工丝锥加工丝锥加工滚压加工滚压加工例：例：比重不同比重不同重选磁性不同磁性不同磁选对特定液体泡沫的对特定液体泡沫的吸附性不同吸附性不同浮选例：例：选矿机械的选矿机械的工作原理工作原理矿石矿石脉石脉石磁磁铁铁选矿机械的工作原理选矿机械的工作原理螺纹加工的工作原理螺纹加工的

33、工作原理u机械的工作原理不同，机械的面貌就完全不同。u确定工作原理是方案设计的第一步。方案设计方案设计确定工作原理确定工作原理确定机械系统运动方案确定机械系统运动方案1.方案设计方案设计根据机械的功能要求，确定机械的总体方案。根据机械的功能要求，确定机械的总体方案。确定执行构件的运动确定执行构件的运动选择原动机选择原动机采用哪些机构实现运动形式的转换采用哪些机构实现运动形式的转换采用哪些机构实现运动速度的转换采用哪些机构实现运动速度的转换确定传动装置的布局确定传动装置的布局确定确定机械系统机械系统运动方案运动方案u方案设计是机械设计中至关重要的一步。u它从根本上影响机械的结构、性能、成本。u应

34、充分调查研究，并集思广益，提出多种方案，并按照四项基本要求，认真地进行比较、分析，以选择出最优方案。方案设计方案设计确定工作原理确定工作原理确定机械系统运动方案确定机械系统运动方案确定传动装置中各机构的基本几何参数。确定传动装置中各机构的基本几何参数。例如：例如：牛头刨床：牛头刨床：确定连杆机构的各杆杆长，来保证滑枕的速确定连杆机构的各杆杆长，来保证滑枕的速度规律符合要求；度规律符合要求；内燃机：内燃机：确定连杆机构的尺寸，凸轮的轮廓曲线，齿轮确定连杆机构的尺寸，凸轮的轮廓曲线，齿轮的齿数等。的齿数等。2.2.运动学分析与设计运动学分析与设计保证零件在一定的使用期限内不发生失效。通过设计确保证

35、零件在一定的使用期限内不发生失效。通过设计确定零件的参数和基本尺寸。定零件的参数和基本尺寸。例如：例如：轴的直径轴的直径齿轮的大小和齿的大小齿轮的大小和齿的大小3. 3. 工作能力分析与设计工作能力分析与设计对运转速度较高的机械，会产生振动和速度波动对运转速度较高的机械，会产生振动和速度波动等有害的动力学现象，应进行必要的动力学分析。等有害的动力学现象，应进行必要的动力学分析。在此基础上对参数进行必要的修改，或采取一些在此基础上对参数进行必要的修改，或采取一些措施减轻其影响。措施减轻其影响。4. 4. 动力学分析与设计动力学分析与设计在确定了各个零件基本参数的基础上，对各零件的在确定了各个零件

36、基本参数的基础上，对各零件的结构进行构思，确定零件的全部尺寸。结构进行构思，确定零件的全部尺寸。这部分设计工作主要体现在图样上。这部分设计工作主要体现在图样上。5.5.结构设计结构设计作为制造的依据，应绘制出整个机械的装配图、组作为制造的依据，应绘制出整个机械的装配图、组成机械的各个部件的装配图，以及全部非标准化零件成机械的各个部件的装配图，以及全部非标准化零件的零件图。的零件图。图样上应标明制造所需要的全部信息：材料、热处图样上应标明制造所需要的全部信息：材料、热处理、基本参数和所有必要的尺寸，以及加工精度等技理、基本参数和所有必要的尺寸，以及加工精度等技术条件。此外，还应提出所有外购件的明

37、细表。术条件。此外，还应提出所有外购件的明细表。6.6.装配图和零件图的绘制装配图和零件图的绘制返回返回机械设计的重要地位机械设计的重要地位u中国启动了创新型国家的建设中国启动了创新型国家的建设u拥有自主的知识产权，机械设计至关重要拥有自主的知识产权，机械设计至关重要u 在若干重要领域掌握一批核心技术，拥有在若干重要领域掌握一批核心技术，拥有一批自主知识产权，造就一批具有国际竞争力一批自主知识产权，造就一批具有国际竞争力的企业，大幅度提高国家竞争力。的企业，大幅度提高国家竞争力。 u 培养造就富有创新精神的人才队伍。培养造就富有创新精神的人才队伍。 u 真正的核心技术、关键技术真正的核心技术、

38、关键技术 是买不来的，必须依靠自主创新。是买不来的，必须依靠自主创新。u 建设创新型国家。建设创新型国家。 机械的功能指标是机械机械的功能指标是机械设计最基本的出发点。设计最基本的出发点。方案设计方案设计从根本上影响从根本上影响机械的结构、性能、成本。机械的结构、性能、成本。设计阶段的工作如何，就基本上设计阶段的工作如何，就基本上决定了一个产品成本的高低。决定了一个产品成本的高低。机械应能保证不发生各种型式的失机械应能保证不发生各种型式的失效。为此要进行强度、刚度和寿命效。为此要进行强度、刚度和寿命的计算，占设计工作的很大比例。的计算，占设计工作的很大比例。设计阶段的工作如何，就基本上设计阶段

39、的工作如何，就基本上 决定了一个产品成本的高低。决定了一个产品成本的高低。机械是否满足社会性要求，机械是否满足社会性要求，完全取决于设计。完全取决于设计。功能性功能性要求要求可靠性可靠性要求要求经济性经济性要求要求社会性社会性要求要求实现自主创新拥有独立知识产权的关键环节返回返回 机械设计的过程机械设计的过程 第二节第二节机械设计的过程和方法机械设计的过程和方法机械设计的方法机械设计的方法一、机械设计的过程设设计计的的类类型型适应性设计适应性设计开发性设计开发性设计参数化设计参数化设计工作工作原理原理主体主体结构结构功能功能三者中至少应该有一项是首创的三者中至少应该有一项是首创的开发性设计开发

40、性设计三者中至少应该有一项是首创的三者中至少应该有一项是首创的实例实例照相机照相机数码照相机数码照相机手机上的照相机手机上的照相机工作原理工作原理功能功能主体结构主体结构老式照相机老式照相机数码照相机数码照相机手机上的照相机手机上的照相机单缸洗衣机单缸洗衣机双缸洗衣机双缸洗衣机普通车床普通车床工作原理工作原理功能功能主体结构主体结构双缸洗衣机双缸洗衣机立立式式车车床床立立式式车车床床三者中至少应该有一项是首创的三者中至少应该有一项是首创的实现自主创新，拥有自主自主知实现自主创新，拥有自主自主知识产权主要依靠开发性设计。识产权主要依靠开发性设计。创新性最强、过程最完整。创新性最强、过程最完整。对

41、现有的机械进行对现有的机械进行局部的修改或增补局部的修改或增补。不改变机械的基本结构、只不改变机械的基本结构、只改变机械功能的范围、机械改变机械功能的范围、机械的尺度和参数。的尺度和参数。一、机械设计的过程设设计计的的类类型型适应性设计适应性设计开发性设计开发性设计参数化设计参数化设计工作工作原理原理主体主体结构结构功能功能三者中至少应该有一项是首创的三者中至少应该有一项是首创的机械设计的完整过程机械设计的完整过程投投产产以以后后计计划划阶阶段段方方案案设设计计阶阶段段试试制制试试验验阶阶段段技技术术设设计计阶阶段段n 提出设计任务（市场需求，用户委托，提出设计任务（市场需求，用户委托，主管部

42、门下达）主管部门下达）n 可行性研究可行性研究 （重大问题应召开论证会）（重大问题应召开论证会）n 编制设计任务书编制设计任务书计划阶段计划阶段 n 提出机械的工作原理提出机械的工作原理 （通过调查研究和（通过调查研究和必要的分析，还可能需要进行原理性试验）必要的分析，还可能需要进行原理性试验）n 提出几种机械系统运动方案提出几种机械系统运动方案 （进行必要（进行必要的运动学设计，一般是初步的、粗略的）的运动学设计，一般是初步的、粗略的）n 确定出最佳总体方案确定出最佳总体方案 （经过分析、对比（经过分析、对比和评价，作出决策）和评价，作出决策）方案设计阶段方案设计阶段 n 运动学分析与设计运

43、动学分析与设计n 工作能力分析与设计工作能力分析与设计n 动力学分析与设计动力学分析与设计n 结构设计结构设计n 装配图和零件图的绘制装配图和零件图的绘制技术设计阶段技术设计阶段 n 通过试制和试验，发现问题，加以改进，通过试制和试验，发现问题，加以改进，修改某一部分设计结果。修改某一部分设计结果。试制试验阶段试制试验阶段 n 收集用户反馈意见，研究使用中发现的问收集用户反馈意见，研究使用中发现的问题，进行改进。题，进行改进。n 收集市场变化的情况，为可能提出新的设收集市场变化的情况，为可能提出新的设计计划准备资料。计计划准备资料。投产以后投产以后 返回返回二、机械设计的方法常规设计方法常规设

44、计方法现代设计方法现代设计方法工业革命以来工业革命以来力学和材料科学的发展力学和材料科学的发展运动学分析与设计运动学分析与设计动力学分析与设计动力学分析与设计工作能力的分析与设计工作能力的分析与设计产生的时代：产生的时代：产生的基础：产生的基础：基本内容：基本内容：产生的时代：产生的时代：产生的基础：产生的基础：20世纪下半页世纪下半页计算机的发明与快速发展计算机的发明与快速发展方案设计方案设计运动学分运动学分析与设计析与设计动力学分动力学分析与设计析与设计零件工作零件工作能力设计能力设计结构设计结构设计创造性创造性主要依靠经验，通主要依靠经验，通过类比方法进行过类比方法进行主要依赖于设计者主

45、要依赖于设计者的灵感的灵感有系统的理论有系统的理论方法，但往往方法，但往往只能近似满足只能近似满足运动学要求运动学要求受到计算手段受到计算手段的制约，分析的制约，分析较简单。较简单。常将复杂问题简化，得出近常将复杂问题简化，得出近似公式或经验公式。一般按似公式或经验公式。一般按静载荷计算，引入动载系数静载荷计算，引入动载系数常采用类比常采用类比的方法的方法常规设计方法有如下不足：常规设计方法有如下不足：n方案设计过分依赖设计者个人的经验和水平；方案设计过分依赖设计者个人的经验和水平；n一般满足于获得一个可用方案，而不是最佳方案；一般满足于获得一个可用方案，而不是最佳方案；n受计算手段的限制，简

46、化假定较多，影响了设计质量；受计算手段的限制，简化假定较多，影响了设计质量；n设计工作周期长、效率低，不能满足市场竞争激烈、产设计工作周期长、效率低，不能满足市场竞争激烈、产品更新速度加快的新形势。品更新速度加快的新形势。尽管现代设计方法已经兴起，但常规设计尽管现代设计方法已经兴起，但常规设计目前仍被广泛应用。目前仍被广泛应用。设计者应该首先掌握常规设计方法，才能设计者应该首先掌握常规设计方法，才能进一步学习现代设计方法。进一步学习现代设计方法。本课程的内容主要是介绍常规设计方法。本课程的内容主要是介绍常规设计方法。现代设计方法计算机辅助设计计算机辅助设计机械设计专家系统机械设计专家系统优化设

47、计优化设计动态设计动态设计可靠性设计可靠性设计创造性设计创造性设计近数十年来，社会需求呈现多样化的趋势，产品更近数十年来，社会需求呈现多样化的趋势，产品更新速度加快。如果设计速度慢，就会贻误商机，造成不新速度加快。如果设计速度慢，就会贻误商机，造成不可弥补的经济损失。可弥补的经济损失。计算机辅助设计计算机辅助设计（Computer-AidedDesign,CAD)计算绘计算绘图工作图工作量太大量太大有的计算工作量大到根本无法用手有的计算工作量大到根本无法用手工方法计算的程度。工方法计算的程度。图样总数可能达到数百、数千张。图样总数可能达到数百、数千张。繁琐的重繁琐的重复性工作复性工作提高设计速

48、度成为设计方法革新的最主要的目标。提高设计速度成为设计方法革新的最主要的目标。优越性：优越性：n提高效率，缩短设计周期，加快产品更新换代，增强市提高效率，缩短设计周期，加快产品更新换代，增强市场竞争能力。场竞争能力。n给出多个方案，供设计者比较、选择，确定最佳方案。给出多个方案，供设计者比较、选择，确定最佳方案。n从繁琐的重复性工作中解脱出来，将时间和精力集中到从繁琐的重复性工作中解脱出来，将时间和精力集中到创造性的工作上。创造性的工作上。计算机辅助设计计算机辅助设计运算快速准确存储量大逻辑判断功能强辅助设计者进行设计机械设计专家系统机械设计专家系统（ExpertSystem）计算机辅助设计在

49、上世纪计算机辅助设计在上世纪90年代的新发展。年代的新发展。专家系统是一种计算机程序，它使计算机具有学习、专家系统是一种计算机程序，它使计算机具有学习、推理、决策和创造等智能行为，并能够在专家的水平上推理、决策和创造等智能行为，并能够在专家的水平上工作。工作。CAD机械设计活动机械设计活动数值计算型的工作数值计算型的工作（计算与绘图）（计算与绘图）符号推理型的工作符号推理型的工作（方案设计、结构设计）（方案设计、结构设计）专家系统 优化设计优化设计（OptimalDesign）可行方案与最优方案可行方案与最优方案最优，就是使某一项指标达到最小（如重量）或最大最优，就是使某一项指标达到最小（如重

50、量）或最大（如效率）。（如效率）。机械设计的问题一般都较复杂，求最小值或最大值的问机械设计的问题一般都较复杂，求最小值或最大值的问题并不是用微分方法求极值就能简单地予以解决的。题并不是用微分方法求极值就能简单地予以解决的。数学领域的分支数学领域的分支数学规划理论数学规划理论，提供了很多求优的，提供了很多求优的数值方法，这些方法都以在计算机上进行的大量的数值数值方法，这些方法都以在计算机上进行的大量的数值叠代计算为基础。叠代计算为基础。为了采用这些优化方法，就需要将具体设计问题的物理为了采用这些优化方法，就需要将具体设计问题的物理模型转化为一个模型转化为一个数学模型数学模型。、u高速化高速化推动

51、了机械动力学的发展。推动了机械动力学的发展。u精密化精密化要求机械的实际运动尽可能与期望运动相一要求机械的实际运动尽可能与期望运动相一致。在分析误差时必须尽可能地计入各种因素的影响。致。在分析误差时必须尽可能地计入各种因素的影响。u振动和噪声过大，则会影响车辆的舒适性并污染环振动和噪声过大，则会影响车辆的舒适性并污染环境。境。u动态设计：考虑机械的动态载荷和系统的动特性，动态设计：考虑机械的动态载荷和系统的动特性，以动力学分析为基础来设计机械。以动力学分析为基础来设计机械。u需要在计算机上用数值叠代算法求解微分方程。所需要在计算机上用数值叠代算法求解微分方程。所以，动态设计在计算机获得普遍应用

52、后才能发展起来。以，动态设计在计算机获得普遍应用后才能发展起来。动态设计动态设计(DynamicDesign)可靠性设计可靠性设计（ReliabilityDesign）u 将概率论、数理统计引入机械设计中而形成的一种将概率论、数理统计引入机械设计中而形成的一种设计技术。设计技术。u 将物理量都视为按某种规律分布的将物理量都视为按某种规律分布的随机变量随机变量，用概，用概率统计的方法确定零、部件的主要参数和尺寸，使机械率统计的方法确定零、部件的主要参数和尺寸，使机械满足所提出的可靠性指标。满足所提出的可靠性指标。式中为杆件的截面积，为许用应力，为材料的屈服极限，为安全系数。、材料的性能、截面积u

53、 二次世界大战期间，美国由于飞行故障而损失的飞二次世界大战期间，美国由于飞行故障而损失的飞机比被击落的飞机多机比被击落的飞机多1.51.5倍。倍。u 应航天计划的需要，兴起在上世纪应航天计划的需要，兴起在上世纪6060年代的美国。年代的美国。u 可靠性设计已应用于从宇宙飞船到家用电器的广阔可靠性设计已应用于从宇宙飞船到家用电器的广阔领域。领域。 创造性设计创造性设计（CreativeDesign）利用人类已有的科技成果，充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的科技成果，充分发挥设计者的创造力，设计出新机构和新机械产品的设计过程。设计出新机构和新机械产品的设计过程。几千年来，机械的发明依靠的是能工

54、巧匠和专家学者几千年来，机械的发明依靠的是能工巧匠和专家学者的灵感和创造性的思维。的灵感和创造性的思维。如何产生灵感？如何进行创造性的思维？在历史的长如何产生灵感？如何进行创造性的思维？在历史的长河中，这些智慧的火花是零散的而非系统的，多种多样河中，这些智慧的火花是零散的而非系统的，多种多样的而非单一的。的而非单一的。对历史上大量发明构思的过程进行了分析和归纳，总对历史上大量发明构思的过程进行了分析和归纳，总结出一些进行创造性思维的方法，形成了结出一些进行创造性思维的方法，形成了“创造学创造学”。创造性设计，特指以创造学理论为基础进行机械创新创造性设计，特指以创造学理论为基础进行机械创新的方法

55、。的方法。现代设计方法计算机辅助设计计算机辅助设计机械设计专家系统机械设计专家系统优化设计优化设计动态设计动态设计可靠性设计可靠性设计创造性设计创造性设计 对设计者的基本要求对设计者的基本要求 第三节第三节机械设计类课程简介机械设计类课程简介机械设计类课程简介机械设计类课程简介机械原理与机械设计课程机械原理与机械设计课程对设计者的基本要求基本理论基本理论基本知识基本知识基本技能基本技能创新精神创新精神团队精神团队精神认真作风认真作风 在大学机械类专业的教学计划中，安排了一组在大学机械类专业的教学计划中，安排了一组机械设计类课程。机械设计类课程。 这些课程的目的是向学生提供机械设计方面的这些课程

56、的目的是向学生提供机械设计方面的基本理论和知识基本理论和知识，并通过各种教学环节使学生具备，并通过各种教学环节使学生具备进行机械设计的进行机械设计的基本能力基本能力，并具备进行机械试验的并具备进行机械试验的动手能力动手能力。通过这些课程和相关的实践活动，培养同学们的通过这些课程和相关的实践活动，培养同学们的创新精神、团队精神和工作作风创新精神、团队精神和工作作风。机械设计类课程简介机械设计类课程简介机械设计系列课程机械制图机械设计机械原理机械创新设计现代设计方法必修课必修课选修课选修课机械设计的基本内容机械制图机械设计机械原理必修课必修课机械原理与机械设计机械原理与机械设计课程体系课程体系机械

57、原理与机械设计课程体系课程体系机构的组成与分析机构是怎样组成的机构是怎样组成的? ?机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件机构的结构分类机构的结构分类如何用机构简图表示机构如何用机构简图表示机构机械原理与机械设计课程体系课程体系常用机构及其设计连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和间歇运动机构等。连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和间歇运动机构等。分章介绍这些机构的结构、类型、原理、运动、应用、分章介绍这些机构的结构、类型、原理、运动、应用、分析和设计。分析和设计。机械原理与机械设计课程体系课程体系机器动力学机器动力学分析机器在运转过程中的受力情况分析机器在运转过程中的受力情况分析机器在已知外力下的运

58、动情况分析机器在已知外力下的运动情况解决机器在运转中的速度波动和振动问题解决机器在运转中的速度波动和振动问题机械原理与机械设计课程体系课程体系机械零部件的工作能力设计机械零部件的工作能力设计常用机械零件的类型、原理、标准、应用、失效、分析和常用机械零件的类型、原理、标准、应用、失效、分析和设计方法。设计方法。机械原理与机械设计课程体系课程体系机械零部件的结构设计机械零部件的结构设计常用机械零件的结构设计方法。常用机械零件的结构设计方法。机械原理与机械设计课程体系课程体系机械系统方案的设计机械系统方案的设计u机构的选型和组合机构的选型和组合u机械系统运动方案设计机械系统运动方案设计u结合课程设计

59、，使学生具结合课程设计，使学生具有：有：p初步的拟定机械系统运动初步的拟定机械系统运动方案的能力方案的能力。p 设计由通用零件组成的机设计由通用零件组成的机械传动系统的能力。械传动系统的能力。掌握了设计理论与方法掌握了设计理论与方法掌握了方案设计的基本知识掌握了方案设计的基本知识进行了设计机械的基本训练进行了设计机械的基本训练学习机械原理与机械设计课程的目的学习机械原理与机械设计课程的目的为后续的专业课程的学习奠定基础为后续的专业课程的学习奠定基础认识机械认识机械分析机械分析机械设计机械设计机械掌握了分析方法，对机械的认识提高掌握了分析方法，对机械的认识提高到理性认识的高度到理性认识的高度具备

60、了对现有的机械进行分析的能力具备了对现有的机械进行分析的能力为今后参加实际工程中的机械设计奠定了基础为今后参加实际工程中的机械设计奠定了基础第三章机构的组成与结构分析3.1机构的组成3.2机构的运动简图3.3机构的自由度和具有确定运动条件3.4平面闭链机构组成原理及结构分析3.1机构的组成一、构件二、运动副三、运动链（区分运动链和机构）四、机构机构是传递运动和力或者导引构件上的点按给定轨迹运动的机构是传递运动和力或者导引构件上的点按给定轨迹运动的机械装置。机构的组成要素为机械装置。机构的组成要素为构件构件和和运动副运动副一、构件从制造加工角度：机械由零件组成从制造加工角度：机械由零件组成零件零

61、件制造单元体制造单元体从运动和功能实现角度：从运动和功能实现角度：构件构件独立运动的单元体独立运动的单元体注意：构件可以是单一零件，也可以是几个零件的组合联接注意：构件可以是单一零件，也可以是几个零件的组合联接机构的组成机构的组成二、运动副(一)运动副元素(二)运动副的自由度与约束度(三)运动副类型运动副：指两构件直接接触并能产生相对运动的联接。运动副：指两构件直接接触并能产生相对运动的联接。运动副元素：指两个构件直接接触而构成运动副的部分。运动副元素：指两个构件直接接触而构成运动副的部分。机构的组成机构的组成(一)运动副元素运动副元素不外乎为点、运动副元素不外乎为点、线、面线、面。机构的组成

62、机构的组成(二)运动副的自由度与约束度1.构件的自由度：构件的自由度：指一指一个构件相对另一个构件个构件相对另一个构件可能出现的独立运动。可能出现的独立运动。一个自由构件在空间具一个自由构件在空间具有有6个自由度。个自由度。2.约束：约束：指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运动所受到的限制。动所受到的限制。运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。运动副引入的约束数：最多为运动副引入的约束数：最多为5个。个。机构的组成机构的组成对于两个空间构件对于两个平面构件机构的组成机构的组成1.

63、按运动副相对运动形式分按运动副相对运动形式分（三）运动副类型（三）运动副类型转动副转动副移动副移动副螺旋副螺旋副球面副球面副2. 按运动副引入的约束数分：按运动副引入的约束数分：X级运动副：指引入级运动副：指引入X个约束的运动副。个约束的运动副。级副、级副、级副、级副、级、级、级副、级副、级副级副级副级副级副级副级副级副机构的组成机构的组成3. 按运动副接触形式分按运动副接触形式分低副低副:两构件通过面接触而构成的两构件通过面接触而构成的运动副统称为低副运动副统称为低副;高副高副:凡两构件系通过点或线接触凡两构件系通过点或线接触而构成的运而构成的运动副统称为高副动副统称为高副;4. 按运动副的

64、运动空间分按运动副的运动空间分:平面运动副平面运动副:指构成运动副的指构成运动副的两构件之间的相对运动为平面运动两构件之间的相对运动为平面运动的运动副的运动副;空间运动副空间运动副:指构成运动副的指构成运动副的两构件之间的相对运动为空间运动。两构件之间的相对运动为空间运动。机构的组成机构的组成12运动副元素间的锁合几何锁合力锁合机构的组成机构的组成三、运动链运动链运动链:指两个以上的构件通过运动副联接而构成指两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。的系统。闭链闭链: : 运动链运动链的各构件构成首的各构件构成首尾封闭的系统。尾封闭的系统。开链开链: : 运动运动链的各构件未链的各构件未构成首

65、尾封闭构成首尾封闭的系统。的系统。机构的组成机构的组成运动链（续）平面运动链平面运动链:各构件间的相对运动为平面运动的运动链。各构件间的相对运动为平面运动的运动链。空间运动链空间运动链:各构件间的相对运动为空间运动的运动链各构件间的相对运动为空间运动的运动链。空间运动链空间运动链机构的组成机构的组成四、机构机构机构:在运动链中将一构在运动链中将一构件加以固定作为机架或参考件加以固定作为机架或参考构件构件,并给定另外一个或少并给定另外一个或少数几个构件的运动规律，则数几个构件的运动规律，则运动链便成为机构。运动链便成为机构。机架：机架：机构中固定不动构件。机构中固定不动构件。平面机构平面机构:机

66、构中各构件间的相对运动为平面运动。机构中各构件间的相对运动为平面运动。空间机构空间机构:机构中各构件间的相对运动为空间运动。机构中各构件间的相对运动为空间运动。原动件原动件:机构中按给定的机构中按给定的运动规律独立运动的构件。运动规律独立运动的构件。从动件从动件:机构其余活动构件。机构其余活动构件。机构的组成机构的组成机构中构件类型机构的组成机构的组成构件名称构件名称构件的作用和要求构件的作用和要求机架（参考构机架（参考构件）件）机机构构中中视视为为不不动动的的构构件件，用用于于支支承承和和作作为为研研究究其其他他构构件件运运动动的参考坐标的参考坐标输入（主动）输入（主动）件件机构中运动规律为

67、给定或已知的一个或几个构件机构中运动规律为给定或已知的一个或几个构件从动件从动件其其运运动动规规律律取取决决于于机机构构型型式式、机机构构运运动动尺尺寸寸或或参参数数以以及及主主动动件件运运动动规规律律的的构构件件；除除主主动动件件以以外外的的所所有有可可动动构构件件均均可可视视为为从从动动件件输出件输出件机构中具有期望运动规律或运动要求的从动件机构中具有期望运动规律或运动要求的从动件传动件传动件在主动件和从动件间传递运动和动力的所有构件在主动件和从动件间传递运动和动力的所有构件导引件导引件在机构中具有给定位置或轨迹要求的所有构件在机构中具有给定位置或轨迹要求的所有构件原动件原动件由外界输入驱

68、动力或驱动力矩的构件由外界输入驱动力或驱动力矩的构件3.2 机构的运动简图机构运动简图机构运动简图机构的示意图：机构的示意图：指为了表明机构结构状况指为了表明机构结构状况,不要求严不要求严格地按比例而绘制的简图。格地按比例而绘制的简图。机构运动简图：机构运动简图：指根据机构的运动尺寸指根据机构的运动尺寸,按一定的比例按一定的比例尺定出各运动副的位置尺定出各运动副的位置,并用国标规定的简单线条和符号并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。机构示意图机构示意图为什么要画机为什么要画机构运动简图？构运动简图？

69、机构的运动：与原动件运动规律、运动副类型、机构机构的运动：与原动件运动规律、运动副类型、机构运动尺寸有关运动尺寸有关,而与机构的而与机构的结构尺寸和形状以及运动结构尺寸和形状以及运动副的具体构造无关，因此可以不计或略去那些与机构副的具体构造无关，因此可以不计或略去那些与机构运动无关的运动无关的因素。因素。机构的运动简图机构的运动简图（一）绘制机构运动简图的步骤和方法（二）机构运动简图中常用的规定符号（三）机构运动简图的识别机构的运动简图机构的运动简图（一）绘制机构运动简图的步骤与方法:1.恰当地选择投影面：恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平一般选择与机械的多数构件的运动平面相平

70、行的平面作为投影面。面相平行的平面作为投影面。2.分析机构的组成及运动情况分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部，确定机构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定构件和运动副的数目。分、传动部分和执行部分，以确定构件和运动副的数目。3.循着运动传递的路线，循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目性质，确定运动副的类型和数目;还应确定与机构运动特性还应确定与机构运动特性相关的相关的运动要素：运动副间的相对位置；如转动副中心的运动要素：运动副间的相对位置；如转动副中心的位置和移动副导路的方位；高副的廓线形状，包括

71、其曲率中位置和移动副导路的方位；高副的廓线形状，包括其曲率中心和曲率半径等。心和曲率半径等。4.选择适当的比例尺选择适当的比例尺,用规定的简单线条和各种运动副符号用规定的简单线条和各种运动副符号,将机构运动简图画出来。将机构运动简图画出来。机构的运动简图机构的运动简图机构运动简图中的常用符号机构的运动简图机构的运动简图常用传动系统简图常用传动系统简图机构的运动简图机构的运动简图机构的运动简图机构的运动简图例题一：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图例题一：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图分析：该机构有分析：该机构有6个构件和个构件和7个转个转动副。动副。123456画机构运动简图的方法画机构运动简

72、图的方法机构的运动简图机构的运动简图例题二：例题二：绘制图示偏心轮传动机构的运动简图绘制图示偏心轮传动机构的运动简图机构的运动简图机构的运动简图机构的运动简图机构的运动简图机构的运动简图机构的运动简图机构的运动简图机构的运动简图例题三、图示为一冲床。绕固定中心例题三、图示为一冲床。绕固定中心A转动的菱形盘转动的菱形盘1为为原动件，与滑块原动件，与滑块2在在B点铰接，滑块点铰接，滑块2推动拨叉推动拨叉3绕固定轴绕固定轴C转动，拨叉转动，拨叉3与圆盘与圆盘4为同一构件，当圆盘为同一构件，当圆盘4转动时，通转动时，通过连杆过连杆5使冲头使冲头6实现冲压运动。试绘制其机构运动简图。实现冲压运动。试绘制

73、其机构运动简图。画机构运动简图的方法画机构运动简图的方法分析：分析：绘制简图：绘制简图：机构的运动简图机构的运动简图ABCDE123456（三）机构运动简图的识别由于移动副绘制和表达方法的不同而出现的简图差异由于转动副元素尺寸变化而出现的简图差异实际绘制的运动简图会因为运动副绘制或表达方实际绘制的运动简图会因为运动副绘制或表达方式的不同而会使同一机构所绘制的机构运动简图式的不同而会使同一机构所绘制的机构运动简图不同；或不同机构的运动简图相同。不同；或不同机构的运动简图相同。机构的运动简图机构的运动简图3.3机构的自由度与确定运动条件一、机构的自由度二、平面机构自由度三、空间机构自由度四、机构具

74、有确定运动条件一、机构的自由度构件的自由度确定平面或空间运动构件位置所需的独立位置参数的数目称为构件的自由度平面和空间运动构件分别有3个和6个自由度机构的自由度机构的自由度是机构中各构件相对机架所具有的独立运动的数目或组成该机构的运动链的位形相对于机架或参考构件所需的独立位置参数的数目，用F表示机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件假设平面机构有假设平面机构有n个个活动活动构件：构件：3n个自由度个自由度有有P5个低副和个低副和P4个高副：个高副：平面自由构件：平面自由构件：3个自由度个自由度平面低副：引入平面低副：引入2个约束个约束平面高副：引入平面高副：引入1个约束个约束平面

75、机构的自由度计算公式：平面机构的自由度计算公式：F=3n-(2p5+p4)引入引入(2P5+P4)约束约束分析：分析：二、机构自由度的计算二、机构自由度的计算平面机构自由度的计算公式平面机构自由度的计算公式运动副的作用是运动副的作用是约束构件自由度约束构件自由度的，所以机构的的，所以机构的自由度为活动构自由度为活动构件在件在自由状态自由状态下下自由度总和减去自由度总和减去由于由于运动副运动副引入引入而限制的自由度而限制的自由度机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件自由度计算实例分析自由度计算实例分析F=3n-2P5P4=34-25-0=2F=3n-2p5p4=33-24-0=1四

76、杆机构四杆机构五杆机构五杆机构机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件复合铰链复合铰链实例分析实例分析1：计算图示直线机构：计算图示直线机构(实现无导轨直线运动实现无导轨直线运动)自由度自由度解：解：F=3n-2p5p4=37-26-0=9解：解：F=3n-2p5p4=37-210-0=1计算机构自由度应注意的事项计算机构自由度应注意的事项两个以上构件同在一处以转动副相联接即构成复合铰两个以上构件同在一处以转动副相联接即构成复合铰链。链。m个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为(m-1)个个注意：复合铰链只存在于转动副中。注意：复合铰链只存在于

77、转动副中。机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件实例分析实例分析2：计算图示凸轮机构自由度：计算图示凸轮机构自由度解：解：F=3n-2p5p4=33-23-1=2F=3n-2p5p4-f=33-23-1-1=1方法二：假想构件方法二：假想构件2 2和和3 3焊成一体焊成一体F=3n-2p5p4=32-22-1=1局部自由度局部自由度计算机构自由度应注意的事项（续）计算机构自由度应注意的事项（续）机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动动,把这种局部运动的自由度称为局部自由度。数目用把这种局部运动的自由度称为局部自由度。

78、数目用f表示表示.注意：计算机构自由度时注意：计算机构自由度时,应将局应将局部自由度除去不计部自由度除去不计。方法一：方法一：机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件指机构在某些指机构在某些特定几何条件或结构条件特定几何条件或结构条件下，有些运动下，有些运动副带入的约束对机构运动实际上起不到独立的约束作用副带入的约束对机构运动实际上起不到独立的约束作用,这些对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束，这些对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束，用用P表示。表示。计算机构自由度应注意的事项（续计算机构自由度应注意的事项（续）虚约束虚约束注意：在计算自由度时，应将虚约束除去不计

79、。注意：在计算自由度时，应将虚约束除去不计。不计引起虚约束的附加构件和运动副数。不计引起虚约束的附加构件和运动副数。F=3n-2p5p4去除虚约束的方法：去除虚约束的方法：机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件F=3n-2plph=34-26-0=0虚约束常出现的情况：虚约束常出现的情况：1.机构中两构件未联接前的联接点轨迹重合机构中两构件未联接前的联接点轨迹重合,则该则该联接引入联接引入1个虚约束个虚约束;计算机构自由度应注意的事项（续）计算机构自由度应注意的事项（续）正确计算：正确计算：不计引起虚约束的附加构件和不计引起虚约束的附加构件和运动副数。运动副数。F=3n-2p5p

80、4=33-24-0=1用于连接构件用于连接构件2和和3的转动副的转动副C即属此种情况。即属此种情况。因为因为C2和和C3在未连接前的轨迹都沿在未连接前的轨迹都沿Y轴。此轴。此时转动副时转动副C将引入一个虚约束。计算时去掉将引入一个虚约束。计算时去掉构件构件3和转动副和转动副C以及以及3和机家移动副和机家移动副机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件F=3n-2p5p4=33-24-0=1F=3n-2p5p4=34-26-0=0分析：分析：E3和和E5点的轨迹重合，引入一个虚约束点的轨迹重合，引入一个虚约束计算机构自由度应注意的事项（续）计算机构自由度应注意的事项（续）正确计算：正确

81、计算：n=3P5=4P4=0F=3n-(2P5+P4)=3*3-2*4=1机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件两构件在几处接触两构件在几处接触而构成移动副且导路而构成移动副且导路互相平行或重合。互相平行或重合。两个构件组成在几处两个构件组成在几处构成转动副且各转动副构成转动副且各转动副的轴线是重合的。的轴线是重合的。只有一个运动副起约只有一个运动副起约束作用束作用,其它各处均其它各处均为虚约束为虚约束;2.两构件在几处接触而构成运动副两构件在几处接触而构成运动副计算机构自由度应注意的事项（续）计算机构自由度应注意的事项（续）n=3P5=4P4=0F=3n-(2P5+P4)=3*

82、3-2*4=1图示机构的两图示机构的两个移动副即属个移动副即属此种情况。计此种情况。计算其自由度时，算其自由度时，只按一个移动只按一个移动副计算副计算机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件3.若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处的公法线重合的公法线重合,则只能算一个平面高副。若公法线方向不则只能算一个平面高副。若公法线方向不重合，将提供各重合，将提供各2个约束。个约束。有一处为虚约束有一处为虚约束此两种情况没有虚约束此两种情况没有虚约束a)图相当于图相当于转动副，转动副，b）图相当于移动副图相当于移动副计算机构自由度应注意的

83、事项（续）计算机构自由度应注意的事项（续）n=2P5=2P4=1F=3n-(2P5+P4)=3*2-2*2-1=1机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件5.某些不影响机构运某些不影响机构运动的对称部分或重动的对称部分或重复部分所带入的约复部分所带入的约束为虚约束。束为虚约束。3和和1绕同一个轴转动，计绕同一个轴转动，计算机构自由度时，只考算机构自由度时，只考虑对称或重复部分中的虑对称或重复部分中的一处，去掉一处，去掉2和和2构件构件4.机构运动过程中机构运动过程中,某某两构件上的两点之间的两构件上的两点之间的距离始终保持不变距离始终保持不变,将将此两点以构件相联此两点以构件相联,

84、则则将带入将带入1个虚约束。个虚约束。计算机构自由度应注意的事项（续）计算机构自由度应注意的事项（续）n=3P5=4P4=0F=3n-(2P5+P4)=3*3-2*4=1连接构件连接构件2和和4上的上的E点和点和F点的构件点的构件5及转及转动副动副E和和F即属此种情况，引入一个虚约束。即属此种情况，引入一个虚约束。n=3P5=3P4=2F=3n-(2P5+P4)=3*3-2*3-2=1机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件小结小结计算机构自由度应注意的事项（续）计算机构自由度应注意的事项（续）存在于转动副处存在于转动副处正确处理方法：复合铰链处有正确处理方法：复合铰链处有m个构件

85、则个构件则有有(m-1)个转动副个转动副复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。变成滚动摩擦所增加的滚子处。正确处理方法：计算自由度时将局部自正确处理方法：计算自由度时将局部自由度减去。由度减去。虚约束虚约束存在于特定的几何条件或结构条件下。存在于特定的几何条件或结构条件下。正确处理方法：将引起虚约束的构件和正确处理方法：将引起虚约束的构件和运动副除去不计。运动副除去不计。机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件典型例题一：计算图示某包装机送纸机构的自由度，典型例题一：计算图示某包装机送纸机

86、构的自由度，并判断该机构是否有确定运动。并判断该机构是否有确定运动。解法解法1：计算机构自由度典型例题分析计算机构自由度典型例题分析机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件典型例题一：计算图示某包装机送纸机构的自由度，典型例题一：计算图示某包装机送纸机构的自由度，并判断该机构是否有确定运动。并判断该机构是否有确定运动。解法解法

87、2：复合铰链：复合铰链：D包含包含2个转动副个转动副(杆杆4和和7)局部自由度：局部自由度：F=2虚约束：杆虚约束：杆8及转动副及转动副F、I引引入入1个虚约束。个虚约束。计算自由度前直接去除虚约计算自由度前直接去除虚约束和局部自由度：束和局部自由度：n=6p5=7p4=3F=3n-2p5-p4=1计算机构自由度典型例题分析计算机构自由度典型例题分析机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件典型例题二：计典型例题二：计 算算 图图 示示 机机 构构 的的 自自 由由 度，度， 如如 有有 复复 合合 铰铰 链、链、 局局 部部 自自 由由 度度 和和 虚虚 约约 束，需束，需 明明

88、确确 指指 出。出。 画画 箭箭 头头 的的 构构 件件 为为 原原 动动 件。件。复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度1 1个虚约束个虚约束复合铰链复合铰链计算机构自由度典型例题分析计算机构自由度典型例题分析机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件典型例题三典型例题三计算机构自由度典型例题分析计算机构自由度典型例题分析计算图示机构自由度。计算图示机构自由度。分析：该机构具有分析：该机构具有5个个活动构件，有活动构件，有7个转动个转动副，即低副，没有高副，即低副，没有高副。于是机构自由度副。于是机构自由度为为123456机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件F=3n-

89、2p5p4=35-27-0=1四、机构具有确定运动的条件四、机构具有确定运动的条件机构中独立机构中独立运动参数的构件运动参数的构件为原动件。为原动件。问题：取运动链中某个构件为机架，即构成问题：取运动链中某个构件为机架，即构成机构，那么机构在什么条件下才具有确定运动？机构，那么机构在什么条件下才具有确定运动？因为自由度为因为自由度为1给定一个独立给定一个独立运动参数，其余构件有确定运动参数，其余构件有确定运动。运动。v自由度小于等于零自由度小于等于零v自由度大于零若独立运动数大于自由度自由度大于零若独立运动数大于自由度v自由度大于零若独立运动数小于自由度自由度大于零若独立运动数小于自由度v自由

90、度大于零若独立运动数等于自由度自由度大于零若独立运动数等于自由度机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件结论结论机构具有确定运动的条件为：机构自由度大于机构具有确定运动的条件为：机构自由度大于0且机构原动件且机构原动件数数=机构自由度数机构自由度数五杆机构五杆机构四、机构具有确定运动的条件四、机构具有确定运动的条件给定一个独立运动参数：给定一个独立运动参数：机构没有确定运动。机构没有确定运动。给定两个独立运动参数：给定两个独立运动参数：机构有确定运动。机构有确定运动。机构的自由度与确定运动条件机构的自由度与确定运动条件3.4平面闭链机构的组成原理和结构分析平面闭链机构的组成原理和结

91、构分析一、平面闭链机构的组成原理一、平面闭链机构的组成原理二、平面闭链机构的结构分析二、平面闭链机构的结构分析三、平面机构的高副低代三、平面机构的高副低代一、机构的组成原理一、机构的组成原理机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件：自由度数自由度数=原动件数原动件数基本杆组：把机构中最后不能再拆的自由度为零的构件组基本杆组：把机构中最后不能再拆的自由度为零的构件组称为机构的基本杆组。称为机构的基本杆组。1.杆组杆组机架和原动件与从动件组分开，机架和原动件与从动件组分开，运动副仍保留在杆组：运动副仍保留在杆组：从动构从动构件组自由度为零。件组自由度为零。可以再拆成更简单的可以再拆成更简单的

92、自由度为零的杆组自由度为零的杆组平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析对于全低副的杆组：对于全低副的杆组：n个构件、个构件、p5个低副个低副基本杆组的分类基本杆组的分类根据根据n的取值基本杆组分为以下几种情况：的取值基本杆组分为以下几种情况：（1）n=2,p5=3的双杆组：又叫的双杆组：又叫级杆组级杆组常见常见级杆组的形式为级杆组的形式为n和和pl为整数为整数n=2,4,6平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析（2）n=4,p5=6的多杆组，又叫的多杆组，又叫级杆级杆组组特征为杆组中具有一个三副构件。特征为杆组中具有一个三副构件。常见的三种形式为常见的三种形

93、式为（3）更高级别的杆组）更高级别的杆组平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析机构组成原理指把若干个基本杆组依次联接到原动件机构组成原理指把若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上，就可以组成自由度数与原动件数相等的新机构。和机架上，就可以组成自由度数与原动件数相等的新机构。2.机构的组成原理机构的组成原理机构创新设计应遵循的原则机构创新设计应遵循的原则利用机构组成原理进行机构创新时，在满足相同工作利用机构组成原理进行机构创新时，在满足相同工作要求的条件下，机构的结构越简单、杆组的级别越低、构要求的条件下，机构的结构越简单、杆组的级别越低、构件数和运动副数越少越好。因为机构的级

94、别越高，机构的件数和运动副数越少越好。因为机构的级别越高，机构的运动和动力分析也越困难运动和动力分析也越困难.自由度为自由度为F的机构的机构=F 个主动杆个主动杆+1个自由度为个自由度为0的机架的机架+若若干个自由度为干个自由度为0的基本杆组的基本杆组平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析二、平面闭链机构的结构分析二、平面闭链机构的结构分析级机构级机构只由机架和原动件组成的机构称为只由机架和原动件组成的机构称为级的机构。级的机构。（杠杆机构、斜面机构）（杠杆机构、斜面机构）II级机构级机构指机构中基本杆组的最高级别为指机构中基本杆组的最高级别为II级的机构。级的机构。III级

95、机构级机构指机构中基本杆组的最高级别为指机构中基本杆组的最高级别为III级组的机构。级组的机构。机构分类的依据：机构分类的依据：根据机构中基本杆组的级别进行分类。根据机构中基本杆组的级别进行分类。平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析结构分析目的结构分析目的：了解机构的组成，确定机构的级别。了解机构的组成，确定机构的级别。把机构分解为基本杆组、机架和原动件。把机构分解为基本杆组、机架和原动件。结构分析的过程：结构分析的过程：拆杆组拆杆组从离原动件最远的构件开始试拆，先拆从离原动件最远的构件开始试拆，先拆II级组，若不级组，若不成，再拆成，再拆III级组，每拆出一个杆组后，机构

96、的剩余部分仍级组，每拆出一个杆组后，机构的剩余部分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构，直到只剩原动件应是一个与原机构有相同自由度的机构，直到只剩原动件为止。为止。杆组拆分原则杆组拆分原则平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析机构结构分析步骤机构结构分析步骤1、除去虚约束和局部自由度，正确计算机构的自由度；、除去虚约束和局部自由度，正确计算机构的自由度；2、指定机构的主动件、指定机构的主动件3、将机构中的全部平面高副替换为低副、将机构中的全部平面高副替换为低副4、根据机构拆分原则进行拆分、根据机构拆分原则进行拆分5、最后定出机构的级别。、最后定出机构的级别。6、对于带有气、液

97、缸的平面机构，可先拆杆数较少的待、对于带有气、液缸的平面机构，可先拆杆数较少的待缸或不带缸的杆组，带缸杆组自由度为缸数，而不带缸缸或不带缸的杆组，带缸杆组自由度为缸数，而不带缸杆组自由度为杆组自由度为0平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析典型例题：试计算图示冲压机构的自由度，并分析下列情典型例题：试计算图示冲压机构的自由度，并分析下列情况下组成机构的基本杆组及机构的级别：况下组成机构的基本杆组及机构的级别：（1）当以构件）当以构件1为原动件时；（为原动件时；（2）当以构件）当以构件6为原动件时。为原动件时。解：解：平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析典型

98、例题（续）：典型例题（续）：（1）当以构件）当以构件1为原动件时为原动件时级机构级机构平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析典型例题（续）：典型例题（续）：（2）当以构件）当以构件6为原动件时为原动件时级机构级机构平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 平面机构中高副低代的目的平面机构中高副低代的目的平面机构中高副低代的目的平面机构中高副低代的目的为了使平面低副机构结构分析和运动分析的方法为了使平面低副机构结构分析和运动分析的方法适用于所有平面机构，需要进行平面机构的高副低代。适用于所有平面机构，需要进行平面机构的高副低代。高副低代的含义高副低代的含义根据一

99、定条件对平面高副机构的中高副虚拟地用根据一定条件对平面高副机构的中高副虚拟地用低副来代替的方法。低副来代替的方法。高副低代的条件：高副低代的条件：代替前后机构的自由度不变；代替前后机构的自由度不变；代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。三、平面机构的高副低代三、平面机构的高副低代平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析高副低代方法高副低代方法结论结论：用一个含有两个低副的虚拟构件来代替高副，且用一个含有两个低副的虚拟构件来代替高副，且两低副位置分别在两高副两元素接触点处的曲率中心。两低副位置分别在两高副两元素接触点处的曲率中心。高副两元

100、素均为圆弧高副两元素均为圆弧高副元素为非圆曲线高副元素为非圆曲线平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析高副两元素之一为直线高副两元素之一为直线高副两元素之一为一点高副两元素之一为一点因其曲率半径为零，其中一因其曲率半径为零，其中一个转动副就在该点处。个转动副就在该点处。因其曲率中心在无穷远处，则其因其曲率中心在无穷远处，则其中的一个转动副变为移副；中的一个转动副变为移副；平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析典型例题：计算图示机构的自由度，并分析机构组成情况。典型例题：计算图示机构的自由度，并分析机构组成情况。画箭头的构件为原动件。画箭头的构件为原动件。解：

101、解：1. 1. 分析分析复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度1 1个虚约束个虚约束复合铰链复合铰链2. 2. 计算自由度计算自由度去除虚约束和局部自由度后机构简图去除虚约束和局部自由度后机构简图3. 3. 高副低代高副低代平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析典型例题（续）：典型例题（续）：4.结构分析结构分析二级机构二级机构平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析第四章第四章平面机构的运动分析平面机构的运动分析内容简介内容简介本本章章主主要要论论述述了了当当已已知知原原动动件件的的运运动动规规律律时时，如如何何确确定定机机构构其其余余构构件件上上所所研研究究

102、点点的的位位移移、速速度度和和加加速速度度以以及及各各构构件件的的角角位位移移、角角速速度度和和角角加加速速度度。主主要要介介绍绍了了速速度度瞬瞬心心法法和和解解析析法法，重重点点阐阐述述了了解解析析法法中中的的整整体体分分析析法法。简简单单介介绍绍了了相相对对运运动动图图解解法法和和解解析析法法中中的的杆杆组组法法。 学习要求学习要求了解平面机构运动分析的目的和方法；掌握瞬心的概念及了解平面机构运动分析的目的和方法；掌握瞬心的概念及其在速度分析中的应用；掌握解析法中的整体运动分析法或其在速度分析中的应用；掌握解析法中的整体运动分析法或相对运动图解法；对其它方法有一般的了解。相对运动图解法；对

103、其它方法有一般的了解。主要内容主要内容第一节第一节概述概述第二节第二节用瞬心法作机构的运动分析用瞬心法作机构的运动分析第三节第三节运动分析的相对运动图解法运动分析的相对运动图解法第四节第四节平面矢量的复数极坐标表示法平面矢量的复数极坐标表示法第五节第五节平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法第一节第一节概述概述学习要求学习要求本节要求了解运动分析的目的、方法及各种方法的优缺点。本节要求了解运动分析的目的、方法及各种方法的优缺点。其中，解析法中的整体分析法是本章的重点。其中，解析法中的整体分析法是本章的重点。主要内容主要内容机构运动分析的目的和范围机构运动分析的目的和范围机构运动分析的

104、方法机构运动分析的方法 机构运动分析的目的和范围机构运动分析的目的和范围1 1机构运动分析的目的：分析现有机构工作性能，检验新机构。机构运动分析的目的：分析现有机构工作性能，检验新机构。 通过通过轨迹分析轨迹分析，确定构件运动所需空间，判断运动是否干涉。确定构件运动所需空间，判断运动是否干涉。 通过通过速度分析速度分析，确定构件的速度是否合乎要求，为加速度分析和确定构件的速度是否合乎要求，为加速度分析和受力分析提供必要的数据。受力分析提供必要的数据。 通过通过加速度分析加速度分析，确定构件的加速度是否合乎要求，为惯性力的确定构件的加速度是否合乎要求，为惯性力的计算提供加速度数据，。计算提供加速

105、度数据，。 由上述可知，由上述可知，运动分析既是综合的基础，也是力分析的基础运动分析既是综合的基础，也是力分析的基础。另。另外，还为机械系统的动力学分析提供速度和加速度数据。外，还为机械系统的动力学分析提供速度和加速度数据。2 2机构运动分析的范围机构运动分析的范围 不考虑引起机构运动的外力，机构构件的弹性变形和机构运动不考虑引起机构运动的外力，机构构件的弹性变形和机构运动副中间隙对机构运动的影响，仅仅从几何角度研究在原动件的运动规律已知副中间隙对机构运动的影响，仅仅从几何角度研究在原动件的运动规律已知的情况下，如何确定机构其余构件上各点的轨迹、线位移、线速度和线加速的情况下，如何确定机构其余

106、构件上各点的轨迹、线位移、线速度和线加速度，以及机构中其余构件的角位移、角速度和角加速度等运动参数。度，以及机构中其余构件的角位移、角速度和角加速度等运动参数。概述概述机构运动分析的方法机构运动分析的方法1.图解法图解法：形象、直观形象、直观，但精度不高，但精度不高；（1）相对运动图解法）相对运动图解法（2）对于速度分析，还有瞬心法）对于速度分析，还有瞬心法2.解析法解析法:效率高，速度快效率高，速度快，精度高；，精度高；便于对机构进行深入的研究。便于对机构进行深入的研究。（1）杆组法）杆组法（2）整体分析法）整体分析法（3）位移分析）位移分析：是速度分析和加速度分析的基础：是速度分析和加速度

107、分析的基础（4）所用数学工具）所用数学工具：矢量、复数、矩阵：矢量、复数、矩阵重点：矢量运算法重点：矢量运算法概述概述第二节第二节用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析 学习要求学习要求本节要求全面掌握瞬心的概念，熟练掌握用瞬心法对机本节要求全面掌握瞬心的概念，熟练掌握用瞬心法对机构进行速度分析的方法。构进行速度分析的方法。主要内容主要内容瞬心的概念和种类瞬心的概念和种类机构中通过运动副直接相联的两构件瞬心位置的确定机构中通过运动副直接相联的两构件瞬心位置的确定三心定理三心定理速度瞬心法在平面机构速度分析中的应用速度瞬心法在平面机构速度分析中的应用本节例题本节例题瞬心的概念和种类瞬心

108、的概念和种类瞬心是瞬心是瞬时等速重合点瞬时等速重合点。瞬时，。瞬时，是指瞬心的位置随时间而变；等是指瞬心的位置随时间而变；等速，是指在瞬心这一点，两构件速，是指在瞬心这一点，两构件的绝对速度相等（包括大小和方的绝对速度相等（包括大小和方向）、相对速度为零；重合点，向）、相对速度为零；重合点，是指瞬心既在构件是指瞬心既在构件1上，也在构件上，也在构件2上，是两构件的重合点。上，是两构件的重合点。用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析1.瞬心的概念瞬心的概念图4-1 速度瞬心2.瞬心的种类瞬心的种类1.绝对瞬心绝对瞬心：构成瞬心的两个构件之一固定不动，瞬心点的绝构成瞬心的两个构件之一固定

109、不动，瞬心点的绝对速度为零对速度为零。2.相对瞬心相对瞬心：构成瞬心的两个构件均处于运动中，瞬心点的绝构成瞬心的两个构件均处于运动中，瞬心点的绝对速度相等、相对速度为零对速度相等、相对速度为零。由此可知，绝对瞬心是相对瞬心的一种特殊情况由此可知，绝对瞬心是相对瞬心的一种特殊情况。3.机构中瞬心的数目机构中瞬心的数目设机构中有设机构中有N个（包括机架）构件，每两个进行组合，则该个（包括机架）构件，每两个进行组合，则该机构中总的瞬心数目为机构中总的瞬心数目为K=N(N-1)/2(4-1)用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析机构中通过运动副直接相联的两构件瞬心位置的确定机构中通过运动副直

110、接相联的两构件瞬心位置的确定1.两构件作平面运动时两构件作平面运动时:如图如图4-1所示所示,作作VA2A1和和VB2B1两相两相对速度方向的垂线，它们的交点对速度方向的垂线，它们的交点（图中的（图中的P21）即为瞬心。）即为瞬心。图4-12.两构件组成移动副两构件组成移动副:因相对移动速度方向都平行于移动因相对移动速度方向都平行于移动副的导路方向副的导路方向(如图如图4-2a所示所示)，故，故瞬心瞬心P12在垂直于导路的无穷远处。在垂直于导路的无穷远处。图4-2a用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析 3.两构件组成转动副两构件组成转动副：两构件两构件绕转动中心相对转绕转动中心相对

111、转动，故该转动副的中心便是动，故该转动副的中心便是它们的瞬心它们的瞬心图4-2b4.两构件组成纯滚动的高副两构件组成纯滚动的高副其接触点的相对速度为零，所其接触点的相对速度为零，所以接触点就是瞬心以接触点就是瞬心。图4-2c用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析5.两构件组成滑动兼滚动的高副两构件组成滑动兼滚动的高副：因接触点的公切线方向为相对速度方向，故瞬心应在过接触因接触点的公切线方向为相对速度方向，故瞬心应在过接触点的公法线点的公法线nn上（如图上（如图4-2d所示），具体位置由其它条件来所示），具体位置由其它条件来确定。确定。图

112、4-2d三心定理三心定理作平面运动的三个构件共有作平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一直三个瞬心，它们位于同一直线上。线上。设构件设构件1为机架，因构件为机架，因构件2和和3均以转动副与构件均以转动副与构件1相联，相联，故故P12和和P13位于转动中心，如位于转动中心，如图所示。为了使图所示。为了使P23点的构件点的构件2和和3的绝对速度的方向相同，的绝对速度的方向相同，P23不可能在不可能在M点，只能与点，只能与P13和和P12位于同一条直线上位于同一条直线上。用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析作平面运动的三个构件共有作平

113、面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一直三个瞬心，它们位于同一直线上。线上。设构件设构件1为机架，因构件为机架，因构件2和和3均以转动副与构件均以转动副与构件1相联，相联，故故P12和和P13位于转动中心，如位于转动中心，如图所示。为了使图所示。为了使P23点的构件点的构件2和和3的绝对速度的方向相同，的绝对速度的方向相同，P23不可能在不可能在M点，只能与点，只能与P13和和P12位于同一条直线上位于同一条直线上。三心定理三心定理已知：构件已知：构件2的角速度的角速度2和长和长度比例尺度比例尺l;求：求：VE和和4=？各瞬心如图所示，因在各瞬心如图所示，因在P24点，点，构件构件2和和4

114、的绝对速度相等的绝对速度相等，故，故2（P24P12）l=4（P24P14）l，得：，得：速度瞬心法在平面机构速度分析中的应用速度瞬心法在平面机构速度分析中的应用用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析本节例题本节例题已知已知：构件构件2的角速度的角速度2和长度和长度比例尺比例尺l求求：从动件：从动件3的速度的速度V3；解解：由直接观察法可得：由直接观察法可得P12，由，由三心定理可得三心定理可得P13和和P23如图所如图所示。由瞬心的概念可知：示。由瞬心的概念可知：用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析 第三节第三节运动分析的相对运动图解运动分析的相对运动图解法法学习要求学

115、习要求掌握相对运动图解法，掌握相对运动图解法，能正确地列出机构能正确地列出机构的速度和加速度矢量方程，准确地绘出速度和的速度和加速度矢量方程，准确地绘出速度和加速度图，并由此解出待求量。加速度图，并由此解出待求量。 主要内容主要内容同一构件上两点间的速度和加速度关系同一构件上两点间的速度和加速度关系移动副两构件重合点间的速度和加速度关系移动副两构件重合点间的速度和加速度关系级机构位置图的确定级机构位置图的确定速度分析速度分析加速度分析加速度分析 运动分析的相对运动图解法运动分析的相对运动图解法同一构件上两点间的速度和加速度关系同一构件上两点间的速度和加速度关系构件构件AB作平面运动时，可以看作

116、随作平面运动时，可以看作随其上任一点（基点）其上任一点（基点）A的牵连运的牵连运动和绕基点动和绕基点A的相对转动。的相对转动。C的的绝对速度可用矢量方程表示为绝对速度可用矢量方程表示为:式中，式中，牵连速度；牵连速度；是是C点相对点相对于于A点的相对速度点的相对速度.其大小为其大小为:,方向如图方向如图.C点的加速度可用矢量方程式表示为点的加速度可用矢量方程式表示为:是牵连加速度是牵连加速度,是是C点相对于点相对于A点点的相对加速度的相对加速度,是法向加速度是法向加速度,是是切向加速度切向加速度的方向如图的方向如图,方向平行于方向平行于AC且由且由C指向指向A。 为哥氏加速度，其计算公为哥氏加

117、速度，其计算公式为式为: :其方向是将相对速度其方向是将相对速度 的的矢量箭头绕箭尾沿牵连角速度的方矢量箭头绕箭尾沿牵连角速度的方向转过向转过90900 0同一构件上两点间的速度和加速度关系同一构件上两点间的速度和加速度关系运动分析的相对运动图解法运动分析的相对运动图解法动点动点B2的绝对加速度等于相对加速度的绝对加速度等于相对加速度、牵连加速度与哥氏加速度三者的矢、牵连加速度与哥氏加速度三者的矢量和量和,即即是牵连加速度；是牵连加速度；为为B2点相点相对对于于B1点的相对加速度，其方向平行于点的相对加速度，其方向平行于导路。导路。动点动点B2的绝对速度等于它的重合点的的绝对速度等于它的重合点

118、的牵连速度和相对速度的矢量和，即牵连速度和相对速度的矢量和，即是牵连速度；是牵连速度；VB2B1为为B2点相对点相对于于B1点的相对速度点的相对速度，它的方向与导，它的方向与导路平行。路平行。级机构位置图的确定级机构位置图的确定级机构级机构中，中，级组的内部级组的内部运动副相对于外部运动副的轨运动副相对于外部运动副的轨迹不是圆弧，就是直线。迹不是圆弧，就是直线。左上图中左上图中级组级组BCD中的内副中的内副C相对于外副相对于外副B、D的轨迹是圆的轨迹是圆弧，故其位置可由两圆弧的交弧，故其位置可由两圆弧的交点确定。点确定。左下图中左下图中级组级组BCD的内副的内副C相对于外副相对于外副B的轨迹是

119、圆弧，相的轨迹是圆弧，相对于外副对于外副D的轨迹是直线。故其的轨迹是直线。故其位置可由直线与圆弧的交点来位置可由直线与圆弧的交点来确定。确定。运动分析的相对运动图解法运动分析的相对运动图解法速度分析速度分析运动分析的相对运动图解法运动分析的相对运动图解法已知：各构件的长和构件已知：各构件的长和构件1 1的位置及等角速度的位置及等角速度1 1求：求：2 2 ，3 3 和和V VE5E5解：解：1.1.取长度比例尺画出左图取长度比例尺画出左图a a所所示的机构位置图示的机构位置图, , 确定解题步骤确定解题步骤: :先分析先分析级组级组BCDBCD，然后再分析，然后再分析4 4、5 5 构件组成的

120、构件组成的级组。级组。 对于构件对于构件2 :V2 :VB2B2=V=VB1B1= = 1 1l lABAB方向方向: CD AB CB : CD AB CB 大小大小: ? ?: ? ?bebe2 2= =对于构件对于构件4 4和和5:5:方向方向: EF EF : EF EF 大小大小: ? ?: ? ? ?运动分析的相对运动图解法运动分析的相对运动图解法加速度分析加速度分析已知已知: : 各构件的长度和各速度参数各构件的长度和各速度参数求求: a: aE5E5解解: :对于构件对于构件2: 2: 方向方向: CD CD BA AB CB CB : CD CD BA AB CB CB 大小

121、大小: ? 0 ?: ? 0 ?构件构件4 4和和5: EF EF 5: EF EF EF /EF EF /EF第四节第四节平面矢量的复数极坐标表示法平面矢量的复数极坐标表示法学习要求学习要求 本节要求熟悉平面矢量的复数极坐标表示法，包括矢本节要求熟悉平面矢量的复数极坐标表示法，包括矢量的回转；掌握矢量的微分量的回转；掌握矢量的微分。 主要内容主要内容平面矢量的复数极坐标表示法平面矢量的复数极坐标表示法与坐标轴重合的单位矢量与坐标轴重合的单位矢量矢量的回转矢量的回转 复数极坐标表示的矢量的微分复数极坐标表示的矢量的微分 平面矢量的复数极坐标表示法平面矢量的复数极坐标表示法1.用复数表示平面矢量

122、用复数表示平面矢量若用复数表示平面矢量若用复数表示平面矢量r,r=rx+iry,rx是实部是实部,ry是虚部是虚部,r=r（cos+isin），其中的其中的称为幅角，逆时针为正，称为幅角，逆时针为正，顺时针为负；顺时针为负；r=lrl，是矢量的模。是矢量的模。2.利用欧拉公式表示平面矢量利用欧拉公式表示平面矢量利用欧拉公式利用欧拉公式ei=cos+isin,可将矢量表示为可将矢量表示为:r=rei,其中ei是单位矢量，它表示矢量的方向；是单位矢量，它表示矢量的方向；leil=1,ei表示一个以原点为圆心、以表示一个以原点为圆心、以1为半径的圆周上的点。为半径的圆周上的点。平面矢量的复数极坐标表

123、示法平面矢量的复数极坐标表示法与坐标轴重合的单位矢量与坐标轴重合的单位矢量与坐标轴重合的单位矢量如表与坐标轴重合的单位矢量如表4-1和图和图4-15所示。所示。表表4-1与坐标轴重合的单位矢量与坐标轴重合的单位矢量ei代表的矢量代表的矢量0X轴正向的单位矢量轴正向的单位矢量y轴正向的单位矢量轴正向的单位矢量X轴负向的单位矢量轴负向的单位矢量3y轴负向的单位矢量轴负向的单位矢量 图4-15平面矢量的复数极坐标表示法平面矢量的复数极坐标表示法矢量的回转矢量的回转若乘以矢量若乘以矢量r，相当于把矢量，相当于把矢量r绕原点旋转了绕原点旋转了角。角。表表4-2列出了单位矢量旋转的几种特殊情况。列出了单位

124、矢量旋转的几种特殊情况。表表4-2单位矢量旋转的几种特殊情况单位矢量旋转的几种特殊情况被乘数被乘数结果结果作用作用iiei=ei(+/2)相当于矢量逆时针转过相当于矢量逆时针转过/2角角i2i2ei=-ei=ei(+)相当于矢量逆时针转过相当于矢量逆时针转过角角i3i3ei=-iei=ei(+3/2)=ei(-/2)相当于矢量逆时针转过相当于矢量逆时针转过3/2角角或顺时针转或顺时针转/2角角因因eie-i=ei(-)=1，故，故e-i是是ei的共轭复数的共轭复数 。平面矢量的复数极坐标表示法平面矢量的复数极坐标表示法复数极坐标表示的矢量的微分复数极坐标表示的矢量的微分平面矢量的复数极坐标表示

125、法平面矢量的复数极坐标表示法设设r= r= 则对时间的则对时间的一阶导数一阶导数为：为：式中，式中，v vr r 是矢量大小的变化率；是矢量大小的变化率； 是角速度；是角速度； rr 是线速度是线速度。对时间的对时间的二阶导数二阶导数为：为：方向：方向：大小：大小：+方向：方向：大小：大小： 式中式中 是角加速度。是角加速度。第五节第五节平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法学习要求学习要求 掌握平面机构运动分析解析法中的整体分析法。包括建立数学模型、掌握平面机构运动分析解析法中的整体分析法。包括建立数学模型、编制框图和程序、上计算机调试程序，直到得出正确的结果。编制框图和程序、上计

126、算机调试程序，直到得出正确的结果。主要内容主要内容平面机构运动分析的矢量运算法平面机构运动分析的矢量运算法曲柄滑块机构的位移分析曲柄滑块机构的位移分析曲柄滑块机构的速度分析曲柄滑块机构的速度分析曲柄滑块机构的加速度分析曲柄滑块机构的加速度分析曲柄摇杆机构的位移分析曲柄摇杆机构的位移分析曲柄摇杆机构的速度分析曲柄摇杆机构的速度分析 曲柄摇杆机构的加速度分析曲柄摇杆机构的加速度分析曲柄摇杆机构运动分析的框图及编程注意事项曲柄摇杆机构运动分析的框图及编程注意事项摆动导杆机构的位移分析摆动导杆机构的位移分析 摆动导杆机构的速度分析摆动导杆机构的速度分析摆动导杆机构的加速度分析摆动导杆机构的加速度分析摆

127、动导杆机构运动分析的编程注意事项摆动导杆机构运动分析的编程注意事项平面机构运动分析的矢量运算法平面机构运动分析的矢量运算法1方法与步骤方法与步骤:A.首先选定直角坐标系首先选定直角坐标系;B.选取各杆的矢量方向与转角选取各杆的矢量方向与转角;C.根据所选矢量方向画出封闭的矢量多边形根据所选矢量方向画出封闭的矢量多边形;D.根据封闭矢量多边形列出复数极坐标形式的矢量方程式根据封闭矢量多边形列出复数极坐标形式的矢量方程式;E.由矢量方程式的实部和虚部分别相等得到位移方程；由矢量方程式的实部和虚部分别相等得到位移方程；F.由该位移方程解出所求位移参量的解析表达式。由该位移方程解出所求位移参量的解析表

128、达式。G.将位移方程对时间求一次导数后，得出速度方程式并解得所将位移方程对时间求一次导数后，得出速度方程式并解得所求速度参量求速度参量;H.将速度方程式对时间再求一次导数后，得出加速度方程式并将速度方程式对时间再求一次导数后，得出加速度方程式并解得所求速度参量解得所求速度参量;平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法2注意事项注意事项A.在选取各杆的矢量方向及转角时，对与机架相铰在选取各杆的矢量方向及转角时，对与机架相铰接的构件，建议其矢量方向由固定铰链向外指，这样接的构件，建议其矢量方向由固定铰链向外指，这样便于标出转角。便于标出转角。B.转角的正负：规定以轴的正向为基准，逆时针方向

129、转角的正负：规定以轴的正向为基准，逆时针方向转至所讨论矢量的转角为正，反之为负。转至所讨论矢量的转角为正，反之为负。平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法曲柄滑块机构的位移分析曲柄滑块机构的位移分析实线位置的实线位置的BCBC相当于相当于M=+1M=+1的情况，的情况，而双点划线位置的则与而双点划线位置的则与M=-1M=-1相对相对应。由式（应。由式（4-94-9）和（）和（4-104-10）得到）得到连杆的转角，即连杆的转角，即平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法（4-11） (4-10) (4-9) （4-12） 式中，式中，M应按所给机构的装配方案选取应按所给机构的

130、装配方案选取 由式（由式（4-9）和（）和（4-10）消去转角）消去转角2可得可得由式（由式（4-8）的实部和虚部分别相等可得）的实部和虚部分别相等可得 由封闭矢量多边形由封闭矢量多边形ABCD可得矢量方程可得矢量方程 已知已知: lAB 、 lBC 、e、 1 和 1 求求: 2、2、2、s、vC、和aC曲柄滑块机构的速度分析曲柄滑块机构的速度分析将位移方程（将位移方程（4-8）式对时间求导可得：）式对时间求导可得：由式（由式（4-154-15）可得连杆的角速度）可得连杆的角速度 ：将将 2 2代入式（代入式（4-144-14）可）可求得滑块的速度求得滑块的速度v v v vC C C C

131、平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法（4-8） （4-15） （4-14） 将式（将式（4-13）的实部和虚部分别相等可得）的实部和虚部分别相等可得 （4-13） （4-16） 方向：方向： X轴轴大小：大小：vC意义：意义：vB+vCB=vC方向：方向： X轴轴大小：大小：意义：意义：+= 曲柄滑块机构的加速度分析曲柄滑块机构的加速度分析将速度方程式（将速度方程式（4-13）对时间求导可得）对时间求导可得由式（由式（4-19）可得连杆的）可得连杆的角加速度角加速度 将将2代入式（代入式（4-18）可求得滑块的加速度。可求得滑块的加速度。 平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动

132、分析法（4-13） （4-17） （4-18）（4-19）由式（由式（4-17）的实部和虚部分别相等可得：）的实部和虚部分别相等可得：（4-20） 曲柄摇杆机构的位移分析曲柄摇杆机构的位移分析已知已知已知已知:1 1、 1 1、和各杆的长度、和各杆的长度、和各杆的长度、和各杆的长度 ；求：求：求：求： 3 3、 2 2、 2 2、 3 3、 2 2和和和和 3 3； 1.1.建立求建立求建立求建立求 3 3的三角方程的三角方程的三角方程的三角方程: :由封闭矢量多边形由封闭矢量多边形由封闭矢量多边形由封闭矢量多边形ABCDABCD可得：可得：可得：可得：AB+BC=AD+DCAB+BC=AD+

133、DC , ,即即即即 为了求解为了求解为了求解为了求解 ，将上式改写为三角方程：，将上式改写为三角方程：，将上式改写为三角方程：，将上式改写为三角方程： 平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法（4-24） （4-21） （4-22） （4-23） 为了消去角，将式（为了消去角，将式（为了消去角，将式（为了消去角，将式（4-224-224-224-22）和（）和（）和（）和（4-234-234-234-23）移项再平方后）移项再平方后）移项再平方后）移项再平方后相加可得：相加可得：相加可得：相加可得：将式（将式（将式（将式（4-214-214-214-21）的实部和虚部分别相等可得：）

134、的实部和虚部分别相等可得：）的实部和虚部分别相等可得：）的实部和虚部分别相等可得：2.求求3的数学公式的数学公式平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法（4-24） （4-26） （4-27） 上式中的上式中的，表示给定，表示给定1 1时，可有两个值，这相应于上图时，可有两个值，这相应于上图所示两个交点所示两个交点和和。对此应按照所给机构的装配方案。对此应按照所给机构的装配方案（C C处，而处，而C C）选择或）选择或-1-1。于是于是从而，式（从而，式（4-244-24）可化成下列二次方程式）可化成下列二次方程式由（由（4-264-26）式解出）式解出x x可得可得为了便于用代数方法

135、求解为了便于用代数方法求解3 3 , ,令令3.由运动的连续性选取的值由运动的连续性选取的值平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法（4-28） （4-29） (1)(1)计算与计算与1 1的初值（如的初值（如1 1 =0 =0时）相对应的时）相对应的3 3的初值的初值 : :由图可知由图可知: : 因因 故故: :(2)(2)由运动的连续性选取的值由运动的连续性选取的值框图中的框图中的P P是前一步的是前一步的。求求 23 3求出后，连杆的位置角求出后，连杆的位置角2 2可由式可由式（4-224-22）和（）和（4-234-23）求得）求得 : :平面机构的整体运动分析法平面机构的整

136、体运动分析法（4-22） （4-23） （4-30） 曲柄摇杆机构的速度分析曲柄摇杆机构的速度分析平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法（4-31） （4-34） （4-33） （4-32） （4-21） 将位移方程式（将位移方程式（4-21）对时间求导可得：）对时间求导可得：方向：方向：大小：大小：意义：意义：由式（由式（4-32）解得：）解得：角速度的正和负分别表示角速度的正和负分别表示 逆时针和顺时针方向转动。逆时针和顺时针方向转动。将式（将式（4-31）的实部和虚部分别相等可得：）的实部和虚部分别相等可得：曲柄摇杆机构的加速度分析曲柄摇杆机构的加速度分析（4-31） （4-3

137、5） （4-36） （4-37） （4-38） 平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法将速度方程式（将速度方程式（4-314-31）对时间再求导可得：）对时间再求导可得：方向：方向：大小：大小：意义：意义： + + = + + = + 将式（将式（4-354-35）的实部和虚部分别相等可得：）的实部和虚部分别相等可得：由（由（4-364-36）式可解得：）式可解得：曲柄摇杆机构运动分析曲柄摇杆机构运动分析的框图设计及注意事项的框图设计及注意事项1.1.曲柄摇杆机构运动分析的框图如下图所示。曲柄摇杆机构运动分析的框图如下图所示。平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法2.2.编

138、程注意事项编程注意事项实际机构构件实际机构构件3 3的初位角的初位角3 3只可只可 能在第能在第、象限象限, ,而计算机由反而计算机由反 正切函数输出的只可能在第正切函数输出的只可能在第、 象限。象限。故需作角度处理，如框图的第三故需作角度处理，如框图的第三 框所示。框所示。 框图的第六框是用运动的连续性框图的第六框是用运动的连续性 来确定应取哪个值。来确定应取哪个值。摆动导杆机构的位移分析摆动导杆机构的位移分析1.运动情况运动情况:原动件原动件2作整周转动，作整周转动，输出构件输出构件4只能左右摆只能左右摆动动 ,滑块滑块3随构件随构件4一起摆动的同时还沿构件一起摆动的同时还沿构件4移动。移

139、动。 2.已知已知:2、2和和各构件的长度各构件的长度 ； 要求：要求：4、4、4、s、Vr、ar。由封闭矢量多边形由封闭矢量多边形BAC可得矢量方程式可得矢量方程式BA+AC=BC即即将式（将式（4-40）的虚部和实部分别相等可得）的虚部和实部分别相等可得平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法（4-40） （4-41） 由式（由式（4-414-41）可得）可得（4-42） （4-43） 在三角形在三角形ABCABC中，根据余弦定理可得中，根据余弦定理可得摆动导杆机构的速度分析摆动导杆机构的速度分析平面机构的整体运动分析法平面机构的整体运动分析法（4-48） （4-47） （4-40

140、） 将位移方程式（将位移方程式（4-404-40）对时间求导可得）对时间求导可得（4-44） 方向：方向：大小：大小：意义：意义： V VC3 C3 = V = VC4C4 + V + VC3C4C3C4 将式（将式（4-444-44）的实部和虚部分别相等可得：）的实部和虚部分别相等可得：（4-45） 坐标系坐标系xByxBy绕点转绕点转4 4角，则由式（角，则由式（4-454-45）可得：）可得：（4-46） 由式（由式（4-464-46）可求得构件）可求得构件4 4得角速度得角速度4 4和相对速度和相对速度v vr r为：为：摆动导杆机构的加速度分析摆动导杆机构的加速度分析平面机构的整体运

141、动分析法平面机构的整体运动分析法（4-49） （4-51） （4-52） （4-53） （4-54） （4-44） 将速度方程式（将速度方程式（4-444-44）对时间求导可得：）对时间求导可得：方向：方向：方向：方向：大小：大小：大小：大小：意义：意义：意义：意义： = + + += + + += + + += + + +由上式实部和虚部分别相等并将坐标系绕由上式实部和虚部分别相等并将坐标系绕由上式实部和虚部分别相等并将坐标系绕由上式实部和虚部分别相等并将坐标系绕B B B B点转点转点转点转4 4 4 4角可得角可得角可得角可得 ：由上面两式可由上面两式可由上面两式可由上面两式可分别得相对

142、加速度和构件分别得相对加速度和构件4 4的角加速度的角加速度摆动导杆机构运动分析的编程注意事项摆动导杆机构运动分析的编程注意事项由式（由式（4-42）可知，当）可知，当或或时，时，因分母为零会产生溢出而使程序计算无法进行，由摆动因分母为零会产生溢出而使程序计算无法进行，由摆动导杆机构的运动可知，此时的导杆机构的运动可知，此时的,因此，编程时因此，编程时应加以注意和处理，如后面的图所示。应加以注意和处理，如后面的图所示。2.注意角度处理注意角度处理对于摆动导杆机构，角度对于摆动导杆机构，角度4只可能在第只可能在第和第和第象限，象限，而计算机由反正切求出的而计算机由反正切求出的4只可能在第只可能在

143、第和第和第象限，故象限，故需作角度处理，如下图所示。需作角度处理，如下图所示。（4-42）1.避免分母为零避免分母为零2=/2或或2=3/2？4=/2由式（由式（4-42）求）求440？4=4+yesNoyes接下面程序接下面程序No第五章第五章平面机构的力分析平面机构的力分析 内容简介内容简介1.平面机构的力分析平面机构的力分析:确定各运动副中的约束反力和平衡力（或平衡力矩）确定各运动副中的约束反力和平衡力（或平衡力矩）;动态静力分析法中的解析法；动态静力分析法中的解析法；平衡力和平衡力矩的概念及其直接解析确定法；平衡力和平衡力矩的概念及其直接解析确定法；构件惯性力的确定。构件惯性力的确定。

144、2.运动副中的摩擦和机械效率及自锁运动副中的摩擦和机械效率及自锁:移动副和转动副中的摩擦移动副和转动副中的摩擦;机构的自锁。机构的自锁。学习要求学习要求会确定惯性力和惯性力偶并将其合成为总惯性力；会确定惯性力和惯性力偶并将其合成为总惯性力；掌握平衡力和平衡力矩、平面机构动态静力分析和机械效率的概念及其计算；掌握平衡力和平衡力矩、平面机构动态静力分析和机械效率的概念及其计算；会确定考虑摩擦时平面机构中各总反力作用线的方向和位置会确定考虑摩擦时平面机构中各总反力作用线的方向和位置;掌握机构自锁的概念及其判断。掌握机构自锁的概念及其判断。本章重点本章重点平衡力（包括平衡力矩）的概念及其直接确定的方法

145、；用解析法作平衡力（包括平衡力矩）的概念及其直接确定的方法；用解析法作平面机构力分析的方法；机械效率的概念及其计算；机构自锁的概平面机构力分析的方法；机械效率的概念及其计算；机构自锁的概念及其判断。本章的难点是：考虑摩擦时平面机构中各总反力作用念及其判断。本章的难点是：考虑摩擦时平面机构中各总反力作用线的方向和位置如何确定。线的方向和位置如何确定。主要内容主要内容第一节第一节概述概述第二节第二节作用在机械上的力作用在机械上的力第三节第三节不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析第四节第四节平衡力和平衡力矩的直接解析确定平衡力和平衡力矩的直接解析确定第五节第五节机械的

146、效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁 第一节第一节概述概述学习要求学习要求本节要求了解机构力分析的任务、原理和方法本节要求了解机构力分析的任务、原理和方法主要内容主要内容机构力分析的任务；机构力分析的任务；机构力分析的原理和方法。机构力分析的原理和方法。机构力分析的任务机构力分析的任务1.机构力分析的任务机构力分析的任务(1)确定各运动副中的约束反力，用于强度设计确定各运动副中的约束反力，用于强度设计、估算机械、估算机械效率、研究运动副中的摩擦和润滑效率、研究运动副中的摩擦和润滑;(2)确定需加于机构上的平衡力或平衡力矩。确定需加于机构上的平衡力或平衡力矩。2.平衡力和平

147、衡力矩的概念平衡力和平衡力矩的概念所谓平衡力（矩）是与作用在机械上的已知外力（包括外力矩）所谓平衡力（矩）是与作用在机械上的已知外力（包括外力矩）以及当该机械按给定规律运动时各构件的惯性力（包括惯性力以及当该机械按给定规律运动时各构件的惯性力（包括惯性力矩）相平衡的未知力（矩）。矩）相平衡的未知力（矩）。3.说明说明在对机构进行力分析的过程中，不考虑运动副中的间隙，且只在对机构进行力分析的过程中，不考虑运动副中的间隙，且只涉及由刚性构件构成的平面机构力分析的有关问题。涉及由刚性构件构成的平面机构力分析的有关问题。概述概述机构力分析的原理和方法机构力分析的原理和方法1.机构力分析的原理机构力分析

148、的原理根据达伦伯尔原理，将惯性力和惯性力矩看作外力加在相应的根据达伦伯尔原理，将惯性力和惯性力矩看作外力加在相应的构件上构件上,动态的机构就可以被看作处于静力平衡状态，从而用静动态的机构就可以被看作处于静力平衡状态，从而用静力学的方法进行分析计算，称为机构的力学的方法进行分析计算，称为机构的动态静力分析法动态静力分析法。2.机构力分析的方法机构力分析的方法(1)图解法图解法:形象、直观；但精度低，不便于进行机构在一个形象、直观；但精度低，不便于进行机构在一个运动循环中的力分析。运动循环中的力分析。(2)解析法解析法:不但精度高，而且便于进行机构在一个运动循环不但精度高，而且便于进行机构在一个运

149、动循环中的力分析，便于画出运动线图；但直观性差。这里只介绍后中的力分析，便于画出运动线图；但直观性差。这里只介绍后者。者。概述概述第二节第二节作用在机械上的力作用在机械上的力学习要求学习要求熟悉作用在机械上的各力的名称及其概念，掌握作转熟悉作用在机械上的各力的名称及其概念，掌握作转动、移动和一般平面运动的构件惯性力和惯性力偶的确定方动、移动和一般平面运动的构件惯性力和惯性力偶的确定方法。法。主要内容主要内容作用在机械上的力；作用在机械上的力；构件惯性力和惯性力偶的确定；构件惯性力和惯性力偶的确定；本节例题本节例题。 作用在机械上的力作用在机械上的力惯性力（矩）惯性力（矩）:由于构件的变速运动而

150、产生的。当构件加速运由于构件的变速运动而产生的。当构件加速运动时，是阻力（矩）；当构件减速运动时，是驱动力动时，是阻力（矩）；当构件减速运动时，是驱动力(矩矩)。1给定力给定力驱动力驱动力和驱动力矩和驱动力矩输入功输入功外加力外加力工作阻力（矩）工作阻力（矩）输出功或有益功输出功或有益功阻力和阻力矩阻力和阻力矩有害阻力（矩）有害阻力（矩）损失功损失功法向反力法向反力2约束反力约束反力切向反力切向反力,即摩擦力即摩擦力约束反力对机构而言是内力，对构件而言是外力。约束反力对机构而言是内力，对构件而言是外力。单独由惯性力（矩）引起的约束反力称为单独由惯性力（矩）引起的约束反力称为附加动压力附加动压力

151、。作用在机械上的力作用在机械上的力构件惯性力和惯性力偶的确定构件惯性力和惯性力偶的确定1作一般平面运动且具有平行于运动平面的对称面的构件作一般平面运动且具有平行于运动平面的对称面的构件构件构件2作一般平面运动作一般平面运动;S2质心质心;as2质心加速度质心加速度;Js2转动惯量，转动惯量，2角加速度角加速度;其惯性力系可简化为一个通过质心其惯性力系可简化为一个通过质心的惯性力的惯性力FI2和一个惯性力偶和一个惯性力偶MI2；m2是是构件构件2的质量，负号表示的质量，负号表示FI2的方向与的方向与as2的方向的方向相反以及相反以及MI2的方向与的方向与2的方向相反。的方向相反。通常可将通常可将

152、FI2和和MI2合成一个总惯性力合成一个总惯性力，与与FI2间的距间的距离离2作平面移动的构件作平面移动的构件因角加速度因角加速度为零，故只可能有惯性力为零，故只可能有惯性力，如图示曲柄滑块机构中的滑块如图示曲柄滑块机构中的滑块3，若，若其质量为其质量为m3、加速度为、加速度为a3，则其惯性力，则其惯性力若加速度也为零，则惯性力也为零。若加速度也为零，则惯性力也为零。作用在机械上的力作用在机械上的力3绕通过质心轴转动的构件绕通过质心轴转动的构件因质心的加速度因质心的加速度as=0，故只可能有惯性力偶。，故只可能有惯性力偶。如曲柄滑块机构中的曲柄如曲柄滑块机构中的曲柄1；上式中上式中1是角加速度

153、，是角加速度，Js1是过质心轴的转动惯是过质心轴的转动惯量，若量，若1=0，则，则MI1=0。4质心与转轴不重合的转动件质心与转轴不重合的转动件如图所示，转动件的质心如图所示，转动件的质心S与转轴不重合。其运动可以看作随质与转轴不重合。其运动可以看作随质心的移动和绕该质心的转动的合成，可以用式（心的移动和绕该质心的转动的合成，可以用式（5-1）和（）和（5-2）求惯心力和惯性力偶。即求惯心力和惯性力偶。即若角加速度若角加速度2=0则则，而惯性力为离心惯性力。而惯性力为离心惯性力。（5-2）（5-1）作用在机械上的力作用在机械上的力本节例题本节例题已知：已知：求：求：活塞的惯性力以及连杆的总惯性

154、力。活塞的惯性力以及连杆的总惯性力。解：解：活塞活塞3：连杆连杆2：总惯性力：总惯性力：作用在机械上的力作用在机械上的力lAB=0.1,lBC=0.33,n1=1500r/min=常数，常数，G3=21N，G2=25N JS2=0.0425kg/m2，lBS2=lBC/3aC=1800m/s2aS2=2122.5m/s2，2=5000rad/s2（逆时针方向）（逆时针方向）第三节第三节不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析学习要求学习要求掌握不考虑摩擦时平面机构动态静力分析的解析法掌握不考虑摩擦时平面机构动态静力分析的解析法和平衡力及平衡和平衡力及平衡力矩的直接解

155、析确定法。二者包括建立数学模型、编制框图和程序力矩的直接解析确定法。二者包括建立数学模型、编制框图和程序以及上计算机调试通过得出正确结果。尤其要注意编程注意事项。以及上计算机调试通过得出正确结果。尤其要注意编程注意事项。主要内容主要内容 解析法作机构动态静力分析的步骤解析法作机构动态静力分析的步骤解析法作机构动态静力分析的注意事项解析法作机构动态静力分析的注意事项铰链四杆机构动态静力分析的数学模型铰链四杆机构动态静力分析的数学模型铰链四杆机构动态静力分析的框图设计铰链四杆机构动态静力分析的框图设计铰链四杆机构动态静力分析的编程注意事项铰链四杆机构动态静力分析的编程注意事项解析法作机构动态静力分

156、析的步骤解析法作机构动态静力分析的步骤1.将所有的外力、外力矩（包括惯性力和惯性力矩以及待求的平衡力将所有的外力、外力矩（包括惯性力和惯性力矩以及待求的平衡力和平衡力矩）加到机构的相应构件上；和平衡力矩）加到机构的相应构件上；2.将各构件逐一从机构中分离并写出一系列平衡方程式；将各构件逐一从机构中分离并写出一系列平衡方程式；3.通过联立求解这些平衡方程式，求出各运动副中的约束反力和需加通过联立求解这些平衡方程式，求出各运动副中的约束反力和需加于机构上的平衡力或平衡力矩。于机构上的平衡力或平衡力矩。一般情况下，可把这些平衡方程式归纳为解线性方程组的问题。可一般情况下，可把这些平衡方程式归纳为解线

157、性方程组的问题。可用相应的数值计算方法利用电子计算机解这些方程组算出所求的各力用相应的数值计算方法利用电子计算机解这些方程组算出所求的各力和力矩。和力矩。不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析解析法作机构动态静力分析的注意事项解析法作机构动态静力分析的注意事项1.运动副中的约束反力运动副中的约束反力:因它们大小相等而方向相反。常用因它们大小相等而方向相反。常用Fik表表示构件示构件i对构件对构件k的作用力，的作用力，Fki表示构件表示构件k对构件对构件i的作用力。为了的作用力。为了减少未知量的数目，常将减少未知量的数目，常将Fki表示为表示为-Fik，一般可先将，

158、一般可先将Fik设为正，设为正，如求出的力为负，则表示实际力的方向与所设方向相反；反之，如求出的力为负，则表示实际力的方向与所设方向相反；反之，若为正，则表示二者的方向相同。若为正，则表示二者的方向相同。2.力矩：力矩：一般设逆时针方向为正，顺时针方向为负一般设逆时针方向为正，顺时针方向为负。若已知力或。若已知力或其分量的方向与所设坐标轴的正向相反，则用负值代入；否则，其分量的方向与所设坐标轴的正向相反，则用负值代入；否则，用正值代入。已知力矩的方向为逆时针方向时，用正值代入；否用正值代入。已知力矩的方向为逆时针方向时，用正值代入；否则，用负值代入。则，用负值代入。不考虑摩擦时平面机构的动态静

159、力分析不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析铰链四杆机构动态静力分析的数学模型铰链四杆机构动态静力分析的数学模型1.已知：已知：、和、和；、和、和；、和和；、和和；、和和；、和和；、和和2.求：求：各运动副中的约束反力各运动副中的约束反力；应加在原动件应加在原动件1上的平衡力矩上的平衡力矩Mb为了后面计算方便，先求出构件为了后面计算方便，先求出构件3上的上的角。设角。设则则不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析（5-4）（5-5）(5-8)(5-9)(5-10)未知量未知量F21xF21yF32xF32yF43xF43yF14xF14yMbia(i,1)a(i,2)a

160、(i,3) a(i,4)a(i,5)a(i,6)a(i,7)a(i,8)a(i,9)1100000-10020100000-103-lABsin1lABcos10000001常数项常数项b(1)=ob(2)=-G1b(3)=0这里这里从而得从而得不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析3.构件构件1的力和力矩的平衡方程式的力和力矩的平衡方程式由上面的两式可得由上面的两式可得:未知量未知量F21xF21yF32xF32yF43xF43yF14xF14yMbia(i,1)a(i,2)a(i,3)a(i,4)a(i,5) a(i,6)a(i,7)a(i,8)a(i,9)4

161、-10100000050-10100000600-lBCsin2lBCcos200000常数项常数项b(4)=m2as2xb(5)=-G2+m2as2yb(6)=JS22-lBS2cos2(G2-m2as2y)+lBS2sin2(-m2as2x)由上面的两个矢量方程并注意到由上面的两个矢量方程并注意到可得可得:4.构件构件2的力和力矩的平衡方程式的力和力矩的平衡方程式不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析（5-12）（5-11）（5-13）（5-14）（5-15）因因,和和故由式（故由式（5-16）和（）和（5-17）可得）可得未知量未知量F21xF21yF32x

162、F32yF43xF43yF14xF14yMbia(i,1)a(i,2)a(i,3)a(i,4)a(i,5)a(i,6)a(i,7)a(i,8)a(i,9)700-10100008000-101000900lCDsin3-lCDcos300000常数项常数项b(7)=m3aS3xb(8)=-G3+m3aS3yb(9)=lDS3cos(3-)(m3aS3y-G3)+lDS3sin(3-)(-m3aS3x)+JS33-Mr5.构件构件3的力和力矩的平衡方程式的力和力矩的平衡方程式不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析（5-16）（5-17）（5-18）（5-19）（5-

163、20）6.铰链四杆机构动态静力分析的矩阵元素表铰链四杆机构动态静力分析的矩阵元素表将前面三个构件的矩阵元素表合在一起后如下表所示将前面三个构件的矩阵元素表合在一起后如下表所示未知量未知量F21xF21yF32xF32yF43xF43yF14xF14yMbia(i,1)a(i,2)a(i,3)a(i,4)a(i,5)a(i,6)a(i,7)a(i,8)a(i,9)1100000-10020100000-103-lABsin1lABcos100000014-10100000050-10100000600-lBCsin2lBCcos200000700-10100008000-101000900lCD

164、sin3-lCDcos300000b(1)=o，b(2)=-G1，b(3)=0，b(4)=m2as2x，b(5)=-G2+m2as2y，b(6)=JS22-lBS2cos2(G2-m2as2y)+lBS2sin2(-m2as2x)，b(7)=m3aS3x，b(8)=-G3+m3aS3y，b(9)=lDS3cos(3-)(m3aS3y-G3)+lDS3sin(3-)(-m3aS3x)+JS33-Mr不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析铰链四杆机构动态静力分析的框图设计铰链四杆机构动态静力分析的框图设计铰链四杆机构力分析解析法的框图设计如下图所示铰链四杆机构力分析解

165、析法的框图设计如下图所示不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析铰链四杆机构动态静力分析的编程注意事项铰链四杆机构动态静力分析的编程注意事项1.根据所解线性方程组中矩阵元素的多少和未知数的个数定义二维数组根据所解线性方程组中矩阵元素的多少和未知数的个数定义二维数组和一维数组和一维数组以及以及的维数的维数,用来存放线性方程组的解用来存放线性方程组的解;2.将线性方程组的各矩阵元素赋给对应的将线性方程组的各矩阵元素赋给对应的,将常数项的各矩阵元素赋给将常数项的各矩阵元素赋给对应的对应的，才可以调用解线性方程组的通用程序，才可以调用解线性方程组的通用程序;3.在编程时，应

166、特别注意解线性方程组的通用程序中的形式参数和实际参数在编程时，应特别注意解线性方程组的通用程序中的形式参数和实际参数之间的对应关系之间的对应关系;4.在输入程序时，应注意大写英文字母在输入程序时，应注意大写英文字母“I”与数字与数字“1”的区别，以及数字的区别，以及数字“0”与英文字母与英文字母“O”的区别的区别;5.已知重力已知重力G1、G2和和G3的方向均与所设坐标系轴的负方向一致，故应代入的方向均与所设坐标系轴的负方向一致，故应代入负值负值;6.已知的工作阻力矩已知的工作阻力矩Mr为顺时针方向，故也应代入负值。为顺时针方向，故也应代入负值。不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析不考虑摩擦时平

167、面机构的动态静力分析第四节第四节平衡力和平衡力矩的直接解析确定平衡力和平衡力矩的直接解析确定 学习要求学习要求了解直接确定平衡力和平衡力矩的意义；掌握用解析法直接确定了解直接确定平衡力和平衡力矩的意义；掌握用解析法直接确定平衡力和平衡力矩的方法，包括数学模型、框图设计和程序设计，平衡力和平衡力矩的方法，包括数学模型、框图设计和程序设计，并能上计算机调试通过得出正确结果。并能上计算机调试通过得出正确结果。主要内容主要内容 直接确定平衡力和平衡力矩的意义直接确定平衡力和平衡力矩的意义虚位移原理在直接确定平衡力和平衡力矩中的应用虚位移原理在直接确定平衡力和平衡力矩中的应用直接确定有源机构的平衡力直接

168、确定有源机构的平衡力直接求转动导杆机构的平衡力矩的数学模型直接求转动导杆机构的平衡力矩的数学模型直接求转动导杆机构的平衡力矩的框图设计和编程注意事项直接求转动导杆机构的平衡力矩的框图设计和编程注意事项直接确定平衡力和平衡力矩的意义直接确定平衡力和平衡力矩的意义如前所述，平衡力或平衡力矩可用动态静力分析法连如前所述，平衡力或平衡力矩可用动态静力分析法连同各运动副中的约束反力一起求出。但在很多情况下，同各运动副中的约束反力一起求出。但在很多情况下，例如，当决定机器的功率、进行飞轮的设计和决定工作例如，当决定机器的功率、进行飞轮的设计和决定工作机的最大负荷时，只需要求出平衡力或平衡力矩即可，机的最大

169、负荷时，只需要求出平衡力或平衡力矩即可，而不必求出机构各运动副中的反力。这样，若仍用动态而不必求出机构各运动副中的反力。这样，若仍用动态静力分析法计算，必然要花费许多时间和精力计算无用静力分析法计算，必然要花费许多时间和精力计算无用的运动副中的约束反力，这是很不经济的。若用虚位移的运动副中的约束反力，这是很不经济的。若用虚位移原理直接求平衡力或平衡力矩就简捷得多。原理直接求平衡力或平衡力矩就简捷得多。平衡力和平衡力矩的直接解析确定平衡力和平衡力矩的直接解析确定虚位移原理在直接确定平衡力和平衡力矩中的应用虚位移原理在直接确定平衡力和平衡力矩中的应用1.虚位移原理虚位移原理若系统在某一位置处于平衡

170、状态，则在这个位置的任何虚位若系统在某一位置处于平衡状态，则在这个位置的任何虚位移中，所有主动力的元功之和等于零。移中，所有主动力的元功之和等于零。2.虚位移原理在直接确定平衡力和平衡力矩中的应用虚位移原理在直接确定平衡力和平衡力矩中的应用(1)一般表示式一般表示式Fi任一作用外力；任一作用外力；SiFi作用点的线虚位移作用点的线虚位移;viFi作用点的线虚速度作用点的线虚速度i力力Fi与与Si（或（或vi）之间的夹角）之间的夹角;Mi作用在机构上的任意一个力矩；作用在机构上的任意一个力矩；i受受Mi作用的构件的角虚位移作用的构件的角虚位移;i受受Mi作用的构件的角虚角速度作用的构件的角虚角速

171、度;Wi虚功，也称元功。则虚功，也称元功。则（5-37）平衡力和平衡力矩的直接解析确定平衡力和平衡力矩的直接解析确定(2)坐标轴分量表示式坐标轴分量表示式若若Fi用沿三个坐标轴的分量用沿三个坐标轴的分量Fix、Fiy和和Fiz表示，用表示，用xi、yi和和zi表示沿三个坐标轴的线虚位移，则表示沿三个坐标轴的线虚位移，则为了便于实际应用，将上面两式的每一项都用元时间为了便于实际应用，将上面两式的每一项都用元时间t除，并求除，并求在在t0时的极限，便可得时的极限，便可得式（式（5-39）和（）和（5-40）表明：如果机构处于平衡状态，那么，所）表明：如果机构处于平衡状态，那么，所有作用在机构中各构

172、件上的外力及外力矩的瞬时功率之和等于零。有作用在机构中各构件上的外力及外力矩的瞬时功率之和等于零。（5-39）（5-40）平衡力和平衡力矩的直接解析确定平衡力和平衡力矩的直接解析确定（5-38）直接确定有源机构的平衡力直接确定有源机构的平衡力右上图所示有源机构为轴承衬套压缩机的机构简图。右上图所示有源机构为轴承衬套压缩机的机构简图。已知已知:lCB、lCD、lEC、x、y、L和压杆和压杆4所受的压缩力所受的压缩力Fr求：构件求：构件5在垂直位置时作用在活塞在垂直位置时作用在活塞2上的平衡力上的平衡力Fb。1.求活塞的微位移求活塞的微位移s首先求出与水平方向所夹锐角首先求出与水平方向所夹锐角。设

173、。设则则由虚位移原理得：由虚位移原理得：由右下图可的向量方程由右下图可的向量方程将上式分别投影在将上式分别投影在x轴和轴和y轴上可得轴上可得（5-42）（5-43）（5-44）（5-45）（5-46）由式（由式（5-45）和（）和（5-46）可得）可得则：则：（5-47）（5-48）对式（对式（5-47）微分可得）微分可得（5-49）（5-50）平衡力和平衡力矩的直接解析确定平衡力和平衡力矩的直接解析确定2.求求Fr作用力方向的微位移作用力方向的微位移yD由封闭矢量多边形由封闭矢量多边形FECDG得另一矢量方程得另一矢量方程将上式投影在将上式投影在y轴上可得轴上可得对上式微分可得对上式微分可得

174、(5-53)式式3.求平衡力求平衡力Fb将式（将式（5-53）和（）和（5-50）代入式（）代入式（5-43）可得）可得（5-51）（5-52）（5-53）（5-43）（5-54）（5-50）平衡力和平衡力矩的直接解析确定平衡力和平衡力矩的直接解析确定直接求转动导杆机构的平衡力矩的数学模型直接求转动导杆机构的平衡力矩的数学模型 已知已知:,;求求:当当和和时应加于构件时应加于构件1上的平衡力矩上的平衡力矩。1.运动分析运动分析在封闭向量多边形在封闭向量多边形ABC中用余弦定理并解中用余弦定理并解以以S为未知数的一元二次方程可求得为未知数的一元二次方程可求得:（5-56）用与第四章的第五节中的用

175、与第四章的第五节中的摆导杆机构的位移分析、速度分析和摆导杆机构的位移分析、速度分析和加速度分析相类似的方法可得加速度分析相类似的方法可得:（5-59）（5-61）（5-63）（5-62）平衡力和平衡力矩的直接解析确定平衡力和平衡力矩的直接解析确定（5-60）3.求平衡力矩求平衡力矩Mb（5-40）将式（将式（5-40）用于该机构可得）用于该机构可得因为构件因为构件1的角加速度的角加速度，所以，所以又因为又因为，故，故将其代入（将其代入（5-55）式可得）式可得:式中的其它运动参数和惯性力及惯性矩已在前面求出。式中的其它运动参数和惯性力及惯性矩已在前面求出。由上式可得由上式可得：（5-66）（5

176、-55）平衡力和平衡力矩的直接解析确定平衡力和平衡力矩的直接解析确定2.求惯性力和惯性矩求惯性力和惯性矩直接求转动导杆机构的平直接求转动导杆机构的平衡力矩的框图设计和编程衡力矩的框图设计和编程注意事项注意事项1.框图设计框图设计直接确定转动导杆机构平衡直接确定转动导杆机构平衡力矩的框图设计如右图所示力矩的框图设计如右图所示.平衡力和平衡力矩的直接解析确定平衡力和平衡力矩的直接解析确定2.编程注意事项编程注意事项(1)因已知的因已知的Mr方向为顺时针方向，而方向为顺时针方向，而G1和和G3的方向与所设坐的方向与所设坐标系中标系中y的负方向致，故这三个已知量均应输入负值。的负方向致，故这三个已知量

177、均应输入负值。(2)因是转动导杆机构因是转动导杆机构,所以所以3的变化范围是的变化范围是，当，当0时时,由上面计算由上面计算的公式可知，此时因分母为零而无法计的公式可知，此时因分母为零而无法计算算,但此时但此时的值可由的值可由a的正负号来确定为的正负号来确定为/2或或3/2。(3)当当位于位于、两象限时，两象限时，b0。与实际不一致而需作角。与实际不一致而需作角度处理。度处理。以上注意事项如前图所示。以上注意事项如前图所示。平衡力和平衡力矩的直接解析确定平衡力和平衡力矩的直接解析确定第五节第五节机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁 学习要求学习要求 掌握机械效率的概

178、念及其计算掌握机械效率的概念及其计算;掌握平面运动副中摩擦的概念及其总反力位置的确定方法掌握平面运动副中摩擦的概念及其总反力位置的确定方法;掌握自锁的概念及其自锁条件的确定掌握自锁的概念及其自锁条件的确定;掌握摩擦圆和摩擦圆半径的概念及其确定掌握摩擦圆和摩擦圆半径的概念及其确定;了解考虑运动副摩擦时平面机构的受力分析的方法。了解考虑运动副摩擦时平面机构的受力分析的方法。机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁 主要内容主要内容机械效率的概念机械效率的概念机械效率的计算机械效率的计算复杂机器和机组的效率复杂机器和机组的效率移动副中平面平滑块的摩擦移动副中平面平滑块的摩擦楔

179、形滑块的摩擦和当量摩擦系数楔形滑块的摩擦和当量摩擦系数斜面平滑块的摩擦斜面平滑块的摩擦斜面机构传动的效率斜面机构传动的效率螺旋副概述螺旋副概述矩形螺纹螺旋副中的摩擦矩形螺纹螺旋副中的摩擦三角螺纹螺旋副中的摩擦三角螺纹螺旋副中的摩擦三角螺纹螺旋传动的效率三角螺纹螺旋传动的效率转动副中径向轴颈和轴承的摩擦及当量摩擦系数转动副中径向轴颈和轴承的摩擦及当量摩擦系数摩擦力矩和摩擦圆及摩擦圆半径摩擦力矩和摩擦圆及摩擦圆半径转动副中总反力作用线位置的确定转动副中总反力作用线位置的确定止推轴颈和轴承的摩擦止推轴颈和轴承的摩擦平面高副中总反力方向的确定平面高副中总反力方向的确定机构自锁的概念和平面平滑块的自锁机

180、构自锁的概念和平面平滑块的自锁径向轴颈的自锁径向轴颈的自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械效率的概念机械效率的概念1.有关概念有关概念输入功输入功（驱动功驱动功）Wd作用在机械上的驱动力所作的功作用在机械上的驱动力所作的功;输出功输出功（有效功有效功）Wr克服生产阻力所作的功克服生产阻力所作的功;损失功损失功Wf克服有害阻力所作的功克服有害阻力所作的功;2.机械效率的概念机械效率的概念在机器的稳定运转时期，输入功等于输出功与损失功之和。即在机器的稳定运转时期，输入功等于输出功与损失功之和。即用用机械效率机械效率来表示机械功在传递过程中有效利用程度。它等于输出

181、功与输入来表示机械功在传递过程中有效利用程度。它等于输出功与输入功的比值。功的比值。或或上式中的上式中的称为称为机械损失系数（损失率）机械损失系数（损失率）。若将上面三式的各项均除以做功的时间若将上面三式的各项均除以做功的时间t，分别以分别以Pd、Pr和和Pf表示输入功率、表示输入功率、输出功率输出功率和和损失功率损失功率。则。则（5-67）（5-69）（5-70）机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁（5-68）3.分析：分析：总是小于总是小于1，当，当Wf增加时将导致增加时将导致下降。下降。4.努力方向努力方向机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的

182、摩擦及自锁设计机械时，尽量减少摩擦损失。设计机械时，尽量减少摩擦损失。 （1 1）用滚动代替滑动）用滚动代替滑动（2）尽量简化机械传动系统）尽量简化机械传动系统;（3）考虑润滑，合理选材）考虑润滑，合理选材（5-69）机械效率的计算机械效率的计算Fd实际的驱动力实际的驱动力;Fr实际的生产阻力实际的生产阻力;VdFd作用点并沿作用点并沿Fd作用线方向的速度作用线方向的速度;VrFr作用点并沿作用点并沿Fr作用线方向的速度作用线方向的速度;由式由式可得可得（5-71）为了将上式变为便于使用的形式，设法将其中的速度消去。为了将上式变为便于使用的形式，设法将其中的速度消去。设想不存在有害阻力的机械特

183、称为设想不存在有害阻力的机械特称为理想机械理想机械，而理想机械的效率，而理想机械的效率。另设生产阻力。另设生产阻力Fr不变不变,理想机械克服理想机械克服Fr所需要的驱动力（矩）为所需要的驱动力（矩）为理想驱动力理想驱动力（矩矩）Fdo(Mdo),因因故故将式（将式（5-72）代入（）代入（5-71）可得）可得:上式表明：上式表明：在生产阻力不变时，实际机械的效率等于理想驱动力在生产阻力不变时，实际机械的效率等于理想驱动力（矩）与实际驱动力（矩）之比。（矩）与实际驱动力（矩）之比。（5-72）（5-73）机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁复杂机器和机组的效率复杂机器

184、和机组的效率1.1.串联串联2.2.并联并联 总效率总效率不仅与各机器的效率不仅与各机器的效率i有关，而且与传递的功率有关，而且与传递的功率N Ni有关。有关。设各机器中效率最高最低者分别为设各机器中效率最高最低者分别为maxmax和和minmin 则有：则有：机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁（5-74）i串联的机组越多，总效率越低。串联的机组越多，总效率越低。所以所以（5-75）minmax因因pdpkp1p212p”rpr作者：潘存云教授作者：潘存云教授pdpkp1p2pd2p”d2p”d3pd3prp”r1233“44“p1p2pd2p”d2p”d3pd3

185、prp”r1233“44“pdpk3.3.混联混联先分别计算，合成后按串联或并联计算。先分别计算，合成后按串联或并联计算。作者：潘存云教授作者：潘存云教授pr并联计算并联计算串联计算串联计算p”rpr串联计算串联计算机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁移动副中平面平滑块的摩擦移动副中平面平滑块的摩擦FQ铅垂载荷（包括自重）铅垂载荷（包括自重）;FN21平面平面2对滑块对滑块1作用的法向反力作用的法向反力;Fd作用在滑块作用在滑块1上的外加驱动力上的外加驱动力;V12滑块滑块1相对于平面相对于平面2的运动速度的运动速度;f -滑块滑块1与平面与平面2间的摩擦系数间的摩

186、擦系数;将法向反力将法向反力FN21和摩擦力和摩擦力Ff21合成总反力合成总反力FR21，则则FR21与与FN21间的夹角为摩擦角间的夹角为摩擦角、与、与V12间间的夹角为的夹角为90o+。根据根据FR21与与V12间的夹角为间的夹角为90o+。确定确定2给给1的总反力的方向。的总反力的方向。当运动副两元素间的当运动副两元素间的f一定时，一定时，Ff21的大小决定于法向反力的大小决定于法向反力FN21的的大小；当外载荷一定时，法向反力大小；当外载荷一定时，法向反力FN21的大小还与运动副两元素的大小还与运动副两元素的几何形状有关。的几何形状有关。（5-76）机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械

187、的效率和运动副中的摩擦及自锁楔形滑块的摩擦和当量摩擦系数楔形滑块的摩擦和当量摩擦系数两构件沿一槽形角为两构件沿一槽形角为2的槽面接触，的槽面接触，Fd驱动力驱动力；FQ作用在滑快作用在滑快1上的铅垂载荷（包括自重）；上的铅垂载荷（包括自重）；FN21平面平面2对滑块对滑块1作用的法向反力作用的法向反力;Ff21槽面槽面2对滑块对滑块1的摩擦力的摩擦力;由由xy平面中的平衡条件可得平面中的平衡条件可得:式中的式中的为槽面摩擦的为槽面摩擦的当量摩擦系数当量摩擦系数,v称为称为当量摩擦角当量摩擦角。因。因90o，sinf，即在其他条件相同的情即在其他条件相同的情况下，槽面摩擦的摩擦力大于平面摩擦的摩

188、擦力。如三角皮带传动的摩况下，槽面摩擦的摩擦力大于平面摩擦的摩擦力。如三角皮带传动的摩擦力大于平皮带传动的摩擦力；三角螺纹的螺旋副中的摩擦力大于方螺纹螺旋擦力大于平皮带传动的摩擦力；三角螺纹的螺旋副中的摩擦力大于方螺纹螺旋副中的摩擦力。副中的摩擦力。（5-77）机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁斜面平滑块的摩擦斜面平滑块的摩擦1滑块沿斜面等速上升时滑块沿斜面等速上升时Fd水平驱动力；水平驱动力；FR212作用于滑块作用于滑块1的总反力；的总反力；FQ铅垂载荷（包括滑块的自重）。铅垂载荷（包括滑块的自重）。方向：方向：水平水平竖直竖直大小：大小：？2滑块沿斜面等速下

189、降时滑块沿斜面等速下降时FQ驱动力驱动力，而而F阻力阻力（或滑块等速下降的维持力）；（或滑块等速下降的维持力）；FR212作用于滑块作用于滑块1的总反力；的总反力；（5-79）（5-78）机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁方向：水平方向：水平竖直竖直大小：大小：？斜面机构传动的效率斜面机构传动的效率1.当滑块等速上升时当滑块等速上升时由式（由式（5-78）可知，理想的驱动力（假设）可知，理想的驱动力（假设没有摩擦）为没有摩擦）为:此时斜面的效率为此时斜面的效率为:2.当滑块等速下滑时当滑块等速下滑时由式（由式（5-79）可知，此时的驱动力）可知，此时的驱动力FQ和

190、理想的驱动力和理想的驱动力FQ0分别为分别为故其效率为故其效率为:（5-78）（5-80）（5-79）（5-81）机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁螺旋副概述螺旋副概述1.螺纹的牙型有：螺纹的牙型有：矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹15303303.螺纹的用途：传递动力或联接螺纹的用途：传递动力或联接从摩擦的性质可分为：矩形螺纹和三角形螺纹从摩擦的性质可分为：矩形螺纹和三角形螺纹2.螺纹的旋向螺纹的旋向：右旋右旋左旋左旋机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁矩形螺纹螺旋副中的摩擦矩形螺纹螺旋副中的摩

191、擦1.假设假设:FQ集中作用在中径的螺旋线上，集中作用在中径的螺旋线上，作用力是集中在一小段螺纹上。作用力是集中在一小段螺纹上。将螺旋的摩擦简化为斜面的摩擦。将螺旋的摩擦简化为斜面的摩擦。2.拧紧螺母拧紧螺母:相当于滑块沿斜面等速相当于滑块沿斜面等速上升上升斜面的倾斜角斜面的倾斜角，l螺纹的导程，螺纹的导程，z螺旋线的螺旋线的头数，头数，p螺距螺距，Fd中径处施加的圆周力中径处施加的圆周力，Md驱动力矩驱动力矩1.松开松开或拧松螺母或拧松螺母:相当于滑块沿斜面等速相当于滑块沿斜面等速下降下降考虑到式考虑到式（5-79），），F中径处施加水平维持圆周力中径处施加水平维持圆周力，M松开螺母时应加的

192、维持力矩松开螺母时应加的维持力矩，当当时，时，M为负值，则意味着要想使滑块下滑，就必须加一个反向为负值，则意味着要想使滑块下滑，就必须加一个反向的力矩的力矩M，此时的，此时的M称为拧松力矩。称为拧松力矩。（5-82）（5-83）（5-84）机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁三角螺纹螺旋副中的摩擦三角螺纹螺旋副中的摩擦1.三角螺纹螺旋副中的摩擦三角螺纹螺旋副中的摩擦三角螺纹的半顶角，三角螺纹的半顶角，fv当量摩擦系数，当量摩擦系数，v当量摩擦角，当量摩擦角，f实际摩擦系数，实际摩擦系数，引入当量摩擦系数和当量摩擦角，引入当量摩擦系数和当量摩擦角，ffv，v便可得到便

193、可得到：拧紧螺旋时：拧紧螺旋时：松开螺旋时：松开螺旋时：楔形滑块在槽面中的摩擦楔形滑块在槽面中的摩擦（5-85）（5-86）机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁用于矩形螺旋副时将上面两式中的用于矩形螺旋副时将上面两式中的变换为变换为v即可即可三角螺纹螺旋传动的效率三角螺纹螺旋传动的效率2.螺旋传动的效率螺旋传动的效率拧紧螺旋时，理想驱动力矩拧紧螺旋时，理想驱动力矩为为：其效率为：其效率为：松开螺旋时：实际驱动力为：松开螺旋时：实际驱动力为：其理想驱动力为其理想驱动力为:其效率为：其效率为：用于矩形螺旋副时将上面两式中的用于矩形螺旋副时将上面两式中的变换为变换为v即可

194、。即可。（5-87）（5-88）机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁转动副中径向轴颈和轴承的摩擦及当量摩擦系数转动副中径向轴颈和轴承的摩擦及当量摩擦系数1.径向轴颈与轴承径向轴颈与轴承轴颈轴颈轴轴轴承轴承静止受力静止受力动态受力动态受力FQ径向载荷径向载荷（包括自重），（包括自重），FN212给给1的总法向反力的总法向反力,Md驱动力矩驱动力矩,12角速度角速度,总摩擦力总摩擦力2.当量摩擦系数当量摩擦系数fVfVf1.57f当轴承与轴颈的间隙小、材料软、接触面大时选用较大的值；当轴承与轴颈的间隙小、材料软、接触面大时选用较大的值；当轴承和轴颈的材料硬（如钻石轴承）

195、、接触面小时选用较小值。当轴承和轴颈的材料硬（如钻石轴承）、接触面小时选用较小值。为了安全，在计算机械的效率时，选用较大值；利用机械的自锁时，选用较小为了安全，在计算机械的效率时，选用较大值；利用机械的自锁时，选用较小的值。的值。（5-89）机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁摩擦力矩和摩擦圆及摩擦圆半径摩擦力矩和摩擦圆及摩擦圆半径1.摩擦力矩摩擦力矩r轴颈的半径轴颈的半径,Mf摩擦力矩摩擦力矩,将将FN21力与力与Ff21合成为总反力合成为总反力FR21,为由为由FR21和和FQ组成的力偶组成的力偶的力臂的力臂,因因Md=-Mf故故2.摩擦圆及摩擦圆半径摩擦圆及摩

196、擦圆半径以转动中心以转动中心O1为圆心、以为圆心、以为半径画的圆称为为半径画的圆称为摩擦圆，摩擦圆，称为称为摩擦圆半径摩擦圆半径。若当量摩擦角为若当量摩擦角为v，在图，在图5-20中的直角三角形中的直角三角形o1CB中，中，。由图可知，上式中的摩擦圆半径。由图可知，上式中的摩擦圆半径（5-90）（5-91）机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁r为轴颈的半径为轴颈的半径图图5-20转动副中总反力作用线位置的确定转动副中总反力作用线位置的确定1.总反力判定方法总反力判定方法:(1)总反力总反力FRij对轴心的力矩的对轴心的力矩的方向必与角速度方向必与角速度ji的方向相反

197、。的方向相反。(2)ji的方向可由此时组成转动的方向可由此时组成转动副的两构件间的夹角增大还是副的两构件间的夹角增大还是减小来确定。减小来确定。2.举例举例Fd驱动力，驱动力，Mr阻力矩，阻力矩，（1）确定相对角速度的方向：确定相对角速度的方向：，故，故14；故故21；，故，故23（2）连杆连杆2：因连杆因连杆2受压且可知受压且可知FR12和和FR32的大概方向，根据判定方法（的大概方向，根据判定方法（1）可知）可知FR21应切于应切于B处摩擦圆的下方处摩擦圆的下方，FR32应切于应切于C处摩擦圆的上方。构件处摩擦圆的上方。构件2是二力杆，故是二力杆，故FR21与与FR32应共线反向。应共线反

198、向。（3）构件构件1：FR21=-FR12，根据，根据FR21=-FR41且二者组成的力偶且二者组成的力偶=-Mr，确定出，确定出FR41的方向，再根据判定方法（的方向，再根据判定方法（1）可知）可知FR41应切于处摩擦圆的上方。应切于处摩擦圆的上方。（4）滑块滑块3：FR23=-FR32，FR43的方向应与的方向应与V34成成90o+且其作用线位置应通过且其作用线位置应通过Fd与力与与力与FR23的交点的交点。各力作用线位置如图所示。各力作用线位置如图所示。机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁图图5-213.确定反力作用线位置解题步骤小结确定反力作用线位置解题步骤

199、小结：（1）从二力杆入手，判断杆）从二力杆入手，判断杆2受压，受压，初步确定初步确定FR12、FR32的方向的方向。（2）由）由、增大或变小来判断各构件的相对角速度方向。增大或变小来判断各构件的相对角速度方向。（3）依据）依据总反力判定准则总反力判定准则得出得出F FR12R12和和F FR32R32切于摩擦圆的内公切线。切于摩擦圆的内公切线。（5）由三力平衡条件（交于一点）得出构件）由三力平衡条件（交于一点）得出构件3 3的总反力。的总反力。（4）由力平衡条件确定构件由力平衡条件确定构件1反力的作用线位置。反力的作用线位置。机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁图图

200、5-21止推轴颈和轴承的摩擦止推轴颈和轴承的摩擦FQ轴向载荷，轴向载荷，Md驱动力矩，驱动力矩，Mf摩擦力矩，摩擦力矩，12等角速度，从轴端接触面上半径为等角速度，从轴端接触面上半径为处处1.取出环形微面积取出环形微面积dS，设设dS上的压强上的压强p为常数，则：正压力为常数，则：正压力摩擦力摩擦力，摩擦力矩，摩擦力矩总摩擦力矩总摩擦力矩2.未跑合的止推轴颈未跑合的止推轴颈，摩擦系数，摩擦系数f和压强和压强p均为常数，均为常数，因因故故式代入（式代入（5-93）式可得未跑合轴端的摩擦力矩为：）式可得未跑合轴端的摩擦力矩为：3.跑合过的止推轴颈跑合过的止推轴颈，跑合后轴端各处压强基本上符合常数的

201、规律，跑合后轴端各处压强基本上符合常数的规律轴端中心处因轴端中心处因非常小而使压强非常小而使压强p非常大，非常大，故将轴端做成空心的。故将轴端做成空心的。将不经常旋转的轴端视为非跑合轴端，而将经常旋转的轴端视为跑合轴端。将不经常旋转的轴端视为非跑合轴端，而将经常旋转的轴端视为跑合轴端。（5-92）（5-93）（5-95）（5-96）机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁平面高副中总反力方向的确定平面高副中总反力方向的确定相对运动相对运动:滑动滑动+滚动滚动摩擦力摩擦力:滑动摩擦力滑动摩擦力+滚动摩擦力滚动摩擦力滚动摩擦力滚动摩擦力时：因时：因，滑块将加速运动。滑块将加

202、速运动。（2）当）当=时：因时：因，滑块将等速运动或静止，滑块将等速运动或静止不动。不动。（3）当）当时时：因：因MdMf，轴将加速转动；，轴将加速转动；（2）当）当e=时时：因：因Md=Mf，轴将等速转动或静止，轴将等速转动或静止;（3）当）当e时：因时：因MdMf，轴将静止或减速到静止，轴将静止或减速到静止。由上面的分析可知，径向轴颈的自锁条件是：由上面的分析可知，径向轴颈的自锁条件是：e。机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁（5-104）2.偏心夹具的自锁条件偏心夹具的自锁条件正行程是夹紧工件，要求反正行程是夹紧工件，要求反行程自锁。行程自锁。反行程是否自锁决

203、定于反行程是否自锁决定于FR23作用在作用在O处摩擦圆的外处摩擦圆的外面、还是与摩擦圆相割或相面、还是与摩擦圆相割或相切，切，AE平行于平行于FR23，DE平行于平行于AC，因，因故故机构的自锁条件是：机构的自锁条件是：从而得反行程自锁时从而得反行程自锁时应满足的条件为：应满足的条件为：机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁（5-105）第第 六六 章章连连 杆杆 机机 构构第六章第六章 连连 杆杆 机机 构构61平面平面连杆机构的类型连杆机构的类型、特点和应用特点和应用62平面平面连杆机构的运动和动力特性连杆机构的运动和动力特性63平面平面连杆机构的综合概述和刚体连

204、杆机构的综合概述和刚体位移矩阵位移矩阵64平面平面刚体刚体导引机构的综合导引机构的综合65平面函数生成机构的综合平面函数生成机构的综合66平面平面轨迹轨迹生成机构的综合生成机构的综合67按行程速比系数综合平面连杆机构按行程速比系数综合平面连杆机构应用：应用：特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。定义：定义：由低副连接刚性构件组成的机构。由低副连接刚性构件组成的机构。第一节第一节平面平面连杆机构的类型连杆机构的类型、特点和应用特点和应用内内燃燃机机、牛牛头头刨刨床床、机机械械手手爪爪、开开窗窗户户支支撑撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。公共汽车开关门、折

205、叠伞、折叠椅等。分类分类:平面连杆机构平面连杆机构空间连杆机构空间连杆机构平面连杆机构平面连杆机构常以构件数命名：常以构件数命名：四杆机构四杆机构、五杆机构五杆机构、多杆机构多杆机构等。等。一一.连杆机构的特点连杆机构的特点缺点：缺点：产生动载荷（惯性力），不适合高速。产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计较复杂，难以实现精确的轨迹。设计较复杂，难以实现精确的轨迹。本章重点介绍四杆机构。本章重点介绍四杆机构。构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率较低较低。优点：优点：采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不

206、易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。连杆曲线丰富。可满足不同要求。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 二二.平面平面连杆机构的类型和应用连杆机构的类型和应用1.平面四杆机构的平面四杆机构的基本型式基本型式和应用和应用全全部部由由转转动动副副组组成成的的平平面面四四杆机构称为杆机构称为铰链四杆机构铰链四杆机构。连架杆连架杆与机架相联的构件；与机架相联的构件；机架机架固定不动的构件；固定不动的构件；连杆连杆连接两连

207、架杆且连接两连架杆且作平面运动的构件；作平面运动的构件；曲柄曲柄作整周定轴回转的构件；作整周定轴回转的构件；摇杆摇杆作定轴摆动的构件；作定轴摆动的构件；平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 （1 1）曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构特征：曲柄摇杆特征：曲柄摇杆作用：将曲柄的作用：将曲柄的整周回转整周回转转转变为变为摇杆的摇杆的往复摆动往复摆动。雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构（摇杆主动摇杆主动）（曲柄主动曲柄主动）平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 搅拌机构搅拌机构（2 2）双曲柄机构双曲柄机构特征：两个曲柄特征：两个曲柄作

208、用：将作用：将等速回转等速回转转变为转变为 等速等速或或变速变速回转回转。惯性筛惯性筛平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 机车车轮联动机构机车车轮联动机构特例：平行四边形机构特例：平行四边形机构特征：特征：两连架杆等长且平行两连架杆等长且平行， 连杆作平动。连杆作平动。AB=CD BC=AD摄影平台升降机构摄影平台升降机构平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 反平行四边形机构反平行四边形机构平平行行四四边边形形机机构构存存在在运动不确定运动不确定位置位置。可可采采用用两两组组机机构构错错开开排排列列的方法予以克服的方法予以克服。平面连杆机构的类

209、型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 （3 3）双摇杆机构双摇杆机构特征：两个摇杆特征：两个摇杆应用举例：鹤式起重机应用举例：鹤式起重机特例：等腰梯形机构特例：等腰梯形机构 汽车转向汽车转向机构机构 平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 (1) (1) 将转动副演化成移动副将转动副演化成移动副偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构正弦机构正弦机构 2. 2. 平面四杆机构的演化型式平面四杆机构的演化型式平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 (2) (2) 选不同的构件为机架选不同的构件为机

210、架整转副整转副能作能作360360相对回转的运动副；相对回转的运动副；摆转副摆转副只只能作有限角度摆动的运动副。能作有限角度摆动的运动副。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇双摇杆机构杆机构双双曲柄曲柄机构机构(2)(2)选不同的构件为机架选不同的构件为机架曲柄滑块机构曲柄滑块机构转动转动导杆机构导杆机构曲柄曲柄摇块机构摇块机构移动移动导杆机构导杆机构平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 (3) (3) 变换构件的形态变换构件的形态将将低低副副两两运运动动副副元元素素的的包包容容关关系系进进行行逆逆换换，不不影影响响

211、两两构件之间的相对运动。构件之间的相对运动。平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 摆动摆动导杆机构导杆机构曲柄曲柄摇块机构摇块机构牛头刨床牛头刨床应用实例应用实例:小型刨床小型刨床（摆动导杆机构摆动导杆机构）（转动导杆机构转动导杆机构）平面连杆机构的类型、特点和分类平面连杆机构的类型、特点和分类 (4) (4) 扩大转动副扩大转动副偏心轮机构偏心轮机构曲柄曲柄滑块机构滑块机构将转动副将转动副B B加大，直至把加大，直至把转动副转动副A A包括进去，成为包括进去，成为几何中心是几何中心是B B，转动中心转动中心为为A A的偏心圆盘。的偏心圆盘。平面连杆机构的类型、特点和分

212、类平面连杆机构的类型、特点和分类 第二节第二节平面平面连杆机构的连杆机构的运动和动力运动和动力特性特性1.1.平面平面四杆机构四杆机构存在曲柄的条件存在曲柄的条件平平面面四四杆杆机机构构具具有有整整转转副副 则则可能可能存在曲柄存在曲柄。设设l1l4，可得：可得： l4l1,l4l2,l4l3即：即：AD为最短杆为最短杆连架杆之一或机架为连架杆之一或机架为最短杆最短杆。曲柄存在的条件曲柄存在的条件: :（GrashofGrashof 定理定理）最长杆与最短杆的长度之和最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和其他两杆长度之和 称为称为杆长条件杆长条件。此时，铰链此时，铰链A、B均均为为整转副整

213、转副。当当满满足足杆杆长长条条件件时时，其其最最短短杆杆上上的的转转动动副副都都是是整转副整转副。平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 2. .压力角和传动角压力角和传动角压力角压力角：作用在作用在从动从动件件上的驱动力上的驱动力F与力与力作用点绝对速度之间作用点绝对速度之间所夹锐角所夹锐角。切向分力切向分力 F Ft= = FcosFcos法向分力法向分力 F Fn= = FcosFcos F Ft 对传动有利对传动有利。= = FsinFsin常用常用的大小来表示机构传力性能的好坏的大小来表示机构传力性能的好坏, ,称称为为传动角传动角。是是的的余角。余角。平面连杆机构

214、的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 当当 BCD 90BCD 90时，时，BCDBCD因此设计时一般要求因此设计时一般要求: : minmin4040。当当 BCD BCD 9090时，时，180- BCD180- BCD当当BCDBCD最最小小或或最最大大时时，即即在在主主动动曲曲柄柄与与机机架架共共线线的的位置位置，都有可能出现都有可能出现minmin平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 由于在机构运动过程中，由于在机构运动过程中，角是变化的，角是变化的，minmin出现的位置出现的位置：当当 B B2 2C C2 2D D 9090 （= 180= 180）

215、时，时，minmin minmin, 180-, 180-maxmax minmin根据余弦定律，根据余弦定律，当当 B B1 1C C1 1D 90D 90（= 0= 0）时，时，平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 3. .死点死点对于曲柄摇杆机构，当对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，摇杆为主动件时，在连在连杆与曲柄两次共线的位杆与曲柄两次共线的位置，机构均不能运动。置，机构均不能运动。机构的这种位置称为：机构的这种位置称为：“死点死点”（机构的死点位置）（机构的死点位置）在在“死点死点”位置，位置，机构的传动角机构的传动角 0 0平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆

216、机构的运动和动力特性 * * 可以利用可以利用“死点死点”位置进行工作，位置进行工作， 例如：飞机例如：飞机起落架起落架、钻夹具钻夹具等。等。 * * “ “死点死点”位置的过渡方法：位置的过渡方法：依靠依靠飞轮的惯性飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。（如内燃机、缝纫机等）。平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 两组机构错开排列，如两组机构错开排列，如火车轮联动机构火车轮联动机构。4. .急回特性急回特性从从动动件件作作往往复复运运动动的的平平面面连连杆杆机机构构中中，若若从从动动件件工工作作行行程程的的平平均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有均速度小于回程的平均速度，

217、则称该机构具有急回特性急回特性。在在曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构中中，当当从从动动件件（摇摇杆杆）位位于于两两极极限限位位置置时时，曲曲柄柄与与连连杆杆共共线线。此此时时对对应应的的主主动动曲曲柄柄之之间间所所夹夹的的锐锐角角叫作叫作极位夹角。极位夹角。平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 设设曲曲柄柄以以逆逆时时针针匀匀速速旋旋转转。从从ABAB1 1转转到到ABAB2 2，转转过过180+180+时时为为工工作作行行程程，所所花花时时间间为为t1；此此时时摇摇杆杆从从C1D摆摆到到C2D，平平均速度为均速度为V1, ,则有：则有：曲柄从曲柄从ABAB2 2 继续转过继续转过

218、180-180-到到ABAB1 1时为时为回程回程，所花时间为，所花时间为t2, ,此时摇杆从此时摇杆从C2D摆到摆到C1D，平均速度为平均速度为V2, ,那么有那么有显然显然 t1t2V2V1即该机构具有即该机构具有急回特性急回特性平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 而且而且越大，越大，K值越大，机构的急回性质越明显。值越大，机构的急回性质越明显。只要极位夹角只要极位夹角0，就有就有 K1。因此，可通过分析机构中是否存在因此，可通过分析机构中是否存在及其大小，来判断机及其大小，来判断机构是否具有急回运动，以及急回的程度。构是否具有急回运动，以及急回的程度。设计时往往先给

219、定设计时往往先给定K值，再计算值，再计算，即即为能定量描述急回运动，将回程平均速度为能定量描述急回运动，将回程平均速度V2与工作行程平均与工作行程平均速度速度V1之比之比定义为定义为行程速度变化系数行程速度变化系数K平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 曲柄滑块机构曲柄滑块机构的急回特性分析的急回特性分析应用：节省回程时间，提高生产率。应用：节省回程时间，提高生产率。导杆机构导杆机构的急回特性分析的急回特性分析平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 5. .机构运动机构运动的的可行域可行域可行域可行域：摇杆的运动范围。：摇杆的运动范围。不可行域不可行域：摇

220、杆不能达到的：摇杆不能达到的 区域。区域。以四杆机构为例。以四杆机构为例。各构件的长度关系及安装的初始状态，决定了曲柄整周各构件的长度关系及安装的初始状态，决定了曲柄整周转动时，机构运动的可行域。转动时，机构运动的可行域。概念概念平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 分析分析设想拆开运动副设想拆开运动副C，考察点考察点C的运动范围。的运动范围。1.1.点点C必在必在C圆上运动。圆上运动。2.相对于点相对于点A，点，点C运动运动的最远范围不能超出圆弧的最远范围不能超出圆弧Rmax，最近范围不能小于最近范围不能小于圆弧圆弧Rmin。3.以上两条决定了点以上两条决定了点C的运的运

221、动范围，从而规划出机构的动范围，从而规划出机构的可行域。可行域。不能要求从动件从一个可行域跳过不可行域进入另一个不能要求从动件从一个可行域跳过不可行域进入另一个可行域。可行域。设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。平面连杆机构的运动和动力特性平面连杆机构的运动和动力特性 第三节第三节平面平面连杆机构的连杆机构的综合概述和刚体位移矩阵综合概述和刚体位移矩阵一、一、平面连杆机构综合的基本问题平面连杆机构综合的基本问题运动方案设计运动方案设计 根据给定的运动要求选择确定机构的类型根据给定的运动要求选择确定机构的类型（型综合）。（型综合）。尺度综合尺度综合 确定各

222、构件的运动学尺寸，包括运动副之间确定各构件的运动学尺寸，包括运动副之间的相对位置尺寸或角度尺寸等，一般还要同的相对位置尺寸或角度尺寸等，一般还要同时要满足其他辅助条件，如：时要满足其他辅助条件，如：a)结结构构条条件件（要要求求有有曲曲柄柄、杆杆长长比比恰恰当当、运动副结构合理等）运动副结构合理等）;b)动力学条件（如动力学条件（如minmin）;c)运动连续性条件等。运动连续性条件等。画出机构运动简图。画出机构运动简图。* * 平面连杆机构综合要完成的任务：平面连杆机构综合要完成的任务：1.实现已知运动规律实现已知运动规律* * 平面连杆机构综合的基本问题：平面连杆机构综合的基本问题：1)实

223、现刚体的若干位置要求，称为刚体导引机构综合。实现刚体的若干位置要求，称为刚体导引机构综合。平面连杆机构的综合和位移矩阵平面连杆机构的综合和位移矩阵 2)满足预定的运动规律要求，如满足预定的运动规律要求，如实现主、从动件间的角位移实现主、从动件间的角位移对应关系，对应关系，称为函数生成机构综合。称为函数生成机构综合。2.实现已知轨迹实现已知轨迹要求描出给定曲线，要求描出给定曲线，称为轨迹生成机构综合称为轨迹生成机构综合。或精确地通过给定轨迹上的若干点。或精确地通过给定轨迹上的若干点。二、二、平面连杆机构综合的常用方法平面连杆机构综合的常用方法设计方法：图解法、解析法、实验法设计方法：图解法、解析

224、法、实验法本章主要介绍位移矩阵法。本章主要介绍位移矩阵法。三、三、刚体旋转矩阵刚体旋转矩阵其中，设其中，设则有则有 V2=RV1平面连杆机构的综合和位移矩阵平面连杆机构的综合和位移矩阵 R称为平面旋转矩阵。称为平面旋转矩阵。四、四、刚体位移矩阵刚体位移矩阵刚刚体体在在平平面面中中的的位位置置，可可由由固固联联在在其其上上的的任任一一向向量量的的位位置来确定。置来确定。刚刚体体的的一一般般平平面面运运动动，可可以以看看作作固固联联在在其其上上的的向向量量分分别别作旋转和平移运动的合成。作旋转和平移运动的合成。其其中中，P为为参参考考点点。通通常常，P1、Pj和和1j同时给定。同时给定。平面连杆机

225、构的综合和位移矩阵平面连杆机构的综合和位移矩阵 其中：其中：=称为刚体从位置称为刚体从位置i到位置到位置j的的平面位移矩阵平面位移矩阵。平面连杆机构的综合和位移矩阵平面连杆机构的综合和位移矩阵 一、一、相关概念相关概念1.导引机构、导引构件和被导构件导引机构、导引构件和被导构件2.圆点和中心点圆点和中心点第四节第四节平面平面刚体导引机构的刚体导引机构的综合综合二、二、平面刚体导引机构的位移约束方程平面刚体导引机构的位移约束方程* * 定长约束方程定长约束方程（RR型导引构件型导引构件）B2C2B3C3DAB1C1刚刚体体导导引引机机构构综综合合的的关关键键在于导引构件的综合。在于导引构件的综合

226、。在在运运动动过过程程中中，导导引引构构件件RR的的长长度度应应保保持持不不变变，即即a1总总是是在在以以a0为圆心的圆弧上。为圆心的圆弧上。平面刚体导引机构的综合平面刚体导引机构的综合 * * 定长约束方程定长约束方程 （RR型导引构件型导引构件）设设以以第第一一位位置置为为参参考考位位置置，于于是是可可得得到到定长约束方程，也称为位移约束方程：定长约束方程，也称为位移约束方程：（每个位置上的杆长都应与参考位置的杆长相等）（每个位置上的杆长都应与参考位置的杆长相等）当给定连杆平面三个位置时（即当给定连杆平面三个位置时（即j=2，3），），可得到：可得到：其中其中成为由两个方程求解四个未知数的

227、问题。成为由两个方程求解四个未知数的问题。平面刚体导引机构的综合平面刚体导引机构的综合 由由于于位位移移矩矩阵阵元元素素均均可可由由确确定定刚刚体体位位置置的的参参数数求求出出，因因此此，可整理出方程组：可整理出方程组：若给定两个参数（比如固定铰链的位置），则方程可解。若给定两个参数（比如固定铰链的位置），则方程可解。平面刚体导引机构的综合平面刚体导引机构的综合 求解刚体导引机构综合问题的一般步骤为：求解刚体导引机构综合问题的一般步骤为：* *选定参考位置，写出位移约束方程。选定参考位置，写出位移约束方程。* *由已知条件求解位移矩阵元素。由已知条件求解位移矩阵元素。* *确定可给的未知量后，

228、求解方程组。确定可给的未知量后，求解方程组。* *根据结果（包括给定值）作出机构在参考位置根据结果（包括给定值）作出机构在参考位置的形态。的形态。平面刚体导引机构的综合平面刚体导引机构的综合 第五节第五节平面平面函数生成机构的函数生成机构的综合综合当当机机构构的的输输出出运运动动是是输输入入运运动动的的给给定定函函数数，且且输输入入、输输出出运动都是相对于固定坐标系而言，即为函数生成机构。运动都是相对于固定坐标系而言，即为函数生成机构。综综合合这这类类机机构构的的一一般般方方法法，是是应应用用运运动动倒倒置置原原理理，将将实实现现函函数数机机构构的的综综合合问问题题转转化化成成一一个个相相当当

229、的的刚刚体体导导引引问问题题，然后用综合刚体导引机构的方法去解决。然后用综合刚体导引机构的方法去解决。* * 引言引言函数生成机构与刚体导引机构的函数生成机构与刚体导引机构的区别区别在于在于若若能能把把两两连连架架杆杆相相对对于于机机架架的的运运动动问问题题转转化化为为连连杆杆相相对对于于机机架架的的运运动动问问题题，则则函函数数生生成成机机构构的的综综合合问问题题便便可可用用刚体导引机构的综合方法解决。刚体导引机构的综合方法解决。实实现现两两连连架架杆杆相相对对于于机架的运动要求机架的运动要求实实现现连连杆杆相相对对于于机机架架的运动要求的运动要求基基本本思思路路平面函数生成机构的综合平面函

230、数生成机构的综合 将将函函数数生生成成机机构构中中两两连连架架杆杆相相对对于于机机架架的的运运动动，转转化化为为两两连连架架杆杆的的相相对对运运动动，把把其其中中一一个个连连架架杆杆由由原原来来相相对对于于机架的运动转换为相对于另一个连架杆的运动机架的运动转换为相对于另一个连架杆的运动基基 本本思思 路路即即将将一一个个连连架架杆杆看看作作连连杆杆，另另一一个个连连架架杆杆看看作作机机架架；而而把原来的机架和连杆视为两连架杆。把原来的机架和连杆视为两连架杆。(运动倒置法运动倒置法)平面函数生成机构的综合平面函数生成机构的综合 转换原则转换原则各构件之间的各构件之间的相对运动关系不变相对运动关系

231、不变* * 平面相对位移矩阵平面相对位移矩阵（以铰链四杆机构为例）（以铰链四杆机构为例）机构各构件的长度按同一比例增减时，并不影响主动件机构各构件的长度按同一比例增减时，并不影响主动件与从动件之间的角位移对应关系与从动件之间的角位移对应关系。取取机机架架长长为为1，即即其其它它各各杆杆长长度度均均为为相相对对于于机机架架的的长长度度。建建立立如如图图所所示示直直角角坐坐标标系系，坐坐标标原原点点与与a0点点重重合合，x轴轴正正向沿向沿a0b0连线方向。连线方向。1 1 设定设定平面函数生成机构的综合平面函数生成机构的综合 取取杆杆b0b为为运运动动转转换换后后的的机机架架，杆杆a0a为为运运动

232、动转转换换后后的的连连杆杆，位位置置1为为参参考考位位置置。则则杆杆ab为为待待求求构构件件，a1x、a1y 、b1x和和b1y为为待待求求的的四四个未知量。个未知量。2 2 推导推导进进行行运运动动倒倒置置后后，得得到到杆杆a0a的位置：的位置：a0a1、a0aj，j=2，3，。其其中中，位位置置a0aj是是由由位位置置a0a1经经过过两两次次转动得到的。转动得到的。平面函数生成机构的综合平面函数生成机构的综合 套用导引机构综合的位移约束方程，有套用导引机构综合的位移约束方程，有: :平面函数生成机构的综合平面函数生成机构的综合 相对位移矩阵相对位移矩阵相对旋转矩阵相对旋转矩阵在在运运动动倒

233、倒置置中中，原原来来的的机机架架也也是是一一个个导导引引构构件件RR。可可将将其其作作为为迭迭代代求求解解的的初初值值。一一般般地地，综综合合函函数数生生成成铰铰链链四四杆杆机机构构时时，只只需需求求一一个个导导引引构构件件RR。平面函数生成机构的综合平面函数生成机构的综合 第六节第六节平面平面轨迹生成机构的轨迹生成机构的综合综合 综综合合轨轨迹迹生生成成平平面面连连杆杆机机构构，一一般般要要求求连连杆杆上上的的某某点点通通过过已已知知轨轨迹迹上上一一系系列列有有序序的的点点（称称为为精精确确点点），而而连连杆杆的的转转角角为为待待求求的的未未知知量量。这这类类机机构构综综合合问问题题因因变变

234、量量增增多多，故故有有较较大大的的灵灵活活性性。需需要要注注意意的的是是：为为满满足足轨轨迹迹要要求求，应应求求出出机机构构中中各各杆杆的的绝绝对长度。对长度。一、实现给定轨迹的平面铰链四杆机构的综合一、实现给定轨迹的平面铰链四杆机构的综合综综合合实实现现轨轨迹迹的的铰铰链链四四杆杆机机构构时时，所所用用约约束束方方程程为为两个连架杆的定长方程：两个连架杆的定长方程： 平面轨迹生成机构的综合平面轨迹生成机构的综合 1 1 定长约束方程定长约束方程其中，其中，a a0 0和和b b0 0为固定铰链，为固定铰链，DD1j1j 是连杆的同一位移矩阵是连杆的同一位移矩阵。 设设轨轨迹迹上上给给定定的的

235、精精确确点点数数为为n n，约约束束方方程程数数为为m m，则则由由上式可知上式可知 平面轨迹生成机构的综合平面轨迹生成机构的综合 2 2 能实现的精确点数目能实现的精确点数目 未知参数的数目为未知参数的数目为x， 其中结构参数有八个，其中结构参数有八个， 和和 由连杆转角产生的运动参数有由连杆转角产生的运动参数有 个。个。 设设可可预预先先选选定定的的未未知知数数的的数数目目为为q q，则则由由于于未未知知参参数数的的数数目目应应大大于于至至少少等等于于约约束束方方程程数数，因因此此可可以以给给定定的的精精确确点点数最多是数最多是9 9，即，即 平面轨迹生成机构的综合平面轨迹生成机构的综合

236、1 1 实验法实验法复演轨迹法复演轨迹法 当当原原动动件件ABAB绕绕固固定定铰铰链链A A转转动动时时，连连杆杆平平面面上上的的点点各各自自描描绘绘出出不不同同形形状状的的轨轨迹迹，称称之之为为连连杆杆曲曲线线。连连杆杆曲曲线线的的形形状状和和大大小小由由各各构构件件的的绝绝对对尺尺寸寸和和轨轨迹迹点点在在连连杆杆平平面面上上的的位位置置这这两两个个条条件件来来决决定。定。二、实验法和图谱法二、实验法和图谱法 用用实实验验法法综综合合给给定定轨轨迹迹的的连连杆杆机机构构时时，所所要要实实现现的的轨轨迹迹（如如图图中中M M点点的的轨轨迹迹）是是已已知知的的，要要求求设设计计出出的的连连杆杆机

237、机构构（如如铰铰链链四四杆杆机机构构）能能使使连连杆杆上的某点（如上的某点（如M M点）沿着给定的轨迹运动，即能点）沿着给定的轨迹运动，即能复演轨迹复演轨迹。 平面轨迹生成机构的综合平面轨迹生成机构的综合 一一般般可可先先初初选选曲曲柄柄长长度度和和曲曲柄柄固固定定铰铰链链与与已已知知轨轨迹迹的的相相对对位位置置，然然后后在在连连杆杆平平面面上上选选取取若若干干点点（如如图图中中M M、C C、CC、C”C”等等）。当当令令M M点点沿沿已已知知轨轨迹迹运运动动时时，连连杆杆平平面面上上的的其其余余各各点点便便画画出出不不同同轨轨迹迹。找找出出轨轨迹迹最最接接近近圆圆弧弧的的点点（如如图图中中

238、C点点）作作为为连连杆杆上上的的另另一一个个活活动动铰铰链链，则则可可得得到到能能满满足足要求的铰链四杆机构。要求的铰链四杆机构。 若若在在连连杆杆平平面面上上找找不不出出轨轨迹迹最最接接近近圆圆弧弧的的点点，应应改改变变初初选选参参数数重重新新演演试，直到得出满意的解为止。试，直到得出满意的解为止。 平面轨迹生成机构的综合平面轨迹生成机构的综合 2 2 图谱法图谱法 前人已将构件长度前人已将构件长度不同不同的平的平面四杆机构中，连杆平面上各点面四杆机构中，连杆平面上各点的轨迹曲线绘出，并按一定规律的轨迹曲线绘出，并按一定规律汇编成册（如图）。图谱法就是汇编成册（如图）。图谱法就是先将所要实现

239、的轨迹曲线与图谱先将所要实现的轨迹曲线与图谱中的曲线进行比较，找到形状相中的曲线进行比较，找到形状相符的轨迹曲线及其相应机构后，符的轨迹曲线及其相应机构后，各构件的相对长度便可查到。然各构件的相对长度便可查到。然后根据图谱编制时的相应规则，后根据图谱编制时的相应规则，即可得到各构件的实际尺寸。即可得到各构件的实际尺寸。 若若用用图图谱谱法法设设计计的的平平面面连连杆杆机机构构还还不不能能满满足足精精度度要要求求时时，可可将将用用图图谱谱法法得得到到的的机机构构各各构构件件的的尺尺寸寸作作为为初初值值，再再用用优优化化的的方方法法进进一一步步计计算算，以以便便求出满足精度要求的结果。求出满足精度

240、要求的结果。第七节第七节按行程速比系数综合平面连杆机构按行程速比系数综合平面连杆机构(1)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构已知已知：CD杆长，摆角杆长，摆角及及K，综合此机构。步骤如下：综合此机构。步骤如下：计算计算180(K-1)/(K+1);任取一点任取一点D D，作作腰长为腰长为CD的的等腰三角形，夹角为等腰三角形，夹角为;作作C1FC1C2，作，作C2F使使C1C2F=90,两线交于两线交于P P; ;作作F FC1C2的外接圆，的外接圆，A A点必在此圆上。点必在此圆上。选定选定A A，设曲柄为设曲柄为a，连杆为连杆为b，以，以A A为圆心，为圆心，A AC2为半径作弧为半径作弧 交于交于E

241、,E,得：得：a=EC2/2 b = A = AC2EC2/2(2)曲柄滑块机构曲柄滑块机构已已知知 K K，滑滑块块行行程程 H H，偏偏距距e e，设计此机构设计此机构 。计算计算180(K-1)/(K+1)180(K-1)/(K+1)；作作C1C2 H H ；作射线作射线C2M，使使C1C2M=90， 以以C2P P为直径作圆；为直径作圆；以以A A为圆心，为圆心，A AC1为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得：作射线作射线C1N垂直于垂直于C1C2，作与作与C1C2平行且平行且偏距为偏距为e e的直线，交圆于的直线，交圆于A A或或AA，即为所求。，即为所求。l1=EC2/2l2

242、 = A = AC2EC2/2按行程速比系数综合平面连杆机构按行程速比系数综合平面连杆机构两条射线两条射线交交于于P P点点；第七章第七章 凸轮机构凸轮机构凸轮机构：凸轮机构：是一种高副机构。是一种高副机构。广泛应用于各种机械，尤其广泛应用于各种机械，尤其是自动机械中。是自动机械中。 第七章第七章 凸轮机构凸轮机构凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类从动件的运动规律从动件的运动规律平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构的组成凸轮机构的组成凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构的分类凸轮机构的分类7.1凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分

243、类凸轮机构的组成凸轮机构的组成凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1-凸轮 2-气阀 3-内燃机壳体 如如图所示为图所示为内燃机中的配气内燃机中的配气凸轮机构凸轮机构。内燃机在燃烧过程中，。内燃机在燃烧过程中，驱动凸轮轴及其上的凸轮转动，驱动凸轮轴及其上的凸轮转动，并通过凸轮的曲线轮廓推动气阀并通过凸轮的曲线轮廓推动气阀2 2按特定的规律往复移动，从而按特定的规律往复移动，从而达到控制燃烧室中进、排气的功达到控制燃烧室中进、排气的功能。能。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1-圆柱凸轮 2-摆杆 3-滚子 如如图图所所示示为为自自动动机机床床中中的进刀凸轮机构的进刀凸轮机构。 当当圆

244、圆柱柱凸凸轮轮绕绕其其轴轴线线转转动动时时，通通过过其其沟沟槽槽与与摆摆杆杆一一端端的的滚滚子子接接触触，并并推推动动摆摆杆杆绕绕固固定定轴轴按按特特定定的的规规律律作作往往复复摆摆动动，同同时时通通过过摆摆杆杆另另一一端端的的扇扇形形齿齿轮轮驱驱动动刀刀架架实实现现进进刀刀或或退退刀刀运运动。动。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类凸轮凸轮从动件从动件机架机架高副机构高副机构凸凸轮轮：具具有有特特定定曲曲线线轮轮廓廓或或沟沟槽槽的的构构件件，通通常常在在 机构运动中作主动件。机构运动中作主动件。从动件：从动件：与凸轮接触并被直接推动的构件。与凸轮接触并被直接推动的构件。机架：机架：支撑凸

245、轮和从动件的构件。支撑凸轮和从动件的构件。凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 自动送料凸轮1-圆柱凸轮 2-直动从动件 3-毛坯 1 1、实现预期的位置要求、实现预期的位置要求这种这种自动送料凸轮机构自动送料凸轮机构，能够完成输送毛坯到达能够完成输送毛坯到达预期位置的功能，但对预期位置的功能，但对毛坯在移动过程中的运毛坯在移动过程中的运动没有特殊的要求动没有特殊的要求凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 绕线机凸轮1-凸轮 2-摆动从动件 3-线轴 2 2、实现预期的运动规律要求、实现预期的运动规律要求这种凸轮在运动中能推这种凸轮在运动中能推动摆动从动件动

246、摆动从动件2 2实现实现均匀均匀缠绕线绳的运动学要求。缠绕线绳的运动学要求。 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 3 3、实现运动和动力特性要求、实现运动和动力特性要求这种凸轮机构能够实现这种凸轮机构能够实现气气阀的运动学阀的运动学要求，并且具要求，并且具有有良好的动力学特性良好的动力学特性。 1-凸轮 2-气阀 3-内燃机壳体盘形凸轮盘形凸轮：结构简单，易于加工。应用最为广泛：结构简单，易于加工。应用最为广泛移动凸轮移动凸轮：可视为盘形凸轮的回转轴心处于无穷远处时演化：可视为盘形凸轮的回转轴心处于无穷远处时演化而成的而成的圆柱凸轮圆柱凸轮：空间凸轮机构：空间凸轮机构 盘形凸轮 移动凸轮

247、 圆柱凸轮凸轮机构的分类凸轮机构的分类凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1 1、按凸轮的形状分类、按凸轮的形状分类2 2、按从动件的形状分类、按从动件的形状分类尖底从动件尖尖端端能能以以任任意意复复杂杂的的凸凸轮轮轮轮廓廓保保持持接接触触，从从而而使使从从动动件件实实现现任任意意的的运运动动规规律律。但但尖尖端端处处极极易磨损，只适用于低速场合。易磨损，只适用于低速场合。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类滚子从动件凸凸轮轮与与从从动动件件之之间间为为滚滚动动摩摩擦擦，因因此此摩摩擦擦磨磨损损较较小小，可可用于传递较大的动力。用于传递较大的动力。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分

248、类平底从动件从从动动件件与与凸凸轮轮之之间间易易形形成成油油膜膜，润润滑滑状状况况好好，受受力力平平稳稳，传传动动效效率率高高，常常用用于于高高速速场场合合。但但与与之之相相配配合的凸轮轮廓须全部外凸。合的凸轮轮廓须全部外凸。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类对心直动从动件 偏置直动从动件凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类从动件作往复移从动件作往复移动，其运动轨迹动，其运动轨迹为一段直线为一段直线3 3、按从动件的运动形式分类、按从动件的运动形式分类直动从动件从动件作往复摆动，从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段其运动轨迹为一段圆弧。圆弧。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类摆动

249、从动件凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4 4、按凸轮与从动件维持接触的方式分类、按凸轮与从动件维持接触的方式分类(1)力锁合：利用从动件自身重力、回复弹簧力或其它外利用从动件自身重力、回复弹簧力或其它外力，使从动件与凸轮廓线始终保持接触力，使从动件与凸轮廓线始终保持接触(2) 型锁合：利用构成高副元素本身的几何形状，利用构成高副元素本身的几何形状，使从动件与凸轮始终接触使从动件与凸轮始终接触。盘形槽凸轮机构盘形槽凸轮机构通过其沟槽两侧通过其沟槽两侧的廓线始终保持的廓线始终保持与从动件接触。与从动件接触。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类凸轮廓线上任意两条凸轮廓线上任意两条平行切线

250、间的距离都平行切线间的距离都相等，且等于从动件相等，且等于从动件矩形框架矩形框架2 2内侧两个平内侧两个平底之间的距离底之间的距离H H。等宽凸轮机构等宽凸轮机构凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类等径凸轮机构等径凸轮机构过凸轮轴心过凸轮轴心O O所作任一所作任一径向线上与凸轮相接触的径向线上与凸轮相接触的两滚子中心间的距离处处两滚子中心间的距离处处相等。相等。 等宽与等径凸轮，等宽与等径凸轮，其从动件运动规律的选其从动件运动规律的选择或设计会受到一定的择或设计会受到一定的限制。限制。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类共轭凸轮机构共轭凸轮机构主主凸凸轮轮1 1推推动动从从动动件件完完

251、成成沿沿逆逆时时针针方方向向正正行行程程的的摆摆动动，另另一一个个凸凸轮轮1 1/ /推推动动完完成成沿沿顺顺时时针针方方向向的的反反行行程程的的摆摆动动。这这种种凸凸轮轮机机构构又又称称为为主主回回凸凸轮轮机机构构凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类反凸轮机构反凸轮机构摆杆为主动件，凸摆杆为主动件，凸轮为从动件轮为从动件基本概念基本概念从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律运动规律特性分析运动规律特性分析选择或设计运动规律时需注意的问题选择或设计运动规律时需注意的问题组合型运动规律简介组合型运动规律简介7.2从动件的运动规律从动件的运动规律基本概念基本概念从动件的运动规律从动件的运动规

252、律 从动件的运动规律从动件的运动规律 在凸轮廓线的推动下，从动件的在凸轮廓线的推动下，从动件的位移、速度、位移、速度、加速度、跃度加速度、跃度（加速度对时间的导数）随时间变化（加速度对时间的导数）随时间变化的规律，常以图线表示，又称为从动件运动曲线。的规律，常以图线表示，又称为从动件运动曲线。 一般假定凸轮轴作等速运转，故凸轮转角与时一般假定凸轮轴作等速运转，故凸轮转角与时间成正比，因此间成正比，因此凸轮机构从动件的运动规律凸轮机构从动件的运动规律通常又通常又可以表示为可以表示为凸轮转角的函数。凸轮转角的函数。尖底直动从动件的位移曲线尖底直动从动件的位移曲线从动件的运动规律从动件的运动规律从动

253、件的运动规律从动件的运动规律基圆基圆：凸轮上具有最小半径凸轮上具有最小半径r ro o的圆的圆推程与推程角推程与推程角：当凸轮廓线上当凸轮廓线上的曲线段与从动件接触时，推的曲线段与从动件接触时，推动从动件沿导路由起始位置运动从动件沿导路由起始位置运动到离凸轮轴心最远的位置。动到离凸轮轴心最远的位置。从动件的这一运动行程称为推从动件的这一运动行程称为推程。此过程对应凸轮所转过的程。此过程对应凸轮所转过的角度称为角度称为推程角推程角，从动件沿导从动件沿导路移动的最大位移称为路移动的最大位移称为升距升距h h。 远休止与远休止角：远休止与远休止角：当凸轮廓线上对应的圆弧段与当凸轮廓线上对应的圆弧段与

254、从动件接触时，从动件在距凸轮轴心的最远处静止不动。从动件接触时，从动件在距凸轮轴心的最远处静止不动。这一过程称为这一过程称为远休止远休止，此过程对应凸轮所转过的角度称为，此过程对应凸轮所转过的角度称为远休止角远休止角s。从动件的运动规律从动件的运动规律 近休止与近休止角近休止与近休止角: :当凸轮廓线上对应的圆弧段当凸轮廓线上对应的圆弧段与从动件接触时，从动件处于位移的起始位置，静止与从动件接触时，从动件处于位移的起始位置，静止不动，这一过程称为不动，这一过程称为近休止近休止。此过程对应凸轮所转过。此过程对应凸轮所转过的角度称为的角度称为近休止角近休止角/s。 从动件的运动规律从动件的运动规律

255、 回程与回程角回程与回程角: : 当凸轮廓线上的曲线段与从动件当凸轮廓线上的曲线段与从动件接触时，引导从动件由最远位置返回到位移的起始位置。接触时，引导从动件由最远位置返回到位移的起始位置。从动件的这一运动行程称从动件的这一运动行程称回程回程，此过程对应凸轮所转过，此过程对应凸轮所转过的角度称为的角度称为回程角回程角/。从动件的运动规律从动件的运动规律从动件常用运动规律从动件常用运动规律一、多项式运动规律一、多项式运动规律设从动件的位移为设从动件的位移为s s，凸轮转角为，凸轮转角为 ，则多项式，则多项式运动规律的一般表达式为运动规律的一般表达式为根据对从动件运动规律的具体要求，确定相应的根据

256、对从动件运动规律的具体要求，确定相应的边界条件代入上式，求出待定系数，即可推导出边界条件代入上式，求出待定系数，即可推导出各种多项式运动规律。各种多项式运动规律。下面分别推导工程中经常采用的几种下面分别推导工程中经常采用的几种多项式运动多项式运动规律方程规律方程。 1.1.一次多项式一次多项式2.2.一一次多项式运动规律的一般表达式为次多项式运动规律的一般表达式为由于一次多项式函数的一阶导数由于一次多项式函数的一阶导数为常数，故通常又称为为常数，故通常又称为等速运动规律等速运动规律。其运动其运动方程和运动线图如下所示方程和运动线图如下所示 从动件的运动规律从动件的运动规律等速运动规律运动线图推

257、程运动方程推程运动方程从动件的运动规律从动件的运动规律由于加速度无穷大而产生的冲击称为由于加速度无穷大而产生的冲击称为刚性冲击刚性冲击。当然，在实际的凸轮机构中由于构件的弹性、阻尼当然，在实际的凸轮机构中由于构件的弹性、阻尼等多种因素，不可能产生无穷大的惯性力。等多种因素，不可能产生无穷大的惯性力。这种运动规律通常只适用于低速轻载的工况下，这种运动规律通常只适用于低速轻载的工况下，或是对从动件有实现等速运动要求的场合或是对从动件有实现等速运动要求的场合从动件的运动规律从动件的运动规律2.2.二次多项式二次多项式 工程中通常采用的二次多项式运动规律，工程中通常采用的二次多项式运动规律，是指在从动

258、件的一个运动行程中（推程或回程），是指在从动件的一个运动行程中（推程或回程），前半段采用等加速，后半段采用等减速，前半段采用等加速，后半段采用等减速，其位其位移曲线为两段光滑相连的反向抛物线，故有时移曲线为两段光滑相连的反向抛物线，故有时又称为又称为抛物线运动规律抛物线运动规律。其运动方程和运动线其运动方程和运动线图如下所示图如下所示 从动件的运动规律从动件的运动规律速度曲线连续，而加速度曲速度曲线连续，而加速度曲线在运动的起始、中间点和线在运动的起始、中间点和终点处不连续。将这种由于终点处不连续。将这种由于有限值的加速度突变而产生有限值的加速度突变而产生的冲击称为的冲击称为柔性冲击柔性冲击。

259、适用。适用于中、低速轻载。于中、低速轻载。推程运动方程推程运动方程等加速等减速运等加速等减速运动规律运动线图动规律运动线图从动件的运动规律从动件的运动规律3.3.五次多项式五次多项式 五次多项式运动规律的位移、速度和加速五次多项式运动规律的位移、速度和加速度方程的一般表达式为度方程的一般表达式为从动件的运动规律从动件的运动规律将将边边界界条条件件分分别别代代入入，可可解解得得6 6个个待待定定系系数数，得得到到从动件在从动件在推程推程中五次多项式运动规律的方程为中五次多项式运动规律的方程为位移方程中仅含有位移方程中仅含有3 3、4 4、5 5次幂，故又称为次幂，故又称为3-4-53-4-5次多

260、项式次多项式 从动件的运动规律从动件的运动规律该种运动规律的速度与加速该种运动规律的速度与加速度曲线均连续，因而度曲线均连续，因而不产生不产生刚性与柔性冲击刚性与柔性冲击，可适用于，可适用于高速中载工况高速中载工况五次多项式运动规律五次多项式运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律二、三角函数运动规律二、三角函数运动规律1 1、简谐运动规律、简谐运动规律图图a所示为所示为描述简谐运动轨迹的描述简谐运动轨迹的示意图示意图。图中横坐标为凸轮转。图中横坐标为凸轮转角角，纵坐标为从动件位移，纵坐标为从动件位移s。设当质点沿圆周转过任一角。设当质点沿圆周转过任一角度时度时

261、，对应凸轮的转角为，对应凸轮的转角为，则质点沿圆周等速运动时向，则质点沿圆周等速运动时向纵坐标方向的投影，即为纵坐标方向的投影，即为简谐简谐运动规律的位移曲线。运动规律的位移曲线。简谐运动规律运动线图推程运动方程推程运动方程由于该种运动规律的加速度由于该种运动规律的加速度曲线按余弦规律变化，故又曲线按余弦规律变化，故又称为称为余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律。可知该运动规律的起可知该运动规律的起始与终点处加速度突始与终点处加速度突变为有限值，因而变为有限值，因而会会产生柔性冲击产生柔性冲击。如果。如果从动件的运动仅具有从动件的运动仅具有推程和回程阶段，则推程和回程阶段，则其加速度曲线也连续

262、，其加速度曲线也连续，不产生柔性冲击，因不产生柔性冲击，因而可应用于高速工况而可应用于高速工况场合。场合。从动件的运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律2 2、摆线运动规律、摆线运动规律图图a所示为所示为描述摆线运动轨迹的描述摆线运动轨迹的示意图示意图。由解析几何可知，当一。由解析几何可知，当一个半径为个半径为R的滚圆，沿纵坐标从的滚圆，沿纵坐标从起始点起始点A0匀速纯滚动时，圆周上匀速纯滚动时，圆周上点点A的运动轨迹即为摆线，而点的运动轨迹即为摆线，而点A的运动轨迹向纵坐标方向的投影的运动轨迹向纵坐标方向的投影即构成摆线运动规律。即构成摆线运动规律。摆线运动规律运动线图摆线

263、运动规律运动线图推程运动方程推程运动方程由于加速度曲线按正弦由于加速度曲线按正弦规律变化，故又称为规律变化，故又称为正正弦加速度运动规律弦加速度运动规律。该。该种运动规律的种运动规律的速度与加速度与加速度曲线均连续，不产速度曲线均连续，不产生刚性与柔性冲击生刚性与柔性冲击，适，适用于高速场合用于高速场合从动件的运动规律从动件的运动规律运动规律特性分析运动规律特性分析一、衡量运动特性的主要指标一、衡量运动特性的主要指标1 1、最大速度、最大速度 最大速度值越大，则从动件系统的动量也大。最大速度值越大，则从动件系统的动量也大。若机构在工作中遇到需要紧急停车的情况，由于若机构在工作中遇到需要紧急停车

264、的情况，由于从动件系统动量过大，会出现操控失灵，造成机从动件系统动量过大，会出现操控失灵，造成机构损坏等安全事故。因此希望构损坏等安全事故。因此希望从动件运动速度的从动件运动速度的最大值越小越好最大值越小越好。从动件的运动规律从动件的运动规律2 2、最大加速度、最大加速度 最大加速度值的大小，会直接影响从动件系统最大加速度值的大小，会直接影响从动件系统的惯性力，从动件与凸轮廓线的接触应力，从动件的惯性力，从动件与凸轮廓线的接触应力，从动件的强度等。因此希望的强度等。因此希望从动件在运动过程中的加速度从动件在运动过程中的加速度最大值越小越好。最大值越小越好。从动件的运动规律从动件的运动规律 3

265、3、运动规律的高阶导数、运动规律的高阶导数。 运动规律的高阶导数是否连续也是衡量运动规运动规律的高阶导数是否连续也是衡量运动规律特性的主要指标。律特性的主要指标。 研究表明，为有效改善凸轮机构的动力学特性，研究表明，为有效改善凸轮机构的动力学特性，减小系统的残余振动，应选取跃度连续的运动规律减小系统的残余振动，应选取跃度连续的运动规律进行凸轮廓线设计进行凸轮廓线设计。二、特性指标的无量纲化二、特性指标的无量纲化 为在为在相同的条件相同的条件下对各种运动规律的下对各种运动规律的特性参特性参数进行分析比较数进行分析比较，通常需对运动规律的特性指标，通常需对运动规律的特性指标进行无量纲化。几种常用运

266、动规律的无量纲化指进行无量纲化。几种常用运动规律的无量纲化指标和适用场合如下表所示标和适用场合如下表所示从动件的运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律从动件常用运动规律特性比较及适用场合从动件常用运动规律特性比较及适用场合三、特性指标的分析与比较三、特性指标的分析与比较n 高阶导数连续性较好的运动规律，如摆线、五高阶导数连续性较好的运动规律，如摆线、五次多项式等，其最大速度和最大加速度值一般也次多项式等，其最大速度和最大加速度值一般也较大。较大。n 具有较小的最大速度和最大加速度值的运动规具有较小的最大速度和最大加速度值的运动规律，其高阶导数往往是不连续的。律，其高阶导数往往

267、是不连续的。n 在选择或设计从动件运动规律时，根据凸轮机在选择或设计从动件运动规律时，根据凸轮机构的实际应用场合，在综合权衡各项特性指标的构的实际应用场合，在综合权衡各项特性指标的基础上作具体的分析。基础上作具体的分析。从动件的运动规律从动件的运动规律选择和设计运动规律时需注意的问题选择和设计运动规律时需注意的问题1.1.根据工作要求选择或设计运动规律根据工作要求选择或设计运动规律 当工作场合对从动件运动规律有特殊要求，且当工作场合对从动件运动规律有特殊要求，且凸轮转速不太高时，从动件运动规律的选择或设计，凸轮转速不太高时，从动件运动规律的选择或设计，应在满足工作要求的基础上，考虑动力特性等其

268、他应在满足工作要求的基础上，考虑动力特性等其他因素。因素。从动件的运动规律从动件的运动规律2.2.兼顾运动学和动力特性两方面要求兼顾运动学和动力特性两方面要求 当工作场合对从动件的运动规律有特殊要求，当工作场合对从动件的运动规律有特殊要求，且凸轮转速又较高时，应兼顾运动学和动力特性且凸轮转速又较高时，应兼顾运动学和动力特性两方面要求，选择或设计从动件的运动规律。两方面要求，选择或设计从动件的运动规律。3.3.综合考虑运动规律的各项特性指标综合考虑运动规律的各项特性指标 在满足从动件工作要求的前提下，还应在仔在满足从动件工作要求的前提下，还应在仔细权衡运动规律各项特性指标优劣的基础上，选择细权衡

269、运动规律各项特性指标优劣的基础上，选择或设计从动件运动规律。或设计从动件运动规律。从动件的运动规律从动件的运动规律 在工程实际中需针对具体的设计问题，在综在工程实际中需针对具体的设计问题，在综合考虑运动学、动力学等多方面因素的基础上来合考虑运动学、动力学等多方面因素的基础上来选择或设计从动件的运动规律。选择或设计从动件的运动规律。组合型运动规律简介组合型运动规律简介从动件的运动规律从动件的运动规律 为满足工程实际的需要，综合几种不同运为满足工程实际的需要，综合几种不同运动规律的优点，设计出一种具有良好综合特性动规律的优点，设计出一种具有良好综合特性的运动规律。这种的运动规律。这种通过几种不同函

270、数组合在一通过几种不同函数组合在一起而设计出的从动件运动规律，起而设计出的从动件运动规律，称为组合型运称为组合型运动规律。动规律。 1 1、修正正弦运动规律、修正正弦运动规律该曲线在运动起始的段和终该曲线在运动起始的段和终止的段，采用周期相同的正止的段，采用周期相同的正弦函数；在两段中间的段则弦函数；在两段中间的段则采用一段周期较长的简谐函采用一段周期较长的简谐函数。数。从动件的运动规律从动件的运动规律2 2、修正梯形运动规律、修正梯形运动规律用几段简谐函数使加速度成用几段简谐函数使加速度成为连续曲线。加速段和减速为连续曲线。加速段和减速段的加速度曲线是对称的。段的加速度曲线是对称的。组合型运

271、动规律运动线图组合型运动规律运动线图凸轮廓线设计的基本原理凸轮廓线设计的基本原理反转法反转法用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线用解析法设计凸轮廓线用解析法设计凸轮廓线7.3平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计凸轮廓线设计的基本原理凸轮廓线设计的基本原理反转法反转法平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计为了便于绘出凸轮轮廓为了便于绘出凸轮轮廓曲线曲线, , 应使工作中转动着的应使工作中转动着的凸轮与不动的图纸间保持相凸轮与不动的图纸间保持相对静止。对静止。如果如果给整个凸轮机构加给整个凸轮机构加上一个与凸轮转动角度上一个与凸轮转动角度数数值相等、值相等、 方向相反的方向相反的“- -”角速度角速度,

272、 , 则凸轮处于相则凸轮处于相对静止状态。对静止状态。从动件尖底的运从动件尖底的运动轨迹就是凸轮动轨迹就是凸轮的廓线的廓线 、尖底从动件盘形凸轮、尖底从动件盘形凸轮已已知知：凸凸轮轮以以等等角角速速度度 顺顺时时针针方方向向转转动动，凸凸轮轮基基圆圆半半径径r ro o，导导路路与与凸凸轮轮回回转转中中心心间间的的相相对对位位置置及偏距及偏距e e, ,从动件的运动规律。从动件的运动规律。 用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线一、直动从动件盘形凸轮廓线设计一、直动从动件盘形凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计设计步骤设计步骤、 作从动件的位移线图作从动件的位移线图、确定从动件尖底的

273、初始位置、确定从动件尖底的初始位置 、确定导路在反转过程中的一系列位置、确定导路在反转过程中的一系列位置 、确定尖底在反转过程中的一系列位置、确定尖底在反转过程中的一系列位置 、绘制凸轮廓线、绘制凸轮廓线 、滚子从动件盘形凸轮、滚子从动件盘形凸轮已已知知：凸凸轮轮以以等等角角速速度度 顺顺时时针针方方向向转转动动，凸凸轮轮基基圆圆半半径径r ro o，导导路路与与凸凸轮轮回回转转中中心心间间的的相相对对位位置置及偏距及偏距e e，滚子半径为，滚子半径为r,r,从动件的运动规律。从动件的运动规律。 平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计凸凸轮轮的的理理论论廓廓线线：根根据据滚滚子子中中心心的的运运动动

274、轨轨迹设计出的廓线迹设计出的廓线凸轮的实际廓线：凸轮的实际廓线：与滚子直接接触的廓线与滚子直接接触的廓线过程中的一系列位置过程中的一系列位置 注意：注意：n基圆是指凸轮理论廓线上由最小半径所基圆是指凸轮理论廓线上由最小半径所作的圆作的圆n从动件端部的滚子与凸轮实际廓线的接从动件端部的滚子与凸轮实际廓线的接触点会随凸轮的转动而不断变化。触点会随凸轮的转动而不断变化。、平底从动件盘形凸轮、平底从动件盘形凸轮与与滚滚子子从从动动件件盘盘形形凸凸轮轮廓廓线线的的设设计计方方法法相类似。相类似。平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计n将将平底与导路中心线的交点平底与导路中心线的交点作为作为假想的尖底从动件的尖

275、端；假想的尖底从动件的尖端；n应用反转法，根据平底从动件的应用反转法，根据平底从动件的运动规律，依次运动规律，依次确定出假想的尖端确定出假想的尖端在反转过程中所处的位置在反转过程中所处的位置，并在这，并在这些位置点分别作出各平底的图形；些位置点分别作出各平底的图形；n作平底的作平底的内包络线内包络线，即为所要设计，即为所要设计的凸轮廓线的凸轮廓线平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计二、摆动从动件盘形凸轮廓线设计二、摆动从动件盘形凸轮廓线设计已已知知：凸凸轮轮以以等等角角速速度度逆逆时时针针方方向向转转动动，凸凸轮轮轴轴与与摆摆杆杆回回转转中中心心的的距距离离为为 ，凸凸轮轮基基圆圆半半径径r ro

276、 o，摆摆杆杆长长度度l l，摆摆杆杆的的运运动动规规律律已已知知，推程时凸轮与摆杆的转向相反。推程时凸轮与摆杆的转向相反。 设计步骤设计步骤、 作从动件的位移线图作从动件的位移线图、确定摆杆的初始位置、确定摆杆的初始位置 、确确定定摆摆杆杆轴轴心心在在反反转转过过程程中中的的一一系列位置系列位置 、确定摆杆尖底的一系列位置、确定摆杆尖底的一系列位置 、绘制凸轮廓线、绘制凸轮廓线 用解析法设计凸轮廓线用解析法设计凸轮廓线平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计作图法的特点作图法的特点概念清晰，简便易行；概念清晰，简便易行；误差大、效率低。误差大、效率低。 解析法的特点解析法的特点计算精度高、速度快，适

277、合凸轮在数控机床计算精度高、速度快，适合凸轮在数控机床上加工。上加工。解析法设计的关键问题解析法设计的关键问题将凸轮廓线表示为数学方程，这一过程称为将凸轮廓线表示为数学方程，这一过程称为建立数学模型。建立数学模型。 平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计一、直动滚子从动件盘形凸轮一、直动滚子从动件盘形凸轮已知：凸轮以等角速度逆时针方已知：凸轮以等角速度逆时针方向转动，凸轮基园半径向转动，凸轮基园半径r ro o、滚子半、滚子半径径r rr r，导路和凸轮轴心间的相对位，导路和凸轮轴心间的相对位置及偏距置及偏距e e，从动件的运动规律，从动件的运动规律 。 1. 1. 理论廓线方程理论廓线方程=2.2

278、.实际廓线方程实际廓线方程平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计3.3.刀具的中心轨迹方程刀具的中心轨迹方程应用数控铣床或凸轮磨床可加工凸轮的实际廓线。在加应用数控铣床或凸轮磨床可加工凸轮的实际廓线。在加工凸轮前需计算刀具的中心轨迹方程。工凸轮前需计算刀具的中心轨迹方程。平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计 平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计二、平底直动从动件盘形凸轮机构二、平底直动从动件盘形凸轮机构n建立直角坐标系，使轴与从动件导路重合，推程开始建立直角坐标系，使轴与从动件导路重合，推程开始时平底与凸轮基圆在点相切时平底与凸轮基圆在点相切n由速度瞬心法可知，图中由速度瞬心法可知，图中P P点为凸轮与平底

279、从动件的点为凸轮与平底从动件的相对速度瞬心相对速度瞬心 平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构n建立坐标系，使摆杆回转轴心建立坐标系，使摆杆回转轴心A A0 0与与凸轮回转轴心凸轮回转轴心O O的连线与的连线与y y轴重合轴重合已知：凸轮以等角速度逆时针方已知：凸轮以等角速度逆时针方向转动，推程时摆杆顺时针方向转向转动，推程时摆杆顺时针方向转动，凸轮回转中心动，凸轮回转中心O O与摆杆回转轴与摆杆回转轴心心A A0 0的距离为的距离为 , ,摆杆的长度为摆杆的长度为l l, ,滚滚子半径子半径r r，摆杆的运动规律，摆杆的运动规律 。 n凸

280、轮的凸轮的理论廓线理论廓线B B点的坐标点的坐标 7.平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角凸轮基园半径的确定凸轮基园半径的确定滚子半径的选择滚子半径的选择平底直动从动件平底尺寸的确定平底直动从动件平底尺寸的确定从动件偏置方向的确定从动件偏置方向的确定凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定压力角：压力角：从动件与凸轮在接触点从动件与凸轮在接触点处的受力方向与其在该点绝对速处的受力方向与其在该点绝对速度方向之间所夹的锐角度方向之间所夹的锐角说明：说明：凸轮逆时针方向转动，当从动件导路中心偏在凸轮凸轮逆时针

281、方向转动，当从动件导路中心偏在凸轮轴心右侧时，推程取减号，回程取加号；偏在左侧时，推轴心右侧时，推程取减号，回程取加号；偏在左侧时，推程取加号，回程取减号。程取加号，回程取减号。若凸轮顺针方向转动，则加减号的取法与上述相反。若凸轮顺针方向转动，则加减号的取法与上述相反。 一、压力角一、压力角几种常见的盘形凸轮机构的压力角几种常见的盘形凸轮机构的压力角平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定在图在图b b和和d d中，由于中，由于从动件的平底在运从动件的平底在运动中的任一位置都动中的任一位置都与凸轮廓线相切，与凸轮廓线相切，因此这类因此这类凸轮机构凸轮机构的压力角在凸轮机的压力角在凸

282、轮机构整个运动周期中构整个运动周期中为常值为常值。二、压力角对凸轮机构受力的影响二、压力角对凸轮机构受力的影响平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定其他条件相同时，压力角其他条件相同时，压力角越大，推动从动件所需的越大，推动从动件所需的作用力越大；作用力越大；当压力角非常大时，理论当压力角非常大时，理论上作用力为无穷大时才能上作用力为无穷大时才能推动从动件，此时凸轮机推动从动件，此时凸轮机构将发生自锁。我们将此构将发生自锁。我们将此时凸轮机构的压力角称为时凸轮机构的压力角称为临界压力角临界压力角 三、许用压力角三、许用压力角平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定 许

283、用压力角：许用压力角：为改善凸轮机构的受力情况、提高机为改善凸轮机构的受力情况、提高机械效率，规定了允许采用的最大压力角。械效率，规定了允许采用的最大压力角。推程推程（工作行程）推荐的许用压力角为：（工作行程）推荐的许用压力角为：直动从动件直动从动件摆动从动件摆动从动件回程回程（空回行程）（空回行程）凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定一、基圆半径对压力角的影响一、基圆半径对压力角的影响n增大基圆半径，可使凸轮机构的压力角减小；增大基圆半径，可使凸轮机构的压力角减小；n增大基圆半径会使凸轮机构的整体尺寸增大增大基圆半径会使凸轮机构的整体尺寸增

284、大 n在压力角不超过许用值的原则下，应尽可能采用较在压力角不超过许用值的原则下，应尽可能采用较小的基圆半径。小的基圆半径。 二、基圆半径的确定方法二、基圆半径的确定方法平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定、直动滚子从动件、直动滚子从动件为保证凸轮机构在整个运动周期中为保证凸轮机构在整个运动周期中均能满足，应选取计算均能满足，应选取计算结果中的最大值作为凸轮的基圆半结果中的最大值作为凸轮的基圆半径。径。 、平底直动从动件、平底直动从动件平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定基圆半径的确定应使基圆半径的确定应使从动件运动不失真，即从动件运动不失真，即应保证凸轮廓线全部

285、外应保证凸轮廓线全部外凸，或各点处的曲率半凸，或各点处的曲率半径径 平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定滚子半径的选择滚子半径的选择一、滚子半径对实际廓线的影响一、滚子半径对实际廓线的影响、凸轮理论廓线外凸的情况、凸轮理论廓线外凸的情况可画出正常的实际廓线可画出正常的实际廓线实际廓线变尖实际廓线变尖实际廓线干涉，导致实际廓线干涉，导致运动失真。运动失真。平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定、凸轮理论廓线内凹的情况、凸轮理论廓线内凹的情况平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定无论滚子半径如何选取，总可以无论滚子半径如何选取，总可以平滑地做出凸轮的实际

286、廓线。平滑地做出凸轮的实际廓线。平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定一、滚子半径的确定方法一、滚子半径的确定方法、考虑凸轮实际廓线出现变尖或失真现象、考虑凸轮实际廓线出现变尖或失真现象、考虑结构、强度与运动规律等因素、考虑结构、强度与运动规律等因素平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定平底直动从动件平底尺寸的确定平底直动从动件平底尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定从动件偏置方向的确定从动件偏置方向的确定为了减小凸轮机构推程的压力角为了减小凸轮机构推程的压力角，应使从动件导，应使从动件导路的偏置方向与推程时的相对速度瞬心位于凸轮路的偏置方

287、向与推程时的相对速度瞬心位于凸轮轴心的同一侧。轴心的同一侧。 凸轮逆时针回转，从凸轮逆时针回转，从动件右偏置动件右偏置凸轮顺时针回转，从凸轮顺时针回转，从动件左偏置动件左偏置第第 八八 章章齿齿 轮轮 机机 构构 由由主动齿轮主动齿轮1 1的的轮轮齿齿，通过齿廓，通过齿廓依次推动从动依次推动从动齿轮齿轮2 2的的轮轮齿齿，从，从而实现而实现运动和动力的传递，称为运动和动力的传递，称为齿轮传动齿轮传动；这种机构即为齿轮机构。；这种机构即为齿轮机构。齿轮机构可以传递空间任意两轴间的运动和动力齿轮机构可以传递空间任意两轴间的运动和动力。1 12 2 设主、从动齿轮的角速度分别用设主、从动齿轮的角速度

288、分别用和和表示，表示，则两轮角速度之比则两轮角速度之比称为这对齿轮传动的称为这对齿轮传动的传动比传动比：也叫也叫瞬时传动比瞬时传动比。若以若以、分别表示两轮每分钟的转数，以分别表示两轮每分钟的转数，以、分别表示两轮的齿数，则有：分别表示两轮的齿数，则有：称为称为平均传动比平均传动比。瞬时传动比瞬时传动比为为常数常数的齿轮机构称为的齿轮机构称为定传动比齿轮机构定传动比齿轮机构。第一节第一节齿轮机构的特点和分类齿轮机构的特点和分类 * * 传递功率和圆周速度的范围很大；传递功率和圆周速度的范围很大；* * 传动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作可靠。传动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作可靠。

289、特点：特点：分类分类 ：* * 根据轮齿的根据轮齿的排列位置排列位置可分为：内齿轮、外齿轮和齿条；可分为：内齿轮、外齿轮和齿条； 1.1.平面齿轮机构平面齿轮机构 用于用于传递两平行轴传递两平行轴之之间的运动间的运动和动力。和动力。* * 根据根据轮齿的方向轮齿的方向可分为：直齿轮、斜齿轮和人字齿轮。可分为：直齿轮、斜齿轮和人字齿轮。 齿轮机构的特点和分类齿轮机构的特点和分类 2.空间齿轮机构空间齿轮机构用于传递空间两相交轴或两交错轴间用于传递空间两相交轴或两交错轴间的运动和动力。的运动和动力。* * 传递两相交两相交轴间的运的运动 锥齿轮传动； 按照按照轮轮齿在在圆锥体上的体上的排列方向排列

290、方向有直齿和曲线齿两种。有直齿和曲线齿两种。齿轮机构的特点和分类齿轮机构的特点和分类 * * 传递两交两交错错轴间的运的运动： 蜗杆机构杆机构，交交错轴斜斜齿轮机构机构。齿轮机构的特点和分类齿轮机构的特点和分类 * * 常用的常用的齿轮机构是定机构是定传动比机构，但也有比机构，但也有传动比非定比非定值的的齿轮机构，常称之机构，常称之为非非圆齿轮机构机构。齿轮机构的特点和分类齿轮机构的特点和分类 * * 齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律第二节第二节 齿廓啮合基本定律与齿廓曲线齿廓啮合基本定律与齿廓曲线啮合啮合传递某一角速度传递某一角速度比的比的两条齿两条齿廓曲线的接触。廓曲线的接触。Vp=O1P

291、1=O2P2i =12=O2PO1P其中，点其中，点P称为两齿廓的啮合称为两齿廓的啮合节点节点。过啮合点过啮合点K作两齿廓公法线，与作两齿廓公法线，与两轮转动中心联线交于两轮转动中心联线交于P点点,一对啮合传动齿轮的瞬时传动比一对啮合传动齿轮的瞬时传动比与与两轮连心线被节点分割而成的两线段两轮连心线被节点分割而成的两线段两轮连心线被节点分割而成的两线段两轮连心线被节点分割而成的两线段成成成成反比反比反比反比。齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律与齿廓曲线齿廓啮合基本定律与齿廓曲线i =12=O2PO1P一对齿廓在不同位置啮合时，若一对齿廓在不同位置啮合时，若P点在点在O1O2联线上

292、移动，则传动比联线上移动，则传动比i 是是随之变化的；而随之变化的；而P点位置又是由啮点位置又是由啮合点的法线方向而决定的，因此，合点的法线方向而决定的，因此，传传动比动比i 与齿廓曲线有关与齿廓曲线有关。凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓称为凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓称为共軛齿廓共軛齿廓。设设a=O2O1 =O2P+O1P，与与给定给定a后，后，若要若要传动比传动比i 按给定规律变化，则相啮合按给定规律变化，则相啮合两齿廓的形状应满足条件：两齿廓的形状应满足条件：因此，要使齿轮的因此，要使齿轮的传动比为定值传动比为定值，一对齿轮的齿廓曲，一对齿轮的齿廓曲线应满足的条件是：线应满足的条件是

293、：无论两齿廓在何处接触，过啮合点所作的公法线必须无论两齿廓在何处接触，过啮合点所作的公法线必须与两轮连心线交于一与两轮连心线交于一定点定点。齿廓啮合基本定律与齿廓曲线齿廓啮合基本定律与齿廓曲线i =O2PO1P联立得联立得O1P=a（1+i ）O2P=a i （1+i ）过齿廓任一啮合点的公法线，都要与两轮连心线交于过齿廓任一啮合点的公法线，都要与两轮连心线交于相应的瞬时啮合节点。相应的瞬时啮合节点。齿廓啮合基本定律与齿廓曲线齿廓啮合基本定律与齿廓曲线节圆节圆的概念的概念由于定传动比传动时节点由于定传动比传动时节点P是定点，是定点，因此其在与轮因此其在与轮1固结的动平面上的轨固结的动平面上的轨

294、迹是迹是以以O1为圆心，为圆心，O1P为半径的圆。为半径的圆。同理，节点同理，节点P在与轮在与轮2固结的动平面固结的动平面上的轨迹是上的轨迹是以以O2为圆心，为圆心，O2P为半为半径的圆。径的圆。这两个圆称为这两个圆称为节圆节圆。两节圆在两节圆在P点相切，且在切点速度相点相切，且在切点速度相等，则等，则两齿轮的定传动比啮合传动，两齿轮的定传动比啮合传动，可视为两节圆作纯滚动。可视为两节圆作纯滚动。节圆是在两齿轮啮合时才出现的参数。节圆是在两齿轮啮合时才出现的参数。理理论论上上，能能满满足足齿齿廓廓啮啮合合基基本本定定律律的的曲曲线线有有很很多多。但但考考虑虑到到设设计计、制制造造、使使用用和和

295、检检测测等等各各种种因因素素，工工程程上上只只用用少少数数几几种种曲曲线线作作为为齿齿廓廓曲曲线线，如如渐渐开开线线、摆摆线线、圆圆弧弧和和抛抛物物线线等等。其中应用最广的是渐开线。其中应用最广的是渐开线。齿廓啮合基本定律与齿廓曲线齿廓啮合基本定律与齿廓曲线* * 渐开线齿廓渐开线齿廓1渐开线的生成渐开线的生成当直线当直线NK沿圆周作纯滚动时，沿圆周作纯滚动时，直线上任一点直线上任一点K的轨迹就是该的轨迹就是该圆的渐开线，这个圆称为渐开圆的渐开线，这个圆称为渐开线的线的基圆基圆。2渐开线的性质渐开线的性质归纳出归纳出5条重要性质。条重要性质。齿廓啮合基本定律与齿廓曲线齿廓啮合基本定律与齿廓曲线

296、称为渐开线在称为渐开线在K点的点的展角展角。 2渐开线的性质渐开线的性质齿廓啮合基本定律与齿廓曲线齿廓啮合基本定律与齿廓曲线* * 发生线在基圆上滚过的长发生线在基圆上滚过的长度等于基圆上相应的弧长。度等于基圆上相应的弧长。* * 渐开线上任一点的法线必渐开线上任一点的法线必切于基圆。切于基圆。* * 渐开线上越远离基圆的部分渐开线上越远离基圆的部分曲率半径越大，越平直。曲率半径越大，越平直。（渐开线上每点的曲率中心即（渐开线上每点的曲率中心即为该点法线与基圆的切点）为该点法线与基圆的切点）* * 基圆之内无渐开线。基圆之内无渐开线。* * 渐开线的形状取决于基圆大小。渐开线的形状取决于基圆大

297、小。基圆越大，渐开线越平直。基圆越大，渐开线越平直。当基圆半径当基圆半径rb时，渐开线时，渐开线变成了直线。变成了直线。3渐开线的方程渐开线的方程 由渐开线性质导出渐开线的极坐由渐开线性质导出渐开线的极坐标参数方程：标参数方程：k=invk=tank-k rk=rb/cosk 其中，其中，invk称为渐开线函数，称为渐开线函数，有表可查有表可查。齿廓啮合基本定律与齿廓曲线齿廓啮合基本定律与齿廓曲线特别指出特别指出，渐开线上不同点渐开线上不同点处的压力角是不一样的。处的压力角是不一样的。称为渐开线在称为渐开线在K K点处的点处的压力角压力角。 压力角的概念压力角的概念* * 渐开线齿轮的啮合特性

298、渐开线齿轮的啮合特性 1 1 渐开线齿廓能保证瞬时传渐开线齿廓能保证瞬时传 动比恒定动比恒定齿廓啮合基本定律与齿廓曲线齿廓啮合基本定律与齿廓曲线由于：由于：渐开线上任一点的法渐开线上任一点的法线必切于基圆，线必切于基圆，所以一对啮合轮齿上任意啮所以一对啮合轮齿上任意啮合点的公法线是一条定直线。合点的公法线是一条定直线。i=12=O2PO1PP点是一定点。即点是一定点。即为定值。为定值。* * 渐开线齿轮的啮合特性渐开线齿轮的啮合特性2 2 渐开线齿轮的啮合线和渐开线齿轮的啮合线和 啮合角恒定不变啮合角恒定不变齿廓啮合基本定律与齿廓曲线齿廓啮合基本定律与齿廓曲线渐开线齿轮啮合传动时的正渐开线齿轮

299、啮合传动时的正压力方向是不变的。压力方向是不变的。 两两齿齿廓廓接接触触点点在在定定坐坐标标系系中的轨迹，称为中的轨迹，称为啮合线啮合线。啮啮合合线线和和两两节节圆圆过过节节点点的的公公切切线线所所夹夹的的锐锐角角称称为为啮啮合角。合角。啮合角等于节圆上的压力角。啮合角等于节圆上的压力角。 （rk=rbcosk）3 3 中心距变化不影响传动比的稳定性中心距变化不影响传动比的稳定性 * * 渐开线齿轮的啮合特性渐开线齿轮的啮合特性齿廓啮合基本定律与齿廓曲线齿廓啮合基本定律与齿廓曲线i=12=O2PO1P= r2r1 = rb2rb1渐开线齿廓的这一特性称为渐开线齿轮的渐开线齿廓的这一特性称为渐开

300、线齿轮的可分性可分性，这也是渐开线齿轮得到广泛应用的原因之一。这也是渐开线齿轮得到广泛应用的原因之一。 中心距变化时基圆并不改变，因此中心距变化时基圆并不改变，因此传动比也不改变，传动比也不改变，第三节第三节渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数 和尺寸计算和尺寸计算一、一、齿轮各部分的名称齿轮各部分的名称根据渐开线的性质，根据渐开线的性质， p =p cosbnbp =p 法节和基节的概念法节和基节的概念相邻两齿沿法线度量的直线距相邻两齿沿法线度量的直线距离叫齿轮的离叫齿轮的法节法节。基圆上的齿距简称基圆上的齿距简称基节。基节。渐开线标准直齿圆柱齿轮的渐开线标准直齿

301、圆柱齿轮的基本参数和尺寸计算基本参数和尺寸计算 模数的概念模数的概念对于齿轮上的任意圆对于齿轮上的任意圆i，齿距为，齿距为piz=di为计算测量方便，人为定为计算测量方便，人为定义义p = m，m为简单为简单有理数，称为有理数，称为模数模数。m是是标准值，已有国标。标准值，已有国标。即即di=z pi模数是齿轮几何计算的基模数是齿轮几何计算的基础础，能够代表轮齿的大小。能够代表轮齿的大小。二、渐开线二、渐开线齿轮的基本参数齿轮的基本参数渐开线标准直齿圆柱齿轮的渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸计算基本参数和尺寸计算 同时，人为规定了一个基准圆，在同时，人为规定了一个基准圆，在该圆上，该圆上

302、，m 和和均为标准值，称为均为标准值，称为分度圆。分度圆。d=mz分度圆的概念分度圆的概念分度圆上的各种符号均无下标。如分度圆上的各种符号均无下标。如r、d、e、s等。等。任何圆柱齿轮都有一个，而且也只任何圆柱齿轮都有一个，而且也只有一个分度圆有一个分度圆。渐开线齿轮的其他基本参数还有：渐开线齿轮的其他基本参数还有： 齿数齿数z、压力角、压力角、齿顶高系数、齿顶高系数ha*和顶隙系数和顶隙系数c*。渐开线标准直齿圆柱齿轮的渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸计算基本参数和尺寸计算 三、渐开线标准直齿轮的几何尺寸计算三、渐开线标准直齿轮的几何尺寸计算渐开线标准直齿圆柱齿轮的渐开线标准直齿圆柱齿

303、轮的基本参数和尺寸计算基本参数和尺寸计算 * *标准齿轮的概念（三个特征）：标准齿轮的概念（三个特征）：（1）具有标准模数和标准压力角；）具有标准模数和标准压力角；（2）分度圆上的齿厚和槽宽相等；）分度圆上的齿厚和槽宽相等；（3）具有标准的齿顶高和齿根高。）具有标准的齿顶高和齿根高。 * * 内齿轮的特点：内齿轮的特点：内齿轮的齿廓是内凹的；内齿轮的齿廓是内凹的；齿根圆比分度圆大，齿根圆比分度圆大，齿顶圆齿顶圆比分度圆小但大于基圆比分度圆小但大于基圆；齿厚相当于外齿轮的槽宽，齿厚相当于外齿轮的槽宽，槽宽相当于外齿轮的齿厚。槽宽相当于外齿轮的齿厚。 渐开线标准直齿圆柱齿轮的渐开线标准直齿圆柱齿轮

304、的 基本参数和尺寸计算基本参数和尺寸计算 * * 齿条的特点：齿条的特点：基线、分度线、齿顶线等为基线、分度线、齿顶线等为互相平行的直线互相平行的直线；渐开线齿廓成为渐开线齿廓成为直线齿廓直线齿廓；齿廓上各点的压力角均齿廓上各点的压力角均相等相等；在与分度线相平行的各直线上，齿距均在与分度线相平行的各直线上，齿距均相同相同，且模数为，且模数为同一标准值同一标准值。四、渐开线直齿圆柱齿轮任意圆上几何四、渐开线直齿圆柱齿轮任意圆上几何尺寸计算尺寸计算 公式推导思路：公式推导思路：由几何方法以及渐开线由几何方法以及渐开线方程的应用，将任意圆上的方程的应用，将任意圆上的齿厚齿厚Sk，用该圆上的已知参，

305、用该圆上的已知参数和分度圆上的参数来表达。数和分度圆上的参数来表达。 2任意圆上的齿厚任意圆上的齿厚渐开线标准直齿圆柱齿轮的渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸计算基本参数和尺寸计算 1任意圆上的压力角任意圆上的压力角由渐开线方程直接得出由渐开线方程直接得出。一、一对齿轮的正确啮合条件一对齿轮的正确啮合条件 第四节第四节渐开开线直直齿圆柱柱齿轮的的啮合合传动 由由一对齿轮正确啮合时应一对齿轮正确啮合时应保证两轮保证两轮的法向齿距相等，的法向齿距相等， p =p cosbpn1 =p n2m1=m2=m1=2=可导出正确啮合条件：可导出正确啮合条件：然后根据渐开线性质及齿距与然后根据渐开线性质

306、及齿距与模数的关系，即模数的关系，即渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 二、齿轮传动的中心距和啮合角，侧隙和顶隙齿轮传动的中心距和啮合角，侧隙和顶隙 2.无侧隙啮合无侧隙啮合对对于于标标准准齿齿轮轮，确确定定中中心心距距a a时，应满足两个要求：时，应满足两个要求：1.侧隙和顶隙侧隙和顶隙 概念，概念，形成方式形成方式和和作用。作用。两齿轮啮合时，一轮节圆两齿轮啮合时，一轮节圆上的槽宽等于另上的槽宽等于另一轮节圆一轮节圆上的齿厚上的齿厚。2) 2) 顶隙顶隙c c为标准值。为标准值。此时有：此时有：a=ra1+c+rf2=r1+h+ha a* *m m=r1+ +r2c=

307、c*m+c+c* *m m+ +r2-(h-(ha a* *m+cm+c* *m)m)=m(z1+z2)/2a=r1+ +r2标准中心距标准中心距标准安装标准安装渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 1) 1) 理论上齿侧间隙为零理论上齿侧间隙为零s 1- -e2=03.当一对标准齿轮按标准中心距（两轮分度圆相切当一对标准齿轮按标准中心距（两轮分度圆相切）安装）安装时，称为时，称为标准安装标准安装。渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 非标准安装时，两齿轮分度圆不再相切，节圆大于分度非标准安装时，两齿轮分度圆不再相切，节圆大于分度圆；两基圆相对分离，啮合

308、角因此不再等于分度圆压力圆；两基圆相对分离，啮合角因此不再等于分度圆压力角而加大；同时，顶隙大于标准值，而且出现侧隙角而加大；同时，顶隙大于标准值，而且出现侧隙。4.齿轮齿条传动时的标准安装和非标准安装。齿轮齿条传动时的标准安装和非标准安装。渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 三、一对轮齿的啮合过程和连续啮合条件一对轮齿的啮合过程和连续啮合条件 渐开开线直直齿圆柱柱齿轮的的啮合合传动 * * 实际啮合线实际啮合线 B1B2以及以及 理论啮合线理论啮合线 N1N2的的概念。概念。* * 由重合度的原始定义由重合度的原始定义 =(=(B1B2/Pb)1 推导出重合度的计算推导

309、出重合度的计算 公式。公式。* * 单、双齿啮合区的概念单、双齿啮合区的概念=(=(B1B2/Pb)= =1=(=(B1B2/Pb)1渐开开线直直齿圆柱柱齿轮的的啮合合传动 * * 单、双齿啮合区的表达方式单、双齿啮合区的表达方式=1C C1 1C C2 2= =(2 2 - -)pbC C1 1B B2 2 = = C C1B B2= =(- -1)pb渐开开线直直齿圆柱柱齿轮的的啮合合传动 设设 = = 1.6C C1 1C C2 2 = = 0.40.4 pbC C1 1B B2 2 = = C C1B B2= =0.6pb渐开开线直直齿圆柱柱齿轮的的啮合合传动 四、齿廓的滑动与磨损齿廓

310、的滑动与磨损 简单介绍齿廓啮合时的滑动与磨损简单介绍齿廓啮合时的滑动与磨损。一对一对齿廓的啮合点离节点越远，两者之间的相齿廓的啮合点离节点越远，两者之间的相对滑动速度越大，由此会在齿面上产生磨损。分析对滑动速度越大，由此会在齿面上产生磨损。分析表明，在表明，在一对一对齿轮的啮合过程中，小齿轮的齿根部齿轮的啮合过程中，小齿轮的齿根部分磨损最为严重。分磨损最为严重。渐开开线直直齿圆柱柱齿轮的的啮合合传动 结论是，在设计齿轮时应结论是，在设计齿轮时应使实际啮合线的使实际啮合线的B B2 2点点远离极限点远离极限点N N1 1。第五节第五节渐开线齿轮的加工原渐开线齿轮的加工原理理 一、仿形法一、仿形法

311、应该指出，由于刀具的限制，这种加工方法在理应该指出，由于刀具的限制，这种加工方法在理 论上即存在误差论上即存在误差。盘状铣刀盘状铣刀指状铣刀指状铣刀二、展成法二、展成法1.1.切制原理切制原理 在一对齿轮作无侧隙啮合传动时有四个基本要素：一在一对齿轮作无侧隙啮合传动时有四个基本要素：一对齿廓（几何要素）和两轮的角速度（运动要素）。对齿廓（几何要素）和两轮的角速度（运动要素）。 已知两个运动要素和一个几已知两个运动要素和一个几 何要素，求出（产生）另一个几何要素，求出（产生）另一个几 何要素的方法即为何要素的方法即为展成法展成法，也叫，也叫 范成法或包络法。是利用范成法或包络法。是利用“一对一对

312、轮齿作无侧隙啮合传动时齿廓轮齿作无侧隙啮合传动时齿廓互为包络线。互为包络线。”的道理来工作的。的道理来工作的。渐开线齿轮的加工原理渐开线齿轮的加工原理 渐开线齿轮的加工原理渐开线齿轮的加工原理 2.2.用用展成法加工齿轮展成法加工齿轮 常用刀具有齿轮型刀具和齿条型刀具，包括：常用刀具有齿轮型刀具和齿条型刀具，包括： * * 齿轮插刀齿轮插刀刀具和轮坯间有展成、切削、进给和让刀刀具和轮坯间有展成、切削、进给和让刀 四种相对运动。四种相对运动。 加工原理动画加工原理动画 * * 齿条插刀齿条插刀刀具沿轮坯切向移动，且要增加沿该方向的往复刀具沿轮坯切向移动，且要增加沿该方向的往复运运动；否则，刀具的

313、齿数要无穷多。刀具和动；否则，刀具的齿数要无穷多。刀具和轮坯轮坯 间间的的其他相对运动与使用齿轮插刀相同。其他相对运动与使用齿轮插刀相同。渐开线齿轮的加工原理渐开线齿轮的加工原理 * * 齿轮滚刀齿轮滚刀属于齿条型刀具。属于齿条型刀具。渐开线齿轮的加工原理渐开线齿轮的加工原理 加工时，滚刀的轴线与轮坯的端面应有一个等于滚刀螺旋升加工时，滚刀的轴线与轮坯的端面应有一个等于滚刀螺旋升角角的夹角，以便切制出直齿轮。的夹角，以便切制出直齿轮。* * 齿轮滚刀齿轮滚刀 滚刀滚刀在轮坯端面内的投影相当于一个齿条，即在轮坯端面内的投影相当于一个齿条，即 在在轮坯端面内，轮坯端面内，滚刀和轮坯的运动相当于一对

314、滚刀和轮坯的运动相当于一对 齿轮齿条的啮合。齿轮齿条的啮合。 由于切削运动连续，因此生产率高由于切削运动连续，因此生产率高 。渐开线齿轮的加工原理渐开线齿轮的加工原理 而且，只要而且，只要m m、相同，无论被加工相同，无论被加工齿轮的齿数是齿轮的齿数是多少，多少，都可用同一把刀具加工。都可用同一把刀具加工。3.3.标准齿条型刀具及用标准齿条型刀具加工标准齿轮标准齿条型刀具及用标准齿条型刀具加工标准齿轮渐开线齿轮的加工原理渐开线齿轮的加工原理 加工时，按齿坯外圆对刀，切深一个全齿高（加工时，按齿坯外圆对刀，切深一个全齿高（2ha*+c*2ha*+c*）m m。标准齿条型刀具的齿形是根据标准齿条型

315、刀具的齿形是根据“渐开线圆柱齿轮的基准齿形渐开线圆柱齿轮的基准齿形”设计的。设计的。所不同的是，为加工所不同的是，为加工出顶隙，齿条型刀具的齿顶高出顶隙，齿条型刀具的齿顶高比普通齿条多出一段，比普通齿条多出一段，此段刀此段刀刃为过渡圆弧。刃为过渡圆弧。则：刀具与齿坯间的顶隙为标准值，切制出的齿轮具有标准的齿顶高和则：刀具与齿坯间的顶隙为标准值，切制出的齿轮具有标准的齿顶高和齿根高。且展成运动保证了刀具的分度线（即刀具中线，齿根高。且展成运动保证了刀具的分度线（即刀具中线， m、均为标均为标准值，且准值，且e=se=s）与齿坯的分度圆纯滚动，因此切制出的齿轮分度圆上）与齿坯的分度圆纯滚动，因此切

316、制出的齿轮分度圆上e=s，m、均为标准值，即被加工出的是均为标准值，即被加工出的是标准齿轮标准齿轮。三、根切现象三、根切现象用展成法加工齿轮时，有可能发生齿用展成法加工齿轮时，有可能发生齿根部分已加工好的渐开线齿廓又被切根部分已加工好的渐开线齿廓又被切掉一块的情况，称为掉一块的情况，称为“根切根切”。这是展成法加工齿轮时，在特定条件这是展成法加工齿轮时，在特定条件下产生的一种下产生的一种“过度切削过度切削”现象。现象。可以从渐开线齿廓的形成过程来分析可以从渐开线齿廓的形成过程来分析“根切根切”的成因。的成因。根切的后果：根切的后果： 削弱轮齿的抗弯强度；削弱轮齿的抗弯强度； 使重合度使重合度下

317、降。下降。渐开线齿轮的加工原理渐开线齿轮的加工原理 根切现象是在展成法加工齿轮时发生的，使根切现象是在展成法加工齿轮时发生的，使用齿条型刀具比用齿轮型刀具更易产生根切。用齿条型刀具比用齿轮型刀具更易产生根切。* *从加工的角度来看，从加工的角度来看，“根切根切”的产生是因为刀具的的产生是因为刀具的 齿顶线过于靠近轮坯中心而越过了齿顶线过于靠近轮坯中心而越过了N N1 1点。点。渐开线齿轮的加工原理渐开线齿轮的加工原理 从加工的角度来看，从加工的角度来看，“根切根切”的产生是因为刀具的齿顶线过于的产生是因为刀具的齿顶线过于靠近轮坯中心而越过了靠近轮坯中心而越过了N N1 1点。点。但是，当刀具分

318、度线与轮坯分但是，当刀具分度线与轮坯分度圆相切时，刀具齿顶线度圆相切时，刀具齿顶线的位置是的位置是确定的确定的（标准刀具）。（标准刀具）。因此只能控因此只能控制制N N1 1点的位置来避免产生根切。点的位置来避免产生根切。渐开线齿轮的加工原理渐开线齿轮的加工原理 N1N1点的位置由基圆决定，而基点的位置由基圆决定，而基圆大小与齿数有关，齿数越少圆大小与齿数有关，齿数越少N1N1点点越靠近节点。越靠近节点。结论：结论：控制被加工齿轮的齿控制被加工齿轮的齿数而避免根切。数而避免根切。由刀具齿顶线过由刀具齿顶线过N N1 1点（即点（即N N1 1与与B B2 2重合）是不发生根重合）是不发生根切的

319、临界情况出发，推导切的临界情况出发，推导出标准齿轮不发生根切的出标准齿轮不发生根切的最小齿数公式最小齿数公式 Z Z min min = 2h= 2h* *a a / sin/ sin2 2渐开线齿轮的加工原理渐开线齿轮的加工原理 采用正常齿制时，采用正常齿制时，Z Z min min = 17= 17；采用短齿制时，采用短齿制时，Z Z min min = 14= 14。四、不发生根切的最小齿数四、不发生根切的最小齿数对对=20。的标准齿轮，的标准齿轮，第六节第六节变位齿轮传变位齿轮传动动 一、标准齿轮的局限性一、标准齿轮的局限性（1）在一对啮合传动的齿轮中，小齿轮强度较弱。）在一对啮合传动

320、的齿轮中，小齿轮强度较弱。（2）不能满足实际中心距不等于标准中心距的场合。）不能满足实际中心距不等于标准中心距的场合。（3）受）受“根切现象根切现象”的限制，齿数不能小于最小齿数。的限制，齿数不能小于最小齿数。为了克服标准齿轮使用的局限性，工程实际中广泛为了克服标准齿轮使用的局限性，工程实际中广泛采用了变位齿轮。采用了变位齿轮。二、变位齿轮的概念二、变位齿轮的概念变位齿轮传动变位齿轮传动 在避免根切的若干措施中，在避免根切的若干措施中，采用变位齿轮是一种容易实现，采用变位齿轮是一种容易实现，且对其他方面影响较小的方法。且对其他方面影响较小的方法。所得齿轮为变位齿轮。所得齿轮为变位齿轮。用非标准

321、刀具。用非标准刀具。用非标准刀具。用非标准刀具。* 减小减小h ha a* * * 加大刀具角加大刀具角 * 加工时使刀具远离轮坯中心。加工时使刀具远离轮坯中心。正压力正压力F Fn n 功耗功耗，连续性、平稳性连续性、平稳性，不产生根切的最小齿数公式不产生根切的最小齿数公式 Z Z min min = 2h= 2h* *a a / sin/ sin2 2* * 通过改变刀具和轮坯的相对位通过改变刀具和轮坯的相对位置切制齿轮的方法称为置切制齿轮的方法称为变位修变位修正法正法，切制出的齿轮称为，切制出的齿轮称为变位变位齿轮齿轮。 变位齿轮传动变位齿轮传动 * * 刀具远离轮坯中心为正刀具远离轮坯

322、中心为正变位变位，刀具趋近轮坯中心为刀具趋近轮坯中心为负变位。负变位。* * 刀具的移动量用刀具的移动量用xm m来表示，来表示， 称称x为为变位系数变位系数。* * 规定：规定：正变位时正变位时，x为正值；为正值； 负变位时，负变位时，x 为负值为负值。1 1变位修正法和变位齿轮变位修正法和变位齿轮变位齿轮传动变位齿轮传动 2 2不发生根切的最小变位系数不发生根切的最小变位系数 由刀具齿顶线过由刀具齿顶线过N N1 1点点的临界情况为基础，推导的临界情况为基础，推导出当出当B B2 2位于位于N N1 1右侧时，为右侧时，为避免根切，齿条刀具所需避免根切，齿条刀具所需的最小变位系数：的最小变

323、位系数： Z Z min - min - Z Z X Xminmin = h = h* *a a Z Z minmin3 3变位齿轮的尺寸变化变位齿轮的尺寸变化 * * 相对于标准齿轮而言，变相对于标准齿轮而言，变位齿轮的位齿轮的分度圆没变分度圆没变，分，分度圆上的度圆上的模数和压力角也模数和压力角也保持不变保持不变。 变位齿轮传动变位齿轮传动 （因为刀具任一条节线上的（因为刀具任一条节线上的模数、压力角和齿距都与刀模数、压力角和齿距都与刀具分度线上的具分度线上的模数、压力角模数、压力角和齿距相等，为标准值。）和齿距相等，为标准值。）3 3变位齿轮的尺寸变化变位齿轮的尺寸变化 变位齿轮传动变位

324、齿轮传动 * * 相对于标准齿轮而言，变相对于标准齿轮而言，变位齿轮分度圆上的位齿轮分度圆上的齿厚和齿厚和槽宽不再相等槽宽不再相等；齿根高、；齿根高、齿根圆及齿顶高、齿顶圆齿根圆及齿顶高、齿顶圆的尺寸的尺寸均发生变化均发生变化。 s=m/2 +2xmtane=m/22xmtanhf=ha*mc*mxm正变位齿轮正变位齿轮x0hahf标准齿轮标准齿轮x0分度圆分度圆负变位齿轮负变位齿轮xa，r r，y0，y0齿高降低齿高降低ym。正传动的正传动的缺点：没有互换性，须成对使用，缺点：没有互换性，须成对使用，更明显，更明显，同时同时齿顶变尖问题也应注意。齿顶变尖问题也应注意。渐开线直齿圆柱齿轮的几何

325、设计渐开线直齿圆柱齿轮的几何设计 3.3.负传动负传动两个齿轮的变位系数之和两个齿轮的变位系数之和 x x1 1 + x+ x2 2 0 0 。采用负传动的一对齿轮传动采用负传动的一对齿轮传动必须满足必须满足 z z1 1 + + z z2 2 2 2z zminmin的齿数条件。的齿数条件。正、负传动均属于正、负传动均属于角度变位角度变位齿轮传动。正传动因优点较多而应齿轮传动。正传动因优点较多而应用广泛；负传动因缺点较多而很少使用。用广泛；负传动因缺点较多而很少使用。aa， ， rr，y10N103 3(10(104 4)高周循环疲劳高周循环疲劳当时随循环次数当时随循环次数疲劳极限疲劳极限疲

326、劳曲线方程疲劳曲线方程有限寿命区有限寿命区 当当N10N2%2%特点：特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。较良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉。好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉。应用：应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。机械零件常用材料机械零件常用材料机械零件材料选用原则机械零件材料选用原则-含碳量含碳量2%2%(1)(1)铸钢铸钢 铸钢主要用于制造承受重载、形状复杂的大铸钢主要用于制造承受重载、形状复杂的大型零件。型零件。特点：特点：铸钢的力学性能接近变

327、形钢，与灰铸铁比较，铸钢的力学性能接近变形钢，与灰铸铁比较，其减振性较差，熔点较高，铸造收缩率较大，容易其减振性较差，熔点较高，铸造收缩率较大，容易出现气孔，故铸造性不如铸铁。出现气孔，故铸造性不如铸铁。(2)(2)变形钢变形钢 碳素结构钢、低合金高强度结构钢、合金结碳素结构钢、低合金高强度结构钢、合金结构钢、弹簧钢、工具钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢等。构钢、弹簧钢、工具钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢等。是是机械零件应用最广泛的材料机械零件应用最广泛的材料机械零件材料选用原则机械零件材料选用原则二、非铁金属材料二、非铁金属材料 特点特点：如减摩性、耐蚀性、耐热性、导电性等。：如减摩性、耐蚀性、耐热性

328、、导电性等。应用：应用：在一般机械制造中，可用它们作承载、耐磨、减摩在一般机械制造中，可用它们作承载、耐磨、减摩和耐蚀材料，也用做装饰材料。机械制造采用的非铁金属和耐蚀材料，也用做装饰材料。机械制造采用的非铁金属材料有：铜合金、铝合金、钛合金和轴承合金材料有：铜合金、铝合金、钛合金和轴承合金三、粉末冶金材料三、粉末冶金材料按材质分：铁基、铜基、镍基、不锈钢基、钛基和铝基粉按材质分：铁基、铜基、镍基、不锈钢基、钛基和铝基粉末冶金材料。末冶金材料。按用途分：按用途分：结构材料、减摩材料、摩擦材料、多孔材料结构材料、减摩材料、摩擦材料、多孔材料。1 1粉末冶金结构材料粉末冶金结构材料具有高强度、高硬

329、度和韧性好等特点，并有良好的耐蚀、具有高强度、高硬度和韧性好等特点，并有良好的耐蚀、密封性和耐磨性。主要用于传动齿轮、汽车和冰箱压缩机密封性和耐磨性。主要用于传动齿轮、汽车和冰箱压缩机零件等。零件等。2 2粉末冶金减摩材料粉末冶金减摩材料承载能力高，摩擦因数低，具有良好的自润滑性、耐高温承载能力高，摩擦因数低，具有良好的自润滑性、耐高温性和耐磨性。摩擦时不伤配副件，噪声较低。主要用于制性和耐磨性。摩擦时不伤配副件，噪声较低。主要用于制作轴承、含油轴承等。作轴承、含油轴承等。机械零件材料选用原则机械零件材料选用原则3 3粉末冶金摩擦材料粉末冶金摩擦材料摩擦因数大而稳定，耐短时高温，耐磨，导热性好

330、，抗摩擦因数大而稳定，耐短时高温，耐磨，导热性好，抗胶合能力强，摩擦时不伤配副件，主要用于制作离合器片、胶合能力强，摩擦时不伤配副件，主要用于制作离合器片、制动器片等。制动器片等。4 4粉末冶金多孔材料粉末冶金多孔材料综合性能优良，对孔隙的形态、大小、分布及孔隙度均综合性能优良，对孔隙的形态、大小、分布及孔隙度均可控制。主要用来制作过滤，减振和消音元件，可控制。主要用来制作过滤，减振和消音元件，以及催化、催化、止火、电极、热交换和人造骨等制品。止火、电极、热交换和人造骨等制品。机械零件材料选用原则机械零件材料选用原则四、四、有机高分子材料有机高分子材料 1 1工程塑料工程塑料密度小、容易加工，

331、可用注塑成型法制成各种形状复密度小、容易加工，可用注塑成型法制成各种形状复杂、尺寸精确的零件。但是导热性差。通常用工程塑料作杂、尺寸精确的零件。但是导热性差。通常用工程塑料作减摩、耐蚀、耐磨、绝缘、密封和减振材料。塑料分为热减摩、耐蚀、耐磨、绝缘、密封和减振材料。塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。塑性塑料和热固性塑料。 2 2橡胶橡胶橡胶分为橡胶分为天然橡胶和合成橡胶天然橡胶和合成橡胶两大类两大类特点：特点：弹性高、弹性模量低。在机械制造中橡胶主要用作弹性高、弹性模量低。在机械制造中橡胶主要用作密封、减振元件密封、减振元件, ,传动带传动带, ,轮胎等。轮胎等。机械零件材料选用原则机械零件材料选

332、用原则五、无机非金属材料五、无机非金属材料结构陶瓷结构陶瓷 有氧化物、氮化物、碳化物、硼化有氧化物、氮化物、碳化物、硼化物陶瓷等。具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗氧物陶瓷等。具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗氧化、难加工等特性，用来制造轴承、模具、活化、难加工等特性，用来制造轴承、模具、活塞环、气阀座、密封件、挺杆等零件。塞环、气阀座、密封件、挺杆等零件。功能陶瓷功能陶瓷 电功能陶瓷，磁功能陶瓷，光功能电功能陶瓷，磁功能陶瓷，光功能陶瓷，生物和化学功能陶瓷等。它们都是为某陶瓷，生物和化学功能陶瓷等。它们都是为某一特殊功能要求而采用的材料一特殊功能要求而采用的材料。. .工程陶瓷工程陶瓷 2 2炭石墨材料

333、炭石墨材料 强度不高，但密度低、耐高温、耐化学腐蚀、有自润强度不高，但密度低、耐高温、耐化学腐蚀、有自润滑性，在机械工业中广泛用作密封圈、活塞环、轴承、电滑性，在机械工业中广泛用作密封圈、活塞环、轴承、电刷、热交换器等。刷、热交换器等。3 3聚合物混凝土聚合物混凝土 是用高分子树脂代替水泥作粘合剂的混凝土。是用高分子树脂代替水泥作粘合剂的混凝土。特点：特点：具有高的强度，良好的抗化学药品腐蚀的性能具有高的强度，良好的抗化学药品腐蚀的性能( (优优于不锈钢于不锈钢) )，减振和消声能力是灰铸铁的，减振和消声能力是灰铸铁的7 7倍，具有良好的倍，具有良好的耐磨性和电绝缘性。耐磨性和电绝缘性。这种材

334、料是金属加工机床底座的理想材料这种材料是金属加工机床底座的理想材料机械零件材料选用原则机械零件材料选用原则六、六、复合材料复合材料复合材料是由两种或两种以上材料，即基体材料和增强材料复合材料是由两种或两种以上材料，即基体材料和增强材料复合而成的一类多相材料。复合而成的一类多相材料。l根据基体材料来分：金属基、聚合物基和陶瓷基复合材料；根据基体材料来分：金属基、聚合物基和陶瓷基复合材料；l根据增强材料形状分：有颗粒复合材料、纤维复合材料和层迭根据增强材料形状分：有颗粒复合材料、纤维复合材料和层迭复合材料；复合材料；l根据使用目的分：有结构复合材料和功能复合材料。根据使用目的分：有结构复合材料和功

335、能复合材料。特点特点：la. a. 比强度和比模量高。比强度高的材料能承受高的应力；比比强度和比模量高。比强度高的材料能承受高的应力；比模量高象征材料轻而刚度大；模量高象征材料轻而刚度大；lb. b. 抗疲劳性能好。抗疲劳性能好。lc. c. 减振性能好。材料内大量界面对振动有反射吸收作用。减振性能好。材料内大量界面对振动有反射吸收作用。ld. d. 高温性能好。高温性能好。机械零件材料选用原则机械零件材料选用原则载荷荷及及应力的大小和性力的大小和性质 零件的工作情况零件的工作情况 零件的零件的结构及加工性构及加工性 材料的材料的经济性性 零件的尺寸及重量零件的尺寸及重量 材料选用原则材料选用

336、原则 适用于制作机械零件的材料种适用于制作机械零件的材料种类非常之多，在非常之多，在设计机械零件机械零件时，如何从各种各，如何从各种各样的材料中的材料中选择出合适的材料，出合适的材料，是一是一项受多方面因素所制受多方面因素所制约的复的复杂的工作。的工作。设计者者应根据根据零件的用途、工作条件和材料的物理、化学、机械和工零件的用途、工作条件和材料的物理、化学、机械和工艺性能以及性能以及经济因素等因素等进行全面考行全面考虑。 选材的一般原材的一般原则 通用化通用化系列化系列化组合化组合化1.机械零部件的标准化机械零部件的标准化标准准是是对科学技科学技术和和经济领域中某些多次重复的事物域中某些多次重

337、复的事物给予公予公认的的统一一规定。定。标准化准化就是制就是制订、贯彻和推广和推广应用用标准的准的过程。程。机械机械产品品标准化的主要内容和形式是准化的主要内容和形式是通用化、系列化和通用化、系列化和组合化合化( (模模块化化) )。 最大限度地最大限度地扩大同一零部件使用范大同一零部件使用范围的一种的一种标准化形式。准化形式。它是以互它是以互换性性为前提的，前提的，统一具有相同或相似功能和一具有相同或相似功能和结构构的零部件，以的零部件，以扩大零部件的制造批量和重复使用范大零部件的制造批量和重复使用范围，减，减少少设计和制造中的和制造中的劳动量，保量，保证结构、构、质量的量的稳定性，并定性，

338、并便于便于组织专业化生化生产和和协作，以降低生作，以降低生产成本。成本。紧固件、固件、滚动轴承等是通用化程度最高的零件之一承等是通用化程度最高的零件之一。通用化通用化机械零部件的标准机械零部件的标准系列化系列化有目的的指有目的的指导同同类产品品发展的一种展的一种标准化形式。通准化形式。通过对同同一一类产品的品的发展展规律和国内外的需求律和国内外的需求趋势预测及生及生产条件增条件增长的可能性的分析，将的可能性的分析，将产品的品的主要参数主要参数按一定的数列作合理按一定的数列作合理安排或安排或规划，再划，再对其基本型式、尺寸和其基本型式、尺寸和结构构进行行规定和定和统一，一，编制制产品系列型品系列

339、型谱和和进行系列行系列设计，以，以缩短短设计周期，加快周期，加快品种的品种的发展。展。是开是开发满足各种不同需要的足各种不同需要的产品的一种品的一种标准化形式。准化形式。在在对一定范一定范围内的不同内的不同产品品进行功能分析和分解的基行功能分析和分解的基础上，上，将同一功能的部件将同一功能的部件设计成具有不同用途或性能的、可以互成具有不同用途或性能的、可以互换的的通用模通用模块( (件件) )或或标准模准模块( (件件) )。所所谓模模块( (件件) )就是一就是一组具有同一功能和具有同一功能和结合要素，而有不合要素，而有不同用途和不同同用途和不同结构且能互构且能互换的的单元。元。然后，从然后

340、，从这些模些模块中中选取相取相应的模的模块，在，在补充少量新充少量新设计模模块和零部件后，和零部件后，组合成一种新的机械合成一种新的机械产品，称品，称为组合合设计。 组合化（模块化）组合化（模块化）机械零部件的标准机械零部件的标准螺纹螺纹螺纹连接螺纹连接单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施第十四章第十四章 螺纹连接螺纹连接螺纹的主要参数螺纹的主要参数常用螺纹常用螺纹14.1螺纹螺纹5-1 螺纹大径大径d 是螺纹的公称直径。是螺纹的公称直径。小径小径d1常用于强度计算。常用于强度计算。中径中径d2常用于几何计算。

341、常用于几何计算。螺距螺距P 中径线上，相邻两螺纹中径线上，相邻两螺纹牙上对应点间的轴向距离。牙上对应点间的轴向距离。导程导程S沿螺纹上同一条螺旋线沿螺纹上同一条螺旋线 转一周所移动的轴向距离，转一周所移动的轴向距离，S=nP。线数线数n螺纹的螺旋线数目。螺纹的螺旋线数目。牙型角牙型角在轴向截面内，在轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。螺纹牙型两侧边的夹角。螺纹螺纹螺纹的主要参数螺纹的主要参数牙型高度牙型高度h h牙顶和牙底牙顶和牙底间垂直于轴线的距离间垂直于轴线的距离 螺纹旋向分左旋和右旋，常用右旋螺纹螺纹旋向分左旋和右旋，常用右旋螺纹螺纹升角螺纹升角y螺旋线的切线与螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线

342、的平面间的夹垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。角。按轴向剖面形状按轴向剖面形状（螺纹的牙型）（螺纹的牙型）三角形螺纹：三角形螺纹： 常用于连接，常用于连接，常用于传动，单向受载常用于传动，单向受载常用于传动常用于传动梯形螺纹：梯形螺纹：锯齿形螺纹：锯齿形螺纹：按按螺旋线数目分螺旋线数目分单头螺纹单头螺纹：多头螺纹多头螺纹：常用于连接，常用于连接，常用于传动常用于传动按按螺旋线绕行方向分螺旋线绕行方向分左旋左旋右旋（常用右旋（常用）常用螺纹常用螺纹螺纹螺纹左旋右旋螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料及精度螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料及精度螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接的防松螺纹

343、连接的防松14.螺纹连接螺纹连接1. 1. 螺栓联接螺栓联接螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料和精度螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料和精度螺纹连接螺纹连接一、螺纹连接的类型一、螺纹连接的类型2. 2. 双头螺柱联接双头螺柱联接工作原理工作原理：螺栓受拉力，承螺栓受拉力，承受外载受外载应用：应用：被联接件较厚，被联接件较厚，且常拆卸处且常拆卸处螺纹连接螺纹连接3. 3. 螺钉联接螺钉联接工作原理：工作原理：螺栓受拉承受外载螺栓受拉承受外载应用：应用：一被联一被联件较厚，件较厚，但不常拆卸处但不常拆卸处螺纹连接螺纹连接4. 4. 紧定螺钉联接紧定螺钉联接工作原理：工作原理：靠靠 承受外载承受外载应用

344、：应用：薄壁件联接薄壁件联接螺纹连接螺纹连接螺栓、螺钉、双头螺柱、螺螺栓、螺钉、双头螺柱、螺母、垫圈、母、垫圈、 防松零件等防松零件等标准化标准化螺钉、螺母、垫圈螺钉、螺母、垫圈二、螺纹紧固件二、螺纹紧固件螺纹连接螺纹连接按公差等级分成按公差等级分成A A、B B、C C三级。三级。A A级的公差等级最高级的公差等级最高,C,C级公差级公差等级较低等级较低螺栓、螺母、螺钉和双头螺柱螺栓、螺母、螺钉和双头螺柱的常用材料有的常用材料有Q215Q215、Q235Q235、3535和和4545钢钢。螺纹联接件实物螺纹联接件实物1. 1. 螺栓联接螺栓联接螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接的预紧及其控制螺纹

345、连接螺纹连接一、螺纹连接的类型一、螺纹连接的类型拧紧目的拧紧目的：提高螺栓联接刚：提高螺栓联接刚性、紧密性、紧固性要求；以性、紧密性、紧固性要求；以及防松及防松拧紧力矩和预紧力拧紧力矩和预紧力预紧：预紧： 安装时将螺母拧紧，使联接受到一定的预紧力安装时将螺母拧紧，使联接受到一定的预紧力 。螺纹间摩擦力矩螺纹间摩擦力矩支承面处与螺母间摩擦力矩支承面处与螺母间摩擦力矩拧紧力矩拧紧力矩T T螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接螺纹连接T T2 2=f fc c F/rfF F/ /预紧力预紧力;d;d2 2螺纹中径螺纹中径; ; / /当量摩擦角当量摩擦角 ; ; f fc c螺母与

346、被联接件支承面间摩擦系数螺母与被联接件支承面间摩擦系数, ,无润滑时无润滑时取取f fc c0.150.15；r rf f支承面摩擦半径支承面摩擦半径r rf f(D(D1 1+d+d0 0)/4 )/4 ；式中式中D D1 1、d d0 0螺母支承面的外径、内径。螺母支承面的外径、内径。螺纹连接螺纹连接注意：对于重要的联接，尽可能不采用注意：对于重要的联接，尽可能不采用直径过小直径过小( (M12)M12)的螺栓。的螺栓。简化计算：对简化计算：对M10M10M68M68的粗牙普通螺纹的粗牙普通螺纹 取取 f f / /=tg =tg / / =0.15 =0.15 ， f fc c0.150

347、.15得：得：T0.2FT0.2F/ /d d N.mmN.mm控制拧紧力矩方法控制拧紧力矩方法 1 1）拧紧程度）拧紧程度通常由经验控制通常由经验控制2 2）重要联接）重要联接根据联接要求决定根据联接要求决定 计算出计算出T T的值的值 。在拧紧时用。在拧紧时用侧力矩扳手侧力矩扳手或或定力定力矩扳手矩扳手控制控制T T 按按T T计算式计算式螺纹连接螺纹连接使用测力矩扳手使用测力矩扳手 测测力力矩矩扳扳手手原原理理：利利用用弹弹性性件件的的变变形形量量正正比比于于拧拧紧紧力力矩矩的的原原理理，借借助助手手柄柄上上的的指指针针指指示示刻刻度度扳上拧紧力矩值扳上拧紧力矩值, ,以控制以控制F F

348、。使用定力矩扳手使用定力矩扳手 定定力力矩矩扳扳手手原原理理：当当拧拧紧紧力力矩矩超超过过规规定定值值时时，弹弹簧簧压压缩缩，卡卡盘盘与与圆圆柱柱销销之之间间打打滑滑，如如果果继继续续转转动动手手柄柄，卡卡盘盘不不再再回回转转，拧拧紧紧力力矩矩的的大大小小可可用用螺螺钉钉调调整整弹弹簧簧压压力来加以控制。力来加以控制。螺纹连接螺纹连接1 1、螺纹联接多采用单线普通螺纹，一般都具有自锁性；、螺纹联接多采用单线普通螺纹，一般都具有自锁性；2 2、在静载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松、在静载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松脱。但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时，脱。但在振动

349、、冲击、变载荷或温度变化很大时，3 3、联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须、联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须考虑放松问题。考虑放松问题。防松防松方法：方法： 摩擦防松摩擦防松 机械防松机械防松永久止动永久止动螺纹连接的防松螺纹连接的防松螺纹连接螺纹连接受拉螺栓连接的强度计算受拉螺栓连接的强度计算铰制孔螺栓铰制孔螺栓（受剪螺栓）（受剪螺栓）连接的强度计算连接的强度计算螺纹连接件的许用应力螺纹连接件的许用应力14.单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算5-3 单个螺栓联接的强度l本节以螺栓联接为代表，讨论强度计算问题，其方法和结本节以螺栓联接为代表，讨论强度计算

350、问题，其方法和结论也适用于其他形式的螺纹联接。论也适用于其他形式的螺纹联接。l螺栓联接螺栓联接强度计算的目的强度计算的目的是：确定防止失效所需的螺栓直径。是：确定防止失效所需的螺栓直径。l联接的联接的强度计算内容强度计算内容，根据其可能的失效形式而定。，根据其可能的失效形式而定。螺纹联接的受载形式基本分为：螺纹联接的受载形式基本分为：采用受拉螺栓采用受拉螺栓可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。轴向载荷（沿轴线方向）：轴向载荷（沿轴线方向）：横向载荷（横向载荷（轴线方向）轴线方向）：下面按螺栓类型和受载形式的不同，分别讨论其强度计算方下面按螺栓类型和受载形式的不同，分别讨

351、论其强度计算方法。法。单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算受拉螺栓的强度一、一、受横向工作载荷的受拉螺栓连接受横向工作载荷的受拉螺栓连接 受拉螺栓的失效受拉螺栓的失效形式主要是：形式主要是：螺纹部分的塑性变形。螺纹部分的塑性变形。螺杆的疲劳断裂。螺杆的疲劳断裂。受拉螺栓连接的强度计算受拉螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算1 1）仅受预紧力）仅受预紧力 FF的紧螺栓联接的紧螺栓联接F Fs s为横向工作载荷；为横向工作载荷； s s为被连接件结合为被连接件结合面间的摩擦因数，面间的摩擦因数，m m为结合面个数；为结合面个数；K K为为可靠性因子，通常可靠性因子

352、，通常K K1.11.11.3 1.3 F引起的拉应力：引起的拉应力：拧紧力矩拧紧力矩 M M 引起的切应力引起的切应力经分析推导可知：经分析推导可知：仅受预紧力的螺栓联接按第四强度理论计算当量应力，则按第四强度理论计算当量应力，则单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算强度条件为：强度条件为：设计式为：设计式为：验算用验算用设计用。设计用。查手册，选螺栓查手册，选螺栓当s0.15、m1、K1.2时，则F 8Fs。可见，要想传递一定的外载荷，需在螺可见，要想传递一定的外载荷，需在螺栓上施加栓上施加8 8倍于外载荷的预紧力，这将倍于外载荷的预紧力，这将导致螺栓与连接的结构尺寸过大。导致螺栓与

353、连接的结构尺寸过大。为避免上述缺点可为避免上述缺点可采用减载装置，如减采用减载装置，如减载销、减载套等，或采用铰制孔用螺栓载销、减载套等，或采用铰制孔用螺栓连接。连接。减载装置减载装置a) a) 减载销减载销 b) b) 减载套减载套 承受轴向载荷的紧螺栓联接二、受轴向工作载荷的受拉螺栓连接二、受轴向工作载荷的受拉螺栓连接如图所示的气缸盖上的联接如图所示的气缸盖上的联接即属此种类型。即属此种类型。虽然，这种螺栓是在受预紧力虽然，这种螺栓是在受预紧力FF的基础上，又受的基础上，又受工作拉力F。但是，但是，螺栓的总拉力单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算1. 1. 受力分析受力分析？承受轴

354、向载荷的紧螺栓2预紧时受工作载荷后F F剩余预紧力剩余预紧力螺栓：被联接件：螺栓的总拉力为螺栓的总拉力为bFd单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算承受轴向载荷的紧螺栓3可用载荷变形图分析各力之间的关系。可用载荷变形图分析各力之间的关系。螺栓的刚度 ： Cb被联接件的刚度：Cm力变形力变形力变形则则螺栓的总拉力或写成：或写成：受力变形动画单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算承受轴向载荷的紧螺栓4令，称为螺栓的相对刚度为保证联接的紧密性，应使F0。通常根据工作拉力F的性质确定F。l 设计中， 根据F确定F计算满足F所需的F计算总拉力计算螺栓的强度。. .受轴向静载荷时螺栓连接的强度

355、计算受轴向静载荷时螺栓连接的强度计算强度验算：强度验算：设计式为：设计式为：单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算3.3.受轴向循环载荷时螺栓连接的强度计算受轴向循环载荷时螺栓连接的强度计算静强度计算（同上）静强度计算（同上）疲劳强度计算疲劳强度计算螺栓的工作载荷在螺栓的工作载荷在0 0F F之间循环变化之间循环变化时，螺栓所受的总拉力将在时，螺栓所受的总拉力将在F F F F0 0之间循环变化之间循环变化 a 受轴向循环载荷螺栓的拉力变化受轴向循环载荷螺栓的拉力变化受剪螺栓的强度、螺栓杆的、螺栓杆的剪切强度剪切强度条件为：条件为：式中：Fs螺

356、栓所受的工作剪力（N）；ds螺栓剪切面的直径（mm）；m螺栓受剪面数；螺栓的许用切应力。铰制孔螺栓联接的强度计算铰制孔螺栓联接的强度计算其主要其主要失效形式为失效形式为：螺栓被剪断螺栓被剪断孔壁被压溃孔壁被压溃单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算、螺栓杆与孔壁的、螺栓杆与孔壁的挤压强度挤压强度条件为：条件为：式中：h计算对象（即最小者）的挤压面高度（mm）；计算对象的许用挤压应力（Mpa)单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算螺纹联接件的许用应力螺纹联接件的许用应力螺纹连接的许用应力受诸多因素的影响，如材料性能、螺纹连接的许用应力受诸多因素的影响，如材料性能、热处理工艺、结构尺寸

357、、载荷性质、使用工况等。必热处理工艺、结构尺寸、载荷性质、使用工况等。必须综合上述各因素确定许用应力，须综合上述各因素确定许用应力，一般设计时可参阅一般设计时可参阅表表14-8,14-9,14-10,14-11。螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的受力分析与计算螺栓组连接的受力分析与计算14.4螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计螺纹联接组的设计1设计螺栓组连接时，通常是先进行结构设计，即设计螺栓组连接时，通常是先进行结构设计，即确定结合确定结合面的形状、螺栓布置方式和数目，然后按螺栓组的结构和面的形状、螺栓布置方式和数目，然后按螺栓组的结构和承载状况进行受力分析承载状况进行受力分

358、析。l为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。轴对称的简单几何形状。l螺栓布置应使各螺栓的受力合理。螺栓布置应使各螺栓的受力合理。l 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成上的螺栓数目取成4 4、6 6、8 8等偶数等偶数。l螺栓的排列应有合理的间距、边距。各螺栓之间的距离大小既要螺栓的排列应有合理的间距、边距。各螺栓之间的距离大小既要保证联接的可靠性又

359、要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空。保证联接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空。 螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计扳手空间扳手空间螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计l应保证螺栓与螺母的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直，以避免引起偏应保证螺栓与螺母的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直，以避免引起偏心载荷。为此，应将被连接件的支承表面制成凸台或沉头座当支承面倾斜心载荷。为此，应将被连接件的支承表面制成凸台或沉头座当支承面倾斜时，可采用斜面垫圈时，可采用斜面垫圈凸台与沉头座凸台与沉头座螺栓组联接的基本螺栓组联接的基本受载类型：受载类型：2受横向载荷FF4

360、受倾覆力矩OM3受转矩riOT1受轴向载荷FF假设：假设：所有螺栓的刚度和预紧力均相同；所有螺栓的刚度和预紧力均相同； 被联接件为刚体；被联接件为刚体； 各零件的变形在弹性范围内。各零件的变形在弹性范围内。螺栓组连接的受力分析与设计螺栓组连接的受力分析与设计螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计5-4 螺栓组联接受力分析一、承受轴向载荷的螺栓组连接一、承受轴向载荷的螺栓组连接 如图所示如图所示为压力容器的螺栓组为压力容器的螺栓组连接，所受轴向总载荷连接，所受轴向总载荷F FQ Q通过螺栓通过螺栓组组形心形心，螺栓组各螺栓所受的工作螺栓组各螺栓所受的工作载荷载荷 相等。相等。螺栓数目螺栓数目注：如注：

361、如 FQ不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计轴向外载荷轴向外载荷受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接 受横向载荷1二、承受二、承受横向载荷横向载荷的螺栓组连接的螺栓组连接. .普通螺栓连接普通螺栓连接 螺栓预紧后在被联接件的接螺栓预紧后在被联接件的接触面上产生正压力，靠由此产生触面上产生正压力，靠由此产生的摩擦力承受的摩擦力承受 。 保证被联接件不相对滑动，保证被联接件不相对滑动，须满足：须满足：则则所需预紧力所需预紧力为为式中：式中：K K可靠性系数可靠性系数 结合面的摩擦因数结合面的摩擦因数m m结合面

362、数结合面数螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计受横向载荷的螺栓组连接受横向载荷的螺栓组连接 受横向载荷2. . 受铰制孔螺栓连接受铰制孔螺栓连接各螺栓承受的横向力各螺栓承受的横向力 相等。相等。分别进行分别进行剪切强度剪切强度和和挤压强挤压强度度计算。计算。螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计三、承受转矩三、承受转矩 T T 的螺栓组连接的螺栓组连接连接受载后有绕螺栓组连接受载后有绕螺栓组形心转动的趋势，螺栓形心转动的趋势，螺栓受力情况与承受横向工受力情况与承受横向工作载荷的螺栓连接类似作载荷的螺栓连接类似 承受转矩的螺栓组连接承受转矩的螺栓组连接 承受转矩 T 时1. .普通螺栓连接普通螺栓连接 靠

363、结合面上的摩擦力承受靠结合面上的摩擦力承受T T 。 保证底板在保证底板在 T T 作用下不转作用下不转动，须满足动，须满足则所需预紧力则所需预紧力螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计r r1 1、r r2 2、rzrz各螺栓中心与螺栓组形心间的距离。各螺栓中心与螺栓组形心间的距离。承受转矩 T 时2. . 铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接各螺栓所受的工作剪力各螺栓所受的工作剪力 与其中心到底板中心的距离与其中心到底板中心的距离 成正比。成正比。底板的静力平衡方程为底板的静力平衡方程为联立两式求解，得联立两式求解，得最大工作剪力最大工作剪力即即螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计受翻转力矩M时1四、承受倾

364、翻力矩四、承受倾翻力矩 M M 的螺栓组连接的螺栓组连接 在在 M M 作用下，底板有绕通过螺作用下，底板有绕通过螺栓组形心的轴线栓组形心的轴线 O O 转动的趋势。转动的趋势。 在前述假设下，各螺栓所受在前述假设下，各螺栓所受的工作拉力的工作拉力 与其中心到翻转与其中心到翻转轴线的距离轴线的距离 成正比成正比。底板的静力平衡方程为底板的静力平衡方程为联立两式求解，得联立两式求解，得最大工作拉力最大工作拉力螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计受翻转力矩M时2为防止为防止结合面受压最小处结合面受压最小处出现间隙出现间隙，要求，要求：为防止为防止结合面受压最大处结合面受压最大处被压溃被压溃，要求：，要

365、求：式中：式中：A结合面的面积（结合面的面积（mm2）W结合面的抗弯截面模量（结合面的抗弯截面模量（mm3）许用挤压应力（许用挤压应力（Mpa）实际中，螺栓组往往同时承受两种或实际中，螺栓组往往同时承受两种或两种以上的载荷。两种以上的载荷。螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 工作时承受工作时承受外载荷外载荷F FP P 轴向载荷轴向载荷FV横向载荷横向载荷FH翻转力矩翻转力矩M改善螺纹牙间的载荷分配改善螺纹牙间的载荷分配减小螺纹的应力副减小螺纹的应力副减小附加弯曲应力减小附加弯曲应力14.5提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施螺纹联接组的设计1设计螺栓组连接时，通常是先进行结构设计，即设

366、计螺栓组连接时，通常是先进行结构设计，即确定结合确定结合面的形状、螺栓布置方式和数目，然后按螺栓组的结构和面的形状、螺栓布置方式和数目，然后按螺栓组的结构和承载状况进行受力分析承载状况进行受力分析。l为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。轴对称的简单几何形状。l螺栓布置应使各螺栓的受力合理。螺栓布置应使各螺栓的受力合理。l 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺

367、栓数目取成上的螺栓数目取成4 4、6 6、8 8等偶数等偶数。l螺栓的排列应有合理的间距、边距。各螺栓之间的距离大小既要螺栓的排列应有合理的间距、边距。各螺栓之间的距离大小既要保证联接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空。保证联接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空。 改善螺纹牙间的载荷分配改善螺纹牙间的载荷分配提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施5-5 提高螺栓强度的措施 工作中，螺栓受拉，螺母受压，从而产生螺距差，导工作中，螺栓受拉，螺母受压，从而产生螺距差，导致旋合的致旋合的各圈螺纹牙受载各圈螺纹牙受载不均。不均。提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施改

368、善螺纹牙间的载荷分配改善螺纹牙间的载荷分配螺栓受拉伸，其螺纹的螺距增大；螺栓受拉伸，其螺纹的螺距增大；螺母受压缩，其螺纹的螺距减小。螺母受压缩，其螺纹的螺距减小。约有约有1/3的载荷集中作用在的载荷集中作用在第一圈，第八圈以后的螺第一圈，第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷纹牙几乎不承受载荷、悬置螺母、悬置螺母螺杆与悬置螺母同时受拉螺杆与悬置螺母同时受拉力，使两者变形协调，可使旋力，使两者变形协调，可使旋合螺纹牙的载荷均匀分配。合螺纹牙的载荷均匀分配。提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施、环槽螺母、环槽螺母环槽螺母和螺栓在支承面处的变环槽螺母和螺栓在支承面处的变形性质相同（均受拉），从而改

369、形性质相同（均受拉），从而改善了旋合圈螺纹的受载状况。善了旋合圈螺纹的受载状况。、内斜螺母、内斜螺母将螺母旋入端制成将螺母旋入端制成10 15 的内锥，的内锥，使螺栓受力较大的螺纹圈之受力点外使螺栓受力较大的螺纹圈之受力点外移，螺栓疲劳强度可提高约移，螺栓疲劳强度可提高约20%。减小螺栓的应力幅减小螺栓的应力幅增加螺栓的长度增加螺栓的长度减小无螺纹部分螺杆的直径减小无螺纹部分螺杆的直径螺杆制成中空结构（柔性螺栓）螺杆制成中空结构（柔性螺栓）在螺母下安装弹性元件在螺母下安装弹性元件措施措施提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度，都能使应力幅减小减小螺栓刚度或

370、增大被连接件的刚度，都能使应力幅减小 采用合理的制造工艺。采用合理的制造工艺。减小附加弯曲应力减小附加弯曲应力冷镦、碾压、氮化、喷丸等工艺均可提高螺栓的强度。冷镦、碾压、氮化、喷丸等工艺均可提高螺栓的强度。提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施球面垫圈球面垫圈带环腰的螺栓带环腰的螺栓第十五章第十五章 轴轴 毂毂 连连 接接常见类型：常见类型：键连接键连接花键连接花键连接过盈配合连接过盈配合连接销连接销连接胀套连接胀套连接成型连接成型连接一、键连接的主要类型和工作原理一、键连接的主要类型和工作原理1、平键普通平键导向平键滑动平键连接定心性好，装拆方便，能承受冲击或变载荷。2、半圆键3、楔键

371、轴轴毂毂连连接接4、切向键15.1键键连连接接设计步骤： 1.根据工作条件和使用要求选定键的类型；2.根据轴的直径查标准确定键的横截面尺寸；3.根据轮毂长度确定键的长度；4.在确定了结构和尺寸之后还需校核连接的强度。轴轴毂毂连连接接二二 、键连接的强度校核计算、键连接的强度校核计算1、平键连接的受力和失效形式失效形式：静连接常为较弱零件工作面的压溃；动连接常为较弱零件工作面的磨损；2、平键连接的强度校核挤压强度：（静连接）耐磨性计算：（动连接）轴轴毂毂连连接接yk优点：齿对称分布，对中性、导向性、载荷分布的均匀性均较好，而且齿数多，接触面积大，承载能力高。缺点：制造比较复杂，成本高。轴轴毂毂连

372、连接接15.2花花键键连连接接一、花键连接的类型和特点一、花键连接的类型和特点矩矩形形花花键键渐渐开开线线花花键键轴轴毂毂连连接接轴轴毂毂连连接接二二 、花键连接的强度校核计算、花键连接的强度校核计算挤压强度：（静连接）耐磨性计算：（动连接）轴轴毂毂连连接接15.3过过盈盈连连接接一、过盈连接的组成、特点和应用一、过盈连接的组成、特点和应用优点：结构简单、对中性好、承载能力高，不需要附加其他零件，可实现轴毂间的轴向和周向固定。缺点：装配麻烦、拆卸困难。轴轴毂毂连连接接二二 、过盈连接的装配、过盈连接的装配三三 、圆柱面过盈连接的计算、圆柱面过盈连接的计算第十六章第十六章 螺旋传动螺旋传动内容简

373、介内容简介 本章介绍了螺旋传动的类型及应用。重点阐述了滑动螺旋传动的设计计算，由于其工作条件及对传动要求的不同，失效形式也不同，因此要选择不同的设计准则进行设计，以确定螺旋传动的参数，然后根据工作条件，进行必要的验算，以满足工作要求。 本章还介绍了滚动螺旋的类型和设计计算及设计中应注意的问题。滚动螺旋的设计计算实际上是选用计算，根据工作条件和使用要求首先选定类型及基本参数，然后进行验算。学习要求学习要求:掌握螺旋传动的类型及应用；掌握滑动螺旋传动的设计计算方法；了解滚动螺旋传动的计算特点。本章本章重点重点: : 滑动螺旋传动的设计计算方法 第一节第一节螺旋传动的应用和分类螺旋传动的应用和分类第

374、二节第二节滑动螺旋传动滑动螺旋传动第三节滚动螺旋传动第三节滚动螺旋传动文献阅读指南文献阅读指南思考题和习题思考题和习题 第一节第一节 螺旋传动的应用和分类螺旋传动的应用和分类 学习要求：学习要求： 对螺旋传动的类型及应用有一个概括的了解。 螺旋传动是利用螺纹副来传递运动和动力的，其主要功能是将回转运动变为直线运动，同时传递动力。 螺旋传动按其用途可以分为以下三类：传力螺旋导螺旋传调整螺旋 螺旋传动的应用和分类螺旋传动的应用和分类传力螺旋：传力螺旋： 所谓传力螺旋是指以传递力为主螺旋传动。如图16-1a的千斤顶、图16-1b的压力机。这种螺旋主要承受很大的轴向力，一般为间歇工作，每次工作时间较短

375、，工作速度也不高，并具有自锁能力。传导螺旋：传导螺旋： 以传递运动为主，并要求有较高的传动精度，有时也承受较大的轴向力的螺旋为传导螺旋。如图16-1c的金属切削机床的进给螺旋。传导螺旋常在较长的时间内连续工作，工作速度较高。 螺旋传动的应用和分类螺旋传动的应用和分类16-1 螺旋传动的应用和分类螺旋传动的应用和分类第二节第二节 滑动螺旋传动滑动螺旋传动滑动螺旋传动滑动螺旋传动学习要求学习要求 掌握滑动螺旋传动的失效形式和滑动螺旋传动的设计计算方法。 本节阐述了滑动螺旋传动的设计计算，由于其工作条件及对传动要求的不同，失效形式也不同，因此要选择不同的设计准则进行设计，以确定螺旋传动的参数，然后根

376、据工作条件，进行必要的验算，以满足工作要求。滑动螺旋传动的失效形式和常用材料滑动螺旋传动的失效形式和常用材料滑动螺旋传动的设计计算滑动螺旋传动的设计计算滑动螺旋传动滑动螺旋传动滑动螺旋传动的失效形式和常用材料：滑动螺旋传动的失效形式和常用材料：（一）滑动螺旋传动的失效形式 1螺纹磨损2螺杆及螺母螺纹牙的塑性变形或断裂 3螺杆失稳4螺距变化 滑动螺旋传动，除以上的失效形式外，对于高速的长螺杆，应验算其临界转速，以防止产生过度的横向振动；要求螺旋自锁时，应验算其自锁条件。滑动螺旋传动滑动螺旋传动螺纹磨损：螺纹磨损：滑动螺旋工作时，主要承受转矩及轴向拉力（或压力），同时螺杆与螺母的旋合螺纹间有较大的

377、相对滑动，因此螺纹磨损是其主要失效形式。螺杆及螺母螺纹牙的塑性变形或断裂：螺杆及螺母螺纹牙的塑性变形或断裂：对于受力较大的传力螺旋，螺杆受到拉力（或压力），而螺纹牙则会受到剪力和弯矩的作用，会引起螺杆和螺纹牙的塑性变形或断裂。螺杆失稳：螺杆失稳：长径比很大的螺杆，受压后会引起侧弯而失稳.螺距变化：螺距变化：精密的传导螺旋，受力后螺杆螺距要发生变化，而引起传动精度的降低，因应根刚确定。（二）常用材料 根据螺旋传动的受载情况及失效形式，选择螺旋传动的材料时可参考表16-1。 滑动螺旋传动滑动螺旋传动滑动螺旋传动的设计计算滑动螺旋传动的设计计算 滑动螺旋传动是根据其主要的失效形式来确定设计计算，下面

378、主要介绍耐磨性计算和几项常用的验算计算方法： 1 耐磨性计算 由耐磨性要求来确定滑动螺旋的基 本尺寸（螺杆直径与螺母高度）。滑动螺旋的磨损与 螺纹工作面上的 压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度及 润滑状态等因素有关。 一般螺母材料比螺杆材料软，所以磨损主要发生在螺母螺纹表 面。耐磨性计算主要限制螺纹工作面上的压力p，使其小于材 料的许用压力p。 如图16-2所示，假设作用于螺杆上的轴向力为F，被旋合的螺纹工作表面均匀承受，则其工作面上的耐磨条件为 p (16-1) 滑动螺旋传动滑动螺旋传动 16-2滑动螺旋传动滑动螺旋传动 式中，A为螺纹的承压面积；F为作用于螺杆的轴向力；d2为螺纹的中径；P为螺

379、距；h为螺纹的工作高度；Z为旋合圈数， ；H为螺母高度；p为许用压力，见表16-2。式(16-1)用于校核计算。为了导出设计计算式，令 = H /d2，代入式（16-1），整理后可得： d2 (16-2) 对于矩形和梯形螺纹，取h = 0.5P；锯齿形螺纹，取 h = 0.75P。螺母高度H = d2 (16-3) 式中 ，对于整体螺母，由于磨损后，间隙不能调整，=1.21.5；对于剖分式螺母， =2.5 3.5；传动精度较高，要求寿命较长时，允许取 = 4。滑动螺旋传动滑动螺旋传动 螺杆受有轴向载荷F，旋合圈数为Z，假设各圈螺纹受载相等，则每圈螺纹承受的载荷为F/Z，作用于螺纹中径上。将螺母

380、一圈螺纹展开，则可看作宽度为 D的悬臂梁。如图16-3所示。 螺纹牙危险截面的抗剪强度条件为 (16-5) 螺纹牙危险截面的抗弯强度条件为 b (16-6) 式中，D为螺母的螺纹大径；b为螺纹牙根部厚度，对于矩形螺纹，b = 0.5P，对于梯形螺纹，b = 0.65P，对于锯齿形 滑动螺旋传动滑动螺旋传动16-3滑动螺旋传动滑动螺旋传动螺纹， ，P为螺距；l为弯曲力臂，P为螺距；l为弯曲力臂， ，D2为螺纹中径； 为许用切应力（MPa），见表16-3； 为许用弯曲应力（MPa），见表16-3.。3螺杆的强度计算 螺杆工作时承受轴向拉力（或压力）F和转矩T的联合作用，根据第四强度理论求出其危险截

381、面的当量应力，强度条件为 (16-7) 式中，d1为螺杆螺纹小径；T为螺杆所受转矩， 滑动螺旋传动滑动螺旋传动d2为螺杆螺纹中径， v为当量摩擦角，v = arctanv，v为当量摩擦因数， ，为螺纹牙型角，摩擦因数见表16-2；为许用应力（ ）见表16-3。4受压螺杆的稳定性计算 对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力超过某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而失稳，故需验算其稳定性，螺杆稳定性条件为 Ss (16-8) 式中，Scs为螺杆稳定性计算安全因数；Ss为螺杆稳定性安全因数，Ss = 2.54；F为作用于螺杆上的轴向载荷；Fcr为螺杆的临界载荷。滑动螺旋传动滑动螺旋传动 为求螺杆的临界

382、载荷Fcr，应先计算螺杆的长细比式中，l为螺杆计算长度；为螺杆长度系数，与螺杆端部结构有关，见表表16-416-4；i为螺杆危险截面的惯性半径， 式中，螺杆危险截面轴惯性矩 ，螺杆危险截面面积 ，将A、Ia代入上式，得 。求得后，按的大小选择下列公式计算Fcr。（1）当8090时，临界载荷按欧拉公式计算 (16-9)（2）当8090时，按下式计算对未淬火钢90时滑动螺旋传动滑动螺旋传动 (16-10) 对 淬火钢 (16-11)（3）对于Q275当40，优质碳素钢60时，不必校核螺杆的稳定性。 式中，E为螺杆材料弹性模量，钢E = 2.07104（MPa）；Ia为螺杆危险截面轴惯性矩；为螺杆长

383、度系数，见表16-4；l为螺杆计算长度。 若上式计算不满足螺杆稳定条件，应适当增大螺杆小径。除上述计算外，对于高精度的螺旋传动，应进行螺杆的刚度计算；对于高速旋转的螺旋还应校核其临界转速。 第三节第三节 滚动螺旋传动滚动螺旋传动 滚动螺旋传动滚动螺旋传动学习要求学习要求: 了解滚动螺旋的类型和设计计算及设计中应注意的问题。 滚动螺旋是一定型产品，由专门生产厂家制造，应用中关键是根据实际工作情况，正确选择其类型和尺寸，其设计计算为校核计算。滚动螺旋传动已在数控机床和机器人中得到广泛应用。工作原理及结构类型工作原理及结构类型主要参数及标注方法主要参数及标注方法滚动螺旋副的选用计算滚动螺旋副的选用计

384、算设计中应注意的问题设计中应注意的问题 滚动螺旋传动滚动螺旋传动一、工作原理及结构类型一、工作原理及结构类型1工作原理 滚动螺旋传动又称滚动丝杠副或滚动丝杠传动，其螺杆与旋合螺母的螺纹滚道间置有适量滚动体（绝大多数滚动螺旋采用钢球，也有少数采用滚子），使螺纹间形成滚动摩擦。在滚动螺旋的螺母上有滚动体返回通道，与螺纹滚道形成闭合回路，当螺杆（或螺母）转动时，使滚动体在螺纹滚道内循环，如图16-4所示。由于螺杆和螺母之间为滚动摩擦，从而提高了螺旋副的效率和传动精度。 滚动螺旋传动滚动螺旋传动16-4 滚动螺旋传动滚动螺旋传动2结构类型及特点 根据螺纹滚道截面形状和滚动体在滚道中的循环方式对滚动螺旋

385、进行分类。（1）螺纹滚道法向截面形状有矩形、单圆弧和双圆弧 三种，如图16-5所示。矩形截面，制造简单，接 触应力高，只用于轴向载荷小，要求不高的传动； 单圆弧截面可用磨削得到较高的加工精度，有较高 的接触强度，为保证接触角 = 45，必须严格控 制径向间隙；双圆弧截面，加工较复杂，但有较高 的接触强度，理论上轴向间隙和径向间隙为零，接 触角稳定。（2）钢球的循环方式有内循环和外循环两种。 滚动螺旋传动滚动螺旋传动16-5 滚动螺旋传动滚动螺旋传动1）内循环方式如图16-4 b），在螺母上开有侧孔，孔内镶有返 向器，将相邻两螺纹滚道联接起来，钢球从 螺纹滚道进入返 向器，越过螺杆牙顶进入相邻螺

386、纹滚 道，形成循环回路。该 种循环方式，螺母径向尺寸较小，和滑动螺旋副大致相同。钢 球循环通道短，有利于减少钢球数量，减小摩擦损失，提高传 动效率，但返向器回行槽加工要求高，不适宜重载传动。2）外循环方式分为螺旋槽式和插管式，如图16-4 a）。螺旋槽 式是在螺母外圆柱表面有螺旋形回球槽，槽的两端有通孔与螺 母的螺纹滚道相切，形成钢球循环通道；插管式和螺旋槽式原 理相同，是采用外接套管作为钢球的循环通道，但无论是哪能 种结构，为引导钢球在通孔内顺利出入，在孔口都置有挡球 器。外循环方式结构简单，但螺母的结构尺寸较大，特别是插 滚动螺旋传动滚动螺旋传动管式，同时挡球器端部易磨损。二、主要参数及标

387、注方法二、主要参数及标注方法: :1主要参数: 滚动螺旋的主要参数包括公称直径d0，即钢球中心所在圆柱直径。导程Ph，螺纹旋向，钢球直径Dw，接触角（滚动体合力作用线和螺旋轴线垂直平面间的夹角），负载钢球的圈数和精度等级等。 GB/T17587.31998 规定了公称直径6200、适用于机床的滚动螺旋副和性能要求等，精度分为7个等级，即1、2、3、4、5、7和10级，其中1级精度最高，10级精度最低，其他机械可参照选用。 滚动螺旋传动滚动螺旋传动2.标注方法 滚动螺旋副的型号，根据其结构、规格、精度等级、螺纹旋向等特征，用代号和数字组成，形式如下： 滚动螺旋传动滚动螺旋传动 其特征代号的表示方

388、法见表16-5。三、滚动螺旋副的选用计算三、滚动螺旋副的选用计算 滚动螺旋副由专门生产厂家制造，在选用时，设计者根据工作条件，受载情况选择合适的类型，确定尺寸后进行组合结构设计。 当滚动螺旋副在较高转速下工作时，应按寿命条件选择其尺寸，并校核其载荷是否超过额定静载荷；低速工作时，应按寿命和额定静载两种方式确定其尺寸，选择其中尺寸较大的；静止状态或转速低于10r/min时，可按额定静载荷选择其尺寸。 滚动螺旋副的选用计算包括螺旋副寿命计算、静载荷计算、螺杆强度计算、螺杆稳定性计算、横向振动计算、驱动转矩计算等。 滚动螺旋传动滚动螺旋传动1滚动螺旋寿命计算 滚动螺旋的受载情况同推力滚动轴承，若螺旋

389、轴向载荷为Fa(N)，基本额定动载荷为Ca(N)，则滚动螺旋的额定寿命L( )为 (16-12) 实际应用中，用小时表示额定寿命更为方便，以n（r/min）表示螺杆转速，同时再考虑载荷情况以及螺旋副材料硬度，滚动螺旋的寿命Lh(h)为 (16-13) 式中，KF为载荷系数，见表16-6；KH为硬度影响系数，见表16-7。 滚动螺旋传动滚动螺旋传动 对于滚动螺旋的寿命要求可参照表16-8，基本额定动载荷Ca值可参考有关手册或工厂样本。2滚动螺旋静载荷计算 滚动螺旋副在静态或转速n10r/min条件下，如其滚动接触面上的接触应力过大，将产生永久性过大凹坑，这才是其失效形式，因此要进行静载荷计算。静

390、载荷计算公式为Coa KFKFKa (16-14) 式中，Coa为基本额定静载荷，（N），参考机械设计手册或工厂样本；KF为载荷系数，见表16-6；KH为硬度影响系数，见表16-7；Fa为轴向载荷，(N) 。 滚动螺旋传动滚动螺旋传动 其余计算项目则根据工作机类别和工作需要进行选择性计算，如传力螺旋副应进行螺杆强度计算；长径比大的受压螺杆应进行稳定性计算；转速较高、支承距离较大的螺杆应校核其临界转速等。计算方法可参照机械设计手册。四、设计中应注意的问题四、设计中应注意的问题 为保证滚动螺旋副的正常工作，除了要正确选择滚动螺旋副的类型和尺寸外，还要针对滚动螺旋的传动特点，在设计中应注意以下问题。

391、 滚动螺旋传动滚动螺旋传动1防止逆转 滚动螺旋副不能自锁，设计中为防止螺旋副受力后逆转，需设置防止逆转的装置，如采用制动电机，步进电机，在传动系统中设置自锁机构或离合器。2限位装置 限位装置的设置，既可防止螺母的脱出、滚动体的脱落，同时也可避免螺母卡死。限位装置可采用传感器，限位开关，限位档块等，为保险起见，一般几种同时组合使用。3润滑和密封 为提高螺旋传动效率，延长使用寿命，应保持螺旋副良好的润滑状态，为此，要做好防护和密封，使滚 滚动螺旋传动滚动螺旋传动动体运转顺畅，以免因磨损而使滚动螺旋丧失精度。 设计中还应注意，不要使丝杠螺母承受径向载荷和力矩载荷，否则会大大缩短滚珠丝杠寿命或引起不良

392、运行。文献阅读指南文献阅读指南（1）本章介绍了滑动螺旋传动和滚动螺旋传动。需要 指出的是，除此两种传动类型外，还有静压螺旋传 动，因其应用较少，加之设计时考虑因素较多，涉 及面较广，而且，静压螺旋无标准系列产品，因此 本章未作介绍，如需要该方面的知识，可参阅朱孝 录主编的中国机械设计大典第4卷第37篇的螺 滚动螺旋传动滚动螺旋传动 旋传动一章，该章对其设计进行了论述。（2）滑动螺旋传动，其主要失效形式是螺纹磨损，因 此滑动螺旋的基本尺寸（螺杆直径和螺母高度）是 根据耐磨条件确定的。在设计时应根据螺旋传动的 类型，工作条件以及失效形式，选择不同的设计准 则，而不必逐项进行校核。（3）滚动螺旋由于

393、其本身的传动特点，同时该产品已 经标准化和系列化，使之在精密数控机床、工业机 器人等自动化领域得到了广泛应用，其设计计算及 组合结构设计显得十分必要。 本章着重介绍了滚动螺旋的类型、设计计算及设计计算中注意的问题。需要说明的是，滚动螺旋是一 滚动螺旋传动滚动螺旋传动定型产品，由专门生产厂家制造，应用中关键是根据实际工作情况，正确选择其类型和尺寸，其设计计算为校核计算，计算中所取有关滚动螺旋数据（如额定动载荷Ca，额定静载荷C0a及结构尺寸等），一定要参照生产厂家的产品样本，因生产厂家不同而有所差别。滚动螺旋组合结构设计可参见滚动轴承章节。滚动螺旋精度的有关内容可参阅朱孝录主编的中国机械设计大典

394、第4卷、第37篇螺旋传动一章。 滚动螺旋传动滚动螺旋传动第十七章第十七章 带传动和链传动带传动和链传动内容简介内容简介 本章包括带传动和链传动两部分内容。带传动主要介绍带传动的分类、工作原理和普通V带传动的设计。链传动主要介绍链轮结构、链传动的运动特性、受力分析和滚子链传动的设计计算，对齿形链传动计算只作简单介绍。学习要求学习要求1、了解带传动、链传动的类型、工作原理、特点和应用；2、熟悉普通V带轮的结构、规格与基本尺寸； 3、掌握带传动的受力分析、应力及应力分布图、弹性滑动和打滑的基本概念；4、掌握带传动的失效形式、设计准则、普通V带传动的设计计算方法和参数选取原则； 5、了解滚子链的的结构

395、、规格、基本尺寸和链轮的主要几何尺寸；6、掌握滚子链传动的运动特性；7、掌握滚子链传动的效形式、设计准则、设计计算方法和参数选取原则；本章重点本章重点1、带传动、链传动的类型、工作原理、特点和应用；2、带传动的受力分析、应力及应力分析、弹性滑动和打滑3、带传动的失效形式、设计准则、普通V带传动的参数选取原则4、滚子链传动的运动特性和参数选取原则第一节第一节 概概 述述概概 述述学习要求：学习要求： 了解带传动、链传动的特点和一般应用了解带传动、链传动的特点和一般应用。带传动带传动链传动链传动 概概 述述带传动带传动 带传动由主动带轮、从动带轮和传动带组成（图17-1），其使用的挠性曳引元件是传

396、动带，靠带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力 带传动使用的挠性曳引元件是传动带，传动带具有较大弹性，按工作原理，带传动分摩擦型普通带传动和啮合型同步带传动。 概概 述述图17-1 概概 述述带传动的主要特点是带传动的主要特点是：、有缓冲和吸振作用；、运行平稳，噪声小；、结构简单，制造成本低；、可通过增减带长以适应不同的中心距要求；、普通带传动过载时带会在带轮上打滑，对其他机件有保护作用；、传动带的寿命较短；、传递相同圆周力时，外廓尺寸和作用在轴上的载荷比啮合传动大；、带与带轮接触面间有相对滑动，不能保证准确的传动比。 概概 述述 目前，带传动所能传递的最大功率为700kW，工作速度一般为530m

397、/s，采用特种带的高速带传动可达60m/s，超高速带传动可达100m/s。带传动的传动比一般不大于7，个别情况可到10。链传动链传动 链传动使用的挠性曳引元件是传动链，通过链轮的轮齿与链条的链节相互啮合实现传动 链传动。依据链条结构的不同，有套筒链传动、滚子链传动和齿形链传动。 概概 述述链传动的特点链传动的特点：、平均传动比准确，并可用于较大的中心距；、传动效率较高，最高可达98；、不需张紧力，作用在轴上的载荷较小；、容易实现多轴传动；、能在恶劣环境（高温、多灰尘等）下工作；、瞬时传动比不等于常数，链的瞬时速度是变化的，故传动平稳性较差，速度高时噪声较大。 概概 述述 链传动主要用于两轴中心

398、距较大的动力和运动的传递，广泛用在农业、采矿、冶金、起重、运输、石油和化工等行业。 通常，滚子链传动的功率小于100kW，链速小于15m/s。优质滚子链传动的功率最高可达5000kW，链速可达35m/s。高速齿形链可达40m/s。 第二节第二节 带带 传传 动动 带传动带传动学习要求：学习要求： 了解带传动的类型、工作原理、特点和应用；了解带传动的类型、工作原理、特点和应用；熟悉普通熟悉普通V V带轮的结构、规格与基本尺寸；掌握带带轮的结构、规格与基本尺寸；掌握带传动的受力分析、应力及应力分布图、弹性滑动传动的受力分析、应力及应力分布图、弹性滑动和打滑的基本概念；掌握带传动的失效形式、设和打滑

399、的基本概念；掌握带传动的失效形式、设计准则、普通计准则、普通V V带传动的设计计算方法和参数选取带传动的设计计算方法和参数选取原则。原则。带传动带传动普通带传动的类型普通带传动的类型普通带传动的计算基础普通带传动的计算基础普通普通V V带传动设计带传动设计普通带传动的张紧装置普通带传动的张紧装置同步带传动（简介）同步带传动（简介）带传动带传动普通带传动的类型：普通带传动的类型： 根据传动带的截面形状，摩擦型带传动可分为： 、平带传动 、V带传动 、圆带传动 V带传动又可分为： 、普通V带传动 、窄V带传动 、联组V带传动 、多楔带传动 、大楔角V带传动 、宽V带传动等带传动带传动 根据带传动的

400、布置形式可分为 、开口传动（图17-5）、 、交叉传动 、半交叉传动（图17-1）。普通普通V V带传动带传动窄窄V V带传动带传动联组联组V V带传动带传动多楔带传动多楔带传动带传动带传动普通普通V V带传动：带传动： V带以其两侧面与轮槽接触（图17-2a），由于楔形槽可以增大法向压力，在初拉力相同的条件下，V带传动产生的摩擦力较平带传动（图17-2b）大，可传递更大的载荷。 图中，FQ为带对带轮的压紧力；FN为平带轮对带的反力；FNV为V带轮侧面对带的反力；为带与带轮间的摩擦因数；为带轮的槽楔角，普通V带为32、34、36或40。由力的平衡条件可知：带传动带传动图17-2带传动带传动 由

401、此得V带传动的摩擦力为： 式中， 为V带与带轮间的摩擦力。 V带与带轮间的当量摩擦因数v为 对于普通V带，若取0.3，则平均V0.511.7。该结果表明，在其他条件相同的情况下，V带传动较平带传动的工作能力提高了很多。 带传动带传动窄窄V V带传动：带传动： 窄V带传动是近年来国际上普遍应用的一种V带传动。带的承载层采用合成纤维绳或钢丝绳。普通V带高与节宽比为0.7，窄V带高与节宽比为0.9（图17-3）。窄V带有SPZ、SPA、SPB和SPC四种型号，其结构和有关尺寸已标准化。 窄V带承载能力高，滞后损失少。窄V带传动的最高允许速度可达4050m/s，适用于大功率且结构要求紧凑的传动。带传动

402、带传动17-3带传动带传动联组联组V V带传动：带传动： 其特点是几条相同的V带在顶面联成一体的V带（图17-4a）。它克服了普通V带二带间的受力不均匀，减少了各单根带传动的横向振动，因而使带的寿命提高。其缺点是要求较高的制造和安装精度。多楔带传动多楔带传动 其特点是在平带的基体下做出很多纵向楔（图17-4b），带轮也做出相应的环形轮槽。可传递较大的功率。由于多楔带轻而薄，工作时弯曲应力和离心应力都小，可使用较小的带轮，减小了传动的尺寸。由于多楔带有较大的横向刚度，可用于有冲击载荷的传动。其缺点是制造和安装精度要求较高。带传动带传动17-4带传动带传动17-5带传动带传动普通带传动的计算基础普

403、通带传动的计算基础带传动中的作用力带传动中的作用力带的应力带的应力弹性滑动和打滑弹性滑动和打滑带传动带传动带传动中的作用力：带传动中的作用力： 带传动带呈环形，并以一定的初拉力（ ）套在一对带轮上（带传动图17-6a），使带和带轮相互压紧。带在工作前 其两边拉力均为 （图17-6a）， 称为初拉力初拉力。 工作时 由于要克服工作阻力，带在绕上主动轮的一边被进一步拉紧，其拉力 大到 ， 称为紧边拉力紧边拉力；带的另一边被放松，其拉力由 减小到 ， 称为松边拉力松边拉力（图17-6b）。 带的两边拉力之差，称为带传动的有效拉力有效拉力F，即： F (17-1) 带传动带传动17-6带传动带传动 有

404、效拉力F与带传动传递的功率P及带速v的关系为： P PFvFv （17-2） 该式说明，带速一定时，有效拉力越大，则带传动传递的功率也越大，即带传动的工作能力越强。 带的有效拉力等于带轮接触弧上摩擦力的总和。在一定条件下，摩擦力有一极限值，当需要传递的有效拉力超过该值时，带就会在轮面上打滑。打滑打滑是带传动的主要失效形式之一。 带工作时松紧边拉力不等，但总长度不变，故紧边增加的长度与松边减少的长度相等，假设带的材料服从胡克定律，则紧边增加的拉力与松边减少的拉力相等。即： 带传动带传动或 (17-3)F1 和F2的关系可用下式表示： (17-4) 式中，为包角，即带与带轮接触弧所对应的中心角；e

405、为自然对数的底。 若带速v10m/s，则通常可忽略离心力qv2，此时上式简化为F1/F2e，即为著名的欧拉公式欧拉公式。 带传动带传动 联立式（17-1）和式（17-4），可得紧边拉力F1和松边拉力F2为 (17-5) (17-6) 将式（17-5）和式（17-6）带入式（17-3）可得反映带传动工作能力的最大有效拉力Fmax，即 (17-7)带传动带传动该式说明：1）最大有效拉力与初拉力 成正比。控制初拉力对带传动的设计和使用是很重要的。 过小不能传递所需载荷，而且容易颤动； 过大使带的磨损加剧，寿命缩短。2）最大有效拉力随包角、摩擦因数（与带、带轮的材料及工况有关）的增大而增大。通常设计时

406、要求120。3）离心力qv2使最大有效拉力减小。上述各公式是按平带传动推导的，用于V带传动时，应将各式中的摩擦因数用当量摩擦因数v代替。带传动带传动式(17-4)推导如下：取一微段带dl（图17-7），带上各力的平衡条件为：沿垂直方向 式中dF为紧边拉力增量；dFN为带轮给微段带的正压力；q为带的线质量。取：略去二阶无穷小量，上式为 (a) 带传动带传动17-7带传动带传动沿水平方向式中，为带与带轮间的摩擦因数。取 1 1，得 (b) 由式(a)、(b)得 (c) 在摩擦力的极限状态即将要打滑时，积分式(c)，得 (17-）带传动带传动带的应力带的应力1紧边拉应力 和松边拉应力 由紧边拉力 和

407、松边拉力 引起 (17-8)式中，A为带的截面积。2弯曲应力b 传动带绕带传动经带轮时产生，该应力可近似按下式确定 (17-9)式中，E为带的弹性模量；h为带的高度；d为带轮的直径。带传动带传动3离心拉应力c 由带的离心拉力Fc （Fcqv2）产生 (17-10) 图17-8给出了带的应力分布情况。由图可知，带在工作过程中，其应力是不断变化的。最大应力发生在紧边进入小带轮处（图中b点）。 带的最大应力为max： (17-11)式中b1为带绕经小带轮时产生的弯曲应力。 带传动带传动17-8带传动带传动弹性滑动和打滑弹性滑动和打滑1. . 弹性滑动弹性滑动 由于带是弹性体，受力不同时伸长量不等，使

408、带传动在工作中发生弹性滑动。如图17-9所示，带自b点绕上主动轮时，带的速度与主动轮的速度相等，当带由b点转到c点时，带的拉力由F1逐渐减小到F2，与此同时，带的单位长度的伸长量也随之逐渐减小，从而使带沿带轮表面相对退缩（由c向b方向），这种现象称为弹性滑动。同理，在从动轮上产生带相对带轮表面相对伸长的弹性滑动（由e 向f方向）。b、c点与小带轮包角1对应；e、f点与大带轮包角2对应。带传动带传动17-9带传动带传动 由于带传动工作时，紧边和松边的拉力不等，所以弹性滑动是不可避免的。 弹性滑动除造成功率损失和带的磨损外，还导致从动轮的圆周速度 低于主动轮的圆周速度 ，其降低程度用滑动率表示 考

409、虑弹性滑动影响的传动比为 (17-12) 式中， 、 为主、从动轮转速； 、 为主、从动轮直径。带传动带传动 滑动率一般可取1%2%，粗略计算时可忽略不计。2. 打滑打滑 弹性滑动并不是发生在全部接触弧上，而是只发生在带离开带轮一侧的部分弧段上（图17-9中 和 ），称该弧段为动弧，无弹性滑动的弧为静弧（图17-9中 和 ），两段弧所对应的中心角分别称为动角和静角。 带传动不传递载荷时，动角为零。随着载荷的增加，动角逐渐增大，而静角则之间减小。当动角增大到1时达到极限状态（静角为零），由于过载使带传动的有效拉力F达到最大值，带将开始打滑。带传动带传动由于带在小轮上的包角较小，所以打滑总是在小轮

410、上发生。 打滑是由于载荷过大引起的，它会造成带的严重磨损并使带的运动处于不稳定状态，故正常使用中带传动不应出现打滑现象。带传动带传动普通普通V带传动设计带传动设计普通普通V带和带轮带和带轮带传动的设计准则带传动的设计准则设计计算和参数选择设计计算和参数选择带传动带传动普通普通V V带和带轮带和带轮1.普通V带结构 普通V带由顶胶、承载层、底胶和包布组成（图17-10）。承载层是胶帘布或绳芯。绳芯结构的柔韧性好，适用于转速较高和带轮直径较小的场合。 按截面尺寸普通V带分为：Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。各型号的截面尺寸和线质量见表17-12带轮 表17-2给出了普通V带带轮的轮缘尺寸。V带

411、弯曲时两侧面夹角小于40，槽楔角 也应减小带带传动传动17-10带传动带传动带传动的设计准则带传动的设计准则带传动的主要失效形式： 打滑 带的疲劳破坏带传动的设计准则为： 在保证不打滑的条件下，带具有一定的疲劳强度和寿命。 带的疲劳强度条件为 (17-13)式中，为根据疲劳寿命决定的带的许用应力。带传动带传动 在式（17-7）中，利用式（17-8）、（17-10）的关系，并带入疲劳强度条件和当量摩擦因数 ，可得V带传动的最大有效拉力Fmax为 将该式带入式（17-2），即得传动不打滑时单根V带所允许传递的功率为 (17-14)式中的可由实验确定。 由式（17-14）求得的功率P1称为单根V带的

412、基本额定功率，各种型号V带的P1值见表17-3。带传动带传动设计计算和参数选择设计计算和参数选择1. 计算功率 (17-15) 式中， 为工况系数，见表17-4；P为传递功率。2. 带的型号 带的型号可根据计算功率 和小带轮转速 由图17-11选取。在两种型号相邻的区域，可两种型号同时计算，然后根据使用条件择优选取。3. 带轮基准直径 带轮直径愈小，传动所占空间愈小，但弯曲应力愈大，带越易疲劳。表17-5列出了最小带轮基准直径。设计时，应使小带轮基准直径 dmin， 带传动带传动大带轮基准直径 (17-16) 、 通常按表17-6推荐的直径系列圆整。4. 带速v 普通V带质量较大。带速太高时，

413、会因离心惯性力过大而降低传动能力；带速过低，则在传递相同功率的条件下所需有效拉力F较大，要求带的根数较多。一般v530m/s。带速的计算公式为 (17-17)5. 中心距a 和带的基准长度 带传动的中心距不宜过大，否则工作中将因载荷变化引起带的颤动。中心距也不宜过小，因为中心距愈 带传动带传动小，带的长度愈短，在一定速度下，单位时间内带的应力变化次数愈多，会加速带的疲劳。一般初定中心距 为 (17-18)初选 后，根据带传动的几何关系，按下式初算带的基准长度 (17-19) 根据 ，按表17-9选取接近的基准长度，然后再按下式计算实际中心距a (17-20)带传动带传动 在使用中，V带传动的中

414、心距一般需要调整，所以a可采用下式近似计算 (17-21)6. 小带轮上的包角 包角是影响带传动工作能力的重要参数之一。包角大，带的承载能力高；反之，则易打滑。在V带传动中，一般小带轮上的包角 不宜小于120，个别情况下可小到90。 的计算式为 （） (17-22)带传动带传动7. 带的根数z V带根数z可由下式计算 z (17-23) 式中， 为单根普通V带的基本额定功率，见表17-3； 为考虑i 1时额定功率的增量，见表17-7；K为包角修正系数，见表17-8； 为带长修正系数，见表17-9。8. 初拉力 既保证传动功率，又不出现打滑的单根V带所需初拉力 可由下式计算带传动带传动 (17-

415、24) 无自动张紧的带传动，使用新带时的初拉力应为上式 的1.5倍。初拉力一般可以通过在两带轮切点间跨距的中点M，加一个垂直于两轮上部外公切线的载荷G（图17-12），使带产生挠度y为1.6/100（即挠角为1.8）来控制。G 值见表17-10。9. 作用在轴上的载荷 带作用在轴上的载荷 可近似按下式计算（图17-13） (17-25)带带传动传动 17-12带传动带传动普通带传动的张紧装置普通带传动的张紧装置 由于带工作一段时间后会发生松弛现象，造成初拉力 减小，传动能力降低，此时带需重新张紧。 带的张紧装置分为定期张紧装置和自动张紧装置两类。1定期张紧装置 当中心距可调时，可利用滑轨和调节

416、螺钉（图 17-14a）、摆动架和调节螺杆（图17-14b）进行定 期张紧； 当中心距不可调时，可利用张紧轮装置（图17- 14c）。 为避免反向弯曲应力降低带的寿命并防止包角带带传动传动17-14带传动带传动过小，应将张紧轮置于松边内侧靠近大带轮处。2自动张紧装置 利用浮动架（图17-15a）及浮动齿轮（图17-15b）等装置可实现自动张紧。浮动齿轮是根据负载大小自动调节张紧力大小的装置。该装置的带轮与浮动齿轮2制成一体，带轮可通过系杆H绕电动机上的齿轮1摆动。传动时，电动机通过齿轮1和2带动带轮，作用在齿轮2齿面上的法向力使带轮沿方向摆动，从而使带张紧。若带传动的功率增大，该力则增大，带的

417、拉力也随之增大；反之，拉力则减小。带带传动传动17-15带传动带传动同步带传动（简介同步带传动（简介） 同步带和带轮是靠啮合传动的（图17-16），因而带与带轮之间无相对滑动。 同步带以钢丝绳或玻璃纤维绳为承载层，氯丁橡胶或聚氨酯为基体。由于承载层强度高，受载后变形极小，能保持齿形带的带节距 不变，因而能保持准确的传动比。 这种带传动适用的速度范围广（最高可达40m/s），传动比大（可达10），效率高（可达98%）。其主要缺点是：制造和安装精度要求较高，中心距要求较严格。 带带传动传动17-16第三节第三节 链传动链传动 链传动链传动学习要求学习要求1、了解滚子链的的结构、规格、基本尺寸和链轮

418、的主要几何尺寸；2、掌握滚子链传动的运动特性；3、掌握滚子链传动的效形式、设计准则、设计计算方法和参数选取原则； 链传动是属于具有挠性件的啮合传动，由主动链轮1、链和从动链轮2组成（图17-17）。 滚子链应用最广，本章重点介绍滚子链传动。 链传动链传动17-17 链传动链传动链与链轮链与链轮链传动的运动特性链传动的运动特性链传动的受力分析链传动的受力分析 滚子链传动的设计计算滚子链传动的设计计算链传动的合理布置和润滑链传动的合理布置和润滑 链传动链传动链与链轮链与链轮（一）、滚子链的结构与尺寸1滚子链的结构 内链板 1 外链板 2滚子链由 销 轴 3 组成（图17-18） 套 筒 4 滚 子

419、 5 外链板与销轴、内链板与套筒之间采用过盈配合 销轴与套筒之间为间隙配合以适应链条进入或退出链轮时的屈伸。 滚子与套筒间采用间隙配合，以使链与链轮在进入和退出啮合时，滚子与轮齿为滚动摩擦，减少轮与 链传动链传动17-18 链传动链传动轮齿的磨损。 内外链板均为8字形，这样既可保证链板各横截面等强度，又可减轻链的质量。2滚子链主要尺寸、链节距p 链条相邻两个铰链副理论中心之间的距离（图17-18）。是链条的基本特性参数，p愈大，链的各部分尺寸也愈大，承载能力也愈高。、排数 滚子链有单排和多排（图17-19）。 采用多排滚子链可减小节距。排数愈多承载能力愈 高，但由制造与安装误差引起的各排链受载

420、不均匀 现象愈严重。一般链的排数不超过4排。 链传动链传动 17-19 链传动链传动、链节数 链节数以偶数为宜。当链节数为奇 数时，则必须采用一个过渡链节（图17-20），过 渡链节的链板在工作时有附加弯矩，故不宜采用。 链的接头形式见 图17-20。 滚子链已经标准化，系列尺寸、极限拉伸载荷见表17-11。滚子链的标记为：链号排数整链链节数 标准编号例如：08A188 GB/T 6069-2002，表示：A系列、节距12.7mm、单排、88节，标准编号为 GB/T 6069-2002的滚子链。 链传动链传动17-20 链传动链传动链轮：链轮的齿形：应保证链节能平稳自如地进入和退出啮合；尽量减

421、小啮合时链节的冲击和接触应力；便于加工。1. 链轮的齿槽形状： 链轮端面齿形： 常用的端面齿形（图17-21）是由三段圆弧、和一段直线组成，简称为三圆弧一直线齿形（或称凹齿形）。 因该齿形用标准刀具加工，所以在链轮不必绘制断，只需在图上注明“齿形按GB/T 6069-2002规定制造”即可。 链传动链传动17-21 链传动链传动链轮的轴向齿形 工作图上应绘制链轮的轴向齿形（图17-22），其 尺寸参阅有关设计手册。链轮主要参数及计算 主要参数 节距p、齿数z、分度圆（链轮上链的 各滚子中心所在的圆）、齿顶圆、齿根圆。 其计算公式为分度圆直径 (17-26)齿顶圆直径 (17-27) 链传动链传

422、动 17-22 链传动链传动齿根圆直径 (17-28)式中，dr为滚子外径。2. 链轮材料 链轮材料应满足强度和耐磨性要求。链轮齿面一般都经过热处理，达到一定的硬度要求。常用材料见表17-12。 传动过程中，小链轮轮齿的受载次数比大链轮轮齿多，磨损和冲击比较严重，因此小链轮的材料应较好，齿面硬度应较高。 链传动链传动链传动的运动特性链传动的运动特性链传动的运动不均匀性（1）链传动的平均传动比 将链与链轮的啮合，视为链呈折线包在链轮上， 形成一个局部正多变形。该正多边形的边长为链节 距p。链轮回转一周，链移动的距离为 ，故链的平 均速度v为 (17-29) 式中，p为链节距； 、 为主、从动链轮

423、的齿数； 、 为主、从动链轮的转速。 由上式可得链传动比的平均传动比 (17-30) 链传动链传动（2）链传动的运动特性 设链的紧边工作时处于水平位置。如图17-23示。 主动链轮以等角速度 传动，其分度圆圆周速度为 ， 链水平方向的分速度v （即链速） 等于链轮圆周速度 水平分量， 链垂直方向的分速度 等于链轮圆周速度 的垂直分量。即 (17-31) 链传动链传动17-23 链传动链传动 式中，为A点圆周速度与水平线速度的夹角。的变化范围在 之间， 。 显然，当主动轮匀速转动时，链速v是变化的，其变化规律如图17-24所示，而且每转过一个链节，链速就按此规律重复一次。链轮齿数愈少，链速不均匀

424、性愈增加。 同样，从动链轮B点速度 为 (17-32) 链传动链传动17-24 链传动链传动瞬时传动比 为 (17-33) 由上式可知，尽管 为常数，但 随、 的变化而变化，瞬时传动比 也随时间变化，所以链传动工作不平稳，只有在 及链紧边长恰好是节距的整数倍时，瞬时传动比才是常数。适当选择参数可减小链传动的运动不均匀性。2链传动的动载荷 链和从动链轮均作周期性的加、减速运动，必然 链传动链传动引起动载荷，加速度愈大动载荷也愈大。加速度为当 时，其最大加速度为 (17-34) 可见链轮转速愈高，链节距愈大，链的加速度也愈大，动载荷就愈大。 同理， 变化使链产生上、下抖动，也产生动载荷。 另外，链

425、节进入链轮的瞬时，链节与链轮齿以一 链传动链传动定的相对速度啮合，链与链轮将受到冲击，并产生附加动载荷。这种现象，随着链轮转速的增加和链节距的加大而加剧，使传动产生振动和噪声。 动载荷效应使链传动不宜用于高速。链传动的受力分析链传动的受力分析 不考虑动载荷，链传动中的主要作用力有：有效拉力F 式中，P为传递功率；v为链速。离心拉力Fc 链传动链传动 式中，q为每米链长质量。当v 7m/s时Fc可以忽略。悬垂拉力Fy， 水平传动（图17-25）时， 式中，f为链条垂度；g为重力加速度；a为中心距； 为垂度系数。 链传动链传动17-25 链传动链传动 当两链轮中心连线与水平面一段斜角时，同样用上式

426、计算悬垂拉力，只是给出的 不同。各种倾角下的 值见表17-13。 不考虑动载时，链的紧边拉力 和松边拉力 分别为 链传动是啮合传动，作用在轴上的载荷 不大，可近似按下式计算 (17-35) 链传动链传动式中， 工作情况系数，平稳载荷1.01.2；中等冲击1.21.4；严重冲击1.41.7（动力机平稳、单班工作时取小值，动力机不平稳、三班工作时取大值）。滚子链传动的设计计算滚子链传动的设计计算1滚子链传动的主要失效形式（1）链板疲劳断裂。（2）套筒与销轴及套筒与滚子的接触表面产生磨损， 导致实际节距p逐渐加大，链在链轮上的位置逐渐 移向齿顶，引起脱链失效。 链传动链传动（3）套筒与滚子承受有冲击

427、载荷，经过一定次数的冲 击产生冲击疲劳。（4）高速或润滑不良的链传动，销轴与套筒的工作表 面会因温度过高而胶合。（5）低速重载或有较大瞬时过载的链传动，链条可能 被拉断。 链传动中，一般链轮的寿命远大于链条的寿命。因此，链传动传动能力的设计主要针对链条进行。2额定功率曲线 在一定使用寿命和润滑良好的条件下，链传动各种失效形式限定的额定功功率曲线如图17-26所示。 链传动链传动17-26 链传动链传动 图中1为链疲劳强度限定曲线，在润滑良好、中等 速度的链传动中链的寿命由该曲线限定； 滚子、套筒冲击疲劳强度限定的曲线2； 3为销轴和套筒胶合的限定曲线。3额定功率 图17-27给出了滚子链在特定

428、试验条件下的额定功率曲线。 试验条件为： 19、 120节； 单排链水平布、置载荷平稳、工作环境正常、按推 荐的润滑方式润滑； 链传动链传动17-27 链传动链传动 链条因磨损而引起的相对伸长量 3%； 使用寿命15000h。 使用时与上述条件不同时，需作适当修正。由此得链传动计算功率 (17-36) 式中，P为传递功率； 为小链轮齿数系数，见表17-14； 为多排链排数系数，见表17-15； 为链长系数，见表17-4； 为额定功率，见图17-27。 对于v0.6m/s的低速链传动，为防止过载拉断，应进行静强度校核。静强度安全因数应满足下式 链传动链传动 (17-37) 式中， 为链排数；Q为

429、单排链的极限拉伸载荷，见表17-11。3主要参数的选择（1）传动比 一般传动比i7，当 v2m/s且载荷平稳时可10，推荐i23.5。传动比过大则链在小链轮上包角过小，将加速轮齿的磨损。（2）链轮齿数z 链轮齿数不宜过多或过少。齿数过少，会增加的 链传动链传动运动不均匀性和动载荷；会加大内、外链板的相对转角，加速了链节与链轮齿的磨损。链轮直径小，链的工作拉力将加大。建议在动力传动中，滚子链的小链轮齿数选取如下： 从限制大链轮齿数和减小传动尺寸考虑，传动比大的链传动应选取较少的链轮齿数。当链速很低时，允许最少齿数为9。 大链轮齿数不宜过多。因链节磨损后，链节距将 链传动链传动由P 增至P+P，而

430、分度圆直径将由d 增至d+d，链轮齿数愈多，分度圆直径增量dP/sin(180/z)愈大，链愈容易移向齿顶而脱链。（见图17-28） 链轮最多齿数限制为 120。为使链和链轮磨损均匀，链节数选用偶数，建议链轮齿数选用质数或不能整除链节数的数。 （3）链速v 链速应不超过12m/s，否则会出现过大的动载荷。对高精度的链传动，链节距较小，链轮齿数较多，用合金钢制造的链条，链速允许到2030m/s。（4）链节距P 链传动链传动17-28 链传动链传动 链节距越大，虽然使链的拉曳能力愈大，但链速不均匀性及振动、噪声也越大。故承载能力足够时宜选用小节距的单排链，高速重载时，可选小节距多排链。一般载荷大、

431、中心距小、传动比大时，选小节距多排链；速度不太高、中心距大、传动比小时选大节距单排链。（5） 中心距和链长 当链速不变时，中心距小、链节数少的传动，在单位时间内同一链节的屈伸次数势必增多，因此会加速链的磨损。中心距太大，会引起从动边垂度过大，传动时造成松边颤动，使传动不平稳。若中心距不受其它条件限制，一般可取a(3050)p，最大中心距 链传动链传动 80p，最小中心距受小链轮包角的限制，通常取 (17-38)链的长度常用链节数 表示 (17-39) 式中，a为链传动的中心距。 链节数必须为整数，最好为偶数。 用下式可以求出实际中心距 链传动链传动 (17-40)链传动的合理布置和润滑链传动的

432、合理布置和润滑1.链传动的合理布置 链传动的合理布置应该考虑以下几方面的问题。 首先两链轮的回转平面应在同一平面内，否则易使 链条脱落，或不正常磨损。 其次两链轮的连心线最好在水平面内，若需要倾斜 布置时，倾角也应避免大于45（图17-29a）。应避免垂直布置（图17-29b），因为过大的下垂量会影 链传动链传动17-29 链传动链传动 响链轮与链条的正确啮合，降低传动能力。 链传动最好紧边在上、松边在下，以防松边下垂量 过大使链条与链轮轮齿发生干涉（图17-29c）或松边 与紧边相碰。2.链传动的张紧装置张紧的主要目 保证链条有稳定的从动边拉力以控制松边的垂度，使啮合良好，防止链条过大的振动

433、。 当两轮的连心线倾斜角大于60时，通常应该设有张紧装置。张紧方法常用移动链轮增大中心距； 链传动链传动当中心距不可调时，可用张紧轮定期或自动张紧（图17-30a、b）。 张紧轮应装在靠近小链轮的松边上。 张紧轮可为有齿与无齿两种。其分度圆直径要与小链轮分度圆直径相近。无齿的张紧轮可以用酚醛层压布板制成，宽度应比链宽约宽5mm。还可用压板、托板张紧（图17-30c），特别是中心距大的链传动，用托板控制垂度更合理。3.链传动的润滑 链传动的良好润滑能缓和冲击、减小摩擦、减轻磨损，不良的润滑就会降低链传动使用寿命。 链传动链传动17-30 链传动链传动 链传动的润滑方法可根据图17-31选取。 润

434、滑时应设法在链传动关节的缝隙中注入润滑油，并应均匀分布在链宽上。润滑油应加在松边，因为链节处于松弛状态时润滑油容易进入摩擦面。 链传动链传动17-31第十八章第十八章 齿轮传动齿轮传动内容简介内容简介: 本章介绍基于承载能力计算的齿轮设计方法。设计的基本内容就是如何确定齿轮的基本参数或主要几何尺寸。围绕这些内容所讨论的主要问题有：齿轮精度等级的选择；轮齿的主要失效形式和计算准则；齿轮常用材料及选择方法；齿轮的载荷计算；针对齿面接触疲劳强度失效和齿根弯曲疲劳强度失效所进行的齿轮承载能力计算方法等。学习要求学习要求1) 了解齿轮材料的选取和热处理方式的常识；2) 掌握齿轮传动应力类型及变化特性、失

435、效形式、 失效部位、产生机理及一般应对措施。掌握相应 的设计准则；3) 了解载荷系数的物理意义及其影响因素；4) 掌握齿轮传动受力分析的方法（包括假设条件、 力作用点、各分力大小、方向）；5）掌握直齿圆柱齿轮传动齿面接触疲劳强度和齿根 弯曲疲劳强度计算方法（包括力的计算点确定方 法及其依据）和斜齿圆柱齿轮传动强度计算的特 点；6）理解齿轮传动的设计方法与步骤。本章重点本章重点 齿轮的失效形式和计算准则、齿轮的受力分析和计算载荷、直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算、齿根弯曲疲劳强度计算是本章的重点学习内容。要求弄清以下一些具体问题：1）齿轮传动的失效形式及计算准则；2）齿轮传动的受力分析；3

436、）参数d、z1、m和等的选取原则；4）圆柱齿轮传动强度计算公式中各参数的物理意义及相互关系。第一节第一节 概述概述第二节第二节 轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则第三节第三节 齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择第四节第四节 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算第五节第五节 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度第六节第六节 直齿圆柱齿轮传动的齿根抗弯疲劳强度直齿圆柱齿轮传动的齿根抗弯疲劳强度第七节第七节 直齿圆柱齿轮传动的静强度计算直齿圆柱齿轮传动的静强度计算第八节第八节 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算第九节第九节 直齿锥

437、齿轮传动直齿锥齿轮传动第十节第十节 齿轮传动的效率与润滑齿轮传动的效率与润滑第一节第一节概概述述概概 述述学习要求学习要求: 了解齿轮设计需要解决的基本问题； 掌握齿轮设计中按工作条件和齿面硬度的分类方 法； 了解传动比i和齿数比u之间的区别与联系； 了解齿宽系数的含义； 了解齿轮精度等级的概念。齿轮传动设计中的基本问题齿轮传动设计中的基本问题按工作条件与齿面硬度的齿轮分类按工作条件与齿面硬度的齿轮分类齿轮传动的主要参数齿轮传动的主要参数齿轮精度等级的选择齿轮精度等级的选择概概 述述齿轮传动设计中的基本问题齿轮传动设计中的基本问题 齿轮传动的类型很多，用途各异，但是从传递运动和动力的要求出发，

438、各种齿轮传动都必须解决两个基本问题： 传动平稳 就是要保证瞬时传动比恒定，以尽可 能减小齿轮啮合中的冲击、振动和噪声。 足够的承载能力 就是在尺寸和质量较小的前提 下，保证正常使用所需的强度、耐磨性等方面的要 求。在预定的使用期限内不发生失效。 有关传动平稳的问题，涉及齿轮啮合原理方面的许多内容，已在第八章作了比较详细的讨论。本章则概概 述述着重讨论齿轮传动的承载能力问题。为此将重点介绍轮齿的失效形式和计算准则、齿轮常用材料及其选择、受力分析与载荷计算以及齿轮传动的强度计算方法等，并在此基础上，解决设计中如何确定齿轮传动的基本参数和主要尺寸问题。 考虑到目前我国工业齿轮仍以渐开线齿廓为主，故本

439、章讨论问题范围仅限于渐开线齿轮传动。 按工作条件和齿面硬度的齿轮分类：按工作条件和齿面硬度的齿轮分类： 在齿轮传动设计中，承载能力计算总是针对轮齿的某种失效形式进行的，而轮齿的失效形式又与其工概概 述述作条件和齿面硬度等因素密切相关。不难想象：如果齿轮是在一个密闭的润滑良好的空间内工作，不与机器所处的外部环境相接触，那么空气中的粉尘就不能侵入齿轮的啮合齿面中，轮齿一般也不会发生齿面的磨粒磨损。相反，如果齿轮暴露在大气环境中，任由机器所处环境空气中的粉尘直接侵入齿轮的啮合齿面中，则齿面磨损的发生也就在所难避了。以上例子说明了轮齿的失效形式是与齿轮的工作条件有关的。相对于机器所处的环境来说，通常人

440、们将在封闭空间内工作的（与环境隔离开来的）齿轮传动称为闭式齿轮传动，否则即称为开式齿轮传动。不难理解，齿面的承载能力应与齿面硬度有关，硬度越高，则其承载能概概 述述力也越高。根据齿面硬度的大小，通常人们将齿轮传动分为两类，即硬齿面齿轮传动和软齿面齿轮传动。一对啮合齿轮的齿面硬度均大于350HBS者，称为硬齿面齿轮传动，否则即称为软齿面齿轮传动。因此，齿轮传动按工作条件和齿面硬度可作以下分类： 闭式齿轮传动 按工作条件分 开式齿轮传动齿轮传动 软齿面（硬度350HBS ）齿轮传动 按齿面硬度分 硬齿面（硬度350HBS ）齿轮传动概概 述述齿轮传动的主要参数齿轮传动的主要参数1. 模数m 模数是

441、齿轮的重要参数之一。 圆柱齿轮标准模数 m系列见表8-1。2. 传动比i 和齿数比u 在一对齿轮中，设主动轮转速n、齿数z，从动轮转速、齿数则传动比i通常可表示为 i （18-1） 在一对齿轮中，若设小齿轮齿数为，大齿轮齿数为，则齿数比u为 u= 1 （18-2）概概 述述显然，在减速传动中u=i ，增速传动中u=1/i 。3. 中心距a 中心距a是圆柱齿轮传动的特征尺寸，也是最重要的几何参数之一。设计中应取值整齐、简单，并尽量不含小数。在大批量生产时，推荐中心距按表18-1选用。单件或小批量生产时可不受此限，建议参照标准尺寸GB/T28221981中的数系选用，或取尾数为0、5、2、8的整数

442、。4. 齿宽b和齿宽系数 齿宽b与小齿轮分度圆直径之比，称齿宽系数，以表示，即 （18-3）概概 述述齿宽系数反映齿轮宽度与径向尺寸之间的比例关系。的取值大小将直接影响齿轮传动的布局与传动质量，因此也是齿轮设计中的重要参数之一。 由公式（18-3），齿宽b 可表示为 bd (18-4) 在用公式（18-4）计算齿宽b时，有时会包含小数部分，一般应对其进行圆整，即取整数。对于圆柱齿轮传动（人字齿轮除外），通常还应使小齿轮齿宽b 比大齿轮齿宽b 宽出510mm，即一般取 bb（圆整数） bb(510)mm概概 述述 这是从有利于降低对安装的要求，并可保证大齿轮能以其整个齿宽参加啮合，而不减小轮齿的

443、有效齿宽来考虑的。齿轮精度等级的选择齿轮精度等级的选择 在渐开线圆柱齿轮和锥齿轮精度标准（GB/T 10095.12001和GB/T 10095.22001）中，分别对圆柱齿轮和锥齿轮规定有12个精度等级，按精度的高低依次为：1、2、12。并根据对运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性的要求不同，将每个精度等级的各项公差依次分成三个组，即第公差组、第公差组和第公差组。此外，还规定了齿坯公差 、 概概 述述齿轮副侧隙和图样标注等各项内容。 齿轮精度等级应根据传动的用途、使用条件、传动功率和圆周速度等确定。表18-2给出了各种精度等级齿轮的使用和加工方法等，供选择精度等级时参考。常用59级精度齿轮

444、允许的最大圆周速度见表18-3。第二节第二节 轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则学习要求学习要求 掌握齿轮轮齿的几种常见的失效形式与发生失效的 条件； 掌握普通齿轮传动的设计准则； 轮齿的失效形式与计算准则，是齿轮传动工作能力计算的依据和指导原则，是齿轮传动工作能力计算的灵魂。轮齿的失效形式轮齿的失效形式齿轮传动的设计准则齿轮传动的设计准则轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式轮齿的失效形式 正常情况下，齿轮的失效都集中在轮齿部位。其主要失效形式有：1.轮齿折断 整体折断 按轮齿断齿的形态分 局部折断 疲劳折

445、断 按轮持的折断性质或损伤机理分 过载（静力）折断 轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则 整体折断，一般发生在齿根，这是因为轮齿相当于一个悬臂梁，受力后其齿根部位弯曲应力最大，并受应力集中影响。局部折断，主要由载荷集中造成，通常发生于轮齿的一端（图18-2a）。在齿轮制造安装不良或轴的变形过大时，载荷集中于轮齿的一端，容易引起轮齿的局部折断。 齿轮经长期使用，在载荷多次重复作用下引起的轮齿折断，称疲劳折断；由于短时超过额定载荷（包括一次作用的尖峰载荷）而引起的轮齿折断，称过载折断。二者损伤机理不同，断口形态各异，设计计算方法也不尽相同。轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准

446、则18-2轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则 一般地说，为防止轮齿折断，齿轮必须具有足够大的模数。其次，增大齿根过渡圆角半径、降低表面粗糙度值、进行齿面强化处理、减轻轮齿加工过程中的损伤，均有利于提高轮齿抗疲劳折断的能力。而尽可能消除载荷分布不均现象，则有利于避免轮齿的局部折断。 为防止轮齿折断，通常应对齿轮轮齿进行抗弯曲疲劳强度的计算。必要时，还应进行抗弯曲静强度验算。2. 齿面点蚀 轮齿工作时，其工作齿面上的接触应力是随时间而变化的脉动循环应力。齿面长时间在这种循环接触轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则应力作用下，可能会出现微小的金属剥落而形成一些浅坑（麻点），

447、这种现象称为齿面点蚀（图18-2b）。齿面点蚀通常发生在润滑良好的闭式齿轮传动中。实践证明，点蚀的部位多发生在轮齿节线附近靠齿根的一侧。这主要是由于该处通常只有一对轮齿啮合，接触应力较高的缘故。 提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，采用粘度较高的润滑油以及进行合理的变位等，都能提高齿面抗疲劳点蚀的能力。 为了防止出现齿面点蚀，对于闭式齿轮传动，通常需要进行齿面接触疲劳强度计算。 轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则3. 齿面胶合 齿面胶合是相啮合轮齿的表面，在一定压力下直接接触发生粘着，并随着齿轮的相对运动，发生齿面金属撕脱或转移的一种粘着磨损现象（图18-2c）。一般说，胶合总是在重

448、载条件下发生。按其形成的条件又可分为热胶合和冷胶合。 热胶合发生于高速、重载的齿轮传动中。由于重载和较大的相对滑动速度，在轮齿间引起局部瞬时高温，导致油膜破裂，从而使两接触齿面金属间产生局部“焊合”而形成胶合。冷胶合则发生于低速、重载的齿轮传动中。它是由于齿面接触压力过大，直接导致油膜压溃而产生的胶合。轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则 采用极压型润滑油、提高齿面硬度、降低齿面粗糙度值、合理选择齿轮参数并进行变位等，均有利于提高齿轮的抗胶合能力。为了防止胶合，对于高速、重载的齿轮传动，可进行抗胶合承载能力的计算。4. 齿面磨粒磨损 当铁屑、粉尘等微粒进入齿轮的啮合部位时，将引起齿

449、面的磨粒磨损（图18-2d）。闭式齿轮传动，只要经常注意润滑油的更换和清洁，一般不会发生磨粒磨损。开式齿轮传动，由于齿轮外露，其主要失效形式为磨粒磨损。磨粒磨损不仅导致轮齿失去正确的齿形，还会由于齿厚不断减薄而最终引起断齿。 与闭式齿轮传动不同，一般认为，开式齿轮传动轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则不会出现齿面点蚀现象。这是因为磨损速度比较快，齿面还来不及达到点蚀的程度，其表层材料就已经被磨掉的缘故。5. 齿面塑性变形 重载时，在摩擦力的作用下，齿轮可能产生齿面塑性变形（也称齿面塑性流动），从而使轮齿原有的正确齿形遭受破坏。如图18-2e所示，在主、从动齿轮上由于齿面摩擦力方向

450、不同，其齿面变形的表现形式也不同。对于主动齿轮，在节线附近形成凹槽；对于从动齿轮，在节线附近形成凸脊。轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则齿轮传动的计算准则齿轮传动的计算准则 闭式传动 闭式传动的主要失效形式为齿面点蚀 和 轮齿的弯曲疲劳折断。当采用软齿面（齿面硬度 350HBS）时，其齿面接触疲劳强度相对较低。因 此，一般应首先按齿面接触疲劳强度条件，计算齿 轮的分度圆直径及其主要几何参数（如中心距、齿 宽等），然后再对其轮齿的抗弯曲疲劳强度进行校 核。当采用硬齿面（齿面硬度350HBS）时，则一 般应首先按齿轮的抗弯曲疲劳强度条件，确定齿轮 的模数及其主要几何参数，然后再校核其

451、齿面接触 疲劳强度。轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则 开式传动 开式传动的主要失效形式为齿面磨粒 磨损和轮齿的弯曲疲劳折断。由于目前齿面磨粒磨 损尚无完善的计算方法，因此通常只对其进行抗弯 曲疲劳强度计算，并采用适当加大模数的方法来考 虑磨粒磨损的影响。轮齿的失效形式与计算准则轮齿的失效形式与计算准则第三节第三节 齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 学习要求学习要求 了解钢和铸铁等齿轮材料的选取方法以及钢制齿轮的热处理 方式的有关常识； 理解试验齿轮的接触疲劳极限和试验齿轮的齿根弯曲疲劳极 限概念。 齿轮常用材料是钢，其次为铸铁，有时也采用铜、塑料

452、等非铁金属材料或非金属材料。齿轮常用钢及其热处理齿轮常用钢及其热处理齿轮常用铸铁齿轮常用铸铁齿轮材料的选择齿轮材料的选择试验齿轮的接触疲劳极限试验齿轮的接触疲劳极限试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 齿轮常用钢及其热处理齿轮常用钢及其热处理 由齿轮失效形式可知，轮齿的工作表面应具有较高的抗点蚀、耐磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力，而齿根则应具有较高的抗折断能力。因此，一般说，理想的齿轮材料应具备这样的特点：即齿面要硬、齿心要韧。在这方面，钢通过适当的热处理，能够收到满意的效果，故通常是较为理想的齿轮材料。 齿轮用钢，分为碳素结构钢、合金结构钢，或

453、变形钢、铸钢等等。变形钢通常以锻造成形方法制作毛坯。毛坯经锻造加工后，可以改善材料性能，提高零件的强度。对于直径较大、形状复杂、又比较重要的齿轮，一般可采用铸钢，并以铸造成形方式制作毛坯。齿轮常用钢及其力学性能见表18-4。齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 钢制齿轮常通过调质、正火、表面淬火以及渗碳淬火、渗氮等各种热处理方法改善材料性能，以满足齿轮的不同工作要求。各种齿轮常用热处理方法和适用场合、适用钢种以及主要特点等列于表18-5，可供选择齿轮材料时参考。齿轮常用铸铁齿轮常用铸铁 齿轮常用铸铁为灰铸铁和球墨铸铁。普通灰铸铁具有良好的铸造工艺性和机械加工性，易于得到复杂的结构形状，而且价格便宜

454、。同时，灰铸铁还具有一定的抗点蚀和抗胶合能力，但其抗弯强度低、韧性差，因此多用于低速、无冲击及尺寸不受限制的场合。灰铸铁中的石墨具有润滑作用，尤其适用于制作 齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 润滑条件较差的开式传动齿轮。与灰铸铁相比，球墨铸铁不仅强度高，且具有较强的抗冲击能力。因此，在一定程度上可以代替钢制作齿轮。但由于生产工艺比较复杂，目前使用尚不够普遍。齿轮常用灰铸铁及球墨铸铁的力学性能见表18-6。齿轮材料的选择齿轮材料的选择 选择材料时，要从齿轮的工作条件、制造工艺性和经济性等方面考虑。现提出一些看法，供参考。1.选择材料要满足齿轮工作条件的要求 一般地说，工作速度较高的闭式齿轮传动，

455、齿轮容易发生齿面点蚀或胶合，应选择能够提高齿面硬度 齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 的中碳或者中碳合金钢，如：45、40Cr、42SiMn等，并进行表面淬火处理；中速中载齿轮传动，可选择综合性能较好的调质钢，如：45、40Cr钢等调质。受冲击载荷的齿轮，应选择齿面硬、且齿心韧性较好的渗碳钢，如：20Cr或20CrMnTi，并进行渗碳淬火处理。一般讲，重要的或结构要求紧凑的齿轮传动，应当选择较好的材料，如合金钢。否则，可选择力学性能相对较差的碳钢。 开式齿轮传动的润滑条件较差，其主要失效形式为齿面磨粒磨损，应当选择减摩、耐磨性较好的材料。在速度较低且传动比较平稳时，可选用铸铁或采用钢与铸铁搭配

456、。 此外，对于高速轻载的齿轮，为了降低噪声，通常可选用非金属材料。齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 一对齿轮中材料的搭配十分重要。一般地说，对于标准齿轮传动，小齿轮齿根较弱而且受力次数又多，故应使其材料的强度和耐磨性比大齿轮要高一些。设计中，对于软齿面齿轮传动，通常其小齿轮硬度要比大齿轮高出2050HBS，且传动比越大，其硬度差也应越大。当一对齿轮采用软、硬齿面搭配时，经过磨制的硬齿面小齿轮，对于软齿面大齿轮，通过辗压作用产生冷作硬化现象，从而可以提高大齿轮齿面的疲劳强度。对于高速齿轮传动，为了防止发生齿面胶合，除了要重视润滑和散热条件以外，在选择齿轮材料时，还应从摩擦学的角度来认识。一般认为

457、，提高齿面硬度差有利于防止胶合发生。相反，一对齿轮的材料硬度、成分和内部组织越接近，则对于防止胶合的发生越不利。齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 2.选择材料要考虑齿轮毛坯的成形方法、热处理和切齿加工条件 直径在500mm以下的齿轮，一般毛坯需经锻造加工，可采用变形钢。直径在400mm以上的齿轮，因一般锻压设备不便加工，常采用铸造成形毛坯，故宜选用铸钢或铸铁。对于单件或小批量生产的直径较大的齿轮，采用焊接方法制作毛坯，可以缩短生产周期，降低齿轮的制造成本。 当齿轮材料的热处理选择调质、正火或表面淬火时，常采用中碳钢或中碳合金钢。调质钢的强度、硬度和韧性等各项力学性能均优于正火钢，但切削性能不如

458、正火钢。在切削性能方面，通常合金钢不如碳钢。滚齿和插齿等切齿方法，一般只能切削硬度在270HBS以下的齿坯，其大体相当于调质或正火材料的齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 硬度。 3.选择材料要考虑齿轮生产的经济性 在满足使用要求的前提下，选择材料必须注意降低齿轮生产的总成本。总成本应当包括材料本身的价格和与生产有关的一切费用。通常碳钢和铸铁材料的价格较低，且具有较好的工艺性，因此在满足使用要求的前提下，应优先选用。 应当指出：在选择齿轮材料时，必须认真考虑齿轮制造工艺性的好坏。在小批量生产条件下，工艺性好坏，也许问题显得并不很突出。在大批量生产条件下，它有时可能成为选择材料的决定性因素。例如：

459、对于普通精度的齿轮，采用低碳或低碳合金钢渗碳淬齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 火，热处理周期长，且由于轮齿变形大，通常需要进行磨齿加工，从而会大大增加齿轮的制造成本。而如果选择中碳或中碳合金钢高频感应加热淬火，则由于热处理过程中加热时间短、轮齿变形小，可不必进行磨齿加工。其次，这种热处理方式生产率高，且便于实现热处理工艺的自动化生产。因此，二者相比，显然后者更适合于大规模生产方式。 此外，在选择材料时，还应当考虑材料的资源和供应情况，所选钢种要供应充足且品种尽量集中。在必须采用合金钢时，应首先立足于我国资源比较丰富的硅、锰、硼和钒等类合金钢种。 齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 试验齿轮的接

460、触疲劳极限试验齿轮的接触疲劳极限 所谓试验齿轮的接触疲劳极限是指某种材料的齿轮，在特定试验条件下，经长期持续的循环载荷作用，齿面不出现疲劳点蚀的极限应力。图18-3、18-418-5、18-6给出了失效概率为1%的各种材料试验齿轮的接触疲劳极限 值。图中曲线ML、MQ和ME分别表示当齿轮材料和热处理质量达到最低要求、中等要求和很高要求时的疲劳极限取值线。所谓中等要求，是指有经验的工业齿轮制造者以合理生产成本所能达到的要求；而很高要求，则通常只有在具备高可靠度的制造过程和可控能力时才能达到。齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 18-3齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 18-4齿轮材料及其选择齿轮材

461、料及其选择 18-5齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 18-6齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限 所谓试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限是指某种材料的齿轮，在特定试验条件下，经长期持续的脉动载荷作用，齿根保持不破坏的极限应力。图18-7、18-8、18-9、18-10给出了失效概率为1%的各种材料试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限 值，其取值原则同 。 当轮齿承受双向弯曲时，由图中查得 的值，需乘以0.7。齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 18-7齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 18-8齿轮材料及其选择齿轮材料及其选择 18-9齿轮材料及其选择齿轮材料及其

462、选择 18-10第四节第四节 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 学习要求学习要求 掌握齿轮传动受力分析的方法（包括假设条件、各分力大小、方向和作用点）； 理解计算载荷的概念； 了解载荷系数的物理意义及其影响因素；圆柱齿轮轮齿的受力分析圆柱齿轮轮齿的受力分析计算载荷计算载荷 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 轮齿的受力分析轮齿的受力分析1. 直齿圆柱齿轮 在理想状态下，齿轮工作时载荷沿接触线均匀分布。为简化分析，常以作用于齿宽中点的集中力代替这个分布力。若忽略摩擦力的影响，则该力为沿啮合线指向齿面的法向力 。法向力 可分解为两

463、个力，即：切向力Ft和径向力Fr，如图18-11。各力的大小计算如下： 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 18-11 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 切向力 Ft 径向力 FrFt tan （18-4） 法向力 式中，d1是小齿轮分度圆直径；T是小齿轮传递的标称转距；是分度圆压力角。 力的方向如下：切向力Ft，在从动轮为驱动力，与其回转方向相同；在主动轮为工作阻力，与其回转方向相反。径向力Fr，对于外齿轮，指向其齿轮中 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 心；对于内齿轮，则背离其齿轮中心。2.斜齿圆柱齿轮 用与直齿圆柱齿轮相似的方法，可将作用于斜齿圆柱齿轮轮

464、齿上的法向力Fn分解为三个力：即切向力Ft、径向力Fr和轴向力Fx ，如图18-12。 各力的大小计算如下： 切向力 Ft 径向力 FrFt tanatFt （18-5） 轴向力 FxFt tan 法向力 Fn 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 18-12 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 式中，a是端面压力角；an是法向压力角；是分度圆螺旋角；是基圆螺旋角。 斜齿圆柱齿轮的切向力、径向力方向的判断，与直齿圆柱齿轮相同。而作用于主动齿轮轮齿上轴向力方向的判断，可采用手握方法进行：即伸出与轮齿螺旋线旋向（左旋或右旋）同名的手握齿轮轴线，若令拇指以外的四指代表齿轮的回转方向

465、，则拇指伸直（与齿轮轴线平行）所指方向，即为作用于主动齿轮轮齿上的轴向力方向。而根据牛顿法则，从动齿轮的轴向力，应与主动齿轮的轴向力大小相等、方向相反。 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 计算载荷计算载荷 前面所讨论的力Ft、Fr、Fx、Fn和转距T1等均为齿轮的标称载荷，考虑齿轮传动实际工况等影响因素，通过修正计算得到的载荷，称为计算载荷。以齿轮的法向力Fn为例，其计算载荷Fnc可表示为： K （18-6） 齿面接触应力计算时: K （18-7）齿根弯曲应力计算时: K （18-8） 式中， 和 分别为接触应力和弯曲应力计算时的载荷系数； 是使用系数； 是动载系数； 是 圆柱齿轮

466、传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 齿向载荷分布系数； 、 分别为接触应力和弯曲应力计算时的齿间载荷分配系数。 现就各系数的意义、取值大小和影响因素讨论如下：1. 使用系数 使用系数 是考虑由于齿轮啮合外部因素而引起附加动载荷影响的系数。它取决于原动机和工作机特性、轴和联轴器系统的质量以及运行状态等。 可由表18-7选取。2.动载系数 ： 动载系数 是考虑齿轮啮合误差和运转速度等内 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 部因素引起的附加动载荷影响的系数，定义为 = 影响动载荷系数 的主要因素有：1)由基节和齿形偏差产生的传动误差；2) 齿轮的节圆速度；3) 转动件的转动惯量和刚度；4

467、）轮齿载荷；5）在啮合循环中轮齿啮合刚度的变化。 其它影响因素还有：磨合效果、润滑油特性、轴承 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 及箱体支承刚度以及动平衡精度等。动载系数K可根据齿轮制造精度和节圆速度按图18-14选取。 实践证明，采用轮齿修缘，即将靠近轮齿齿顶部分渐开线进行适当的修削的一种方法（如图18-15所示），有利于减小内部动载荷和噪声。经过修缘的轮齿称为修缘齿。3.齿向载荷分布系数 ： 齿向载荷分布系数 是考虑轮齿工作时沿齿宽方向载荷分布不均对齿面接触应力和齿根弯曲应力影响的系数，其定义为 = 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 18-14 圆柱齿轮传动的载荷计

468、算圆柱齿轮传动的载荷计算 18-15 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 影响齿向载荷分布的主要因素有：齿轮在轴上的布置方式、支承刚度、齿面硬度、齿宽以及齿轮的制造与安装误差等。 当齿宽b100mm时，齿向载荷分布系数 可视情况按图18-16选取。图中曲线、分别适用于齿轮在对称支承、非对称支承和悬臂支承场合。实线所示区域，适用于第公差组精度等级为58级的软齿面齿轮副。从图中不难看出：对于确定的齿宽系数 其相应的齿向载荷分布系数 为一个范围，其下限值与5级精度齿轮副对应，上限值与8级精度齿轮副对应。对于6、7级齿轮，可在其间估计选取。虚线所示曲线，适用于精度等级为5、6级的硬齿面齿轮副

469、。 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 18-16 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 齿轮在轴上的布置方式，对于齿向载荷分布的影响，可由图18-17得到说明：当齿轮相对于轴系的两支点作非对称布置时，轴的弯曲变形会引起齿向载荷分布不均现象。不难想象，齿轮相对于轴系作悬臂布置时，这种现象同样会发生，甚至情况更趋严重。 实践证明，把一对齿轮中的一个，轮齿做成鼓形齿（如图18-18所示），将有利于克服齿向载荷分布不均现象。齿轮轮齿进行修缘或制成鼓形齿的工艺过程统称为齿轮（齿廓）修形。4. 齿间载荷分配系数 、 齿间载荷分配系数 、 是考虑同时啮合的各 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿

470、轮传动的载荷计算 18-18 圆柱齿轮传动的载荷计算圆柱齿轮传动的载荷计算 对轮齿之间载荷分配不均匀的影响系数。其定义为：在转速近于零的情况下，一对齿轮在啮合区内轮齿上的最大载荷，与相同的一对精确齿轮轮齿上的相应最大载荷之比。 、 可由表18-8查得。 影响齿间载荷分配系数 、 的主要因素有：1）受载后轮齿变形；2）轮齿制造误差（特别是基节偏差）；3）齿廓修形；4）磨合效果等。第五节第五节 直齿圆柱齿轮传动的齿面直齿圆柱齿轮传动的齿面 接触疲劳强度计算接触疲劳强度计算直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算学习要求：学习要求： 掌握直齿圆柱齿轮传动齿面接触疲

471、劳强度计算方法（包括力的计算点确定方法及其依据）；齿面接触疲劳强度计算公式齿面接触疲劳强度计算公式许用接触应力许用接触应力主要参数选择主要参数选择 直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算公式：齿面接触疲劳强度计算公式： 一对齿轮的啮合，可视为以啮合点处齿廓曲率半径 、 所形成的两个圆柱体的接触（图18-19）。因此，根据赫兹公式，可以写出齿面不发生接触疲劳的强度条件为： = （18-9） 式中， 是作用于轮齿上的法向计算载荷； 、 是两齿轮材料的弹性模量； 、 是齿轮材料的直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触

472、疲劳强度计算 18-19直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算泊松比；是啮合点两齿廓的综合曲率半径， （负号用于内啮合）； 是齿面接触应力； 是齿面接触疲劳强度计算的许用接触应力；是轮齿接触线总长度。 由式（18-9），结合齿轮传动的具体情况，齿面接触疲劳强度的验算公式推导结果如下： = （18-10） 若以b= 代入式（18-10），则可得齿面接触疲劳强度的设计式 （18-11） 直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算 式中， 是弹性系数，由表18-9确定； 是节点区域系数，由图18-20确定； 是重合度系数，可按下

473、式计算： = （18-12） 式中， 是重合度，对未修缘的标准直齿圆柱齿轮传动， 可近似按下式计算： 1.883.2 （18-13） 在应用齿面接触疲劳强度计算公式时，需明确以下几点： 直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算1）式（18-10）、（18-11）、（18-13）中“”符号的意义为：正号用于外啮合，负号用于内啮合。2）公式中弹性系数 的单位为 ，因此，其相应力的单位应为N，长度单位为mm，且其余参数的单位也应保持一致。例如：转矩单位为Nmm，应力单位为MPa等。3）由于一对齿轮中只要有一个齿轮出现点蚀即导致传动失效，因此，在使用设计公式（18-

474、11）时，若两齿轮的许用应力 和 不同，则应代以其中较小值计算。 由式（18-11）可知，在其它条件一定时，似乎齿面接触疲劳强度取决于小齿轮直径 ，但由于一对齿直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算轮的中心矩a 和齿宽b 又可分别表示为 a （18-14） b= 因此，在载荷、材质和齿数比等影响因素确定之后，齿面接触疲劳强度实质上取决于齿轮传动的外廓尺寸，即其中心距与齿宽的大小。直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算许用接触许用接触应力应力 影响齿轮许用接触应力的因素很多，对于普通用途的齿轮，忽略一些次要因素，其许用接

475、触应力可表示为: （18-15） 式中， 是试验齿轮的接触疲劳极限，见图18-2图18-5； 是寿命系数； 是齿面接触疲劳强度计算的安全因数。1.寿命系数 寿命系数 是考虑当齿轮只要求有限寿命时，其 直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算许用应力可以提高的系数。 可由图18-21查得。其中应力循环次数N 或当量循环次数 由下式确定： 载荷稳定时 N60 载荷不稳定时 （18-16） N 60 式中， 是齿轮每转一周同一齿面的啮合次数；n是齿轮转速（rmin）； 是齿轮设计寿命（h）； 是当量循环次数； 是在1k个循环中，较长期 直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿

476、轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算18-21直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算作用的最大转矩； 、 、 分别为第i个循环的转矩、转速和工作小时数；m 是寿命指数，与材料类别有关，见表18-10 。2. 安全因数 选择安全因数时，应当考虑可靠性要求、计算方法和原始数据的准确程度以及材料和加工制造对零件品质的保障程度等。 可参考表18-11选取。当计算方法粗略、数据准确性不高时，可在表列最小安全因数 基础上，适当增大至1.21.6倍。直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算主要参数选择主要参数选择 在齿轮传

477、动设计中，齿宽系数 和小齿轮齿数选择的如何，将直接影响到齿轮传动的外廓尺寸以及传动质量的好坏。因此，取值应适当。1.齿宽系数 由设计式（18-11）可知，增大齿宽系数 ，可以减小齿轮的分度圆直径 ，缩小传动的径向尺寸，从而可降低齿轮的圆周速度。但齿宽越大，载荷沿齿宽分布的不均现象也越严重。因此，齿宽系数 的选择应当适当。对于一般用途的齿轮，建议按表18-12选取。直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算2. 小齿轮齿数 增加齿数可以增大传动的重合度，有利于齿轮传动的工作平稳性，这对于高速齿轮传动非常有意义。在分度圆大小不变的前提下，增大齿数可以减小模数、降低

478、齿高、缩小毛坯直径、减少金属切削量、降低齿轮制造成本。而齿高的降低又可以减小滑动系数，有利于提高轮齿的耐磨损、抗胶合能力。因此，当齿轮传动的承载能力主要取决于齿面强度时，如闭式软齿面齿轮传动，可选取较多的齿数，通常取 2040。当齿轮传动的承载能力主要取决于轮齿的抗直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算弯强度时，如硬齿面或开式齿轮传动，为了使传动尺寸不致于过大，应选取较少的齿数，一般可取z1720。 直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算第六节第六节 直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲

479、劳强度计算 直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算学习要求：学习要求： 掌握齿根弯曲疲劳强度计算方法计算方法；齿根抗弯疲劳强度计算公式齿根抗弯疲劳强度计算公式许用弯曲应力许用弯曲应力直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算齿根抗弯疲劳强度计算公式齿根抗弯疲劳强度计算公式 在进行齿根抗弯疲劳强度计算时，为使问题简化作如下假设： 1）全部载荷由一对齿承担； 2）载荷平稳且沿接触线均匀分布； 3）忽略摩擦力和应力集中等影响因素，且视轮齿为一宽度为b的悬臂梁（图18-22）。根据应力试验分析，轮齿危险载面可近似由30切线法确

480、定：即作与轮齿对称中线成30且与齿根过渡曲线相切的直线，则通过两切点的截面即为轮齿的危险截面。 如图18-22所示，若将作用于齿顶的法向力 分解为相互垂直的分力 和 直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算 18-22直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算则水平分力 在齿根产生弯曲应力 和切应力 ，而垂直分力 产生压应力 。与弯曲应力 相比，由于切应力 和压应力 都很小，且试验证明疲劳裂纹总是在轮齿受拉侧产生并扩展，故计算时暂不考虑其影响。于是，齿根不发生弯曲疲劳的强度条件为 = （a）式中， 是受拉侧齿根最大弯曲应

481、力； 是许用弯曲应力；M是齿根最大弯矩；W是轮齿危险截面的抗弯截面模量。 直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算 显然，这里 (b为啮合宽度) 于是: (b)引入齿形系数，令: (c)直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算 综合式（a）、（b）、（c），并计入载荷系数应力修正系数 和重合度系数 ,则可得齿根弯曲疲劳强度的验算式: （18-17）代以b d、dm ，经整理可得齿根抗弯疲劳强度的设计式 (18-18) 关于系数、和说明如下： 1.齿形系数直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯

482、疲劳强度计算 1.齿形系数 : 齿形系数 是考虑当载荷作用于齿顶时齿形对标称弯曲应力影响的系数。影响 的主要因素有：齿轮制式、齿数以及变位情况等。对于基本齿廓渐开线圆柱齿轮的 可由图18-23查取。对于内齿轮，取 2.053。2.应力修正系数 应力修正系数 是将标称弯曲应力换算成齿根局部应力的系数，它考虑了齿根过渡曲线处的应力集中效应以及弯曲应力以外的其它应力对齿根应力的影响。 可由图18-24查取。对于内齿轮，取 2.65。直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算18-23直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算3.

483、重合度系数 重合度系数 是将载荷由齿顶转换到单对齿啮合区上界点的系数，可按下式计算: 0.25 (18-19) 与齿面接触疲劳强度计算公式相同，在使用齿根抗弯曲疲劳强度计算公式（18-17）和（18-18）时，必须保持式中各参数单位的一致性。其次，还应注意：1）在使用设计式（18-18）时,应将两齿轮的 和 数值进行比 较，并代以其中较大值计算；直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算2）由设计式求得模数后，需按表8-1圆整为标准值；3) 对于动力传动齿轮，一般模数不应小于1.52mm。 公式(18-18)表明：当其它条件确定之后，轮齿的抗 弯曲疲劳强度主

484、要取决于模数大小。许用弯曲应力许用弯曲应力 对于普通用途的齿轮，其许用弯曲应力可表示为 （18-20） 式中， 是试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限，见图18-6图18-9； 是抗弯曲疲劳强度计算的寿命系数； 是抗弯曲疲劳强度计算的安全因数； 是尺寸直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算系数。1.寿命系数 寿命系数 是考虑当齿轮只要求有限寿命时，其 许用弯曲应力可以提高的系数。 可由图18-25查 取。其中，应力循环次数N（或 ）仍按式（18- 16）计算。2. 安全因数 安全因数 可参照表18-11选取。由于材料的抗弯 疲劳强度比接触疲劳强度离散性大，同时，断

485、齿比点 蚀的后果更为严重，因此抗弯疲劳强度的安全裕量应 当更大一些。当计算方法粗略，数据准确性不高，材直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算18-25直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算 料、热处理以及加工制造等因素不利时，可在表列最 小安全因数 基础上，适当增大至1.33倍。3. 尺寸系数 尺寸系数 是考虑尺寸增大使材料强度降低的修 正系数。 可由图18-26确定。直齿圆柱齿轮传动的齿根直齿圆柱齿轮传动的齿根 抗弯疲劳强度计算抗弯疲劳强度计算18-26第七节第七节 直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的 静强度计

486、算静强度计算直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的 静强度计算静强度计算学习要求：学习要求： 对照齿轮传动的疲劳强度计算，了解齿轮传动的静强度计算方法； 齿轮传动的静强度计算是针对循环次数N （ 为静强度计算的最大循环次数）的过载应力进行的。所谓过载应力是指齿轮在超过额定工况的短时大载荷作用下的应力，如大惯性系统中齿轮的迅速起动、制动引起的冲击, 在运行中出现的异常重载荷或者重复性的中等以上冲击等，都会在轮齿上引起过载应力。过载应力，即使只有一次，也可能引起齿面塑直齿圆柱齿轮传动的静直齿圆柱齿轮传动的静强度计算强度计算学习要求：学习要求： 对照齿轮传动的疲劳强度计算，了解齿轮传动的静强度计算方法

487、； 齿轮传动的静强度计算是针对循环次数N （ 为静强度计算的最大循环次数）的过载应力进行的。所谓过载应力是指齿轮在超过额定工况的短时大载荷作用下的应力，如大惯性系统中齿轮的迅速起动、制动引起的冲击, 在运行中出现的异常重载荷或者重复性的中等以上冲击等，都会在轮齿上引起过载应力。过载应力，即使只有一次，也可能引起齿面塑直齿圆柱齿轮传动的静直齿圆柱齿轮传动的静强度计算强度计算性变形或齿面破碎现象。严重时还可能引起齿轮的整体塑性变形或折断。因此，对于工作中具有短时大过载的齿轮传动，应当进行轮齿的静强度计算。 轮齿静强度计算包括：低循环次数的强度计算和瞬间过载的强度计算。前者指过载应力的循环次数为 情

488、况，后者指过载应力的循环次数 情况。 轮齿的静强度计算与疲劳强度计算方法大致相同，但需注意以下几点：（1）轮齿静强度计算,一般为在疲劳强度计算基础上 的校核计算，属于验算性质，故多采用验算公式形 式。直齿圆柱齿轮传动的静直齿圆柱齿轮传动的静强度计算强度计算（2）在计算工作应力时，载荷系数中不考虑使用系数 。并且，对于起动阶段或低速工况下工作的齿 轮，也不考虑动载系数 ,即通常取 ；其 次，疲劳强度计算公式中的转矩 要相应代以过载 时的最大转矩 。（3）在齿轮的设计寿命期内，对于较大的非经常性的 短时过载（一般指应力循环次数 情况，只 需要校核轮齿材料的抗屈服能力。 综上所述，齿面静强度的校核公

489、式可表示为: 直齿圆柱齿轮传动的静直齿圆柱齿轮传动的静强度计算强度计算 (18-21) 式中， 是过载时齿面最大应力； 是静强度齿面许用应力； 是静强度寿命系数，可由图18-21查得； 是静强度安全因数，需根据失效后果确定，一般取值不应低于 。 齿根抗弯曲静强度的校核公式可表示为:直齿圆柱齿轮传动的静直齿圆柱齿轮传动的静强度计算强度计算 (18-22) 式中， 是过载时齿根最大弯曲应力；是静强度许用弯曲应力； 是静强度寿命系数，由图18-25查得； 是静强度安全因数； 是屈服强度系数。一般工业齿轮取 =0.75，重要齿轮取 =0.5； 是材料的屈服点。在缺乏资料时， 直齿圆柱齿轮传动的静直齿圆

490、柱齿轮传动的静强度计算强度计算可按下面方法确定： 对于调质和淬硬齿轮: =3.324布氏硬度值-226.2 对于回火或正火齿轮: （18-23） =0.014 -2.069布氏硬度值+213.8 直齿圆柱齿轮传动的静直齿圆柱齿轮传动的静强度计算强度计算第八节第八节 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算学习要求：学习要求： 掌握齿根弯曲疲劳强度计算方法计算方法； 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算，在方法上与直齿圆柱齿轮传动大致相同，其主要区别是：1）在接触疲劳强度计算中，由于斜齿圆柱齿轮的法向 齿廓为渐开线，故计算接触应力时，应代以齿

491、廓啮合 点的法向曲率半径；2）斜齿圆柱齿轮接触线总长度L不仅受端面重合度 影响，同时还受轴向重合度 影响，并且，考虑由 于接触线倾斜有利于承载能力的提高，而在计算中斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算引入螺旋角系数予以修正；3）在齿根抗弯曲疲劳强度计算中，同样也引入螺旋角系数，来考虑接触线倾斜对轮齿抗弯曲疲劳强度的影响。除此之外，在公式形式和主要参数的确定方法上都与直齿圆柱齿轮大同小异。这里对公式不作推导，必要时可参阅其它相关资料。 齿面接触疲劳强度计算公式齿面接触疲劳强度计算公式齿根抗弯疲劳强度计算公式齿根抗弯疲劳强度计算公式斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计

492、算齿面接触疲劳强度计算公式：齿面接触疲劳强度计算公式：验算式： （18-24）设计式： （18-25）式中， 是旋角系数，按下式计算： （18-26） 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 是重合度系数，按下式计算： 时： 时： （18-27） 对于标准和未修缘的斜齿圆柱齿轮传动，端面重合度可近似按下式计算： （18-28）斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 轴向重合度 和总重合度 按表8-5中公式计算。 其它参数的意义均与直齿圆柱齿轮相同。 斜齿圆柱齿轮传动的齿面接触静强度计算同直齿圆柱齿轮传动。齿根抗弯疲劳强度计算公式：齿根抗弯疲劳强度计算公式：验算式：

493、（18-29）斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算设计式： （18-30） 式中， 是法面模数； 是齿形系数，根据当量齿数 查图18-23； 是应力修正系数，根据当量齿数 查图18-24； 是螺旋角系数，查图18-28； 是重合度系数； 是当量齿轮的端面重合度； 是基圆螺旋角。 按下式计算： （18-31） 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算18-28斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 （18-32） 斜齿圆柱齿轮传动的弯曲静强度计算同直齿圆柱齿轮传动。斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算第九节第九节直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传

494、动 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动学习要求：学习要求： 掌握齿根弯曲疲劳强度计算方法计算方法； 锥齿轮用于相交轴之间的传动。两轴交角大多为90，即两轴垂直相交传动形式。直齿锥齿轮传动的设计、制造比较简单。但由于制造精度普遍较低，工作中振动和噪声较大，故速度不宜过高，一般用于圆周速度v5 m/s场合。 下面来讨论交角=90的直齿锥齿传动的受力分析和强度计算。 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动主要几何参数主要几何参数受力分析受力分析齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算齿根抗弯疲劳强度计算齿根抗弯疲劳强度计算 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动主要几何参数：主要几何参数：1. 模数m 锥齿轮的标准模数m系列

495、见表8-8。2.齿数比与分锥角 、 如图18-29，在一对锥齿轮中，由于其大端分度圆直径可分别表示为： 小齿轮： 大齿轮 （18-33） 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动18-29 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动所以，齿数比： (18-34)式中， 、 分别为小齿轮和大齿轮的分锥角。3. 锥距R 锥距R反映锥齿轮传动的外廓尺寸及承载能力的大小，是锥齿轮传动的特征尺寸，它大体相当于圆柱齿轮传动的中心矩。由图18-29，可以得出：锥距 （18-35）于是，锥齿轮的分锥角 、 ，可分别表示如下： 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动 (18-36) (18-37)4. 齿宽系数 锥齿轮的齿宽系数通常定义为其齿宽b

496、与锥距R之比，以 表示，即： （18-38） 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动设计中， 一般取 =0.250.3。5. 平均直径 和平均模数 锥齿轮齿宽中点分度圆直径称平均直径，以表示，其相应模数称平均模数，以 表示。显然 (18-39) 在图18-29中，以小齿轮为例，其平均直径可表示为： (18-40)于是，由式(18-39)、(18-40)得： (18-41) 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动受力分析：受力分析： 直齿锥齿轮工作时，若不考虑摩擦力和载荷集中的影响，其轮齿所受力仍可简化为一个作用于齿宽中点，且垂直于齿面的集中力法向力 。 可分解为互相垂直的三个分力（图18-30a），即： 切向力

497、径向力 （18-42） 轴向力 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动18-30 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动 切向力方向：在主动轮上， 与其回转方向相反；在从动轮上， 与其回转方向相同。径向力方向：沿径向分别指向各自轮心。轴向力方向：沿轴向分别指向各自大端。对于两轴交角=90的直齿锥齿轮传动，其各分力之间有如下关系（图18-30b）： （负号表示力的指向相反） 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动齿面接触疲劳强度计算：齿面接触疲劳强度计算： 如前所述，锥齿轮沿齿宽方向的齿廓大小不同，轮齿各截面刚度不同，受载后变形复杂，故载荷沿齿宽分布情况也比较复杂。其次，由于制造精度低，工作中同时啮合的各对轮齿之间载荷分配情

498、况也难以确定。因此，锥齿轮的强度计算比较复杂。为简化计算，通常对其作如下处理： 如前所述，锥齿轮沿齿宽方向的齿廓大小不同，轮齿各截面刚度不同，受载后变形复杂，故载荷沿齿宽分布情况也比较复杂。其次，由于制造精度低，工作中同时啮合的各对轮齿之间载荷分配情况也难以确 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动定。因此，锥齿轮的强度计算比较复杂。为简化计算，通常对其作如下处理： 依此，由式（18-10）可得当量齿轮齿面接触疲劳强度的验算式： （a） 式中， 是当量小齿轮分度圆直径； 是当量小齿轮传递的标称转矩； 是当量齿数比。 这里 (b) 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动 (c) (d) (e)将式（b）、（c）、（

499、d）、（e）代入式（a）并简化，即可得锥齿轮的齿面接触疲劳强度计算公式：验算 （18-43） 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动设计式 （18-44） (18-45) 式中，K是载荷系数； 是使用系数，见表18-7； 是动载系数，按平均直径 处的切线速度查图18-14； 是齿向载荷分布系数，当两锥齿轮均为悬臂时，取 =1.88 2.25；其中之一为悬臂时，取 =1.651.88；二者均为两端支承时，取 =1.5 1.65。 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动其余参数，如： 、 、 等，均与圆柱齿轮相应参数意义相同，可参照直齿圆柱齿轮传动的方法确定。齿根抗弯疲劳强度计算：齿根抗弯疲劳强度计算： 由式 （18

500、-17），可得当量齿轮齿根抗弯疲劳强度的验算式： （f）将式（b）、（c）、（e）代入式（f），并代以，经整理可得锥齿轮齿根抗弯疲劳强度的计算公式： 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动验算式： （18-46） （18-47）式中， 是齿形系数，可按当量齿数 近似查图18-23选取； 是应力修正系数，依 查图18-24；是许用弯曲应力，参照直齿圆柱齿轮传动的方法确定。 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动第十节第十节齿轮传动的效率与润滑齿轮传动的效率与润滑 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动 闭式齿轮传动的效率由下式计算 （18-48） 式中， 是考虑齿轮啮合损失的效率； 是考虑搅油损失的效率； 是轴承的效率。 当

501、齿轮速度不高且采用滚动轴承时，其传动效率的估计值可由表18-14选取。 轮齿啮合时，由于齿面间存在相对滑动而发生摩擦磨损。在高速传动中，这种齿面间的摩擦磨损更为严重，故在齿轮传动中润滑是非常必要的。闭式齿轮传动，当齿轮的圆周速度v15 m/s时，常将 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动大齿轮的轮齿浸入油池采用油浴润滑，如图18-31所示。借助齿轮的传动，将油带到啮合齿面，同时也可把油甩到箱壁上，用以散热和润滑轴承。为了减少齿轮的搅油阻力和润滑油的温升，齿轮浸入油中的深度，一般不超过一个齿高（但不少于10mm），最大浸油深度不应超过大齿轮半径的1/3。对于锥齿轮，浸油深度至少为齿宽b的一半，或至整个齿

502、宽。 箱体油池中的油量，与齿轮传递功率的大小有关。单级齿轮传动，每1kW的加油量约为（0.35 0.7）L，多级齿轮传动，按级数可适当成倍增加。 当齿轮圆周速度v15 m/s时，应采用喷油润滑。 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动18-31 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动所谓喷油润滑是将润滑油以一定压力由喷嘴直接喷射到齿轮啮合处的一种润滑方法，如图18-32所示。 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动18-32 直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动第第 十十 九九 章章 蜗蜗 杆杆 传传 动动一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点优点： 1.结构紧凑，传动比大；3.当蜗杆导程角很小时，能实4.现反行程自锁；2.传动平稳

503、，噪声低；15.1概概述述缺点：1.传动效率低，发热量大；2.传动功率较小；3.蜗轮齿圈常需用青铜制造，成本较高；蜗杆传动蜗杆传动二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动环环面面蜗蜗杆杆传传动动锥锥蜗蜗杆杆传传动动蜗杆传动蜗杆传动圆圆柱柱蜗蜗杆杆传传动动普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动阿基米德蜗杆传动阿基米德蜗杆传动渐开线蜗杆传动渐开线蜗杆传动法向直廓蜗杆传动法向直廓蜗杆传动锥面包络蜗杆传动锥面包络蜗杆传动三、蜗杆传动的精度等级极其选择三、蜗杆传动的精度等级极其选择蜗杆传动蜗杆传动15.2蜗杆传动的主要蜗杆传动的主要参数与几何尺寸参数与几何尺

504、寸一、蜗杆传动的主要参数一、蜗杆传动的主要参数1.模数和压力角模数和压力角导程角导程角2.蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径d1和直径系数和直径系数q表表19-24.蜗杆头数蜗杆头数z1和蜗轮齿数和蜗轮齿数z2蜗杆传动蜗杆传动3.蜗杆分度圆柱导程角蜗杆分度圆柱导程角 =蜗杆轴向齿距蜗杆轴向齿距蜗杆头数蜗杆头数5.传动比传动比i，中心距中心距a 蜗杆传动蜗杆传动二、蜗杆传动的变位二、蜗杆传动的变位目的：目的： 调整中心距或调整传动比。调整中心距或调整传动比。特点：特点：1、蜗杆的尺寸保持不变，被变动的只是蜗轮的尺寸；、蜗杆的尺寸保持不变，被变动的只是蜗轮的尺寸；2、变位后，啮合时只是蜗杆节线有所改变，

505、蜗轮节圆、变位后，啮合时只是蜗杆节线有所改变，蜗轮节圆永远与分度圆重合。永远与分度圆重合。蜗杆传动蜗杆传动未变位蜗杆传动的中心距：未变位蜗杆传动的中心距：变位蜗杆传动的中心距：变位蜗杆传动的中心距：变位系数变位系数或或三、蜗杆传动的几何计算三、蜗杆传动的几何计算蜗杆传动蜗杆传动15.3蜗杆传动的设计计算蜗杆传动的设计计算一、失效形式、计算准则及常用材料一、失效形式、计算准则及常用材料1.失效形式失效形式2.计算准则计算准则3.常用材料常用材料二、蜗杆传动的受力分析二、蜗杆传动的受力分析=蜗杆传动蜗杆传动Fx1Ft1FnFr1=蜗杆传动蜗杆传动三、蜗杆传动的承载能力计算三、蜗杆传动的承载能力计算

506、（一）、蜗轮齿面接触疲劳强度计算（一）、蜗轮齿面接触疲劳强度计算L接触线长度，接触线长度，蜗杆传动蜗杆传动取取，=对于阿基米德蜗杆：对于阿基米德蜗杆：=将将、代入：代入：=蜗杆传动蜗杆传动引入量纲为引入量纲为1的参数的参数z :=取取， 则蜗杆传动的接触疲劳强度验算式可写为：则蜗杆传动的接触疲劳强度验算式可写为：蜗杆传动蜗杆传动设计公式为：设计公式为：计算模数：计算模数：1000.667（二）、蜗轮轮齿弯曲疲劳强度计算（二）、蜗轮轮齿弯曲疲劳强度计算蜗杆传动蜗杆传动设计公式为：设计公式为：四、蜗杆传动的效率四、蜗杆传动的效率蜗杆传动的啮合效率；蜗杆传动的啮合效率；考虑搅油损耗的效率，一般取考虑

507、搅油损耗的效率，一般取0.960.99；当蜗杆主动时当蜗杆主动时轴承效率；轴承效率；蜗杆传动蜗杆传动五、蜗杆传动的润滑五、蜗杆传动的润滑六、蜗杆传动的热平衡计算六、蜗杆传动的热平衡计算其中：其中：第二十一章第二十一章 滚动轴承滚动轴承21.121.1概概 述述21.221.2滚动轴承的类型和选择滚动轴承的类型和选择21.321.3滚动轴承的代号滚动轴承的代号21.421.4滚动轴承的载荷、失效和计算准则滚动轴承的载荷、失效和计算准则21.521.5滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算21.621.6滚动轴承的静强度计算滚动轴承的静强度计算21.721.7滚动轴承的极限转速滚动轴承的极限转速21

508、.821.8滚动轴承的润滑与密封滚动轴承的润滑与密封 例例 题题21.1概概 述述轴承轴承用来支承心轴或转轴的部件。根据其工作时的摩擦性质，可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。1滚动轴承滚动轴承的特点（与滑动轴承相比较）1）摩擦阻力小、起动灵活、效率高；2）由专业厂家批量生产，类型尺寸齐全，标准化程度高；3）抗冲击能力较差，径向尺寸比较大，高速重载时寿命较低且噪声较大。3滚动轴承的材料滚动轴承的材料 概概 述述2滚动轴承的组成滚动轴承的组成核心元件核心元件滚动体的类型滚动体的类型21.1滚动轴承的类型和选择滚动轴承的类型和选择1滚动轴承的分类向心轴承：主要承受径向载荷推力轴承：主要承受轴向载荷按所

509、能承受的载荷方向按滚动体的形状滚子轴承球轴承滚动轴承的主要类型、结构和特点滚动轴承的主要类型、结构和特点按滚动体的列数 滚动轴承的类型和选择滚动轴承的类型和选择单列轴承双列轴承按内、外圈能否分离 可分离型轴承不可分离型轴承接触角接触角滚动体与套圈接触处的法线与轴承径向平面间的夹角称为轴承的接触角。公称接触角用表示。按公称接触角的不同，轴承的分类为:向心轴承向心轴承：045，主要承受径向载荷；径向接触轴承径向接触轴承0 0 的向心轴承；的向心轴承；向心角接触轴承向心角接触轴承 045045的向心轴承；的向心轴承；径径向向接接触触轴轴承承向向心心角角接接触触轴轴承承滚动轴承的类型和选择滚动轴承的类

510、型和选择推力轴承：推力轴承： 4545 90 90 ，主要承受轴向载荷；主要承受轴向载荷；轴向接触轴承90的推力轴承推力角接触轴承 45 90的推力轴承滚动轴承的类型和选择滚动轴承的类型和选择推力球轴承（推力球轴承（5 5）2.2.常用滚动轴承类型常用滚动轴承类型 向心轴承：主要承受径向载荷向心轴承：主要承受径向载荷F FR R深沟球轴承（深沟球轴承（6 6）圆柱滚子轴承（圆柱滚子轴承（N N）调心球轴承（调心球轴承（1 1）推力轴承：只能承受轴向载荷推力轴承：只能承受轴向载荷FAFA向心推力轴承：向心推力轴承： F FR R + F + FA A 角接触球轴承（角接触球轴承（7 7） 圆锥滚

511、子轴承（圆锥滚子轴承（3 3）滚动轴承的类型和选择滚动轴承的类型和选择1、根据载荷的大小及性质、根据载荷的大小及性质2、根据载荷的方向、根据载荷的方向3、根据转速的高低、根据转速的高低二、滚动轴承类型的选择：二、滚动轴承类型的选择：4、根据回转精度、根据回转精度5、根据调心性能、根据调心性能滚动轴承的类型和选择滚动轴承的类型和选择6、根据经济性能、根据经济性能21.3滚动轴承的代号滚动轴承的代号国家标准规定，滚动轴承的类型、尺寸、结构和公差等级等特征，用代号表示。 前置代号基本代号后置代号轴承分部件轴承类型尺寸系列轴承内径内部结构密封与防尘套圈变形轴承材料公差等级游隙配置其它1. 1. 基本代

512、号基本代号类型代号 表示轴承的基本类型，用数字或字母表示。尺寸系列代号 表示内径相同的轴承可具有不同的外径，而同样外径时又可有不同的宽度（对推力轴承指高度）。由两位数字表示。内径代号表示轴承的内径尺寸，用两位数字表示，滚动轴承的代号滚动轴承的代号轴承的内径代号轴承的内径代号内径尺寸内径尺寸d/mmd/mm2020480480（5 5进位）进位）22283210121517内径代号内径代号040496(96(代号乘以代号乘以5 5即为内径即为内径) )/ /内径尺寸毫米内径尺寸毫米数数0000010102020303示例示例代号代号0606/28/280202内径内径d dd d656530mm

513、30mmd d28mm28mmd d15mm15mm滚动轴承的代号滚动轴承的代号1）内部结构代号 表示同一类型轴承不同的内部结构，用字母表示且紧跟在基本代号之后如C、AC和B分别代表公称接触角为15、25和40的角接触球轴承；2）公差等级代号 :/P0、 /P6 等3）游隙代号:/C1、/C2、/C3、/C4、/C5等 4）配置代号:/DB、/DF /DT 滚动轴承的代号滚动轴承的代号2. 后置代号DB滚动轴承的代号滚动轴承的代号DFDT表示轴承的分部件，以字母表示，如K代表滚子轴承的滚子和保持架组件，L代表可分离轴承的可分离套圈等。滚动轴承的代号滚动轴承的代号3.前置代号例例21-121-1

514、 说明轴承代号、7210AC/P5的含义。6 0 24公差等级为0级内径尺寸d=245= 120mm尺寸系列(1)0（宽度系列1，直径系列0）深沟球轴承 7 2 10 AC /P5滚动轴承的代号滚动轴承的代号公差等级为5级公称接触角=25 内径d10550mm尺寸系列(0)2，（宽度系列0，直径系列2） 角接触球轴承 只受径向载荷的情况由理论分析知，受载最大的滚动体的载荷为：21.4滚动轴承的载荷、失效和计算准则滚动轴承的载荷、失效和计算准则滚动轴承的载荷分布滚动轴承的载荷分布只受轴向载荷的情况滚动轴承的载荷、失效和计算准则滚动轴承的载荷、失效和计算准则径向载荷、轴向载荷联合作用的情况这种情况

515、下，滚动体的受力和轴承的载荷分布不仅与径向载荷和轴向载荷的大小有关，还与接触角的变化有关。滚动轴承的失效形式及计算准则滚动轴承的失效形式及计算准则1失效形式疲劳点蚀 :脉动循环的接触应力 滚动轴承的载荷、失效和计算准则滚动轴承的载荷、失效和计算准则 塑性变形: 过大的静载荷或冲击载荷 磨损:磨粒磨损,粘着磨损、胶合。 2计算准则正常工作条件下做回转运动的滚动轴承，主要发生点蚀，故应进行接触疲劳寿命计算；当载荷变化较大或有较大冲 击载荷时，还应增加静强度校核；转速很低（nP1，且两轴承类型、尺寸相同，故只按轴承计算寿命即可。取P = P2，且由式（21-7）有寿命高于9000h，故满足寿命要求由

516、于载荷平稳，转速不是很低，故不必校核静强度。该 轴 承 转 速 只 有 960r/min， 远 低 于 极 限 转 速（9600r/min），故也不需校验极限转速。结论：6206轴承能满足使用要求。脂润滑即可。 例例21-321-3 第二十二章第二十二章 滑动轴承滑动轴承 概述概述22.1 22.1 滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构22.2 22.2 滑动轴承材料滑动轴承材料 22.3 22.3 润滑剂与润滑方法的选用润滑剂与润滑方法的选用22.4 22.4 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算 22.5 22.5 流体静压轴承流体静压轴承 概概 述述滑动轴承滑动轴承与轴颈表面形成滑动

517、摩擦副的轴承组成、 特点及应用不同类型、不同应用场合的滑动轴承,其重要程度和运转参数差异非常大,结构的复杂程度和价格差异亦极大。因而，滑动轴承的设计计算，在要求和工作量方面也有很大的差别。 滑动轴承设计计算内容 概概 述述决定轴承的结构型式 ;选择轴瓦、衬层和涂覆层材料； 确定轴承几何参数； 选择润滑剂和润滑方法； 计算轴承工作能力，确定轴承运转参数。 21.1滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构按能承受的载荷方向 滑动轴承的类型与应用滑动轴承的类型与应用径向轴承 推力轴承 22.1滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构按能承受的载荷方向 滑动轴承的类型与应用滑动轴承的类型与应用径向轴承

518、 推力轴承 径向推力轴承 按摩擦状态滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构干摩擦轴承无润滑轴承承 固体润滑轴承 流体摩擦（润滑）轴承 流体动压轴承流体静压轴承 动静压混合润滑轴承 流体摩擦 混合摩擦（润滑）轴承: 干摩擦、边界摩擦、流体摩擦共有的摩擦状态 滑动轴承的结构滑动轴承的结构 径向轴承 滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构3）调心轴承 1）整体式2）剖分式推力轴承结构a)圆止推面 b)环形止推面c)单止推环d)多止推环 滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构轴瓦轴瓦 滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构轴瓦包括径向轴承的轴瓦、轴套和推力轴承的推力瓦。 轴瓦 单层(金属)轴瓦

519、和多层(金属)轴瓦厚壁轴瓦和薄壁轴瓦 带挡边和不带挡边轴瓦 轴套 滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构带挡边和不带挡边轴套;单层和多层轴套油孔、油槽和油室 滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构油孔、油槽和油室 22.2滑动轴承材料滑动轴承材料对轴瓦材料性能的要求对轴瓦材料性能的要求1减摩性 成副材料的属性(不是单一材料的属性) 2嵌入性 材料允许润滑剂中外来硬质颗粒嵌入而防止刮伤和磨粒磨损的性能。 3顺应性3顺应性滑动轴承材料滑动轴承材料材料靠表层的弹塑性变形补偿滑动摩擦表面初始配合不良和轴的挠曲的性能。 4耐磨性 配副材料抵抗磨损的性能。 5耐气蚀性 材料抵抗气蚀(磨损)的性能。 6

520、磨合性 在轴颈与轴瓦初始接触的磨合阶段，减小轴颈或轴瓦加工误差、同轴度误差、表面粗糙度，使接触均匀，从而降低摩擦力、磨损率的性能。 轴瓦材料的种类轴瓦材料的种类 滑动轴承材料滑动轴承材料1 金属材料铸造锡基轴承合金:如,ZSnSb12Pb10Cu4。 铸造铅基轴承合金:如,ZPbSb16Sn16Cu2铸造铜基轴承合金:如, ZCuSn5Pb5Zn5, ZCuSn10P1变形(锻造)铜合金:如, CuSn8P 铸造铝基轴承合金 耐磨铸铁 2粉末冶金材料 3.非金属材料:工程塑料、炭石墨、陶瓷、橡胶轴瓦表面涂层材料轴瓦表面涂层材料 滑动轴承材料滑动轴承材料常用的表面涂层材料：PbSn10、PbIn

521、7、PbSn10Cu2 涂层的功能使轴瓦表面与轴颈匹配有良好的减摩性；提供一定的嵌入性；改善轴瓦表面的顺应性；防止含铅衬层材料中的铅腐蚀轴颈。 涂层的厚度一般为0.017 mm0.075 mm。 各种轴瓦材料的性能比较各种轴瓦材料的性能比较 滑动轴承材料滑动轴承材料轴瓦材料抗拉强度b/MPa 弹性模量E/GPa 密度/ gcm-3 热导率/W(m)-1 线胀系数/10-6-1 锡基轴承合金 809048577300738033.538.523.1铅基轴承合金60802993001020020.925.124.028.0铜基轴承合金 150700751207600900027711619耐磨铸铁

522、200350表表22-1 22-1 各种轴瓦材料的物理性能各种轴瓦材料的物理性能 表表22-2 22-2 各种轴瓦材料的使用性能比较各种轴瓦材料的使用性能比较 滑动轴承材料滑动轴承材料金属材料非金属材料(含油)粉末冶金材料锡(铅)基轴承合金铜基轴承合金铜铅合金铸铁塑料木材橡胶炭石墨承载能力尚可良良良尚可差差差尚可减摩性优中等良中等中等优优良中等耐磨性尚可优中等优中等尚可差尚可中等顺应性优尚可差差优良优中等差22.3润滑剂与润滑方法的选用润滑剂与润滑方法的选用润滑剂及其选用润滑剂及其选用滑动轴承常用润滑剂有：润滑油、润滑脂、固体润滑剂、气体润滑剂、水等。 润滑油在一般参数下的大多数滑动轴承使用矿

523、物油，有特殊要求时使用合成油。 1.为滑动轴承专门研制的主轴、轴承和有关离合器用油(F组)。 润滑剂与润滑方法的选用润滑剂与润滑方法的选用2.为某些机械研制的润滑油也是用来润滑那些机械中的滑动轴承的。 润滑油的选用 轴颈线速度v/ms10.10.10.30.30.60.61.21.22.02.05.05.09.09.0轴承载荷p/MPa3工作温度1060粘度等级68,1006846,684632,4615,22,327,1037.5150100,15010068,100687.5302080680,1000680460,320150,220轴承间隙/mm0.0020.006 0.0060.01

524、00.0100.0300.0300.060主轴油牌号L-FD2L-FD3、5、7L-FD7、10L-FD15、22 主轴油的选用主轴油的选用 高速主轴轴承一般应选用L-FD油，可根据轴承间隙按下表选牌号。润滑剂与润滑方法的选用润滑剂与润滑方法的选用润滑脂 脂润滑轴承可根据滑动速度参考表22-5选用润滑脂的锥入度，根据工作温度选取润滑脂品种。润滑剂与润滑方法的选用润滑剂与润滑方法的选用轴承工作温度/ 60 60130130线速度v/ms-10.50.50.50.5润滑脂品种钙基润滑脂羟基润滑脂锂基润滑脂膨润土基脂锥入度/(10mm)-1265340335385220250表22-5 脂润滑轴承润

525、滑脂的选择 固体润滑剂滑动轴承常用的固体润滑剂有炭石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。润滑剂与润滑方法的选用润滑剂与润滑方法的选用润滑方法的选用润滑方法的选用 油、脂润滑滑动轴承润滑方法的选取油、脂润滑滑动轴承润滑方法的选取K/(Nm)1/2s-3/2 2000200016000160003200032000润滑剂润滑脂 润滑油润滑方法旋盖式注油杯润滑滴油润滑飞溅、油环或压力供油润滑压力供油润滑F 轴承的径向载荷,B 是轴承的有效宽度d 轴颈直径；v 轴颈的圆周速度(m/s) 22.4 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算滑动轴承的参数滑动轴承的参数径向轴承轴颈直径d或半径r轴瓦孔直径D或半径R半径

526、间隙c(c=Rr) 相对间隙(=c/r)轴瓦宽度B 1.几何参数滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算推力轴承 止推环的外径do或外半径ro止推垫圈的内直径di或内半径ri 轴瓦宽度B、轴颈的直径d、止推环的外径do、止推垫圈的内直径di需通过承载能力计算确定，而半径间隙c或相对间隙则需要根据经验选取。2.工况参数 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算载荷F(包括大小、方向和特性)；轴的转速n(包括大小、方向和特性)。一般已知。3.热力学参数 功耗P、散热量、轴承各处温度和润滑剂的温度。实测值必须在允许的范围内，通过计算在设计时加以控制。无润滑轴承的设计计算无润滑轴承的设计计算 滑动轴承的设计计

527、算滑动轴承的设计计算设计已知条件：轴径d、转速n、载荷F、轴瓦材料。设计准则:轴承的p、v值不要超过轴承材料极限p-v曲线限定的范围。 设计步骤 1)计算出滑动速度 : v=dn (径向轴承)2)计算允许的p值 无润滑轴承的失效形式:磨损 3)确定轴承宽度 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算F-轴承所承受的径向载荷 ,D-轴承直径 4）其它参数 相对间隙（=2c/d） , =0.810-3(dn)1/4 轴瓦壁厚 推荐值见表22-7 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算轴瓦孔径10181830304040505065658080100100150150200轴瓦壁厚工程塑料0.81.01.0

528、1.51.52.02.03.03.03.53.54.0炭石墨344568101212181825表表22-7 22-7 工程塑料与炭石墨轴瓦壁厚工程塑料与炭石墨轴瓦壁厚 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算含油轴承、不充分润滑轴承和固体润滑轴承的计算含油轴承、不充分润滑轴承和固体润滑轴承的计算 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算1.限制轴承的单位面积载荷p(防止过度塑性变形和磨损) 径向轴承推力轴承 2.限制轴承滑动速度v (防止高温下过快磨损 )径向轴承 v=dnv v=(do+di)n/2v 推力轴承3.限制轴承的pv值(限制轴承发热量) 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算径向轴承 推

529、力轴承 将对p、pv、v的限制画在对数坐标图上，构成一条折线。这种计算方法称为条件性计算条件性计算。 p、v和pv数据查阅相关表格。液体动力润滑轴承的计算液体动力润滑轴承的计算 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算液体动力润滑轴承是利用轴颈与轴瓦的相对速度和表面与油的粘附性能，将润滑油带入轴承间隙，建立起压力油膜而把轴颈与轴瓦隔开的一种液体摩擦轴承。描述这种润滑状态的基本方程是雷诺方程。从数学观点看，流体润滑计算的基本内容就是对雷诺方程的应用和求解。 （一）雷诺方程 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算h-油膜厚度；-润滑油粘度； P-油膜压力；u-轴颈线速度；X-轴颈线速度方向的坐标；Z-轴

530、瓦表面垂直于轴颈线速度方向的坐标。由雷诺方程得出流体动力润滑轴承形成承载油膜的条件： 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算流体动力润滑轴承形成承载油膜的条件： 润滑剂要有粘度，且油膜承载能力随粘度提高而增大； 轴颈要有相对速度，且油膜承载能力随速度提高而增大； 油膜厚度是变量，且沿速度方向逐渐减小方能形成正油膜压力，即需要轴颈和轴瓦表面形成收敛形间隙，称为油楔；要供给充足的润滑剂。 （二）油楔形成方法形成油楔是流体动压轴承的最基本条件。不同的油楔形成方法造就成各种各具特色的动压轴承。 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算（二）油楔形成方法(三) 液体动力润滑径向轴承的计算偏心距e轴瓦几何中心O

531、与轴颈 中心Oj的距离;1.几何参数 偏心率偏心距e与轴颈间隙c之比， ( =e/c) 偏位角中心连线O Oj与载荷作用线所夹锐角；滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算油膜厚度h 圆轴承，从OOj量起，任意角处油膜厚度hR-r+ecosc+ecosc(1+cos) 最小油膜厚度h2（180）是保证流体动力润滑的最重要的参数。 h2=d(1-)/2 2.性能计算 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算即计算液体动力润滑径向圆轴承的承载能力、摩擦功耗、润滑油流量。雷诺方程有三个未知量（h、p），还需要补充两个方程。 膜厚度方程 hc(1+cos) 热平衡方程1)令：F/F=，为轴承的摩擦因数；=/，

532、为摩擦特性数,则摩擦功耗为 P=Fdn2)热平衡计算 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算2)热平衡计算 对自吸(无压力)供油的轴承,轴承表面散去的热量计算式为: P= QA=kA(b-a) k是系数，在自然通风下k=1520W/(m2 K)；A是轴承座散热面积；b是轴承工作温度，最高不得超过90；a是环境温度。 对压力供油的轴承,润滑剂带走的热量计算式为 P= QL=cq(o-i) c是润滑油的比热容；是润滑油密度；q是轴承端泄流量；o是润滑油出油温度；i是润滑油进油温度，一般取为35-45。QL=cq(o-i)滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算轴承工作温度为:b =(o+i)/2,轴承最

533、高工作温度不得超过100。 3)确定轴承的承载能力 油膜压力的合力即为轴承的承载能力。用轴承特 性数F F来表征承载能力，有滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算pm是轴承平均载荷,pm=F/(BD);是相对间隙；e是润滑油有效黏度；n是轴颈转速。轴承特性数F F可以建立圆轴承在稳态条件下、不同宽径比时,轴承特性数F F与偏心率的关系曲线。同样可以建立轴承的功耗、流量、偏位角等特性数与偏心率的关系曲线。当载荷、转速已知，选定直径、宽度、间隙和润滑剂之后，利用关系曲线可以查出偏心率，再利用这些图表根据偏心率可以求出功耗、流量和偏位角。滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算滑动轴承的

534、设计计算3.参数选取 宽径比(B/ /D)。 一般情况建议在0.2-1.5范围内选取，相对间隙()润滑油粘度 () 最小油膜厚度( h2 )， h2min=S(Ra1+ Ra2) 表面粗糙度 Ra值一般在0.2-0.8 m范围内 4.改变参数对轴承性能的影响 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算性能参数 加大的参数改用周向油槽轴承直径D轴承宽度B半径间隙c载荷p旋转速度n润滑油粘度进油温度in供油压力ps轴向油槽长度轴向油槽宽度最小油膜厚度h2 轴承工作温度e摩擦功耗P 润滑油流量q 表22-11参数改变对轴承性能的影响 21.5流体静压轴承流体静压轴承 流体静力润滑:依靠泵入润滑表面压力流体

535、以形成承载油膜的润滑方式。采用该润滑方法的轴承称为静压轴承，也称外压轴承。 突出特点:摩擦副表面组成等厚间隙、无相对运动也能实现良好的流体润滑。 1.静压轴承的组成 流体静压轴承流体静压轴承静压轴承的组成静压轴承的组成 2.2.静压轴承的工作原理静压轴承的工作原理 流体静压轴承流体静压轴承3.3.静压轴承的计算原理静压轴承的计算原理 流体静压轴承流体静压轴承基本方程仍是雷诺方程 静压轴承在无速度下也能形成润滑油膜,雷诺方程右边项中的速度为零 ,变为拉普拉斯方程。 若进一步简化为一维流,则可根据连续性原理,通过流量平衡计算出静压轴承的承载能力。 流体静压轴承流体静压轴承计算结果表明 :静压油膜的

536、刚度比动压油膜高 轴转动的静压轴承,理论上仍应按雷诺方程求解，即在其承载能力中包含动压承载能力部分。若动压承载能力部分小到可以忽略不计，这样的轴承可按纯静压轴承计算。 充分利用其动压承载能力部分的静压轴承，称为动静压混合轴承。 第二十三章第二十三章 联轴器、离合器联轴器、离合器和制动器和制动器一、联轴器的分类及性能特点一、联轴器的分类及性能特点23.1联轴器联轴器二、几种常用的联轴器二、几种常用的联轴器一、概述一、概述23.2离合器离合器三、常用离合器三、常用离合器二、离合器的分类二、离合器的分类离离合合器器外力操纵外力操纵自动操纵自动操纵机械离合器机械离合器气压离合器气压离合器液压离合器液压

537、离合器电磁离合器电磁离合器超越离合器超越离合器离心离合器离心离合器安全离合器安全离合器啮合式啮合式摩擦式摩擦式联轴器、联轴器、离合器和离合器和制动器制动器一、概述一、概述23.3制动器制动器三、制动力矩的计算三、制动力矩的计算二、制动器的分类、特点及应用二、制动器的分类、特点及应用四、常用制动器四、常用制动器联轴器、联轴器、离合器和离合器和制动器制动器第二十五章第二十五章 机械结构设计的机械结构设计的 方法和准则方法和准则一、结构设计的一般步骤一、结构设计的一般步骤25.1概概述述25.2结构设计的一般步骤和方案扩展结构设计的一般步骤和方案扩展二、构形变化二、构形变化结构方案的扩展方法结构方案

538、的扩展方法1.尺寸变换尺寸变换机械结构机械结构设计的方设计的方法和准则法和准则2.形状变换形状变换3.数量变换数量变换机械结构机械结构设计的方设计的方法和准则法和准则4.位置变换位置变换5.顺序变换或排列变换顺序变换或排列变换25.3结构类型结构类型一、整体结构与分体结构一、整体结构与分体结构机械结构机械结构设计的方设计的方法和准则法和准则二、分立结构与集成结构二、分立结构与集成结构三、单功能结构和多功能结构三、单功能结构和多功能结构机械结构机械结构设计的方设计的方法和准则法和准则四、不同受力性质的结构四、不同受力性质的结构五、不同加工方法的结构五、不同加工方法的结构25.4结构设计的基本要求

539、结构设计的基本要求一、明确一、明确机械结构机械结构设计的方设计的方法和准则法和准则二、简单二、简单三、安全可靠三、安全可靠25.5结构设计的原则结构设计的原则一、任务分配原则一、任务分配原则机械结构机械结构设计的方设计的方法和准则法和准则二、自助原则二、自助原则1.自加强原则自加强原则机械结构机械结构设计的方设计的方法和准则法和准则2.自补偿原则自补偿原则3.自保护原则自保护原则机械结构机械结构设计的方设计的方法和准则法和准则三、力与变形原则三、力与变形原则1.传力简捷原则传力简捷原则2.力流平缓原则力流平缓原则3.变形协调原则变形协调原则4.等强度原则等强度原则5.力补偿原则力补偿原则6.材

540、料物性原则材料物性原则四、可制造原则四、可制造原则第二十六章第二十六章 轴系及轮类零件轴系及轮类零件 的结构设计的结构设计一、轮类零件的结构一、轮类零件的结构26.1轮类零件的结构设计轮类零件的结构设计二、轮类零件结构设计的基本要求二、轮类零件结构设计的基本要求1.轮缘的设计轮缘的设计2.腹板（轮辐）的设计腹板（轮辐）的设计3.轮毂的设计轮毂的设计三、常用轮类零件的通用尺寸三、常用轮类零件的通用尺寸轴系及轮轴系及轮类零件的类零件的结构设计结构设计26.2轴的结构设计轴的结构设计一、轴上零件的布置方案一、轴上零件的布置方案轴系及轮轴系及轮类零件的类零件的结构设计结构设计二、轴上零件的固定和轴的外

541、形设计二、轴上零件的固定和轴的外形设计1.轴上零件的定位和固定轴上零件的定位和固定2.轴的外形设计轴的外形设计轴系及轮轴系及轮类零件的类零件的结构设计结构设计三、各轴段直径和长度的确定三、各轴段直径和长度的确定1.各轴段的直径各轴段的直径2.各轴段的长度各轴段的长度四、轴的结构工艺性四、轴的结构工艺性五、提高轴的强度和刚度的措施五、提高轴的强度和刚度的措施1.改进轴上零件的布置方案改进轴上零件的布置方案2.改进轴上零件的结构改进轴上零件的结构3.减小应力集中减小应力集中4.改善轴的表面质量改善轴的表面质量轴系及轮轴系及轮类零件的类零件的结构设计结构设计26.3滚动轴承的组合结构设计滚动轴承的组

542、合结构设计一、轴系支点轴向固定的结构形式一、轴系支点轴向固定的结构形式1.两端单向固定结构两端单向固定结构2.一端固定，一端游动结构一端固定，一端游动结构3.两端游动结构两端游动结构二、滚动轴承组合结构的调整二、滚动轴承组合结构的调整1.轴系轴向位置的调整轴系轴向位置的调整轴系及轮轴系及轮类零件的类零件的结构设计结构设计2.轴承游隙的调整轴承游隙的调整三、滚动轴承与相关零件的配合三、滚动轴承与相关零件的配合四、提高轴系刚度的措施四、提高轴系刚度的措施1.提高轴承座的刚度和精度提高轴承座的刚度和精度2.合理安排轴承的组合方式合理安排轴承的组合方式3.轴承的预紧轴承的预紧第二十八章第二十八章机械执

543、行系统的方案机械执行系统的方案设计设计28.1机械系统的总体方案设计机械系统的总体方案设计一、概述二、机械系统总体方案设计的基本原则与基本法规三、总体参数及其确定一、概述（一）现代机械系统的概念和功能（二）机械系统总体方案设计的重要性（三）机械总体方案设计的任务和内容（四）机械系统总体方案设计的类型（五）机械系统总体方案设计的特点机械系统的总体方案设计（一）现代机械系统的概念和功能机械系统的概念由计算机与信息网络控制的、用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统。机械系统的功能 现代机械的总功能是对输入的物质、能量和信息进行预定的变换（加工、处理）、传递（

544、移动、输送）和保存（保存、存储、记录)。机械系统的总体方案设计机械系统的功能主动能动力功能控制功能结构功能机械系统的总体方案设计（二）机械系统总体方案设计的重要性机械系统设计过程的四个阶段初始规划设计阶段总体方案设计阶段结构技术设计阶段生产施工设计阶段机械系统的总体方案设计（三）机械总体方案设计的任务和内容任务机械总体方案设计需要完成整体方案示意图、机械系统运动简图、运动循环图和方案设计计算说明书。其中，包括了总体布局、主要技术参数的确定和方案评价与决策。内容机械系统的总体方案设计（四）机械系统总体方案设计的类型开发性设计变型设计适应性设计机械系统的总体方案设计（五）机械系统总体方案设计的特点

545、1协调性2相关性3内外结合性机械系统的总体方案设计二、机械系统总体方案设计的基本原则和基本法规（一）基本原则（二）基本法规机械系统的总体方案设计（一）基本原则1需求原则2效益原则3信息原则4系统原则5创新原则6继承原则7优化的原则8简化的原则9理论与实践相结合的原则10工程的原则11广义的原则12快速的原则机械系统的总体方案设计（二）基本法规1标准化2政策与法令机械系统的总体方案设计三、总体参数及其确定1.生产率2.精度3.速度参数4动力参数5尺寸和重量参数6.效率和寿命机械系统的总体方案设计28.2执行系统的功能原理和运动规律执行系统的功能原理和运动规律设计设计一、执行系统的功能原理方案设计

546、二、执行系统的运动规律设计一、执行系统的功能原理方案设计（一）功能原理方案设计的任务（二）功能原理方案设计的特点执行系统的功能原理和运动规律设计执行系统的功能原理和运动规律设计（一）功能原理方案设计任务针对某一确定的功能要求，去寻求某些物理效应并借助一些作用原理来求得实现该功能目标的解法原理。常用的功能原理如摩擦传动原理、机械推拉原理、材料变形原理、电磁传动原理、流体传动原理、光电原理等。执行系统的功能原理和运动规律设计执行系统的功能原理和运动规律设计（二）功能原理方案设计的特点1在功能原理方案设计中常常会引入某种新技术、新工艺、新材料，它首先要求设计者要有新想法、新构思。2功能原理方案设计是

547、否合理将对产品的成败起决定性的作用，它从质的方面决定了机械的设计水平和综合性能状况。设计人员应给予高度重视。执行系统的功能原理和运动规律设计执行系统的功能原理和运动规律设计二、执行系统的运动规律设计（一）运动规律设计的任务及重要性（二）运动规律设计的方法和注意事项（二）运动规律设计的方法和注意事项同一种功能要求可以采用不同的工作原理来实现，而同一种工作原理，又可以采用不同的运动规律得到不同的运动方案。图28-3三种不同的从地下取液体的运动规律方案a）往复移动改变容积b）往复摆动改变容积c）旋转运动改变容积（二）运动规律设计的方法和注意事项图28-4四种不同的加工内孔的运动规律方案a）车床方案b

548、）镗床方案c）钻床方案d）拉床方案28.3执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计一、执行机构的型式设计二、执行机构的协调设计一、执行机构的型式设计（一）执行机构型式设计的基本原则（二）执行机构型式设计的方法执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计（一）执行机构型式设计的基本原则1满足执行机构运动规律的要求2结构简单，运动链短3使执行系统有尽可能好的动力性能4充分考虑动力源的形式 5使机械操作方便，调整容易，安全可靠 图28-5 可生成直线轨迹的两种机构 a）产生近似直线轨迹的简单机构 b）产生精确直线轨迹的复杂机构（二）执行机构型式设计的方法1机构的选型2机构

549、的构型执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计图28-7 通过机架变换由齿轮机构得到行星轮系a）外啮合齿轮机构转化为行星轮系 b）内啮合齿轮机构转化为行星轮系图28-8 用三个转动副代替一个球面副a）球面副S b）用三个转动副代替一个球面副 c）代替后的的实例-单万向联轴节图28-9 有停歇的摆动导杆机构图28-10 应用扩展法增大急回特性和运动行程二、执行系统的协调设计（一）执行系统协调设计的原则（二）执行系统协调设计的方法和步骤（三）运动循环图（四）举例执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计（一）执行系统协调设计的原则1满足工艺过程动作先后顺序的要求2满足

550、执行系统循环工作的要求3满足各执行机构操作上的协调性要求4满足各执行机构位置上的协调性要求5满足提高生产率的要求6满足能量协调和提高效率的要求（二）执行系统协调设计的方法和步骤执行系统协调设计的步骤一般为1确定机械工作循环的周期2确定各执行构件在一个运动循环中的各个行程段及其所需的时间3确定各个执行构件动作间的协调配合关系执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计（三）运动循环图1.运动循环图的概念2运动循环图的形式执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计1.运动循环图的概念用来描述各执行构件运动间相互协调配合的图称为机械的运动循环图。它是机械协调设计的重要技术文

551、件。若有分配轴，运动循环图常以分配轴的转角为坐标来编制；若没有分配轴，常选取执行系统中某一主要的执行构件为参考件。取具有代表性的特征位置作为起始位置，如以生产工艺的起始点作为运动循环的起点，由此来确定其它执行构件的运动相对于该主要执行构件的先后次序和配合关系。执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计图28-11 简易平板印刷机的运动循环图a)直线式运动循环图 b）圆周式运动循环图 c）直角坐标式运动循环图2运动循环图的形式（1）直线式运动循环图（2）圆周式运动循环图（3）直角坐标式运动循环图（4）运动循环图三种形式间的关系执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计

552、（四）举例1各执行机构的型式和行程2运动循环图的设计执行系统的型式设计和协调设计执行系统的型式设计和协调设计图28-12 自动电阻压帽机的机械运动示意图图28-13 执行系统的初步运动循环图 图28-14 执行系统第一次修改后的运动循环图图28-15 满足要求的执行系统的运动循环图28.4基于功能分析的基于功能分析的执行系行系统的方案的方案设计 一、功能分析功能分析二、基于功能分析的执行系统运动方案的基于功能分析的执行系统运动方案的系统解系统解一、功能分析功能分析（一）总功能（二）功能分解与功能结构（三）功能元（四）功能元求解基于功能分析的执行系统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计（一

553、）总功能总功能是机械执行系统要完成的总任务。对总功能的描述要语言简洁、合理抽象、抓住本质。基于功能分析的执行系统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计（二）功能分解与功能结构功能元功能结构功能树基于功能分析的执行系统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计图28-16树形功能结构（三）功能元物理功能元逻辑功能元数学功能元基于功能分析的执行系统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计（四）功能元求解 为了便于应用，常将某些功能元的解用“解法目录”的形式列出来，它是功能元的已知解或经过考验的解的汇编。解法目录中的解称为解谱。可快速地根据设计任务的要求来检索目录中汇编的解；汇编入的解谱要尽量

554、充分、完备，至少是可以补全的；尽可能完全独立于部门或工厂，以使其广泛可用；既可用于传统的设计过程，也可以用于采用计算机的设计。基于功能分析的执行系统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计二、基于功能分析的执行系统运动方案的基于功能分析的执行系统运动方案的系统解系统解（一）功能元解组合成系统解的注意事项（二）功能元解矩阵基于功能分析的执行系统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计三、举例三、举例1总功能2功能分解3执行系统的功能元求解4求运动方案的系统解的数目基于功能分析的执行系统的方案设计基于功能分析的执行系统的方案设计图28-21自动电阻压帽机的功能分解28.5方案评价与决策方案评价

555、与决策 一、方案评价的必要性一、方案评价的必要性二、机械系统运动方案设计的评价指标二、机械系统运动方案设计的评价指标和评价体系和评价体系三机械系统运动方案评价方法简介三机械系统运动方案评价方法简介四、评价结果的处理四、评价结果的处理一、方案评价的必要性一、方案评价的必要性机械系统方案设计的最终目标，是要寻求一种既能实现预期功能要求、又性能优良、价格低廉的最佳方案；进行执行系统的运动方案设计时，无论是用基于功能原理的方法，还是用基于功能分析的方法，都可以得到许多种设计方案，即机械系统的运动方案设计是一个多解问题。机械系统方案设计的过程，就是一个先通过分析、综合，使待选方案的数目由少变多，再经过评

556、价、决策，使待选方案的数目由多变少，最后获得最佳方案的过程。方案评价与决策方案评价与决策二、机械系统运动方案设计的评价指标和二、机械系统运动方案设计的评价指标和评价体系评价体系（一）评价指标（二）评价体系方案评价与决策方案评价与决策（一）评价指标1功能性2经济性3安全性4可操作性5舒适性方案评价与决策方案评价与决策（二）评价体系性能指标及代号具体内容及代号分数备注机构的功能U1u1运动规律的实现u2传动精度的高低55以实现运动为主时，可乘加权系数2机构工作性能U2u3应用范围u4可调性u5运转速度u6承载能力5555受力较大时，u5和u6可乘加权系数1.5机构动力性能U3u7加速度的峰值u8噪

557、音u9耐磨性u10最小传动角的大小5555加速度较大时，可乘加权系数1.5经济性U4u11制造难易u12材料的价格与消耗u13调整方便性u14能耗的大小5555结构的紧凑性U5u15尺寸大小u16重量大小u17结构复杂性555系统协调性U6u18空间同步性u19时间同步性u20操作协同性和可靠性555方案评价与决策方案评价与决策图28-22 系统工程评价法的评价步骤三机械系统运动方案评价方法简介三机械系统运动方案评价方法简介（一）计算性的数学分析评价法1价值工程法2系统工程评价法3模糊综合评价法4评分法（二）实际性的试验评价法方案评价与决策方案评价与决策四、评价结果的处理四、评价结果的处理入选

558、方案数设计阶段评价准则结果的处理1最后阶段合理已得到最佳方案，设计结束可改进重新决定评价准则，再作评价中间阶段合理评价结束，转入下一设计阶段可改进重新决定评价准则，再作评价多于1最后阶段合理增加评价项目或提高评价要求再作评价中间阶段需改进若入选数目太多，按上述方法改进评价准则，再作评价合理将入选方案排序，转入下一设计阶段0任何阶段合理待评的设计方案质量不高，需重新再设计可改进放宽评价要求，再作评价方案评价与决策方案评价与决策第二十九章第二十九章 机械传动系统的方案设计机械传动系统的方案设计传动系统的功能和分类传动系统的功能和分类 机械传动系统的组成及常用部件机械传动系统的组成及常用部件 机械传

559、动系统方案设计机械传动系统方案设计机械传动系统特性及其参数计算机械传动系统特性及其参数计算 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 原动机的选择原动机的选择传动系统的功能传动系统的功能机械传动的分类和特点机械传动的分类和特点29.1传动系统的功能和分类传动系统的功能和分类 传传动动系系统统是是连连接接原原动动机机和和执执行行系系统统的的中中间间装装置置。其其根根本本任任务务是是将将原原动动机机的的运运动动和和动动力力按按执执行行系系统统的的需需要要进进行行转转换换并并传传递递给给执执行行系系统统。传传动动系系统统的的具具体体功功能能通通常常包包括括以以下下几几个方面：个方面：

560、 （1 1）减速或增速；）减速或增速； （2 2）变速；）变速； （3 3）增大转矩；）增大转矩； （4 4）改变运动形式；）改变运动形式； （5 5）分配运动和动力；）分配运动和动力； （6 6）实现某些操纵和控制功能。）实现某些操纵和控制功能。 传动系统的功能和分类传动系统的功能和分类传动系统的功能传动系统的功能一、机械传动的分类一、机械传动的分类1. 1. 按传动的工作原理分类按传动的工作原理分类机械机械传动传动啮合啮合传动传动摩擦摩擦传动传动有有中中间挠间挠性件性件齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动螺旋传动螺旋传动齿轮系传动齿轮系传动定轴轮系传动定轴轮系传动周转轮系传动周转轮系传动链传动

561、链传动同步带传动同步带传动普通带传动普通带传动绳传动绳传动摩擦轮传动摩擦轮传动传动系统的功能和分类传动系统的功能和分类传动系统的分类和特点传动系统的分类和特点2. 2. 按传动比的可变性分类按传动比的可变性分类机械机械传动传动定传定传动比动比传动传动齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动螺旋传动螺旋传动链传动链传动带传动带传动有级变有级变速传动速传动变传变传动比动比传动传动无级变无级变速传动速传动摩擦轮无级变速传动摩擦轮无级变速传动带式无级变速传动带式无级变速传动链式无级变速传动链式无级变速传动传动系统的功能和分类传动系统的功能和分类二、机械传动的特点二、机械传动的特点 啮合传动的主要特点为：啮合传

562、动的主要特点为： 优点：优点：工作可靠、寿命长，传动比准确、传递功率大，工作可靠、寿命长，传动比准确、传递功率大，效率高（蜗杆传动除外），速度范围广。效率高（蜗杆传动除外），速度范围广。 缺点：缺点：对加工制造安装的精度要求较高。对加工制造安装的精度要求较高。 摩擦传动的主要特点为：摩擦传动的主要特点为： 优点：优点：工作平稳、噪声低、结构简单、造价低，具有工作平稳、噪声低、结构简单、造价低，具有过载保护能力过载保护能力 缺点：缺点：外廓尺寸较大、传动比不准确、传动效率较低、外廓尺寸较大、传动比不准确、传动效率较低、元件寿命较短元件寿命较短 传动系统的功能和分类传动系统的功能和分类传动系统的组

563、成传动系统的组成常用机械传动部件常用机械传动部件29.机械传动系统的组成及常用部件机械传动系统的组成及常用部件1. 1. 减速或变速装置减速或变速装置2. 2. 起停换向装置起停换向装置3. 3. 制动装置制动装置4. 4. 安全保护装置安全保护装置 常用机械传动部件常用机械传动部件1. 1. 减速器减速器 减减速速器器是是用用于于减减速速传传动动的的独独立立部部件件，它它由由刚刚性性箱箱体体、齿齿轮轮和蜗杆等传动副及若干附件组成。和蜗杆等传动副及若干附件组成。 传动系统的组成及常用部件传动系统的组成及常用部件传动系统的组成传动系统的组成类型类型传动简图传动简图传动比传动比特点及应用特点及应用

564、圆柱柱齿轮减减速速器器单单级级图1调质齿轮：i7.1淬硬齿轮：i6.3（较佳：i5.6）应应用用广广泛泛、结结构构简简单单。齿齿轮轮可可用用直直齿齿、斜斜齿齿或或人人字字齿齿。可可用用于于低低速速轻轻载载，也也可可用用于于高速重载高速重载两两级展展开开式式图2调质齿轮：i=7.150淬硬齿轮：i=7.131.5（较佳：i=7.120） 应应用用广广泛泛、结结构构简简单单，高高速速级级常常用用斜斜齿齿。齿齿轮轮相相对对轴轴承承不不对对称称，齿齿向向载载荷荷分分布布不不均均，故故要要求求高高速速级级小小齿齿轮轮远远离输入端，轴应有较大刚性离输入端，轴应有较大刚性两两级同同轴式式图3调质齿轮：i=7

565、.150淬硬齿轮：i=7.131.5（较佳：i=7.120） 箱箱体体长长度度较较小小，但但轴轴向向尺尺寸寸较较大大。输输入入输输出出轴轴同同轴轴线线，布布置置较较合合理理。中中间间轴轴较较长长，刚刚性性差差，齿齿向向载载荷荷分分布布不不均均，且且高高速速级级齿齿轮轮承承载载能能力力难难于于充分利用充分利用两两级分分流流式式图4调质齿轮：i=7.150淬硬齿轮：i=7.131.5（较佳：i=7.120）高高速速级级常常用用斜斜齿齿，一一侧侧左左旋旋，一一侧侧右右旋旋。齿齿轮轮对对称称布布置置，齿齿向向载载荷荷分分布布均均匀匀，两两轴轴承承受受载载均均匀匀。结结构构复复杂杂，常用于大功率变载荷场

566、合常用于大功率变载荷场合类型类型传动简图传动简图传动比传动比特点及应用特点及应用锥齿轮减锥齿轮减速器速器图5直齿：i5斜齿、曲线齿：i8 用用于于输输出出轴轴和和输输入入轴轴两两轴轴线线垂垂直直相相交交的的场场合合。为为保保证证两两齿齿轮轮有有准准确确的的相相对对位位置置，应应有有进进行行调调整整的的结结构构。齿齿轮轮难难于于精精加加工工，仅仅在在传传动动布布置置需要时采用需要时采用圆锥圆柱圆锥圆柱齿轮减速齿轮减速器器图6直齿：i=6.331.5斜齿、曲线齿：i=840应应用用场场合合与与单单级级圆圆锥锥齿齿轮轮减减速速器器相相同同。锥锥齿齿轮轮在在高高速速级级，可可减减小小锥锥齿齿轮轮尺尺寸

567、寸，避避免免加加工工困困难难；小小锥锥齿齿轮轮轴轴常常悬悬臂臂布布置置，在在高高速速级级可可减减小小其受力其受力蜗杆减速蜗杆减速器器图7i=880大大传传动动比比时时结结构构紧紧凑凑，外外廓廓尺尺寸寸小小，效效率率较较低低。下下置置蜗蜗杆杆时时润润滑滑条条件件好好，应应优优先先采采用用，但但当当蜗蜗杆杆速速度度太太高高时时（v v 5m/s5m/s），搅搅油油损损失失大大。上置蜗杆式轴承润滑不便上置蜗杆式轴承润滑不便蜗杆蜗杆齿齿轮减速器轮减速器图8i=15480有有蜗蜗杆杆传传动动在在高高速速级级和和齿齿轮轮传传动动在在高高速速级级两两种种形形式式。前前者者效效率率较较高高，后后者者应应用用较

568、较少少类型类型传动简图传动简图传动比传动比特点及应用特点及应用行星齿轮行星齿轮减速器减速器图5i=2.812.5传传动动型型式式有有多多种种，NGWNGW型型体体积积小小，重重量量轻轻，承承载载能能力力大大，效效率率高高（单单级级可可达达0.970.970.990.99），工工作作平平稳稳。比比普普通通圆圆柱柱齿齿轮轮减减速速器器体体积积和和重重量量减减少少50%50%，效效率率提提高高30%30%。但制造精度要求高，结构复杂但制造精度要求高，结构复杂 摆线针轮摆线针轮行星减速行星减速器器图6直齿：单级：i=1187传传动动比比大大，效效率率较较高高（0.90.90.950.95），运运转转平

569、平稳稳，噪噪声声低低，体体积积小小，重重量量轻轻。过过载载和和抗抗冲冲击击能能力力强强，寿寿命命长长。加加工工难难度度大大，工工艺复杂艺复杂 谐波减速谐波减速器器图7单级：i=50500 传传动动比比大大，同同时时参参与与啮啮合合齿齿数数多多，承承载载能能力力高高。体体积积小小，重重量量轻轻，效效率率0.650.650.90.9，传传动动平平稳稳，噪音小。制造工艺复杂噪音小。制造工艺复杂 2. 2. 有级变速装置有级变速装置 （1 1）有级变速装置）有级变速装置 （2 2）交换齿轮变速装置）交换齿轮变速装置 （3 3）离合器变速装置）离合器变速装置 （4 4）塔形带轮变速装置）塔形带轮变速装置

570、 传动系统的组成及常用部件传动系统的组成及常用部件3. 3. 无级变速装置无级变速装置 机械传动系统方案设计的过程和基本要求机械传动系统方案设计的过程和基本要求机械传动类型的选择机械传动类型的选择传动系统的总体布置传动系统的总体布置传动比的分配传动比的分配29.机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计 1.1.方案设计的一般步骤方案设计的一般步骤 机机器器的的执执行行系系统统方方案案设设计计和和原原动动机机的的预预选选型型完完成成后后，即即可进行传动系统的方案设计。设计的一般步骤如下：可进行传动系统的方案设计。设计的一般步骤如下：确定传动系统的总传动比。确定传动系统的总传动比。选选择择传传动动

571、的的类类型型、拟拟定定总总体体布布置置方方案案并并绘绘制制传传动动系系统统的的运运动简图。动简图。分分配配传传动动比比。即即根根据据传传动动布布置置方方案案，将将总总传传动动比比向向各各级级传传动进行合理分配。动进行合理分配。计计算算传传动动系系统统的的性性能能参参数数，包包括括各各级级传传动动的的功功率率、转转速速、效率、转矩等性能参数。效率、转矩等性能参数。通通过过强强度度设设计计和和几几何何计计算算，确确定定各各级级传传动动的的基基本本参参数数和和主主要几何尺寸，如齿轮传动的中心距、齿数、模数、齿宽等。要几何尺寸，如齿轮传动的中心距、齿数、模数、齿宽等。机械传动系统方案设计机械传动系统方

572、案设计机械传动系统方案设计的过程和基本要求机械传动系统方案设计的过程和基本要求 2.2.方案设计的基本要求方案设计的基本要求传传动动方方案案的的设设计计是是一一项项复复杂杂的的工工作作，需需要要综综合合运运用用多多种种知知识识和和实实践践经经验验，进进行行多多方方案案分分析析比比较较，才才能能设设计计出出较较为为合合理理的方案。通常设计方案应满足以下基本要求：的方案。通常设计方案应满足以下基本要求： 1 1）传动系统应满足机器的功能要求，而且性能优良；）传动系统应满足机器的功能要求，而且性能优良； 2 2）传动效率高；）传动效率高； 3 3）结构简单紧凑、占用空间小；）结构简单紧凑、占用空间小

573、； 4 4）便于操作、安全可靠；）便于操作、安全可靠； 5 5）可制造性好、加工成本低；）可制造性好、加工成本低； 6 6）维修性好；）维修性好； 7 7）不污染环境。）不污染环境。机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计选择机械传动类型时，可参考以下原则：选择机械传动类型时，可参考以下原则： 1. 1. 与原动机和工作机相互匹配；与原动机和工作机相互匹配； 2. 2. 满足功率和速度的范围要求；满足功率和速度的范围要求； 3. 3. 考虑传动比的准确性及合理范围；考虑传动比的准确性及合理范围； 4. 4. 考虑结构布置和外廓尺寸的要求；考虑结构布置和外廓尺寸的要求； 5. 5. 考虑机器质量

574、；考虑机器质量； 6. 6. 经济性因素。经济性因素。机械传动类型的选择机械传动类型的选择 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计传动系统的总体布置传动系统的总体布置 1. 1. 传动路线的确定传动路线的确定传动路线的型式传动路线的型式串联单流传动串联单流传动并联分流传动并联分流传动并联汇流传动并联汇流传动混合传动混合传动注：注：原动机；原动机；传动；传动； 执行机构。执行机构。机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计2. 2. 传动顺序的安排传动顺序的安排传动顺序通常按以下原则考虑。传动顺序通常按以下原则考虑。 1 1）斜齿轮与直齿轮传动）斜齿轮与直齿轮传动斜齿轮传动应放在高速级斜齿轮传动

575、应放在高速级； 2 2）圆锥齿轮与圆柱齿轮传动）圆锥齿轮与圆柱齿轮传动圆锥齿轮应放在高速级圆锥齿轮应放在高速级；3 3） 闭闭 式式 和和 开开 式式 齿齿 轮轮 传传 动动 闭闭 式式 齿齿 轮轮 传传 动动 应应 放放 在在 高高 速速 级级 。 4 4）链传动）链传动应放在传动系统的应放在传动系统的低速级低速级；5 5）带传动）带传动应放在传动系统的应放在传动系统的高速级高速级；6 6）适适宜宜放放在在传传动动系系统统的的低低速速级级的的传传动动或或机机构构对对改改变变运运动动形形式式的的传传动动或或机机构构，如如齿齿轮轮齿齿条条传传动动、螺螺旋旋传传动动、连连杆杆机机构构及及凸凸轮机构

576、等一般布置在轮机构等一般布置在传动链的末端传动链的末端，使其靠近执行机构。，使其靠近执行机构。7 7）有有级级变变速速传传动动与与定定传传动动比比传传动动有有级级变变速速传传动动应应放放在在高高速速级；级；机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计8 8）蜗蜗杆杆传传动动与与齿齿轮轮传传动动若若蜗蜗轮轮材材料料为为锡锡青青铜铜，为为提提高高传动效率，则应将蜗杆传动置于高速级；传动效率，则应将蜗杆传动置于高速级； 当当蜗蜗轮轮材材料料为为无无锡锡青青铜铜或或铸铸铁铁等等材材料料时时，因因其其允允许许的的齿齿面面滑滑动动速速度度较较低低，为为防防止止齿齿面面胶胶合合或或严严重重磨磨损损，蜗蜗杆杆传传

577、动应置于低速级。动应置于低速级。 此此外外，在在布布置置各各传传动动的的顺顺序序时时，还还应应考考虑虑传传动动件件的的寿寿命命、维维护护的的方方便便程程度度、操操作作人人员员的的安安全全性性以以及及传传动动件件对对产产品品的的污污染等因素。染等因素。机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计传动比的分配传动比的分配 分配传动比时应注意以下几点：分配传动比时应注意以下几点： 1 1）通常不应超过各种传动的推荐传动比；）通常不应超过各种传动的推荐传动比； 2 2）分分配配传传动动比比应应注注意意使使各各传传动动件件尺尺寸寸协协调调、结结构构匀匀称称，避免发生相互干涉。避免发生相互干涉。机械传动系统方

578、案设计机械传动系统方案设计3 3）对于多级减速传动，可按照）对于多级减速传动，可按照“前小后大前小后大”（即由高速级（即由高速级向低速级逐渐增大）的原则分配传动比，且相邻两级差值不向低速级逐渐增大）的原则分配传动比，且相邻两级差值不要过大。要过大。4 4）在多级齿轮减速传动中，低速级传动比小些，有利于减）在多级齿轮减速传动中，低速级传动比小些，有利于减小外廓尺寸和质量；小外廓尺寸和质量；5 5）在在采采用用溅溅油油润润滑滑方方式式时时，分分配配传传动动比比要要考考虑虑传传动动件件的的浸浸油条件。油条件。 展展开开式式或或分分流流式式二二级级圆圆柱柱齿齿轮轮减减速速器器，其其高高速速级级传传动动

579、比比i1和低速级传动比和低速级传动比i2的关系通常取的关系通常取i1=(1.21.3)i2分分配配圆圆锥锥圆圆柱柱齿齿轮轮减减速速器器的的传传动动比比时时，通通常常取取锥锥齿齿轮轮传传动比动比i10.25i（i为总传动比），一般为总传动比），一般i13.55。6 6）在在蜗蜗杆杆齿齿轮轮传传动动中中，将将齿齿轮轮传传动动放放在在高高速速级级时时，可可得得到较高的传动精度。到较高的传动精度。7 7）对对于于要要求求传传动动平平稳稳、频频繁繁起起停停和和动动态态性性能能较较好好的的多多级级齿齿轮传动，可按照转动惯量最小的原则设计。轮传动，可按照转动惯量最小的原则设计。机械传动系统方案设计机械传动系

580、统方案设计机机械械传传动动系系统统的的特特性性包包括括运运动动特特性性和和动动力力特特性性。运运动动特特性性如如转转速速、传传动动比比和和变变速速范范围围等等；动动力力特特性性如如功功率率、转转矩矩、效效率率及及变变矩矩系系数等。数等。1. 1. 传动比传动比对对于于串串联联式式单单流流传传动动系系统统，当当传传递递回回转转运运动动时时，其其总总传传动动比比i为为nr为为原原动动机机的的转转速速或或传传动动系系统统的的输输入入转速转速（r/min）；i1时为减速传动，时为减速传动，i1时为增速传动。时为增速传动。29.机械传动系统的特性及其参数计算机械传动系统的特性及其参数计算i1、i2ik为

581、为系系统统中中各各级级传传动动的的传动比。传动比。nc为为 传传 动动 系系 统统 的的 输输 出出 转转 速速（r/min）；在在各各级级传传动动的的设设计计计计算算完完成成后后，由由于于多多种种因因素素的的影影响响，系系统统的的实实际际总总传传动动比比i i常常与与预预定定值值i不不完完全全相相符符，其其相相对对误误差差i可表示为可表示为机械传动系统的特性及其参数设计机械传动系统的特性及其参数设计系统的传动比相对误差系统的传动比相对误差传动系统中，任一传动轴的转速传动系统中，任一传动轴的转速n ni i可由下式计算：可由下式计算：2. 2. 转速和变速范围转速和变速范围从系统的输入轴到该轴

582、之间各级传从系统的输入轴到该轴之间各级传动比的连乘积。动比的连乘积。有级变速传动装置中，当输入轴的转速有级变速传动装置中，当输入轴的转速nr一定时，经变速传一定时，经变速传动后，若输出轴可得到动后，若输出轴可得到z种转速，并由小到大依次为种转速，并由小到大依次为n1、n2、nz，则则z称为称为变速级数变速级数，最高转速与最低转速之比称为，最高转速与最低转速之比称为变变速范围速范围，用，用Rn表示，即表示，即机械传动系统的特性及其参数设计机械传动系统的特性及其参数设计输输出出转转速速常常采采用用等等比比数数列列分分布布，且且任任意意两两相相邻邻转转速速之之比比为为一常数，称为一常数，称为转速公比

583、转速公比，用符号，用符号表示，即表示，即公公比比一一般般按按标标准准值值选选取取，常常用用值值为为1.061.06、1.121.12、1.361.36、1.411.41、1.581.58、1.781.78、2.002.00。变速范围变速范围Rn、变速级数变速级数z和公比和公比之间的关系为：之间的关系为：变变速速级级数数越越多多，变变速速装装置置的的功功能能越越强强，但但结结构构也也越越复复杂杂。在在齿齿轮轮变变速速器器中中，常常用用的的滑滑移移齿齿轮轮是是双双联联或或三三联联，所所以以通通常常变速级数取为变速级数取为2 2或或3 3的倍数的倍数。机械传动系统的特性及其参数设计机械传动系统的特性

584、及其参数设计各种机械传动及传动部件的效率值可在设计手册中查到。各种机械传动及传动部件的效率值可在设计手册中查到。在一个传动系统中，设各传动及传动部件的效率分别为在一个传动系统中，设各传动及传动部件的效率分别为1、2、n，串联式单流传动系统的总效率串联式单流传动系统的总效率为为=12n3. 3. 机械效率机械效率机械传动系统的特性及其参数设计机械传动系统的特性及其参数设计机机器器执执行行机机构构的的输输出出功功率率P可可由由负负载载参参数数（力力或或力力矩矩）及及运运动动参参数数（线线速速度度或或转转速速）求求出出，设设执执行行机机构构的的效效率率为为，则传动系统的输入功率或原动机的所需功率为则

585、传动系统的输入功率或原动机的所需功率为原原动动机机的的额额定定功功率率Pe应应满满足足PePr，由此可确定由此可确定Pe值。值。4. 4. 功率功率设设计计各各级级传传动动时时，常常以以传传动动件件所所在在轴轴的的输输入入功功率率Pi为为计计算算依依据据，若若从从原原动动机机至至该该轴轴之之前前各各传传动动及及传传动动部部件件的的效效率率分别为分别为1、2、i，则有则有Pi=P12i机械传动系统的特性及其参数设计机械传动系统的特性及其参数设计设计功率设计功率对于批量生产的通用产品，为充分发挥原动机的工作能对于批量生产的通用产品，为充分发挥原动机的工作能力，应以原动机的额定功率为设计功率，即取力

586、，应以原动机的额定功率为设计功率，即取PPe；对于专用的单台产品，为减小传动件的尺寸，降低成本，对于专用的单台产品，为减小传动件的尺寸，降低成本，常以原动机的所需功率为计算功率，即取常以原动机的所需功率为计算功率，即取PPr。5. 5. 转矩和变矩系数转矩和变矩系数传动系统中任一传动轴的输入转矩传动系统中任一传动轴的输入转矩Ti（Nmm）可由下式求出：可由下式求出：机械传动系统的特性及其参数设计机械传动系统的特性及其参数设计该轴的输入功率该轴的输入功率（kW）该轴的转速该轴的转速（r/min）。传传动动系系统统的的输输出出转转矩矩Tc与与输输入入转转矩矩Tr之之比比称称为为变变矩矩系系数数，用

587、用K表示，由上式可得：表示，由上式可得：传动系统的输出功率传动系统的输出功率水泥管磨机传动型式及总体布置方案选择水泥管磨机传动型式及总体布置方案选择肥皂压花机的传动路线及传动比的分配肥皂压花机的传动路线及传动比的分配运输机传动系统特性参数计算运输机传动系统特性参数计算29.机械传动系统方案设计实例机械传动系统方案设计实例机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析水泥管磨机传动型式及总体布置方案选择水泥管磨机传动型式及总体布置方案选择水水泥泥管管磨磨机机属属于于连连续续运运转转的的低低速速大大功功率率设设备备，主主传传动动系系统统应尽量减少传动级数、提高效率和降低运行费用。应尽量减

588、少传动级数、提高效率和降低运行费用。主要特点是主要特点是：1 1）转速低，转速）转速低，转速：1040 r/min2 2）功率：）功率：10103 kW3 3）起动力矩大，连续运转，载荷平稳，露天工作）起动力矩大，连续运转，载荷平稳，露天工作方案选择原则：方案选择原则：1 1）总总传传动动比比不不宜宜过过大大，可可选选用用同同步步转转速速为为750r/min的的电电动动机机，这这样样，系系统统的的总总传传动动比比约约为为7518，故故安安排排23级级传传动较为合理。动较为合理。 3 3）对对于于小小型型磨磨机机，耗耗电电量量不不大大，应应主主要要考考虑虑降降低低初初始始费费用，中型磨机应兼顾初

589、始费用和运行费用。用，中型磨机应兼顾初始费用和运行费用。2 2）选选用用机机械械效效率率较较高高的的传传动动类类型型，如如齿齿轮轮传传动动等等。蜗蜗杆杆传传动动虽虽可可实实现现大大传传动动比比，但但效效率率较较低低，不不适适合合于于连连续续运运转转的的大大功功率率机机械械；由由于于露露天天工工作作，环环境境多多尘尘，采采用用链链传传动动必必须须很很好好地地密密封封与与润润滑滑，否否则则会会加加速速磨磨损损、降降低低传传动动效效率率；摆线针轮传动、谐波传动的效率较齿轮低；不应优先考虑。摆线针轮传动、谐波传动的效率较齿轮低；不应优先考虑。 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析几

590、种管磨机主要传动系统方案的特点几种管磨机主要传动系统方案的特点。特点：特点：1 1）结构简单、初始费用低。）结构简单、初始费用低。 2 2）带传动和开式齿轮传动效）带传动和开式齿轮传动效率不高，而且带传动的承载率不高，而且带传动的承载能力也受带型和根数的限制。能力也受带型和根数的限制。 适适用用于于小小功功率率、要要求求初初始始费用低的磨机。费用低的磨机。1. 1. 带传动带传动- -齿轮传动串联式单流传动系统方案齿轮传动串联式单流传动系统方案机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 2. 2. 齿轮传动齿轮传动齿轮传动串联式单流传动系统方案齿轮传动串联式单流传动系统方案特点：

591、特点： 1 1）效率高、寿命长、外廓尺寸小）效率高、寿命长、外廓尺寸小2 2）初始费用较高）初始费用较高 该方案适用于中型磨机。该方案适用于中型磨机。机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 3. 3. 并联式汇流传动系统方案并联式汇流传动系统方案特点：特点： 1 1）因因齿齿轮轮啮啮合合时时产产生生的的切切向向力力和和径径向向力力分分别别平平衡衡而而降降低低了了磨磨筒筒轴轴承承的的载载荷。荷。 2 2）初始费用比第）初始费用比第2 2方案低。方案低。 该方案适用于中型磨机。该方案适用于中型磨机。特点：特点： 1 1）闭式传动，齿轮和轴承受力状态较好，效率高）闭式传动，齿轮和轴

592、承受力状态较好，效率高 2 2）齿轮加工精度要求高，结构较复杂。）齿轮加工精度要求高，结构较复杂。该方案适用于大型磨机。该方案适用于大型磨机。4. 4. 中心驱动式单流传动系统方案中心驱动式单流传动系统方案机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析特点：特点： 1 1）传传动动系系统统为为双双路路驱驱动动，具具备备第第3 3和和第第4 4方方案案传传动动功功率率大大、尺寸小、质量轻以及效率高的优点；尺寸小、质量轻以及效率高的优点； 2 2）齿齿轮轮加加工工精精度度要要求求高高，结结构构较较复复杂杂。大大型型或或超超大大型型磨磨机机采采用用的的中中心心驱驱动动，多多路路并并联联方方

593、式式，为为保保证证各各路路传传动动的的同同步步和和均载，需增加辅助设备。均载，需增加辅助设备。 该方案适用于大型和超大型磨机。该方案适用于大型和超大型磨机。 5. 5. 中心驱动式并联汇流传动系统方案中心驱动式并联汇流传动系统方案机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析特点：特点： 1 1）该方案占地面积小，维护简单）该方案占地面积小，维护简单2 2）但但电电机机等等电电器器装装置置的的初初始始费费用用很很高高。同同等等功功率率时时，单单位位产产量量所所需需总总费费用用比比机机械械传传动动方方 案案约约高高（2950）%。 6. 6. 低速电动机直接驱动方案低速电动机直接驱动方

594、案机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 工作条件：工作条件： 电动机转速电动机转速 n1=1450r/min， 工作频率工作频率 f=50 1/min， 传动比误差传动比误差 r=2%。机机械械传传动动系系统统的的机机构简图构简图肥皂压花机的传动路线及传动比的分配肥皂压花机的传动路线及传动比的分配 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析肥皂块压花和出料工艺肥皂块压花和出料工艺推杆11压模工位压模工位下模具7上移完成压花工艺上模具8固定凸轮机构13的顶杆将皂块推出肥皂块12肥皂块12机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析一、传动路线分析一、

595、传动路线分析该该机机包包括括三三套套执执行行机机构构，分分别别完完成成规规定定动动作作，并并连连续续协调工作：协调工作： 曲曲柄柄滑滑块块机机构构1111完完成成皂皂块块送送进进，六六杆杆机机构构6 6完完成成模模具具的往复移动，凸轮机构的往复移动，凸轮机构1313完成成品移出。完成成品移出。 整整机机共共用用一一个个电电动动机机。因因执执行行机机构构工工作作频频率率较较低低，故故需采用减速传动装置。需采用减速传动装置。 减减速速装装置置为为三三套套执执行行机机构构公公用用，由由V V带带传传动动和和两两级级齿齿轮传动组成。轮传动组成。带带传传动动适适宜宜高高速速级级工工作作，故故安安排排在在

596、第第一一级级，并并兼兼有有安安全全保保护护功功能能。当当机机器器要要求求具具有有调调速速功功能能时时，可可将将带带传传动动改为带式无级变速传动。改为带式无级变速传动。机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析链传动链传动9 9是为实现较大距离的传动而设置的。是为实现较大距离的传动而设置的。锥齿轮传动用于改变传动方向。锥齿轮传动用于改变传动方向。该机的传动系统为三路并联分流传动，其中模具的往复该机的传动系统为三路并联分流传动，其中模具的往复运动路线为主传动链，皂块送进和送出为辅助传动链。运动路线为主传动链，皂块送进和送出为辅助传动链。机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计

597、实例分析电动机1带传动2二级齿轮减速器3离合器4锥齿轮传动5六杆机构6下模具往复移动7链传动9曲柄滑块机构11锥齿轮传动10皂块送进12凸轮机构13成品送出14肥皂压花机传动路线图肥皂压花机传动路线图机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 二、传动比分配二、传动比分配 1. 1. 主传动链（电动机主传动链（电动机模具往复移动）模具往复移动） 锥锥齿齿轮轮传传动动暂暂定定传传动动比比为为1 1。每每压压制制一一块块肥肥皂皂，六六杆杆机机构构带带动动下下模模具具完完成成一一运运动动循循环环，分分配配轴轴应应转转一一周周，故故轴轴的的转转速速为为n50r/min。因因已已知知电电动

598、动机机转转速速nd1450r/min，由此可知，该传动链总传动比的预定值为由此可知，该传动链总传动比的预定值为 设设带带传传动动及及二二级级齿齿轮轮减减速速器器中中高高速速级级和和低低速速级级齿齿轮轮传传动动的的传传动动比比分分别别为为i1、i2、i3，取取i12.5，则则减减速速器器的的总总传传动动比比为为29/2.5 = 11.629/2.5 = 11.6，两级齿轮传动平均传动比为，两级齿轮传动平均传动比为3.43.4。机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析主传动链的实际总传动比主传动链的实际总传动比选取各轮齿数选取各轮齿数za=23，zb=86，zc=21，zd=65。

599、i总=i1i2i3=2.53.7393.095=28.93传动比误差传动比误差 实际传动比实际传动比从从润润滑滑条条件件出出发发，按按二二级级展展开开式式圆圆柱柱齿齿轮轮减减速速器器传传动动比比分分配配公公式式，取取i21.2i3，则则由由i2i311.611.6可可求求得得i23.73，i33.113.11。机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析2. 2. 辅助传动链辅助传动链皂皂块块送送进进和和成成品品移移位位运运动动的的工工作作频频率率应应与与模模具具往往复复运运动动频频率率相相同同，即即在在一一个个运运动动周周期期内内，三三套套执执行行机机构构各各完完成成一一次次运运

600、动动循循环环，即即送送进进压压花花移移位位。因因此此分分配配轴轴必必须须与与分分配配轴轴同同步步，即即nn，故故链链传传动动9 9和和锥锥齿齿轮轮传传动动1010的的传传动动比比均应为均应为1 1。主传动链的实际总传动比为：主传动链的实际总传动比为：机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析运输机传动系统特性参数计算运输机传动系统特性参数计算机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析负载总阻力负载总阻力F6200N，曳引链速度曳引链速度v0.3m/s，节距节距p160mm，驱动链轮齿数驱动链轮齿数z12。板式运输机传动系统板式运输机传动系统传动方案已预分配传动方案已

601、预分配各级传动比各级传动比为：为：锥齿轮传动锥齿轮传动i13，圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动i24.5，链传动链传动i36。电动机同步转速电动机同步转速nd=750r/min。曳引链速度允许误差曳引链速度允许误差r=5%。以以下下为为该该传传动动系系统统选选择择电电动动机机型型号号，并并计计算算各各轴轴的的运运动动和和动力特性参数。动力特性参数。 1. 1. 计算执行机构主轴（计算执行机构主轴（轴）转速和功率轴）转速和功率r/min=9.4r/min执行机构主轴的输出功率执行机构主轴的输出功率P为为kW=1.86kW机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析2. 2. 求传动系统总效率

602、和电动机功率求传动系统总效率和电动机功率联轴器效率联轴器效率10.99，锥齿轮传动效率，锥齿轮传动效率20.960.96，圆柱齿轮传动效率圆柱齿轮传动效率30.970.97，链传动效率，链传动效率40.960.96，减减速速器器滚滚动动轴轴承承效效率率50.980.98，轴轴为为滑滑动动轴轴承承效效率率60.970.97，传动系统的，传动系统的总效率总效率为为需要电动机输出的功率为需要电动机输出的功率为kW=2.3kW机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析3. 3. 选择电动机选择电动机根根据据运运输输机机设设计计要要求求，电电动动机机功功率率应应有有20%20%左左右右的的

603、裕裕度度，由由手手册册查查得得，可可选选用用YEJ YEJ 132M-8132M-8型型电电动动机机，额额定定功功率率Pe3kW，满载转速满载转速n710r/min。机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 4. 4. 计算总传动比及各级传动比计算总传动比及各级传动比 系统的总传动比系统的总传动比由由齿齿数数条条件件，确确定定各各轮轮齿齿数数分分别别为为：锥锥齿齿轮轮z123，z272。圆柱齿轮圆柱齿轮z324，z4109，滚子链滚子链z519，z6105。则各传动则各传动实际传动比实际传动比为：为：实际总传动比为实际总传动比为i=i1i2i3=3.134.545.53=78.

604、58未超过传动比误差要求，所选参数可用。未超过传动比误差要求，所选参数可用。传动比误差为：传动比误差为：机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析5. 5. 计算各轴转速计算各轴转速 6. 6. 计算各轴功率计算各轴功率取电动机的额定功率取电动机的额定功率Pe为设计功率，求得各轴输入功率：为设计功率，求得各轴输入功率：机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析7. 7. 各轴转矩各轴转矩原动机的机械特性和工作机的负载特性原动机的机械特性和工作机的负载特性原动机的选择原动机的选择29.5原动机的选择原动机的选择原原动动机机的的种种类类很很多多，按按使使用用能能源源的的

605、形形式式，可可分分为为一一次次原原动机和二次原动机两大类。动机和二次原动机两大类。一一次次原原动动机机使使用用自自然然界界能能源源，直直接接将将自自然然界界能能源源转转变变为为机械能，如内燃机、风力机、水轮机等；机械能，如内燃机、风力机、水轮机等；二二次次原原动动机机将将电电能能、介介质质动动力力、压压力力能能转转变变为为机机械械能能，如电动机、液压马达等。如电动机、液压马达等。原动机的选择原动机的选择原动机的机械特性和工作机的负载特性原动机的机械特性和工作机的负载特性一、原动机的机械特性一、原动机的机械特性原原动动机机的的机机械械特特性性一一般般用用输输出出转转矩矩T（或或功功率率P）与与转

606、转速速n的关系曲线，即的关系曲线，即T=f(n)或或P=f(n)曲线表示。曲线表示。一次原动机的机械特性、特点和应用类别类别工业汽轮机工业汽轮机汽油机汽油机柴油机柴油机燃气轮机燃气轮机机械特性机械特性图图图图功率范围功率范围/kW小型小型1001000大型大型100005000四冲程四冲程1.0260二冲程二冲程0.61103.5380003525000特点特点启启动动转转矩矩大大，转转速速高高，变变速速范范围围较较大大，运转平稳，寿命长运转平稳，寿命长设设备备复复杂杂，制制造造技技术术要要求求高高，初初始始成成本本高高中中型型汽汽轮轮机机的的效效率率在大型和小型之间在大型和小型之间结结构构紧

607、紧凑凑，质质量量轻轻，便便于于移移动动，转转速速高高（四四冲冲程程达达5000r/min5000r/min，二二冲冲程程可可8000r/min8000r/min），能能很很快快启动达到满载运转启动达到满载运转燃燃料料价价高高、易易燃燃，废气会造成大气污染废气会造成大气污染工工作作可可靠靠，寿寿命命长长，维维护护简简便便，运运转转费费用用低低，燃燃料料较较安全安全初初始始成成本本较较高高，废废气气会会造造成大气污染成大气污染结结构构紧紧凑凑，质质量量轻轻，启启动动快快而而转转矩矩大大，运运转转平平稳稳，用用水水少少，可可用用廉廉价价燃燃油油，维维护护简简便便设设备备较较复复杂杂，制制造造技技术术

608、要要求求高高，初初始始成成本本高高，燃燃料料消消耗耗较较大大，小小尺尺寸寸燃燃气气轮轮机机尤尤甚甚应用应用适适用用于于大大功功率率高高速速驱驱动动，如如压压缩缩机机、泵泵和风机和风机多用于汽车多用于汽车应应用用很很广广，如如各各种种车车辆辆、船船舶舶、农农业业机机械械、挖挖掘掘机机、压压缩缩机机用用于于大大功功率率高高速速驱驱动动，如如机机车车、飞飞机机、原原油输送、发电油输送、发电各类电动机主要性能的比较电动机类别交交 流流 电电 动动 机机直直 流流 电电 动动 机机异异步步同同步步并并励励串串励励机械特性图图图图功率范围/kW0.35000200100000.355001.37650转速

609、范围/rmm15003000150300025030003702400特点笼型笼型绕线型绕线型恒转速，功率恒转速，功率因数可调节；因数可调节；需供励磁的直需供励磁的直流电机，价格流电机，价格贵。可采用变贵。可采用变频电源进行无频电源进行无级调速级调速调速性能好，调速性能好，能适应各种能适应各种载荷特性；载荷特性；价格较贵，价格较贵，维护复杂，维护复杂，并需要直流并需要直流电源电源启动转矩大，启动转矩大，自适应性好，自适应性好，过载能力强；过载能力强；价格贵，维价格贵，维护复杂，需护复杂，需有直流电源有直流电源结构简单，工作结构简单，工作可靠，维护容易，可靠，维护容易，价格低廉；满载时价格低廉；

610、满载时效率和功率因数高；效率和功率因数高；但启动和调速性能但启动和调速性能差，轻载时，功率差，轻载时，功率因数低因数低变极数可以多级变极数可以多级变速；有变频电源变速；有变频电源时，可以无级高速时，可以无级高速启动转矩大，启动启动转矩大，启动时功率因数高；在时功率因数高；在转子回路中增减外转子回路中增减外电阻可改变其滑差电阻可改变其滑差率，可在最大转矩率，可在最大转矩时调速但调节器范时调速但调节器范围小，维护较麻烦，围小，维护较麻烦，价格稍贵价格稍贵应用通常用于载荷平稳、通常用于载荷平稳、不调速、长期工作不调速、长期工作的机器，如水泵、的机器，如水泵、金属切削机床、起金属切削机床、起重运输机械

611、、矿山重运输机械、矿山机械机械载荷周期变化、启载荷周期变化、启制动次数较多、小制动次数较多、小范围调速的机器，范围调速的机器，如轧钢机主传动、如轧钢机主传动、提升机提升机通常用于不调速通常用于不调速的低速、重载和的低速、重载和大功率机器，特大功率机器，特别是需要功率因别是需要功率因数补偿的场合，数补偿的场合，如水泥磨机，鼓如水泥磨机，鼓风机风机用于要求调速用于要求调速范围大、交流范围大、交流电动机调速不电动机调速不能满足要求时，能满足要求时，如重型机床如重型机床需要启动转矩需要启动转矩大、恒功率调大、恒功率调速的机器，如速的机器，如电力机车、电电力机车、电车、起重机车、起重机利利用用变变频频器

612、器对对交交流流电电动动机机进进行行调调速速，变变频频器器可可以以看看作作一一个个频频率率可可调调的的交交流流电电源源，因因此此 对对于于现现有有的的作作恒恒转转速速运运转转的的异异步步电电动动机机，只只需需要要在在电电源源和和电电动动机机之之间间接接入入变变频频器器和和相相应应设设备备，就就可可以以实实现现调调速速控控制制，而而无无需需对对电电动动机机和和系系统统本本身身进进行行大大的的改造。改造。 通通用用型型变变频频器器的的调调速速范范围围可可达达1:101:10以以上上；高高性性能能的的矢矢量量控制变频器的调速范围可达控制变频器的调速范围可达1:10001:1000。变变频频调调速速异异

613、步步电电动动机机既既保保持持了了异异步步电电动动机机械械特特性性硬硬的的特特点，并具有高精度的调速性能点，并具有高精度的调速性能。原动机的选择原动机的选择二、工作机的负载特性二、工作机的负载特性代代表表工工作作机机工工况况最最重重要要的的特特性性是是载载荷荷（包包括括功功率率P P，转转矩矩T T和和力力F F）与与速速度度（包包括括转转速速n和和线线速速度度v）之之间间的的关关系系nT特特性性，这这也也是是讨讨论论原原动动机机、传传动动装装置置与与工工作作机机匹匹配配的的基基本本依依据。据。工工作作机机的的转转速速转转矩矩（转转速速功功率率）特特性性，主主要要有有四四种种，即即恒转矩载荷、恒

614、功率载荷、平方降转矩载荷和恒转速载荷。恒转矩载荷、恒功率载荷、平方降转矩载荷和恒转速载荷。原动机的选择原动机的选择1 1 恒转矩载荷恒转矩载荷恒转矩载荷的恒转矩载荷的nT特性特性 工工作作机机的的速速度度无无论论如如何何变变化化，其其稳稳定定状状态态下下的的载载荷荷转转矩矩大大体体上上是是一个定值如下图所示。一个定值如下图所示。 恒恒转转矩矩特特性性的的载载荷荷消消耗耗的的能能量量与与转转速速n n成成正正比比。例例如如：传传送送带带、搅拌机、挤压成型机和起重机等。搅拌机、挤压成型机和起重机等。原动机的选择原动机的选择2 2 恒功率载荷恒功率载荷某某些些机机械械，其其工工作作功功率率为为定定值

615、值而而与与转转速速无无关关，其其机机械械性性如如图图所所示示。例例如如：机机床床的的端端面面切切削削，纺纺织织机机械械和和轧轧钢钢设设备备中中的的卷卷取取机构。机构。恒功率载荷的恒功率载荷的nT特性特性3 3 平方降转矩载荷平方降转矩载荷风风扇扇、通通风风机机、离离心心式式水水泵泵和和船船舶舶螺螺旋旋浆浆等等流流体体机机械械，在在低低速速时时由由于于流流体体的的流流速速低低，所所以以载载荷荷（阻阻力力矩矩）较较小小。当当转转速速增增高高时时，载载荷荷迅迅速速增增大大，其其载载荷荷（转转矩矩）与与转转速速的的平平方方成成正正比比，其其机机械械特特性性如如图图所所示示。具具有有这这种种机机械械特特

616、性性的的机机器器，其其消消耗耗的的功功率率正正比比于于转转速的三次方。速的三次方。平方降转矩载荷的平方降转矩载荷的nT特性特性原动机的选择原动机的选择4 4 恒转速载荷恒转速载荷对对于于交交流流发发电电机机一一类类的的机机器器，尽尽管管载载荷荷发发生生变变化化，但但其其转转速速基基本本保保持持不不变变，这这就就是是恒恒转转速速载载荷荷特性，如图所示。特性，如图所示。恒转速载荷的恒转速载荷的nT特性特性此此外外，在在带带有有连连杆杆机机构构的的工工作作机机中中，如如曲曲柄柄压压力力机机、活活塞塞式式空空气气压压缩缩机机等等，其其载载荷荷转转矩矩T T与与转转角角或或行行程程S S之之间间存存在在

617、一一定的函数关系，可表示成定的函数关系，可表示成T T = =f()或或T=f(s)。原动机的选择原动机的选择 三、机械系统稳定运行的条件三、机械系统稳定运行的条件工工作作机机运运行行时时，原原动动机机的的机机械械特特性性和和工工作作机机的的负负载载转转矩矩特特性性是是同同时时存存在在的的，为为了了分分析析机机械械系系统统的的运运行行情情况况，可可把把原原动动机机的的机机械械特特性性与与工工作作机机的的负负载载转转矩矩特特性性画画在在同同一一坐坐标标图上，进行分析。图上，进行分析。1. 1. 原动机和工作机的工作点原动机和工作机的工作点 在在设设计计传传动动系系统统时时，为为求求出出原原动动机

618、机和和工工作作机机的的工工作作点点，需知原动机的机械特性和工作机的负载特性。需知原动机的机械特性和工作机的负载特性。 曲曲线线2 2：工工作作机机的的负负载载特特性性曲曲线线曲曲线线1 1：原原动动机机（例例如如柴柴油油机机）的机械特性曲线，的机械特性曲线，曲曲线线3 3：根根据据原原动动机机的的机机械械特特性性曲曲线线和和传传动动装装置置的的参参数数绘绘制制的的原原动动机机与与传传动动装装置置共共同同的工作特性曲线。的工作特性曲线。 原动机的选择原动机的选择A A点点工作机的最佳工作点；工作机的最佳工作点；N N点点原动机的额定工作点；原动机的额定工作点；N N 点点传动装置的传动比；传动装

619、置的传动比；B B点点曲曲线线3 3与与曲曲线线2 2之之交交点点，在在这这种种匹匹配配条条件件下下工工作作机机的实际工作点。其实际转速将为的实际工作点。其实际转速将为n2，转矩为转矩为T2。原动机与工作机的工作点将将B点点换换算算到到曲曲线线1 1上上的的点点C，便便是是原原动动机机实实际际工工作作点点（n1=in2，T1=T2/i）。2 2工作点的稳定性工作点的稳定性 原原动动机机和和工工作作机机工工作作点点的的稳稳定定性性，是是指指原原动动机机或或工工作作机机受受到到微微小小干干扰扰时时，能能在在原原工工作作点点的的邻邻近近建建立立新新的的工工作作点点而而不不产产生生过大的偏移。过大的偏

620、移。 原动机的选择原动机的选择工作点的稳定性工作点的稳定性曲曲线线3 3是是柴柴油油机机和和传传动动装装置置的共同工作特征曲线，的共同工作特征曲线，曲曲线线2 2是是起起重重机机（恒恒转转矩矩）的载荷特征曲线。的载荷特征曲线。在在最最大大转转矩矩点点A A右右侧侧的的工工作作点点（如如B B）是是稳稳定定的的，而而左左侧的（如侧的（如C C）是不稳定的。是不稳定的。负负载载特特性性曲曲线线2 2和和2 2 是是抛抛物物线线型型的的，这这时时工工作作点点无无论论在在最最大大转转矩矩点点A A的的左左侧侧（点点C C）还还是是右右侧侧（点点B B），都将是稳定的。都将是稳定的。原动机的选择原动机的

621、选择一、选择原则一、选择原则原动机的选择原动机的选择 1. 1. 满满足足工工作作环环境境对对原原动动机机的的要要求求。如如能能源源供供应应，降降低低噪噪声声和环境保护等要求。和环境保护等要求。 2. 2. 原原动动机机的的机机械械特特性性和和工工作作制制度度应应与与机机械械系系统统的的负负载载特特性性（包包括括功功率率、转转矩矩、转转速速等等）相相匹匹配配，以以保保证证机机械械系系统统有稳定的运行状态。有稳定的运行状态。 3. 3. 满足工作机启动、制动、过载能力和发热的要求。满足工作机启动、制动、过载能力和发热的要求。 4.4.满足机械系统整体布置的需要。满足机械系统整体布置的需要。 5.

622、 5. 具有较高的性能价格比，运行可靠、经济性指标合理。具有较高的性能价格比，运行可靠、经济性指标合理。原动机的选择原动机的选择二、选择步骤二、选择步骤1. 1. 确定机械系统的负载特性确定机械系统的负载特性机械系统的负载由工作负载和非工作负载组成。机械系统的负载由工作负载和非工作负载组成。 工工作作负负载载可可根根据据机机械械系系统统的的功功能能由由执执行行机机构构或或构构件件的的运动和受力求得；运动和受力求得； 非非工工作作负负载载指指机机械械系系统统所所有有额额外外消消耗耗，如如机机械械内内部部的的摩摩擦擦消消耗耗，辅辅助助装装置置的的消消耗耗（如如润润滑滑系系统统，冷冷却却系系统统的的

623、消耗）等。消耗）等。原动机的选择原动机的选择2. 2. 确定工作机的工作制度确定工作机的工作制度工工作作机机的的工作制度：指指工工作作负负载载随随执执行行系系统统的的工工艺艺要要求求而而变化的规律。变化的规律。工作制度包包括括长长期期工工作作制制、短短期期工工作作制制和和断断续续工工作作制制三三大大类类，常常用用载载荷荷时时间间曲曲线线表表示示。有有恒恒载载和和变变载载、断断续续和和连连续续运运行、长期和短期运行等形式。行、长期和短期运行等形式。 GB755-2000GB755-2000旋旋转转电电机机基基本本技技术术要要求求将将电电机机的的工工作作制制度度分为分为9 9种，以种，以S1S9S

624、1S9表示，分别对应于工作机的不同工作制度。表示，分别对应于工作机的不同工作制度。 连续工作制连续工作制S1S1 短期工作制短期工作制S2S2 断续周期工作制断续周期工作制S3S3 原动机的选择原动机的选择3. 3. 选择原动机的类型选择原动机的类型首先应考虑能源供应及环境要求，选择确定原动机的种类首先应考虑能源供应及环境要求，选择确定原动机的种类再再根根据据驱驱动动效效率率、运运动动精精度度、负负载载大大小小、过过载载能能力力、调调速速要求、外形尺寸等因素，要求、外形尺寸等因素，综综合合考考虑虑工工作作机机的的工工况况和和原原动动机机的的特特点点，具具体体分分析析，以以选选得合适的类型。得合

625、适的类型。电电动动机机有有较较高高的的驱驱动动效效率率和和运运动动精精度度，其其类类型型和和型型号号繁繁多多，能能满满足足不不同同类类型型工工作作机机的的要要求求，而而且且还还具具有有良良好好的的调速、启动和反向功能，因此可作为首选类型调速、启动和反向功能，因此可作为首选类型对于野外作业和移动作业时，宜选用内燃机。对于野外作业和移动作业时，宜选用内燃机。原动机的选择原动机的选择4. 4. 选择原动机的转速选择原动机的转速可可根根据据工工作作机机的的调调速速范范围围和和传传动动系系统统的的结结构构和和性性能能要要求来选择。求来选择。转转速速选选择择过过高高，导导致致传传动动系系统统传传动动比比增

626、增大大，结结构构复复杂、效率降低；杂、效率降低；转速选择过低，则原动机本身结构增大、价格较高。转速选择过低，则原动机本身结构增大、价格较高。 一一般般原原动动机机的的转转速速范范围围可可由由工工作作机机的的转转速速乘乘以以传传动动系统的常见总传动比得出。系统的常见总传动比得出。 原动机的选择原动机的选择5. 5. 确定原动机的容量确定原动机的容量原原动动机机的的容容量量通通常常用用功功率率表表示示。在在确确定定了了原原动动机机的的转转速速后后，可可由由工工作作机机的的负负载载功功率率（或或转转矩矩）和和工工作作制制来来确确定定原原动动机机的的额额定定功功率。机械系统所需原动机功率率。机械系统所需原动机功率Pd可表示为可表示为P Pd d是是工工作作机机的的工工作作制制度度与与原原动动机机工工作作制制度度相相同同前前提提下下所所需需的的原动机额定功率原动机额定功率。原动机的选择原动机的选择工作机所需功率工作机所需功率各辅助系统所需的功率各辅助系统所需的功率从工作机经传动系统到原动机的效率从工作机经传动系统到原动机的效率从各辅助装置经传动系统到原动机的效率从各辅助装置经传动系统到原动机的效率考虑过载或功耗波动的余量因数，一般取考虑过载或功耗波动的余量因数，一般取1.11.11.31.3。