武汉理工大学机械设计基础

B 1a B2
F C b 2 C1 vc c min
3 D
2
C
vc F 3
D
B
1
A

B1 4 d
1 A
1

4
当为锐角时，传动角= ； 当为钝角时，传动角=180 ； 以AB为原动件的曲柄摇杆机构， min=min[min,(180max )]
第5章齿轮传动设计
1. 齿轮传动类型、特点及应用，齿廓啮合基本定律； 2．渐开线及其特性、齿轮几何尺寸计算（标准直圆柱齿轮）
3．齿轮正确传动、连续传动条件: 直齿圆柱 m1= m2=m
齿轮传动 齿轮正确 传动条件 斜齿圆柱 齿轮传动
1 = 2=
mn1= mn2=mn n1 = n2= n β1= - β2
当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的 夹角最小和最大（ min、 max ）。 b 2 c 2 (d a) 2 min arccos 2bc b 2 c 2 (d a) 2 max arccos 2bc
（3）机构的死点位置 1）死点位置：
在图示的缝纫机主运动机构中，摇杆CD为主动件，当机构处于连杆 与从动曲柄共线的两个位置时，出现了传动角γ ＝0°(即：α =90°) 的 情况。这时主动件CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中 心，不产生转矩，因此机构在此位置时，无论驱动力多大，都不能使构 件AB转动，而出现“顶死”现象。机构的此种位置称为机构的死点位置 。 带 B2 轮 A vB1
许用压力角的推荐值： 对于移动从动件， []=30º ~38º
Fn

Fx
S2
B
1
工作行程
对于摆动从动件， []=40º ~45º
非工作行程：可在70º 之间选取 ~80º
r
t
o
n
r0
3
1
2.基圆半径的确定
FQ
3 2
v 2 v x tan r tan r r0 s2 v2 r0 s2 1 tan
一．铰链四
杆机构
死点位置及其克服方法
双曲柄机构－无死点位置 双摇杆机构－有死点位置 导杆机构 曲柄滑块机构 曲柄摇块机构 定块机构
演变机构
偏心轮机构
曲柄摇杆机构的基本性质:
(1)输出件的急回特性 1) 输出件CD的两极限位置及原动件的极位夹角 图示曲柄摇杆机构中，设曲柄AB为原动件，以等角速度顺时 针转动，当AB与BC（连杆）两次共线时，输出件CD处于两极限 位置（C1D和C2D），摇杆在两极限位置之间的摆角为ψ 。
Fa1 = - Fa2 Fa2 n2
Fr2
轴向力Fa
斜齿轮传动— —用“主动轮 左、右手定则 ”来判断
Fr1 = - Fr2
Ft2
圆周力Ft 直齿锥 径向力Fr 齿轮 轴向力Fa Ft1 = - Ft2
Fa1
锥齿轮传动— —分别指向各 轮轮齿的大端
Ft1 n1 Fr1
Fr1 = - Fa2 Fa1 = - Fr2
v2 t1 1 180º+ k= v = t = = 180º 1 2 2 180º + k= 180º
k 1 =180º k+1
平面四杆机构具有急回特性的条件： （1）原动件作等速整周转动； （2）输出件作往复运动； （3） 0 。
(2) 压力角与传动角——反映传力特性的参数 1） 压力角 ： 在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下， 机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速 度方向线所夹的锐角。 F Ft=Fcos ---- 有效分力 Fn=Fsin ---- 无效分力
t
t
d）脉动循环变应力γ= 0
图 1-5 应力类型
第一章
机械系统的运动简图设计
1．运动副及其分类、表示方法、规定画法
一．平面机构运 动简图绘制
2．构件类型、表示方法及规定画法 3．机构运动简图及其绘制方法 计算公式：F = 3n - 2pL - pH 注意事项：复合铰链、局部自由度 和虚约束的判别及其处理
静载荷、静应力 载荷和应力 变载荷、变应力 脆性材料制造的零件：σ
lim=σ B
零件的 三．零件 极限应 强度计算 力σlim
静应力下 变应力下 σlim=σrN
塑性材料制造的零件：σlim=σS 若N＜N0 ，σlim = KNσr 若N≥N0 ，σlim = σr
许用应力
[σ] =σlim/ [S]
B0
γ
min
B
A
2a α max
b 3
γ
C
α
C0
4
VC
1
如图当1=90º 时，可得max为
max=arcsin
a b
偏置曲柄滑块机构
B
1 a 1 2 max b 3 C 4
1
A
C1
min
γ
B1பைடு நூலகம்
滑块回程
D() 如图当1=270º 时，可得max为 max=arcsin a+e b
（重点）
三. 盘状凸轮轮 对心直动尖端从动件盘状凸轮轮廓设计（重点） 廓曲线设计
对心直动滚子从动件盘状凸轮轮廓设计
凸轮的基圆——以凸轮的最小向径r0所作的圆称为基圆。 推程——从动件从距离凸轮回转中 s 2 心最近位置到距离凸轮回转中心最 远位置的过程，称为推程。相应移 动的距离h称为行程
B
C
行程
直齿圆 柱齿轮
圆周力Ft 径向力Fr
n1
Fr1
Ft1 Ft2
n2
Fr2
Ft1 = - Ft2
Fr1 = - Fr2 O1 Fa1 O2 Fr1 Ft2 Fr2 Ft1 Fa2
各力 方向 判定 径向力Fr— 分别指向各
自的轮心
斜齿圆 柱齿轮
圆周力Ft 径向力Fr
轴向力Fa n1
Ft1 = - Ft2
n2
B
Fn C
越小，Ft 越大，受力越好。
2
3

Ft
F
2）传动角： 压力角的余角。
1 1
A
vc
4
D
越大（ 则越小）
受力越好。
设计时应使min [] （[]为许用传动角, 通常取[] ＞ 400；在传递力矩较大时，则取[] ＞500 ）。
3) 机构最小传动角位置的确定
max C 2
7.齿轮传动的参数选择——重点
齿数Z1 闭式软齿面齿轮——Z1=24～ 40 闭式硬齿面齿轮——Z1=17～ 25 开式齿轮 —— Z1=17～ 20
Z2=i Z1——圆为整数
模数m —— 在满足齿根弯曲强度要求的前提下，尽可能取小些，对于 动力传动齿轮必须使m ≥ 1.5 mm。 圆柱齿轮 d
v max a max
动量 mv 惯性力
产生很多的冲击 动压力
强度、磨损影响大
§3-4
设计凸轮机构应注意的问题
FQ
3 2
一、压力角与凸轮基圆半径
1.压力角——法向力Fn与从动件运动方 向之间所夹的锐角 n
v2
Fy t
FY Fn cos; FX Fn sin
↑则FY↓ FX↑，设计时应使 max≤ []
a max ( h 2 / 0 )
2
冲 击
刚性 柔性 柔性
应用场合
低速轻负荷 中速轻负荷 中低速中负荷 中高速轻负荷 高速中负荷 低速重负荷 中高速重负荷
∞ 4.00 4.93 6.28 5.77 8.38 5.53
改进型梯形加速度
2.00
4.89
高速轻负荷
质量大的从动件速度不宜过大。 高速运动的凸 轮机构加速度 不宜过大
自由度计算
二．平面机构
机构具有确 定运动的条：
机构的原动件数目=机构的自由度数目
第2章 平面连杆机构
结构分析－ 机架、连架杆（曲柄、摇杆）和连杆 １．最短杆与最长杆的长度和应小于或等于其
有曲柄条件 他两杆的长度之和；——杆长条件 ２．连架杆和机架中有一杆是最短杆。 重点
曲柄摇杆机构 重点 类型及特点 急回特性－θ、Ｋ 传力特性－γmin 、α
连续传动条件: AB>Pb
m1=m2=m 直齿锥齿 = = 1 2
轮传动 4．齿轮加工原理及方法；
1 + 2 =
5．齿轮传动失效形式及计算准则、材料选择；
6．齿轮传动受力分析——重点 圆周
力Ft
主动轮——受阻力 ，Ft1与力作用点线 速度的方向相反；
从动轮——受驱 动力，Ft2 与力作 用点线速度的方 向相同
n Fn
v2
Fy
t

Fx
ds2 / d r0 s2 tan
越小， 0 越大，机构尺寸也越大， r 在不超过 []时，将 取大些，以减小
基圆半径。 若结构尺寸无严格限制,为减少压 力角，可适当取较大的基圆半径。
S2
B
1
r
t o n
r0
3
r ≥1.8r´+(4~10)mm
0
1
r´为凸轮轴孔的半径。
N2
rb2 O2
a）标准安装（无侧隙）
rb2
O2 a
b）非标准安装（有侧隙）
第6章
B
B2
l3 3 1 2 l2 B C2 1
A
C 4 C1
1
B2
l2
B 3 l 2 C2 3 A B1
H
C
C1 1
4
1
H
对心曲柄滑块机构 H=2a, =0 无急回特性。 有曲柄存在的条件： l2≤l3
偏置曲柄滑块机构 0, 有急回特性。