机械设计基础第七章
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机械设计基础第七章
机械设计基础第七章一、教学内容1. 介绍机械设计的基本原则和方法，包括功能原理、尺寸原理和运动原理等。
2. 讲解机械设计的步骤，包括需求分析、方案设计、详细设计和试验验证等。
3. 介绍机械设计的各种方法，包括解析法、数值法和实验法等。
4. 讲解机械设计的各种技巧，包括简化模型、优化设计和可靠性设计等。
二、教学目标1. 让学生掌握机械设计的基本原则和方法。
2. 让学生了解机械设计的步骤。
3. 让学生熟悉机械设计的各种方法和技巧。
三、教学难点与重点重点：机械设计的基本原则和方法，机械设计的步骤。
难点：机械设计的各种方法和技巧。
四、教具与学具准备教具：多媒体教学设备。
学具：教材、笔记本、文具。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示一些实际的机械设计案例，引发学生对机械设计的兴趣和思考。
2. 知识讲解：讲解机械设计的基本原则和方法，以及机械设计的步骤。
3. 例题讲解：通过一些典型的机械设计例题，让学生理解和掌握机械设计的方法和技巧。
4. 随堂练习：让学生通过一些实际的练习题，运用所学的机械设计方法和技巧。
5. 板书设计：板书重点内容，帮助学生记忆和复习。
6. 作业布置：布置一些相关的作业题，让学生进一步巩固所学的知识。
六、板书设计板书内容：机械设计的基本原则和方法：1. 功能原理2. 尺寸原理3. 运动原理机械设计的步骤：1. 需求分析2. 方案设计3. 详细设计4. 试验验证机械设计的各种方法和技巧：1. 解析法2. 数值法3. 实验法七、作业设计作业题目：1. 简述机械设计的基本原则和方法。
2. 阐述机械设计的步骤。
3. 举例说明机械设计的各种方法和技巧。
答案：1. 机械设计的基本原则和方法：功能原理、尺寸原理、运动原理等。
2. 机械设计的步骤：需求分析、方案设计、详细设计、试验验证等。
3. 机械设计的各种方法和技巧：解析法、数值法、实验法等。
八、课后反思及拓展延伸通过本节课的教学，学生应该已经掌握了机械设计的基本原则和方法，了解了机械设计的步骤，熟悉了机械设计的各种方法和技巧。
机械设计基础 第7章
7.3
为了保证运动摩擦、磨损小，除了正确选用润滑剂外，
7.3.1 油润滑方式及装置
1. 间歇供油是隔一定时间向润滑点供给润滑油，润滑不很
常用的润滑方法和装置有手工加油油杯(图7-2)和压注油 杯(图7-3)
图7-2 手工加油油杯
图7-3 压注油杯
2.连续供油 连续供油是连续不断地向润滑点供给润滑油，润滑可靠。 较重要的场合都要用连续润滑方式。 (1)滴油润滑。针阀式油杯可用于滴油润滑。如图7-4所 示，针阀式油杯由手柄1、调节螺母2、弹簧3、芯管4、针阀 5、杯体6、观察窗孔7和联接螺纹8等组成。当手柄放平时， 针阀受弹簧力向下而堵住油孔；手柄转90°变成垂直时，针 阀上提，下端油孔打开，润滑油流出进入润滑点。其油量大
液体润滑剂具有流动性好、内摩擦因数小、冷却效果好、 更换方便等特点，但密封装置复杂。目前，用润滑油润滑应
常用润滑油的主要质量指标和用途见表7-1
表7-1 常用润滑油的主要质量指标和用途
2. 半固体润滑剂俗称润滑脂，是在润滑油中加入稠化剂而 制成的。常用的稠化剂为金属皂类(如钠皂、钙皂、锂皂、 钡皂等)。润滑油中加入不同的稠化剂，可制成不同的润滑 脂，如钠基润滑脂、锂基润滑脂等。 润滑脂具有流动性差、使用方便、不易泄漏、无需经常 换油及加油等特点，还有密封作用，且密封装置简单；但散 热差、内摩擦因数大、摩擦损失大、更换及清洗不方便。用 润滑脂润滑的应用范围仅次于润滑油，常用于低速、重载、 间歇或摆动及不易加油的机械中。常用润滑脂的性能及用途 见表7-2
(3)集中润滑：用脂泵将润滑脂定时定量地送到各润滑
7.4 密封方式及密封件
图7-7所示为一种圆柱齿轮减速器，其齿轮副的润滑是 浸油润滑。减速器的输入轴、输出轴与箱体端盖之间存在间 隙；另外，减速器箱盖与箱体结合面处也存在间隙。当减速 器工作时，飞溅的润滑油就会从各间隙处泄露，造成润滑剂 的流失及环境污染，所以必须考虑这些部位的密封问题。
2024年机械设计基础第七章-(带目录)
机械设计基础第七章-(带目录)机械设计基础第七章：机械传动系统设计1.引言机械传动系统是机械设计中至关重要的一部分，它将动力从发动机传递到工作部件，以实现机械设备的各种运动和功能。
机械传动系统的设计直接影响到机械设备的性能、效率和可靠性。
本章将介绍机械传动系统的基本原理、类型和设计方法。
2.机械传动系统的基本原理机械传动系统主要由传动元件和传动介质组成。
传动元件包括齿轮、皮带轮、链条等，它们通过传动介质（如齿轮油、皮带、链条）将动力传递到工作部件。
机械传动系统的基本原理是利用传动元件的几何形状和相对运动来实现力的传递和运动的变化。
3.机械传动系统的类型机械传动系统根据传动介质的不同，可以分为齿轮传动、皮带传动、链条传动和液压传动等几种类型。
齿轮传动是利用齿轮的啮合来传递动力和运动，具有传动效率高、精度高和可靠性好等优点。
皮带传动是利用皮带的摩擦力来传递动力和运动，具有结构简单、噪音低和维护方便等优点。
链条传动是利用链条的啮合来传递动力和运动，具有承载能力强、传动效率高等优点。
液压传动是利用液体的压力来传递动力和运动，具有传递力矩大、响应速度快和易于实现远程控制等优点。
4.机械传动系统的设计方法（1）确定传动系统的类型和参数：根据机械设备的性能要求和工作条件，选择合适的传动系统类型，并确定传动系统的参数，如传动比、转速、功率等。
（2）选择传动元件：根据传动系统的参数和工作条件，选择合适的传动元件，如齿轮、皮带轮、链条等。
（3）设计传动介质：根据传动系统的类型和工作条件，设计合适的传动介质，如齿轮油、皮带、链条等。
（4）校核传动系统的性能：通过计算和分析，校核传动系统的性能，如传动效率、承载能力、寿命等。
5.机械传动系统的设计实例以齿轮传动系统为例，介绍机械传动系统的设计方法。
根据机械设备的性能要求和工作条件，确定传动系统的类型和参数，如传动比、转速、功率等。
然后，选择合适的齿轮，并根据传动比和转速计算齿轮的模数和齿数。
机械设计基础 第七章
V 带轮的结构尺寸(参见图7-8中标注的尺寸) 可 以查设计手册，也可以按下面的经验公式确定。
d0 0.2 ~ 0.3d2 d1 ；d1 1.8 ~ 2d S 0.2 ~ 0.3 B；S1 1.5S，S2 0.5S；D0 0.5d1+d2
b1 0.4h1，b2 0.8b1；f1 0.2h1，f2 0.2h2；h2 0.8h1
当量摩擦系数 fv ：最大有效拉力 femax 随 fv的增大而增 大。因为 fv 越大，摩擦力就越大，传动能力就越高。当量摩擦 系数 fv 取决于带与带轮材料、表面状况、形状，以及带传动
的工作环境条件。
7.3.2 带的应力分析
1. 拉应力
带传动工作时，带上应力有以下几种：
紧边拉应力 松边拉应力
如图7-7所示，V 带轮由轮缘、辐板(或轮辐) 和轮毂三部 分组成。
图7-7 V 带轮的结构
(1) 轮缘
轮缘为带轮外圈环形部分，轮缘上有轮槽。普通 V 带轮 槽采用基准宽度制，以基准线的位置和基准宽度来定义带轮 的槽型、基准直径和 V 带在轮槽中的位置。
带轮的基准宽度定义为 V 带的节面在轮槽内相应位置的槽宽， 用以表示轮槽截面的特征值，不受公差的影响，是带轮与带标准 化的基本尺寸。在轮槽基准宽度处的直径是带轮的基准直径。普 通 V 带轮基准直径如表7-2所示，轮缘尺寸如表7-1所示。
小，则带所能传递的功率减小，运转时容易打滑。
带速v：v一般取5 m / s v 25 m / s 。 v
过大时离心力过大，使带与带轮之间摩擦力减 小，从而使最有效拉力减小，传动能力下降；
v过小，由 P Fe·v 知，所需有效拉力Fe过大，
即所需带根数过多。
包角α：α越大，带与带轮接触弧上的摩 擦力就越大，传动能力就越强。
机械设计基础第7章 轮系
§7-3 周转轮系传动比计算 16
a,b齿轮选择原则
1. 2.
3.
4.
已知转速的齿轮 固定的齿轮（n=0） 需要求该齿轮转速的齿轮 轮系之间有关联的齿轮（复合轮系） a,b,H轴线平行（周转轮系）
17
例题 在图所示的差动轮系中，已知各轮的齿数为：z1 =30，z2 =25， z2’=20， z3=75。齿轮1的转速为210r/min(蓝箭头向上)，齿轮3的转速为 54r/min(蓝箭头向下)，求系杆转速 的大小和方向。 解：将系杆视为固定，画出转化轮系中各轮的转向，如图中红 线箭头所示(红线箭头不是齿轮真实转向，只表示假想的转 化轮系中的齿轮转向，二者不可混淆)。因1、3两轮红线箭 头相反，因此 应取符号“-”，根据公式得：
§7-3 周转轮系传动比计算 19
§7-4 复合轮系传动比计算
除了前面介绍的定轴轮系和周转轮系 以外，机械中还经常用到复合轮系。复合轮系常以两 种方式构成： ① 将定轴轮系与基本周转轮系组合； ② 由几个基本周转轮系经串联或并联而成。 由于整个复合轮系不可能转化成为一个 定轴轮系，所以不能只用一个公式来求解。计算复合 轮系时，首先必须将各个基本周转轮系和定轴轮系区 分开来，然后分别列出计算这些轮系的方程式，最后 联立解出所要求的传动比。 正确区分各个轮系的关键在于找出各个基本周转 轮系。找基本周转轮系的一般方法是：先找出行星轮， 即找出那些几何轴线绕另一齿轮的几何轴线转动的齿 轮；支持行星轮运动的那个构件就是行星架；几何轴 线与行星架的回转轴线相重合，且直接与行星轮相啮 合的定轴齿轮就是中心轮。这组行星轮、行星架、中 心轮构成一个基本周转轮系。
根据题意，齿轮1、3的转向相反，若假设n1为正，则应 将n3以负值带入上式，
解得nH =10r/min。因nH 为正号，可知nH 的转向和n1 相同。 在已知n1、nH或n3、nH的情况下，利用公式还可容易地算 出行星齿轮2的转速 。
a,b齿轮选择原则
1. 2.
3.
4.
已知转速的齿轮 固定的齿轮（n=0） 需要求该齿轮转速的齿轮 轮系之间有关联的齿轮（复合轮系） a,b,H轴线平行（周转轮系）
17
例题 在图所示的差动轮系中，已知各轮的齿数为：z1 =30，z2 =25， z2’=20， z3=75。齿轮1的转速为210r/min(蓝箭头向上)，齿轮3的转速为 54r/min(蓝箭头向下)，求系杆转速 的大小和方向。 解：将系杆视为固定，画出转化轮系中各轮的转向，如图中红 线箭头所示(红线箭头不是齿轮真实转向，只表示假想的转 化轮系中的齿轮转向，二者不可混淆)。因1、3两轮红线箭 头相反，因此 应取符号“-”，根据公式得：
§7-3 周转轮系传动比计算 19
§7-4 复合轮系传动比计算
除了前面介绍的定轴轮系和周转轮系 以外，机械中还经常用到复合轮系。复合轮系常以两 种方式构成： ① 将定轴轮系与基本周转轮系组合； ② 由几个基本周转轮系经串联或并联而成。 由于整个复合轮系不可能转化成为一个 定轴轮系，所以不能只用一个公式来求解。计算复合 轮系时，首先必须将各个基本周转轮系和定轴轮系区 分开来，然后分别列出计算这些轮系的方程式，最后 联立解出所要求的传动比。 正确区分各个轮系的关键在于找出各个基本周转 轮系。找基本周转轮系的一般方法是：先找出行星轮， 即找出那些几何轴线绕另一齿轮的几何轴线转动的齿 轮；支持行星轮运动的那个构件就是行星架；几何轴 线与行星架的回转轴线相重合，且直接与行星轮相啮 合的定轴齿轮就是中心轮。这组行星轮、行星架、中 心轮构成一个基本周转轮系。
根据题意，齿轮1、3的转向相反，若假设n1为正，则应 将n3以负值带入上式，
解得nH =10r/min。因nH 为正号，可知nH 的转向和n1 相同。 在已知n1、nH或n3、nH的情况下，利用公式还可容易地算 出行星齿轮2的转速 。
《机械设计基础》课件第7章
2. 带传动的特点
摩擦型带传动主要特点如下：
(1) 传动带具有弹性和挠性， 可吸收振动并缓和冲击， 从 而使传动平稳、噪声小。
(2) 当过载时，传动带与带轮间可发生相对滑动而不损伤其 他零件，起过载保护作用。
(3) 适合于主、 从动轴间中心距较大的传动。
(4) 由于有弹性滑动存在， 故不能保证准确的传动比， 传 动效率较低。
由于滑动率随所传递载荷的大小而变化，不是一个定值，故带
传动的传动比亦不能保持准确值。带传动正常工作时，其滑动
率ε≈1％～2％，在一般情况下可以不予考虑。
7.3.4 打滑现象
带传动是靠摩擦工作的，在初拉力F0一定时，当传递的有 效圆周力F超过带与轮面间的极限摩擦力时，带就会在带轮轮 面上发生明显的全面滑动， 这种现象称为打滑。当传动出现 打滑现象时，虽然主动带轮仍在继续转动，但从动带轮及传动 带有较大的速度损失，使带传动处于不稳定状态，甚至完全不 动。由于大带轮上的包角大于小带轮的包角，由式（7-7）可 知，打滑总是在小带轮上首先开始的。打滑是一种有害现象， 它将使传动失效并加剧带的磨损。因此，在正常工作时，应避 免打滑现象。
拉力的减量， 即
F1 F0 F0 F2 F1 F2 2F0
(7-5)
当带与带轮的摩擦处于即将打滑而尚未打滑的临界状态时，
F1与F2的关系可用著名的欧拉公式表示，即
F1 F2e f
(7-6)
式中：α ——带轮上的包角（图7-5(b)），rad
f——为带与带轮之间的摩擦系数（对V带传动用当量摩擦系 数fV）。
有效圆周力F(N)、带速v(m/s)和带传递功率P(kW)之间的
关系为
P Fv
(7-4)
1000
机械设计基础第七章 齿轮传动
标准齿条型刀具比基准齿 形高出c*m一段切出齿根 过渡曲线。 4.2用标准齿条型刀具加工标准齿轮
加工标准齿轮： 刀具分度线刚好与轮坯 的分度圆作纯滚动。 分度圆
分度线
顶线
hf=(h*a+ c*)m
ha=h*am
s
e
加工结果： s＝e＝πm/2 ha=h*am hf = (h*a+ c*)m
二、 渐开线齿廓的根切及最少齿数
标准齿轮不发生根切的最少齿数 根切的原因：刀具的顶线与啮合线的交点 超过被加工齿轮的啮合极限点N
标准齿轮 不发生根 切的情况
要避免根切， 应使
* ha m NM ,
NM PN sin r sin 2
* 2ha z 2 sin
mz 2 sin 2
3 、变位齿轮
1）标准齿轮的优缺点
rK
基圆对渐开线形状的影响
3 渐开线齿廓的啮合 1）渐开线齿廓满足定传动比传动
因为渐开线齿廓在任一点接触，过接 触点的公法线必与两基圆相切。即所 有啮合点均在两基圆的一条内公切线 上。因此，内公切线必与连心线相交 于一固定点P。所以能保证定传动比传 动。
1 O2 P rb 2 i12 2 O1P rb1
一对渐开线齿轮正确啮合的条件
一对齿轮传动时，所有啮合点都在啮合线 N1N2 上。
pb1 rb1 r1
B1
O1
ω1
pb 1
rb1 r1 B1
O1 ω1
pb1
rb1 r1
O1
ω1
N1
P
B2
N1
P
N1
P
B2
B2
N2
N2
N2
B1
pb1< pb2 m1<m2
加工标准齿轮： 刀具分度线刚好与轮坯 的分度圆作纯滚动。 分度圆
分度线
顶线
hf=(h*a+ c*)m
ha=h*am
s
e
加工结果： s＝e＝πm/2 ha=h*am hf = (h*a+ c*)m
二、 渐开线齿廓的根切及最少齿数
标准齿轮不发生根切的最少齿数 根切的原因：刀具的顶线与啮合线的交点 超过被加工齿轮的啮合极限点N
标准齿轮 不发生根 切的情况
要避免根切， 应使
* ha m NM ,
NM PN sin r sin 2
* 2ha z 2 sin
mz 2 sin 2
3 、变位齿轮
1）标准齿轮的优缺点
rK
基圆对渐开线形状的影响
3 渐开线齿廓的啮合 1）渐开线齿廓满足定传动比传动
因为渐开线齿廓在任一点接触，过接 触点的公法线必与两基圆相切。即所 有啮合点均在两基圆的一条内公切线 上。因此，内公切线必与连心线相交 于一固定点P。所以能保证定传动比传 动。
1 O2 P rb 2 i12 2 O1P rb1
一对渐开线齿轮正确啮合的条件
一对齿轮传动时，所有啮合点都在啮合线 N1N2 上。
pb1 rb1 r1
B1
O1
ω1
pb 1
rb1 r1 B1
O1 ω1
pb1
rb1 r1
O1
ω1
N1
P
B2
N1
P
N1
P
B2
B2
N2
N2
N2
B1
pb1< pb2 m1<m2
机械设计基础教学课件第七章绪论
2、安全可靠性要求:指产品在规定调节下和会顶时间内完成规定功 能的能力，机器正常工作的必要条件。 “规定条件”是指对产品进行可靠性考核时所规定的使用条件和环境条件，包 括载荷情况、工作制度、应力、强度、湿度、粉尘及腐蚀等包括 操作规程、维修方法等。 “规定时间”是指对产品可靠性考核时所规定的时间，如运行时间、应力循环 次数、行驶的里程等。 “规定功能”是指对产品考核的具体功能，产品规定功能的丧失称为失效，可 修复产品的失效称为故障。
二、机械零件常用的材料种类
黑色金属
铸铁
钢
灰铸铁：多用于制造底座、端盖、手轮。
球墨铸铁：常用于制造差速器壳体、扳手 曲轴、活塞环。
可锻铸铁：多用于制造承受中、高动静 载荷的零件、制作、凸轮轴。
合金铸铁：用于重载或在高温、高腐蚀 环境下服役的零件。
Hale Waihona Puke 4.机械：机器与机构的总称 5.构件：机器或机构中最小的运动单元。（各零件间没有相对运动） 6.零件：机器或机构中最小的制造单元 7.部件：一组协同工作的零件组成的独立制造装配的组合。 （用以完成特定的工作，往往独立加工装配。如：变速器，离合器，制动器等） 注意：构件与零件联系与区别
零件 构件 机器
驱动和执行机构
它输出与被控量目标值相应的信号
把被控参数的实际值和给定值比较，产生误差型号送给驱动器
它把误差信号放大，变成能驱动执行机构的物理量， 参与被控量的调节
对被控参数的实际值进行测量，并把测得的物理量转 换成点信号
§7.2 机械设计的基本要求及一般过程
一、机械设计的基本要求
1、满足社会需求 机械产品的设计总是以社会需求为前提 必需正确选择机器的工作原理、机构类型和机械传动方案
推行标准化要求：标准化，系列化，通用化 体现工艺造型美观要求
二、机械零件常用的材料种类
黑色金属
铸铁
钢
灰铸铁：多用于制造底座、端盖、手轮。
球墨铸铁：常用于制造差速器壳体、扳手 曲轴、活塞环。
可锻铸铁：多用于制造承受中、高动静 载荷的零件、制作、凸轮轴。
合金铸铁：用于重载或在高温、高腐蚀 环境下服役的零件。
Hale Waihona Puke 4.机械：机器与机构的总称 5.构件：机器或机构中最小的运动单元。（各零件间没有相对运动） 6.零件：机器或机构中最小的制造单元 7.部件：一组协同工作的零件组成的独立制造装配的组合。 （用以完成特定的工作，往往独立加工装配。如：变速器，离合器，制动器等） 注意：构件与零件联系与区别
零件 构件 机器
驱动和执行机构
它输出与被控量目标值相应的信号
把被控参数的实际值和给定值比较，产生误差型号送给驱动器
它把误差信号放大，变成能驱动执行机构的物理量， 参与被控量的调节
对被控参数的实际值进行测量，并把测得的物理量转 换成点信号
§7.2 机械设计的基本要求及一般过程
一、机械设计的基本要求
1、满足社会需求 机械产品的设计总是以社会需求为前提 必需正确选择机器的工作原理、机构类型和机械传动方案
推行标准化要求：标准化，系列化，通用化 体现工艺造型美观要求
机械设计基础第7章
7.3.4 蜗杆传动的材料
1.蜗杆的材料 蜗杆一般采用碳素钢或合金钢制造。高 速重载且载荷变化较大的条件下常用20Cr、 20CrMnTi等，经渗碳淬火，58～63HRC； 高速重载且载荷稳定的条件下常用45、 40Cr等，经表面淬火，45～55HRC；对于 不重要的传动及低速中载的蜗杆，可采用 45钢调质，220～250HBS。
2.蜗轮的结构 蜗轮可制成整体式或装配式，对于尺寸较大的 蜗轮，为了节省价格较贵的有色金属，大多数蜗 轮做成装配式，常见的蜗轮结构形式有以下几种。 1）齿圈压配式 2）螺栓连接式 3）整体浇铸式 4）拼铸式
7.3 蜗杆传动的设计
7.3.1 齿面间的滑动速度 如图7.6所示，蜗杆和蜗轮啮合时，齿面 间有较大的相对滑动。相对滑动速度的大 小及方向取决于蜗杆与蜗轮的圆周速度v1 及v2，其大小为
7.2.1 蜗杆传动的主要参数及其选择
蜗杆传动的主要参数有模数m、压力角α、 蜗杆分度圆直径d1、蜗杆头数z1、蜗杆分度 圆导程角γ等。进行蜗杆传动的设计时，首 先就要正确地选择这些主要参数。
7.2.2 蜗杆传动的几何尺寸
普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸及其计算公式 如图7.4所示
图7.4 阿基米德蜗杆传动的几何尺寸
2) 蜗杆传动的跑合和试运转 蜗杆传动装配后，须经跑合，以使齿面接触良 好。跑合时采用低速运转，通常n1 ＝50～ 100r/min，逐步加载至额定载荷，跑合1～5h。若 发现蜗杆齿面上粘有青铜，应立即停车，用细砂 纸打去，再继续跑合。跑合好后，应清洗全部零 件，换新润滑油，并把此时蜗轮与蜗杆的相对轴 向位置打上印记，便于以后装拆时配对和调整到 位。新机试车时，先空载运转，然后逐步加载至 额定载荷，观察齿面啮合、轴承密封及温升等情 况。
《机械设计基础》第7章 蜗杆传动
蜗 杆 直 径 系 数 q
tanγ= z1/q d1 = q m q是d1与m的比值，不一定是整数。 m一定时，q越小（或d1越小）导程角γ越大，传动效率 越高，但蜗杆的强度和刚度降低。 设计蜗杆传动，在刚度准许的情况下，要求传动效率高 时q选小值；要求强度和刚度大时q选大值。
蜗杆直径系数q
q = d1/m
P1----蜗杆传动输入功率，kW；ks----为散热系数，根据箱体周围通风 条件，一般取ks =10～17[w/(m2·℃)]；自然通风良好地方取大值，反 之取小值； η----传动效率；A----散热面积m2。 t0----周围空气温 度℃ 通常取20℃； [t1]----许可的工作温度，通常取70～90℃。
齿圈与轮芯用铰制孔螺栓联接。由于装拆方便，常用尺寸较大或磨损后 需要更换蜗轮齿圈的场合.
浇铸式：（图7-10c） 该型式仅用于成批生产的蜗轮。齿圈最小厚度c=2m，但不小于10 mm
§7-4 蜗杆传动的强度 计算 蜗杆传动的受力分析
蜗轮旋转方向的判定
蜗轮旋转方向，按照蜗杆的螺旋线旋向和旋转方
蜗杆传动的特 点
§7-2 蜗杆传动的主要参数和几何尺 寸 概念（图7-6）
连心线：蜗杆轴线与蜗轮轴线的公垂线。 中间平面：圆柱蜗杆轴线和连心线构成的平面。 所以中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线 齿轮与齿条（直线）的啮合
规定：设计计算以中间平面参数及其几何尺寸关系为准。 主要参数
1.模数m和压力角α；2.传动比i，蜗杆头数z1和蜗 轮齿数z2 ； 3.蜗杆导程角γ； 4.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q ；5.中心距a。
5.中心距a。
标准蜗杆传动其中心距计算公式：
a=
d1+d2 2
= m (q+z2) 2
tanγ= z1/q d1 = q m q是d1与m的比值，不一定是整数。 m一定时，q越小（或d1越小）导程角γ越大，传动效率 越高，但蜗杆的强度和刚度降低。 设计蜗杆传动，在刚度准许的情况下，要求传动效率高 时q选小值；要求强度和刚度大时q选大值。
蜗杆直径系数q
q = d1/m
P1----蜗杆传动输入功率，kW；ks----为散热系数，根据箱体周围通风 条件，一般取ks =10～17[w/(m2·℃)]；自然通风良好地方取大值，反 之取小值； η----传动效率；A----散热面积m2。 t0----周围空气温 度℃ 通常取20℃； [t1]----许可的工作温度，通常取70～90℃。
齿圈与轮芯用铰制孔螺栓联接。由于装拆方便，常用尺寸较大或磨损后 需要更换蜗轮齿圈的场合.
浇铸式：（图7-10c） 该型式仅用于成批生产的蜗轮。齿圈最小厚度c=2m，但不小于10 mm
§7-4 蜗杆传动的强度 计算 蜗杆传动的受力分析
蜗轮旋转方向的判定
蜗轮旋转方向，按照蜗杆的螺旋线旋向和旋转方
蜗杆传动的特 点
§7-2 蜗杆传动的主要参数和几何尺 寸 概念（图7-6）
连心线：蜗杆轴线与蜗轮轴线的公垂线。 中间平面：圆柱蜗杆轴线和连心线构成的平面。 所以中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线 齿轮与齿条（直线）的啮合
规定：设计计算以中间平面参数及其几何尺寸关系为准。 主要参数
1.模数m和压力角α；2.传动比i，蜗杆头数z1和蜗 轮齿数z2 ； 3.蜗杆导程角γ； 4.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q ；5.中心距a。
5.中心距a。
标准蜗杆传动其中心距计算公式：
a=
d1+d2 2
= m (q+z2) 2
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图 7-15
图 7-16
第三节 平面四杆机构的传动特性
主动件曲柄AB以等角速度转动时，从动件摇杆CD往 复摆动的平均速度不相等。通常把进程平均速度定为v1， 而空行程返回速度则为v2，显而易见，从动件返回程速 度比进程速度快。这个性质称为机构的急回特性。所以， 把回程平均速度与进程平均速度之比称为速度变化系数， 用K表示。其计算公式为： v1 c1c2 / t 2 t1 1 180 k v2 c1c2 / t1 t2 2 180 180 k 180
第七章 平面连杆机构
第一节 铰链四杆机构
一、铰链四杆机构的基本类型和应用 1.曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆， 则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构,如图7-2所示。通常曲柄1为原动 件，并作匀速转动；而摇杆3为从动件，作变速往复摆动。图7-3所示 为调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动，通过 连杆2，使摇杆3在一定角度范围内摆动，以调整天线俯仰角的大小。 2.双曲柄机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，则称为双曲柄机构。图 7-4所示的惯性筛中的构件1、构件2、构件3、构件4组成的机构，为双 曲柄机构。在惯性筛机构中，主轴曲柄AB等角速度回转一周，曲柄CD 变角速度回转一周，进而带动筛子6往复运动筛选物料。图7-4惯性筛 图7-5平行双曲柄机构在双曲柄机构中，用得较多的是平行双曲柄机构， 或称平行四边形机构，如图7-5所示。这种机构的对边长度相等，组成 平行四边形。当杆AB等角速转动时，杆CD也以相同角速度同向转动， 连杆BC则作平移运动。 此外，双曲柄机构中，若两对边长度相等但不平行，则称为反平行 四边形机构。
图 7-21
第四节 构件和运动副结构
一、构件结构 连杆机构中的构件有杆状、块状、偏心轮、偏心轴和曲轴等形式。 当构件上两转动副轴线间距较大时，一般做成杆状。杆状结构根据 所带运动副的不同分为：带两个转动副的双副杆结构（图7-23），带3 个转动副的三副杆结构（图7-24）。杆状结构的构件应尽量做成直杆。 有时为了避免构件之间的运动干涉，也可将杆状构件做成其他结构。
图 7-23
图 7-24
二、运动副的结构 连杆机构的运动副分为转动副和移动副。 转动副有滑动轴承式和滚动轴承式。滑动轴承式转动副的特点是结 构简单，径向尺寸较小，减振能力较强，但滑动表面摩擦较大，应考 虑润滑或采用减摩材料。滚动轴承式转动副。的特点是摩擦小，换向 灵活，润滑和维护方便，但对振动敏感，易产生噪声，径向尺寸较大。 移动副按滑块和导路相对移动摩擦性质的不同，有滑四杆机构的演化形式
1.曲柄滑块机构 图7-11a所示的曲柄摇杆机构中，铰链中C的轨迹为以D为圆心和l3为半 径的圆弧mm。若l3增至无穷大，则如图7-11b所示，C点的轨迹mm变成 直线。于是摇杆3演化为直线运动的滑块，转动副D演化为移动副，机构演 化为如图7-11c所示的曲柄滑块机构。若C点的运动轨迹正对曲柄转动中心 A，称为对心曲柄滑块机构（图7-11c）；若C点运动轨迹mm的延长线与 曲柄回转中心A之间存在偏距e（图7-11d）,称为偏置曲柄滑块机构。 曲柄滑块机构广泛应用在活塞式内燃机、空气压缩机、冲床等机械中。
图 7-12
图 7-13
图 7-14
4.摇块机构 在图7-13a所示的曲柄滑块机构中，若取构件2为机架时，则演化为 曲柄摇块机构,如图7-13c所示。该机构中杆1绕B点回转时，杆4相对于 滑块3滑动，并与滑块3一起绕C点摆动。这种机构广泛应用于摆缸式内 燃机和液压驱动装置中。如在图7-15所示的自卸汽车车厢自动翻转卸 料机构中，当摆动式油缸3内的压力油推动活塞杆4从油缸3中伸出，车 厢1绕车身2的B点倾转，将货物自动卸下。 5.定块机构 在图7-13a 所示的曲柄滑块机构中，若取构件3为机架时，则演化为 图7-13d所示的定块机构 。这种机构常用抽水唧筒和抽油泵中，如图716所示。
二、压力角与传动角 在图7-18所示的曲柄摇杆机构中，若忽略运动副摩擦力，构件的重 力和惯性力的影响，则主动曲柄通过连杆作用在摇杆CD上的力F将沿 BC方向。从动摇杆上的C点力F的方向与C点的速度vc方向间所夹的锐 角α，称为压力角。
图 7-18
三、死点位置
在图7-21所示的曲柄摇杆机构中，当摇杆CD为主动件、曲柄AB为 从动件时，当连杆BC与曲柄AB处于共线位置时，连杆BC与曲柄AB之 间的传动角 γ＝0°，压力角α=90°，这时无论连杆BC给从动件曲柄 AB的力多么大，曲柄AB不动，机构所处的这种位置称为死点位置。 采取以下措施使机构顺利地通过死点位置。 （1）利用从动件的惯性顺利地通过死点位置。家用缝纫机的踏板机 构中大带轮就相当于飞轮，利用惯性通过死点。 （2）采用错位排列的方式顺利地通过死点位置，例如V型发动机。 有时可利用死点位置实现某种功能。
图7-2
图7-3
图7-4
图7-5
3.双摇杆机构
两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。 在双摇杆机构中，若两摇杆的长度相等时，称为等腰梯形机构。 二、铰链四杆机构类型的判定 1.铰链四杆机构曲柄存在的条件 铰链四杆机构有一个曲柄的条件： （1）最短杆与最长杆长度之和应小于或等于其余两杆长度之和； （2）曲柄为最短杆。 铰链四杆机构曲柄存在条件： （1）最短杆与最长杆长度之和应小于或等于其余两杆长度之和； （2）连架杆与机架中至少有一个是最短杆。 2.铰链四杆机构类型的判定 若铰链四杆机构中，最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长 度之和时，当最短杆是曲柄时，为曲柄摇杆机构；最短杆是机架时， 为双曲柄机构；最短杆是连杆时，为双摇杆机构。
图 7-11
2.偏心轮机构 在曲柄滑块机构中，当曲柄较短时，往往用一个旋转中心与几何中心不相 合的偏心轮代替曲柄，图7-12偏心轮机构如图7-12所示，称为偏心轮机构。 图中构件1为偏心轮，偏心距e（轮的几何中心B点至旋转中心A点的距离）相 当于曲柄长度。偏心轮机构用于受力较大且滑块行程较小的剪床、冲床、鄂 式破碎机等机械中。 3.导杆机构 导杆机构可看成是改变曲柄滑块机构中的机架演化来的。在图7-13a 所示的 曲柄滑块机构中，若改取杆1为机架，即成为图7-13b所示的导杆机构。杆4称 为导杆，滑块3相对导杆滑动并且一起绕A点转动。当l1≤l2时（图7-13b），杆 2和杆4均可整周回转，称为曲柄转动导杆机构；当l1≥l2时（图7-14）导杆4只 能往复摆动，称为曲柄摆动导杆机构。导杆机构常用于回转式油泵、刨床和 插床中。