徐秀玲机械设计基础教案热动本11级

第 1 次课授课计划机械设计基础课程 热动本111-3班级 2013年9月6日章节名称绪 论第一章 平面机构的自由度1.1 运动副及其分类1.2 平面机构运动简图教学内容1、机器、机构、构件、零件的概念；2、机械设计基础的研究对象；3、运动副的概念及分类；4、运动简图画法；教学目的与 要 求了解本课程的研究对象和研究内容，学习的主要任务。理解运动副的相关知识， 掌握机构运动简图的表达方法。重 点机器、机构、构件、零件的概念；运动副的概念及分类难 点运动简图画法作 业 无教学手段多媒体教学；机构动画演示；参考资料1、机械原理与机械设计（第一版） 张策主编 机械工业出版社2、机械设计课程设计（第二版）王大康主编 背景工业大学出版社绪 论一、研究对象1、机械：机器和机构的总称机器（三个特征）：人为的实物组合（不是天然形成的）；各运动单元具有确定的相对；必须能作有用功，完成物流、信息的传递及能量的转换。机器的组成：原动机、工作机、传动部分、自动控制工作机机构：有两特征。很显然，机器和机构最明显的区别是：机器能作有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。两者之间也有联系，机器是由几个机构组成的系统，最简单的机器只有一个机构。2、概念构件：运动单元体零件：制造单元体 构件可由一个或几个零件组成。机架：机构中相对不动的构件原动件：驱动力（或力矩）所作用的构件。输入构件从动件：随着原动构件的运动而运动的构件。输出构件机构：能实现预期的机械运动的各构件（包括机架）的基本组合体称为机构。二、研究内容：1、机构的结构和运动学：机械的组成；机构运动的可能性和确定性；分析运动规律。2、机构和机器动力学：力运动的关系F=ma 功能3、要求：解决二类问题：分析：结构分析，运动分析，动力分析综合（设计）：运动要求，功能要求。新的机器。第一章 平面机构的自由度和速度分析1-1 机构结构分析的目的和方法研究机构的组成原理和机构运动的可能性以及运动确定的条件1-2 机构的组成机构是由构件组成的。一、运动副：构件间的可动联接。（既保持直接接触，又能产生一定的相对运动）高副：点线接触低副：面接触运动副元素自由度：构件含有独立运动的数目约束：对独立运动的限制低副：2个约束，1个自由度高副：1个约束，2个自由度低副：转动副：两个构件间不能作旋转运动的运动副；移动副：两个构件间不能作移动运动的运动副。高副：齿轮副；凸轮副。二、运动链、机构1、运动链：两个以上构件通过运动副联接而成的系统平面运动链；空间运动链（根据各构件间的相对运动为平面运动还是空间运动分类）2、机构（从运动链角度）：1、对一个运动链2、选一构件为机架3、确定原动件（一个或数个）4、原动件运动时，从动件有确定的运动。第 2 次课授课计划机械设计基础课程 热动本111-3班级 2013年9月10日章节名称1.3 平面机构的自由度教学内容1、平面机构自由度的公式；2、自由度计算注意事项；教学目的与 要 求掌握机构自由度的计算方法重 点掌握机构自由度的计算方法难 点自由度计算注意事项作 业P17： 1.5；1.6；1.7；1.9；1.10教学手段多媒体教学；机构动画演示；参考资料1、机械原理与机械设计（第一版） 张策主编 机械工业出版社2、机械设计课程设计（第二版）王大康主编 背景工业大学出版社1-3 平面机构运动简图一、用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。二、绘制：1、运动副的符号转动副：移动副：齿轮副：凸轮副：2、构件（杆）：3、机构运动简图的绘制，（模型，鄂式破碎机）1）分析机构，观察相对运动；2）找出所有的构件与运动副；3）选择合理的位置，即能充分反映机构的特性；4）确定比例尺，5）用规定的符号和线条绘制成间图。（从原动件开始画）1-4 平面机构的自由度机构的自由度：机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。一、计算机构自由度（设n个活动构件，PL个低副，PH个高副） 二、机构具有确定运动的条件 （原动件数F，机构破坏）原动件数=机构自由度铰链五杆机构：原动件数0, 原动件数=F，运动确定 原动件数F，机构破坏三、计算F时注意问题（1）复合铰链m-1例： （2）局部自由度（与输出件运动无关的自由度称局部自由度） （3）虚约束：在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。 图1-15作业：P498，题1-1，1-2，1-3，1-4。平面机构的虚约束常出现于下列情况：（1）不同构件上两点间的距离保持恒定（2）两构件构成各个移动副且导路互相平行（3）两构件构成各个转动副且轴线互相重合（4）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动（见课本P14）例：计算自由度（先看有无注意事项，复合铰链，再看有几个构件）1、2、，其中B、C为复合铰链。第 3 次课授课计划机械设计基础课程 热动本111-3班级 2013年9月13日章节名称第二章 平面连杆机构2.1 平面四杆机构的基本类型及其应用教学内容1、四杆机构的基本类型；2、机构的演化；3、四杆机构曲柄存在的条件；教学目的与 要 求了解平面四杆机构的基本型式、基本特性和演化途径；掌握曲柄存在的条件；重 点四杆机构曲柄存在的条件难 点四杆机构曲柄存在的条件作 业 无教学手段多媒体教学；机构动画演示；参考资料1、机械原理与机械设计（第一版） 张策主编 机械工业出版社2、机械设计课程设计（第二版）王大康主编 背景工业大学出版社第二章 平面连杆机构2.1平面四杆机构的类型及应用 一、铰链四杆机构基本类型根据机构中有无曲柄和有几个曲柄，铰链四杆机构又有三种基本形式：1曲柄摇杆机构：两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的机构。2双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的四杆机构。可将原动曲柄的等速转动转换成从动曲柄的等速或变速转动。注意：平行四边形机构在运动过程中，当两曲柄与机架共线时，在原动件转向不变、转速恒定的条件下，从动曲柄会出现运动不确定现象。可以在机构中添加飞轮或使用两组相同机构错位排列。 3 双摇杆机构：两连架杆都是摇杆的机构。二、机构的演化 机构的演化方法有三种：1）通过改变构件的形状和相对尺寸进行演化；2）通过改变运动副尺寸进行演化；3）通过选用不同构件作为机架进行演化。1滑块机构当构件1能整周回转成为曲柄时，该机构称为曲柄滑块机构；否则该机构称为摆杆滑块机构。2导杆机构在图a所示的对心曲柄滑块机构中，若改取构件1为机架，则机构演化为导杆机构。3曲柄摇块与曲柄转块机构在图a中若改取构件2为机架，当l1 l2时，则滑块3可作整周转动，我们称为曲柄转块机构。 4移动导杆机构在图 a中，如取滑块3为机架，则该机构演化成移动导杆机构。2.2 四杆机构特性 一、四杆机构存在曲柄的条件 铰链四杆机构的三种基本型式的区别在于它的连架杆是否为曲柄。而且一般原动件为曲柄 。而在四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件间的相对尺寸关系。铰链四杆机构曲柄存在条件为：1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆； 2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（称为杆长条件） 上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄。第 4 次课授课计划机械设计基础课程 热动本111-3班级 2013年9月20日章节名称2.2 平面四杆机构的基本特性2.3四杆机构设计教学内容1、四杆机构的急回特性；2、压力角和传动角；3、死点4、四杆机构的设计教学目的与 要 求掌握平面四杆机构曲柄存在的条件、行程速比系数、极位夹角、最大压力角、最小传动角、机构死点位置等概念。掌握四杆机构的设计方法；重 点压力角和传动角、死点四杆机构的设计难 点压力角和传动角、死点四杆机构的设计作 业P37： 2.1；2.2教学手段多媒体教学；机构动画演示；参考资料1、机械原理与机械设计（第一版） 张策主编 机械工业出版社2、机械设计课程设计（第二版）王大康主编 背景工业大学出版社二、急回特性和行程速比系数1） 当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回特性 。2）行程速比系数K 当机构存在极位夹角 时，机构便具有急回运动特性。且角越大，K值越大，机构的急回性质也越显著。三、 压力角与传动角连杆BC与从动件CD之间所夹的锐角 称为四杆机构在此位置的传动角。显然越大，有效分力Pt越大，Pn越小，对机构的传动就越有利。所以，在连杆机构中也常用传动角的大小及变化情况来描述机构传动性能的优劣。为了保证机构传力性能良好，应使min40 50。 最小传动角的确定： 对于曲柄摇杆机构， min出现在主动件曲柄与机架共线的两位置之一。四、 死点 当连杆与从动件曲柄共线时，机构的传动角0，这时主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件AB转动的“顶死”现象，机构的这种位置称为“死点”。 在工程上，为了使机构能够顺利通过死点而正常运转，必须采用适当的措施，如发动机上安装飞轮加大惯性力，或利用机构的组合错开死点位置。但是，也应注意到，在工程上也长有利用死点来实现一定工作要求的，例如飞机起落架、各类夹具中。2.3四杆机构设计连杆机构的设计方法有：作图法、实验法及解析法。一、 按连杆预定位置设计四杆机构二、 按给行程速比系数K设计四杆机构 如图所示，已知摇杆CD长度及摆角，行程速比系数K。要求设计曲柄摇杆机构。步骤如下：1）由公式，求出极位夹角 。2）任选固定铰D的位置，并作出摇杆两极限位置C1D和C2D，夹角为。3）连接C1C2，作C1C2O =C2C1O = 90- ，得交点O，以O为圆心，OC1为半径作圆。4）在圆上任取一点A为固定铰。5）连接AC1、AC2，则AC1、AC2分别为曲柄与连杆重迭拉直共线位置，即：AC1=BC-AB AC2=BC+AB 可分别求得AB与BC。第 5次课授课计划机械设计基础课程 热动本111-3 班级 2013年9月24日章节名称第三章 凸轮机构3.1 凸轮机构的应用和类型3.2 从动件的常用运动规律3.3凸轮机构压力角教学内容1、凸轮机构的类型；2、等速运动、简谐运动、等加速运动从动件的运动规律；3、压力角的概念；教学目的与 要 求熟悉凸轮机构的类型和应用。了解凸轮机构从动件常用运动规律；了解其冲击特性和应用场合。理解高副压力角。重 点等速运动、简谐运动、等加速运动从动件的运动规律难 点压力角的概念作 业P52： 3.1；3.2教学手段多媒体教学；机构动画演示；参考资料1、机械原理与机械设计（第一版） 张策主编 机械工业出版社2、机械设计课程设计（第二版）王大康主编 背景工业大学出版社31 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的分类：按凸轮形状分： 1）盘形凸轮 2）移动凸轮3）圆柱凸轮按从动件型式分： 1）尖底从动件；2）滚子从动件；3）平底从动件按维持高副接触分（锁合）； 1）力锁合弹簧力、重力等 2）几何锁合： 等径凸轮；等宽凸轮凸轮机构的优点：结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。缺点：1）点、线接触易磨损；2）凸轮轮廓加工困难；3）行程不大32 从动件的运动规律凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律基圆凸轮理论轮廓曲线最小矢径所作的圆。偏距圆从动件导路与凸轮回转中心O的偏负距离为e，并以e为半径O为圆心所作的圆。行程从动件由最低点到最高点的位移h（式摆角）推程运动角从动件由最低运行到最高位置，凸轮所转过的角。回程运动角高低凸轮转过的转角。远休止角从动件到达最高位置停留过程中凸轮所转过的角。近休止角从动件在最低位置停留过程中所转过的角。从动件位移线图从动件位移S与凸轮转角（或时间t）之间的对应关系曲线。从动件速度线图加速度线图统称从动件运动线图。一、从动件常用运动规律1）等速运动 从动件开始和最大行程加速度有突变则有很大的冲击。这种冲击称刚性冲击。实质材料有弹性变形不可能达到，但仍然有强烈的冲击。只适用于低速轻载。2）等加速度、等减速度等加速度 等减速度 加速度有有限突变，柔性冲击，适用于中等速度轻载。3、（余弦PV速度）规律加速度有突变，仍存在柔性冲击。适用于中速、中载4、摆线运动规律（正弦加速度）， 这种规律没有加速度突变，则即不存在刚性冲击，又不存在柔性冲击，适用高速轻载。第 6次课授课计划机械设计基础课程 热动本111-3班级 2013年9月27日章节名称3.4图解法设计凸轮轮廓教学内容1、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮；2、滚子直动从动件盘形凸轮3、平底直动从动件盘形凸轮教学目的与 要 求掌握直动从动件（偏置尖顶、滚子、平底）盘形凸轮轮廓的绘制方法了解摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制；重 点直动从动件（偏置尖顶、滚子、平底）盘形凸轮轮廓的绘制方法难 点摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制；作 业无教学手段多媒体教学；机构动画演示；参考资料1、机械原理与机械设计（第一版） 张策主编 机械工业出版社2、机械设计课程设计（第二版）王大康主编 背景工业大学出版社33图解法设计凸轮轮廓一、作图法1、直动从动件星形凸轮机构已知：从动件运动规律，等角速度，偏距e，基园半径。要求：绘出凸轮轮廓曲线设计步骤： 以为半径作基园，e为半径作偏距园。 过K点作从动件等路交点。 作位移线图，分成若干等份。 等分偏距园，过K1，K2，K5作切线，交于基圆，C1，C2，C5 应用反转法，量取从动件在各切线对预置上的位移，由图中量取从动件位移，得B1，B2，即C1B1=11C2B2=Z2 将B0，B1连成光滑曲线，即为凸轮轮廓曲线对于滚子从动件星形凸轮机构，设计方法与上相同，只是只要把它乘作滚子中心看作为尖顶从动件凸轮，则由上方法得出的轮廓曲线称为理论轮廓曲线，然后以该轮廓曲线为圆心，滚子半径为半径画一系列圆，再画这些圆所包络的曲线，即为所设计的轮廓曲线，这称为实际轮廓曲线。其中指理论轮廓曲线的其圆半径。对于平底从动件，则只要做出不同位置平底的包络线，即为实际轮廓曲线。2、摆动从动件星形凸轮机构已知：基圆半径，中心距a，摆杆长l，从动件运动规律求：凸轮轮廓曲线设计步骤： 以为半径作基圆，以中心距为a，作摆杆长为l与基圆交点于点 作从动件位移线图，并分成若干等分 以中心矩a为半径，o为原心作图 用反转法作位移线图对应等得点A0，A1，A2， 以l为半径，A1，A2，为原心作一系列圆弧交于基圆C1，C2，点 以l为半径作对应等分角。 以A1C1，A2C2向外量取对应的A1B1，A2B2 将点B0，B1，B2连成光滑曲线。发现从动杆与轮廓干涉，通常作成曲杆，避免干涉，或摆杆与凸轮轮廓不在一个平面内仅靠头部伸出杆与轮廓接触。对于滚子和平底同样是画出理论轮廓曲线为参数至运动轨迹，作出一系列位置的包络线即为实际轮廓曲线。第 7次课授课计划机械设计基础课程 热动本111-3 班级 2013年10月8日章节名称第四章 齿轮机构4.1 齿轮机构的特点和类型4.2 齿廓实现定角速比传动的条件4.3 渐开线齿廓教学内容1、齿轮优缺点及类型2、齿廓实现定角速比传动的条件3、渐开线的形成和特性。4、渐开线齿廓满足定角速比要求。教学目的与 要 求了解齿轮机构的类型、应用。齿廓实现定角速比传动的条件。渐开线齿廓啮合的基本特点。重 点齿廓实现定角速比传动的条件渐开线齿廓满足定角速比要求难 点渐开线齿廓满足定角速比要求作 业无教学手段多媒体教学；机构动画演示；参考资料1、机械原理与机械设计（第一版） 张策主编 机械工业出版社2、机械设计课程设计（第二版）王大康主编 背景工业大学出版社41 概述齿轮机构：非圆齿轮机构；圆形齿轮机构。圆形齿轮机构平面齿轮机构（圆柱齿轮）；空间（用来传递两相交轴或交错轴）平面齿轮机构：直齿圆柱齿轮机构（直齿轮）外啮合；内啮合；齿轮齿条平行轴斜齿齿轮机构（斜一）：外；内；齿轮齿条空间：圆锥齿轮机构直齿；斜一；曲线齿交错轴斜齿轮机构：（图5-5）蜗杆机构：两轴垂直交错42 齿廓啮合基本定律 传动比：常数圆齿轮；f(t)非圆齿轮一、齿廓啮合基本定律 （P节点） 节曲线：非圆齿轮节曲线是非圆曲 圆齿轮节圆（轮1的节圆是以O1为圆心，O，P为半径的圈，每一瞬时，P位置唯一确定。）齿廓啮合基本定律：在啮合传动的任一瞬时，两轮齿廓曲线在相应接触点的公法线必须通过按给定传动比确定的该瞬时的节点。轮齿齿廓正确啮合的条件定传动比传动，定律描述：设节圆半径（概念：节点，节圆，）二、共轭齿廓，共轭曲线（关于共轭齿廓的求法自己看书）（凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓称）三、齿廓曲线的选择满足定传动比的要求；考虑设计、制造等方面。（对于定传动比的齿轮机构，通常采用渐开线、摆线、变态摆线）43 渐开线及渐开线齿廓一、渐开线的形成及性质 1、形成（当一直线n-n沿一个圆的圆周作纯滚动时，直线上任一点K的轨迹）AK渐开线基圆，rbn-n：发生线K：渐开线AK段的展角2、性质（1）（2）NK为渐开线在K点的法线，NK为曲半半径，渐开线上任一点的法线与基圆相切。（3）渐开线离基圆愈远，曲半半径愈大，渐开线愈平直（4）渐开线的形状决定于基圆的大小（图5-12）K相同时，rb越大，曲半半径越大 rb，渐开线N3K的直线（5）基圆内无渐开线（因渐开线从基圆开始向外展开）3、渐开线方程压力角中： 即 K称为角K的渐开线函数invK表示K 即 渐开线方程二、渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律（或者说满足定传动比要求） 常数 式（1）三、渐开线齿廓啮合的特点1、渐开线齿廓啮合的啮合线是直线N1N2啮合点的轨迹啮合线、公法线、两基圆的内公切线三线重合。2、渐开线齿廓啮合的啮合角不变：N1N2与节圆公切线之间的夹角=渐开线在节点处啮合的压力角3、渐开线齿廓啮合具有可分性。式（1）表明，i12决定于基圆大小（这一特点对渐开线齿轮的制造、安装都是十分有利的）。第 8次课授课计划机械设计基础课程 热动本111-3 班级 2013年10月11日章节名称4.4 齿轮各部分名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸4.5 渐开线标准齿轮的啮合教学内容1、齿轮各总部分名称和基本参数2、标准齿轮的基本参数3、标准直齿轮的几何尺寸4、啮合过程5、圆柱齿轮的正确啮合条件教学目的与 要 求掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸计算。掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件。重 点标准齿轮的基本参数标准直齿轮的几何尺寸圆柱齿轮的正确啮合条件难 点啮合过程作 业P71：4.1；4.2； 4.3；4.6教学手段多媒体教学；机构动画演示；参考资料1、机械原理与机械设计（第一版） 张策主编 机械工业出版社2、机械设计课程设计（第二版）王大康主编 背景工业大学出版社44 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸一、齿轮各总部分名称和基本参数齿数Z，齿槽1、齿顶圆ra2、齿根圆rf3、在任意圆上rk齿槽宽ek齿厚SK齿距PK=eK+SK定义模数4、分度圆，r，d，s，e，p(为确定一个齿轮各部分的几何尺寸，在齿轮上选择一个圆作为计算的基准)P=s+ed=mz m为标准植5、齿顶高ha：d与da之间 齿根高hf：d与df之间 齿全高h：h=ha+hf6、基节基节基圆上的周节（齿距）Pb二、标准齿轮的基本参数1、模数m模数或 d=mz 单位：mm（m是决定齿轮尺寸的一个基本参数） m标准化。2、分度圆压力角分度圆和节圆有原则性的区别。分度圆是一个齿轮的几何参数，每个齿轮都有一个大小确定的分度圆，而节圆则是表示一对齿轮啮合特性的圆。对于单个齿轮而言，节圆无意义；当一对齿轮啮合时，它们的节圆随中心距的变化而变化（可分性）。因此节圆和分度圆可以重合，也可以不重合。另外，分度圆压力角是一个大小确定的角，啮合角可以与之相等，也可不相等，但啮合角与节圆压力角始终相等。（是决定渐开线齿廓形状的一个基本参数）GB1356-88规定标准值=20某些场合：=14.5、15、22.5、25。至此：分度圆就是齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆。3、齿数z表明：齿轮的大小和渐开线齿轮形状4、齿顶高系数和顶隙系数标准值：=1，=0.25非标准短齿：=0.8，=0.3三、标准直齿轮的几何尺寸 标准齿轮：标准齿轮是指m、均取标准值，具有标准的齿顶高和齿根高，且分度圆齿厚等于齿槽宽的齿轮。一个齿轮：d=mzha=mhf=(+)mh=ha+hf=(2+)mda=d+2ha=(z+2)mdf=d-2hf=(z-2-2)mdb=dcosP=m一对标准齿轮：m、z决定了分度圆的大小，而齿轮的大小主要取决于分度圆，因此m、z是决定齿轮大小的主要参数轮齿的尺寸与m，有关与z无关至于齿形，与m，z，有关可见，m影响到齿轮的各部分尺寸，又把这种以模数为基础进行尺寸计算的齿轮称m制齿轮。四、标准齿条z1、p=m 分度线：s=e2、=齿形角（20）3、尺寸计算：同标准齿轮一样五、任意圆上的齿厚（课后自己看书）45 渐开线直齿圆柱齿轮的传动一、啮合过程起始啮合点：从动轮的齿顶点与主动轮的齿根处某点接触，在啮合线上为从动轮的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B2。终止啮合点：主动轮的齿顶点与从动轮的齿根处某点接触，在啮合线N1N2上为主动轮的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B1。实际啮合线理论啮合线轮1EF和轮2DG齿廓工作段，齿廓非工作段二、正确啮合条件两对齿分别在K，K点啮合，根据啮合基本定律（也可根据渐开线齿廓啮合特点）K在N1N2上K在N1N2上KK法向齿距在齿轮1上：KK=Pb1在齿轮2上：KK=Pb2Pb1=Pb2(m，不是连续值)三、无侧隙啮合条件 齿侧间隙（侧隙）进行运动设计时，需按无侧隙啮合。1、满足的条件（见图P175 5-19）（其中节圆齿距） 2、标准齿轮的安装标准安装 （能实现无侧隙啮合）标准中心距：顶隙标准值非标准安装只有增大由图可知： ，有侧隙3、传动比常数四、渐开线齿轮连续传动的条件 1、或重合度（重叠系数）：齿轮传动的连续性条件重合度的定义还有其他形式：渐开线性质：（一对齿从开始跄合到终止啮合在基圆上转过的弧长）（在节圆上转过的弧长）作用弧作用角显然：所对的中心角也为2、复合度的意义，始终只有一对齿啮合，始终只有二对齿啮合 显然：有两对齿啮合，而只有一对齿啮合，在齿轮转过一个基节Pb的时间T内，有25%的时间是两对齿啮合75%的时间是一对齿啮合，这就是重合度的意义。若，两对齿占64%，一对占36%。重合度不仅是齿轮传动的连续性条件，而且是衡量齿轮水载能力和传动平稳性的重动平稳性的重要指标。3、重合度的计算由上图看出：第 9、10 次课授课计划机械设计基础课程 热动本111-3班级 2013年10月18日章节名称4.6 渐开线齿轮的切齿原理4.7 根切、最少齿数及变位齿轮4.8 平行轴斜齿轮机构4.9 圆锥齿轮机构教学内容1、渐开线齿轮切齿原理2、根切、最少齿数3、斜齿轮啮合的共轭齿廓曲面4、斜齿轮各部分名称及重合度5、圆锥齿轮教学目的与 要 求了解渐开线齿轮切齿原理、根切现象、不产生根切的最少齿数及变位齿轮的概念。掌握斜齿圆柱齿轮的各部分名称，和几何尺寸计算。了解斜齿轮传动的重合度及直齿锥齿轮几何尺寸计算。重 点根切、最少齿数斜齿轮各部分名称及重合度难 点斜齿轮啮合的共轭齿廓曲面作 业无教学手段多媒体教学；机构动画演示；参考资料1、机械原理与机械设计（第一版） 张策主编 机械工业出版社2、机械设计课程设计（第二版）王大康主编 背景工业大学出版社46 渐开线齿廓的加工及根切一、加工方法简介铸造法、冲压法、挤压法切削法 仿形法 展成法二、仿形法铁削法 、拉削法（铣削法加工）圆盘铣刀、指状铣刀圆盘铣刀的外形和齿轮的齿槽形状相同。铣齿时，将毛坯安装在机床工作台上，圆盘铣刀绕其自身轴线旋转，而毛坯沿平行于齿轮轴线方向，作直线移动，铣出一个齿槽后，将齿轮毛坯转过，再铣第二个齿槽，依此类推。仿形法加工特点：无须专用机床；加工精度低（生产效率低）（齿轮齿廓的形状由基圆决定的，对m，相同的一套齿轮，欲制造精确，需每一种齿数配一把齿刀，这是不可能的。为简化刀具数量，采用八把一套或十五把一套铣刀，其每把铣刀可切削齿数在一定范围内的齿轮。为保证加工出来的齿轮在啮合时不会被卡住，每一号铣刀的齿形都是按所加工的一组齿轮中齿的最少的那个齿轮的齿形制成的。因此，当用这把铣刀切削同组齿轮中其他齿数的齿轮时，齿形有误差。）三、展成法（范成法、包络法）1、展成原理：找共轭齿廓（一对渐开线齿廓是共轭齿廓，因此当刀刃齿廓是渐开线时，加工出齿轮的齿廓也一定是渐开线）2、展成加工方法：（1）齿轮插刀切齿轮，图P212，5-36a 展成运动；切削运动；辅助运动（2）齿条插刀切制齿轮，P213，图5-37a 刀具纹作切削运动，而坯不仅以W坯旋转，还要以V刀相对刀具作反方向的展成移动。（3）滚刀切制齿轮，图5-38b3、特点：被加工齿轮的模数和压力角相同。一把刀具可加工出任意齿数的齿轮。四、标准齿条形刀具切制标准齿轮1、刀具刀具齿顶线（区别刀具顶刀线） 中线被加工齿轮：要求： 刀具比标准齿条在齿顶部高出一段2、切制标准齿轮将轮坯的外圆按被切齿轮的齿顶圆直径预先加工好。将刀具的中线与轮坯的分度圆相切。（见图5-29）P188齿轮和刀具有相同的模数和压力角展成运动相当于无侧隙啮合。齿轮的齿厚=刀具的齿槽宽=加工出的齿轮为标准齿轮。四、渐开线齿廓的根切现象1、 根切：危害：切掉部分齿廓；削弱了齿根强度；严重时，切掉部分渐开线齿廓，降低重合度。2、齿轮不发生根切的最少齿数， ， 47 变位齿轮一、变位目的1、 避免根切2、改善小齿轮的寿命（大传动比时，使小齿轮齿厚增大，大齿轮齿厚减小，使一对齿轮的寿命相当） 3、凑中心距 外啮合，无法安装； 二、齿轮的变位1、这种用改变刀具与轮坯径向相对位置来切制齿轮的方法称径向变位法。变位齿轮xm移距或变位 x移距系数或变位系数规定：远离：， , 正变位 零变位 负变位切削变位齿轮：分度圆不变，节线变变位齿轮和标准齿轮相比：m、r齿距、rb、不变，齿廓由相同的基圆展成，齿厚、齿顶高、齿根高变化。齿廓由相同的基圆展成，P1932、最小变位系数（变位齿轮不发生根切的现象的条件）图： （a）， ， 由式（a）得 当，正变位，当， 采用负变位也不会发生根切。三、变位齿轮的尺寸变化及计算1、分度圆上的齿厚见图：刀具节线的齿槽宽比中线齿槽，被切齿轮分度圆上的齿厚增加。在IJK中：分度圆的齿厚：（了解）任意图的齿厚：2、齿顶高和齿根高齿根高：刀具加工节线到顶开线之间的距离对正变位：见图：对负变位：x0，比标准增加变位齿轮的齿根圆半径：齿顶高：变位齿轮的分度圆与相应标准齿轮的分度圆一样，变位齿轮的齿顶高仅决定于轮坯顶圆的大小。 为保证齿全高对正变位：，负变位：48 平行轴斜齿圆柱齿轮机构一、斜齿轮齿廓曲面的形成和啮合特点1、直齿轮：基圆柱，发生面S，KK基圆柱母线NN渐开线柱面（见P203 图5-37a）啮合特点：齿廓曲面的接触线NN受力突变，噪音较大。2、斜齿轮：基圆柱，发生面S，KK与NN有夹角渐开线螺旋面（见5-38a）基圆柱上的螺旋角渐开线螺旋面齿廓的特点：与基圆柱相切的平面与齿廓曲面的交线为斜直线（与NN交角）端面（垂直于齿轮轴线的面）与齿廓曲面的交线为渐开线。与基圆柱同的圆柱面与渐开线螺旋面的交线为一螺旋线。不同面螺旋角不同斜齿轮的啮合特点：（1）两斜齿齿廓的公法面既是两基圆柱的公切面，又是传动的啮合面（2）两齿廓的接触线与轴线夹角（3）接触线0长0，传动平稳二、斜齿轮的基本参数1、斜齿轮的切削加工：仿形法；已成法：滚齿（用仿形法加工斜齿轮时，铣刀是沿螺旋齿的方向进刀的）法面：垂直于分度圆柱面螺旋线的切线的平面。进刀方向法面法面齿形与刀具相同法面上的模数和压力角为标准值端面：轴线的面计算斜齿轮端面参数与尺寸：齿距： 模数：压力角：，BD=CE齿顶高系数，顶隙系数：, ()螺旋角：螺旋线的导程（螺旋线绕同一周时它沿轴线方向前进的距离） （1）（上式表明，各圆柱面的螺旋角不等）三、平行轴斜齿轮传动的正确啮合条件和重合度 1、正确啮合条件（斜齿轮在端面内的啮合相当于直齿轮的啮合） （图5-39）2、重合度（两个端面参数（Z,m,）完全相同的标准直齿轮和标准斜齿轮）分度圆柱面的展开图纵向作用弧总作用弧与Pt的比值总重合度设端面重合度（相当于相应的直齿轮的重合度）四、斜齿轮的当量齿数当量齿轮：以为分度圆半径，用斜齿轮的和分别为模数和压力角作一虚拟的直齿轮，其齿形与斜齿轮的法面齿形最接近。这个齿轮称斜齿轮的当量齿轮，齿数ZV称当量齿数。由解析几何知： 五、平行轴斜齿轮的变位和几何尺寸计算平行轴斜齿轮在端面内的几何尺寸关系与直齿轮相同。1、尺寸计算一个 一对： 改变螺旋角可凑中心距，无须变位。直齿轮最少齿数2、变位移距相同：为计算方便，平行轴斜齿轮几何尺寸计算公式见P211表5-3六、平行轴斜齿轴传动的主要优缺点1、优点：重合度大，传动平稳，承载能力高比直齿轮小，机构更紧凑制造成本与直齿轮相同 广泛应用于高速、重载传动中2、缺点：有轴向力轴向力第11次课授课计划机械设计基础课程 热动本111-3班级 2013年 10月22日章节名称第五章 轮系5.1 轮系的类型5.2 定轴轮系及其传动比计算5.3 周转轮系及其传动比计算教学内容1、定轴轮系及其传动比计算2、周转轮系的组成3、周转轮系及其传动比计算教学目的与 要 求了解轮系的类型，掌握定轴轮系及其传动比计算方法;掌握周转轮系及其传动比计算方法。重 点周转轮系及其传动比计算难 点周转轮系及其传动比计算作 业P85：5.1；5.2；5.8；5.9；教学手段多媒体教学；机构动画演示；参考资料1、机械原理与机械设计（第一版） 张策主编 机械工业出版社2、机械设计课程设计（第二版）王大康主编 背景工业大学出版社51 轮系的分类轮系：用一系列互相啮合的齿轮将主动轴和从动轴连接起来，这种多齿轮的传动装置称为轮系。定轴轮系（普通轮系）周转轮系复合轮系 定+周（复杂轮系） 周+周52 定轴轮系及其传动比计算一、传动比A输入轴 B输出轴二、定轴轮系的传动比计算 三、输出轴转向的表示1、首末两轴平行，用“+”、“-”表示。Z惰轮：不改变传动比的大小，但改变轮系的转向2、首末两轴不平行（将轮5擦掉）用箭头表示3、所有轴线都平行 m外啮合的次数53 周转轮系的传动比计算一、周转轮系差动轮系：F=2行星轮系：F=1（轮3固定）（）二、周转轮系的构件行星轮行星架（系杆）、中心轮基本构件（轴线与主轴线重合而又承受外力矩的构件称基本构件）行星架绕之转动的轴线称为主轴线。ZK-H（K中心轮；H行量架；V输出构件）还有其他：3K，K-H-V三、周转轮系传动比的计算以差动轮系为例（反转法）-WH（绕OH主轴线）转化机构（定轴轮系） T的机构1 2 3 4 差动轮系：2个运动行星轮系：， 对于行量轮系： 举例：图示为一大传动比的减速器，Z1=100，Z2=101，Z2=100，Z3=99求：输入件H对输出件1的传动比iH1解：1，3中心轮 2，2行星轮 H行星架给整个机构（-WH）绕OO轴转动W3=0若Z1=99周转轮系传动比是计算出来的，而不是判断出来的。四、圆锥齿轮组成的周转轮系1，3中心轮2行星轮给整机构“-WH”绕OO轴转动原机构 转化机构W1 W3 WH W2 （用角速度多边形求）（作矢量作）第12次课授课计划机械设计基础课程 热动本111-3 班级2013年10月 25日章节名称第十章 连接 10.3 机械制造常用螺纹10.4 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件10.11 键联结和花键联接10.12 销联接教学内容1、机械制造常用螺纹2、螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件3、键联结和花键联接4、销联接教学目的与 要 求了解机械制造常用螺纹，了解螺纹连接及螺纹紧固件的主要类型。了解螺栓的常用材料和许用应力，理解键连接的主要类型、应用特点及失效形式；并能对键连接进行强度校核计算；了解销连接的特点及应用。重 点螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件键联结和花键联接难 点螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件键联结和花键联接作 业无教学手段多媒体教学；机构动画演示；参考资料1、机械原理与机械设计（第一版） 张策主编 机械工业出版社2、机械设计课程设计（第二版）王大康主编 背景工业大学出版社101 螺纹为使机器制造、安装、调整、维修和运输、减重、省科、降成、提高效率、等等 必须采用各种方式联接成整体，才能实现上述要求。因此一个出色的设计者应了解联接的种类、特点和应用，熟悉联接设计的准则。掌握好设计的方法。联接近代机械设计（机器设计）中最感兴趣的课题之一，也是近一些年来，发明创造最多的。在通用机械中，联接件占总零件数的2050%。如Boengs 747中有250万个紧固联接件联接：静联接被联接件间不充许产生相对运动 不可折联接：铆、焊、介于可折不可折之间，胶（粘）接等可折联接：螺纹、键、花键、销、成型而联接等动联接被联接零件间可产生相对运动各种运动副联接一、螺纹的形成如图4-1所示：把一锐角为的直角三角形绕到一直径为d的圆柱体上，绕时底边与圆柱底边重合，则斜边就在圆柱体上形成一条空间螺旋线。如用一个平面图形K（如三角形）沿螺旋线运动并使K平面始终通过圆柱体轴线YY-这样就构成了三角形螺纹。同样改变平面图形K，同样可得到矩形、梯形、锯齿形、圆弧形（管螺纹）二、螺纹的类型螺纹 三角形（普通螺纹）、管螺纹联接螺纹（精密传动）按牙型 矩形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹传动螺纹按位置 内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹螺纹 外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹三角形 粗牙螺纹用于紧固件螺纹 细牙螺纹同样的公称直径d下，P小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等情况根据螺旋线 左旋图4-2b绕行方向螺纹 右旋常用 单头螺纹（n=1）用于联接根据螺旋 双头螺纹（n=2） 线头数 多线螺纹（n2） 用于传动三、螺纹的主要参数（图4-3）1）外径d（大径）（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径亦称公称直径2）内径（小径）d1(D1)与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径，在强度计算中作危险剖面的计算直径3）中径d2在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，近似等于螺纹的平均直径 d20.5(d+d1)4）螺距P相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离5）导程（S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两点间的轴向距离6）线数n螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4螺距、导程、线数之间关系：L=nP7）螺旋升角在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角。8）牙型角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9）牙型斜角螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角。对称牙型各种螺纹（除矩形螺纹）的主要几何尺寸可查阅有关标准公称尺寸为螺纹外径对管螺纹近似等于管子的内径。螺旋副的自锁条件为：（见机械原理）螺旋副的传动效率为：克服轴向力Q匀速上升所需的圆周力四、常用螺纹的种类、特点与应用，比较具体见表4-1，为加深印象，特列表如下（管螺纹除外）。英制细牙螺纹，内外螺纹旋合后无径向间隙，以保证配合紧密，公称直径为管子内径，适于以下的水、煤、气、油等管路。常用螺纹的比较（管螺纹除外类似于三角形）名称三角梯形锯齿矩形剖面形状结构特点牙型角牙型倾角正三角形=60=30等腰梯形=30=15不等腰梯形=30=3正方形=0=0当量摩擦系数-fv当量摩擦角-v传动效率自锁性牙根强度工艺性能一般应用Fv=f/cos=1.155ffv=1.035ffv=1.001ffv=f错误！链接无效。 （在螺纹升角相同的条件下） 条件 当（p、d、tv材料相同的条件下）t0旋合长度即可车又可铣只能车不能铣联接传动传动传动特点（优缺点及结构性能）由P分：粗牙Md用于紧固件细牙Mdxpd同而d小，因而P，自锁性，适于薄壁细小零件、冲击、变载等场合联接可靠、防震性好，适于重要的动力传动，要求精密强度高等，适于双向传动，如车库丝扭、双面工作。用部分螺母可调间隙，应用广泛。性能介于梯形与矩形之间，适于单向传动，单面工作（3）应用千斤顶等特适于高效、轻载传动如高低机、方向机等，但强度低、精度差、磨损后有间隙，加工艺性差，为便于铣磨，现已改用=10,=5自行设计：p=1/4d,d=5/4d1h=1/8d1102 螺纹联接的类型及螺纹联接件一、螺纹联接主要类型口述：四种基本类型，两个变种（地脚与吊环）。根据设计应用情况，今后工作需要，抽讲两点最重要的内容，其余以自学为主。注意：结构特点、作用与应用场合1、螺栓联接普通螺栓联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装折方便，可多个装拆，应用较广。精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接（H7/m6,H7/n6）2、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。3、螺钉联接螺钉联接适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况（手册无六角头螺钉，L0=L即可）4、紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。特殊联接：地脚螺栓联（图4-6a,b） 吊环螺钉联接（图4-8）二、螺纹联接件螺栓联接（图4-9）用于工艺联接 普通螺栓 六角头：小六角头，标准六角头，大六角头1）螺栓 圆柱头（内六角） 铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺栓 粗制 精制机械制造中常用2）双头螺栓两端带螺纹 A型有退刀槽 施入端长度也各有不同。