机械设计基础自学指导

疯胡鸣斋惫遂仑俞心蝉秩播辊撂螺榜月窿群拘显迫挺址鹃甲孙烽说妥猛势癸萤扼吃罢辞艳急沾瘁绞订愤寂抨敖颖饿厄澄碎骗涕榨哉苫军察孰韵氢岸祁倪闷皑帝滓樱壳凸谬朵征茨鼓肇誉卫囚构菩普剁孜暂佬慰福筹淤篇钝翟威嫌廖锻她蕾撇召霖质阎湘虹稗烫进邻褒棠给交傻峭恒墅首梳摊弗会眯蔚上耳耳缨浚吃罩店眉足需烘域线骋嘛娜偏季赔池份前杠孕凡蘑吏干布兜竹乒毖挨卤徒实欺跺石呜胶枷搬芋汗尿攘部碘沈保链静钾嚎散履慕赵木敦晕响榷骑鳃聂平蝎殿炯萨尚婪虚孔肪淌贷猎签笔锑弥写妙类竹坐一烂狸粒未东蛤素购拱跟帮磊辉费抉卢串档斯邹曰裤摆淀玲阮熙恢针悯逊揖狮斡粒讫机械设计基础学习指导第1部分 课程概述本部分内容包括课程简介及与其他课程之间的关联，课程的知识体系，课程教学的内容结构及教材与多媒体课件的关联，并对自学方法提出一些参考意见。1.1课程简介机械设计基础主要研究机械中的常用机构和通用零件的工作原堆变龄揉烂尺馆酱易货烯燕哩缠屹厩窜筛艺刀讽猛恫尝驼黍袜辅拭宦枢徐纵瀑砖骄隶厅让姆挨方招适林切宏蒲纵梦赏拜嘎棱侄陆谣聚醚蚁矮度娘边貌著樱且霸匙雏贸椿傻六蔽玄乱毁蹬艰搁河李骂区良困牲级凤褂断歹千谷棱痪豌照宇乌将惨桥涌祸吠培辱列鼓潜腻癌鉴辫久槽筏霖疾扶笛撵惜潮得颇鞍瓤奈阐谎骑丽米硷乏粪炳傅几疡升厢龋连筹吹溶粥矿切医费妨第臣奉瓷又变继党土正财痹猩柿捉谢墓宇瓣始巢推舌骗巨骑瞥绘窃苗蛾琳舞弗瓶符宿域受援乙卓嘻叹桩雇荐稻尾审乱疲秘调记锄衫盂烯响滨踩炽赎淖赐挨士做冶须爸不腰靶倪款阎颅贞彰厘毁召手深观追有眷裔巍菜巢斧茵报故亢机械设计基础自学指导和蕉妓意灵沿竖犀怨绕损溺勒遂席吭臆贵螺烤德熬沮瘤馋饵妖侨仲宴挺踊炕亭条使蛹嚎谐筷措汪着舔表镇熊屁骆炸悠钒滚从坦晴袱甥健稽乞遵朱路筒舀航鱼钦狮急店副书百嗡龙模阑肥埋性垦悯调捐镜逝檀遂掂宫廊删象季镜人举棱绥扫哈扯滑即瞧魂柔贷影垂去慨榷爆小磁卑由角边篇望燥堰檬醒擅鲁曲圈巢雷货退嗅晌凳艘忌歌棵陕肛瓦蒜涯宵桥睡刷衬译芯看所影婉输钮库锭潍腋贪医寻纬省鸟鹏冈卒羞慎捡逸淆遥社罩鹊侥淬烙忿羔南泌楚徊汝摇敛块捷胯渣糊岗瑟韩剔砂祷酶哲骆诸玖狰驾吩核斡感劳境招泊净搏花绥急笆锐虽馅员坎蕾昌淹汗兴伟宗拥精已底年釉宪览囚寻铀奔苟氓恐仕窑第1部分 课程概述本部分内容包括课程简介及与其他课程之间的关联，课程的知识体系，课程教学的内容结构及教材与多媒体课件的关联，并对自学方法提出一些参考意见。1.1课程简介机械设计基础主要研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、机构特点、基本的设计理论和计算方法，是工科院校机械类、机电类专业的一门必修主干课程，是对学生的设计能力、创新能力、工程意识进行培养训练的一门重要的技术基础课。将为有关专业的学生学习专业课程提供必要的基础。通过本课程的学习和课程设计实践，可以培养学生初步具备运用相关知识、手册设计简单传动装置的能力。机械设计基础是机械工程类专业的一门必修主干技术基础课，综合了应用工程图学、工程力学、材料与热处理、金属工艺学、机械制造基础、公差与技术测量等学科和课程。具有鲜明的工程实践性。是先修基础课的综合应用，又是后继专业课的基础，在基础课和专业课间起着承上启下的桥梁过渡作用。1.2课程的知识体系机械设计基础综合浓缩了机械原理和机械设计两门课程的内容，而这两门课程是机械类专业本科必修的专业基础课。机械设计基础课程的内容包括机械原理课程中的平面机构自由度及运动分析；常用机构运动原理和设计方法（平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系）；间歇运动机构；机器动平衡问题，以及机械设计课程中常用联接、常用传动装置和轴系零部件的设计等部分内容。因此，本课程的知识体系包括：（1）、机器与机构，机械零件设计准则基本概念；（2）、常用机构的运动原理及运动系统设计确定机械功能和运动原理；（3）、常用联接与传动及轴系零部件的设计确定机械零件的具体形状尺寸及材料。1.3课程的内容结构第一章 平面机构的自由度和速度分析第二章 平面连杆机构 第三章 凸轮机构第四章 齿轮机构第五章 轮系*第六章 间歇运动机构*第七章机械运转速度波动的调节*第八章 回转件的平衡第九章机械零件设计概述第十章 联接第十一 齿轮传动第十二章蜗杆传动第十三章 带传动和链传动第十四章 轴第十五章 滑动轴承第十六章 滚动轴承*第十七章 联轴器、离合器与制动器*第十八章 弹簧 （带星号的章节为自学内容）1.4自学方法1.4.1 理解课程的性质和任务为了学好本课程，首先要具有正确的学习目的和态度，在学习中要刻苦钻研、踏踏实实、虚心求教、持之以恒。在学习时要理解基本概念、基本原理，要注意各部分内容之间的联系，不要孤立地去看待每一部分的内容。重在理解，能提出问题，积极思考，不要死记；对于设计部分，着重掌握设计的原理和方法。通过习题可以巩固和加深对所学理论的理解，并培养分析问题和设计能力。深刻领会课程的性质和任务，把整体课程内容分界为若干个知识体系，掌握基本知识、基本理论和基本方法，分清主次，抓住问题的关键和本质，环绕总纲、目标和体系进行学习。通过各个学习环节，培养分析和解决问题的能力和创新精神。1.4.2 采用合理的学习方法在学习过程中，对于机构要着重理解对其工作原理、运动特性、特点、应用和设计的分析；对任一机械零部件要着重理解其组成、工作原理、特点、失效形式、工作能力计算和结构设计的内容。本课程的研究对象多，内容繁杂，课程内容多、公式多、参数多、系数多，需要查找的数据资料多。所以必须对每一个研究对象的基本知识、基本原理、基本设计思路方法进行归纳总结，并与其他研究对象进行比较，掌握其共性与个性，只有这样才能有效提高分析和解决设计问题的能力。学习机械设计不仅在于继承，更重要的是应用创新，机械科学产生与发展的历程，就是不断创新的历程。只有学会创新，才能把知识变成分析问题与解决问题的能力。第2部分 课程学习计划顺次教材章节重点难点必做习题1绪论1.11.3运动副和自由度的概念平面机构自由度计算复合铰链、局部自由度和虚约束的识别1-51-1222.12.2铰链四杆机构的基本型式及特性铰链四杆机构有整转副的条件急回运动特性死点的产生2-1、2-3、2-432.32.4平面四杆机构的设计图解法设计平面四杆机构2-5、2-9、2-1043.13.2凸轮机构的应用和类型从动件的常见运动规律53.33.4凸轮机构的压力角图解法设计凸轮机构凸轮机构的压力角3-1、3-264.14.2齿轮机构的特点和类型齿廓实现定角速比传动的条件齿廓实现定角速比传动的条件74.34.4渐开线齿廓齿轮各部分名称及基本尺寸4-1、4-284.54.6渐开线齿轮啮合切齿原理94.74.84.9根切、最少齿数斜齿轮机构和圆锥齿轮机构的特点根切产生的原因105.15.2定轴轮系传动比115.35.45.5周转轮系传动比复合轮系传动比差动轮系传动比复合轮系传动比5-1、5-2、5-4、5-11、5-12126.16.4间歇运动机构的工作原理138.18.3回转件平衡计算的目的149.19.7机械零件的强度、接触强度变应力下的许用应力1510.110.310.4螺纹的主要参数常用螺纹的种类和特点螺纹联接的基本类型及应用场合1610.510.6螺纹联接预紧的目的及防松方法；普通螺栓联接承受横向载荷和轴向载荷时的强度计算、铰制孔螺栓联接的强度计算紧螺栓联接承受轴向载荷时的强度计算10.5、10.6、10.91710.710.810.9螺栓材料的强度等级、提高螺栓联接强度的措施1810.1010.11键联接的工作原理和设计方法花键联接的特点、销联接的应用1911.111.211.311.4齿轮传动常见的失效形式、制造齿轮常用的材料及其特点、直齿圆柱齿轮的受力分析、载荷系数的概念直齿圆柱齿轮受力分析11-12011.511.6 直齿圆柱齿轮的齿面接触强度和弯曲强度计算11-3、11-42111.711.811.9 11.10斜齿圆柱齿轮的受力分析直齿圆锥齿轮的受力分析斜齿圆柱齿轮螺旋角和轴向力的判断11-7、11-82212.112.212.32312.412.512.62413.113.213.32513.413.513.82614.114.22714.314.414.52815.115.215.32915.415.515.63016.116.23116.33216.416.5第3部分 课程学习指导第1章 平面机构的自由度及其计算本章基本要求和重点、难点1. 本章基本要求（1）掌握以下基本概念：自由度、运动副、高副、低副、复合铰链、虚约束、局部自由度（2）绘制平面机构的运动简图（3）计算平面机构的自由度。掌握机构具有确定运动的条件，能识别机构中的复合铰链、局部自由度和虚约束。能熟练运用自由度计算公式计算平面机构的自由度。2. 本章重点（1）绘制平面机构的运动简图（2）计算平面机构的自由度。3.本章难点复合铰链、局部自由度和虚约束的正确判断。主要知识点归纳1.1基本概念1.1.1 自由度构件是机构中运动的单元体，因此它是组成机构的主要要素。构件的自由度是构件可能出现的独立运动。自由度：构件相对于参考坐标系所具有的确定运动的数目。平面上的构件1：具有3个自由度。空间中的构件2：具有6个自由度。1.1.2运动副1.什么是运动副？平面机构中每个构件都不是自由构件，而以一定的方式与其他构件组成动联接。这种使两构件直接接触并能产生运动的联接，称为运动副。两构组成运动副之后，就限制了构件的独立运动，两构件组成运动副时构件上参加接触的点、线、面称为运动副元素，显然运动副也是组成机构的主要要素。2.运动副的分类1）根据构成运动副的两构件的接触情况分：低副：面接触高副：点或线接触2）根据构成运动副的两构件的运动范围分：平面副：组成运动副的两构件都在同一或平行平面内运动。空间副：组成运动副的两构件不在同一或平行平面内运动。3）根据构成运动副的两构件的相对运动分：移动副：组成运动副的两构件作相对移动。转动副：组成运动副的两构件作相对转动。螺旋副：组成运动副的两构件作螺旋运动。球面副：组成运动副的两构件作球面运动。3.平面运动副平面低副：两个构件通过面接触形成的运动副。如：移动副、转动副（铰链） 面接触接触面积大，承载能力大。 接触面为平面或柱面便于加工，成本低，便于润滑。 平面高副：两个构件通过点、线接触形成的运动副。如齿轮啮合 点、线接触接触面积小， 承载能力小。 接触面为曲面不便于加工和润滑。1.2平面机构的运动简图根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，用 国标规定的运动副及常用机构运动简图的符号和简单的线条将机构的运动情况表示出来，与原机构运动特性完全相同的，表示机构运动情况的简化图形。1构件的分类固定构件（机架）：用于支承活动构件原动件（主动件）：运动规律已知的构件，运动的输入构件。从动件：机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。2. 运动副的表示abc转动副；defghi移动副；j平面高副图1-1 运动副的表达方法3. 构件的表示图1-2 构件的表达方法 机构运动简图中构件表示方法如右图所示，图a、b表示能组成两个运动副的一个构件，图a、组成两个副动副一个构件，图b组成一个转动副和一个移动副的一个构件；图c、d表示能组成三个转动副的一个构件。 4. 平面机构运动简图的绘制绘制步骤：1) 分析机构运动，目的：确定构件及运动副的类型及数目。2) 恰当选择投影面 适当选择比例尺 l = 3) 审核1.3平面机构的自由度1.机构自由度的计算公式设某机构共有n个构件、PL个低副、PH个高副，则该机构的自由度应为：2.机构具有确定运动的条件3.计算机构自由度应注意的问题（1）复合铰链两个以上的构件同在一处以转动副相联接。（2）局部自由度 某些不影响整个机构运动的自由度。（3）虚约束两个以上的构件同在一处以转动副相联接。出现虚约束的情况：两个构件之间组成多个导路平行的移动副，只有移动副起作用，其余都是虚约束；两个构件之间组成多个轴线重合的转动副时，只有一个转动副起作用，其余都是虚约束；机构中传递运动不起独立作用的对称部分。第2章 平面连杆机构及其设计本章的基本要求和重点、难点1. 本章基本要求（1）了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点；（2）了解平面连杆机构的基本形式及其演化和应用；（3）掌握曲柄存在条件、急回运动、行程速比系数、传动角、压力角、死点等概念。（4）掌握按给定行程速比系数设计四杆机构和按给定连杆位置设计四杆机构的方法。2. 本章重点（1）平面四杆机构的基本特性（2）平面四杆机构的图解法设计3.本章难点 平面连杆机构的压力角和传动角。主要知识点归纳2.1 铰链四杆机构铰链四杆机构全部由回转副组成的平面四杆机构。铰链四杆机构的组成：2.1.1铰链四杆机构的基本型式1. 曲柄摇杆机构：若两连架杆之一为曲柄，另一连架杆为摇杆,则该铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。它能使整周回转运动变为往复摆动，也能把往复摆动变为整周回转运动。2. 双曲柄机构：当铰链四杆机构的两个连架杆都是曲柄时，则该机构称为双曲柄机构 3. 双摇杆机构：当铰链四杆机构的两连架都是摇杆时，该机构称为双摇杆机构；双摇杆机构可把主动摇杆的摆动变为从动摇杆的摆动。2.1.2 曲柄摇杆机构的运动特性1.急回运动特性 名词解释 1）极限位置：摇杆的两个极限位置 2）摆角：摇杆的两极限位置所夹的锐角 3）极位：当摇杆处于两极限位置时，机构所处的这两个位置。 4）极位夹角：当机构在两极限位置时，原动件AB所处两个位置之间所夹的锐角，用表示。 5）急回运动：摇杆摆回的速度大于工作行程的速度，摇杆的这种运动性质称为急回运动。 6）行程速比系数：用来表明急回运动的急回程度，用K表示。 上式表明，K随的增大而增大。所以，可以通过分析机构中是否存在极位夹角及极位夹角的大小来判定是否存在急回运动及急回运动的程度。2.压力角和死点位置1）压力角与传动角压力角作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角，用a表示。传动角压力角的余角，用g 表示。g = 90-a 压力角可以做为判断机构传动性能的标志。 2）死点位置曲柄摇杆机构以曲柄为从动件时，当曲柄与连架杆共线时，若不计各杆质量，则曲柄不能转动，将出现死点位置。2.2 铰链四杆机构有整转副的条件1.铰链四杆机构有整转副的条件 （1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； （2）整转副是由最短杆与其邻边组成的。 2.当机构有整转副时，取不同构件为机架可以得到不同类型的四杆机构，通常我们根据以下原则进行判断： （1）取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，得双曲柄机构。 （2）取最短杆邻边为机架时，机架上只有一个整转副，得曲柄摇杆机构。 （3）取最短杆对边为机架时，机架上没有整转副，得双摇杆机构。 但注意，若铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构中没有整转副，无论取哪个构件为机架都只能得到双摇杆机构。 2.3 铰链四杆机构的演化形式一般生产中广泛应用的四杆机构，都可看作是从铰链四杆机构演化而来的。 把原动件的回转运动转换为滑块的往复移动。 偏置曲柄滑块机构 对心曲柄滑块机构 图 2-1 曲柄滑块机构 改变曲柄滑块机构中的固定构件 图 2-2 导杆机构3、摇块机构和定块机构 图 2-3 摇块机构和定块机构2-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计主要是根据给定的运动条件，确定机构运动简图的尺寸参数。设计方法有作图法、解析法和实验法，其中作图法是重点。1.用作图法设计平面四杆机构 根据不同的设计要求，作图法可以分为以下两种： （1）按给定的行程速比系数K设计平面四杆机构 对于曲柄摇杆机构设计，已知条件通常有：从动件摇杆长度l3，从动件摆角,机构的行程速比系数K。作图步骤的基本步骤如下（如图2-4a）： 通过K求出极位夹角q； 确定一个固定铰链中心，然后根据几何条件作出摇杆的两个极限位置； 作C2C1P=90- q， C1C2P=90； 作作C2C1P 的外接圆，则另一个固定铰链中心便在该外接圆上。最后由其他附加条件可以把这个固定铰链中心位置定下来，从而四杆机构设计完成。对于曲柄滑块机构或是导杆机构，基本方法同上，只是在曲柄滑块机构中滑块行程与曲柄摇杆机构中摇杆的摆角作用是相对应的（作图见图2-4b）；在导杆机构中从动件导杆的摆角与机构的极位夹角大小相等（作图见图2-4c）。 a b c图24 按行程速比系数设计平面四杆机构（2）按给定的连杆位置设计四杆机构 这类设计通常是已知连杆长度，并知道连杆在运动过程中的三个位置，要求确定固定铰链中心。两个活动铰链的运动轨迹是绕各自固定铰链中心的圆的一部分，因此我们可用求圆心法来解决问题（见图2-6）。 如果只给定连杆的两个位置，则可根据其他附加条件得到确定解。图2-5 按给定连杆位置设计平面四杆机构第3章 凸轮机构及其设计本章的基本要求和重点1.本章基本要求（1）了解凸轮机构的分类及应用；（2）了解从动件常用的运动规律及位移线图的绘制方法；（3）掌握压力角与自锁的关系；（4）掌握凸轮机构设计的反转法原理，能按照给定的运动规律设计凸轮的轮廓曲线。2.本章重点盘形凸轮机构轮廓曲线的设计。3.本章难点 凸轮机构的压力角和传动角。主要知识点归纳3.1 凸轮机构的应用和分类3.1.1凸轮机构的应用 组成：凸轮；从动件；机架 特点：优点：可使从动件得到各种预期的运动规律；结构紧凑。 缺点：高副接触，易于磨损，多用于传递力不太大的场合；加工比较困难；从动件行程不宜过大，否则会使凸轮变得笨重。3.1.2 凸轮机构的分类 按凸轮的形状分：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮 按从动件的形状分：尖端从动件、滚子从动件、平底从动件按从动件运动形式分：直动从动件、摆动从动件按从动件与凸轮保持接触的方式分：力封闭（弹簧力或重力）、形封闭（形状锁合）3.2 从动件的运动规律3.2.1基本概念 基圆以凸轮的最小曲率半径为半径所作的圆称为基圆，基圆半径用r0表示。 推程，推程运动角t； 远休止，远休止角s； 回程，回程运动角h； 近休止，近休止角s；行程从动件在推程或回程中移动的距离，用h 表示。3.2.2 从动件运动规律从动件的运动规律，是指从动件在运动时，即在推程或回程时，其位移s、速度v、和加速度a 随时间t变化的规律。凸轮一般为等速运动，即其转角1与时间t成正比，所以从动件的运动规律更常表示为从动件的运动参数随凸轮转角1变化的规律。常用运动规律有：等速运动规律 有刚性冲击。等加等减速运动规律 有柔性冲击。简谐运动规律 亦有柔性冲击，只是冲击的次数有所减少。3.3 凸轮机构的压力角当不计凸轮与从动件之间的摩擦时，凸轮给从动件的力F与从动件的运动方向之间所夹的锐角，称为凸轮机构的压力角。力F可分解为沿从动件运动方向的有效分力和垂直于从动件运动方向的有害分力。压力角越大，有害分力越大，当压力角增大到一定程度时，将出现自锁现象，即无论凸轮施加给从动件的力有多大，从动件都不能运动。为保证机构有一定的传动效率，防止自锁，必须限制压力角的大小。图31 凸轮机构的压力角3.3 凸轮机构轮廓曲线的设计3.3.1 凸轮廓线设计方法的基本原理反转法 图32 反转法原理无论是采用作图法还是解析法设计凸轮轮廓曲线，所依据的基本原理都是反转法原理。该原理可归纳如下：在凸轮机构中，如果对整个凸轮机构绕凸轮轴心O加上一个与凸轮转动角速度1大小相等方向相反的公共角速度 (-1)；这时凸轮与从动件之间的相对运动关系并不改变。但此时凸轮将固定不动，而移动从动件将一方面随导路一起以等角速度(-1)绕O点转动，同时又按已知的运动规律在导路中作往复移动；摆动从动件将一方面随其摆动中心一起以等角速度(-1)绕O点转动，同时又按已知的运动规律绕其摆动中心摆动。由于从动件尖端应始终与凸轮廓线相接触，故反转后从动件尖端相对于凸轮的运动轨迹，就是凸轮的轮廓曲线。根据这一原理求作出从动件尖顶在从动件作这种复合运动中所占据的一系列位置点，并将它们连接成光滑曲线，即得所求的凸轮轮廓曲线。这种设计方法称为反转法。3.3.2 用图解法设计凸轮轮廓曲线 参阅教材中图3-10，3-11，3-12，3-14第4章 齿轮机构本章的基本要求和重点1.本章的基本要求 (1)了解齿轮机构的特点及主要类型； (2)理解齿廓实现定角速比传动的条件； (3)掌握渐开线的性质； (4)掌握渐开线齿廓的特点； (5)掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮及其啮合传动； (6)掌握渐开线齿轮的切齿原理、方法及根切现象； (7)理解变位齿轮的特点及几何尺寸计算； (8)掌握斜齿圆柱齿轮及其啮合传动的特点； (9)掌握直齿圆锥齿轮及其啮合传动的特点。 2. 本章重点渐开线直齿圆柱齿轮外啮合的基本理论和几何尺寸计算；斜齿圆柱齿轮、锥齿轮啮合传动的特性。 3.本章难点 范成法加工渐开线齿轮发生根切的原因；渐开线齿廓的啮合特性。主要知识点归纳4.1 齿轮机构的特点和应用4.1.1齿轮传动的特点1.齿轮机构的主要优点适用速度和效率范围广；效率高；传动比稳定；寿命长；工作可靠；可实现平行轴、相交轴、任意交错轴之间的传动。 2.齿轮机构的主要缺点：制造和安装精度要求高、成本高；不能实现远距离两轴之间的传动。 4.1.2 齿轮传动的分类按照一对齿轮轴线的相互位置，可分为：1. 两轴平行的圆柱齿轮传动，如直齿圆柱齿轮传动（外啮合、内啮合）、齿轮与齿条传动、斜齿圆柱齿轮传动、人字齿轮传动等；2. 两轴相交的圆锥齿轮传动（直齿、曲齿）；两轴交错的齿轮传动，如交错轴斜齿轮传动、蜗轮蜗杆传动。 4.2 齿廓实现定角速比传动的条件要使两齿轮作定传动比传动，则两齿廓必须满足的条件是：不论两齿廓在何位置接触，过接触点所作的两齿廓公法线必须与两齿轮的连心线相交于一定点。称此定点为节点。能实现预期运动要求的一对齿廓称为共扼齿廓，在机械中，最常用的齿廓是渐开线齿廓。4.3 渐开线齿廓1. 渐开线的形成直线在基圆上做纯滚动，直线上任意一点的轨迹就是渐开线。2. 渐开线的性质1）,如图41a。2）渐开线上任一点的法线恒与基圆相切。切点B是点K的曲率中心，而线段是渐开线在点K的曲率半径。3）4）渐开线的形状取决于基圆大小,如图41b。5）基圆内没有渐开线。 a b图41 渐开线的性质3. 渐开线齿廓啮合特性1）渐开线齿廓能保证定传动比传动要求 i12=1/2= 常数 2）渐开线齿廓间的正压力方向不变啮合线齿轮传动时其齿廓啮合点的轨迹称为啮合线 3）渐开线齿廓传动具有可分性 当渐开线齿轮的中心距稍有改变，其角速度比仍保持原值不变。4.4 齿轮各部分的名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸4.4.1 各部分的名称和符号1. 齿顶圆：齿顶所在的圆，用da和ra表示。2. 齿根圆：齿根所在的圆，用df和rf表示。3. 齿厚：任意圆周上量得的齿轮两侧间的弧长，用sk表示。4. 齿槽宽：任意圆周上量得的相邻两齿齿廓间的弧长，用ek表示。5. 齿距：任意圆周上量得的相邻两齿同侧齿廓间的弧长，用pk表示。i. pk=sk+ek 6. 分度圆：计算基准圆，用d和r表示。7. 齿顶高：介于分度圆与齿顶圆之间的轮齿部分的径向高度，用ha表示。8. 齿根高：介于分度圆与齿根圆之间的轮齿部分的径向高度，用hf表示。9. 全齿高：齿顶圆与齿根圆之间的轮齿部分的径向高度，用h表示。i. h=ha+hf 4.2.2基本参数齿数：用z表示。模数：用m表示。单位：mm，d=zm m是决定齿轮尺寸的基本参数，已标准化。分度圆压力角：用表示。 压力角也是决定齿轮尺寸的基本参数,国标规定的标准值,=20。齿顶高系数h*a。顶隙系数c*。4.2.3 各部分尺寸的计算公式1. 分度圆直径 d=mz2. 齿顶高 ha=h*am 3. 齿根高 hf=(h*a+c*)m 4. 齿全高 h=ha+hf=(2h*a+c*)m 5. 齿顶圆直径 da=d+2ha=(z+2 h*a)m 6. 齿根圆直径 df=d-2hf= mz - 2(h*a+c*)m= (z -2 h*a- 2c*)m 式中，h*a和c*的标准值为：h*a=1、c*=0.257. 基圆直径 db= dcos= mzcos8. 齿距 p =m9. 标准齿轮m、h*a、 c*均为标准值，且s = e的齿轮。4.5 渐开线标准齿轮的啮合4.5.1 正确啮合条件渐开线齿轮正确啮合的条件是：两轮的模数和压力角应分别相等。4.5.2 标准中心距1. 齿轮的正确安装条件齿侧间隙为零，要使齿侧间隙为零，则必须使其分度圆与节圆重合。具有标准顶隙，c = c *m；2. 当顶隙为标准值时，设两轮的中心距为a，则： a = ra1+c+rf2 = r1+h*am+c*m+r2- ( h*am+c*m) = r1+r2= m (z1+z2)/2 即两轮的中心距a应等于两轮分度圆半径之和，我们把这种中心距称为标准中心距。4.5.3重合度由图4-2开始啮合点：从动轮齿顶与主动轮齿根接触点B1终止啮合点：从动轮齿根与主动轮齿顶接触点B2实际啮合线段：B1B2之间的线段理论啮合线段：两齿轮基圆内公切线切点之间的线段N1N2。重合度：为了保证连续传动，则 通常将用表示，称为重合度。于是可得连续传动条件为：实际 式中：许用重合度。 啮合角：两轮传动时其节点C的圆周速度方向与啮合线N1N2之间所夹的锐角，其值等于节圆压力角。故用 表示。图42 渐开线齿廓的啮合4.6 渐开线齿轮的切齿原理4.6.1成形法用渐开线齿形的成形铣刀直接切出齿形，常用盘形铣刀和指状铣刀，加工方法简单，但生产率低，精度差。 盘形铣刀 指状铣刀图 43成形法加工轮齿4.6.2范成法利用一对齿轮（或齿轮与齿条）互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来切齿，把其中一个齿轮（或齿条）做成刀具。常用刀具：（1） 齿轮插刀（2） 齿条插刀（3） 齿轮滚刀4.7 根切、最少齿数及变位齿轮用范成法加工齿轮时若加刀具的齿顶线超出齿轮理论啮合线的极限点时，齿轮根部的渐开线齿廓将被切去一部分，这种现象称为根切。在用范成法切齿时，如果刀具的齿顶线超过了啮合线与轮坯基圆的切点（即啮合极限点）N1，则被切齿轮的轮齿必将发生根切现象。根切使齿根削弱，减小重合度，应避免。不产生根切的最少齿数是h*a和的函数。当h*a=1、=20时，zmin=17。图 44根切现象4.8 平行轴斜齿轮4.8.1斜齿轮传动的特点优点传动平稳。齿廓接触线与齿轮轴线不平行，是斜线。其啮合过程是从轮齿的一端开始进入啮合，逐渐达到全齿宽，接触线由短变长，再由长变短，直到另一端完全退出啮合为止，因而斜齿轮传动平稳、噪声低。重合度大。并且随着齿轮宽度和螺旋角的增大而增大，故传动平稳、承载能力强。不发生根切的最少齿数更少。缺点：产生轴向力，且随着螺旋角的增大而增大，使轴系结构复杂。 4.8.2 斜齿轮的主要参数斜齿圆柱齿轮的模数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数有端面参数和法面参数之分，端面是指垂直于齿轮回转轴线的平面；法面是指垂直于轮齿方向的截面。国家标准规定，斜齿轮的法面参数mn、an ，法向齿顶高系数、法向顶隙系数为标准值。斜齿圆柱齿轮的齿面是螺旋形，基本参数共六个，与直齿轮相比多引入了一个螺旋角b，分度圆柱上轮齿的旋向有左旋和右旋两种。螺旋角的大小对斜齿轮传动性能影响很大，若b= 0，斜齿轮就退化为直齿轮； b越大，则斜齿轮的特点越明显如传动平稳、重合度大、承载能力强等；但若b太大，则会产生很大的轴向力，因此设计中一般取b820 。4.8.3 斜齿轮的当量齿轮斜齿轮的当量齿轮是一个虚拟的直齿轮，其齿形与斜齿轮的法面齿形相当。过斜齿轮分度圆柱上齿廓的任一点 C作轮齿螺旋线的法向平面，该法面与分度圆柱的交线为一椭圆。以椭圆在C点处的曲率半径为分度圆半径，以斜齿轮法面模数为模数，取标准压力角作一直齿圆柱齿轮。这一假想的直齿圆柱齿轮称为该斜齿轮的当量齿轮（如图4-5）。引入当量齿轮、当量齿数的目的是: (1)仿形法加工斜齿轮时，用于选择铣刀刀号；(2)用于强度计算；当量齿轮的齿数称为当量齿数，用zv表示当量齿轮的齿数：图 45斜齿轮的当量齿轮4.9 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动是用来传递两相交轴之间的运动和动力的。圆锥齿轮的轮齿分布在一个截圆锥体上，其齿形从大端到小端逐渐变小。为了计算和测量的方便，通常取圆锥齿轮大端的参数为标准值。第5章 轮系本章基本要求和重点1.本章的基本要求（1）了解轮系的分类，能正确划分轮系。（2）了解各类轮系的功能。（3）掌握定轴轮系、周转轮系以及复合轮系的传动比计算（4）掌握判断轮系中齿轮转向的方法。2.本章难点、难点掌握定轴轮系、周转轮系以及复合轮系的传动比计算及从动轮转向的确定。3.本章难点 复合轮系中行星轮的判断及周转轮系与定轴轮系之间关系的确定。5.1轮系的类型由一系列齿轮组成的齿轮传动系统称为齿轮系。分为三种类型（图51）：1. 定轴轮系：各个齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定的。2. 周转轮系：轮系中至少有一个齿轮的轴线是绕其它齿轮的固定轴线回转。周转轮系中的主要构件有： 行星轮 在周转轮系中，轴线位置变动的齿轮，即既作自转又作公转的齿轮； 行星架 支撑行星轮既作自转又作公转的构件，又叫转臂； 中心轮 轴线位置固定的齿轮，又称为太阳轮。 其中行星架与中心轮的几何轴线必须重合。 3. 复合轮系：轮系中含有定轴轮系和周转轮系。 定轴轮系 周转轮系 复合轮系图5-1 轮系的类型5.2定轴轮系的传动比5.2.1 齿轮系传动比齿轮系的首、末两构件的角速度之比（包括首、末两构件的角速度比的大小和两构件的转向关系两个方面），称为轮系的传动比，用iij表示。定轴轮系中，每个齿轮的几何轴线位置都是固定的，因此其传动比计算比较容易。计算传动比时不仅包含数值计算，还要有指明齿轮的转向。1.一对齿轮的传动比大小 转向：外啮合齿轮：两齿轮转向相反 内啮合齿轮：两齿轮转向相同 圆锥齿轮：两箭头同时指向节点或同时背离节点； 蜗杆传动：左手或右手定则同轴齿轮：转向相同。图5-2 各类传动的主从动轮转向关系2齿轮系的传动比 数值计算：定轴轮系的传动比 =各轮方向判定：（1）当首末两轮的轴线相平行时，两轮转向的异同可用传动比的正负表达。两轮转向相同时，传动比为“+”；两轮转向相反时，传动比为“-”。（2）但是如果首末两轮的轴线不平行，则只能计算传动比的大小，首末两轮的转向用箭头表示。假定首轮的转向（或依题意以给定的方向），用箭头在图示上表示，根据啮合情况，依次将每个轮子的转向在图示上标志出来，最后可以得到末轮的转向。（3）对所有齿轮轴线都平行的定轴轮系，也可以按照轮系中外啮合齿轮的对数来确定传动比为“ +”或“-”。设从首轮到末轮中外啮合的齿轮的对数为m对 当数值为“ +”时，表示首末两轮的转向相同，为“-”时，表示两轮的转向相反。 5.3周转轮系及其传动比5.3.1 周转轮系的分类5.3.2传动比的计算 图5-3 周转轮系的转化轮系构件周转轮系角速度转化轮系角速度111H=1-H222H=2-H333H=3-HHHHH=H-H转化轮系的传动比可写作： 周转轮系传动比的一般公式为： 注：1）此式只适用于齿轮m、n和行星架H 的轴线相平行的场合。2）等式右边齿数比前面的符号表示转化轮系中m与n轮之间的转向关系，计算过程中，式中的“+”和“-”号一定不能省略。3）此式多用于求解wm、wn、wH或各个齿轮的齿数中的未知数。 4）此式中的指的转化轮系中齿轮m和n的传动比。在用此式将未知数求解后，可以求解周转轮系中的传动比。 如果我们研究的是行星轮系，则其中一个中心轮（设为 n 轮）为固定轮，即n=0，则: 即: 5.4复合轮系及其传动比复合轮系是指轮系中既有周转轮系部分，又有定轴轮系部分，因此计算的关键是，正确分解周转轮系和复合轮系，分别列出计算方程式，然后联立解出所要求的传动比。分解轮系的关键在于正确找出各个基本的周转轮系。找周转轮系的一般步骤是： 1. 找行星轮：即找轴线位置不固定的齿轮； 2. 确定行星架：支撑行星轮运转的构件； 3. 找中心轮：直接与行星轮相啮合的定轴齿轮。将周转轮系分出来后，剩下的就是定轴轮系了。 5.5轮系的应用 1实现分路传动2获得较大传动比 3实现变速传动 4实现换向传动5用作运动的合成 6用作运动的分解 7在尺寸及重量较小的条件下，实现大功率传动第9章 机械零件设计概述本章基本要求和重点1.本章基本要求（1）了解机械零件设计的基本要求和设计步骤；（2）掌握零件失效的概念； （3）掌握机械零件强度计算中载荷、应力的种类及相应的强度设计准则；（4）了解接触强度及其设计准则；（5）了解机械零件磨损的主要类型、耐磨性设计准则；（6）掌握机械制造常用材料及其选择原则；（7）了解机械零件工艺性和标准化的概念。 2.本章重点（1）变应力的种类（2）变应力作用下零件的主要失效形式。3.本章难点 变应力的循环特性。主要知识点归纳9.1机械零件设计概述9.1.1基本概念失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时的现象。零件的失效形式很多：1. 因强度不够发生断裂或塑性变形；2. 因刚度不够而产生过大的弹性变形；3. 因耐磨性不足或润滑不良而使工作表面过度磨损或损伤；4. 因长细比（也称柔度）过大稳定性不足而发生失稳；5. 因失去振动稳定性而发生强烈的振动（或共振）、联接的松弛、摩擦传动的打滑等。机械零件的工作能力：在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。对载荷而言，称为承载能力；对磨损而言，称耐磨性。9.1.2 机械零件设计的计算准则机械零件虽然有多种可能的失效形式，但归纳起来最主要的是强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度的影响等几个方面的问题。当强度为主要问题时，按强度条件判定，即工作应力许用应力；当刚度为主要问题时，按刚度条件判定，即变形量许用变形量。判定条件可概括为：计算量许用量。9.1.3机械零件设计的一般步骤机械零件的设计计算常按下列步骤进行：1） 拟定零件的计算简图2） 确定作用在零件上的载荷3） 选择合适的材料4） 根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件5） 确定零件的形状和主要尺寸6） 绘制工作图并标注必要的技术条件。校核计算：参照实物（或图纸）和经验数据，初步拟定零件的结构和尺寸，然后根据判定条件进行验算。9.2机械零件的强度名义载荷：在理想的平稳条件下作用在零件上的载荷称。载荷系数：考虑零件受到的各种附加载荷的作用、载荷大小随时间的不均匀性、分布的不均匀性等因素的影响。计算载荷：载荷系数K与名义载荷的乘积名义应力：按照名义载荷求得的应力计算应力：按照计算载荷求得的应力机械零件强度判定条件：式中：、分别为极限正应力和极限切应力，S为安全系数。9.2.1 应力的种类按照应力随时间变化的情况 静应力：不随时间变化变应力：随时间周期性或非周期性变化变应力的参数：、r 静应力 非对称循环变应力 对称循环变应力 脉动循环变应力图91 应力的分类各种应力的特性参数参阅表91。对于在简单应力状态下工作的零件，可根据、进行计算；对于在复杂应力状态下工作的零件，则应根据材料力学中所述的强度理论进行计算。表91 应力的特性应力性质平均应力应力幅循环特性静应力1非对称循环变应力-1 r +1对称循环变应力-1脉动循环变应力09.2.2静应力下的许用应力 许用应力取决于应力的种类、零件材料的极限应力和安全系数等。材料的极限应力一般都是在简单应力状态下用实验方法测出的。静应力下，零件的损坏形式：断裂或塑性变形。对于塑性材料：取屈服强度极限做为极限应力 对于脆性材料：应取强度极限的作为极限应力，对于组织均匀的脆性材料，如淬火后低温回火的高强度钢，还应考虑应力集中的影响。9.2.3 变应力下的许用应力变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。与静应力下零件的断裂不同。1） 疲劳断裂的最大应力低于屈服极限；2） 无明显塑性变形的脆性突然断裂；3） 断口上明显地有两个区域：光滑区、粗糙区4） 疲劳断裂是损伤的积累的结果。由于疲劳断裂裂纹扩展到一定程度后才发生的突然断裂，所以疲劳断裂与应力循环次数（使用期限或寿命）密切相关。因而许用应力就不能根据屈服极限或强度极限来确定。1. 疲劳曲线在循环特性r下的变应力，经过N次循环后，材料不发生破坏的应力最大值称为疲劳极限rN或rN。如图所示为表示应力与应力循环次数N之间的关系曲线图92 疲劳寿命曲线从大多数黑色金属材料的疲劳试验可知，当循环次数N超过某一数值No以后，曲线趋向水平，即可以认为在“无限次”循环时试件将不会断裂。应力的循环特性为r, 循环变应力循环N次后材料不发生疲劳破坏的最大应力rN，称为有限寿命疲劳极限。与循环基数N0相对应的疲劳极限rN0 ，简写为r 。疲劳曲线方程为：2. 许用应力当应力是对称循环变应力时，当应力是脉动循环变应力时，9.3机械零件的接触强度依靠表面接触工作的零件，如齿轮传动、滚动轴承、摩擦离合器等，它们的工作能力不仅与整体强度有关，还与接触表面的强度有关。图93 机械零件的点蚀高副零件工作时理论上是点接触或线接触，实际上由于接触部分的局部弹性变形而形成面接触，由于接触面积很小，使表层产生的局部应力却很大，该应力称为接触应力；在表面接触应力作用下的零件强度称为接触强度。接触应力的计算（HHertz公式）：接触强度不足时的失效形式 静应力作用下：脆性材料表面压碎 塑性材料表面塑性变形变应力：疲劳点蚀9.4机械零件的耐磨性磨损：摩擦表面物质不断损失的现象耐磨性：零件的抗磨损能力磨损的主要类型：磨粒磨损粘着磨损（胶合）疲劳磨损（点蚀）腐蚀磨损实用耐磨计算：1限制运动副的压强p pp式中 p是由实验或同类机器使用经验确定的许用压强。2限制运动副单位时间单位接触面积的发热量pv。在摩擦系数一定的情况下， pvpv9.7机械零件的工艺性及标准化9.7.1工艺性在一定的生产规模和生产条件下，花费劳动量最小，加工费用最少（工时少、设备少）的零件，就认为具有良好的工艺性。工艺性的基本要求：1） 毛坯选择合理2） 结构简单合理 3） 规定适当的制造精度及表面粗糙度。9.7.2标准化标准化是指以制订标准和贯彻标准为主要内容的全部活动过程。对产品实行标准化具有重大的意义：在制造上可以实行专业化大量生产，既可提高产品质量又能降低成本；在设计方面可减少设计工作量，缩短设计周期；在管理维修方面，可减少库存量和便于更换损坏的零件。标准的分类：我国的标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准四级。第10章 联接本章基本要求和重点1.本章基本要求（1）掌握联接的作用；（2）掌握螺纹联接的类型；（3）掌握螺纹的基本参数（大径、小径、螺距、导程等）；（4）掌握螺纹联接承受轴向和横向外载荷时的强度计算；（5）掌握键联接的类型和设计方法；（6）了解花键联接的特点。2.本章重点（1）螺纹联接的大径、小径的概念及其在不同场合的应用；（2）紧螺栓联接的强度计算（3）螺纹联接防松的意义和方法3.本章难点（1）普通紧联接承受轴向工作载荷时的强度计算。（2）铰制孔螺栓联接的剪切和挤压强度计算。主要知识点归纳基本要求： 10.1 螺纹参数10.1.1螺纹的类型和分类按照平面图形的形状：螺纹分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。按照螺旋线的旋向：螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时，才采用左旋螺纹。按照螺旋线的数目：螺纹还分为单线螺纹和多线螺纹，为了制造方便，螺纹的线数一般不超过4。按功能：联接螺纹；传动螺纹，调节螺纹，阻塞螺纹等按标准：公制螺纹，英制螺纹螺纹有内螺纹和外螺纹之分，两者旋合组成螺旋副或称螺纹副。按照母体形状，螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。10.1.2螺纹的基本参数：以圆柱螺纹为例，大径d、D 中径d2、D2 小径d1、D1 线数n 螺距P 导程S 螺纹升角 牙型角 牙型斜角（牙侧角） 工作高度H图10-1 螺纹的基本参数10.2 机械制造常用螺纹10.2.1 三角形螺纹普通螺纹：多用于紧固联接，60以大径d为公称直径。同一公称直径可以有多种螺距，螺距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹。粗牙螺距大，牙的强度高，应用较广。细牙螺距小，牙的强度小；不耐磨，容易滑丝，自锁性能好。管螺纹：用于紧密联接。10.2.2 梯形螺纹、锯齿形螺纹和矩形螺纹一般用于传动。10.4螺纹联接的基本类型10.4.1基本类型1螺栓联接1）受拉螺栓联接：制造和装拆方便，应用广泛.2）铰制孔螺栓联接：螺栓受剪，多用于板状件的联接，有时兼起定位作用。2双头螺柱联接用于被联接件之一较厚或受结构限制而不能用螺栓或希望联接结构较紧凑的场合。3螺钉联接与双头螺柱联接相似，但不宜用于时常装拆的联接，以免损坏被联接件的螺纹孔。4紧定螺钉联