第二章 课件2

1、第2章 机械工程基础,第2章 机械工程基础,2.1 机械系统及其功能与组成 2.2 机器的结构 2.3 工程材料 2.4 零件的种类及表面组成 2.5 零件的互换性与公差,2.1 机械系统及其功能与组成,2.1.1 机械系统 2.1.2 机器的功能与性能 2.1.3 机器的组成,2.1.1 机械系统,图2-1 国产红旗HQ3轿车,2.1.2 机器的功能与性能,1.机器的功能 2. 机器的规格与性能,1.机器的功能,图2-2 机器功能的分类,1.机器的功能,图2-3 全自动洗衣机的基本结构图,2. 机器的规格与性能,产品的规格反映了该产品适合的工作能力与范围。例如，同样是载货的汽车，重型车、中型车、轻型车、微型车之间差别很大。重型车可一次运载10t、20t或更重的货物，而微型车最大载重一般不超过1t。因此，不同规格的汽车从汽车的体积、质量、结构和价格上都不会相同。用户购买机器设备时，必须首先明确该设备的规格和工作能力范围，如果选择的规格超过了使用需要，出现“大马拉小车”的问题，必然会增加购置成本和使用成本；而选择的规格小于使用范围，则有些工作不能在这台设备上完成，这也会给用户带来损失。因

2、此，我们了解机器，不要忽视它们在规格上的差异。 产品的性能，粗略地说反映了产品的工作能力与工作质量方面的差异，经常用一系列技术指标将其表现出来。因此设备的规格其实也是工作能力的一种，机器工作时可以提供的功率、力、速度、尺寸范围都反映了机器设备的工作能力。,2.1.3 机器的组成,1.动力系统 2.传动系统 3.功能执行系统 4.操作和控制系统,2.1.3 机器的组成,图2-4 机器的组成,1.动力系统,动力系统包括动力机及其配套装置，是整个机器工作的动力源。按能量转换性质的不同，动力机可分为一次动力机和二次动力机。 一次动力机是把自然界的能源(一次能源)直接转变为机械能的机械，如内燃机、汽轮机、燃气轮机等，其中内燃机广泛用于各种车辆、船舶、农业机械、工程机械等移动作业机械，汽轮机、燃气轮机多用于大功率高速驱动的机械。以一次动力机为动力源的机器比较多，比如汽车、飞机、轮船、潜艇等都是以一次动力机为动力源的。 二次动力机是把二次能源(电能)或由电能产生的液压能、气压能转变为机械能的机械，如电动机、液压马达、气动马达等。它们在各类机械中都有广泛应用，其中尤以电动机应用更为普遍。比如，各种类型

3、的机床、洗衣机、电风扇、水泵、油泵等，都是以二次动力机作为机器的动力源的。由于经济上的原因，动力机输出的运动通常为转动，而且转速较高。,2.传动系统,1)减速或增速。 2)变速。 3)改变运动规律或形式。 4)传递动力。,3.功能执行系统,功能执行系统由执行构件和与其相连的执行机构组成，是直接完成机器本身所具有功能的部分，常出现在机械系统的末端，直接与作业对象接触，如搅拌机的叶轮、洗衣机的波轮、割草机夹固刀片的夹持器、车床的刀架等。通过它们完成机器预定的功能，因此是直接影响机器工作质量的重要部分。例如，为了提高洗衣机洗净衣服的效果，对作为执行构件的波轮，不同的厂家开发了“棒式波轮”、“碟形波轮”、“凸形波轮”、“偏心波轮”等多种形式。机器人的执行机构是抓取机构，为了能可靠抓起不同形状的物体，抓取机构有各种结构形式。,4.操作和控制系统,操作和控制系统是使动力系统、传动系统、功能执行系统彼此协调运行，并准确可靠地完成整机功能的装置。它的功能是控制或操作上述各子系统的起动、离合、制动、变速、换向或各部件间运动的先后次序、运动轨迹及行程。此外，还有控制换刀、测量、冷却与润滑的供应与停止工作等

4、一系列动作。,2.2 机器的结构,2.2.1 机器的功能与结构的关系 2.2.2 机械运动形态与变换 2.2.3 机、电、液机构组合的运动与控制 2.2.4 机械运动与控制,2.2.1 机器的功能与结构的关系,1.机器的表达 2.工程中常用机构的基本类型 3.机构的组合,1.机器的表达,在分析机器的组成时，常常需要用特定的符号、线条等图形语言来表明机器内部的构成及机构运动的传递情况，这样的图形称为机器的表达，简称机器简图或机构简图。在绘制机器简图时，不必严格地按比例确定机器中各组成部分或传动机构的相对位置尺寸，只需将机器各部分的构成情况及运动的传递关系表示清楚即可。,2.工程中常用机构的基本类型,(1)全转动副四杆机构的基本型 全转动副四杆机构的基本型为曲柄摇杆机构，可演化为双曲柄机构、双摇杆机构。 (2)含有一个移动副四杆机构的基本型 含有一个移动副四杆机构的基本型为曲柄滑块机构，可演化为转动导杆机构、移动导杆机构、曲柄摇块机构、摆动导杆机构。 (3)含有两个移动副四杆机构的基本型 含有两个移动副四杆机构的基本型为正弦机构，可演化为正切机构、双转块机构、双滑块机构。 (4)圆柱齿轮传

5、动机构的基本型 (5)锥齿轮传动机构的基本型 锥齿轮传动机构的基本型为外啮合直齿锥齿轮传动机构，可演化为斜齿锥齿轮传动机构和曲齿锥齿轮传动机构。 (6)蜗杆传动机构的基本型 蜗杆传动机构的基本型为阿基米德圆柱蜗杆传动机构，可演化为延伸渐开线圆柱蜗杆传动机构、渐开线圆柱蜗杆传动机构。,2.工程中常用机构的基本类型,(7)内啮合行星齿轮传动机构的基本型 内啮合行星齿轮传动机构的基本型是指渐开线圆柱齿轮少齿差行星传动机构，可演化为摆线针轮传动机构、谐波传动机构、内平动齿轮传动机构、活齿传动机构。 (8)直动从动件平面凸轮机构的基本型 直动从动件平面凸轮机构的基本型是指直动对心尖底从动件平面凸轮机构，可演化为直动对心滚子从动件平面凸轮机构、直动对心平底从动件平面凸轮机构、直动偏置从动件平面凸轮机构。 (9)摆动从动件平面凸轮机构的基本摆动从动件平面凸轮机构的基本型是指摆动尖底从动件平面凸轮机构，可演化为摆动滚子从动件平面凸轮机构、摆动平底从动件平面凸轮机构。 (10)直动从动件圆柱凸轮机构的基本型 直动从动件圆柱凸轮机构的基本型主要指直动滚子从动件圆柱凸轮机构。 (11)摆动从动件圆柱凸轮机构

6、的基本型 摆动从动件圆柱凸轮机构的基本型主要指摆动滚子从动件圆柱凸轮机构。,2.工程中常用机构的基本类型,(12)带传动机构的基本型 带传动机构的基本型是指平带传动机构，可演化为V带传动机构、圆带传动机构、活络V带传动机构、同步齿形带传动机构。 (13)链传动机构的基本型 链传动机构的基本型是指套筒滚子链条传动机构，可演化为多排套筒滚子链条传动机构、齿形链条传动机构。 (14)液压、气压传动机构的基本型 液压、气压传动机构的基本型是指缸体不动的液压缸和气动缸，它们可转化为摆动缸。 (15)螺旋传动机构的基本型 螺旋传动机构的基本型是指三角形螺旋传动机构，可演化为梯形螺旋传动机构、矩形螺旋传动机构、滚珠丝杠传动机构。 (16)电磁传动机构的基本型 电磁传动机构的基本型如图2-12所示。 (17)间歇运动机构的基本型 间歇运动机构的基本型有外棘轮机构、外槽轮机构。,(1)全转动副四杆机构的基本型,全转动副四杆机构的基本型为曲柄摇杆机构，可演化为双曲柄机构、双摇杆机构。图2-5a所示为曲柄摇杆机构的机构简图。其中，构件1为曲柄，它可以绕转动副中心A作整周运动。而构件3则只能在一定的角度范围内

7、作往复摆动，故为摇杆。曲柄摇杆机构的运动特点是能够将原动件的等速转动变为从动件的不等速往复摆动。反之可将原动件的往复摆动变为从动件的整周运动。,(2)含有一个移动副四杆机构的基本型,含有一个移动副四杆机构的基本型为曲柄滑块机构，可演化为转动导杆机构、移动导杆机构、曲柄摇块机构、摆动导杆机构。图2-5b为曲柄滑块机构的机构简图。,(3)含有两个移动副四杆机构的基本型 含有两个移动副四杆机构的基本型为正弦机构，可演化为正切机构、双转块机构、双滑块机构。,(4)圆柱齿轮传动机构的基本型,2-5,(5)锥齿轮传动机构的基本型 锥齿轮传动机构的基本型为外啮合直齿锥齿轮传动机构，可演化为斜齿锥齿轮传动机构和曲齿锥齿轮传动机构。,(6)蜗杆传动机构的基本型 蜗杆传动机构的基本型为阿基米德圆柱蜗杆传动机构，可演化为延伸渐开线圆柱蜗杆传动机构、渐开线圆柱蜗杆传动机构。,(7)内啮合行星齿轮传动机构的基本型,2-6,(7)内啮合行星齿轮传动机构的基本型,图2-7 平面凸轮机构的基本型 a)直动从动件平面凸轮机构 b)摆动从动件平面凸轮机构,(8)直动从动件平面凸轮机构的基本型 直动从动件平面凸轮机构的基本

8、型是指直动对心尖底从动件平面凸轮机构，可演化为直动对心滚子从动件平面凸轮机构、直动对心平底从动件平面凸轮机构、直动偏置从动件平面凸轮机构。,(9)摆动从动件平面凸轮机构的基本摆动,摆动从动件平面凸轮机构的基本型是指摆动尖底从动件平面凸轮机构，可演化为摆动滚子从动件平面凸轮机构、摆动平底从动件平面凸轮机构。,(10)直动从动件圆柱凸轮机构的基本型 直动从动件圆柱凸轮机构的基本型主要指直动滚子从动件圆柱凸轮机构。,(11)摆动从动件圆柱凸轮机构的基本型,2-8,(12)带传动机构的基本型 带传动机构的基本型是指平带传动机构，可演化为V带传动机构、圆带传动机构、活络V带传动机构、同步齿形带传动机构。,(13)链传动机构的基本型 链传动机构的基本型是指套筒滚子链条传动机构，可演化为多排套筒滚子链条传动机构、齿形链条传动机构。,(14)液压、气压传动机构的基本型,2-9,(14)液压、气压传动机构的基本型,2-10,(15)螺旋传动机构的基本型 螺旋传动机构的基本型是指三角形螺旋传动机构，可演化为梯形螺旋传动机构、矩形螺旋传动机构、滚珠丝杠传动机构。,(16)电磁传动机构的基本型,2-11,(1

9、6)电磁传动机构的基本型,2-12,(17)间歇运动机构的基本型,2-13,3.机构的组合,2-14,2.2.2 机械运动形态与变换,1.连续转动到连续转动的运动变换与实现机构 2.连续转动到间歇运动的变换与实现机构 3.连续转动到往复摆动的运动变换与实现机构 4.连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构 5.直线移动转换为直线移动的运动变换与实现机构 6.直线移动转换为定轴转动或往复摆动的运动变换与实现机构,1.连续转动到连续转动的运动变换与实现机构,(1)齿轮传动机构 由于机械中作为原动机的电动机或内燃机转速较高，而工作机构的速度一般较低，为协调原动机和执行机构之间的运动关系，齿轮传动机构成为机械中应用最广泛的传动机构，用于运动、速度的变换并传递动力。 (2)蜗杆传动机构 蜗杆传动机构主要由蜗杆和蜗轮组成。 (3)带传动机构 带传动机构如图2-17a所示。 (4)链传动机构 如图2-18所示，链传动机构由主动链轮、从动链轮和链条组成，在传动过程中通过链条的链节与链轮上的轮齿相啮合来传递两平行轴间的运动和动力，因此链传动是一种依靠中间挠性件(链条)的啮合运动。 (5)绳索传动机构 除具有带传动的功能外，绳索传动机构还具有独特的作用：由于一轮缠绕，另一轮退绕，所以两轮中间可有多个中间轮。 (6)液力传动 液力传动利用液体的动能把主动轮的转动传递到从动轮。 (7)钢丝软轴传动机构 钢丝软轴的内部由钢丝分多层缠绕而成。,1.连续转动到连续转动的运动变换与实现机构,(8)瞬心线机构 瞬心线机构种类很多，这里仅列举两种瞬心线机构。 (9)连杆机构 能实现转动到转动运动变换的连杆机构有双曲柄机构、平行四边形机构、转动导杆机构及双转块机构等。 (10)万向联轴器 万向联轴器实际上是一种空间连杆机构，可分为单万向联轴器和双万向联轴器。,(1)齿轮传动机构,2-15,(1)齿轮传动机构,2-16,(2)蜗杆传动机构,蜗杆传动机构主要由蜗杆和蜗轮组成。蜗杆传动机构是用来传递两空间相错90轴之间的运动和动力的，在传动过程中，通常蜗杆是主动的，蜗轮是被动的。就工作原理来讲，蜗杆传动是通过蜗杆和蜗轮轮齿的直接接触进行的啮合传动。其优点是可以获得较大的降速比，且结构紧凑、传动平稳、噪声小，但是它的传动效率低，在工作时需要良好的滑润。,(3)带传动机构 带传动机构如图2-1

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