工程技术基础第五章机械设计基础1.

1、 第五章 机械设计基础 第五章 机械设计基础1 第一节 平面连杆机构 n机构也是人为的实体组合，用来传递运 动和力。 n组成机构的各个相对运动部分称为构件 。 n构件是运动的单元，零件是制造的单元 。 第五章 机械设计基础2 n内燃机 1.汽缸体 2.活塞 3.连杆 4.曲轴 5.齿轮 6.齿轮 7.凸轮 8.顶杆 第五章 机械设计基础3 一、平面机构的运动简图 1、运动副及其分类 n构件的自由度：指可能出现的独 立运动 n运动副：使两个构件直接接触并 能产生一定相对运动的联接。 n分类：低副、高副 第五章 机械设计基础4 低副 两构件通过面接触组成的运动副。 1）转动副：两个构件之间只能绕同一轴线 作相对运动的运动副，或叫铰链。 第五章 机械设计基础5 固定铰链 、活动铰链 图5.1.1 第五章 机械设计基础6 2）移动副：两个构件之间只能沿某一轴线 作相对运动的运动副。 图5.1.2 第五章 机械设计基础7 3）球面副、螺旋副（不讨论） 图5.1.3 第五章 机械设计基础8 两构件通过点或线接触组成的的运动副。 高副 第五章 机械设计基础9 凸轮副、齿轮副 图5.1.4 第五章 机

2、械设计基础10 2、平面机构的运动简图 n机构中的构件按其运动性质分为： n固定件（机架） n原动件（输入构件） n从动件 n机构运动简图 第五章 机械设计基础11 机 构 运 动 简 图 符 号 第五章 机械设计基础12 3、平面机构的自由度 自由度：可能出现的独立运动称为构 件的自由度。一个构件作平面运动 时有三个自由度；作空间运动时有 六个自由度。 第五章 机械设计基础13 1）计算公式 F3n2pLpH 其中 F自由度 n活动构件数 pL低副的数目 pH高副的数目 第五章 机械设计基础14 例1：计算图 5.1.5所示的内燃 机中曲柄连杆机 构的自由度。 图5.1.5 第五章 机械设计基础15 解： F3n2pLpH 3324 1 第五章 机械设计基础16 例2：计算图 5.1.6所示的牛头 刨床传动机构的 自由度。 图5.1.6 第五章 机械设计基础17 解： F3n2pLpH 3628 1 1 第五章 机械设计基础18 2）注意的问题 复合铰链：两个 以上的构件在同 一轴线上用转动 副联接而形成。 （2个转动副） 图5.1.7 第五章 机械设计基础19 例3：计算图5.1.

3、8 所示的圆盘锯主体 机构（直线机构） 的自由度。B、C、 D、E四处都是复合 铰链，各由2个转 动副。 图5.1.8 第五章 机械设计基础20 解： F3n2pLpH 37210 1 第五章 机械设计基础21 局部自由度 这类自由度的存在与否不影响整 个机构的运动规律。 第五章 机械设计基础22 例4：计算图5.1.9所示的滚子从动件 凸轮机构的自由度。 图5.1.9 第五章 机械设计基础23 解： F3n2pLpH 3222 1 1 第五章 机械设计基础24 二、平面四杆机构的基本类型 第五章 机械设计基础25 1铰链四杆机构 n机架 n曲柄 n摇杆 n连杆 图5.1.10 第五章 机械设计基础26 1）曲柄摇杆机构 图5.1.11 所示是雷 达天线调 整机构、 电影放映 机拨动影 片机构。 图5.1.11 第五章 机械设计基础27 2)双曲柄机构 图5.1.12 惯性筛的铰链四杆机构 第五章 机械设计基础28 3)双摇杆机构 n图5.1.13 港口用 门式起 重机的 变幅机 构 第五章 机械设计基础29 2偏心轮机构 n颚式破 碎机 n剪床 n抽水机 图5.1.14 第五章 机械

4、设计基础30 3曲柄滑块机构：内燃机 图5.1.15 第五章 机械设计基础31 4导杆机构 n牛头刨 床中的 主传动 机构 图5.1.16 第五章 机械设计基础32 三、平面四杆机构的特点 n优点 n机构中所有的运动副都是低副，制造简单，成 本较低并能获得较高的精度。 n组成运动副的元件间的接触都是面接触，故能 传递较大的载荷和具有较高的可靠性，可以在 较高的速度下工作。 n缺点 n与凸轮机构相比，不能较精确地实现复杂的运 动规律和轨迹 n在结构上不如凸轮机构紧凑。 第五章 机械设计基础33 第二节 凸轮机构 第五章 机械设计基础34 一、凸轮机构构成及其优缺点 n凸轮机构 n构成 n机架 n凸轮 n从动件 n优缺点 n只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意 的预期运动 n结构简单、紧凑和设计方便 n存在点或线接触，较易磨损 n凸轮轮廓的加工较为复杂 第五章 机械设计基础35 二、分类 第五章 机械设计基础36 1、按凸轮的形状分 n盘形凸轮（ 图5.2.1） n移动凸轮（ 图5.2.2） n圆柱凸轮（ 图5.2.3） 第五章 机械设计基础37 盘形凸轮 图5.2.1 第五章 机

5、械设计基础38 移 动 凸 轮 图5.2.2 第五章 机械设计基础39 圆柱凸轮 图5.2.3 第五章 机械设计基础40 2、按从动件的型式分 n尖顶从动件（图 5.2.1） n滚子从动件（图 5.2.2） n平底从动件（图 5.2.4） 图5.2.4 第五章 机械设计基础41 三、从动件的常用运动规律 第五章 机械设计基础42 1等速运动 n1-凸轮的转角 ns-工作行程 图5.2.5 第五章 机械设计基础43 2 等加 速等 减速 运动 图5.2.6 第五章 机械设计基础44 3摆线运动 图5.2.7 第五章 机械设计基础45 四、按给定从动件运动规律 绘制凸轮轮廓 第五章 机械设计基础46 1 、 理 论 轮 廓 图5.2.8 第五章 机械设计基础47 2 、 实 际 轮 廓 图5.2.9 第五章 机械设计基础48 3、在凸轮 设计中应注 意的问题 1）合理选择 滚子的半径 2）注意基圆 半径对凸轮 机构的影响 图5.2.10 第五章 机械设计基础49 习题： 设计一直动滚子从动件盘形凸轮。已知凸轮顺时针匀速回 转，从动件的运动规律为：当凸轮转过120时，从动件以 等加速等减速运

6、动规律上升20mm；当凸轮继续回转60时 ，从动件在最高位置停留不动；当凸轮再转90时，从动 件以等加速等减速运动规律下降到初始位置；当凸轮再转 其余90时，从动件停留不动。今取凸轮基圆半径50mm ，滚子半径r10mm，并要求滚子中心沿着通过凸轮回转 中心的直线运动。试绘出此凸轮的轮廓。 图5.2.11 第五章 机械设计基础50 第三节 间歇运动机构 第五章 机械设计基础51 一、槽轮机构 1组成 2基本尺寸 blrrs rlsin2 a=lcos2 式中： rs为圆销 的半径 图5.3.1 第五章 机械设计基础52 3运动系数 n-运动系数 nK-均匀分布的圆销数 nz-径向槽的数目 第五章 机械设计基础53 习题 某单销槽轮机构的槽数z6，中心 距l80mm，圆销直径为10mm。 (1)计算该槽轮机构的基本尺寸； (2)计算该槽轮机构的运动系数。 第五章 机械设计基础54 二、棘轮机构 1-曲柄 2-连杆 3-摇杆 4-棘爪 5-棘轮 6-制动爪 图5.3.2 第五章 机械设计基础55 三、不完全齿轮机构 1-主动轮 2-从动轮 图5.3.3 第五章 机械设计基础56 四、凸轮间

7、歇运动机构 1-圆柱凸轮 2-转盘 3-滚子 图5.3.4 第五章 机械设计基础57 第四节 联接 第五章 机械设计基础58 一、螺纹联接 1、定义：利用带有螺纹的零件构成的可拆联接 。 图5.4.1 第五章 机械设计基础59 2、螺纹分类 根据平面图形的形状 a)三角形螺纹 b)矩形螺纹 c)梯形螺纹 d)锯齿形螺纹 e)半圆形螺纹 图5.4.2 第五章 机械设计基础60 3、螺纹的主要参数 nd(D)-大径 nd1(D1)-小径 nd2(D2)-中径 nP-螺距 nS-导程 n-牙型角 n-升角 图5.4.3 第五章 机械设计基础61 4、螺纹联接件的主要类型 n螺栓 n双头螺柱 n螺钉 n螺母 n垫圈 第五章 机械设计基础62 5、螺栓联接计算 （1）松螺栓连接（图5.4.4） n强度条件： F/（d12/4） n故 d124F/() 式中 d1螺纹小径（mm） F吊钩的工作负荷（N） 螺栓许用应力（MPa） 图5.4.4 第五章 机械设计基础63 （2）紧螺栓连接（受横向载荷的螺栓连接 ） n假设如图5.4.5所示只有一 对接触面，则 fFs=1.2F n因此 Fs=1.2F/

8、f n式中f接触面的摩擦系数 ；对于铸铁和钢的表面， 通常取f=0.150.2。 图5.4.5 第五章 机械设计基础64 当量应力与拉应力的近似关系为 1.3 因此，螺栓的强度条件是 =1.3FS/（d12/4） 所以， 第五章 机械设计基础65 图5.4.6 (3)例：图5.4.6所示为一凸缘联轴器，它是利用 凸台对中的，用4个螺栓联接，已知螺栓中心 圆直径D0180mm，联轴器传递的转矩T 4.8105Nmm，试确定螺栓直径。 第五章 机械设计基础66 Fs-一个螺栓的预加锁紧力，-螺栓的许用拉应力 设取摩擦系数f=0.2 第五章 机械设计基础67 第五章 机械设计基础68 先假定d=16,在表中选材料Q235， 第五章 机械设计基础69 在表中查得：d=16mm时， 第五章 机械设计基础70 结论： 在表中可查得d=16mm时， d1=13.835mm 选取：M16的螺栓 第五章 机械设计基础71 第五章 机械设计基础72 二、键联接 1. 键联接的分类：松联接、紧联接（前 面已讲过） n松联接 n组成 n特点 n紧联接 n组成 n特点 第五章 机械设计基础73 n常用键 第五章

9、 机械设计基础74 n普通平键连接画法 第五章 机械设计基础75 n半圆键连接画法 第五章 机械设计基础76 n钩头楔键连接画法 第五章 机械设计基础77 2.键的选择 及其强度 校核 n根据轴的 直径和表 ，选择键 的基本参 数尺寸 第五章 机械设计基础78 n选择键的材料，在表中查得 表 键连接的许用挤压应力P 第五章 机械设计基础79 n再计算挤压强度： 其中： ， h,ls见图 Ft-圆周力，P-轴所传递的功率(kw)， n-轴的转速(r/min)，d-轴的直径。 第五章 机械设计基础80 再计算剪切强度条件： n=Ft/(bls) 式中：P及P键连接中的挤压应力及其许 用值 及键连接中的切应力及其许用值 n许用切应力应按键的材料选取。 第五章 机械设计基础81 第五节 带传动和链传动 一、带传动的特点 1组成 1-主动轮，2- 从动轮，3-环形 带，根据转动方 向上边是紧边（ 主动边），下边 （从动边） 图5.5.1 第五章 机械设计基础82 2分类：带的截面形状有a)长方形- 平带，b)梯形-V带，c)圆形-圆带。 图5.5.2 第五章 机械设计基础83 3优缺点 n优点： (1)可用于两轴中心距离较大的传动； (2)带具有弹性，可缓和冲击和振动载荷，运 转平稳，无噪声； (3)当过载时，带即在轮上打滑，可防止其他 零件损坏； (4)结构简单，设备费低，维护方便。 第五章 机械设计基础84 n缺点： (1)传动的外廓尺寸较大； (2)由于带的弹性滑动，不能保证固定不变的传 动比； (3)轴及轴承上受力较大； (4)效率较低； (5)带的寿命较短，约为3000-5000h； (6)不宜用于易燃、易爆的场合。 n带传动常用于传递75kW以下的功率。带的 速度v一般为5

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