1、1 第 0 章 绪论 一、本课程研究的对 象和 内容 1 、 研究的对象： 机械 的组成 原 理、 机械 运动 学和 动力 学 以及 机械 零件 设计 理论 和 计算 方法 机械：机器 和机 构的 总称 （1 ） 机器： 是根 据某 种使 用要求 而设 计的 一种 人为 实物组 合的 执行 机械 运动 的装置 ， 它 可 以用来 变换 或传 递能 量、 物料、 信息 ，以 代替 或减 轻人类 的劳 动。 三个特征： 人为 的实 物 组合 （ 不是 天然 形成 的） ； 各实 物单 元具 有确 定的 相对运 动； 能完成 有用 的机 械功 或转 换机械 能， 可用 来代 替或 减轻人 类的 劳动
2、 ； 一般机 器包 含四 个组 成部 分：动 力部 分、 传动 部分 、控制 部分 和执 行部 分。 （2 ） 机构： 能 实现 预期 机 械运动 的各 构件 （包 括机 架） 的 基本 组合 体称 为机 构。 是一 个具 有相对 机械 运动 的构 件系 统， 用来 传递 与变 换运 动和 力的可 动装 置。 它 是机 器的 重要组 成部 分 ， 具有机 器的 前两 个特 征。 分类： 连杆 机构 、凸 轮机 构、齿 轮机 构、 间歇 机构 。 机构只 是一 个构 件系 统， 而机器 除构 件系 统外 ，还 包含电 气、 液压 等其 它系 统。 构件：是运 动的 单元 。可 以是单 一的 整体
3、 ，也 可以 是由几 个零 件组 成的 刚性 结构。 零件：是 制造 的单 元。 2 、 研究内容： 是研究 机械的 组 成原 理、 运动 学和 动力 学 以及 组成 机械 的零 件 （ 通 用零 件） 设计等 一般 方法 的学 科。 第一章 平面机构及其自由度 一、运动副及其分类 1 、运动副：两个 构件 直接接 触 形成 的一 种可 动联 接。 （1 ）高副：点、 线接 触，应 力 高。 一个 约束 、相 对自 由 度等于 2。 （2 ）低副：面接 触， 应力低 。 两个 约束 ，一 个自 由度 。 低副 有转 动副 和移 动副 。 二、平面机构运动简 图 1 、 机构运动简图： 用 简
4、单 线条和 规定 的符 号来 表示 构件和 运动 副， 并按 比例 表示各 运动 副 的相对 位置 。用 以说 明机 构中各 构件 之间 的相 对运 动关系 的简 单图 形。 机构示意图：仅 以构 件和 运动副 的符 号表 示机 构而 不按精 确比 例绘 制的 简图 。 2 、构件的分类：固定件 、原 动 件、 从动 件 3 、绘制机构运动简 图 2 （1） 应 满足 条件： 构 件数 目 与实 际相 同； 运动副 的 性质、 数目 与实 际相符 ； 运动 副 之间的 相对 位置 以及 构件 尺寸与 实际 机构 成比 例 （2 ） 步 骤： 分 析清 楚所 要绘制 机械 的结 构和 动作 原理
5、 ； 从原 动件 开始 ， 按照运 动传 递 的顺序 ，仔 细分析 各构 件 相对运 动的 性质， 确定 运 动副的 类型 和数目 ； 合理 选 择视 图平 面， 通常选 择与 大多数 构件 的 运动平 面相 平行的 平面 为 视图平 面； 选 取适 当的长 度 比例 尺， 按一 定的顺 序进 行绘 图， 并将 比例尺 标注 图上 。 三、平面机构的自由 度 及 其运算 1、平面机构的自由 度 自由度：各构 件相 对于 机架 所 能有 的独 立运 动的 数目 作平面运 动有 三个 自由 度， 空 间运 动有 六个 自由 度。 每个低 副引 入两个 约束 ， 使构件 失去 两个自 由度 ； 每个
6、高 幅引 入一个 约束 ，使 构 件失 去一 个自由 度 自由度数：F = 3n - 2 P L - P H （设 平面 机构 共有 K 个构 件 ，则 活动 构件 n=K-1 ） 2 、机构具有确定运 动的条 件： 机构 的自 由度 数目 必 须大于 零且 等于 原动 件的 数目。 （1）当 机构 的自 由度 数 原动件 数时 ，机 构从 动件 的运动 是不 确定 的。 （2）当 构件 组的 自由 度0 ， 原动 件数 时， 会发 生运 动干涉 而破 坏构 件。 （3） 当 构件 组的 自由 度小 于等于 零时 ， 它 不是 机构， 而是不 能产 生相 对运 动的 静定 或超静 定刚性 结构
7、 3 、计算机构自由度 时注意 事项 （1 ）复合铰链：两个以 上的 构 件在 同一 处以 转动 副相 联 。由 M 个 构件 汇成 的复 合 铰链应 当按 M-1 个转 动副 计 算。 （2 ）局部自由度：与输出运 动 无关 的自 由度 。计 算时 应 除去 不计 。 （3 ）虚约束：不起独 立限制 作 用的 约束 。计 算时 应除 去 不计 。 轨迹 相同 ； 移动 副平 行； 转动 副轴 线重 合； 对称 结构 四、速度瞬心及其在 机构 速度分析中的应用 1 、 速度瞬心： 两 个作 平面 运动构 件上 速度 相同 的一 对重合 点， 在某 一瞬 时两 构件相 对于 该 点作相 对转 动
8、， 该点 称瞬 时速度 中心 。 相对速度瞬心：当两个刚体 都 在 运动 时， 其瞬 心称 为相对 速度 瞬心 ； 绝对速度瞬心：当两个 刚体 之 一是 静止 的， 则其 瞬心 称 为绝 对速 度瞬 心。 3 瞬心数目：若机 构有 n 个构 件 ，则 瞬心有 N=n(n-1)/2 2 、瞬心的求法 （1 ）直接观察法：适 用于求 通 过运 动副 直接 相联 的两 构 件瞬 心位 置。 转动副连接：铰链 中心 即为 瞬 心； 移动副连接：瞬 心位 于垂 直于移 动副 导路 的无 穷远 处； 高副纯滚动：接 触点 为瞬 心；否 则， 无法 确定 ，但 必定在 公法 线上 。 （2 ） 三心定律 ：
9、 三个 彼此作 平 面运 动的 构件 共有 三个 瞬 心， 且 它们 位于 同一条 直 线上。 此 法特别 适用 于两 构件 不直 接相联 的场 合。 第二章 平面连杆机构 一、概述 1 、定义：由若 干刚 性构 件用 低 副链 接而 成的 平面 机构 2 、特点： 构件 运动 形式多 样； 低副面 接触 的结构 使其 具 有磨损 减小 ，制造 方便 ， 几何封闭 的优 点； 只 能近 似实 现给 定的 运动规 律或 运动 轨迹 ， 且设 计较为 复杂 ； 运 动中 惯性 力难以 平衡 ， 常用于 速度 较低 的场 合。 二、平面四杆机构的 类型 曲柄： 能作 整周 转动 的连 架杆； 摇杆
10、：只 能在 一定 角度范 围内 摆动 的连 架杆 。 1 、曲柄摇杆机构：一个曲柄 、 一个 摇杆 （雷 达天 线俯 仰 机构 、缝 纫机 踏板 ） 通常曲 柄为 原动 件， 并作 匀速转 动， 而摇 杆为 从动 件，作 变速 往复 摆动 。 2 、双曲柄 机构：两连架 杆均 为 曲柄 （惯 性筛 ） 3 、双摇杆机构：两 连架 杆均 为 摇杆 （汽 车转 向机 构） 三、平面四杆机构的 特性 1 、 曲柄存在的必要条件 ： 最短 杆与 最长 杆长 度之 和小于 或等 于其 余两 杆长 度之和 ； 在 曲柄摇 杆机 构中 ，曲 柄是 短杆 平面四杆机构类型的 判断 条件： 在满足 杆长 和的
11、条件 下： 取最 短杆 为机 架时 ，其 连架杆 均为 曲柄 双曲 柄机构 ； 取最 短杆 相邻 的构 件为 机架， 最 短杆 为曲 柄， 另 一 连杆架 为摇 杆 曲柄 摇杆 机 构； 取最 短杆 的对 边为 机架双摇 杆机 构 不满足 杆长 和条 件： 只能 是双摇 杆机 构 4 2 、急回特性 极位：当摇 杆处 在左 、右 两极端 位置 时， 对应 整个 机构所 处的 位置 极位夹角 ：当 机构 处在极位时 对应 曲柄 两位 置之 间所夹 锐角 （等于 摆角 ） 急 回特性 可用行程 速比系数 K 来表 示： 极位夹 角越 大，K 值越大 。 极位夹 角计 算公式 K1 有急回 运动 3
12、 、压力角和传动角 压力角 ：作 用在 从动 件上 的驱动 力方 向与 该点 绝对 速度方 向所 夹锐 角， 用 表示。 实际机 构中 ，为了 度量 方便 ，习惯用 的余 角 来判 断 传力 性能 ， 称 为传 动角 。 越小， 越大 ，机构 传力性 能 越好 。 一般 min =40传递 大扭 矩时 min 50， 当 BCD 90时，= 180- BCD ； 当BCD 90 时，= BCD 。最 小传动 角出现在曲 柄与 机架共 线时 。 4 、 死点位置： 在有往 复运动 构 件的 机构 中， 从动件 与连杆 共线 的位 置即 为死 点位置 。 这时 连杆加 给曲 柄的 力将 通过 铰链
13、中 心， 此力 对此 点不 产生力 矩， 因此 不能 使曲 柄发生 转动 。 四、平面四杆机构的 演化 1 、移动副取代转动 副的演 化 曲柄 滑块 机构 （活 塞式内 燃机 、空 气压 缩机 、冲床 ） （1 ）双滑块机构：看成两杆 长 度趋 于无 穷大 两个 移动 副不 相邻 ：从 动件的 位移 与原 动件 转角 的正切 成正 比 正切 机构 ； 两个 移动 副相邻 ，且 其 中一个 移动 副与机 架相 关 联：从动 件的 位 移与 原动件 转 角的 正弦 成正比 正弦 机构 。常 见于计 算装 置。 两个 移动 副相 邻， 且均 不与机 架相 关联 ：如 滑块 联轴器 。 两个 移动 副
14、都 与机 架相 关联： 椭圆 仪。 2 、变更机架的演化导 杆机构 可看 成是 改变 曲柄 滑块机 构中 的固 定件 而演 化而来 的 转动导 杆机 构、 摆动 导杆 机构、 摆动 滑块 机构 、固 定滑块 机构 3 、扩大转动副的演 化：偏心 轮 机构 4 、变更杆长的演化 五、平面连杆机构设 计 1 、基本问题：实现 构件给 定 位置 ； 实现 已知 运动 规 律； 实 现已 知运 动轨 迹 2 、按照给定的行程 速比系 数设计四杆机构 + = 180 180 K 1 1 180 + = K K 5 （1）曲 柄摇 杆机 构： 已知摆 杆 长度 、摆 角、K 无唯一 解 （2）导 杆机 构
15、： 已知 机架长 度 、K 3 、给定连杆位置设 计四杆 机构 若给定 连杆 两个 位置 ：作 出 B 1B 2 和 C 1C 2 的 垂直平 分 线，A 、D 分别 在这 两条平 分线 上， 有无穷 多解 ；若 给定 连杆 三个位 置， 则 A 、D 点是 确定的 。 4 、按照给定两连架 杆对应 位置设计 解析 法求 解 六、平面多杆机构简 介 6 第 三章 凸轮 结构 一、凸轮机构的应用 和分 类 1 、凸轮的应用：内燃机 、绕 线 、送 料、 自动 机床 进刀 2 、组成：凸轮 ：具 有曲 线轮 廓 或凹 槽的 构件 ， 是主 动件， 通 常等 速转 动。 从动件 ：由 凸轮 控制 按
16、其 运动规 律作 移动 或摆 动运 动的构 件。 机架 ：支 承活 动构件 的构 件 3 、分类： （1） 按形状 ：盘 型凸轮 、移 动凸 轮、 圆柱 凸轮 （2） 按从 动件 的形 式分 ： 尖顶凸 轮、 平底 凸轮 、滚 子凸轮 4 、 优点： （1 ） 只 需设 计出 合适的 凸轮 轮廓 ， 就可 使 从动件 获得 所需 的运 动规 律； （2）结 构 简单、 紧凑 、设 计方 便。 缺点： （1） 凸轮轮 廓与 从 动件之 间为 点接触 或线 接 触，易 于磨 损，所 以通 常 多用于 传力 不 大的场 合； （2）与 圆柱 面 和平面 相比 ，凸轮 轮廓 的 加工要 困难 得多；
17、（3）为使 凸 轮机 构不 致过 于笨重 ，从 动件 的行 程不 能过大 。 二、从动件的常用运 动规 律 基圆： 以凸 轮轮 廓曲 线的 最小向径 r 0 为 半径 所 绘 的圆 。 推程： （过 程） ； 行程 ：推 程所走 的距 离； 推程 运动 角：推 程过 程中 凸轮 的转 角； 远休止 角： 从动 件在 最远 的位置 停留 不动 ，此 时凸 轮转过 的角 度 从动件 位移 线图 ：横 坐标 代表凸 轮转 角（ 时间 ） 、 纵 坐标代 表从 动件 位移 从动件 运动 线图 ：包 括从 动件位 移线 图、 从动 件运 动速度 线图 和加 速度 线图 。 1 、 几种常见的运动规律 （
18、1 ）多项式运动规 律： 多项式 的方 次 n 越 高， 意 味着对 从动 件的 运动 要求 越高， 但方 次越 高， 凸轮 的加工 误差 对 从动件 的运 动规 律影 响越 大，因 此，n 大于 10 的多项 式 规律 很少 使用 。 n=1 的等 速运 动规 律：凸轮以 等角 速度 1 转动 运动开 始时 ，速度 由零 突 变为一 常数 ，运动 终止 时 由常数 突变 为零。 刚性 冲 击：由 于惯性 力无穷 大突 变而 引起 的冲 击。始 末两 瞬时 会有 刚性 冲击。 n=2 的等 加速 等减 速运动 规 律： 加速 段和 减速 段加 速 度的 绝对 值相 等。 柔性冲 击： 由于 加
19、速 度发 生有限 值突 变而 引起 的冲 击。在始 、中 、末 三瞬 时有 柔 性冲 击。 （2 ）三角函数运动 规律 余弦 加速 度运动 规律 ： 加速度 曲线 不连续 ，始末两 瞬 时存在 柔性冲 击。 余 弦加速 度运 动 n n c c c c s 2 2 1 1 0 2 + + + =7 规律适 用于 中速 中载 场合 。 正弦 加速 度运动 规律 ： 速度曲 线和 加速度 曲线 连 续，无 刚性 冲击和 柔性 冲 击。正 弦加 速 度运动 规律 适用 于高 速轻载 场 合。 2 、选择或设计从动 件运动 规律时应考虑的问题 （1） 当 机器 的工 作过 程对 从动件 的运 动规 律
20、有 特殊 要求， 而凸 轮的 转速 不太 高时， 应首 先 从满足 工作 需要 出发 来选 择或设 计从 动件 的运 动规 律，其 次考 虑动 力特 性和 便于加 工。 （2） 当 机器 的工 作过 程只 要求从 动件 实现 一定 的工 作行程， 而对 其运 动规 律无 特殊要 求时 ， 对于低 速凸 轮机 构， 主要 考虑便 于加 工； 对于 高速 凸轮机 构， 首先 考虑 动力 特性。 （3） 当 机器 对从 动件 的运 动特性 有特 殊要 求， 而凸 轮的转 速又 较高 ， 并 且只 用一种 基本 运 动规律 又难 于满 足这 些要 求时， 可以 考虑 采用 满足 要求的 组合 运动 规
21、律 。 （4） 在 设计 从动 件运 动规 律时， 除了 要考 虑其 冲击 特性之 外， 还要 考虑 从动 件的最 大速 度 vmax 、 最大 加速度 amax 以及最 大 跃度 jmax ，这 一点 对于高 速 凸轮 机构 尤其 重要 。 三、图解法设计凸轮 轮廓 1 、凸轮廓线设计的 基本原 理 反转法 给整个 凸轮 机构 施以- 时 ， 不影 响各 构件 之间 的相 对运动 ， 此时 ， 凸轮 将静止 ， 而从 动件 尖顶复 合运 动的 轨迹 即凸 轮的轮 廓曲 线。 理论廓 线： 滚子 中心 的轨 迹线； 实际 廓线 ：凸 轮的 可见轮 廓线 ； 尖顶从 动件 ：理论 廓线 与 实际
22、廓 线重 合；滚 子从 动 件：理 论廓 线与实 际廓 线 在法线 方向 上 互为等 距曲 线； 平底 从动 件：理 论廓 线与 实际 廓线 是两条 不同 的曲 线。 2 、几种常见的凸轮 轮廓的 绘制 （1 ）对心尖顶移动 从动件 盘形凸轮廓线的设计 步骤： 选比 例尺 l ， 作位移曲 线和 基 圆 rb ； 等 分位移 曲线 及反 向等 分各 运动角 ， 确定 反转后 对应 于各 等分 点的 从动件 的位 置； 确 定反 转后从 动件 尖顶 在各 等分 点占据 的位 置； 将各 尖顶 点连 接成 一条 光滑曲 线。 （2 ）对心滚子移动 从动件 盘形凸轮廓线的设计 步骤： 选比 例尺 l
23、 ， 作位移曲 线和 基 圆 rb ； 等 分位移 曲线 及反 向等 分各 运动角 ， 确定 反转后 对应 于各 等分 点的 从动件 的位 置 ； 确定 反转 后从动 件滚 子中 心在 各等 分点占 据 的位 置； 将各 点连 接成 一条 光滑 曲线； 作 滚子 圆族 及滚 子圆族 的内(外) 包络 线。 （3 ）对心平底移动 从动件 盘形凸轮廓线的设计 8 步骤： 选比 例尺 l ， 作位移曲 线和 基 圆 rb ； 等 分位移 曲线 及反 向等 分各 运动角 ， 确定 反转后 对应 于各 等分 点的 从动件 的位 置； 确 定反 转后平 底与 导路 中心 线的 交点 A 在 各等 分点 占
24、据的 位置 ； 作平 底直 线族及 平底 直线 族的 内包 络线。 （4 ）偏置尖顶移动 从动件 盘形凸轮廓线的设计 步骤： 选比 例尺 l ，作位 移 曲线 、 基圆 rb 和 偏距圆 e ； 等分 位移 曲线 及 反向等 分 各运 动角， 确定 反转后 对应 于 各等分 点的 从动件 的位 置 ；确定 反转 后 从动 件尖顶 在 各等 分点 占据 的位置 ； 将各 尖顶 点连 接成一 条光 滑曲 线。 （5 ）尖顶摆动从动 件盘形 凸轮廓线的设计 步骤： 选比 例尺 ，作位 移 曲线 ， 作 基圆 rb 和转轴 圆 OA；等分 位移 曲线 及 反向 等分 各 运 动角， 确定 反转 后对应
25、 于 各等 分点 的转轴 A 的位 置； 确 定反 转后 从动件 尖 顶在 各等 分点 占据的 位置 ； 将各 尖顶 点连接 成一 条光 滑曲 线。 四、设计凸轮机构应 该注 意的问题 1 、滚子半径的确定 ： 滚 子 半径必 须小 于理 论轮 廓外 凸部分 的最 小曲 率半 径。 2 、压力角的校核 压力角 ：从 动件 与凸 轮在 接触点 处的 受力 方向 与其 在该点 绝对 速度 方向 之间 所夹的 锐角 。 自锁现 象： 当压力 角非 常 大时， 理论 上作用 力为 无 穷大时 才能 推动从 动件 ，此 时 凸轮 结构 的压力 角称 为临 界压 力角 许用压 力角 ：为改 善凸 轮 机构
26、的 受力 情况、 提高 机 械效率 ，规 定了允 许采 用 的最大 压力 角 ， max 推程（ 工作 行程 ）推 荐的 许用压 力角 为： 直动从 动件 ：=3040摆 动从 动件 ：=3545 回程（ 空回 行程 ） ：=7080 3 、压力角与凸轮基 圆的关 系 基圆半 径越 大，凸 轮推 程 轮廓越 平缓 ，压力 角也 越 小；基 圆半 径越小 ，凸 轮 推程轮 廓越 陡 峭，压 力角 也越 大。 9 第 四章 齿轮 机构 一、齿轮机构的特点 及类 型 1 、 优点： 适用 的圆 周速度 和 功率 范围 广； 传动 效率较 高； 瞬 时传 动比 稳定； 工作 寿命较 长； 工 作可 靠
27、性 较高； 可 实现 平行 轴、 任意角 相交 或交 错轴 之间 的传动 。 缺点： 要 求较高 的制 造 和安装 精度 ，成本 较高 ； 要求 专用 的齿轮 加工 设 备； 不 适宜 远距离 两轴 之间 的传 动。 2 、分类： 二、齿廓啮合基本定 律 1 、齿廓啮合基本定律：互 相啮合 传动的 一对 齿轮在 任一位 置时的 传动 比，都 与其连 心线 O1O2 被 其啮 合齿 廓在 接触点 处的 公法 线所 分成 的两 线段成 反比 。 2 、共轭齿廓：凡满足 齿廓啮合基 本定 律而 相互 啮合 的一对 齿廓 称 为共 轭齿 廓。 3 、 节点和节圆： 公 法线 与 连心线 的交 点称 为
28、节 点； 过节点 所作 的两 个相 切的 圆称为 节圆 。 三、渐开线性质及渐 开线 齿廓 1 、 渐开线： 当一 直线 在一 圆周上 作纯 滚动 时， 该 直 线上任 一点 的轨 迹称 为该 圆的渐 开线 。 这个圆 称为 基圆 ，该 直线 称为渐 开线 的发 生线 。 2 、渐开线特性 （1） 发生 线沿 基圆 滚过 的 长度等 于基 圆上 被滚 过的 圆弧长 度。 （2） 渐开 线上 任一 点的 法 线必于 与基 圆相 切。 （3） 渐 开线 齿廓 上某 点的法 线 （ 压 力方 向线 ） 与齿 廓上该点 速度 方向 所夹 的锐 角 k， 成 为该点 的压 力角 。径 向长 度越大 ，其
29、 压力 角越 大。 （4）渐 开线 的形 状取 决于基 圆 的大 小， 基圆 越大 ，渐 开 线越 平直 10 （5）基 圆以 内无 渐开 线 （6） 同 一基 圆上 所生 成的 两条同 向渐 开线 为法 向等 距曲线 。 同 一基 圆上 所生 成的两 条反 向 渐开线 为法 向等 距曲 线。 3 、渐开线齿廓及啮 合特点 渐开线 齿轮 的传 动比 等于 两轮基 圆半 径的 反比 ，满 足定传 动比 传动 。 （1） 渐 开线 齿廓 传动 具有 可分性 ： 当实 际中 心距 与设 计 中心 距略 有变 化， 也不 会 影响 两轮 的传动 比。（ 传动 比虽 然不变 ， 啮合 参数 将发 生变
30、化。 ） （2 ） 啮合 线： 齿轮 传动 时其 齿 廓接 触点 的轨 迹称 为啮 合 线。 对 于渐 开线 齿轮， 无论 在哪 一 点接触 ，接 触 齿廓 的公 法线 总 是两 基圆 的内 公切线 N1N2 。 （3）啮 合角 ：过 节点 C 作两节 圆的 公切 线 tt，它与 啮 合线 N1N2 间的 夹角 称为啮 合角 。 渐开线 齿轮 传动 中啮 合角 为常数 ，且 啮合 角的 数值 等于渐 开线 在节 圆上 的压 力角。 四、渐开线直齿圆柱 齿轮 各部分的名称和计算 分度圆 ：齿 轮上某 一圆 周 上的比 值和 该圆上 的压 力 角均设 定为 标准值 。 分度圆 上 的模 数为 标准
31、值 ，m=p/ ，分度 圆直径 d=mz ，分 度圆 齿距 p=s+e=m 齿顶高 系数 ：h * a 正 常 齿制：1.0 ； 短齿 制：0.8 顶隙系 数（ 径向 间隙 系数 ）c* ：正常齿制 ：0.25；短齿 制 ：0.3 标准齿 轮： 分度 圆上 齿厚 与齿槽 宽相 等， 且齿 顶高 和齿根 高均 为标 准值 的齿 轮。 五、渐开线标准齿轮 的啮 合传动 1 、正确啮合的条件 ： 两 轮 的模数 和压 力角 必须 分别 相等。 2 、标准中心距 a=r 1+r 2=m(Z 1+Z 2)/2 标准顶 隙： 便于 润滑 防卡 死；无 侧隙 ：保 证传 动时 无冲击 3 、 啮合角： 节点
32、 P 的 圆周速 度 方向 与啮 合线 N 1N 2 间所 夹 锐角。 标准 齿轮 只有在 分 度圆 与 节圆重 合时 ，压 力角 和啮 合角才 相等 。 *分度圆和压力角是 单个齿 轮所具有的 参数，而 节圆 和啮合角只 有在一对 齿轮 啮合时才 出 现。 4 、重合度 啮合弧 ：一 对齿 从开 始啮 合到终 止啮 合， 分度 圆上 某一点 所经 过的 弧线 重合度 ：啮合 弧与 齿距 之比 ， 用 表示 。 齿轮连 续定 角速 度比 传动 的条件 ： 1 11 六、渐开线齿廓的加 工原 理及变位齿轮的概念 1 、 成形法： 用 渐开 线 齿形 的成形 铣刀 直接 切出 齿形 ， 常用 的刀
33、 具有 盘形铣 刀 和指状 铣刀 。 2 、 范成法： 利 用一 对齿 轮 相互啮 合时 其共 轭齿 廓互 为包络 线的 原理 来切 齿。 包括： 齿轮 插 刀、齿 条插 刀、 齿轮 滚刀 3 、根切现象和最少 齿数 根切现 象： 用范成 法加 工 齿轮时 ，若 刀具的 齿顶 线 或齿顶 圆与 啮合线 的交 点 超过被 切齿 轮 的极限 点， 则刀具 的齿 顶 将切去 齿轮 齿根的 渐开 线 齿廓的 一部 分。将使 齿轮的 弯 曲强 度大 大减 弱，重 合度 也有 所降 低。 根切产 生的 原因 ：刀具 齿顶 线 与啮 合线 的交点 B 2 落在 极 限啮 合点 N 1 的右 上方 ，必发 生
34、根 切。 最少齿 数： z min=2h * a /sin 2 ， 对于 =20 和 h * a =1 的 正常 齿制标 准渐 开线 齿轮 ， 当 用齿条 刀具 加工时 ，其 最少 齿数=17 ，若 允 许有 所根 切可取 14. 避免根 切的 措施 ： 减 小 h * a 连续 性 、 平 稳性 降低 ； 加大刀 具角 正 压力 变大 功耗变 大； 变位 修正 ，刀 具远 离轮 坯中心 所 得齿 轮为 变位 齿轮 4 、变位齿轮 如果将刀具向外移一段距离 xm ，使其齿顶线正好通过极限点 N1 ，则切出的齿轮就可以摆脱根切现象。这 时齿轮 分度圆 相切 并作纯 滚动 的直线 是与刀 具平 行
35、的另 一条 直线（ 称为分 度线） 。这样 切制 的齿轮 称为变 位齿 轮。 规定： 远离 轮坯 中心 时，x0 ，称 正变 位齿 轮；靠近轮 坯 中心 时，x0，称 负变 位齿轮 。 最小变 位系 数：x min=h * a (z min- z) 变位齿轮传动的类型 ： 零传 动： 两轮 变位 系数 绝对值 相等 ，小 齿轮 为正 变位， 大齿 轮为 负变 位。 x 1+x 2 0， 且 x 1 x 2 0 时 为标准 齿轮 传动 ；x 1+x 2 0，且 x 1 -x 20 为等变位 齿轮传 动 正传 动： 总变 位系 数大 于零 负传 动： 总变 位系 数小 于零 七、平行轴斜齿齿轮 机
36、 构 1 、斜齿轮的共轭齿 廓曲面 2 、平行轴渐开线斜 齿轮正 确啮合的条件 模数和 压力 角分 别相 等， 两 轮 分度 圆柱 螺旋角 也必 须 大小 相 等、 方向 相反 。 12 3、斜齿轮各部分名 称和几 何尺寸计算 （1） 法 向齿 距与 端面 齿距：P n=P tcos （2） 法 向模 数和 端面 模数：m n=m tcos （3） 法 向压 力角 和端 面压力 角 ：tan n=tan tcos 4 、斜齿轮法向参数 为标准 值 ：国标 规定 斜齿 轮的 法 向参数 取为 标准 值。 5 、斜齿轮传动的重 合度 ：=+ 为直 齿圆 柱 齿轮 的重 合度 ，参数 是端 面值 ；
37、 为 斜齿圆 柱齿 轮轴 面重 合度 6 、斜齿轮的当量齿 数：当量 齿 轮上 的齿 数，用 Z V 表示 用途： 选刀 号； 计算 强度 ；计算 ： 7 、斜齿轮的优缺点 啮合 性能 好、 传动 平稳 ， 噪音 小； 重 合度 大， 承载能 力高 ； z min z vmin , 机构更 紧凑 ； 缺点 是产 生轴 向力 ， 且随 增 大而 增大， 一般 取 8 20 ， 采用 人字 齿轮可 使 25 40 八、圆锥齿轮机构 圆锥齿 轮用 于传递 两相 交 轴之间 的运 动。一 对圆 锥 齿轮的 啮合 运动相 当于 一 对节圆 锥作 纯 滚动。 与圆 柱齿轮 的参 数 相应， 圆锥 齿轮参
38、数有 节 圆锥、 分度 圆锥、 齿顶 圆 锥、齿 根圆 锥和 基 圆锥等 。 1 、概述 （1 ）应用：传递 任意 两相交 轴 间的 运动 和动 力； （2）特 点 ：齿轮 分布 在圆锥 体 上； 为 计算 和测 量方便 ， 大 端参 数为 标准 值； 两轴 交 角任 意， 但轴交 角=90 多用 （3 ）类型：直齿 、斜 齿、曲 齿 2 、齿廓曲面的形成 圆形的 发生 面在基 圆锥 上 相切纯 滚动 ，其发 生面 的 圆心始 终与 基圆锥 的锥 顶 重合， 发生 面 上任一 半径 在空 间展 开的 曲线即 为球 面渐 开线 。 分度圆 锥和 背锥展 成平 面 后得到 的两 个扇形 齿轮 ，
39、该扇形 齿轮 的模数 、压 力 角、齿 顶高 、 齿根高 及齿 数就 是圆锥 齿 轮的相 应参 数； 扇形齿 轮 的分度 圆半 径就 是 背锥 的锥 距 ；将 扇形 补成 完整的 圆柱 齿轮 ，这 个完 整齿轮 的齿 数就 是两 圆锥 齿轮的 当量 齿数 。 3 、直齿圆锥齿轮的 啮合传 动 （1 ） 参数 ：大端 参数 为标准 值 ：=20h * a =1 c * =0.2 = B m n sin = Z Z V cos 3 ; cos 3 min min V Z Z =13 （2 ）正确啮合条件 ：两轮大 端 模数 、压 力角 相等 ，均 为 标准 值。 （3 ）重合度：按当量 齿轮计 算
40、 第 五章 轮系 轮系：由一 系列 齿轮 组成 的传动 系统 功能：实现 相距 较远 的两 轴之间 的传 动； 实现 变速 传动； 实现 换向 传动 ；用 作运动 合成 ； 实现运 动分 解；实 现大 传动 比 齿轮 传动 一、轮系的类型 1 、定轴轮系：传动时 每个齿 轮 的几 何轴 线都 是固 定的 ， 这种 轮系 称为 定轴 轮系 。 2 、周转轮系：至少有 一个齿 轮 的几 何轴 线绕 另一 齿轮的几 何轴 线转 动的 轮系 。 3 、复合轮系 二、定轴轮系及其传 动比 1 、轮系的传动比：输入轴与 输 出轴 的角 速度 （或 转速 ） 比称 为轮 系的 传动 比。 用 i ab 表示
41、 在轮系 的传 动比 分析 计算 时，不 仅要 确定 传动 比的 数值， 而且 还要 确定 各齿 轮的转 向。 （1 ）一对齿轮传动 的传动 比 圆柱齿轮传动：外啮合 齿轮传动中，两齿轮的转 向相反，取负号“- ” ；内啮合齿轮传动 中，两 齿轮 转向 一致 ，取 正号“+”。 圆锥 齿轮 传动 ：箭 头是 同时指 向啮 合点 或同 时背 离啮合 点， 且只 能用 画图 法表示 。 蜗轮 蜗杆 啮合 ：蜗 轮的 转向取 决于 蜗杆 的转 向和 螺旋线 方向 ，用 左右 手法 则判断 转向 右手规则： 以 右手 握住 蜗 杆，四 指指 向蜗 杆的 转向 ，则拇 指指 向的 反方 向为 啮合点 处
42、蜗 轮 的线速 度方 向。 左手规则： 以 左手 握住 蜗 杆，四 指指 向蜗 杆的 转向 ，则拇 指指 向的 反方 向为 啮合点 处蜗 轮 的线速 度方 向。 （2 ）定轴轮系传动 比分析 m 代表外啮 合齿 轮的对 数，用（-1） m 判断转 向仅 限于 所有 轴线 都平行 的定 轴轮 系 （3 ）惰轮：齿轮 的齿 数不影 响 传动 比的 大小 ，只 改变 传 动方 向。 b a b a ab n n i = = 积 所有主动齿轮齿数的乘 积 所有从动齿轮齿数的乘m n ab n n i ) 1 ( 1 = =14 三、周转轮系及其传 动比 1 、周转轮系的组成 （1 ）行星轮：轴线位 置
43、绕固 定 轴线 转动 的齿 轮， 既要 自 转又 要公 转； （2 ）转臂（行星架 ） ： 支 持行星 轮作 自转 和公 转的 构件； （3 ）中心轮（太阳 轮） ： 轴线位 置固 定的 齿轮 2 、周转轮系的分类 （1 ）差动轮系：周转轮 系中 两 个中 心轮 均可 转动 （2 ）行星轮系：周转轮 系中 只 有一 个中 心轮 可以 转动 3 、周转轮系传动比 的计算 反转原理 ： 给周转 轮系 施以附 加 的公 共转 动 H 后 ， 不改变 轮系 中各 构件 之间 的相对 运动 ， 但原轮 系将 转化成 为一 新 的定轴 轮系 ，可按 定轴 轮 系的公 式计 算该新 轮系 的 传动比 。转化
44、 后所 得轮系 称为 原轮 系的 “转 化轮系 ” 注 意 ：齿轮 m 、n 的轴 线 必须平 行； 公式 中的 正负 号不能 去掉 四、混合轮系及其传 动比 混合轮系：由定 轴轮 系和周转轮 系或 几部 分周 转轮 系组成 的复 杂轮 系。 混合轮 系传 动比的 求解 方 法： 将混 合轮系 分解 为 几个基 本轮 系； 分 别计算 各 基本 轮系 的传动 比； 寻找 各基 本轮 系 之间 的关 系； 联 立求 解 五、几种特殊的行星 轮系 介绍 1 、渐开线少齿差行 星齿轮 减速器：输出 的运动 是行 星轮的 绝对 运动 优点： 传动 比大 （可 达 135 ） ；结 构简 单、 体积 小
45、、 重量轻 ；效 率高 （0.800.94）。 缺点： 同时 啮合 的齿 少， 受力情 况较 差； 受结 构的 限制， 必须 用非 标准 的正 变位齿 轮。 2 、摆线针轮行星减速器 ： 行 星 轮齿 廓曲 线为 摆线（摆 线 轮） ， 固定 轮采 用针 轮， 针轮 的齿 数和摆 线行 星轮 齿数 的差为 1 3 、谐波齿轮传动：组成：刚 轮 （固 定） 、柔 轮（ 输出） 、 波发 生器 （主 动） 优点： 传动 比大； 同时 啮 合的齿 数多 ，承载 能力 高 ；大传 动比 下仍有 较高 的 机械效 率； 零 件数量 少、 重量 轻、 结构 紧凑 缺点： 柔轮 周期 地发 生变 形，容 易
46、发 生疲 劳损 坏 H n H m H mn i = H n H m = 各主动轮的乘积 至 转化轮系中由 各从动轮的乘积 至 转化轮系中由 n m n m =15 第 六章 其他 常用机 构 一、棘轮机构 1 、组成及其工作原 理 （1 ）组成：摆杆 、棘 爪、棘 轮 、止 动抓 （2 ）工作原理：摆杆往 复摆 动 ，棘 爪推 动棘 轮间 歇转 动 （3 ）优点：结构 简单 、制造 方 便、 运动 可靠 、转 角可 调 （4 ） 缺点： 工 作时 有较 大 的冲击 和噪 音， 运动 精度 较差， 适用 于速 度较 低和 载荷 不大 的场 合。 2 、常见类型 （1 ） 双动式： 原 动件 往
47、复 摆动都 能使 棘轮 沿同 一方 向间歇 转动 ， 驱 动棘 爪可 制成直 的或 带 钩的形 式 （2 ）可变向式：棘轮可 变换 转 动方 向， 常用 于牛 头刨 床 工作 台的 进给 装置 中。 （3 ） 摩擦式： 通过两 棘爪之 间 的摩 擦力 来实 现传 动， 噪 声较 少， 但其 接触 面间 容 易发 生滑 动。 3 、 超越运动： 棘轮机 构除了 常 用于 实现 间歇 运动 外， 还 可用 于实 现超 越运 动， 如 自行 车后 轴上就 安装 有这 样的 超越 式棘轮 机构 。 二、槽轮机构 1 、组成及其工作原 理 （1 ）组成：拨盘 （主 动件） 、 槽轮 （从 动件 ） 、机
48、 架 （2 ） 工作原理 ： 拨盘 的连续 运 动转 换 为槽 轮的 单向 间歇运 动， 槽轮 每转 动一 次和停 歇一 次 构成一 个运 动循 环。 工作过程： 拨 盘连 续回 转 ，当两 锁止 弧接 触时 ，槽 轮静止 ；反 之槽 轮运 动。 作用：将连 续回 转变 换为 间歇运 动 （3）特 点 ：结构 简单 、 制造 容 易、 工 作可 靠、 机械效 率 高， 能 平稳 地、 间歇地 进 行转 位。 因槽轮 运动 过程 中角 速度 有变化 ，不 适合 高速 运动 场合。 2 、常见类型：外槽轮 机构、 内 槽轮 机构 3 、 应用： 一般 用于 转速 不很 高 的自 动机 械、 轻工 机械 或 仪器 仪表 中， 例如 电影 放 映机 的送 片机构 ，长 图记 录仪 的打 印机构 等。 4 、运动系数及运动 特性 16 运动系数 ：槽轮 z 的 运动时 间 t m 对拨盘 1 运动 时间 t 之比值 =Kt m/t K 为拨盘圆柱 销数。 应 小于 1 ，槽轮 运动 时 间小 于拨 盘的 运动 时间 。 三、不完全齿轮机构 1 、工作原理及特点 （1 ） 工作原理： 在 主动 齿 轮只做 出一 个或 几个 齿， 根据运 动时 间和 停歇 时间 的要求 在从 动 轮上做 出与 主动轮 相啮 合 的轮齿 。其 余部分 为锁 止 圆弧。 当两 轮齿
