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机械设计概念大全第章平面机构的自由度与运动简图1运动副及其分类§1-1构件一独立的运动单元零件一独立的制造单元L.运动副一两个构件直接接触构成的仍能产生某些相对运动的联接2运动副的分类)按引入的约束数分有级副、级副、川级副、级副、级副1I HIV V)按相对运动范围分有平面运动副一平面运动空间运动副一空间运动2)按运动副元素分有
①高副一点、线接触,应力高比如滚动副、凸轮副、齿轮副等3
②低副一面接触,应力低比如转动副(回转副)、移动副.运动链一两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统闭式链、开式链
3.机构一具有确定运动的运动链称之机构机构=机架+原动件+从动件4平面机构运动简图§1-2机构运动简图一用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形作用,表示机构的结构与运动情况.作为运动分析与动力分析的根据12机构运动简图应满足的条件构件数目与实际相同.运动副的性质、数目与实际相符
1.
2.运动副之间的相对位置与构件尺寸与实际机构成比例3平面机构的自由度§1-3定义保证机构具有确定运动时所务必给定的独立运动参数称之机构的自由度原动件一能独立运动的构件自由度=原动件数
一、平面机构自由度的计算公式(活动构件数)(低副数)一(高副数)F=3n一2PL Ph
二、计算平面机构自由度复合较链一两个以上的构件在同一处以转动副相联计算个构件,转动副L mm-l.局部自由度一构件局部运动所产生的自由度计算应去掉局部自由度或者滚子、钱链2Fp.虚约束一对机构的运动实际不起作用的约束计算应去掉虚约束3出现虚约束的场合,两构件联接前后,联接点的轨迹重合,两构件构成多个移动副,且导12路平行.两构件构成多个转动副,且同轴.运动时,两构件上的两点距离始终不变对运动不
345.起作用的对称部分.两构件构成高副,两处接触,且法线重合6注意各类出现虚约束的场合都是有条件的虚约束的作用
①善构件的受力情况,如多个行星轮
②增加机构的刚度,如轴与轴承、机床导轨
③使机构运动顺利,避免运动不确定,如车轮螺栓联接的强度计算§10-6螺栓联接的要紧失效形式螺栓拉断螺纹压溃或者剪断滑扣
一、松螺栓联接强度条件力除以面积叫74式中:山•一螺纹小径,mm
二、紧螺栓联接强度条件髭之/id/4受横向工作载荷的螺栓强度
1.螺栓与孔之间有间隙,工作时预紧力导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷Fa FoCF预紧力F——一可靠性系数,常取一结合面数,一摩擦系数FaC c=l.l-13ma时对钢与铸铁,取:7=
0.1~
0.15改进措施使用键、套筒、销承担横向工作载荷使用无间隙的较制孔螺栓受轴向工作载荷的螺栓强度
2.D2/4PP设流体压强为螺栓数目为则缸体周围每个螺栓的平均载荷为P,Z,ZFe=键联接§10-11
一、键联接的类型作用用来实现轴与轴上零件的周向固定以传递转矩,或者实现零件的轴向固定或者移动类型平键、半圆键、楔键、切向键等平键联接
1.特点定心好、装拆方便种类普通平键导向平键普通平键结构圆头(型)用指状铳刀加工,固定良好,轴槽应力集中大A方头(型)用盘铳刀加工,轴的应力集中小B单圆头(型)用于轴端C导向平键结构特点长度较长,需用螺钉固定为便于装拆,制有起键螺孔零件能够在轴上移动,构成动联接销联接§10-12作用固定零件之间的相对位置,并可传递不大的载荷第章齿轮传动11轮齿的失效形式§11-1失效形式§11-2齿轮材料及热处理轮齿折断齿面点蚀齿面胶合齿面磨损齿面塑性变形常用齿轮材料优质碳素钢合金结构钢铸钢铸铁热处理方法表面淬火渗碳淬火调质正火渗氮特点及应用调质、正火处理后的硬度低,属软齿面,工艺简单、用于通常传动当大小齿轮都HBS W350,是软齿面时,因小轮齿根薄,弯曲强度低,故在选材与热处理时,小轮比大轮硬度高:20-50HBS表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高,属硬齿面其承载能力高,但通常需要磨齿常用于结构紧凑的场合§11-3齿轮传动的精度等级误差的影响转角与理论不一致,影响运动的不准确性;L.瞬时传动比不恒定,出现速度波动,引起震动、冲击与噪音影响运动平稳性;
2.齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀,使轮齿提早损坏,影响载荷分布的不均匀性国3标给齿轮副规定了个精度等级其中级最高,级最低,常用的为级精GB10095-88121126~9度直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷§11-4
一、轮齿上的作用力径向力F,\=F,2=Fjga法向力F=F/cosafl t小齿轮上的转矩:7;=106—=
9.55xl06—N-mm
二、计算载荷一名义载荷Fn用计算载荷代替名义载荷以考虑载荷集中与附加动载荷的影响,.一载荷系数KFn FKn§11-5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算赫兹公式o±±P1第章平面连杆机构2平面四杆机构的基本类型及其应用§2-1应用实例内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠床、牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等定义由低副(转动、移动)连接构成的平面机构特征有一作平面运动的构件,称之连杆特点
①使用低副面接触、承载大、便于润滑、不易磨损、形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度
②改变杆的相对长度,从动件运动规律不一致
③连杆曲线丰富可满足不一致要求缺点
①构件与运动副多,累积误差大、运动精度低、效率低
②产生动载荷(惯性力),不适合高速
③设计复杂,难以实现精确的轨迹分类平面连杆机构与空间连杆机构常以构件数命名四杆机构、多杆机构平面四杆机构的基本型式曲柄一作整周定轴回转的构件;连杆一作平面运动的构件;摇杆一作定轴摆动的构件;连架杆一与机架相联的构件;周转副一能作相对回转的运动副;摆转副3608一只能作有限角度摆动的运动副三种基本型式()曲柄摇杆机构1特征曲柄+摇杆作用将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动如雷达天线()双曲柄机构2特征两个曲柄作用将等速回转转变为等速或者变速回转如叶片泵、惯性筛等特例平行四边形机构特征两连架杆等长且平行,连杆作平动如火车轮摄影平台播种机料斗机构()双摇杆机构3特征两个摇杆如铸造翻箱机构风扇摇头机构特例等腰梯形机构一汽车转向机构平面四杆机构的基本特性§2-2
一、较链四杆机构有整转副的条件平面四杆机构具有整转副一可能存在曲柄曲柄存在的条件最长杆与最短杆的长度之与应式其他两杆长度之与称之杆长条件L连架杆或者机架之一为最短杆
2.可知当满足杆长条件时,其最短杆参与构成的转动副都是整转副当满足杆长条件时,说明存在整转副,当选择不一致的构件作为机架时,可得不一致的机构如曲柄摇杆(最短杆临边为支架)、双曲柄(最短杆为支架)、双摇杆机构(最短杆对边为支架).
二、急回特性在曲柄摇杆机构中,当曲柄与连杆两次共线时,摇杆位于两个极限位置,简称极位此两处曲柄之间的夹角0称之极位夹角+=180称为行程速比系数工K180°-6»V]C C/1x2只要就有且越大,值越大,急回性质越明显#0,K18K设计新机械时,往往先给定值,因此=上K180K+1
三、压力角与传动角压力角从动件驱动力与力作用点绝对速度之间所夹锐角F切向分力F=Feos a=Fsin y法向分力一对传动有利F=Fcosy yt-F,f可用的大小来表示机构传动力性能的好坏,称为传动角Y Y设计时要求一定是主动件与机架共线两处之一Y min^50°Ymin
四、死点位置摇杆为主动件,且连杆与曲柄两次共线时,有丫=如今机构不能运动.称此位置为0“死点避免措施两组机构错开排列,如火车轮机构;也能够利用死点进行工作飞机起落架、钻夹具等平面四杆机构的设计§2-3设计要求.)满足预定的运动规律,两连架杆转角对应,如飞机起落架、函数机构1)满足预定的连杆位置要求,如铸造翻箱机构2)满足预定的轨迹要求,如鹤式起重机、搅拌机等3设计方法图解法、解析法、实验法第章凸轮机构3凸轮机构的应用与类型§3-1三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状结构:将连续回转=从动件直线移动或者摆动作用:可精确实现任意运动规律,简单紧凑缺点高副,线接触,易磨损,传力不大内燃机、优点:牙膏生产等自动线、补鞋机、配钥匙机等应用:分类:)按凸轮形状分盘形、移动、圆柱凸轮(端面))按推杆形状分尖顶、滚子、12平底从动件).按推杆运动分直动(对心、偏置)、摆动)按保持接触方式分力封闭
34.(重力、弹簧等)几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮§3-2从动件的常用运动规律凸轮机构设计的基本任务)根据工作要求选定凸轮机构的形式;)推杆运动规律;)合理确定结构尺寸;)设计轮廓1234曲线运动规律推杆在推程或者回程时,其位移、速度力、与加速度随时间t的变化规律S2凸轮机构的压力角§3-3定义正压力与推杆上力作用点速度方向间的夹角B
一、压力角与作用力的关系路a构若大到一定程度时,会有Ff-机F〃=Ptg FM,P发生自锁为了保证凸轮机构正常工作,要求[叫不考虑摩擦时,作用力沿法线方向一有用分力,沿导路方向一有害分力,垂直于导F F・[—一直动从动件;[]=—一摆动从动件;[]—一回程*=30°35〜45°a=70°〜80°
二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系用偏置法可减小推程压力角,但同时增大了回程压力角,故偏距不能太大e关于平底推杆凸轮机构=0图解法设计凸轮轮廓§3-
4.凸轮廓线设计方法的基本原理1反转原理:给整个凸轮机构施以…]时,不影响各构件之间的相对运动,如今,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根据此原理能够用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线,用作图法设计凸轮廓线2)对心直动尖顶从动件盘形凸轮)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮)滚子直动从动件盘形凸轮123)对心直动平底从动件盘形凸轮)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构45设计步骤小结
①选比例尺口/作基圆加而
②反向等分各运动角
③确定反转后,从动件尖顶在各等份点的位置
④将各尖顶点连接成一条光滑曲线第章齿轮机构4齿轮机构的特点与类型§4-1结构特点圆柱体或者圆锥体外(或者内)均匀分布有大小一样的轮齿作用传递空间任意两轴(平行、相交、交错)的旋转运动,或者将转动转换为移动优点
①传动比准确、传动平稳
②圆周速度大,高达
③传动功率范围大,从几瓦到300m/s万千瓦
④效率高()、使用寿命长、工作安全可靠
⑤可实现平行轴、相交轴与交错10r]T
0.99轴之间的传动缺点要求较高的制造与安装精度,加工成本高、不适宜远距离传动(如单车)齿廓实现定角速度比的条件§4-2共朝齿廓一对能实现预定传动比伍二规律的啮合齿廓231/32)齿廓啮合基本定律互相啮合的一对齿轮在任一位置时的传动比,都与连心线被其啮L012合齿廓的在接触处的公法线所分成的两段成反比.齿廓曲线的选择理论上,满足齿廓啮合定律的曲线有无穷多,但考虑到便于制造与检测等2因素,工程上只有极少数几种曲线可作为齿廓曲线,如渐开线、其中应用最广的是渐开线,其次是摆线(仅用于钟表)与变态摆线(摆线针轮减速器),近年来提出了圆弧与抛物线渐开线齿廓§4-3
一、渐开线的形成与特性一条直线在圆上作纯滚动时,直线上任一点的轨迹(发生线,基圆一小限一段的展角)BK—AK.渐开线的特性2
②渐开线上任意点的法线切于基圆;
③啮合时点正压力方向与速度方向所夹锐角
①AB=BK;K为渐开线上该点压力角离中心点越远渐开线上压力角越大;
④渐开线形状取决于基圆当小一a,变成直线;
⑤基圆内无渐开线8,
二、渐开线齿廓满足定角速比要求中心连线也为定直线,故交点必为定点P/12=31/32=O2P/OiP=COnSt.两齿廓在任意点啮合时,过作两齿廓的法线是基圆的切线,为定直线两轮1K KN1N2,il2为常数可减少因速度变化所产生的附加动载荷、振动与噪音,延长齿轮的使用寿命,提高机器的工作精度.齿廓间正压力方向不变,是啮合点的轨迹,称之啮合线,啮合线与节圆公切线之间的夹2N1N2角”,称之啮合角,实际上”就是节圆上的压力角由渐开线的性质可知啮合线又是接触点的法线,正压力总是沿法线方向,故正压力方向不变该特性对传动的平稳性有利•运动可分性,△故传动比又可写成))实际安301N1Pg ZkChN2P/12=G i/G2=02P/01P=rb2/rbl装中心距略有变化时,不影响山,这一特性称之运动可分性,对加工与装配很有利齿轮§4-4各部分名称及标准齿轮的基本尺寸
一、外齿轮名称与符号齿顶圆
一、齿根圆
一、齿厚一齿槽宽一齿距
1.d ar adf rfSk ek(周节)-法向齿距(周节)一二分度圆一人为规定的计算基准圆(表示符Pk=Sk+ek Pnpb号d、e,p=s+e)齿顶高齿根高齿全高齿宽一.基本参数r sha hfh=h+hf B2a
①齿数一z
②模数一分度圆周长m nd=zp,d=zp/n人为规定兀只能取某些简单值,称之模数因此有d=mz,r=mz/2m=p/m模数的单位它是决定齿轮尺寸的一个基本参数齿数相同的齿轮,模数大,尺寸也大mm,
③分度圆压力角由得:()关于同一条渐开线rb=tcosa ia i=arccos rbi|a=0b定义分度圆压力角为齿轮的压力角()或者a=arccos r/r r=rcosa,d=dcosab bb是决定渐开线齿廓形状的一个重要参数规定标准值a a=20°由(/=加知与一定时,分度圆是一个大小唯一确定的圆2m z由可知,基圆也是一个大小唯一确定的圆db=dcosa称、z、为渐开线齿轮的三个基本参数m齿轮各部分尺寸的计算公式分度圆直径齿顶高齿顶高系数:d=mz h=h*ma a(正常齿短齿制)齿根高()顶隙系数:(正常齿h=l h*=
0.8hf=h+c*m c*c*a短齿制)全齿高人=/产均=(九*)加齿顶圆直径()齿=
0.25c*=
0.32c*d=d+2h=z+2h*ma a a根圆直径()基圆直径法向齿距冗df=d-2hf=z-2h*-2c*m db=dcos a=mzcos ap=Pb=db/z=a n统一用表示n mcosa=pcos apb标准齿轮、、、取标准值,且的齿轮m ahc*e=s渐开线标准齿轮的啮合§4-5
一、正确啮合条件使进入啮合区内的各对齿轮都能正确地进入啮合,两齿轮的相邻两齿同侧齿廓间的法向距离应相等Pbi=Pb2将二代入得因与都Pb mcosa micosa i=m cosa ma22取标准值,使上式成立的条件为产结论一对渐开线齿轮的正确啮合条件是它们mi=m2,aa2模数与压力角应分别相等传动比ii2=wl/w2=z2/zl
二、标准中心距:对标准齿轮,确定中心距时,应满足两个要求)理论上齿侧间隙为零小@12=0)顶隙为标准值2c c=c*m如今有a=ri+c+r()=ri+r=m zl+z2/2a f22a=ri+r标准中心距2务必指出.分度圆与压力角是单个齿轮就有的;而节圆与啮合角是两个齿轮啮合后才出现的1,非标准安装时,两分度圆将分离,如今由2aa
三、重合度一对轮齿的啮合过程.连续传动条件
1.2定义£=实际啮合线段/啮合点间距为一对齿轮的重合度一对齿轮的连续传动条件是£21渐开线齿轮的切齿原理§4-6
一、成形法盘铳刀指状铳刀成形法加工的特点产生齿形误差与分度误差,精度较低,加工不连续,生产效率低适于单件生产
二、范成法齿轮插刀齿条插刀齿轮滚刀
1.
2.
3.范成法加工的特点一种模数只需要一把刀具连续切削,生产效率高,精度高,用于批量生产根切现象、最少齿数及变位齿轮§4-7第章轮系5轮系的类型§5-1定义由齿轮构成的传动系统一简称轮系轮系分类.定轴轮系(轴线固定)平面定轴轮系空间定轴轮系周转轮系(轴有公
12.转)〈差动轮系)行星轮系)复合轮系(两者混合)(F=2(F=l
3.定轴轮系及其传动比§5-2
一、传动比大小的计算一对齿轮il2=3i/a)2=Z/zi2关于齿轮系,设输入轴的角速度为3],输出轴的角速度为,按定义有/u)当时为减3m ilmlm速,时为增速hmli=所有从动轮齿数的乘积/所有主动轮齿数的乘积lm
二、首、末轮转向的确定两种方法)用〃+〃〃一〃表示适用于平面定轴轮系(轴线平行,两轮转向不是相同就是相反)1外啮合齿轮两轮转向相反,用“一〃表示内啮合齿轮两轮转向相同,用〃+〃表示设轮系中有对外啮合齿轮,则末轮转向为(口严i=卜尸m1lm)画箭头2外啮合时两箭头同时指向(或者远离)啮合点头头相对或者尾尾相对内啮合时两箭头同向关于空间定轴轮系,只能用画箭头的方法来确定从动轮的转向第章连接10螺纹参数§10-1
一、螺纹的形成螺旋线一动点在一圆柱体的表面上,一边绕轴线等速旋转,同时沿轴向作等速移动的轨迹螺纹一平面图形沿螺旋线运动,运动时保持该图形通过圆柱体的轴线,就得到螺纹螺纹的分类按螺纹的牙型分(矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹)按螺纹的旋向分:(右旋螺纹左旋螺纹)按螺旋线的根数分:(单线螺纹多线螺纹)按回转体的内外表面分:(外螺纹外螺纹)按螺旋的作用分:(联接螺纹传动螺纹)按母体形状分:(圆柱螺纹圆锥螺纹)
二、螺纹的要紧几何参数()大径与外螺纹牙顶(或者内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径1d⑵小径与外螺纹牙底(或者内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径di⑶中径也是一个假想圆柱的直径,该圆柱的母线上牙型沟槽与凸起宽度相等d2⑷螺距相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离P⑸导程S=nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距S P⑹螺纹升角”中径圆柱上,螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角d2⑺牙型角轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角螺旋副的受力分析、效率与自锁§10-2
一、矩形螺纹6=0一轴向载荷水平推力一法向反力Ff=f摩擦力/--摩擦系数--总反力螺纹的拧Fa-F--F-F--FRn n紧•一螺母在与的联合作用下,逆着等速向上运动F FBa螺纹的拧松•一螺母在与的联合作用下,顺着等速向下运动F FFa a当螺纹拧紧(滑块上升)时驱动力矩T=F=Fjg(w+p)当螺纹拧松(滑块下滑)时驱动力矩T=F=%jgW—p)若沙,则为正值,其方向与螺母运动方向相反,是阻力;若沙,则为负值,T T方向相反,其方向与预先假定的方向相反,而与螺母运动方向相同,成为放松螺母所需外加的驱动力矩当沙时,若没有力矩螺母在的作用不可能运动••这种现象称之自锁T,Fa
二、非矩形螺纹6H0摩擦系数为,的非矩形螺纹所产生的摩擦力与摩擦系数为/,的矩形螺纹所产生的摩擦力相当故称尸为当量摩擦系数吆称为当量摩擦角cos BP滑块上升:驱动力矩T=^F tgi//+pl乙滑块下降驱动力矩:7=2匕吆〃-非矩形螺旋的自锁条件力螺旋转动一圈时,有效功为输入功为定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比:FaS,2JI T〃-3_」S—tgw2兀T Fjgi//+p7i d吆〃+p2当”一定时,在〃处效率曲线有极大值=45・b/2关于传动螺旋,通常取P9W250关于联接螺纹,务必取沙<J
5.7机械制造常用螺纹§10-3普通螺纹以大径为公称直径,同一公称直径能够有多种螺距,其中螺距最大的称之粗牙螺纹,d其余的统称之细牙螺纹粗牙螺纹应用最广细牙螺纹的优点升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点不耐磨易滑扣应用薄壁零件、受动载荷的联接与微调机构§10-4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹的基本尺寸
一、螺纹联接的基本类型基本类型螺栓联接螺钉联接双头螺柱联接紧定螺钉联接
二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓双头螺柱螺钉、紧定螺钉螺母垫圈螺纹联接的预紧与防松§10-5
一、拧紧力矩设轴向力为FaF d总力矩7产火〃+夕+力£//一克服螺纹副相对转动的阻力矩;一克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩;T]T2日一摩擦系数无润滑时取fc一支撑面摩擦半径「尸=
0.15dw+do/4简化公式T弋工程上常使用测力矩扳手或者定力矩扳手来操纵预紧力的大小
二、螺
0.2F da纹联接的防松利用附加摩擦力防松使用专门防松元件防松其他方法防松
1.
2.
3.。