1、會計學1機械原理孫恒機械原理孫恒第1頁/共184頁第2頁/共184頁第六章第六章 平面連桿機構及其設計平面連桿機構及其設計 6- -1 連桿機構及其傳動特點連桿機構及其傳動特點 6- -2 平面四桿機構的類型和應用平面四桿機構的類型和應用 6- -3 有關平面四桿機構的一些基本知識有關平面四桿機構的一些基本知識 6 6-4 4 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計第七章第七章 凸輪機構及其設計凸輪機構及其設計 7- -1 凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類 7- -2 推桿的運動規律推桿的運動規律 7- -3 凸輪輪廓曲線的設計凸輪輪廓曲線的設計 7- -4 凸輪機構基本尺寸的確定凸輪機

2、構基本尺寸的確定第八章第八章 齒輪機構及其設計齒輪機構及其設計 8-1 齒輪機構的應用及分類齒輪機構的應用及分類第3頁/共184頁 8- -2 齒輪的齒廓曲線齒輪的齒廓曲線 8- -3 漸開線的形成及其特性漸開線的形成及其特性 8- -4 漸開線齒廓的嚙合特性漸開線齒廓的嚙合特性 8- -5 漸開線標準齒輪各部分的名稱和尺寸漸開線標準齒輪各部分的名稱和尺寸 8-6 漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動 8- -7 漸開線齒廓的切制漸開線齒廓的切制 8-8 變位齒輪概述變位齒輪概述 8-9 變位齒輪傳動變位齒輪傳動 8-10 斜齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動 8-11 蝸桿傳

3、動蝸桿傳動 8-12 圓錐齒輪傳動圓錐齒輪傳動第九章第九章 輪系及其設計輪系及其設計 第4頁/共184頁 9- -1 輪系及其分類輪系及其分類 9- -2 定軸輪系的傳動比定軸輪系的傳動比 9- -3 周轉輪系的傳動比周轉輪系的傳動比第十章第十章 機械的運轉及其速度波動的調節機械的運轉及其速度波動的調節 10- -1 概述概述 10- -2 機械的運動方程式機械的運動方程式 10- -3 穩定運轉狀態下機械的周期性速度波動及其穩定運轉狀態下機械的周期性速度波動及其 調調節節 10- -4 機械的非周期性速度波動及其調節機械的非周期性速度波動及其調節第十一章第十一章 機械的平衡機械的平衡 11-

4、 -1 機械平衡的目的及內容機械平衡的目的及內容 11- -2 剛性轉子的平衡計算剛性轉子的平衡計算 第5頁/共184頁1- -1本課程研究的對象及內容本課程研究的對象及內容第6頁/共184頁圖1-2 開窗機構圖1-3 千斤頂第7頁/共184頁第8頁/共184頁第9頁/共184頁第10頁/共184頁圖圖2-1 回轉副回轉副 圖圖2-1 移動副移動副 第11頁/共184頁 兩齒輪輪齒的嚙合(圖2-3,a)，球面與平面的接觸(圖2-3,b)，圓柱與平面的接觸(圖2-3,c) 。圖圖2-3,b圖圖2-3,c圖圖2-3,a 齒輪副齒輪副 第12頁/共184頁第13頁/共184頁圖圖2-5 螺旋副螺旋副

5、圖圖2-6 球面副球面副第14頁/共184頁第15頁/共184頁第16頁/共184頁61AOF2345BDEC顎式碎石機ab圖2-8第17頁/共184頁圖2-9圖2-10第18頁/共184頁圖2-11第19頁/共184頁凸輪機構三維實體圖圖2-12第20頁/共184頁圖2-13第21頁/共184頁圖2-14圖2-15圖2-16第22頁/共184頁圖2-17圖2-18第23頁/共184頁 瞬心為互相作平面相對運動的兩構件上，瞬時相對速度為零的點；或者說，瞬時速度相等的重合點(即等速重合點)。若該點的絕對速度為零則為絕對瞬心；若不等于零則為相對瞬心。如圖3-1所示。 圖3-1第24頁/共184頁第

6、25頁/共184頁圖3-2第26頁/共184頁圖3-3第27頁/共184頁 在圖3-4所示的平面四桿機構中，設各構件的尺寸已知，原動件2以角速度2沿順時針方向回轉。因為已知瞬心P24為構件2及構件4的等速重合點，故得： 圖3-4第28頁/共184頁圖3-5第29頁/共184頁第30頁/共184頁lpe第31頁/共184頁第32頁/共184頁 如圖3-7所示的平面四桿機構中，構件1與構件2組成移動副，點c為此兩構件上的一個重合點。由運動合成原理可知，構件2上的點c2的運動可以認為是由構件1上與其相重合的點c1的運動(牽連運動)和點c2相對于點c1的相對運動所合成。圖3-7第33頁/共184頁(3

7、-5)(3-6)第34頁/共184頁第35頁/共184頁第36頁/共184頁第37頁/共184頁第38頁/共184頁第39頁/共184頁第40頁/共184頁圖5-1第41頁/共184頁圖5-2第42頁/共184頁第43頁/共184頁第44頁/共184頁圖 5-6(5-6)第45頁/共184頁(5-7)第46頁/共184頁PVPQVQ圖 5-7 設想在該機械中不存在摩擦，為了克服同樣的生產阻力Q，其所需的驅動力P0 (稱為理想驅動力) 。 顯然：P P0，且此時，其效率應等于。(5-8)(5-9)第47頁/共184頁圖 5-8(5-10)abc第48頁/共184頁圖 5-9(5-11)第49頁/

8、共184頁圖 5-10(5-12)第50頁/共184頁圖 5-11第51頁/共184頁 設計機械時，可以利用上式來判斷其是否自鎖及出現自鎖的條件。當然，因機械自鎖時已根本不能作功，故此時，已沒有一般效率的意義，它只表明機械自鎖的程度。當o時，機械處于臨界自鎖狀態；若o，則其絕對值越大，表明自鎖越可靠。 圖 5-12(5-13)第52頁/共184頁圖6-1bac第53頁/共184頁第54頁/共184頁圖6-2，a圖6-2，b圖6-2，c第55頁/共184頁 在鉸鏈四桿機構中，若兩個這架稈中一個為曲柄，另一個為搖桿，則此四桿機構稱為曲柄搖桿機構(carnk-rocker meghanism)；當曲

9、柄為原動件，搖桿為從動件時，可將曲柄的連續轉動轉變成搖桿的往復擺動。該機構在實際中多有應用，如圖6-3和6-4。第56頁/共184頁 3. 雙搖桿機構雙搖桿機構 鉸鏈四桿機構中兩連架桿都是搖桿，則稱為雙搖桿機構(double-rocker mechanism)。 圖 6-8圖 6-9第57頁/共184頁圖 6-10第58頁/共184頁圖 6-11第59頁/共184頁圖 6-13圖 6-12第60頁/共184頁第61頁/共184頁圖 6-14第62頁/共184頁第63頁/共184頁圖 6-15第64頁/共184頁Pn = Psin= Pcos ，Pt = Pcos = Psin ，其中P n 只

10、能使鉸鏈C、D產生徑向壓力，才Pt是推動從動件運動的有效分力。可見，角愈大，則有效分力Pt愈大，而P n愈小，因此對機構的傳動愈有利。圖 6-16第65頁/共184頁bcaddacbBCD2cos2cos22221第66頁/共184頁圖 6-17第67頁/共184頁圖 6-19圖 6-18第68頁/共184頁圖 6-20圖 6-21第69頁/共184頁第70頁/共184頁圖 6-23圖 6-22第71頁/共184頁圖 6-24第72頁/共184頁第73頁/共184頁圖 6-26圖 6-25第74頁/共184頁 (1) 按公式計算1800(K-1/K+1)。 (2) 選比例尺，作一直線C1C2=

11、H，如圖6-27所示。 (3) 作C2C1O=900-，C1C2O=900-，此兩線相交于點O。 (4)以O為圓心，過C1、C2作圓，曲柄的軸心A就應在此圓弧上選取。 圖 6-27第75頁/共184頁 由圖6-28可以看出，導桿機構的極位夾角與導桿的擺角相等。設計此四桿機構時，需要確定的幾何尺寸僅有曲柄的長度a。 步驟步驟： (1) 按公式計算1800(K-1/K+1)。 (2) 選比例尺，任取一點D，作mDn=。 (3) 作mDn等分角線，在此分角線上取LAD=d，即得曲柄回轉中心A。 (4) 過點A作導桿的垂直線AC1(或AC2)，則該線段長即為曲柄的長度。故ad sin(2)。 圖 6-

12、28第76頁/共184頁第77頁/共184頁 2. 按推桿的形狀分 1) 尖頂推桿尖頂推桿。如圖7-2，a、b所示，這種推桿的構造最簡單，但易道磨損，所以只適用于作用力不大和速度較低的場合。 圖 7-2圖 7-1第78頁/共184頁第79頁/共184頁 一、幾個名詞一、幾個名詞 以如圖7-3,a所示對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構為對象。 基圓基圓(r0)：以凸輪的回轉軸心O為圓心，以凸輪理論廓線的最小半徑為半徑所作的圓。 推程及推程運動角推程及推程運動角0：推桿由最低位置被推到最高位置的過程；凸輪相應的轉角0 稱為推程運動角推程運動角。 回程及回程運動角回程及回程運動角 0：推桿由最高位置被回到

13、最低位置的過程；凸輪相應的轉角0稱為回程回程運動運動角角。 遠休止及遠休止角遠休止及遠休止角01 ：推桿在最高位置靜止不動，此過程稱為遠休止，凸輪相應的轉角01稱為遠休止角遠休止角。 近休近休止及近休止角止及近休止角02：推桿在最低位置靜止不動，此過程稱為近休止，凸輪相應的轉角02稱為近休止角近休止角。 圖 7-3第80頁/共184頁圖 7-4 圖7-4所示為其運動線圖(推程)。由圖可知，推稈在運動開始和終止的瞬時，因速度有突變，所以這時推桿的加速度在理論上將出現瞬時的無窮大值，第81頁/共184頁圖 7-5 其運動線圖如圖7-5所示，由圖可見，在A、B、C三點推桿的加速度有突變，因而推桿的慣

14、性力也將有突變，不過這一突變為有限值，因而引起的沖擊是有限的，稱這種沖擊為柔性沖擊柔性沖擊。 2. 三角函數運動規律三角函數運動規律 (1) 余弦加速度運動規律余弦加速度運動規律( (又稱簡諧運動規律又稱簡諧運動規律) ) 質點在圓周上作勻速運動時，它在該圓直徑上的投影所構成的運動稱為簡諧運動。 第82頁/共184頁 由推桿運動線圖(推程時)如圖7-7所示，可見推桿作正弦加速度運動時，其加速度沒有突變，因而將不產生沖擊。 圖 7-7圖 7-6第83頁/共184頁圖 7-8第84頁/共184頁圖 7-9第85頁/共184頁第86頁/共184頁 3. 對心直動平對心直動平底推桿盤形凸輪機構底推桿盤

15、形凸輪機構 作圖步驟如下：作圖步驟如下： 如圖7-11所示，將平底(falt face)中心A視為尖頂推桿的尖點(pointing)，按上述(1)(5)作出其理論輪廓曲線； (6) 過點1、2、3、作一系列代表推桿平底的直線； (7) 作直線族的包絡線，即為凸輪的實際輪廓曲線線。 圖 7-10圖 7-11第87頁/共184頁 作圖步驟如下作圖步驟如下： (1) 按一定比例尺繪制從動件的位移線圖； (2) 按同一比例尺作出凸輪的基圓，偏置圓、表明轉向和從動件的起始位置； 圖 7-12第88頁/共184頁 擺動(oscillating)尖頂推桿盤形凸輪機構凸輪廓線的設計，同樣也可參照前述方法進行。

16、所不同的是推桿的預期運動規律要用推桿的角位移來表示。在前面所得的直動推桿的各位移方程中、只需將位移S改為角位移，行程h改為角行程，就可用來求擺動推桿的角位移了。 如圖7-13所示，在反轉運動中，擺動 推桿的回轉軸心A，將沿著以凸輪軸心O為圓心，以OA為半徑的圓上作圓周運動。 圖 7-13第89頁/共184頁第90頁/共184頁圖 7-14第91頁/共184頁(7-1)第92頁/共184頁但若，則。 由此可見，基圓半徑隨壓力角的增加而減少。在滿足max的條件下，合理選擇基圓半徑。 圖 7-15(7-2)(7-3)第93頁/共184頁圖 7-16(7-4)第94頁/共184頁第95頁/共184頁圖

17、 7-17(7-4)第96頁/共184頁第97頁/共184頁第98頁/共184頁第99頁/共184頁圖 8-5第100頁/共184頁第101頁/共184頁 2) 漸開線上任意點的法線恒與其基圓相切。漸開線上任意點的法線恒與其基圓相切。(因發生線BK沿基圓作純滾動，故它與基圓的切點B即為其速度瞬心，所以發生線BK即為漸開線在點K的法線，而發生線又恒切于基圓。) 圖 8-6第102頁/共184頁圓的大小不同，其浙開線的曲率也不同(如圖8-7所示)。基圓半徑愈大，其漸開線的曲率半徑也愈大，當基圓半徑為無窮大時，其漸開線就變成一條直線。故齒條的齒廓曲線變為直線的漸開線。 5) 同一基圓上任意兩條漸開線

18、沿公法線方向的對應點之間的距離處同一基圓上任意兩條漸開線沿公法線方向的對應點之間的距離處處相等。處相等。如圖8-8所示。根據漸開線的特性1、2可以推知，A1B1=A2B2=AB。 6) 基圓內無漸開線。基圓內無漸開線。 圖 8-7圖 8-8第103頁/共184頁第104頁/共184頁圖 8-9第105頁/共184頁第106頁/共184頁 4) 齒槽寬：相鄰兩輪齒之間的齒槽沿任意圓周所量的弧線寬度。(ek) 5) 齒距：沿任意圓周所量得的相鄰兩齒上同側齒廓之間的弧長。(PK) 8- -5 漸開線標準齒輪各部分的名稱和尺寸漸開線標準齒輪各部分的名稱和尺寸 圖 8-10第107頁/共184頁第108

19、頁/共184頁第109頁/共184頁第110頁/共184頁 二、齒條二、齒條 圖8-1l所示為一齒條，它可以看作一個齒數為無窮多的齒輪的一部分，這時齒輪的各圓均變為直線，作為齒廓曲線的漸開線也變成直線。齒條與齒輪相比有下列兩個主要的特點特點： 圖 8-11第111頁/共184頁 圖8-12所示為一內齒圓柱齒輪。由于內齒輪(internal gear)的輪齒是分布在空心圓柱體的內表面上，所以它與外齒輪比較有下列不同點不同點； 1) 內齒輪的輪齒相當于外齒輪的齒槽，內齒輪的齒槽相當于外齒輪的輪齒。所以外齒輪的齒廓是外凸的，而內齒輪的齒廓則是內凹的。 2) 內齒輪的分度圓大于齒頂圓，而齒根圓又大于分

20、度圓，即齒根圓大于齒頂圓。圖 8-12第112頁/共184頁8 8-6 6 漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動 一、齒輪正確嚙合的條件一、齒輪正確嚙合的條件 一對漸開線齒輪在傳動時，它們的齒廓嚙合點都應在嚙合線N1N2上。因此，如圖所示，要使處于嚙合線上的各對輪齒都能正確地進入嚙合，兩齒輪的相鄰兩齒同側齒廓間的法向齒距應相等。即 又因pbmcos，將其代入式(a)式后，可得兩齒輪的正確嚙合條件為： 圖 8-13第113頁/共184頁圖 8-5圖 8-14第114頁/共184頁第115頁/共184頁第116頁/共184頁第117頁/共184頁輪齒即將脫離接觸，故點B1為嚙合

21、終止點。從一對輪齒的嚙合過程來看，嚙合點實際所走過的軌跡只是嚙合線N1N2上的一段B1B2，故把B1B2稱為實際嚙合線段。 若將兩齒輪的齒頂圓加大，則點B1，B2將分別趨近于嚙合線與兩基圓的切點N1、N2，因而實際嚙合線段將加長。但因基圓以內沒有漸開線，所以以兩輪的齒頂圓與嚙合線N1N2的交點不得超過點N1及N2。因此,嚙合線圖 8-15第118頁/共184頁這一目的，就要求實際嚙合線段B1B2應大于或至少等于齒輪的法向齒距pb，如圖8-16所示。即： 通常把B1B2與pb的比值稱為齒輪傳動的重合度a。于是即可得到齒輪連續傳動的條件為： 圖 8-16第119頁/共184頁圖 8-17圖 8-1

22、8第120頁/共184頁第121頁/共184頁自身的軸線方向移動實現進給運動，待切出一個齒槽后，將毛坯退回到原來的位置，并用分度頭將毛坯轉過一個齒，再繼續切削下一個齒槽。 由于漸開線的形狀是取決于基圓大小；而基圓直徑則由m、及z所決定。因此，對應每一組m、和z的齒輪就需要有一把刀具。這在實際上是作不到的。所以，在工程上加工同樣m、的齒輪時，一般只備有8把或15把齒輪銑刀，根據被銑切齒輪的齒數，選擇銑刀的號數。因而，如圖 8-19第122頁/共184頁線的原理來加工的。其刀具刀具分齒輪型刀具(如齒輪插刀)和齒條型刀具(如齒條插刀和齒輪滾刀等)兩大類。 (1) (1) 齒輪型刀具齒輪型刀具 圖8-

23、20，a所示為用齒輪插刀加工齒輪的情形。齒輪插刀的外形就像一個具有刀刃的外齒輪，其m、與被加工齒輪一樣，只是ha=(ha*+c*)m，以便切出輪坯的齒根高。 圖 8-20第123頁/共184頁圖 8-22圖 8-21第124頁/共184頁第125頁/共184頁刃從點B1移至點B2時，被切齒輪的齒廓漸開線部分已全部切出。過了點B2，由于刀具的直線齒廓已離開了嚙合線，所以就不能再繼續切出漸開線齒廓了。此即說明，被切齒輪的齒廓從點B2開始至齒頂為漸圖 8-23圖 8-24第126頁/共184頁第127頁/共184頁 如前所述，當用范成法加工齒輪時，若刀具的齒頂線超過了嚙合極限點N1，必將發生根切現象

24、。所以要避免根切就必須使刀具的齒項線不超過點N1。如圖8-25所示，為用標準齒條插刀切削標準齒輪的情形，這時刀具的分度線與被切齒輪的分度圓相切。如上所述，為了避免根切，需要求刀具的齒頂線在嚙合極限點N1之下，而為此應滿足下列不等式； 圖 8-25第128頁/共184頁第129頁/共184頁圖 8-26圖8-26所示。此時，當刀具在虛線位置時，因其齒頂線超過了點N1，所以被切齒輪必將發生根切現象。但如將刀具移出一段距離，而至圖中實線所示的位置，從而使刀具的齒頂線不超過點N1，顯然就不會再發生根切現象了。這種用改變刀具與輪坯的相對位置來切制齒輪的方法，即所謂變位修正法變位修正法。而采用這種方法切制

25、的齒輪顯然已不再是標準齒輪了，故待稱其為變變位齒輪位齒輪。第130頁/共184頁第131頁/共184頁第132頁/共184頁圖 8-27 1) 它們是同一基圓上展開的漸開線，但各自截取的部分不同； 2) 相同的參數：z、m、ha*、c*、db、d、pb、p； 第133頁/共184頁圖 8-28 又由于齒條型刀具的齒距恒等于m，故知正變位齒輪的齒槽寬為； 第134頁/共184頁第135頁/共184頁第136頁/共184頁第137頁/共184頁第138頁/共184頁第139頁/共184頁第140頁/共184頁第141頁/共184頁 直齒輪的齒廓曲面是發生面在基圓柱上作純滾動時，發生面上一條與齒輪軸

26、相平行的直線KK所展成的漸開線曲面，如圖b所示。因此直齒輪在進入嚙合和退出嚙合時， 圖 8-29第142頁/共184頁圖 8-30圖 8-31第143頁/共184頁第144頁/共184頁 蝸桿(worm)傳動用來傳遞空間交錯軸之間的運動和動力。常用的是兩軸交錯角90的減速傳動。 如圖8-32所示，將900斜齒輪機構中的齒輪1的d1、B1、1、Z1，則齒輪1的輪齒在分度圓柱上形成完整的螺旋齒，如螺桿一樣的構件稱為蝸蝸桿桿；與蝸桿相嚙合的齒輪2稱為蝸輪蝸輪(worm圖 8-32第145頁/共184頁 阿基米德蝸桿阿基米德蝸桿(straight sided axial worm)(其端面齒形為阿基米

27、德螺線，ZA)，如圖8-33所示。 漸開線蝸桿漸開線蝸桿(invlute helicoids worm)(其端面齒形為漸開線，AI)，如圖8-34所示。 圓弧齒圓柱蝸桿圓弧齒圓柱蝸桿(hollow flank worm)(其在獨剖面的齒廓為凹圓弧)，如圖8-35所示。 圖 8-34圖 8-33第146頁/共184頁 標準值；蝸輪的端面壓力角t2應等于蝸桿軸面壓力角x1且為標準值。當蝸輪蝸桿兩軸的交錯角900時，還得保證1 =2。圖 8-37圖 8-35圖 8-36第147頁/共184頁第148頁/共184頁 如圖8-38所示，當發生面S在基圓錐上作純滾動時，發生面上過錐頂O的線段KK 所形成的

28、軌跡AAKK 即為圓錐齒輪的齒廓曲面。因發生面沿基圓錐作純滾動時，過O點的直線KK上的K點至錐頂O點的距離不變，因此漸開線AK是在以點O為球心，OK為半徑的球面上，故稱漸開線AK為球面漸開線球面漸開線。圖8-67 (a)圖 8-38第149頁/共184頁圖8-39 (b)圖8-39 (c)點，由圖可知a b 與ab非常接近，故背錐上的齒廓曲線與錐齒輪的球面漸開線齒廓極為接近，而背錐可以展成為一扇形平面，如圖8-39，c所示 。 第150頁/共184頁第151頁/共184頁圖 8-40第152頁/共184頁(a)(b)圖 9-1第153頁/共184頁面繞著自己的軸線O1O1回轉，另一方面又隨著構

29、件H一起繞著固定軸線OO回轉，即兼有自轉和公轉，故稱為行星輪行星輪( (planet gear) )；而裝有行星輪2的構件H則稱為行星架行星架( (轉臂或系桿轉臂或系桿) )。即一個周轉輪系必定具有一個行星架，具有一個或幾個行星輪，以及與行星輪相嚙合的太陽輪。 按自由度分有按自由度分有: 差動輪系差動輪系(differential gear train)，其自由度為2，(如圖9-2，a所示的輪系)。 行星輪系行星輪系( (planetary speed train) )，其自由度為l，(如圖9-2，b所示的輪系)。 第154頁/共184頁圖 9-4圖 9-3圖 9-5第155頁/共184頁第1

30、56頁/共184頁(9-2)第157頁/共184頁第158頁/共184頁圖 9-8圖 9-7周轉輪系9-6第159頁/共184頁第160頁/共184頁圖10-1第161頁/共184頁（10-1）（10-2）第162頁/共184頁（10-3）（10-4）第163頁/共184頁圖 10-3圖 10-2（10-6）第164頁/共184頁（10-7）（10-8）（10-9）（10-10）（10-11）第165頁/共184頁（10-12）（10-13）（10-14）第166頁/共184頁（10-15）（10-16）（10-17）（10-18）第167頁/共184頁（10-19）（10-20）（10-21）（10-22）第168頁/共