1、University of Science and Technology of China8Index3Up:First第第2 2頁頁設計精密機械時應滿足的基本要求設計精密機械時應滿足的基本要求1 1功能要求功能要求：設計精密機械時首先應滿足它的功能要求。：設計精密機械時首先應滿足它的功能要求。2 2可靠性要求可靠性要求：要使精密機械在一定的時間內和一定的使用條件下有效地實現：要使精密機械在一定的時間內和一定的使用條件下有效地實現預期的功能，則要求其工作安全可靠，預期的功能，則要求其工作安全可靠，操作維修方便操作維修方便。為此，零件應具有一。為此，零件應具有一定的強度、剛度和振動穩定性等工作能

2、力。定的強度、剛度和振動穩定性等工作能力。3 3精度要求精度要求：精度是精密機械的一項重要技術指標，設計時必須保證精密機械：精度是精密機械的一項重要技術指標，設計時必須保證精密機械正常工作時所要求的精度。正常工作時所要求的精度。4 4經濟性要求經濟性要求：組成精密機械的零、部件能最經濟的被制造出來，這就要求零：組成精密機械的零、部件能最經濟的被制造出來，這就要求零件件結構簡單、節省材料、工藝性好，盡量采用標準尺寸和標準件結構簡單、節省材料、工藝性好，盡量采用標準尺寸和標準件。5 5外觀要求外觀要求：設計精密機械時應使其造型美觀大方、色澤柔和。：設計精密機械時應使其造型美觀大方、色澤柔和。8In

3、dex3Up:First第第3 3頁頁 強度： 強度是零件抵抗強度是零件抵抗外載荷外載荷作用的能力。強度不足時，零件將發生斷裂或作用的能力。強度不足時，零件將發生斷裂或產生塑性變形，使零件喪失工作能力而失效。產生塑性變形，使零件喪失工作能力而失效。 剛度： 剛度是反映零件在載荷作用下抵抗剛度是反映零件在載荷作用下抵抗彈性變形彈性變形的能力。的能力。 穩定性： 在變載荷作用下，零件將產生機械振動，如果零件的固有頻率與載荷在變載荷作用下，零件將產生機械振動，如果零件的固有頻率與載荷的頻率相同時，將發生共振。一般情況下，共振將使零件喪失工作能的頻率相同時，將發生共振。一般情況下，共振將使零件喪失工作

4、能力而失效。力而失效。8Index3Up:First第第4 4頁頁maxminminmaxminmax22ram8Index3Up:First第第5 5頁頁 在穩定和理想的工作條件下，作用在零件上在穩定和理想的工作條件下，作用在零件上的載荷稱為的載荷稱為名義載荷名義載荷。 為了提高零件的工作可靠性，必須考慮影響為了提高零件的工作可靠性，必須考慮影響零件強度的各種因素，如零件的變形、工作零件強度的各種因素，如零件的變形、工作阻力的變動、工作狀態的不穩定等。為計人阻力的變動、工作狀態的不穩定等。為計人上述因素，將名義載荷乘以某些系數，作為上述因素，將名義載荷乘以某些系數，作為計算時采用的載荷，此載

5、荷稱為計算時采用的載荷，此載荷稱為計算載荷計算載荷。8Index3Up:First第第6 6頁頁變應力下的強度 疲勞破壞疲勞破壞 在變應力作用下，零件的一種失效形式將是在變應力作用下，零件的一種失效形式將是疲勞斷裂疲勞斷裂，這種失效，這種失效形式不僅與變應力的大小有關，也與應力循環的次數有關。表面形式不僅與變應力的大小有關，也與應力循環的次數有關。表面無缺陷的金屬材料的疲勞斷裂過程可分為兩個階段，無缺陷的金屬材料的疲勞斷裂過程可分為兩個階段，第一階段是第一階段是在變應力的作用下，零件材料表面開始滑移而形成初始裂紋在變應力的作用下，零件材料表面開始滑移而形成初始裂紋；第第二階段是在變應力作用下初

6、始裂紋擴展以致斷裂二階段是在變應力作用下初始裂紋擴展以致斷裂。實際上，由于實際上，由于材料具有晶界夾渣、微孔以及機械加工造成的表面劃傷、裂紋等材料具有晶界夾渣、微孔以及機械加工造成的表面劃傷、裂紋等缺陷，材料的疲勞斷裂過程只經過第二階段缺陷，材料的疲勞斷裂過程只經過第二階段。零件上的圓角、凹。零件上的圓角、凹槽、缺口等造成的應力集中也會促使零件表面裂紋的生成和擴展。槽、缺口等造成的應力集中也會促使零件表面裂紋的生成和擴展。 8Index3Up:First第第7 7頁頁 提高零件的疲勞強度措施提高零件的疲勞強度措施 應用屈服極限高和細晶粒組織的材料；應用屈服極限高和細晶粒組織的材料； 零件截面形

7、狀的變化應平緩，以減小應力集中；零件截面形狀的變化應平緩，以減小應力集中； 改善零件的表面質量，如減小表面粗糙度，進行表面改善零件的表面質量，如減小表面粗糙度，進行表面強化處理（表面噴丸、表面輾壓）等；強化處理（表面噴丸、表面輾壓）等； 減少材料的冶金缺陷，如采用真空冶煉，使非金屬夾減少材料的冶金缺陷，如采用真空冶煉，使非金屬夾雜物減少。雜物減少。8Index3Up:First第第8 8頁頁 由表面接觸應力引起零件的破壞形式由表面接觸應力引起零件的破壞形式疲勞點蝕疲勞點蝕 在循環接觸應力作用下，接觸表面產生疲勞裂紋，裂紋擴在循環接觸應力作用下，接觸表面產生疲勞裂紋，裂紋擴展導致表層小塊金屬剝落

8、，這種失效形式稱為展導致表層小塊金屬剝落，這種失效形式稱為疲勞點蝕疲勞點蝕。點蝕將使零件表面失去正確的形狀，降低工作精度，引起點蝕將使零件表面失去正確的形狀，降低工作精度，引起附加動載荷，產生噪聲和振動，并降低零件的使用壽命附加動載荷，產生噪聲和振動，并降低零件的使用壽命。8Index3Up:First第第9 9頁頁提高表面接觸強度措施提高表面接觸強度措施1.增大接觸處的綜合曲率半徑增大接觸處的綜合曲率半徑，以降低接觸應力；，以降低接觸應力；2.提高接觸表面的硬度，以提高接觸疲勞極限；提高接觸表面的硬度，以提高接觸疲勞極限；3.提高零件表面的加工質量，以改善接觸情況；提高零件表面的加工質量，以

9、改善接觸情況；4.采用粘度較大的潤滑油，以減緩疲勞裂紋的擴展。采用粘度較大的潤滑油，以減緩疲勞裂紋的擴展。 8Index3Up:First第第1010頁頁 表面磨損強度零件的表面形狀和尺寸在摩擦的條件下逐漸表面磨損強度零件的表面形狀和尺寸在摩擦的條件下逐漸改變的過程稱為改變的過程稱為磨損磨損，當磨損量超過允許值時，即產生失，當磨損量超過允許值時，即產生失效。效。 引起磨損的原因，一種是由于硬質微粒落人兩接觸表面間引起磨損的原因，一種是由于硬質微粒落人兩接觸表面間而引起的，另一種是兩接觸表面在相對運動中相互刮削作而引起的，另一種是兩接觸表面在相對運動中相互刮削作用而引起的。用而引起的。 磨損會降

10、低零件的強度，增大接觸面間的摩擦，降低傳動磨損會降低零件的強度，增大接觸面間的摩擦，降低傳動效率和零件的工作精度。但磨損并非都有害，如跑合、研效率和零件的工作精度。但磨損并非都有害，如跑合、研磨都是有益的磨損。磨都是有益的磨損。8Index3Up:First第第1111頁頁 從零件開始工作到磨損量從零件開始工作到磨損量超過允許值而失效的超過允許值而失效的整個工作期間，可以分為整個工作期間，可以分為三個階段三個階段（圖（圖1-6）。）。8Index3Up:First第第1212頁頁1.充分潤滑摩擦表面，使接觸表面部分或全部脫離接觸；充分潤滑摩擦表面，使接觸表面部分或全部脫離接觸；2.定期清洗或更

11、換潤滑劑；定期清洗或更換潤滑劑；3.采用適當的密封裝置；采用適當的密封裝置；4.合理選擇摩擦表面材料。對于一對相互摩擦的零件，為合理選擇摩擦表面材料。對于一對相互摩擦的零件，為了避免其中比較貴重的零件過早磨損，常把另一零件的了避免其中比較貴重的零件過早磨損，常把另一零件的摩擦表面選用減摩材料制造，以減小摩擦阻力。常用的摩擦表面選用減摩材料制造，以減小摩擦阻力。常用的減摩材料有巴氏合金、青銅、某些牌號的鑄鐵和塑料等；減摩材料有巴氏合金、青銅、某些牌號的鑄鐵和塑料等；5.用熱處理、電鍍、熔鍍等方法提高接觸表面的耐磨性；用熱處理、電鍍、熔鍍等方法提高接觸表面的耐磨性；6.合理減小摩擦表面的粗糙度，以

12、改善摩擦面的接觸情況。合理減小摩擦表面的粗糙度，以改善摩擦面的接觸情況。8Index3Up:First第第1313頁頁 由于影響磨損的因素很多，如載荷的大小和性質、相對滑由于影響磨損的因素很多，如載荷的大小和性質、相對滑動速度、潤滑和冷卻條件等，所以很難建立起有充分理論動速度、潤滑和冷卻條件等，所以很難建立起有充分理論基礎的抗磨損強度計算方法。通常根據摩擦表面的壓強基礎的抗磨損強度計算方法。通常根據摩擦表面的壓強p和與摩擦功成正比的和與摩擦功成正比的pv值，近似地判斷零件的抗磨損強度，值，近似地判斷零件的抗磨損強度，即令即令p和和pv的計算值滿足下列條件：的計算值滿足下列條件：pp , pv

13、pv v接觸表面的相對滑動速度接觸表面的相對滑動速度(m/s)； p許用壓強許用壓強(N/mm2)； pv許用許用pv值。值。University of Science and Technology of China8Index3Up:First第第1515頁頁 零件的零件的，包括尺寸、形狀及位置參數等。，包括尺寸、形狀及位置參數等。 加工后，零件的實際幾何參數對其理想參數的變加工后，零件的實際幾何參數對其理想參數的變動量，稱為動量，稱為； 而實際幾何參而實際幾何參數近似于理想幾何參數的程度數近似于理想幾何參數的程度，稱，稱為為； 零件的加工零件的加工誤差誤差愈小，則其幾何愈小，則其幾何精度精

14、度愈高。愈高。8Index3Up:First第第1616頁頁1) 1) 誤差與精度誤差與精度 零件加工后的實際幾何參數與理想零件幾何參數零件加工后的實際幾何參數與理想零件幾何參數相符合的程相符合的程度度，稱為加工精度（簡稱精度）。它們中間的差值稱為誤差。，稱為加工精度（簡稱精度）。它們中間的差值稱為誤差。加工誤差的大小反映了加工精度的高低，故精度可用誤差來加工誤差的大小反映了加工精度的高低，故精度可用誤差來表示。表示。誤差是零件加工過程中實際產生的誤差是零件加工過程中實際產生的2) 2) 零件幾何參數誤差的種類零件幾何參數誤差的種類 （1 1）尺寸誤差：實際尺寸與理想尺寸之差；）尺寸誤差：實際

15、尺寸與理想尺寸之差； （2 2）形狀誤差：實際形狀與理想形狀之差；）形狀誤差：實際形狀與理想形狀之差； （3 3）位置誤差：實際位置與理想位置之差。）位置誤差：實際位置與理想位置之差。8Index3Up:First第第1717頁頁公差是零件幾何參數允許的變化范圍。公差是零件幾何參數允許的變化范圍。可分為：可分為：1 1、尺寸公差：零件尺寸允許的變動范圍；、尺寸公差：零件尺寸允許的變動范圍；2 2、形狀公差：零件幾何要素的形狀允許的變動范圍；、形狀公差：零件幾何要素的形狀允許的變動范圍；3 3、位置公差：零件幾何要素的位置允許的變動范圍。、位置公差：零件幾何要素的位置允許的變動范圍。公差是產品設

16、計時給定的公差是產品設計時給定的8Index3Up:First第第1818頁頁一、軸與孔孔與軸的基本特征表現為包容和被包容的關系，孔與軸的基本特征表現為包容和被包容的關系，即孔為包容面，軸為被包容面。即孔為包容面，軸為被包容面。8Index3Up:First第第1919頁頁8Index3Up:First第第2020頁頁在公差與配合圖解（簡稱公差帶在公差與配合圖解（簡稱公差帶圖）中，確定偏差的一條基準直圖）中，確定偏差的一條基準直線，稱為線，稱為零線零線。 通常用零線來表示基本尺寸。通常用零線來表示基本尺寸。公差帶公差帶：在公差帶圖中，由代表：在公差帶圖中，由代表上、下偏差的兩條直線所限定的上、

17、下偏差的兩條直線所限定的一個區域，稱為尺寸公差帶。一個區域，稱為尺寸公差帶。8Index3Up:First第第2121頁頁 配合配合：是指基本尺寸相同、相互結合的孔和軸公：是指基本尺寸相同、相互結合的孔和軸公差帶之間的關系。差帶之間的關系。 機器中，不同孔和軸的配合有不同的松緊要求。機器中，不同孔和軸的配合有不同的松緊要求。松緊程度用間隙和過盈的大小表示。松緊程度用間隙和過盈的大小表示。 所謂所謂間隙間隙或或過盈過盈，就是孔的尺寸與軸的尺寸代數，就是孔的尺寸與軸的尺寸代數差，此差值為正時是間隙；為負時是過盈。差，此差值為正時是間隙；為負時是過盈。 配合分類：配合分類：間隙配合、過盈配合、過渡配

18、合間隙配合、過盈配合、過渡配合8Index3Up:First第第2222頁頁8Index3Up:First第第2323頁頁 基本偏差的代號基本偏差的代號用用21個字母和個字母和7個雙寫字母表示，個雙寫字母表示，共共28個代號。個代號。8Index3Up:First第第2424頁頁8Index3Up:First第第2525頁頁形狀與位置誤差對零件和產品功能的影響形狀與位置誤差對零件和產品功能的影響8Index3Up:First第第2626頁頁8Index3Up:First第第2727頁頁1獨立原則（獨立原則（IP） 獨立原則是指圖樣上給定的每一個尺寸和形狀、位且要獨立原則是指圖樣上給定的每一個尺

19、寸和形狀、位且要求均是獨立的，應分別滿足要求的公差原則。求均是獨立的，應分別滿足要求的公差原則。 8Index3Up:First第第2828頁頁（1）包容要求）包容要求 包容要求是指實際要素應遵守其最大實體邊界，包容要求是指實際要素應遵守其最大實體邊界，其局部實際尺寸不得超出最小實體尺寸的一種其局部實際尺寸不得超出最小實體尺寸的一種公差要求。公差要求。 采用包容要求的單一要素應在其尺寸極限偏差采用包容要求的單一要素應在其尺寸極限偏差或公差帶代號后加注符號或公差帶代號后加注符號“ ”，見圖，見圖3-21a E8Index3Up:First第第2929頁頁 包容要求包容要求 軸的實際表面必須在最大

20、實體邊界內，該邊界軸的實際表面必須在最大實體邊界內，該邊界尺寸為尺寸為 dM150mm，其局部實際尺寸不得小于，其局部實際尺寸不得小于dL149.96mm（圖（圖c、d）；當軸徑均為）；當軸徑均為dM150mm時，時，其允許的形狀誤差為零（圖其允許的形狀誤差為零（圖b）；當軸徑均為）；當軸徑均為dL149.96mm時，其允許的形狀誤差可達到最大值時，其允許的形狀誤差可達到最大值0.04mm，即等于尺寸公差（圖即等于尺寸公差（圖d）。）。 8Index3Up:First第第3030頁頁 最大實體要求是指被測實際要素的實際輪廓應遵守其最大最大實體要求是指被測實際要素的實際輪廓應遵守其最大實體實效邊

21、界，當其實際尺寸偏離最大實體尺寸時，允許實體實效邊界，當其實際尺寸偏離最大實體尺寸時，允許其形位誤差值超出在最大實體狀態下給出的公差值的一種其形位誤差值超出在最大實體狀態下給出的公差值的一種要求。要求。 最大實體要求僅適用于中心要素，且保證裝配互換的場所。最大實體要求僅適用于中心要素，且保證裝配互換的場所。 最大實體要求的符號為最大實體要求的符號為“ ”。當應用于被測要素時，應。當應用于被測要素時，應在被測要素形位公差框格中的公差值后標注符號在被測要素形位公差框格中的公差值后標注符號“ ”，見圖見圖3-22a；當應用于基準要素時應在形位公差框格內的；當應用于基準要素時應在形位公差框格內的基準字

22、母代號后標注符號基準字母代號后標注符號“ ”，如，如 t A 。 MMMMM8Index3Up:First第第3131頁頁 圖圖3-22a表示軸表示軸 200-0.3的軸線直線度公差采用最大實體的軸線直線度公差采用最大實體要求。當被測要素處于最大實體狀態時，其軸線直線度公要求。當被測要素處于最大實體狀態時，其軸線直線度公差為圖樣上的給定值差為圖樣上的給定值0.1mm（圖（圖 3-22c）。）。 該軸應滿足下列要求：實際尺寸應在該軸應滿足下列要求：實際尺寸應在19.720mm范圍內；實際輪廓不得超出最大實體實效邊界，即范圍內；實際輪廓不得超出最大實體實效邊界，即dfe不不大于大于dMV（dMV=

23、dMt（200.1）mm=20.1mm）；）；當該軸處于當該軸處于LMC時，其軸線直線度誤差允許達到最大值，時，其軸線直線度誤差允許達到最大值，即等于圖樣給出值即等于圖樣給出值0.1mm與軸的尺寸公差與軸的尺寸公差0.3mm之和之和0.4mm（圖（圖3-22b）。）。 8Index3Up:First第第3232頁頁8Index3Up:First第第3333頁頁表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念表面粗糙度是指加工表面上具有較小間距和表面粗糙度是指加工表面上具有較小間距和“峰峰”、“谷谷”所組成的微觀幾何形狀特性。一般它是由所組成的微觀幾何形狀特性。一般它是由所采用的加工方法和其他因素形成的。表面粗

24、糙度直所采用的加工方法和其他因素形成的。表面粗糙度直接影響零件的接影響零件的配合性質配合性質、疲勞強度疲勞強度、耐磨性耐磨性、抗腐蝕抗腐蝕性以及密封性等使用性能性以及密封性等使用性能，也影響外觀質量。因此，也影響外觀質量。因此，表面粗糙度也是評定零件和產品質量的重要指標，因表面粗糙度也是評定零件和產品質量的重要指標，因此，設計中應合理給出零件的粗糙度要求。此，設計中應合理給出零件的粗糙度要求。 表面越粗糙，表面粗糙度越大。表面越粗糙，表面粗糙度越大。8Index3Up:First第第3434頁頁niiaynR11 Ra的值越大，則表面越粗糙。的值越大，則表面越粗糙。 Ra能客觀地反映表能客觀地

25、反映表面微觀幾何形狀誤差，但因受到計量器具功能的面微觀幾何形狀誤差，但因受到計量器具功能的限制，不宜用做過于粗糙或太光滑表面的評定參限制，不宜用做過于粗糙或太光滑表面的評定參數。數。dxylRla018Index3Up:First第第3535頁頁1）表面粗糙度的基本特征代號為：）表面粗糙度的基本特征代號為： 用去除材料的方法（如車、銑、磨用去除材料的方法（如車、銑、磨等）獲得的表面；等）獲得的表面； 用不去除材料的方法（如鑄、鍛等）用不去除材料的方法（如鑄、鍛等）獲得的表面；獲得的表面； 基本符號，若單獨使用則無意義。基本符號，若單獨使用則無意義。8Index3Up:First第第3636頁頁

26、 表面粗糙度在圖樣上標表面粗糙度在圖樣上標注方法：例如，在同一注方法：例如，在同一圖樣上，每一表面一般圖樣上，每一表面一般只標注一次代只標注一次代 符符 號，號，并盡可能靠近有關的尺并盡可能靠近有關的尺寸線，當地位狹小或不寸線，當地位狹小或不便標注時，可引出標注，便標注時，可引出標注，如圖如圖3-27a3-27a所示；中心孔所示；中心孔的工作表面，鍵槽工作的工作表面，鍵槽工作面，倒角、圓角的表面面，倒角、圓角的表面粗糙度代號，可以簡化粗糙度代號，可以簡化標注，如圖標注，如圖3-27b3-27b所示。所示。University of Science and Technology of China

27、8Index3Up:First第第3838頁頁 運動副 自由度 運動副：高副：約束1個自由度，點、線接觸。低副：約束2個自由度，面接觸。8Index3Up:First第第3939頁頁 8Index3Up:First第第4040頁頁 F3n2PLPH 機構具有確定運動的條件：只有當原動件數等于機構自由度時，機構才具有確定的運動。8Index3Up:First第第4141頁頁直線機構直線機構 計算錯誤的原因：計算錯誤的原因：計算機構自由度時應注意的問題計算機構自由度時應注意的問題舉例舉例直線機構自由度計算直線機構自由度計算 解解 n 7，pL 6，pH 0 F 3n 2pL pH 3 7 2 6

28、9錯誤的結果！錯誤的結果！12345678ABCDEF兩個轉動副兩個轉動副8Index3Up:First第第4242頁頁8Index3Up:First第第4343頁頁 平面機構的高副低代平面機構的高副低代 機構的運動保持不變，代替機構和原機構的自由度、瞬機構的運動保持不變，代替機構和原機構的自由度、瞬時速度和瞬時加速度必須完全相同。時速度和瞬時加速度必須完全相同。 高副低代的最簡單方法是用高副低代的最簡單方法是用兩個轉動副和一個構兩個轉動副和一個構件來代替一個高副件來代替一個高副。 8Index3Up:First第第4444頁頁 桿組：從動件系統可分解為若干個不可再分的、自從動件系統可分解為若

29、干個不可再分的、自由度為零的運動鏈由度為零的運動鏈。 機構組成原理：按照桿組的觀點，任何機構都可按照桿組的觀點，任何機構都可以用零自由度的桿組依次聯接到原動件和機架上去的以用零自由度的桿組依次聯接到原動件和機架上去的方法來組成方法來組成。8Index3Up:First第第4545頁頁 設桿組由設桿組由n個構件和個構件和pL個平面低副所組成，個平面低副所組成，那么它們之間必滿足下述條件：那么它們之間必滿足下述條件：F=3n-2PL=0 或或 2PL=3n 由于構件數由于構件數n和運動副和運動副pL數必須是整數，故數必須是整數，故滿足上述條件的最簡單桿組為：滿足上述條件的最簡單桿組為： n=2，P

30、L=3。級桿組級桿組。 n=4，pL=6。級桿組。級桿組。 n=6，pL=9。級桿組級桿組。 8Index3Up:First第第4646頁頁University of Science and Technology of China8Index3Up:First第第4848頁頁 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 a) 雙曲柄機構雙曲柄機構 b) 雙搖桿機構雙搖桿機構 c)8Index3Up:First第第4949頁頁 1）最長桿與最短桿的長度之和應）最長桿與最短桿的長度之和應其他兩其他兩桿長度之和稱為桿長條件。桿長度之和稱為桿長條件。 2）連架桿或機架之一為最短桿。）連架桿或機架之一為最短桿。abcd該

31、機構中構件該機構中構件a最短，最短，構件構件a能否整周回轉？能否整周回轉？8Index3Up:First第第5050頁頁 力力F與與Vc之間的夾之間的夾角稱為角稱為 連桿與從動件軸連桿與從動件軸線之間所夾銳角線之間所夾銳角來判斷四桿機構來判斷四桿機構的傳動性能的好的傳動性能的好壞，壞，角稱為角稱為8Index3Up:First第第5151頁頁1.極位夾角極位夾角當機構從動件處于兩極限位置時，主動件曲柄在兩當機構從動件處于兩極限位置時，主動件曲柄在兩相應位置所夾的角相應位置所夾的角。曲柄搖桿機構的極位夾角曲柄搖桿機構的極位夾角ADabdBBCC8Index3Up:First第第5252頁頁當曲柄

32、等速回轉的情況下，通常把從動件往當曲柄等速回轉的情況下，通常把從動件往復運動速度快慢不同的運動稱為急回運動。復運動速度快慢不同的運動稱為急回運動。Dabd1B2B1C2Cccab12A主動件主動件a a21ABAB 時間：時間：1t轉角：轉角：1運動：運動：從動件從動件c c21DCDC 1t12ABAB 時間：時間：2t轉角：轉角：2運動：運動：12DCDC 2t從動件從動件c c的平的平均角速度：均角速度：:DCDC2113t:DCDC1223t 1111180t1122-180t21tt 33 8Index3Up:First第第5353頁頁K-K-機構從動桿行程速度變化系數；機構從動桿行

33、程速度變化系數；-極位夾角，即曲柄在兩極限位極位夾角，即曲柄在兩極限位置時所夾銳角，也等于導桿的擺角置時所夾銳角，也等于導桿的擺角。8Index3Up:First第第5454頁頁 所謂死點位置就所謂死點位置就是指從動件的傳是指從動件的傳動角等于零或者動角等于零或者壓力角等于壓力角等于90時機構所處的位時機構所處的位置。置。 Dabd1B2B1C2CccabABC8Index3Up:First第第5555頁頁 圖解法、解析法和實驗法圖解法、解析法和實驗法8Index3Up:First第第5656頁頁 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 已知：已知：CD桿長，擺角桿長，擺角及及K。計算計算180(K-1)/

34、(K+1)；任取一點任取一點D，作等腰三角形，腰長為，作等腰三角形，腰長為CD，夾角為，夾角為；作作C2PC1C2，作，作C1P使使C2C1P=90-,交于交于P；作作PC1C2的外接圓，則的外接圓，則A點必在此點必在此圓上。圓上。選定選定A，設曲柄為，設曲柄為a，連桿為，連桿為b，則，則 AC1=a+b，AC2=b-a，故有：故有：a=(AC1AC2)/2以以A為圓心，為圓心，AC2為半徑作弧交于為半徑作弧交于E，得：得：a=EC1/2 b=AC1-EC1/28Index3Up:First第第5757頁頁 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構已知已知K，滑塊行程，滑塊行程H，偏距，偏距e。計算計算180

35、(K-1)/(K+1)；作作C1C2H；作射線作射線C1O 使使C2C1O=90-，作射線作射線C2O使使C1C2O=90-。以以O為圓心，為圓心，C1O為半徑作圓。為半徑作圓。作偏距線作偏距線e，交圓弧于，交圓弧于A，即為所，即為所求。求。以以A為圓心，為圓心，AC1為半徑作弧交于為半徑作弧交于E，得：，得： a=EC2/2 ， b=AC2-EC2/2University of Science and Technology of China8Index3Up:First第第5959頁頁 凸輪機構的凸輪機構的優點優點是：只要凸輪輪廓曲線設計是：只要凸輪輪廓曲線設計合理，便可使從動件接任意給定的

36、規律運動，合理，便可使從動件接任意給定的規律運動，而且機構簡單、緊湊、工作可靠。而且機構簡單、緊湊、工作可靠。 其其缺點缺點是：凸輪輪廓曲線加工比較困難，與是：凸輪輪廓曲線加工比較困難，與從動件為高副接觸，壓強大、易磨損，故凸從動件為高副接觸，壓強大、易磨損，故凸輪機構一般多用于傳力不大的控制機構中。輪機構一般多用于傳力不大的控制機構中。8Index3Up:First第第6060頁頁尖頂從動件尖頂從動件Knife-edge follower滾子從動件滾子從動件Roller follower平底從動件平底從動件Flat-face follower8Index3Up:First第第6161頁頁rb

37、h s s s s DD0B0B sO ,t360基圓基圓 基圓半徑基圓半徑rb推程推程推程角推程角 升距升距h遠停遠停遠停角遠停角 s回程回程回程角回程角 近停近停近停角近停角 sB 位移曲線位移曲線8Index3Up:First第第6262頁頁 等速運動等速運動8Index3Up:First第第6363頁頁 8Index3Up:First第第6464頁頁 8Index3Up:First第第6565頁頁 直動從動件盤形凸輪輪廓（直動從動件盤形凸輪輪廓（）8Index3Up:First第第6666頁頁rbOs 1 3 5 7 8 60 120 90 90 60 120 1 2 90 A90 9

38、 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 1. 對心尖頂移動從動件盤形凸輪廓線的設計對心尖頂移動從動件盤形凸輪廓線的設計已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rb，凸輪，凸輪角速度角速度 和從動件的運動規律，設和從動件的運動規律，設計該凸輪輪廓曲線計該凸輪輪廓曲線。 選比例尺選比例尺 l，作位移曲線和作位移曲線和基圓基圓rb。 等分位移曲線及反向等分各運動角，確定反轉后對應等分位移曲線及反向等分各運動角，確定反轉后對應于各等分點的從動件的位置。于各等分點的從動件的位置。3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915

39、確定反轉后從動件尖頂在確定反轉后從動件尖頂在各等分點占據的位置。各等分點占據的位置。設計步驟設計步驟 將各尖頂點連接成一條光滑將各尖頂點連接成一條光滑曲線。曲線。8Index3Up:First第第6767頁頁rbOA 2. 對心滾子移動從動件盤形凸輪廓線的設計對心滾子移動從動件盤形凸輪廓線的設計已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rb，滾子半徑滾子半徑rr、凸輪角速度、凸輪角速度 和從動件的運動規律，設計和從動件的運動規律，設計該凸輪輪廓曲線。該凸輪輪廓曲線。 選比例尺選比例尺 l，作位移曲線和作位移曲線和基圓基圓rb。設計步驟設計步驟 等分位移曲線及反向等分各等分位移曲線及反向等分各運動角，

40、確定反轉后對應于各等分點運動角，確定反轉后對應于各等分點的從動件的位置。的從動件的位置。理論輪廓曲線理論輪廓曲線實際輪廓曲線實際輪廓曲線s 1 3 5 7 8 60 120 90 90 9 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 60 120 1 2 90 90 3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915確定反轉后從動件滾子中心在確定反轉后從動件滾子中心在各等分點占據的位置。各等分點占據的位置。 將各點連接成一條光滑曲線。將各點連接成一條光滑曲線。 作滾子圓族及滾子圓族的內作滾子圓族及滾子圓族的內( (外外)

41、)包絡線。包絡線。8Index3Up:First第第6868頁頁rbOA 3. 對心平底移動從動件盤形凸輪廓線的設計對心平底移動從動件盤形凸輪廓線的設計 已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rb，角速度，角速度 和從和從動件的運動規律，設計該凸輪輪廓曲線。動件的運動規律，設計該凸輪輪廓曲線。 選比例尺選比例尺 l，作位移曲線和作位移曲線和基圓基圓rb。設計步驟設計步驟 等分位移曲線及反向等分等分位移曲線及反向等分各運動角，確定反轉后對應于各各運動角，確定反轉后對應于各等分點的從動件的位置。等分點的從動件的位置。s 1 3 5 7 8 60 120 90 90 9 1113151 3 5 7 8

42、 9 11 13 12 14 10 60 120 1 2 90 90 3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 確定反轉后平底與導路中心確定反轉后平底與導路中心線的交點線的交點A在各等分點占據的位置在各等分點占據的位置及及 作平底直線族及平底直線作平底直線族及平底直線族的內包絡線。族的內包絡線。8Index3Up:First第第6969頁頁rcrrrcrr rc刀具中心軌跡刀具中心軌跡理論輪廓曲線理論輪廓曲線實際輪廓曲線實際輪廓曲線b)刀具直徑小于滾子直徑刀具直徑小于滾子直徑刀具中心軌跡刀具中心軌跡實際輪廓曲線實際輪廓曲線a)刀具直徑

43、大于滾子直徑刀具直徑大于滾子直徑刀具中心軌跡計算刀具中心軌跡計算 用數控機床加工凸輪以及在凸輪磨床上磨削凸輪時，通用數控機床加工凸輪以及在凸輪磨床上磨削凸輪時，通常需要給出刀具中心的直角坐標值。常需要給出刀具中心的直角坐標值。 ( (一一) ) 滾子從動件盤形凸輪機構滾子從動件盤形凸輪機構 rr理論輪廓曲線理論輪廓曲線rc rr8Index3Up:First第第7070頁頁( (二二) )平底移動從動件盤形凸輪機構平底移動從動件盤形凸輪機構 平底移動從動件盤形凸輪機構平底移動從動件盤形凸輪機構的凸輪既可以用砂輪的端面磨削，的凸輪既可以用砂輪的端面磨削，也可以用銑刀、砂輪或鉬絲的外圓也可以用銑刀

44、、砂輪或鉬絲的外圓加工。加工。用砂輪的端面加工凸輪用砂輪的端面加工凸輪 cos)(sin)(bAbAsrysrx刀具中心的直角坐標方程刀具中心的直角坐標方程rbsBA rbOxy 8Index3Up:First第第7171頁頁 設計凸輪機構不僅要滿足從動件的運動規律，設計凸輪機構不僅要滿足從動件的運動規律，而且還要求傳動時受力情況良好，以使機而且還要求傳動時受力情況良好，以使機構構運轉靈活，因此需要正確選擇凸輪機構的壓運轉靈活，因此需要正確選擇凸輪機構的壓力角、基圓半徑及滾子半徑。力角、基圓半徑及滾子半徑。8Index3Up:First第第7272頁頁8Index3Up:First第第7373

45、頁頁8Index3Up:First第第7474頁頁 基圓半徑基圓半徑rb減小時，將使壓減小時，將使壓力角力角變大；反之，壓力角變大；反之，壓力角減小。減小。8Index3Up:First第第7575頁頁三三、從動件滾子半徑及平底寬度的確定、從動件滾子半徑及平底寬度的確定 1. 滾子半徑的確定滾子半徑的確定 rr a rr 0結論結論對于外凸輪廓，要保證凸輪正常工作，應使對于外凸輪廓，要保證凸輪正常工作，應使 min rr。 輪廓失真輪廓失真 a rr rr arr 0輪廓正常輪廓正常輪廓變尖輪廓變尖內凹輪廓內凹輪廓 a rr rr a rr輪廓正常輪廓正常外凸輪廓外凸輪廓 a 理論輪廓曲線理論

46、輪廓曲線 實際輪廓曲線實際輪廓曲線 rrrrrr8Index3Up:First第第7676頁頁 3. 平底從動件凸輪機構的失真現象平底從動件凸輪機構的失真現象 Orbrb解決措施解決措施增大基圓半徑增大基圓半徑rbUniversity of Science and Technology of China8Index3Up:First第第7878頁頁1 1 傳動帶具有撓性和彈性，可吸收振動和緩和沖擊，使傳傳動帶具有撓性和彈性，可吸收振動和緩和沖擊，使傳動平穩噪音小；動平穩噪音小；2 2 當過載時當過載時, ,傳動帶與帶輪之間可發生相對滑動而不損傷其傳動帶與帶輪之間可發生相對滑動而不損傷其它零件它

47、零件, ,起過載保護作用；起過載保護作用；3 3 適合于主、從動軸間中心距較大的傳動；適合于主、從動軸間中心距較大的傳動；4 4 結構簡單，制造、安裝和維護都較方便；結構簡單，制造、安裝和維護都較方便；5 5 傳動比不穩定、效率較低，傳動功率一般傳動比不穩定、效率較低，傳動功率一般P50kW、線速、線速度度v=525(40)m/s、 傳動比傳動比35(10)；8Index3Up:First第第7979頁頁 8Index3Up:First第第8080頁頁 8Index3Up:First第第8181頁頁 8Index3Up:First第第8282頁頁8Index3Up:First第第8383頁頁8

48、Index3Up:First第第8484頁頁8Index3Up:First第第8585頁頁 帶速一般限制在帶速一般限制在 525m/s范圍內，帶速過高時，范圍內，帶速過高時，將產生較大的離心力；當傳遞功率一定，帶速過將產生較大的離心力；當傳遞功率一定，帶速過低將引起力的增大，使得帶的根數增多。低將引起力的增大，使得帶的根數增多。max8Index3Up:First第第8686頁頁 按式按式(7-11)可算出小帶輪包角可算出小帶輪包角 1 。 1過小，帶容過小，帶容易在帶輪上打滑。在普通易在帶輪上打滑。在普通 v 帶傳動中，通常應使帶傳動中，通常應使 1 120，特殊情況下允許，特殊情況下允許

49、1 90。如。如1 較較小，應增大小，應增大 a 或采用張緊輪。或采用張緊輪。21118057.3DDaUniversity of Science and Technology of China8Index3Up:First第第8888頁頁 特點：傳動比穩定；傳動精度高；尺寸小；特點：傳動比穩定；傳動精度高；尺寸小；結構緊湊；傳動效率高；壽命長；但制造和結構緊湊；傳動效率高；壽命長；但制造和安裝精度要求高；費用高。安裝精度要求高；費用高。 傳遞運動、傳遞功率。傳遞運動、傳遞功率。8Index3Up:First第第8989頁頁8Index3Up:First第第9090頁頁 P點為節點點為節點 為

50、使齒輪瞬時傳動比保持恒為使齒輪瞬時傳動比保持恒定定：不論兩齒廓在任何位置：不論兩齒廓在任何位置接觸，過接觸點（嚙合點）接觸，過接觸點（嚙合點）的公法線必須與兩齒輪的連的公法線必須與兩齒輪的連心線交于一定點心線交于一定點 P。這是這是齒齒廓嚙合的基本定律廓嚙合的基本定律。1222122111O NO PiO NO P8Index3Up:First第第9191頁頁在任意圓上在任意圓上 rk齒槽寬齒槽寬 ek齒厚齒厚 SK齒距齒距 PK=eK+SK模數模數 mk=pk/分度圓，分度圓，r，d，s，e，p (計算、設計基準計算、設計基準)齒厚：齒厚：P=s+e分度圓直徑：分度圓直徑：d=mz ， m為

51、標準值為標準值壓力角：壓力角：cos=r=rb b/r/r， =20=20， =15=15；齒頂高齒頂高 ha：ha=ha*m； 齒根高齒根高 hf：hf=(C*+ha*)m， C* 頂隙系數；頂隙系數； 齒全高齒全高 h：h=ha+hf m1，時，時，ha*=1，C*=0.25； m1,，時，時， ha*=1，C*=0.35；基節基節基圓上的周節（齒距）基圓上的周節（齒距）Pb=Pcos正常齒標準25.0c , 1*ah短齒標準3.0c ,8.0*ah8Index3Up:First第第9292頁頁8Index3Up:First第第9393頁頁模數的量綱 mm ，確定模數m實際上就是確定周節p

52、,也就是確定齒厚和齒槽寬e。模數m越大，周節p越大，齒厚s和齒槽寬e也越大。u推論，模數越大，輪齒的抗彎強度越大。pm 這是一組齒數相同，這是一組齒數相同，模數不同的齒輪。模數不同的齒輪。確定模數的依據確定模數的依據u根據輪齒的抗彎強度選擇齒輪的模數模數的意義模數的意義8Index3Up:First第第9494頁頁 正確嚙合條件正確嚙合條件8Index3Up:First第第9595頁頁1.2與m 無關，隨z1,z2及ha*的增大而增大。8Index3Up:First第第9696頁頁 齒輪嚙合過程中，有兩對齒同時嚙合和只有一對齒輪嚙合過程中，有兩對齒同時嚙合和只有一對齒嚙合情形，若齒嚙合情形，若

53、=1.25=1.25，在齒輪轉過一個基節在齒輪轉過一個基節Pb的時間的時間T內，內， 有有25%的時間是兩對齒嚙合，的時間是兩對齒嚙合，75%的時間是一對齒嚙合，這就是重合度的意義。的時間是一對齒嚙合，這就是重合度的意義。 若若=1.64=1.64，兩對齒占兩對齒占64%，一對占，一對占36%。 重合度不僅是齒輪傳動的連續性條件，而且是衡重合度不僅是齒輪傳動的連續性條件，而且是衡量齒輪承載能力和傳動平穩性的重要指標。量齒輪承載能力和傳動平穩性的重要指標。8Index3Up:First第第9797頁頁 8Index3Up:First第第9898頁頁 8Index3Up:First第第9999頁頁

54、標準齒輪存在下列主要缺點：標準齒輪存在下列主要缺點：1 標準齒輪的齒數必須大于或標準齒輪的齒數必須大于或等于最少齒數；等于最少齒數；2 標準齒輪不適用于實際中心標準齒輪不適用于實際中心距不等于標準中心距的場合；距不等于標準中心距的場合；3 一對互相嚙合的標準齒輪，一對互相嚙合的標準齒輪，小齒輪的齒根厚度小于大齒輪小齒輪的齒根厚度小于大齒輪的齒根厚度，抗彎能力有明顯的齒根厚度，抗彎能力有明顯差別。差別。 8Index3Up:First第第100100頁頁變位齒輪的齒形變化變位齒輪的齒形變化 8Index3Up:First第第101101頁頁xmmahMN *1xmmhmza *sin 22 22

55、1sin*zhxa 221sin*minzhxa 不根切的最小變位系數：不根切的最小變位系數：8Index3Up:First第第102102頁頁變位齒輪的應用變位齒輪的應用只要合理地選擇變位系數，只要合理地選擇變位系數， 變位齒輪的承載能力可比標準齒變位齒輪的承載能力可比標準齒輪提高輪提高20以上，而制造變位齒輪又不需要特殊的機床、刀以上，而制造變位齒輪又不需要特殊的機床、刀具和工藝方法，因此，在齒輪傳動設計中，應盡量擴大變位具和工藝方法，因此，在齒輪傳動設計中，應盡量擴大變位齒輪的應用。變位齒輪的應用主要在以下幾個方面：齒輪的應用。變位齒輪的應用主要在以下幾個方面：1、避免輪齒根切、避免輪齒

56、根切為使齒輪傳動的結構緊湊，應盡量減少小齒輪的齒數，當為使齒輪傳動的結構緊湊，應盡量減少小齒輪的齒數，當z 的正傳動時，可以提高齒輪的接觸強度和彎曲強的正傳動時，可以提高齒輪的接觸強度和彎曲強度，若適當選擇變位系數度，若適當選擇變位系數x x1 1, ,x x2 2，還能大幅度降低滑動系數，還能大幅度降低滑動系數，提高齒輪的耐磨損和抗膠合能力。提高齒輪的耐磨損和抗膠合能力。變位齒輪的應用變位齒輪的應用8Index3Up:First第第104104頁頁 特點：特點： 傳動平穩傳動平穩 沖擊小沖擊小 噪音小噪音小 幾何尺寸幾何尺寸 當量齒數當量齒數 正確嚙合條件正確嚙合條件 重疊系數重疊系數8In

57、dex3Up:First第第105105頁頁齒寬齒寬B B 和螺旋角和螺旋角增大時都可使斜齒輪傳動的重合度增大。增大時都可使斜齒輪傳動的重合度增大。增大后會使軸向力增大，造成軸承結構復雜化，因此，增大后會使軸向力增大，造成軸承結構復雜化，因此，角角不宜過大。不宜過大。斜齒輪：斜齒輪：158 人字齒輪：人字齒輪：4015 8Index3Up:First第第106106頁頁 輪齒折斷輪齒折斷 齒面的點蝕齒面的點蝕 齒面磨損齒面磨損 齒面膠合齒面膠合8Index3Up:First第第107107頁頁1 1、輪齒的折斷、輪齒的折斷增大齒根過渡曲線半徑、降低表面粗糙度值、采用表面強增大齒根過渡曲線半徑、

58、降低表面粗糙度值、采用表面強化處理（如噴丸、輾壓）等，都有利于提高輪齒的抗疲勞化處理（如噴丸、輾壓）等，都有利于提高輪齒的抗疲勞折斷能力。折斷能力。8Index3Up:First第第108108頁頁2 2、齒面疲勞點蝕、齒面疲勞點蝕提高齒面的硬度和降低表面粗糙度值，在許可范圍內采用最提高齒面的硬度和降低表面粗糙度值，在許可范圍內采用最大的移距系數和大的移距系數和 x=x1+x2 （增大齒輪傳動的綜合曲率半徑）（增大齒輪傳動的綜合曲率半徑），以及增大潤滑油粘度與減小動載荷等，都可提高齒面的接，以及增大潤滑油粘度與減小動載荷等，都可提高齒面的接觸疲勞強度。觸疲勞強度。8Index3Up:First

59、第第109109頁頁3 3、齒面磨損、齒面磨損對于閉式傳動，減輕或防止磨損的主要措施有：對于閉式傳動，減輕或防止磨損的主要措施有： 提高提高齒面硬度；齒面硬度； 降低齒面粗糙度值；降低齒面粗糙度值； 注意潤滑油的清注意潤滑油的清潔和定期更換；潔和定期更換； 采用角度變位齒輪傳動，以減輕齒面采用角度變位齒輪傳動，以減輕齒面滑動等。對于開式傳動，應特別注意環境清潔，減少磨粒滑動等。對于開式傳動，應特別注意環境清潔，減少磨粒（硬屑）的侵人。（硬屑）的侵人。8Index3Up:First第第110110頁頁4 4、齒面膠合、齒面膠合防止或減輕齒面膠合的主要措施有：防止或減輕齒面膠合的主要措施有： 選用

60、抗膠合性能好選用抗膠合性能好的齒輪副材料；的齒輪副材料； 材料相同時，使大、小齒輪保持適當硬材料相同時，使大、小齒輪保持適當硬度差；度差； 提高齒面硬度和降低表面粗糙度值；提高齒面硬度和降低表面粗糙度值； 采用抗采用抗膠合能力強的潤滑油；膠合能力強的潤滑油； 合理的選擇齒輪參數或進行變位合理的選擇齒輪參數或進行變位等。等。8Index3Up:First第第111111頁頁齒輪材料齒輪材料選擇齒輪材料時應綜合考慮如下基本要求：選擇齒輪材料時應綜合考慮如下基本要求：* *齒面有足夠的硬度；齒面有足夠的硬度；* *輪芯有足夠的強度和韌性；輪芯有足夠的強度和韌性；* *具有良好的機械加工和熱處理工藝性