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机械基础,绪 论,一、课程概述,1课程性质,机械类专业的一门专业基础课。,2课程内容,包括机械传动、常用机构、轴系零件和液压与气动等方面的基础知识。,3课程任务,学以致用。,二、机器、机构、机械、构件和零件,1机器与机构,机器人们根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息，从而代替或减轻人类的体力劳动和脑力劳动。,机构具有确定相对运动的构件的组合，它是用来传递运动和力的构件系统。,机器与机构的区别,2机器的组成,3零件与构件,零件机器及各种设备的基本组成单元。,构件机构（由许多具有确定的相对运动的构件组成的）中的运动单元体。,机械、机器、机构、构件、零件之间的关系,本章小结,1机器、机构的特征及异同点。2构件与零件的概念。3机械、机器、机构、构件、零件之间的关系。4机器的组成。,第五章 连接,51 键连接 与销连接52 螺纹连接53 弹性连接54 联轴器与离合器,51 键连接与销连接,一、键连接作用：,实现轴与轴上零件（如齿轮、带轮等）之间的周向固定，并传递运动和扭矩。,分类：,（一）平键连接（二）半圆键连接（三）花键连接（四）楔键和切向键连接,（一）平键连接,靠平键的两侧面传递转矩，键的两侧面是工作面，对中性好；键的上表面与轮毂上的键槽底面留有间隙，以便装配。,特点：,分类：,普通平键 导向平键 滑键,1普通平键,分解图,装配图,断面图,A型,B型,C型,平键是标准件，只需根据用途、轴径、轮毂长度选取键的类型和尺寸。,普通平键的规格采用bL标记截面尺寸bh根据轴径d由标准选定键长L根据轮毂长度按标准查取（比轮毂长度短510mm）,普通平键的标记：,键型键宽键长标准号,键16100 GB/T 10962003 表示键宽为16mm，键长为100mm的A型普通平键。键B18100 GB/T 10962003 表示键宽为18mm，键长为100mm的B型普通平键。键C18100 GB/T 10962003 表示键宽为18mm，键长为100mm的C型普通平键。,2导向平键,特点：轮毂可在轴上沿轴向移动。,比普通平键长 紧定螺钉固定在键槽中 键与轮毂槽采用间隙配合 键上设有起键螺孔,3滑键,特点：轮毂可在轴上沿轴向移动。,滑键固定在轮毂上 轮毂带动滑键作轴向移动 键长不受滑动距离限制,（二）半圆键连接,工作面为键的两侧面，有较好的对中性 可在轴上键槽中摆动以适应轮毂上键槽斜度 适用于锥形轴与轮毂的连接 键槽对轴的强度削弱较大，只适用于轻载连接,（三）花键连接,花键连接由沿轴和轮毂孔周向均布的多个键齿相互啮合而成的连接。,外花键,内花键,多齿承载，承载能力高 齿浅，对轴的强度削弱小 对中性及导向性能好 加工需专用设备，成本高,矩形花键连接,渐开线花键连接,（四）楔键和切向键连接,1楔键,普通楔键,钩头楔键,楔键与键槽的两个侧面不相接触，为非工作面。楔键连接能使轴上零件轴向固定，并能使零件承受单方向的轴向力。用于定心精度要求不高，荷载平稳和低速的场合。,2切向键,切向键,一组切向键,两组切向键,由一对具有1:100斜度的楔键沿斜面拼合而成，上下两工作面互相平行，轴和轮毂上的键槽底面没有斜度。,二、销连接,固定零件间的相对位置，或作为组合加工和装配时的辅助零件,用于轴与毂的连接或其他零件的连接,用作安全装置中的过载剪断零件,（一）圆柱销,1普通圆柱销,传递横向力,传递转矩,2内螺纹圆柱销,（二）圆锥销,1普通圆锥销,2带螺纹圆锥销,大端带螺尾,内螺纹,小端带螺尾,小结,1键连接的功用及类型。2平键连接的特点和种类。3半圆键连接、花键连接、楔键连接的特点。4销连接的功用及销的类型。,52 螺纹连接,1 螺纹的种类和应用 2 普通螺纹的主要参数3 螺纹的代号标注4 螺旋传动的应用形式,（一）按螺纹牙型分类及其应用（二）按螺旋线方向分类及其应用（三）按螺纹线的线数分类及其应用（四）按螺旋线形成的表面分类,一 螺纹的种类和应用,（一）按螺纹牙型分类及其应用,三角形螺纹,矩形螺纹,梯形螺纹,锯齿形螺纹,（二）按螺旋线方向分类及其应用,右旋螺纹,左旋螺纹,（三）按螺纹线的线数分类及其应用,单线螺纹,多线螺纹,（四）按螺旋线形成的表面分类,内螺纹,外螺纹,二 普通螺纹的主要参数,螺距P相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。导程Ph同一条螺旋线上的相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。,PhZP,三 螺纹的代号标注,1细牙螺纹的每一个公称直径对应着数个螺距，因此必须标出螺距值，而粗牙普通螺纹不标螺距。2右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹则用LH表示。3旋合长度有长旋合长度L、中等旋合长度N和短旋合长度S三种，中等旋合长度N不标注。4公差带代号中，前者为中径公差带代号，后者为顶径公差带代号，两者一致时则只标注一个公差带代号。内螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母。,1单线螺纹只标注螺距，多线螺纹标注螺距和导程。2右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹用LH表示。3旋合长度有长旋合长度L、中等旋合长度N两种，中等旋合长度N不标注。4公差带代号中，螺纹只标注中径公差带代号。内螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母。5内、外螺纹配合的公差带代号中，前者为内螺纹公差带代号，后者为外螺纹公差带代号，中间用“/”分开。,1管螺纹尺寸代号不再称作公称直径，也不是螺纹本身的任何直径尺寸，只是一个无单位的代号。2管螺纹为英制细牙螺纹，其公称直径近似为管子的内孔直径，以英寸为单位。3右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹则用LH表示。4非螺纹密封管螺纹的外螺纹的公差等级有A、B两级，A级精度较高；内螺纹的公差等级只有一个，故无公差等级代号。5内、外螺纹配合在一起时，内、外螺纹的标注用“/”分开，前者为内螺纹的标注，后者为外螺纹的标注。,四 螺旋传动的应用形式,（一）普通螺旋传动（二）差动螺旋传动（三）滚珠螺旋传动简介,（一）普通螺旋传动,普通螺旋传动由螺杆和螺母组成的简单螺旋副实现的传动。,1普通螺旋传动的应用形式,螺母固定不动，螺杆回转并作直线运动,螺杆固定不动，螺母回转并作直线运动,螺杆回转，螺母作直线运动,螺母回转，螺杆作直线运动,2普通螺旋传动直线移动方向的判定,螺母（螺杆）不动，螺杆（螺母）回转并移动,螺杆（螺母）回转，螺母（螺杆）移动,3普通螺旋传动直线移动距离的计算,L=NPh,L 螺杆（螺母）移动距离，mm N 回转周数，r Ph 螺纹导程，mm,【例1】普通螺旋传动中，已知左旋双线螺杆的螺距为8mm，若螺杆按图示方向回转两周，螺母移动了多少距离？方向如何？,（二）差动螺旋传动,1差动螺旋传动原理,差动螺旋传动由两个螺旋副组成的使活动的螺母与螺杆产生差动（即不一致）的螺旋传动。,2差动螺旋传动活动螺母移动距离的计算及方向的 确定,（1）差动螺旋传动：螺杆上两螺纹（固定螺母与活动螺母）旋向相同。,L=N（Ph1Ph2）,结果为正，活动螺母实际移动方向与螺杆移动方向相同结果为负，活动螺母实际移动方向与螺杆移动方向相反螺杆移动方向按普通螺旋传动螺杆移动方向确定,（2）复式螺旋传动：螺杆上两螺纹（固定螺母与活动螺母）旋向相反。,L=N（Ph1Ph2）,活动螺母实际移动方向与螺杆移动方向相同螺杆移动方向按普通螺旋传动螺杆移动方向确定,【例2】微调螺旋传动中，通过螺杆的转动，可使被调螺母产生左、右微量调节。设螺旋副A的导程PhA为1mm，右旋。要求调整螺杆按图示方向转动一周，被调螺母向左移动0.2mm，求螺旋副B的导程PhB并确定其旋向。,（三）滚珠螺旋传动简介,小结,1常用螺纹的类型、特点及应用。2普通螺纹的主要参数。3常用螺纹的螺纹标记。4螺旋传动的工作原理、特点和应用形式。5普通螺旋传动和差动螺旋传动的移动距离计算及移动件移动方向的判定。6滚珠螺旋传动的应用特点。,54 联轴器、离合器和制动器,1 联轴器的结构、特点及应用2 离合器的结构、特点及应用3 制动器的结构、特点及应用,一、联轴器的结构、特点及应用,作用：机械传动中的常用部件，用来连接两传动轴，使其一起转动并传递转矩，有时也可作为安全装置。,刚性联轴器 挠性联轴器,刚性联轴器,凸缘联轴器,套筒联轴器,挠性联轴器,二、离合器的结构、特点及应用,作用：连接两轴，使其一起转动并传递转矩。在机器的运转过程中可以随时进行接合或分离。也可用于过载保护等。,啮合式,圆盘摩擦式,常用离合器,啮合式离合器,1、2半离合器 3对中环 4滑环,齿形离合器,摩擦式离合器,1主动轴 2主动盘 3从动盘 4从动轴 5滑环,超越式离合器,1星轮 2外圈 3滚柱 4弹簧,三、制动器的结构、特点及应用,作用：利用摩擦力矩来降低机器运动部件的转速或使其停止回转。,闸带式 内涨式 外抱块式,常用制动器,闸带式制动器,内涨式制动器,1、8销轴 2、7制动蹄 3摩擦片4泵 5弹簧 6制动轮,外抱块式制动器,1制动轮 2闸瓦块 3主弹簧 4制动臂5推杆 6松闸器,小结,1联轴器的结构、特点及应用。2离合器的结构、特点及应用。3联轴器和离合器的主要功用及区别。4制动器的结构、特点及应用。,第六章 常用机构,61 构件、运动副与平面机构62 平面四杆机构63 凸轮机构64 间歇运动机构,一、运动副的概念及应用特点,61 构件、运动副与平面机构,1运动副,运动副两构件直接接触而又能产生一定形式相对运动的可动连接。,（1）低副两构件之间作面接触的运动副。,转动副 移动副 螺旋副,（2）高副两构件之间作点或线接触的运动副。,滚动轮接触 凸轮接触 齿轮接触,2运动副的应用特点,单位面积压力较大，两构件接触处容易磨损 制造和维修困难 能传递较复杂的运动,低副特点：,单位面积压力较小，较耐用，传力性能好 摩擦损失大，效率低 不能传递较复杂的运动,高副特点：,3低副机构与高副机构,低副机构机构中所有运动副均为低副的机构。高副机构机构中至少有一个运动副是高副的机构。,62 平面四杆机构,平面连杆机构由一些刚性构件用转动副和移动副相互连接而组成的,在同一平面或相互平行平面内运动的机构。,作用：,实现某些较为复杂的平面运动，在生产和生活中广泛用于动力的传递或改变运动形式。,港口起重机吊运货物是利用平面连杆机构中的双摇杆机构实现的,铲土机为了保证铲斗平行移动，防止泥土流出，采用了平面连杆机构,四杆机构最常用的平面连杆机构，具有四个构件（包括机架）的低副机构。,平面铰链四杆机构构件间用四个转动副相连的平面四杆机构，简称铰链四杆机构。,铰链四杆机构：四根杆均用转动副连接。,滑块四杆机构：杆件间的连接，除了转动副以外，构件3与4使用移动副连接。,一、铰链四杆机构的组成与分类,机架：固定不动的构件4。连杆：不与机架直接相连的构件2。连架杆：与机架相连的构件1、3。,曲柄 摇杆,1、曲柄摇杆机构 2、双曲柄机构 3、双摇杆机构,曲柄与机架用转动副相连，且能绕该转动副轴线整圈旋转的构件。摇杆与机架用转动副相连，但只能绕该转动副轴线摆动的构件。,1、曲柄摇杆机构,曲柄摇杆机构铰链四杆机构的两个连架杆中，其中一个是曲柄，另一个是摇杆。,曲柄摇杆机构的应用,2、双曲柄机构,双曲柄机构铰链四杆机构中两连架杆均为曲柄。,类型：,不等长双曲柄机构 平行双曲柄机构反向双曲柄机构,不等长双曲柄机构,两曲柄长度不等的双曲柄机构。,平行双曲柄机构,连杆与机架的长度相等且两个曲柄长度相等，曲柄转向相同的双曲柄机构。,反向双曲柄机构,连杆与机架的长度相等且两个曲柄长度相等，曲柄转向相反的双曲柄机构。,双曲柄机构的应用,3、双摇杆机构,铰链四杆机构中两连架杆均为摇杆。,机构两极限位置：,B1C1D C2B2A,二、铰链四杆机构的基本性质,1、曲柄存在条件 2、急回特性 3、死点位置,一、曲柄存在条件,1最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆长度之和。2连架杆和机架中必有一杆是最短杆。,铰链四杆机构三种基本类型的判别方法,曲柄摇杆机构的条件：连架杆之一为最短杆,双曲柄机构的条件：机架为最短杆,双摇杆机构的条件：连杆为最短杆,当最长杆与最短杆长度之和大于其余两杆长度之和时，无论取哪一杆件为机架，机构均为双摇杆机构。,二、急回特性,极位夹角摇杆在C1D、C2D两极限位置时，曲柄与连杆共线，对应两位置所夹的锐角，用表示。,急回特性：空回行程时的平均速度大于工作行程时的平均速度。,机构的急回特性可用行程速比系数K表示：,极位夹角越大，机构的急回特性越明显。,三、死点位置,摇杆处于左极限位置C1D时,连杆与从动件(曲柄)的共线位置C1A B1。,摇杆处于右极限位置C2D时,连杆与从动件(曲柄)的共线位置C2B2A。,死点位置的利用,工件夹紧后，BCD成一直线，撤去外力F之后，机构在工件反弹力T的作用下，处于死点位置。即使反弹力很大工件也不会松脱，使夹紧牢固可靠。,三、铰链四杆机构的演化,一、曲柄滑块机构 二、导杆机构,一、曲柄滑块机构,曲柄滑块机构是具有一个曲柄和一个滑块的平面四杆机构，是由曲柄摇杆机构演化而来的。,双曲滑块机构的应用,内燃机气缸,冲压机,滚轮送料机,二、导杆机构,导杆是机构中与另一运动构件组成移动副的构件。连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆机构。,摆动导杆机构 移动导杆机构 曲柄摇块机构,摆动导杆机构,牛头刨床主运动机构,移动导杆机构,手动抽水机构,曲柄摇块机构,自卸汽车卸料机构,小结,1铰链四杆机构的基本类型。2铰链四杆机构的各构件的名称。3铰链四杆机构基本形式的判定。4铰链四杆机构的基本特性。5导杆机构类型与应用。,63 凸轮机构,1、凸轮机构概述 2、凸轮机构的分类与特点 3、凸轮机构工作过程及从动件运动规律,凸轮机构概述,内燃机配气机构,自动车床走刀机构,靠 模 车 削 机 构,凸轮机构依靠凸轮轮廓直接与从动件接触，迫使从动件作有规律的直线往复运动（直动）或摆动。,1凸轮2从动件3机架,凸轮机构的分类与特点,一、凸轮机构的分类 二、凸轮机构的应用特点,一、凸轮机构的分类,盘形凸轮,移动凸轮,圆柱凸轮,二、凸轮机构的应用特点,优点：结构简单紧凑，工作可靠，设计适当的凸轮轮廓曲线，可使从动件获得任意预期的运动规律。缺点：凸轮与从动件（杆或滚子）之间以点或线接触，不便于润滑，易磨损。应用：多用于传力不大的场合，如自动机械、仪表、控制机构和调节机构中。,凸轮机构工作过程及从动件运动规律,一、凸轮机构工作过程 二、从动件常用的运动规律,一、凸轮机构工作过程,凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动 凸轮回转时，从动件作“升停降停”的运动循环。,二、从动件常用运动规律,位移线图,1等速运动规律,从动件上升（或下降）的速度为一常数。,2等加速等减速运动规律,从动件在行程中先作等加速运动，后作等减速运动。,等加速等减速运动规律位移曲线画法,本章小结,1凸轮机构的类型及其应用特点。2凸轮机构从动件常用运动规律的工作特点。,其他常用机构,变速机构 换向机构 间歇机构,一、有级变速机构 二、无级变速机构,变速机构,变速机构在输入转速不变的条件下，使输出轴获得不同转速的传动装置。,一、有级变速机构,有级变速机构在输入转速不变的条件下，使输出轴获得一定的转速级数。,滑移齿轮变速机构 塔齿轮变速机构 倍增速变速机构 拉键变速机构,滑移齿轮变速机构,塔齿轮变速机构,1主动轴 2导向键3中间齿轮支架4中间齿轮 5拨叉6滑移齿轮 7塔齿轮8从动轴 9、10离合器11丝杠 12光杠齿轮13光杠,倍增速变速机构,拉键变速机构,1弹簧键2从动套筒轴3主动轴4手柄轴,二、无级变速机构,无级变速机构依靠摩擦来传递转矩，适量地改变主动件和从动件的转动半径，使输出轴的转速在一定的范围内无级变化。,滚子平盘式无级变速机构 锥轮端面盘式无级变速机构 分离锥轮式无级变速机构,滚子平盘式无级变速机构,1滚子2平盘,锥轮端面盘式无级变速机构,1锥轮2端面盘3弹簧4齿条5齿轮6支架7链条8电动机,分离锥轮式无级变速机构,1电动机2、4锥轮3杠杆5从动轴6支架7螺杆8主动轴9螺母10传动带,换向机构,换向机构在输入轴转向不变的条件下，可改变输出轴转向的机构。,三星轮换向机构 离合器锥齿轮换向机构,三星轮换向机构,1主动齿轮 2、3惰轮 4从动齿轮,离合器锥齿轮换向机构,1主动锥齿轮 2、4从动锥齿轮 3离合器,间歇机构,间歇机构能够将主动件的连续运动转换成从动件有规律的周期性运动或停歇。,一、棘轮机构 二、槽轮机构 三、不完全齿轮机构,一、棘轮机构,棘轮机构分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构。,1齿式棘轮机构工作原理,1摇杆 2棘爪3弹簧 4棘轮5弹簧 6止回棘爪7曲柄,2齿式棘轮机构的常见类型及特点,外啮合式 内啮合式,3齿式棘轮机构转角的调节,棘轮的转角大小与棘爪每往复一次推过的齿数k有关：,k棘爪每往复一次推动的齿数z棘轮的齿数,（1）改变棘爪的运动范围,（2）利用覆盖罩,4摩擦式棘轮机构简介,1偏心楔块（棘爪）2棘轮 3止回棘爪,靠偏心楔块（棘爪）和棘轮间的楔紧所产生的摩擦力来传递运动。特点：转角大小的变化不受轮齿的限制，在一定范围内可任意调节转角，传动噪声小，但在传递较大载荷时易产生滑动。,二、槽轮机构,1槽轮机构的组成和工作原理,1拨盘 2圆销 3槽轮,2槽轮机构类型和特点,单圆销外槽轮机构 双圆销外槽轮机构 内啮合槽轮机构,特点：结构简单，转位方便，工作可靠，传动的平稳性好，能准确控制槽轮的转角。但转角的大小受到槽数z的限制，不能调节，且在槽轮转动的始末位置处存在冲击，随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不适用于高速。,三、不完全齿轮机构,主动齿轮作连续转动，从动齿轮作间歇运动的齿轮传动机构。,特点：结构简单，工作可靠，传递力大，但工艺复杂，从动轮在运动的开始与终止位置有较大冲击，一般用于低速、轻载的场合。,本章小结,1机械式变速机构的有级变速机构、无级变速机构的类型和工作原理。2机械式换向机构的常用类型和工作原理。3棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的常见类型和工作原理。,第七章 机械传动,71 带传动 72 链传动 73 齿轮传动74 蜗杆传动75齿轮系与减速器,机械传动的分类,71带传动,一、带传动的组成与原理二、带传动的类型,一、带传动的组成与原理,摩擦型带传动,啮合型带传动,1带轮（主动轮）2带轮（从动轮）3挠性带,2带传动的工作原理,以张紧在至少两轮上的带作为中间挠性件，靠带与带轮接触面间产生的摩擦力（啮合力）来传递运动和（或）动力。,3带传动的传动比i,机构的传动比机构中瞬时输入速度与输出速度的比值。带传动的传动比就是主动轮转速n1与从动轮转速n2之比：,二、带传动的类型,带传动,摩擦型带传动,啮合型带传动：同步带传动,圆带传动平带传动V带传动,普通V带传动窄V带传动多楔带传动,一、V带及带轮二、V带传动的主要参数三、普通V带的标记与应用特点四、V带传动的安装维护及张紧装置,V带传动,一、V带及带轮,V带传动由一条或数条V带和V带带轮组成的摩擦传动。,V带,V带带轮,二、V带传动的主要参数,1普通V带的截面尺寸,顶宽b 中性层 节宽bp 高度h 相对高度h/bp,2V带带轮的基准直径dd,V带带轮的基准直径dd带轮上与所配用V带的节宽bp相对应处的直径。,3V带传动的传动比i,dd1主动轮基准直径，mm dd2从动轮基准直径，mm n1主动轮的转速，r/min n2从动轮的转速，r/min,4小带轮的包角1,包角带与带轮接触弧所对应的圆心角。包角的大小反映了带与带轮轮缘表面间接触弧的长短。,5中心距a,中心距两带轮中心连线的长度。,6带速v,带速太低，传动尺寸大而不经济带速太高，离心力又会使带与带轮间的压紧程度减少，传动能力降低,7V带的根数Z,根数多，传递功率大根数过多，受力会不均匀,三、普通V带的标记与应用特点,1普通V带的标记,中性层V带绕带轮弯曲时，其长度和宽度均保持不变的层面。基准长度Ld在规定的张紧力下，沿V带中性层量得的周长，又称为公称长度。,标记示例：,2普通V带传动的应用特点,优点：,结构简单，制造、安装精度要求不高，使用维护方便，适用于两轴中心距较大的场合传动平稳，噪声低，有缓冲吸振作用在过载时，传动带在带轮上打滑，可以防止薄弱零件的损坏，起安全保护作用。,缺点：,不能保证的准确的传动比外廓尺寸大，传动效率低,四、V带传动的安装维护及张紧装置,1V带传动的安装与维护,2V带传动的张紧装置,一、同步带传动的特点 二、同步带传动的应用,同步带传动简介,一、同步带传动的特点,准确的传动比传动效率高传动比大允许带速高制造较贵,二、同步带传动的应用,本章小结,1带传动的组成。2带传动的工作原理。3普通V带的结构。4普通V带传动的主要参数。5普通V带传动的标记及应用特点。6带传动的安装维护及常用张紧装置。7窄V带和同步带传动的一般概念。,72 链传动,一、链传动概述 二、链传动的类型,一、链传动及其传动比,1链传动的组成,1主动链轮2链条3从动链轮,2链传动的传动比,n1、n2 主、从动轮的转速，r/min z1、z2 主、从动轮齿数,二、链传动的应用特点,i6，低速传动时i可达10 a6 m，最大中心距可达15 m 传动功率P100 kW v15 m/s，高速时可达2040m/s,二、链传动类型,1、滚子链（套筒滚子链）2、齿形链简介,（一）滚子链（套筒滚子链）,1滚子链的结构,内链板 外链板 销轴 套筒 滚子,1内链板2外链板3销轴4套筒5滚子,2滚子链主要参数,（1）节距链条的相邻两销轴中心线之间的距离，以符号P表示。,链的节距越大，承载能力越强，但链传动的结构尺寸也会相应增越大，传动的振动、冲击和噪声也越严重。,滚子链的承载能力和排数成正比，但排数越多，各排受力越不均匀，所以排数不能过多。,双排滚子链,三排滚子链,（2）节数滚子链的长度用节数来表示。链节数应尽量选取偶数。,开口销 弹簧夹 过渡链节,3滚子链的标记,链号排数整链链节数 标准编号,（二）齿形链简介,由一组带有齿的内外链板左右交错排列，用铰链连接而成。,外链板,内链板,齿形链标记示例,本节小结,1链传动的组成：主动链轮、从动链轮和链条。2链传动的应用特点。3链传动的传动比计算。4套筒滚子链的结构、标记及接头形式。5齿形链的应用。,73 齿轮传动,1 齿轮传动的类型及应用 2 渐开线齿廓3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和 几何尺寸计算4 其他齿轮传动简介5 渐开线齿轮失效形式,1、齿轮传动的常用类型 2、齿轮传动的应用,一、齿轮传动的类型及应用,齿轮传动利用齿轮副来传递运动和（或）动力的一种机械传动。,1、齿轮传动常用类型,两轴平行两轴不平行,按轮齿方向按啮合情况,直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动 人字齿圆柱齿轮传动,外啮合齿轮传动 内啮合齿轮传动 齿轮齿条传动,相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动,锥齿轮传动,交错轴斜齿轮传动 蜗轮蜗杆传动,2、齿轮传动的应用,（1）传动比,n1、n2 主、从动轮的转速，r/minz1、z2 主、从动轮齿数,齿轮传动的传动比是主动齿轮转速与从动齿轮转速之比，也等于两齿轮齿数之反比。,（2）应用特点,能保证瞬时传动比恒定，工作可靠性高，传递运动准确可靠传递的功率和圆周速度范围较宽结构紧凑、可实现较大的传动比传动效率高，使用寿命长维护简便,优点,运转过程中有振动、冲击和噪声齿轮安装要求较高不能实现无极变速不适宜用在中心距较大的场合,（2）缺点,1、齿轮传动对齿廓曲线的基本要求 2、渐开线的形成及性质3、渐开线齿轮啮合特性,二、渐开线齿轮,1、齿轮传动对齿廓曲线的基本要求,传动平稳 承载能力强,2、渐开线的形成及性质,动直线沿着一固定的圆作纯滚动时，此动直线上任一点K的运动轨迹CK称为渐开线，该圆称为渐开线的基圆，其半径以rb表示，直线称为渐开线的发生线。,渐开线齿轮以同一个基圆上产生的两条反向渐开线为齿廓的齿轮。,渐开线齿廓的性质：,发生线在基圆上滚过的线段长等于基圆上被滚过的弧长渐开线上任意一点的法线必切于基圆渐开线的形状取决于基圆的大小渐开线上各点的曲率半径不相等渐开线上各点的齿形角（压力角）不等渐开线的起始点在基圆上，基圆内无渐开线,3、渐开线齿廓啮合特性,（1）能保持瞬时传动比的恒定（2）具有传动的可分离性,1、渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分的名称 2、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数 3、外啮合标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 4、直齿圆柱内齿轮简介,三、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算,1、渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分的名称,2、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数,标准齿轮的齿形角 齿数 z 模数 m 齿顶高系数 ha*顶隙系数 c*,（1）标准齿轮的齿形角,齿形角在端平面上，过端面齿廓上任意点K的径向直线与齿廓在该点处的切线所夹的锐角，用表示。K点的齿形角为K。渐开线齿廓上各点的齿形角不相等，K点离基圆越远，齿形角越大，基圆上的齿形角=0。,分度圆压力角齿廓曲线在分度圆上的某点处的速度方向与曲线在该点处的法线方向（即力的作用线方向）之间所夹锐角，也用表示。,（2）齿数z,一个齿轮的轮齿总数。,（3）模数m,齿距p除以圆周率所得的商，即m p/。,模数已经标准化。齿数相等的齿轮，模数越大，齿轮尺寸就越大，轮齿也越大，承载能力越大。,（4）齿顶高系数ha*,对于标准齿轮，规定ha=ha*m。ha*称为齿顶高系数。我国标准规定：正常齿ha*1。,（5）顶隙系数c*,当一对齿轮啮合时，为使一个齿轮的齿顶面不与另一个齿轮的齿槽底面相抵触，轮齿的齿根高应大于齿顶高，即应留有一定的径向间隙，称为顶隙，用c表示。,对于标准齿轮，规定cc*m。c*称为顶隙系数。我国标准规定：正常齿c*0.25。,3、外啮合标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算,一对齿轮传动时，齿轮节圆上的齿厚与齿槽宽之差称为齿侧间隙。一对相互啮合的标准齿轮，其模数相等，故两轮分度圆上的齿厚和齿槽宽相等，因此，当分度圆与节圆重合时，可满足无齿侧间隙的条件。这种安装称为标准安装。标准安装时的中心距称为标准中心距。,标准中心距,4、直齿圆柱内齿轮简介,直齿圆柱内齿轮,直齿圆柱内齿轮传动,内齿轮的齿顶圆小于分度圆，齿根圆大于分度圆内齿轮的齿廓是内凹的，其齿厚和齿槽宽分别对应于外齿轮的齿槽和齿厚为了使内齿轮齿顶的齿廓全部为渐开线，其齿顶圆必须大于基圆,*5、渐开线直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条 件和连续传动条件,（1）正确啮合条件,pb1=pb2,模数相等 分度圆上的齿形角相等,（2）连续传动条件,前一对轮齿尚未结束啮合，后继的一对轮齿已进入啮合状态。,1.仿形法,仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法。铣完一个齿槽后，分度头将齿坯转过3600/z，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。,6、渐开线齿轮的切削加工与根切现象,仿形法之盘铣,1、加工方便易行，但精度难以保证。由于渐开线齿廓形状与m、z、有关。欲加工精确齿廓，对模数和压力角相同的、齿数不同的齿轮，应采用不同的刀具，而这在实际中是不可能的。生产中通常用同一号铣刀切制同模数、不同齿数的齿轮，故齿形通常是近似的。表中列出了1-4号圆盘铣刀加工齿轮的齿数范围。,2、加工不连续，生产效率低，不宜用于批量生产。,这种方法适用于单件生产而且精度要求不高的齿轮加工。,仿形法特点：,2.范成法,范成法是利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮的。加工时刀具与齿坯的运动就像一对互相啮合的齿轮，最后刀具将齿坯切出渐开线齿廓。范成法切制齿轮常用的刀具有三种：（1）齿轮插刀 是一个齿廓为刀刃的外齿轮；（2）齿条插刀 是一个齿廓为刀刃的齿条；（3）齿轮滚刀 像梯形螺纹的螺杆，轴向剖面齿廓为精确的直线齿廓，滚刀转动时相当于齿条在移动。可以实现连续加工，生产率高。,齿轮插刀,齿条插刀,齿条插刀插齿,齿轮滚刀,用范成法加工齿轮时，只要刀具与被切齿轮的模数和压力角相同，不论被加工齿轮的齿数是多少，都可以用同一把刀具来加工，这给生产带来了很大的方便，因此范成法得到了广泛的应用。,根切现象,用范成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过理论啮合线极限点N时，被加工齿轮齿根附近的渐开线齿廓将被切去一部分，这种现象称为根切。,根切使齿轮的抗弯强度削弱、承载能力降低、啮合过程缩短、传动平稳性变差，因此应避免根切。,如图所示为齿条插刀加工标准外齿轮的情况，齿条插刀的分度线与齿轮的分度圆相切。要使被切齿轮不产生根切，刀具的齿顶线不得超过极限啮合点N。,标准外啮合齿轮不根切的最小齿数,被切齿轮的模数和压力角与刀具的相同，所以是否会产生根切取决于被切齿轮齿数的多少。,齿轮不发生根切的最少齿数,1、正常齿制齿轮,不发生根切的最少齿数,2、短齿制齿轮,不发生根切的最少齿数,齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。其失效形式有：,轮齿像一悬臂梁，受载后齿根部分产生的弯曲应力最大。当该应力值超过材料的弯曲疲劳极限时，齿根处产生疲劳裂纹，又因为齿根过渡部分存在着应力集中，使裂纹不断扩展致整个轮齿断裂。,三、齿轮的失效形式,1.轮齿折断,1）疲劳折断,2）过载折断,由于突然过载、强烈冲击、严重磨损及安装制造误差等也会造成轮齿折断。,提高轮齿抗折断能力的措施：增大齿根圆角半径，消除加工刀痕以降低齿根应力集中；增大轴及支承物的刚度以减轻局部过载的程度；对轮齿进行表面处理以提高齿面硬度，保持芯部的韧性等。,疲劳折断,过载折断,2.齿面点蚀：,轮齿工作时,齿面接触处产生很大的接触应力，脱离啮合后接触应力消失，对齿面某一固定点来说它受到的接触应力是周期变化的脉动循环应力。当这种接触应力超过了轮齿材料的接触疲劳极限时，齿面产生裂纹，裂纹扩展致使表层金属微粒脱落，形成一些浅坑(小麻点)，这种现象称为齿面点蚀。,点蚀是闭式传动常见的失效形式。由于轮齿在节线附近啮合时，同时啮合的齿对数少，且齿面间相对滑动速度小，润滑油膜不易形成，所以点蚀首先出现在靠近节线的齿根上。,提高齿面抗点蚀能力的主要措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑油粘度。,高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高，润滑油膜被破坏，齿面间会发生粘接在一起的现象，在轮齿表面沿滑动方向出现条状伤痕，称为胶合。,防止胶合的措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑油粘度；限制油温。,3.齿面胶合,轮齿在啮合过程中存在相对滑动,致使齿面间产生摩擦、磨损。当金属微粒、砂粒、灰尘等硬质磨粒进入轮齿间时引起磨粒磨损。齿面磨损使渐开线齿廓破坏，齿厚减薄，致使侧隙增大而引起冲击和振动。严重时会因齿厚减薄使强度降低而导致轮齿折断。,4.齿面磨损,避免齿面磨损的主要措施：采用闭式传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；采用清洁的润滑油。,闭式齿轮传动中,只要经常注意润滑油的更换和清洁,一般不会发生磨粒磨损，所以齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式，并且在开式齿轮传动中,由于磨损速度较快,通常齿面还来不及达到点蚀的程度,就引起磨粒磨损,因此点蚀现象一般不会发生。,重载且摩擦力很大时，齿面较软的轮齿表面就会沿摩擦力方向产生塑性变形。主动齿轮齿面所受摩擦力背离节线，齿面在节线附近下凹；从动齿轮齿面所受摩擦力指向节线，齿面在节线附近上凸。,防止塑性变形的措施：提高齿面硬度；增大润滑油粘度。,5.齿面塑性变形,齿面硬、齿芯韧。(1)齿面应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等；(2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷：(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能使之便于加工且便于提高其力学性能。,最常用的齿轮材料是锻钢、铸钢此外还有铸铁及一些非金属材料等。,对齿轮材料的基本要求,齿轮的结构与材料,锻钢因具有强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等优点，大多数齿轮都用锻钢制造。,(1)软齿面齿轮：齿面硬度350HBS，常用中碳钢和中碳合金钢，如45钢、40Cr、35SiMn等材料，进行调质或正火处理。这种齿轮适用于强度、精度要求不高的场合，轮坯经过热处理后进行插齿或滚齿，生产便利、成本较低。在确定大、小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30一50HBS，这是因为小齿轮受载荷次敷比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。,1锻钢,(2)硬齿面齿轮 硬齿面齿轮的齿面硬度350HBS，常用的材料为中碳钢或中碳合金钢经表面淬火处理。若采用低碳钢或低碳合金钢，需渗碳淬火。,低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于500mmm时可制成大齿圈，或制成轮辐式齿轮。,2铸钢,当齿轮的尺寸较大(大于400一600mm)而不便于锻造时，可用铸造方法制成铸钢齿坯，再进行正火处理以细化晶粒。,3铸铁,4非金属材料,常用的有夹布胶木、工程塑料等。适用于高速轻载、精度要求不高的场合。,齿轮的结构,结构设计主要确定齿轮的轮缘、轮毂及腹板（轮辐）的结构形式和尺寸大小。结构设计通常要考虑齿轮的几何尺寸、材料、使用要求、工艺性及经济性等因素，确定适合的结构型式，再按设计手册荐用的经验数据确定结构尺寸。齿轮结构形式有以下四种：1.齿轮轴 2.实心齿轮 3.辐板式齿轮 4.轮辐式齿轮,2.实心齿轮 当齿顶圆直径da200mm或高速传动且要求低噪声时，可采用上图一的实心结构。实心齿轮和齿轮轴可以用热轧型材或锻造毛坯加工。,1.齿轮轴 当齿轮的齿根圆到键槽底面的距离e很小，如圆柱齿轮e2.5mn(下图一a)，圆锥齿轮的小端e1.6m(下图一b)，为了保证轮毂键槽足够的强度，应将齿轮与轴作成一体，形成齿轮轴，如下图二所示。,3.辐板式齿轮 对于齿顶圆直径da500mm时，可采用辐板式结构，以减轻重量、节约材料。通常多选用锻造毛坯，也可用铸造毛坯及焊接结构。有时为了节省材料或解决工艺问题等，而采用组合装配式结构，如过盈组合和螺栓联结组合。,过盈、螺栓联接组合,4.轮辐式齿轮 对于齿顶圆直径da500mm时，采用轮辐式结构。受锻造设备的限制，轮辐式齿轮多为铸造齿轮。轮辐剖面形状可以采用椭圆形（轻载）、十字形（中载）、及工字形（重载）等。,1、斜齿圆柱齿轮传动 2、直齿圆锥齿轮传动 3、齿轮齿条传动,四 其他齿轮传动简介,一、斜齿圆柱齿轮传动,1斜齿圆柱齿轮的形成,直齿轮齿廓的形成,当发生面沿基圆柱作纯滚动时，直线BB形成的一个螺旋形的渐开线曲面，称为渐开线螺旋面。b称为基圆柱上的螺旋角。,2斜齿轮传动的啮合性能,齿的接触线先由短变长，再由长变短，承载能力大，可用于大功率传动轮齿上的载荷逐渐增加，逐渐卸掉，承载和卸载平稳、冲击、振动和噪声小，使用寿命长传动平稳、冲击、振动和噪音较小 适用于高速重载的场合,3斜齿圆柱齿轮主要参数和几何尺寸,端面：垂直于齿轮轴线的平面，用 t 作标记法面：与轮齿齿线垂直的平面，用 n 作标记。,：斜齿圆柱齿轮螺旋角,判别方法：将齿轮轴线垂直放置，轮齿自左至右上升者为右旋，反之为左旋。,4斜齿圆柱齿轮正确啮合条件,法面模数（法向齿距除以圆周率所得的商）相等，即m n1=m n2=m法面齿形角（法平面内，端面齿廓与分度圆交点处的齿形角）相等，即n1=n2=螺旋角相等、旋向相反，即1=-2,二、直齿圆锥齿轮传动,以大端的参数作为标准参数。,应满足的条件：,大端端面模数相等 大端齿形角相等,三、齿轮齿条传动,斜齿条,直齿条,1齿条,齿轮的齿数增加到无穷多时，其圆心位于无穷远处，齿轮上的基圆、分度圆、齿顶圆等各圆成为基线、分度线、齿顶线等互相平行的直线，渐开线齿廓也变成直线齿廓，齿轮即演化成为齿条。,齿条的主要特点：,齿廓上各点的法线相互平行。传动时，齿条作直线运动，且速度大小和方向均一致。齿条齿廓上各点的齿形角均相等，且等于齿廓直线的倾斜角，标准值为20不论在分度线上、齿顶线上，还是在与分度线平行的其他直线上，齿距均相等，模数为同一标准值。,2齿轮齿条传动,v=n1d1=n1mz1,L=d1=mz1,v 齿条的移动速度，mm/minn1齿轮的转速，r/mind1齿轮分度圆直径，mmm齿轮的模数，mmz1齿轮的齿数 L齿轮每回转一周齿条的移动距离,一、齿面点蚀 二、齿面磨损 三、齿面胶合 四、齿面塑变五、轮齿折断,5 渐开线齿轮失效形式,失效齿轮传动过程中，若轮齿发生折断、齿面损坏