机械设计基础教案7436228942.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第61页 共61页课程名称：机械设计基础使用教材：机械设计基础多媒体CAI教学教材编 者：王春香等主 讲：韩利联系电话：5951633；13190691135总 学 时：72第一篇 总论第1章 机械设计基础概论【本章提示】1、 介绍机器、机构、机械、零件、部件等概念，明确本课程的研究对象、研究内容和任务。2、 阐明机械设计的基本要求及一般程序。3、 扼要介绍零件设计的基本知识。1.1 本课程研究的对象、内容和任务1.1.1基本概念1.机器、机构及机械机械：机器和机构的总称。机器：一种能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功或完成能量、物料和信息转换或传递的装置。机构：能传递运动和动力或改变运动和动力参数、运动形式的机械传动装置2机器所具有的特征：1. 它们是人为的实物组合；2. 它们各部分之间具有确定的相对运动；3. 它们用来代替或减轻人类的劳动去完成有用的机械功或转换能量。3机器的组成：原动机（动力部分）、工作部分、传动部分和操纵控制部分。4机器的分类（按用途的不同）：1. 动力机器：实现其他形式的能量与机械能之间的变换（如电动机）。2. 工作机器：做机械功或搬运物体（如轧钢机）。3. 信息机器：作信息获取或变换。5机构所具有的特征：1 它们是人为的实物组合；2 它们各部分之间具有确定的相对运动；6机器与机构的关系：机器是由一个或若干个机构组成的。7零件和部件零件：机器中不可拆卸的制造单元。（如齿轮）部件；将完成共同任务的一组协同工作的零件分别装配和制造成的一个组合体。（如滚动轴承）常用机构：各种机械中普遍使用的机构。（如齿轮机构）通用零件：在各种机器中都普遍使用的机械零件。（如螺栓）专用零件：只在某些特定类型的机器中使用的零件。（起重机的吊钩）112本课程的内容、性质和任务1内容：以一般工况条件下的常用机构和通用机械零、部件为研究对象，以它们的工作原理、运动特征、结构形式以及设计、选用和计算方法等为研究内容。2性质：重要的技术基础课。3任务：1培养学生正确的设计思想和创造性思维方法，了解和贯彻国家的技术经济政策和法规。2熟悉常用机构和通用零件的工作原理、结构特点和应用场合。3掌握通用零部件的选用和设计的基本方法，初步具有正确运用各类标准、规范、手册、图册、CAD及网络信息等工程技术资料，设计简单机械传动装置的能力。4适当了解机械设计的革新和发展，扩大学生的视野，使所学知识具有时代气息。1.2 机械设计的基本要求及一般程序机械设计是为了实现机器的某些特定功能要求而进行的创造过程，它可以开发创造出新产品，或对现有机械局部进行创新改革。概括地说，就是设计人员按照所设计的机械需要具备的功能，运用设计理论、方法和技能，通过创造性思维和实践活动，把该机械的系统及其零部件的参数和具体结构用图纸和文字（实物或电子手段）等技术文件表达出来。1.2.1机械设计的基本要求1. 使用要求2. 可靠性和安全性要求3. 经济性要求4. 其他要求1.2.2机械设计的一般程序1. 规划和准备阶段2. 方案设计阶段3. 技术设计阶段4. 试验分析阶段1.3 机械零件设计的基本知识131机械零件设计的基本知识1失效：由于某些原因不能在既定的工作条件和使用期限内正常工作；即丧失工作能力或达不到设计功能的现象。2工作能力：在不发生失效的形式下，零件所能安全工作的限度。3机械零件的主要失效形式：1、 断裂：疲劳断裂、过载断裂；2、 表面失效：疲劳点蚀、胶合、磨损、压溃、腐蚀；3 过量变形：塑性变形4 破坏正常工作条件而引起的失效。132机械零件的工作能力计算准则.1、强度：零件抵抗整体断裂、塑性变形和表面失效的能力。 ： 最大计算正应力（MPa）， ： 最大计算剪应力（MPa） ：许用正应力： （MPa）， ：许用剪应力（MPa）2、刚度：零件受载后抵抗弹性变形的能力。 ff f：零件工作时的广义变形，包括挠度、偏转角、扭转角f：零件工作时的广义许用变形。3、耐磨性：指做相对运动的零件工作表面抵抗磨损的能力。1）磨损的过程（1）磨合磨损阶段（2）稳定磨损阶段（3）剧烈磨损阶段2）磨损的类型磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损。3）耐磨性计算 pp p：零件工作表面的压强（MPa）p：零件工作表面的许用压强（MPa） pvpv 4、振动稳定性133机械零件设计的一般步骤1、选择材料2、拟定计算简图3、工作能力计算4、机构设计5、绘制工作图并标注必要的技术条件134机械零件的标准化1.4 机械零件的强度141载荷和应力：1、载荷及其分类:（1）静载荷：不随时间变化，变化缓慢，变化幅度很小 动载荷：随时间作周期性或非周期性变化的载荷（2）名义载荷：根据名义功率和转速计算的； 计算载荷：载荷系数与名义载荷的乘积；2、应力及其分类（1）静应力：不随时间变化的或变化缓慢的应力； 变应力：随时间显著变化的应力；（2）名义应力：用名义载荷计算出的应力； 计算应力：用计算载荷计算出的应力；142许用应力143机械零件的静强度144机械零件的疲劳强度145机械零件的接触强度和挤压强度。15 机械零件的材料和选用原则151机械零件的材料1、刚：碳素钢、合金钢2、铸铁：3、有色金属合金：4、其他材料：152零件材料先用原则1、使用要求2、制造工艺要求3、经济要求。第3章 平面机构的组成和运动简图【本章提示】1从运动学观点介绍与机构有关的若干基本概念，如构件、运动副、自由度等。2说明平面机构的组成、自由度的计算及其意义和机构具有确定运动的条件。3阐明怎样将具体的机械抽象成简单的运动学模型，即如何绘制机构运动简图。31 平面机构的组成机构的功用：传递运动和动力或改变运动形式、运动轨迹、实现预期的机械运动。机构分为平面机构和空间机构。311构件1、 构件及其分类:构件：机构运动的最小单元体（1） 原动件：机构中按外界给定的运动规律独立运动的活动构件（2） 从动件：随原动件的运动而运动的其余活动构件（3） 机架：用来支撑活动构件的固定构件2、 构件的自由度：一个做平面运动的构件有三个自由度 即沿X、Y轴的移动和绕点K的转动。312运动副及其分类1、 运动副：两构件直接接触而又能允许彼此产生相对运动的可动联接。2、 运动副的分类1） 低副：以面接触构成的运动副（1） 回转副：两构件只能在同一平面内工作相对的转动 回转副：固定铰链：有一个构件是固定的 活动铰链：两个构件均是活动的。回转副引入了两个约束，保留了一个自由度（2）移动副：两构件只能沿某一轴线作相对移动 移动副也引入了两个约束，保留了一个自由度2） 高副：以点或线接触构成的运动副高副引入了一个约束，保留了两个自由度32 平面机构的运动简图机构运动简图：把与实际机构运动无关系的因素抛开，仅用运动副规定的简单符号和代表构件的简单线条，按一定比例定出各运动副的位置，画出的表示机构各构件之间相对运动关系的简单图形。321构件和运动副的表示方法322平面机构运动简图的绘制33 平面机构的自由度331平面机构自由度的计算机构的自由度：机构相对于机架具有的独立运动数目N：构件数 n：活动构件数 n=N-1PL：低副 PH：高副 F：机构的自由度F =3 n 2 PL PH机构的自由度取决于活动构件的数目以及构件间运动副的类型和数目。332机构具有确定运动的条件F=0 没有运动的可能性而不是机构F=3n-2P-P=3×2-2×3-0=0F=1 且有一个原动件，机构具有确定的运动F=3n-2P-P=3×3-2×4-0=1F=2 有一个原动件，机构无确定的运动F=2 有两个原动件，机构有确定的运动F=3n-2P-P=3×4-2×5-0=2机构具有确定运动的条件，（1）F>0（2）F等于原动件个数自由度的计算的意义在于自由度数目就标志着机构需要的原动件的数目，即输入独立运动的数目，当F小于原动件个数时，机构就会卡死或损坏，当F大于原动件个数时，机构将会出现运动不确定状态，只有当F等于原动件个数时，机构的运动才完全确定。333计算机构自由度的注意事项1、复合铰链：两个以上的构件在同一处用回转副相联接； 处理：A处有K个构件，则有（K-1）个回转副2、局部自由度：机构中某些构件的局部独立运动并不影响其他构件的运动。 处理：将局部自由度预先排除3、虚约束：对机构运动不起实际约束效果的重复约束 处理：虚约束须除去不计第二篇 常用机构第4章 平面连杆机构【本章提示】1通过铰链四杆机构，系统介绍平面四杆机构的基本类型及其判别法、应用和基本特性。2讨论铰链四杆机构有曲柄的条件、演化方法、演化类型及其应用。3说明平面四杆机构的运动设计方法。41概述平面连杆机构：所有构件都用低副联接构成的平面机构。1平面连杆机构的优点：1）低副面接触压强小磨损轻圆柱面、平面制造简单加工精度高。2）易于实现基本运动形式之间的转换。3）可使从动件实现多种形式的运动。2平面连杆机构的缺点：1）运动传递线路长，低副磨损后间隙不易消除，运动累计误差较大。2）不宜要求从动件精确实现复杂的运动规律。3平面四杆机构：具有4个构件的连杆机构。42 铰链四杆机构类型及应用铰链四杆机构：四杆机构的运动副都是回转副机架：固定不动的杆。连杆：不与机架直接相联而作复杂平面运动的杆。连架杆：与机架直接相联的杆。曲柄：能够绕各自的回转副中心作整圆回转运动的连架杆。整轴副：相邻两杆能作相对整周回转的回转副。摇杆：只能在小于360°范围内摆动的连架杆。根据两个连架杆是否为曲柄可将其分为三种型式：421曲柄摇杆机构两连架杆：一个是曲柄，另一个是摇杆连续转动往复摆动422双曲柄机构两连架杆都是曲柄两曲柄不等长：等速转动变速转动423双摇杆机构两连架杆都是摇杆摆动摆动43链接四杆机构曲柄存在条件1、曲柄存在条件欲使AB杆曲柄必须使BC杆与CD杆不能重合为一直线即B、C、D三点不能共线BCD始终保持为一个三角形。三角形存在的条件：两边之和大于第三边。铰链四杆机构有曲柄的条件：杆长条件：最短杆和最长杆长度之和不大于其他两杆长度之和。最短杆条件：最短杆是连架杆或机架。2、铰链四杆机构类型的判定1）在满足杆长条件时（1）最短杆为机架是双曲柄机构（2）最短杆的对杆为机架式双摇杆机构（3）最短杆的邻杆为机架式曲柄摇杆机构2)不满足杆长条件时，不论取哪一杆为机架，只能得到双摇杆机构44铰链四杆机构的演化431转动副转化为移动副单移动副机构对心式曲柄滑块机构、偏置式曲柄滑块机构两个移动副的四杆机构：正弦机构：正切机构：双转块机构：双滑块机构：432扩大的转动副偏心轮机构433选取不同的构件为机架1、曲柄摇杆机构2、对心曲柄滑块机构（1）导杆机构取1为机架 转动导杆机构 摆动导杆机构（2）摇块机构取2为机架（3）定块机构取3为机架45平面四杆机构的基本特征451急回运动1、极位夹角：摇杆在两个极限位置，曲柄两位置所夹的锐角摆角：摇杆在两个极限位置间的夹角2、急回运动和行程速比系数急回运动：曲柄作等速转动，摇杆作变速摆动。行程速比系数：K=V2/V1越大，K也越大，急回特性越明显。452传力性能1、压力角和传动角压力角：该点力的方向与其作用点的速度方向所夹的锐角。压力角越小，有效分力就越大，机构传力性能越好。传动角：压力角的余角，传动角越大，机构传力性能越好。 2、最小传动角的确定最小传动角：一定出现在曲柄与机架共线的两位置之一453死点在曲柄摇杆机构中，取摇杆为原动件，在连杆与曲柄共线的两位置将出现传动角=0°， 力的作用线通过回转中心，无论力多大，都不能使曲柄传动。46平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计：依据给定的运动条件选定机构的型式，确定机构的运动尺寸。解决问题（1）实现预期的运动规律（2）实现预定的轨迹设计方法：图解法、解析法、实验法。461图解法设计四杆机构1、按照给定连杆的位置设计四杆机构2、按照给定的行程速比系数设计四杆机构1）导杆机构：2）曲柄摇杆机构462解析法设计平面四杆机构首先建立方程式，然后依据已知参数对方程求解。463实验法设计四杆机构利用各种模型、模板、线图等，经过反复实验凑出能近似满足要求的机构的设计方法。第6章 齿轮机构【本章提示】1概述齿轮机构类型、特点和传动的基本要求。2探讨齿廓啮合基本定律、渐开线齿廓的形成原理、性质和传动特点。3通过直齿圆柱齿轮机构阐明齿轮啮合的基本规律、传动参数、几何尺寸计算和切齿原理等，在此基础上研究斜齿圆柱齿轮机构、圆锥齿轮机构和蜗杆机构。61 概述传动原理：靠一对齿轮的轮齿相互啮合来传递空间任意两轴之间的运动和动力。611齿轮机构的传动特点优点：传递的功率大、速度范围广、效率高、工作可靠、寿命长、结构紧凑、能保证恒定的瞬时传动比。缺点：制造和安装精度要求高、成本高、不宜用于两轴之间距离较大的传动。612齿轮机构的类型 按照一对齿轮轴线间的相互位置、齿向和啮合情况，可以分为：1平面齿轮机构（两轴线平行）； 1）轴线平行：直齿圆柱齿轮机构、斜齿圆柱齿轮机构 、人字齿圆柱齿轮机构 2）两齿轮啮合情况：外啮合齿轮机构 、内啮合齿轮机构、齿轮与齿条机构 2空间齿轮机构（两轴线不平行）； 1）相交轴圆锥齿轮机构：直齿、斜齿 2）交错轴齿轮机构：交错轴斜齿轮机构、蜗杆机构3按轮齿的齿廓曲线形状：渐开线、摆线、圆弧齿轮。613对齿轮机构传动的基本要求1、传动准确、平稳2、强度高，承载能力强62 齿廓啮合基本定律621一对齿轮的传动比传动比：主动轮1与从动轮2的角速度之比，即i12=1/2622齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律：相互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O1O 2 被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段成反比节圆：过节点所作的圆。中心距：两齿轮节圆半径之和。623共轭齿廓凡满足齿廓啮合基本定律而相互啮合的一对齿轮的齿廓。渐开线、摆线、圆弧线6. 3 渐开线齿廓631渐开线的形成和特性1、渐开线的形成当一直线l沿半径是rb的圆周作纯滚动时，该直线上任一点K的轨迹AK称为该圆的渐开线。半径为rb的圆称为基圆；直线l则称为渐开线的发生线；渐开线齿轮的齿廓就是由在同一基圆上产生的两条对称的渐开线构成。2、渐开线齿廓的特性1）发生线沿基圆滚过的线段长度等于基圆上被滚过的弧长；2）渐开线上各点的法线必与基圆相切，基圆的切线必为渐开线某点的法线；3）渐开线上各点的压力角的大小不同，离基圆越远，压力角越大；4）渐开线的形状取决于基圆的大小5）基圆以内无渐开线632渐开线齿廓的啮合特点1、渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律，能够实现定传动比要求两基圆的内公切线法线不发生变化有固定的点节点C2、中心距具有可分性一对渐开线齿轮制成后，其基圆便已确定中心距的可分性：中心距稍有变化，不改变其瞬时传动比的大小3、传递压力的方向不变1）啮合线是一直线啮合线：两齿廓接触点在固定平面的轨迹直线NN啮合线两圆的内公切线法线为同一直线N、N是理论上的两个极限啮合点2）啮合角与传力方向不变啮合角：啮合线NN与过节点的两轮节圆公切线 tt 之间所夹的锐角啮合过程中啮合角将始终保持不变 压力方向不变四线合一：啮合线、过啮合点的公法线、基圆的内公切线、法向压力的作用线。64渐开线标准齿轮的主要参数和基本尺寸计算641齿轮各部分的名称及代号1、齿顶圆与齿根圆齿顶圆：轮齿齿顶圆柱面所确定的圆。齿根圆：轮齿齿槽底部圆柱面所确定的圆。2、齿厚、齿槽宽和齿距齿厚：齿轮任意圆周dK 上一个轮齿的两侧齿廓间的弧长。齿槽宽：齿轮任意圆周dK 上一个齿槽的弧长。齿距：在端平面上，任意圆周上相邻两齿同侧齿廓之间的弧长。在齿轮的同一圆周上，齿距等于齿厚与齿槽宽之和。3、分度圆和基圆分度圆：为了便于设计、制造和互换使用，在齿轮的顶圆与根圆之间取一度量齿轮尺寸的基准圆，将此基准圆上的pK/值规定为标准值，压力角K也取为标准值，该圆则称为分度圆。4、齿顶高、齿根高、全齿高齿顶高：齿顶圆与分度圆之间的径向距离。齿根高：齿根圆与分度圆之间的径向距离。全齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离。5、 齿宽与齿面齿宽：齿轮轮齿轴向宽度。齿面：位于齿顶曲面和齿根曲面间的轮齿侧表面。642齿轮的主要参数1、模数模数：分度圆齿距与的比值分度圆直径：d=mZM越大，p也越大，承载能力越强。m已经标准化 表6-1，优先选用第一系列，括号内的尽量不用。2、压力角分度圆上齿廓的压力角为标准值渐开线的形状由模数、压力角和齿数决定，最基本的参数。3、齿顶高系数和顶隙系数标准齿轮：模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数均为标准值，且分度圆上的齿厚等于齿槽宽的齿轮。643渐开线标准直齿轮的基本尺寸计算1、外齿轮的几何尺寸计算（表62）2、公法线长度和分度圆弦齿厚（自学）6. 5 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动651一对齿轮的正确啮合条件当前一对齿轮啮合分离后，后续的齿对已接替进入啮合。相邻两齿同侧齿廓沿法线的距离应相等两轮的法向齿轮相等是一对齿轮相啮合的正确条件m1= m2= m 1= 2= i12=Z2/ Z1652一对齿轮的标准中心距标准安装：分度圆与节圆重合，保证无侧隙安装。分度圆和压力角，单个齿轮所具有的参数。节圆与啮合角：对齿轮副而言，安装以后才具有的参数，与安装中心距有关。653一对齿轮的连续传动条件轮1为主动，轮2为从动啮合的始点A：从动轮的齿顶圆和啮合线的交点A；啮合的终点E：主动轮的齿顶圆与啮合线的交点EAE是一对齿廓啮合点的实际轨迹，即实际啮合线段。连续传动的条件：AEpb重合度：实际啮合线与基圆齿距的比值。重合度越大，参与啮合的齿对数就越多，传动就越平稳，每对轮齿承受的载荷就越小。66渐开线齿廓的切齿原理661仿形法仿形法是利用与齿轮齿槽形状相同的铣刀（盘形和指状），通过普通铣床直接在轮坯上加工出渐开线齿形。1、切削运动：铣刀绕自己的轴线oo回转，同时，轮坯沿其轴线方向送进，以便切出整个齿宽；2、分度运动：铣完一个齿槽之后，轮坯退回原处，分度头将它转过360°/Z的角度，再铣第二个齿槽。特点：成本低，加工简便 精度低，生产效率低，适用于单件小批量生产662范成法范成法：利用一对齿轮相啮合时，其共轭齿廓互为包络线的原理来切出渐开线齿形。1、齿轮插刀：1）范成运动：模仿一对齿轮做缓慢的定传动比回转运动2）切削运动：插刀沿齿宽方向所做的往复运动3）进给运动：插刀的径向进给运动2、齿条插刀3、齿轮滚刀67渐开线齿廓的根切现象，最少齿数和变位齿轮671根切现象与最少齿数1、根切现象：用范成法加工齿数较少的标准齿轮时，当刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过啮合极限点N1时，将会切去轮齿根部的一部分渐开线齿廓，这一现象成为轮齿的个别切。问题：抗载能力降低，传动平稳性变差2、最少齿数：加工标准齿轮时不发生根切的齿数极限值条件：Zmin17672变位齿轮简介1、标准齿轮的优缺点优点：设计简便，互换性好缺点：1）被切齿轮的齿数受限，否则出现根切 2）不适合实际中心距标准中心距 3）大小齿轮的承载能力不同2、变位齿轮：通过改变刀具和齿坯相对位置后切制出来的齿轮.xm：变位量。由切削标准齿轮的位置移动的距离x：变位系数变位后的齿轮，在分度圆上齿厚与齿槽宽不等x>0正变位 正变位齿轮 x<0负变位 负变位齿轮变位齿轮的特点：1） 变位齿轮的模数和压力角不变，定传动比的性质不变2）齿厚、齿槽宽、齿顶圆、齿根圆、齿根高都发生变位68平行轴斜齿圆柱齿轮机构端面：垂直于其轴线的平面直齿轮渐开面的形成：发生平面S在基圆柱上作纯滚动，平面S上与母线平行的直线KK在空间形成的渐开面。直齿轮传动的缺点：平稳性较差，易产生振动和冲击681斜齿圆柱齿轮齿面的形成及特点斜齿轮渐开面的形成：发生平面S在基圆柱上作纯滚动，平面S上与母线不平行的斜直线KK在空间的轨迹形成的渐开面。基圆柱螺旋角：KK与其圆柱母线所夹的锐角特点：传动平稳，振动噪声小，适合高速承载传动682斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸1、基本参数：1）螺旋角：分度圆柱面上的螺旋角 斜齿轮按轮齿倾斜方向：分为左旋、右旋2）齿距与模数3）压力角：4）齿顶高系数和顶隙系数国标规定：法面参数为标准值2、几何尺寸计算一对斜齿轮的啮合从端面来看，相当于一对直齿轮的啮合；斜齿轮的中心距与螺旋角有关683斜齿圆柱齿轮机构的正确啮合条件与重合度1、正确啮合条件：mn1= mn2= m n1= n2= 1=-22、重合度直齿：斜齿：=t+端面重合度t轴向重合度特点：重合度增大，且随齿宽b和轮齿的倾斜程度的增大而增大。 运转平稳，承载能力高，产生轴向力。684斜齿圆柱齿轮的当量齿轮和当量齿数以为分度圆半径，以斜齿轮的法向模数mn为模数，取压力角为标准压力角作一假想的直齿圆柱齿轮，则其齿形与斜齿轮的法面齿形相近，此直齿轮称斜齿轮的当量齿轮。斜齿轮的最少不根切齿数：17cos369圆锥齿轮机构691概述：圆锥齿轮用于传递两相交轴间的运动和动力。两轴间的交角=90°圆锥齿轮的轮齿均布在一个截锥体上，由大端到小端逐渐变小。单个圆锥齿轮：基圆锥，分度圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥。相互啮合的一对圆锥齿轮机构有节圆锥圆锥齿轮传动，一对锥顶重合的节圆锥在作纯滚动理论齿廓应是球面渐开线。692直齿圆锥齿轮齿面的形成原理一个圆心和基圆锥锥顶O相切的圆平面（发生面）S沿基圆锥作纯滚动时，S上任一条与基圆锥母线OA相切的径向直线OK上的点K 在空间展出一条以锥距R为半径的球面渐开线AK，该曲面能满足定传动比要求。693直齿圆锥齿轮的背锥和当量齿数1、背锥便于研究，取背锥代替圆锥2、当量齿轮与当量齿数将背锥展开成平面，则成为两个扇形齿轮，将它们补足为完整的圆锥齿轮，此圆锥齿轮称为原齿轮的当量齿轮，此齿轮的齿数称为当量定数。（1）正确啮合条件：大端模数和压力角分别相等，且锥距也分别相等。（2）一对直齿圆锥齿轮机构的传动比：（3）直齿圆锥齿轮不根切的最少齿数：694直齿圆锥齿轮的基本参数和几何尺寸计算1、基本参数大端模数，压力角为标准值；大端齿顶高系数和顶隙系数分别为1和0.22、几何尺寸计算=90°且节圆锥与分度圆锥重合。不等顶隙收缩齿圆锥齿轮，齿顶圆锥、齿根圆锥、分度圆锥锥顶等顶隙收缩齿圆锥齿轮，齿根圆锥和分度圆锥共锥顶，但齿顶圆锥并不与分度圆锥共锥顶。610蜗杆机构6101蜗杆蜗轮的形成蜗杆机构用于实现两交错轴间的传动，通常两轴交错角=90°。蜗杆与蜗轮的形成：在蜗杆传动中，常以蜗杆为原动件作减速运动。蜗杆轮齿的旋向有左旋和右旋之分，常用的是右旋蜗杆。6102蜗杆机构的类型1、根据蜗杆的外形圆柱蜗杆机构：制造简单，应用广泛；环面蜗杆机构：润滑状态好，效率较高；锥蜗杆机构：啮合性能好，承载能力大，效率高。2、圆柱蜗杆机构的分类普通圆柱蜗杆 圆弧圆柱蜗杆3、普通圆柱蜗杆阿基米德蜗杆 渐开线蜗杆 延伸渐开线蜗杆和锥面包络蜗杆。6103圆柱蜗杆机构的主要参数中间平面：垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面在中间平面，蜗杆与蜗轮的啮合等同于渐开线齿轮与齿条的啮合在蜗杆传动中，以中间平面上的基本参数和尺寸计算为基准1、模数和压力角正确啮合条件 2、 蜗杆分度圆直径和蜗杆直径系数3、传动比i，蜗杆头数z，蜗轮齿数4、蜗杆分度圆柱上螺旋线的导程角入5、中心距6104圆柱蜗杆机构的几何尺寸计算6105蜗杆机构的特点1、传动比大，零件数目少，结构紧凑；2、传动平稳，啮合的齿对数多，噪声低；3、具有自锁性，蜗杆为原动件，机构自锁；4、传动效率低，摩擦大；5、制造成本高；第三篇 联接与螺旋传动第8章 联接【本章提示】1.详细介绍螺纹联接的类型、结构、性能、使用场合和设计计算。2.概述键、花键、销联接的结构、特点、选择，及其强度计算。联接：动联接：铰链 静联接：焊接静联接 可拆联接：不需损坏联接中的任一零件；如螺纹联接、键联接、销联接等。 不可拆联接：不损坏联接中的谋一部分就不能拆开的联接；如焊接、铆接、胶接等。81 螺纹811螺纹的类型和应用将一倾斜角为的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。使一平面图形（如三角形、矩形）沿着螺旋线运动，运动过程中此图形始终通过圆柱体的轴线，于是便形成螺纹。按照平面图形的形状：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹按照螺旋线的旋向：左旋螺纹、右旋螺纹按照螺旋线的数目：单线螺纹、等距排列的多线螺纹按照螺纹加工的位置外螺纹、内螺纹按照螺纹的作用：联接螺纹、传力螺纹按照螺纹的母体形状圆柱螺纹、管螺纹812螺纹的主要参数1、大径d：与外螺纹牙顶（内螺纹牙底）相重合的假想圆柱面的直径，即公称直径2、小径d1：与外螺纹牙底（内螺纹牙顶）相重合的假想圆柱面的直径，强度计算中用作危险截面直径的计算直径。3、中径d2：外、内螺纹的牙厚与牙间相等的圆柱直径4、螺距P：螺纹相邻两牙对应点间的轴向距离5、导程S：同一螺旋线上相邻两牙对应点间的轴向距离 S= nP n：螺纹线数6、螺纹升角：在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。7、牙型角：螺纹轴向截面中，螺纹牙型两侧边间的夹角；牙侧角：螺纹牙型的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角82 螺旋副的受力分析、自锁和效率821矩形螺纹受力：滑块沿斜面运动上升轴向力Q外力 水平力F驱动力 滑块沿斜面等速上升 F=Qtan（+）下降 F=Qtan（）表明：当，在力Q的作用下，滑块有加速下滑的趋势，为使滑块等速下滑，必须施加一个向右（反方向）的水平力F。当时，F为负，为使滑块匀速下滑，必须在滑块上施加一个向左的水平力F，此时F是驱动力说明：Q无论多大，如不施加驱动力F，滑块不会下滑自锁822非矩形螺纹自锁条件：螺旋副的效率：当不变，越大，效率越低。矩形螺纹效率最高，其次锯齿形螺纹、梯形螺纹，三角形螺纹效率最低。83机械制造常用螺纹机械制造常用的三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹在我国均已标准化。831三角形螺纹用于联接1三角形螺纹 1）普通螺纹紧固 粗牙螺纹：螺距最大 细牙螺纹：其余螺距， 2）管螺纹有密封要求 非螺纹密封的管螺纹 螺纹密封的管螺纹 米制锥管纹832梯形螺纹和锯齿形螺纹摩擦小、效率高用于传动梯形螺纹对称牙型锥面贴紧不易松动工艺性好牙根强度高对中性好锯齿形螺纹外对称便于对中只能用于单向受力84 螺纹联接的基本类型和标准联接件841螺纹联接的基本类型1、螺栓联接2、双头螺柱联接3、螺钉联接4、紧钉螺钉联接842标准螺纹联接件1、螺栓2、双头螺柱3、螺钉4、紧钉螺钉5、螺母6、垫圈85螺纹联接的预紧和防松851螺纹联接的预紧预紧力：联接在承受工作载荷之前，预先受到一个轴向力的作用。目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或相对滑动，同时可提高联接强度预紧应力的大小：80%s方法：测力距扳手，定力矩扳手852螺纹联接的防松一般情况下，可满足自锁、防松的目的是在冲击、振动、交变载荷、高温等情况下出现松动。防松的根本目的在于防止螺旋副相对运动86螺纹联接的强度计算螺栓的主要失效形式：a) 螺栓杆被拉断b) 螺栓杆被剪断或螺栓杆和被联接件外壁被压溃c) 经常拆卸时，因磨损而发生滑扣现象螺纹牙的计算是根据等强度原则；螺纹联接的计算主要是根据螺栓的强度确定螺栓危险截面的尺寸，即螺纹小径d1，然后从标准中确定d及螺距P。861松螺栓联接装配时，螺母不需要拧紧，在承受工作载荷前，螺栓不受力862紧螺栓联接1、仅承受预紧力的紧螺栓联接装配时，螺母需要拧紧，螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态。根据第四强度理论：2、承受横向载荷的紧螺栓联接用普通螺栓联接承受横向载荷时，由于预紧力的作用，将在接合面间产生摩擦力以抵抗工作载荷。即：摩擦力>工作载荷可用各种剪载零件来承受横向工作载荷，包括销、剪载套、键等。用铰制孔螺栓承受横向载荷；3、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接情况1：螺母与被联接件接触，但螺栓和被联接件均未受力，二者都没有发生变形情况2：螺母拧紧，受预紧力作用；螺栓受预紧力Q0产生伸长量b0被联接件受Q0产生压缩量c0情况3：承受工作载荷后螺栓受力由Q0 增加到Q，螺栓进一步拉伸，则总拉伸量为b0被联接件由Q0减小到Qr ，压缩量减少为c0螺栓和被联接件这种变形可用线图表示：对Qr 的要求：87 螺栓联接件的下料和许用应力材料：Q215、Q235、10、35、45钢等；许用应力：表8688提高螺纹联接强度的措施螺栓的破坏螺栓杆部分疲劳断裂截面小，应力集中处881降低螺栓总拉力的变化范围总拉力在Q0（Q0Q）之间变化则减小螺栓的刚度kb或增大被联接件的刚度kc ，可降低总拉力的变化范围。采取：腰状杆螺栓、空心螺栓 金属垫片、O型密封元件882改善螺纹牙上的载荷分布螺栓受拉而螺距增大，螺母受压而螺距变小，轴向载荷在旋合螺纹各圈间的分布不均匀。大部分载荷集中在前几圈，八圈以后几乎不承受载荷加厚螺母不能提高螺纹联接强度采用悬置螺母883减小应力集中的影响884避免或减小附加弯曲应力89键联接和花键联接891键连接的分类、结构和应用键是一种标准件，用于实现轴和轴上零件的周向固定以传递转矩，有些键还能实现轴向固定或轴向滑动的导向。键联接：平键联接、半圆键联接、锲轴联接，切向键联接1、平键联接键的两侧面为工作面，工作时靠键与键槽侧面的相互挤压来传递转矩。特点：结构简单、拆装方便、定心性好。平键分为：普通平键、导向平键普通平键：静联接 A型（两圆头） B型（平头） C型（单圆头）A：键在键槽中固定良好，应力集中大B：应力集中小，键的尺寸较大C：用于轴端导向平键：动联接，需固定，并没有起键螺孔。2、半圆键以两侧面为工作面具有良好的定心性，绕其几何中心摆动，装配方便键槽较深，对轴的强度削弱大3、锲键联接工作面：上下表面键的上表面和轮毂键槽的底部有1：100的斜度工作时主要靠键的上表面与轮毂间的摩擦力来传递，能承受单向的轴向力。轴和轮毂轴线间会产生偏心和偏移使用于定心要求不高，传递和载荷平稳的场合。4、切向键联接切向键由一对斜度为1：100的锲键组成键的窄面为工作面工作时，靠工作上的挤压力和键与轮毂间的摩擦力来传递转矩一个切向键：单向传递转矩两个切向键：双向传递转矩892平键联接的选择计算1、平键尺寸的计算键的截面尺寸：按轴的直径d从有关标准中选取键的长度：普通平键：键的长度等于或略小于轮毂的长度 导向平键：按轮毂长度及滑动距离而定注：键长应符合标准规定的长度系列2、平键联接的强度校核主要失效形式：工作面得压溃，过载剪断设计标准：工作面上的挤压应力导向平键：失效形式：工作平面的过度磨损设计标准：工作面上的压力893花键联接：轴和轮毂孔向均布的多个键齿构成的联接。工作面：齿的侧面特点：承载能力高，受力均匀，对轴和轮毂的强度削弱小，对中性和导向性好。适用：定心精度高，载荷大，经常滑移的联接类型：矩形