机械设计动画汇总（PPT80页).ppt

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1、两构件相成转动副（滚动摩擦）两构件相成转动副（滚动摩擦）如果在构件1、2中间引入中间元件，如滚动轴承，如果再采用半径小于钢球的半径的一组钢球代替滚动轴承的保持架，则构件1、2以及所有钢球之间都是滚动摩擦，磨损将会进一步减小.2021/9/231带传动带传动1带传动一般是靠带轮与带接触面间的摩擦力所产生的转矩来传递运动和动力的，要使带传动能够正常工作，带必须受有足够大的张紧力，以使带与带轮之间有足够大的摩擦力。2021/9/232螺旋机构螺旋机构最简单的螺旋机构是由螺母、螺杆和机架组成的。螺旋机构可以将转动转变成移动，或将移动转变成转动，具有结构简单、工作平稳、可产生较大的轴向力等优点。图示为在

2、机电一体化产品中经常应用的螺旋机构，在螺杆和螺母中间加入滚珠，可以减少螺杆与螺母之间的磨损，提高机构的传动效率2021/9/233两构件形成转动副（滚动轴承）两构件形成转动副（滚动轴承）如果在构件1、2中间引入中间元件-钢球3，使构件1、2和钢球3形成滚动，则将滑动摩擦转变为滚动摩擦，可以大大减小构件的磨损，其中保持架4的作用是将钢球3均匀隔开，它与钢球3之间仍然是滑动摩擦。2021/9/234差动轮系差动轮系自由度F=2的周转轮系为差动轮系，差动轮系通常用于运动的合成、分解。最典型的应用是汽车的差速器2021/9/2352021/9/236行星轮系（多行星轮）行星轮系（多行星轮）多个行星轮实

3、际上是利用虚约束来减小每个行星轮的受力。一般行星轮应均匀布置，以满足机构的平衡条件。同时，设计时应满足传动比条件、同心条件、装配条件和邻接条件。2021/9/237槽轮机构槽轮机构当拨盘匀速连续转动时，通过圆销与槽轮上的槽接触使槽轮转动；圆销脱离槽以后，槽轮便停止运动，此时圆盘上的锁止弧阻止槽轮因惯性而运动。2021/9/238棘轮机构棘轮机构摇杆往复摆动，使棘爪推动棘轮逆时针方向间歇运动，并靠止动爪防止棘轮反转，弹簧用来保证止动爪能够正常工作。2021/9/239不完全齿轮机构不完全齿轮机构当主动轮的齿与从动轮的齿啮合时将推动从动轮转动，而当主动轮齿与从动轮齿脱离啮合时，从动轮将停止转动。两

4、轮轮缘备有锁止弧，可以防止从动轮的游动，起到定位作用。2021/9/2310范成（有根切）在齿轮的范成法加工中将可能会出现根切现象-刀具的顶部切入被加工齿轮的根部，从而将齿根部已加工好的渐开线切掉了一部分。根切现象的出现会产生降低齿轮的齿根强度等一系列对齿轮传动十分不利的影响。，2021/9/2311连杆机构（急回作用）当曲柄作单向匀速转动时，摇杆往、复摆动的平均速度不同。机构的这个特性称为机构的急回运动特性。在工程中，将机构的工作行程安排在摇杆平均速度较低的行程，而将机构的空回行程安排在摇杆平均速度较高的行程，可以达到提高生产率的目的。极位夹角越大，机构的急回运动特性越明显。极位夹角为零，机

5、构无急回特性。2021/9/2312凸轮机构（圆柱）凸轮机构（圆柱）圆柱凸轮机构属于空间凸轮机构，可以看成为将盘形凸轮的转动中心移到无穷远，使凸轮变为移动凸轮，再将移动凸轮的轮廓曲线缠绕在一个圆柱面上而得到的。2021/9/2313连杆机构应用（缝纫机）连杆机构应用（缝纫机）为曲柄摇杆机构，脚踏板是摇杆，为主动件。在机构的运动过程中存在死点位置，是利用带轮的惯性冲过死点位置的。2021/9/2314连杆机构应用（冲床）连杆机构应用（冲床）该机构为一个六杆机构，为转动导杆机构（属于四杆机构）和一个二级基本杆组串联而成。2021/9/2315连杆机构的应用（插床）该机构实际上是由一个双曲柄机构和一

6、个二级基本杆组串联而成的机构。2021/9/2316连杆机构设计（三个位置）连杆机构设计（三个位置）设计的基本原理是：在铰链四杆机构中，动铰链点B、C既是连杆上的点，同时，又是连架杆上的点，其轨迹为分别以固定铰点A和D为圆心，相应连架杆杆长为半径的圆弧，故称点B和C为圆点，而点A和D为圆心点。由此得到作图方法是：作B1B2连线的中垂线b12，再作B2B3连线的中垂b23，则b12和b13的交点即为圆心点A的位置。同样，作C1C2连线的中垂线c12和C2C3连线的中垂线c23，c12和c23的交点即为圆心点D的位置。2021/9/2317连杆机构设计（急回）连杆机构设计（急回）设计的目的是确定机

7、构中各个构件的杆长。画出摇杆两个极限位置的机构图，可以发现在铰链点C的极限位置C1和C2已知的情况下，问题的关键在于确定固定铰链点A的位置。进一步分析可知，点A,、C1和C2确定了一个圆，对应弧C1C2的圆周角是极位夹角。利用点C1和C2、极位夹角就可以画出这个圆。铰链点A应当在此圆上。2021/9/2318连杆机构设（函数发生）参照实现连杆精确位置问题的求解方法，可以将连架杆CD作为参考系-“机架”，此时，连架杆AB转化为“连杆”，连杆BC和机架AD转化为“连架杆”。此方法的主要原理是机械运动相对不变原理。2021/9/2319连杆机构的应用（搅拌机）机构属于铰链曲柄摇杆机构，设计时需要连杆

8、曲线的形状与器皿的形状一致或相近。2021/9/2320连杆机构（连杆曲线）一般连杆机构连杆上的点的轨迹（简称连杆曲线）是比较复杂的，有的连杆曲线像逗号，有的像“”字，有的像香蕉。图示机构利用连杆曲线实现了机构输出运动的间歇运动。2021/9/2321连杆机构的应用（炉门）机构为铰链四杆机构。用连杆作为炉门，设计时，要求炉门实现平面一般运动。2021/9/2322连杆机构（机架取不同构件）根据机械运动相对运动不变原理，即：取不同的构件为机架构件之间的相对运动保持不变，在机构运动分析和设计中，可以通过改变机构的机架得到新的机构或简化分析、设计问题。2021/9/2323连杆机构（传动角）连杆机构

9、的传动角为连杆与机构运动输出构件之间所夹的锐角，在机构的运动过程中一般是会发生变化的。注意最小传动角发生时机构的位置。2021/9/2324连杆机构（摆动导杆）摆动导杆中注意导杆为往复摆动2021/9/2325运动简图（鄂式破碎机）鄂式破碎机中包括了许多零部件，其中有许多与机构的运动无关，并且各个构件的结构形状也与机构的运动无关。这些与运动无关的部分在机构的运动简图中都可以不反映出来。2021/9/2326运动副（移动、转动）图示为移动副和转动副，均属于平面运动副，每一个运动副都提供了两个运动约束，它们也因所允许的运动而得名。移动副和转动副是工程中最常见的运动副。2021/9/2327运动副（

10、螺旋）螺旋副属于空间运动副，允许一个独立运动，为V级副。螺旋副在工程中有很多应用，可以实现转动和移动之间的运动变换。两个螺旋副可以组成差动螺旋机构或复式螺旋机构。2021/9/2328运动副（高副）高副通常是有点、线接触所形成的运动副。凸轮机构、齿轮机构中都有高副。平面高副可以提供一个运动约束（即：两构件沿接触点的法线方向不能运动）。2021/9/2329连杆机构（曲柄存在）在连杆机构中，与机架相连接的构件为连架杆，如果两者之间的运动副为转动副，而且相对机架可以转整周（360），则称该连架杆为曲柄，否则，称为摇杆。对于一个闭链机构，机构中是否存在曲柄与机构中各个构件的运动几何尺寸有关。图示为曲

11、柄摇杆机构，其中转动副A、B为周转副，转动副C、D为摆转副。2021/9/2330连杆机构的应用（油泵）机构是由四个相同的双曲柄机构组成的。利用翼板与泵体内壁之间容积的变化实现泵的功能。2021/9/2331凸轮机构（主回）主回凸轮机构中，主凸轮推动从动件完成正行程的运动，而回凸轮推动从动件完成反行程的运动。尽管克服的等径和等宽凸轮机构的缺点，但是使得凸轮机构的结构变得复杂、制造精度要求较高。2021/9/2332凸轮机构（平底直动）平底从动件凸轮机构中，通常从动件的平底与其运动的导路方向成直角，凸轮机构的压力角为90，所以，机构的受力状况比较好。在凸轮机构的基本尺寸设计中，凸轮的基圆半径的选

12、择只要保证不会出现失真现象就可以了。2021/9/2333凸轮机构（等宽）图示凸轮机构利用凸轮廓线任意两条平行切线的距离保持不变来实现凸轮与从动件高副之间的闭合。缺点是凸轮廓线的设计必须满足廓线任意两条平行切线距离不变的条件。2021/9/2334凸轮机构（等径）图示凸轮机构利用两个滚子中心的距离保持不变来实现凸轮与从动件高副之间的闭合。缺点是凸轮廓线的设计必须满足两个滚子中心的距离不变的条件。2021/9/2335凸轮机构（摆动滚子）图示凸轮机构从动件与凸轮之间加入滚子（有一个局部自由度），可以减小磨损，机构的全称为摆动滚子从动件盘形凸轮机构。2021/9/2336凸轮机构（凹槽）图示凸轮机

13、构利用凹槽实现凸轮与从动件高副之间的闭合。2021/9/2337凸轮齿轮组合此为凸轮齿轮组合组合机构，凸轮为圆柱凸轮，凸轮机构为空间凸轮机构，凸轮转动轴线在齿条的移动平面之中。2021/9/2338连杆机构应用（唧筒）机构是属于带有一个移动副的四杆机构，由于滑块为机架，所以，又称为定块机构。2021/9/2339连杆机构应用（正弦）机构属于带有两个移动副的四杆机构，曲柄的转角和往复上下移动的滑块位移之间可以实现严格的正弦函数关系。2021/9/2340凸轮轮廓线变尖滚子从动件凸轮廓线出现变尖将使凸轮迅速磨损，而不能准确实现预期的从动件运动规律，这种情况的发生主要是由于凸轮的基圆半径和滚子半径的

14、选择不当而造成的。可以通过增大凸轮的基圆半径和减小滚子半径等措施解决凸轮廓线变尖的问题。2021/9/2341连杆机构的应用（洗衣机）机构是一个六杆机构。由一个曲柄摇杆机构和一个级杆组组成。输出洗衣机缸体的往复摆动。2021/9/2342连杆机构应用（椭圆仪）属于带有两个移动副的四杆机构，两个连架杆均为滑块。可以证明连杆中点的轨迹为圆，而其他点的轨迹均为椭圆。2021/9/2343连杆机构（曲柄摇杆）机构属于铰链四杆机构，两个连架杆一个为曲柄，一个为摇杆，称为曲柄摇杆机构。2021/9/2344连杆机构（曲柄滑块）机构属于带有一个移动副的四杆机构，两个连架杆一个为曲柄，一个为滑块，称为曲柄滑块

15、机构。2021/9/2345连杆机构应用（起落架）机构为铰链四杆机构，当飞机要在跑道上滑行时，放下起落架，并使机构处于死点位置。2021/9/2346连杆机构应用（破碎机）机构为曲柄摇杆机构，摇杆作为压碎石块的颚板。2021/9/2347连杆机构应用（牛头刨）机构为六杆机构，由摆动导杆机构和级杆组组成，由于摆动导杆机构的极位夹角不为零，所以，机构具有急回作用，可以提高时间利用率和生产效率。2021/9/2348连杆机构应用（转向架）在一般的汽车中，两个前轮为转向轮。转向轮的控制由方向盘带动一个双摇杆机构来完成。2021/9/2349电动机的工作原理在电动机中，由于转子与电机的固定部分（定子）之

16、间形成了转动副，则缠绕在转子上的导线受到的电磁力对于转动副的转动中心线形成电磁转矩，使得转子转动，电动机的输出运动为转动，这类电动机称为旋转电动机，简称旋转电机。2021/9/2350液压驱动装置的工作原理液压传动所用的液体通常称为工作介质，目前常用的工作介质有石油基油液和合成油液。这些油液具有易于流动，而且几乎是不可压缩的。根据物理学中的帕斯卡原理，液体在受到压力之后，其内部的压强可以向各个方向传递。图示的液压千斤顶就是一个最简单的液压传动系统2021/9/2351气动气动是将压缩空气的压力势能转换成机械能的驱动装置。气动与液压传动有不少类似之处，也要有气源设备、执行构件以及控制、辅助元件等

17、。但是，气动的工作介质是空气，而空气是可以压缩的，其密度、压力、温度以及体积是会发生变化的，具有较复杂的热力学性能。图示为叶片式气马达的工作原理图。当压缩空气由A孔输入时，压缩空气在转子上形成对转子转动中心的转动力矩，使转子转动，输出机械能；然后，气体经定子上的孔C排出，剩余残气由孔B排出，若要改变转向，只需使压缩空气由孔B进入即可。2021/9/2352压电驱动器压电材料是一种受力便产生应变，同时在材料的表面出现与外力成比例的电荷的材料。常用的压电材料有压电晶体（如石英，铌酸锂）、压电陶瓷（如钛酸钡，锆钛酸铅）和压电半导体（如硫化锌，氧化锌）。图示为并联型双压电型驱动器基本结构，两压电材料之

18、间夹着的金属弹性板作为中心电极。当驱动元件被加上电源时，一层压电材料伸长，另一层收缩，发生与施加电源相应的弯曲变形。2021/9/2353压电驱动器（串联）压电材料是一种受力便产生应变，同时在材料的表面出现与外力成比例的电荷的材料。常用的压电材料有压电晶体（如石英，铌酸锂）、压电陶瓷（如钛酸钡，锆钛酸铅）和压电半导体（如硫化锌，氧化锌）。图示为串联型压电驱动器基本结构，两压电材料之间夹着的金属弹性板作为中心电极。当驱动元件被加上电源时，一层压电材料伸长，另一层收缩，发生与施加电源相应的弯曲变形。2021/9/2354靠模控制此为典型的机械控制方式。要用刀具4在工件上加工出某种曲线形状，首先，制

19、作一个模子3，模子具有与所要加工的曲线相同的形状。刀具的控制机构由滑块1、探头2组成。探头2在弹簧的闭合作用下始终压在模子3上，探头2与刀具4固接在一起。当滑块1沿水平方向的移动时，便可以使刀具不仅随之水平运动，而且还有在探头2作用下沿垂直方向的移动。当需要加工另外一种曲线时，需要更换上相应的模子。2021/9/2355挖掘机在机构的工作过程中，要求铲斗在其工作空间内实现挖掘、抬起、倾倒等各种各样的位置。铲斗作平面一般运动，有三个自由度。图中机构采用的机构恰好是一个三个自由度的机构（不包括转盘转动的自由度）。2021/9/2356动瞬心线和定瞬心线连杆2与机架4的速度瞬心为点P。速度瞬心点P在

20、机架4的轨迹是一个以点O为圆心、AB为半径的圆S4，这是因为根据机构的几何尺寸和速度瞬心点P的位置可知：无论连杆2运动到什么位置，速度瞬心点P到点O的距离都是AB。而速度瞬心点P在连杆2上的轨迹为以AB为直径，并通过点O的圆S2，因为点A、B、P始终为直角三角形，其斜边为AB。我们把速度瞬心点在机架上的轨迹称为定瞬心线，速度瞬心点在活动构件上的轨迹称为动瞬心线。2021/9/2357链传动链传动是靠链条与链轮上的齿相啮合来传递运动和动力的，链条的功能和结构组成是非常有意思的。2021/9/2358形状记忆合金驱动器形状记忆合金制成的零件一旦记忆了某种形状，即使是使它发生了变形，但当被加热到适当

21、的温度时，它又可以恢复到原来所记忆的形状。常用的形状记忆合金有Ni-Ti合金和Cu-Zn-Al合金。图中，将形状记忆合金线圈1与一般的压缩弹簧2对置，加热左侧形状记忆合金线圈1，使其恢复记忆的形状而压迫弹簧2，导杆向右移动；反之，降低左侧温度，形状记忆合金线圈1变软，并受到弹簧的压缩，导杆向左移动。加热的方式有直接通电加热、热流体加热以及激光加热等。2021/9/2359圆锥齿轮传动圆锥齿轮的轮齿是分布在一个截锥体上的，主要用于传递两相交轴之间的运动。2021/9/2360斜齿圆柱齿轮传动斜齿轮传动可以通过改变分度圆螺旋角来满足中心距的要求，这一点比直齿轮通过齿轮的变位来满足中心距的要求具有一

22、定的优越性。斜齿轮传动的重合度比直齿轮传动的重合度大，所以，它传动更平稳，承载能力更高，适合于高速重载场合。但与此同时，也会使斜齿轮传动时轮齿受到的轴向力的增大，给轴承等零部件的设计带来一些麻烦。2021/9/2361斜齿轮法向斜齿轮的法面n-n是指过分度圆上点C垂直于斜齿轮分度圆螺旋线的平面。轮齿在法面上的齿形与刀具是一致的。由于刀具的参数为标准值，所以，斜齿轮法面上的基本参数为标准值。齿形与斜齿轮法面齿形相近的直齿圆柱齿轮称为斜齿轮的当量齿轮。2021/9/2362蜗杆蜗轮传动蜗杆蜗轮机构用于传递交错角为90的两交错轴之间的运动。蜗杆的螺旋角比较大，升角比较小，并且其分度圆的直径也比较小，

23、以致于螺旋线在分度圆柱面上可以缠绕一周以上；而蜗轮可以看作一个斜齿轮。设计时，如果蜗杆的升角小于当量摩擦角，则可以发生反行程自锁现象，即蜗轮不能带动蜗杆运动。这是蜗杆蜗轮传动通常应用于起重装置中的原因之一。2021/9/2363齿轮齿条传动齿条的齿廓是直线。直线也是一种特殊的渐开线。齿轮齿条传动可以实现转动与直动之间的相互转换。2021/9/2364渐开线的形成齿轮渐开线的形成方法是：当发生直线KB在基圆上作纯滚动时，其上任一点K所走过的轨迹AK便是该圆的一条渐开线。渐开线的所有性质来自于它的形成方法。2021/9/2365斜面机构斜面机构是最简单的低副机构，可以用作压榨机等。在设计时通常要求

24、反行程自锁。2021/9/2366螺纹三角形螺纹由其牙形为三角形而得名。在相同得材料和受力得情况下，三角形螺纹的当量摩擦角比矩形螺纹大，传动效率低，而且更容易发生自锁现象，所以，三角形螺纹通常用于联结。2021/9/2367凸轮失真滚子从动件凸轮廓线出现失真将不能准确实现预期的从动件运动规律，这种情况的发生主要是由于凸轮的基圆半径和滚子半径的选择不当而造成的。可以通过增大凸轮的基圆半径和减小滚子半径等措施解决失真问题。2021/9/2368凸轮轮廓曲线作图凸轮廓线的设计方法有图解法和解析法之分，但是，两种方法的基本原理大致是相同的，都是利用“反转”，即：给整个机构加一个与凸轮转向相反的运动，使

25、凸轮固定，机架以-转动，从动件随机架一起转动，同时相对机架按照设计的运动规律运动。在此过程中，从动件尖底的轨迹就是凸轮的轮廓曲线。2021/9/2369圆锥齿轮背锥理论上，直齿圆锥齿轮的齿廓曲线应当是球面渐开线。但是，球面曲线无法在平面上展开，这给圆锥齿轮的制造和测量带来了许多不便。通常用球面渐开线在背锥上投影得到的齿形作为圆锥齿轮的实际齿廓。所谓圆锥齿轮的背锥就是在齿轮的分度圆处与球面渐开线所在的球面相切的圆锥。2021/9/2370行星轮系自由度F=1的周转轮系为行星轮系。在周转轮系中，有一个太阳轮固定不动，则轮系为行星轮系。行星轮系通常直接用作变速器。有许多新型传动装置是由行星轮系演化而

26、来得。2021/9/2371螺纹（矩形）矩形螺纹由其牙形为矩形而得名。在相同得材料和受力得情况下，矩形螺纹的摩擦角比三角形螺纹小，传动效率高，所以，矩形螺纹通常用于传动。2021/9/2372直齿圆柱齿轮传动外啮合齿轮传动由两个外齿轮组成。外齿轮传动中两个齿轮的转向相反。2021/9/2373直齿圆柱齿轮传动（内）内啮合齿轮传动由一个外齿轮和一个内齿轮组成。内齿轮的主要特点是齿顶圆最小，齿廓内凹。内齿轮传动两个齿轮的转向相同。2021/9/2374直齿轮啮合1在齿轮啮合过程中，啮合点的轨迹被称为啮合线。由渐开线的性质可知：渐开线外啮合圆柱齿轮传动的啮合线为两基圆的内公切线。至于是哪一条内公切线

27、，则取决于哪个齿轮为主动轮和主动轮的转向。齿轮1为主动轮，且为顺时针方向转动，则啮合线为图中的N1N2，点N1、N2为啮合的极限点，线段N1N2为理论啮合线。在主动轮的齿根部与从动轮的齿顶在点B2啮合时，这对轮齿进入啮合；而在点B1主动轮的齿顶与从动轮的齿根部啮合时，这对轮齿就脱离啮合。线段B1B2称为实际啮合线。2021/9/2375直齿轮啮合在齿轮啮合过程中，啮合点的轨迹被称为啮合线。由渐开线的性质可知：渐开线外啮合圆柱齿轮传动的啮合线为两基圆的内公切线。至于是哪一条内公切线，则取决于哪个齿轮为主动轮和主动轮的转向。齿轮1为主动轮，且为顺时针方向转动，则啮合线为图中的N1N2，点N1、N2

28、为啮合的极限点，线段N1N2为理论啮合线。线段B1B2称为实际啮合线。2021/9/2376范成范成法加工齿轮是齿轮加工方法之一。其基本原理是：在已知节线（瞬心线）和一条共轭曲线的情况下，可以用包络的方法求出另一条共轭曲线。加工刀具作成已知的齿廓曲线C1,强迫刀具和齿坯的之间按照设计的节线之间的纯滚关系而进行运动，就像一对齿轮啮合传动一样运动。在运动过程中，刀具C1切制（包络）出被加工齿轮的齿廓。2021/9/2377范成（变位不根切）范成加工不发生根切的条件是：刀具的顶线不超过极限点N1。标准齿轮的齿数必须大于不根切标准齿轮的最小齿数，才能不发生根切。也可以通过变位的方法避免根切，但是，变位系数必须大于最小变位系数。2021/9/2378行星轮系2自由度F=1的周转轮系为行星轮系。在周转轮系中，有一个太阳轮固定不动，则轮系为行星轮系。行星轮系通常直接用作变速器。有许多新型传动装置是由行星轮系演化而来得。2021/9/2379凸轮机构（滚子直动）在凸轮和从动件之间加入滚子，滚子为局部自由度，其主要作用是减小凸轮和从动件之间的磨损。滚子半径选择得过大，则凸轮很可能会出现失真、变尖；滚子半径选择得过小，则与凸轮之间的接触应力将会很大。2021/9/2380