《Removed_徐秀玲机械设计基础教案热动本11级52﹎.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Removed_徐秀玲机械设计基础教案热动本11级52﹎.pdf（117页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1 第 1 次课授课计划 机械设计基础课程热动本 111-3班级2013 年 9 月 6 日 章节名称 绪论 第一章平面机构的自由度 1.1 运动副及其分类 1.2 平面机构运动简图 教学内容 1、机器、机构、构件、零件的概念； 2、机械设计基础的研究对象； 3、运动副的概念及分类； 4、运动简图画法； 教学目的 与 要 求 了解本课程的研究对象和研究内容，学习的主要任务。理解运动副 的相关知识，掌握机构运动简图的表达方法。 重点 机器、机构、构件、零件的概念； 运动副的概念及分类 难点 运动简图画法 作业 无 教学手段 多媒体教学； 机构动画演示； 参考资料 1、 机械原理与机械设计（第一版
2、）张策主编机械工业出版社 2、 机械设计课程设计 （第二版）王大康主编背景工业大学出版 社 2 1 2 (c) y x y x 绪论 一、研究对象 1、机械：机器和机构的总称 机器（三个特征）：人为的实物组合（不是天然形成的）；各运动单元具有确定的 相对；必须能作有用功，完成物流、信息的传递及能量的转换。 机器的组成：原动机、工作机、传动部分、自动控制工作机 机构：有两特征。 很显然，机器和机构最明显的区别是：机器能作有用功，而机构不能，机构仅能实现 预期的机械运动。两者之间也有联系，机器是由几个机构组成的系统，最简单的机器只有 一个机构。 2、概念 构件：运动单元体 零件：制造单元体 构件可
3、由一个或几个零件组成。 机架：机构中相对不动的构件 原动件：驱动力（或力矩）所作用的构件。输入构件 从动件：随着原动构件的运动而运动的构件。输出构件 机构：能实现预期的机械运动的各构件（包括机架）的基本组合体称为机构。 二、研究内容： 1、机构的结构和运动学： 机械的组成；机构运动的可能性和确定性；分析运动规律。 2、机构和机器动力学：力 运动的关系 F=ma 功 能 3、要求：解决二类问题： 分析：结构分析，运动分析，动力分析 综合（设计）：运动要求，功能要求。新的机器。 第一章平面机构的自由度和速度分析 1-1 机构结构分析的目的和方法 研究机构的组成原理和机构运动的可能性以及运动确定的条
4、件 1-2 机构的组成 机构是由构件组成的。 一、运动副： 构件间的可动联接。 （既保持直接接触，又能产生一定的相对运动） 高副：点线接触 低副：面接触 运动副元素 自由度：构件含有独立运动的数目 约束：对独立运动的限制 O y A x y A x 3 x y x y y x x x 4 1 z 2 y 3 低副： 2 个约束， 1 个自由度 高副： 1 个约束， 2 个自由度 低副： 转动副：两个构件间不能作旋转运动的运动副； 移动副：两个构件间不能作移动运动的运动副。 高副：齿轮副；凸轮副。 二、运动链、机构 1、运动链：两个以上构件通过运动副联接而成的系统 平面运动链；空间运动链 （根据
5、各构件间的相对运动为平面运动还是空间运动分类） 2、机构（从运动链角度）： 1、对一个运动链 2、选一构件为机架 3、确定原动件（一个或数个） 4、原动件运动时，从动件有确定的运动。 y x 4 第 2 次课授课计划 机械设计基础课程热动本 111-3班级2013 年 9 月 10 日 章节名称 1.3 平面机构的自由度 教学内容 1、平面机构自由度的公式； 2、自由度计算注意事项； 教学目的 与 要 求 掌握机构自由度的计算方法 重点 掌握机构自由度的计算方法 难点 自由度计算注意事项 作业 P17： 1.5； 1.6 ；1.7 ；1.9 ；1.10 教学手段 多媒体教学； 机构动画演示；
6、参考资料 1、 机械原理与机械设计（第一版）张策主编机械工业出版社 2、 机械设计课程设计 （第二版）王大康主编背景工业大学出版 社 5 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1-3 平面机构运动简图 一、用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完 全反映机构特征的简图。 二、绘制： 1、运动副的符号 转动副： 移动副： 齿轮副： 凸轮副： 2、构件（杆）： (b)(a) 1 2 2 1 1 2 2 1 2 1 1 2 2 6 1 4 1 3 2 3 1 2 3、机构运动简图的绘制， （模型，鄂式破碎机） 1）分析机构，观察相对运动； 2）找出所有的构件与运动副
7、； 3）选择合理的位置，即能充分反映机构的特性； 4）确定比例尺， )(mm m l 图上尺寸 实际尺寸 5）用规定的符号和线条绘制成间图。（从原动件开始画） 1-4 平面机构的自由度 机构的自由度：机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。 一、计算机构自由度 （设 n 个活动构件， PL个低副， PH个高副） HL PPnF23 二、机构具有确定运动的条件 （原动件数 F，机构破坏） 104233F 原动件数 =机构自由度 铰链五杆机构： 205243F 原动件数 0, 原动件数 =F，运动确定 原动件数 F，机构破坏 三、计算 F 时注意问题 （1）复合铰链 m-1 例：101027
8、3F （2）局部自由度 （与输出件运动无关的自由度称局部自由度） 2 1 A5 B 1 4 E 4 D C C D 3 3 2 1 2 1 A5 B 1 4 E 4 D C C D 3 7 1 A C B 4 3 2 D ?213233F 112223F （3）虚约束： 在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的 约束称为虚约束。 104233F 006243F 图 1-15 作业： P498，题 1-1，1-2，1-3，1-4。 平面机构的虚约束常出现于下列情况： （1）不同构件上两点间的距离保持恒定 （2）两构件构成各个移动副且导路互相平行 （3）两构件构成
9、各个转动副且轴线互相重合 （4）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链 来传递运动 （见课本P14） 例：计算自由度 （先看有无注意事项，复合铰链 ，再看有几个构件） 219273F 1、107253F 2、，其中 B、C 为复合铰链。126253F 1 A 4 B 2 D 3 D m F E 5 6 C 4 m 7 2 8 1 A E 1 8 第 3 次课授课计划 机械设计基础课程热动本 111-3班级2013 年 9 月 13 日 章节名称 第二章平面连杆机构 2.1 平面四杆机构的基本类型及其应用 教学内容 1、四杆机构的基本类型； 2、机构的演化； 3、四杆机构曲柄存在的条件； 教
10、学目的 与 要 求 了解平面四杆机构的基本型式、基本特性和演化途径；掌握曲柄存 在的条件； 重点 四杆机构曲柄存在的条件 难点 四杆机构曲柄存在的条件 作业 无 教学手段 多媒体教学； 机构动画演示； 参考资料 1、 机械原理与机械设计（第一版）张策主编机械工业出版社 2、 机械设计课程设计 （第二版）王大康主编背景工业大学出版 社 9 第二章平面连杆机构 2.1 平面四杆机构的类型及应用 一、铰链四杆机构基本类型 根据机构中有无曲柄和有几个曲柄，铰链四杆机构又有三种基本形式： 1曲柄摇杆机构：两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的机构。 2双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的四杆机构。 可将原动曲柄
11、的等速转动转换成从动曲柄的等速或变速转动。 注意 ：平行四边形机构在运动过程中，当两曲柄与机架共线时，在原动件转向不变、转 速恒定的条件下，从动曲柄会出现运动不确定现象。可以在机构中添加飞轮或使用两组相 同机构错位排列。 3双摇杆机构：两连架杆都是摇杆的机构。 二、机构的演化 机构的演化方法有三种：1）通过改变构件的形状和相对尺寸进行演化；2）通过改变 运动副尺寸进行演化；3）通过选用不同构件作为机架进行演化。 1滑块机构 当构件 1 能整周回转成为曲柄时，该机构称为曲柄滑块机构；否则该机构称为摆杆滑块 机构。 2导杆机构 在图 a所示的对心曲柄滑块机构中，若改取构件1 为机架，则机构演化为导
12、杆机构。 3曲柄摇块与曲柄转块机构 在图 a中若改取构件2 为机架，当l1 l2时，则滑块3 可作整周转动，我们称为 曲柄转块机构。 4移动导杆机构 在图 a 中，如取滑块3 为机架，则该机构演化成移动导杆机构。 2.2 四杆机构特性 一、四杆机构存在曲柄的条件 10 铰链四杆机构的三种基本型式的区别在于它的连架杆是否为曲柄。而且一般原动件为 曲柄。而在四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件间的相对尺寸关系。 铰链四杆机构曲柄存在条件为： 1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆； 2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（称为杆长条件） 上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲
13、柄。 11 第 4 次课授课计划 机械设计基础课程热动本 111-3班级2013 年 9 月 20 日 章节名称 2.2 平面四杆机构的基本特性 2.3 四杆机构设计 教学内容 1、四杆机构的急回特性； 2、压力角和传动角； 3、死点 4、四杆机构的设计 教学目的 与 要 求 掌握平面四杆机构曲柄存在的条件、行程速比系数、极位夹角、最 大压力角、最小传动角、机构死点位置等概念。 掌握四杆机构的设计方法； 重点 压力角和传动角、死点 四杆机构的设计 难点 压力角和传动角、死点 四杆机构的设计 作业 P37： 2.1； 2.2 教学手段 多媒体教学； 机构动画演示； 参考资料 1、 机械原理与机械
14、设计（第一版）张策主编机械工业出版社 2、 机械设计课程设计 （第二版）王大康主编背景工业大学出版 社 12 二、急回特性和行程速比系数 1） 当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度，摇杆 的这种运动特性称为急回特性。 2）行程速比系数K 当机构存在极位夹角 时，机构便具有急回运动特性。且 角越大， K值越大，机构 的急回性质也越显著。 3、压力角与传动角 连杆 BC与从动件CD之间所夹的锐角 称为四杆机构在此位置的传动角。 显然 越大，有效分力Pt 越大， Pn 越小，对机构的传动就越有利。所以，在连杆机 构中也常用传动角的大小及变化情况来描述机构传动性能的优劣。
15、为了保证机构传力性能 良好，应使min4050。 最小传动角的确定：对于曲柄摇杆机构，min 出现在主动件曲柄与机架共线的两位 置之一。 4、死点 13 当连杆与从动件曲柄共线时，机构的传动角 0，这时主 动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件AB转动的 “顶 死” 现象，机构的这种位置称为“ 死点 ”。 在工程上，为了使机构能够顺利通过死点而正常运转，必须采用适当的措施，如发动 机上安装飞轮加大惯性力，或利用机构的组合错开死点位置。但是，也应注意到，在工程 上也长有利用死点来实现一定工作要求的，例如飞机起落架、各类夹具中。 2.3 四杆机构设计 连杆机构的设计方法
16、有：作图法、实验法及解析法。 1、按连杆预定位置设计四杆机构 2、按给行程速比系数K设计四杆机构 如图所示，已知摇杆CD长度及摆角，行程速比系数K。要求设计曲柄摇杆机构。步骤 如下： 1）由公式，求出极位夹角 。 2）任选固定铰D的位置，并作出摇杆两极限位置C1D和 C2D ，夹角为。 3）连接 C1C2 ，作 C1C2O=C2C1O = 90 ? - ，得交点 O，以 O为圆心， OC1为半径 作圆。 4）在圆上任取一点A为固定铰。 5）连接 AC1 、AC2 ，则 AC1 、AC2分别为曲柄与连杆重迭拉直共线位置，即：AC1=BC-AB AC2=BC+AB 可分别求得AB与 BC 。 14
17、 第 5 次课授课计划 机械设计基础课程热动本 111-3 班级2013 年 9 月 24 日 章节名称 第三章凸轮机构 3.1 凸轮机构的应用和类型 3.2 从动件的常用运动规律 3.3 凸轮机构压力角 教学内容 1、凸轮机构的类型； 2、等速运动、简谐运动、等加速运动从动件的运动规律； 3、压力角的概念； 教学目的 与 要 求 熟悉凸轮机构的类型和应用。了解凸轮机构从动件常用运动规律； 了解其冲击特性和应用场合。理解高副压力角。 重点 等速运动、简谐运动、等加速运动从动件的运动规律 难点 压力角的概念 作业 P52： 3.1 ；3.2 教学手段 多媒体教学； 机构动画演示； 参考资料 1、
18、 机械原理与机械设计（第一版）张策主编机械工业出版社 2、 机械设计课程设计 （第二版）王大康主编背景工业大学出版 社 15 31 凸轮机构的应用和分类 凸轮机构的分类： 按凸轮形状分：1）盘形凸轮 2）移动凸轮 3）圆柱凸轮 按从动件型式分：1）尖底从动件； 2）滚子从动件； 3）平底从动件 按维持高副接触分（锁合）；1）力锁合弹簧力、重力等 2）几何锁合：等径凸轮； 等宽凸轮 凸轮机构的优点： 结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、 轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。 缺点： 1）点、线接触易磨损；2）凸轮轮廓加工困难；3）行程不大 32 从
19、动件的运动规律 凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律 基圆 凸轮理论轮廓曲线最小矢径所作的圆。 0 r 偏距圆 从动件导路与凸轮回转中心O 的偏负距离为e，并以 e为半径 O 为圆心所作的 圆。 行程 从动件由最低点到最高点的位移h（式摆角） 推程运动角 从动件由最低运行到最高位置，凸轮所转过的角。 回程运动角 高 低凸轮转过的转角。 远休止角 从动件到达最高位置停留过程中凸轮所转过的角。 近休止角 从动件在最低位置停留过程中所转过的角。 从动件位移线图 从动件位移S 与凸轮转角（或时间 t）之间的对应关系曲线。 从动件速度线图 加速度线图 统称从动件运动线图。 一、从动件常用运动规律 1）等
20、速运动 h s h v 0a 从动件开始和最大行程加速度有突变则有很大的 冲击。这种冲击称刚性冲击。实质材料有弹性变 形不可能达到，但仍然有强烈的冲击。只适用 - ,t a v 0 ,t v ,t h s 9 A a 0 BC ,t a ,t 2 1 1 O v 4 6543 ,t h 1 s 4 0 16 于低速轻载。 2）等加速度、等减速度 等加速度 2 ks 2 2 2 2 2 4 4 2 h a h v h s 2 0 等减速度 2 2 2 2 2 4 )( 4 )( 2 h a h v h hs 2 加速度有有限突变，柔性冲击，适用于中等速度轻载。 3、 （余弦 PV 速度）规律 c
21、os 2 sin )cos1( 2 2 22 h a h v h s 2 h R 加速度有突变，仍存在柔性冲击。 适用于中速、中载 4、摆线运动规律 （正弦加速度） 9 A a 0 BC ,t a ,t 2 1 1 O v 4 6543 ,t h 1 s 4 0 17 2 sin 2 ) 2 cos1( ) 2 sin 2 1 ( 2 2 h a h v hs ， 2 , 2 2 h rrh 这种规律没有加速度突变，则即不存在刚性冲击，又不存在柔性冲击，适用高速轻载。 18 第 6 次课授课计划 机械设计基础课程热动本 111-3班级2013 年 9 月 27 日 章节名称 3.4 图解法设计
22、凸轮轮廓 教学内容 1、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮； 2、滚子直动从动件盘形凸轮 3、平底直动从动件盘形凸轮 教学目的 与 要 求 掌握直动从动件（偏置尖顶、滚子、平底）盘形凸轮轮廓的绘制方 法 了解摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制； 重点 直动从动件（偏置尖顶、滚子、平底）盘形凸轮轮廓的绘制方法 难点 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制； 作业 无 教学手段 多媒体教学； 机构动画演示； 参考资料 1、 机械原理与机械设计（第一版）张策主编机械工业出版社 2、 机械设计课程设计 （第二版）王大康主编背景工业大学出版 社 19 33 图解法设计凸轮轮廓 一、作图法 1、直动从动件星形凸轮机构 已知：从动
23、件运动规律，等角速度，偏距 e，基园半 径。 0 r 要求：绘出凸轮轮廓曲线 设计步骤： 以为半径作基园，e 为半径作偏距园。 0 r 过 K 点作从动件等路交点。 0 B 作位移线图，分成若干等份。 等分偏距园，过K1，K2， ，K5 作切线，交于基圆，C1，C2， ，C5 应用反转法，量取从动件在各切线对预置上的位移，由图中量取从动件位移，得S B1， B2， ，即 C1B1=11 C2B2=Z2 将 B0，B1 连成光滑曲线，即为凸轮轮廓曲线 对于滚子从动件星形凸轮机构，设计方法与 上相同，只是只要把它乘作滚子中心看作为尖顶 从动件凸轮，则由上方法得出的轮廓曲线称为理 论轮廓曲线，然后以
24、该轮廓曲线为圆心，滚子半 径为半径画一系列圆，再画这些圆所包络的曲 T r 线，即为所设计的轮廓曲线，这称为实际轮廓曲 线。其中指理论轮廓曲线的其圆半径。 0 r 对于平底从动件，则只要做出不同位置平底 的包络线，即为实际轮廓曲线。 2、摆动从动件星形凸轮机构 已知：基圆半径，中心距 a，摆杆长l，从动件运 0 r 动规律 求：凸轮轮廓曲线 设计步骤： 以为半径作基圆，以中心距为a，作摆杆长为l 0 r 与基圆交点于点 0 B 作从动件位移线图，并分成若干等分 60 C B8 1 C 180 180 2 O 12 1 s C 3B 3 C2 B 2 r0 306090 7 43659870 8
25、 h 3 6 45 (b) (a) 6 B B 4B 1 5 4 C C5 30 C6 90 OK e C7 8 7 B (C ) B B1 0 0 C 9 B 9 2 3 180 2A 3 A (a) A A4 5B B6 5A B7 A6 90 3 C B4 6C 7 C 5 4C 0 r 30 8 C 8B C9 9B 7 3D 1A A a B3 C3 60 O C 2B 2 D2 C 2 1 1B C B 0 0 A9 1 1 D 0A 8 O (b) 7 90 3 180 12 30 465980 60 54 3 2 1 6 m a x 8 7 20 以中心矩a 为半径， o 为原
26、心作图 用反转法作位移线图对应等得点A0，A1，A2， 以 l 为半径， A1，A2， ，为原心作一系列圆弧 11D C 交于基圆C1，C2， 点 22D C 以 l 为半径作对应等分角。 以 A1C1，A2C2向外量取对应的 A1B1，A2B2 321 , 将点 B0，B1，B2 连成光滑曲线。 发现从动杆与轮廓干涉，通常作成曲杆，避免干涉，或摆杆与凸轮轮廓不在一个平面内仅 靠头部伸出杆与轮廓接触。 对于滚子和平底同样是画出理论轮廓曲线为参数至运动轨迹，作出一系列位置的包络 线即为实际轮廓曲线。 21 第 7 次课授课计划 机械设计基础课程热动本 111-3 班级2013 年 10 月 8
27、日 章节名称 第四章齿轮机构 4.1 齿轮机构的特点和类型 4.2 齿廓实现定角速比传动的条件 4.3 渐开线齿廓 教学内容 1、齿轮优缺点及类型 2、齿廓实现定角速比传动的条件 3、渐开线的形成和特性。 4、渐开线齿廓满足定角速比要求。 教学目的 与 要 求 了解齿轮机构的类型、应用。齿廓实现定角速比传动的条件。渐开 线齿廓啮合的基本特点。 重点 齿廓实现定角速比传动的条件 渐开线齿廓满足定角速比要求 难点 渐开线齿廓满足定角速比要求 作业 无 教学手段 多媒体教学； 机构动画演示； 参考资料 1、 机械原理与机械设计（第一版）张策主编机械工业出版社 2、 机械设计课程设计 （第二版）王大康
28、主编背景工业大学出版 社 22 41 概述 齿轮机构：非圆齿轮机构；圆形齿轮机构。 圆形齿轮机构 平面齿轮机构（圆柱齿轮）；空间（用来传递两相交轴或交错轴） 平面齿轮机构： 直齿圆柱齿轮机构（直齿轮） 外啮合；内啮合；齿轮齿条 平行轴斜齿齿轮机构（斜一）：外；内；齿轮齿条 空间： 圆锥齿轮机构 直齿；斜一；曲线齿 交错轴斜齿轮机构：（图5-5） 蜗杆机构：两轴垂直交错 42 齿廓啮合基本定律 传动比：常数 圆齿轮； f(t) 非圆齿轮 2 1 12 W W i 一、齿廓啮合基本定律 （P 节点） 21PP VV POWPOW 22111 PO PO W W i 1 2 2 1 12 节曲线：非
29、圆齿轮节曲线是非圆曲 圆齿轮 节圆（轮1 的节圆是以O1为圆心， O，P 为半径的圈， 每一瞬时， P 位 置唯一确定。 ） 齿廓啮合基本定律：在啮合传动的任一瞬时，两轮齿廓曲线在相应接触点的公法线必 须通过按给定传动比确定的该瞬时的节点。 轮齿齿廓正确啮合的条件 定传动比传动，定律描述： 设节圆半径 21,r r 1 2 1 2 2 1 12 r r PO PO W W i （概念：节点，节圆，）POr 11 POr 22 二、共轭齿廓，共轭曲线 （关于共轭齿廓的求法自己看书） （凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓称） 三、齿廓曲线的选择 满足定传动比的要求；考虑设计、制造等方面。 23
30、 （对于定传动比的齿轮机构，通常采用渐开线、摆线、变态摆线） 43 渐开线及渐开线齿廓 一、渐开线的形成及性质 1、形成（当一直线n-n 沿一个圆的圆周作纯滚动时，直线上任一点K 的轨迹） AK 渐开线 基圆， rb n-n：发生线 K：渐开线 AK 段的展角 2、性质 （1）NAKN （2）NK 为渐开线在K 点的法线， NK 为曲半半径，渐开线上任一点的法线与基圆相 切。 （3）渐开线离基圆愈远，曲半半径愈大，渐开线愈平直 （4）渐开线的形状决定于基圆的大小（图5-12） K相同时， rb越大，曲半半径越大 rb，渐开线 N3K 的直线 （5）基圆内无渐开线（因渐开线从基圆开始向外展开）
31、3、渐开线方程 压力角NOK K 中：ONK K b K r r cos KK b KKb bb K K r r r AN r N tg )( 即 KKK tg K称为角K的渐开线函数 invK表示K 即 KKKK tginv 渐开线方程 KKKK K b K tginv r r cos 二、渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律（或者说满足定传动比要求） PNOPNO 2211 和 常数式（ 1） 1 2 1 2 1 2 2 1 12 b b r r r r PO PO W W i 24 三、渐开线齿廓啮合的特点 1、渐开线齿廓啮合的啮合线是直线 N1N2啮合点的轨迹 啮合线、公法线、两基圆的内公切
32、线三线重合。 2、渐开线齿廓啮合的啮合角不变 ： N1N2与节圆公切线之间的夹角 =渐开线在节点处啮合的压力角 3、渐开线齿廓啮合具有可分性。 式（ 1）表明， i12决定于基圆大小 （这一特点对渐开线齿轮的制造、安装都是十分有利的）。 25 第 8 次课授课计划 机械设计基础课程热动本 111-3 班级2013 年 10 月 11 日 章节名称 4.4 齿轮各部分名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸 4.5 渐开线标准齿轮的啮合 教学内容 1、齿轮各总部分名称和基本参数 2、标准齿轮的基本参数 3、标准直齿轮的几何尺寸 4、啮合过程 5、圆柱齿轮的正确啮合条件 教学目的 与 要 求 掌握渐开线标准
33、直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸计算。掌握渐 开线标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件。 重点 标准齿轮的基本参数 标准直齿轮的几何尺寸 圆柱齿轮的正确啮合条件 难点 啮合过程 作业 P71：4.1 ；4.2 ； 4.3；4.6 教学手段 多媒体教学； 机构动画演示； 参考资料 1、 机械原理与机械设计（第一版）张策主编机械工业出版社 2、 机械设计课程设计 （第二版）王大康主编背景工业大学出版 社 26 44 渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸 一、齿轮各总部分名称和基本参数 齿数 Z，齿槽 1、齿顶圆ra 2、齿根圆rf 3、在任意圆上rk 齿槽宽 ek 齿厚 SK 齿距 PK=eK+SK
34、K ZPdk Z P d K K 定义模数 K K P m 4、分度圆， r，d，s，e，p(为确定一个齿轮各部分的几何尺寸，在齿轮上选择一个圆 作为计算的基准) P=s+e d=mz m 为标准植 5、齿顶高ha：d 与 da之间 齿根高 hf：d 与 df之间 齿全高 h：h=ha+hf 6、基节 基节 基圆上的周节（齿距）Pb coscoscoszPddzPd KKbb cosPPb 二、标准齿轮的基本参数 1、模数 m zpd z p d 模数或 p mmp d=mz 单位： mm（m 是决定齿轮尺寸的一个基本参数） m 标准化。 2、分度圆压力角 27 分度圆和节圆有原则性的区别。分
35、度圆是一个齿轮的几何参数，每个齿轮都有一个大 小确定的分度圆，而节圆则是表示一对齿轮啮合特性的圆。对于单个齿轮而言，节圆无意 义；当一对齿轮啮合时，它们的节圆随中心距的变化而变化（可分性）。因此节圆和分度圆 可以重合，也可以不重合。另外，分度圆压力角是一个大小确定的角，啮合角可以与之相 等，也可不相等，但啮合角与节圆压力角始终相等。 K b K r r cos )arccos( K b K r r cos 2 cos mz rrb （是决定渐开线齿廓形状的一个基本参数） GB1356-88 规定标准值=20 某些场合：=14.5 、15、22.5、 25。 至此：分度圆就是齿轮上具有标准模数和
36、标准压力角的圆。 3、齿数 z 表明：齿轮的大小和渐开线齿轮形状 cos 2 mz r mzd b 4、齿顶高系数和顶隙系数 * a h * c mhh aa * mchh af )( * 标准值：=1，=0.25 * a h * c 非标准短齿：=0.8，=0.3 * a h * c 三、标准直齿轮的几何尺寸 标准齿轮：标准齿轮是指m、均取标准值，具有标准的齿顶高和齿 * a h * c 根高，且分度圆齿厚等于齿槽宽的齿轮。 一个齿轮： d=mz ha=m * a h hf=(+)m * a h * c h=ha+hf=(2+)m * a h * c da=d+2ha=(z+2)m * a
37、h 28 df=d-2hf=(z-2-2)m * a h * c db=dcos P=m meS 2 1 一对标准齿轮： )( 2 1 )( 2 1 1212 zzmdda m、z决定了分度圆的大小，而齿轮的大小主要取决于分度圆，因此m、 z是决定齿 轮大小的主要参数 轮齿的尺寸与m，有关与 z 无关 * a h * c 至于齿形，与 m，z，有关cos 2 cos mz rrb 可见， m 影响到齿轮的各部分尺寸，又把这种以模数为基础进行尺寸计算的齿轮称 m 制齿轮。 四、标准齿条 z 1、 p=m 分度线： s=e 2、=齿形角（ 20） 3、尺寸计算：同标准齿轮一样 五、任意圆上的齿厚（
38、课后自己看书） 45 渐开线直齿圆柱齿轮的传动 一、啮合过程 起始啮合点：从动轮的齿顶点与主动轮的齿根处某点接触，在啮合线上为从动轮的齿 顶圆与啮合线N1N2的交点 B2。 终止啮合点：主动轮的齿顶点与从动轮的齿根处某点接触，在啮合线N1N2上为主动 轮的齿顶圆与啮合线N1N2的交点 B1。 实际啮合线 21B B 理论啮合线 21N N 轮 1EF 和轮 2DG 齿廓工作段，齿廓非工作段 二、正确啮合条件 两对齿分别在K，K 点啮合，根据啮合基本定律（也可根据渐开线齿廓啮合特点） K 在 N1N2上 K 在 N1N2上 KK 法向齿距 在齿轮 1 上： KK =Pb1 在齿轮 2 上： KK
39、 =Pb2 29 Pb1=Pb2 coscoscosmpd zz d P b b 222 111 cos cos mP mP b b (m，不是连续值 ) 2211 coscosmm 21 21 mmm 三、无侧隙啮合条件 齿侧间隙（侧隙） 进行运动设计时，需按无侧隙啮合。 1、满足的条件 PAPA 21 11 ePA 22 sPA 21 se （见图 P175 5-19）cosddb coscosPd zz d P b b （其中 节圆齿距）d z P )( 2121bb PP )( 1121 sePPP 2121 sees或 2、标准齿轮的安装 标准安装 2211 2 es m es （能
40、实现无侧隙啮合） 2211 eess 30 标准中心距： 2 )( 21 2121 zzm rrrra 顶隙标准值mcmhmchhhC aaaf * )( 非标准安装 只有增大a 由图可知： cos cos cos 11 1 rr r b cos cos cos 22 2 rr r b cos cos cos cos )( 2121 arrrra ，有侧隙ccrrrraa, 2211 3、传动比 常数 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 12 z z r r r r r r W W i b b 四、渐开线齿轮连续传动的条件 b PBB 21b PBB 21 b PBB 11 1、或 b P
41、BB 21 1 21 b P BB 重合度（重叠系数）：齿轮传动的连续性条件重合度的定义还有其他1 21 b P BB 形式： 渐开线性质：（一对齿从开始跄合到终止啮合在基圆上转过的弧长）DCBB 21 （在节圆上转过的弧长） 作用弧CD 作用角 2 显然：所对的中心角也为DC 2 31 cos 2 2 2 22221 CD r r CD r CD rrDCBB b bb coscosPd zz d P b b 节圆齿距 作用弧 P CD 2、复合度的意义 ，始终只有一对齿啮合1 ，始终只有二对齿啮合2 b P BB 21 25. 1 b PBB25.1 21 显然：有两对齿啮合，而只有一对齿
42、啮合，在齿轮转过一个基节 1122 BAAB和 21A A Pb的时间 T 内，有 25%的时间是两对齿啮合 75%的时间是一对齿啮合，这就是重合度的意 义。 若，两对齿占64%，一对占 36%。64.1 重合度不仅是齿轮传动的连续性条件，而且是衡量齿轮水载能力和传动平稳性的重动 平稳性的重要指标。 3、重合度的计算 由上图看出： )( 111111111 tgtgrtgrtgrPNBNPB abbab )( 222222tgtgrPNBNPBab cos )()( 22112121 m tgtgrtgtgr P PBPB P BB abab bb cos 2 1 11 mzrb cos 2
43、1 22 mzrb )()( 2 1 2211 tgtgztgtgz aa 32 第 9 、10 次课授课计划 机械设计基础课程热动本 111-3班级2013 年 10 月 18 日 章节名称 4.6 渐开线齿轮的切齿原理 4.7 根切、最少齿数及变位齿轮 4.8 平行轴斜齿轮机构 4.9 圆锥齿轮机构 教学内容 1、渐开线齿轮切齿原理 2、根切、最少齿数 3、斜齿轮啮合的共轭齿廓曲面 4、斜齿轮各部分名称及重合度 5、圆锥齿轮 教学目的 与 要 求 了解渐开线齿轮切齿原理、根切现象、不产生根切的最少齿数及变 位齿轮的概念。掌握斜齿圆柱齿轮的各部分名称，和几何尺寸计算。 了解斜齿轮传动的重合度
44、及直齿锥齿轮几何尺寸计算。 重点 根切、最少齿数 斜齿轮各部分名称及重合度 难点 斜齿轮啮合的共轭齿廓曲面 作业 无 教学手段 多媒体教学； 机构动画演示； 参考资料 1、 机械原理与机械设计（第一版）张策主编机械工业出版社 2、 机械设计课程设计 （第二版）王大康主编背景工业大学出版 社 33 46 渐开线齿廓的加工及根切 一、加工方法简介 铸造法、冲压法、挤压法 切削法仿形法 展成法 二、仿形法铁削法、拉削法 （铣削法加工） 圆盘铣刀、指状铣刀 圆盘铣刀的外形和齿轮的齿槽形状相同。铣齿时，将毛坯安装在机床工作台上，圆盘 铣刀绕其自身轴线旋转，而毛坯沿平行于齿轮轴线方向，作直线移动， 铣出一
45、个齿槽后，将齿轮毛坯转过，再铣第二个齿槽，依此类推。 z 360 仿形法加工特点：无须专用机床；加工精度低（生产效率低） （齿轮齿廓的形状由基圆决定的，对 m， 相同的一套cos z mz rb 齿轮，欲制造精确，需每一种齿数配一把齿刀，这是不可能的。为简化刀具数量，采用八 把一套或十五把一套铣刀，其每把铣刀可切削齿数在一定范围内的齿轮。为保证加工出来 的齿轮在啮合时不会被卡住，每一号铣刀的齿形都是按所加工的一组齿轮中齿的最少的那 个齿轮的齿形制成的。因此，当用这把铣刀切削同组齿轮中其他齿数的齿轮时，齿形有误 差。 ） 三、展成法（范成法、包络法） 1、展成原理：找共轭齿廓（一对渐开线齿廓是共
46、轭齿廓，因此当刀刃齿廓是渐开线 时，加工出齿轮的齿廓也一定是渐开线） 2、展成加工方法： （1）齿轮插刀切齿轮，图P212，5-36a 刀 坯 坯 刀 Z Z W W i 展成运动；切削运动；辅助运动 （2）齿条插刀切制齿轮，P213，图 5-37a 坯 坯 刀 W mz r W V 2 刀具纹作切削运动，而坯不仅以W坯旋转，还要以V刀相对刀具作反方向的展成移动。 （3）滚刀切制齿轮，图5-38b 3、特点：被加工齿轮的模数和压力角相同。 一把刀具可加工出任意齿数的齿轮。 四、标准齿条形刀具切制标准齿轮 1、刀具 刀具齿顶线（区别刀具顶刀线） 中线 34 被加工齿轮：mhh aa * 要求：刀
47、具比标准齿条在齿顶部高出一段mcmhh af * mc * 2、切制标准齿轮 将轮坯的外圆按被切齿轮的齿顶圆直径预先加工好。 将刀具的中线与轮坯的分度圆相切。（见图 5-29）P188 齿轮和刀具有相同的模数和压力角 展成运动相当于无侧隙啮合。齿轮的齿厚=刀具的齿槽宽= 2 m 加工出的齿轮为标准齿轮。 四、渐开线齿廓的根切现象 1、 根切： 危害：切掉部分齿廓； 削弱了齿根强度； 严重时，切掉部分渐开线齿廓，降低重合度。 2、齿轮不发生根切的最少齿数 NMmh * 22 sin 2 sinsin mz rPNNM 2* sin 2 mz mha 2 * sin a zh z ， 201 *
48、a h17 min Z 47 变位齿轮 一、变位目的 1、 避免根切 2、改善小齿轮的寿命（大传动比时，使小齿轮齿厚增大，大齿轮齿厚减小，使一对齿 轮的寿命相当） 3、凑中心距aa 外啮合，无法安装；aaaa , aa 二、齿轮的变位 1、这种用改变刀具与轮坯径向相对位置来切制齿轮的方法称径向变位法。 变位齿轮 xm 移距或变位 35 x 移距系数或变位系数 规定：远离：，, 0 x0 x0 x 正变位零变位负变位 切削变位齿轮：分度圆不变，节线变 变位齿轮和标准齿轮相比：m、r 齿距、 r b、不变，齿廓由相同的基圆展成，齿厚、 齿顶高、齿根高变化。 齿廓由相同的基圆展成，P193 2、最小
49、变位系数（变位齿轮不发生根切的现象的条件） 图： 22 * sin 2 sinsin MZ rPNMN NMxmmha 2* sin 2 Z hx a 2 * min sin a zh Z min *2 2 sin Z ha （a） min min* min Z ZZ hx a ，201 * a h17 min Z 17 17 min Z x 由式（ a）得当，正变位， min ZZ0 min x min xx 当，采用负变位也不会发生根切。 min ZZ0 min x min xx 三、变位齿轮的尺寸变化及计算 1、分度圆上的齿厚 见图：刀具节线的齿槽宽比中线齿槽，被切齿轮分度圆上的齿厚增加。KJ2KJ2 在 IJK 中：xmtgKJ 分度圆的齿厚： xmtg m KJ m S2 2 2 2 （了解）任意图的齿厚：)(2invinvr r r SS kk k K 2、齿顶高和齿根高 齿根高：刀具加工节线到顶开线之间的距离 f h 对正变位： 见图：mxchxmmcmhh aaf )()( * 36 对负变位： x0，比标准增加 f h m x