工程技术基础第五章机械设计基础

24
1．铰链四杆机构
机架 曲柄 摇杆 连杆
图5.1.10
第五章 机械设计基础 25
1）曲柄摇杆机构
图5.1.11
所示是雷 达天线调 整机构、 电影放映 机拨动影 片机构。
图5.1.11
第五章 机械设计基础 26
2)双曲柄机构
图5.1.12 惯性筛的铰链四杆机构
第五章 机械设计基础 27
3)双摇杆机构
图5.5.2
第五章 机械设计基础
82
3．优缺点
优点：
(1)可用于两轴中心距离较大的传动； (2)带具有弹性，可缓和冲击和振动载荷，运 转平稳，无噪声； (3)当过载时，带即在轮上打滑，可防止其他 零件损坏； (4)结构简单，设备费低，维护方便。
第五章 机械设计基础
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缺点：
(1)传动的外廓尺寸较大； (2)由于带的弹性滑动，不能保证固定不变的传 动比； (3)轴及轴承上受力较大； (4)效率较低； (5)带的寿命较短，约为3000-5000h； (6)不宜用于易燃、易爆的场合。
三、平面四杆机构的特点
优点
机构中所有的运动副都是低副，制造简单，成 本较低并能获得较高的精度。 组成运动副的元件间的接触都是面接触，故能 传递较大的载荷和具有较高的可靠性，可以在 较高的速度下工作。
缺点
与凸轮机构相比，不能较精确地实现复杂的运 动规律和轨迹 在结构上不如凸轮机构紧凑。
第五章 机械设计基础 32
带传动常用于传递75kW以下的功率。带的 速度v一般为5~25m／s。
第五章 机械设计基础 84
二、带传动的主要型式
第五章 机械设计基础
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先假定d=16,在表中选材料Q235，
σ s = 235MPa
第五章 机械设计基础
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在表中查得：d=16mm时，
[σ ] = 0.33σ s = 0.33 × 235 = 77.6MPa
第五章 机械设计基础
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结论：
d1 = 4 × 1.3Fs = π [σ ] 4 × 1.3 × 8000 = 13.06mm π × 77.6
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凸轮副、齿轮副
图5.1.4
第五章 机械设计基础 9
2、平面机构的运动简图
机构中的构件按其运动性质分为： 固定件（机架） 原动件（输入构件） 从动件 机构运动简图
第五章 机械设计基础
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机 构 运 动 简 图 符 号
第五章 机械设计基础
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3、平面机构的自由度
自由度：可能出现的独立运动称为构 件的自由度。一个构件作平面运动 时有三个自由度；作空间运动时有 六个自由度。
第五章 机械设计基础
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例2：计算图 5.1.6所示的牛头 刨床传动机构的 自由度。
图5.1.6
第五章 机械设计基础 16
解： F＝3n－2pL－pH ＝3×6－2×8－ 1 ＝1
第五章 机械设计基础
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2）注意的问题
①复合铰链：两个 以上的构件在同 一轴线上用转动 副联接而形成。 （2个转动副）
在 表 中 可 查 得 d=16mm 时 ， d1=13.835mm 选取：M16的螺栓
第五章 机械设计基础
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第五章 机械设计基础
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二、键联接
1. 键联接的分类：松联接、紧联接（前 面已讲过） 松联接
组成 特点
紧联接
组成 特点
第五章 机械设计基础 72
常用键
第五章 机械设计基础
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普通平键连接画法
第五章 机械设计基础
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半圆键连接画法
第五章 机械设计基础
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钩头楔键连接画法
第五章 机械设计基础
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2.键的选择
及其强度 校核 根据轴的 直径和表， 选择键的 基本参数 尺寸
第五章 机械设计基础
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选择键的材料，在表中查得[σ p]
表 键连接的许用挤压应力[σP]
第五章 机械设计基础
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2 Ft 再计算挤压强度： σ p = ≤ [σ p ] hl s 2T 2 × 9550000 P Ft = = 其中： d dn ，
d1 ≥
第五章 机械设计基础
4 × 1.3Fs π [σ ]
64
(3)例：图5.4.6所示为一凸缘联轴器，它是利用 凸台对中的，用4个螺栓联接，已知螺栓中心 圆直径D0＝180mm，联轴器传递的转矩T＝ 4.8 105N．mm，试确定螺栓直径。
第五章 机械设计基础
图5.4.6
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d1 ≥
4 × 1.3Fs π [σ ]
图5.1.13
港口用 门式起 重机的 变幅机 构
第五章 机械设计基础 28
2．偏心轮机构
颚式破 碎机 剪床 抽水机
图5.1.14
第五章 机械设计基础 29
3．曲柄滑块机构：内燃机
图5.1.15
第五章 机械设计基础 30
4．导杆机构
牛头刨 床中的 主传动 机构
图5.1.16
第五章 机械设计基础 31
图5.2.11
第五章 机械设计基础 49
第三节 间歇运动机构
第五章 机械设计基础
50
一、槽轮机构
1．组成 2．基本尺寸
b≤l－﹙r＋rs﹚ r＝lsinφ2 a=lcosφ2 式中： rs为圆销 的半径 图5.3.1
第五章 机 1 z − 2 = τ= = t 2π 2z K ( z − 2) τ= 2z
第五章 机械设计基础
第五章 机械设计基础
1
第一节 平面连杆机构
第五章 机械设计基础
2
一、平面机构的运动简图
1、运动副及其分类 运动副：使两个构件直接接触并 能产生一定相对运动的联接。 分类：低副、高副
第五章 机械设计基础
3
低副
两构件通过面接触组成的运动副。 1）转动副：两个构件之间只能绕同一轴线 作相对运动的运动副，或叫铰链。
第五章 机械设计基础
图5.4.1
58
2、螺纹分类
根据平面图形的形状 a)三角形螺纹 b)矩形螺纹 d)锯齿形螺纹 e)半圆形螺纹 c)梯形螺纹
第五章 机械设计基础
图5.4.2
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3、螺纹的主要参数
d(D)---大径 d1(D1)---小径 d2(D2)---中径 P---螺距 P--S---导程 α---牙型角 ψ---升角 图5.4.3
四、按给定从动件运动规律 绘制凸轮轮廓
第五章 机械设计基础
45
1、 理 论 轮 廓
图5.2.8
第五章 机械设计基础 46
2、 实 际 轮 廓
第五章 机械设计基础
图5.2.9
47
3、在凸轮 设计中应注 意的问题
1）合理选择 滚子的半径 2）注意基圆 半径对凸轮 机构的影响
图5.2.10
第五章 机械设计基础 48
第五章 机械设计基础
4
固定铰链 、活动铰链
第五章 机械设计基础
图5.1.1
5
2）移动副：两个构件之间只能沿某一轴线 作相对运动的运动副。
图5.1.2
第五章 机械设计基础 6
3）球面副、螺旋副（不讨论）
第五章 机械设计基础
图5.1.3
7
高副
两构件通过点或线接触组成的的运动副。
第五章 机械设计基础
第二节 凸轮机构
第五章 机械设计基础
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一、凸轮机构构成及其优缺点
凸轮机构 构成
机架 凸轮 从动件
优缺点
只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意 的预期运动 结构简单、紧凑和设计方便 存在点或线接触，较易磨损 凸轮轮廓的加工较为复杂
第五章 机械设计基础 34
二、分类
第五章 机械设计基础
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τ---运动系数 K---均匀分布的圆销数 z---径向槽的数目
第五章 机械设计基础 52
习题
某单销槽轮机构的槽数z＝6，中心 距l＝80mm，圆销直径为10mm。 (1)计算该槽轮机构的基本尺寸； (2)计算该槽轮机构的运动系数。
第五章 机械设计基础
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二、棘轮机构
1---曲柄 2---连杆 3---摇杆 4---棘爪 5---棘轮 6---制动爪 图5.3.2
图5.1.7
第五章 机械设计基础 18
例3：计算图5.1.8 所示的圆盘锯主体 机构（直线机构） B C 的自由度。B、C、 D、E四处都是复合 铰链，各由2个转 动副。
图5.1.8
第五章 机械设计基础 19
解： F＝3n－2pL－pH ＝3×7－2×10 ＝1 1
第五章 机械设计基础
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②局部自由度
1、按凸轮的形状分
盘形凸轮（ 图5.2.1） 移动凸轮（ 图5.2.2） 圆柱凸轮（ 图5.2.3）
第五章 机械设计基础
36
盘形凸轮
图5.2.1
第五章 机械设计基础 37
移 动 凸 轮
图5.2.2
第五章 机械设计基础 38
圆柱凸轮
图5.2.3
第五章 机械设计基础 39
2、按从动件的型式分
尖顶从动件（图 5.2.1） 滚子从动件（图 5.2.2） 平底从动件（图 5.2.4）
Fs---一个螺栓的预加锁紧力，[σ]---螺栓的许用拉应力 设取摩擦系数f=0.2
第五章 机械设计基础
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nfFs = 1.2 FΣ D0 T= FΣ 2 5 2T 2 × 4.8 × 10 FΣ = = = 5333 N D0 180 1.2 FΣ 1.2 × 5333 Fs = = = 8000 N 4f 4 × 0.2
图5.2.4
第五章 机械设计基础 40
三、从动件的常用运动规律
第五章 机械设计基础
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1．等速运动
δ1---凸轮的转角 s---工作行程 图5.2.5
第五章 机械设计基础 42
2． 等加 速等 减速 运动
图5.2.6
第五章 机械设计基础 43
3．摆线运动
图5.2.7
第五章 机械设计基础 44
习题： 设计一直动滚子从动件盘形凸轮。已知凸轮顺时针匀速回 转，从动件的运动规律为：当凸轮转过120°时，从动件 以等加速等减速运动规律上升20mm；当凸轮继续回转 60°时，从动件在最高位置停留不动；当凸轮再转90°时， 从动件以等加速等减速运动规律下降到初始位置；当凸轮 再转其余90°时，从动件停留不动。今取凸轮基圆半径＝ 50mm，滚子半径r＝10mm，并要求滚子中心沿着通过凸 轮回转中心的直线运动。试绘出此凸轮的轮廓。
第五章 机械设计基础 62
（2）紧螺栓连接（受横向载荷的螺栓连接）
假设如图5.4.5所示只有一 对接触面，则 fFs=1.2F 因此 Fs=1.2F/f 式中f—接触面的摩擦系数； 对于铸铁和钢的表面，通 常取f=0.15~0.2。 图5.4.5
第五章 机械设计基础 63
当量应力σ′与拉应力σ的近似关系为 σ′≈1.3σ 因此，螺栓的强度条件是 σ′=1.3FS/（πd12/4）≤[σ] 所以，
第五章 机械设计基础 54
三、不完全齿轮机构
1---主动轮 2---从动轮
图5.3.3
第五章 机械设计基础 55
四、凸轮间歇运动机构
1---圆柱凸轮 2---转盘 3---滚子
图5.3.4
第五章 机械设计基础 56
第四节 联接
第五章 机械设计基础
57
一、螺纹联接
1、定义：利用带有螺纹的零件构成的可拆联接。
这类自由度的存在与否不影响整 个机构的运动规律。
第五章 机械设计基础
21
例4：计算图5.1.9所示的滚子从动件 凸轮机构的自由度。
第五章 机械设计基础
图5.1.9
22
解： F＝3n－2pL－pH ＝3×2－2×2－ 1 ＝1 1
第五章 机械设计基础
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二、平面四杆机构的基本类型
第五章 机械设计基础
第五章 机械设计基础
12
1）计算公式
F＝3n－2pL－pH 其中 F—自由度 n—活动构件数 pL—低副的数目 pH—高副的数目
第五章 机械设计基础 13
例1：计算图 5.1.5所示的内燃 机中曲柄连杆机 构的自由度。
图5.1.5
第五章 机械设计基础 14
解： F＝3n－2pL－pH ＝3×3－2×4 ＝1 1
Ft---圆周力，P---轴所传递的功率(kw)， n---轴的转速(r/min)，d---轴的直径。
h,ls 见图
第五章 机械设计基础
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再计算剪切强度条件：
τ=Ft/(bls)≤[τ] 式中：σP及[σP]——键连接中的挤压应力及其许 用值 τ及[τ]——键连接中的切应力及其许用值 许用切应力[τ]应按键的材料选取。
第五章 机械设计基础
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第五节 带传动和链传动
一、带传动的特点 1．组成
1---主动轮，2--从动轮，3---环形 带，根据转动方 向上边是紧边 （主动边），下 边（从动边） 图5.5.1
第五章 机械设计基础 81
2．分类：带的截面形状有a)长方形--平带，b)梯形---V带，c)圆形---圆带。
第五章 机械设计基础 60
4、螺纹联接件的主要类型
螺栓 双头螺柱 螺钉 螺母 垫圈
第五章 机械设计基础
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5、螺栓联接计算
（1）松螺栓连接（图5.4.4）
强度条件： σ＝F/（πd12/4）≤[σ] 故 d12≥4F/(π[σ]) 式中 d1——螺纹小径（mm） F—吊钩的工作负荷（N） [σ]—螺栓许用应力（MPa） 图5.4.4