机械设计基础第7章
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机械设计基础第七章齿轮传动
§7-7 直齿圆锥齿轮传动的强度计
算 方向： Ft——主反从同
Fr——指向各自的轴线
一、直F齿a—圆—锥指齿向轮大传端 动的受力分析
Fr1 Fa2
Fa1 Fr 2
Ft1=-Ft2
二、强度计算
1、齿面接触强度的计算 2、齿根弯曲强度的计算
P120
§7-8 蜗杆传动强度计算
一、蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料
2T1 d1
Fa2
பைடு நூலகம்Ft 2
2T2 d2
Fa1
Fr1 Fr2 Ft2tg
力的方向和蜗轮转向的判别
蜗轮转向的判别 ： Fa1的反向即为蜗轮的角速度w2方向
圆周力
Ft——主反从 同
径向力
Fr——指向各自 的轴线
轴向力 Fa1——蜗杆左右
手螺旋定则
三、蜗杆传动强度计算
1、蜗轮齿面接触强度的计算 2、蜗轮齿根弯曲强度的计算
（2）铸钢 用于尺寸较大齿轮，需正火和退火以消除 铸造应力。 强度稍低 。
2、铸铁 脆、机械强度，抗冲击和耐磨性较差， 但抗胶合和点蚀能力较强，用于工作平 稳、低速和小功率场合。
常用铸铁：灰铸铁；球墨铸铁（有较好
的机械性能和耐磨性 ）
3、非金属材料——工程塑料（ABS、尼 龙）、夹布胶木
适于高速、轻载和精度不高的传动中， 特点是噪音较低，无需润滑；
四、蜗杆传动热平衡计算
1、原因 效率低，发热大，温升高，润滑油粘度 下降润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损 和胶合。
2、冷却措施 加散热片以增大散热面积；风扇；
冷却水管；循环油冷却
§7-9 齿轮、蜗杆和蜗轮的构造 一、结构
1、齿轮轴 2、实体式 3、辐板式(孔板式) 4、轮辐式 5、镶圈齿轮
机械设计基础讲义第七章齿轮传动
机械设计基础讲义第七章齿轮传动第7章齿轮传动基本要求：了解齿轮机构的类型和应⽤、齿廓啮合基本定律；掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮特性、正确啮合条件、连续传动条件等；熟悉渐开线齿轮各部分的名称、基本参数及⼏何尺⼨计算；重点：难点: 学时：§ 7-1 121 ⼈字齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动齿轮与齿条传动内啮合齿轮传动外啮合齿轮传动）直齿圆柱齿轮2、空间齿轮机构蜗杆传动齿轮传动）交错轴齿轮传动（螺旋曲齿圆锥齿轮传动斜齿圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮传动传动）圆锥齿轮传动（伞齿轮§7-2 齿廓实现定传动⽐的条件∵ 21p p v v =⼜∴ C O v p 111ω= C O v p 222ω=∴ i 12=ω1/ω2=C O C O 12/上式表明，互相啮合的⼀对齿轮，在任⼀位置时的传动⽐，都与其连⼼线O 1O 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。
这⼀定律称为齿廓啮合的基本定律。
过两齿廓啮合点所作的齿廓公法线与两轮连⼼线O 1O 2的交点C 称为啮合节点（简称节点）。
上式还表明，要使两齿轮作定传动⽐传动，则两齿廓必须满⾜的条件是：不论两齿廓在何位置接触，过接触点所作的两齿廓公法线必须与两齿轮的连⼼线相交于⼀定点。
当两齿轮作定传动⽐传动时，节点C 在轮1和轮2的运动平⾯上的轨迹分别是以O 1、O 2为圆⼼，以O 1 C 、O 2 C 为半径的两个圆，此圆称为节圆。
并且两节圆作纯滚动。
若两齿轮作变传动⽐传动时，节点C 在轮1和轮2的运动平⾯上的轨迹分别是两条⾮圆曲线，此曲线称为节线。
§7-3 渐开线的形成及其特性⼀、渐开线的形成1）基圆，半径⽤r b 表⽰2）展⾓，⽤θk 表⽰⼆、渐开线的特性1）?=AB BK2）渐开线上任⼀点的法线恒与基圆相切。
切点B 是点K 的曲率中⼼，⽽线段BK 是渐开线在点K 的曲率半径。
3）kb K r r OK OB ==αcos 4）渐开线的形状取决于基圆⼤⼩。
机械设计基础第7章 轮系
§7-3 周转轮系传动比计算 16
a,b齿轮选择原则
1. 2.
3.
4.
已知转速的齿轮 固定的齿轮（n=0） 需要求该齿轮转速的齿轮 轮系之间有关联的齿轮（复合轮系） a,b,H轴线平行（周转轮系）
17
例题 在图所示的差动轮系中，已知各轮的齿数为：z1 =30，z2 =25， z2’=20， z3=75。齿轮1的转速为210r/min(蓝箭头向上)，齿轮3的转速为 54r/min(蓝箭头向下)，求系杆转速 的大小和方向。 解：将系杆视为固定，画出转化轮系中各轮的转向，如图中红 线箭头所示(红线箭头不是齿轮真实转向，只表示假想的转 化轮系中的齿轮转向，二者不可混淆)。因1、3两轮红线箭 头相反，因此 应取符号“-”，根据公式得：
§7-3 周转轮系传动比计算 19
§7-4 复合轮系传动比计算
除了前面介绍的定轴轮系和周转轮系 以外，机械中还经常用到复合轮系。复合轮系常以两 种方式构成： ① 将定轴轮系与基本周转轮系组合； ② 由几个基本周转轮系经串联或并联而成。 由于整个复合轮系不可能转化成为一个 定轴轮系，所以不能只用一个公式来求解。计算复合 轮系时，首先必须将各个基本周转轮系和定轴轮系区 分开来，然后分别列出计算这些轮系的方程式，最后 联立解出所要求的传动比。 正确区分各个轮系的关键在于找出各个基本周转 轮系。找基本周转轮系的一般方法是：先找出行星轮， 即找出那些几何轴线绕另一齿轮的几何轴线转动的齿 轮；支持行星轮运动的那个构件就是行星架；几何轴 线与行星架的回转轴线相重合，且直接与行星轮相啮 合的定轴齿轮就是中心轮。这组行星轮、行星架、中 心轮构成一个基本周转轮系。
根据题意，齿轮1、3的转向相反，若假设n1为正，则应 将n3以负值带入上式，
解得nH =10r/min。因nH 为正号，可知nH 的转向和n1 相同。 在已知n1、nH或n3、nH的情况下，利用公式还可容易地算 出行星齿轮2的转速 。
a,b齿轮选择原则
1. 2.
3.
4.
已知转速的齿轮 固定的齿轮（n=0） 需要求该齿轮转速的齿轮 轮系之间有关联的齿轮（复合轮系） a,b,H轴线平行（周转轮系）
17
例题 在图所示的差动轮系中，已知各轮的齿数为：z1 =30，z2 =25， z2’=20， z3=75。齿轮1的转速为210r/min(蓝箭头向上)，齿轮3的转速为 54r/min(蓝箭头向下)，求系杆转速 的大小和方向。 解：将系杆视为固定，画出转化轮系中各轮的转向，如图中红 线箭头所示(红线箭头不是齿轮真实转向，只表示假想的转 化轮系中的齿轮转向，二者不可混淆)。因1、3两轮红线箭 头相反，因此 应取符号“-”，根据公式得：
§7-3 周转轮系传动比计算 19
§7-4 复合轮系传动比计算
除了前面介绍的定轴轮系和周转轮系 以外，机械中还经常用到复合轮系。复合轮系常以两 种方式构成： ① 将定轴轮系与基本周转轮系组合； ② 由几个基本周转轮系经串联或并联而成。 由于整个复合轮系不可能转化成为一个 定轴轮系，所以不能只用一个公式来求解。计算复合 轮系时，首先必须将各个基本周转轮系和定轴轮系区 分开来，然后分别列出计算这些轮系的方程式，最后 联立解出所要求的传动比。 正确区分各个轮系的关键在于找出各个基本周转 轮系。找基本周转轮系的一般方法是：先找出行星轮， 即找出那些几何轴线绕另一齿轮的几何轴线转动的齿 轮；支持行星轮运动的那个构件就是行星架；几何轴 线与行星架的回转轴线相重合，且直接与行星轮相啮 合的定轴齿轮就是中心轮。这组行星轮、行星架、中 心轮构成一个基本周转轮系。
根据题意，齿轮1、3的转向相反，若假设n1为正，则应 将n3以负值带入上式，
解得nH =10r/min。因nH 为正号，可知nH 的转向和n1 相同。 在已知n1、nH或n3、nH的情况下，利用公式还可容易地算 出行星齿轮2的转速 。
机械设计基础第七章 齿轮传动
啮合点沿着主 动轮的齿根逐渐移 向齿顶。
从动轮则相反。
实际啮合线段B1B2 理论啮合线段N1N2 实际工作段
非工作段
一对渐开线齿轮正确啮合的条件
一对齿轮传动时，所有啮合点都在啮合线N1N2上。
pb1
O1
rb1
ω1
r1 N1
B2 B1 P
N2
ห้องสมุดไป่ตู้pb1
rb1 r1
B1
N2
O1
ω1
N1
B2 P
pb1
rb1 r1
过其接触点所作的齿廓公法线必须与两轮的连心
线相交于一固定点P。P点称为节点。
节圆的概念 r1、r2
2传动比
3
i12
中心距
1 2
r2' r1'
a O1O2 r1'r2 '
7.2.2 共轭齿廓
共轭齿廓：凡能实现预定传动比的一对齿廓。 包络法求共轭齿廓曲线 共轭齿廓的选择：考虑加工、安装测量、定传动比。
一）按传动比是否恒定分： 1） 定传动比：齿轮是圆形的。当主动轮等
速回转时，从动轮也作等速回转，运转平 稳。因此应用最广。 2） 变传动比：齿轮一般是非圆形的。用于 一些具有特殊要求的机械中。
椭圆齿轮机构
二）按两轮轴的相对位置分类：
1）圆柱齿轮传动：直齿、斜齿、人字齿轮， 用于平行轴间的传动；
2）锥齿轮传动：直齿、斜齿、弧齿锥齿轮， 用于相交轴间的传动；
3 、连续传动的条件及重合度
第七章 齿轮传动
7.1 齿轮传动的特点与类型
1、 齿轮传动的特点
优点：适用的圆周速度和功率范围广， 效率高，可获得稳定的传动比，寿命较 长，工作可靠性高，可实现平行轴、任 意角相交轴和任意角交错轴之间的传动。
机械设计基础第7章机械动力学基础
的牙型斜角β。图7-5所示为三角形螺纹螺旋副的摩擦。对于
这类螺旋副，若忽略螺纹导角的影响，则可把螺杆相对螺 母的运动近似为楔形滑块相对于斜槽面的运动。
第 7 章 机械动力学基础
因此，只要用当量摩擦角φv代替式(7-2)、(7-3)中的摩 擦角φ，就可得到这类螺旋副的摩擦计算式。由图可知，
在这种情况下，相当的楔形滑块的半楔角θ等于90°-β。
第 7 章 机械动力学基础
当轴颈1在驱动力矩T的作用下相对于轴承2以等角速度 ω转动时，由于轴颈与轴承之间存在间隙，因此两者之间为
线接触，轴颈1在与轴承2接触处将受到法向反力N及摩擦力
Ff的作用。将N与Ff合成为总反力R，因R应与Fr组成一阻止 轴颈转动的力偶，其力偶矩Tf与驱动力矩T相平衡，故轴颈 与轴承的接触点k应偏右，如图7-7(b)
(7-15)
(2) 对于跑合轴颈，由于轴端各处的磨损程度不一 致，而使压强的分布如图7-10中曲线所示，一般可近似
认为压强与半径的乘积为常数，由此可推得
1 rf ( R r ) 2
(7-16)
第 7 章 机械动力学基础
图7-11 (a) 结构图； (b)
第 7 章 机械动力学基础
例7-1 可随意调整上下高度的衣帽钩结构如图7-11(a)所 示。设立柱与套筒之间的摩擦系数为f，P为衣帽钩的自重，
因此滑块将保持原来的运动状态(等速下滑或静止)。若导角
小于摩擦角，即λ＜φ时， F ＜ 0，则表明要使滑块等速下滑， t 必须成为驱动力 (反向)。显然，在这两种情况下，若滑块原 Ft
来静止，则无论Fa有多大，滑块都将保持静止(即自锁)。因
此，矩形螺纹螺旋副摩擦和斜面摩擦时的自锁条件为 λ≤φ (7-4)
机械设计基础第7章回转体的平衡
到平衡，以消除附加动压力，尽可能减轻有害的机械振动。 所采取的措施就是回转体的平衡。
§7-2 回转体的平衡计算
一、静平衡和静不平衡
对于轴向尺寸很小的回转体， 其宽径比(B/D)小于0.2，例如 齿轮、盘形凸轮、带轮、链轮 及叶轮等，其质量的分布可以 近似地认为在同一回转面内。
这种回转体的不平衡是因为其质心位置不在回转轴线上，且 其不平衡现象在回转体的轴水平搁置时就能显示出来，故称 为静不平衡。
若使Fb’与Fb”完全代替F，必须满足：
Fb 'Fb" Fb Fb 'l Fb"l
Fb 'Fb" Fb Fb 'l Fb"l
又： l l l
则：
Fb
'
l l
Fb
Fb "
l l
Fb
mb rb
l l
mb rb
mbrb
l l
mb rb
体可以在任何位置保持静止，而不会自行转动，因此这种 平衡称为静平衡(单面平衡)。 综上所述，静平衡的条件是：分布于该回转体上各个质量 的离心力(或质径积)的向量和等于零，即回转体的质心与 回转轴线重合。
通常尽可能将rb的值选大些，以便使mb小些。
有些结构在所需平衡的回转面上不能安装平衡质量， 可选另两个回转面分别安装平衡质量使回转体达到平衡。
如图所示的转子中，设不平衡
质量m1、m2分布于相距l的两个 回转面内，且m1=m2 ，rl=-r2。
该回转体的质心虽落在回转轴
上，而且m1 rl+ m2r2 = 0，满足
静平衡条件。
但因m1和m2不在同一回转面内，当 回转体转动时，在包含m1、m2 和
§7-2 回转体的平衡计算
一、静平衡和静不平衡
对于轴向尺寸很小的回转体， 其宽径比(B/D)小于0.2，例如 齿轮、盘形凸轮、带轮、链轮 及叶轮等，其质量的分布可以 近似地认为在同一回转面内。
这种回转体的不平衡是因为其质心位置不在回转轴线上，且 其不平衡现象在回转体的轴水平搁置时就能显示出来，故称 为静不平衡。
若使Fb’与Fb”完全代替F，必须满足：
Fb 'Fb" Fb Fb 'l Fb"l
Fb 'Fb" Fb Fb 'l Fb"l
又： l l l
则：
Fb
'
l l
Fb
Fb "
l l
Fb
mb rb
l l
mb rb
mbrb
l l
mb rb
体可以在任何位置保持静止，而不会自行转动，因此这种 平衡称为静平衡(单面平衡)。 综上所述，静平衡的条件是：分布于该回转体上各个质量 的离心力(或质径积)的向量和等于零，即回转体的质心与 回转轴线重合。
通常尽可能将rb的值选大些，以便使mb小些。
有些结构在所需平衡的回转面上不能安装平衡质量， 可选另两个回转面分别安装平衡质量使回转体达到平衡。
如图所示的转子中，设不平衡
质量m1、m2分布于相距l的两个 回转面内，且m1=m2 ，rl=-r2。
该回转体的质心虽落在回转轴
上，而且m1 rl+ m2r2 = 0，满足
静平衡条件。
但因m1和m2不在同一回转面内，当 回转体转动时，在包含m1、m2 和
《机械设计基础》第7章 蜗杆传动
蜗 杆 直 径 系 数 q
tanγ= z1/q d1 = q m q是d1与m的比值，不一定是整数。 m一定时，q越小（或d1越小）导程角γ越大，传动效率 越高，但蜗杆的强度和刚度降低。 设计蜗杆传动，在刚度准许的情况下，要求传动效率高 时q选小值；要求强度和刚度大时q选大值。
蜗杆直径系数q
q = d1/m
P1----蜗杆传动输入功率，kW；ks----为散热系数，根据箱体周围通风 条件，一般取ks =10～17[w/(m2·℃)]；自然通风良好地方取大值，反 之取小值； η----传动效率；A----散热面积m2。 t0----周围空气温 度℃ 通常取20℃； [t1]----许可的工作温度，通常取70～90℃。
齿圈与轮芯用铰制孔螺栓联接。由于装拆方便，常用尺寸较大或磨损后 需要更换蜗轮齿圈的场合.
浇铸式：（图7-10c） 该型式仅用于成批生产的蜗轮。齿圈最小厚度c=2m，但不小于10 mm
§7-4 蜗杆传动的强度 计算 蜗杆传动的受力分析
蜗轮旋转方向的判定
蜗轮旋转方向，按照蜗杆的螺旋线旋向和旋转方
蜗杆传动的特 点
§7-2 蜗杆传动的主要参数和几何尺 寸 概念（图7-6）
连心线：蜗杆轴线与蜗轮轴线的公垂线。 中间平面：圆柱蜗杆轴线和连心线构成的平面。 所以中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线 齿轮与齿条（直线）的啮合
规定：设计计算以中间平面参数及其几何尺寸关系为准。 主要参数
1.模数m和压力角α；2.传动比i，蜗杆头数z1和蜗 轮齿数z2 ； 3.蜗杆导程角γ； 4.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q ；5.中心距a。
5.中心距a。
标准蜗杆传动其中心距计算公式：
a=
d1+d2 2
= m (q+z2) 2
tanγ= z1/q d1 = q m q是d1与m的比值，不一定是整数。 m一定时，q越小（或d1越小）导程角γ越大，传动效率 越高，但蜗杆的强度和刚度降低。 设计蜗杆传动，在刚度准许的情况下，要求传动效率高 时q选小值；要求强度和刚度大时q选大值。
蜗杆直径系数q
q = d1/m
P1----蜗杆传动输入功率，kW；ks----为散热系数，根据箱体周围通风 条件，一般取ks =10～17[w/(m2·℃)]；自然通风良好地方取大值，反 之取小值； η----传动效率；A----散热面积m2。 t0----周围空气温 度℃ 通常取20℃； [t1]----许可的工作温度，通常取70～90℃。
齿圈与轮芯用铰制孔螺栓联接。由于装拆方便，常用尺寸较大或磨损后 需要更换蜗轮齿圈的场合.
浇铸式：（图7-10c） 该型式仅用于成批生产的蜗轮。齿圈最小厚度c=2m，但不小于10 mm
§7-4 蜗杆传动的强度 计算 蜗杆传动的受力分析
蜗轮旋转方向的判定
蜗轮旋转方向，按照蜗杆的螺旋线旋向和旋转方
蜗杆传动的特 点
§7-2 蜗杆传动的主要参数和几何尺 寸 概念（图7-6）
连心线：蜗杆轴线与蜗轮轴线的公垂线。 中间平面：圆柱蜗杆轴线和连心线构成的平面。 所以中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合相当于渐开线 齿轮与齿条（直线）的啮合
规定：设计计算以中间平面参数及其几何尺寸关系为准。 主要参数
1.模数m和压力角α；2.传动比i，蜗杆头数z1和蜗 轮齿数z2 ； 3.蜗杆导程角γ； 4.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q ；5.中心距a。
5.中心距a。
标准蜗杆传动其中心距计算公式：
a=
d1+d2 2
= m (q+z2) 2
07机械设计基础第七章机械运转速度波动的调节
第一节 速度波动调节的目的和方法
周期性速度波动的调节方法
在机械中加上一个转动惯量很大的回转件——飞轮
飞轮的动能变化
E
1 2
J( 2
- 02 )
显然动能变化相同时，飞轮的转动惯量越大，速度波动越小。
第一节 速度波动调节的目的和方法
三、非周期性速度波动
机械的运转速度变化是非周期性的，完全随机的，不能依靠飞轮对其进行速 度波动的调节。
第二节 飞轮设计的近似方法
Ea Eo Aoa Eo M [S1] Eb Ea Aab Ea M [S2 ] Ec Eb Abc Eb M [S3 ] Ed Ec Acd Ec M [S4 ] Eo Ed Ado Ed M [S5 ]
Amax
Emax
Emin
1 2
J (m2ax
2 min
)
Jm2
飞轮转动惯量 Amax用绝对值表示
J Amax
m2
第二节 飞轮设计的近似方法
由上式可知：
1）当Amax与ω 2m一定时 ，J-δ 是
一条等边双曲线。
J ∆J
当δ 很小时， δ ↓→ J↑↑
过分追求机械运转速度的平稳性，将使飞轮过于笨重。
2）当J与ω m一定时 ， Amax-δ 成正比。即Amax越大，∆δ
机械运转速度越不均匀。
J
Amax
m2
δ
3) 由于J≠∞，而Amax和ω m又为有限值，故δ 不可能
为“0”，即使安装飞轮，机械总均转速越高，所需飞轮
的转动惯量越小。一般应将飞轮安装在高速轴上。
飞轮设计的基本问题：已知作用在主轴上的驱动力矩和阻力矩的变化规律，
《机械设计基础》第七章 刚性回转件的平衡
机械设计基础
7.2 刚性回转件的平衡计算 • 7.2.1 静平衡计算 • 静平衡计算适用于轴向尺寸很小的回转件 （宽径比B/D小于0.2） • 如图7-1（a）所示，已知同一回转面内的不 r3 ， r2 、 平衡质量 m1 、m2 、m3，以及其向径 r 、 求要使回转件达到静平衡，求应加的平衡质 量 mb 以及向径 rb 。
机械设计基础
7.2.2 动平衡的计算 • 对轴向尺寸较大的回转件，其动平衡的条件是：回转件 上各个质量的离心力的向量和等于零，而且离心力所引起的 力偶矩的向量和也等于零。
图7-1 动平衡向量图解法
机械设计基础•源自对于动不平衡的回转件，所以要达到完全平衡，必须分 别在任选的两个回转面（即平衡平面或校正平面）内的相应 位置处各加上适当的平衡质量，使回转件的离心力系的合力 和合力偶矩都为零，才能达到完全的平衡。而动平衡计算的 任务是计算出为满足回转构件的惯性力和惯性力偶矩平衡应 加平衡质量的大小和方位。
1
机械设计基础
m2 r2 ， • 如图7-1（b）所示，依次作已知向量 、 m r 和 r 、 mr mr mr mb rb组成的首尾相连的多边形的封闭向量。根 即是由 m 、 据回转件的结构特点确定的 大小，即可求出平衡质量的大 rb 小。 •
1 1
3 3
1 1
2 2
3 3
图7-1 静平衡向量图解法
机械设计基础
• 2．动平衡 • 对于轴向尺寸比较大的回转件（宽径比B/D大于0.2）， 例如多缸发动机的曲轴和机床主轴等，其质量的分布不能再 近似地认为分布在同一平面内，而应看作分布于垂直轴线的 许多相互平行的回转面内。这种不平衡称为动不平衡。而通 过加平衡质量（或减质量），使回转构件达到惯性力和惯性 力偶矩的平衡，称为动平衡。
机械设计基础第7章 轮系
22
作业
• P140 • 题7-10（定轴轮系） • 题7-11（周转轮系） • 题7-12 （周转轮系） • 题7-13 （复合轮系）
23
课堂练习
1.z图2=2示5，轮z系2’=中15，，z1z=3=1350，， zz若35’==n6110=5，5，0z05zr’4/==m32i00n，，，(z求m4’=齿=42m条(右m６旋)，)， 线速度v的大小和方向。
17
例z2’=题20，在z图3=7所5。示齿的轮差1动的轮转系速中为，21已0r知/m各in轮(蓝的箭齿头数向为上：)，z1 齿=3轮0，3的z2 转=2速5，为 54r/min(蓝箭头向下)，求系杆转速 的大小和方向。 解：将系杆视为固定，画出转化轮系中各轮的转向，如图中红 线箭头所示(红线箭头不是齿轮真实转向，只表示假想的转 化轮系中的齿轮转向，二者不可混淆)。因1、3两轮红线箭 头相反，因此 应取符号“-”，根据公式得：
i15
1 5
(1
z5 z3'
)
z2z3
z1z
' 2
1 28.24
§5-4 复合轮系传动比计算
21
例2：轮系也是一个复合轮系。 其成中一：个齿 基轮 本1周、转2轮、系3、，4齿和轮H1构5、 6轮、系7，和第H2构2个成周另转一轮个系基中本的周齿转轮 7就是第一个周转轮系的行星架， 齿轮4、5相连使两个基本周转 轮系的运动中心轮具有相同的 运动。
i17 i12 i2' 3 i3' 4 i45 i5' 6 i6' 7
n1 n2' n3' n4 n5' n6' n1
n2 n3 n4 n5 n6 n7 n7
作业
• P140 • 题7-10（定轴轮系） • 题7-11（周转轮系） • 题7-12 （周转轮系） • 题7-13 （复合轮系）
23
课堂练习
1.z图2=2示5，轮z系2’=中15，，z1z=3=1350，， zz若35’==n6110=5，5，0z05zr’4/==m32i00n，，，(z求m4’=齿=42m条(右m６旋)，)， 线速度v的大小和方向。
17
例z2’=题20，在z图3=7所5。示齿的轮差1动的轮转系速中为，21已0r知/m各in轮(蓝的箭齿头数向为上：)，z1 齿=3轮0，3的z2 转=2速5，为 54r/min(蓝箭头向下)，求系杆转速 的大小和方向。 解：将系杆视为固定，画出转化轮系中各轮的转向，如图中红 线箭头所示(红线箭头不是齿轮真实转向，只表示假想的转 化轮系中的齿轮转向，二者不可混淆)。因1、3两轮红线箭 头相反，因此 应取符号“-”，根据公式得：
i15
1 5
(1
z5 z3'
)
z2z3
z1z
' 2
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§5-4 复合轮系传动比计算
21
例2：轮系也是一个复合轮系。 其成中一：个齿 基轮 本1周、转2轮、系3、，4齿和轮H1构5、 6轮、系7，和第H2构2个成周另转一轮个系基中本的周齿转轮 7就是第一个周转轮系的行星架， 齿轮4、5相连使两个基本周转 轮系的运动中心轮具有相同的 运动。
i17 i12 i2' 3 i3' 4 i45 i5' 6 i6' 7
n1 n2' n3' n4 n5' n6' n1
n2 n3 n4 n5 n6 n7 n7
《机械设计基础》第七章 轮系及减速器
找出行星轮与系杆（注意：有时系杆的形状不一定是简单的杆状） 再找出与行星轮啮合的太阳轮。
（2） 找出所有的单一周转轮系后余下的就是定轴轮系 （3） 分别列出计算各基本轮系传动比的方程式。 （4） 找出各基本轮系之间的联系。 （5） 将各基本轮系传动比方程式联立求解，即可求得混合轮系的传动比。
例7－5：已知各轮齿数为：z1＝20， z2＝40， z2 ′=20， z3＝30，z4＝80， 求传动比i1H。
i12 i23 i34
n1 z 2, n2 z1 z3 n2 , n3 z 2 n3 z4 , n4 z3
z5 n4 i45 , n5 z4
其中n2＝n2′，n3＝n3′。将以上各式两边连乘可得，
n3 n4 n1n2 3 z2 z3 z4 z5 i12 i23 i34 i45 (1) z3 z4 n2 n3 n4 n5 z1 z2
50 nH 30 80 0 nH 20 50
nH≈14.7r/min
正号表示nH转向和n1的转向相同 本例中行星齿轮2和2′的轴线和齿轮1（或齿轮3）及系杆H的 轴线不平行，所以不能直接利用公式。
§7—4 复合轮系传动比的计算
在计算混合轮系传动比时，既不能将整个轮系作为定轴轮系来处理， 也不能对整个机构采用转化机构的办法。 计算混合轮系传动比的正确方法是： （1） 找出各个单一周转轮系
§5－5 轮系的应用
一、实现分路传动
Ⅳ
二、实现相距较远的两轴之间的传动
三、获得较大传动比 四、实现换向传动 五、用作运动的分解
Ⅲ Ⅴ Ⅵ 主轴
六、在尺寸及重量较小的条件下，实现大功率传动 七、用作运动的合成
图9-20
Ⅱ
（2） 找出所有的单一周转轮系后余下的就是定轴轮系 （3） 分别列出计算各基本轮系传动比的方程式。 （4） 找出各基本轮系之间的联系。 （5） 将各基本轮系传动比方程式联立求解，即可求得混合轮系的传动比。
例7－5：已知各轮齿数为：z1＝20， z2＝40， z2 ′=20， z3＝30，z4＝80， 求传动比i1H。
i12 i23 i34
n1 z 2, n2 z1 z3 n2 , n3 z 2 n3 z4 , n4 z3
z5 n4 i45 , n5 z4
其中n2＝n2′，n3＝n3′。将以上各式两边连乘可得，
n3 n4 n1n2 3 z2 z3 z4 z5 i12 i23 i34 i45 (1) z3 z4 n2 n3 n4 n5 z1 z2
50 nH 30 80 0 nH 20 50
nH≈14.7r/min
正号表示nH转向和n1的转向相同 本例中行星齿轮2和2′的轴线和齿轮1（或齿轮3）及系杆H的 轴线不平行，所以不能直接利用公式。
§7—4 复合轮系传动比的计算
在计算混合轮系传动比时，既不能将整个轮系作为定轴轮系来处理， 也不能对整个机构采用转化机构的办法。 计算混合轮系传动比的正确方法是： （1） 找出各个单一周转轮系
§5－5 轮系的应用
一、实现分路传动
Ⅳ
二、实现相距较远的两轴之间的传动
三、获得较大传动比 四、实现换向传动 五、用作运动的分解
Ⅲ Ⅴ Ⅵ 主轴
六、在尺寸及重量较小的条件下，实现大功率传动 七、用作运动的合成
图9-20
Ⅱ
机械设计基础第7章 带传动与链传动
20
7.3.3 单根V带的额定功率 在载荷平稳、特定带长、传动比为1、包角为180° 的条件下，单根普通V带的基本额定功率P0见表7.3.3。 当实际使用条件与特定条件不同时，须加以修正，从而 得出许用的单根普通V带的额定功率 [P0]，即
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7.3.4 V带传动的设计步骤和参数选择 （1）V带传动的参数选择 在V带传动设计中，通常已知条件为：传动的用途， 载荷性质，需传递的功率，主、从动轮转速或传动比， 对外廓尺寸要求等。 （2）V带传动的设计计算方法
第7章 带传动与链传动
7.1 带传动的主要类型、特点和应用
带传动是一种常用的机械传动装置，通常是由主动 轮1、从动轮2和张紧在两轮上的挠性环形带3所组成， 如图7.1.1所示。安装时，带被张紧在带轮上，当主动轮 1转动时，依靠带与带轮接触面间的摩擦力或啮合驱动 从动轮2一起回转，从而传递一定的运动和动力。
25
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图7.3.2 普通V带选型图
27
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图7.3.3 作用在轴上的力
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31
7.4 V带轮的材料和结构设计
7.4.1 V带轮的材料 V带轮常用铸铁制造（HT150或HT200），允许最 大圆周速度v≤25 m/s。当转速高或直径大时，应采用铸 钢或钢板焊接成的带轮；在小功率带传动中，也可采用 铸铝或塑料带轮。
13
滑动率ε的值与弹性变形的大小有关，即与带的材料 和受力大小有关，不是准确的恒定值，因此，摩擦传动 即使在正常使用条件下，也不能获得准确的传动比。通 常，带传动的滑动率为ε=0.01~0.02，在一般传动计算 中，可不予以考虑。
14
图7.2.3 带传动的相对滑动
15
机械设计基础第7章
起来组成的，由于传动中主、从动轴1、3间的相对位置会发生变
化，所以中间轴做成两段，并采用沿键联接，以适应两轴间距离
的变化。在双万向铰链机构中，主、从动轴的传动比可套用式(74)。
图7-27所示是双万向铰链机构在汽车驱动系统中的应用。其中发
动机和变速箱1安装在车架上，而后桥3用弹簧和车架连接。在汽
主动轮上只做出一个或一部分齿，并根据运动时间与停歇时间的
要求，而在从动轮上做出与主动轮轮齿相啮合的轮齿。
• 三、凸轮间歇运动机构
凸轮间歇运动机构一般由主动凸轮、从动转盘和机架组成。主动凸
轮作连续转动时，从动转盘作间歇运动。
• 1.圆柱形凸轮间歇运动机构
• 2. 蜗杆形凸轮间歇运动机构
如图7-18所示，凸轮形状如同圆弧面
蜗杆一样，滚子均匀地分布在转盘的
圆柱面上，犹如蜗轮的齿。这种凸轮
间歇运动机构可以通过调整凸轮与转
盘的中心距来消除滚子与凸轮接触面
间的间隙以补偿磨损。
第三节 螺旋机构
• 一、螺旋机构概述
• 螺旋机构在各种机械设备总经常用到。其
主要优点是能获得很大的减速比和力的增
益。此外，选择合适的螺纹导程角，还可
以使机构具有自锁性。它的主要缺点是机
第七章
其他常用机构
第一节 棘轮机构
棘轮机构是一种间歇运动机构。
• 一、棘轮机构的组成及工作原理
• 棘轮机构的典型结构如图7-1所示，它主要由
主动摆杆1、主动棘爪2、棘轮3、止动棘爪4、
机架5和弹簧6组成。止动棘爪4依靠弹簧6与
棘轮3保持接触，主动摆杆1空套在与棘轮3固
连的转轴O3上，并绕O3轴作往复摆动。
的开口从圆心向外，主动拨盘l与从动槽轮2
化，所以中间轴做成两段，并采用沿键联接，以适应两轴间距离
的变化。在双万向铰链机构中，主、从动轴的传动比可套用式(74)。
图7-27所示是双万向铰链机构在汽车驱动系统中的应用。其中发
动机和变速箱1安装在车架上，而后桥3用弹簧和车架连接。在汽
主动轮上只做出一个或一部分齿，并根据运动时间与停歇时间的
要求，而在从动轮上做出与主动轮轮齿相啮合的轮齿。
• 三、凸轮间歇运动机构
凸轮间歇运动机构一般由主动凸轮、从动转盘和机架组成。主动凸
轮作连续转动时，从动转盘作间歇运动。
• 1.圆柱形凸轮间歇运动机构
• 2. 蜗杆形凸轮间歇运动机构
如图7-18所示，凸轮形状如同圆弧面
蜗杆一样，滚子均匀地分布在转盘的
圆柱面上，犹如蜗轮的齿。这种凸轮
间歇运动机构可以通过调整凸轮与转
盘的中心距来消除滚子与凸轮接触面
间的间隙以补偿磨损。
第三节 螺旋机构
• 一、螺旋机构概述
• 螺旋机构在各种机械设备总经常用到。其
主要优点是能获得很大的减速比和力的增
益。此外，选择合适的螺纹导程角，还可
以使机构具有自锁性。它的主要缺点是机
第七章
其他常用机构
第一节 棘轮机构
棘轮机构是一种间歇运动机构。
• 一、棘轮机构的组成及工作原理
• 棘轮机构的典型结构如图7-1所示，它主要由
主动摆杆1、主动棘爪2、棘轮3、止动棘爪4、
机架5和弹簧6组成。止动棘爪4依靠弹簧6与
棘轮3保持接触，主动摆杆1空套在与棘轮3固
连的转轴O3上，并绕O3轴作往复摆动。
的开口从圆心向外，主动拨盘l与从动槽轮2
《机械设计基础》第7章 机械的运转及其速度波动的调节
对于不同类型的机械，其允许速度波动的程度是不同的。几种 常用机械的速度不均匀系数[δ]见P99表7-1 ，供设计时参考。
二、飞轮设计的基本原理
飞轮设计的基本问题是：已知作用在主轴上的驱动力 矩M′和阻力矩M″的变化规律，要求在机械的速度不均匀 系数δ的容许范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯 量J。
2、非周期性速度波动 机械运转中随机的、不规则的、没有一定周期的速
度变化称为非周期性速度波动。 这种速度波动不能依靠飞轮来进行调节，需要采用
专用装置——调速器来进行调节。
§7—2 飞轮设计的近似方法 一、平均角速度ωm和速度不均匀系数δ
图7-1所示为机械主轴角速度 随时间的变化规律ω=f (t)。
Aab= 400（Nm） （-） Abc=750（Nm） （+） Acd= 450（Nm） （-） Ade= 400（Nm）（+） Aea ′ =300（Nm） （-）
取比例尺μA=20Nm/mm，作能量指示图。 Amax =Lmax μA=37.5 ×20= 750（Nm）
J =900Amax/(π2n2 δ) =900 × 750/(π2× 1202 ×0.06) =79.2（kgm 2 ）
在一般机械中，其他构件所具有的动能与飞轮相比， 其值甚小，因此，近似设计中可以认为飞轮的动能就是整 个机械的动能，即其他构件的转动惯量可忽略不计。
如图所示为作用在某机械主轴 上的驱动力矩M′和阻力矩M″的变 化曲线及机械功能E的变化情况。 由图可见：
当E=Emax时，即c点处，ω=ωmax； 当E=Emin时，即b 点处，ω=ωmin。
二、速度波动调节的目的
由于速度波动会导致在运动副中产生附加的作用力， 从而降低机械效率和工作可靠性；并引起机械的振动，影 响零件的强度和寿命；还会降低机械的精度和工艺性能， 使产品质量下降。因此，对机械运转速度的波动必须进行 调节，以便使波动程度限制在许可的范围内，从而来减轻 所产生的上述不良影响。 三、速度波动调节的方法
二、飞轮设计的基本原理
飞轮设计的基本问题是：已知作用在主轴上的驱动力 矩M′和阻力矩M″的变化规律，要求在机械的速度不均匀 系数δ的容许范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯 量J。
2、非周期性速度波动 机械运转中随机的、不规则的、没有一定周期的速
度变化称为非周期性速度波动。 这种速度波动不能依靠飞轮来进行调节，需要采用
专用装置——调速器来进行调节。
§7—2 飞轮设计的近似方法 一、平均角速度ωm和速度不均匀系数δ
图7-1所示为机械主轴角速度 随时间的变化规律ω=f (t)。
Aab= 400（Nm） （-） Abc=750（Nm） （+） Acd= 450（Nm） （-） Ade= 400（Nm）（+） Aea ′ =300（Nm） （-）
取比例尺μA=20Nm/mm，作能量指示图。 Amax =Lmax μA=37.5 ×20= 750（Nm）
J =900Amax/(π2n2 δ) =900 × 750/(π2× 1202 ×0.06) =79.2（kgm 2 ）
在一般机械中，其他构件所具有的动能与飞轮相比， 其值甚小，因此，近似设计中可以认为飞轮的动能就是整 个机械的动能，即其他构件的转动惯量可忽略不计。
如图所示为作用在某机械主轴 上的驱动力矩M′和阻力矩M″的变 化曲线及机械功能E的变化情况。 由图可见：
当E=Emax时，即c点处，ω=ωmax； 当E=Emin时，即b 点处，ω=ωmin。
二、速度波动调节的目的
由于速度波动会导致在运动副中产生附加的作用力， 从而降低机械效率和工作可靠性；并引起机械的振动，影 响零件的强度和寿命；还会降低机械的精度和工艺性能， 使产品质量下降。因此，对机械运转速度的波动必须进行 调节，以便使波动程度限制在许可的范围内，从而来减轻 所产生的上述不良影响。 三、速度波动调节的方法
机械设计基础 完整课件 第7章 挠性传动设计
4.链传动的运动分析
链传动为啮合传动，且为部分挠性传动，因而产生运动不均匀性，是不可避 免的特有性质。
5. 参数选择 1）带传动。在满足工作条件下，其参数选择应综合考虑。应尽可能使带轮 包角α 增大，以增加可传递的圆周力；在 d ≥ d min 的前提下 d 应尽量小，以减小
结构；中心距满足 0.7(dd1 + dd2 ) ≤ a ≤ 2(dd1 + dd2 ) 。
（1）弹性滑动存在；
（2）打滑存在；
（3）打滑和弹性滑动同时存在； （4）强烈的振动与噪声。
7．链传动中，合理的链条长度与节距间的关系为______。
（1）LP 应等于奇数倍链节距；
7-4
机械设计基础（近机类）学习指导
（2）LP 应等于偶数倍链节距； （3）可为任意值； （4）按链轮齿数来决定。
8．根据滚子链传动的瞬时传动比i = ω 1 = d2 cosλ （γ、β分别为链节铰链在 ω 2 d1 cos β
( ) z =
pc p0 + ∆p0
kα kL
中，
p0 代 表
_______________。
7-3
机械设计基础（近机类）学习指导
9．带传动的传动比不准确，是因为带传动中存在着不可避免的 ________________现象。
10．链传动和带传动相比较，链传动作用在轴和轴承上的压轴力_________。
机械设计基础（近机类）学习指导
第 7 章 挠性传动设计
7.1 教学基本要求
1.熟练掌握挠性传动的特点、类型和应用场合； 2.熟练掌握传动带的受力分析、应力分析、失效形式； 3.掌握传动带弹性滑动的性质； 4.熟练掌握传动链的运动分析、失效形式； 5.了解挠性传动中各参数对设计的影响及其选择方法； 6.能够熟练进行挠性传动设计计算。
链传动为啮合传动，且为部分挠性传动，因而产生运动不均匀性，是不可避 免的特有性质。
5. 参数选择 1）带传动。在满足工作条件下，其参数选择应综合考虑。应尽可能使带轮 包角α 增大，以增加可传递的圆周力；在 d ≥ d min 的前提下 d 应尽量小，以减小
结构；中心距满足 0.7(dd1 + dd2 ) ≤ a ≤ 2(dd1 + dd2 ) 。
（1）弹性滑动存在；
（2）打滑存在；
（3）打滑和弹性滑动同时存在； （4）强烈的振动与噪声。
7．链传动中，合理的链条长度与节距间的关系为______。
（1）LP 应等于奇数倍链节距；
7-4
机械设计基础（近机类）学习指导
（2）LP 应等于偶数倍链节距； （3）可为任意值； （4）按链轮齿数来决定。
8．根据滚子链传动的瞬时传动比i = ω 1 = d2 cosλ （γ、β分别为链节铰链在 ω 2 d1 cos β
( ) z =
pc p0 + ∆p0
kα kL
中，
p0 代 表
_______________。
7-3
机械设计基础（近机类）学习指导
9．带传动的传动比不准确，是因为带传动中存在着不可避免的 ________________现象。
10．链传动和带传动相比较，链传动作用在轴和轴承上的压轴力_________。
机械设计基础（近机类）学习指导
第 7 章 挠性传动设计
7.1 教学基本要求
1.熟练掌握挠性传动的特点、类型和应用场合； 2.熟练掌握传动带的受力分析、应力分析、失效形式； 3.掌握传动带弹性滑动的性质； 4.熟练掌握传动链的运动分析、失效形式； 5.了解挠性传动中各参数对设计的影响及其选择方法； 6.能够熟练进行挠性传动设计计算。
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