机械基础第三章 机 构
机械基础3第三章 直杆的基本变形
2017/10/3
第三章 直杆的基本变形
直杆的基本变形
在机器或结构物体中，存在多种多样的构件。如果构件 的纵向（长度方向）尺寸较横向（垂直于长度方向）尺寸大 得多，这样的构件称为杆件。直杆件是机械中最基本的构件。 外力在直杆件上的作用方式有很多种，直杆件由此产生 的变形形式也不同。归纳起来，直杆件变形的基本形式有四 种：拉伸与压缩、剪切、扭转、弯曲。
图3-11 剪切变形
第二节 剪切与挤压
2．剪切变形的特点 以铆钉（图3-12）为例，分析剪切变形的特点。 （1）受力特点：构件受两组大小相等、方向相反、作用线相距很 近（差一个几何平面）的平行力系作用。 （2）变形特点：构件沿两组平行力系的交界面发生相对错动。 （3）剪切面：构件将发生相互的错动面，如n－n。
（3）构件特点：等截面直杆。
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
三、直杆应力与应变 1．直杆应力
想一想
如图3-5所示，两根材料一样，但横截面面积不同的杆件，它们所 受外力相同，随着外力的增大，哪一根杆件先发生变形?
图3-5 不同横截面杆件受力图
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
工程上常用应力来衡量构件受力的强弱程度。构件在外力作用下， 单位面积上的内力称为应力。某个截面上，与该截面垂直的应力称为 正应力（图3-6），与该截面相切的应力称为切应力。
生破坏。
内力有正负规定： 当内力与截面外法线同向，为正内力（拉力）。 当内力与截面外法线反向，为负内力（压力）。
第一节 直杆件轴向拉伸与压缩
2．直杆变形
想一想
观察图3-2，单层厂房结构中的屋架杆受到了什么变形? 在轴向力的作用下，直杆件产生伸长变形称为直杆轴向拉伸，简 称直杆拉伸。 在轴向力的作用下，直杆件产生缩短变形称为直杆轴向压缩，简 称直杆压缩。
机械设计基础课件 第三章 平面机构自由度的计算
1个约束，2个自由度
5.自由度：构件的独立运动（参数） 平面运动 X，Y，α 约束：对独立运动所加的限制
实长（m） μl= 图长（mm）
机构：
（1）机架：某一构件相对固定（只有一个） （2）原动件：机构中按给定的运动规律独立运动的构件 （3）从动件：确定运动
机构的运动简图：机构用一些简单的线条和规定的符号表达，该图形具有确定的比例
第三章 平面机构的自由度计算
1.机械中每一种独立的运动单元体称为一个构件
2.凡使两个构件直接接触而又能有一定的相对运动的连接称为运动副
3.构成运动副时，两个构件上参与接触的部分（点，线或者面）称为运动副的元素
4.低副：两构件组成面接触的运动副（回转副和移动副）
2个约束，1个自由度
高副：两构件组成点或线接触的运动副
第一章 绪论
机械：机器和机构 机器：（1）构件的组合体
（2）各构件之间有确定的相对运动 （3）用来变换或传递能量，物料与信息，以减轻人做的有用功 机构：具有机器的前两个特点，传递运动和力的装置
构件和零件 构件：运动的最小单元 零件：加工的最小单元
机器是由若干机构组成 机构是由若干构件组成 机构由一个或若干个零件组成
F≤0 机构不能动 F﹥0 机构可以动
F﹥原动件数，运动不确定 F=原动件数，运动确定 F﹤原动件数，不能动
三角形构件的三个自由度均不受限制
轮系 第九章 轮系 行星轮系
只会遇见这种小滚子的局部自由度 焊死处理
虚约束特别容易被漏掉
第二条后面有一个例题 这个比较不容易被看出来
无非就是判断机构能不能动，原动件数目几个，是否合适， 拿到题之后，第一步先看，有没有复合铰链，局部自由度，虚约束
复 复
机械设计基础：03棘轮机构
图7－7所示为牛头刨床工作台 横向进给机构，
当曲柄1转动时，经连杆2带动 摇杆4作往复摆动；摇杆4上装 有图7—4b 所示的 双向棘 轮机
构的棘爪，棘轮3与丝杠5固连， 棘爪带动棘轮作单方向间歇转 动，从而使螺母6（工作台） 作间歇进给运动。
若改变驱动棘爪摆角，可以调
节进给量；改变驱动棘爪的位
图7-5 a 偏心楔块式棘轮机构
(2) 滚子楔紧式棘轮机构
图7-6为常用的摩擦式棘轮机构，构件1逆时针转动或 构件3顺时针转动时，在摩擦力作用下能使滚子2楔紧 在构件1、3形成的收敛狭隙处，则构件1、3成一体， 一起转动；运动相反时，构件1、3成脱离状态。
图7-6 滚子楔紧式棘轮机构
三、棘轮机构的特点和应用
附加图 c 球面槽轮机构
三、槽轮机构的运动性质
1．槽轮机构运动系数
（1）外槽轮机构 如图7－14所
示外槽轮机构，为避免槽轮2在 起动和停歇时发生刚性冲击，圆
柱销A进入与脱出径向槽时，槽 的中心线应与圆柱销中心的运动
圆周相切。
若外啮合槽轮2上均布的径向槽
2数动1拨为 盘z ，1的则2转槽2角轮2转Φ1动为22zΦ2 时
16
二、槽轮机构的基本类型及其应用
1、类型 常用的槽轮机构有两种类型：一种是外啮合槽轮机
构，另一种是内啮合槽轮机构。 (1)外啮合槽轮机构：图7-14a 为外啮合槽轮机构。 (2)内啮合槽轮机构：图7-15为内啮合槽轮机构。
图7-15
17
2、应用举例
槽轮机构结构简单，容易制造。但工作时有一 定程度的冲击，故一般不宜用于高速转动的场 合。图7-16为槽轮机构应用于电影放映机的间 歇卷片机构中。
k t2 k(z 2)
机械设计基础第3章
常用解决方法：增大r0,原则是保证不出现尖点和失 真现象的前提下，取r0最小。
三,平底与导路中心线的交点为尖顶
四 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
已知凸轮以等角速w顺时针回转，凸轮基圆半径为r0，凸轮 与摆动从动件的中心距为a，从动件长度l，从动件最大摆角ymax， 以及从动件的运动规律（位移线图y-f），求作此凸轮的轮廓曲线。 设计步骤： （1）以为半径作基圆，以中心距为a，作摆杆长为l与基圆交点于点 （2）作从动件位移线图，并分成若干等分 （3）以中心矩a为半径，o为原心作图 （4）用反转法作位移线图对应等得点A0，A1，A2，…… （5）以l为半径，A1，A2，……，为原心作一系列圆弧、……交于 基圆C1，C2，……点 （6）以l为半径作对应等分角。 （7）以A1C1，A2C2向外量取对应的A1B1，A2B2…… （8）将点B0，B1，B2……连成光滑曲线。
§3-5 凸轮廓线的解析法设计
一 滚子直动从动件盘形凸轮 已知偏距e，基圆半径r0，滚子半径rT，从动件运动规 律s=s( )以及凸轮以等角速度w顺时针方向回转。
• 已知基圆半径r0，从动件运动规律s=s( )以及 凸轮以等角速度w顺时针方向回转。
二 平底直动从动件盘形凸轮
第三章 凸轮机构
机架 从动件(推杆)
凸轮
凸轮机构的优点：凸轮具有曲线工作表面， 只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得 到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑、 设计方便。 凸轮机构的缺点：凸轮轮廓与从动件之间是 点接触或线接触，易于磨损，通常用于传力 不大的控制机构。
凸轮和滚子材料的选择
（2）将位移线图s-φ的推程运动角和回程运动角分别作若干等分 （图中各为四等分）。 （3）自OC0开始，沿w的相反方向取推程运动角(1800)、远休止 角(300)、回程运动角(1900)、近休止角(600)，在基圆上得C4、 C5、C9诸点。将推程运动角和回程运动角分成与从动件位移线 图对应的等分，得C1、C2、C3和C6、C7、C8诸点。 （4）过C1、C2、C3、...作偏距圆的一系列切线，它们便是反转 后从动件导路的一系列位置。 注意：射线方向应与凸轮的转动方向相一致。 （5）沿以上各切线自基圆开始往外量取从动件相应的位移量， 即取线段C1B1=11' 、C2B2=22'、...，得反转后尖底的一系列位 置B1、B2、...。 （6）将B0、B1、B2、...连成光滑曲线（B4和B5之间以及B9和 B0之间均为以O为圆心的圆弧），便得到所求的凸轮轮廓曲线。 滚子直动从动件盘形凸轮 只要首先取滚子中心为参考点，把它看作为尖顶从动件的尖顶， 则由上方法得出的轮廓曲线称为理论轮廓曲线，然后以该轮廓曲 线为圆心，滚子半径rT为半径画一系列圆，再画这些圆所包络的 曲线，即为所设计的轮廓曲线，这称为实际轮廓曲线。其中r0指 理论轮廓曲线的基圆半径。
《机械基础》第三章轴系零部件[最终定稿][修改版]
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第一篇：《机械基础》第三章轴系零部件《机械基础》教案第三章轴系零部件一、教案【教学要求】1、了解轴的分类、结构和用途；2、掌握轴上零件轴向固定与周向固定的目的及常用方法；3、了解转轴上常见的工艺结构；4、了解键连接的功用和分类；5、熟悉键连接、销连接的结构与分类；6、了解各种键与销的类型、特点及应用；7、了解轴承的结构、类型、特点、代号及应用，轴承的安装、密封和润滑；8、了解联轴器、离合器的功用、类型、特点及应用。
【教学目的】使学生知道什么是轴向和周向固定，掌握其目的和常用的方法，了解轴的分类、结构和用途；了解轴承的结构、类型、特点、代号及应用，轴承的安装、密封和润滑；熟悉键连接的结构与分类。
【学习概要】1、轴的用途和分类。
2、转轴的结构。
3、轴上零件的轴向固定与周向固定。
4、熟悉键连接、销连接的结构与分类。
5、了解轴承的结构、类型、特点、代号及应用，轴承的安装、密封和润滑。
6、了解联轴器、离合器的功用、类型、特点及应用。
第一节轴【教学重难点】1、掌握轴上零件轴向固定与周向固定的目的及常用方法。
2、了解轴的分类、结构和用途- 1《机械基础》教案4、结构工艺性——轴的结构形式应便于加工、便于轴上零件的装配和便于使用维修，并且能提高生产率，降低成本。
有关轴的工艺结构应注意问题：轴的结构和形状应便于加工、装配和维修。
阶梯轴的直径应该是中间大，两端小，以便于轴上零件的装拆。
轴端、轴颈与轴肩（或轴环）的过渡部位应有倒角或过渡圆角，并应尽可能使倒角大小一致和圆角半径相同，以便于加工。
轴上需要切制螺纹或进行磨削时，应有螺纹退刀槽或砂轮越程槽。
当轴上有两个以上键槽时，槽宽应尽可能统一，并布置在同一直线上，以利加工。
【小结】1．轴的用途和分类。
2．转轴的结构要求。
3．轴上零件的轴向固定与周向固定。
4．轴的结构工艺性。
- 3《机械基础》教案键长L根据轮毂长度按标准查取（比轮毂长度短5～10mm）C、普通平键的标记：键型键宽×键长标准号例：键16100 GB/T 1096－2003 表示键宽为16mm，键长为100mm的A型普通平键。
机械基础各章知识点总结
机械基础各章知识点总结第一章：机械基础概论机械基础是机械工程的基础学科之一，它研究机械运动的规律和机械运动部件的设计、计算、制造、安装、使用、维修和管理等问题。
机械基础知识包括：力的概念和分类、力的作用效果、力的合成和分解等。
力的概念和分类：力是一种物体之间相互作用的物理量，根据力的性质和作用方式不同，可以将力分为接触力和非接触力两大类。
接触力包括拉力、推力、支持力等，非接触力包括引力、斥力等。
力的作用效果：力的作用效果包括力的平衡和不平衡两种情况。
当多个力合成为零力或合力时，称为力的平衡；当多个力合成不为零力或合力时，称为力的不平衡。
力的合成和分解：力的合成是指将多个力合成为一个力的过程，力的合成可以采用平行四边形法则、三角形法则等方法。
力的分解是指将一个力分解为几个力的过程，力的分解可以采用三角形法则、垂直分解法、平行分解法等方法。
第二章：力学力学是研究物体受到力的作用而产生的运动状态和变形形态的学科，包括静力学、动力学、弹性力学、塑性力学等内容。
力学知识点包括：受力分析、受力平衡、弹簧力、弹簧的应用等。
受力分析：受力分析是指对物体受到的力进行分解、合成和求和的过程，通过受力分析可以确定物体所受外力的大小、方向和作用点等信息。
受力平衡：受力平衡是指物体受到外力作用时，力的合成为零力或合力的过程，力的平衡可以分为平衡力的分析和平衡力的判定两个阶段。
弹簧力：弹簧力是指当弹簧受到拉伸或压缩时所产生的力，弹簧力的大小与弹簧的变形量成正比，与弹簧的劲度系数成反比。
弹簧的应用：弹簧广泛应用于机械系统中，包括减震弹簧、拉簧、压簧等，弹簧的应用可以有效地调节机械系统的振动和变形。
第三章：运动学运动学是研究物体运动规律的学科，包括直线运动、曲线运动、圆周运动等内容。
运动学知识点包括：速度、加速度、运动规律等。
速度：速度是描述物体运动快慢的物理量，速度可以分为瞬时速度和平均速度两种，瞬时速度是物体在某一瞬间的速度，平均速度是物体在一段时间内的速度。
机械工程基础第三章 常用机构
第三章 常用机构
一、平面运动副及其分类 机构是由若干个构件组合而成的。每个构件都以一定的方 式与其它构件相互联接，这种联接不同于铆接和焊接等刚性 联接，它能使相互联接的两构件之间存在一定的相对运动。 这种使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的联接称为 运动副。例如在内燃机中，活塞与缸体间的联接、连杆与曲 轴间的联接、凸轮与顶杆间的联接以及轮齿与轮齿间的联接 都构成运动副。 运动副中构件与构件的接触形式不外乎点、线、面三种。 例如凸轮与顶杆之间、轮齿与轮齿之间的联接为点接触或线 接触；连杆与曲轴之间、活塞与缸体之间的接触则为面接触。 我们把两构件之间构成点或线接触的运动副称为高副，把两 构件之间构成面接触的运动副称为低副。 运动副除根据成副两构件的接触情况进行分类外，通常还 可根据两构件之间的相对运动是平面运动还是空间运动，把 运动副分为平面运动副和空间运动副两类。由于常用机构多 为平面机构，所以本书重点讨论平面机构及其运动副的有关 问题。
参与组成三个转动副的构件的表示方法如图3-8所 示。当三个转动副中心不在一条直线上时，可用三 条直线连接三个转动副中心组成的三角形表示（图 3-8a、b）。为了说明是同一构件参与组成三个转动 副，在每两条直线相交的部位涂以焊接记号或在三 角形中间画上剖面线。如三个转动副的中心处在一 条直线上，可用图3-8c表示。
动副按照它们在构件上的位置用符号表示出来，再用简单的 线条把它们联成一体即可。
第三章 常用机构
参与组成两个运动副的构件的表示方法如图3-7 所示。当按一定比例绘制机构运动简图时，表示转 动副的圆圈，其圆心必须与相对回转轴线重合；表 示移动副的滑块、导杆或导槽时，其导路必须与相 对移动方向一致；表示平面高副的曲线，其曲率中 心的位置必须与构件实际轮廓相符。
机械设计基础第3章 凸轮机构习题解答1
3-1试分别标出四种凸轮机构在图示位置的压力角α。
a)b)c)d)a)b)c)d)3-2图示尖底直动从动件盘形凸轮机构，C 点为从动件推程的起始点。
完成下列各题：(1)在图上标出凸轮的合理转向；(2)试在图上作出凸轮的基圆与偏心圆，并标注其半径r b 与e ；(3)在图上作出轮廓上D 点与从动杆尖顶接触时的位移s 和压力角α；(4)在原图上画出凸轮机构的推程运动角Φ。
题3-2图3-3由图所示直动盘形凸轮的轮廓曲线，在图上画出此凸轮的基圆半径r b、各运动角即推程运动角Φ、远休止角ΦS、回程运动角Φ′和近休止角Φ′S及从动件升程h。
题3-3图3-4图示的对心滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际轮廓为一圆，圆心在A 点，半径R＝40mm，凸轮转动方向如图所示，l OA＝25mm，滚子半径r r＝10mm，试问：(1)凸轮的理论曲线为何种曲线？(2)凸轮的基圆半径r b＝？(3)在图上标出图示位置从动件的位移S，并计算从动件的升距h？(4)用反转法作出当凸轮沿ω方向从图示位置转过90°时凸轮机构的压力角。
题3-4图解：(1)理论轮廓曲线为：以A点为圆心，半径为R＋r r的圆。
(2)此时所求的基圆半径为理论轮廓曲线的r b．r b＝R－OA+r r＝40-25+10＝25mm(3)从动件的位移S如图所示。
升程h＝R+OA+r r-r b＝40+25+10-25＝50mm(4)从动件导路沿-ω方向转过90°到B，压力角α'如图中所示。
3-5如图所示偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构。
已知凸轮实际轮廓线为一圆心在O 点的偏心圆，其半径为R ，从动件的偏距为e ，试用图解法：(1)确定凸轮的合理转向；(2)画出凸轮的基圆；(3)标出当从动件从图示位置上升到位移s 时,对应凸轮机构的压力角α；（要求量出具体的数值）题3-5图3-8试以作图法设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构。
已知凸轮以等角速度逆时针回转，正偏距e =10mm ，基圆半径r 0=30mm ，滚子半径r r =10mm 。
机械设计基础(第3版)
l2 = A C2－EC2/ 2
二、按连杆的预定位置设计四杆机构
1.给定连杆两组位置 将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连 线的垂直平分线上任意位置都能满足 设计要求。 有无穷多组解。 2.给定连杆上铰链BC的三组位置 有唯一解。 B1 B1 B2 A A’
C1
C2 D D’
C1
设计：潘存云
C2
A B 1 D 2 设计：潘存云 C 3
6
C 设计：潘存云 2 3 B 4 D 1 A
E
惯性筛机构
旋转式叶片泵
A 1 B
4
D
2
C 3
特例：平行四边形机构 特征：两连架杆等长且平行， 连杆作平动 实例：火车轮 摄影平台 播种机料斗机构 天平
A B B B C B
设计：潘存云
B B’ A
设计：潘存云
φ
设计：潘存云 设计：潘存云
l
设计：潘存云
→∞
对心曲柄滑块机构
双滑块机构
正弦机构
2.改变运动副的尺寸
设计：潘存云
3.选不同的构件为机架
B B
偏心轮机构
1
A
2 4
3
C
1
A
2 4
3
C 摆动导杆机构 转动导杆机构
曲柄滑块机构
导杆机构
应用实例:
D
C 3 6 E 5 2 4 3 C C1
2 B 设计：潘存云 4
第三章 平面连杆机构
第一节 概述 第二节 平面四杆机构的基本形式及其演化 第三节 平面四杆机构存在曲柄的条件和几 个基本概念
第四节 平面四杆机构的运动设计
机械设计基础（第3版）
• 书名：机械设计基础 （第3版） • 书号：978-7-11155122-5 • 作者：胡家秀 • 出版社：机械工业出 版社
机械基础常用机构
例2：牛头刨床的横向进给机构
• 机构工作时，右侧小齿轮带 动相当于曲柄的大齿轮转动， 然后通过连杆带动带有棘爪 的摇杆作往复摆动，从而带 动棘轮连同丝杠作单向间歇 运动。
• 所以牛头刨车的横向进给机 构是由曲柄摇杆机构与棘轮 机构串联构成的。
双曲柄机构
• 铰链四杆机构中，若两个连架杆均为曲柄，则 四杆机构称为双曲柄机构。
3.1 运动副及平面机构运动简图
思考下列图形的运动形式，观察滑块与机架，两齿轮 的接触形式有什么不同？
3.1.1 运动副及其分类
• 运动副：将两个构件组成的既具有一定约束又 具有一定相对运动的联接。
• 两构件组成的运动副，是通过点、线或面接触 来实现的。
• 按照接触方式不同，通常把运动副分为低副
2.连架杆和机架中必有一个是最短杆。
推论：
①铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其 余两杆长度之和，则取最短杆的相邻杆为机架时，得曲柄摇杆机 构；取最短杆为机架时，得双曲柄机构；取与最短杆相对的杆为 机架时，得双摇杆机构。
②铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆 长度之和，则不论取何杆为机架时均无曲柄存在，而只能得双摇 杆机构。
机构运动尺寸定出各运 动副间的相对位置。 • ③ 画出各运动副和机构 符号，并画出各构件。 • ④ 完成必要的标注
内燃机的运动简图1－曲轴；2－连 杆；3－活塞；4－缸体；5－ 阀杆；6－凸轮；7，8－齿轮
3.2 平面连杆机构
• 平面连杆机构是由若干个刚性构件通过转动副 或移动副联接而成的机构，也称平面低副机构， 组成平面连杆机构各构件的相对运动均在同一 平面或相互平行的平面内。
机机械械制基图础
习题册参考答案-《机械基础(第三版)习题册》-A07-9711
§1-3 滚动轴承 一、填空题 1.内圈 外圈 滚动体 保持架 2.球体 圆柱滚子 圆锥滚子 滚针 3.向心轴承 推力轴承 4.两端固定 一端固定、一端游动 5.压力机 软锤 6.拉拔器 7.润滑脂 润滑油 固体润滑剂 润滑脂 8.皮碗密封 毡圈密封 二、选择题 1.A 2.B 3.B 4.C 5.A 6.A 7.C 8.A 9.C 10.B 三、判断题 1.√ 2.× 3. √ 4. √ 5. × 6. × 7. × 8. × 9.× 四、解释下列滚动轴承代号的含义 1.
6
§2-4 联轴器、离合器和制动器 一、填空题 1.刚性联轴器 挠性联轴器 2.啮合式 摩擦式 3.摩擦式 二、选择题 1.B 2.C 3.C 4.A 5.B 6.B 7.B 8.A 9.C 10.A 11.B 12.A 三、判断题 1.× 2.√ 3. √ 4. √ 5. √ 四、简答题 1. 联轴器可以用来连接轴与轴或轴与其他回转零件，以传递运动和转矩；离合器是 联轴器的一种特例。联轴器只能在机器停止运转后才能将两轴接合或分离；而离合器在机器 运转过程中可随时将两轴接合或分离，以便操纵机械系统运转、停车、变速和换向等。 2.工作可靠，接合平稳，分离迅速而彻底，动作准确，调节和维修方便，操作方便省 力，结构简单等。
一、填空
第二章 联接零部件 §2—1 键及连接
4
1.轴和轴上零件之间的周向固定以传递扭矩 2.平键 半圆键 楔键 切向键 花键 3.圆头 方头 半圆头 4.键宽 键高 键长 5.导向 6.导向 7.普通楔键 钩头楔键 8.一个方向 两对 120°～130° 9.矩形花键 渐开线花键 10.小径定心 高 好 30° 齿侧 二、选择题 1.A 2.C 3.A 4.C 5.A 6.C 7.C 8.C 9.A 10.A 11.A 三、判断题 1.√ 2.√ 3.× 4.√ 5.× 6.× 四、简答题 1.普通平键上、下两面互相平行，两个侧面也互相平行。A型键在键槽中轴向固定好， 键与键槽配合较紧；B型键槽应力集中较小；C型键常用于轴端。 2.半圆键上表面为一平面，下表面为半圆形，两侧面互相平行，半圆键连接工作时靠键 两侧的工作面传递转矩。键在轴槽中能绕槽底圆弧曲率中心摆动，装配方便。键槽较深，对 轴的削弱较大。
机械学基础电子教案-第3章
2. 范成法 （1）范成运动； （2）切削运动（刀具做） （3）进给运动（刀具做）
（4）退刀运动（齿坯做）
齿轮插刀
12
2. 范成法－齿条插刀
2. 范成法－齿轮滚刀
13
二.根切现象
范成法加工齿轮，当被加工齿轮齿数（z<17），齿 根渐开线会被刀具切去一部分，称为根切；
14
1. 避免根切方法：使刀具的齿顶线不超过极限啮合点N1 2. 不产生根切的最少齿数
ha*m N1M
N1M PN1 sin
PN1 r sin
z
2ha *
sin2
15
3.4 变位齿轮
一. 加工变位齿轮的刀具位置
16
二. 变位齿轮的形成和特点
变位齿轮的几何特点
（1）变位齿轮和标准齿轮的齿 形是同一条渐开线的不同段；
（2）正变位齿轮的分度圆齿厚 增大了，负变位齿轮的分度圆齿 厚减小了；
（习题3-8）设有一对外啮合齿轮的齿数z1=30， z2=40，m=20mm，压力 角α=20，齿顶高系数ha*=1 。试求当中心距a`=725mm，两轮的啮合角α` 。 又当α` ＝22º30`时，试求中心距a`。
11
3.3 齿轮的加工原理和根切现象
一.齿轮的加工原理 1. 成型法
特点： （1）刀具简单，效率低； （2）加工不连续； （3）精度低；
斜齿轮的轴向作用力
β β
二.斜齿圆柱轮的几何尺寸计算
端面、法面参数的关系式
Pn Pt cos
mn mt cos
bn
b
c os
25
三.斜齿轮的当量齿数 β
a2 b
d 2 cos 2
zv
z cos 3
机械设计基础——凸轮机构
3.余弦加速度（简谐运动）规律：
从动件加速度在起点和终点存在有限值O
v
突变，故有柔性冲击;
若从动件作无停歇的升－降－升连续往
0/2 p h /20
复运动，加速度曲线变为连续曲线，可
O
以避免柔性冲击;
a
可适用于高速的场合。
O
0/2 p22 h /202
0/2
机械设计基础
-p22 h /202
0
机械设计基础
直动平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制
机械设计基础
直动平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制
-
机械设计基础
实际廓线
3.6 凸轮机构设计中应注意的几个问题
（1）滚子半径的选择
设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑，滚子 的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮 廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的 运动规律。
机械设计基础
1、图解法的原理 -
-
B1
s
rb
B0 B
e
假想给整个凸轮机构加上 一个与凸轮角速度大小相等 、方向相反的角速度（- ）， 凸轮将处于静止状态；机架则 以（ - ）的角速度围绕凸轮 原来的转动轴线转动；而从动 件一方面随机架转动，另一方 面又按照给定的运动规律相对 机架作往复运动。 ——反转法
机械设计基础
机械设计基础
第三章 凸轮机构
• 学习重点：
1.了解凸轮机构的组成、特点、分类及应用 2.掌握从动件的常用运动规律；了解其冲击特性及应 用
学习难点
凸轮机构运动的实现
机械设计基础
当从动件的位移、速度、加速度必须严格按预 定规律变化，特别是当原动件作连续运动时从动件必 须作间歇运动下，采用凸轮机构设计最为简便
机械设计基础习题解答第3章
3.1 铰链四杆机构有哪几种基本类型？铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构，双摇杆机构三种基本型式。
3.2 铰链四杆机构的演化型式有哪几种？举例说明其用途？常见铰链四杆机构的演化型式有：曲柄滑块机构和偏心轮机构、导杆机构、移动导杆机构和曲柄摇块机构、曲柄移动导杆机构等。
曲柄滑块机构和偏心轮机：曲柄转动和滑块移动的转换，例如内燃机主机构。
导杆机构：曲柄的转动变为导杆的摆动或转动；例如牛头刨床主机构。
移动导杆机构：转动与导杆移动转换，例如抽水唧筒等。
曲柄摇块机构：滑块代替摇杆作摆动，例如自卸汽车自卸机构。
曲柄移动导杆机构：具有两个移动副的四杆机构，例如椭圆规机构等。
3.3平面四杆机构中的急回特性是什么含义？在什么条件下机构才具有急回特性？主动构件等速度运动时，从动件往复运动的平均速度不相等，返回时速度较大，这一性质称为机构的急回特性。
连杆机构从动件具有急回特性的条件是：（1）主动件为曲柄作等速整周转动；（2）从动件作往复运动（有极限位置）；（3）极位夹角θ＞0。
3.4铰链四杆机构中曲柄存在的条件是什么？曲柄是否一定是最短杆？铰链四杆机构曲柄存在条件：（1）最短杆与最长杆长度之和应小于或等于其余两杆长度之和；（2）连架杆与机架中至少有一个是最短杆。
铰链四杆机构中曲柄存时，曲柄不一定是最短杆，也可能是机架是最短杆。
3.5 何谓连杆机构的传动角和压力角？压力角的大小对连杆机构的工作有何影响？从动件的受力方向与受力点的速度方向间所夹的锐角α，称在为压力角，压力角的余角γ称为传动角。
压力角愈小，使从动件运动的有效分力越大，机构传动的效率也越高，所以可用压力角的大小判断机构的传力特性。
3.6什么是机构的死点？机构在什么位置具有死点？如何避免死点和利用死点。
试做一试验或举一实例。
连杆机构中，曲柄为从动件时，当连杆与曲柄处于共线位置时，机构的传动角γ＝0°，压力角α=90°，从动件或不转，机构停顿，或运动不确定，机构所处的这种位置称为死点位置。
机械设计基础IA--第三章凸轮机构--习题与答案
第3章凸轮机构一、判断题（正确T，错误F）1.凸轮机构出现自锁是由于驱动力小造成的。
（）2.在凸轮从动件运动规律中，等速运动的加速度冲击最小。
（）3.适用于高速运动的凸轮机构从动件运动规律为余弦加速度运动。
（）4.基圆是凸轮实际廓线上到凸轮回转中心距离最小为半径的圆。
（）5.若要使凸轮机构压力角减小，应增大基圆半径。
（）6.凸轮机构的从动件按简谐运动规律运动时，不产生冲击。
（）二、单项选择题1. 设计凸轮机构，当凸轮角速度和从动件运动规律已知时，则。
A.基圆半径越大，压力角越大B.基圆半径越小，压力角越大C.滚子半径越小，压力角越小D.滚子半径越大，压力角越小2. 凸轮机构的从动件选用等加速等减速运动规律时，其从动件的运动。
A.将产生刚性冲击B.将产生柔性冲击C.没有冲击D.既有刚性冲击又有柔性冲击3. 在设计直动滚子从动件盘形凸轮机构时，若发生运动失真现象，可以。
A.增大滚子半径B.减少基圆半径C.增大基圆半径D.增加从动件长度4. 在下列凸轮机构中，从动件与凸轮的运动不在同一平面中的是。
A.直动滚子从动件盘形凸轮机构B.摆动滚子从动件盘形凸轮机构C.直动平底从动件盘形凸轮机构D.摆动从动件圆柱凸轮机构5. 与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是。
A.设计较为复杂B.惯性力难以平衡C.点、线接触，易磨损D.不能实现间歇运动6. 有限值的突变引起的冲击为刚性冲击。
A.位移B.速度C.加速度D.频率7.对于转速较高的凸轮机构，为减小冲击振动，从动件运动规律宜采用运动规律。
A.等速B.等加速等减速C.正弦加速度8.若从动件的运动规律为等加速等减速运动规律、简谐运动规律或正弦加速度运动规律，当把凸轮转速提高一倍时，从动件的加速度是原来的倍。
A. 1B. 2C. 4D. 89.当凸轮基圆半径相同时，采用适当的从动件导路偏置可以凸轮机构推程的压力角。
A.减小B.增加C.保持原来10.滚子从动件盘形凸轮机构的滚子半径应凸轮理论廓线外凸部分的最小曲率半径。
《机械设计基础》第3章(1)
⌒ 不动的轮廓（DA）所对应的角
10
◆从动件位移线图 ——从动件位移S（或角位移ψ） 与凸轮转角φ之间的关系曲线。
S
O
S
φ O φ φs φ’ φs ’
11
t
●凸轮机构的应用
内燃机1 送料机
电阻打弯机
内燃机 绕线机
12
熊猫吐泡泡
●从动件的常用运动规律
S
◆等速运动
h
ϕ
从动件运动方程：
φ t
24
ϕ
t
δt
ϕ
t
a
简谐运动规律位移线图的 再将圆周上的等份点投影到相应 用光滑曲线连接这些点，即得到 再将横轴的推程运动角φ分成 取比例尺，建直角坐标。 以从动件行程h为直径画一半圆 将此半圆分成若干等份（6等份） 画法步骤： 的垂线上，得对应的交点。 从动件作简谐运动的位移线图。 相应等份，并作垂线。
34
反转法原理
1、直动从动件盘形凸轮 、
对心式： 对心式： (1) 尖顶从动件 已知条件：
S
ω r0
凸轮基圆半径r0； 凸轮的转向 从动件位移线图
O φ φs φ’
35
ϕ
φs’ t
将各点用光滑曲线连接， 取画凸轮比例尺： 将各点用光滑曲线连接， 取画凸轮比例尺：µl 从位移线图上量取各个位移量， 从位移线图上量取各个位移量， 分别将位移线图中的推程与回程段的 自o0沿ω1的相反方向取角度 沿 的相反方向取角度 对应位移线图分成相应等份 ） 注意µl 、µs、 三者的区别） （注意 r0为半径作基圆 以、φ’、φ ’ 线图分成等份 、 sµϕ三者的区别 φ、φs 、 、 即得所求的凸轮轮廓 得反转后尖顶得一系列位置
ϕ
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自动车床刀架进给机构
凸轮机构
一、凸轮机构的组成及特点
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。
凸轮机构的基本组成
凸轮机构
凸轮机构的特点如下： （1）结构简单，只需改变凸轮的外廓形状，就可
以改变推杆的运动规律，容易实现复杂运动的要求，应
用比较广泛。 （2）凸轮外廓与推杆是点接触或线接触，容易磨 损，多用在传递动力不大的场合。 （3）可以高速起动，动作准确可靠。
铰链四杆机构
铰链四杆机构
二、铰链四杆机构的基本类型
铰链四杆机构一般分为三种类型：曲柄摇杆机构、 双曲柄机构和双摇杆机构。
1.曲柄摇杆机构及其应用
两连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的铰链四杆机
构，称为曲柄摇杆机构。
铰链四杆机构
铰链四杆机构
曲柄摇杆机构应用举例
图示
剪 板 机
简图
机构运动分析 曲柄AB 为主动件且匀速转动， 通过连杆BC 带动摇杆CD 往复 摆动，摇杆延伸端实现剪板机 上刃口的开合剪切动作 曲柄1转动，通过连杆2，使固 定在摇杆3上的天线作一定角 度的摆动，以调整天线的俯仰 角
惯性筛（不等长双曲柄机构）
两曲柄的转向相反，角速度 也不相同。牵动主动曲柄AB 的延伸端E，能使两扇车门同 时开启或关闭
车门开闭机构（反向双曲柄 机构）
铰链四杆机构
3.双摇杆机构及其应用
两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。
在双摇杆机构中，两摇杆可以分别为主动件。
双摇杆机构
铰链四杆机构
双摇杆机构应用实例 图示 简图 机构运动分析 汽车前轮转向机构中，两摇杆的 长度相等，称为等腰梯形机构。 当汽车直线行驶时，机构保持为 等腰梯形；当汽车转弯时，两摇 杆摆过不同的角度，使两前轮同 时转动 飞机着陆前，着陆轮须从机翼（机 架）中推放至图中位置，AB与BC 共线。飞机起飞后，为了减小飞行 中的空气阻力，又须将着陆轮收回 机翼中。上述动作由主动摇杆AB通 过连杆BC驱动从动摇杆CD带动着 陆轮实现
雷达 天线 俯仰 角摆 动机 构
汽 车 雨 刷 器
主动曲柄AB 回转，从动摇杆 CD 往复摆动，利用摇杆的延 长部分实现刮水动作
铰链四杆机构
2.双曲柄机构及其应用
两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构。
铰链四杆机构
铰链四杆机构
双曲柄机构应用实例
图示
简图
机构运动分析
主动曲柄AB 作匀速转动， 从动曲柄CD 作变速转动， 通过构件CE 使筛子产生变 速直线运动，筛子内的物 料因惯性而来回抖动
铰链四杆机构
二、急回特性
铰链四杆机构
急回特性 当曲柄作等速转动时，摇杆空回行程的平均
速度大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特
性。急回特性用急回特性系数K表示：
从动件空回行程平均速 度 K= 从动件工作行程平均速 度
=
v2 v1
=
t1 t2
180 = 180
θ=1800
三、导杆机构
导杆机构
铰链四杆机构
导杆机构的应用 应用实例 机构简图 运动分析
主动件AB 作等速回转， 从动件导杆BC 作往复 摆动，带动滑枕作往复 直线运动
扳动手柄1，可以使活塞 杆（杆3）在唧筒（杆4） 内上下移动，从而完成抽 水的动作 。
§3—4 凸轮机构的应用和分类
凸轮机构
内燃机配气机构
凸轮机构中最常用的运动形式是凸轮作等速回转
运动，从动件作往复移动。
凸轮机构从动件位移曲线
凸轮机构
二、从动件的常用运动规律
1.等速运动规律
凸轮作等角速度转动时，从动件上升或下降的速度
是一常数，这种运动规律称为从动件的等速运动规律。
等速运动规律 ａ）凸轮机构等速运动 ｂ）位移曲线
凸轮机构
2.等加速等减速运动规律
活塞（即滑块）的往复直线运动 通过连杆转换成曲轴（即曲柄） 的旋转运动
内燃机气缸（曲柄滑块机构）
曲轴（即曲柄）的旋转运动转换成 冲压头（即滑块）的上下往复直线 运动，完成对工件的压力加工
冲压机（曲柄滑块机构）
铰链四杆机构
二、偏心轮机构
偏心轮机构 1-偏心轮3-连杆3-滑块4-机架
颚式破碎机
铰链四杆机构
K 1 K 1
当θ=00，K=1时，机构无急回特性；
铰链四杆机构
三、死点位置
夹紧装置
飞机起落架机构
§3—3 铰链四杆机构的演化
铰链四杆机构
一、曲柄滑块机构
曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演化而来的。当扩 大转动副，使转动副变成移动副时，就变成了曲柄滑
块机构。
曲柄滑块机构
铰链四杆机构
双摇杆机构应用实例 应用实例 机构简图 运动分析
等加速等减速运动规律是指从动件运动的整个升程在 前半段作等加速上升，后半段作等减速继续上升，这种 运动规律称为等加速等减速运动规律。
等加速、等减速运动规律 ａ）凸轮机构等加速、等减速运动 ｂ）位移曲线
实操训练
一、训练任务
观察生活、 生产中使用的机械设备， 完成观察
报告。
二、训练目的
1.了解机械设备中机构的结构与运动。 2.增加感性认识。
铰链四杆机构
根据曲柄存在的条件，可得出铰链四杆机构基本类
型的判别，方法如下： 1.当最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度 之和时： （1）若最短杆为连架杆，则机构为曲柄摇杆机构。 （2）若最短杆为机架，则机构为双曲柄机构。 （3）若最短杆为连杆，则机构为双摇杆机构。 2.当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时， 则不论取何杆为机架，机构均为双摇杆机构。
盘形凸轮
圆柱凸轮
是一种在圆柱面上开有曲线凹 槽或在圆柱端面上制出曲线轮 廓的构件。
移动凸轮
凸轮外形呈平板状，并作往复 直线运动，从而推动从动件作 往复运动
凸轮机构
2.按从动件形式分类
根据从动件的端部结构形式，凸轮机构分为：尖 顶、滚子、平底三种类型。每种类型中从动件的运动 形式又分为移动和摆动两种。
轮子
平底
凸轮机构
三、凸轮的结构
类型
说明
当凸轮尺寸小且接近轴径 时，则凸轮与轴做成一体， 称为凸轮轴
图示
凸轮轴
整体式凸轮
当凸轮尺寸较小又无特殊 要求或不需要经常装拆时， 一般采用整体式凸轮 凸轮片与轮毂分开，利用凸 轮片上的三个圆弧形槽来调 节凸轮片与轮毂间的相对角 度，以达到调整凸轮推动从 动件的起始位置
可调式凸轮
凸轮机构
பைடு நூலகம்
四、凸轮的材料
在低速、轻载的场合，凸轮采用40、45号钢进行调
质处理；在中速、中载的场合，采用45或40Cr钢表面淬
火或20Cr渗碳淬火；在高速重载的场合，采用40Cr高频
感应加热淬火。
§3—5 凸轮机构的运动规律
凸轮机构
发动机进、排气机构
凸轮的轮廓
凸轮机构
一、凸轮机构的工作过程
汽车前轮
飞机起落架
§3—2 铰链四杆机构的基本性质
铰链四杆机构
一、曲柄存在的条件
机构中有无曲柄、有几个曲柄是铰链四杆机构的重 要特征。铰链四杆机构中是否有曲柄存在，取决于各构 件的长度之间的关系。曲柄存在的条件为：
1.最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长
度之和。 2.最短杆为机架或连架杆。
§3—1 铰链四杆机构的组成与分类 §3—2 铰链四杆机构的基本性质 §3—3 铰链四杆机构的演化 §3—4 凸轮机构的应用和分类 §3—5 凸轮机构的运动规律 实操训练
§3—1 铰链四杆机构的组成与分类
铰链四杆机构
公共汽车车门
汽车前窗刮雨器
铰链四杆机构
一、铰链四杆机构的组成
铰链四杆机构是平面连杆机构的一种形式，它由 四个杆件通过铰链互相连接而构成。
凸轮机构
凸轮机构从动件的基本类型及特点
运动形式
从动件形式 运动形式 运动形式 主要特点
尖顶
结构最为简单，且尖顶能与任 意复杂的凸轮轮廓保持接触， 从而保证从动件实现复杂的运 动规律 滚子从动件与凸轮的接触为线 接触，且滚子与凸轮间为滚动 摩擦，磨擦磨损小，能用来传 递较大的动力，在机械中应用 最为广泛 从动件的平底与凸轮轮廓间形 成的楔形油模，有利用减小磨 擦磨损
三、参观内容及实训报告
凸轮机构
二、凸轮机构的分类
凸轮机构的类型很多，通常按凸轮和从动件的几何 形状及运动类型分类。 1.按凸轮形状分类
按照凸轮的形状分为三种：盘形凸轮、圆柱凸轮和
移动凸轮。
凸轮机构
按凸轮的几何形状分类
凸轮形状 图例 运动特点
是一种外缘或凹槽具有变化半 径的盘形构件，是凸轮的基本 形式，通过凸轮的转动，推动 从动件作往复直线运动