机械设计基础课程总结
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凸轮机构
求S’
A' A
ω
B' B
δs '
O
δ0
P
M
C
C
'
h
' δ0 N
E E' D D
'
六、典型机构计算
凸轮机构
s
A'
求S和
A
δ
O
ω
B' B
δs '
δ0
P
M
C
C
'
h
' δ0 N
E E' D D
'
F
V
六、典型机构计算
凸轮机构
α
s
A'
求
A
δ
O
ω
B' B
δs '
δ0
P
M
C
C
'
h
' δ0 N
E E' D D
2
齿面接触疲劳强度设计式
机械设计
三、设计计算 3、齿轮强度分析及比较
2 KT1 F YFa YSaY F bd1m
YFaYSa σ F
弯曲强度
校核公式 弯曲强度
m
3
2 KT1 2 ψd z1
设计公式
机械设计
三、设计计算 3、齿轮强度分析及比较
机械设计
轮系传动比
六、典型机构计算
z1=20 z3=30 H z4=80
例:设已知各轮齿数，试求其传动比i1H 解： 1）划分轮系
定轴轮系部分 周转轮系部分
2）计算各轮系传动比
； 。
z2=40
z2=20
定轴轮系
周转轮系
定轴轮系
n1 z2 i12 40 2 n2 z1 20
T1
机械设计
四、齿轮及蜗杆传动受力分析
圆锥齿轮轮齿受力： 大小：
圆周力 2T1 Ft d m1
F'
n2
F
'
Fn
Fr1
径向力
轴向力
Fr Ft tan cos
Fa Ft tan sin
Ft1
n1
Fa1
Ft· 1
方向： Fr、Ft的方向同直齿轮， Fa方向由“小端指向大端”。 3对作用力和反作用力： 径向力与轴向力 一对圆周力
'
机械设计
齿轮机构
分 度 顶 根 圆
d mz
六、典型机构计算
标准齿轮尺寸
d mz
变位齿轮尺寸
db d cos mz cos
* da d 2ha m( z 2ha 2 x)
基
齿 齿
圆
db d cos mz cos
* 圆 da d 2ha m( z 2ha )
轮系传动比
六、典型机构计算
传动比求解思路：分解为基本轮系，分别计算传动
比，然后根据组合方式联立求解。
求解要点：
1.分清轮系 ——首先找出基本周转轮系，再找定轴轮系
2.列出方程 ——分别列出基本周转轮系、定轴轮系传 动比方程 3.建立联系 ——找出运动相同的联系构件，列方程组 4.联立求解 ——求解过程不得四舍五入，最终保留两 位小数
三、设计计算
4、滚动轴承
机械设计
三、设计计算
机械设计
三、设计计算
机械设计
三、设计计算
机械设计
四、齿轮及蜗杆传动受力分析
αn
Ft
c
Fn
平行轴斜齿轮轮齿受力： 大小：
圆周力 2T1 Ft d1
Fr
径向力
轴向力
Ft tan n Fr cos
Fa Ft tan
Fa
n1
d1
方向： Fa方向用主动轮“左右手定则判断”。
四、齿轮及蜗杆传动受力分析
图示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合。已知输出轴 上锥齿轮Z4的转向。（1）试确定蜗杆传动的螺旋线方 向和蜗杆的转向，并使中间轴上的轴向力能抵消一部 分。（2）在图上标出各轮所受分力的方向
输出轴
z2
z4 n4 z3
z1
机械设计
五、结构设计
机械设计
五、结构设计
机械设计
六、典型机构计算
六、典型机构计算
ω
A O P
B
C
N E D
六、典型机构计算
凸轮机构
根据实际廓线 求理论廓线
A' A O
ω
B' B
P
C
C
'
N E E' D D
'
六、典型机构计算
凸轮机构
擦掉实际廓线 和滚子 A’ C’ E’分别是 升程开始处、 回程开始处和 近休止开始处.
A' A O
ω
B' B
P
C
C
'
N E E' D D
* 圆 d f d 2hf m( z 2ha 2c* )
* d f d 2hf m( z 2ha 2c* 2 x )
分度圆周节 齿 厚
p m
p m
齿 槽 宽 齿 顶 高 齿 根 高 齿 全 高
2 m e 2 * ha ha m
* * hf ha m c* m (ha c* )m
曲柄摇杆机构； 双曲柄机构； 双摇杆机构。 2、曲柄存在条件
杆长条件； 有曲柄条件； 封闭多边形条件； 黑板题目。
机械设计
凸轮机构 图示凸轮机构, EA, AB 和BCD 分别是圆心在 O, N 和 P点的圆弧。
1）画出理论廓线、基圆 和偏距圆； 2）画出推程运动角 0 、 远休止角 S 、回程运动 角 0‘、近休止角 S’和 推程 h； 3）画出图示位置压力角 , 位移S 对应的凸轮转 角 。
连杆机构：铰链四杆机构基本类型、曲柄存在条件、 急回运动、压力角、传动角 凸轮机构：四角、两圆、压力角、位移、从动件 运动规律，反转法图解设计
齿轮机构：渐开线齿轮正确啮合条件、连续传动 条件、基本尺寸计算 轮系：定轴轮系传动比、周转轮系传动比、复合 轮系传动比
机械设计
连杆机构
六、典型机构计算
1、铰链四杆机构的基本类型
'
六、典型机构计算
凸轮机构
画基圆和偏置 圆
A' A O
ω
B' B
P
C
C
'
N E E' D D
'
六、典型机构计算
凸轮机构
画升程开始处 回程开始处和 近休止开始处 的导杆中心线
A' A O
ω
B' B
P
C
C
'
N E E' D D
'
六、典型机构计算
凸轮机构
A'
画全等三角形
ω
A O P M
B' B
C
C
'
机械设计
《机械设计基础》总结
机械设计
一、内容归类
基本概念 （各章内容）
受力分析 （连接、 传动、 轴系） 课程总结
设计计算 （连接、传 动、轴系、 自由度、 轮系）
结构设计 （螺栓、轴系）
机械设计
二、重点和难点
1、重点内容
结构分析 典型机构分析 疲劳强度计算 螺纹连接 齿轮传动 滚动轴承 轴
* h ha hf (2ha c* )m
s
m
2 PJ 2 x tg m 2 2 m e 2 PJ 2 x tg m 2 2 s
* * ha ha m xm ( ha x )m
例3：一对标准直齿圆柱齿轮传动，参数见表， 试分析哪个齿轮接触强度高； 哪个齿轮弯曲强 度高。
齿轮 模数m 齿宽B 齿数Z YFa
YSa
1 2
3 3
50 45
17 60
2.97 2.28
1.52 1.73
H 500 450
F 420 390
机械设计
三、设计计算
4、滚动轴承
机械设计
n1
主动轮1
机械设计
四、齿轮及蜗杆传动受力分析
蜗杆传动受力： 大小：Βιβλιοθήκη Baidu
2T1 Ft1 =Fa 2 d1
方向： Fr指向轮心，Ft1同斜齿轮 Fa1方向由“左右手定则”判断。 3对作用力和反作用力： 圆周力与轴向力 一对径向力
Fr1 =Fr 2 Fa1 tan
2T2 Fa1 =Ft 2 d2
机械设计
三、设计计算 1、自由度计算
机械设计
三、设计计算 1、自由度计算
机械设计
三、设计计算 2、螺栓连接的计算
机械设计
三、设计计算 3、齿轮强度分析及比较
H ZE ZH
2KT1 u 1 H 2 bd1 u
齿面接触疲劳强度校核式
d1
3
2KT1 u 1 Z E Z H d u H
机械设计
四、齿轮及蜗杆传动受力分析
已知直齿锥齿轮—斜齿圆柱齿轮传动，输出轴Ⅲ转向如 图，试分析：1、画出各齿轮受力方向； 2、为使Ⅱ轴轴向力小，合理确定齿轮3、4 的旋向。
Ⅱ
1 3
Ⅲ
Fa 3
Fr 3
Ft 4
Ⅰ
Fr1
Ft 3
Fr 4
nF
a1
·
Ft1
Fa4
4 2
Ft 2
Fr 2
Fa 2 n Ⅱ
nⅢ
机械设计
z2=40
z2=20
由n4 0, n2 n2 , z2 20, z4 80
n2 5nH
3）将（1）、（2）联立求解
(2)
n1 2n2 10nH i1 H
n1 10 nH
机械设计
七、考核评价
1、平时20%（课堂提问、常规作业、出勤、测验）；
2、实践环节30%； 3、期末考试50%。
0
根据m的取值特点，得到：
* * 由d a m z 2ha , d f m z 2ha 2c* ，得
m 8mm, 250
* ha 1, c* 0.25
机械设计
轮系传动比
六、典型机构计算
3 H 1 2
定轴轮系 周转轮系
2' 4
周转轮系
定轴轮系
机械设计
pb m cos w3 w2 w3 w2 62.16 39.38 7.2511 m cos 3.14 cos cos
m 当 200时， 7.2511/ cos 20 7.716mm
0
m 7.2511/ cos 250 8mm 当 25 时，
n1 2n2
周转轮系
(1)
i
H 24
n2 nH z4 n4 nH z2
机械设计
轮系传动比
n1 2n2
i
H 24
六、典型机构计算
(1)
z1=20 z3=30
H
z4=80
n2 nH z4 n4 nH z2 n2 nH 4 nH
1）、教学重点
机械设计
二、重点和难点
2、难点内容
1）、自由度计算中的虚约束；
2）、周转轮系传动比计算；
3）、螺栓联接受力分析及螺栓联接的
强度计算；
4）、轴的结构设计和强度计算；
5）、滚动轴承的寿命计算和组合设计。
机械设计
三、设计计算
1、自由度计算； 2、螺栓连接的计算； 3、齿轮强度分析及比较； 4、滚动轴承寿命计算。
N E E' D D
'
六、典型机构计算
凸轮机构
A'
求0
ω
A O
B' B
δ0
N E
P
M
C
C
'
D D
E'
'
六、典型机构计算
凸轮机构
A'
求h
ω
A O
B' B
δ0
N E
P
M
C
C
'
h
D D
E'
'
六、典型机构计算
凸轮机构
求0’
A' A O
ω
B' B
δ0
P
M
C
C
'
h
' δ0 N
E E' D D
'
六、典型机构计算
m
* * hf ha m c* m xm ( ha c* x )m
* h ha hf (2ha c* )m
机械设计
齿轮机构
六、典型机构计算
例题：测得渐开线圆柱齿轮的公法线长度分别为：W3=62.61mm，2=39.38mm， 齿顶圆和齿根圆直径da=208mm，df=172mm,z=24。求： 模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数
求S’
A' A
ω
B' B
δs '
O
δ0
P
M
C
C
'
h
' δ0 N
E E' D D
'
六、典型机构计算
凸轮机构
s
A'
求S和
A
δ
O
ω
B' B
δs '
δ0
P
M
C
C
'
h
' δ0 N
E E' D D
'
F
V
六、典型机构计算
凸轮机构
α
s
A'
求
A
δ
O
ω
B' B
δs '
δ0
P
M
C
C
'
h
' δ0 N
E E' D D
2
齿面接触疲劳强度设计式
机械设计
三、设计计算 3、齿轮强度分析及比较
2 KT1 F YFa YSaY F bd1m
YFaYSa σ F
弯曲强度
校核公式 弯曲强度
m
3
2 KT1 2 ψd z1
设计公式
机械设计
三、设计计算 3、齿轮强度分析及比较
机械设计
轮系传动比
六、典型机构计算
z1=20 z3=30 H z4=80
例:设已知各轮齿数，试求其传动比i1H 解： 1）划分轮系
定轴轮系部分 周转轮系部分
2）计算各轮系传动比
； 。
z2=40
z2=20
定轴轮系
周转轮系
定轴轮系
n1 z2 i12 40 2 n2 z1 20
T1
机械设计
四、齿轮及蜗杆传动受力分析
圆锥齿轮轮齿受力： 大小：
圆周力 2T1 Ft d m1
F'
n2
F
'
Fn
Fr1
径向力
轴向力
Fr Ft tan cos
Fa Ft tan sin
Ft1
n1
Fa1
Ft· 1
方向： Fr、Ft的方向同直齿轮， Fa方向由“小端指向大端”。 3对作用力和反作用力： 径向力与轴向力 一对圆周力
'
机械设计
齿轮机构
分 度 顶 根 圆
d mz
六、典型机构计算
标准齿轮尺寸
d mz
变位齿轮尺寸
db d cos mz cos
* da d 2ha m( z 2ha 2 x)
基
齿 齿
圆
db d cos mz cos
* 圆 da d 2ha m( z 2ha )
轮系传动比
六、典型机构计算
传动比求解思路：分解为基本轮系，分别计算传动
比，然后根据组合方式联立求解。
求解要点：
1.分清轮系 ——首先找出基本周转轮系，再找定轴轮系
2.列出方程 ——分别列出基本周转轮系、定轴轮系传 动比方程 3.建立联系 ——找出运动相同的联系构件，列方程组 4.联立求解 ——求解过程不得四舍五入，最终保留两 位小数
三、设计计算
4、滚动轴承
机械设计
三、设计计算
机械设计
三、设计计算
机械设计
三、设计计算
机械设计
四、齿轮及蜗杆传动受力分析
αn
Ft
c
Fn
平行轴斜齿轮轮齿受力： 大小：
圆周力 2T1 Ft d1
Fr
径向力
轴向力
Ft tan n Fr cos
Fa Ft tan
Fa
n1
d1
方向： Fa方向用主动轮“左右手定则判断”。
四、齿轮及蜗杆传动受力分析
图示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合。已知输出轴 上锥齿轮Z4的转向。（1）试确定蜗杆传动的螺旋线方 向和蜗杆的转向，并使中间轴上的轴向力能抵消一部 分。（2）在图上标出各轮所受分力的方向
输出轴
z2
z4 n4 z3
z1
机械设计
五、结构设计
机械设计
五、结构设计
机械设计
六、典型机构计算
六、典型机构计算
ω
A O P
B
C
N E D
六、典型机构计算
凸轮机构
根据实际廓线 求理论廓线
A' A O
ω
B' B
P
C
C
'
N E E' D D
'
六、典型机构计算
凸轮机构
擦掉实际廓线 和滚子 A’ C’ E’分别是 升程开始处、 回程开始处和 近休止开始处.
A' A O
ω
B' B
P
C
C
'
N E E' D D
* 圆 d f d 2hf m( z 2ha 2c* )
* d f d 2hf m( z 2ha 2c* 2 x )
分度圆周节 齿 厚
p m
p m
齿 槽 宽 齿 顶 高 齿 根 高 齿 全 高
2 m e 2 * ha ha m
* * hf ha m c* m (ha c* )m
曲柄摇杆机构； 双曲柄机构； 双摇杆机构。 2、曲柄存在条件
杆长条件； 有曲柄条件； 封闭多边形条件； 黑板题目。
机械设计
凸轮机构 图示凸轮机构, EA, AB 和BCD 分别是圆心在 O, N 和 P点的圆弧。
1）画出理论廓线、基圆 和偏距圆； 2）画出推程运动角 0 、 远休止角 S 、回程运动 角 0‘、近休止角 S’和 推程 h； 3）画出图示位置压力角 , 位移S 对应的凸轮转 角 。
连杆机构：铰链四杆机构基本类型、曲柄存在条件、 急回运动、压力角、传动角 凸轮机构：四角、两圆、压力角、位移、从动件 运动规律，反转法图解设计
齿轮机构：渐开线齿轮正确啮合条件、连续传动 条件、基本尺寸计算 轮系：定轴轮系传动比、周转轮系传动比、复合 轮系传动比
机械设计
连杆机构
六、典型机构计算
1、铰链四杆机构的基本类型
'
六、典型机构计算
凸轮机构
画基圆和偏置 圆
A' A O
ω
B' B
P
C
C
'
N E E' D D
'
六、典型机构计算
凸轮机构
画升程开始处 回程开始处和 近休止开始处 的导杆中心线
A' A O
ω
B' B
P
C
C
'
N E E' D D
'
六、典型机构计算
凸轮机构
A'
画全等三角形
ω
A O P M
B' B
C
C
'
机械设计
《机械设计基础》总结
机械设计
一、内容归类
基本概念 （各章内容）
受力分析 （连接、 传动、 轴系） 课程总结
设计计算 （连接、传 动、轴系、 自由度、 轮系）
结构设计 （螺栓、轴系）
机械设计
二、重点和难点
1、重点内容
结构分析 典型机构分析 疲劳强度计算 螺纹连接 齿轮传动 滚动轴承 轴
* h ha hf (2ha c* )m
s
m
2 PJ 2 x tg m 2 2 m e 2 PJ 2 x tg m 2 2 s
* * ha ha m xm ( ha x )m
例3：一对标准直齿圆柱齿轮传动，参数见表， 试分析哪个齿轮接触强度高； 哪个齿轮弯曲强 度高。
齿轮 模数m 齿宽B 齿数Z YFa
YSa
1 2
3 3
50 45
17 60
2.97 2.28
1.52 1.73
H 500 450
F 420 390
机械设计
三、设计计算
4、滚动轴承
机械设计
n1
主动轮1
机械设计
四、齿轮及蜗杆传动受力分析
蜗杆传动受力： 大小：Βιβλιοθήκη Baidu
2T1 Ft1 =Fa 2 d1
方向： Fr指向轮心，Ft1同斜齿轮 Fa1方向由“左右手定则”判断。 3对作用力和反作用力： 圆周力与轴向力 一对径向力
Fr1 =Fr 2 Fa1 tan
2T2 Fa1 =Ft 2 d2
机械设计
三、设计计算 1、自由度计算
机械设计
三、设计计算 1、自由度计算
机械设计
三、设计计算 2、螺栓连接的计算
机械设计
三、设计计算 3、齿轮强度分析及比较
H ZE ZH
2KT1 u 1 H 2 bd1 u
齿面接触疲劳强度校核式
d1
3
2KT1 u 1 Z E Z H d u H
机械设计
四、齿轮及蜗杆传动受力分析
已知直齿锥齿轮—斜齿圆柱齿轮传动，输出轴Ⅲ转向如 图，试分析：1、画出各齿轮受力方向； 2、为使Ⅱ轴轴向力小，合理确定齿轮3、4 的旋向。
Ⅱ
1 3
Ⅲ
Fa 3
Fr 3
Ft 4
Ⅰ
Fr1
Ft 3
Fr 4
nF
a1
·
Ft1
Fa4
4 2
Ft 2
Fr 2
Fa 2 n Ⅱ
nⅢ
机械设计
z2=40
z2=20
由n4 0, n2 n2 , z2 20, z4 80
n2 5nH
3）将（1）、（2）联立求解
(2)
n1 2n2 10nH i1 H
n1 10 nH
机械设计
七、考核评价
1、平时20%（课堂提问、常规作业、出勤、测验）；
2、实践环节30%； 3、期末考试50%。
0
根据m的取值特点，得到：
* * 由d a m z 2ha , d f m z 2ha 2c* ，得
m 8mm, 250
* ha 1, c* 0.25
机械设计
轮系传动比
六、典型机构计算
3 H 1 2
定轴轮系 周转轮系
2' 4
周转轮系
定轴轮系
机械设计
pb m cos w3 w2 w3 w2 62.16 39.38 7.2511 m cos 3.14 cos cos
m 当 200时， 7.2511/ cos 20 7.716mm
0
m 7.2511/ cos 250 8mm 当 25 时，
n1 2n2
周转轮系
(1)
i
H 24
n2 nH z4 n4 nH z2
机械设计
轮系传动比
n1 2n2
i
H 24
六、典型机构计算
(1)
z1=20 z3=30
H
z4=80
n2 nH z4 n4 nH z2 n2 nH 4 nH
1）、教学重点
机械设计
二、重点和难点
2、难点内容
1）、自由度计算中的虚约束；
2）、周转轮系传动比计算；
3）、螺栓联接受力分析及螺栓联接的
强度计算；
4）、轴的结构设计和强度计算；
5）、滚动轴承的寿命计算和组合设计。
机械设计
三、设计计算
1、自由度计算； 2、螺栓连接的计算； 3、齿轮强度分析及比较； 4、滚动轴承寿命计算。
N E E' D D
'
六、典型机构计算
凸轮机构
A'
求0
ω
A O
B' B
δ0
N E
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M
C
C
'
D D
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'
六、典型机构计算
凸轮机构
A'
求h
ω
A O
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'
六、典型机构计算
凸轮机构
求0’
A' A O
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B' B
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' δ0 N
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'
六、典型机构计算
m
* * hf ha m c* m xm ( ha c* x )m
* h ha hf (2ha c* )m
机械设计
齿轮机构
六、典型机构计算
例题：测得渐开线圆柱齿轮的公法线长度分别为：W3=62.61mm，2=39.38mm， 齿顶圆和齿根圆直径da=208mm，df=172mm,z=24。求： 模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数