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机械设计基础 不全（绪论，1，2，3，4，15） 绪 论 第一节 研究对象和内容 一、研究对象容     1 、机械：机器和机构的总称     机器（三个特征）：     ①人为的实物组合（不是天然形成的）；     ②各运动单元具有确定的相对；     ③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①②两特征。     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：     ①机械的组成；②机构运动的可能性和确定性；③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）：①运动要求，②功能要求。新的机器。 第二节 性质和任务 1、性质： 技术基础课    基础 ： 机械工程技术人员必须掌握的机械基础理论知识    培养 ： 学生具有一定机械设计的能力，学会基本设计方法    专业 ： 为了解本专业所用 机械的传动原理、运行维修、改造、自动控制等方面获得 必要的基本知识    教学 ： 学习专业课的 基础 2 、任务： 阐述常用机构和通用零部件的工作原理、结构和设计方法    常用机构： 连杆、凸轮、齿轮、轮系、其他常用机构    通用零部件： 联接零件 —— 螺纹、键、花键、销联接                传动零件 —— 齿轮、蜗杆、带、链、螺旋传动                轴系零件 —— 轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器和离合器                其他 —— 弹簧 第三节 机械设计的基本要求和一般规律 1 、基本要求     在满足预期功能的前提下，使产品性能好，效率高，成本低，在预定的使用期限内安全可靠。 2、主要内容     1）确定机械的工作原理，选择适宜的机构     2）拟定设计方案     3）进行运动和受力分析，计算作用于各构件上的载荷     4）进行零部件工作能力计算（强度计算）     5）整体和结构设计 3、机械设计的一般过程     在设计过程中，这些步骤是相互交错、反复进行的。 设计者要从实际出发，注重调查研究，善于学习，在实践中不断积累设计经验，以期取得最佳成果。 第一章 平面机构的自由度和速度分析 概述 机构定义： 机构是具有确定运动的构件组合 确定运动 —— 各构件间具有确定的相对运动 构件组合 —— 构件，构件之间的联接组合（运动副） 机构分类： 平面机构 —— 组成机构的所有构件都在同一平面或平行平面内运动 空间机构 —— 组成机构的所有构件在空间运动 主要内容： 1.机构中的构件怎样组合才能运动 —— 构成什么样的运动副            2.在什么条件下运动才能保证确定 —— 具有确定运动的条件            3.如何运用运动简图表示机构            4.机构的速度分析 § 1.1 运动幅及其分类 一、 构件及其自由度 1. 构件定义 ： 运动的单元体或固定的运动整体     构件组成：一个零件 —— 曲轴，床身，缸体     若干个零件 —— 连杆，键、轴、齿轮的组合     运动状态（平面）：回转 —— 曲柄 摆动 —— 局部回转     移动 —— 活塞 平面运动 —— 连杆 2. 构件自由度： 构件在未组成机构之前可能出现的独立的自由运动     自由度：构件相对于参考系所具有的独立运动参数的数目称为自由度     一个平面构件有三个自由度 一、运动副及其约束     运动副： 两构件间直接接触，并保持一定相对运动的联接。     作用： 限制构件的运动 —— 约束     约束： 对独立运动所加的限制     运动副元素： 两构件上直接参加接触构成运动副的部分。     运动副分类： 按两构件接触形式及保留运动的性质分为 低副、高副 两大类。 1.低副 —— 两构件以面接触而形成的运动副。 (1) 回转副：只允许两构件在一个平面内作相对转动，又称铰链。             限制 x 、 y 两个方向的移动 —— 约束2 (2) 移动副：组成运动副的两构件只能沿某一方向作相对移动，又称滑块。             限制一个方向的移动和回转运动 —— 约束2       2.高副 —— 两构件以点或线接触而构成的运动副 两构件间的相对运动为转动和沿切线方向的移动， 限制法线 n 方向的移动 —— 约束1 § 1.2 平面机构运动简图 一、机构运动简图：     用简单线条和符号( GB ) 表示构件和运动副，按一定比例定出各运动副间的相对位置的简单图形。     机构示意图 ： 不严格按比例尺绘制的运动简图。 二、运动副及构件的表示方法 1．构件： 构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。 2. 回转副 ： 构件组成转动副时，如下图表示。 3. 移动副： 两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。 4. 平面高副： 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。     其它参见 GB4460 － 84 “ 机构运动简图符号 ” 三、构件分类    1．固定件（机架）： 用于支承活动构件的构件（图中带斜线的构件），研究机构运动时，常为参考坐标系。    2. 原动件： 运动规律已知的活动构件（图中用箭头表示的构件） 输入构件： 运动规律由外界给定，如内燃机中的活塞。    3. 从动件： 机构中随原动件而运动的其它活动构件，其运动规律取决于原动件的运动规律和机构的组成情况。     输出构件： 输出机构预期的运动规律，如内燃机中的曲柄。     其它从动件起传递运动的作用（如连杆）     注意： 任何一部机器都存在机架(固定件)，一个或几个原动件 四、机构运动简图绘制方法    内容： 表示构件的运动关系            表示主要尺寸（比例）    步骤： 1 ）分析运动，确定构件的类型和数量            2 ）确定运动副的类型和数目            3 ）选择视图平面            4 ）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置            5 ）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件 下面举例明机构运动简图的绘制方法。 例 1-1 绘制颚式破碎机的机构运动简图 解：原动件 —— 偏心轴 2 （曲轴）     回转中心 A— 与机架 1 组成回转副     几何中心 B— 与动颚 3 组成回转副     固定件 —— 机架 1     从动件 —— 动颚 3 （连杆），作平面运动         肘板 4 （摇杆），绕 D 点摆动 运动副： 1—2 组成回转副 A          2—3 组成回转副 B          3—4 组成回转副 C          4—1 组成回转副 D          机构运动简图见右图 例 1-2 绘制活塞泵机构的机构运动简图见图 1-8 （略） § 1.3 平面机构的自由度 一、平面机构自由度的计算 1.构件自由度     一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。     当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。     1 个低副引入 2 个约束，使构件丧失 2 个自由度     1 个高副引入 1 个约束，使构件丧失 1 个自由度 2 .计算公式     若：一个机构共有 k 个构件，活动构件数 n ＝ k － 1 ；     设：低副数目为 2 P L 个 ， 高副数目为 P H 个；     则 : 机构的自由度数 F = 活动构件数自由度总数 — 运动副引入的约束总数     即 F = 3n - 2P L - P H 3 .计算实例 （计算 例 1-1 颚式破碎机机构的 自由度）     n = 3, P L = 4, P H = 0     F = 3n - 2P L - P H =3 × 3 - 2 × 4 – 0=1 二、机构具有确定运动的条件 1.分析 2.结论     机构的自由度 —— 机构所具有的独立运动的数目。    平面机构具有确定运动的条件： 机构原动件个数应等于机构自由度数目     ◆ 原动件数＜自由度数,机构无确定运动     原动件数＞自由度数,机构在薄弱处损坏 举例：     破碎机机构： F = 3n － 2P L － P H = 3 × 3 － 2 × 4 = 1 ＝ 原动件数目 ∴机构运动确定     活塞泵机构： F = 3 × 4 － 2 × 5 = 1 = 原动件数目∴机构运动确定 三、计算平面机构自由度应注意事项 1.复合铰链: 两个以上构件同时在一处用回转副连接，就构成了复合铰链。   说明: 三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理： K 个构件时，有 K – 1 个转动副。        2.局部自由度: 与输出构件运动无关的自由度，称为局部自由度或多余约束。 滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。 处理方法： 应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。 引入意义： 使高副接触处的滑动摩擦变为滚动摩擦，减少摩擦损失。 3.虚约束: 对机构运动不起独立限制作用的重复约束，称为虚约束。 虚约束常见情况及处理方法： 1. 两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其 余为虚约束。 ◆计算中只计入一个移动副。 引入 原因：增加构件刚性。 2 . 两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。 ◆ 计算中只计入一个转动副。 引入 原因：增加支承刚性。 3. 机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。 ◆计算中应将对称部分除去不计 。 引入 原因：使构件受力均衡。 4. 两构件组成运动副前后，在联接点处的运动轨迹重迭，组成的运动副存在虚约束。 ◆计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。 5. 两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连接时，将产生虚约束。 ◆ 计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。 说明：机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如 “ 平行 ” 、 “ 重合 ” 、 “ 距离不变 ” 等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。 第二章 平面连杆机构 概述     平面连杆机构是由许多刚性构件用低副联接组成的平面机构，又称为平面低副机构。     该机构的运动 —— 各构件均在同一平面或平行平面运动     该机构的构件 —— 大部分构件都类似杆件     该机构的运动副 —— 均为低副（回转副、移动副）     由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为四杆机构。     如果所有低副均为回转副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构 §2.1 平面连杆机构的特点和应用 一、平面连杆机构的应用    1. 实现预期的运动规律 —— 已知原动件的运动规律 , 使输出构件按要求的运动规律运动。       实例1： 牛头刨主体机构 （图0-2） — 六杆机构 — 导杆机构            原动件 5 作回转运动，通过该机构使刨头 8 作往复直线运动       实例2： 造型机的翻转机构 （图2-1） — 四杆机构 — 双摇杆机构            原动件1绕 D 转动时,通过该机构使砂箱(杆2)翻转180 o 2. 实现预期的运动轨迹 —— 已知几何条件、动力条件    实例： 搅拌机 （图2-2） —— 四杆机构 —— 曲柄摇杆机构    连杆曲线 β ： 连杆上一点的轨迹所描绘的曲线。 二、平面连杆机构的特点 1、优点     ⑴运动幅是低副，面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可承受较大载荷     ⑵结构简单，加工方便，成本低，构件之间的接触是有构件本身的几何约束来保持的，所以构件工作可靠     ⑶可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求     ⑷利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求 2、缺点     ⑴根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂，     ⑵只能近似实现给定的运动规律，综合运动精度较低。     ⑶运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合。 § 2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化 一、平面四杆机构的基本形式    组成： 4 — 机架→固定不动            1,3 — 连架杆→定轴转动：作整周转动 — 曲柄，作往复摆动 — 摇杆            2 — 连杆→平面运动    根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式。   1.曲柄摇杆机构 —— 在两连架杆中，一个为曲柄，                        另一个为摇杆          一般： 曲柄主动，作等速回转（画出轨迹圆）                 摇杆从动，作变速往复摆动          也可摇杆主动 , 曲柄从动 应用举例： 牛头刨床进给机构 ( 图 2 － 4) 、搅拌机 ( 图2-2) 、卫星天线、缝纫机脚踏板机构等。 2.双曲柄机构 ——两连杆架均为曲柄的四杆机构     连杆架： 曲柄 —— 原动件，等速转动              另一曲柄 — 从动件，变速转动     运动特点： 从动曲柄变速回转 应用举例： 旋转式水泵（图2－6）、 惯性筛、插床机构 等。     特例：平行双曲柄机构 ( 图 2 － 7)     平行双曲柄机构应用实例：机车车轮联动机构 3.双摇杆机构 —— 两连杆架均为摇杆的四杆机构 应用举例： 港口起重机、飞机起落架、车辆的前轮转向机构     二、铰链四杆机构的演化     1 、回转副转化成移动副     演化： 曲柄摇杆机构——将 回转副 D → 移动副 得—— 曲柄滑块机构     类型： 曲柄滑块机构（偏距 e ）             对心曲柄滑块机构（ e=0 ）—— 滑块运动线与曲柄回转中心共线             偏置曲柄滑块机构（ e ≠ 0 ）—— 滑块运动线与曲柄回转中心不共线             特点：曲柄等速回转，滑块具有急 回特性。     应用： 活塞式内燃机，空气压缩机，冲床等。 2 、扩大回转副     演化： 曲柄滑块机构——通过 扩大回转副 B 得—— 偏心轮机构     优点： 曲柄短时轴径尺寸大，强度高，刚度高，且便于加工制造。     应用： 曲柄销承受较大载荷或曲柄过短时，如破碎机、冲床、剪床、内燃机等。 3、取不同的构件为机架（表2－1） § 2.3 平面四杆机构的几个基本概念 一、铰链四杆机构存在曲柄的条件   以曲柄摇杆机构为例 —— 分析有一个曲柄的条件     得：AB 杆（曲柄）为最短杆        最短杆与任意一杆长度之和 ≤ 其它两杆长度之和       ∴ 铰链四杆机构有一个曲柄的条件：           (1) 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；           (2) 最短杆为连架杆。 结论： 铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系：     1 ）如果： l min + l max ≤ 其它两杆长度之和 —— 满足曲柄存在的条件（满足杆长和条件）         且： 以最短杆的相邻构件为机架，此机构为 曲柄摇杆机构 ；               以最短杆为机架，则此机构为 双曲柄机构 ；               以最短杆的对边为机架，此机构为 双摇杆机构。     2 ）如果： l min + l max ＞ 其它两杆长度之和 —— 不满足曲柄存在的条件， 则不论选哪个构件为机架，都为 双摇杆机构 。 可用以下方法来 判别铰链四杆机构的基本类型：     1. 若机构不满足杆长之和条件则只能成为双摇杆机构     2. 若机构满足杆长之和条件，则       (1) 以最短杆的邻边为机架时为曲柄摇杆机构       (2) 以最短杆为机架时为双曲柄机构       (3) 以最短杆的对边为机架时为双摇杆机构 二、急回特性     急回特性 ： 机构工作件返回行程速度大于工作行程速度的特性。     行程速比系数 K ： 为了表示工作件往复运动时的急回程度，用 V 2 和 V 1 的比值 K 来描述。                               由上式可得：     可见 ： θ↑ K ↑ 急回特性越显著 —— 导致机器动载 ↑ 冲击 ↑     急回特性的作用 ： 四杆机构的急回特性可以节省空间，提高生产率。 三、压力角和传动角     1. 压力角 a ： 从动件所受的力 F 与 受力点速度 V c 所夹的锐角 a 。          a 愈小，机构传动性能愈好。     2. 传动角 g ： 连杆与从动件所夹的锐角 g 。 g =90 0 - a          g 是连杆机构的重要动力指标； g 越大，机构的传动性能越好。           g 在机构运转时是变化的， 设计时一般应使 g min ≥ 40 ° ,                            对于高速大功率机械应使 g min ≥ 50 ° 。 3. 最小传动角的位置      铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。 四、 死点位置               在从动曲柄与连杆共线的位置，出现传动角 g =0 ， 压力角 a =90 的情况，这时连杆对从动曲柄的作用恰好通过其回转中心，不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置。     死点的利弊：         利：工程上利用死点进行工作。         弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机构不利。     度过死点的方法： 增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置                      采用机构错位排列的方法 §2.4 平面四杆机构的设计     一个设计过程：已知条件→构件尺寸     两类基本问题：实现给定运动规律；     实现给定运动轨迹；     已知条件：运动条件、几何条件、动力条件。     三种设计方法： 图解法----- 简明易懂，精确性差。     解析法----- 精确度好，计算繁杂。     实验法------ 形象直观，过程复杂。 一、 图解法设计平面四杆机构     1. 按给定连杆位置设计四杆机构        已知：连杆 BC 长度及三个位置（ B 1 C 1 , B 2 C 2 , B 3 C 3 ）        要求：设计铰链四杆机构    设计步骤： ①连接 B 1 B 2 、 B 2 B 3 ， 作线 B 1 B 2 、 B 2 B 3 的垂直平分线 b 12 、 b 23 ， 交于 A 点；               ②连接 C 1 C 2 、 C 2 C 3 ， 作线 C 1 C 2 、 C 2 C 3 的垂直平分线 c 12 、 c 23 ， 交于 D 点；               ③连接 AB 1 、 C 1 D 。       2.按给定两连架杆的对应位置设计四   杆机构 ------ 刚化反转法       3. 按给定行程速比系数 K 设计四杆   机构       4. 按给定速度变化系数 K 设计导杆   机构 二、 解析法设计平面四杆机构     设计方法：建立方程式，根据以知参数对方程求解。     已知：连杆 AB 和 CD 的三组对应位置     要求：确定各构件的长度 a 、 b 、 c 、 d     步骤：建立坐标系 xAy ， 和分别为 AB 和 CD 的初始角。将各向量坐标投影得 ，                将三组已知位置代入以上公式，确定出   选定曲柄长度 a ， 则 b 、 c 、 d 。   设计出所需四杆机构。 三、实验法设计平面四杆机构     连杆曲线（定义） ：四杆机构运动时，连杆作为平面复杂运动，对其上面任意一点都能描绘出一条封闭曲线，这种曲线称为连杆曲线。     原理 ：连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和构件的相对长度的不同而不同。     方法与步骤： 借用已编成册的连杆曲线图谱，根据预定运动轨迹从图谱中选则形状相近的曲线，同时查得机构各杆尺寸及描述杆在连杆上的位置，再用缩放仪求出图谱曲线与所需轨迹曲线的缩放倍数，即可求得四杆机构的结构及运动尺寸。 复习思考题： 1 ．铰链四杆机构有那几种基本型式？各有什么特点？ 2. 铰链四杆机构可以通过那几种方式演变成其它型式的四杆机构？试说明曲柄摇块机构是如何演化而来的？ 3. 什么是偏心轮机构？它主要用于什么场合？ 4 ．双摇杆机构的四个构件长度应满足什么条件？ 5. 曲柄存在的条件是什么？ 6 ．什么是连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有什么影响？偏置曲柄滑块机构的最小传动角γ min 发生在什么位置？ 7 ．铰链四杆机构中有可能存在死点位置的机构有哪些？他们存在死点位置的条件是什么？试举出一些克服死点位置的措施和利用死点位置的实例。 第三章 凸轮机构 § 3.1 凸轮机构的应用和分类     凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，他通过与从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。     凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。     凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。 一、 应用 示 例 : 内燃机配气机构、 靠模车削机构、 端面凸轮间歇机构 组成： 原动件 — 凸轮 1—— 具有变化向径或变化轮廓曲线，常为等速回转。 从动件 2—— 移动或摆动，靠凸轮向径不同来实现要求的运动规律。 机架 3—— 起支承作用。 二、分类     1. 按凸轮的形状分：        盘形凸轮        移动凸轮        圆柱凸轮        曲面凸轮     2. 按从动件的形式分（ 按从动件上高副元素的几何形状分） ：        尖顶从动件 、 滚子从动件、平底从动件     3. 按从动件运动形式分：        摆动从动件、移动从动件。     4. 按凸轮的锁合方式分：        力锁合、形锁合等。 三、凸轮和滚子的材料     凸轮的主要失效形式为磨损和疲劳点蚀。     常用的凸轮材料： 40 Cr 、 2 0Cr 、 40CrMnTi     常用的滚子材料： 20 Cr 或者滚动轴承 四、优缺点     优点：可实现从动件复杂的运动规律，结构简单、紧凑、设计方便。     缺点：由于主、从动件之间为点线接触，易磨损，所以寿命比较短，仅用于轻载和传力不大的控制机构中。 § 3.2 常用的从动件运动规律 一、凸轮机构的的工作情况及常用名词     1. 以偏置尖顶移动从动件盘形凸轮机构为例：       基圆： 以凸轮轮廓的最小向径为半径 r min 所作之圆。 r min ——称为基圆半径        凸轮机构的运动过程及其名词        推程：从动件在凸轮推动下，按一定的运动规律由最低位置上升到最高位置的过程；    推程转角：与从动件推程对应的凸轮转角 d t ；    远休止角：与从动件远停留对应的凸轮转角 d s ；    回程转角：与从动件回程对应的凸轮转角 d h ；    近休止角：从动件近停留所对应的凸轮转角 d s ￠ 。 综上，凸轮转一周，从动件的运动过程：       推程——远停留——回程——近停留。 二、常用的从动件运动规律   1、等速运动： V = c      方程： V 2 = V 0 = 常数——水平线      特点： 从 动件在运动起始位置和终止两瞬时的加速度在理论上由零突变为无穷大，惯性力也为无穷大。由此的冲击称为 刚性冲击 。适用于低速场合。   2、等加速等减速速运动：       从动件在一个行程 h 中，       先作等加速，后作等减速运动。      推程等加速运动方程：      特点： 在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，加速度虽为有限值，但加速度对时间的变化率理论上为无穷大。由此引起的冲击称为 柔性冲击 。   3、简谐运动（余弦加速度运动规律）      方程：      特点： 一般，该运动规律在推程的开始和终止瞬时，从动件的加速度仍有突变，故存在 柔性冲击 。因此适用于中、低速场合。 当推程、回程均为余弦加速度规律时，加速度曲线无突变，因而无冲击，可用于高速凸轮。 三、 从动件运动规律的选择     在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求来确定。     对无一定运动要求，只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。     对于高速机构，应减小惯性力、改善动力性能，可选用正弦加速度运动规律或其他改进型的运动规律。 § 3.3 凸轮轮廓的设计     方法: 解析法——精度高，求凸轮轮廓曲线上点的坐标值。            图解法——简单明了，精度差。     反转法绘图原理： 假想给正在运动着的整个凸轮机构加上一个与凸轮角速度 w 1 大小相等、方向相反的公共角速度(- w 1 ),这样,各构件的相对运动关系并不改变,但原来以角速度 w 1 转动的凸轮将处于静止状态；机架（从动件的导路）则以（- w 1 ）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。   已知 从动件的运动规律 : s=s( δ ) 、 v=v( δ ) 、 a=a( δ )       凸轮机构基本尺寸 : r min 、 e ，转向。绘制凸轮的轮廓曲线。 一、移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制    1、偏置尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓的设计     ⑴按已知运动规律作出位移线图；     ⑵按基本尺寸作出凸轮机构的初始位置；     ⑶按- w 1 方向划分偏距圆得 c 0 、 c 1 、 c 2 L L 等点；并过这些点作偏距圆的切线，即为反转导路线；     ⑷在各反转导路线上量取与位移图相应的位移，得 B 1 、 B 2 、 L L 等点，即为凸轮轮廓上的点。     2、滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计     以理论廓线 b - 上各点为中心，以滚子半径为半径，画一系列圆，这些圆的包络线即为滚子从动件凸轮的实际轮廓线 b ' 。    3、平底从动件盘形凸轮轮廓的设计    对于平底移动从动件盘型凸轮 , 只要运动规律相同 , 偏置从动件和对心从动件具有相同的轮廓。 二、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制     尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计     1）作出角位移线图；     2）作初始位置；     3）按- w 方向划分圆 R 得 A 0 、 A 1 、 A 2 L L 等点，即得机架反转的一系列位置；     4）找从动件反转后的一系列位置，得 C 1 、 C 2 、 L L 等点，即为凸轮轮廓上的点。     2 、滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计 三、圆柱凸轮轮廓曲线的设计     2 、圆柱凸轮可以展成平面移动凸轮 解析法设计凸轮轮廓曲线     1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计        建立凸轮转轴中心的坐标系 xOy ， 根据反转法原理，凸轮以 w 转过 j 角， B 点坐标为：      上式即为凸轮理论廓线方程。     实际廓线与理论廓线在法线上相距滚子半径 r T ， 则推出：                式中取 “—” 号时为内等距曲线，取 “ ＋ ” 号时为外等距曲线 。     2、摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计         取摆杆的轴心 A0 与凸轮轴心 O 之连线为坐标系的 y 轴， Bo 点是摆动杆的推程起始位置，摆动杆与 y 轴的夹角为初始角。根据反转法原理，得出 B 点坐标       § 3.4 设计凸轮轮廓应注意问题 一、滚子半径的选择           凸轮轮廓曲线形状与滚子半径的关系：     当理论廓线内凹时： r ‘ min = r min + r T     此时，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓总是光滑曲线 ( 如图 a)     当理论廓线外凸时 ( 可分为三种情况 ) ： r ' min = r min - r T     1) r min > r T 时 r ' min > 0 这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线 ( 如图 b)     2) r min = r T 时 r ' min = 0 ， 实际轮廓线变尖，极易磨损，不能使用 ( 如图 c) 。     3) r min < r T 时 r ' min < 0 ， ， 即实际曲线出现交叉会出现失真 ( 如图 d) 。 二、压力角及其许用值    凸轮机构的压力角： 从动件在高副接触点所受的法向压力与从动件在该点的线速度方向 之间 所加的锐角，常用 α 表示。 凸轮机构的压力角是凸轮设计的重要参数。            由上式知， 压力角 a 愈大，有效分力 Ｆ 1 愈小，有害分力 Ｆ 2 愈大。 当 a 角大到某一数值时，必将会出现 F 1 <F 2 的情况。这时，不论施加多大的 F 力，都不能使从动件运动，这种现象称为自锁。因此，为了保证凸轮机构的正常工作，必须对凸轮机构的压力角进行限制。     推荐压力角数值： 移动从动件 [ a ]=30 °； 摆动从动件 [ a ]=45 °          回程中，一般不会有自锁现象，压力角取值为 [ a ]=70 °～ 80 °    1. 移动从动件的压力角     由图 c 可知，平底从动件的压力角为常数，由于机构受力方向不变，采用平底从动件的凸轮机构运转平稳性好。     图 d 所示，若从动件的偏置方向选择不对，会增大机构的压力角，导致机械效率降低，甚至出现机构的自锁现象。因此，正确选择偏置方向有利于减小机构的压力角 。     2. 摆动从动件的压力角     图 a 为摆动滚子从动件盘形凸轮机构的压力角示意图。摆杆长 AB = l ， 机架长 AO = a 。     图 b 所示的摆动平底从动件盘形凸轮机构，接触点 B 处的速度方向垂直 AB , B 点的受力方向垂直于平底,压力角 α 可通过式 sin α = e/AB 求解。 三、 基圆半径对凸轮机构的影响 从传动效率来看，压力角越小越好，但压力角减小将导致凸轮尺寸增加， 因此在设计凸轮时要权衡两者的关系，使设计达到合理。      A 点 :      在 ? ABD 中           即        导路在凸轮轴的左边时，式中分子部分取 “ ＋ ” ，凸轮顺时针转动时，符号取法与上述相反。                        在给定运动规律时，合理设计偏距可减小压力角，增大基圆半径也可以减小压力角。获取较小的基圆半径的同时，必须要保证 a ≤ [ a ]     在设计凸轮时，先根据条件确定基圆半径 r min 。 制作凸轮轴时， r min 略大于轴的半径；单独制造凸轮时， r min =(1.6~2)r 。 第四章 齿轮机构     齿轮机构用于传递任意两轴之间的运动和动力，它是现代机械中最重要的传动机构之一，也是历史上应用最早的传动机构之一，公元前 152 年我国就有关于齿轮的记载，那时的齿轮都是木质，制作比较简便，类似于现在计轮在西汉时，我国发明的指南车，记里鼓车中都有着复杂齿轮传动系统，说明西汉时中国齿轮的应用水平已相当高了。齿轮机构的应用范围很广，它传递的功率从百分之几千瓦到 10 万千瓦，它的直径从若干毫米到 25.6M ，它的圆周速度从很低到 300M/S 。这一章是重点，也是难点与机械零件中的齿轮传动联系性很强，希望引起思想上的重视。     学习本章目的：     1) 重点掌握渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动的基本理论和设计计算，熟悉渐开线齿轮各部分名称，基本参数 ( m ， a ， z ) 及各部分尺寸关系，渐开线齿轮传动的正确啮合条件，连续传动条件及有关问题 ( 中心距、啮合角等 ) ；     2) 对斜齿轮机构，圆锥齿轮机构，则掌握特殊点。 § 4-1 齿轮机构的特点和类型 一、特点 1. 优点： 1) 传动比稳定 i 瞬 = 常数 2) 传动效率高 h 高达 99% 。 3) 适用范围广： ① 功率高达 10 万千瓦；                 ② 直径到 25.6 M ；