机械设计总结

 根据平面运动副的两构件的接触情况进行分类：  平面低副－ 凡是以面接触的运动副。  平面高副－以点或线相接触的运动副。 低副又分为转动副和移动副。

转动副：允许构件作相对转动的运动副。 移动副：允许构件作相对移动的运动副。 低副的约束数为２。 高副的约束数为１

两构件之间的直接接触而又能产生一定相对运动的活动联接称为运动副。 一个自由构件作平面运动时有三个独立运动的可能性，这种可能出现的独立运动称为自由度。  自由度计算公式F=3n-(2PL+PH)= 3n - 2PL- PH

n为构件总数, 确定机构中有PL个低副和PH个高副，则引入的约束数为(2PL+PH) 由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为复合铰链。 对整个机构（或其他构件）运动无关的自由度称为局部自由度

在机构中不起独立限制作用的（或着说这些约束所起的限制作用是重复的）约束称为虚约束

 基本结论

机构的自由度数目和机构原动件的数目与机构的运动有着密切的关系。 1）机构自由度F≤0，则机构不能运动。

2)机构自由度Ｆ>0，且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确定的；这就是机构具有确定运动的条件。

3) 机构自由度Ｆ>0，而原动件数0，而原动件数>F，则构件间不能运动或产生破坏。  主要概念：

曲柄 摇杆 急回特性 死点 行程速比系数 偏心轮 极限位置 极位夹角  基本结论：

 1、平面四杆机构的运动特性决定于四构件的长度和相对位置

 2 、机构中是否存在曲柄和摇杆决定于两连架杆的长度和相对位置

 3、将四杆机构中的构件和转动副进行演化，可以将其转化为其他机构  4、死点的存在与否，决定于传动件与输出件是否存在重叠位置

第二章平面连杆机构

 曲柄：能够绕固定铰链作整周运动的连架杆称为曲柄。

 摇杆：只能绕转动中心在某一角度内摆动的连架杆称为摇杆。 平面四杆机构的基本类型: 铰链四杆机构 偏心轮机构 曲柄滑块机构 导杆机构

机构的基本形式根据曲柄与摇杆的存在分为： 1、曲柄摇杆机构  2、双曲柄机构

1

3、双摇杆机构

若在铰链四杆机构的两连架杆中, 其中一个为曲柄，另一个为摇杆，那么，此四杆机构称为曲柄摇杆机构。

在铰链四杆机构中若两连架杆均为曲柄，则此四杆机构称为双曲柄机构。 若铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆，则此四杆机构称为双摇杆机构。

@在曲柄等速回转的情况下 ，摇杆往复摆动速度快慢不同的运动称为急回运动。  传动角 g =0°，即通过连杆传给曲柄的力对A点不产生力矩，即驱动力对从动曲柄 的有效力矩为零， 故不能推动曲柄转动,机构处于卡死位置，同时曲柄的转向也不确定，机构的这种位置称为死点位置 1.死点位置的克服办法：

 （1）利用飞轮惯性来克服死点位置

 （2）利用机构错位排列法来克服死点位置。  2、死点位置在机构中的作用

 有利于增强承受冲击的能力：如飞机起落架的着陆  增强夹紧作用：如钻床工件夹紧机构

 变化单移动副机构的机架： 曲柄滑块机构 转动（摆动）导杆机构 曲柄摇块机构 移动导杆机构

平面四杆机构的特点  优点

1. 低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击。

2. 其运动副元素多为平面或圆柱面，制造比较容易，而靠其本身的几何封闭来保证构件运动，结构简单,工作可靠。

3. 可以实现不同的运动规律和特点轨迹要求。  缺点

1、机构复杂时，累计误差较大，影响其传动精度。 2、惯性力不容易平衡，不适合于高速传动。

3、不易精确的满足各种运动规律和运动轨迹的要求。  基本结论：

 1、平面四杆机构的运动特性决定于四构件的长度和相对位置

 2 、机构中是否存在曲柄和摇杆决定于两连架杆的长度和相对位置

 3、将四杆机构中的构件和转动副进行演化，可以将其转化为其他机构  4、死点的存在与否，决定于传动件与输出件是否存在重叠位置

第三章凸轮机构

       

2

1、按两活动构件之间的相对运动特性分

（1）平面凸轮机构：盘形凸轮机构 移动凸轮机构 （2）空间凸轮机构：圆锥凸轮机构 圆柱凸轮机构 弧面凸轮机构 弧面凸轮机构球面凸轮机构

2、按从动件的形状分类 （1）尖顶从动件 （2）滚子从动件 （3）平底从动件

3、按从动件的运动形式分

（1）直动从动件：对心直动从动件 偏置直动从动件

（2）摆动从动件

4、按凸轮高副的锁合方式分类

（1）力锁合：利用重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。 （2）形锁合：利用高副元素本身的几何形状使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。 三、凸轮机构的特点  1、优点：

 多用性和灵活性。

 只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，即可使从动件获得各种预期的运动规律，并且结构简单、紧凑、工作可靠。

 可将旋转运动转变为高精度的运动和线性间歇运动。  2、缺点：

 凸轮轮廓曲线与从动件间为高副接触（点或线），压强较大，容易磨损  凸轮轮廓加工较困难，费用较高  与连杆机构同样，存在惯性力。

1.从动件推程: 简称推程，从动件在凸轮推动下远离凸轮轴心O的运动过程。

2.从动件回程：简称回程，从动件在弹簧力 或其他外力作用下移近凸轮轴心O的运动过程。

3.从动件远（近）休程：简称远（近）休程，从动件在距凸轮轴心O最远（最近）位置处休止的过程。

 推程运动角：与从动件推程相对应的凸轮转角，ơr；

 远休止角 ： 与从动件远休程相对应的凸轮转角， ơs ；  回程运动角：与从动件回程相对应的凸轮转角， ơ f ；  近休止角 ： 与从动件近休程相对应的凸轮转角， ơ s' ；

@从动件在运动开始和推程终止的瞬间，速度突变为零，理论上加速度为无穷大，产生无穷大的惯性力，机构受到极大的冲击，称为刚性冲击。

@这种运动规律的速度曲线是连续的，不会产生刚性冲击，而在运动始末点处加速度有突变，惯性力也有突变，但是有限值的突变，称为柔性冲击 2 基本结论：

1）等速运动存在刚性冲击

2）等加速等减速运动存在柔性冲击

3）摆线（正、余弦加速度）运动不存在冲击

基本术语和概念：凸轮机构分类（按凸轮、从动件） 推程 推程运动角回程 回程运动角 休程（空行程） 刚性冲击 柔性冲击工作行程 2 基本结论：

1）等速运动存在刚性冲击

2）等加速等减速运动存在柔性冲击

3）摆线（正、余弦加速度）运动不存在冲击

   

第四章 间歇运动机构

1 2 3 4 5

3

槽轮机构 棘轮机构 不完全齿轮 凸轮机构 槽轮机构





 

基本尺寸有： b ≤l－(r + rs) r= lsinφ2 a= lcosφ2 运动系数（τ）：槽轮每次运动的时间tm 与主动构件回转一周的时间t 之比。 tm21 t2特点:

优点：结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度。常用于要求恒定旋转角的分度机构中。

缺点：①对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。②在转动始、末，加速度变化较大，有冲击 应用:

应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。电影放映机中，用以间歇地移动影片。 自动机中的自动传送链装置 棘轮机构的类型：

1．摩擦棘轮（无声棘轮） 2．双向棘轮

棘轮机构的特点及应用 1 特点

优点：有齿的棘轮机构运动可靠，从动棘轮容易实现有级调节。 缺点：有噪声、存在冲击，棘齿易摩损，高速时磨损尤其严重。 2 应用

起重机绞盘，常用棘轮机构使提升的重物能停在任何位置，以防止由于停电等原因造成事故。 牛头刨床的横向进给机构。计数器 基本术语和概念

间歇运动 间歇机构类型 槽轮机构基本尺寸 基本结论

第五章 机械的调速和平衡

1 速度波动产生的原因及影响：盈亏功 2 速度波动的类型

周期性波动和非周期性波动 运动循环和运动周期 飞轮（周期性波动）

调速器（非周期性波动） 调节的目的：运转稳定  平衡的目的1) 消除惯性力

2) 消除周期性惯性力引起的振动 3) 避免共振现象出现

平衡的方法：完全平衡或部分平衡: 回转运动(可平衡) 直线运动(无法平衡

第六章 机械零件设计和计算概论

 对机器的要求: 1. 使用要求 2. 经济性要求 3. 社会要求

 对机械零件的要求1. 足够的强度和刚度 2. 有一定的耐磨性 3. 振动稳定性 4. 耐热性

4

 机械零件的主要失效形式1、断裂2、过大的残余变形3、零件表面破坏

 一.机械制造中常用材料:1. 铸铁2. 碳素钢和合金钢3. 铸钢4. 有色金属 5. 非金属材料

 常用钢的热处理方法有：退火、 正火、淬火、 回火、表面热处理 。

 三. 材料的选择原则: 1. 载荷的大小和性质，应力的大小和性质及其分布情况 2. 零件的工作情况 3. 零件的尺寸和质量

4. 零件结构的复杂程度及材料的加工可能性 5. 材料的经济性 6. 材料的供应情况  机械零件的工艺性和标准化  一. 工艺性

 设计的零件在保证产品使用性能前提下，生产率高,劳动量小，成本低的方法制造出来。

 要求： 1. 选择合理的毛坯种类

2. 零件的结构要简单合理

3. 规定合理的制造精度和表面粗造度  二. 标准化

 通过对零件的尺寸，结构要素，材料性能，检验方法，设计方法，制图要求等，制定出各种各样的大家遵守的标准。  1.提高质量，降低成本；  2.提高了可靠性；

 3.简化设计工作，缩短设计周期，提高设计质量，简化了机器维修工作

第七章 联 接

联接：1 、不可拆联接：焊接、铆接、胶接 2、 可拆联接：螺纹连接、键连接 螺纹连接的分类：

1、根据平面图形的形状分为： 三角形螺纹、 矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹 半圆形螺纹

2、根据螺旋线绕行方向分为为：右旋螺纹、左旋螺纹

3、根据螺旋线数目分为：单线螺纹、双线螺纹、多线螺纹 矩性螺纹： 力的关系： 重物上升时： FFQtg重物下降时：F FQtg

 不加F，重物不会自动下滑—自锁。自锁条件：

AtgA Fd2FQtgd2A2FQSFQd2tg2螺旋副效率：1A1tg

F三角形螺纹：力的关系： FQtg自锁条件： 效率： tg tg机械制造中常用螺纹种类：1、三角形螺纹（1）普通螺纹（2）管螺纹

5

2、矩形螺纹 3、梯形螺纹 4、 锯齿形螺纹

螺纹联接的防松装置：1、利用摩擦力的防松装置（1）弹簧垫圈（2）双螺母

2、用机械方法防松（1）开口销（2）止动垫圈：圆螺母止动垫圈、单耳 止动垫圈

松螺栓联接：装配时不拧紧螺母，螺栓只在工作时才受到力的作用。

F 强度条件： 2d14

故： 4Fd1 紧螺栓联接： 装配时必须拧紧，在受外力之前，螺栓已受有一定的预紧力。

预紧力—装配时拧紧，螺栓受拉，被连接件受压，这种在承受工作载荷之前就受到的力，称为预紧力。

预紧的目的——提高联接的可靠性，紧密性，防松能力。预紧力的大小取决于扳手力矩T。

受横向载荷的螺栓联接：横向载荷F的方向与螺栓的轴线垂直，螺栓和钉孔间有间隙。载荷靠接触面间的摩擦力来传递。螺栓所受的拉力等于预加锁紧力FS。 由于预紧力的作用，螺栓同时受到拉应力和扭转切应力的作用。

1.3FS 强度条件： '1.32 故： d145.2FSd 1

''受轴向载荷的螺栓联接：螺栓承受的总拉力： 为残余锁紧力 F0F FFSS 'F(1.5~1.8)F S1.3F0'1.3 受轴向载荷的螺栓联接强度条件： 2d14因此： 5.2F0d1  螺栓的材料一般采用低碳钢或中碳钢、合金钢。

螺栓的许用应力与材料、载荷性质、尺寸以及装配方法等因素有关。 按照键联接在工作前是否存在预紧力，键连接分为：松联接、紧联接

松联接的特点：零件配合对中好；装拆方便；只传递转矩，不能承受轴向力。 键槽的加工：轴键槽用铣刀铣，孔键槽用插刀插。

普通平键的主要失效形式：键、轴槽、毂槽三者中最弱的工作面被压溃。 导向平键的主要失效形式：工作面的过度磨损。 花键分为：矩形花键、渐开线花键

第八章 带传动和链传动

带传动——是利用中间挠性件带来传递运动和动力的机械传动，由主动带轮，从动带轮和紧套在带轮上的传动带组成。靠摩擦力工作。  传动带有：平带，V带，圆带等。

 带传动的特点：优点： 传动的中心距大；运转平稳，无噪声；过载保护；结构简单，

6

       

造价低。

缺点： 外廓尺寸大；传动比不准确；轴的承受力大；效率低；带寿命短；不宜用于易燃，易爆场合。

带换动的主要形式：开口传动: 两轴平行且向同一方向回转 交叉传动: 改变平行轴的回转方向,用于大中心距，低带速 半交叉传动: 交错轴（90°)间的运动传递，只能进行单向传动 与带传动的极限有效拉力有关的因素： 1。初拉力F0 2。包角 3。摩擦系数

带传动的弹性滑动：弹性滑动的大小与松、紧边拉力差F有关。

F越大，弹性滑动越大，当F 大于全部摩擦力时，弹性滑动就变成打滑了。打滑是由过载引起的，可以避免。

带传动的维护：１、安装时，两轴必须平行。 ２、加防护罩以保证安全。

３、更换Ｖ带时，同一带轮上的带必须同时更换。

４、胶带不宜与酸、碱或油等接触，工作温度不应超过６０°Ｃ。 链传动概述:

链传动是依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。传动链分为滚子链和齿形链。 链传动的特点:

1 与带传动相比，链传动能保持准确的平均传动比，径向压轴力小，适于低速工作。 2 与齿轮传动相比，链传动安装精度要求较低，成本低廉，可远距离传动。

3 链传动的主要缺点是不能保持恒定的瞬时传动比。同时，链传动运动不平稳，存在噪声。

4 链传动主要用在要求工作可靠、转速不高，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮、带传动的场合.

滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成； 内链板与套筒之间、外链板与销轴之间为过盈联接； 滚子与套筒之间、套筒与销轴之间均为间隙配合。 滚子链有单排链、双排链、多排链。

v链传动的速度分析: 链的平均速度为：

z1n1p601000z2n2p601000

i链传动的平均传动比为：

n1n2z2z1

链传动的不均匀性的特征，是由于围绕在链轮上的链条形成了正多边形这一特点所造成的，故称为链传动的多边形效应。 链传动的失效形式:?

 链传动的主要参数及其选择: 1 链条速度v：速度越大，链条与链轮间的冲击越大，

7

    

磨损越严重，一般选择为v≤15m/s

2 传动比i：链轮的齿数越少，从动轮转动的不均匀性越强，传动精度越差，一般选择 i=2～3.5

3 链轮齿数z：小链轮的齿数越少，传动越差，所以不得少于9个。

4 节距p：节距越大，承载能力越强。在满足功率要求下，尽量选择小节距。

5 中心矩a和链条长度L：正常工作时，选择a=(30～50)p链条长度L按公式（8-21）计算后圆整。

基本概念：链传动的分类 链传动的主要参数（6个）链传动的润滑方式

第九章 齿轮传动

• • • • • • • •

齿轮机构与其它传动机构相比，有以下优点： 1、能保证恒定的传动比；

2、传递的功率与适用的速度范围大； 3、结构紧凑； 4、效率高；

5、工作可靠，寿命长。 缺点：

1、制造、安装精度高； 2、轴间距大时不适用。

按照一对齿轮传递的相对运动是平面运动还是空间运动分为：1、平面齿轮机构。2 空间齿轮机构。

根据两传动轴线的相对位置，它可分为三类：

1. 平行轴齿轮机构（圆柱齿轮传动）是一种平面齿轮机构。2.相交轴齿轮机构（锥齿轮传动）是一种空间齿轮机构. 3. 交错轴斜齿轮机构。是空间齿轮机构. 按照齿轮的工作情况分为： 1、开式齿轮传动 2、闭式齿轮传动

按照齿轮的圆周速度分为： 1、低速传动 2、中速传动 3、高速传动

按照齿轮排列的位置分为： 1、外啮合传动 2、内啮合传动 3、齿轮齿条传动

按照齿廓的形状分为： 1、渐开线形 2、摆线形 3、圆弧齿

齿轮啮合的基本定律：目标：无冲击，瞬时传动比稳定，无摩擦。

理论：两齿轮齿廓法向线速度相 等，瞬时传动比与运动参数和齿轮参数无关

齿轮啮合的基本定律：具有任意齿廓的两齿轮啮合时，其瞬时角速度的比值等于齿廓接触点的公法线将其中心距分成两 段长度的反比。即 : ω1/ω2=po2/po1

直齿圆柱齿轮各部分名称：齿顶圆: 以齿轮的轴心为圆心，过齿轮齿顶端所作的圆称为齿顶圆

• •

•

• • • • • • • • • •

8

• •

•

•

齿根圆: 以齿轮的轴心为圆心,过齿 轮各齿槽底所作的圆,称为齿根圆.

齿厚: 任意圆周上一个轮齿的两侧齿廓间的弧线长度称为该圆上的齿厚: sr 。 不同圆周上的齿 厚不同

齿槽宽：相邻两轮齿间的空间称为齿槽，任意圆周上齿槽两侧齿廓间的弧线长度，称为该圆上的齿槽宽：er

齿距(周节) ：任意圆周上相邻两齿同侧齿廓间的弧线长度称为该圆上的齿距: pr。在同一圆周上齿距等于齿厚槽宽之和：pr=sr + er

分度圆: 为了便于齿廓各部分尺寸的计算,在齿轮上选择一个圆作为计算的基准,该圆称为齿轮的分度圆.(标准齿轮分度圆与节圆重合且s=e) 直径 半径 齿距 齿厚 齿槽宽 齿距 d r p s e p=s+e

齿顶高: ha─位于分度圆与齿顶圆之间的轮齿部分成为齿顶,齿顶的径向高度称为齿顶高。

齿根高: hf─位于分度圆与齿根圆之间的轮齿部称为齿根，齿根的径向高度称为齿根高.

齿全高(全齿高/齿高): h─齿顶圆与齿根圆之间的径向距离,即齿顶高于齿根高之和称为齿高。h=ha + hf

齿宽：轮齿的轴向宽度 b

一对模数、压力角相等的标准齿轮，标准安装时可使两轮的分度圆相切作纯滚动。这时，分度圆与节圆重合。 分度圆与节圆的区别：

分度圆：是指单个齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆，加工、安装、传动时分度

1圆都不会改变。 rmz2节圆：是一对齿轮在啮合传动时两个相对作纯滚动的圆，单个齿轮没有节圆。一般情况下，节圆半径与分度圆半径不等，节圆与分度圆不重合。只有当 ，节圆与分度圆重合。 正确的啮合条件：

9

• 根切：用范成法加工渐开线齿轮过程中，有时刀具齿顶会把被加工齿轮根部渐开线齿廓切去一部分，这种现象称为根切。 避免根切的方法 • 1) 齿轮齿数 Z >zmin • 正常齿：17； 短齿：14

• 2) 改变刀具齿形参数：增大齿形角α或者减小齿顶高系数ha* 3）采用变位齿轮

• 齿轮的材料：一、锻钢１、软齿面齿轮２、硬齿面齿轮 • 二、铸钢 • 三、铸铁

• 四、非金属材料 • 轮齿的失效形式 • １、轮齿折断 • ２、齿面磨粒磨损 • ３、齿面点蚀 • ４、齿面胶合

斜齿圆柱齿轮的强度计算

2T1tannFa1Ft1tan.受力分析：圆周力 径向力轴向力 Ft1Fr1 Ft1d1cos

轮齿切削加工方法：仿形法、范成发  第九章小结：

 基本术语：标准直齿圆柱齿轮各部分名称 失效形式  基本定律：

1 齿轮啮合的基本定律 2 渐开线的基本性质

10

3 渐开线齿廓啮合的基本定律

4 标准渐开线齿廓正确啮合的条件 5 根切及避免根切的方法

6 轮齿的计算准则及受力分析（直齿、斜齿）

基本结论： 1 符合基本啮合定律的齿廓曲线有：渐开线、摆线、圆弧线

2 渐开线齿轮传动中，两基圆的内公切线、两齿廓接触点的公法线、两齿轮啮合过程中各啮合点形成的啮合线，渐开线的发生线为同一条直线，即四线合一。 3 软齿面用接触疲劳强度设计，用弯曲疲劳强度校核（验算） 4 硬齿面用弯曲疲劳强度设计，用接触疲劳强度校核

5 直齿圆柱齿轮传动中，从动轮受力可分解为两个力：圆周力和径向力.

6 斜齿圆柱齿轮传动中，从动轮受力可分解为三个力：圆周力、径向力和轴向力，轴向力的方向可以用左右手定则判断。

第十章 蜗杆传动

蜗杆传动的类型

1、圆柱蜗杆传动：普通圆柱蜗杆传动、圆弧圆柱蜗杆传动 2、环面蜗杆传动 3、锥蜗杆传动 蜗杆传动的特点 ：

蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。传动平稳、噪声小。 可制成具有自锁性的蜗杆。蜗杆传动的主要缺点是效率较低。 蜗轮的造价较高。 蜗杆传动的主要参数：1.蜗杆的头数z1、蜗轮齿数z2 2.模数m和压力角a

3.蜗杆的导程L和导程角γ

4.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q

蜗杆传动的运动学及效率 :

传动比 i : 蜗轮节圆上的圆周速度v2，等于蜗杆中间平面上齿条的直线运动速度va1。 2n2d2n2d2mz2n2n1d12n1mz1mz1n1v2v a1602606060260260

nzd v 2  v a 1 i  122

n2z1d1

蜗杆传动的效率η：啮合摩擦η1和轴承摩擦η2 12蜗轮齿面接触疲劳强度计算 :见课本。 蜗杆传动的失效形式：蜗杆传动的主要问题是摩擦磨损严重，这是设计中要解决的主要问题。蜗轮磨损、系统过热、蜗杆刚度不足是主要的失效形式。

蜗杆传动的润滑：润滑的主要目的在于减摩与散热。具体润滑方法与齿轮传动的润滑相近。 • 蜗轮蜗杆传动与螺旋传动、齿轮传动的比较：几何特性、运动特性、传力特性、失效形式和设计准则。

• 几何特性：螺旋传动中（螺母的旋入、旋出）构成螺旋副的两个构件都是螺纹；在蜗轮蜗杆传动中，蜗杆具有螺旋特性，蜗轮具有齿轮特性；齿轮传动中，两轮的轮齿一般均为渐开线； • 运动特性：螺旋传动：旋转运动→直线运动。 蜗轮蜗杆传动：旋转运动→旋转运动（不再同一平面内）。 齿轮传动：旋转运动→旋转运动（同一平面） • 效率： tg11

tg• • • • • • • • • • • • •

螺旋传动：

tan蜗轮蜗杆传动：   tan()齿轮传动： 92%98%自锁：

螺旋传动除特殊要求外，一般必须自锁。螺旋副自身可以实现自锁； 蜗轮蜗杆传动中，蜗杆具有螺旋特性，可以实现自锁； 齿轮传动自身无法实现自锁；

F FQtg传力特性：螺旋传动：

2T22T1蜗轮蜗杆传动： Fr2Ft2tanFr1Fr2FFFt1Fa2a1t2Ft2dd1 2齿轮传动传动： 2T1FrFttgFt计算准则： d1螺旋传动：螺旋传动的计算准则为摩擦磨损，螺纹连接的计算准则为强度（拉、压、扭转等）

• 蜗轮蜗杆传动 ：闭式传动，按接触疲劳强度设计，弯曲疲劳强度校核。开式传动、载荷变动较大、蜗轮齿数z2大于90时，按弯曲疲劳强度进行设计。蜗杆传动，摩擦严重、发热大、效率低，必须作热平衡计算。

• 齿轮传动：软齿面：接触疲劳强度设计，弯曲疲劳强度校核。 • 硬齿面：弯曲疲劳强度设计，接触疲劳强度校核。

第十一章 轮系、减速器和无级变速传动

轮系:由一系列齿轮所组成的齿轮传动系统，称为齿轮系，简称轮系。 轮系分类: 定轴轮系 行星轮系（周转轮系） 差动轮系

定轴轮系：轮系运转时，其中各齿轮轴线位置固定不动 (或普通轮系)。

行星轮系：轮系运转过程中至少有一个齿轮几何轴线的位置不固定，绕其它齿轮的固定轴线回转（周转轮系）。 轮系的功用

实现相距较远的两轴之间的传动 实现分路传动

实现变速、变向传动

实现大速比或大功率的传动 实现运动的合成和分解 2 各轮转动方向

平面定轴轮系的转向关系可用在上式右侧的分式前加注(-1)m来表示，m为从输入轴到输出轴所含外啮合齿轮的对数。

若传动比的计算结果为正，则表示输入轴与输出轴的转向相同，为负则表示转向相反

还可以用画箭头标志的方法表示转向: 外啮合的齿轮转向相反, 内啮合的齿轮转向相同

空间定轴轮系的转向关系则必须在机构简图上用箭头来表示

对于圆锥齿轮传动，表示方向的箭头应该同时指向啮合点即箭头对箭头，或同时背离啮合点即箭尾对箭尾。

对于蜗杆传动，可用左右手规则进行判断

行星轮系（周转轮系）按自由度的数目不同，可分为差动轮系和简单行星轮系。

  



 



12

@轮系的总传动比：

例题2 轮系中各齿轮的齿数为：Z1=28, Z2=30, Z3=72, Z3ʹ=20, Z4=42 , Z4ʹ=40, Z5=60求

i15 ，标出各齿轮转向。

i15 =(Z3Z4Z5)/(Z1Z3ʹZ4ʹ)

=(72×42×60)/(28×20×40) =8.1 注意：Z2

例题3 轮系中各齿轮的齿数为：Z1=28, Z2=30, Z3=72, 求i1H .

差 动 轮 系

在轮系中至少有一个行星轮的轴线没有固定,这样的轮系,其自由度为2, 称为差动轮系, 需要知道两个构件的运动才能确定其他构件的运动.

13

1 差动轮系的功用：实现运动的合成和分解 2 传动比

例题4 轮系中各齿轮的齿数为：Z1=18, Z2=25, Z2ʹ=20, Z3=60, n1=200r/min, n3=50r/min,求H的转速

复 合 轮 系

由定轴轮系和周转轮系或两个以上的周转轮系组成的轮系，称为复合轮系。 轮 系 的 效 率

轮系效率的变化范围很大，效率高时可达98%以上，低时可以接近为零，甚至设计不正确时可能发生自锁。 1 减速器类型  齿轮减速器  蜗杆减速器

 蜗杆齿轮及齿轮蜗杆减速器  行星齿轮减速器  摆线齿轮减速器  谐波齿轮减速器 1.齿轮减速器  特点

1 效率高，可靠性高，寿命长，维护简便，应用范围广。  分类

1 分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、圆锥-圆柱齿轮减速器、蜗杆-圆柱齿轮减速器等， 2 按减速齿轮的级数，分为单级、两级、三级。 3 按轴的空间布置，分为立式和卧式。

4 按功率传递路线分：展开式、分流式、同轴式。

第十二章 轴

轴是组成机器的一个重要零件，用来支撑旋转零件，传递运动和动力。  根据承受载荷的不同分为：

心 轴：只承受弯矩、不承受转矩

14

传动轴： 既承受弯矩又承受转矩 转 轴：主要承受转矩

 根据几何轴线的形状分： 直轴、 曲轴  决定轴结构的主要因素:

载荷及载荷分布、轴上标准件、轴上已确定的零件、轴上零件的装配位置及固定方法、轴的加工工艺性、轴上零件的装配工艺性等  轴的结构设计要求：

 1 确定合理的机构尺寸和细部尺寸即:轴受力状况合理，应力集中小，最有利地满足强度和刚度要求；轴上零件定位准确，轴向和周向固定可靠，轴上零件便于装拆，具有良好的制造工艺和经济性。

 2 轴的外形多是阶梯形的圆柱体。  3 轴头和轴颈的直径应圆整到标准值。 @部分名称：

轴和旋转零件的配合部分称为轴头（轴端）， 轴和轴承配合的部分称为轴颈，

轴的直径变化所形成的阶梯处称为轴肩或轴环  零件在轴上的固定：

周向固定：平键、花键、紧定螺钉、销。

轴向固定：轴环、套筒、轴肩、轴承盖、圆螺母及止动垫圈、轴用弹簧挡圈。 轴的材料

 1、碳素钢：35、45、50；Q235、Q275。  2、合金钢：20Cr、40Cr、35SiMn。  3、重要场合：30CrMnSi、40CrNiMn 计算见书 挠 性 轴

挠性轴是由几层缠绕成螺旋线的钢丝制成的，相邻两层钢丝的旋向相反．挠性轴可用于任意相互倾斜或偏离的接头间的传动，具有自适应性．  轴的设计计算过程

 典型零件及其他零件设计的思想

第十三章 轴承

 轴承的功用：1.支承心轴和转轴上的部件。

2.提高传动效率：减小摩擦、发热、改善受力情况

轴承的分类

 向心轴和推力轴承（载荷方向）  滑动轴承和滚动轴承(润滑情况 )  向心轴承：径向载荷  推力轴承：轴向载荷

滑动轴承的摩擦（摩擦面间的状态）

 干摩擦 ：无润滑剂，摩擦决定于材料  边界摩擦：薄吸附层，边界膜、吸附层  液体摩擦：摩擦决定于液体层的粘度  混合摩擦：介于边界摩擦和液体摩擦之间 一、向心滑动轴承

15

整体式、剖分式、自动调心式 二、推力滑动轴承

推力滑动轴承可承受轴向载荷，防止轴的轴向移动，具有环状支撑面，其最简单的结构形式为环状单向推力轴承。主要用于低速垂直轴的支撑，大载荷时，采用多环推力轴承。

滑 动 轴 承 的材料

铸铁、铸钢：轴承盖和轴承座

青铜、 巴氏合金、粉末冶金材料：轴承瓦和轴承衬青铜  非金属材料：塑料、尼龙、硬木、橡胶  润 滑 剂 和 润 滑 装 置

 润滑剂： 润滑油：易形成油膜，承载能力强，摩擦系数大，效率低，粘度随温度 的升高而降低。

润滑脂：用于低速重载摆动的轴承中，可在高温中使用。 润滑方法：集中和分散

分散润滑装置：油孔、芯捻或线纱油杯、针阀滴油杯、油环、飞溅润滑、压力润滑。 二、滚动轴承分类：

 根据滚动体的形状分为：球轴承和滚子轴承；

 滚子轴承又分为：圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、 球面滚子轴承、滚针轴承 滚动轴承的代号由基本代号、前置代号和后置代号组成。 滚动轴承类型选择的依据

载荷条件 ：轴承受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据 转速条件：选择轴承类型时应注意其允许的极限转速nlim

装调性能 ：3类和N类的内外圈分离，便于拆装。为方便长轴上轴承的拆装，可选用代内锥孔和紧定套的轴承

调心性能 ：轴承内、外圈轴线间的偏位角应控制在极限之内，对安装精度差的轴承，宜选用调心轴承。

经济性：在满足使用条件的情况下优先选用价格低廉的轴承。 @滚动轴承的失效形式及选择计算：  一、失效形式

疲劳点蚀——主要失效形式； 不均匀的塑性凹坑；

磨损、胶合、内外套圈和保持架破损。

 对于转动的滚动轴承，用额定动载荷表示抗疲劳点蚀的承载能力，计算寿命；

 对于不转动、摆动或转速很低的轴承，用额定静载荷计算，控制接触应力，防止出现凹坑。

 轴承内圈在轴上的轴向固定方法：１）用轴肩固定２）轴端压板３）圆螺母和止动垫圈４）嵌于轴的沟槽内挡圈

 轴承外圈的轴向固定方法：１）用嵌入外壳沟槽内的孔用弹性挡圈；２）轴承座上凸肩固定；３）轴承盖端部压紧固定；４）轴承盖和轴承座凸肩固定。  轴承的润滑和密封

 润滑的作用：降低摩擦阻力和减少磨损、吸振、冷却、防止工作面锈蚀，减少工作时噪声。

 润滑剂：润滑油和润滑脂

 密封的作用：保护轴承不受外界灰尘、水分等的侵入和防止润滑剂的流出，以减少润滑剂的损耗。

16

常用的密封装置；接触式的（毛毡圈、密封圈）和非接触式的（圈形缝隙式、迷宫式）

第十四章 联轴器、离合器和制动器

1 联轴器：

1）主要用于联接两轴或其它转动构件、传递运动和转矩。

2） 由联轴器联接在一起的两轴，在机器运转时不能分离；在机器停车、将联结拆开后才能分离。

3） 分为刚性联轴器和挠性联轴器，挠性联轴器又分为有弹性元件的和无弹性元件的。 2.离合器

 在机器运转时，可使两轴随时接合或分 离，用来操纵机器传动系统

的断续，以便进行变速及换向等。

 离合器分为牙嵌式和摩擦式。

 3 制动器

 制动器是利用摩擦阻力矩，来消耗机器运动部件的功能，以降低机器的速度或迫使其停止运转。

@ 联轴器、离合器和制动器都是通用部件。选择联轴器、离合器时，以计算转矩为根据；选择制动器时，以所需的制动力矩为依据。

（一）联轴器：刚性联轴器和挠性联轴器

17

刚性联轴器：有刚性传力件组成，适用于两轴严格对中并在工作时不发生相对位移的场合。

挠性联轴器：对两轴的位置要求低，适用于联轴有较小位移的场合。同时，具有吸收振动、缓和冲击的作用。 刚性联轴器:

 1 夹壳联轴器

两个纵向剖分的半圆筒形的夹壳，螺栓 工作原理：摩擦力

特点：装卸方便，拆卸时轴无需作轴向移动，适用于直径小于200mm的轴. 螺栓需进行强度校核.  2 凸缘联轴器

两个带毂的圆盘, 螺栓联接 工作原理: 摩擦力

特点：结构简单，传递转矩大，传递转矩时也传递冲击。安装要求精度，无可调的位移空间. 用于振动小、速度低、两轴对中较好的场合.

挠性联轴器--无弹性元件：

 1 滑块联轴器（浮动联轴器）

特点：无弹性元件，联轴器中刚性零件间的活动度，可以补偿轴的小量偏斜和位移，因此允许有一定的径向位移和角位移（较大）。结构简单，制造方便，广泛用于汽车、拖拉机及金属切削机床。

 2 万向联轴器（十字轴式双万向联轴器）

 特点：无弹性元件，联轴器中刚性零件间的活动度；一轴的位置固定后另一轴可偏斜40—45度。两个联轴器同时使用，可保证主从动轴速度相同；用于汽车、拖拉机及金属切削机床。

 3 齿式联轴器 工作原理 啮合传动  特点：主、从动轴间的径向移 动度为0.4～6.3mm,角向的移动度为≤0.5°；可传递较大转矩；加工复 杂，安装精度高,重量大,转动惯量大；工作时需 充分地润滑；在重型机械和起重机械中应用较多。

 挠性联轴器--非金属弹性元件  传动时能吸收振动，缓和冲击。  一、弹性套柱销联轴器  二、弹性柱销联轴器  三、轮胎式联轴器  1 弹性套柱销联轴器

组成：两个带毂的圆盘，橡胶套，柱销。 工作原理：摩擦传动

 特点：主、从动轴间的移动度为: 轴向 2～7.5mm、径向0.2～0.6mm角向为≤1°；可传递较转矩；加工复 杂，重量大，转动惯量大；用于启动频繁、转速较高的场合。

 须校核柱销的弯曲强度弹性套的表面挤压强度

 2 弹性柱销联轴器

组成： 两个带毂的圆盘，橡胶套，柱销。 工作原理：摩擦传动

18

特点：主、从动轴间的移动度为: 轴向±0.5～±3mm,径向0.15～ 0.25mm, 角向≤0.5°；用于启动频繁、经常双向运转的且转速 较高的场合。

 3 轮胎式联轴器

组成：两圆盘，橡胶轮胎，螺栓，夹紧板。 工作原理：扭矩传动

 特点：结构简单可靠，易于变形，允许两轴位置偏差大，轴向0.02D， 径向0.15～0.25mm, 角向≤0.5°; 能吸振缓冲；外缘 速度不能超过30m/s; 适用于启动频繁, 双向运转, 潮湿多尘的场合. （二）离合器： 1 牙嵌离合器

组成： 两圆盘，橡胶轮胎，螺栓，夹紧板。 工作原理：扭矩传动

 特点: 结构简单外廓尺寸小,所连接的两轴 不发生相对转动, 适用于精确传动比的场合,如各种机床的分度机构.

 主要牙型：三角形 矩形 梯形 锯齿形  摩擦离合器一、圆盘摩擦离合器

 特点: 转矩传递时可平稳离合，不需要降 低主动轴的转速，接合的快慢、从动轴的加速时间均可控。同时，从动轴过载时，离合器可承担过载保护功能，此类离合器应用极为广泛。但，摩擦离合器制造复杂，接合过程中有摩擦、磨损和发热现象。  摩擦盘的材料：

要求：1 摩擦系数大且稳定 2 耐高温、高压、耐磨损 3 抗胶合4 价格低廉 常用材料：木材 石棉 皮革 层压纤维 金属 粉末冶金

 二、片式摩擦离合器（单片、多片） 组成： 内、外摩擦片, 导向键, 滑环 工作原理: 摩擦力

 特点: 不仅具有圆盘摩擦离合器的操纵特性和过载保护特性，而且摩擦力矩 轴向力和轴向尺寸、适用的载荷范 围都可以通过增减摩擦片的数目进行调整。此外，该离合器工作灵， 结构紧凑，广泛应用于现代机床变速箱、飞机、汽车及起重机等设备中。  自动离合器：

 一、安全离合器：1，摩擦式安全离合器2 滚珠式安全离合器

 安全离合器有许多类型，安全离合器是指当两轴之间传递的运动（如转矩、转速、转向等）达到某一指标时，离合器将两轴自动分离，确保安全性的装置。  二、离心式离合器  三、定向离合器

 外环，星轮，滚柱，弹簧等

工作原理: 在某一转向，运动可以传递；转向改变，运动无法传递（只能传递单向转矩

四、液力离合器 泵轮，外壳，涡轮等

工作原理: 液流的转速差，驱动从动轴，且无位移补偿能力。 五、磁粉离合器

磁轭圈，励磁圈，磁粉，从动轮，主动轮 工作原理: 磁粉磁化

接合平稳，使用寿命长，可远距离操纵。尺寸大，发热大，用于航空、石油、自动控

19

制领域。 制 动 器

 一、闸带制动器

 1 结构：挠性闸带，杠杆机构  2 工作原理: 摩擦力矩

 特点: 结构简单，径向尺寸小，制动力矩有限。  闸带材料：钢带上覆以石棉 夹铁纱帆布  二、闸瓦制动器

 结构：闸瓦，制动轮，杠杆机构，电磁装置  2 工作原理: 摩擦力矩

 特点: 结构相对复杂，工作可靠，制 动力矩可进行有限调整，操作简单。  闸瓦材料：铸铁上覆以皮革或石棉带、粉末冶金材料

操纵离合器、制动器工作的常用方式有: 机械方式、液压方式、气动方式、电磁方式

第十五章 弹 簧

1 性能要求：易于变形，易于恢复

2 功用：缓冲、减振；控制零件位置；贮存能量；测量力和力矩

2 类型：板弹簧和螺旋弹簧 螺旋弹簧分为：拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧

1 制造：卷绕—热处理—工艺性试验—端部处理—强压处理或喷丸处理（需提高承载能力和增大寿命时）

2 材料：优质碳素钢：65 70 85 。合金钢：硅锰钢 铬钒钢 。 不锈钢：铬

合金。 有色金属合金：锡青铜 硅青铜

3 选用原则：工况、功用、重要性、经济性 4 许用应力：

Ⅰ ：变载荷、106次

356

Ⅱ ：变载荷、10～10次+冲击载荷10次 Ⅲ ：变载荷、 103次以下

 弹簧的结构尺寸 H：自由高度（长度） α：螺旋升角（空载） t ：节距 δ1：余隙

d： 弹簧丝直径 D2：弹簧中径 n：有效圈数 结构尺寸的计算

余隙： δ1≥0.1d

节距： t=d+ δ1+λ2/n, t=(0.3～0.5)D2 t=d

总圈数： n1=n+(1.5～2.5) 自由高度：H0= n(t-d)+ (n1+1)d

(n1-0.5)d

20