第1章機械工程材料基礎

課題第1章機械工程材料基礎授課課班

講授

名稱形式時級

教學

了解金屬材料性能，鋼的熱處理工藝，常用金屬材料和非金屬材料。

目的

教學

金屬材料性能，鋼的熱處理工藝，常用金屬材料。

重點

教學

鋼的熱處理工藝

難點

輔助課外

舉例、教具

手段作業(yè)

課后

體會

課題授課課班

金屬材料性能講授

名稱形式時級

教學

了解金屬材料性能

目的

教學

金屬材料性能物理性能、化學性能和力學性能。

重點

教學

金屬材料力學性能

難點

輔助課外

舉例、教具

手段作業(yè)

課后

體會

工程材料（常用）：鋼鐵材料、有色金屬材料（如鋁、銅）及非金屬材料（如

塑料、橡膠等）。金屬材料的使用性能：物理性能、化學性能和力學性能。

一、金屬材料的力學性能

金屬材料的力學性能包括強度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等。

1.強度和塑性

2.硬度：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度。

3.沖擊韌性脆性材料、韌性材料

4.疲勞強度

二、金屬材料的其他性能簡介

1.物理性能:密度、熔點、導熱性、導電性、熱膨脹性和磁等。

2.化學性能：耐腐蝕性、抗氧化性

3.工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和切削加工性能。

課題授課課班

鋼的熱處理講授

名稱形式時級

教學

了解鐵碳合金，鋼的熱處理工藝，熱處理新技術。

目的

教學

鐵碳合金，鋼的熱處理工藝。

重點

教學

鋼的熱處理工藝

難點

輔助課外

舉例、教具

手段作業(yè)

課后

體會

熱處理是通過加熱、冷卻的方法，以改變金屬內部組織為手段，以改變金屬

的力學性能為目的的工藝方法，

一、鐵碳合金

鐵碳合金就是以鐵和碳為主要組成元素的合金，其中碳含量小于2.1設的鐵

碳合金稱為鋼，碳含量大于2.1設的鐵碳合金稱為白口鑄鐵。

二、鋼的熱處理

鋼的熱處理是將鋼件在固態(tài)范圍內，采用適當方式進行加熱、保溫、冷卻，

以獲得所需組織與性能的工藝，

鋼的熱處理可分為整體熱處理和表面熱處理，

整體熱處理包括退火、正火、淬火和回火。

表面熱處理包括表面淬火和化學熱處理

三、熱處理新技術：

1.激光熱處理2.真空熱處理3.形變熱處理

課題授課課班

常用金屬材料講授

名稱形式時級

教學

了解黑色金屬和有色金屬

目的

教學

鋼鐵材料

重點

教學

鋼鐵材料

難點

輔助課外

舉例、教具

手段作業(yè)

課后

體會

金屬材料是由金屬元素或以金屬元素為主而組成的并具有金屬特性的工程

材料。包括黑色材料和有色材料兩大類。

一、常用的鋼鐵材料

1.碳鋼

碳鋼按碳含量可分為低碳鋼(3c<0.25%)、中碳鋼(3c=0.25%?0.6%)、

高碳鋼(?c>0.6%)o

2.低合金高強度結構鋼

3.合金鋼

合金鋼是指合金元素的各類和含量高于國標規(guī)定范圍的鋼。

4.鑄鐵

鑄鐵可分為白口鑄鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵等。

二、有色金屬

1.鋁與鋁合金

1)鈍鋁2)鋁合金分為變形鋁合金、鑄造鋁合金兩大類。

2.銅與銅合金

1)鈍銅2)銅合金：青銅、黃銅

3.軸承合金：用來制造滑動軸承中軸瓦及軸瓦內襯的合金稱為軸承合金。

課題授課課班

非金屬材料講授

名稱形式時級

教學

了解塑料、橡膠、陶瓷、復合材料、新材料

目的

教學

塑料、橡膠材料

重點

教學

塑料、橡膠、復合材料

難點

輔助課外

舉例、教具

手段作業(yè)

課后

體會

一、塑料

1.塑料的特性

2.塑料的分類及用途

二、橡膠

三、陶瓷

1.陶瓷的特性

2.特種陶瓷的類型

四、復合材料

1.復合材料的特性

2.復合材料的分類和用途

五、新材料簡介

1.納米材料

2.超導材料

第2章機器的組成和機械設計簡介

課題第2章機器的組成和機械設授課課班

講授

名稱計簡介形式時級

教學

了解機械基礎的基本任務、性質和內容

目的

教學

基本任務、性質和內容

重點

教學

基本任務、性質和內容

難點

輔助課外

舉例、教具

手段作業(yè)

課后

體會

引言

機械是人類進行生產勞動的主要工具，也是社會生產力發(fā)展的重要標志。

遠古就已知利用杠桿、滾子、絞盤等簡單進行從事建筑和運輸。到18世紀蒸汽

機的發(fā)明、促進了產業(yè)革命。

課題機器的組成及其設計方法；機授課課班

講授

名稱構及機構運動簡圖形式時級

教學

了解機器和機構、構件和零件、運動副

目的

教學

機器和機構、構件和零件、運動副

重點

教學

機器和機構、構件和零件

難點

輔助課外

舉例、教具

手段作業(yè)

課后

體會

一、機器的組成

(-)機器是執(zhí)行機械運動的裝置，用來變換或傳遞、物料、與信息。

機器的特征：

1.任何機器都是由許多構件組合而成的。

2.各運動實體之間具有確定的相對運動。

3.能實現(xiàn)能量的轉換、代替或減輕人類的勞動，完成有用的機械功。

機器：就是人為的實體（構件）的組合，它的個部分之間具有確定的相對運

動并能代替或減輕人類的體力勞動，完成有用的機械功或實現(xiàn)能量的轉換。

按用途分：機器分為發(fā)動機（原動機）和工作機。

發(fā)動機（原動機）是將非機械能轉換成機械能的機器。

工作機是用來改變被加工物料的位置、形狀、性能、尺寸和狀態(tài)的機器。

（二）機器的組成

機器基本是由原動機部分、執(zhí)行部分和傳動部分三部分組成。

（三）對機器的主要要求

1.使用功能要求

2.經(jīng)濟性要求

3.勞動保護和環(huán)境保護要求

4.可靠性要求

5.其他專用要求

（四）機器的設計方法

1.計劃階段

2.方案設計階段

3.技術設計階段

4.技術文件編制階段

二、機構及機構運動簡圖

（一）機構

機構是用來傳遞運動和力的構件系統(tǒng)

機器與構件的區(qū)別：機器的主要功用是利用機械能做功或實現(xiàn)能量的轉換；機構

的主要功用在于傳遞或改變運動的形式。

（二）構件和零件

1.構件

構件是機構中的單元體，也就是相互之間能作相對運動的物體。

構件按其運動狀況，可分為固定構件和運動構件。

2.零件零件是構件的組成部分。

構件和零件的區(qū)別在于：構件是運動的單元，零件是加工制造的單元。

（三）運動副

使兩物體直接接觸而又能產生一定相對運動的聯(lián)接，稱為運動副。

根據(jù)運動副中兩構接觸形式不同，運動副可分為低副和高副。

1.低副：低副是指兩構件之間作面接觸的運動副。按兩構件的相對運動情況,

可分為：

(1)轉動副：兩構件在接觸處只允許作相對轉動。由滑塊與導槽組成的運

動副。

(2)移動副：兩構件在接觸處只允許作相對移動。由滑塊與導槽組成的運

動副。

(3)螺旋副：兩構件在接觸處只允許作一定關系的轉動和移動的復合運動。

S

【1

(a)轉動副(b)移動副(c)螺旋副

圖1—1

絲杠與螺母組成的運動副。

2.高副：高副是兩構件之間作點或線接觸的運動副。

(四)平面機構運動簡圖

(五)平面機構的自由度

F=3II-2PL-PHN個構件n=N-l

課題授課課班

機械設計簡介講授

名稱形式時級

教學

了解機械設計方法

目的

教學

機械零件的失效形式、設計要求、設計步驟

重點

教學

機械零件的設計要求

難點

輔助課外

舉例、教具

手段作業(yè)

課后

體會

一、機械零件的失效形式

1.斷裂2.過大的殘余變形3.零件的表面破壞4.破壞正常條件引起的失效

二、機械零件的設計要求

1.避免在預定壽命期內失效的要求

強度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、耐熱性。

2.結構工藝性要求

3.經(jīng)濟性要求

4.質量小的要求

5.可靠性要求

三、機械零件的設計步驟

第3章標準件和常用件

課題第3章標準件和常用件黑講授方班

名稱級

教學

了解螺紋連接，鍵和銷，聯(lián)軸器及彈簧等標準件和常用件

目的

教學

螺紋連接，鍵和銷，聯(lián)軸器

重點

教學

聯(lián)軸器、彈簧、常用件

難點

輔助舉例、教具牒

手段

課后

體會

零件之間的關系有連接、傳動和配合。螺紋連接、鍵和銷連接，聯(lián)軸器或離

合器連接等都稱為連接件。齒輪、滾動軸承和彈簧稱為常用件。

課題授課、狂聞課班

螺紋連接件形式講授時

名稱級

教學了解螺紋、螺紋連接的基本類型及標準連接件、螺紋連接的預緊和防松、

目的螺紋連接的強度計算、連接件的性能等級及許用應力、螺栓組的結構設計

教學

螺紋、螺紋連接的基本類型及標準連接件、螺紋連接的預緊和防松、

重點

教學

螺紋連接的強度計算、螺栓組的結構設計

難點

輔助舉例、教具牒

手段

課后

體會

一、螺紋

1、螺紋的形成

(1)螺旋線螺旋線是沿著圓柱或圓錐表面運動的點的軌跡，該點的軸向

位移和相應的角位移成定比。

(a)

(2)螺紋螺紋是在圓柱或圓錐表面上，沿著螺旋線所形成的具有規(guī)定牙型

的連續(xù)凸起。

2、螺紋的主要參數(shù)

螺紋的主要參數(shù)：

(1)大徑(d、D)——螺紋的最大直徑。對外螺紋是牙頂圓柱直徑(d),對內螺

紋是牙底圓柱直徑(D)。標準規(guī)定大徑為螺紋的公稱直徑。

(2)小徑(4、DJ——螺紋的最小直徑。對外螺紋是牙底圓柱直徑(由)，對內

螺紋是牙頂圓柱直徑(DJ。

(3)中徑(d?、D2)——處于大徑和小徑之間的一個假想圓柱直徑，該圓柱的母

線位于牙型上凸起(牙)和溝槽(牙間)寬度相等處。此假想圓柱稱為中徑圓柱。

(4)螺距(P)——在中徑線上，相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。

(5)導程(S)——同一螺旋線上，相鄰兩牙在中徑線上對應兩點之間的軸向

距離。對單線螺紋，S=P；對于線數(shù)為n的多線螺紋，S=np0

(6)牙形角(a)-----在軸向截面內螺紋牙形兩側邊的夾角。

(7)升角(入)一一在中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的

夾角。

3.螺紋的代號與標記

1)普通螺紋

螺紋的標記由螺紋代號、螺紋公差代號和螺紋旋合長度代號組成。

例M24X1.5左一5g6g—L

其中M24——代表公稱直徑為24mm的螺紋

1.5——表示螺紋的螺距為1.5mm

左一一代表螺紋為左旋螺紋

5g——螺紋中徑公差代號

6g——螺紋頂徑公差代號

L——代表螺紋旋合長度

注：(1)粗牙普通螺紋不標螺距

(2)中徑與頂徑公差代號相同只須標一個。

(3)右旋螺紋旋向不標

(4)中等旋合長度時可不標代號。短旋合長度時標S,長旋合長度時標L,

特殊時也可標出旋合長度數(shù)值，

2)管螺紋

非螺紋密封用的管螺紋由螺紋特征代號(G)、尺寸代號和公差等級代號(A、B)

組成。

例：G11/2A表示公稱直徑為11/2英寸公差等級為A級外螺紋。

G11/2表示公稱直徑為11/2英寸的內螺紋

注：(1)內螺紋不標公差等級代號。

(2)左旋螺紋可附加代號LH。例G11/2—LH。

(3)管螺紋的公稱直徑指管子的內徑。

4.螺紋的類型、特點、

(1)線數(shù)分

單線螺紋、雙線螺紋和三線螺紋。gl

單線螺紋主要用于聯(lián)接，多線螺紋主要

用于傳動。

<f?雙線f螺皎<C)三娛螺軟

(2)按螺旋線繞行方向又有右旋螺紋和

左旋螺紋之分。通常采用右旋螺紋，左旋螺紋僅用于有特殊要求的場合。

(3)位置分：螺紋有外螺紋和內螺紋之分。

普通螺紋又有粗牙和細牙兩種。公稱直徑相同時，細牙螺紋的螺距小，升角

小，自鎖性好，螺桿強度較高，適用于受沖擊、振動和變載荷的聯(lián)接以及薄壁零

件的聯(lián)接。細牙螺紋比粗牙螺紋的耐磨性差，不宜經(jīng)常拆卸，故生產實踐中廣泛

使用粗牙螺紋。

二、螺紋的應用

螺紋在機械中的應用主要是有連接和傳動。因此，按其用途分可分成連接螺

紋和傳動螺紋兩大類。

1.連接螺紋

內、外螺紋相互旋合形成的連接稱為螺紋副。

連接螺紋的牙型多為三角形，而且多用單線螺紋。因為三角形螺紋的摩擦力

大，強度高，自鎖性能好。

應用最廣泛的是普通螺紋，其牙型角為60°,同一直徑按螺距大小可分為粗

牙和細牙兩類。

二、螺紋連接的基本類型及標準連接件

1.螺紋連接的基本類型：螺栓連接、雙頭螺栓連接、螺釘和緊定螺釘連接。

2.標準螺紋連接件：螺栓、雙頭螺柱、六角螺母、墊圈、螺釘、緊定螺釘。

三、螺紋連接的預緊與防松

常用防松的方法：摩擦防松、機械防松、不可拆防松。

四、螺紋連接的強度計算

1.松螺柱連接的強度計算

2.緊螺柱連接的強度計算

五、螺紋連接的性能等級及許用應力

1.螺柱連接件的性能等級

2.螺柱連接件的許用應力

六、螺栓組連接的結構設計

1.連接接合面的幾何形狀

2.螺栓的數(shù)目與排列

3.合理的間距、邊距

4.螺栓組的布置

課題授課課班

鍵、花鍵和銷講授

名稱形式時級

教學

了解鍵、花鍵和銷的類型、特點和選擇

目的

教學

鍵、花鍵和銷的類型和選擇

重點

教學

鍵、花鍵的強度計算

難點

輔助課外

舉例、教具

手段作業(yè)

課后

體會

一、鍵軸與軸上的傳動零件一般是用鍵連接在一起的。

1.鍵連接的類型

1）平鍵連接：兩側面是工作面。

2）半圓鍵連接：兩側面是工作面。

3）楔鍵連接：上下表面為工作面

2.鍵連接的強度計算

1）鍵的選擇2）平鍵的強度計算

二、花鍵

1.花鍵連接的特點和類型

特點:承載能力強、應力集中小、強度削弱小、受力均勻、對中性好、導向

性好，成本較高。

類型：1）矩形花鍵小徑定心2）漸開線花鍵齒形定心

2.花鍵連接強度計算

三、銷分為定位銷和連接銷

常用的銷有：圓柱銷、圓錐銷、開口銷等。

課題授課課班

聯(lián)軸器和離合器講授

名稱形式時級

教學

了解聯(lián)軸器和離合器的類型、特點和選擇

目的

教學

聯(lián)軸器和離合器的類型、特點和選擇

重點

教學

聯(lián)軸器和離合器的選擇

難點

輔助課外

舉例、教具

手段作業(yè)

課后

體會

聯(lián)軸器和離合器都是用來連接軸與軸（或軸與其他回轉零件），以傳遞運動和轉

矩。聯(lián)軸器只有在機器停止運動時，才能使兩軸分離；離合器隨時可將兩軸分離

一、聯(lián)軸器

1.聯(lián)軸器的分類：剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。

2.剛性聯(lián)軸器：套筒式、凸緣式和夾殼式等。沒有補償軸線偏移的能力。

3.撓性聯(lián)軸器：

1）無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：十字滑塊聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器

和鏈條聯(lián)軸器?？裳a償軸線偏移，不能減振。

2）有彈性元件的撓性聯(lián)軸器：彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器和輪胎

式聯(lián)軸器。即可補償軸線偏移，又具有緩沖和減振的能力。

二、聯(lián)軸器的選擇

1.聯(lián)軸器類型的選擇

2.聯(lián)軸器轉矩的計算

3.聯(lián)軸器型號的確定

4.校核最大轉速

5.協(xié)調軸孔直徑

6.按規(guī)定部件相應的安裝精度以及進行必要的校核

三、離合器常用的有牙嵌式和摩擦式兩大類。

1.牙嵌式離合器2.摩擦式離合器

課題授課課班

彈簧講授

名稱形式時級

教學

了解彈簧的功能、類型、結構、參數(shù)和尺寸，材料和制造方法，設計計算

目的

教學

彈簧的功能、類型、結構、參數(shù)和尺寸

重點

教學

彈簧的設計和計算

難點

輔助課外

舉例、教具

手段作業(yè)

課后

體會

一、彈簧的功能與類型

按所承受的載荷分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉彈簧和彎曲彈簧。

二、圓柱螺旋彈簧的結構、參數(shù)和尺寸

1.壓縮彈簧

2.拉伸彈簧

3.圓柱螺旋彈簧的幾何參數(shù)計算

彈簧外徑、彈簧內徑、彈簧中徑、彈簧絲直徑、節(jié)距、螺旋升角、簧絲展開

長度、彈簧自由高度。

三、彈簧材料和制造方法

1.彈簧的制造2.彈簧材料及許用應力

四、圓柱螺旋彈簧的設計和計算

1.圓柱螺旋彈簧的特性曲線

2.圓柱螺旋彈簧的強度計算

3.圓柱螺旋彈簧的剛度計算

4.圓柱螺旋壓縮彈簧穩(wěn)定性的校核

第4章常用機構

課題授課課班

常用機構講授

名稱形式時級

教學了解平面連桿機構，凸輪機構，棘輪杷,構，槽輪機構，螺旋機L構，不完全

目的齒輪機構。

教學

平面連桿機構

重點

教學

難點

輔助課外

手段作業(yè)

課后

體會

課題平面連桿機構黃講授北班

名稱級

教學

掌握錢鏈四桿機構的基本類型。

目的

教學

掌握錢鏈四桿機構的基本類型。

重點

教學

難點

輔助課外

手段作業(yè)

課后

體會

一、平面連桿機構的應用及其設計的基本問題

錢鏈四桿機構是由轉動副聯(lián)結起來封閉系統(tǒng)。

其中被固定的桿4被稱為機架

不直接與機架相連的桿2稱之為連桿

與機架相連的桿1和桿3稱之為連架

凡是能作整周回轉的連架桿稱之為曲柄，只能在小于

360°的范圍內作往復擺動的連架桿稱之為搖桿。

二、錢鏈四桿機構的基本類型

錢鏈四桿機構根據(jù)其兩個連架桿的運動形式不同，可以分為曲柄搖桿機構、

雙曲柄機構和雙搖桿機構三種基本形式。

1）曲柄搖桿機構

若錢鏈四桿機構中的兩個連架桿，一個是曲柄而另一個是搖桿，則該機構稱為曲

柄搖桿機構。

用來調整雷達天線俯仰角度的曲柄搖桿機構。

汽車前窗的刮雨器。當主動曲柄AB回轉時，從動搖桿作往復擺動，利用搖

桿的延長部分實現(xiàn)刮雨動作。

2）雙曲柄機構

如果錢鏈四桿機構中的兩個連架桿都能作360。整周回轉，則這種機構稱為

雙曲柄機構。

在雙曲柄機構中，若兩個曲柄的長度相等，機架與連架桿的長度相等（，這

種雙曲柄機構稱為平行雙曲柄機構。

蒸汽機車輪聯(lián)動機構，是平行雙曲柄機構的應用實例。平行雙曲柄機構在雙

曲柄和機架共線時，可能由于某些偶然因素的影響而使兩個曲柄反向回轉。機車

車輪聯(lián)動機構采用三個曲柄的目的就是為了防止其反轉。

3）雙搖桿機構

錢鏈四桿機構的兩個連架桿都在小于360°的角度內作擺動，這種機構稱為

雙搖桿機構。

三、錢鏈四桿機構的演化

1.轉動副化成移動副

2.擴大轉動副

3.取不同構件為機架

四、平面四桿機構有曲柄的條件

曲柄存在的條件

由上述以知，在錢鏈四桿機構中，能作整周回轉的連架桿稱為曲柄。而曲柄

是否存在。則取決于機構中各桿的長度關系，即要使連架桿能作整周轉動而成為

曲柄，各桿長度必須滿足一定的條件，這就是所謂的曲柄存在的條件。

可將錢鏈四桿機構曲柄存在的條件概括為：

1.連架桿與機架中必有一個是最短桿;

2.最短桿與最長桿長度之和必小于或等于其余兩桿長度之和。

上述兩條件必須同時滿足，否則機構中無曲柄存在。根據(jù)曲柄條件，還

可作如下推論:

（1）若錢鏈四桿機構中最短桿與最長桿長度之和必小于或等于其余兩桿長度

之和，則可能有以下幾種情況：

a.以最短桿的相鄰桿作機架時，為曲柄搖桿機構；

b.以最短桿為機架時，為雙曲柄機構；

c.以最短桿的相對桿為機架時，為雙搖桿機構。

（2）若錢鏈四桿機構中最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和，則不

論以哪一桿為機架，均為雙搖桿機構。

五、平面四桿機構急回特性

曲柄搖杯機構中，當曲柄AB沿

順時針方向以等角速度。轉過61

時，搖桿CD自左極限位置C1D擺至

右極位置C2D,設所需時間為tl,C

點的明朗瞪為VI；而當曲柄AB再

繼續(xù)轉過62時，搖桿CD自C2D擺

回至C1D,設所需的時間為t2,C點的平均速度為V2。由于巾1>巾2,所以tl

>t2,V2>Vlo

由此說明：曲柄AB雖作等速轉動，而搖桿CD空回行程的平均速度卻大于

工作行程的平均速度，這種性質稱為機構的急回特性。

搖桿CD的兩個極限位置間的夾角巾稱為搖稈的最大擺角，主動曲柄在搖桿

處于兩個極限位置時所夾的銳角9稱為極位夾角。

在某些機械中（如牛頭刨床、插床或慣性篩等），常利用機械的急回特性來縮

短空回行程的時間，以提高生產率。

急回特性系數(shù)K：從動件空回行程平均速度V2與從動件工作行程平均速度

VI的比值。K值的大小反映了機構的急回特性，K值愈大，回程速度愈快。

K=V2/VI

=(C2C1/t2)/(ClC2/tl)

=(180°+9)/(180°—9)

由上式可知，K與e有關，當。=0時，K=l,說明該機構無急回特性；當

。>0時，K>1,則機構具有急回特性。

六、死點

以搖桿作為主動件的曲柄搖桿機構。在從動曲柄與連桿共線的兩個位置時，

出現(xiàn)了機構的傳動角Y=0,壓力角a=90°的情況。此時連桿對從動曲柄的作

用力恰好通過其回轉中心不能推動曲柄轉動，機構的這種位置稱為死點。機構在

死點位置時由于偶然外

力的影響，也可能使曲柄轉向不定。

死點對于轉動機構是不利的，常利用慣性來通過死點，也可采用機構錯排

的方法避開死點。

但死點也有可利用的一面，當工件被夾緊后，BCD成一直線，機構處于死

點位置，即使工件的反力很大，夾具也不會自動松脫。

課題授課課班

凸輪機構講授2

名稱形式時級

教學

了解凸輪機構的組成和基本類型

目的

教學

凸輪機構的組成及基本類型

重點

教學

凸輪機構的組成及基本類型

難點

輔助課外

模型、掛圖

手段作業(yè)

課后

體會

凸輪是具有曲線或曲面輪廓且作為高副元素的構件。

含有凸輪的機構稱為凸輪機構，凸輪機構分為平面凸輪機構與空間凸輪機構

兩大類。

一、凸輪機構的應用和分類

1.組成凸輪機構是由凸輪、從動件和機架三個部分所組成。

2.運動規(guī)律：

凸輪機構可以將主動件凸輪的等速連續(xù)轉動變換為從動件的往復直線運動

或繞某定點的擺動，并依靠凸輪輪廓曲線準確地實現(xiàn)所要求的運動規(guī)律。

3.凸輪機構的特點

優(yōu)點是：只要正確地設計凸輪輪廓曲線，就可以使從動件實現(xiàn)任意給定的運

動規(guī)律，且結構簡單、緊湊、工作可靠。

缺點是：凸輪與從動件之間為點或線接觸，不易潤滑，容易磨損。

因此，凸輪機構多用于傳力不大的控制機構和調節(jié)機構

4.凸輪機構的基本類型

1)按凸輪的形狀分

⑴盤形凸輪

也叫平板凸輪。這種凸輪是一個徑向尺寸變化的盤形構件，當凸輪1繞固定軸

轉動時，可使從動件在垂直于凸輪軸的平面內運動

(2)移動凸輪

當盤形凸輪的徑向尺寸變得無窮大時，其轉軸也將在無窮遠處，這時凸輪將

作直線移動。通常稱這種凸輪為移動凸輪。

(3)圓柱凸輪

凸輪為一圓柱體，它可以看成是由移動凸輪卷曲而成的。曲線輪廓可以開在

圓柱體的端面也可以在圓柱面上開出曲線凹槽。

2、按從動件的形式分

⑴尖頂從動件

結構最簡單，而且尖頂能與較復雜形狀的凸輪輪廓相接觸，從而能實現(xiàn)較復

雜的運動，但因尖頂極易磨損，故只適用于輕載、低速的凸輪機構和儀表中。

(2)滾子從動件

在從動件的一端裝有一個可自由轉動的滾子。由于滾子與凸輪輪廓之間為滾

動摩擦，故磨損較小，改善了工作條件。因此，可用來傳遞較大的動力，應用也

最廣泛。

(3)平底從動件

從動件一端做成平底(即平面)，在凸輪輪廓與從動件底面之間易于形成油

膜，故潤滑條件較好、磨損小。當不計摩擦時，凸輪對從動件的作用力始終與平

底垂直，傳力性能較好，傳動效率較高，所以常用于高速凸輪機構中。但由于從

動件為一平底，故不適用于帶有內凹輪廓的凸輪機構。

二、從動件常用運動規(guī)律

1.等速運動規(guī)律

當凸輪作等角速度旋轉時，從動件上升或下降的速度為一常數(shù)，這種運動規(guī)

律稱為等速運動規(guī)律。

&)

(1)位移曲線(s—6曲線)

若從動件在整個升程中的總位移為h,凸輪上對應的升程角為S”那么由運

動學可知，在等速運動中，從動件的位移S與時間t的關系為：

S=v?t

凸輪轉角6與時間t的關系為：

6=G)?t

則從動件的位移S與凸輪轉角3之間的關系為:

v和3都是常數(shù)，所以位移和轉角成正比關系。因此，從動件作等速運動的

位移曲線是一條向上的斜直線。

從動件在回程時的位移曲線則與下圖相反，是一條向下的斜直線。

(2)等速運動凸輪機構的工作特點

由于從動件在推程和回程中的速度不變，加速度為零，故運動平穩(wěn)；但在運

動開始和終止時；從動件的速度從零突然增大到v或由v突然減為零，此時，理

論上的加速度為無窮大，從動件將產生很大的慣性力，使凸輪機構受到很大沖擊,

這種沖擊稱剛性沖擊。隨著凸輪的不斷轉動，從動件對凸輪機構將產生連續(xù)的周

期性沖擊，引起強烈振動，對凸輪機構的工作十分不利。因此，這種凸輪機構一

般只適用于低速轉動和從動件質量不大的場合。

2.等加速、等減速運動規(guī)律

當凸輪作等角速度旋轉時，從動件在升程(或回程)的前半程作等加速運動，

后半程作等減速運動。這種運動規(guī)律稱為等加速等減速運動規(guī)律。

(1)位移曲線(s—6曲線)

12

s=—dt

2

由運動學可知，當物體作初速度

為零的等加速度直線運動時，物體的

位移方程：

在凸輪機構中，凸輪按等角速度3旋

轉，凸輪轉角6與時間t之間的關系為

t=6/3

2a)2

則從動件的位移S與凸輪轉角8之間的關系為：

式中a和3都是常數(shù)，所以位移s和轉角S成二次函數(shù)的關系，所以，從動件作

等加速等減速運動的位移曲線是拋物線。因此，

從動件在推程和回程中的位移曲線是由兩段曲率方向相反的拋物線連成。

(2)等加速等減速運動凸輪機構的工作特點

從動件按等加速等減速規(guī)律運動時，速度由零逐漸增至最大，而后又逐步減

小趨近零，這樣就避免了剛性沖擊，改善了凸輪機構的工作平穩(wěn)性。因此，這種

凸輪機構適合在中、低速條件下工作。

課題授課課班

其他機構講授

名稱形式時級

教學

了解棘輪機構，槽輪機構，螺旋機構，不完全機構

目的

教學

重點

教學

難點

輔助課外

手段作業(yè)

課后

體會

一、棘輪機構

棘輪機構的工作原理

含有棘輪和棘爪的步進運動機構稱為棘輪機構。棘輪是具有齒形表面或摩擦表面

的輪子，由棘爪推動作步進運動。棘爪是在兩個構件之間的一種爪形中介構件，

用以阻止上述兩個構件在某一方向的相對運動。

二、槽輪機構

主動輪做勻速連續(xù)轉動，從動輪做單向間歇轉動。

槽輪機構的特點：構造簡單，工作可靠，效率高，間歇轉位較平穩(wěn)，多用于

各種自動機床和自動儀表的進給機構和轉位機構，

三、螺旋機構

1.差動螺旋傳動的原理

差動螺旋傳動是指活動螺母與螺桿產生差動的螺旋傳動機構。差動螺旋傳動

機構可以產生極小的位移，而其螺紋的導程并不需要很小，加工比較容易.所以

差動螺旋機構常用于測微器，計算機，分度機，以及許多精密切削機床儀器和工

具中。

2.差動螺旋傳動的移動距離和方向的確定

（1）螺桿上兩螺紋旋向相同時，活動螺母移動的距離減小。當機架上固定螺母

的導程大于活動螺母的導程時，活動螺母移動的方向于螺桿移動方向相同；當機

架上固定螺母的導程小于活動螺母的導程時，活動螺母的移動方向于螺桿移動方

向相反；當兩螺紋的導程相等時，活動螺母不動（移動距離為零）。

（2）螺桿上兩螺紋旋向相反時，活動螺母移動距離增大?；顒勇菽敢苿臃较蛴?/p>

螺桿移動方向相反。

（3）在判定差動螺旋差動中活動螺母的移動方向時，應先確定螺桿的移動方向。

差動螺旋差動中活動螺母的實際移動距離和方向，可用公式表示如下：

L=N（Phl±Ph2）

當兩螺紋的旋向相反時，公式中用“十”號，當兩螺紋的旋向相同時，公式

中用“一”號。計算結果為正值時，活動螺母實際移動方向與螺桿移動方向相

同，計算結果為負值時，活動螺母實際移動方向與螺桿移動方向相反。

四、不完全齒輪機構

主動輪連續(xù)回轉，從動件間歇運動。

第5章機械傳動

課題授課課班

機械傳動講授

名稱形式時級

教學

了解掌握帶傳動，齒輪傳動，蝸桿傳動，摩擦輪傳動，輪系。

目的

教學

帶傳動，齒輪傳動，蝸桿傳動工作原理和傳動比

重點

教學

帶傳動，齒輪傳動，蝸桿傳動，摩擦輪傳動工作原理和傳動比

難點

輔助課外

手段作業(yè)

課后

體會

授

課班

課

課題時級

帶傳動形講授

名稱

式

教學

目的熟悉帶傳動的特點及類型，掌握V帶的構造、標準，V帶傳動的設計和計算

教學1.帶傳動的工作原理和傳動比

重點2.帶傳動的特點

教學

難點V帶傳動的設計和計算

輔助課外

手段作業(yè)

課后

體會

一、帶傳動的特點

帶傳動是由帶和帶輪組成傳遞運動和（或）動力的傳動，分摩擦傳動和嚙合

傳動兩類。傳動帶

屬于摩擦傳動類的帶傳動有平帶

傳動、v帶傳動和圓帶傳動；屬于嚙

合傳動類的帶傳動有同步帶傳動。

2

帶傳動的工作原理：帶傳動是利用帶作為中間繞性件，依靠帶與帶輪之間的

（a）平型帶傳動（b）三角帶傳動（c）圓形帶傳動（d）同步帶傳動

摩擦力或嚙合來傳遞運動和（或）動力的。

帶傳動的傳動比：i就是帶輪角速度之比，或帶輪的轉速之比。

帶傳動的特點

1.結構簡單，使用維護方便，適用于兩軸中心距較大的傳動場合。

2.傳動平穩(wěn)，噪聲低。

3.過載時，傳動帶會在帶輪上打滑，起到安全保護作用。

4.屬于摩擦傳動類的帶傳動，帶在傳動中受力是周期變化的。

5.外輪廓尺大，傳動效率較低。

二、V帶和帶輪

V帶傳動是由一條或數(shù)條V帶和V帶輪組成的摩擦傳動。V帶安裝在相應的

輪槽內，僅與輪槽的兩側接觸，而不與槽底接觸。

V帶是橫截面為等腰梯形或近似等腰梯形的傳動帶，其工作面為兩側面。

V帶是標準件，有Y、Z、A、B、C、D、E七種型號。

三、帶傳動的工作情況

1.帶傳動中力的分析

1）帶傳遞的力2）由離心力所產生的拉力

2.帶的應力分析

1）拉應力2）彎曲應力3）離心應力

3.帶的彈性滑動、打滑和滑動率

1）帶的彈性滑動

是帶傳動固有的特性，是不可避免的，選用彈性模量大的帶材料可以降低彈

性滑動。

2）打滑

打滑將造成帶的嚴重磨損并使帶的運動處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這種情況應當避免

3）滑動率

四、V帶傳動的設計和計算

1.設計準則：在保證帶不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命。

2.單根V帶的基本額定功率

3.設計原始數(shù)據(jù)及設計內容

4.設計方法和步驟

5.確定中心距a和帶的基準長度Ld

1）傳動實際中心距a；2）帶的基準長度Ld是V帶在規(guī)定的張緊力下,

位于測量帶輪基準直徑上的周線長度。

6.驗算小帶輪包角a

a=180°-57.30x（D2-Dt）/a

對于V帶傳動，小帶輪的包角一般要求：a>120。。

7.確定帶的根數(shù)

8.確定帶的初拉力

9.計算帶作用于軸上的力

課題齒輪傳動》?講授日班

名稱級

教學

了解齒輪轉動的分類，掌握齒輪傳動的特點

目的

教學

了解齒輪轉動的分類，掌握齒輪傳動的特點，瞬時傳動比恒定

重點

教學

瞬時傳動比恒定

難點

輔助齒輪模型麒

作業(yè)冊

手段

課后

體會

一、齒輪傳動的常用類型

L圓柱齒輪傳動2.錐齒輪傳動3.交錯軸斜齒輪傳動

二、齒輪的基本參數(shù)和基本尺寸間的關系

1.齒數(shù)Z一個齒輪的牙齒數(shù)目即齒數(shù)。

2.模數(shù)m

因為分度圓周長nd=Zp,則分度圓直徑為d=Zp/n

由于n為一無理數(shù)，為了計算和制造上的方便，人為地把P/n規(guī)定為有理

數(shù)，即齒距P除以圓周率n所得的商稱為模數(shù)，用m表示。即m=p/n(mm)

3.壓力角a

壓力角指分度圓上的壓力角，用a表示。我國規(guī)定標準壓力角a=20°。

4.齒頂圓：輪齒頂部所在的圓稱為齒頂圓，其直徑用&表示。

5.齒根圓：齒槽底部所在的圓稱為齒根圓，其直徑用&表示。

6.分度圓：齒輪上具有標準模數(shù)和標準壓力角的圓稱為分度圓，其直徑用

d表示o

7.齒距、齒厚、齒槽寬：兩個相鄰而同側的端面齒廓之間的弧長稱為齒距,

用p表示。即p=s+e

8.齒高：齒頂圓與齒根圓之間的徑向距離稱為齒高，用h表示。

9.齒頂高：齒頂圓與分度圓之間的徑向距離稱為齒頂高，用ha表示。

10.齒根高：齒根圓與分度圓之間的徑向距離稱為齒根高，用h表示。

11.齒寬：沿齒輪軸線方向量得的齒輪寬度，用b表示。

12.標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計算

正常齒制ha*=l,C*=0.25

短齒制ha*=0.8,C*=0.3

表11-2外嚙合標準百齒圓柱齒輪幾何尺寸計算公式

名稱符號計算公式，

模數(shù)m根據(jù)強度計算決定,按表選取標準值

齒數(shù)8

基本參數(shù)壓力角a取標準值,a=2(T

齒頂高系數(shù)取標準值，正常齒取町?1.0

頂隙系數(shù)c*取標準值，正常齒取4-0.25

分度圓直徑d4-771￡

齒頂高h%二萬加1

齒根高兒hL?+c*)m

齒高h萬》=1+為―(24:+c*)m

齒頂圓直徑4&??(5+2&*=(2+24：)團

幾何尺寸

齒根圓直徑*df=d—2場尸(z-2R：—2c*)加

基圓直徑db?=*dcosa=77i2c(?a

齒距P

齒厚8s—p/2―力加/2

齒槽寬6e=p/2—萬m/2

我國(GB1356-87)標準規(guī)定ha*、C*為

標準中心距a—ri+r2=m（Zi+Z2）/2

三、齒輪的規(guī)定畫法

四、齒輪傳動的傳動比

五、漸開線齒輪的加工原理

1.仿形法2.范成法1）齒輪插刀2）齒條插刀3）蝸輪滾刀

六、齒輪的失效形式及材料選用

1.齒輪的失效形式：輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合等幾種。

2.齒輪材料及其選擇材料：鋼、鑄鐵、非金屬材料

齒輪材料的基本要求：齒面要硬，齒芯要韌。

七、直齒圓柱齒輪的強度計算

1.輪齒的受力分析

2.齒輪傳動的計算載荷

3.齒根彎曲疲勞強度計算

4.齒面接觸疲勞強度的計算

5.齒輪的許用應力

6.齒輪參數(shù)的選擇

直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等。

注意：單個齒輪有固定的分度圓和分度圓壓力角，而無節(jié)圓和嚙合角，只有

一對齒輪嚙合時，才有節(jié)圓和嚙合角。

止匕外，為了保證一對直齒圓柱齒輪能連續(xù)傳動，其重合度必須大于1（￡>1）。

八、斜齒圓柱齒輪齒傳動

1.斜齒圓柱齒輪的主要參數(shù)和幾何尺寸

由斜齒圓柱齒輪齒廓形成可知,它的齒

面是一漸開線螺旋面，其端面（垂直于齒輪

軸線的平面）和法面平面（垂直于齒的平面）

的齒形不同，當用成型銃刀加工時，刀具沿

螺旋線方向進刀，故輪齒的法面齒形與刀具一…

圖11-32斜齒輪展開圖

的齒形一致,因此以輪齒的法面參數(shù)為標準

來選擇刀具。但在計算斜齒輪的幾何尺寸時，又要按端面參數(shù)進行計算，故必須

建立法面參數(shù)與端面參數(shù)之間的換算關系。

螺旋角

斜齒輪的螺旋線為斜直線，螺旋線與分度圓柱母線的夾角稱螺旋角，用B表

示。斜齒輪輪齒的旋向分為左、右旋兩種。

模數(shù)

Pn表示法向齒距，Pt表示端面齒距，B為螺旋角，它們之間的關系為：

Pn=Pt?cosB

*.*P=口?m,mn=mt,cosB

mt-----端面模數(shù)m?------法面模數(shù)

一般取Tn0為標準模數(shù)

壓力角

法向壓力角an和端面壓力角at,兩者之間的關系為：tgan=tgat?cosB

表11—11斜齒輪的幾何尺寸計算公式

名稱符號計算公式

法向模數(shù)mn按強度決定，查表4-2選取標準值

法向壓力角而選標準值冊=20°

齒數(shù)Z

基本參數(shù)

齒頂高系數(shù)片n選標準值Kn=l

頂隙系數(shù)或選標準值或=0.25

分度圓柱螺旋角3一般取3=8。~20°

端面模數(shù)力”Wt=---2一

cosR

分度圓直徑dd=憎而n-譏盧一

cosB

齒頂高h.幻=入加n

齒根高折一（九!L+

幾何尺寸k

齒高h丸=%+丸/=（2芯n+c：）77ln

齒頂圓直徑八d.—d+2%.

齒根圓直徑dtdf—d-2hf

.一+必_竹』（句+二）

中心距a?