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机械设计基础第五章

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机械设计基础-图文课件5章

机械设计基础-图文课件5章
第5章 液压控制元件
1
5.1 液压控制阀概述 5.2 压力控制阀 5.3 流量控制阀 5.4 方向控制阀 5.5 其他控制阀 5.6 液压阀的选用、安装与常见故障分析
5.1 液压控制阀概述
5.1.1 液压阀的分类
（1）按用途，液压阀可以分为压力控制阀（如溢流阀、顺序阀 、减压阀等）、流量控制阀（如节流阀、调速阀等）、方向控制阀（ 如单向阀、换向阀等）三大类。
3.溢流阀的应用
在液压系统中，溢流阀的主要用途有以下几方面： （1）作溢流阀用，使系统的压力保持恒定。 （2）作安全阀用，对系统起过载保护作用。 （3）作背压阀用，接在系统的回油路上，产生一定的回油阻力， 以改善执行装置的运动平稳性。 （4）作卸荷阀用，由先导式溢流阀和二位二通电磁阀配合使用， 可使系统卸荷。 （5）作远程调压阀用，用管道将先导式溢流阀的控制口接至调节 方便的远程调压阀进口处，以达到远程控制的目的。
5.2 压力控制阀
5.2.2 减压阀
2.减压阀与溢流阀的区别
（1）减压阀利用出口油压力与弹簧力相平衡，以保持出口 压力基本不变，而溢流阀则利用进口油压力与弹簧力相平衡，并 保持进口压力基本不变。
（2）减压阀的进、出油口均有压力，所以它的先导阀弹簧 腔的泄油是单独外接油箱的，而溢流阀则可以沿内部通道经回油 口流回油箱。
5.1.3 液压传动系统对液压阀的基本要求
液压传动系统对液压阀的基本要求如下： （1）动作灵敏、使用可靠，工作时冲击和振动要 小，使用寿命长。 （2）油液通过液压阀时压力损失要小，密封性能 好，内泄漏少，无外泄漏。 （3）结构简单紧凑，安装、维护、调整方便，通 用性好。
5.2 压力控制阀
5.2.1 溢流阀
p2A1+p2A2=p3A+Fs（5-1） 式中，A、A1和A2分别为b腔、c腔和d腔内的压力油作用于 阀芯的有效面积，且A=A1+A2。

机械设计基础第五章

机械设计基础第五章

（4）能实现两平行轴、相交轴和交错轴间的各种传动（传递任意夹角两轴间的运 动）。
2、齿轮传动主要的缺点： （1）制造、安装精度要求较高，加工齿轮需要专用机床和设备，因而成 本也较高； （2）不宜作远距离传动； （3）对冲击和振动较为敏感。
二、齿轮传动的类型
齿轮传动的类型很多，可根据两齿轮轴线的相对位置、啮合方式和轮齿 形状的不同分类如下：
对应边相互垂直，故△Kab∽△KO2Z，其对应边成比 例，于是 Vk1 KZ = vK2 O2K 即: ω1 = ω2 O1K 又因为△O1O2Z∽△O1CK， 故 KZ O1K KZ
=
O2C O1C
由此可得
i=
ω1 ω2
=
O2C O1C
由上式可知，欲使传动比i保持恒定不变，则比值O2C/O1C应恒为常数， 因O1、O2为两齿轮的固定轴心，故在传动过程中位置不变，则两齿轮在啮 合传动过程中C点必须为一定点。由此可得出保证齿轮机构传动比恒定不变 两轮齿廓曲线所必须满足的条件为：不论两齿廓在任何位置接触，过接触 点所作的两齿轮公法线都必须与两轮连心线交于一定点，这一规律称为齿 轮啮合基本定律。 根据齿廓啮合基本定律，过接触点所作的两齿轮公法线都必须与两轮 连心线交于一定点C，这个定点就称为该两齿轮的节点。以两齿轮的轴心O1、 O2为圆心，过节点C所作的两个相切的圆称为该对齿轮的节圆。以r1、r2分 别表示两节圆半径。 凡能满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓，称为共轭齿廓。 在理论上可作为一对齿轮共轭齿廓的曲线有无穷多。但在生产实际中， 齿廓曲线除满足齿廓啮合基本定律外，还要考虑到制造、安装和强度等要 求。常用的齿廓有渐开线、圆弧等。一般机器常用渐开线齿轮，高速重载 的机器宜用圆弧齿轮。
第五章 齿轮传动

机械设计基础第五章凸轮机构

机械设计基础第五章凸轮机构

其他应用实例
01
纺织机械
02
包装机械
03
印刷机械
在纺织机械中，凸轮机构被用于控制织 物的引纬、打纬和卷取等运动。通过合 理设计凸轮的形状和尺寸，可以实现织 物的高速、高效织造。
在包装机械中，凸轮机构常用于控制包 装材料的输送、定位、折叠和封口等操 作。通过凸轮的精确控制，可以实现包 装过程的自动化和高效化。
传动比的计算 根据凸轮的轮廓形状和尺寸，以及从动件的运动 规律，可以通过几何关系或解析方法计算出凸轮 机构的传动比。
传动比的影响因素 凸轮机构的传动比受到凸轮轮廓形状、从动件运 动规律、机构中的摩擦和间隙等因素的影响。
凸轮机构的压力角与自锁
压力角的定义
压力角是指从动件受力方向与从动件运动方向之间的夹角。在凸轮机构中，压力角的大小反 映了从动件所受推力的方向与其运动方向之间的关系。
等速运动规律
从动件在推程和回程中均保持匀速运动。
等加速等减速运动规律
从动件在推程和回程中按等加速和等减速规律运动。
简谐运动规律
从动件按简谐运动规律振动。
组合运动规律
根据实际需要，将从动件的运动规律组合成复杂的运动形式。
凸轮机构的尺寸设计
凸轮基圆半径的确定
根据从动件的运动规律和机构的结构要求，确定 凸轮的基圆半径。
03
凸轮机构的类型与特性
盘形凸轮机构
凸轮形状
盘形凸轮是一个具有特定 轮廓的圆盘，其轮廓线决 定了从动件的运动规律。
工作原理
通过凸轮的旋转，驱动从 动件按照预定的运动规律 进行往复直线运动或摆动。
应用范围
广泛应用于内燃机、压缩 机、自动机械等领域。
移动凸轮机构
凸轮形状
移动凸轮是一个在平面上移动的具有特定轮廓的 构件。

机械设计基础第五章轮系

机械设计基础第五章轮系

2. 根据周转轮系的组合方式，利用周转轮系传动比计算公式求
03
出周转轮系的传动比。
实例分析与计算
1
3. 将定轴轮系和周转轮系的传动比相乘，得到复 合轮系的传动比。
2
4. 根据输入转速和复合轮系的传动比，求出输出 转速。
3
计算结果：通过实例分析和计算，得到了复合轮 系的输出转速。
05 轮系应用与实例分析
仿真结果输出
将仿真结果以图形、数据等形式输出，以便 进行后续的分析和处理。
实验与仿真结果对比分析
01
数据对比
将实验数据和仿真数据进行对比 ，分析两者之间的差异和一致性 。
结果分析
02
03
优化设计
根据对比结果，分析轮系设计的 合理性和可行性，找出可能存在 的问题和改进方向。
针对分析结果，对轮系设计进行 优化和改进，提高轮系的性能和 稳定性。
04 复合轮系传动比计算
复合轮系构成及特点
构成
由定轴轮系和周转轮系（或几个周转轮系）组合而成，称为复合轮系。
特点
复合轮系的传动比较复杂，其传动比的计算需结合定轴轮系和周转轮系的传动比计算公式进行。
复合轮系传动比计算公式
对于由定轴轮系和周转轮系组成的复合轮系，其传动比计算 公式为：i=n1/nK=(Z2×Z4×…×Zk)/(Z1×Z3×…×Zk-1)×(1)m，其中n1为输入转速，nK为输出转速，Z为各齿轮齿数 ，m为从输入轴到输出轴外啮合齿轮的对数。
火车车轮与轨道
通过轮系保证火车在铁轨 上的平稳运行和导向作用 。
船舶推进器
利用轮系将主机的动力传 递给螺旋桨，推动船舶前 进。
军事装备中轮系应用举例
坦克传动系统
采用轮系实现坦克发动机的动力 输出与行走机构的连接，确保坦 克在各种地形条件下的机动性。

机械设计基础第五章

机械设计基础第五章

3.余弦加速度运动规律
从动件加速度按余弦规律变 化的运动规律。 在推程始末点处仍存在“软 冲”，因此只适用于中、低速。 但若从动件作无停歇的升— 降—升型连续运动，则加速度曲 线为光滑连续的余弦曲线，消除 了“软冲”，故可用于高速。
4、正弦加速度运动规律
从动件加速度按正 弦规律变化的运动规律。 运动特征：没有冲击， 故可用于高速。
3.按锁合方式分
（1）力锁合凸轮机构 依靠重力、弹簧力或其他外力来 保证锁合，如内燃机配气凸轮机构。
（2）形锁合凸轮机构 依靠凸轮和从动件几何形状来锁合。
4.按从动件相对机架的运动方式分
（1）移动从动件凸轮机构 按其从动件导路是否通过凸 轮回转中心分为对心移动从动件和偏置移动从动件凸轮 机构。 （2）摆动从动件凸轮机构
移动从动件
摆动从动件
二、常用的从动件运动规律
（一）平面凸轮机构的基本尺寸及运动参数
一对心直动尖顶从动件盘 形凸轮机构，凸轮上有一最小 向径，以最小向径r。为半径 所作的圆称凸轮基圆，r。称 基圆半径，凸轮以等角速度ω1 逆时针转动。凸轮机构运动过 程如下：
升—停—降—停
凸轮机构的运动过程
（二）常用的从动件运动规律
一、概述
（一）凸轮机构的应用 1. 组成
凸轮机构由凸轮1、从动件2、机 架3三个基本构件组成，是一种高副 机构。其中凸轮是一个具有曲线轮 廓或凹槽的构件，通常作连续等速 转动，从动件则在凸轮轮廓的控制 下按预定的运动规律作往复移动或 摆动。
2. 特点： 优点:只要正确地设计和制造出凸轮的轮廓曲线，就能实 现从动件所预期的复杂运动规律的运动；凸轮机构结构
（一）凸轮机构的压力角
压力角：不计摩擦时，凸轮对 从动件的作用力（法向力）与从 动件上受力点速度方向所夹的锐 角。 将从动件所受力F分解为两个 力：

机械设计基础课件 第五章

机械设计基础课件 第五章
关键是找出行星轮系，剩下的就是定轴轮系。
例1：已知各轮齿数， 求传动比i1H
3' 2 输入 1 3 2' 4 H 1' 输出
1、分析轮系的组成
1，2，2'，3——定轴轮系 1'，4，3'，H——周转轮系 2、分别写出各轮系的传动比
1 2 Z 2 Z3 定轴轮系 ： i13 (1) 3 Z1Z 2
H 4. iGK
是利用定轴轮系解决行星轮系问题的过渡环节。
例行星轮系如图所示。已知 Z1=15,Z2=25,Z3=20,Z4=60,n1=200r/min,n4=50r/min,且两太阳轮1、 4转向相反。试求行星架转速nH及行星轮转速n3。
例图示的输送带行星轮系中，已知各齿轮的齿数分别为 Z1=12,Z2=33,Z'2=30,Z3=78,Z4=75。电动机的转速n1=1450r/min。试 求输出轴转速n4的大小与方向。
§5—3 行星齿轮系传动比计算 一.单级行星齿轮系传动比的计算
不能直接用定轴轮系传动比的公式计算行星轮系的传动比。可 应用转化轮系法，即根据相对运动原理，假想对整个行星轮系 加上一个与nH大小相等而方向相反的公共转速-nH，则行星架被 固定，而原构件之间的相对运动关系保持不变。这样，原来的 行星轮系就变成了假想的定轴轮系。这个经过一定条件转化得 到的假想定轴轮系，称为原行星轮系的转化轮系。
当车身绕瞬时转心转动时，左右两车 轮走过的弧长与它们至瞬心的距离成 正比 n1 (r L) r L n3 (r L) r L 又 H n1 n2 n1 n4 z3
i13 n3 n2 n1 n4 z1 1 n1 n3 2n4
当给定发动机的转速或转速n5和轮距L 时，左右两后轮的转速随转弯半径r的 大小不同而自动改变，即利用该差速器 在汽车转弯时可将原动机的转速分解为 两后车轮的两个不同的转速，以保证汽 车转弯时，两后轮与地面均作纯滚动

机械设计基础 第5章 螺纹联接的预紧和放松

F0
F0
F0
F0
液压拉伸预紧技术 用液压拉伸器先 将螺 栓拉长，拧螺母，再 放松螺螺栓
二、螺纹联接的防松
螺纹联接，通常满足自锁条件
v
但是在冲击、振动和变载的作用下，预紧力和摩擦 力可能瞬间消失，多次重复后就可能使联接松脱。因 此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。
永久防松 端铆 冲点（破 坏螺纹） 点焊
10-5 螺纹联接的预紧和放松
一、预紧 预紧目的：增加 联接的刚性、紧 密性及放松能力。
预
拧紧过程：螺栓受拉，伸长。 1、预紧力 F0
紧
F0
F0 在螺纹连接过程中，预紧力大小要适当。 如气缸盖螺纹连接， F0小缸盖与缸体间出现间隙漏气； F0过大螺栓拉断
F0
一般：碳钢：
S
——屈服极限 MPa
F0
F F∑
FF ∑
F F ∑ F F ∑
a)
b)
m f F0 CF
f ——摩擦系数 m——接合面数 C——可靠性系数
带入上节强度（设计）公式可校核（求d1）
∴螺栓所需的轴向力（即预紧力）应为
CF Fa F0 m f
当 f 0.15 C 1.2 m 1 F0 8F 即，预紧力为横向工作载荷的8倍， 所以螺栓联接靠摩擦力来承担横向载荷时，其尺寸较大。
液压防松Байду номын сангаас母
§10-6 螺纹联接的强度计算
强度计算：用多大螺栓，强度够不够
螺纹连接常常用螺栓组 受力分析→找出受力最大的螺栓→理论计算 （螺栓组应大小相同，美观且便于安装） 螺纹部分的塑性变形。
受拉螺栓的失效形式主要是：
15% 20%
螺杆的疲劳断裂。

机械设计基础(第五版)第5章

至轮K间所有从动轮齿数乘积 至轮 n1 轮1至轮 间所有从动轮齿数乘积 z2 z3z4 ⋯zK i1K = = = 至轮K间所有主动轮齿数乘积 至轮 nK 轮1至轮 间所有主动轮齿数乘积 z1z2′ z3′ ⋯z( K−1)′
三、定轴轮系中首末两轮的转向确定 z 定轴轮系中首末两轮的转向确定 zz⋯ 1、平面定轴轮系 平面定轴轮系 2、空间定轴轮系 空间定轴轮系
H z2 z3 z3 n1 n1 − nH H i13 = H = =− =− n3 n3 − nH z1z2 z1
转化轮系的传动比 ◆ 转化轮系的传动比
一般式： 一般式：
周转轮系的传动比及转速的求法 ◆ 周转轮系的传动比及转速的求法 已知条件满足的情况下，列出转化轮系的传动 已知条件满足的情况下， 比计算公式，当已知n 比计算公式，当已知 1、n3、nH中任意两个的大小 和转向时，即可求第三个和任意两个之比(传动比 传动比)。 和转向时，即可求第三个和任意两个之比 传动比 。 式中n 式中 1、n3、nH是真实的
H i1H =1−i13
作业： 一 作业：5一2、3、4、5、8、9
已知： 例5 - 2 已知：z1=27、z2=17、z3=61、n1=6000 r/min 求：i1H=? 、nH=? 解：由图可知该轮系是行星轮系
H n1 Z H =1− − 3 i1H =1−i =1− Z 1 n3 61 =1− − ≈ 3.26 符号确定 27 H 13
正号说明n 转向相同。 正号说明 1、nH、转向相同 转向相同
n1 6000 nH = = ≈1840 r m in i1H 3.26
若求n 若求 2：
H n1 n1 − nH z2 H i12 = H = =− n2 n2 − nH z1

机械设计基础 第5章轮系


§5－2 定轴轮系及其传动比
轮系的传动比：轮系中输入轴与输出轴的角速度之比。iab。
n1 z2 i12 n2 z1 齿轮系：设输入轴角速度ω a，输出轴角速度ω b,按定义有： i 1 2 i12 2 ' 3 3 2 计算轮系传动比：1)确定iab数值；2)确定两轴的相对转动方向。 ' nn2 n3 z2 z2z1 1 i1 n12 2 z 一、传动比的计算 z z i12 i n2n31 3z4 2n i3' 2 ' 3 4 z n2、n2′n 转速。同一轴 图（a）轮系：z1、z2、z2′‥齿数；n1、n 2 ‥ n4 z2z3' 1 3 '
2）分析混合轮系内部联系。
（1）定轴轮系中内齿轮5与差动轮系中系杆H是同一构件，因而n5=nH； （2）定轴轮系中齿轮3′与差动轮系中心轮3是同一构件， 因而n3′=n3。
3
设实箭头朝上为正，则n1= 120r /min，n3=-120r /min ， 代入上式得
120-nH -120-nH = (+)
40 60
解得：nH=600r /min。nH与n1转向同。
1）行星轮2-2′的轴线与齿轮1（或3）及行星架H的轴线不平行，不能用5-2 式计算n2。（转化轮系中两齿轮轴线不平行时，不能直接计算！） 2）实箭头—表示齿轮真实转向—对应n1、n3、…。虚箭头—表示虚拟转化 轮系中的齿轮转向—对应n1H、n2H、n3H。 3）运用（5-2）时， i13H的正负取决于n1H和n3H，即取决于虚线箭头。而代 入n1、n3数值时需根据实线箭头判定其正负。
二、周转轮系传动比的计算
周转轮系的行星轮不是绕固定轴线的简单运动，传动 比不能直接用求定轴轮系传动比的方法求解。

机械设计基础.第五章_轮系机构


z2 zn 1 H n H z1 z n 1
各轮齿数已知，就可以确定1、n、H之间的关系； 如果其 中两个转速已知，就可以计算出第三个，进而可以计算周转轮系 的传动比。
1、i1H 是转化机构中齿轮1为主动轮、齿轮n为从动轮时的传动 n
比，其大小和方向可以根据定轴轮系的方法来判断； 2、表达式中 1、n、H的正负号问题。若基本构件的实际 转速方向相反，则 的正负号应该不同。
1 z 2 z 3 z 4 z 5 i15 5 z1 z 2' z 3' z 4
1 2 3 4 1 i15 2 3 4 5 5
大小：
i1 k
1 m 从 动 轮 齿 数 连 乘 积 ( 1) k 主动轮齿数连乘积
m： 外 啮 合 的 次 数
3 要在 先计 学算 会传 分动 析比 传大 动小 路之 线前 Ⅱ 1 2 Ⅲ
动力输出
4
传动路线 动力输入
Ⅰ
两级齿轮传动装置
例1
如图所示轮系，分析该轮系传动路线。
Ⅴ Ⅰ
z1
z7 z8
Ⅲ
z9
Ⅵ
n1 z2
Ⅱ
z5 Ⅳ z6
z3
z4
n9
解
该轮系传动路线为：
Ⅰ
n1
z1 z2
Ⅱ
z3 z4
Ⅲ
z5 z6
Ⅳ
z7 z8
z 2 z3 z5 1 z 2 z 3 z 4 z 5 i15 5 z1 z 2' z 3' z 4 z1 z 2 ' z 3'
？
转向？
平面定轴轮系（各齿轮轴线相互平行）
例 1：
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本章目录
§ 5-4 凸轮式间歇运动机构
优点：结构简单、运转可靠、传动平稳、无噪声，适用于 高速、中载和高精度分度的场合。 缺点：凸轮加工比较复杂，装配与调整要求也较高。
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返总目录
k ⋅ t m k ( z − 2) τ= = t 2z
由于t 应当小于 ，故 由于 应当小于1，
得到： 得到：
2z k< z−2
z=3 k=1～5 z=4或5 k=1～3 z≧6 k=1或2 (k、z为整数)
本章目录
§ 5-3
不完全齿轮机构
外啮合不完全齿轮机构
内啮合不完全齿轮机构
优点：结构简单、制造方便，从动轮的运动时间和静止 时间的比例不受机构结构的限制 缺点：从动轮在转动开始及终止时速度又突变，冲击较 大一般仅用于低速、轻载场合
tm z − 2 τ= = t 2z
由上式可知： 1.由于t 必须大于零，所以z应大于或等于3 2.单圆柱销槽轮机构的运动系数t总小于0.5，也就是说槽轮 的运动时间总小于其静止的时间
本章目录
三、槽轮槽数z和拨盘圆柱销数k的选择 槽轮槽数z和拨盘圆柱销数k
3.如果要求槽轮机构的t大于0.5，则可在拨盘上安装多个圆柱 销。设拨盘1上均匀分布k个圆柱销，则：
§ § § §
5-1 棘轮机构 5-2 槽轮机构 5-3 不完全齿轮机构 5-4 凸轮式间歇运动机构
《机械设计基础》教材 Ｐ46 机械设计基础》
返总目录
§ 5-1
棘轮机构
动画
一、棘轮机构的工作原理
机构组成
它主要有摇杆、棘爪、棘轮、制 动爪和机架组成。弹簧使制动爪 和棘轮保持接触。
工作过程
摇杆逆时针摆动——棘爪插入齿 槽——棘轮转过角度——制动爪 划过齿背摇杆顺时针摆动——棘 爪划过脊背——制动爪组织棘轮 作顺时针转动——棘轮静止不动 因此当摇杆作连续的往复摆动时， 棘轮将作单向间歇转动。
槽轮机构
动画
一、槽轮机构的工作原理
本章目录
二、槽轮机构的类型、特点及应用 槽轮机构的类型、
内啮合棘轮机构
外啮合棘轮机构
空间棘轮机构
优点：结构简单、工作可靠、机械效率高，径向槽，传动存在柔性冲击， 不适合高速场合，转角不可调节，只能用在定角场合
本章目录
二、棘轮转角的调节
2. 用遮板调节棘轮转角
本章目录
三、棘轮机构的特点与应用
结构简单，制造容易运动可靠 棘轮的转角在很大范围内可调 工作时有较大的冲击和噪声、运动精度不高，常用于 低速场合 棘轮机构还常用作防止机构逆转的停止器。
本章目录
§ 5-2
当拨盘上的圆柱销A没有进 入槽轮的径向槽时，槽轮的内 凹锁止弧面被拨盘上的外凸锁 止弧面卡住，槽轮静止不动。 当圆柱销A进入槽轮的径向槽 时，锁止弧面被松开，则圆柱 销A驱动槽轮转动。当拨盘上 的圆柱销离开径向槽时，下一 个锁止弧面又被卡住，槽轮又 静止不动。由此将主动件的连 续转动转换为从动槽轮的间歇 运动
本章目录
一、棘轮机构的工作原理
双动式棘轮机构
钩头双动式棘轮机构
直头双动式棘轮机构
本章目录
一、棘轮机构的工作原理
双向式棘轮机构
矩形齿双向式棘轮机构
回转棘爪双向式棘轮机构
本章目录
二、棘轮转角的调节
1.调节摇杆摆动角度的大小， 1.调节摇杆摆动角度的大小，控制棘轮的转角 调节摇杆摆动角度的大小
本章目录
三、槽轮槽数z和拨盘圆柱销数k的选择 槽轮槽数z和拨盘圆柱销数k
是槽轮机构的主要参数。 槽轮槽数z和拨盘圆柱销数k是槽轮机构的主要参数。
在一个运动循环内，槽轮的运动时间tm与拨盘的运动时间t 在一个运动循环内，槽轮的运动时间 与拨盘的运动时间 之比称为运动系数， 表示 当拨盘作等速转动时， 表示。 之比称为运动系数，用t表示。当拨盘作等速转动时，有