机械基础全册教案(第四版)

机械基础(第四版)

绪 论（2课时）

【导入】人们的生活离不开机械，在日常生活中都随处可见（例如：螺钉、自行

车、汽车、挖掘机），它通常有两类：一类是可以使物体运动速度加快的称为加速机械（自行车、飞机）；一类是使人们能够对物体施加更大力的称为加力机械（旋具、机床）。

教学目标：1、本课程的性质、内容、特点及学习方法

2、掌握零件、构件、机构、机器的概念及它们之间的区别与联系和 机器的组成

3、掌握运动副的概念和分类

教学重点难点：1、机器和机构的区分

2、运动副的概念和分类

一、课程概述

1.课程性质

机械基础就是来研究这些机械的一门专业基础课，是为学习专业技术课培养专业岗位

能力服务的。

2.课程内容

它包括机械传动、常用机构、轴系零件及液压与气压传动等方面的基础知识。

3.课程任务

学以致用。

二、机器、机构、机械、构件和零件

1.零件和构件

（1）零件：是机器及各种设备的基本组成单元（例如螺母、螺栓），有时也将用简单方式

练成的单元件称为零件（如轴承）。

（2）构件：是机构中的运动单元体（如曲柄、连杆）。

（3）两者间的区别和联系

区别：零件是制造单元，相互之间没有运动。

构件是运动单元，相互之间有确定的相对运动。

联系：构件可以是一个独立的零件，也可以是由若干个零件组成

2.机器和机构

（1）机构：是具有确定相对运动的构件的组合，它是用来传递运动和力的构件系统 （如带传动机构、齿轮机构）。

（2）机器：是人们根据使用要求而设计制造的一种执行机械运动的装置，用来变换或

传递能量、物料与信息，从而代替或减轻人类的体力劳动和脑力劳动（如电动机

手机）。

（3）两者之间的异同点

不同点：机器能代替人的劳动完成有用的机械工或实现能量转换，机构只

能用来传递运动和力而不能做功或实现能量转换。

相同点：都是由构件组成；构件间都具有确定的相对运动。

3.机器的组成

一台完整的机器，通常由四部分组成

动力部分： 作用是将其它形式的能量转换为机械能，以驱动机器各部分的运动。

执行部分（工作机构）：机器中直接完成具体工作任务。

传动部分（传动装置）：将原动机的运动和动力传递给工作机构。

控制部分：显示、反映、控制机器的运行和工作。

三、运动副的概念及应用特点

1.运动副：两构件之间直接接触并能产生一定形式相对运动的可动联接。根据接触情况

可分为高副和低副。

（1）低副：两构件间作面接触的运动副。根据运动特征分为转动、副移动副和螺旋副。

（2）高副：两构件间作点或线接触的运动副。按接触形式不同分为滚轮接触、凸轮接触

和齿轮接触。

2.运动副的应用特点

（1）低副特点：单位面积压力小，传力性能好，滑动摩擦，摩擦阻力大，效率低。不能

传递较复杂的运动。

（2）高副特点：单位面积压力大，两构件接触处容易磨损，制造和维修困难，能传递较

复杂的运动。

3.低副机构与高副机构

机构中所有运动副均为低副的机构称为低副机构；机构中至少有一个运动副是高副的机 构称为高副机构。

四、机械传动的分类

(P10)

本章小结 1．机器、机构的特征及异同点。

2．构件与零件的概念。

3．机械、机器、机构、构件、零件之间的关系。

4．机器的组成。

5．运动副概念及其分类。

6．高副、低副的应用特点。

7．机械传动的分类。

作业：上述 3，4，6

第一章 带传动（5课时）

教学目标：1. 掌握带传动的组成及工作原理

2. 掌握V带的主要参数和标记

3. 理解V带传动的安装维护及张紧装置

4. 了解带传动的分类

5. 了解V带的结构和带轮的结构分类

6．了解同步带传动

教学重点难点：1.带传动的工作原理及传动比

2.V带的主要参数和标记

【复习】1.零件和构件的定义及区别和联系

2.机器和机械的异同点；机器的分类

3.运动副的概念及分类

4.高副和低副的概念、分类和特点

第一节 带传动的组成、原理和类型

【导入】在日常生活中经常会看到用带传动的场合（例如缝纫机、录音机、

跑步机），还有一些机器中也常用到带传动（例如粉碎机、手扶拖拉机）。这么多用到带传动的场合，那么带传动是由哪几部分组成的？它又是怎么来传递运动和动力的？

【新授】一、带传动的组成和原理

1.带传动的组成

带传动一般由固连与主动件的带轮（主动轮），固连与从动件的带轮（从动轮）和紧套在两轮上的挠性带组成。

2．带传动的工作原理

带传动是以张紧在至少两个轮上的带作为中间挠性件，依靠带与带轮接触面间产生的摩擦力（啮合力）来传递运动与力的。目前，大多数用带传动的都是依靠摩擦力来传递运动和动力：主动轮通过摩擦力将运动和力传递给带，带有通过摩擦力将运动和力传递给从动轮，从而实现带传动的正常工作。摩擦力的大小不仅与带和带轮接触面的摩擦系数有关，还与接触面间的正压力有关。因此，带与带轮之间应有一定的张紧程度，以保证足够的摩擦力。

3．机构传动比i

机构中瞬时输入角速度与输出角速度的比值称为机构的传动比。传动比是机械传动中的一

个重要概念，针对不同的机械传动，具体的表达式会有所不同，但基本概念是相同的。 带传动的传动比就是主动轮转速n1与从动轮转速n2之比，通常用i12表示

i=n1∕n2

从传动比公式可以得出：

当0

当i=1时，机械传动为等速传动（从动轮转速等于主动轮转速）；

当i>1时，机械传动为减速传动（从动轮转速小于主动轮转速）。

机械中常用的是减速传动。

传动比的角标符号的含义要清楚，i12与i21的含义是不同的，在计算中不能混淆。 i12：1为主动轮，2为从动轮，表示轮1与轮2的转速比；

i21：2为主动轮，1为从动轮，表示轮2与轮1的转速比。

二、带传动的类型(P13)

圆带传动

平带传动 普通V带传动

V窄V带传动

带传动多楔带传动

啮合型带传动：同步带传动

第二节V带传动

一、V带及带轮

V带传动是由一条或数条V带和V带带轮组成的摩擦带传动。

1.V带

（1）外形：V带是一种无接头的环形带，其横截面为等腰梯形，工作面是与轮槽相接处的

两侧面，带与轮槽底面不接触。

（2）分类：按结构不同可以分为帘布芯和绳芯

（3）组成：由包布、顶胶、抗拉体和底胶

（4）特点：帘布芯：制造简单，抗拉强度高，价格低，应用广。

绳芯：柔韧性好，适用于转速较高的场合。

2.V带带轮

常用结构有实心式、腹板式、孔板式和轮辐式

基准直径较小时采用实心式带轮，当基准直径大于300mm时，采用轮辐式带轮

材料: 铸铁,常用HT150、HT200。转速高时：用铸钢、钢的焊接结构低速、小功率时：用铝合金、塑料。

实心式：当带轮直径d≤（2.5-3）dS(带轮轴孔直径)采用。

腹板式:当带轮直径d≤300mm时采用。

孔板式: 当带轮直径d≤300mm时采用。

轮辐式: 当带轮直径d≥300mm时采用。

二、V带传动的主要参数

1、.普通V带的横截面尺寸楔角ａ为40度（带的两侧面所夹的锐角），相对高度（ｈ∕ｂ

p）为0.7的V带称为普通V带。

顶宽b——V带横截面中梯形轮廓的最大宽度。

节宽bp——V带绕带轮弯曲时，长度和宽度不变的层面称中性层，中性层的宽度称节宽。 高度h——梯形轮廓的高度

相对高度ｈ∕ｂp——带的高度与节宽之比

普通V带已经标准化，按横截面尺寸由小到大分别为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，在相同的条件下，横截面尺寸越大，传递的功率越大。

为了保证带传动工作时带和带轮槽工作面接触良好，V带带轮轮槽角要适当减小些，一般

取34、36、38度。

2．V带带轮的基准直径dd

V带带轮的基准直径dd——带轮上与所配用V带的节宽bp相对应处的直径。

在带传动中，带轮基准直径越小，传动时带在带轮上的弯曲变形越严重，V带的弯曲应力越大，从而会降低带的使用寿命。为了延长传动带的使用寿命，对各种型号的普通V带带轮都规定了最小基准直径。

3．V带传动的传动比i

dd1——主动轮基准直径，mm

dd2——从动轮基准直径，mm

n1——主动轮的转速，r/min

n2——从动轮的转速，r/min

通常V带传动比i≤7，常用2~7

4．小带轮的包角α1

包角——带与带轮接触弧所对应的圆心角。包角的大小反映了带与带轮轮缘表面间接触 弧的长短。两带轮中心距越大，小带轮包角也越大，带与带轮接触弧也越长，带能传递的功率也越大；反之，带能传递的功率就越小。为了使带传动可靠，一般要求小带轮包角大于等于120度。

包角计算公式

i12 n2dd1

5．中心距a

中心距——两带轮中心连线的长度。

两带轮中心距增大，使带传动能力提高；但中心距过大，又会使整个传动尺寸不够 紧凑，在高速时易使带发生震动，反而使带传动能力下降。因此，两带轮中心距一 般在0.7~2（dd1+dd2）范围内。

6．带速v

带速太低，传动尺寸大而不经济

带速太高，离心力又会使带与带轮间的压紧程度减少，传动能力降低因此带速一般 取5~25m∕s

7．V带的根数Z

根数多，传递功率大,但受力会不均匀，所以带的根数应小于7。

三、普通V带的标记与应用特点

1．普通V带的标记

中性层——V带绕带轮弯曲时，其长度和宽度均保持不变的层面。

基准长度Ld——在规定的张紧力下，沿V带中性层量得的周长，又称为公称长度。

标记示例：

2．普通V带传动的应用特点

优点：（1）结构简单，制造安装精度要求不高，使用维护方便，适用于两轴中心距较大

的场合

（2）传动平稳，噪声低，有缓冲吸振作用

（3）在过载时，传动带在带轮上打滑，可以防止薄弱零件的损坏，起安全保护作用。 缺点：（1）不能保证的准确的传动比

（2）外廓尺寸大，传动效率低

四、V带传动的安装维护及张紧装置

1．V带传动的安装与维护

（1）安装V带时，用大拇指将带按下15mm左右，带的张紧程度就达到合适状态。

（2）安装V带时，两轮轴线要平行，两轮槽对称平面应重合，偏角误差小于20'

（3）V带在轮槽内要有正确的位置。V带顶面应与带轮外缘表面平齐或略高一些，底面与

槽底面应有一定间隙。

（4）在使用过程中应定期检查并及时调整。

（5）为了保证安全生产和V带清洁，应给V带传动加防护罩。

2．V带传动的张紧装置

V带常用的张紧方法有调整中心距法和采用张紧轮法，其中在安装张紧轮时，要安装在松 边内侧且靠近大带轮处，目的是不使小带轮的包角减小。

第三节 同步带传动简介；

【复习】1.V带的主要参数和型号

2.V带传动比和包角的计算公式

3.V带包角中心距带速和根数对带传动的影响及取值范围

4.V带的标记和应用特点

5.V带安装与维护时的注意事项

6.V带传动的张紧方法

【导入】前面讲到的带传动都是靠带与带轮接触弧上的摩擦力来传递运动和动力的，但有一种带并不是靠摩擦力来传递运动和力的，这就是今天要讲的同步带。

【新授】一、同步带传动的特点

同步带是一种啮合传动，依靠带内周的等距横向齿与带轮相应齿槽间的啮合力来传递运动和力，兼有带传动和齿轮传动的特点。

1.带与带轮之间没有打滑现象，.能保证准确的传动比

2.传动效率高，传动比大

3.允许带速高

4.安装时对中心距要求严格

5. 制造要求高，价格较贵

二、同步带传动的应用

同步带传动主要用于要求传动比准确的中、小功率传动中，如计算机、录音机、数控机床、汽车等。

同步带规格已经标准化，它最基本的参数是节距。

同步带的齿形一般采用渐开线，并用与齿轮加工相似的方法加工。为了防止同步带从带轮上脱落，带轮侧边应装挡圈。

【总结】 1．带传动的组成、工作原理。

2．普通V带的结构、主要参数。

3．普通V带传动的标记及应用特点。

4．普通V带传动的。

5．带传动的安装维护及常用张紧装置。

6．窄V带和同步带传动的一般概念。

作业 p14练习1—3，p20练习1—7

第二章 螺纹传动（5课时）

教 学 目 标

1、了解螺纹类型、特点及应用

2、理解普通螺纹的主要参数，掌握标记方法

3、掌握螺旋传动的应用形式

教学重点难点

1、普通螺纹的主要参数及标记方法

2、 差动螺旋传动原理及计算

第一节 螺纹的种类和应用

【导入】大家肯定不会对螺纹感到陌生，螺纹是在生活中经常看到的，但螺纹 是不是只有咱们看到的这一种呢？如果不是它还有什么样的？又是怎么分 的呢？这就是今天要跟大家讲的内容。

螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。

【新授】 一、按螺纹牙型的不同分类

1.三角形螺纹：又称普通螺纹，牙型为三角形，分为粗牙和细牙两种，广泛用于各种 紧固连接。粗牙的应用最广，细牙的使用于薄壁零件的连接和微调机构的调整。

2.矩形螺纹：牙型为矩形，传动效率高，用于螺旋传动。但牙根强度低，精加工困难，还未标准化已逐渐被梯形螺纹代替

3.梯形螺纹：牙型是梯形，牙根强度较高，易加工。广泛用于螺旋传动。

4.锯齿型螺纹：牙型是锯齿形，牙根强度较高，用于单向螺旋传动。

二、按螺旋线方向分类及应用

根据螺旋线方向不同，螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹。

螺旋线方向的判别：

方法一：右旋螺纹：顺时针旋入的螺纹（或右边高），应用广泛。左旋螺纹：逆时针

旋入的螺纹（或左边高）。

方法二：用右手来判定：伸出右手，手心对着自己，四指与轴线平行，看螺纹的倾斜方向是否与大拇指的指向一致，一致就为右旋螺纹，不一致就为左旋螺纹。

三、按螺旋线的线数分类及其应用

根据螺旋线的线数（头数），分为单线螺纹、双线螺纹和多线螺纹。

单线螺纹：沿一条螺旋线所形成的螺纹，多用于螺纹连接。

多线（双线）螺纹：沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹，多用于螺旋传动。

四、按螺旋线形成的表面分类

根据螺旋线形成的表面，分为内螺纹和外螺纹。

第二节普通螺纹的主要参数

【导入】上节课讲了那么多的螺纹，它们在加工的时候肯定要根据不同的尺寸加工，那么应该知道哪些尺寸呢？我们叫这些尺寸为螺纹的参数。

【新课】一 、 螺纹的直径

1. 螺纹的直径分为大径、中径和小径

普通螺纹的大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径。

内螺纹的大径用代号D表示，外螺纹的大径用代号d表示。螺纹的公称直径是指代表螺纹尺寸的直径。

普通螺纹的公称直径是大径。

2. 小径

普通螺纹的小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径。

内螺纹的小径用代号D1表示，外螺纹的小径用代号d1表示。

3. 中径

普通螺纹的中径是指一个假想圆柱的直径，该圆柱的素线通过牙型上的沟槽和凸起宽度相等的地方。该假想圆柱称为中径圆柱。 内螺纹的中径用代号D2表示，外螺纹的中径用代号d2表示。

二、牙型角

牙型角是指在螺纹牙型上，两相邻牙侧间的夹角。

普通螺纹的牙型角a。牙型半角是牙型角的一半，用代号a/2表示。

牙侧角是指在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角。

三、螺距和导程

1. 螺距（P）

螺距是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

2. 导程（Ph）

导程是指同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

3.螺距、线数、导程之间的关系

单线螺纹的导程就等于螺距

多线螺纹的导程等于螺旋线数与螺距的乘积

即 Ph＝ZP

四、螺纹升角

螺纹升角又称导程角，普通螺纹的螺纹升角是指在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于

螺纹轴线的平面的夹角。

五、牙型高度h1

在螺纹牙型上，牙顶到牙底在垂直于螺纹轴线方向上的距离

第三节 螺纹的代号标注

螺纹代号与标记1、普通螺纹的代号与标记

1)普通螺纹代号

粗牙普通螺纹用字母M及公称直径表示

细牙普通螺纹用字母M及公称直径×螺距表示

当螺纹为左旋时，在螺纹代号之后加“LH”字

2)普通螺纹标记

普通螺纹的完整标记由螺纹代号，螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号所组成。

① 细牙螺纹的每一个公称直径对应着数个螺距，因此必须标出螺距值，而粗牙普通螺纹

不标螺距。

② 右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹则用LH表示。

③ 旋合长度有长旋合长度L、中等旋合长度N和短旋合长度S三种，中等旋合长度N不标注。

④ 公差带代号中，前者为中径公差带代号，后者为顶径公差带代号，两者一致时则只标注一

个公差带代号。内螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母。

⑤内、外螺纹配合的公差带代号中，前者为内螺纹公差带代号，后者为外螺纹公差带代号，

中间用“ / ”分开。

2、梯形螺纹代号和标记

1)梯形螺纹代号

梯形螺纹用字母Tr及公称直径表示

2)梯形螺纹标记

梯形螺纹的完整标记由螺纹代号，螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号所组成。

①单线螺纹只标注螺距，多线螺纹标注螺距和导程。

②右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹用LH表示。

③旋合长度有长旋合长度L、中等旋合长度N两种，中等旋合长度N不标注。

④公差带代号中，螺纹只标注中径公差带代号。内螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母。

⑤内、外螺纹配合的公差带代号中，前者为内螺纹公差带代号，后者为外螺纹公差带代

号，中间用“ / ”分开。

3、管螺纹标记

1)用螺纹密封的管螺纹

2）非螺纹密封的管螺纹

①管螺纹尺寸代号不再称作公称直径，也不是螺纹本身的任何直径尺寸，只是一个无单位的

代号。

②管螺纹为英制细牙螺纹，其公称直径近似为管子的内孔直径，以英寸为单位。

③右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹则用LH表示。

④非螺纹密封管螺纹的外螺纹的公差等级有A、B两级，A级精度较高；内螺纹的公差等级只

有一个，故无公差等级代号。

⑤内、外螺纹配合在一起时，内、外螺纹的标注用“ / ”分开，前者为内螺纹的标注，后者为外

螺纹的标注。

【总结】知道螺纹的主要参数是哪几个，螺距、线数和导程之间的关系，螺纹代

号标注中应该注意的问题。

第四节 螺旋传动的应用形式

【导入】前面我们学习摩擦轮传动时，已接触过摩擦压力机，在它的未端，是一

种螺旋传动，那么螺旋传动还有哪些应用形式呢？今天我们就来学习相关

内容。

【新授】一．螺旋传动的特点及分类

螺旋传动是一种空间运动机构，是面接触的低副机构，螺杆与螺母间组成螺旋副。

螺旋传动是利用螺旋副来传递运动和动力的一种机械传动，可以方便地把主动件的回转

运动转变为从动件的直线运动。

1.特点：结构简单，工作连续、平稳，承载能力大，传动精度高等优点，但摩擦大，传动

效率低，易磨损。

2.分类：普通螺旋传动，差动螺旋传动和滚珠螺旋传动。

二、普通螺旋传动

1、普通螺旋传动的应用形式

普通螺旋传动是由构件螺杆与螺母组成的简单螺旋副实现的传动。

1）螺母固定不动，螺杆回转并作直线运动

应用实例：台虎钳、螺旋压力机、千分尺、活络扳手

2）螺杆固定不动，螺母回转并作直线移动

应用实例：螺旋千斤顶，插齿机刀架

3）螺杆原位回转，螺母直线移动

应用实例：车床横刀架、机床溜板箱

4）螺母原位回转，螺杆直线移动

应用实例：应力试验机上的观察镜螺旋调整装置。

2、普通螺旋传动中构件移向的判断

普通螺旋传动时，从动件作直线运动的方向，不仅与螺纹的回转方向有关，还与螺纹

的旋向有关。

方法：1) 判断螺旋传动中，转动和移动的构件是否为同一构件。

2）根据螺纹的旋向用左手或右手

即右旋螺纹用右手，左旋螺纹用左手

3）手握空拳，四指指向与螺杆（或螺母）的回转方向相同，大拇指竖直，如果

转动和移动的情况属于第一种则大拇指的指向就是主动件（或从动件）的移动方

向；如果属于第二种情况则大拇指的反方向即为主动件（或从动件）的移动方向。

3、普通螺旋传动移距（移速）的计算

普通螺旋传动，螺杆或螺母的移动距离与螺纹的导程有关。

移动距离 LNPh （mm）

L—螺杆（或螺母）的移动距离，mm

N—回转圈数

Ph—螺纹导程

移动速度 vnPh （mm/min）

v—螺杆（或螺母）的移动速度，mm/min

n—转速，r/min

【例1】 普通螺旋传动中，已知左旋双线螺杆的螺距为8mm，若螺杆按图示方向回转两周，

螺母移动了多少距离？方向如何？(P33)

解：普通螺旋传动螺母移动距离为

LNPh=NPZ=2×8×2=32 mm

螺母移动方向按上面讲的判断：此题中是螺杆回转，螺母移动。左旋螺纹用左手确定方

向，四指指向与螺杆回转方向相同，大拇指指向的相反方向为螺母的移动方向。因此，

螺母移动的方向向右。

三、滚珠螺旋传动简介

滚珠螺旋传动由滚珠、螺杆、螺母及滚珠循环装置组成，当螺杆或螺母转动时，滚动体在螺

杆与螺母间的螺纹滚道内滚动，使螺杆和螺母间为滚动摩擦，从而提高传动精度和传动效率。

滚珠螺旋传动具有滚动摩擦阻力小，传动效率高传动时运动平稳动作灵敏等优点。但其

结构复杂，外形尺寸较大，制造技术要求高，因此成本也较高。目前主要应用于精密传动的

数控机床，以及自动控制装置、升降机构、精密测量仪器、车辆转向机构等对传动精度要求

较高的场合。

“差动螺旋传动”常见的障碍

1．很难理解“差动螺旋传动”中“差动”的含义，往往认为“差动”就是某两个位移相．

减的意思； ．

2．解决相关计算问题时，主要有两方面的障碍：

（1）求移动件位移时，常常错误运用公式，即Lnph1ph2；

（2）已知移动件位移和一处螺旋副导程，需求另一处导程时，思维混乱，不知道对情况

进行讨论；

（3）运用公式Lnph1ph2时，不知道ph1和 ph2分别对应螺旋机构中的哪一处

螺距。

3．判别移动件移动方向时，主要存在以下障碍：

（1）知道“左、右手定则”内容，但不会真正“操作”；

（2）将“差动螺旋传动”当作是“螺杆转动、螺母移动的普通螺旋传动”情形， 认为

“活动螺母”的移动方向始终与“螺杆”的移动方向相反；

（3）对“差动螺旋传动”的位移判别方法呈现“零认知”。

障碍三：移动件移动方向的判别

1．左右手定则判别普通螺旋传动移动方向的内容是：根据旋向确定用左手或右手（左旋

用左手，右旋用右手），四指绕向与螺杆（或螺母）的回转方向一致，大拇指所指的方向（或

相反方向）即是所判别的移动方向。调查发现，一般来说，学生能够“说出”判别方法，但

在“操作”时存在一些问题，即“四指不知道怎样弯”，于是乎大拇指所指的方向也就出错了。 ．．．．．．．．．

2．没有理解“差动螺旋机构的组成”是导致此障碍的主要原因。学生有时遇到的“差动

螺旋机构”与教材上给出的机构图会出现差异，只要学生能抓住问题的本质，就不会影响解

决问题的正确性了：撇开三个构件的结构形式，抓住它们的运动特点，即一个构件（1）既能

转动又能移动、一个构件（2）只能移动不能转动、还有一个构件（3）固定不动（称之为机

架）。在运用公式时，构件1与构件3组成的螺旋副的螺距对应公式中的ph1，构件2与构件

3组成的螺旋副的螺距对应公式中的ph2。

三、教学建议

生活中的实例：有一辆在地面上行驶的汽车、车内有一个沿车身方向走动的人，用这个

形象生动的实例类比“差动螺旋传动”，降低学生想象的难度。

类 比

螺杆（既转又移）

人（运动） 活动螺母（只移不转）

固定螺母（静止）

汽车运动，带着车内的人一起向某个方向运动，若人在车内不走动，则人与汽车的位移

（均相对地面）是相等（一致）的，若人在车内走动，人与汽车的位移（均相对地面）就不

相等（一致）了。

同样的道理（类比）：

螺杆移动，带动螺杆上的活动螺母一起向某个方向移动，同时，活动螺母在螺杆上也作

相对移动（相当于上例中的人在车内走动），因此，活动螺母的位移与螺杆的位移（相对于固

定螺母）就不相等（不一致）了。

这里，通过类比模型教学，学生可以运用自己熟悉的类比物对陌生领域（螺旋传动）中

的问题进行推理，提高自己的理解力

因此，差动螺旋传动中活动螺母的位移方向判别可以归结为这样三步曲：

1．判别螺杆的位移方向；

2．根据公式计算活动螺母位移L；

3．由L的符号确定活动螺母的位移方向（即：L为“正”， 活动螺母与螺杆相对固定螺

母的位移方向相同；L为“负”， 活动螺母与螺杆相对固定螺母的位移方向相反）。

【总结】 1．常用螺纹的类型、特点及应用。

2．普通螺纹的主要参数。

3．常用螺纹的螺纹标记。

4．螺旋传动的工作原理、特点和应用形式。

5．普通螺旋传动和差动螺旋传动的移动距离计算及移动件移动方向

的判定。

6．滚珠螺旋传动的应用特点。

作业 p30练习1—4，p35练习1—3

第三章 链传动（2课时）

教 学 目 标

1.掌握链传动的组成及传动比

2.了解链传动的特点

3.掌握滚子链的结构、参数和标记

教学重点难点

滚子链的结构、参数和标记

【复习】1.普通螺旋传动移动方向的判断

2.普通螺旋传动移动距离的计算公式

3.差动螺旋传动的移动距离计算及方向判定

【导入】今天开始新的一章链传动，对于链大家都不陌生，在我们所骑的自行车

的两个轮之间就是通过中间的链来传动的，那么链传动与前面学习的带传动有什

么区别？链传动又有什么特点呢？今天我们来讨论这些问题。

【新授】一、链传动及传动比

1.链传动的组成

链传动由主动链轮、链条、从动链轮组成。

2.工作原理：通过链轮轮齿与链条的啮合力来传递运动和动力。

3.传动比：主动链轮的转速n1与从动链轮n2的转速之比

表达式： i12=n1\n2=z2\z1

式中 n1、n2表示主从动轮的转速

z1、z2表示主从动轮的齿数

二、链传动的应用特点

1.优点

（1）与带传动相比，链传动能保持准确的平均传动比。

（2）传动功率大。

（3）传动效率高，一般可达0.95~0.98。

（4）可用于两轴中心距较大的情况。

（5）能在低速、重载和高温条件下，以及尘土飞扬、淋水、淋油等不良环境中工作。

（6）作用在轴和轴承上的力小。

2.缺点

（1）由于链节的多边形运动，所以瞬时传动比是变化的，瞬时链速度不是常数，传

动中会产生动载荷和冲击，因此不宜用于要求精密传动的机械上。

（2）链条的铰链磨损后，使链条节距变大，传动中链条容易脱落。

（3）工作时有噪声。

（4）对安装和维护要求较高。

（5）无过载保护作用。

三、链传动的类型

链传动的类型很多，按用途不同可以分为：

传动链：主要用于一般机械中传递运动和动力，也可用于输送等场合。最常用的是滚子

链和齿形链。

输送链：用于输送工件、物品和材料，可直接用于各种机械上，也可以组成连式输送

机作为一个单元出现。

起重链：主要用于传动力，起牵引、悬挂物体的作用，兼作缓慢运动。

（一） 滚子链（套筒滚子链）

1. 滚子链的结构

滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒、滚子等组成，销轴和外链板、套筒和内链板分

别采用过盈配合固定；而销轴与套筒、滚子与套筒之间则为间隙配合，保证链接屈伸时，

内链板与外链板之间能相对转动。

2.滚子链的主要参数

（1）节距

链条的相邻两销轴中心线之间的距离称为节距，依符号P表示。

节距是链的主要参数，链的节距越大，承载能力越强，但链传动的结构尺寸也会相应

增大，传动的振动、冲击和噪声也越严重。因此，应用时尽可能选用小节距的链，高

速、 功率大时，可选用小节距的双排链或多排链。

滚子链的承载能力和排数成正比，但排数越多，各排受力越不均匀，所以排数不能过

多，常用双排链或三排链，四排以上很少使用。

（2）节数

滚子链的长度用节数来表示。为了使链条的两端便于连接，链节数应尽量选取偶数，

以便连接时正好使内链板和外联板相接。链接头处可用开口销或弹簧夹锁定。当链节数

为奇数时，链接头需采用过渡链节。

3.滚子链的标记

滚子链是标准件，其标记为：链号-排数-链节数 标准编号

标记示例：

08A 1 88 GB/T 1243－1997

标准编号

链节数为88节

单排

链号为08A（节距为12.70 mm）

（二）齿形链简介

齿形链又称无声链，也属于传动链中的一种形式。它由一组带齿的内、外链板左右交错排列，用铰链连接而成。和滚子链相比，其传动平稳性好、传动速度快、噪声较小、承受冲击性能较好，但结构复杂、装拆困难、质量较大、易磨损、成本较高。

齿形链标记示例

CL08 －22.5 W －60 GB/T 10855－1997

标准编号

导向形式

链节数为60节

链号为CL08（节距

为12.70 mm）

【总结】1．链传动的组成：主动链轮、从动链轮和链条。

2．链传动的应用特点。

3．链传动的传动比计算。

4．套筒滚子链的结构、标记及接头形式。

5．齿形链的应用。 作业 p41练习1—4

链宽

第四章 齿轮传动（10课时）

教 学 目 标

1、了解齿轮传动的分类、特点

2、理解渐开线的形成及性质，了解齿廓的啮合的特点

3、掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮基本参数、几何尺寸计算

4、了解渐开线齿廓的啮合的特点

5、掌握标准直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮的正确啮合条件

6、了解斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮的应用特点

7、了解齿轮轮齿失效的形式

教学重点难点

上述3、5两点

【复习】1、链传动的组成及特点、类型和应用

2、链传动的传动比

3、滚子链的组成、标记和特点

第一节齿轮传动的类型及应用

一、概念

齿轮机构是由齿轮副组成的传递运动和动力的装置。

二、齿轮传动的类型

按轮齿方向 直齿圆柱齿轮传动

按啮合情况 斜齿圆柱齿轮传动 人字齿圆柱齿轮传动 外啮合齿轮传动

内啮合齿轮传动 两轴平行

齿轮齿条传动

两轴不平行 相交轴齿轮传动 锥齿轮传动

交错轴齿轮传动 交错轴斜齿轮传动 蜗轮蜗杆传动

齿轮的种类很多，可以按不同方法进行分类。

（1）根据轴的相对位置，分为两大类，即平面齿轮传动（两轴平行）与空间齿轮传动（两轴

不平行）

（2）按工作时圆周速度的不同，分低速、中速、高速三种；

（3）按工作条件不同，分闭式齿轮传动（封闭在箱体内，并能保证良好润滑的齿轮传动）、 半

开式齿轮传动（齿轮浸入油池，有护罩，但不封闭）和开式齿轮传动（齿轮暴露在外，

不能保证良好润滑）三种；

（4）按齿宽方向齿与轴的歪斜形式，分直齿、斜齿和曲齿三种；

（5）按齿轮的齿廓曲线不同，分为渐开线齿轮、摆线齿轮和圆弧齿轮等几种；

（6）按齿轮的啮合方式，分为外啮合齿轮传动、内啮合齿轮传动和齿条传动。

三、齿轮传动的应用

1、传动比

12式中 n1、n2表示主从动轮的转速 12

21 z1、z2表示主从动轮的齿数 nzinz

2、应用特点：

优点：能保证瞬时传动比恒定，工作可靠性高，传递运动准确。

传递功率和圆周速度范围较宽，传递功率可达50000kw ,圆周速度300m/s

结构紧凑，可实现较大传动比

传动效率高，使用寿命长，维护简便

缺点：运转中有振动、冲击和噪声

齿轮安装要求高

不能实现无级变速

不适用中心距较大的场合

第二节渐开线齿廓

一、齿轮传动对齿廓曲线的基本要求

一是传动要平稳，二是承载能力要强

二、渐开线的形成、性质

1、 渐开线的形成

当一条动直线（发生线），沿着一个固定的圆（基圆）作纯滚动时，动直线上任意一点K的轨

迹称为该圆的渐开线。

2、 渐开线的性质

由渐开线的形成可知： （1） 发生线在基圆上滚过的线段KB，等于基圆

上被滚过的圆弧长AB。

（2） 渐开线上的任意一点K的法线必与基圆相切。 渐开线上的各点的曲率半径不相等。

点离基圆越远，其曲率半径越大，渐开线越平直。反之 亦然。

（4）渐开线的形状决定与基圆的大小。

基圆相同，渐开线的形状完全相同。

基圆半径无穷大时，渐开线将变成直线，齿轮就变成齿条。

（5）基圆内无渐开线。

二、渐开线齿廓啮合基本定律

齿轮传动要满足瞬时传动比保持不变，则两轮的齿廓不论

在何处接触，过接触点的公法线必须与两轮的连心线交于固定的一点。

三、 渐开线齿廓的啮合特点

1、 传动比恒定

2、 两齿轮的传动比与两节圆半径成反比，同时与两基圆半径成反比。由于两啮合齿轮的

节圆半径、基圆半径是定值，所以能保证传动比恒定 3、 传动的可分性

当两轮的中心距稍有变化时，其瞬时传动比仍将保持不变，这个特点称为渐开线齿轮传动的可分性。

4、 由于齿轮制造和安装误差等原因，常使渐开线齿轮的实际中心距与设计中心距之间产

生一定误差，但因有可分性的特点，其传动比仍能保持不变。啮合角为定值 cosα′＝rb1／r1′＝rb2／r2′＝常数 说明渐开线齿廓在啮合时啮合角α′为定值。

由于啮合角不变，则齿廓间的压力方向不会改变，这对齿轮传动的平稳性很有利。

第三节渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算

【复习】1、齿轮传动的分类及特点 2、渐开线齿轮的性质 【新授】一．齿轮各部分的名称

１．齿槽：齿轮上相邻两轮齿之间的空间。

２．齿顶圆：轮齿顶部所在的圆称为齿顶圆，其直径用da表示。 ３．齿根圆：齿槽底部所在的圆称为齿根圆，其直径用df表示。 ４．齿厚：一个齿的两侧端面齿廓之间的弧长称为齿厚，用s表示。 ５．齿槽宽：一个齿槽的两侧齿廓之间的弧长称为齿槽宽，用e表示。

６．分度圆：齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆称为分度圆，其直径用d表示。 ７．齿距：两个相邻而同侧的端面齿廓之间的弧长称为齿距，用p表示。即 p＝s＋e

８．齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离称为齿高，用h表示。 ９．齿顶高：齿顶圆与分度圆之间的径向距离称为齿顶高，用ha表示。 10．齿根高：齿根圆与分度圆之间的径向距离称为齿根高，用hf表示。 11．齿宽：沿齿轮轴线方向量得的齿轮宽度，用b表示。

二、主要参数：

1．齿形角就单个齿轮而言， 在端平面上，过端面齿廓上任意一点的径向直线与齿廓在该点的切线所夹的锐角为该点的齿形角

分度圆压力角——齿廓曲线在分度圆上的某点处的速度方向与曲线在该点处的法线方向（即力的作用线方向）之间所夹锐角，也用α表示。

齿形角——在端平面上，过端面齿廓上任意点K的径向直线与齿廓在该点处的切线所夹的锐角，用α表示。K点的齿形角为αK。

渐开线齿廓上各点的齿形角不相等，K点离基圆越远，齿形角越大，基圆上的齿形角α=0°。

2．齿数Z

一个齿轮的牙齿数目即齿数。 3．模数m

因为分度圆周长πd＝Zp，则分度圆直径为 d＝Zp／π

由于π为一无理数，为了计算和制造上的方便，人为地把p•／π规定为有理数，即齿距P除以圆周率π所得的商称为模数，用m表示。即 m＝p／π (mm)

齿数相等的齿轮，模数越大，齿轮尺寸就越大，轮齿也越大，承载能力越大。 4．齿顶高系数ha*

对于标准齿轮，规定ha= ha*m。ha*称为齿顶高系数。我国标准规定：正常齿ha*＝1。 5．顶隙系数c*

当一对齿轮啮合时，为使一个齿轮的齿顶面不与另一个齿轮的齿槽底面相抵触，轮齿的齿根高应大于齿顶高，即应留有一定的径向间隙，称为顶隙，用c表示。

对于标准齿轮，规定c＝c*m。c*称为顶隙系数。我国标准规定：正常齿c*＝0.25。

三．标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算(P44)

正常齿制 ha＝1, C＝0.25 短齿制 ha＝0.8, C＝0.3

顶隙 一对齿轮啮合时，一个齿轮的齿顶到另一个齿轮的齿根之间的径向距离，用c表示。顶隙可以避免一对齿轮传动时轮齿相互碰撞，•并可贮存一些润滑油。 标准中心距 a＝r1＋r2＝m (Z1＋Z2)／2

例题：已知一对标准直齿圆柱齿轮传动，其传动比i12＝3, 主动轮转速n1＝600r／min, 中心距a＝168mm, 模数m＝4mm, 试求从动轮的转速n2. •齿轮齿数z1和z2各是多少？

解：传动比i12＝n1／n2＝Z2／Z1 n2＝n1／i12＝600／3＝200r／min i12＝Z2／Z1＝3

a＝m (Z1＋Z2) ／2＝168 Z2＝3Z1 Z1＝21 Z1＋Z2＝84 Z2＝63

四、直齿圆柱内啮和齿轮

内齿轮与外齿轮不同点

1、内齿轮的齿顶圆小于分度圆，齿根圆大于分度圆。

2、内齿轮的齿廓是内凹的，齿厚和齿槽宽分别对应于外齿轮的齿槽宽和齿厚。 3、为使内齿轮齿顶的齿廓全部为渐开线，其齿顶圆必须大于基圆。

当要求齿轮传动轴平行，回转方向一致，且传动结构紧凑时，可采用内啮和齿轮

五．直齿圆柱齿轮传动

１．正确啮合条件

直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角分别相等 ２．连续传动条件

前一对轮齿尚未结束啮合，后继的一对轮齿已进入啮合状态。

注意：单个齿轮有固定的分度圆和分度圆压力角，而无节圆和啮合角，只有一对齿轮啮合时，才有节圆和啮合角。

第四、五节 其他齿轮传动简介；渐开线齿轮失效形式

【复习】直齿圆柱齿轮的参数几何计算公式。

【新授】一、斜齿圆柱齿轮及其传动

1、斜齿圆柱齿轮

齿线为螺旋线的圆柱齿轮称为斜齿圆柱齿轮，简称斜齿轮。 2、斜齿圆柱齿轮传动的特点 （1）传动平稳，承载能力高。 （2）传动时产生轴向力。 （3）不能用作变速滑移齿轮.

3、标准斜齿圆柱齿轮几何尺寸的计算

法向截面内的模数mn采用标准模数，齿形角采用标准齿形角，齿顶高等于模数，全齿高等于2.25m的斜齿圆柱齿轮称为标准斜齿圆柱齿轮, 简称标准斜齿轮。

斜齿轮只在垂直于齿轮轴线的平面（端平面）内具有渐开线齿形。所以有关齿形的尺寸应在端平面内进行计算。

mt

mncos

4、斜齿圆柱齿轮用于平行轴传动时的正确啮合条件 （1）两齿轮法向模数相等。 （2）两齿轮法向齿形角相等。 （3）两齿轮螺旋角相等，旋向相反。

二、直齿锥齿轮及其传动

1、直齿锥齿轮

分度曲面为圆锥面的齿轮称为锥齿轮。

按齿线形状分：直齿锥齿轮，斜齿锥齿轮，曲线齿锥齿轮。 锥齿轮用于相交轴传动和交错轴齿轮传动。 2、直齿锥齿轮的正确啮合条件 （1）两齿轮的大端端面模数相等 （2）两齿轮的齿形角相等。

三、齿轮齿条传动

1、齿条

一个平板或直杆，当其具有一系列等距分布的齿时，就称为齿条。 分直齿条和斜齿条

齿条可视为齿数趋向于无穷大的圆柱齿轮。

当一个圆柱齿轮的齿数无穷增大时，其分度圆，齿顶圆，齿根圆面为互相平行的直线，分别称为分度线，齿顶线和齿根线。相应的基圆好无限增大。

齿条的特点：

由于齿条的齿廓是直线，所以齿廓上各点的法线是平行的。

由于齿条上各点的同侧齿廓是平行的，所以不论在分度线上，齿顶线上还是与分度线平行的其它直线上，齿距均相等。

齿条各部分的尺寸计算：齿条的齿顶高：ham

齿条的齿根高：

hf1.25m

齿条的齿高：h2.25m

齿条的齿厚：

s

11pm22

齿条的槽宽：2、齿轮齿条传动

e

11

mm22

由直齿条（或斜齿条）与直齿（或斜齿）圆柱齿轮组成的运动副称为齿条副。

齿轮齿条传动的主要目的是将齿轮的回转运动变为齿条的往复直线运动，或将齿条的直线往复运动变为齿轮的回转运动。

齿条的移动速度：vn1ddn1mz1

当齿轮每回转1转时，齿条移动的距离：Ld1mz1

四、齿轮轮齿的失效形式

1、齿面点蚀

点蚀多发生在靠近节线的齿根表面处。

齿面点蚀是在润滑良好的闭式齿轮传动中轮齿失效的主要形式之一。 齿面抗点蚀能力主要与齿面的硬度有关。

提高齿面硬度，减小齿面的表面粗糙度值和增大润滑油的黏度有利于防止点蚀。 2、齿面磨损

齿面磨损是润滑条件不好，易受灰尘及其有害物质侵袭的开式齿轮传动的主要失效形式之一。

为减小齿面磨损，应尽可能采用润滑条件良好的闭式传动，同时，提高齿面硬度，减小轮齿齿面表面粗糙度值。 3、齿面胶合

提高齿面的硬度和减小轮齿表面粗糙度，以及两齿轮选择不同材料（亲和力小）等措施均可减少胶合的发生。 4、轮齿折断

疲劳折断和过载折断

轮齿折断是开式齿轮传动和硬齿面闭式齿轮传动中轮齿失效的主要形式之一。

预防措施：选择适当模数和齿宽，采用合适的材料及热处理方法，减小齿根应力集中，齿根圆角不宜过小应有一定要求的表面粗糙度，使齿根危险截面处弯曲应力最大值不超过许用应力值。 5、齿面塑性变形

提高齿面硬度和采用黏度较高的润滑油，有利于防止或减轻齿面的塑性变形。

【总结】1．齿轮传动的类型及特点。

2．渐开线性质及渐开线齿轮啮合特性。

3．渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称、基本参数、几何尺寸计算及正

确啮合条件。

4．斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮齿形特点及正确啮合条件。 5．齿轮齿条传动的特点。

6．齿轮的失效形式、失效原因和预防措施。

作业 p47练习1—4， p49练习1—3，

p57练习1—4 ， p58练习1—3， p61练习1—3

第五章 蜗杆传动（4课时）

教 学 目 标

1、了解蜗杆的分类

2、理解蜗杆传动的主要参数和应用特点 3、掌握蜗杆传动的组成及正确啮合条件 4、掌握蜗轮回转方向的判定 教学重点难点

重点是蜗轮回转方向的判定，难点是蜗杆传动的主要参数 【复习】1、斜齿轮传动的正确啮合条件 2、直齿圆锥齿轮的正确啮合条件 3、齿轮齿条移动距离和移动速度计算公式 4、渐开线齿轮的失效形式

第一节 蜗杆传动概述

【新授】一、蜗杆传动的组成

蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，通常由蜗杆（主动件）带动蜗轮（从动件）转动，并传递运动和动力。

蜗杆通常与轴合为一体，蜗轮常采用组合结构。

二、蜗杆的分类(P64) 三、蜗轮回转方向的判定

1．判断蜗杆或蜗轮的旋向

右手法则：手心对着自己，四指顺着蜗杆或蜗轮轴线方向摆正，若齿向与右手拇指指向

一致，则该蜗杆或蜗轮为右旋，反之则为左旋。

2．判断蜗轮的回转方向

左、右手法则： 左旋蜗杆用左手，右旋蜗杆用右手，用四指弯曲表示蜗杆的回转方向，拇指伸直代表蜗杆轴线，则拇指所指方向的相反方向即为蜗轮上啮合点的线速度方向。

第二节 蜗杆传动的主要参数和啮合条件

在蜗杆传动中，其几何参数及尺寸计算均以中间平面为准。通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面称为中间平面。

一、蜗杆传动的主要参数

1．模数m、齿形角α

蜗杆的轴面模数mx1和蜗轮的端面模数mt2相等，且为标准值。 蜗杆的轴面齿形角αx1和蜗轮的端面齿形角αt2相等，且为标准值。

mx1＝mt2＝m αx1＝αt2＝α＝20° 2．蜗杆分度圆导程角γ

指蜗杆分度圆柱螺旋线的切线与端平面之间的锐角。

tanγ = px z1/πd1 = z1m / d1

3．蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q

切制蜗轮的滚刀，其分度圆直径、模数和其他参数必须与该蜗轮相配的蜗杆一致，齿形角与相配的蜗杆相同。

为了使刀具标准化，限制滚刀的数目，对一定模数m的蜗杆的分度圆直径d1作了规定，即规定了蜗杆直径系数q，且q = d1/m。 4．蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2

蜗杆头数z1：根据蜗杆传动传动比和传动效率来选定，一般推荐选用 z1 = 1、2、4、6。

蜗轮齿数z2：根据z1和传动比i来确定。一般推荐z2 = 29～80。

二、蜗杆传动的正确啮合条件

1．在中间平面内，蜗杆的轴面模数mx1和蜗轮的端面模数mt2相等。

即： mx1＝mt2

2．在中间平面内，蜗杆的轴面齿形角αx1和蜗轮的端面齿形角αt2相等。

即：αx1＝αt2

3．蜗杆分度圆导程角γ1和蜗轮分度圆柱面螺旋角β2相等，且旋向一致。

即：γ1＝β2

第三节 蜗杆传动的应用特点

一、蜗杆传动的润滑

目的：减摩与散热，以提高蜗杆传动的效率，防止胶合及减少磨损。 润滑方式：油池润滑、喷油润滑。

二、蜗杆传动的散热

风扇冷却 蛇形水管冷却 压力喷油冷却

三、蜗杆传动的特点

1.传动比大，结构紧凑。用于传递动力时，i=8～80, 用于传递运动时，i可达1000。 2.传动平稳，无噪声。因为蜗杆与蜗轮齿的啮合是连续的，同时啮合的齿数较多所以平稳性好。

3.当蜗杆的螺旋角小于轮齿间的当量摩擦角时，蜗杆传动能自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能蜗轮带动蜗杆。

4.传动效率低。因为在传动中摩擦损失大，其效率一般为=0.7～0.8，具有自锁性传动时效率=0.4～0.5。故不适用于传递大功率和长期连续工作。 5.为了减少摩擦，蜗轮常用贵重的减摩材料（如青铜）制造，成本高

【总结】1．蜗杆传动的组成：蜗杆（主动件）、蜗轮（从动件）。 2．蜗杆传动的类型和应用特点。 3．蜗轮回转方向的判定方法。

4．蜗轮蜗杆传动的主要参数：模数m、齿形角α、蜗杆直径系数q、蜗

杆导程角γ、蜗杆头数z1、蜗轮齿数z2及蜗轮螺旋角β2。

5．蜗杆传动的正确啮合条件。 6．蜗杆传动润滑及散热方式。

作业 p66练习1——3， p68练习1——3

第六章 轮系的应用与分类(8课时)

教 学 目 标

1、了解轮系的组成

2、理解轮系的应用特点

3、掌握定轴轮系传动方向的确定和传动比的计算。

4、掌握任意从动齿轮的转速计算

5、掌握末端带移动件的定轴轮系的传动计算

教学重点难点

定轴轮系传动比的计算。末端带移动件的定轴轮系的传动计算

【复习】1、蜗杆传动的组成、分类及特点

2、蜗杆传动的正确啮合条件

[导入] 前面咱们已经分别讨论了各种齿轮的啮合传动，这些齿轮传动都是由一对齿轮相啮合组成的传动，它是齿轮传动中最简单的形式。它的速度和回转方向都是固定的，但是实际应用中并不是只需要机器有一种转速或只向一个方向运动这时候就用到了轮系，现在来看轮系是怎么定义的？

第一节轮系分类及其应用特点

【新授】一、轮系的概念

一系列互相啮合的齿轮所组成的齿轮机构来进行传动。这种齿轮机构称为轮系。

二、轮系的分类

1、定轴轮系

传动时轮系中各齿轮的几何轴线位置都是固定的轮系称为定轴轮系。又称普通轮系。

2、周转轮系

传动时，轮系中至少有一个齿轮的几何轴线位置不固定，而是绕另一个齿轮的固定轴

线回转，这种轮系称为周转轮系。

3、混合轮系

在轮系中，既有定轴轮系又有周转轮系。

三、轮系的应用特点：

⑴ 可以获得很大的传动比。很多机械要求有很大的传动比，机床中的电动机转速很高，

而主轴的转速要求很低才能满足切削要求，一对齿轮的传动比只能达到３～６，若采用

轮系就可以达到很大的传动比。

⑵ 可以作较远距离的传动。当两轴中心距较远时，若仅用一对齿轮传动，势必将齿轮做得

很大，结构不合理，而采用轮系传动则结构紧凑、合理。

⑶ 可以实现变速、变向的要求。一般机器为了适应各种工作需要，多采用轮系组成各种机构，将转速分为多级进行变换，并能改变转动方向。

⑷ 可以合成或分解运动。采用周转轮系可以将两个独立运动合成一个运动，或将一个运动

分解为两个独立运动。

第二节 定轴轮系传动比计算

【复习】1、轮系的分类及应用特点

【新授】轮系中首末两轮的转速（或角速度）比，称为轮系的传动比，用i•表示。

定轴轮系的传动比计算包括传动比大小的计算和末轮方向的确定。

一、定轴轮系中各轮转向的判断

（1）当首轮（或末轮）的转向为已知时，其末轮（或首轮）的转向也就确定了，表示方

法可以用标注箭头的方法来确定。

（2）对于轮系中各齿轮轴线相互平行时，其任意级从动轮的转向可以通过在图上依次画

箭头来确定，也可以数外啮合齿轮的对数来确定，若齿轮的啮合对数是偶数，则首轮

与末轮的转向相同；若为奇数，则转向相反。

（3）轮系中含有圆锥齿轮、蜗轮蜗杆、齿轮齿条，只能用画直箭头的方法表示。

二、传动比计算

轮系的传动比等于首轮与末轮的转速之比，也等于轮系中所有从动齿轮齿数的连乘积与所

有主动齿轮齿数的连乘积之比。

一对圆柱齿轮传动，外啮合时两轮转向相反其传动比规定为负

一对内啮合圆柱齿轮，两转转向相同，其传动比规定为正

定轴轮系的传动比等于组成该轮系的各对齿轮传动比的连乘积

也等于轮系中所有从动齿轮齿数的连乘积与所有主动齿轮齿数的连乘积之比。

i总i1k(1)m各级齿轮副中从动齿轮齿数的连乘积

各级齿轮副中主动齿轮齿数的连乘积

式中m为外啮合齿轮的对数。

(1)m在计算中表示轮系首末两轮回转方向的异同，计算结果为正，两轮回转方向相同。结果为负，两轮回转方向相反。

注意：在应用上式计算定轴轮系的传动比时，若轮系中有圆锥齿轮，蜗杆蜗轮机构，传动比的大小仍可用上式计算，而各轮的转向只能用画箭头的方法在图中表示清楚。

【例题】如图6-8所示轮系，已知各齿轮齿数及n1转向，求i19和判定n9转向。 解：因为轮系传动比i总等于各级齿轮副传动比的连乘积，所以

i19=i12i23i45i67i89=(-z2\z1)(-z3\z2)(z5\z4)(-z7\z6)(-z9\z8)

m(1)即 i19=(z2\z1)(z3\z2)(z5\z4)(z7\z6)(z9\z8)

i总为正值，表示定轴轮系中主动齿轮1与定轴轮系中末端轮9转向相同。转向也可以通过画箭头的方法直接在图中标出来。

课堂练习：

三、惰轮的应用

在轮系中既是从动轮又是主动轮，对总传动比毫

无影响，但却起到了改变齿轮副中从动轮回转方

向的作用，像这样的齿轮称为惰轮。

惰轮常用于传动距离稍远和需要改变转向的场合。

第三节 定轴轮系中任意从动齿轮的转速计算

【复习】1、定轴轮系传动比计算公式

2、轮系中各齿轮方向的判定

【导入】以上我们接触的定轴轮系均是改变了转速及转向的情况，而生产中经常

需要末端为移动的传动，怎样实现呢？

【新授】一、定轴轮系中任意从动轮转速的计算

即任意从动轮k的转速，等于首的转速乘以首轮与k轮间的传动比的倒数。即 i1k=n1\i1k=n1(所有主动轮齿数的连乘积／所有从动轮齿数的连乘积)

二、末端是螺旋传动的定轴轮系的计算

①工作原理

举例：磨床砂轮架进给机构

当丝杆转一转，螺母（砂轮架）便移动一个导程。

定轴轮系 + 螺旋传动

n k=n1 * 1/i1k L=n k*Ph

②移动距离计算

L=nk*Ph=n1*Ph *z1*z3*z---zk-1/z2* z4*z6---zk （mm）

式中：n k—第k个齿轮转速（r/min）

Ph—导程（mm）

③移动方向判定

遵循螺旋传动的判别方法

例题1；磨床砂轮架进给机构，已知丝杠Tr50*3。为右旋，s=3mm，z1=28，z2=56，z3=38，z4=57，当手轮按图示方向以n1=50r/min回转时，求砂轮架移动距离方向。

解： L=n1*Ph*z1*z3/z2*z4=50*3*28*38/56*57=50mm/min砂轮架向右移动

三、末端齿条传动的定轴轮系的计算

举例：卧式车床溜板箱传动系统

①工作原理

定轴轮系 + 齿条传动

nk=n1*1/i L=nk*лdp=лmpzp（mm/min）

②移动距离计算

L=nk*лdp=nk*лmpzp（mm/min）

=n1пmpzp *z1z3z5---zk-1/z2z4z6---zk

式中；nk—带动齿条的小齿轮转速（r/min）

dp—小齿轮分度圆直径（mm）

③方向判定：

接触点小齿轮的线速度方向

例题2：车床拖板箱传动，已知条件见图。

求（1）i18

（2） n8

（3） L

解： z2*z4*z6 30*50*69

（1）i18=____________ = __________________ = 46.9

z1*z3*z5 4*24*23

1 4*24*23

(2) n8=n1* — =40* ______________ =0.85r/min

i1k 30*50*69

（3） L=n8*πmpzp=0.85*3.14*3*

12=96.5mm/min

【总结】1．轮系概念及分类。

2．轮系的应用特点。

3．定轴轮系中各轮转向的判断。

4．定轴轮系的传动比计算。

5．定轴轮系中任意从动轮转速的计算。

6．定轴轮系中末端是螺旋传动的计算。

7．定轴轮系中末端是齿条传动的计算。

作业 p80练习1，2

第七章平面连杆机构（6课时）

教 学 目 标

1、了解平面连杆机构的特点

2、掌握铰链四杆机构的组成和分类

3、掌握铰链四杆机构的基本性质和演化。

教学重点难点

1、铰链四杆机构的基本类型。

2、平面四杆机构曲柄存在的条件。

第一节 平面连杆机构的特点

平面连杆机构——由一些刚性构件用转动副和移动副相互连接而组成的,在同一平面或相互平行平面内运动的机构。

作用 ：实现某些较为复杂的平面运动，在生产和生活中广泛用于动力的传递或

改变运动形式。

四杆机构——最常用的平面连杆机构，具有四个构件（包括机架）的低副机构。 平面铰链四杆机构——构件间用四个转动副相连的平面四杆机构，简称铰链四杆

机构。

第二节 铰链四杆机构的组成与分类

四杆机构的组成

铰链四杆机构是由转动副联结起来封闭系统。

其中被固定的杆4被称为机架

不直接与机架相连的杆2称之为连杆

与机架相连的杆1和 杆3称之为连架

凡是能作整周回转的连架杆称之为曲柄，只能在小于 360°的范围内作往复摆动的连架杆称之为摇杆。

四杆机构的类型

铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。

一、曲柄摇杆机构

在铰链四杆机构中的两连架杆，如果一个为曲柄，另一个为摇杆，那么该机构就称为曲柄摇杆机构。取曲柄AB为主动件，当曲柄AB作连续等速整周转动时，从动摇杆CD将在一定角度内作往复摆动。由此可见，曲柄摇杆机构能将主动件的整周回转运动转换成从动件的往复摆动。剪刀机是通过原动机驱动曲柄转动，通过连杆带动摇杆往复运动，实现剪切工作。

用来调整雷达天线俯仰角度的曲柄摇杆机构。

汽车前窗的刮雨器。当主动曲柄AB回转时，从动摇杆作往复摆动，利用摇杆的延长部分实现刮雨动作。

在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复摆动经连杆转换为曲柄的连续旋转运动。在生产中应用很广泛。缝纫机的踏板机构，当脚踏板（相当于摇杆）作往复摆动时，通过连杆带动曲轴（相当于曲柄）作连续运动，使缝纫机实现缝纫工作。

二、 双曲柄机构

在铰链四杆机构中，若两个连架杆均为曲柄，则该机构称为双曲柄机构。两曲柄可分别为主动件。惯性筛中，ABCD为双曲柄机构，工作时以曲柄AB为主动件，并作等速转动，通过连杆BC带动从动曲柄CD，作周期性的变速运动，再通过E点的联接，使筛子作变速往复运动。惯性筛就是利用从动曲柄的变速转动，使筛子具有一定的加速度，筛面上的物料由于惯性来回抖动，达到筛分物料的目的。

双曲柄机构中，当两曲柄长度不相等时，主动曲柄作等速转动，从动曲柄随之作变速转动，即从动曲柄在每一周中的角速度有时大于有时小于主动曲柄的角速度，

双曲柄机构中，常见的还有平行双曲柄机构和反向双曲柄机构。

在双曲柄机构中，若两个曲柄的长度相等，机架与连架杆的长度相等，这种双曲柄机构称为平行双曲柄机构。

蒸汽机车轮联动机构，是平行双曲柄机构的应用实例。平行双曲

柄机构在双曲柄和机架共线时，可能由于某些偶然因素的影响而使两

个曲柄反向回转。机车车轮联动机构采用三个曲柄的目的就是为了防

止其反转。

当双曲柄机构对边都相等，但互不平行，则称其为反向双曲柄机

构。反向双曲柄的旋转方向相反，且角速度也不相等。车门启闭机构

中，当主动曲柄AB转动时，通过连杆BC使从动曲柄CD朝反向转过，从而保证两扇车门能同时开启和关闭。

三、 双摇杆机构

铰链四杆机构的两个连架杆都在小于360°的角度内作摆动，这种机构称为双摇杆机构。 在铰链四杆机构中，若两个连架杆均为摇杆时，则该机构称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，两杆均可作为主动件。主动摇杆往复摆动时，通过连杆带动从动摇杆往复摆动。 双摇杆机构在机械工程上应用也不少，汽车离合器操纵机构中,当驾驶员踩下踏板时，主动摇杆AB往右摆动，由连杆BC带动从动杆CD也向右摆动，从而对离合器产生作用。

第三节 铰链四杆机构的基本性质

一、曲柄存在的条件

由上述以知，在铰链四杆机构中，能作整周回转的连架杆称为曲柄。而曲柄是否存在。则取决于机构中各杆的长度关系，即要使连架杆能作整周转动而成为曲柄，各杆长度必须满足一定的条件，这就是所谓的曲柄存在的条件。

可将铰链四杆机构曲柄存在的条件概括为：

1． 连架杆与机架中必有一个是最短杆；

2． 最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。

上述两条件必须同时满足，否则机构中无曲柄存在。根据曲柄条件，还可作如下推论：

（1）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和，则可

能有以下几种情况：

a．以最短杆的相邻杆作机架时，为曲柄摇杆机构；

b．以最短杆为机架时，为双曲柄机构；

c．以最短杆的相对杆为机架时，为双摇杆机构。

(2)若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则不论以哪一杆为机架，均为双摇杆机构。

二、急回特性

极位夹角——摇杆在C1D、C2D两极限位置时，曲柄与连杆共线，对应两位置所夹的锐角，用θ表示。

急回特性：空回行程时的平均速度大于工作行程时的平均速度。

机构的急回特性可用行程速比系数K表示：

极位夹角θ越大，机构的急回特性越明显。

曲柄摇杯机构中，当曲柄A B沿顺时针方向以

等角速度转过φ1时，摇杆CD自左极限位置C1D

摆至右极位置C2D，设所需时间为 t1，C点的明朗

v

2t1180Kv1t2180

瞪为 V1；而当曲柄AB再继续转过φ2时，摇杆CD自C2D摆回至C1D，设所需的时间为 t2，C点的平均速度为 V2。由于φ1＞φ2，所以 t1＞t2 ,V2＞Vl。由此说明：曲柄AB虽作等速转动，而摇杆CD空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特性。

摇杆CD的两个极限位置间的夹角ψ称为摇秆的最大摆角，主动曲柄在摇杆处于两个极限位置时所夹的锐角θ称为极位夹角。

在某些机械中(如牛头刨床、插床或惯性筛等)，常利用机械的急回特性来缩短空回行程的时间，以提高生产率。

行程速比系数K：从动件空回行程平均速度V2与从动件工作行程平均速度V1的比值。K值的大小反映了机构的急回特性，K值愈大，回程速度愈快。

K＝V2／V1

＝(C2C1／t2) ／ (C1C2／t1)

＝（180°十θ）／ (180°一θ)

由上式可知，K与θ有关，当θ＝0时，K＝1，说明

该机构无急回特性；当θ＞0时，K＞l，则机构具有急回特

性。

二、 死点位置

在曲柄摇杆机构中，如图所示，若取摇杆为主动件，当摇杆

在两极限位置时，连杆与曲柄共线，通过连杆加于曲柄的力F经过铰链中心A，该力对A点的力矩为零，故不能推动曲柄转动，从而使整个机构处于静止状态。这种位置称为死点。

平面四杆机构是否存在死点位置，决定于从动件是否与连杆共线。凡是从动件与连杆共线的位置都是死点。

对机构传递运动来说，死点是有害的，因为死点位置常使机构从动件无法运动或出现运动不确定现象。如上图所示的缝纫机踏板机构（曲柄摇杆机构），当踏板CD为主动件并作往复摆动时，机构在两处有可能出现死点位置，致使曲柄AB不转或出现倒转现象。为了保证机构正常运转，可在曲柄轴上装飞轮，利用其惯性作用使机构顺利地通过死点位置。

在工程上，有时也利用死点进行工作，如图2

所示的铰链四杆机构中，就是应用死点

的性质来夹紧工件的一个实例。当夹具通过手柄1，施加外力F使铰链的中心B、C、D处于同一条直线上时，工件2被夹紧，此时如将外力F去掉，也仍能可靠地夹紧工件，当需要松开工件时，则必须向上扳动手柄1，才能松开夹紧的工件。

第四节 铰链四杆机构的演化

一、曲柄滑块机构

曲柄滑块机构是具有一个曲柄和一个滑块的平面四杆机构，是由曲柄摇杆机构演化而来的它能把回转运动转换为往复直线运动，或作相反的转变。

在曲柄滑块机构中，若曲柄为主动件，可将曲柄的连续旋转运动，经连杆转换为从动滑块的往复直线运动，图所示的压力机，当曲柄连续旋转运动时，经连杆带动滑块实现加压工作；反之若滑块为主动件，经连杆转换为从动曲柄的连续旋转运动。

二、导杆机构

导杆是机构中与另一运动构件组成移动副的构件。连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆机构。

（1）转动导杆机构 图1b所示导杆机构，当时，机架1为最短杆，它的相邻杆2与导杆4均能绕机架作连续转动，故称为转动导杆机构（图2a）；图2b所示为插床机构，其中构件1、2、3、4组成转动导杆机构，工作时，导杆4绕A点回转，带动构件5及插刀6往复运动，实现切削。

（2）摆动导杆机构 图1b所示导杆机构，当时，机架1不是最短杆，它的相邻构件导杆4只能绕机架摆动，故称为摆动导杆机构（图3a）。图3b所示为刨床机构，其中构件1、2、3、4组成摆动导杆机构，工作时，导杆4绕A点摆动，带动构件5及刨刀6往复运动，实现刨削。

三、定块机构

若将曲柄滑块机构（图1）中的构件3作为机架，就演化成定块机构（图2a)，此机构中滑块固定不动。图2b所示的抽水机，就应用了定块机构。当摇动手柄1时，在杆2的支撑下，活塞杆4即在固定滑块3（唧筒作为静件）内上下往复移动，以达到抽水的目的。

图1 曲柄滑块机构

四、摇块机构

若将曲柄滑块机构（图1）中的构件2作为机架，就演化成摇块机构（图3a)，此机构中滑块相对机架摇动。这种机构常应用于摆缸式内燃机或液压驱动装置。图3b所示的自卸翻斗装置，也应用了摇块机构。杆1（车厢）可绕车架2上的B点摆动。杆4（活塞杆），液压缸3（摇块）可绕车架上C点摆动，当液压缸中的压力油推动活塞杆运动时，迫使车厢绕B点翻转，物料便自动卸下。

本章小结1．铰链四杆机构的基本类型。 2．铰链四杆机构的各构件的名称。 3．铰链四杆机构基本形式的判定。 4．铰链四杆机构的基本特性。 5．导杆机构类型与应用。

作业 p87练习1—3，p92练习1—4，p96练习1—3

第八章 凸轮机构（6课时）

教 学 目 标

1、理解凸轮机构的工作过程 2、掌握凸轮机构的分类与特点 3、掌握凸轮机构的从动件运动规律。 教学重点难点

1、凸轮机构的分类与特点。 2、从动件运动规律。

第一节 凸轮机构概述

凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成（图1）。凸轮是主动件，从动件的运动规 律由凸轮轮廓决定。凸轮机构是机械工程中广泛应用的一种高副机构。 图1 凸轮机构 图2 汽车内燃机配汽机构 图3 自动车床的走刀机构

凸轮机构常用于低速、轻载的自动机或自动机的控制机构。

图2所示为汽车内燃机的配气机构，当凸轮1转动时，依靠凸轮的轮廓，可以迫使从动件气阀2向下移动打开气门(借助弹簧的作用力关闭)，这样就可以按预定时间，

打开或关闭气门，

以完成内燃机的配气动作。

凸轮机构可以将主动件凸轮的等速连续转动变换为从动件的往复直线运动或绕某定点的摆动，并依靠凸轮轮廓曲线准确地实现所要求的运动规律

优点是：只要正确地设计凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意给定的运动规律，且结构

简单、紧凑、工作可靠。

缺点是：凸轮与从动件之间为点或线接触，不易润滑，容易磨损。

因此，凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构

第二节 凸轮机构的分类与特点

一、凸轮机构的分类

1、按凸轮的形状分 (l)盘形凸轮

也叫平板凸轮。这种凸轮是一个径向尺寸变化的盘形构件，当凸轮l绕固定轴转动时，可使从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动 (2)移动凸轮

当盘形凸轮的径向尺寸变得无穷大时，其转轴也将在无穷远处，这时凸轮将作直线移动。通常称这种凸轮为移动凸轮。 (3)圆柱凸轮

凸轮为一圆柱体，它可以看成是由移动凸轮卷曲而成的。曲线轮廓可以开在圆柱体的端面也可以在圆柱面上开出曲线凹槽。 2、按从动件的形式分 (l)尖顶从动件

结构最简单，而且尖顶能与较复杂形状的凸轮轮廓相接触，从而能实现较复杂的运动，但因尖顶极易磨损，故只适用于轻载、低速的凸轮机构和仪表中。 (2)滚子从动件

在从动件的一端装有一个可自由转动的滚子。由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，故磨损较小，改善了工作条件。因此，可用来传递较大的动力，应用也最广泛。 (3)平底从动件

从动件一端做成平底(即平面)，在凸轮轮廓与从动件底面之间易于形成油膜，故润滑条件较好、磨损小。当不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终与平底垂直，传力性能较好，传动效率较高，所以常用于高速凸轮机构中。但由于从动件为一平底，故不适用于带有内凹轮廓的凸轮机构。

二、凸轮机构的特点

1、便于准确地实现给定的运动规律。 2、结构简单紧凑，易于设计；

3、凸轮机构可以高速起动，动作准确可靠。

4、凸轮与从动件为高副接触，不便润滑，易磨损，为延长使用寿命，传递动力不宜过大。

5、凸轮轮廓曲线不易加工。

第三节 凸轮机构的工作过程及从动件运动规律

一、凸轮机构工作过程

凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动 凸轮回转时，从动件作“升→停→降→停”的运动循环。 基圆：以凸轮轮廓最小半径 rb所作的圆

推程：从动件经过轮廓AB段，从动件被推到最高位置 推程角：角δ0，这个行程称为，δ2称为

回程：经过轮廓CD段，从动件由最高位置回到最低位置； 回程角：角δ2 远停程角：角δ1 近停程角：角δ3

二、从动件的运动规律

1．等速运动规律

当凸轮作等角速度旋转时，从动件上升或下降的速度为一常数，这种运动规律称为等速运动规律。

（1） 位移曲线(S—δ曲线)

若从动件在整个升程中的总位移为 h，凸轮上对应的升程角为δ0

，那么由运动学可知，

在等速运动中，从动件的位移S与时间t的关系为： S＝v·t 凸轮转角δ与时间t的关系为： δ＝ω·t

s

v





则从动件的位移S与凸轮转角δ之间的关系为:

v和ω都是常数，所以位移和转角成正比关系。因此，从动件作等速运动的位移曲线是一条向上的斜直线。

从动件在回程时的位移曲线则与下图相反，是一条向下的斜直线。 （2）等速运动凸轮机构的工作特点

由于从动件在推程和回程中的速度不变，加速度为零，故运动平稳；但在运动开始和终止时；从动件的速度从零突然增大到v或由v突然减为零，此时，理论上的加速度为无穷大，从动件将产生很大的惯性力，使凸轮机构受到很大冲击，这种冲击称刚性冲击。随着凸轮的不断转动，从动件对凸轮机构将产生连续的周期性冲击，引起强烈振动，对凸轮机构的工作十分不利。因此，这种凸轮机构一般只适用于低速转动和从动件质量不大的场合。 2．等加速、等减速运动规律

当凸轮作等角速度旋转时，从动件在升程(或回程)的前半程作等加速运动，后半程作等减速运动。这种运动规律称为等加速等减速运动规律。 (1)位移曲线(S—δ曲线)

由运动学可知，当物体作初速度为零的等加速

s

12

at2

度直线运动时，物体的位移方程：

在凸轮机构中，凸轮按等角速度ω旋转，凸轮转角δ与时间t之间的关系为 t=δ/ω

则从动件的位移S与凸轮转角δ之间的关系为：

s



a2

22

式中a和ω都是常数，所以位移s和转角δ成二次函数的关系，所以，从动件作等加速等减速运动的位移曲线是抛物线。因此，从动件在推程和回程中的位移曲线是由两段曲率方向相反的抛物线连成。

(2)等加速等减速运动凸轮机构的工作特点

从动件按等加速等减速规律运动时，速度由零逐渐增至最大，而后又逐步减小趋近零，这样就避免了刚性冲击，改善了凸轮机构的工作平稳性。因此，这种凸轮机构适合在中、低

速条件下工作。

当从动件运动规律选定后，即可根据该运动规律和其他给定条件（如凸轮转向、基圆半径等）确定凸轮的轮廓曲线。确定凸轮轮廓曲线的方法有图解法和解析法。图解法的特点是简便、直观，但不够精确，不过其准确度已足以满足一般机器的工作要求。

三、凸轮机构轮廓曲线的画法

1．“反转法”作图方法

凸轮轮廓曲线作图的方法是“反转法”。为了作图方便起见，可以看成凸轮在图纸上不转动，而将从动件的位置看成是相反于凸轮的旋转方向转动，并以此方向作图，这就是“反转法”。这种方法的优点是容易作图。

2．轮廓曲线画法步骤

(1)先画出从动件的位移曲线图。用凸轮转角作横坐标，以从动件的位移作纵坐标，由从动件的运动规律作出位移曲线，如图b所示。

(2)再画凸轮轮廓曲线。在凸轮基圆上作等分角线，用“反转法”以与位移曲线相同的比例截取各对应点(位移行程)，连接各点，即可得凸轮轮廓曲线。如图a所示。

本章小结1．凸轮机构的类型及其应用特点。

2．凸轮机构从动件常用运动规律的工作特点。 作业 p104练习1—3

第九章 其他常用机构（6课时）

教 学 目 标

1、了解换向机构类型和工作原理 2、了解不完全齿轮机构工作原理 3、掌握变速机构类型和工作原理。 4、掌握棘轮机构、槽轮机构工作特点 教学重点难点

1、变速机构类型和工作原理。 2、棘轮机构、槽轮机构工作特点。

第一节 变速机构

变速机构是指在输入转速不变的条件下，使从动轮(轴)得到不同转速的传动装置。例如机床主轴的变速传动系统是将动力源(主电动机)的恒定转速通过变速箱变换为主轴的多级转速。

机床、汽车和其他机械上常用的变速机构有滑移齿轮变速机构、塔齿轮变速机构、倍增变速机构和拉键变速机构等。但无论哪一种变速机构，都是通过改变一对齿轮传动比大小，从而改变从动轮(轴)的转速。 一、有级变速机构

有级变速机构——在输入转速不变的条件下，使输出轴获得一定的转速级数。  滑移齿轮变速机构  塔齿轮变速机构  倍增速变速机构  拉键变速机构

特点：实现在一定转速范围内的分级变速，具有变速可靠、传动比准确、结构紧凑等优点， 但高速回转时不够平稳，变速时有噪声。

二、无级变速机构

无级变速机构——依靠摩擦来传递转矩，适量地改变主动件和从动件的转动半径，使输出

轴的转速在一定的范围内无级变化  滚子平盘式无级变速机构  锥轮－端面盘式无级变速机构  分离锥轮式无级变速机构

机械无级变速机构的变速范围和传动比在实际使用中均限制在一定范围内，不能随意扩大。由于采用摩擦传动，因此不能保证准确的传动比

第二节 换向机构

换向机构——在输入轴转向不变的条件下，可改变输出轴转向的机构。 一、三星齿轮变向机构

图1所示，由Z1、Z2、Z3和Z4四个齿轮，以及三角形杠杆架组成。Zl和Z4两齿轮用键装

在位置固定的轴上，并可与轴一起转动2和3两齿轮空套在三角形杠杆架的轴上，杠杆架通过搬动手柄可绕齿轮Z4轴心转动。在图示位置，齿轮通过齿轮Z3带动齿轮Z4，使齿轮z4按一定方向旋转，齿轮Z2空转。若手柄向下搬动，这时Z1和Z3两齿轮脱开啮合，Z1和Z2进入啮合，这样齿轮Z1通过齿轮2和3而带动齿轮4，由于多了一个中间齿轮Z2，当齿轮Z1的旋转方向不变，齿轮在Z4的旋转方向就改变了。

图三星齿轮变向机构

图滑移齿轮变向机构

1

2

二、滑移齿轮变向机构

图2所示为滑移齿轮变向机构。由Z1、Z2、Z3、Z4和中间齿轮2组成；Z1和Z3为二联

滑移齿轮，用导向键或花键与轴联接。Z2和Z4固定在轴上。在图示位置，当齿轮Z1的转动通过中间齿轮Z带动齿轮Z2转动时，则齿轮Zl和Z2的旋转方向相同。

若将二联齿轮Z1和Z3向右移动时，使齿轮Zl与中间齿轮Z脱开啮合，齿轮Z3和Z4进入啮合，因为少了一个中间齿轮在该变向机构中，所以齿轮Z3和Z4的旋转方向相反。在该变向机构

中，若，则只是一个变向机构；若则既是一个变向机构，又是一个变速机构，即可同时完

成变向和变速要求。

三、圆锥齿轮变向机构

图所示为圆锥齿轮变向机构。在图a中，两个端面带有爪形齿的圆锥齿轮Z2和Z3，空

套在水平轴上，这两个圆锥齿轮能与同轴上可滑移的双向爪形离合器啮合或分离，双向爪形离合器和水平轴用键联接。另一个圆锥齿轮Z1固定在垂直轴上。当圆锥齿轮Z1旋转时，带动水平轴上两个圆锥齿轮Z2和Z3，这两个齿轮同时以相反的方向在轴上空转。如果双向离合器向左移动，与左面圆锥齿轮Z2上的端面爪形齿啮合，那么运动由左面的圆锥齿轮Z2通过双向离合器传给水平轴；若双向离合器向右移动，与圆锥齿轮Z3端面爪形齿啮合，那么运动将由圆锥齿轮Z3通过双向离合器传给水平轴，且旋转方向相反。

图b所示为滑移齿轮式变向机构。通过水平轴上的滑移齿轮，使左或右齿轮与主动轮分别啮合，水平轴可得到转向相反的转动。

圆锥齿轮变向机构

第三节 间歇机构

间歇机构—能够将主动件的连续运动转换成从动件有规律的周期性运动或停歇。 一、棘轮机构

1．齿式棘轮机构的工作原理、常见类型及特点

典型的棘轮机构（图1）是由棘轮1、棘爪2、机架以及止回棘爪5等组成。弹簧6使止回

棘爪5和棘轮1始终保持接触。当曲柄连续转动时，摇杆作往复摆动。当摇杆逆时针摆动时，棘爪便嵌入棘轮的齿槽中，棘爪被推动向逆时针方向转过一个角度；当摇杆顺时针摆动时，棘爪便在棘轮齿背上滑过，这时止回棘爪阻止棘轮顺时针转动，故棘轮静止不动。这样，当摇杆作连续摆动时，棘轮就作单向的间歇运动。

图棘轮机构

图2 双动式棘轮机构

图3 可变向棘轮机构

图4 摩擦式棘轮机构

1

棘轮机构的类型很多，按照工作原理可分为齿啮式和摩擦式，按结构特点可分为外接式和内接式。下面介绍几种常用的棘轮机构。

①单动式棘轮机构(图1), ②双动式棘轮机构(图2), ③可变向棘轮机构(图3),

上述棘轮机构，都是外啮合式,另外还有内啮合式,如自行车后轴上的飞轮。 3．齿式棘轮机构转角的调节

棘轮的转角θ大小与棘爪每往复一次推过的齿数k有关：

k——棘爪每往复一次推动的齿数 z——棘轮的齿数

（1）改变棘爪的运动范围 （2）利用覆盖罩 4．摩擦式棘轮机构简介

靠偏心楔块（棘爪）和棘轮间的楔紧所产生的摩擦力来传递运动。

特点：转角大小的变化不受轮齿的限制，在一定范围内可任意调节转角，传动噪声小，但在传递较大载荷时易产生滑动。

二、槽轮机构

1．槽轮机构的组成和工作原理

3

2 1

1－拨盘 2—圆销

O1

3—槽轮

槽轮机构能把主动轴的等速连续运动转变为从动

O1

O2

O2

内凹锁止弧 外凸弧

轴周期性的间歇运动，槽轮机构常用于转位或分度

a） b）

机构。图1所示为一单圆外啮合槽轮机构，它由带圆柱销2的主动拨盘1、具有径向槽的从动槽轮3和机架等组成。槽轮机构工作时，拨盘为主动件并以等角速度连续回转，从动槽轮作时转时停的间歇运动。

当圆销2未进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧被拨盘的外凸圆弧卡住，故槽轮静止不动。图1a所示为圆销2刚开始进入槽轮径向槽的位置。这时锁止弧刚好被松开，随后槽轮受圆销2的驱使而沿反向转动。当圆销2开始脱出槽轮的径向槽时（图1b），槽轮的另一内凹锁止弧又被曲柄的外凸圆弧卡住，致使槽轮又静止不动，直到曲柄上的圆销2进入下一径向槽时，才能重复上述运动。这样拨盘每转一周，槽轮转过两个角度。 2．槽轮机构类型和特点

  

单圆销外槽轮机构 双圆销外槽轮机构 内啮合槽轮机构

特点：结构简单，转位方便，工作可靠，传动的平稳性好，能准确控制槽轮的转角。但转角的大小受到槽数z的限制，不能调节，且在槽轮转动的始末位置处存在冲击，随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不适用于高速。

三、不完全齿轮机构

主动齿轮作连续转动，从动齿轮作间歇运动的齿轮传动机构。