工程機械機械基礎

1、1、工程機械定義及在國民經濟中的地位 就一般意義上來說，凡是用于工程施工的就一般意義上來說，凡是用于工程施工的機械、設備統稱為工程機械。廣泛應用于：機械、設備統稱為工程機械。廣泛應用于： 公路鐵道工程施工；公路鐵道工程施工； 建筑工程施工；建筑工程施工； 水利工程施工；水利工程施工； 港口碼頭建設；港口碼頭建設； 礦山開采；礦山開采； 國防工程建設等。國防工程建設等。 因此、現代經濟建設離不開工程機械。因此、現代經濟建設離不開工程機械。2、本課程內容： 施工機械的基本知識、各種施工機械的施工機械的基本知識、各種施工機械的類型、結構特點、使用性能、施工方法、生類型、結構特點、使用性能、施工方法、

2、生產率核算等。產率核算等。工程工程 機械機械鑿巖與風動機械挖掘機械工程起重機械壓實機械路面機械鏟土運輸機械鋼筋混凝土機械樁工機械工程機械工程機械基礎基礎目的目的：了解工程建設中可采用的機械化施工手段，了解工程建設中可采用的機械化施工手段，構筑從事工程機械專業(yè)技術工作所必要的專業(yè)基構筑從事工程機械專業(yè)技術工作所必要的專業(yè)基礎知識。礎知識。目標目標: 通過學習，掌握各類工程機械的基本用途、通過學習，掌握各類工程機械的基本用途、機型種類、作用、各種工作裝置的基本工作原理機型種類、作用、各種工作裝置的基本工作原理及其性能特點。及其性能特點。3、本課程目的及目標：第一章 機械基礎 1818世紀后期：世紀

3、后期：蒸氣機蒸氣機 1919世紀中葉：世紀中葉：發(fā)電機發(fā)電機 2020世紀初：世紀初：內燃機內燃機 二戰(zhàn)后：二戰(zhàn)后：機械與電腦結合機械與電腦結合 2020世紀世紀8080年代：年代：機械信息化機械信息化第一章第一章 機械基礎機械基礎一、一、 概述概述 工程一詞源于拉丁語工程一詞源于拉丁語ingeniereingeniere，意為設計或發(fā)，意為設計或發(fā)明。它是科學的某種應用，使自然界的物質和能源明。它是科學的某種應用，使自然界的物質和能源的特性能夠通過各種結構、機器、產品、系統以最的特性能夠通過各種結構、機器、產品、系統以最短的時間和精而少的人力做出高效、可靠且對人類短的時間和精而少的人力做出高

4、效、可靠且對人類有用的東西。有用的東西。 科學科學定義：定義： 是研究機械產品（或系統）的性能、設計和制是研究機械產品（或系統）的性能、設計和制造的基礎理論和技術的科學。造的基礎理論和技術的科學。1.1 1.1 機械工程定義及地位機械工程定義及地位 機械 人造的用來減輕或替代人類勞動的多件實物的組合體。以下哪些屬于機械？火車、 飛機、 槍炮、 動物、 車站、 石頭、 立交橋、 流星、 太陽系、 收音機、 電視機 任何機械都經歷了：簡單復雜的發(fā)展過程。起重機的發(fā)展歷程：斜面杠桿起重轱轆滑輪組手動(電動)葫蘆現代起重機（包括：龍門吊、鶴式吊、汽車吊、卷揚機、叉車、電梯電腦控制）。w 機械的類型 動

5、力機器：實現機械能與其它形式之間的轉換。 如內燃機、渦輪機、發(fā)電機、電動機w 機械的類型 器械或裝備：做機械功或搬運物品，即變換物料。 如機床、收割機、汽車、起重機、機械手等信息機器（儀器）：傳遞、獲取或傳遞信息。 如照相機、打印機、復印機、放映機、繪圖機等w 機械的類型 機械工業(yè)在現代化建設中的作用 解放人（體力、部分腦力勞動、提高生產率、改善勞動條件）； 便于實現產品標準化、系列化和通用化、便于實現高度的機械化、 電氣化和自動化； 體現國家現代化建設水平，為國民經濟各個部門提供裝備和促進 技術改造； 大量地設計制造和廣泛采用各種先進的機器，可大大加強國民經 濟發(fā)展的力度，加速我國的現代化建

6、設。F機械：機械：由一些由一些標準或者非標標準或者非標準零部件構成準零部件構成的用來傳遞能的用來傳遞能量、力或者運量、力或者運動的裝置。是動的裝置。是機構和機器的機構和機器的總稱。總稱。1.2 1.2 機械定義機械定義機械是物體的組合。機械是物體的組合。物體必須實現物體必須實現相互相互的、的、單一單一的、的、確定確定的運動。的運動。把施加的把施加的能量能量轉變?yōu)樽钷D變?yōu)樽钣杏玫男问?，或轉變?yōu)橛杏玫男问?，或轉變?yōu)橛行У挠行У臋C械功機械功。 典型機器實例全自動洗衣機：機械控制式電氣控制式模糊控制式 除了控制方式以外，上述三種洗衣機的主要傳動系統沒有很大的差別。潘存云教授研制1 1、機器與機械零件典

7、型機械實例減速器減速器 潘存云教授研制典型機械實例工業(yè)機器人潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制示教盒用于輸入控制命令或控制程序?？刂葡到y用于控制操作機各關節(jié)內伺服電機的運動。工業(yè)機器人的組成工業(yè)機器人的組成 操作手在控制系統的指揮下，完成各種復雜的作業(yè)。 操作手控制系統示教盒（編程器） 典型機器實例全自動洗衣機；減速器；工業(yè)機器人由以上實例，可歸納得出：潤滑、顯示、照明等輔助系統原動機傳動裝置執(zhí)行機構控制系統 傳動裝置在原動機與執(zhí)行機構之間傳遞運動、轉換運動方式的裝置。機械傳動裝置是本章研究的主要內容之一。 機 器 機器：既能實現確定的機械運動，又能做有用的機械功，或者能傳遞或轉換能量

8、、物料、信息等。如 車 床實現確定的機械運動，又作有用的機械功 內燃機轉換能量 機械手傳遞物料照相機傳遞信息 機構：僅能傳遞或轉換運動。如 齒輪機構傳遞運動搖頭風扇連桿機構 凸輪機構轉換運動 機械：是機器和機構的總稱。 由此可見：由此可見：定義：定義： GB10853-89 GB10853-89 機器理論與機構學術語機器理論與機構學術語機器是執(zhí)行機械運動的裝置，用來變換或傳遞能量、物料、信息。機構是用來傳遞運動和力的、有一個構件為機架的、用構件間能夠相對運動的連接方式組成的構件系統。構件構件：組成機器的各個相對運動的實物。 是機器中獨立運動的單元體，由一個或幾個零件組成。2、構件和零件單一零件

9、單一零件曲軸曲軸多個零件的剛性組合多個零件的剛性組合連桿連桿構件是機械中運動的單元體，零件是機械中制造的單元體。零件：零件：機械中不可拆的制造單元體。 零件可分為兩類：專用零件：特定機器中所使用的零件，如活塞、曲軸、葉片通用零件：各類機器中普遍使用的零件，如齒輪、軸、螺栓等部件：為完成同一使命在結構上組合并協同工作的零件如軸承、減速器。機器與機械零件的關系 對于一臺機器這個總體來說，一切零件都是它的局部，他們必須受全局的制約。各個零件在機器中，或按確定的位置相互連接，或按給定的規(guī)律做相對運動，共同為完成機器的功能而發(fā)揮各自的作用。所以任何機器的性能都是建立在它的主要零件的性能或某些關鍵零件的綜

10、合性能的基礎之上的。所以，要想設計制造出好的機器，必須很好地設計或選擇它的零部件。明確設計要求提出設計方案 總體設計 結構設計 試制鑒定 產品定型信息反饋以減速器設計制造為例從中選出最佳方案 在設計過程中，這些步驟是相互交錯、反復進行的。設計者要從實際出發(fā)，注重調查研究，善于學習，在實踐中不斷積累設計經驗，以期取得最佳成果。nT，限制條件：通用化、標準化等齒輪減速（直齒、斜齒、蝸桿等）帶齒輪鏈 或 帶齒輪等總體傳遞運動簡圖：（電機帶齒輪減速器鏈運輸帶）總裝圖、零部件圖及技術條件工廠試制、評價、論證從一個設計實例看機械設計的一般過程社會需求社會需求設計任務設計任務方案設計方案設計結構設計結構設計

11、編制技術文件編制技術文件機械設計中常用材料機械設計中常用材料 1、金屬材料力學性能好，能滿足機械多種性能和用途要求，應用廣泛2、高分子材料原料豐富，耐腐蝕性好，主要用于化工設備和冷凍設備中3、陶瓷材料硬度高、耐磨、耐腐蝕、熔點高。主要用于切削刀具等結構中。4、復合材料具有較高的強度和彈性模量，主要用于航空、航天領域中。機械設計中常用材料機械設計中常用材料 1、金屬材料力學性能好，能滿足機械多種性能和用途要求，應用廣泛2、高分子材料原料豐富，耐腐蝕性好，主要用于化工設備和冷凍設備中3、陶瓷材料硬度高、耐磨、耐腐蝕、熔點高。主要用于切削刀具等結構中。4、復合材料具有較高的強度和彈性模量，主要用于航

12、空、航天領域中。二、常用機構二、常用機構1.連桿機構連桿機構二、常用機構二、常用機構2.凸輪機構凸輪機構二、常用機構二、常用機構3.齒輪機構齒輪機構二、常用機構二、常用機構4.帶傳動機構帶傳動機構二、二、 常用機構常用機構5.鏈傳動機構鏈傳動機構二、二、 常用機構常用機構6.棘輪步進機構棘輪步進機構二、二、 常用機構常用機構7.螺旋機構螺旋機構2.1 2.1 機構運動簡圖及運動幅機構運動簡圖及運動幅運動副：機構中兩構件互作一定相對運動的活動聯接。運動副：機構中兩構件互作一定相對運動的活動聯接。 按接觸情況分：有面接觸的低副和點或線接觸的高副。按接觸情況分：有面接觸的低副和點或線接觸的高副。 按

13、平面或空間機構分，屬于平面機構的有轉動副、移動副按平面或空間機構分，屬于平面機構的有轉動副、移動副和平面高副，屬于空間機構中的有球面副、和平面高副，屬于空間機構中的有球面副、 球銷副、球銷副、 螺旋副螺旋副和圓柱副等。和圓柱副等。 2.1 2.1 機構運動簡圖及運動幅機構運動簡圖及運動幅2.2 2.2 連桿機構連桿機構 機器的主體部分由許多運動構件組成，用于傳遞運動和機器的主體部分由許多運動構件組成，用于傳遞運動和力。平面連桿機構是許多構件用低副連接組成的平面機構。力。平面連桿機構是許多構件用低副連接組成的平面機構。 鉸鏈四桿機構是平面連桿機構的基本形式。由此可演變成：鉸鏈四桿機構是平面連桿機

14、構的基本形式。由此可演變成：曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構導桿機構導桿機構2.2 2.2 連桿機構連桿機構定塊機構定塊機構搖塊機構搖塊機構v齒輪的用途很廣，是各種機械設備齒輪的用途很廣，是各種機械設備中的重要零件，如機床、飛機、輪中的重要零件，如機床、飛機、輪船及日常生活中用的手表、電扇等船及日常生活中用的手表、電扇等都要使用各種齒輪。都要使用各種齒輪。v齒輪的種類很多，有圓柱直齒輪、齒輪的種類很多，有圓柱直齒輪、圓柱斜齒輪、螺旋齒輪、直齒傘齒圓柱斜齒輪、螺旋齒輪、直齒傘齒輪、螺旋傘齒輪、蝸輪等。輪、螺旋傘齒輪、蝸輪等。v直齒圓柱齒輪直齒圓柱齒輪是最基本，最簡單、是最基本，最簡單、且且 使用最多的齒

15、輪。使用最多的齒輪。2.3 2.3 齒輪機構齒輪機構齒輪傳動的特點：齒輪傳動的特點： 傳動效率高可達99；在常用的機械傳動中，齒輪傳動的效率為最高 結構緊湊;與帶傳動、鏈傳動相比，在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間一般較??； 工作可靠，壽命長；與各類傳動相比 傳動比穩(wěn)定;無論是平均值還是瞬時值。這也是齒輪傳動獲得廣泛應用的原因之一； 功率和速度范圍應用廣。 制造及安裝精度要求高，價格較貴。與帶傳動、鏈傳動相比 精度低時，振動和噪音較大。 不宜于軸間距離大的場合。作用： 不僅用來傳遞運動、而且還要傳遞動力。分類開式傳動 有簡單防護罩，大齒輪浸入油池，潤滑得到改善、適于非重要應用；裸露、灰塵、

16、易磨損，適于低速傳動。半開式傳動閉式傳動全封閉、潤滑良好、適于重要應用。按類型分按裝置形式分按使用情況分硬齒面齒輪（齒面硬度350HBS） 直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動錐齒輪傳動人字齒輪傳動動力齒輪 傳動齒輪 按齒面硬度分軟齒面齒輪（齒面硬度350HBS） 以動力傳輸為主，常為高速重載或低速重載傳動。以運動準確為主，一般為輕載高精度傳動。按照輪齒的位置按照輪齒的位置外齒輪外齒輪內齒輪內齒輪齒輪的內外嚙合形式齒輪的內外嚙合形式齒輪齒條齒輪齒條直齒圓錐齒輪傳動直齒圓錐齒輪傳動 蝸輪蝸桿傳動蝸輪蝸桿傳動傳動比傳動比211212zzddi潘存云教授研制潘存云教授研制直徑較小的鋼質齒輪，當齒根圓直徑

17、與軸徑接近時，可以將齒輪與軸做成一體，稱為齒輪軸。否則可能引起輪緣斷裂。1. 齒輪軸 常見的結構形式潘存云教授研制潘存云教授研制1. 齒輪軸 二、常見的結構形式e e圓柱齒輪 e 2 mt e e圓錐齒輪e 300mm的鑄造錐齒輪。C1潘存云教授研制dh= 1.6 ds (鑄鋼) ; dh=1.6 ds (鑄鐵) lh= (1.21.5) ds ,并使lh b c= 0.2b ; 但不小于10 mm = (2.54) mn ,但不小于8 mm h1 = 0.8 ds ; h2 = 0.8 h1 ; s = 1.5 h1 ; 但不小于10 mm e = 0.8 ds ; h2 = 0.8 h1

18、bdsdhda斜度斜度1:20clhh1eeh2s4. 輪輻式齒輪這種結構適用于大型尺寸的齒輪。2.4帶傳動和鏈傳動帶傳動的組成 主動輪1、從動輪2、環(huán)形帶3。工作原理：安裝時帶被張緊在帶輪上，產生的初拉力使得帶與帶輪之間產生壓力。主動輪轉動時，依靠摩擦力拖動從動輪一起同向回轉。31n2n12F0F0F0F0潘存云教授研制潘存云教授研制 類型平帶V 型帶多楔帶摩擦型嚙合型圓形帶帶傳動的類型潘存云教授研制普通平帶（帆布芯平帶、編織平帶）片基平帶片基層潘存云教授研制布層覆蓋層工作面覆蓋層傳遞效率較高，帶輪制造容易，適于傳遞中心距較大的情況下應用。應用最廣類型平帶V 型帶多楔帶摩擦型嚙合型圓形帶普通

19、平帶片基平帶普通帶窄帶齒形帶寬帶普通帶是應用最廣泛的一種傳動帶，其傳動功率大，結構簡單，價格便宜。由于帶與帶輪槽之間是V型槽面摩擦，故可以產生比平型帶更大的有效拉力（約3倍）。聯組帶大楔角帶平型帶普通平帶片基平帶普通帶窄帶齒形帶寬帶類型V 型帶多楔帶摩擦型嚙合型圓形帶聯組帶大楔角帶潘存云教授研制潘存云教授研制抗拉體平型帶普通平帶片基平帶普通帶窄帶齒形帶寬帶類型V 型帶多楔帶摩擦型嚙合型圓形帶聯組帶大楔角帶 帶傳動的形式：帶傳動的形式：帶傳動的特點帶傳動的特點 (1)適用于中心距較大的傳動；(2)間接的柔性傳動，撓性好，可緩和沖擊、吸收振動；(3)過載時帶與帶輪之間會出現打滑，避免了其它零件的損

20、壞；(4)結構簡單、成本低廉。優(yōu)點：缺點： 傳動的外廓尺寸較大，需要張緊裝置，傳動比不穩(wěn)定、效率較低，壽命較短，傳動功率一般P50kW、線速度v=525(40)m/s、傳動比35(10)帶傳動的應用帶傳動的應用 摩擦帶傳動適摩擦帶傳動適用于要求傳動用于要求傳動平穩(wěn)、傳動比平穩(wěn)、傳動比要求不準確、要求不準確、中小功率的遠中小功率的遠距離傳動。距離傳動。97. 094. 0700;/255；帶kWPsmv潘存云教授研制印刷機械潘存云教授研制礦山機械 潘存云教授研制動平衡機潘存云教授研制建筑機械潘存云教授研制試驗臺潘存云教授研制潘存云教授研制a調整螺釘調整螺釘滑道式張緊裝置擺架式張緊裝置a2、帶傳動

21、的張緊方法 (1)定期張緊 帶傳動的張緊裝置帶傳動的張緊裝置(1) 根據摩擦傳動原理，帶必須在預張緊后才能正常工作；1、張緊的目的 (2) 運轉一定時間后，帶會松弛，為了保證帶傳動的能力，必須重新張緊，才能正常工作。潘存云教授研制潘存云教授研制張緊輪(3)張緊輪張緊(2)自動張緊自動張緊裝置 銷軸銷軸|鏈傳動由裝在平行軸上的鏈傳動由裝在平行軸上的主、從動鏈輪和繞在鏈輪主、從動鏈輪和繞在鏈輪上的環(huán)形鏈條所組成，以上的環(huán)形鏈條所組成，以鏈作中間撓性件，靠鏈與鏈作中間撓性件，靠鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動力。力。4）鏈傳動鏈傳動的形式鏈傳動的形式|鏈傳動廣泛應用于工況較鏈傳動廣泛

22、應用于工況較為惡劣、傳動比精度要求為惡劣、傳動比精度要求不是很高的農業(yè)、礦業(yè)、不是很高的農業(yè)、礦業(yè)、冶金、起重、運輸、石油、冶金、起重、運輸、石油、化工、森工和環(huán)衛(wèi)機械及化工、森工和環(huán)衛(wèi)機械及摩托車中。摩托車中。 組成鏈傳動是以鏈條為中間撓性件的嚙合傳動。優(yōu)、缺點1、優(yōu)點 與帶傳動相比：1）constzznni1221平均2）高3）結構緊湊（帶傳動要求1120a）4）壓軸力?。▏Ш蟼鲃訌埦o力?。?）可在高溫、潮濕等惡劣環(huán)境下工作。無彈性滑動與齒輪傳動相比：1）適于遠距離傳動。2）成本低（制造、安裝精度）。2、缺點1）只能用于平行軸間的傳動，且同向轉動。2）consti瞬，振動、平穩(wěn)性差、噪音

23、大。3）成本比帶傳動高。三、應用Pmax5000kW，vmax40m/s，imax15，amax8m一般： P100kW， v 15m/s，i 8不宜用于載荷變化大和急促反向的傳動。用于a較大，要求i平均不變，而不宜采用齒輪或帶傳動場合。 廣泛應用在自行車、摩托車挖掘機（惡劣工作條件）其它低速重載場合鏈的種類傳動鏈 一般機械傳動，v20m/s傳動鏈起重鏈 提升重物，v0.25m/s起重鏈輸送鏈 移動重物，v=24m/s輸送鏈鏈傳動的零件一、傳動鏈按結構不同，分為： 滾子鏈（套筒滾子鏈）、齒形鏈承受沖擊能力比滾子鏈好，噪音低，平穩(wěn)“”帶外導板帶內導板套筒滾子鏈構造 結構：自由滾動，減小摩擦，磨損

24、內、外鏈板呈“8”字形：? 等強度，慣性力內鏈節(jié)外鏈節(jié)形成鉸鏈 主要參數：1）鏈節(jié)距p基本參數p尺寸p = 鏈號25.4/16（mm）2）鏈節(jié)數Lp整數，一般為偶數。3）排數zp單排鏈排數承載但：排數承載不均， zp3-4多排鏈鏈輪結構：（輪轂處采用了脹緊聯結 ）三、軸和軸轂連接軸軸軸承軸承軸1.支承做回轉運動的零件（如凸輪、齒輪、帶輪及聯軸器等），并保證其具有確定的工作位置。2.傳遞運動和動力。 用途1.根據軸線形狀分 （1）直軸分類光軸階梯軸特殊用途軸 齒輪軸空心軸 （2）曲軸（3） 撓 性 軸2.根據軸所受載荷性質分類（1）心軸轉動心軸固定心軸轉動心軸固定心軸只承受彎矩的軸火車輪軸屬于什

25、么類型？自行車軸屬于什么類型？（2）傳動軸 只承受轉矩的軸（3）轉軸既承受彎矩也承受轉矩的軸問：根據承載情況下列各軸分別為哪種類型？0 軸：軸：軸：軸：軸：軸：傳動軸轉軸轉動心軸轉軸轉軸轉動心軸如何判斷軸是否傳遞轉矩：從原動機向工作機畫傳動路線，若傳動路線沿該軸軸線走過一段距離，則該軸傳遞轉矩。如何判斷軸是否承受彎矩：該軸上除聯軸器外是否還有其它傳動零件，若有則該軸承受彎矩，否則不承受彎矩。F軸承軸承：用于支撐軸及軸上零件，并保持軸的：用于支撐軸及軸上零件，并保持軸的旋轉精度，減輕軸與軸承間的摩擦和磨損。旋轉精度，減輕軸與軸承間的摩擦和磨損。滾動軸承滾動軸承軸軸承承滑動軸承滑動軸承二者相比，滾動軸承具有傳動靈活、摩擦阻力二者相比，滾動軸承具有傳動靈活、摩擦