机械基础轮系的功用与分类

1、章节名称第六章 轮系的功用与分类授课形式讲授课时1班级数控11-2教学目的了解轮系的功用与分类教学重点轮系的功用，以及与齿轮传动的比较教学难点功用辅助手段模型、挂图课外作业课后体会一、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、轮系的主要功用是： 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，若采用轮系就可以达到很大的传动比。 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。 可以实现

2、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。 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。提问：比较轮系与齿轮的传动特点？三、轮系的分类 轮系的结构形式很多，根据轮系在传动中各齿轮的几何轴线在空间的相对位置是否固定，轮系可分为定轴轮系和周转轮系两大类。1. 定轴轮系：当轮系运转时，其中各齿轮的几何轴线位置都是固定的，此轮系称为定轴轮系。2.周转轮系当轮系运转时，其中至少有一个齿轮的几何轴线是绕另一齿轮的固定几何轴线转动，此轮系称为周转轮系。章节名称 定轴轮系授课形式讲授课时

3、2班级数控11-2教学目的掌握定轴轮系转动方向的确定和传动比大小的计算。教学重点定轴轮系转动方向的确定和传动比大小的计算。教学难点定轴轮系转动方向的确定和传动比大小的计算。辅助手段课外作业课后体会1、 传动比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。即： 2、旋转方向（1） 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(a) 外啮合齿轮 (b) 内啮合齿轮 图123成对圆柱齿轮转向（2）两轮的旋转方向也可以用画箭头的方法表示。两轮旋转方向相反，画两反向箭头， 两轮旋转方向相同，画两同向箭头。箭头方向表示可见侧面的

4、圆周速度的方向。3、 传动比的计算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；首末两轮的转向由轮系中外啮合齿轮的对数决定。上式(-1)3表示轮系中外啮合齿轮共有三对，(-1)3-1表示轮与轮转向相反。从图12可知，轮系中各轮的转向也可用画箭头的方法表示。由分析可知，定轴轮系总传动比的计算式可写成 i1kn1nk(-1)m·所有从动轮齿数的连乘积所有主动轮齿数的连乘积 式中m为外啮合齿轮的对数。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1 图12所示的轮系中，Z116

5、，Z232, Z2'20, Z340, Z3'2(右旋)Z440。若n1800rmin, 其转向如图所示, 求蜗轮的转速n4及各轮的转向.解：传动比大小：i14n1n4Z2Z3Z4Z1Z2'Z3' 32×40×4016×20×280 所以: n4n1i148008010rmin因为此轮系中有蜗杆蜗轮和圆锥齿轮，故各轮的转向只能用箭头表示。课堂练习：章节名称第七章 铰链四杆机构授课形式讲授课时2班级数控11-2教学目的掌握铰链四杆机构的基本类型。掌握平面四杆机构曲柄存在的条件。教学重点掌握铰链四杆机构的基本类型。掌握平面四杆

6、机构曲柄存在的条件。教学难点掌握平面四杆机构曲柄存在的条件。辅助手段课外作业课后体会 一 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。二 链四杆机构的类型 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。1）曲柄摇杆机构若铰链四杆机构中的两个连架杆，一个是曲柄而另一个是摇杆，则该机构称为曲柄摇杆机构。用来调整雷达天线俯仰角度的曲柄摇杆机构

7、。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。2 ) 双曲柄机构如果铰链四杆机构中的两个连架杆都能作360°整周回转，则这种机构称为双曲柄机构。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。3) 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。三、曲柄

8、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

9、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。四、铰链四杆机构的演化1曲柄滑块机构在曲柄摇杆机构中，如果以一个移动副代替摇杆和机架间的转动副，则形成的机构称为曲柄滑块机构。图614它能把回转运动转换为往复直线运动，或作相反的转变。2导杆机构a 曲柄摇杆机构 b 导杆机构 c 摆动滑块机构 d 固定滑块机构 章节名称铰链四杆机构的工作特性授课形式讲授课时1班级数控11-2教学目的掌握铰链四杆机构的工作特性教学重点掌握铰链四杆机构的工作特性教学难点急回特性、死点辅助手段课外作业课后体会一、急回特性和行程速比系

10、数曲柄摇杯机构中，当曲柄A B沿顺时针方向以等角速度转过1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点的明朗瞪为 V1；而当曲柄AB再继续转过2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12，所以 t1t2 ,V2Vl。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，

11、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。 KV2V1 (C2C1t2) (C1C2t1)（180°十） (180°一)由上式可知，K与有关，当0时，K1，说明该机构无急回特性；当0时，Kl，则机构具有急回特性。二、死点 以摇杆作为主动件的曲柄摇杆机构。在从动曲柄与连杆共线的两个位置时，出现了机构的传动角0，压力角90°的情况。此时连杆对从动曲柄的作用力恰好通过其回转中心不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为死点。机构在死点位置时由于偶然外力的影响，也可能使曲柄

12、转向不定。 死点对于转动机构是不利的，常利用惯性来通过死点，也可采用机构错排的方法避开死点。 章节名称第八章 凸轮机构的应用和分类授课形式讲授课时1班级数控11-2教学目的了解凸轮机构的应用和分类教学重点凸轮机构的功用， 教学难点凸轮机构的功用辅助手段模型、挂图课外作业课后体会一、凸轮机构的组成和应用1、 组成凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个部分所组成。2、 运动规律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。3、 特点优点是：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

13、、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二、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

14、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。章节名称从动件的常用运动规律授课形式讲授课时2班级数控11-2教学目的了解从动件的常用运动规律教学重点常用运动规律特点和应用教学难点运动曲线的绘制辅助手段课外作业课后体会一、基本概念1、基圆：以凸轮轮廓最小半径 rb所作的圆2、推程：从动件经过轮廓AB段，从动件被推到最高位置3、推程角：角0，这个行程称为，2称为4、回程：经过轮廓CD段，从

15、动件由最高位置回到最低位置；5、回程角：角26、远停程角：角1 7、近停程角：角3 二、凸轮与从动件的关系凸轮的轮廓机构取决于从动件的运动规律，从动件的运动规律取决于工作要求。三、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0，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： Sv·t凸轮转角与时间t的关系为： ·t则从动件的位移S与凸轮转角之间的关系为:v和都是常数，所以位移和转角成正比关系。因此，从

16、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

17、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曲线)图78 等加速等减速运动规律位移曲线由运动学可知，当物体作初速度为零的等加速度直线运动时，物体的位移方程：在凸轮机构中，凸轮按等角速度旋转，凸轮转角与时间t之间的关系为 t=/则从动件的位移S与凸轮转角之间的关系为：式中a和都是常数，所以位移s和转角成二次函数的关系，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

18、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。章节名称TOPIC 3 盘形凸轮轮廓曲线的设计授课形式讲授课时2班级中专0101教学目的根据工作要求已经选定从动件的运动规律，并已知凸轮的转向和基圆半径，就可以进行轮廓曲线的设计教学重点反转法教学难点反转法辅助手段课外作业课后体会一、 作图原理反转法：在整个机构上加上一个反转的角速度，机构中的各件的相对运动不变，凸轮不动，从动件一方面绕圆心作，另一方面在自己的导路中按预定的规律运动。 尖顶的轨迹就是凸轮的轮廓。二、作图1、尖顶对心移动从动件盘形凸轮（1）、选取适当比例尺作位移线图和基圆 （2

19、）、作位移线图和基圆取分点 保持等分角度一致（3）、沿导路方向量取各点的位移量对心移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制（4）、光滑连接各点，形成轮廓曲线2、滚子移动从动件盘形凸轮（1）、同前（2）、在已画出的理论轮廓曲线上选一系列点为圆心，以滚子半径为半径作若干个滚子圆，此圆族的内包络线即为所求的凸轮轮廓曲线。它是实际与滚子接触的凸轮轮廓，所以称为凸轮的实际轮廓。章节名称第十章 轴的概述授课形式讲授课时2班级数控11-2教学目的教学重点教学难点辅助手段课外作业课后体会一、常用轴的种类和应用特点轴是组成机器中的最基本的和主要的零件，一切作旋转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能实现旋转和传递动力。按照轴

20、的轴线形状不同，可以把轴分为曲轴和直轴两大类。曲轴可以将旋转运动改变为往复直线运动或者作相反的运动转换。直轴在生产中应用最为广泛，直轴按照其外形不同，可分为光轴和阶梯轴两种。此外，还可以有一些特殊用途的轴，如凸轮轴(凸轮与轴连成一体的轴)，挠性钢丝软轴(由几层紧贴在一起的钢丝层构成的软轴，它可以把扭矩和旋转运动灵活地传到任何位置)等。a一曲轴 b一光铀 c阶梯轴一般常用的是直轴。根据轴的所受载荷不同，可将轴分为心轴、转轴和传动轴三类。1心轴及其应用特点 心轴的应用特点是用来支承转动的零件，只受弯曲作用而不传递动力。车辆用的转动心轴；支承滑轮用的固定心轴。2转轴及其应用特点 转轴的应用特点是既支

21、承转动零件又传递动力，转轴本身是转动的，同时承受弯曲和扭转两种作用。3传动轴及其应用特点 传动轴的应用特点是只传送动力，只受扭转作用而不受弯曲作用， 或者弯曲作用很小。桥式起重机传动轴，可以认为只受扭转作用的传动轴。二、轴的材料及热处理轴的材料选用原则，要根据使用条件来选择，应具有足够的强度，疲劳强度，刚度和耐磨性，对应力集中的敏感性小。轴的材料一般多用中碳钢，如35，45，50等优质中碳钢，其中以45钢应用最广，因为这类钢材价格便宜，对应力集中的敏感性较好，采用适当的热处理方法(调质、正火、淬火)可以改善和提高机械性能，而且还有良好的切削性能。轴的材料有时用合金钢，如20Cr、40Cr等，用

22、这类材料制成轴，具有承受载荷较大，强度较高，重量较轻及耐磨性较好等特点。轴的材料还可以用球墨铸铁，它以吸振性、耐磨性和切削加工性能都很好，对应力集中不敏感，强度也能满足要求，可代替钢制造外形复杂的曲轴和凸轮轴，但铸件的品质不易控制，可靠性较差。三常用轴的结构1轴的主要组成部分轴颈 与轴承配合的轴段。轴颈的直径应符合轴承的内径系列轴头 支撑传动零件的轴段。轴头的直径必须与相配合零件的轮毂内径一致，并符合轴的标准直径系列。轴身 连接轴颈和轴头的轴段。轴肩和轴环 阶梯轴上截面变化之处。2轴的结构对于轴的结构，最简单的是光轴，但实际使用中轴上总是需要安装一些零件，所以往往要做成阶梯轴，而各阶梯都有它一

23、定的作用和目的，使轴的结构和各个部位，都具有合理的形状和尺寸。在考虑轴的结构时，应满足三个方面的要求，即：安装在轴上的零件，要牢固而可靠地相对固定；轴的结构应便于加工和尽量减少应力集中：轴上的零件要便于安装和拆卸。(1)轴上零件的轴向固定这种固定的作用和目的是为了保证零件在轴上有确定的轴向位置。防止零件作轴向移动，并能承受翰向力。一般采用的方法是，利用轴肩、轴环、轴套、圆螺母和轴端挡圈也称为压板等零件，作为轴上零件的轴向固定用。轴肩或轴环固定这是一种常用的轴向固定方法，它具有结构简单，定位可靠和能够承受较大轴向力等优点。用轴端挡圈、轴套和圆螺母等固定轴端挡圈只适用于轴端零件的固定，而且是受轴向

24、力不大的部位。但它可以承受振动和冲击载荷为了防止轴端挡圈和螺钉的松动，应采用带有锁紧装置的固定形式，对于无轴肩的，可采用锥形轴端和轴端挡圈联合使用来固定零件。圆螺母固定零件：一般在无法采用轴套，或嫌轴套太长而选用的，这种方法通常用在轴的中部或端部。用圆螺母的优点是装拆方便，固定可靠，能承受较大的轴向力。缺点是要在轴上切制螺纹，而且螺纹的大径要比套装零件的孔径小，所以一般都切制细牙螺纹。为了防止圆螺母的松脱，常采用双螺母或加止退垫圈来防松。轴套(也称套筒)用来作为轴向固定零件，一般用在两个零件的间距较小的场合，主要是依靠位置己定的零件来固定。利用轴套定位，可以减少轴的直径的变化，在轴上也不需要开

25、槽、钻孔或切制螺纹等，所以可使轴的结构简化，避免削弱轴的强度。其它一些轴向固定形式对受轴向力不大的或是为了防止零件偶然沿轴向窜动的场合，可用圆锥销固定、紧定螺钉固定和弹性挡圈固定等形式。（2)轴上零件的周向固定这种固定的作用和目的，是为了保证零件传递扭矩和防止零件与轴产生相对的转动。在使用时，大多数是采用键或过盈配合等固定形式。用键作周向固定1、采用键联接作为轴上零件的周向固定应用最广，平键、半圆键、楔键和花键等都有应用。用平键作周向固定，制造简单、装拆方便和对中性好，可用于较高精度、较高转速及受冲击或变载荷作用下的固定联接。应用平键联接时，为了加工方便，对于在同一轴上轴径相差不大轴段的键槽，

26、应尽可能采用同一规格的键槽尺寸，并且要安排在同一加工直线上，用过盈配合作周向固定2、用过盈配合作周向固定常用于轴与轮毂之间的联接，与孔之间产生压力，工作时依靠此压力所产生的摩擦力来传递扭矩这种联接，结构简单，对轴的削弱少，对中性好，但配合面的加工精度要求也较高。过盈配合的装配，如过盈量不大，一般可用压入法；当过盈量较大时，常用温差法装配。为了装配方便，轴与孔的接口处的倒角尺寸，均有一定的要求。3轴的结构设计应满足的基本要求： (1)轴的受力合理，有利于提高轴的强度与刚度，有利于节约材料减轻重量。 (2)保证轴上零件定位准确，固定可靠。 (3)轴上零件便于装拆和调整。 (4)具有良好的制造工艺性

27、。三、轴的结构工艺性轴的结构工艺性是指所设计的轴是否便于加工和装配，轴的结构在设计中应注意以下几个问题。l、轴的形状力求简单，以便于加工和检验，轴上的台阶数不宜过多。2、轴肩处的过渡圆角半径 r应小于零件孔的圆角半径或倒角 C：3、需经磨削加工的表面，在轴肩处应设置砂轮越程槽。4、轴上若要车螺纹，在螺纹尾部留有退刀槽。5、轴端应有倒角，必要时为了便于加工定位，轴的两端应设中心孔。四、提高轴的疲劳强度的措施图1415凹切圆角或过渡肩环1改进轴的结构，降低应力集中，由于轴上的应力集中源，往往是轴产生疲劳破坏的部位，改善轴的抗疲劳强度的常用方法有：(1)增大圆角半径，如因轴肩定位要求的限制，轴上不允

28、许采用较大圆角时，可以改用凹切圆角或过渡肩环的办法。(2)采用增大配合直径、轴上开减载槽和毂端开减载槽等方法，以降低零件过盈配合边缘处的应力集中。2提高轴的表面质量采用的方法：减小轴表面的粗糙度数值，降低刀痕造成的应力集中，即使是自由表面也不容忽视：对轴表面进行滚压、喷丸等冷加工：采用高频淬火、渗碳淬火和氮化等热处理强化轴的表层。五、初步计算轴径开始设计轴时，轴的尺寸如轴颈和轴身直径，都尚未确定，因此只能先初步计算轴的最小直径，然后再确定轴的其它尺寸。 初步计算轴径的步骤：根据轴径的计算公式： 式中 C决定于轴的材料并考虑弯曲影响的系数，其值表141 P轴传递的功率(KW) n轴的转速(r m

29、in) d轴计算截面的直径(mm)章节名称 轴的扭转变形和计算授课形式讲授课时2班级数控11-2教学目的掌握外力偶矩、转速和功率三者的关系，会计算轴的扭矩，知道圆轴扭转时 横截面上的应力分布规律。教学重点会计算轴的扭矩，知道圆轴扭转时 横截面上的应力分布规律。教学难点会计算轴的扭矩辅助手段课外作业课后体会ab图1417汽车传动轴机械中的轴类零件往往承受扭转，。的受力特点是：在垂直于轴线的两个平面内受一对大小相等、方向相反的力偶作用，轴的各横截面都绕其轴线作相对转动，这种变形称为扭转变形。一、 圆轴扭转时横截面上内力的计算l、外力偶矩：图1418截面法求扭矩 为了求出圆轴扭转时截面上的内力，必须

30、先计算出轴上的外力偶矩，作用在轴上的外力偶矩往往不是直接给出的，而是根据给定的轴的传递功率和轴的转速算出来的，功率、转速和外力偶矩三者间的关系是： M9550 Pn式中：P轴传递的功率(千瓦， KW) n轴的转速(转分， r min) M作用在轴上的外力偶矩(牛顿米，Nm) 2、扭转时横截面上的内力扭矩圆轴在外力偶矩的作用下，横截面上产生内力。求内力的方法仍用截面法。右图表示装有四个皮带轮的传动轴，在四个带轮上分别作用有主动力偶矩 M1和从动力偶矩 M2、M3、M4，外力偶矩分别为 M1110Nm，M2=60Nm，M3=20Nm， M4=30Nm。若计算 AB段内任一截面上的内力，可假想沿该段

31、内的任一截面11将轴截开，取左边部分为研究对象。如图所示。为了保证该段的平衡，必须以内力偶矩 Mn1代替另一部分对被研究部分的作用， Mn1称为扭矩。扭矩的正负有如下规定：使右手拇指与截面法线的方向一致，若截面上的扭矩的转向与其它四指的转向相同，则扭矩取正号：反之取负号。应用截面法时，一般都先假设截面上的扭矩为正。扭矩的大小用平衡方程m=0求得，即AB段内： m=0， M1十Mn10 Mn1一M1一l10 Nm (设反) BC段内： m0 M1M2Mn20 得 Mn250 Nm (设反) CD段内： m0 M1M2M3十Mn30 得 Mn330 Nm (设反) 为了清楚地看出各截面上的扭矩变化

32、情况，以便确定危险截面，通常把扭矩随截面位置的变化绘成图形，称为扭矩图。二、圆轴扭转时横截面上的应力图1419圆轴扭转变形1、圆轴扭转变形取一等直圆轴，在它的表面划两条圆周线和两条与轴线平行的纵向线，如图1419。在圆轴两端加力偶矩为 M的外力偶，圆轴产生下列变形现象： (1)两条纵向线倾斜了相同的角度，原来轴表面的小方格变成了歪斜的平行四边形。 (2)轴的直径、两圆周线的形状和它们之间的距离均保持不变。 根据以上现象，可作出以下平面假设，圆轴扭转前的各个横截面在扭转后仍为互相平行的平面，只是相对地转过了一个角度。2、横截面上的应力根据平面假设，可得到两点结论： (1)由于相邻截面相对地转过了

33、一个角度，即横截面间发生了旋转式的相对错动，出现了剪切变形，故截面上有剪应力存在，又因为半径长度不变，剪应力方向必与半径垂直。(2)由于相邻截面的间距不变，所以横截面上没有正应力。图1420圆轴的横截面上剪应力的分布规律 横截面上剪应力的分布规律：横截面上某点的剪应力与该点到圆心的距离成正比，圆心处剪应力为零，圆周上剪应力最大，剪应力沿截面半径成直线规律分布。 (如图1420) 由于圆轴的横截面上剪应力的分布规律是离中心越远的材料，承受应力越大，因此在工程上常常用空心轴代替实心轴，据理论计算，结果表明：空心轴的材料消耗量仅为实心轴的32.4，可节约材料三分之二。因为空心轴的材料分布离轴线较远，

34、使用效率比较高，所以比较经济，不仅节约了材料，而且减轻了构件的重量。但应注意，当采用焊接钢管作抗扭构件时，必须保证焊缝质量。课堂习题：1试指出下图各轴那些产生扭转变形?章节名称第十一章 键联接授课形式讲授课时2班级数控11-2教学目的了解键的分类及特点，学会选择平键及校核强度教学重点了解键的分类及特点，学会选择平键及校核强度教学难点辅助手段模型课外作业课后体会联接的形式按能否拆卸可分为两大类：不可拆联接和可拆联接。常见的不可拆联接有：铆接、焊接、粘接等。可拆联接有键联接、花键联接、销联接和螺纹联接。一键联接的种类在各种机器上有很多转动零件，如飞轮、带轮、凸轮等，这些零件和轴大多数采用键联接或花

35、键联接。键联接是由轮毂、轴和键组成.键联接的功用是联接转动零件与轴，以传递运动和动力。键根据结构和承受载荷的不同可分为松键联接和紧键联接两大类。（一）松键联接1平键联接平键分为普通平键和导向平键二种。（1）普通平键（straight key） 普通平键的上、下平面和两个侧面相互平行。 普通圆头平键：键在键槽中的固定较好，但键槽端部的应力集中较大。 普通平头平键：键在键槽端部的应力集中较小，但键在键槽中的轴向固定不好。 单圆头平键： 常用在轴端的联接中。平键联接装配时先将键放入轴上键槽中，然后推上轮毂，构成平键联接。平键联接时，键的上顶面与轮毂键槽的底面之间留有间隙，而键的两侧面与轴、轮毂键槽的

36、侧面配合紧密，工作时依靠键和键槽侧面的挤压来传递运动和转矩，因此平键的侧面为工作面。平键联接由于结构简单、装拆方便和对中性好，因此获得广泛应用。（2）导向平键（feather key）和滑键 导向平键是加长的普通平键，采用导向平键时转动零件的轮毂可在轴上沿轴向滑动，适用于轴上零件的轴向移动量不大的场合，如变速箱中的滑移齿轮。当轴上零件的轴向移动量很大时，可采用滑键。滑键联接是将滑键固定在轮毂上，并与轮毂一起在轴上的键槽中滑动。 2半圆键联接半圆键的上表面为平面，下表面为半圆形弧面，两侧面互相平行。半圆键联接也是靠两侧工作面传递转矩的。它的优点是：能自动适应轮毂槽底的倾斜，使键受力均匀不偏。但它

37、对轴的削弱大，宜用于轴端传递转矩不大的场合。（二）紧键联接紧键联接分为楔键联接和切向键联接。1楔键楔键的顶面有1：100的斜度，两侧面相互平行。工作时依靠键的顶面和底面与轮毂键槽和轴槽的底面间所产生挤压力和摩擦力来传递动力和转矩。适用于对中性要求不高、转速较低的场合。2切向键切向键是由两个具有1：100单面斜度的普通楔键沿斜面贴合在一起组成的，只能用于传递单方向的转矩。当传递两个方向转矩时，应装两副切向键。适用于对中性和运动精度要求不高、低速、重载、轴径大于100mm的场合。二平键联接的选择和计算1选择平键的类型和尺寸 根据联接的要求，按轴径确定类型和键的宽度b、高度h，键的长度L应根据轮毂长

38、度L1而定，比轮毂略短，一般取L=L1G（510）。2平键联接的强度计算普通平键联接的失效形式是材料中强度较弱的工作表面被挤压破坏和平键的剪切破坏。章节名称 花键联接授课形式讲授课时1班级数控11-2教学目的了解花键的工作特点，类型和用途。教学重点了解花键的工作特点教学难点花键的工作特点辅助手段模型课外作业课后体会花键联接(spline joint)是由在轴上加工出的外花键齿和在轮毂孔壁上加工出的内花键齿所构成的联接。花键联接键齿的侧面是工作面，工作时靠齿的侧面挤压传递转矩。一、花键联接的特点花键联接具有下列特点：(l)由于多个键齿同时参加工作，受挤压的面积大，所以承载能力高；(2)轴上零件与

39、轴的对中性好，沿轴向移动时导向性好；(3)键齿槽浅，对轴的强度削弱较小；(4)花键加工复杂，需专用设备故对大批生产是适用的，但单件、小批量生产的成本较高。花键联接广泛用于载荷较大、定心精度要求较高的各种机械设备中，如汽车、飞机、拖拉机、机床等。二、花键联接的类型花键联接按齿形的不同可分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键三类。1矩形花键矩形花键键齿的端面为矩形。按键的齿数和齿形尺寸的不同，矩形花键有轻、中、重三种系列。它们分别适用于轻、中、重三种不同的载荷情况。此外，还有补充系列，适用于汽车、拖拉机和机床等制造业。2渐开线花键渐开线花键内、外键齿的齿廓曲线是压力角为30°的渐开线。它可

40、用加工齿轮的方法加工，故工艺性较好。与矩形花键相比，渐开线花键键齿的根部较厚，齿根圆角也较大，所以承载能力大；工作时键齿上有径向分力，宜于对中，使各齿承载均匀。适用于载荷较大、定心精度要求较高、尺寸较大的联接。3三角形花键这种花键的内键齿端面齿形为等腰三角形，外键齿齿廓曲线为压力角等于45的渐开线。三角形花健键齿细小，齿数多，对轴的强度削弱较小，多用于轻载和薄壁零件的静联接。章节名称销联接授课形式讲授课时1班级数控11-2教学目的了解销的常见类型和用途。教学重点了解销的常见类型和用途。教学难点用途辅助手段模型课外作业课后体会一、 概述销联接用来固定零件间的相互位置，构成可拆联接；也可用于轴和轮

41、毂或其它零件的联接以传递较小的载荷；有时还用作安全装置中的过载剪切元件。二、 销的分类销(pin)是标准件，其基本型式有圆柱销和圆锥销两种。圆柱销联接不宜经常装拆，否则会降低定位精度或联接的紧固性。圆锥销有1：50的锥度，小头直径为标准值。圆锥销易于安装，定位精度高于圆柱销。圆柱销和圆锥销孔均需铰制。铰制的圆柱校销孔直径有四种不同配合精度，可根据使用要求选择。销的类型按工作要求选择。用于联接的销，可根据联接的结构特点按经验确定直径，必要时再作强度校核；定位销一般不受载荷或受很小载荷，其直径按结构确定，数目不得少于两个；安全销直径按销的剪切强度进行计算。销的材料一般采用35或45钢，许用剪应力取

42、为80 MPa。章节名称第十二章 轴承的功用和类型授课形式讲授课时1班级数控11-2教学目的了解轴承的功用和类型、以及各自的使用场合，特点教学重点了解轴承使用场合，特点教学难点轴承的功用、特点辅助手段课外作业课后体会一、轴承功用轴承是机器中用来支承轴和轴上零件的重要零部件它能保证轴的旋转精度减小转动时轴与支承间的摩擦和磨损。二、轴承的类型和特点 滑动轴承根据工作时，摩擦性质不同，轴承可分为滚动轴承 向心轴承按所受载荷方向不同，可分为 推力轴承和向心推力轴承液体摩擦轴承其中对滑动轴承按润滑状态不同，又可分为 非液体摩擦轴承。滚动轴承具有摩擦力矩小，易起动，载荷，转速及工作温度的适用范围较广，轴向

43、尺寸小，润滑维修方便等优点，滚动轴承已标准化，在机械中应用非常广泛。 滑动轴承结构简单，易于制造，可以剖分，便于安装，对于大直径和很小直径的滑动轴承，价格便宜。在高速、重载、高精度和结构要求剖分的场合，显示出比滚动轴承更大的优越性。因而，在汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机中多采用滑动轴承。另外，在低速而带有冲击的机器中，如水泥搅拌机，破碎机等也常采用滑动轴承。滑动轴承的缺点是：润滑的建立和维护要求较高，润滑不良会使滑动轴承迅速失效，且轴向尺寸较大。章节名称滑动轴承的结构授课形式讲授课时2班级数控11-2教学目的知道滑动轴承的使用场合，特点。滑动轴承的类型，组成教学重点了解滑动轴承的类型，

44、组成教学难点组成，以及各个部分的功用辅助手段课外作业课后体会滑动轴承一般由轴承座、轴瓦（或轴套）、润滑装置和密封装置等部分组成。一、向心滑动轴承向心滑动轴承只能承受径向载荷，它有整体式和剖分式两种。1、整体式滑动轴承无轴承座的整体式滑动轴承，在机架式箱体上直接镗出轴承孔，孔中可安装套筒形的轴瓦。有轴承座的整体式滑动轴承，使用时把它用螺栓装到机架上。这种轴承已标准化，其结构和尺寸可查JB256079。整体式滑动轴承结构简单，制造方便，价格低廉，刚度较大等优点。但轴套磨损后间隙无法调整，装拆时必须作轴向移动，不太方便，故只适用于低速、轻载和间歇工作场合。2、剖分式滑动轴承 可分为剖分式正滑动轴承和

45、斜滑动轴承两类。 剖分式向心滑动轴承，它由轴承盖、轴承座、上下轴瓦和润滑装置等组成，轴承盖与轴承座用二个或四个双头螺栓联接，在剖分面处制成凹凸状的配合表面，使之能上下对中和防止横向错动。通常在轴承盖和轴承座之间留有少量的间隙，当轴瓦稍有磨损时，可减薄剖分面的垫片厚度来调整间隙。 选用剖分式正滑动轴承时，应保证径向载荷的作用线不超过35°，否则，就应采用剖分式斜滑动轴承，这类轴承已标准化，（JB256179，JB256279和JB256379）。 剖分式滑动轴承的优点是装拆方便，易于调整间隙，因此，得到广泛应用。3、自动调心式滑动轴承当设计的轴颈较长时（宽径比Bd1.5），由于安装对中

46、不好，或轴的刚度不足，在外力作用下，轴会产生过大的变形，使轴瓦端部与轴颈局部接触，造成轴瓦上下两端边缘严重磨损，降低轴承寿命。调心轴承的结构特点是轴瓦和轴承轴承座的球面接触，能适应轴在弯曲变形时产生的倾斜，调心式轴承必须成对使用。二、推力滑动轴承推力滑动轴承用来承受轴向载荷。按推力轴颈支承面的形式不同，分为实心、环形和多环形三种。1、实心推力轴承，当轴旋转时，由于端面上不同半径处的线速度不相等，因而使端面中心的磨损很小，而边缘的磨损却很大，结果造成轴颈与轴瓦间的压力分布很不均匀。2、实心推力轴承，其端面上压力的分布得到改善。3、环形结构，则可使其端面上压力的分布得到明显的改善。4、多环形推力轴

47、承，由于支承面积大，故可用来承受较大的载荷。（a）实心 （b）空心 （c）环形 （d）多环形章节名称轴瓦结构和轴承材料授课形式讲授课时2班级数控11-2教学目的了解轴瓦的作用，轴瓦的分类，工作的条件，所选的材料教学重点轴瓦的作用，轴瓦的分类，工作的条件教学难点轴瓦的作用，工作的条件辅助手段课外作业课后体会轴瓦是轴颈直接接触的重要零件，它的结构与性能直接关系到轴承的效率、寿命和承载能力。一、轴瓦的结构：整体式、剖分式和分块式轴瓦三种，整体式轴瓦用于整体式没动轴承，剖分式轴瓦用于剖分式滑动轴承，分块式轴瓦一般用于大型滑动轴承中。 为了改善和提高轴瓦的承载性能，常在轴瓦工作表面浇铸一层减摩材料，这层

48、金属材料称为轴承衬或轴衬，其厚度一般为0.56mm。（a）整体式轴承 （b）剖分式轴承 （C）分块式轴承二、油孔和油沟为了使润滑油能流到轴承整个工作表面上，轴瓦的内表面需开出油孔和油沟，油孔和油沟不能开在承受载荷的区域内，否则会降低油膜承载能力。油沟的长度一般取轴瓦宽度的80%。三、轴瓦与轴衬材料 轴瓦与轴戏直接接触并产生相对运动，其主要失效形式是磨损和胶合。因此要求轴瓦材料应具有下列性能：有一定的强度，较好的塑性、减摩性和耐磨性，良好的跑合性、加工工艺性和散热性等。常用的轴瓦材料有：锡锑轴承合金、锡青铜、黄铜、铝合金、铸铁。章节名称滚动轴承的类型和代号授课形式讲授课时2班级数控11-2教学目

49、的知道滚动轴承的构造、工作的条件和方式，以及滚动轴承的类型代号教学重点工作的条件和方式，以及滚动轴承的类型代号教学难点类型代号辅助手段实物模型课外作业课后体会一、滚动轴承的构造滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架组成。1、内圈装配在轴颈上，外圈安装在轴承座孔内。多数情况下，内圈随轴旋转，外圈不转动。当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着套圈上的滚道滚动，使相对运动表面间为滚动摩擦。2、保持架的作用是将滚动体均匀隔开，减少滚动体之间的摩擦和磨损。3、滚动体是滚动轴承形成滚动摩擦不可缺少的核心元件。二、滚动轴承的类型和特性 GBT27293规定，滚动轴承的类型共有11种，表112列出了滚动轴承的类

50、型、特性及应用。三、滚动轴承的代号1滚动轴承的代号滚动轴承的类型很多，而各类轴承又有不同的结构，尺寸、精度和技术要求等，为了便于组织生产和使用，GBT 27393规定用字母加数字来表示轴承代号。 轴承代号由基本代号，前置代号和后置代号构成，其排列如下：前置代号后置代号基本代号 1）基本代号 基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础，基本代号由类型代号、尺寸系列代号、内径代号构成，并按此顺序排列。类型代号用阿拉伯数字或大写拉丁字母表示，尺寸系列代号和内径代号用数字表示。类型代号（见表152）尺寸系列代号尺寸系列代号由轴承的宽（高）度系列代号和直径系列代号组成。向心轴承和推力轴承尺

51、寸系列代号如表153所列。内径代号 表示轴承公称内径的内径代号如表154所列。 2前置、后置代号前置、后置代号是轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等有改变时，在其基本代号左右添加的补充代号。其排列如表前置代号前置代号用字母表示。代号及其含义按表所示。后置代号 后置代号用字母（或加数字）表示。其顺序为： 内部结构代号（查表）内部结构代号表示内部结构改变，如接触角（滚动体与外圈滚道接触点的法线与轴承径向平面之间的夹角称为接触角。如表中所示）的大小等。其含义随不同类型、结构而异。表154滚动轴承内径代号轴承公称内径（mm）内径代号示例10到171000深沟球轴承6200d=10mm12011502170320到480（22、28、32除外）公称内径除以5的商数，商数为个位数，需在商数左边加“0”，如08调心滚子轴承23208d=40mm表155 前置、后置