机械设计基础- 科学出版社职教技术出版中心

1、杨立平 主编科科 学学 出出 版版 社社中等职业教育“十一五”规划教材项目一项目一 机械设计概论机械设计概论1.1 机械设计方法与基础1.2 平面机构运动简图1.1机械设计方法与基础1.机械的构成动力部分用于驱动整机完成预定功能传动部分将动力的运动和动力传递到执行部分执行部分其功能是直接完成机械预定的动作或任务控制部分主要用于控制上述三部分 逻辑关系图原动部分传动部分执行部分控制部分知识知识1 11.1机械设计方法与基础2.机械相关概念（1）机器 具有三个共同的特征：人为地将各个实物进行有机的组合；各实物之间具有确定的相对运动；可代替人类或减轻人类的劳动体能（2）机构 与机器具有基本相同的特点

2、，唯一的区别是机构不具备机器的第三个特征（代替或减轻人类的劳动）（3）机械 机器与机构的统称（4）构件 组成机构的各个相对运动部分，它是运动的最小单元（5）零件 是制造的最小单元知识知识1 11.1机械设计方法与基础知识知识2 21.零件的主要失效形式和设计准则失效机械两件不能正常工作或达不到设计要求的状况设计准则包括：强度准则、刚度准则、耐磨性准则、振动稳定性性准则、热平衡准则2.机器总体设计的基本要求预定功能要求、经济性能要求、可靠性与安全性要求、工艺性要求1.1机械设计方法与基础知识知识3 31.常用材料的选择2.机构与工艺性分析（1）铸造零件的工艺性（2）锻造零件的工艺性（3）切削加工

3、零件的工艺性拔模斜度与铸造园角工件局部面不垂直加工时装夹需要转过一个角度1.1机械设计方法与基础知识知识3 3不同零件同一种几何形状尺寸的不合理性1.1机械设计方法与基础知识知识3 3要求一次加工完成的典型结构孔的各种工艺结构中心孔结构1.2平面机构运动简图知识知识1 1简图的意义：在运动机构的设计中，通常将具有一定形状的构件相互连接的结构，用简单的线条、符号等表示出来，以便能够直观地反映出构件之间的相对运动关系与相互位置关系，使研究的问题尽量简化1.2平面机构运动简图知识知识2 21.平面运动副两构件直接接触并且可相对运动的连接。平面结构中的运动副称为平面运动副低副两构件之间以面接触构成的运

4、动副高副若组成运动副的两构件之间以点或线接触的连接称高副运动副的特性：低副的压强小，摩擦力也小；高副的压强大，摩擦力也大。转动副移动副1.2平面机构运动简图知识知识2 22.平面机构运动简图运动简图的绘制步骤（1）根据机构组成和运动情况分析并找出机架、原动件和从动件（2）从原动件开始，沿构件的传动顺序，分析构件间的相对运动性质，确定构件、运动副的类型和数量（3）根据机构实际尺寸，选择适当比例尺。确定运动副之间的相对位置，用构件和运动副规定符号绘制出机构运动简图项目二项目二 机械传动机构机械传动机构2.1 平面连杆机构2.2 凸轮机构2.3 带传动机构2.4 链传动机构2.5 齿轮传动机构2.1

5、平面连杆机构知识知识1 11.曲柄摇杆机构机加工中所用的牛头刨床的水平进刀机构牛头刨床水平进刀机构1、2-齿轮 3-连杆 4摇杆 5-棘轮 6-丝杠 7-机架2.1平面连杆机构知识知识1 12.双曲柄机构功能：将主动曲柄的等速转动转变成从动曲柄的变速转动应用：惯性筛和铲土机、车门（反平行四边形机构）类型：一般双曲柄机构；平行四边形机构（正、反平行四边形机构）惯性筛机构AB、CD-曲柄 BC、CE-连杆AD-机架 F-筛子2.1平面连杆机构知识知识1 13.双摇杆机构两个连架杆均为摇杆的机构；如飞机的起落架飞机起落架1-轮子 2-连杆 3-主动摇杆 4-机翼 5从动摇杆2.1平面连杆机构知识知识

6、2 21.运动形式和运动副的转化（1）曲柄滑块机构 对心和偏心之分；应用于活塞连杆发动机、制冷压缩机和压力机右图-压力机左图-活塞连杆组2.1平面连杆机构知识知识2 2（2）转动摇杆机构 该机构是从双曲柄机构转化而来；该机构的形成条件是L1L2（3）曲柄摇块机构 该机构是从曲柄摇杆机构转化而来的（4）定块机构 该机构是由双摇杆机构转变而来；应用于压水机 转动导杆机构曲柄摇块机构定块机构2.1平面连杆机构知识知识2 22.铰链四杆机构性质（1）四杆机构运动轨迹的形成曲柄存在的充分必要条件：组成四杆机构中最短杆件与最长杆件之和应大于其他两杆件之和（长度和条件）与机架相邻的两构件之一必须为最短杆件（

7、最短构件条件）四杆机构类型判断方法：根据机构各组成杆件的尺寸，首先计算出是否满足长度和条件，如不满足则为双摇杆机构；若满足再看以那一个构件为机架。其中以最短杆为机架得双曲柄机构；以最短杆对面杆件为机架，得双摇杆机构；以最短杆件相邻的两构件之一为几架，得曲柄摇杆机构2.1平面连杆机构知识知识2 2（2）四杆机构特性与相关参数机构的死点位置 在曲柄摇杆机构中，以曲柄为主动件，曲柄与连杆两次共线时则为机构的极限位置；若以摇杆为主动件则此时的位置称为死点位置死点位置的特性：机构处于死点位置时从动件（曲柄）则无法运动或运动方向不确定，想通过死点位置则应通过惯性力才可以压力角与传动角 压力角：研究对象点速

8、度方向与力方向之间的夹角，用表示传动角：力与法向力之间的夹角，用表示两者的关系： + =900注意：传动角是有用的角度，希望该角越大越好2.1平面连杆机构知识知识2 2四杆机构传力性分析曲柄摇杆机构的特殊位置（3）急回特性与形成速比系数急回特性 摇杆向前时的运动速度快于回程时的速度；形成速比系数 是反映机构急回特性程度的参数，用K表示 K=（1800+）/（1800-）连杆与曲柄两次共线时所形成的夹角有无急回特性的判断：只要0，则有急回，角度越大则急回程度越显著2.1平面连杆机构知识知识2 22.1平面连杆机构知识知识3 31.四杆机构涉及的力学问题（1）高副的力分析 （2）低副的受力分析（3

9、）压杆失稳与应力集中压杆失稳 承受压力的直杆是细长杆件，则可能出现不能保持压杆原有直线平衡状态而突然变弯的现象，该现象称压杆失稳应力集中 由于截面的突然变化而产生的应力局部增大的现象 转动副受力分析移动副受力分析2.1平面连杆机构知识知识3 32.金属构件的材料（1）金属材料的硬度 金属材料抵抗其他更硬的物体压入其表面的能力，材料对局部塑性变形的抗力硬度的分类与测量方法：布氏硬度与测量方法洛氏硬度与测量方法维氏硬度与测量方法（2）金属材料的热处理 将固态钢，通过不同方式的加热、保温和冷却，改变钢内组织结构，从而达到改善钢的性能的工艺方法常用的热处理方法：退火、正火、淬火、回火（高、中和低温回火

10、）表面淬火、化学热处理、2.1平面连杆机构知识知识3 3（3）常用的工程材料铸铁 含碳量2.07%的铁碳合金称为铸铁碳素钢 含碳量2.11%的铁碳合金称为钢合金钢有色金属 包括铜、铝、镁、铅、锌等3.四杆机构的设计计算（1）按给定连杆位置设计四杆机构的基本原理（2）按给定行程速比系数设计四杆机构白口铸铁灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁低碳钢中碳钢高碳钢2.2凸轮机构知识知识1 11.应用示例2.凸轮机构的组成与特点主动件凸轮、从动件、机架；特点是高低副兼而有之3.凸轮机构的基本类型（1）按凸轮的形状分类 盘形凸轮、移动凸轮、圆柱形凸轮（2）按从动件端部结构分类 尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件盘形凸轮

11、移动凸轮圆柱凸轮2.2凸轮机构1.等速运动规律凸轮以等角速度回转时，从动件上升或下降的速度为常数；运动特性有冲击2.等加速等减速运动规律该运动规律是加速度为常数，从动件前半程为等加速度运动，后半程为等减速度；运动特性：有柔性冲击3.简谐运动规律运动特性：无冲击知识知识2 22.2凸轮机构知识知识3 31.对心尖顶从动件盘形凸轮轮廓设计已知条件：凸轮基圆半径，工作转向，从动件的运动规律（各角度段），起始点位置。采用的方法:反转法，即设计取点按照与凸轮工作转向相反的顺序进行2.对心滚子从动件盘形凸轮机构设计已知条件：除上述外，还应知道滚子半径3.凸轮机构设计时参数的确定（1）压力角和凸轮的自锁 从

12、动件与凸轮接触点为研究对象，该点速度方向法向力方向之间的锐角2.2凸轮机构知识知识3 3压力角越大，则有害分力越大，摩擦阻力越大，当达到一定程度则不论作用在从动件上的作用力有多大，都不能推动从动件运动，既出现了自锁。一般推程时的许用压力角：移动从动件300400；摆动从动件400500。回程为700800（2）基圆半径的选择 基圆半径应尽可能的小，可机构尺寸减小，但半径小压力角会增大传力性能下降。通常设计时按照经验公式rb（0.81）ds 。ds凸轮轴的直径（3）滚子半径的选择 滚子半径凸轮理论轮廓线最小曲线半径有关应满足= 0min-rT； 0min最小曲线半径2.2凸轮机构知识知识3 3应

13、满足凸轮实际轮廓的曲率半径；rT滚子半径三种情况：0min rT则 0，实际轮廓为平滑曲线，工作正常0min= rT则 =0，实际轮廓出现尖点，易磨损，后出现运动规律改变的现象。0min rT则 0，实际轮廓线是两条相交的包络线，加工时将被切除，即工作出现失真2.2凸轮机构知识知识3 3凸轮机构压力角理论廓线曲率半径与滚子半径的关系2.2凸轮机构知识知识3 34.凸轮材料与基本结构（1）凸轮与滚子材料 凸轮常用材料：低速轻载为40和45钢，进行调质处理；中速轻载为45和40Cr钢，进行表面淬火；中速中载为20和20Cr钢，进行表面渗碳处理；高速重载GCr15进行淬火和低温回火（2）凸轮基本结构

14、 凸轮与轴的键连接凸轮与轴的连接方式2.2凸轮机构知识知识3 3凸轮轴的结构形式2.3带传动机构知识知识1 11.带传动的基本作用减速或增速；调速和增大转矩2.带传动的类型（1）平皮带（摩擦型） 截面为矩形；包括普通平皮带、编制平皮带和高速环行平皮带（2）V型皮带（摩擦型） 截面为等腰梯形，工作面为两侧面；包括普通、窄、宽、联组、齿形、大楔角等类型（3）多楔带 在绳芯结构平带基体下接有若干纵向三角形楔的环行带（4）圆带 2.3带传动机构知识知识1 1摩擦型传动带的类型2.3带传动机构知识知识1 13.带传动的特点传动平稳，缓冲无噪音；出现过载由于打滑，可对电机起保护作用机构简单，可实现大中心距

15、传动。4.V带的结构与标准已经标准化，制成无接头环行；工作面为侧面，其夹角为400。基本结构如图：2.3带传动机构知识知识1 1常用参数的含义：顶宽b-带最上端的宽度截面宽度bp-将带饶在带轮上产生弯距，外层受拉，内层受压。中间有一个层即不受拉也不受压，称为中性层也叫节面。节面的宽度为节宽基准宽度bd-该参数为带轮参数，处于V带截面同一位置的槽形宽度。基准宽度所处的带轮直径称基准直径基准长度Ld-V带位于带轮基准直径上的周线长度，该值已经标准化几何尺寸如图：2.3带传动机构知识知识2 21.带轮设计常用参数（1）传动比 i=n1/n2 n1-主动轮转速 n2-从动轮转速（2）圆周速度 （3）传

16、动功率（4）传动转矩（5）传动效率2.带传动受力分析（1）初拉力 带工作前两边所受到的大小相等的力，用F0表示（2）有效拉力 紧边与松边拉力差称为有效拉力，用Fe表示（3）离心力 当带转动时，带的质量将引起离心力，用Fc表示（4）最大有效拉力2.3带传动机构知识知识2 2带传动初拉力工作时带的受力情况2.3带传动机构知识知识2 23.带所受到的应力分析（1）拉应力 带传动中拉力产生应力，用1和2表示（2）弯曲应力 由于V绕经小带轮时受弯所产生的一种应力，用b表示（3）离心拉应力 带在绕经带轮做圆周运动产生的离心力将在带的全长产生离心拉应力，用c表示（4）总应力 将上述3种力合起来就是总应力；最

17、大应力点在紧边带与小带轮相切的A点处2.3带传动机构知识知识2 2带的内应力分布情况2.3带传动机构知识知识3 31.带传动的失效与设计准则失效形式-打滑和疲劳断裂设计准则-在保证不打滑的条件下，具有一定的抗疲劳强度和寿命2.普通V带的设计计算步骤（1）选择V带型号（2）确定带轮的基准直径（3）确定中心距和带的基准长度（4）确定V带的根数（5）计算单根V 带的初拉力（6）计算带作用在轴上的力3.带轮结构如图所示2.3带传动机构知识知识3 32.3带传动机构知识知识4 41.带传动的安装先将中心距缩小，将带套在带轮上后漫漫拉紧，不允许用金属棒撬带的张紧度带轮的平行度2.3带传动机构知识知识4 4

18、2.带传动的维护与检查（1）调整中心距 如图所示带轮中心距的调整2.3带传动机构知识知识4 4（2）采用张紧轮 如图所示采用张紧轮2.4链传动机构知识知识1 11.滚子链的结构与标准（1）结构 内链板与套筒采用过盈配合，如图所示滚子链的结构1-内链板 2-套筒3-滚子 4-外链板5-销轴2.4链传动机构知识知识1 1（2）标准 分A、B两种系列；A用于重载、高速或重要传动；B用于一般传动。标记：链号、系列、排数、节数、国标号等，如节距p=15.875mm、A系列、双排、50节的滚子链标记为：10A250GB243.1832.链轮的结构如图所示齿槽形状2.4链传动机构知识知识2 21.滚子链的传

19、动比（1）平均传动比 该项传动比恒定不变（2）瞬时传动比 呈周期性变化2.参数的选择（1）链轮齿数 v在0.63m/s,Z17； v在38m/s,Z121（2）链条节距 节距越大则承载能力大（3）中心距和链的节数 中心距过小，总链节数减少；中心距过大松边抖动过大3.链传动的设计计算 2.5齿轮传动机构知识知识1 11.齿轮传动的基本类型（1）平行轴齿轮传动（2）相交轴齿轮传动（3）交错轴齿轮传动根据齿轮传动的工作条件，可分为如下几种：（1）闭式齿轮传动（2）开式齿轮传动2.5齿轮传动机构知识知识1 12.5齿轮传动机构知识知识1 12.齿轮几何参数与基本特性（1）几何与基本参数（2）基本特性啮

20、合传动比恒定；正确啮合条件：连续传动的条件：重合度大于1 标准中心距：和可分性： 齿轮各部分名称m1=m2=m1=2=2.5齿轮传动机构知识知识2 21.定轴轮系传动比计算组成轮系的各个轴的位置是固定不动的轮系传动比公式：2.周转轮系组成轮系中至少有一个齿轮的轴线绕另一个齿轮的固定轴线回转传动比公式：定轴轮系周转轮系2.5齿轮传动机构知识知识2 23. 轮系的基本功用（1）传递相距较远的两轴之间的运动（2）实现变速运动（3）实现换向运动（4）实现分路传动（5）获得大的传动比（6）实现运动的合成与分解实现变速实现换向2.5齿轮传动机构知识知识2 2实现分路传动 实现大传动比 加法机构项目三项目三

21、 轴系组件设计轴系组件设计3.1 销与键连接3.2 齿轮设计基础3.3 轴的设计基础3.4 轴承3.5 联轴器与离合器3.1销与键连接知识知识1 1销与键连接的作用有所不同，销用于固定零件之间的相对位置，即定位作用；也可以进行轴与轮毂之间的连接；还可充当安全装置中的过载剪断元件。如图所示键主要是用来轴和轴上零件之间的周向固定，以传递转矩；有些可以兼做轴向固定或导向作用。定位销连接销安全销3.1销与键连接知识知识2 21.销与件的基本类型（1）销 按形状不同可分：圆柱销、圆锥销和异形销（2）键 按其在连接中的松紧程度可分：松键和紧键；花键松键 紧键平键半圆键契键切向键普通平键连接3.1销与键连接

22、知识知识2 22.键的性能与材料（1）平键连接 工作面为两侧面；主要包括：普通平键、薄型平键导向平键和滑键（2）半圆键连接 工作面为两侧面，可自行调整，用于轻栽连接；对轴有强度上的削弱（3）楔键连接 定心精度低，工作面为上下面。分A、B两种形式（4）切向键连接 （5）花键连接 齿侧面是工作面。承载能力高，定心和导向性很好可分为：矩形和渐开线型两种3.键的选择计算（1）选择尺寸 （2）强度校核3.1销与键连接知识知识2 2导向平键滑键连接半圆键3.1销与键连接知识知识2 2楔键连接切向键连接3.1销与键连接知识知识2 2花键连接矩形矩形花键渐开线花键3.2齿轮设计基础知识知识1 11.直齿圆柱齿

23、轮常用的材料（1）钢 采用优质碳素结构钢、合金钢和铸钢。锻钢制造的齿轮有两类：软齿面齿轮齿面硬度小于350HBS硬齿面齿轮齿面硬度大于350HBS（2）铸铁（3）非金属材料2.齿轮的许用应力3.齿轮常见的失效形式（1）齿面磨损 （2）齿面胶合3.2齿轮设计基础知识知识1 1（3）塑性变形 （4）齿面疲劳 由于力的反复作用，在表面和次表面产生内应力而导致齿面损伤（5）轮齿折断 由于齿轮的交变应力超过了超过了材料的疲劳极限4.齿轮的设计准则软齿面闭式齿轮传动按齿面接触疲劳强度进行计算来确定齿轮参数和尺寸，然后验算齿轮弯曲强度硬齿面闭式齿轮传动按弯曲疲劳强度计算，确定齿轮的参数和尺寸，然后验算轮齿接

24、触疲劳强度开式齿轮传动按弯曲疲劳强度计算，确定齿轮的参数和尺寸3.2齿轮设计基础知识知识1 15.标准直齿圆柱齿轮传动强度计算（1）受力分析（2）计算载荷（3）齿面接触疲劳强度计算（4）齿轮弯曲疲劳强度计算（5）主要参数的选择齿轮齿数、模数、齿数比、齿宽系数3.2齿轮设计基础知识知识1 13.2齿轮设计基础知识知识1 13.2齿轮设计基础知识知识1 1直齿圆柱齿轮受力分析3.2齿轮设计基础知识知识1 1齿形系数线3.2齿轮设计基础知识知识2 21.斜齿圆柱齿轮的主要参数与几何尺寸2.斜齿轮的当量齿轮概念与斜齿轮法面齿形相同的直齿圆柱齿轮，称为斜齿轮的当量齿轮3.强度计算直齿与斜齿啮合线比较3.

25、2齿轮设计基础知识知识2 2渐开线齿面的形成斜齿圆柱齿轮分度圆柱展开3.2齿轮设计基础知识知识3 31.基本知识2.当量齿轮与当量齿数（1）背锥 圆锥齿轮的轴剖面，三角形OAB代表其分度圆锥。过大端上的A点作球面的切线O1A与其轴线相交于O1点，设想以OO1为轴，O1A为母线作一个圆锥，与该圆锥齿轮的大端球面相切，则三角AO1B所代表的圆锥称为该圆锥齿轮的背锥（2）当量齿数 将齿轮带齿形的背锥展开成平面，则成为扇形齿轮，其齿数为当量齿数3.2齿轮设计基础知识知识3 3圆锥齿轮的背锥背锥与当量齿轮3.2齿轮设计基础知识知识4 41.蜗轮蜗杆传动类型按蜗杆齿廓曲线的形状可分为如下3种：（1）阿基米

26、德圆柱蜗杆（2）渐开线圆柱蜗杆（3）法向直廓圆柱蜗杆按蜗杆螺旋线的旋向分：右旋和左旋按蜗杆头数的不同分：单头、双头和多头3.2齿轮设计基础知识知识4 42.蜗轮蜗杆传动的特点结构紧凑，传动比大，传动平稳无噪声，传动效率为70 % 80%。有自锁时，效率为0.5以下3.蜗轮蜗杆传动的主要参数（1）模数与压力角（2）分度圆直径与蜗杆直径系数（3）蜗杆分度圆导程角和蜗轮分度圆螺旋角（4）蜗杆头数与蜗轮齿数（5）传动比（6）蜗杆传动的中心距 a=(d1+d2)/2=m(q+z2)/2（7）正确啮合条件 mx=mt x=t =3.2齿轮设计基础知识知识4 4蜗轮蜗杆几何尺寸3.2齿轮设计基础知识知识4

27、44. 蜗杆传动的主要失效形式齿面疲劳点蚀，疲劳折断，磨损与胶合5.蜗轮蜗杆常用的材料表表3-83-8蜗轮蜗杆常用材料蜗轮蜗杆常用材料相对滑动速度vs/m.s-1蜗轮材料蜗杆材料与热处理25ZCuSn10Pb120CrMnTi 渗碳淬火：5662HRC20Cr 渗碳淬火：5662HRC 12ZCuSn5PbZn545 高频淬火：4050HRC40Cr 高频淬火：5055HRC10ZCuAl10Fe3ZcuZn38Mn2Pb245高频淬火：4050HRC40Cr 高频淬火：5055HRC2HT150HT20045调质：220250HBS3.2齿轮设计基础知识知识5 51. 圆柱齿轮结构（1）齿轮

28、轴3.2齿轮设计基础知识知识5 5（2）盘状齿轮（3）腹板式齿轮（4）轮辐式齿轮实心结构齿轮腹板式齿轮轮辐式齿轮3.2齿轮设计基础知识知识5 52. 圆锥齿轮的结构（1）实体齿轮和齿轮轴（2）腹板式齿轮（3）加强筋腹板式齿轮齿轮轴腹板式锥齿轮带加强筋的腹板式3.2齿轮设计基础知识知识5 53. 蜗轮蜗杆的结构（1）整体式（2）轮箍式（3）螺纹连接式（4）镶铸式蜗杆结构3.2齿轮设计基础知识知识6 61. 确定传动方案时考虑的因素大功率、高速度、长期工作的机器，宜采用齿轮传动。低速大传动比可用单级蜗杆传动或多级齿轮传动，也可采用带和齿轮组合传动。带传动多用于平行轴传动，齿轮可用于各种方向的轴线传

29、动，蜗杆常用于空间垂直的交错轴传动。带传动可缓冲吸振；闭式齿轮和蜗杆传动可用于高温、潮湿、粉尘、易燃及爆燃的场合。有自锁要求时宜采用螺旋传动或蜗杆传动。改变运动形式的结构应布置在运动系统的末端或低速端3.2齿轮设计基础知识知识6 62. 常见传动机构的性能比较特点平带传动V带传动齿轮传动蜗杆传动螺旋传动常用功率/ kw小（30）中（100）大最大达60000小（50）中单级传动比常用值（最大值）24（6）24（15）圆柱齿轮35（10）锥齿轮23（610）740（80）传动效率0.920.980.900.96开式传动：0.90.96闭式传动：0.950.990.50.7自锁：0.40.45滑动

30、螺旋：0.30.6滚动螺旋：0.850.93许用圆周 速度/m.s-12525306级精度直齿186级精度非直齿365级精度达1001550外廓尺寸大大小小小传动精度低低高高高工作平稳性好好一般好好自锁能力无无无有有使用寿命短短长中等长缓冲吸振能力好好差差差制造及安装精度低高低高高高环境适应性差一般一般一般3.2齿轮设计基础知识知识6 63.3轴的设计基础知识知识1 11. 轴的基本知识（1）作用支承旋转零件，并保持确定的工作位置。（2）类型按承载方式分：心轴只承受弯曲而传递转矩传动轴只传递转矩而不承受弯矩或主要以传递转矩而弯矩很小转轴既承受弯矩又传递转矩心轴3.3轴的设计基础知识知识1 1传

31、动轴转轴3.3轴的设计基础知识知识1 1按轴线的形状不同分：直轴、曲轴和铙性轴直轴铙性轴曲轴3.3轴的设计基础知识知识2 21. 轴的结构工艺性a-键槽布置及300导向锥面b-砂轮越程槽C-螺纹退刀槽3.3轴的设计基础知识知识2 22. 轴上零件的定位与固定要求（1）轴向定位和固定轴肩轴环定位锥面定位套筒固定圆螺母与止动垫圈固定3.3轴的设计基础知识知识2 2双圆螺母固定弹性挡圈固定轴端挡圈固定3.3轴的设计基础知识知识2 2（2）周向固定过盈配合轴孔端结构尺寸紧定套固定3.3轴的设计基础知识知识2 23. 轴的结构设计（1）选择轴的材料 根据传递功率、转速等选择合适的材料和热处理方法（2）估

32、算轴的直径 按所求轴的扭转强度初算直径，若有键槽则应增加4%（直径） （3）初定轴的结构 结构应与联轴器、齿轮、轴承、箱体等与之配合的机构相适应（4）绘制轴的各种图（5）确定危险截面并进行强度校核3.3轴的设计基础知识知识2 23.3轴的设计基础知识知识3 31.尺寸精度（1）基准的选择（2）公差等级的选择齿轮精度123456789101112轴的尺寸精度IT4IT4IT4IT4IT5IT6IT7IT8IT8孔的尺寸精度IT4IT4IT4IT4IT5IT5IT6IT7IT83.3轴的设计基础知识知识3 32.形状与位置精度内容公差项目相应符号公差等级对工作性能的影响形状公差与转动零件轴孔、轴承

33、孔相配合的圆柱面的圆柱孔表图1IT7IT8影响传动零件、轴承与轴的配合松紧及对中性位置公差与传动零件及轴承相配合的圆柱面相对于轴线的径向全跳动表图2IT6IT8影响传动件和轴承的运转偏心与齿轮、轴承定位的端面相对于轴心线的端面圆跳动表图3IT6IT7影响齿轮和轴承的定位及受载的均匀性键槽对轴中心线的对称度表图4IT8IT9影响键受载的均匀性及装拆的难易程度3.3轴的设计基础知识知识3 3轴的形位公差项目与标注3.3轴的设计基础知识知识3 33.表面粗糙度轴的表面粗糙度Ra推荐值与传动件及联轴器等轮毂相配合的表面，取1.63.2与传动件及联轴器相配合的轴肩端面，取6.3 3.2与滚动轴承相配合的

34、外圆柱表面，取0.8 1.63.4轴承知识知识1 11.向心滑动轴承（1）整体式向心滑动轴承（2）剖分向心滑动轴承3.4轴承知识知识1 13.4轴承知识知识1 1（3）调心式滑动轴承 当轴承的宽度B较大时（B/d1.5）应采用该种轴承3.4轴承知识知识1 11.推力滑动轴承重要用于承受轴向载荷，主要类型见图a-实心 b-单环 c-空心 d-多环3.4轴承知识知识2 21. 滑动轴承的摩擦状态分析（1）干摩擦 微观凸峰直接接触，中间不存在任何润滑剂（2）边界摩擦状态 两摩擦表面被吸附于表面的边界隔开（3）液体摩擦状态 两摩擦表面被一液体层隔开，表面凸峰不直接接触（4）混合摩擦状态 处于干摩擦、边

35、界摩擦、液体摩擦间混合状态的摩擦a-干摩擦 b-边界摩擦 c-液体摩擦 d-混合摩擦3.4轴承知识知识2 22. 滑动轴承的主要失效形式（1）磨损 轴与轴承相对运动时，由轴上较硬的物体或硬质颗粒切削或刮擦作用引起轴承表面材料的脱落、损伤，从而破坏摩擦表面（2）胶合 3.4轴承知识知识3 31.滑动轴承的材料锡基轴承合金、铅基轴承合金、铜基轴承合金、黄铜、铝合金、粉末冶金、非金属材料2.轴瓦结构（1）轴瓦与轴承衬的构造 整体式和剖分式轴承衬预制的沟槽轴瓦的结构3.4轴承知识知识3 3（2）油孔、油沟与油室 油沟的形式，如图3.4轴承知识知识4 41.滚动轴承的结构与类型整体结构如图所示滚动体形状

36、如图所示滚动轴承基本结构滚动体形状3.4轴承知识知识4 4（1）0类（双列角接触球轴承）的结构（2）1类（调心球轴承）的结构（3）2类（调心滚子和推力调心滚子轴承）的结构（4）3类（圆锥滚子轴承）的结构（5）4类（双列深沟球轴承）的结构（6）5类（推力和双向推力球轴承）的结构（7）6类（深沟球轴承）的结构（8）7类（角接触球轴承）的结构（9）8类（推力滚子轴承）的结构（10）N类（圆柱滚子轴承）的结构3.4轴承知识知识4 43.4轴承知识知识4 42.滚动轴承类型的选择选择时应考虑如下因素：（1）载荷的大小、方向和性质（2）轴承的转速3.滚动轴承的代号由前置代号、基本代号、后置代号构成（1）基

37、本代号 由类型代号、尺寸系列代号和内径代号组成（2）前置代号 表示成套轴承的分部件，用字母表示（3）后置代号 共分8组，是轴承在结构形状、尺寸公差、技术要求等方面改变时的补充代号3.4轴承知识知识5 51.滚动轴承的失效形式与设计准则（1）疲劳点蚀 是主要失效形式（2）塑性变形 （3）磨损 在润滑不良、多尘和酸、碱等环境下工作，会加速各滚动体之间的磨损与腐蚀2.滚动轴承的寿命计算（1）基本额定寿命 轴承中任一元件上首次出现疲劳点蚀前的总转数或在一定转速下的工作小时数（2）基本额定动载荷与基本额定静载荷（3）当量动载荷与当量静载荷3.滚动轴承精度等级与配合选择（1）轴承的精度等级P2、P4、P5

38、、P6、P0等级别。依次降低（2）公差配合的选择 应遵循的原则：轴承套圈与载荷方向的关系载荷的大小轴承游隙轴承的尺寸公差等级的协调4.轴承部件的固定（1）轴向固定 内圈轴向固定常用方法，如图所示3.4轴承知识知识5 5a-轴肩固定 b-弹性挡圈和轴肩固定 c-轴端挡圈和轴肩固定 d-锁紧螺母与轴肩固定e-开口圆锥紧定套和锁紧螺母在光轴上固定锥孔轴承内圈外圈轴向固定常用的方法如图所示3.4轴承知识知识5 5a-用轴承端盖固定 b-用弹性挡圈凸台固定 c-用止动环嵌入轴承外圈 d-用盖和凸台固定3.4轴承知识知识5 5（2）轴承的支承形式两端单向固定3.4轴承知识知识5 5一端固定一端游动3.4轴

39、承知识知识5 55.轴承部件的调整（1）轴向间隙的调整（2）轴承游隙的调整3.4轴承知识知识5 5a-增加金属垫片 b-磨窄某一套圈宽度C-利用预紧力3.4轴承知识知识5 56.轴承的装拆轴承的安装轴承的拆卸便于拆卸的结构3.4轴承知识知识5 57.滚动轴承的润滑和密封（1）滚动轴承的润滑 目的是减少摩擦和磨损，还有吸振、降温、防锈等作用（2）滚动轴承的密封接触式密封 适用于轴径圆周速度小于45m/s，工作温度小于900的场合非接触式密封 接触式密封结构3.4轴承知识知识5 5a-间隙式密封 b-迷宫式密封 c-毡圈和组合式密封3.5联轴器与离合器知识知识1 11.联轴器连接误差与类型（1）连

40、接误差a-轴向位移 b-径向位移c-偏角位移 d-综合位移3.5联轴器与离合器知识知识1 1（2）类型 弹性联轴器和刚性联轴器固定刚性联轴器套筒联轴器凸缘联轴器3.5联轴器与离合器知识知识1 1可移式刚性联轴器 十字滑块联轴器、齿式联轴器、万向联轴器十字滑块联轴器十字滑块联轴器3.5联轴器与离合器知识知识1 1万向联轴器3.5联轴器与离合器知识知识1 1弹性联轴器 弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器弹性套柱销联轴器弹性柱销联轴器3.5联轴器与离合器知识知识1 12.离合器的类型与结构特性（1）牙嵌式离合器（2）摩擦离合器 单片式和多片式两种类型3.5联轴器与离合器知识知识1 1单片圆盘摩擦离合器

41、多片圆盘摩擦离合器1-主动轴 2-外套筒 3-外摩擦片 4-内摩擦片 5-圆形螺母6-内套筒 7-滑环 8-曲柄压杆 9-从动轴3.5联轴器与离合器知识知识1 1摩擦片的结构形式a-外摩擦片 b-内摩擦片 c-碟形内摩擦片 3.5联轴器与离合器知识知识1 1（3）电磁离合器 利用电磁原理操纵离合器可动部分移动来实现离合a-基本结构 b-外摩擦片1-外套筒 2-衔铁 3-外摩擦片4-内摩擦片 5-衔铁 6-线圈7-内套筒3.5联轴器与离合器知识知识1 1（4）安全离合器 在其传递的转矩达到某一定值时能自动脱离，具有过载保护作用；分为牙嵌式和滚珠式两种牙嵌式安全离合器滚珠式安全离合器1-主动轮 2

42、-从动轮 3-外套筒 4-螺母3.5联轴器与离合器知识知识2 21.联轴器的标注方法联轴器型号=（主动端：）轴孔形式代号键槽形式代号轴孔直径轴孔配合长度 （从动端：）轴孔形式代号键槽形式代号轴孔直径轴孔配合长度2.联轴器的选择（1）类型选择 两轴能严格对中时，可选择固定式联轴器；若两轴偏斜较大时可选用移式联轴器（2）尺寸选择 联轴器的尺寸与被连接轴的直径、转矩和转速有关一般以计算转矩为依据Tc=KTT-联轴器传递的公称转矩，N.m K-工作情况系数，具体值查表3.17项目四项目四 螺纹设计基础螺纹设计基础4.1 螺纹连接与传动基础4.2 螺纹连接设计基础4.1螺纹连接与传动基础知识知识1 11

43、.基本知识（1）螺纹类型与主要参数 按牙型不同分为：普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿型螺纹等主要参数 大径（d）螺纹最大直径,公称直径小径（d1）螺纹的最小直径中径（d2）螺纹轴向截面内，牙型上沟槽和凸起宽度相等处的假想圆柱直径螺距（P）螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离导程（S）在同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离螺旋升角、牙型角、4.1螺纹连接与传动基础知识知识1 14.1螺纹连接与传动基础知识知识1 1（2）螺纹标注 包括：螺纹代号、螺纹公差代号、螺纹旋合长度螺纹代号：包括牙型代号、公称直径、螺距和旋向组成2.螺纹连接类型（1）螺栓连接 分普通和配合连

44、接两种（2）双头螺柱连接 （3）螺钉连接（4）紧定螺钉连接4.1螺纹连接与传动基础知识知识1 14.1螺纹连接与传动基础知识知识1 1双头螺柱连接 螺钉连接 紧定螺钉连接4.1螺纹连接与传动基础知识知识1 13.螺纹连接件（1）螺栓（2）双头螺柱（3）螺母（4）连接螺钉和紧定螺钉（5）垫圈双头螺柱的形式螺栓的形式4.1螺纹连接与传动基础知识知识1 14.1螺纹连接与传动基础知识知识1 14.1螺纹连接与传动基础知识知识1 1紧定螺钉形式垫圈的形式4.1螺纹连接与传动基础知识知识1 11.螺旋传动的类型和应用（1）调整螺旋 螺杆转动并移动、螺母移动（2）传力螺旋 一般为螺母固定，螺杆转动并移动（

45、3）传导螺旋 螺杆转动、螺母移动2.滚动螺旋传动的结构特点按钢球返回装置不同分：内循环与内循环4.1螺纹连接与传动基础知识知识1 1滚动返回装置4.2螺纹连接设计基础知识知识1 11.普通螺栓的选择（1）松连接 工作时只承受轴向工作载荷（2）紧连接 承受横向和轴向两类工作载荷只分松螺栓连接受横向载荷连接4.2螺纹连接设计基础知识知识1 1承受轴向载荷的连接2.配合螺栓的选择（1）剪切与剪切强度（2）挤压与和挤压强度4.2螺纹连接设计基础知识知识1 1铰制孔用螺栓受剪切分析4.2螺纹连接设计基础知识知识1 1螺栓的挤压形成4.2螺纹连接设计基础知识知识2 21.摩擦力防松（1）弹簧垫圈防松（2）

46、对顶螺母防松（3）尼龙圈锁紧螺母2.机械防松（1）六角开槽螺母加开口销（2）圆螺母止动垫圈（3）带舌止动垫圈3.其他防松的方法摩擦力防松4.2螺纹连接设计基础知识知识2 2机械防松结构4.2螺纹连接设计基础知识知识2 2冲点与黏合防松项目五项目五 机械零件制造基础机械零件制造基础5.1 零件加工设备5.2 零件加工设备5.1零件加工设备知识知识1 11.机床的运动机床的运动分为：表面成形运动和辅助运动车削外圆表面所需的运动5.1零件加工设备知识知识1 12.机床的分类与型号（1）机床的分类 按照加工刀具和用途方式分为车床、镗床、齿轮加工机床、磨床、铣床、拉床、特种加工机床等按加工精度分相对精度

47、等级和绝对精度等级按使用范围分通用、专门化和专用机床按自动化程度分受动机床、机动机床、半自动机床和自动机床按机床机构布局形式分立式、卧式和龙门式（2）机床型号标注含义 5.1零件加工设备知识知识1 1/左起第一位是分类代号，用阿拉伯数字表示。左起第二位是类别代号，用汉语拼音字母表示。左起第三位是通用特性结构特性代号，用汉语拼音字母表示。左起第四位是组、系代号，用阿拉伯数字表示。左起第五位是主参数或设计顺序号，用阿拉伯数字表示。左起第六位是第二主参数，用阿拉伯数字表示。左起第七位是重大改进顺序号，用汉语拼音字母表示。左起第八位是同一机床的变型代号，用阿拉伯数字表示。左起第九位是企业代号，用汉语拼

48、音字母表示。5.1零件加工设备知识知识2 21.车床（1）CA6140卧式车床的组成，如图 5.1零件加工设备知识知识2 2（2）CA6140卧式车床的主要技术参数床身上最大工件回转直径为400mm。中滑板上最大工件回转直径为210mm。工件最大长度(四种规格) 分别是750 ； 1000；1500 ； 2000mm。主轴中心高度是205mm。主轴内孔直径是48mm。主轴前端锥孔的锥度是莫氏6号。主轴转速：正转(24级)是101400r/min；反转(12级)是141580r/min。车削螺纹范围：普通螺纹螺距(44种标准螺距) 1192mm；英制螺纹螺距(20种标准螺距) 224牙/英寸；模

49、数螺纹(39种标准螺距) 0.2548mm；径节螺纹(37种标准螺距) 196牙/英寸； 进给量：纵向64级；一般进给量0.081.59mm/r；小进给量0.028 0.054mm/r ；加大进给量1.716.33mm/r。横向64级；一般进给量0.040.79mm/r；小进给量0.0140.027mm/r；加大进给量0.863.16mm/r。主电动机功率/转速为7.5kW，1450r/min。快速电动机功率/转速0.25kW，2800r/min。 尾座顶尖套锥孔锥度为莫氏5号。 机床工作精度: 圆度为0.0020.005mm；精车端面平面度为0.050.01mm；表面粗糙度Ra为3.20.8

50、m。5.1零件加工设备知识知识2 25.1零件加工设备知识知识2 22.磨床（1）外圆磨床基本结构 如图外圆磨床用途与运动万能外圆磨床具有下列运动：磨外圆时砂轮的旋转主运动v；磨内孔时砂轮的旋转主运动v/；工件的圆周进给运动vw；工件的往复纵向进给运动fa；砂轮的横向进给运动fr。此外，机床还具有两个辅助运动：为装卸和测量工件方便所需的砂轮架横向快速进退运动，装卸工件时尾架套筒的伸缩运动。 5.1零件加工设备知识知识2 25.1零件加工设备知识知识2 2（2）外圆表面的磨削方法 中心磨和无心磨在中心磨床上磨削外圆，包括在卧式外圆磨床或万能外圆磨床上磨外圆。磨削时以工件两端中心孔定位。大型的轴在

51、磨削时，应使用中心架，常见的磨削方法有：纵磨、横磨、综合磨和深磨 纵磨 横磨5.1零件加工设备知识知识2 2复合磨削法 深磨法5.1零件加工设备知识知识2 2无心磨削示意图5.1零件加工设备知识知识2 23.刨床与插床以刨刀的直线往复运动为主运动以方向与之垂直的工件的间歇运动为进给运动（1）龙门刨床5.1零件加工设备知识知识2 2（2）牛头刨床（3）插床牛头刨床5.1零件加工设备知识知识2 24.铣床主要功能如图所示（c）铣槽 （d）铣形成槽 （e）铣螺旋槽（a）铣平面 （b）铣台阶5.1零件加工设备知识知识2 2（f）切断 （g）铣凸轮 （h）立铣刀铣平面 （i）铣成形面 （j）铣齿轮 （k

52、）组合铣刀铣台阶5.1零件加工设备知识知识2 2万能工具铣床5.1零件加工设备知识知识2 25.齿轮滚齿机主要构成如图所示5.1零件加工设备知识知识2 26.数控机床（1）普通数控机床 普通数控机床一般指在加工工艺过程中的一个工序上实现数字控制的自动化机床，如数控铣床、数控车床、数控钻床、数控磨床与数控齿轮加工机床等。普通数控机床在自动化程度上还不够完善，刀具的更换与零件的装夹仍需人工来完成。 （2）加工中心 加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。它将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能组合在一起，零件在一次装夹后，可以将其大部分加工面进行铣、镗、钻、扩、铰及攻螺纹等多工序加工。（3）点控

53、制系统（4）电位直线控制系统（5）轮廓控制系统 5.1零件加工设备知识知识2 2数控钻床加工示意图 数控铣床加工示意图轮廓控制系统加工5.1零件加工设备知识知识2 2（1）加工中心的特点（2）加工中心的基本构成 基础部件、主抽部件、数控系统、自动换刀系统 、辅助装置（3）加工中心的分类 按照机床形态分类有：卧式加工中心、立式加工中心、龙门式加工中心 、万能加工中心 按换刀形式分类有：带刀库、机械手的加工中心 、无机械手的加工中心、转塔刀库式加工中心 5.2零件加工介绍知识知识1 11.仿形法齿轮的仿形加工如图所示a盘状铣刀 b指状铣刀5.2零件加工介绍知识知识1 12.展成法齿轮的展成加工是利

54、用一对齿轮或齿条与齿轮相互啮合时，其共轭齿廓互为包络线的原理来切齿的，如图所示齿轮插齿加工5.2零件加工介绍知识知识1 1滚刀切齿5.2零件加工介绍知识知识2 2键槽的加工根据形状的不同，可采用不同的方法a圆头平键加工 b方头平键加工项目六项目六 机械维修基础机械维修基础6.1 机械维修基本知识6.2 维修基本方法与手段机器维修保养的目的延长机器的使用寿命、便于规范管理、提高工效减少维修成本6.1机械维修基本知识知识知识1 16.1机械维修基本知识知识知识2 21.状态修所谓状态修是指：机器或设备不进行计划性的维修，基本上短期内无修理计划。它的特点是在使用使或工作过程中，随时出现故障随时进行维修。该种维修的缺点是突发性强，对机器的正常使用影响很大，降低使用效率。事实上任何机器设备都不是绝对的状态修，如自行车是典型的状态修，基本上是出现故障后，再进行维修。但实际上自行车的三套轴（前、中、后），每年应进行一次拆卸、清洗、更换油脂、检查轴瓦和滚珠等修理。只不过是没有成文的计划而已。2.计划修所有工程机械设备都有自己的维修计划，很多设备