机械基础演示文稿少学时课件

机械基础演示文稿少学时机械基础演示文稿少学时机械基础演示文稿少学时绪论

●机器是人根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，用来变换和传递能量、物料与信息，以代替或减轻人们的体力劳动和脑力劳动。

●机器的组成（图０－２）:

机械基础演示文稿少学时机械基础演示文稿少学时机械基础演示文稿1

绪论

●机器是人根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，用来变换和传递能量、物料与信息，以代替或减轻人们的体力劳动和脑力劳动。

●机器的组成（图０－２）:

绪论

●机器是人2●机器的结构

（1）零件——构成机器的不可拆的制造单元。

通用零件：在各类机器中普遍使用的零件。

专用零件：只是在某些机器中使用的零件。

（2）部件——在机器中，由若干零件装配在一起，构成具有独立功能的部分，如轴承、联轴器、离合器、减速器等。

（3）构件——构成机器的各个相对运动单元。构件一般由若干个零件刚性连接而成，也可能是单一的零件。

（4）机构——用来传递运动和力的构件系统。复杂的机器由多种机构构成，简单的机器可能只含有一种机构。

（5）如果单从结构和运动的角度去分析，机构与机器之间并无区别，因此，可将机构和机器总称为机械。

●机器的结构

（1）零件——构成机器的不可拆的制造单元。

3机械的类型

机械按用途分类，可分为动力机械、加工机械、运输机械和信息机械等。

动力机械——用来实现机械能与其他形式能量之间的转换，如电动机、内燃机、发动机、液压泵、压缩机等。

加工机械——用来改变物料的状态、性质、结构和形状，如机床、粉碎机、压力机、织布机、包装机等。

运输机械——用来改变人或物料的空间的位置，如汽车、火车、缆车、轮船、飞机、电梯、起重机、输送机构等。

信息机械——用来获取或处理各种信息，如复印机、打印机、传真机、绘图机、数码相机、数码摄像机等。机械的类型

机械按用途分类，可4第一节金属材料分类第一节金属材料分类5

第二节钢铁材料生产过程概述

●钢铁材料是铁和碳的合金。

●钢铁材料按其碳的质量分数w（C）(含碳量)进行分类，可分为

工业纯铁（w（C）＜0.0218%）；

钢（w（C）=0.0218%～2.11%）

白口铸铁或生铁（w（C）＞2.11%）。

●生铁是由铁矿石经高炉冶炼获得，它是炼钢和铸造生产的主要原材料。

第二节钢铁材料生产过程概述

6碳素钢

●低碳钢——w（C）≤0.25%。用于制作铆钉、螺钉、连杆、渗碳件、冲压件等，如10钢、15钢、20钢、25钢。

●中碳钢——w（C）=0.25%～0.65%。用于制作齿轮、轴、蜗杆、丝杆、连接件等，如30钢、40钢、45钢、50钢、55钢等。

●高碳钢——w（C）＞0.65%。用于制作弹簧、弹性元件、工具、量具、刀具、磨具等，如70钢、75钢、80钢、85钢、T7钢、T8钢、T9钢、T10钢、T12钢等。

碳素钢

●低碳钢——w7合金钢

●合金结构钢——用于制造各类机械零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。

●合金工具钢——用于制造各类刀具、工具、模具、量具等。

●特殊性能钢——用于制造特殊场合的工件，包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。

合金钢

●合金结构钢——8●铸钢——w（C）＜0.70%，用于铸造要求较高性能（如强度和塑性）和复杂形状的零件，如机座、箱壳、齿轮、曲轴等。

●铸铁——w（C）＞2.11%，用于铸造复杂形状的铸件，如机座、箱壳、床身、齿轮、曲轴、井盖等。

●铸铁主要有：白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、特殊性能铸铁等。

●铸钢——w（C）＜0.70%，用于铸造要求较高性能（如强9●铜合金——具有减摩性和耐腐蚀性，用于制作轴瓦、管接头、蜗轮、螺母等。

●铸造锡基和铅基轴承合金——具有减摩性、抗烧伤性、磨合性、导热性和耐腐蚀性，用于制作滑动轴承的减摩层。

●工程塑料——包括热塑性塑料（如尼龙、聚乙烯等）和热固性塑料（如酚醛塑料、氨基塑料等）。用于制作绝缘件、密封件、耐腐蚀件、透明件、传动件、减摩件等。

●橡胶——包括普通橡胶和特种橡胶。用于制作密封件、减振件、传动带、绝缘件、轮胎等。●铜合金——具有减摩性和耐腐蚀性，用于制作轴瓦、管接头、蜗轮10材料选用原则

●使用要求——分析材料的服役条件，如受力状态、载荷性质、工作温度（高、低温）、环境条件等。受力状态有拉、压、弯、扭等；载荷性质有静载荷、冲击载荷、循环应力等；环境条件有加润滑剂的，有接触酸、碱、盐、海水、粉尘、磨粒的等。此外，有时还需考虑导电性、磁性、膨胀、导热、密度等特殊要求。。

●工艺要求——它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等。例如，形状复杂的箱体零件，适宜采用铸造成形，应选铸造性能好的材料。

●经济性——在满足使用性能的前提下，选用金属材料时应注意降低零件的总成本。材料选用原则

●使用11

机械零件的承载能力

●失效——机械零件丧失工作能力或达不到要求的性能的现象，如强度不足、断裂、过大的弹性变形或塑性变形、磨损、连接松动、泄漏、精度达不到要求等。

●工作能力——零件不发生失效时的安全工作限度。对载荷来说，工作能力就是承载能力。

●强度——零件在力的作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。强度的高低直接反映零件承载能力的高低。

机械零件的承载能力

●失效——机械12

载荷

●载荷——具体表现形式是力（拉力、压力、切向力等）、力矩（弯矩、转矩），或由力与力矩联合作用。

●静载荷——载荷大小或方向不随时间变化或变化缓慢的载荷。

●动载荷——载荷大小或方向随时间变化的载荷。

●名义载荷——根据动力机的额定功率P（kW）和额定转速n（r/min）计算出的载荷，如力、转矩等。载荷13应力应力——单位面积上的内力。静应力——大小或方向不随时间变化或变化缓慢的应力。变应力——大小或方向随时间变化的应力。循环应力——具有周期性的变应力，包括脉动循环变应力、对称循环变应力和非对称循环变应力。应力应力——单位面积上的内力。14铝及铝合金

纯铝主要用于制作质轻、导热或耐腐蚀但强度不高的构件。铝合金是以铝为基础，加入一种或几种其他元素(如铜、镁、硅、锰、锌等)构成的合金。铸造铝合金是指可采用铸造成形方法直接获得铸件的铝合金。铝及铝合金纯铝主要用于制作质轻、导热或耐腐蚀但强15

铜及铜合金

●纯铜一般用于制作电线、电缆、导热零件及配置铜合金。黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。普通黄铜是由铜和锌组成的铜合金。特殊黄铜是在普通黄铜中再加入其它元素所形成的铜合金。黄铜主要用于制造弹壳、散热器、垫片、螺母、垫片、机电零件等。锡青铜是以锡为主加元素的铜合金，如QSn4-3、ZCuSn10P1等，用于制造轴瓦、轴套等。铝青铜是以铝为主加元素的铜合金，如QAl7等，用于制造齿轮、轴套、蜗轮等。铍青铜是以铍为主加元素的铜合金，如QBe2等，用于制作弹性元件、电焊机电极等。铜及铜合金

●纯铜16碳素钢

●碳素钢按碳的质量分数高低分类，可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。按钢中有害杂质元素S、P的质量分数高低分类，可分为普通质量钢、优质钢和高级优质钢。按用途分类，可分为碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢。

●碳素结构钢——主要有Q195、Q215、Q235、Q275系列，如Q235AF表示屈服强度大于235MPa、A等级质量、沸腾钢（F）。

●优质碳素结构钢——主要有08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85钢等，如45钢表示W（C）=0.45%的优质碳素结构钢。

●碳素工具钢——主要有T7或T7A、T8或T8A、T9或T9A、T10或T10A、T12或T12A、T13或T13A等。

●铸造碳钢——主要有ZG200-400、ZG230-450等。碳素钢17

合金钢

合金钢主要有低合金高强度结构钢、合金结构钢、滚动轴承钢、合金渗碳钢、合金工具钢、特殊性能钢等。

●低合金高强度结构钢，如Q390A表示屈服强度大于390MPa，质量等级是A的低合金高强度结构钢，主要用于制造桥梁、容器、汽车等。

●合金结构钢，如40Cr表示W（C）=0.4%，W（Cr）＜1.5%，此类钢主要用于制造齿轮、轴、连杆、弹簧等。

●滚动轴承钢，如GCr15表示W（Cr）=1.5%的滚动轴承钢，主要用于制造滚动轴承的滚动体和内圈、外圈，其次也用于制作量具、模具、低合金刃具等。

●合金工具钢，如9SiCr钢、Cr12MoV钢、W18Cr4V钢

等，主要用于制造切削刀具、丝杆、量具、模具等。

●特殊性能钢包括不锈钢、耐热钢和耐磨钢等，主要用于制造具有特殊性能要求的零件等，如ZGMn13-3等。合金钢

18

钢的热处理

●热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。

●热处理的目的是提高钢的力学性能，发挥钢材的潜力，提高工件的使用寿命，消除毛坯中的缺陷，改善钢材的工艺性能，为后续工序作准备。

●热处理工艺过程由加热、保温、冷却三个阶段组成，并可用热处理工艺曲线来表示。

●常用的热处理加热设备有箱式电阻炉、盐浴炉、井式炉、火焰加热炉等。

●常用的冷却设备有水槽、油槽、盐浴、缓冷坑、吹风机等。钢的热处理

●热19热处理工艺分类预先热处理包括退火、正火、调质，其目的是为了消除和改善前一道工序所造成的某些组织缺陷及内应力，为以后的切削加工和最终热处理做组织准备，主要用来处理毛坯件（如铸件、锻件、焊件等）。最终热处理包括淬火、回火、调质、表面淬火、化学热处理等，其目的是为了使工件获得所需要的性能。钢在加热或冷却过程中，发生相变的温度称为临界点（或相变点）。钢在加热或冷却时的组织和临界点见下图：

热处理工艺分类预先热处理包括退火、正火、调质，其目的是为了消20

21钢的退火与正火

一退火

●退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

●退火的目的是消除钢铁材料的内应力；降低钢铁材料的硬度，提高其塑性；细化钢铁材料的组织，均匀其化学成分，为最终热处理做组织准备。

●退火通常分为：完全退火、去应力退火、等温退火、球化退火、均匀化退火等。

●完全退火是将钢件加热到临界点以上30～50℃，保温一段时间，随炉缓慢冷却，以获得接近平衡组织的退火工艺。

●去应力退火是将钢件加热到临界点以下100～200℃，保温一定时间后，随炉缓慢冷却至200℃，再出炉冷却的退火工艺。钢的退火与正火

22二、正火

正火是指将件加热到临界点以上30～50℃，保温一定时间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺。正火的目的是细化晶粒，提高钢材硬度，消除钢材中的网状碳化物（或渗碳体），并为淬火、切削加工等后续工序作组织准备。二、正火

23钢的淬火

●淬火是将钢件加热到临界点以上30～50℃，保温一段时间，以大于淬火临界冷却速度冷却，获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。

●马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高，用符号M表示。

●马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。故马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。

●淬火的主要目的是使钢铁材料获得马氏体(或贝氏体)组织，提高钢铁材料的硬度和强度，并与回火工艺合理配合，获得需要的使用性能。

钢的淬火

24淬火加热温度与淬火介质淬火加热温度亚共析钢是Ac3以上30℃～50℃。

●共析钢和过共析钢是Ac1以上30℃～50℃。常用淬火冷却介质：水、油、盐浴、碱浴和空气等。淬火加热温度与淬火介质淬火加热温度25淬火方法

常用的淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火。

淬火方法

26钢的回火

●回火是将淬火钢件重新加热到临界点以下的某一温度，保温一定时间后冷却到室温的热处理工艺。

●根据钢件在回火时的加热温度不同，可将回火分为低温回火、中温回火和高温回火三种。

●低温回火的温度范围是250℃以下。淬火钢经低温回火后，获得的硬度是58～64HRC。

●中温回火的温度范围是250℃～450℃。淬火钢经中温回火后，获得的硬度是35～50HRC。

●高温回火的温度范围是500℃以上。淬火钢经高温回火后，获得的的硬度是200～330HBW

。

钢的回火

●回27

塑料是指以树脂(天然、合成)为主要成分，再加入其他添加剂，在一定温度与压力下塑制成形的材料或制品的总称。

树脂是指受热时有软化或熔融范围，在软化时受外力作用下有流动倾向的有机高分子化合物，它是组成塑料的最基本成份，一般其质量分数为30%～40%。根据树脂在加热和冷却时所表现的性质，可将塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两类。按塑料的应用范围可分为通用塑料、工程塑料和耐高温塑料。工程塑料是指能在较宽温度范围内和较长使用时间内保持优良性能，能承受机械应力并作为结构材料使用的塑料。

塑料是指以树脂(天然、合成)为主要成分，再加入其28热塑性塑料

聚乙烯（PE）——密度小，耐腐蚀，电绝缘性好，主要用于制作薄膜。聚氯乙烯（PVC）——耐化学腐蚀，不燃烧，容易加工，耐热性差，主要用于制作薄膜、日用品、板材、管材等。聚苯乙烯（PS）——加工性能好，电绝缘性好，脆性大，耐热性差，主要用于制作电器零件（表盘、罩、壳等）、泡沫材料。聚丙烯（PP）——密度小，是最轻的塑料，耐热性好，主要用于制作加热薄膜、化工管道、容器、机械零件等。ABS塑料——坚硬，易加工成形和电镀，主要用于制作电器、汽车、机械等零件。聚酰胺（PA）——俗称尼龙，强度高，耐磨，减振，主要用于制作小型零件。聚碳酸酯（PC）——俗称透明金属，化学稳定性好，主要用于制作透明零件。聚四氟乙烯（PTFE或F-4）——俗称塑料王，耐腐蚀，耐高温，主要用于制作化工零件，如管道、泵等。酚醛塑料（PF）——俗称电木，绝缘性能好，耐腐蚀，主要用于制作电子器件、机械零件、水润滑轴承等。热塑性塑料聚乙烯（PE）——密度小，耐腐蚀，29

复合材料是由两种或两种以上不同物理或化学性质或不同组织结构的材料，以微观或宏观形式组合而成的多相材料。

●纤维增强树脂基复合材料——主要有玻璃纤维-树脂基复合材料（玻璃钢），主要用于制作机器的护罩、化工容器、管道、船体等。

●碳纤维-树脂基复合材料——主要有碳纤维与酚醛、聚四氟乙烯等树脂组成的复合材料，具有密度小，强度高，抗疲劳，耐热，耐腐蚀等优点，主要用于制作钓鱼杆、球拍、航空航天构件、机械零件等。

●有机纤维-树脂基复合材料——主要有芳香族聚酰胺（芳纶）与环氧、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酯等树脂组成的复合材料，主要用于制作防弹衣、机身、轻型舰船等。

●叠层或夹层复合材料——主要由两层或两层以上的不同材料经热压胶合而成。主要用于制作装饰材料、机械零件、特殊功能此案料等。

复合材料是由两种或两种以上不同物理或化学性质或不同组30

材料选择及应用

●选用材料时，应在满足零件工作要求的前提下，最大限度地发挥材料的潜力，提高材料的性能价格比。

●选材的基本原则是：先考虑材料的使用性能，然后再综合考虑材料的工艺性能和经济性。

●使用性能是指零部件在工作过程中应具备的力学性能、物理性能和化学性能。它是选材的最要依据。对于机械零件来说，最重要的是在分析零部件的工作条件（如温度、载荷、环境等）和失效形式的要求基础上，提出相应的性能指标，然后根据性能指标进行材料预选。

●失效分为过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类。

●工艺性能是指材料进行加工的难以程度。工艺性能对零件的加工质量、加工效率和加工成本有直接的影响。加工性能包括切削加工性能、铸造加工性能、锻造加工性能、焊接加工性能、热处理性能等。材料选择及应用

●选用31典型零件选材实例一、齿轮类零件的选材

调质钢用于制造两种齿轮：一种是对耐磨性要求较高，而冲击韧性要求一般的硬齿面（＞40HRC）齿轮，通常采用45、40Cr、42SiMn等钢制造，经调质处理后进行表面高频感应加热淬火和低温回火。另一种是对齿面硬度要求不高的软齿面（≤350HBW）齿轮，通常采用45、40Cr、42SiMn，35SiMn等钢制造。渗碳钢主要用于制造高速、重载、冲击比较大的硬齿面（>55HRC）齿轮，如汽车变速箱齿轮、汽车驱动桥齿轮等，常用20CrMnTi，20CrMnMo，20CrMo等钢制造，经渗碳、淬火和低温回火后获得表面硬而耐磨，心部强韧、耐冲击的组织。典型零件选材实例一、齿轮类零件的选材渗碳钢主要用于制造高速32

二、轴类零件的选材

（1）承受交变应力和动载荷的轴类零件，如船用推进器轴、锻锤锤杆等，应选用淬透性好的调质钢，如30CrMnSi、35CrMn、40MnVB、40CrMn、40CrNiMo钢等。

（2）主要承受弯曲和扭转应力的轴类零件，如变速箱传动轴、发动机曲轴、机床主轴等。这类轴在整个截面上所受的应力分布不均匀，表面应力较大，心部应力较小，这类轴不需选用淬透性很高的钢种，可选用合金调质钢，如汽车主轴常采用40Cr、45Mn2等钢制造。

（3）高精度、高速传动的轴类零件，如镗床主轴常选用渗氮钢38CrMoAlA等，并进行调质及渗氮处理。

（4）对中、低速内燃机曲轴，以及连杆、凸轮轴，可以选用球墨铸铁制造，不仅满足了力学性能要求，而且制造工艺简单，成本低。

二、轴类零件的选材

（1）承受交变应力和动33三、箱体类零件的选材

对于一些受力较大，要求高强度、高韧性，甚至在高温高压下工作的箱体类零件，如汽轮机机壳，可选用铸钢；对于一些受冲击力不大，而且主要承受静压力的箱体可选用灰口铸铁（如HT150、HT200等）；对于受力不大，要求自重轻或热导性良好的箱体类零件，要选用铸造铝合金，如汽车发动机的缸盖；对于受力很小，要求自重轻和耐腐蚀的箱体类零件，可选用工程塑料；对于受力较大，但形状简单的箱体类零件，可采用型钢（如Q235、20、16Mn等）焊接制作。

三、箱体类零件的选材

对于一些受力较大，34四、常用工具的选材

●锉刀是重要的钳工工具，要求有高硬度（刃部64～67HRC）和高耐磨性，通常用T12钢制造。

●手用锯条也是常用的钳工工具，要求高硬度、高耐磨性、较好的韧性和弹性，通常用T10、T12或20钢渗碳制造。手用锯条一般经过淬火加低温回火。大量生产时，可采用高频感应加热淬火，使锯齿淬硬而保证锯条整体的韧性和弹性。

●一般刀具的制造选用合金工具钢，如W18Cr4V、CrWMn、9SiCr等钢，其热处理工艺为淬火加高温回火（或低温回火）。

四、常用工具的选材

●锉刀是重要的钳工工具，要求有高硬度35力的基本知识力的定义——力是物体间的相互作用，这种作用使物体的运动状态发生变化，同时使物体发生变形。力的三要素——力的大小、力的方向和力的作用点。力的图示——力是矢量，可用一条有向线段来表示。力的单位——N（牛）或kN（千牛）。图2-6力的基本知识力的定义——力是物体间的相互作用，这种作用使物体36静力学公理刚体——受力后其大小和形状都保持不变的物体。二力平衡公理——作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要和充分条件是：两力大小相等，方向相反且作用在同一直线上。二力杆——只两个力作用（不考虑自重）而处于平衡的构件。其特点是所受的两个力方向必定沿着作用点的连线。图2-7静力学公理刚体——受力后其大小和形状都保持不变的物体。图2-37加减平衡力系公理

●作用于物体上的一群力称为力系。

●如果物体在力系的作用下处于平衡，这样的力称为平衡力系。

●加减平衡力系公理——在作用于刚体上的任一力系中，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。

加减平衡力系公理

●38●力的平行四边形公理——作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由这两力为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。

●合力等于两个分力的矢量和，即FR=F1+F2

●力的平行四边形公理——作用于物体上同一点的两个力，可以合成39●三力平衡汇交定理——刚体受不平行的三个力作用而平衡时，这三个力的作用线必汇交于一点。

●作用与反作用公理——两物体间相互作用的力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反，沿同一作用线，并分别作用于两个相互作用的物体上。●三力平衡汇交定理——刚体受不平行的三个力作用而平衡时，这三40力矩力矩——工程上以乘积Fd并加以适当的正号或负号作为力F使物体绕O点转动效应的度量，称为力F对O点之矩，简称力矩。对大小力矩的符号是mo（F）力矩的大小是：mo（F）=±FdO点称为力矩中心，简称矩心。O点到力F作用线间的垂直距离d称为力臂。力矩的方向——力使物体绕矩心作逆时针方向转动时，力矩为“正”；反之，力矩为“负”。力矩的单位是：N·m（牛·米）。图2-14力矩力矩——工程上以乘积Fd并加以适当的正号或负号作为力F使41合力矩定理平面汇交力系——各力的作用线在同一平面内并且相交于一点的力系。平面汇交力系的合力对平面内任一点之矩，等于各分力对同一点之矩的代数和，即mO（FR）=∑mO（F）合力FR对O点的力矩等于其分力F1和F2对O点力矩的代数和。图2-17合力矩定理平面汇交力系——各力的作用线在同一平面内并且相交于42力偶力偶——大小相等、方向相反、作用线不重合的两个平行力所组成的力系称为力偶。力偶平面——力偶中两力所在的平面称为力偶平面。力偶臂——力偶中两力之间的垂直距离d称为力偶臂。力偶矩——m=±Fd力偶没有合力。力偶不能用一个力来代替，也不能用一个力来平衡，力偶只能用力偶来平衡。图2-18力偶力偶——大小相等、方向相反、作用线不重合的两个平行力所组43力偶的等效性力偶中两力对其作用面内任一点的力矩的代数和为一常数，并等于力偶矩（Fd）。力偶对物体的转动效应完全决定于力偶矩的大小与转向，而与矩心的位置无关。等效力偶——如果两个力偶的力偶矩大小相等而且转向相同，则这两个力偶对物体就有相同的转动效应。推论1——力偶可以在其作用面内任意转移，而不会改变该力偶对物体的作用效果。推论2——在保持力偶矩的大小和转向不变的条件下，可以任意改变力偶中的两力和力偶臂的大小，而不改变力偶对物体的作用效果。图2-21力偶的等效性力偶中两力对其作用面内任一点的力矩的代数和为一常44力的平移平移定理——可以将作用在刚体上的点A的力F平行移到另一点B，但必须附加一个力偶，这个力偶就等于原来的力F对新作用点B的矩。由平移定理可知，可以将一个力替换成同平面内的一个力和一个力偶；反之，同一平面内的一个力和一个力偶也可以用一个力来等效替换。图2-25a（单手用力，丝锥容易折断）图2-25b（双手对称用力，丝锥不容易折断）力的平移平移定理——可以将作用在刚体上的点A的力F平行移到另45约束约束——凡是对物体运动起限制作用的周围物体，就称为约束。约束反力——约束作用于被约束物体上的力，是限制被约束物体运动的力，其方向与其所限制的被约束物体的运动方向相反。主动力——使物体产生运动或运动趋势的力。柔体约束——由绳索、胶带、链条等各种柔性物体所形成的约束。其特点是只能受拉。约束约束——凡是对物体运动起限制作用的周围物体，就称为约束。46光滑接触面（线）约束物体与光滑接支撑面接触时，由于不计摩擦，因此支撑面不能限制物体沿其切线方向移动，仅能阻止物体沿接触面的法线方向向下运动。光滑接触面给被约束物体的力的方向必沿着接触面的公法线，并且只能是指向被约束物体。图2-32光滑接触面（线）约束物体与光滑接支撑面接触时，由于不计摩擦，47光滑圆柱铰链约束圆柱铰链——是指用圆柱形销钉将两个构件连接在一起所形成的约束。光滑圆柱铰链约束——是指不计接触处的摩擦所形成的圆柱铰链约束。光滑圆柱铰链约束的特点——约束反力一定通过接触点的公法线方向，即通过销钉的中心。铰链约束只能限制两物体间的相对移动，不能限制其转动。1.固定（中间铰）支座如果相连的两个构件有一个固定在地面或机架上，则称为固定铰支座或固定铰链。如果相连的两个构件均无固定，则称为中间铰链连接，简称中间铰。固定铰支座或中间铰链的约束反力是过接触点并通过销钉的中心，由于接触点的位置不确定，故约束反力的方向不确定，一般用两个正交分力来表示。图2-35光滑圆柱铰链约束圆柱铰链——是指用圆柱形销钉将两个构件连接在48光滑圆柱铰链约束2.活动铰支座如果在固定铰支座的下两放置一排辊轴，支座便可以沿着支承面移动，这样的约束称为活动铰支座。活动铰支座只能限制物体沿垂直于支承面方向的运动，不能限制物体沿支承面的运动和绕销钉的转动，其约束反力通过铰链中心并垂直于支承面。图2-36b和c3.固定端约束固定端约束——物体一端固定，既不能移动，又不能转动。固定端约束的特点是：产生一个约束反力和一个约束力偶，他们的方向由物体所受的主动力决定，一般约束反力用两个正交分力表示。图2-37d光滑圆柱铰链约束2.活动铰支座3.固定端约束49光滑圆柱铰链约束4.二力杆约束二力杆约束特点是：约束反力必沿着两铰链中心的连线，力的方向背离或指向研究对象。简易起落架（图2-38）中的CD杆就是二力杆。AB杆在C点收到CD杆的反作用力Fc′。光滑圆柱铰链约束4.二力杆约束50受力图受力图——将物体所受的全部主动力和约束反力都表示出来的图形。画受力图的步骤（1）明确研究对象，解除约束，画出分离体。（2）分析并在分离体上画出主动力。（3）分析并在分离体上画出约束反力。例2-2重量为G的球，用绳挂在光滑的铅垂面上（图2-39），请画出球的受力图受力图受力图——将物体所受的全部主动力和约束反力都表示出来的51

例2-3直梁AB，A端为固定铰链支座，B端为活动铰链支座，梁中C点受主动力F作用，如图2-40a所示，梁重不计。试分析梁的受力情况。

解：（1）以梁AB为研究对象；

（2）画出主动力F；

（3）画约束反力。

例2-3直梁AB，A端为固定铰链支座，B端为52

例2-4如图2-41a所示的三铰拱桥，它由左右两半拱铰接而成。假设各半拱自重不计，在半拱AC上有作用力F。试分别画出半拱AC和CB的受力图。

解：（1）先以半拱BC为研究对象；

（2）画半拱AC的受力图。例2-4如图2-41a所示的三铰拱桥，它由左53力在坐标轴上的投影如图2-42所示，在力F的作用平面内选取直角坐标系Oxy。过力F的起点A和终点B分别向x、y轴作垂线，得垂足a1、b1和a2、b2，则线段a1b1称为力F在x轴上的投影，以Fx表示；线段a2b2称为力F在y轴上的投影，以Fy表示。当力F的投影指向与坐标轴的正向一致时，力的投影为正值，反之为负值。图2-42力在坐标轴上的投影如图2-42所示，在力F的作用平面内选取直54合力投影定理平面汇交力系——作用于物体上的各力作用线位于同一平面内且汇交于一点的力系。FRx=F1x+F2x-F3xFRy=-F1y+F2y+F3yFRx=∑FxFRy=∑Fy图2-44合力投影定理平面汇交力系——作用于物体上的各力作用线位于同一55平面力系的平衡方程如图2-47所示，假设作用在刚体上的力是F1、F2、F3、F4，刚体处于平衡状态。在力的作用面内任选一点O，将作用于刚体上的各力F1、F2、F3、F4平移到O点，则各作用力产生的附加力偶分别是M1、M2、M3、M4。如果刚体保持平衡，则FR=0，合力矩M=0。平面力系的平衡方程如图2-47所示，假设作用在刚体上的力是F56构件及其类型构件是组成机构的具有确定相对运动的实体，它是组成机构的最小运动单元。构件可以是单个零件，也可以是多个零件组合而成的刚性整体。构件的类型构件按在机构中的地位和功能不同，分为机架、主动件和从动件。主动件——机构中按已给定运动规律运动的构件。从动件——随主动件而运动的其他构件。机架——固定不动的构件。例如，单缸内燃机中，活塞是主动件，连杆、曲轴、齿轮是从动件，缸体是机架。构件及其类型构件是组成机构的具有确定相对运动的实体，它是组成57平面运动副和机构运动简图运动副——机构中直接接触的两个构件之间的可动连接段称为运动副。构件之间的接触形式有点、线和面三种。低副——以面接触的运动副，它包括转动副和移动副。高副——以点或线接触的运动副，它包括凸轮副和齿轮副。机构运动简图——按一定比例绘制出各运动副的相对位置关系的图形。平面运动副和机构运动简图运动副——机构中直接接触的两个构件之58平面四杆机构平面连杆机构是由若干个刚性构件由低副（转动副、移动副）相连接而成的平面机构，也称低副机构。平面四杆机构是最简单的平面连杆机构，是由4个构件组成的。铰链四杆机构是由4个构件通过4个转动副连接而成的平面机构。连架杆——与机架相连的构件，分为曲柄和摇杆。连杆——连接两连架杆的构件。平面四杆机构平面连杆机构是由若干个刚性构件由低副（转动副、移59铰链四杆机构的三种形式曲柄摇杆机构——两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆机构。当曲柄为主动件时，该机构可以将曲柄的整周回转运动转换为摇杆的往复运动，如雷达天线俯仰角调整机构。当摇杆为主动件时，该机构可将摇杆的往复运动转换为曲柄的整周回转运动，如缝纫机踏板机构。双曲柄机构——两连架杆都是曲柄的铰链四杆机构。当双曲柄长度相等并平行时，连杆作平动，如升降台灯的双曲柄机构。双摇杆机构——两连架杆都是摇杆的铰链四杆机构，如折叠椅、电车供电机构等。铰链四杆机构存在曲柄的条件是：（1）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆的长度和；（2）连架杆和机架中必有一杆是最短的。铰链四杆机构的三种形式曲柄摇杆机构——两连架杆中一个为曲柄，60表3-1三种不同铰链四杆机构的判断方法类型简图曲柄存在条件曲柄摇杆机构取最短杆的相邻杆4或2作为机架双曲柄机构以最短杆作为机架双摇杆机构以最短杆的对边杆作为机架表3-1三种不同铰链四杆机构的判断方法类型简图曲柄存在条61带移动副的四杆机构曲柄滑块机构——凡含有移动副的四杆机构。对心曲柄滑块机构——滑块移动的轨迹通过曲柄转动中心。偏置曲柄滑块机构——滑块移动的轨迹不通过曲柄转动中心。其他型式的滑块机构，如汽车自动卸货的摇杆机构、牛头刨床的摇动导杆机构等。带移动副的四杆机构曲柄滑块机构——凡含有移动副的四杆机构。62四杆机构的急回特性在图3-18所示的曲柄摇杆机构中，假设AB为主动件，摇杆CD为从动件。C1D和C2D分别是摇杆的两个极限位置。急回特性——机构中工作件的返回行程速度大于工作行程速度的特性。在机械加工中，牛头刨床就是利用曲柄摇杆机构的急回特性来减少刀具回程的时间，从而提高机床的工作效率。四杆机构的急回特性在图3-18所示的曲柄摇杆机构中，假设AB63死点位置当连杆BC与曲柄AB处于共线位置时，主动件CD产生的力不能使构件AB转动，出现“顶死”现象，此时机构所处的位置就称为死点位置，简称死点。机构存在死点既有利，也有弊。例如，飞机的起落架就是利用死点原理制成的；四缸内燃机的各缸相互错开90℃排列，就可顺利通过死点。其他可利用大飞轮等。死点位置当连杆BC与曲柄AB处于共线位置时，主动件CD产生的64直杆轴向拉伸与压缩受轴向拉伸与压缩的杆件的受力特点是：作用于杆件两端的外力大小相等，方向相反，作用线与杆件轴线重合。受轴向拉伸与压缩的杆件的变形特点是：杆件沿轴向伸长或缩短。轴向拉伸与压缩——受轴向拉伸与压缩的杆件所产生的变形。拉（压）杆——发生轴向伸长或缩短的杆件。直杆轴向拉伸与压缩受轴向拉伸与压缩的杆件的受力特点是：作用于65内力与应力外力——杆件以外物体对杆件的作用力，包括载荷和约束反力。内力——由于外力作用而引起的杆件内各质点之间的相互作用力。轴力FN——拉压杆上的内力。轴力的正负号规定：轴力的方向与所在横截面积的外法线方向一致时，轴力为“正”；反之，为“负”。即杆受拉时轴力为“正”，杆受压时轴力为“负”。应力——单位面积上的内力。正应力——拉伸与压缩时应力垂直于截面。一般认为，杆件横截面上的内力是均匀分布的。正应力=FN/A(MPa)应力的国际单位是Pa，1Pa=1N/m2，常用的单位是MPa。1MPa=1N/mm2正应力的正负号规定与轴力相同，即拉应力为正，压应力为负。内力与应力外力——杆件以外物体对杆件的作用力，包括载荷和约束66变形与应变轴向变形⊿L——拉（压）杆的纵向伸长（或缩短）量。⊿L=L1-L，拉伸时为“正”，压缩时为“负”。相对变形或应变——以单位长度的轴向伸长（缩短）来表示杆件的变形。相对变形或应变=⊿L/L拉伸时为“正”，压缩时为“负”。实验指出：在弹性范围内，杆件的绝对变形⊿L与所受拉力FN成正比，与杆件的长度L成正比，而与杆件的横截面积A成反比，引入比例常数E(弹性模量)，可表示为：⊿L=FNL/EA变形与应变轴向变形⊿L——拉（压）杆的纵向伸长（或缩短）量。67低碳钢拉伸时的力学性能弹性阶段——Oa段和aa′段。屈服阶段——bc段。强化阶段——cd段。缩颈阶段——de段。断裂——e点。延伸率——试样拉断后的标距伸长量与原始标距的百分比。断面收缩率——试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。低碳钢拉伸时的力学性能弹性阶段——Oa段和aa′段。68截面法求应力截面法——是利用截面假想地把杆件分成两部分，以确定内力的方法。求杆件内力的方法是：（1）截——在求内力的截面上，用假想截面将杆件截成两段；（2）取——选取一段（左段或右段）为研究对象；（3）代——用内力FN代替抛弃段对保留截面的作用力；（4）求——列平衡方程求该截面上的内力。截面法求应力截面法——是利用截面假想地把杆件分成两部分，以确69凸轮机构间歇运动机构——将主动件的等速连续转动转换为从动件的时停时转的周期性运动的机构。例如，凸轮机构、棘轮机构和槽轮机构等。凸轮机构——由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。凸轮机构的作用——将凸轮的连续转动或移动转变为从动件的往复移动或摆动。凸轮机构的特点——使从动件获得较复杂的运动规律，而且从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线。凸轮机构按凸轮的形状分类，可分为盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮。凸轮机构按从动件端部的形状分类，可分为尖顶从动件、滚子从动件、平底从动件。凸轮机构按从动件运动形式分类，可分为移动从动件和摆动从动件。凸轮机构间歇运动机构——将主动件的等速连续转动转换为从动件的70机械基础演示文稿少学时课件71凸轮机构的基本参数A点为凸轮回转的起始位置。基圆——以凸轮的最小径向尺寸为半径所作的圆。推程——凸轮从最低点A旋转到最高点B时，从动件所经过的距离h。推程运动角——与推程对应的凸轮转角。远休止角——从动件在最高点静止不动所对应的角。回程——从动件从最高点B下降到最低点D时，从动件所经过的距离h。回程运动角——与回程对应的凸轮转角。近休止角——从动件在最低点静止不动所对应的角。凸轮机构的基本参数A点为凸轮回转的起始位置。72棘轮机构棘轮机构的组成——由棘轮、棘爪和机架组成。棘轮机构工作原理——当摇杆逆时针摆动时，驱动棘爪插入棘轮的的齿槽中，推动棘转动一定角度，止回棘爪在棘轮的齿背上划过；当摇杆顺时针摆动时，棘轮静止不动。棘轮机构的类型有：单动式棘轮机构、双动式棘轮机构、双向式棘轮机构、摩擦式棘轮机构等。棘轮机构的特点——结构简单，工作可靠，棘轮转角的大小可调节，制造方便等优点。但棘轮机构有噪声和冲击，轮齿易磨损，用于低速和轻载场合。棘轮机构棘轮机构的组成——由棘轮、棘爪和机架组成。棘轮机构的73槽轮机构槽轮机构组成——由主动拨盘、从动槽轮及机架组成。槽轮机构工作原理——当拨盘以等角速度作连续逆时针方向回转时，槽轮作间歇运动。当拨盘上的拨销没有进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁止弧被拨盘上的外凸锁止弧卡住，槽轮静止不动。当拨盘上的拨销进入槽轮的径向槽时，锁止弧脱离接触，驱动槽轮机构顺时针转动。当拨盘上的拨销离开径向槽时，下移一个锁止弧又被卡住，槽轮又静止不动。由此可将拨盘的转动转换为槽轮的间歇运动。槽轮机构槽轮机构组成——由主动拨盘、从动槽轮及机架组成。74键连接与销连接键连接——主要用于轴上零件的周向固定并传递扭矩，也可兼作轴上零件的轴向固定，以及使零件沿轴向移动时起导向作用。销连接——主要用于固定零件的相对位置，用于轴毂间或其他零件的连接，还可充当过载剪断元件。平键连接——加工容易，装拆方便，对中性良好，用于传动精度要求较高的场合。普通平键的主要尺寸包括键宽b、键高h和键长L。键的标注方法是：键16×10×10GB/T1096，分别表示键宽、键高、键长及国家标准的编号。普通平键的端部有：圆头（A型）、平头（B型）和单圆头（C型）三种形式。键连接与销连接键连接——主要用于轴上零件的周向固定并传递扭矩75平键连接普通平键的安装于维护：键的两侧面为工作表面，不应有间隙。安装时，先按图样修配好键的尺寸，然后将键装入轴的槽中，最后用手锤与铜棒或压力机将轴上零件压入。拆卸时，最好使用专用工具，以保护轴和零件不被拆坏。键的尺寸取决于所在轴的直径大小，查表可知键宽与键高，而键长一般轮毂短5～10mm。平键连接普通平键的安装于维护：键的两侧面为工作表面，不应有间76花键连接花键连接的特点：由于键齿多，分布均匀，所以承载能力强，对中性好喝和导向性好，但加工成本较高。花键的应用：应用广，汽车变速器、机床变速器中的滑移齿轮与轴等都选用花键连接。花键连接花键连接的特点：由于键齿多，分布均匀，所以承载能力强77销连接销——标准件，主要用于轴与轮毂的连接，用于传递不大的扭矩或力，也可用于确定两零件的位置。定位销——用于确定两零件之间的相互位置，连接中只承受较小的横向载荷，常用1：50的圆锥销。连接销——用于传递较小的载荷，也可用作安全装置中的过载剪断零件，常用圆柱销。销连接销——标准件，主要用于轴与轮毂的连接，用于传递不大的扭78螺纹连接螺纹连接——是利用螺纹零件将被连接件固定在一起的可拆连接。其连接可靠，拆装方便，价格低廉，结构简单。一、螺纹基础知识外螺纹——在圆柱外表面加工出的螺纹。内螺纹——在圆柱内表面加工出的螺纹。螺纹的要素——直径、螺距、牙型、线数和旋向。大径d、D——与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱面的直径。小径d1、D1——与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱面的直径。中径d2、D2——中径是假想圆柱面的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起的宽度相等。螺纹连接螺纹连接——是利用螺纹零件将被连接件固定在一起的可拆79螺距、导程和线数螺距P——相邻两牙中径线上对应两点间的轴向距离。导程Ph——同一螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。线数——形成螺纹时的螺旋线的条数。单线螺纹——指沿着一条螺旋线形成的螺纹。多线螺纹——指沿着两条或两条以上螺旋线形成的螺纹，Ph=nP。螺距、导程和线数螺距P——相邻两牙中径线上对应两点间的轴向距80螺纹牙型与旋向常用的螺纹牙型有：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。三角形螺纹自锁型好，强度高，结构紧凑，多用于连接；其他牙型的螺纹传动效率高，主要用于传动。根据螺旋线的绕行方向，螺纹分为右旋螺纹和左旋螺纹。一般情况下选用右旋螺纹，特殊场合下选用左旋螺纹，如防松或防止其他接头混淆使用等。螺纹牙型与旋向常用的螺纹牙型有：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺81螺纹连接螺栓连接——是螺栓穿过被连接件的通孔，加装垫圈，拧紧螺母形成的连接。螺栓连接应用于被连接件不太厚的场合。双头螺柱连接——双头螺柱的两端都有螺纹，其中一头拧入并固定在被连接件的螺纹孔内，装入另一被连接件后，再拧上螺母固定形成的连接。双头螺柱连接应用于被连接件厚度较大的场合。螺纹连接螺栓连接——是螺栓穿过被连接件的通孔，加装垫圈，拧紧82螺纹连接螺钉连接——不需要配备螺母，直接将螺钉拧入被连接件的螺纹孔中所形成的连接。螺钉连接应用于不经常拆卸的固定连接。紧定螺钉连接——不需要配备螺母，直接将螺钉拧入被连接件的螺纹孔中，螺钉末端顶住另一被连接零件表面的凹坑所形成的连接。紧定螺钉连接主要用于固定两零件的相对位置，传递不大的力和转矩。螺纹连接螺钉连接——不需要配备螺母，直接将螺钉拧入被连接件的83常用螺纹连接件常用螺纹连接件有螺栓、螺钉、螺母、垫圈等。螺钉头部结构有：平头、内十字头、内六角头、圆柱头、圆头、六角头。螺母形状有方形、圆形和六角形。垫圈的作用是保护连接件表面，增大接触面积和防松。螺纹连接装拆工具：螺丝刀（改锥）、扳手（活扳手、电动扳手、电动扳手和特种扳手等）螺纹连接的防松——摩擦防松、机械防松和永久防松。摩擦防松——利用增加螺纹之间的正压力和摩擦力达到防松目的。机械防松——在螺母与连接之间增加一个阻碍相对运动的零件。效果好，适合于高速、冲击、振动等场合。永久防松——利用焊接、胶粘剂、端铆或冲点等不可拆的防松方法。常用螺纹连接件常用螺纹连接件有螺栓、螺钉、螺母、垫圈等。螺纹84联轴器联轴器用于连接两轴，使两轴共同回转以传递运动和转矩。联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器。套筒联轴器——结构简单，径向尺寸小，同心度要求高吗，依靠键连接，传递转矩较大。采用销连接的，则传递转矩较小。例如，机床进给箱输出轴与丝杆、光杆的连接。联轴器联轴器用于连接两轴，使两轴共同回转以传递运动和转矩。85联轴器凸缘联轴器——结构简单，可传递较大转矩，适合于要求对中精度高，载荷平稳的两轴连接。例如，电机与减速器的连接。弹性柱销联轴器——依靠橡胶的弹性补偿两轴线的同轴度误差，并起到缓冲和吸振的作用。适合于对机器振动要求较高的场合，如铣床的电动机通过该联轴器与主轴箱的连接。联轴器凸缘联轴器——结构简单，可传递较大转矩，适合于要求对中86联轴器十字滑块联轴器——结构简单，径向尺寸小，转动时滑块有较大的离心力，适合于低速、转矩不大、无冲击但两轴径向位移偏差较大的场合。齿轮联轴器——依靠内、外齿轮的啮合来传递较大转矩，两个带内齿的凸缘用螺栓紧固。适用于高速、重载、起动频繁和经常正反转的场合，如轧钢机的传动轴连接。联轴器十字滑块联轴器——结构简单，径向尺寸小，转动时滑块有较87联轴器万向联轴器——两轴的角偏移可达45°，主动轴作等角速转动时，从动轴作变角转动。两套单万向联轴器成对使用，可使主、从动轴角速度相等。例如，重载汽车的底盘通过中间轴上的两套万向联轴器将内燃机的转矩匀速地传给后驱动轮。联轴器万向联轴器——两轴的角偏移可达45°，主动轴作等角速转88离合器离合器用于连接两轴，使两轴共同回转以传递运动和转矩。离合器连接的两轴在机器运转中能方便地分离或结合。常用的离合器有：嵌入式离合器和摩擦式离合器。嵌入式离合器——工作可靠，接合与分离迅速平稳，动作准确，操作方便。摩擦式离合器——分为单片式和多片式。离合器离合器用于连接两轴，使两轴共同回转以传递运动和转矩。89带传动的原理带传动原理——利用带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力。摩擦力越大，传递功率也越大。电动机带动小带轮（主动轮）转动，主动轮转动后，靠带轮与带之间的摩擦力将动力经过传动带传递给大带轮（从动轮）。带传动由主动轮、从动轮和紧套在两轮上的传动带及机架组成。带传动的原理带传动原理——利用带与带轮之间的摩擦力来传递运动90带传动的特点带传动的优点：（1）传动带是橡胶制品，具有良好的弹性，具有吸振和缓冲作用，传动过程平稳、噪声小。（2）过载时，带与带轮之间会产生打滑，具有安全保护零件不致损坏的作用。（3）结构简单，安装和维护方便，适合于两轴中心距较大的场合。带传动的缺点：（1）橡胶带的弹性滑动不能保证得到准确的传动比。（2）橡胶带使用寿命较短，不适合高温、油污染场合。带传动的特点带传动的优点：带传动的缺点：91带传动带传动的类型——按截面形状分类，有牛皮制成的圆形带、尼龙材料制成的平带、橡胶制成的V带和同步齿形带。紧边——当主动轮转动时，带卷入主动轮的一边被拉紧，称为紧边。拉力增大。松边——当主动轮转动时，带卷出主动轮的一边被防松，称为松边。拉力减小。有效拉力（圆周力）：传动带两边的拉力之差。打滑——带传动中，当工作负载超过带与带轮之间的最大静摩擦力时，带与带轮将发生明显的相对滑动，这种现象称为打滑。弹性滑动——在正常带传动中，由于橡胶V带受到紧边与松边的不同拉力，在与带接触的弧长上，随着拉力的变化，橡胶带在V带轮上发生了徐徐微小的滑动，这种现象称为弹性滑动。带传动带传动的类型——按截面形状分类，有牛皮制成的圆形带、尼92带传动的结构与材料V带的结构——由高强度拉力线、顶胶、底胶和外包布层组成。按所传递的功率由小到大分类，国家标准将V带分成7种型号。V带轮的结构——由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成。V带的基准长度Ld：在规定的V带张紧力下测量的带轮基准直径上的周长，也称为节线长度。V带材料——牛皮带、橡胶带和尼龙带。带轮材料——工程塑料、钢板、铸铁、铸钢、铝合金等带传动的结构与材料V带的结构——由高强度拉力线、顶胶、底胶和93V带传动传动比计算——带的传动比等于主动轮与从动轮的转速之比，也等于主、从动轮基准直径的反比。即i12=n1/n2=dd2/dd1i12——带传动的传动比；n1、dd1——主动轮转速和基准直径；n2、dd2——从动轮转速和基准直径。带的张紧可以通过调节两带轮中心距来实现。也可以在V带侧面加装张紧轮。带的安装：（1）两带轮的轮槽应队正，两带轮轴线保持平行；（2）选择同型号同长度的V带；（3）安装时应先缩短中心距，将V带装入V槽后再调好中心距；（4）定期检查并及时调整中心距。带的安全防护：（1）必须安装防护罩；（2）防止油、碱、酸及有机溶剂对带的腐蚀。V带传动传动比计算——带的传动比等于主动轮与从动轮的转速之比94链传动链传动原理——利用链条与主、从动链轮的啮合来传递运动和动力。链传动组成——由主动链轮、从动链轮、链条和机架组成。链传动的特点：（1）可保证准确的平均传动比，无滑动现象。（2）两轴距离可随意调整，可在高温、多尘的恶劣环境中工作。（3）不适合高速转动，易产生摆动及噪声。链传动的类型——滚子传动链、起重链和齿形链。链传动链传动原理——利用链条与主、从动链轮的啮合来传递运动和95链传动的结构和材料滚子链的结构——由外链板、内链板、销轴、套筒和滚子五部分组成。链条由标准件工厂生产，可按标准型号到市场上购买。链轮的结构——目前多采用三圆弧一直线齿形。链轮的结构根据其直径的大小选择不同的形式。链轮材料——多采用低碳合金钢（如20Cr钢）经渗碳、淬火及回火处理，或选用调质钢，如45钢、40Cr钢等进行表面淬火，硬度达45HRC以上。小链轮的啮合次数多，磨损和所受到的冲击也较严重，其材料一般优于大链轮。链传动的结构和材料滚子链的结构——由外链板、内链板、销轴、套96链传动链传动的传动比计算：链传动时，链条与链轮齿啮合形成折线，相当于将链条绕在正多边形轮上，其边长等于链节距，边数等于链轮齿数。因此，链传动的线速度是不均匀的，只能求出平均传动比。i12=n1/n2=z1/z2n1、z1——主动链轮的转速和齿数。n2、z2——从动链轮的转速和齿数。链传动的安装与维护：（1）链传动的紧边与松边正好与带传动相反，松边在下，紧边在上，但松边的垂度不宜过长，以防脱链。（2）主、从动轮应保持在同一平面内。（3）链传动可用张紧轮控制链条的松紧，链条过紧会出现咬链。（4）良好的润滑可以降低传动摩擦和磨损，减少噪音、延长使用寿命。链传动链传动的传动比计算：链传动时，链条与链轮齿啮合形成折线97齿轮传动齿轮传动的原理——是在圆柱体的外圆柱上加工出渐开线的齿形，依靠两个齿轮相互啮合来传递运动和动力。最常用的齿轮齿形是渐开线齿形、摆线齿形和圆弧线齿形。齿轮传动的特点——（1）传动比精确，传动平稳。（2）结构紧凑，适用范围广。（3）效率高，寿命长。（4）制造成本高。齿轮传动类型——（1）用于两平行轴之间的齿轮传动。（2）用于两轴之间相交的齿轮传动。（3）用于两轴之间相错的齿轮传动。齿轮传动齿轮传动的原理——是在圆柱体的外圆柱上加工出渐开线的98齿轮各部分名称齿顶圆da——齿顶所在圆。齿根圆df——齿槽底部所在圆。齿厚——同一轮齿左、右两齿廓之间空间部分的某圆弧长。分度圆上的齿厚用s表示。齿槽宽——相邻两齿之间空间部分的某圆弧长。分度圆上的齿槽宽用e表示。齿度圆d——轮齿上齿厚等于齿槽宽的圆。齿距——相邻两齿同侧齿廓对应点的圆弧长。分度圆上的齿距用p表示。P=s+e=2s=2e齿轮各部分名称齿顶圆da——齿顶所在圆。99齿轮传动齿轮的结构——圆柱齿轮的结构由轮缘、轮毂和轮辐三部分组成。根据圆柱齿轮的齿顶圆直径大小，齿轮的结构分为齿轮轴、实心式齿轮、腹板式齿轮和轮辐式齿轮四种形式。齿轮材料——（1）一般齿轮大多数选用中碳钢；当齿轮毛坯直径大于400mm时，可选用铸钢；（2）不重要的齿轮可选用铸铁；（3）中、高速重载荷齿轮可选用45钢或合金钢，并进行表面淬火处理，如果选用低碳合金钢，则需渗碳、随货和低温回火。齿轮传动齿轮的结构——圆柱齿轮的结构由轮缘、轮毂和轮辐三部分100齿轮传动的主要参数与几何尺寸直齿圆柱齿轮的主要参数：齿数z——齿轮圆周上轮齿的总数。模数m——齿轮的分度圆周长可用两种方法表示：πd=zp或d=zp/πm=p/π称为模数，单位mm。模数m已经标准化。模数越大，齿形越厚，其强度越高，传递动力越大。压力角ɑ——是轮齿速度方向与受力方向所夹的锐角，一般指分度圆上的压力角。标准压力角ɑ=20°标准直齿圆柱齿轮的主要几何尺寸：分度圆直径：d=mz齿顶圆直径：da=mz+2ha齿根圆直径：df=mz-2hf齿顶高：ha=m齿根高：hf=1.25m全齿高：h=2.25m齿距：p=πm中心距：a=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2齿轮传动的主要参数与几何尺寸直齿圆柱齿轮的主要参数：标准直齿101齿轮传动渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是:m1=m2=m，ɑ1=ɑ2=ɑ从外形看，两个啮合齿轮的全齿高和齿厚应当相等才能进入正常的啮合传动。齿轮加工——钢制齿轮一般采用展成法切削加工。常用的刀具有：齿轮插刀、齿条插刀和蜗轮滚刀。为了避免产生根切现象，渐开线齿轮的最少齿数是17齿。齿轮传动渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是:102齿轮传动变位齿轮——当齿轮z＜17时，又不允许齿根部产生根切，可采用变位加工齿轮的方法来避免，所获得的齿轮称为变位齿轮。变位齿轮的分度圆齿厚比标准齿轮的齿厚大一些。齿数越少，其变位厚的齿厚越大。齿轮加工精度——测量指标是公法线长度W。齿轮传动精度——即运动精度、工作平稳性精度、接触精度和齿轮副侧隙。齿轮失效形式——轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀和齿面胶合。齿轮传动的润滑——齿轮的润滑工作可归结为“五定”到位：定点——所有运动副加油到位；定质——油质到位；定量——油量到位；定期——加油期限到位；定人——责任人到位。齿轮传动变位齿轮——当齿轮z＜17时，又不允许齿根部产生根切103齿轮传动齿轮传动的维护——看和听是维护齿轮传动最常用的方法，直接检查开式齿轮传动轮齿表面或通过窥视孔观察闭式齿轮传动的齿面啮合状态是最有效的方法；通过耳朵判断齿轮传动的啮合是否有异常声响。例如，键的两侧与轮毂的间隙过大、轴上零件窜动、轴两端偏摆、润滑油不符合要求等，均容易造成齿轮传动中出现噪音。齿轮的安装与拆卸——（1）对于闭式齿轮传动，由于中心距固定，只要正常安装到位，一般能达到正常工作要求，应注意调整好轴承的轴向定位。（2）对于开式齿轮传动，注意调整好轴两端轴承的水平和垂直距离，以保证齿轮的正常啮合。（2）拆卸齿轮时，最好选用压力机压出，采用专用胎具或紫铜棒作垫，切忌使用重锤直接敲击轴的端部或齿轮的本体。齿轮传动齿轮传动的维护——看和听是维护齿轮传动最常用的方法，104蜗杆传动蜗杆传动的应用——当传动装置的结构尺寸较小又要求较大的传动比时，通常选用蜗杆传动，入如伸缩折叠门的传动、自动卷帘门的升降传动等。蜗杆传动的组成——由带有螺旋状的蜗杆、类似于斜齿轮的内凹弧形齿的蜗轮及机架组成。蜗杆与蜗轮的两轴在空间交错成90°。蜗杆每转动一圈，蜗轮相应地被拨过一个齿。蜗杆传动的参数和尺寸：模数m——蜗杆的模数指轴向模数，用mx表示；蜗轮的模数指端面模数，用mt表示。蜗杆与蜗轮正确啮合时必须满足蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数，mx=mt=m。压力角ɑ——蜗杆的压力角指轴向压力角，用ɑx表示；蜗轮的压力角指端面压力角，用ɑt表示。蜗杆与蜗轮正确啮合时必须满足蜗杆的轴向压力角等于蜗轮的端面压力角，ɑx=ɑt=ɑ。蜗杆传动蜗杆传动的应用——当传动装置的结构尺寸较小又要求较大105蜗杆传动升角ν——指蜗杆的分度圆螺旋线的切线与端平面之间的夹角。螺旋角β——指蜗轮分度圆轮齿的旋向与轴线之间的夹角。蜗杆与蜗轮正确啮合时，必须满足蜗杆的升角ν等于蜗轮的螺旋角β，即ν=β蜗杆的直径系数q——指蜗杆分度圆直径与轴向模数的比值。即q=d1/m常用的直径系数q值是：18、16、12.5、11.2、10、9.8。蜗杆的分度圆直径是：d1=qm。蜗轮与蜗杆的中心距是:ɑ=m(q+z2)/2蜗杆与蜗轮传动比计算：i12=n1/n2=z2/z1z1——蜗杆的头数，一般1～4头。z2——蜗轮的齿数。蜗杆传动升角ν——指蜗杆的分度圆螺旋线的切线与端平面之间的夹106蜗杆传动蜗杆传动的实效与材料选用：蜗杆传动的实效形式与齿轮传动相似。蜗杆与蜗轮在接触面处由于相对滑动速度较大，摩擦发热严重。对于开式蜗杆传动，主要失效形式是磨损。对于闭式蜗杆传动，润滑条件较好，主要失效形式是胶合。通常蜗杆选择45钢、40Cr钢制造。蜗轮选择铸造青铜制造。蜗杆传动的拆装与维护：安装时应先装入蜗轮后再装入蜗杆，最后装入蜗杆两端的滚动轴承。拆卸时，一定要先拆掉蜗杆一端的滚动轴承，使蜗杆与蜗轮脱离啮合后，才能将蜗杆同另一端滚动轴承一起拆下。拆卸时，切忌强拆硬敲。蜗杆传动的维护注意加入规定的润滑油及必要的添加剂，以减少齿面啮合的磨损、发热。定期应更换润滑油。蜗杆传动蜗杆传动的实效与材料选用：蜗杆传动的拆装与维护：107齿轮系齿轮系——由一系列相互啮合齿轮组成的传动装置。齿轮系的类型——包括定轴齿轮系和行星齿轮系。定轴齿轮系——当齿轮系工作时，所有齿轮的几何轴线相对于机架的位置都是固定的。行星齿轮系——当齿轮系工作时，所有的齿轮中至少有一个齿轮的几何轴线相对于机架的位置是不断变化的。齿轮系齿轮系——由一系列相互啮合齿轮组成的传动装置。108齿轮系齿轮系传动特点——（1）齿轮系传动可获得很大的传动比。（2）齿轮系传动可实现变速、变向的要求。（3）齿轮系可合成或分解运动。定轴轮系的传动比计算：任意定轴轮系的总传动比，是首末两轮的转速比，也是各从动齿轮齿数的乘积与各主动齿轮齿数的乘积之比。即i1k=z2z4z6…zk/z1z3z5…zk-1例5-7如图5-30所示的定轴齿轮系，已知z1=20，z2=40，z2′=15，z3=45，z3′=20，z4=17，z5=60，求传动比i15的值。齿轮系齿轮系传动特点——例5-7如图5-30所示的定轴齿109减速器减速器按传动特点分类，可分为齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、谐波齿轮减速器5种类型。减速器的标注：ZLY-400-12.5-1JB/T8853-2001国家标准规定：减速器的中心距尾数是0、5，常用的中心距如100mm、125mm、160mm、200mm、250mm等；传动比i为1.25、1.4、1.6、1.8、2、2.24、2.5、2.8、3.15、3.55等，传动比应尽量选用小数。减速器一般由多级齿轮传动组合而成，其组合的形式有：直齿圆柱齿轮传动+直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动+斜齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动+蜗杆传动等。减速器减速器按传动特点分类，可分为齿轮减速器、蜗杆减速器、行110轴的结构轴是用来支承齿轮、带轮、滑轮、衬套等回转零件，并用以传递运动和动力。轴常用材料有优质碳素钢、合金钢、球墨铸铁等。阶梯轴分为轴头、轴颈和轴伸三部分。轴头——支承齿轮、带轮、联轴器等传动件并与这些零件配合的轴段。轴颈——与轴承配合的轴段。轴伸——连接轴头与轴颈的轴段。为了装配方便和固定零件的需要，轴上通常设有轴环、键槽、倒角等结构。轴肩——轴直径变化处形成的台阶。轴环——直径大于相邻两个轴段的中间环状突起部分。轴的结构轴是用来支承齿轮、带轮、滑轮、衬套等回转零件，并用以111轴的分类按照轴线形状的不同，轴可分为直轴、曲轴和软轴三类。直轴——轴的各段具有同一回转中心线。直轴按外形不同，可分为光轴和阶梯轴。曲轴——具有几根不重合轴线的轴。曲轴可以将旋转运动转换为直线往复运动（如曲柄压力机的曲轴）或将直线往复运动转换为旋转运动（如汽车发动机曲轴）。软轴——由钢丝组成，将扭转和旋转运动绕过障碍传到所需要的位置。轴的分类按照轴线形状的不同，轴可分为直轴、曲轴和软轴三类。112轴的分类直轴按所受载荷不同，可分为心轴、转轴、传动轴三种。心轴——只承受弯曲作用的轴，如自行车前轴、机车轮轴、滑轮轴等。转轴——同时承受弯曲和扭转两种作用的轴。如变速器的齿轮轴、带轮轴等。传动轴——只承受扭转作用的轴，如汽车底盘的传动轴等。轴的分类直轴按所受载荷不同，可分为心轴、转轴、传动轴三种。113轴上零件的固定轴向固定——目的是为了保证零件在轴上有固定的轴向位置，防止零件作轴向移动，并能承受轴向力。轴向固定方法——轴肩、轴环、圆螺母固定、装有套筒的轴、装有轴端压板的轴、装有紧定螺钉的轴、装有弹性挡圈的轴等。周向固定——目的是为了防止零件与轴产生相对的移动和保证零件传递扭矩。周向固定方法——键连接、花键连接、过盈配合连接、销连接等。轴上零件的固定轴向固定——目的是为了保证零件在轴上有固定的轴114轴的扭转变形扭转变形——指轴两端受到两个大小相等、方向相反且作用面垂直于杆件轴线的力偶作用，使杆件绕轴线产生的转动。变形结果——各圆周线绕轴线转动不同角度；扭转变形后各纵向线都倾斜了同一角度。扭转的特点——轴的长度没有发生改变，但整个轴各个横截面都绕轴线扭转了一个角度。在横截面上没有正应力，只有垂直于半径的切应力。轴的扭转变形扭转变形——指轴两端受到两个大小相等、方向相反且115轴的扭转在受扭的传动轴中，往往不是直接给出外力偶矩Me，而是给出它传递的功率P及转速n。圆轴扭转的外力矩计算式是：Me=9.550P/nMe——作用在轴上的外力偶矩，N·mP——轴传递的功率，kWn——轴的转速，r/min当轴的功率P一定时，转速n越大，力偶矩越小；反之，转速越低力偶矩越大。例如，在减速器中，各轴传递的功率可看成是一样的。因此，转速高的轴，力偶矩就小，轴径就细；转速低的轴，力偶矩就大，轴径就粗一些。在工厂里当看到一套装置时，往往可以从轴径的粗细来判断传动轴是低速轴还是高速轴。例6