《机械基础》课件

第一章了解机械《机械基础》第一节认识机器一、机器的组成

机器的种类繁多,其结构形式和功能各不相同,

根据机器各部分实体的不同功能,可将一台完整的机

器分成四个部分,如图１-１所示。

图1.1

钳工安全操作规程二、专业术语１.机器

２.机构

３.构件与零件

４.机械

第二节摩擦与磨损摩擦是两相互接触的物体有相对运动或相对运动趋势时,在接触处产生阻力的现象。

相互摩擦的两个物体构成摩擦副.根据摩擦副的运动状态,可将摩擦分为静摩擦和动摩擦。仅有相对运动趋势时的摩擦称为静摩擦.摩擦副间产生相对运动时的摩擦称为动摩擦。

根据摩擦副的运动形式,动摩擦又分为滑动摩擦和滚动摩擦。根据摩擦副的摩擦状态可分为固体摩擦、液(气)体摩擦和混合摩擦,如图１-２所示。

一、摩擦１.固体摩擦(１)干摩擦

(２)边界摩擦2.液(气)体摩擦3.混合摩擦１.磨损过程二、磨损一个零件的磨损过程用磨损曲线表示,如图１-３所示.磨损过程大致可分为三个阶段:(１)跑合阶段(又称磨合期)

(２)稳定磨损阶段

(３)剧烈磨损阶段

２.磨损的类型(１)磨料磨损(２)黏着磨损(３)疲劳磨损(４)腐蚀磨损(５)冲蚀磨损第二章静力学的基本知识《机械基础》第一节力一、力与力的表示力的概念

力是物体与物体之间的相互作用。力的三要素:①力的大小;②力的方向;③力的作用点。2.力的表示方法力是一个既有大小又有方向的矢量.图２-１所示为用图示法表示力矢量,在图上用带有箭头的有向线段表示,箭头的指向表示力的方向,线段长度表示力的大小,起点表示力的作用点。

２.静力学的基本公理公理１:二力平衡公理.公理２:力的平行四边形公理.推论:三力平衡汇交定理.公理３:作用与反作用公理.１.力系和平衡(１)力系同时作用在物体上的两个或两个以上的力称为力系.(２)平衡平衡指物体处于静止或匀速运动的状态.若力系作用于物体上使物体处于平衡状态,则称该力系为平衡力系.力系所满足的条件称为平衡条件.二、力的基本性质１.约束与约束反力限制非自由体运动的物体称为约束.约束限制了物体运动是由于约束对物体施加了力,这种力称为约束反力,简称反力.

２.约束类型(１)柔性约束由柔性的绳索、链条或传动带等构成的约束称为柔性约束。

(２)光滑接触面约束两物体相互接触,忽略摩擦时,即构成光滑接触面约束。

(３)铰链约束由铰链构成的约束称为铰链约束。三、约束和约束反力受力分析是分析某个物体受到的所有力。即研究所有力的作用位置、大小和方向。为了便于清晰地表示物体的受力情况,常常需要把研究的物体从周围的物体中分离出来,然后把其他物体对研究对象施加的所有力用图示法表示出来所得到的简明图形称为受力图。画受力图的一般步骤:①确定研究对象,解除约束,用简明的图线画出研究对象的图形。②在表示研究对象的图形上用力的图示法表示出研究对象受到的所有已知力。③在表示研究对象的图形上用力的图示法表示出每一约束对研究对象施加的约束反力。

四、受力分析第二节力矩和力偶１.力矩定理如图２-１３所示,力学上,用Fh的乘积度量力F使物体绕O点转动产生的效应,称Fh为力F对O点之矩,简称力矩,用符号Mo(F)表示，即一、力矩２.合力矩定理

平面汇交力系的合力对于平面内任一点之矩等于力系中各力对于该点之矩的代数和。即

１.力偶物体由于同时受到大小相等、方向相反、作用线相互平行的两个力作用而发生转动的.这种由两个大小相等、方向相反、作用线平行的两个力组成的最简单的力系称为力偶,记作(F,F′)。２.力偶矩力偶只能使物体产生转动。力偶使物体转动效果与力的大小、力偶臂d的大小均成正比。因此,用乘积F·d来度量力偶对物体的作用效果,F·d称为力偶矩。力偶矩用M(F,F′)表示或简写成M。即:。。二、力偶３.力的平移定理力是矢量。作用在刚体上的力沿力的作用线移动时不会改变力对刚体的作用效果,而力的作用线在刚体上平移时,力的作用效果就会改变,如果要保证力的作用效果不变,必须附加一定的条件。如图所示,力F作用于刚体的点A.在刚体上任取一点B,d为点B到力F作用线的垂直距离,在点B加上两个等值反向的力F′和F″,此时可将F′看作是力F平移至点B后的力,而F、F″构成一对力偶,则此力偶就是必须附加的力偶.附加力偶矩为:第三节平衡方程及其应用１.力在坐标轴上的投影一、平面受力的解析表示法如图所示,假设在刚体的一点A作用力F,选取平面直角坐标系xOy.力F在x轴、y轴上的投影分别用Fx和Fy表示,其大小为α为力F与x轴正向的夹角。２.合力投影定理

合力投影定理:平面汇交力系的合力在任一坐标轴上的投影等于各分力在同一坐标轴上投影的代数和.即１.平面任意力系二、平面受力时物体的平衡方程作用在物体上各力的作用线分布在同一平面内,不汇交于同一点,也不互相平行,这样的力系称为平面任意力系。２.平面任意力系的特殊情况

(１)平面汇交力系

平面汇交力系平衡方程为

(２)平面平行力系

平面平行力系是在同一个平面内各力的作用线互相平行的平面力系。平面平行力系的平衡方程为(３)平面力偶系

作用在物体同一平面内的两个或两个以上力偶,称为平面力偶系。平面力偶系平衡方程为。第三章杆件的基本变形《机械基础》第一节金属材料的力学性能一、概念金属材料在外力作用下所产生的几何形状和尺寸的变化统称为变形,变形一般分为弹性变形和塑性变形.金属材料在使用和制造过程中受到的作用力称为载荷,载荷通常分为静载荷、动载荷.大小、方向不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷;大小、方向随时间周期变化的载荷称为交变载荷;大小随时间突然变化的载荷称为冲击载荷.金属材料在外力作用时所表现出来的各种特性称为力学性能.材料受到不同载荷的作用,引起材料的变形往往也不同.因此,材料会表现出不同的力学性能.金属材料力学性能的主要指标有强度、硬度、塑性和韧性等.２.硬度金属材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力称为硬度公理。硬度是衡量金属材料软硬的一个指标,是材料塑性、强度等性能的综合体现.生产中常用的有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)三种.１.强度强度是金属材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力.强度越高的材料越能承受较大的外力而不被破坏和变形。

二、金属材料的力学性能3.塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久性变形而不破坏的能力.塑性的指标有断后伸长率δ和断面收缩率ψ.4.韧性金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为韧性.金属材料单位截面积所能承受的最大冲击功,即为冲击韧度.用符号ak表示,其值越大,材料的韧性越好.5.疲劳强度在交变载荷的作用下,金属材料承受载荷的能力比只受静载荷时低,甚至在低于屈服点的状态下,长时间工作也会发生裂纹或者突然断裂.材料的这种现象称为金属的疲劳.金属材料在无限多次交变载荷作用下,而不被破坏的最大应力称为疲劳强度.实际上,金属材料不可能做无限多次交变载荷试验,一般试验时规定,钢经受１０７次、有色金属经受１０８次交变载荷作用而不产生断裂的最大应力称为疲劳强度.第二节拉伸与压缩变形工程上把长度远大于横截面尺寸的构件称为杆件.在实践生产中,受到拉伸或压缩的杆件虽然外形各有差异,但都是直杆.因此,杆件可以简化为如图３-１所示.一、拉伸与压缩的概念杆件发生拉伸或压缩变形的受力特点是:作用于杆件上的合外力的作用线沿杆件轴线、大小相等、方向相反.变形特点是:沿轴线方向产生纵向伸长或缩短.以拉伸为主要变形的杆件称为拉杆,以压缩为主要变形的杆件称为压杆.１.内力杆件在外力作用下产生变形,其内部相互间作用力增大,这种内力的增大量称为内力,用FN表示.内力随着外力的产生而产生,并随外力的变化而变化;外力越大,变形越大,则构件的内力也越大.当内力超过一定的限度时,构件就发生破坏.内力与构件的强度密切相关.截面法是求解内力的唯一方法.将杆件假想地切开,用以显示截面内力的大小,根据平衡条件确定截面内力合力的方法,称为截面法.拉杆、压杆的内力统称为轴力.二、内力与应力运用截面法求解内力可以概括为:截、取、代、平.如图３-２所示,假想沿m-m将杆件截开,分为Ⅰ和Ⅱ两段.取Ⅰ段为研究对象.在Ⅰ段的m-m截面上各点都作用着内力,用FN代替该截面各点内力的合力.由于杆件原来是处于平衡状态的,所以Ⅰ段也是处于平衡状态.由平衡条件得根据杆件的变形来规定内力的方向,若杆件发生纵向伸长,轴力为正,即为拉力;若杆件纵向缩短,轴力为负,即为压力.2.应力由相同材料制成的两根粗细不同的杆件,在两端受到同样大小的拉力作用时,一般都是直径较小的杆件先发生断裂.这说明根据杆件受到内力的大小,并不能判定杆件是否会被破坏，杆件是否破坏,除了与其截面上所受的内力大小有关外,还与杆的横截面积大小有关.单位面积上的内力称为应力,用σ表示,即式中FN——横截面上的内力(N);

A——横截面的面积(m２).

在国际单位制中,应力的单位是N/m２(牛顿/平方米),称为帕斯卡(简称帕),用符号Pa表示,１Pa＝１N/m２.在工程中常用MPa(兆帕)作为应力的单位.１MPa＝１N/mm２＝10６Pa.应力的方向与内力的方向相同.应力垂直于截面时称为正应力,用σ表示;应力相切于截面时称为切应力用τ表示.杆件沿轴向拉伸(或压缩)时,外力与轴线重合,其横截面上的应力认为均匀分布.在工程上常用应力来比较和判断杆件的强度.3.胡克定律实验证明:在一定范围内(弹性阶段)正应力与线应变成正比例关系称为胡克定律,即式中E——比例系数,称为弹性模量,E的值随材料而异.上式也可改写为FN/A＝EΔL/L.其中,FN/A＝σ,ΔL/L表示杆件单位长度的伸长(或缩短)值,即线应变(简称应变,用ε表示).材料的力学性能是指材料受力时在强度、变形方面表现出来的性能.材料的力学性能可以通过试验测得.试验采用的是国家统一规定的标准试件,如图3-5所示,L０为试件的试验段长度,称为标距.

三、拉伸(压缩)时材料的力学性能图3-5材料被拉伸前后1.低碳钢拉伸时的力学性能

低碳钢拉伸试验时,试件在缓慢施加的拉力F作用下,逐渐被拉长(伸长量ΔL来表示),直到被拉断.拉伸图受原始尺寸的影响.为了消除原始尺寸的影响,获得反映材料性能的曲线,应画出σ与ε的关系曲线,该曲线称为应力Ｇ应变图即σ-ε曲线,如图3-6所示.由σ-ε图可见,整个拉伸变形过程可分为四个阶段.(１)弹性阶段在拉伸的初始阶段Oa为一直线段,应力与应变成正比.直线最高点a所对应的应力值称为材料的比例极限.(２)屈服阶段由b点逐渐发展到c点,然后再由c点至c′点,应力几乎不增加而变形急剧增加,这种现象称为屈服或流动,cc′阶段称为屈服阶段,c点对应的应力值称为材料的屈服点.(３)强化阶段材料屈服后,由c′点上升到d点,材料又恢复了对变形的抵抗能力.若要继续变形,则必须增加应力的现象称为强化.(４)局部变形阶段经过d点后,试件的变形集中在某一局部范围内,试件横截面尺寸急剧缩小,产生颈缩现象.由于颈缩处横截面显著减小,使得试件继续变形所需的外力反而减小,直到e点试件被拉断.de段称为局部变形阶段.２.铸铁拉伸时的力学性能

试验得到铸铁拉伸的σ-ε曲线(见图３-８),试件从开始拉伸至拉断,应力和应变都很小,没有明显的直线段,没有屈服阶段和缩颈现象.σ-ε曲线的曲率很小时,常以直线代替曲线σ-ε,近似地认为材料服从胡克定律.拉断时的最大应力σb为材料的强度极限.由于脆性材料的抗拉强度σb很低.所以,一般不用作受拉杆件的材料.３.材料压缩的力学性能

低碳钢压缩时的σ-ε曲线与拉伸时的σ-ε曲线相比较,在屈服阶段前,低碳钢压缩时与拉伸时基本一致.屈服阶段后,试件越压越扁而不破裂.因此,达不到该材料的强度极限.铸铁压缩时的σ-ε曲线与拉伸时的σ-ε曲线相比较,其抗压强度极限远远大于抗拉强度极限(３~４倍).压坏时,其断口与轴线约成4５°.所以,铸铁被压缩时会沿斜截面相对错动而断裂.脆性材料抗压强度很高,常用来制作受压杆件.构件工作时不允许发生断裂或明显的塑性变形.当塑性材料的应力达到其屈服强度σs时,材料将会产生明显的塑性变形,以致构件无法正常工作;当应力达到脆性材料构件的强度极限σb时,构件会发生突然断裂.材料破坏时的应力称为极限应力.工程上把构件产生明显的塑性变形或断裂统称为破坏.为了保证构件具有足够的强度,必须使构件有足够的强度储备,使构件的工作应力小于材料的极限应力.因此,将极限应力除以一个大于１的安全系数n,作为材料的许用应力,用[σ]表示.即四、拉伸和压缩的强度计算第三节其他形式的基本变形构件的两侧面受到外力的合力大小相等、方向相反、作用线平行且相距很近时,在两力作用线间的各截面会沿力的方向发生相对错动,构件中相邻截面间的这种相对错动称为剪切变形,相对错动的截面称为剪切面.当剪切力过大时,构件将沿剪切面被剪断,如图３-９所示.一、剪切与挤压变形1.扭转变形的特点(１)在杆件两端受到垂直于杆件轴线、大小相等、方向相反的一对力偶的作用.(２)杆件上各个横截面均绕杆件的轴线发生相对转动.二、扭转变形2.圆轴转动时的外力偶矩圆轴转动时的外力偶矩为:１.弯曲变形的概念在日常生活与工程实际中,弯曲变形是普遍存在弯曲现象.弯曲变形的特点是杆件受到垂直于杆件轴线的横向力,杆件的轴线由直线变成曲线.三、弯曲变形２.梁的基本形式梁的支承和受力情况很复杂,根据梁的支承情况,在分析、计算时常将梁简化为三种基本形式:简支梁、悬臂梁、外伸梁。３.提高梁抵抗弯曲能力的方法

(１)合理选择梁的截面形状(２)合理布置载荷(３)采用变截面梁同时发生两种或两种以上的基本变形,称为组合变形.在工程实际中,很多杆件发生的变形往往都是组合变形,如图３-13所示.四、组合变形简介当电动机带动带轮旋转时,带轮上的带分别产生松边张力和紧边张力,两力共同作用在带轮上,对轴产生一横向力F,使轴产生弯曲变形.同时电动机对轴产生的力偶矩M和阻力偶使轴发生扭转变形.因此,传动轴将产生弯扭组合变形.第四章机械工程材料《机械基础》第一节钢铁材料一、碳素钢1.碳素钢的分类碳素钢有多种分类方法,常用的有三种:(１)按钢中含碳量分低碳钢:含碳量ωc≤0.25％.中碳钢:含碳量0.25％＜ωc＜0.6％.高碳钢:含碳量ωc≥0.6％.(２)按钢的质量分碳钢质量的好坏主要根据钢中杂质的质量分数来划分.按钢的质量,碳钢可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢.普通钢:含硫量ωs≤0.035％,含磷量ωp≤0.035％.优质钢:含硫量ωs≤0.030％,含磷量ωp≤0.030％.高级优质钢:含硫量ωs≤0.020％,含磷量ωp≤0.025％.(３)按用途分碳素结构钢:用于制造工程结构、机械零件.碳素工具钢:用于制造刃具、量具和模具.钢还可以从其他角度来分类.按脱氧方法不同,钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种.我国国家标准规定主要根据用途来分类.２.碳素结构钢(１)普通碳素结构钢普通碳素结构钢冶炼容易,不消耗贵重的合金元素,价格低廉,性能满足一般工程结构、日常生活用品和普通机械零件的要求.(２)优质碳素结构钢这类钢中有害杂质元素S、P较少,质量优良.大多数用于制造机械零件,可以应用热处理工艺改善和提高其力学性能.牌号用两位数字表示钢中平均含碳量的万分数.3.碳素工具钢

碳素工具钢是指用于制造刃具、模具、量具的钢.这类钢的碳含量都在0.7％以上,都是优质的或高级优质高碳钢.牌号是“T”加数字表示,其中T表示碳素工具钢,数字表示平均含碳量的千分数.如T８,表示平均碳含量为0.8％的碳素工具钢.若为高级优质碳素工具钢,则在牌号后加“A”,如T10A,表示平均碳含碳为1.0％的高级优质碳素工具钢.二、合金钢合金钢是在碳钢的基础上加入其他元素的钢.加入的其他元素称为合金元素.１.合金钢的分类和牌号(１)分类合金钢的分类方法很多,按用途分为:合金结构钢,主要用于制造重要的机械零件和工程结构.合金工具钢,主要用于制造重要的刃具、量具和模具.特殊性能钢,具有特殊的物理、化学性能的钢,在机械制造中常用的有不锈耐酸钢、耐热钢和耐磨钢.(２)牌号合金结构钢的牌号采用两位数字加元素符号再加数字来表示.3.合金结构钢按用途可分为工程结构用钢和机械制造用钢.(１)工程结构用钢(又称普通低合金结构钢简称普低钢)(２)机械制造用钢①合金渗碳钢.②合金调质钢.③合金弹簧钢.4.合金工具钢(１)合金刃具钢合金刃具钢分为低合金刃具钢和高速钢.(２)合金模具钢(３)合金量具钢铸铁是碳含量大于2.11％的铁碳含金.铸铁与碳钢主要的不同是,铸铁含碳量较高(一般碳含量为2.5％~4.0％),杂质元素硅、锰、硫、磷的含量也比碳钢高.三、铸铁1.灰铸铁灰铸铁断口呈暗灰色,故称灰铸铁.灰铸铁中碳以片状石墨形式存在.２.可锻铸铁可锻铸铁是将一定成分的白口铸铁经过退火处理,使渗碳体分解,形成团絮状石墨的铸铁.3.球墨铸铁球墨铸铁是指石墨以球状形式存在的铸铁.球墨铸铁的获得是在浇注前进行球化处理,即往铁水中加入适量的球化剂和孕育剂,浇注后可使石墨呈球状分布的铸铁.第二节钢的热处理一、钢的热处理钢的热处理是指在固态下,采用适当方式将钢或钢制工件进行加热、保温和冷却,以获得预期的组织结构与性能的工艺.热处理工艺通常用如图4-1所示的热处理工艺曲线表示.

应用适当的热处理,不仅能充分发挥钢的潜力,提高工件的使用性能和使用寿命,而且还可以改善工件的加工工艺性能.在机械制造中,大部分的重要零件必须进行热处理.１.退火将钢加热到适当温度,保持一定时间,然后缓慢冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺,称为退火.２.正火将钢加热到适当温度,保持一定时间后出炉、在空气中冷却的热处理工艺,称为正火.３.淬火将钢加热到适当温度,保持一定时间,然后快速冷却的热处理工艺,称为淬火.最常见的有水(盐水)冷淬火、油冷淬火等.４.回火将钢在淬火后重新加热到某一温度,保温一定时间,然后空冷到室温的热处理工艺,称为回火.(１)低温回火(150~250℃)(２)中温回火(250~500℃)(３)高温回火(500~650℃)二、钢的退火、正火、淬火和回火１.表面淬火表面淬火是仅对零件的表面层进行淬火,而心部保持未淬火状态.它是通过快速加热,使零件表面层很快达到淬火温度,在热量来不及传到中心时就立即冷却,实现表面淬火.常用的有火焰表面淬火、感应加热表面淬火.2.化学热处理化学热处理是将零件置于适当的活性介质中加热、保温、冷却的方法,使一种或几种元素渗入零件表层,以改变零件表面层的化学成分、组织和性能的热处理工艺.与表面淬火相比化学热处理不仅改变了零件表面的组织,而且零件表面化学成分也发生了变化.三、钢的表面热处理第三节有色金属材料一、铝及铝合金１.纯铝纯铝是一种银白色的金属.它具有一些优良特性:①质轻、密度较小,是轻金属之一,常用作各种轻质结构材料的基本组元.②导电、导热性良好.导电性仅次于银和铜.③抗大气腐蚀性能好.④塑性好,易于承受各种压力的加工而制成多种型材与制品.但强度、硬度较低,故工业上常通过合金化来提高其强度,以用作结构材料.纯铝分为高纯度铝和工业纯铝.２.铝合金由于纯铝的强度很低,不宜用来制作结构零件.在铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合金元素,可以得到较高强度的铝合金,且仍保持密度小、耐蚀性好、导热性好的特点.铝合金按其成分和工艺特点可分为形变铝合金和铸造铝合金.

(１)形变铝合金形变铝合金按其主要性能和用途,分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝.(２)铸造铝合金铸造铝合金是指具有较好的铸造性能,适宜用铸造加工方法获得铸件的铝合金.１.纯铜纯铜是玫瑰红色,外观为紫红色,俗称紫铜,又称电解铜.它具有良好的导电性,导热性,耐蚀性,强度不高,硬度很低,塑性较好,易于冷、热压力加工.由于纯铜价格昂贵,一般不用作结构零件,主要用于制作导电材料及配制铜合金的原料.

２.铜合金根据主加元素不同,铜合金可分为黄铜、青铜、白铜.在工业已最常用的是黄铜和青铜.(１)黄铜①普通黄铜.仅由铜和锌组成的铜合金称为普通黄铜.接性和耐蚀性,价格较便宜,故工业上应用较多。②特殊黄铜.在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的铜合金,称为特殊黄铜.二、铜及铜合金(２)青铜青铜是指铜与锌或镍以外的元素组成的合金.按化学成分不同,分为普通青铜(锡青铜)、特殊青铜(无锡青铜)两类.①普通青铜即锡青铜是人类历史上应用最早的一种合金,我国古代遗留下来的一些古镜、钟鼎之类便由这些合金制成.锡青铜具有耐磨、耐蚀和良好铸造性能.②特殊青铜的力学性能、耐磨性、耐蚀性,一般都优于普通青铜,而铸造性能不及普通青铜.主要用于制造高强度耐磨零件,如轴承、齿轮等.(３)白铜白铜是铜镍合金,因色白而得名.第四节非金属材料1.塑料的分类通常根据塑料受热后的性能分为热塑性塑料和热固性塑料.(１)热塑性塑料热塑性塑料是一类可以反复通过提高温度使之软化,降低温度使之硬化的材料.(２)热固性塑料这类塑料的特点是加热时软化,可以塑造成形,但固化后再加热,将不再软化.因此,不能重复塑制.2.塑料的特性①质轻、密度小.塑料的密度仅为钢铁的１/８~１/４,一般在0.82~2.2g/cm3之间.②绝缘性好.塑料的电阻很高,是很好的绝缘材料.③耐热性好.塑料是耐酸、碱腐蚀的优良材料.如聚四氟乙烯在“王水”中加热也很稳定,有“塑料王”之称.④力学性能不高.塑料的力学性能比金属材料低,受温度的影响很大.无冷变形强化效果,一般不适合制造受载大的零件.但塑料的比强度高,适宜制造复合材料.⑤优良的耐磨、减摩和自润滑性.大多数塑料摩擦因数小,耐磨性好,能在完全没有润滑的条件下有效地工作,这是许多金属材料所不能比拟的.⑥优良的吸振性和消声性.用塑料制造的轴承和齿轮在高速运转时,可大大减小噪声并降低振动频率.第五章连接零部件《机械基础》第一节键连接与销连接一、键连接１.平键连接平键是矩形截面的连接件.其主要尺寸为键宽b、键高h和键长L,如图５-１(a)所示.平键连接的结构如图５-１(b)所示.键的两侧面为工作面,工作时依靠键与键槽之间挤压来传递运动和转矩.平键分为普通平键、导向平键和薄型平键三种.２.半圆键连接半圆键的上表面为平面,两侧面呈半圆形平面,如图５-６(a)所示;轴上加工出的键槽也呈半圆形.半圆键连接结构,如图５-６(b)所示,以键的两侧面为工作面.轴上键槽用与半圆键半径相同的半圆键铣刀加工,如图５-７所示.３.楔键连接楔键的上表面和轮毂的键槽底面有１∶100的斜度.楔键的上、下表面是工作面,而键的两个侧面是非工作面,键与键槽的两个侧面留有间隙,如图５-８所示.装配时,将楔键沿轴向打入到轴和轮毂的键槽内,其工作面上会产生很大的楔紧力.二、花键连接花键连接由轴上加工出的外花键和轮毂孔上加工出的内花键组成(见图５-１０).它是平键连接在数目上的发展.花键连接具有键齿数多、承载能力强、键槽较浅、应力集中小、对轴毂的强度削弱小、键齿分布均匀、受力均匀、轴上零件与轴的对中性好、导向性好等优点.二、销连接销连接主要是用来确定零件间的相互位置,即起定位作用.按其在工作场合中所体现出的应用特点可分为定位销、连接销、安全销三种.定位销如图５-12(a)所示,此时销一般不承受载荷.连接销如图５-12(b)所示,可承受不大的载荷,用来传递横向力或转矩;安全销如图５-12((c)所示,起过载保护作用,当连接过载时,销被切断,从而保护被连接件不被损坏.第二节螺纹连接一、螺纹的基本知识１.螺旋线的形成(见图5-14)在圆柱表面上,沿螺旋线加工所产生的连续沟槽、凸棱称为螺纹.螺纹在螺旋线上形成的断面形状各处相同.在外表面的螺纹称为外螺纹,在内孔表面的螺纹称为内螺纹.２.螺纹的主要参数(１)螺纹的线数(n)一条螺旋线形成的螺纹为单线螺纹(n＝１),如图5-15(a)所示;由两条或两条以上,在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹称多线螺纹,如图5-15(b)所示;单线螺纹一般用于连接,多线螺纹常用于传动.(２)螺纹旋向螺纹旋向指螺旋线在圆柱面上的旋转方向.按照螺纹旋向的不同,可以分为右旋螺纹和左旋螺纹.螺纹旋向的判别:将圆柱体的轴线竖直放置,可见部分螺旋线向右上升的为右旋螺纹,如图5-15(a)所示;向左上升的为左旋螺纹,如图5-15(b)所示.(３)螺纹升角形成螺旋线的直角三角形斜边AB与底边AC之间的夹角称为螺纹升角Ψ,如图5-14所示.不论螺母承载重量有多大,螺母都不会自动下降的现象称为自锁.螺纹结构一般都有这种自锁性,这对保证螺纹结构可靠、安全地工作有着重要意义.螺纹升角越小,螺纹连接的自锁性越好.(４)大径D、d图5-16螺纹的牙型、参数与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径称为大径,内螺纹大径代号D,外螺纹大径代号d,如图5-16所示.国家标准规定螺纹大径为螺纹公称直径.(５)小径D１、d１与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径称为小径.内螺纹小径代号D１,外螺纹小径代号d１,如图5-16所示.(６)中径D２、d２中径是指一个假想圆柱的直径,该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的位置,内螺纹中径代号D２,外螺纹中径代号d２,如图5-16所示.(７)螺距P螺距是相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离,如图5-16所示.(８)导程Ph导程是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,Ph＝nP.如图5-15(b)所示.(９)牙型角α、牙型半角α/２在螺纹牙型上,连接牙顶和牙底的侧表面称为牙侧,同一牙两牙侧间的夹角α为牙型角.牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角α/２为牙型半角,如图5-16所示.３.螺纹的种类、特点与应用按照螺纹牙型的不同,螺纹可分为普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹等.除矩形螺纹外均已标准化.除管螺纹采用英制(以每英寸牙数表示螺距)外,其余均采用公制.螺纹的种类、代号、特点和应用如表5-2所示.表5-2螺纹的种类、代号、特点和应用表5-2螺纹的种类、代号、特点和应用二、螺纹连接的基本类型和常用螺纹连接件１.螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型有螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接四种,它们的构造、特点和应用见表5-3.２.常用螺纹连接件螺纹连接件的种类繁多,结构形式和尺寸已经标准化.常用螺纹连接件见表5-4.一、螺纹连接的预紧与防松方法１.螺纹连接的预紧装配时,螺纹连接一般需要拧紧,使连接在承受工作载荷之前预先受到力的作用,这个预先作用力称为预紧力.预紧的目的在于增强连接的可靠性、紧密性和防松能力.预紧力要适度,对于一般连接,可由操作者凭经验来控制预紧力的大小;对于较重要的普通螺栓连接,可采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力;对于预紧力控制有精确要求的螺栓连接,可采用测量螺栓伸长量的办法来控制预紧力的大小..２.螺纹连接的防松(１)螺纹的线数(n)按其工作原理,螺纹连接的防松可分为摩擦防松、机械防松和不可拆防松三种.(１)摩擦防松不论连接所受载荷如何变化,螺旋副中都存在一定的正压力,从而产生防止螺旋副相对转动的摩擦阻力.这种方法适用于机械外部静止构件的连接,以及防松要求不严格的场合.常用的有双螺母防松,如图5-18(a)所示;弹簧垫圈防松,如图5-18(b)所示等方法.双螺母防松效果较好,弹簧垫圈防松效果次之.(２)机械防松机械防松是借助各种止动元件(开口销、止动垫片、金属丝等),防止螺旋副的相对转动.这种装置工作可靠,应用广泛,但装拆麻烦.这种方法适用于机械内部运动构件的连接,以及防松要求较高的场合,如图5-19所示.(３)不可拆防松在螺纹副拧紧后,把螺纹副破坏,如图５Ｇ２０所示.这种方法简单可靠,适用于装配后不再拆开的连接.第三节联轴器、离合器、制动器一、联轴器１.刚性联轴器这种联轴器要求两轴严格对中,在工作时不发生相对位移.刚性联轴器有刚性固定式联轴器、刚性可移式联轴器.(１)刚性固定式联轴器有套筒联轴器、凸缘联轴器①套筒联轴器.②凸缘联轴器(２)刚性可移式联轴器刚性可移式联轴器的类型很多,如滑块联轴器、齿式联轴器等.滑块联轴器由两个端面开槽的半联轴器１、３和中间两面都有凸榫的中间圆盘２组成.中间圆盘两端面上的凸榫相互垂直,分别嵌入半联轴器相应的四槽,如图5-23所示.２.挠性联轴器挠性联轴器的特点是在两半联轴器间有弹性元件连接.因此,允许有微小的角度和综合位移.这类联轴器主要有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器,如图５-２４所示.３.安全联轴器为了对机器进行过载保护,可用各种形式的安全联轴器.安全联轴器依靠连接件折断、分离、打滑使传动中断或限制转矩的传递.二、离合器在机器运转的情况下,离合器可以实现轴与轴之间迅速结合或分离.常用的离合器有牙嵌离合器、摩擦式离合器、超越离合器和安全离合器等.它们依靠牙(齿)的啮合和工作表面的摩擦力来传递转矩.１.牙嵌离合器2.摩擦离合器３.安全离合器安全离合器会在机器过载时自动脱开,以保护机器重要零件不因过载而破坏;当机器承受载荷恢复正常后,可自动继续进行动力的传递.常用的安全离合器有牙嵌式安全离合器、滚珠式安全离合器.三、制动器１.锥形制动器２.带状制动器３.电磁制动器４.盘式制动器第六章支承零部件《机械基础》第一节轴一、键连接一、轴轴的作用是支承轴上的回转零件,并传递运动和转矩.１.轴的类型①直轴②曲轴(见图６-３).③软轴(见图６-４).(２)根据直轴承受载荷的不同,可将直轴分为:①心轴.②传动轴③转轴２.轴的材料轴是机械中的重要零件.因此,要求轴应具有足够的强度、刚度和韧性,对应力集中敏感性要小,与轴上零件有相对滑动处还应有一定的耐磨性.轴的常用材料主要是优质碳素结构钢和合金结构钢,其次是球墨铸铁.二、轴的结构(１)轴的结构应满足如下要求:①轴相对于机架及轴上零件的定位准确、固定可靠.②轴上零件便于装拆和调整.③良好的加工工艺性.④尽量减少应力集中.(２)轴的各部分名称,如图6-9所示.(３)轴上零件的固定方法:轴上零件的固定形式有轴向固定与周向固定.轴上零件的轴向定位是限制轴上零件的轴向位移,保证轴上零件位于轴上确定的位置.轴上零件的轴向固定形式、简图、特点见表6-1.轴上零件的周向固定是为了防止零件与轴产生相对转动,并传递转矩.常用的固定形式及特点见表６-２.(２)轴的各部分名称,如图6-9所示.(２)轴的各部分名称,如图6-9所示.(２)轴的各部分名称,如图6-9所示.(４)轴的工艺性结构:轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置,如图6-12所示.第二节滑动轴承一、滑动轴承的结构与常用材料1.滑动轴承的结构滑动轴承一般由轴瓦与轴承座构成,如图6-14所示.(１)整体式滑动轴承(２)剖分式滑动轴承图６Ｇ１４整体式向心滑动轴承图６Ｇ１５剖分式滑动轴承２轴瓦结构(１)整体式轴瓦(轴套))

(２)剖分式轴瓦３.轴瓦材料轴瓦是滑动轴承的重要零件,它直接与轴颈接触,其材料对于轴承的性能影响很大.轴瓦材料应满足下述要求:摩擦因数小;耐磨、耐蚀、抗胶合能力强;有足够的强度和塑性;导热性好,线胀系数小.常用的轴瓦材料有:轴承合金、青铜、粉末冶金材料、非金属材料.其中,以塑料应用最广.二、滑动