機(jī)構(gòu)靜力分析基礎(chǔ)

1、第一章 機(jī)構(gòu)靜力分析基礎(chǔ)1力的基本概念及其性質(zhì)（1）力的定義物體間相互的機(jī)械作用，這種作用使物體的運(yùn)動狀態(tài)(力的外效應(yīng))、形狀或尺寸發(fā)生改變(力的內(nèi)效應(yīng))。（2）力的三要素力的大小、方向和作用點(diǎn)。2靜力學(xué)定理（1）二力平衡定理 作用于剛體上的兩個力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個力的大小相等、方向相反，作用在一條直線上。（2）三力平衡匯交定理構(gòu)件在三個互不平行的力作用下處于平衡，這三個力的作用線必共面且匯交于一點(diǎn)。3約束和約束力應(yīng)掌握四類常用的約束模型：柔性體約束、光滑面約束、鉸鏈約束、固定端約束。了解約束性質(zhì)，掌握約束力的畫法。4物體的受力分析及受力圖（1）根據(jù)要分析的問題，確定研

2、究對象；（2）解除研究對象的約束畫出研究對象的分離體；（3）在分離體上畫出全部主動力；（4）在分離體解除約束的地方按約束的類型或性質(zhì)畫出約束力。5力的投影和分解（1）力的投影和正交分解（2）合力投影定理合力在某一軸上的投影等于各分力在同軸上投影的代數(shù)和。6力矩與力偶（1）力矩力使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應(yīng)的量度稱為力矩。1 / 29（2）合力矩定理力系合力對某點(diǎn)的力矩等于力系各分力對同點(diǎn)力矩的代數(shù)和。（3）力偶及其性質(zhì)使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應(yīng)的一對大小相等、方向相反、作用線平行的兩個力稱為力偶。力偶矩的大小、轉(zhuǎn)向和作用平面稱為力偶的三要素。力偶的基本性質(zhì)：a力偶無合力，在坐標(biāo)軸上的投影之和為零。b力偶對其作用

3、平面內(nèi)任一點(diǎn)的力矩，恒等于其力偶矩，而與矩心的位置無關(guān)。7力的平移定理作用于剛體上的力F，可平移到剛體上的任一點(diǎn)O，但必須附加一力偶，其附加力偶矩的大小等于原力F對O點(diǎn)的力矩。8平面力系的平衡方程若力系是平衡力系，則該力系向平面任一點(diǎn)簡化的主矢和主矩為零。即：平面平衡力系在兩坐標(biāo)軸投影的代數(shù)和等于0，對平面上任意點(diǎn)力矩代數(shù)和等于0。 SFx0 SFy0 SMO（F）09求解平面一般力系平衡問題的步驟（1）選擇研究對象；（2）受力分析；（3）列平衡方程，求解未知力。 第二章 常用機(jī)構(gòu)概述1機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動副機(jī)構(gòu)由若干構(gòu)件聯(lián)接組合而成，根據(jù)運(yùn)動傳遞路線和構(gòu)件的運(yùn)動狀況，構(gòu)件可分為三類：機(jī)架、原動件

4、、從動件。兩個構(gòu)件直接接觸而形成的可動聯(lián)接稱為運(yùn)動副。在平面機(jī)構(gòu)中，按構(gòu)件的接觸性質(zhì)運(yùn)動副可分為高副和低副兩類，它們所約束的自由度數(shù)目和內(nèi)容是不同的。2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖是表示機(jī)構(gòu)組成和各構(gòu)件相對運(yùn)動關(guān)系的簡明圖形。為掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，應(yīng)熟記各類常用平面機(jī)構(gòu)與運(yùn)動副的符號表示法。3平面機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件是：原動件的數(shù)目機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)F（F0）。機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)F則按下列公式計(jì)算：F3n-2PL-PH運(yùn)用平面機(jī)構(gòu)自由度公式計(jì)算一個機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)F，是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，必須熟練掌握。當(dāng)機(jī)構(gòu)中含有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束時，應(yīng)能準(zhǔn)確地識別和處理，這是正確計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度

5、數(shù)的關(guān)鍵。 第三章 平面連桿機(jī)構(gòu)1平面四桿機(jī)構(gòu)的類型鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)兩連架桿的運(yùn)動形式不同，可分為三種形式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的型式首先要根據(jù)機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的相對桿長條件，確定機(jī)構(gòu)中是否存在具有整轉(zhuǎn)副的構(gòu)件。機(jī)構(gòu)中不存在整轉(zhuǎn)副時，無論取哪個構(gòu)件為機(jī)架，都只能得到雙搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)機(jī)構(gòu)滿足整轉(zhuǎn)副條件時，則要根據(jù)選取哪個構(gòu)件為固定機(jī)架來確定該機(jī)構(gòu)的型式。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化型式，主要掌握曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。2平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性學(xué)習(xí)重點(diǎn)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的工作特性和應(yīng)用（1）急回特性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性是指當(dāng)曲柄連續(xù)勻速回轉(zhuǎn)時，搖桿往復(fù)擺動的速度不同。搖桿空回行程與工作行程的

6、平均角速度之比定義為機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K，以表示急回的程度。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)具有急回特性，是由于機(jī)構(gòu)存在有極位夾角。一般情況下有K1，且極位夾角越大，K值也越大，機(jī)構(gòu)的急回性質(zhì)就越顯著。（2）壓力角和傳動角在不計(jì)摩擦的條件下，作用于機(jī)構(gòu)從動件上驅(qū)動力的方向線與該力作用點(diǎn)的絕對速度方向線之間所夾的銳角稱為壓力角。壓力角與機(jī)構(gòu)的效率關(guān)系密切，是衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的重要指標(biāo)。在連桿機(jī)構(gòu)中，為了度量方便常用壓力角的余角來衡量傳力性能，它是連桿與從動件之間所夾銳角，稱為傳動角。傳動角越大，機(jī)構(gòu)傳力性能越好。連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時，傳動角（壓力角）是不斷變化的。（3）死點(diǎn)位置當(dāng)機(jī)構(gòu)從動件的傳動角=0時，驅(qū)動力與從動件上

7、力的作用點(diǎn)的運(yùn)動方向垂直，有效驅(qū)動力矩為零，這時的機(jī)構(gòu)位置稱為死點(diǎn)位置。對于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄為原動件時，連桿與從動搖桿不可能共線，故不存在死點(diǎn)位置；而搖桿為原動件時，連桿和從動曲柄將兩次共線，這時連桿對曲柄的驅(qū)動力將通過曲柄的轉(zhuǎn)動中心，驅(qū)動力矩為零，這兩個位置即機(jī)構(gòu)的兩個死點(diǎn)位置。 第四章 凸輪機(jī)構(gòu)1從動件的運(yùn)動規(guī)律（1）從動件位移線圖從動件位移線圖是從動件的位移S和凸輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線，是設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的依據(jù)。為此，應(yīng)掌握位移線圖的畫法，并了解凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)中有關(guān)名詞和概念。（2）從動件的常用運(yùn)動規(guī)律了解三種常用的從動件運(yùn)動規(guī)律。掌握在給定行程h和推程運(yùn)動角（或回程運(yùn)動角）的條件下繪制

8、各自位移線圖的方法。2圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓理解反轉(zhuǎn)法原理，掌握對心尖底從動件凸輪輪廓的設(shè)計(jì)步驟及要求。了解凸輪理論輪廓與實(shí)際輪廓的關(guān)系。3凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個問題（1）凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角在凸輪輪廓曲線的某點(diǎn)上，凸輪對從動件的作用力方向與從動件運(yùn)動方向之間所夾的銳角稱為凸輪機(jī)構(gòu)在該點(diǎn)上的壓力角。壓力角大，則機(jī)構(gòu)的傳力性能差，設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時應(yīng)使最大壓力角不超過許用值。（2）滾子半徑的確定滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu)若滾子的尺寸選擇不當(dāng)，將使凸輪的實(shí)際輪廓不能完全實(shí)現(xiàn)原設(shè)計(jì)時所預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，這就是運(yùn)動失真現(xiàn)象。為此要考慮選擇較小的滾子尺寸，以滿足。（3）基圓半徑的確定基圓半徑可先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選擇，再綜合考慮傳動效

9、率、運(yùn)動失真、結(jié)構(gòu)緊湊與否等因素最終確定基圓尺寸。 第五章 其他常用機(jī)構(gòu)1常用間歇機(jī)構(gòu)了解棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、凸輪式間歇機(jī)構(gòu)和不完全齒輪機(jī)構(gòu)的基本類型和工作原理。2螺旋機(jī)構(gòu)（1）主要參數(shù)掌握螺紋的直徑尺寸、螺距和導(dǎo)程、螺旋升角、螺紋的牙型角和牙型斜角等主要參數(shù)關(guān)系。（2）螺旋機(jī)構(gòu)的應(yīng)用螺旋副有兩類用途，一類為螺紋聯(lián)接，另一類為螺旋傳動。螺紋聯(lián)接要求聯(lián)接可靠，除有一定強(qiáng)度要求外，還要保證自鎖，因而多用三角形螺紋。根據(jù)使用條件和牙型角不同，又可有普通螺紋，英制螺紋和管螺紋。螺旋傳動平穩(wěn)性好，能獲得很大的機(jī)械效益，可實(shí)現(xiàn)自鎖和具有精密位移等優(yōu)點(diǎn)。螺旋傳動可采用梯形螺紋、鋸齒形螺紋或矩形螺紋。 第六章

10、 構(gòu)件內(nèi)力分析基礎(chǔ)1桿件基本變形基本變形有拉伸與壓縮、剪切和擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲等四種。求解內(nèi)力的基本方法是截面法：假想用一個截面把桿件截為兩部分，取其中一部分作為研究對象，建立平衡方程，以確定截面內(nèi)力的方法。2軸向拉伸(或壓縮)時橫截面上的內(nèi)力軸力（1）軸力的正負(fù)號規(guī)定：桿件拉伸時，軸力背離截面取正號；桿件壓縮時，軸力指向截面取負(fù)號。（2）軸力圖：正軸力畫在x軸上方，負(fù)軸力畫在x軸下方。3剪切和擠壓時橫截面上的內(nèi)力剪力和擠壓力4圓軸扭轉(zhuǎn)時橫截面上的內(nèi)力扭矩（1）扭矩的正負(fù)號規(guī)定：用右手四指彎向表示扭矩的轉(zhuǎn)向，大拇指的指向與截面外法線n相同時扭矩為正，反之為負(fù)。（2）扭矩圖：正值畫在x軸上方，負(fù)值

11、在x軸下方。5梁彎曲時橫截面上的內(nèi)力剪力和彎矩（1）剪力和彎矩的正負(fù)號規(guī)定：在橫截面的內(nèi)側(cè)截取微段梁,凡使該微段梁發(fā)生左上、右下相對錯動(順時針錯動)變形的剪力規(guī)定為正，反之為負(fù)；使微段梁產(chǎn)生上凹下凸彎曲變形的彎矩為正，反之為負(fù)。（2）剪力圖和彎矩圖：采用控制截面法繪制具體步驟：先求出梁支座的約束力，根據(jù)外力作用情況將梁分段，并定性判斷各段剪力圖和彎矩圖的形狀，計(jì)算控制截面（分界點(diǎn)、剪力為零的點(diǎn)所在截面）的剪力值和彎矩值，畫出剪力圖和彎矩圖。 第七章 構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度1應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力：正應(yīng)力用表示；切應(yīng)力（剪應(yīng)力）用表示。應(yīng)變：線應(yīng)變（正應(yīng)變）用表示；切應(yīng)變用表示。2虎克定律在一定范圍內(nèi)，桿件

12、的絕對變形l與所施加的外力F及桿件長度l成正比，而與桿件的橫截面面積A成反比。 3材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能（1）低碳鋼的拉伸試驗(yàn)過程低碳鋼的拉伸試驗(yàn)過程分為彈性、屈服、強(qiáng)化、縮頸四個階段。彈性階段：OA´段，材料服從虎克定律。（2）鑄鐵的拉伸試驗(yàn)過程鑄鐵拉伸時沒有屈服和縮頸現(xiàn)象，試件突然斷裂。衡量脆性材料強(qiáng)度的唯一指標(biāo)是強(qiáng)度極限b。（3）低碳鋼的壓縮試驗(yàn)低碳鋼壓縮與拉伸時的彈性模量E、比例極限p、彈性極限e和屈服極限s是相同的，但無法得到低碳鋼的抗壓強(qiáng)度極限b。（4）鑄鐵的壓縮試驗(yàn)鑄鐵壓縮時無屈服極限，強(qiáng)度極限b是拉伸時的45倍，常用于承受壓力的構(gòu)件。4軸向拉伸與壓縮的強(qiáng)度條件

13、5剪切和擠壓的強(qiáng)度條件為 6圓軸扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力、強(qiáng)度條件為 7彎曲的強(qiáng)度和剛度條件為 8.純彎曲時梁橫截面的正應(yīng)力計(jì)算計(jì)算公式 最大正應(yīng)力 稱為抗彎截面系數(shù) 9提高梁彎曲強(qiáng)度的主要措施（1）選擇合理的截面形狀，使截面具有盡可能大的抗彎截面系數(shù)；（2）合理地布置載荷和支座；（3）采用變截面梁。10提高梁彎曲剛度的主要措施（1）縮短梁的跨度或增加支座；（2）增大抗彎剛度EI；（3）改善加載方式。11應(yīng)力集中應(yīng)力集中是由構(gòu)件尺寸突變引起的局部應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象。12疲勞失效 構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的失效，稱為疲勞失效。13疲勞失效的原因疲勞失效的過程可分為以下三個：（1）形成疲勞裂紋源（2）疲勞裂紋擴(kuò)

14、展（3）脆性斷裂14提高構(gòu)件疲勞極限的措施（1）減緩應(yīng)力集中；（2）提高構(gòu)件表面加工質(zhì)量。 第八章 齒輪傳動1漸開線齒廓及其嚙合原理（1）了解漸開線的形成及其性質(zhì)（2）掌握漸開線齒廓的嚙合特點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)為漸開線齒廓滿足定傳動比條件、中心距可分性、嚙合角為常數(shù)。2標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸（1）了解直齒圓柱齒輪各部分的名稱（2）掌握分度圓、模數(shù)和壓力角分度圓是齒輪制造和計(jì)算的基準(zhǔn)，分度圓齒距p和的比值規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值，稱為模數(shù)m。同時分度圓壓力角也規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值，取=20°。（3）標(biāo)準(zhǔn)齒輪和標(biāo)準(zhǔn)中心距齒頂高系數(shù)h*a和徑向間隙系數(shù)c*均取標(biāo)準(zhǔn)值，且分度圓上的齒厚與齒槽寬相等的齒輪稱為

15、標(biāo)準(zhǔn)齒輪。一對標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動，分度圓相切時的中心距稱為標(biāo)準(zhǔn)中心距。標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動兩齒輪的節(jié)圓分別與分度圓重合。（4）基本參數(shù)和幾何尺寸漸開線直齒圓柱齒輪的五個基本參數(shù)是齒數(shù)Z、模數(shù)m、壓力角、齒頂高系數(shù)h*a和徑向間隙系數(shù)c*。齒輪各部分的幾何尺寸完全由這五個基本參數(shù)確定。3漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動（1）正確嚙合條件兩齒輪的模數(shù)m和壓力角分別相等是齒輪正確嚙合的必要條件。（2）連續(xù)傳動條件實(shí)際嚙合線大于基圓齒距pb，即齒輪傳動的重合度大于1是齒輪能夠連續(xù)傳動的條件。4齒輪輪齒的加工與輪齒的根切（1）展成法的基本原理展成法是利用一對齒輪相互嚙合時，兩輪齒廓互為包絡(luò)線的原理來切齒的。展成法常見有插

16、齒和滾齒兩種加工方法。（2）根切現(xiàn)象和最少齒數(shù)根切是用展成法加工齒輪時可能出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，由于齒根部分變?nèi)?，而且使?jié)u開線長度縮短，造成重合度下降而影響傳動平穩(wěn)性，所以應(yīng)采取措施予以避免。標(biāo)準(zhǔn)齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)為17。5斜齒圓柱齒輪傳動（1）基本參數(shù)和幾何尺寸斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)有法面參數(shù)和端面參數(shù)之分。應(yīng)記住公式mt=mn/cos斜齒圓柱齒輪傳動的幾何尺寸要按端面參數(shù)計(jì)算。（2）正確嚙合條件一對斜齒圓柱齒輪若要正確嚙合，除兩輪的模數(shù)mn和壓力角必須分別相等外，還必須滿足1+2=0。（3）重合度斜齒圓柱齒輪的重合度由兩部分構(gòu)成：=+。其中，為端面重合度；為軸向重合度，它是因齒傾斜而產(chǎn)生的

17、附加重合度。（4）當(dāng)量齒數(shù)和最少齒數(shù)斜齒輪的當(dāng)量齒輪是齒形近似于該斜齒輪法面齒形的直齒圓柱齒輪，其齒數(shù)稱為當(dāng)量齒數(shù)Zv，計(jì)算公式為Zv=Z/cos3。6直齒錐齒輪機(jī)構(gòu)（1）背錐和當(dāng)量齒數(shù)展開背錐，并把兩扇形齒輪補(bǔ)足為完整的圓柱齒輪后，就可得到齒形與錐齒輪大端實(shí)際齒廓相近的一對當(dāng)量齒輪，其齒數(shù)稱為錐齒輪的當(dāng)量齒數(shù)Zv。（2）正確嚙合條件直齒錐齒輪的正確嚙合條件是：兩輪的大端模數(shù)和壓力角必須分別相等；此外，兩輪的錐距也必須相等。（3）幾何尺寸計(jì)算直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算以大端為基準(zhǔn)，大端模數(shù)m應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)取值，同時取壓力角=20°。應(yīng)掌握下列參數(shù)和幾何尺寸的計(jì)算：傳動比i，分度圓錐角1、2，

18、分度圓直徑d1、d2，錐距R以及齒寬b。7失效分析和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（1）輪齒的失效分析齒輪傳動的主要失效形式有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損、齒面膠合和齒面塑性變形。應(yīng)注意掌握這五種失效形式的概念，弄清發(fā)生失效的條件、原因和失效發(fā)生的部位，了解為避免發(fā)生失效而采取的相應(yīng)措施。（2）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一般閉式齒輪的主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕和齒根彎曲疲勞折斷，設(shè)計(jì)時應(yīng)以齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為其承載能力的計(jì)算依據(jù)。開式齒輪的主要失效形式是齒面磨損和輪齒折斷，當(dāng)前尚無較成熟的磨損計(jì)算方法，因此只進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，把求得的模數(shù)增大1020，以考慮輪齒磨薄的影響。8齒輪材料及熱處理對齒輪材料的基本要求

19、是：材料具有足夠的強(qiáng)度，齒面要硬、齒芯要韌，以抵抗各種齒面失效和齒根的折斷。要求掌握常用的齒輪材料及熱處理方法：（1）鍛鋼和鑄鋼軟齒面齒輪（硬度350HBS），通常由中碳鋼或中碳合金鋼正火或調(diào)質(zhì)處理后切齒；硬齒面齒輪，常用方法是低碳鋼滲碳淬火或中碳鋼表面淬火，但熱處理后需要磨齒。鑄鋼常用于制造高強(qiáng)度的大型齒輪，齒坯一般都應(yīng)經(jīng)正火處理，其機(jī)械性能低于鍛鋼。（2）鑄鐵用于制造齒輪的鑄鐵有灰鑄鐵和球墨鑄鐵，灰鑄鐵機(jī)械性能較差，多用于開式齒輪傳動；球墨鑄鐵的機(jī)械性能接近于鑄鋼，有時可作為代用材料使用。9圓柱齒輪的受力分析圓柱齒輪傳動的受力分析是要求熟練掌握的重點(diǎn)內(nèi)容，應(yīng)結(jié)合圖8-27、8-29熟記各力

20、的計(jì)算公式，并能夠正確判斷各分力的方向。10圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算學(xué)習(xí)重點(diǎn)是直齒圓柱齒輪接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的計(jì)算。計(jì)算公式不要求記憶，但應(yīng)做到：（1）了解建立公式的力學(xué)模型、計(jì)算依據(jù)；（2）掌握公式中各參數(shù)的意義、單位；（3）能正確運(yùn)用公式進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和齒輪強(qiáng)度分析。11直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路選定齒輪的傳動參數(shù)，確定齒輪的結(jié)構(gòu)型式和尺寸；設(shè)計(jì)齒輪首先應(yīng)進(jìn)行失效分析、確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，在此基礎(chǔ)上再選材料和確定參數(shù)。設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)滿足運(yùn)動關(guān)系、幾何關(guān)系和強(qiáng)度條件。（2）設(shè)計(jì)步驟a初定參數(shù)Z1、Z2，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)a，b，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，F(xiàn)Fb初定參數(shù)Z1、Z2，按齒根接

21、觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)m，再校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度，HH。在設(shè)計(jì)時，可根據(jù)原始條件、失效分析選定一種設(shè)計(jì)方法，并擬定設(shè)計(jì)步驟。（3）參數(shù)選擇齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)的選取與齒輪傳動的工作條件和設(shè)計(jì)要求有關(guān)，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮上述條件并參照齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)的一般選擇原則來確定。12齒輪的結(jié)構(gòu)與潤滑（1）輪體的結(jié)構(gòu)齒輪輪體的結(jié)構(gòu)型式取決于齒輪的材料、尺寸、齒坯工藝及使用條件等因素，通常采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法完成。常用的結(jié)構(gòu)型式有齒輪軸、盤式齒輪、輻板式及輻條式齒輪、雙聯(lián)齒輪等。（2）齒輪的潤滑潤滑的主要內(nèi)容是選定潤滑方式和潤滑劑。開式齒輪速度低，常用定期人工加油潤滑；潤滑劑常選用粘度高的瀝青質(zhì)開式齒輪油，也可使用潤滑脂。閉式齒輪的潤滑

22、方式取決于齒輪的圓周速度，一般閉式齒輪常采用油浴潤滑。第九章 蝸桿傳動1蝸桿傳動的受力分析蝸桿傳動受力分析類似于斜齒輪，但有其特點(diǎn)。受力關(guān)系式中，T1、T2分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)矩，由T2=T1·i·可知，計(jì)入嚙合效率即表示在受力分析中已經(jīng)計(jì)入了齒面摩擦力。判斷蝸桿蝸輪受力方向的方法類似斜齒輪傳動，蝸桿軸向力Fa1的指向可利用教材158頁所述“左、右手法則”。2失效分析和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則蝸桿傳動的失效形式與齒輪傳動相似，但傳動過程中齒面滑動摩擦大，其主要失效形勢是膠合和磨損。（1）開式蝸桿傳動輪齒易磨損，按蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)時，應(yīng)適當(dāng)考慮磨損對輪齒強(qiáng)度的影響。（2）閉式蝸桿傳動

23、則按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算，限制齒面接觸應(yīng)力以避免膠合和點(diǎn)蝕。3蝸桿蝸輪常用材料蝸桿蝸輪材料的一般選用原則是：材料在滿足一定強(qiáng)度條件下，具備良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性。蝸桿常用材料為優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金鋼，可用表面淬火或調(diào)質(zhì)等熱處理方法提高性能。蝸輪材料有鑄鐵、鋁青銅、錫青銅等，可根據(jù)滑動速度來選擇。4蝸桿傳動的效率和熱平衡計(jì)算（1）蝸桿傳動的效率在計(jì)算蝸桿傳動的效率時應(yīng)考慮嚙合摩擦、軸承摩擦和攪油油阻三部分功率損耗。通常，軸承摩擦效率和攪油油阻效率取為0.950.97；嚙合效率可按螺旋傳動的效率公式計(jì)算。（2）熱平衡的計(jì)算連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動要進(jìn)行熱平衡計(jì)算以控制油的溫度。熱平衡是指在蝸桿傳動工

24、作一段時間后，傳動中單位時間的發(fā)熱量與傳動裝置通過介質(zhì)在單位時間內(nèi)散熱量逐漸接近而達(dá)到平衡，此時油溫不再繼續(xù)上升。由熱平衡條件，可得蝸桿傳動達(dá)到熱平衡時的油溫，若工作油溫超過許用值，可增大散熱面積和改善通風(fēng)條件，必要時可使用冷卻裝置。5蝸桿蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)蝸桿通常與軸做成一個整體，按蝸桿螺旋部分的加工方法可分為車制蝸桿和銑制蝸桿。銑制蝸桿的剛度好，但車制蝸桿工藝簡單，應(yīng)用較為普遍。蝸輪可采用整體式或裝配式結(jié)構(gòu)。為節(jié)省有色金屬，較大的蝸輪都采用裝配式，齒圈和輪芯常用過盈配合或螺栓聯(lián)接裝配為一體。 第十章 輪系1定軸輪系及其傳動比（1）不含空間齒輪由于輪系中所有齒輪的軸線都相互平行，故傳動比可按以下

25、式計(jì)算：（2）含有空間齒輪輪系中含有空間齒輪，則各齒輪的軸線不再全部平行。這時，傳動比的數(shù)值仍可按前式計(jì)算，但轉(zhuǎn)向關(guān)系不能用（1）m來確定，必須用畫箭頭法解決。2周轉(zhuǎn)輪系及其傳動比計(jì)算（1）周轉(zhuǎn)輪系的組成周轉(zhuǎn)輪系由中心輪（太陽輪）、行星輪和系桿三種基本構(gòu)件所組成。判斷一個輪系是定軸輪系還是周轉(zhuǎn)輪系，只要看輪系中是否存在有行星輪。（2）周轉(zhuǎn)輪系的傳動比周轉(zhuǎn)輪系的傳動比要通過其轉(zhuǎn)化輪系進(jìn)行。轉(zhuǎn)化輪系的傳動比計(jì)算式：在應(yīng)用上述關(guān)系時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a公式中的齒輪1和齒輪K的軸線必須與轉(zhuǎn)臂軸線平行；b在轉(zhuǎn)化輪系傳動比計(jì)算公式中，各個轉(zhuǎn)速的前面必須有正、負(fù)號；c轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動比i，應(yīng)按照相應(yīng)的定軸輪系

26、傳動比的計(jì)算方法求出。 第十一章 帶傳動1帶傳動的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用帶傳動適于中心距較大的傳動；傳動平穩(wěn)，可緩沖吸振；過載時打滑，能起安全保護(hù)作用。帶傳動的主要缺點(diǎn)是不能保證準(zhǔn)確的傳動比，帶的壽命和傳動效率較低。不同類型的帶，其傳動特點(diǎn)和應(yīng)用范圍不盡相同：2V帶傳動的參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算（1）V帶的主要參數(shù)包括：型號及橫截面尺寸、基準(zhǔn)帶長Ld、帶輪基準(zhǔn)直徑d1、d2、傳動中心距a，小帶輪包角1。（2）主要幾何關(guān)系式帶長L 小帶輪包角1 3帶傳動的工作情況分析（1）帶傳動的受力分析帶傳動靠傳動帶與帶輪之間的摩擦力傳遞動力。當(dāng)帶和帶輪之間所能產(chǎn)生的最大摩擦力Ff不能滿足傳動所需要的有效圓周力F時，帶和

27、帶輪之間將發(fā)生打滑。最大摩擦力Ff與帶傳動的初拉力F0成正比，同時還與包角和摩擦系數(shù)v有關(guān)。因此在帶傳動設(shè)計(jì)時，應(yīng)控制初拉力并保證包角不小于一定數(shù)值。（2）帶傳動的運(yùn)動分析由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪間的滑動稱為彈性滑動，且彈性滑動現(xiàn)象是不可避免的。彈性滑動引起帶的線速度變化，其線速度的相對降低量稱為帶傳動的滑動率。（3）傳動帶的應(yīng)力分析帶傳動工作時，帶上作用有循環(huán)變應(yīng)力，包括：由緊邊、松邊拉力產(chǎn)生的工作拉應(yīng)力；由離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力；由帶繞過帶輪時產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。把三種應(yīng)力依次疊加，可看到傳動帶上各點(diǎn)在不同工作位置上的應(yīng)力是變化的，最大拉應(yīng)力發(fā)生在緊邊進(jìn)入小帶輪處，max=1+c+b14帶

28、傳動的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（1）帶傳動的失效分析由帶傳動的工作情況分析可知，帶傳動的主要失效形式是帶的打滑、疲勞破壞。此外，在正常工作時帶的彈性滑動還會引起帶和帶輪的磨損。帶傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是保證傳動帶在不打滑的條件下具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。（2）單根V帶傳遞的功率單根V帶傳遞功率的理論公式是依據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、通過限制有效圓周力和帶的最大工作應(yīng)力兩個條件而導(dǎo)出的，設(shè)計(jì)時使用工程計(jì)算公式：5V帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）V帶傳動的設(shè)計(jì)內(nèi)容確定傳動參數(shù)V帶型號、長度、根數(shù)；帶輪基準(zhǔn)直徑d1、d2；傳動中心距帶輪設(shè)計(jì)選擇帶輪材料；確定帶輪結(jié)構(gòu)型式和尺寸（2）V帶傳動參數(shù)的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)V帶傳動應(yīng)使其傳動參數(shù)保證運(yùn)

29、動關(guān)系，符合幾何關(guān)系，并滿足不打滑及疲勞壽命條件。要掌握V帶傳動的設(shè)計(jì)步驟。（3）V帶傳動的參數(shù)選擇注意小帶輪直徑d1、傳動中心距a的選擇原則，這是要由設(shè)計(jì)者自行選取的傳動參數(shù)。 第十二章 聯(lián)接1螺紋聯(lián)接（1）螺紋聯(lián)接的基本類型螺紋聯(lián)接一般采用三角螺紋，基本類型有螺栓聯(lián)接、螺釘聯(lián)接、雙頭螺栓聯(lián)接及緊定螺釘聯(lián)接。了解各類聯(lián)接的結(jié)構(gòu)、熟悉常用的標(biāo)準(zhǔn)件是設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接所必須掌握的基本知識。（2）失效分析和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則螺紋聯(lián)接的失效是指由螺紋聯(lián)接件與被聯(lián)接件所構(gòu)成的聯(lián)接的失效。對于普通螺栓，無論載荷屬于哪種類別都只能承受軸向拉力，其失效形式為螺桿的斷裂；而鉸制孔用螺栓則只能承受橫向載荷，其失效形式為剪切或擠

30、壓失效。（3）螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都必須擰緊，使聯(lián)接具有所要求的剛性、緊密性和防松能力。重要的聯(lián)接必須控制預(yù)緊力的大小。在設(shè)計(jì)螺栓聯(lián)接時應(yīng)考慮防松措施。防松的方法按其工作原理可分為摩擦防松、機(jī)械防松、永久防松三大類。2鍵銷聯(lián)接（1）平鍵聯(lián)接a平鍵聯(lián)接的類型和特點(diǎn)平鍵是矩形截面的聯(lián)接件，傳遞轉(zhuǎn)矩是靠平鍵的兩個側(cè)面。平鍵聯(lián)接的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、對中性好，拆裝方便。平鍵聯(lián)接按其用途可分為三種：普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵。普通平鍵一般用于靜聯(lián)接；而導(dǎo)向平鍵和滑鍵則用于動聯(lián)接。b平鍵聯(lián)接的失效分析與強(qiáng)度計(jì)算正常的條件下，平鍵聯(lián)接的主要失效形式是薄弱零件在靜聯(lián)接時的擠壓失效。標(biāo)準(zhǔn)尺寸的

31、平鍵聯(lián)接應(yīng)按聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度計(jì)算： （N/mm2）在設(shè)計(jì)鍵聯(lián)接時，應(yīng)根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和使用條件選擇鍵的類型，由軸的直徑尺寸按標(biāo)準(zhǔn)選取平鍵的剖面尺寸b×h，并根據(jù)輪轂長度確定鍵的長度L，然后用上述強(qiáng)度公式做核驗(yàn)計(jì)算。（2）半圓鍵聯(lián)接半圓鍵聯(lián)接工作時靠兩側(cè)面?zhèn)鬟f轉(zhuǎn)矩。半圓鍵呈弓形，它的工藝性好，裝拆方便，但對軸的強(qiáng)度消弱嚴(yán)重，故一般用于輕載聯(lián)接。（3）楔鍵聯(lián)接楔鍵的上、下兩個表面是工作面，分別與轂和軸的鍵槽底面貼合。在裝配時，楔鍵打入輪和轂的鍵槽中，會使軸轂產(chǎn)生偏心距e，因此定心精度不高。（4）切向鍵聯(lián)接切向鍵由兩個1：100的單邊傾斜楔鍵組成，裝配后兩個鍵的斜面相互貼合，共同楔緊在輪轂和軸

32、之間圖12-7。切向鍵常用于載荷大、對中要求不嚴(yán)格的場合。（5）銷聯(lián)接銷聯(lián)接主要用于固定零件之間的相對位置，也可以用于軸和轂或零件間的聯(lián)接，并傳遞不大的載荷；還可作為安全裝置中的過載剪斷元件。 第十三章 軸1軸按載荷分類根據(jù)承載情況，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸三類。工作中既受彎矩又受轉(zhuǎn)矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸；只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩的軸稱為心軸，心軸又可分為轉(zhuǎn)動心軸和固定心軸兩種；只傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩（或彎矩很小，可略去不計(jì)）的軸稱為傳動軸。根據(jù)軸所受載荷，轉(zhuǎn)軸同時受到正應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用；而心軸和傳動軸則分別只承受正應(yīng)力和剪應(yīng)力。2軸的材料軸的材料應(yīng)具有必要的強(qiáng)度和韌性，當(dāng)采用滑動軸承支承時，軸頸還

33、需要具有耐磨性。一般工作條件下的軸常用碳素鋼制造，在非常溫或重載條件下的軸宜采用合金鋼，對形狀復(fù)雜的軸，可用球墨鑄鐵或高強(qiáng)度鑄鐵制造。為了充分發(fā)揮鋼的機(jī)械性能，用鋼制造的軸通常都要經(jīng)過熱處理。3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下三方面要求：（1）有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度軸的受力狀況與軸上傳力零件的布局和結(jié)構(gòu)有關(guān)。在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，應(yīng)合理布置軸上零件，采用合理結(jié)構(gòu)，盡可能減輕軸所受的力和轉(zhuǎn)矩。（2）軸上零件定位和固定可靠零件的定位和固定是軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的核心問題。零件的固定要考慮軸向和周向兩個方向。常用的軸向定位和固定裝置有軸肩軸環(huán)、圓螺母、彈性擋圈、套筒、緊定螺釘?shù)龋谳S端也常使用圓錐面和軸

34、端擋圈。應(yīng)了解這些方法的各自特點(diǎn)。零件的周向固定即軸轂聯(lián)接，聯(lián)接方式有很多，常用的有鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接、過盈配合聯(lián)接等。（3）軸的結(jié)構(gòu)工藝性在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，要考慮使軸上零件便于安裝和拆卸，軸肩不宜過高，滿足定位的要求即可。這里，應(yīng)特別注意滾動軸承的定位軸肩高度，過高則無法正常拆卸軸承。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要考慮軸的加工工藝性。在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡可能簡單。4軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的類型不同或具有不同的工作條件，相應(yīng)有不同的強(qiáng)度計(jì)算方法。心軸只受彎矩，按其彎曲應(yīng)力的性質(zhì)，取相應(yīng)的許用彎曲應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。傳動軸只受扭矩，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。轉(zhuǎn)軸主要受彎矩又受扭矩，對于一般條件下的轉(zhuǎn)軸

35、，可用彎扭合成當(dāng)量彎矩法進(jìn)行強(qiáng)度校核。軸的強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)當(dāng)與軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行。一般轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)步驟為；（1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估算軸的直徑；（2）軸的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（3）按彎扭強(qiáng)度核驗(yàn)計(jì)算；（4）修改有關(guān)結(jié)構(gòu)，完成設(shè)計(jì)。 第十四章 軸承1滾動軸承的基本類型、選用原則和代號表示法（1）基本類型按照軸承所能承受的載荷，軸承可分為向心軸承、推力軸承和角接觸軸承三類，其中每類軸承又可根據(jù)其滾動體的形狀分為球軸承和滾子軸承。常用的滾動軸承有1、3、5、6、7、N等六類。它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能特點(diǎn)應(yīng)很好地掌握，以便能正確選用。（2）類型選擇原則選擇軸承類型要考慮軸承所受載荷的方向、載荷的大小與性質(zhì)，軸承的轉(zhuǎn)速條件

36、、調(diào)心性能及裝調(diào)性能等因素。（3）代號表示法滾動軸承的代號由基本代號、前置代號和后置代號構(gòu)成。要以軸承的基本代號為重點(diǎn)，熟悉內(nèi)徑尺寸代號、尺寸系列代號和軸承類型代號的意義。2滾動軸承的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則滾動軸承工作時，內(nèi)外套圈和滾動體都受有脈動循環(huán)接觸應(yīng)力的作用，其主要失效形式是疲勞點(diǎn)蝕、塑性變形和磨損。針對這些失效形式所制定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：（1）一般工作條件下的滾動軸承易發(fā)生點(diǎn)蝕，進(jìn)行壽命計(jì)算并作靜強(qiáng)度校核。（2）對于轉(zhuǎn)速極低或僅作擺動的軸承，只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算以防止塑性變形。3.滾動軸承的壽命計(jì)算（1）基本額定壽命和基本額定動載荷基本額定壽命是取可靠度90%的一種壽命計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，其失效率為10

37、%，記作L（Lh）?；绢~定動載荷Cr是基本額定壽命為106轉(zhuǎn)時軸承所能承受的最大載荷。它體現(xiàn)了滾動軸承在一定條件下抗疲勞點(diǎn)蝕的承載能力。（2）當(dāng)量動載荷當(dāng)軸承同時受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa時，為了與基本額定動載荷相對照，需要折合成純徑向載荷進(jìn)行壽命計(jì)算。當(dāng)量動載荷的計(jì)算公式為（3）壽命計(jì)算的基本公式軸承使用的壽命計(jì)算公式：（4）角接觸軸承的載荷計(jì)算由于結(jié)構(gòu)方面的原因，角接觸軸承在承受徑向力時會產(chǎn)生派生軸向力F，其方向沿軸承外圈寬邊指向窄邊。角接觸軸承所受的軸向載荷Fa應(yīng)根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)綜合考慮外載荷FA和派生軸向力F的作用通過力的平衡關(guān)系求得。4滾動軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算為防止?jié)L動軸承的塑性變形失效，應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。滾動軸承靜強(qiáng)度的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)是額定靜載荷，它表示軸承抗塑性變形的最大承載能力。軸承受載最大的滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達(dá)到規(guī)定數(shù)值時所承受的靜載荷規(guī)定為軸承基本額定靜載荷C0。按額定靜載荷計(jì)算軸承靜強(qiáng)度的公式為。5滾動軸承的組合設(shè)計(jì)（1）滾動軸承支點(diǎn)結(jié)構(gòu)常用的滾動軸承支點(diǎn)結(jié)構(gòu)有兩端