機械設計課件

第一章緒論§1-0引言§1-1機械工業(yè)在現(xiàn)代化建設中的作用§1-2機器的基本組成要素§1-3本課程的內(nèi)容、性質與任務§1-4認識機器引言引言

人類社會的進步源于不斷地創(chuàng)新，設計活動則是創(chuàng)新的策劃、起點和關鍵環(huán)節(jié)。

機器是人們改造世界和現(xiàn)代化生活的重要工具，機器的發(fā)明、使用和發(fā)展是現(xiàn)代社會發(fā)展的一個重要創(chuàng)新過程。在這一創(chuàng)新過程中，人們總結出了進行機械設計的理論與方法，從而為更高層次的創(chuàng)新與設計奠定了基礎。

現(xiàn)代教育的目標是素質教育，而素質教育的核心應該是創(chuàng)新素質教育。作為集中了人們關于機械及裝備創(chuàng)新智慧的機械設計的理論與方法，應該是同學們學習創(chuàng)新的理想內(nèi)容。

關于機械設計的理論與方法是博大精深的，而作為大學本科階段的一門課程，機械設計課程的主要任務是講述通用機械零部件的設計以及機械系統(tǒng)設計的基礎知識。

第一節(jié)機械工業(yè)在現(xiàn)代化建設中的作用

機械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設水平的重要標志。

機器是代替人們體力和部分腦力勞動的工具，機器既能承擔人力所不能或不便進行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進產(chǎn)品質量，特別是能夠大大提高勞動生產(chǎn)率和改善勞動條件。

只有使用機器，才能便于實現(xiàn)產(chǎn)品的標準化、系列化和通用化，尤其是便于實現(xiàn)高度的機械化、電氣化和自動化。

機械工業(yè)肩負著為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和促進技術改造的重任。

大量地設計制造和廣泛采用各種先進的機器，可大大加強促進國民經(jīng)濟發(fā)展的力度加速我國的現(xiàn)代化建設。

第二節(jié)機器的基本組成要素

一個機械系統(tǒng)一般包含機械結構系統(tǒng)、驅動動力系統(tǒng)、檢測與控制系統(tǒng)。

一臺機器的機械結構總是由一些機構組成的，每個機構又是由若干零件組成的。有些零件是在各種機器中常用的，稱之為通用零件；有些零件只有在特定的機器中才用到，稱之為專用零件。

通用零件包括：

齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動；軸、聯(lián)軸器、離合器；滾動軸承、滑動軸承；螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結構件；彈簧、機架、箱體等。

專用零件例如：葉片、犁鏵、槍栓等。

通用零件是本課程的主要學習對象，而專用零件的設計方法應在有關專業(yè)課中學習。

第三節(jié)１本課程的內(nèi)容、性質與任務

本課程的主要內(nèi)容是：學習機械系統(tǒng)設計的基礎知識；學習一般尺寸和參數(shù)的通用零件設計方法。

本課程中“設計”的含義是指機械裝置的實體設計，涉及零件的應力、強度的分析計算，材料的選擇、結構設計，考慮加工工藝性、標準化以及經(jīng)濟性、環(huán)境保護等。

機械設計結果的表現(xiàn)形式為：機械工程圖、說明書和計算機程序。

本課程所涉及的先修課程有：工程材料：非金屬材料，金屬材料及熱處理。工程制圖：設計的圖形表達。機械制造基礎：冷加工工藝，熱加工工藝。公差配合與技術測量：解決精度設計問題。理論力學：解決力分析與動力計算。材料力學：解決強度分析問題。機械原理：解決機械的方案設計。

本課程的幾個特點

涉及面廣關系多─因與諸多先修課關系密切。要求多─強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經(jīng)濟性。門類多─各類零件，各有特點，設計方法各異。公式多─計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、半經(jīng)驗的及定義式。圖表多─結構圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線圖、標準、經(jīng)驗數(shù)表。

實踐性強─不僅讀懂書就行，要多聯(lián)系實際，要注重實踐性環(huán)節(jié)。

無重點─又都是重點，設計工作必須詳盡，細小的疏忽也會導致嚴重事故。

設計問題無統(tǒng)一答案─更多地談論誰設計得更好，要注意發(fā)展求異思維。本課程的內(nèi)容、性質與任務第三節(jié)2

注意處理好幾個關系

零件的設計與選用

──零件設計的兩個主要途徑。

設計計算與結構設計

──設計決非只是計算，同學更應重視結構設計的學習。

性能要求與經(jīng)濟性

──永遠是一對矛盾，應學會合理地解決這一對矛盾。

經(jīng)驗設計與現(xiàn)代設計

──二者均重要，前者是后者的基礎。

具體的設計方法與一般的設計能力

──前者是學習的形式，后者是學習的目的。本課程的內(nèi)容、性質與任務第三節(jié)3

認識機器1認識機器在學習機械設計課程之初，有必要對機械的組成，機械的基本要素有一個感性的了解。下面先看幾個例子。１．全自動洗衣機２．減速器與變速器３．工業(yè)機器人４．汽車防抱死系統(tǒng)通過上述例子我們可以歸納以下幾點：1.一個機械系統(tǒng)包含著機械結構系統(tǒng)、驅動動力系統(tǒng)、檢測與控制系統(tǒng)；2.現(xiàn)代的機器不僅可以承擔人類的體力勞動，還可以部分的腦力勞動。3.一臺機器的機械結構總是由一些機構組成的，每個機構又是由若干零件組成的。有些零件是在各種機器中常用的，稱之為通用零件，如：螺釘、齒輪、軸承等；有些零件只有在特定的機器中才用到，稱之為專用零件，如：洗衣機中的波輪、工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器、軍械中的槍栓等。

認識機器2工業(yè)機器人工業(yè)機器人的定義：其操作機時自動控制的，可重復編程、多用途，并可對三個和三個以上的軸進行編程。它可以是固定式或移動式。在工業(yè)自動化中使用。工業(yè)機器人包括操作機和控制系統(tǒng)（硬件和軟件）。所謂操作機是一種機器，其機構通常是由一系列相互鉸接或相對滑動的構件所組成。它通常有幾個自由度，用以抓去或移動物體。注：左鍵單擊圖片可演示視頻機器人焊接機器人去毛刺

認識機器3工業(yè)機器人數(shù)控加工中的工業(yè)機器人注：左鍵單擊圖片可演示視頻

認識機器4工業(yè)機器人

示教板用于輸入控制命令或控制程序

控制系統(tǒng)用于控制操作機各關節(jié)內(nèi)伺服電機的運動工業(yè)機器人的組成

操作機在控制系統(tǒng)的控制下，實現(xiàn)各種復雜運動。每個關節(jié)內(nèi)有電動機和減速器

機器的組成1機器的組成

人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)和生活的需要，設計和制造了類型繁多、功能各異的機器。

一臺完整的機器的組成大致可包括：原動機部分傳動部分執(zhí)行部分潤滑、顯示、照明等輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)

傳感器傳感器傳感器設計機器的一般程序設計機器的一般程序

計劃階段

方案設計階段

技術設計階段

技術文件編制階段一部機器的質量基本上決定于設計質量，機器的設計階段是決定機器好壞的關鍵。它是一個創(chuàng)造性的工作過程，同時也是一個盡可能多地利用已有的成功經(jīng)驗的工作。作為一部完整的機器，它是一個復雜的系統(tǒng)。要提高設計質量，必須有一個科學的設計程序。設計機器的一般程序：詳細說明

對機器的主要要求對機器的主要要求

設計機器的任務是在當前技術發(fā)展所能達到的條件下，根據(jù)生產(chǎn)及生活的需要提出的。不管機器的類型如何，一般來說，對機器都要提出以下的基本要求：

使用功能要求經(jīng)濟性要求勞動保護要求可靠性要求其它專用要求詳細說明

機械零件的主要失效形式1機械零件的主要失效形式機械零件常見的失效形式有：整體斷裂、過大的殘余變形、零件的表面破壞以及破壞正常工作條件引起的失效等。（一）整體斷裂整體斷裂是指零件在載荷作用下，其危險截面的應力超過零件的強度極限而導致的斷裂，或在變應力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。齒輪輪齒斷裂

軸承內(nèi)圈斷裂機械零件的主要失效形式2機械零件的主要失效形式（二）過大的殘余變形

當作用于零件上的應力超過了材料的屈服極限，零件將產(chǎn)生殘余變形。齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形

機械零件的主要失效形式3機械零件的主要失效形式（三）零件的表面破壞

零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點蝕）。齒面接觸疲勞軸瓦磨損

機械零件的主要失效形式4機械零件的主要失效形式（四）破壞正常工作條件引起的失效

有些零件只有在一定的工作條件下才能正常的工作，如：

液體摩擦的滑動軸承，只有在存在完整的潤滑油膜時才能正常工作。帶傳動只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時才能正常工作。高速轉動的零件，只有在轉速與轉動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適當?shù)拈g隔才能正常工作。零件在工作時會發(fā)生那一種失效，這與零件的工作環(huán)境、載荷性質等很多因素有關。有統(tǒng)計結果表明，一般機械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、腐蝕等因素引起。

設計機械零件時應滿足的基本要求設計機械零件時應滿足的基本要求

避免在預定壽命期內(nèi)失效的要求

結構工藝性要求

經(jīng)濟性要求

質量小的要求

可靠性要求

機器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設計的機器滿足基本要求，就必須使組成機器的零件滿足以下要求：詳細說明應保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。設計的結構應便于加工和裝配。

零件應有合理的生產(chǎn)加工和使用維護的成本。

質量小則可節(jié)約材料，質量小則靈活、輕便。應降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。

機械零件的計算準則1機械零件的設計準則

強度準則

剛度準則

設計零件時，首先應根據(jù)零件的失效形式確定其設計準則以及相應的設計計算方法。一般來講，有以下幾種準則：

壽命準則

振動穩(wěn)定性準則

可靠性準則詳細說明：確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基本的設計準則。：確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。：通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關。：高速運轉機械的設計應注重此項準則。：當計及隨機因素影響時，仍應確保上述各項準則。

機械零件的設計方法機械零件的設計方法

理論設計

經(jīng)驗設計

模型實驗設計

機械零件的設計方法通常分為常規(guī)設計方法和現(xiàn)代設計方法兩大類。

現(xiàn)代設計方法是指在近二、三十年發(fā)展起來的更為完善、科學、計算精度高、設計與計算速度更快的機械設計方法。如機械優(yōu)化設計、機械可靠性設計、計算機輔助設計等等。

常規(guī)設計方法是指采用一定的理論分析和計算，結合人們在長期的設計和生產(chǎn)實踐中總結出的方法、公式、圖表等進行設計的方法。它又可分為：詳細說明

機械零件設計的一般步驟機械零件設計的一般步驟選擇零件類型、結構

機械零件的設計一般要經(jīng)過以下幾個步驟：詳細說明

計算零件上的載荷確定計算準則選擇零件的材料確定零件的基本尺寸結構設計校核計算畫出零件工作圖寫出計算說明書

機械零件材料的選用原則1機械零件材料的選用原則：鋁(LY12)、銅(ZCuSn10P1)…...黑色金屬有色金屬鐵鋼高分子材料復合材料陶瓷金屬材料非金屬材料載荷及應力的大小和性質零件的工作情況零件的結構及加工性材料的經(jīng)濟性零件的尺寸及重量一、常用材料二、機械零件材料的選用原則詳細說明：塑料、橡膠、合成纖維

：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、合金鋼…(如：08F

45

60

1Cr18）

：灰鑄鐵、球墨鑄鐵…(如：TH300QT500-5)：強如鋼、輕如鋁、硬如金剛石：強度高、彈性模量大、質量輕

機械零件設計中的標準化1機械零件設計中的標準化

標準化的益處：

與設計有關的標準:國際標準國家標準行業(yè)標準企業(yè)標準等如：ISO

GB

JB、HB

QB

國標分為：強制標準和推薦標準標準化有利于保證產(chǎn)品質量，減輕設計工作量，便于零部件的互換和組織專業(yè)化的大生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本。強制性國家標準：代號為GB××××(為標準序號)－××××(為批準年代)強制性國標必須嚴格遵照執(zhí)行，否則就是違法。推薦性國家標準：代號為GB／T××××－××××，這類標準占整個國標中的絕大多數(shù)。如無特殊理由和特殊需要，必須遵守這些國標，以期取得事半功倍的效果。

標準化就是要通過對零件的尺寸、結構要素、材料性能、設計方法、制圖要求等，制定出大家共同遵守的標準。

材料疲勞的兩種類別材料的疲勞特性一、交變應力的描述sm─平均應力；sa─應力幅值smax─最大應力；smin─最小應力r─應力比（循環(huán)特性）描述規(guī)律性的交變應力可有5個參數(shù)，但其中只有兩個參數(shù)是獨立的。r=-1對稱循環(huán)應力r=0脈動循環(huán)應力r=1靜應力

疲勞曲線材料的疲勞特性

機械零件的疲勞大多發(fā)生在s－N曲線的CD段，可用下式描述：

D點以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無限壽命區(qū)其方程為：

由于ND很大，所以在作疲勞試驗時，常規(guī)定一個循環(huán)次數(shù)N0(稱為循環(huán)基數(shù))，用N0及其相對應的疲勞極限σr來近似代表ND和σr∞，于是有：有限壽命區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限srN的關系為：式中，sr、N0及m的值由材料試驗確定。二、

s－N疲勞曲線s－N疲勞曲線

詳細說明極限應力線圖材料的疲勞特性三、等壽命疲勞曲線（極限應力線圖）

機械零件材料的疲勞特性除用s－N曲線表示外，還可用等壽命曲線來描述。該曲線表達了不同應力比時疲勞極限的特性。在工程應用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代。用A'Ｇ'C折線表示零件材料的極限應力線圖是其中一種近似方法。A'Ｇ'直線的方程為：CＧ'直線的方程為：

yσ為試件受循環(huán)彎曲應力時的材料常數(shù)，其值由試驗及下式?jīng)Q定：詳細介紹對于碳鋼，yσ≈0.1~0.2，對于合金鋼，yσ≈0.2~0.3。

機械零件的疲勞強度計算1機械零件的疲勞強度計算一、零件的極限應力線圖

由于零件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質量及強化因素等的影響，使得零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。

以彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)Ｋσ表示材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σ-1與零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σ-1e的比值，即在不對稱循環(huán)時，Ｋσ是試件與零件極限應力幅的比值。

將零件材料的極限應力線圖中的直線A'D'G'按比例向下移，成為右圖所示的直線ADG，而極限應力曲線的CG

部分，由于是按照靜應力的要求來考慮的，故不須進行修正。這樣就得到了零件的極限應力線圖。詳細介紹

機械零件的疲勞強度計算2機械零件的疲勞強度計算二、單向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算進行零件疲勞強度計算時，首先根據(jù)零件危險截面上的σmax及σmin確定平均應力σm與應力幅σa，然后，在極限應力線圖的坐標中標示出相應工作應力點M或N。

根據(jù)零件工作時所受的約束來確定應力可能發(fā)生的變化規(guī)律，從而決定以哪一個點來表示極限應力。機械零件可能發(fā)生的典型的應力變化規(guī)律有以下三種：

應力比為常數(shù)：r=C

平均應力為常數(shù)σm=C

最小應力為常數(shù)σmin=C詳細分析相應的疲勞極限應力應是極限應力曲線上的某一個點所代表的應力。計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：

規(guī)律性不穩(wěn)定變應力機械零件的疲勞強度計算3機械零件的疲勞強度計算三、單向不穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算若應力每循環(huán)一次都對材料的破壞起相同的作用，則應力σ1每循環(huán)一次對材料的損傷率即為1/N1，而循環(huán)了n1次的σ1對材料的損傷率即為n1/N1。如此類推，循環(huán)了n2次的σ2對材料的損傷率即為n2/N2，……。當損傷率達到100%時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應于極限狀況有：用統(tǒng)計方法進行疲勞強度計算不穩(wěn)定變應力非規(guī)律性規(guī)律性按損傷累積假說進行疲勞強度計算詳細分析

機械零件的疲勞強度計算4機械零件的疲勞強度計算四、雙向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算

當零件上同時作用有同相位的穩(wěn)定對稱循環(huán)變應力sa和ta時，由實驗得出的極限應力關系式為：式中ta′及sa′為同時作用的切向及法向應力幅的極限值。若作用于零件上的應力幅sa及ta如圖中M點表示，則由于此工作應力點在極限以內(nèi)，未達到極限條件，因而是安全的。

由于是對稱循環(huán)變應力，故應力幅即為最大應力。弧線AM'B上任何一個點即代表一對極限應力σa′及τa′。詳細推導計算安全系數(shù)：

機械零件的疲勞強度計算5機械零件的疲勞強度計算五、提高機械零件疲勞強度的措施

在綜合考慮零件的性能要求和經(jīng)濟性后，采用具有高疲勞強度的材料，并配以適當?shù)臒崽幚砗透鞣N表面強化處理。

適當提高零件的表面質量，特別是提高有應力集中部位的表面加工質量，必要時表面作適當?shù)姆雷o處理。

盡可能降低零件上的應力集中的影響，是提高零件疲勞強度的首要措施。

盡可能地減少或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對于延長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。減載槽

在不可避免地要產(chǎn)生較大應力集中的結構處，可采用減載槽來降低應力集中的作用。

機械零件的抗斷裂強度機械零件的抗斷裂強度

在工程實際中，往往會發(fā)生工作應力小于許用應力時所發(fā)生的突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為低應力脆斷。

對于高強度材料，一方面是它的強度高（即許用應力高），另一方面則是它抵抗裂紋擴展的能力要隨著強度的增高而下降。因此，用傳統(tǒng)的強度理論計算高強度材料結構的強度問題，就存在一定的危險性。

斷裂力學——是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結構或構件的強度和變形規(guī)律的學科。

通過對大量結構斷裂事故分析表明，結構內(nèi)部裂紋和缺陷的存在是導致低應力斷裂的內(nèi)在原因。為了度量含裂紋結構體的強度，在斷裂力學中運用了應力強度因子KI（或KⅡ、KⅢ）和斷裂韌度KIC(或KⅡC、KⅢC）這兩個新的度量指標來判別結構安全性，即：KI＜KIC時，裂紋不會失穩(wěn)擴展。KI≥KIC時，裂紋失穩(wěn)擴展。

摩擦是相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；

磨損是由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉移；

潤滑是減輕摩擦和磨損所應采取的措施。關于摩擦、磨損與潤滑的學科構成了摩擦學(Tribology)。摩擦學

摩擦學是研究相對運動的作用表面間的摩擦、磨損和潤滑，以及三者間相互關系的理論與應用的一門邊緣學科。

隨著科學技術的發(fā)展，摩擦學的理論和應用必將由宏觀進入微觀，由靜態(tài)進入動態(tài)，由定性進入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領域。

世界上使用的能源大約有1/3~1/2消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。另外，機械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報廢和更換的，如果能控制和減少磨損，則既減少設備維修次數(shù)和費用，又能節(jié)省制造零件及其所需材料的費用。概述

摩擦摩擦1二、摩擦的分類內(nèi)摩擦：在物質的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對運動的現(xiàn)象。外摩擦：在相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙作用現(xiàn)象。靜摩擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。動摩擦：在相對運動進行中的摩擦?；瑒幽Σ粒何矬w表面間的運動形式是相對滑動。滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動。

“機械說”產(chǎn)生摩擦的原因是表面微凸體的相互阻礙作用；

“分子說”產(chǎn)生摩擦的原因是表面材料分子間的吸力作用；一、摩擦的機理

“機械－分子說”兩種作用均有。

1785年，法國的庫侖用機械嚙合概念解釋干摩擦，提出摩擦理論。后來又有人提出分子吸引理論和靜電力學理論。1935年，英國的鮑登等人開始用材料粘附概念研究干摩擦，1950年，鮑登提出了粘附理論。摩擦2摩擦三、４種滑動摩擦狀態(tài)（詳細介紹）１.干摩擦是指表面間無任何潤滑劑或保護膜的純金屬接觸時的摩擦。２.邊界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩擦性質取決于邊界膜和表面的吸附性能時的摩擦。（詳細介紹）

摩擦3摩擦４．混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷枇?，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦時要小得多。３．流體摩擦是指摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。流體摩擦時的摩擦系數(shù)最小，且不會有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。隨著科學技術的發(fā)展，關于摩擦學的研究已逐漸深入到微觀研究領域，形成了微－納米摩擦學理論，引發(fā)出許多新的概念，比如提出了超潤滑的概念等。從理論上講，超潤滑是實現(xiàn)摩擦系數(shù)為零的摩擦狀態(tài)，但在實際研究中，一般認為摩擦系數(shù)在0.001量級（或更低）的摩擦狀態(tài)即可認為屬于超潤滑。關于這方面的研究也是目前微－納米摩擦學研究的一個重要方面，同學們應對此給予關注。

磨損是運動副之間的摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損會影響機器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使機器提前報廢。磨損1在設計或使用機器時，應該力求縮短磨合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損的到來。為此就必須對形成磨損的機理有所了解。一個零件的磨損過程大致可分為三個階段，即：

磨合階段新的零件在開始使用時一般處于這一階段，磨損率較高。

穩(wěn)定磨損階段屬于零件正常工作階段，磨損率穩(wěn)定且較低。

劇烈磨損階段屬于零件即將報廢的階段，磨損率急劇升高。摩擦2

對磨損的研究開展較晚，20世紀50年代提出粘著理論后，60年代在相繼研制出各種表面分析儀器的基礎上，磨損研究才得以迅速開展。（詳細介紹）磨損

磨損2磨粒磨損也簡稱磨損，是外部進入摩擦表面的游離硬顆?；蛴驳妮喞寮馑鸬哪p。沖蝕磨損流體中所夾帶的硬質物質或顆粒，在流體沖擊力作用下而在摩擦表面引起的磨損。微動磨損是指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損機理共同形成的復合磨損。微幅運動可理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對運動。粘附磨損也稱膠合，當摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生“冷焊”后，在相對運動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成粘附磨損。疲勞磨損也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交變的摩擦力作用下，反復變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的磨損。磨損

關于磨損機理與分類的見解頗不一致，大體上可概括為：（更多介紹）腐蝕磨損當摩擦表面材料在環(huán)境的化學或電化學作用下引起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損。

潤滑劑、添加劑和潤滑方法一、潤滑劑

潤滑油

潤滑脂

固體潤滑劑粘度的種類有很多，如：動力粘度、運動粘度、條件粘度等。潤滑脂的主要質量指標是：錐入度，反映其稠度大小。

粘度是潤滑油的主要質量指標，粘度值越高，油越稠，反之越??；潤滑油的牌號與運動粘度有一定的對應關系，如：牌號為L-AN10的油在40℃時的運動粘度大約為10cSt。滴點，決定工作溫度。應用礦物油作潤滑劑的記載最早見于西晉張華所著《博物志》，書中提到酒泉延壽和高奴有石油，并且用于“膏車及水碓甚佳”。（具體說明）潤滑劑、添加劑和潤滑方法工程中常用運動粘度，單位是：St(斯)或cSt(厘斯)，量綱為(m2/s)；

：動植物油、礦物油、合成油。：潤滑油+稠化劑：石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。添加劑提高油性、極壓性延長使用壽命改善物理性能添加劑的作用油性添加劑極壓添加劑分散凈化劑消泡添加劑抗氧化添加劑降凝劑增粘劑添加劑的種類潤滑劑、添加劑和潤滑方法

為了提高油的品質和性能，常在潤滑油或潤滑脂中加入一些分量雖小但對潤滑劑性能改善其巨大作用的物質，這些物質叫添加劑。二、添加劑

潤滑方法潤滑油潤滑在工程中的應用最普遍，常用的供油方式有：滴油潤滑、浸油潤滑、飛濺潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等

用于低速用于高速

油脂潤滑常用于運轉速度較低的場合，將潤滑脂涂抹于需潤滑的零件上。潤滑脂還可以用于簡單的密封。潤滑劑、添加劑和潤滑方法三、潤滑方法常用的潤滑裝置浸油與飛濺潤滑噴油潤滑流體動力潤滑形成的必要條件：楔形空間；相對運動（保證流體由大口進入）；連續(xù)不斷地供油。流體動力潤滑是指兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。

英國的雷諾于1886年繼前人觀察到的流體動壓現(xiàn)象，總結出流體動壓潤滑理論。20世紀50年代普遍應用電子計算機之后，線接觸彈性流體動壓潤滑的理論開始有所突破。流體潤滑原理簡介一、流體動力潤滑流體潤滑1

（動畫）

螺紋的類型與特點1螺紋有外螺紋與內(nèi)螺紋之分，它們共同組成螺旋副。螺紋聯(lián)接用螺紋的當量摩擦角較大，有利于實現(xiàn)可靠聯(lián)接；傳動用螺紋的當量摩擦角較小，有利于提高傳動的效率。螺紋按工作性質分為聯(lián)接用螺紋和傳動用螺紋。一、螺紋的分類

螺紋的類型與特點2二、普通螺紋的主要參數(shù)大徑d－即螺紋的公稱直徑。小徑d1－常用于聯(lián)接的強度計算。中徑d2－常用于聯(lián)接的幾何計算。螺距P－螺紋相鄰兩個牙型上對應點間的軸向距離。牙型角a－螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側邊的夾角。升角y－螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。線數(shù)n－螺紋的螺旋線數(shù)目。導程S－螺紋上任一點沿同一條螺旋線轉一周所移動的軸向距離，S=nP。升角y的計算式為：

螺紋聯(lián)接類型與標準件1螺紋聯(lián)接的類型與標準聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接的基本類型

除上述聯(lián)接的基本類型外，在機器中，還有一些特殊結構的螺紋聯(lián)接。如：T型槽螺栓聯(lián)接、吊環(huán)螺釘聯(lián)接和地腳螺栓聯(lián)接等。說明

聯(lián)接類型與標準件2螺紋聯(lián)接的類型與標準聯(lián)接件二、標準螺紋聯(lián)接件

螺紋聯(lián)接的類型很多，在機械制造中常見的螺紋聯(lián)接件的結構型式和尺寸都已經(jīng)標準化，設計時可以根據(jù)有關標準選用。虛擬現(xiàn)實中的螺紋聯(lián)接件

利用控制擰緊力矩的方法來控制預緊力的大小。通?？刹捎脺y力矩扳手或定力矩扳手，對于重要的螺栓聯(lián)接，也可以采用測定螺栓伸長的方法來控制預緊力。紋聯(lián)接的預緊螺紋聯(lián)接的預緊

大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預先受到力的作用，這個預加作用力稱為預緊力。

增強聯(lián)接的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對移動。

注意：對于重要的聯(lián)接，應盡可能不采用直徑過小(＜M12)的螺栓。預緊力限制

擰緊后螺紋聯(lián)接件的預緊應力不得超過其材料的屈服極限ss的80%。

預緊力：

預緊的目的：

預緊力的確定原則：

預緊力的控制：

預緊力和預緊力矩之間的關系：詳細推導

螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接的防松

螺紋聯(lián)接一般都能滿足自鎖條件不會自動松脫。但在沖擊、振動或變載荷作用下，或在高溫或溫度變化較大的情況下，螺紋聯(lián)接中的預緊力和摩擦力會逐漸減小或可能瞬時消失，導致聯(lián)接失效。防松的根本問題在于防止螺旋副相對轉動。按工作原理的不同，防松方法分為摩擦防松、機械防松等。此外還有一些特殊的防松方法，例如鉚沖防松、在旋合螺紋間涂膠防松等。

螺紋聯(lián)接的強度計算1螺紋聯(lián)接的強度計算

螺栓聯(lián)接的強度計算主要與聯(lián)接的裝配情況（預緊或不預緊）、外載荷的性質和材料性能等有關。

螺栓聯(lián)接強度計算的目的是根據(jù)強度條件確定螺栓直徑，而螺栓和螺母的螺紋牙及其他各部分尺寸均按標準選定。一、松螺栓聯(lián)接強度計算二、緊螺栓聯(lián)接強度計算1．僅受預緊力的緊螺栓聯(lián)接2．受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接3．承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接

聯(lián)接的失效形式：主要是指螺紋聯(lián)接件的失效。對于受拉螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂。對于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓桿被剪斷或螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰。詳細推導

螺紋聯(lián)接的強度計算2螺紋聯(lián)接的強度計算1．僅受預緊力的緊螺栓聯(lián)接預緊力引起的拉應力：螺牙間的摩擦力矩引起的扭轉剪應力：強度條件：當聯(lián)接承受較大的橫向載荷F時，由于要求F0≥F／f（f=0.2），即F0≥5F

，因而需要大幅度地增加螺栓直徑。為減小螺栓直徑的增加，可采用減載措施。說明根據(jù)第四強度理論，螺栓在預緊狀態(tài)下的計算應力:

螺紋聯(lián)接的強度計算3螺紋聯(lián)接的強度計算2．受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接

螺栓預緊力F0后，在工作拉力F的作用下，螺栓的總拉力F2=?這時螺栓的總拉力為：

為使工作載荷作用后，聯(lián)接結合面間有殘余預緊力F1存在，要求螺栓聯(lián)接的預緊力F0為：靜強度條件：式中F1為殘余預緊力，為保證聯(lián)接的緊密性，應使F1＞0，一般根據(jù)聯(lián)接的性質確定F1的大小。式中：為螺栓的相對剛度，其取值范圍為0~1。詳細分析疲勞強度校核

螺紋聯(lián)接的強度計算4螺紋聯(lián)接的強度計算3．承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接

這種聯(lián)接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓。在聯(lián)接結合面處，螺栓桿則受剪切。螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為：螺栓桿的剪切強度條件為：式中：F－螺栓所受的工作剪力，單位為N；

d0－螺栓剪切面的直徑（可取螺栓孔直徑），單位為mm；

Lmin－螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為mm；設計時

應使Lmin≥1.25d0

螺紋聯(lián)接組的設計1螺栓組聯(lián)接的設計

在設計螺栓組聯(lián)接時，關鍵是聯(lián)接的結構設計。它是根據(jù)被聯(lián)接件的結構和聯(lián)接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式。為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證聯(lián)接結合面受力均勻，通常聯(lián)接結合面的幾何形狀都設計成軸對稱的簡單幾何形狀。螺栓布置應使各螺栓的受力合理。螺栓的排列應有合理的間距、邊距。

為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。避免螺栓承受附加的彎曲載荷。說明說明說明一、螺栓組聯(lián)接的結構設計

各螺栓之間的距離大小既要保證聯(lián)接的可靠性又要考慮裝拆方便，還應留有足夠的扳手空間。大多數(shù)機械中螺栓都是成組使用的。

螺紋聯(lián)接組的設計2螺栓組聯(lián)接的設計1．受橫向載荷2．受轉矩3．受軸向載荷4．受傾覆力矩

受力分析的目的：根據(jù)聯(lián)接的結構和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進行螺栓聯(lián)接的強度計算。

受力分析時所作假設：所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同；受載后聯(lián)接接合面仍保持為平面。

受力分析的類型：二、螺栓組聯(lián)接的受力分析螺栓組的對稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；

螺紋聯(lián)接組的設計3

（1）對于鉸制孔用螺栓聯(lián)接（圖b），每個螺栓所受工作剪力為：

（2）對于普通螺栓聯(lián)接（圖a），按預緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有：

式中：z為螺栓數(shù)目。

圖示為由四個螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接。1．受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接或螺栓組聯(lián)接的設計

Ks為防滑系數(shù)，設計中可取Ks=1.1~1.3。螺紋聯(lián)接組的設計4

采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺栓組受轉矩時的受力情況是不同的。2．受轉矩的螺栓組聯(lián)接

采用普通螺栓，是靠聯(lián)接預緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉矩T。

采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉矩T。螺栓組聯(lián)接的設計

螺紋聯(lián)接組的設計5螺栓組聯(lián)接的設計3．受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接

若作用在螺栓組上軸向總載荷FΣ作用線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對稱中心，則各個螺栓受載相同，每個螺栓所受軸向工作載荷為：

通常，各個螺栓還承受預緊力F0的作用，當聯(lián)接要有保證的殘余預緊力為F1時，每個螺栓所承受的總載荷F2為。F2=F1+F

螺紋聯(lián)接組的設計6螺栓組聯(lián)接的設計4．受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接

傾覆力矩M作用在聯(lián)接接合面的一個對稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已擰緊并承受預緊力F0。

作用在底板兩側的合力矩與傾覆力矩M平衡，即：

由此可以求出最大工作載荷：

螺紋聯(lián)接組的設計7螺栓組聯(lián)接的設計螺栓的總拉力：

為防止結合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求：

底板受傾覆力矩后，在軸線O-O左側，螺栓與地基的工作點分別移至B1

和C1

，兩者作用在底板上的合力為F。

受傾覆力矩的底板螺栓組聯(lián)接的受力過程可用右圖表示。

在軸線O-O

右側，螺栓與地基的工作點分別移至B2

和C2

，兩者作用在底板上的合力為

Fm

。在傾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作點都處于A點。

提高螺紋聯(lián)接強度的措施提高螺紋聯(lián)接強度的措施以螺栓聯(lián)接為例，螺栓聯(lián)接的強度主要取決于螺栓的強度，因此，提高螺栓的強度，將大大提高聯(lián)接系統(tǒng)的可靠性。影響螺栓強度的因素主要有以下幾個方面，或從以下幾個方面提高螺栓強度。改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象降低影響螺栓疲勞強度的應力幅減小應力集中的影響采用合理的制造工藝

分析分析分析國家標準規(guī)定了螺紋聯(lián)接件的性能等級。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級，螺母的性能等級分為7級。在一般用途的設計中，通常選用4.8級左右的螺栓，在重要的或有特殊要求設計中的螺紋聯(lián)接件，要選用高的性能等級，如在壓力容器中常采用8.8級的螺栓。螺紋聯(lián)接件的材料與許用應力螺紋聯(lián)接件的材料與許用應力一、螺紋聯(lián)接件材料常用的螺紋聯(lián)接件材料為Q215、Q235、35、45等碳素鋼。當強度要求高時，還可采用合金鋼，如15Cr、40Cr等。性能等級二、螺紋聯(lián)接件的許用應力1．螺紋聯(lián)接件的許用拉應力2．螺紋聯(lián)接件的許用剪應力和許用擠壓應力3．螺紋聯(lián)接件的安全系數(shù)說明（被聯(lián)接件為鋼）（被聯(lián)接件為鑄鐵）

螺旋傳動1螺旋傳動一、螺旋傳動的類型和應用傳力螺旋傳導螺旋調(diào)整螺旋螺旋傳動按其螺旋副摩擦性質的不同，又可分為：說明滑動螺旋滾動螺旋靜壓螺旋說明

螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動的。它主要用于將回轉運動轉變?yōu)橹本€運動，同時傳遞動力。螺旋傳動按其用途不同，可分為以下三種類型:

螺旋機構在機床的進給機構、起重設備、鍛壓機械、測量儀器、工具、夾具、玩具及其他工業(yè)裝備中有著廣泛的應用。

螺旋傳動常見的運動形式有：螺桿轉動，螺母移動或螺母固定，螺桿轉動并移動。

螺旋傳動2螺旋傳動二、滑動螺旋的結構和材料1．滑動螺旋的結構整體螺母組合螺母剖分螺母螺母結構:

滑動螺旋的結構主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結構形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結構有直接關系。

螺桿的材料要有足夠的強度和耐磨性。螺母的材料除了要有足夠的強度外，還要求在與螺桿材料相配合時摩擦系數(shù)小和耐磨。2．滑動螺旋的材料說明

螺旋傳動3螺旋傳動三、滑動螺旋傳動的設計計算主要失效形式:螺牙的磨損

設計準則：按抗磨損確定直徑，選擇螺距；校核螺桿、螺母強度等。設計方法和步驟：1．耐磨性計算

滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力，其強度條件：設計公式：令則得：一般值越大，螺母越厚，螺紋工作圈數(shù)越多。。式中:30o鋸齒形螺紋矩形和梯形螺紋螺紋工作高度

螺旋傳動4螺旋傳動

依據(jù)計算出的螺紋中徑，按螺紋標準選擇合適的直徑和螺距。驗算：若不滿足要求，則增大螺距。對有自鎖性要求的螺旋傳動，應校核自鎖條件：2．螺桿的強度計算

對于受力比較大的螺桿，需根據(jù)第四強度理論求出危險截面的計算應力：螺桿的強度條件：式中，F(xiàn)為螺桿所受的軸向壓力（或拉力），T為螺桿所受的扭矩，

鍵聯(lián)接1

平鍵的兩側面是工作面，上表面與輪轂上的鍵槽底部之間留有間隙，鍵的上、下表面為非工作面。工作時靠鍵與鍵槽側面的擠壓來傳遞扭矩，故定心性較好。普通平鍵應用極為廣泛。軸上鍵槽可用指狀銑刀或盤狀銑刀加工，輪轂上的鍵槽可用插削或拉削。1．平鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接

普通平鍵與輪轂上鍵槽的配合較緊，屬靜聯(lián)接。導向平鍵和滑鍵與輪轂的鍵槽配合較松，屬動聯(lián)接。根據(jù)用途，平鍵又可分為普通平鍵導向平鍵滑鍵詳細說明一、鍵聯(lián)接的分類、結構型式及應用

鍵聯(lián)接3鍵聯(lián)接2．半圓鍵聯(lián)接

鍵呈半圓形，其側面為工作面，鍵能在軸上的鍵槽中繞其圓心擺動，以適應輪轂上鍵槽的斜度，安裝方便。常用與錐形軸端漁輪故的聯(lián)接。4．切向鍵由兩個斜度為1:100的楔鍵組成。一個切向鍵只能傳遞一個方向的轉矩，傳遞雙向轉矩時，須用互成120°～130°角的兩個鍵。詳細說明楔鍵的上、下表面為工作面，兩側面為非工作面。鍵的上表面與鍵槽底面均有1:100的斜度。工作時，鍵的上下兩工作面分別與輪轂和軸的鍵槽工作面壓緊，靠其摩擦力和擠壓傳遞扭矩。3．楔鍵聯(lián)接詳細說明詳細說明

鍵聯(lián)接4鍵聯(lián)接二、鍵的選擇和強度校核1．鍵的尺寸選擇

b×h根據(jù)軸徑d由標準中查得，鍵的長度參考輪轂的長度確定，一般應略短于輪轂長，并符合標準中規(guī)定的尺寸系列。平鍵的尺寸主要是鍵的截面尺寸b×h及鍵長L。2．平鍵聯(lián)接的失效和強度校核對于普通平鍵聯(lián)接（靜聯(lián)接），其主要失效形式是工作面的壓潰，有時也會出現(xiàn)鍵的剪斷，但一般只作聯(lián)接的擠壓強度校核。對于導向平鍵聯(lián)接和滑鍵聯(lián)接，其主要失效形式是工作面的過度磨損，通常按工作面上的壓力進行條件性的強度校核計算。詳細說明

設鍵側面的作用力沿鍵的工作長度和高度均勻分布，則普通平鍵的強度條件為:當強度不足時，可適當增加鍵長或采用兩個鍵按180o布置。考慮到兩個鍵的載荷分布不均勻性，在強度校核中可按1.5個鍵計算。鍵聯(lián)接（圓頭平鍵）（平頭平鍵）（單圓頭平鍵）導向平鍵和滑鍵聯(lián)接的強度條件為：鍵聯(lián)接5例題式中：[sp]、[p]為許用應力與許用壓力

花鍵聯(lián)接1花鍵聯(lián)接

花鍵聯(lián)接是將具有均布的多個凸齒的軸置于輪轂相應的凹槽中所構成的聯(lián)接。其工作面是鍵齒側。

花鍵聯(lián)接是多齒傳遞載荷，故比平鍵聯(lián)接的承載能力高，定心性和導向性好，對軸的削弱小(齒淺、應力集中小)；

花鍵聯(lián)接一般用于定心精度要求高和載荷較大的地方。

花鍵加工需用專門的設備和工具，成本較高。

花鍵聯(lián)接按齒形不同，可分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩類，且均已標準化。詳細說明

花鍵聯(lián)接花鍵聯(lián)接強度計算

花鍵聯(lián)接的受力情況如右圖。其主要失效形式仍是工作面被壓潰（靜聯(lián)接）或工作面過度磨損（動聯(lián)接）。

強度計算時，假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，且壓力的合力F作用在平均直徑dm處，并引入載荷分配不均勻系數(shù)y，則花鍵聯(lián)接的強度校核式為：靜聯(lián)接：動聯(lián)接：上兩式中:矩形花鍵鍵的工作高度為：花鍵聯(lián)接2[sp]、[p]為花鍵聯(lián)接的許用擠壓應力和許用壓力

漸開線花鍵a=30°，h=ma=45°，h=0.8m

型面聯(lián)接是用非圓截面的柱面體或錐面體的軸與相同輪廓的轂孔配合以傳遞運動和轉矩的可拆聯(lián)接，它是無鍵聯(lián)接的一種型式。

在家用機械、辦公機械等中，采用了大量的壓鑄、注塑零件。要注塑出各種各樣的非圓形孔是毫無困難的，故型面聯(lián)接的應用獲得了發(fā)展。應用較多的是帶切口圓形和正六邊形型面。

由于型面聯(lián)接要用到非圓形孔，以前因其加工困難，限制了型面聯(lián)接的應用。一、型面聯(lián)接無鍵聯(lián)接型面聯(lián)接

更多介紹脹緊聯(lián)接脹套的尺寸選擇：無鍵聯(lián)接

脹緊聯(lián)接是在轂孔與軸之間裝入脹緊聯(lián)接套（簡稱脹套），在軸向力作用下，同時脹緊軸與轂而構成的一種靜聯(lián)接。

各型脹套已標準化，選用時可根據(jù)軸、轂尺寸及傳遞載荷大小，從標準中選擇合適的型號和尺寸。選擇時應滿足：傳遞轉矩時傳遞軸向力時傳遞聯(lián)合作用的轉矩和軸向力時鍵聯(lián)接4二、脹緊聯(lián)接更多介紹

當一個脹套不滿足要求時，可用兩個以上的脹套串聯(lián)使用，此時總的額定載荷為：m為額定載荷系數(shù)。

鉚接1一、概述

鉚接是將鉚釘穿過被聯(lián)接件的預制孔中經(jīng)鉚合而成的聯(lián)接方式。其聯(lián)接部分稱為鉚縫。1．按接頭型式分有：搭接縫、單蓋板對接縫和雙蓋板對接縫。

鉚接具有工藝設備簡單，工藝過程比較容易控制，質量穩(wěn)定，鉚接結構抗振、耐沖擊，聯(lián)接牢固可靠等特點。因此，在承受嚴重沖擊和振動載荷的金屬結構的聯(lián)接中，如橋梁、建筑、造船、重型機械及飛機制造等工業(yè)部門中得到應用。2．按鉚釘?shù)呐艛?shù)分有：單排、雙排和多排。鉚接鉚縫的結構通常以下面三個方面來分類：3．按鉚縫性能分有：

以強度為基本要求的強固鉚縫。

要求有足夠的強度和足夠緊密性的強密鉚縫。

要求有足夠的緊密性的緊密鉚縫。圖片說明

鉚接2鉚接鉚釘有空心的和實心的兩大類，且大部分都以標準化。鉚接分冷鉚和熱鉚。二、鉚釘?shù)闹饕愋腿?、鉚縫的設計要點各類鉚釘強度計算主要是材料力學的基本公式。強度計算時，一般假設：聯(lián)接的橫向力F通過鉚釘組形心，一組鉚釘中各個鉚釘受力均等。鉚縫不受彎矩作用。被鉚件結合面摩擦力略去不計。被鉚件危險剖面上的拉(壓)應力，鉚釘?shù)募魬?，工作擠壓應力都是均勻分布的。破壞形式設計鉚縫時，先根據(jù)鉚縫的破壞形式進行強度計算。

釘桿直徑d≥12mm的鋼制鉚釘，通常是將鉚釘加熱后進行鉚接。釘桿直徑d＜10mm的鋼制鉚釘和塑性較好的有色金屬、輕金屬及其合金制成的鉚釘一般在常溫下進行冷鉚。鉚接3鉚接單排搭接鉚縫的靜強度分析：取圖中寬度等于垂直與受載方向的釘距t的陰影部分進行計算。（1）由被鉚件的拉伸強度確定的鉚縫承受的靜載荷（2）由被鉚件上孔壁的擠壓強度確定的被鉚件能承受的靜載荷（3）由鉚釘?shù)募羟袕姸却_定的鉚釘能承受的靜載荷對于一般的強固鉚縫，上述式中的許用應力可根據(jù)組成鉚縫各元件的材料選取。許用應力

焊接1焊接

焊接是利用局部加熱(或加壓)的方法使被聯(lián)接件接頭處的材料熔融聯(lián)接成一體。一、概述與鉚接相比較，焊接結構重量輕，節(jié)約金屬材料，施工方便，生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化，且焊接結構的成本低，應用很廣。

在機械制造中最常用的是電弧焊。電弧焊是利用焊條與焊件間產(chǎn)生電弧熱將金屬加熱并熔化的焊接方法。焊接可分為：

熔化焊：

壓力焊：

釬焊：電弧焊、氣焊、電渣焊。電阻焊、摩擦焊、爆炸焊。錫焊、銅焊。原理說明

焊接2焊接二、電弧焊縫的基本形式

焊接件經(jīng)焊接后形成的結合部分叫做焊縫。電弧焊常見的焊縫有：對接焊縫和角焊縫兩類。在機械制造中，最常用的被焊件材料是低碳鋼和低合金鋼(如Q215、Q235、15、20、16Mn等)。焊條的材料最好與被焊件的材料相同。三、焊接件常用材料四、焊縫的受力及破壞形式1．對接焊縫2．搭接角焊縫通常正面角焊縫只用來承受拉力；側面角焊縫和混合角焊縫可用來承受拉力或彎矩。實踐證明，在靜載荷作用下，搭接角焊縫的破裂通常從沿著與垂直平分線重合的最小剖面上開始。對接焊縫主要用來承受作用于被焊件所在平面內(nèi)的拉（壓）力或彎矩，對接焊縫的破壞形式是沿焊縫斷裂；焊縫形式破壞形式破壞形式

1．焊縫應按被焊件厚度制成相應坡口，或進行一般的側棱、修邊工藝。在焊接前，應對坡口進行清洗整理；焊接3五、焊接件的工藝及設計注意要點2．在滿足強度條件下，焊縫的長度應按實際結構的情況盡可能地取得短些或分段進行焊接，并應避免焊縫交叉；3．在焊接工藝上采取措施，使構件在冷卻時能有微小自由移動的可能；4．焊縫在焊后應經(jīng)熱處理（如退火），消除殘余應力；5．在焊接厚度不同的對接板件時，應使對接部位厚度一致，以利于焊縫金屬均勻熔化；6．設計焊接件時，注意恰當選擇母體材料和焊條；7．合理布置焊縫及長度；8．對于那些有強度要求的重要焊縫，必須按照有關行業(yè)的強度規(guī)范進行焊縫尺寸校核，明確工藝要求和技術條件，并在焊后仔細進行質量檢驗。焊接坡口形式

六、焊接在機器零件中的應用焊接焊接4焊接的減速箱體焊接的齒輪結構由于焊接具有強度高、工藝簡單、因聯(lián)接而增加的質量小等特點，焊接技術的應用日益廣泛。在技術革新、單件生產(chǎn)、新產(chǎn)品試制等情況下，采用焊接制造箱體、機架等，一般比較經(jīng)濟。隨著焊接技術的發(fā)展，許多零件已改變了它們的傳統(tǒng)制造方法。一向是鑄造出的機座、機殼、大齒輪等零件，已有很大一部分改用了焊接。

膠接1膠接

膠接用于木材由來已久。隨著新型膠粘劑的發(fā)展，膠接在金屬構件的聯(lián)接中也日漸增多。一、概述

膠接是用膠粘劑直接把被聯(lián)接件聯(lián)接在一起且具有一定強度的聯(lián)接，利用膠粘劑凝固后出現(xiàn)的粘附力來傳遞載荷。膠粘劑的品種繁多，通常按其使用目的分為三類：結構膠粘劑、非結構膠粘劑和其它膠粘劑。在機械制造中常用的是結構膠粘劑中的環(huán)氧樹脂膠粘劑、酚醛樹脂膠粘劑等。二、膠粘劑

根據(jù)膠接件的使用要求及環(huán)境條件等選擇綜合性能良好的膠粘劑。

實踐表明，膠接接頭的抗剪切及抗拉伸能力強，抗剝離和扯離能力弱。設計接頭時應盡可能使接頭承受剪切或拉伸載荷。三、膠接接頭的結構形式及受力狀況

與焊接相同，膠接接頭分為對接、搭接和角接頭三種。詳細說明受力形式膠接的應用實例

膠接2膠接膠接件的缺陷有時不易發(fā)現(xiàn)。有良好的密封性、絕緣性和防腐性。四、膠接的特點與鉚接、焊接相比，膠接的主要優(yōu)點：主要缺點：聯(lián)接件的材料范圍寬廣；聯(lián)接后的重量輕，材料的利用率高；成本低；在全部膠接面上應力集中小，故耐疲勞性能好；抗剝離、抗彎曲及抗沖擊振動性能差；耐老化及耐介質(如酸、堿等)性能差；膠粘劑對溫度變化敏感，影響膠接強度；

過盈聯(lián)接1過盈聯(lián)接一、過盈聯(lián)接的特點及應用過盈聯(lián)接是利用被聯(lián)件間的過盈配合直接把被聯(lián)接件聯(lián)接在一起。

過盈聯(lián)接的優(yōu)點：構造簡單、定心性好、承載能力高，在振動下能可靠地工作。

主要缺點：裝配困難和對配合尺寸的精度要求較高。

過盈聯(lián)接主要用于軸與轂、輪圈與輪芯、滾動軸承的裝配聯(lián)接。二、過盈聯(lián)接的工作原理及裝配方法當配合面為圓柱面時，可采用壓入法或溫差法(加熱包容件或冷卻被包容件)裝配。當其他條件相同時，用溫差法能獲得較高的摩擦力或力矩，因為它不像壓入法那樣會擦傷配合表面。

裝配后包容件和被包容件的徑向變形使配合面間產(chǎn)生了很大的壓力，工作時載荷就靠著相伴而生的摩擦力來傳遞。

過盈聯(lián)接三、圓柱面過盈聯(lián)接設計這種過盈聯(lián)接時，被聯(lián)接件的材料、構造和尺寸一般都已初步確定，聯(lián)接的載荷也已求得。因此，設計的主要問題是：⒈選擇具有所需要的承載能力的配合；⒉安排合理的結構；⒊確定對零件配合表面的工藝要求；⒋決定裝配方法和提出裝配要求等。

過盈聯(lián)接的承載能力取決于聯(lián)接的摩擦力或力矩和聯(lián)接中各零件的強度。選擇配合時，既要使聯(lián)接具有足夠的固持力以保證在載荷作用下不發(fā)生相對滑動，又要注意到零件在裝配應力下不致?lián)p壞。過盈聯(lián)接2

應用實例

帶傳動概述1固聯(lián)于主動軸上的帶輪1(主動輪)；固聯(lián)于從動軸上的帶輪3(從動輪)；緊套在兩輪上的傳動帶2。帶傳動概述

嚙合傳動：當主動輪轉動時，由于帶和帶輪間的嚙合，便拖動從動輪一起轉動，并傳遞動力（同步帶傳動）。1．帶傳動的組成2．傳動原理

摩擦傳動：當主動輪轉動時，由于帶和帶輪間的摩擦力，便拖動從動輪一起轉動，并傳遞動力（平帶和Ｖ帶傳動）。3．帶傳動的特點結構簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉以及緩沖減振；

摩擦式帶傳動有彈性滑動和打滑的現(xiàn)象，傳動比不穩(wěn)定。

帶傳動概述24．帶傳動的類型平帶傳動，結構簡單，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的場合應用較多。在一般機械傳動中，應用最廣的帶傳動是Ｖ帶傳動，在同樣的張緊力下，Ｖ帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力。多楔帶傳動兼有平帶傳動和Ｖ帶傳動的優(yōu)點，柔韌性好、摩擦力大，主要用于傳遞大功率而結構要求緊湊的場合。同步帶傳動是一種嚙合傳動，具有的優(yōu)點是：無滑動，能保證固定的傳動比；帶的柔韌性好，所用帶輪直徑可較小。帶傳動概述

帶傳動概述35．傳動帶的類型Ｖ帶采用基準寬度制，即用帶的基準線的位置和基準寬度來確定帶在輪槽中的位置和輪槽的尺寸。傳動帶平帶Ｖ帶多楔帶同步帶普通平帶片基平帶普通Ｖ帶窄Ｖ帶齒形Ｖ帶寬Ｖ帶帶傳動概述Ｖ帶的截面尺寸

帶傳動概述4在各類機械中應用廣泛，但摩擦式帶傳動不適用于對傳動比有精確要求的場合。6．帶傳動的應用帶傳動概述

工作情況分析帶傳動的工作情況分析帶傳動的工作情況分析是指帶傳動的受力分析、應力分析、運動分析。帶傳動是一種撓性傳動，其工作情況具有一定的特點。一、受力分析設帶的總長度不變，根據(jù)線彈性假設：F1－F0＝F0－F2；或：F1＋F2＝2F0；記傳動帶與小帶輪或大帶輪間總摩擦力為Ff，其值由帶傳動的功率P和帶速v決定。帶傳動尚未工作時，傳動帶中的預緊力為F0。帶傳動工作時，一邊拉緊，一邊放松，記緊邊拉力為F1和松邊拉力為F2。定義由負載所決定的傳動帶的有效拉力為Fe＝P/v，則顯然有Fe＝Ff。尚未工作狀態(tài)

工作狀態(tài)

工作情況分析(力分析)帶傳動的最大有效拉力Fec有多大？由歐拉公式可知：歐拉公式給出的是帶傳動在極限狀態(tài)下各力之間的關系，或者說是給出了一個具體的帶傳動所能提供的最大有效拉力Fec。

預緊力F0↑→最大有效拉力Fec↑

包角α↑→最大有效拉力Fec↑

摩擦系數(shù)f↑→最大有效拉力Fec↑切記：歐拉公式不可用于非極限狀態(tài)下的受力分析！由歐拉公式確定，即：取繞在主動輪或從動輪上的傳動帶為研究對象，有：Fe＝Ff＝F1－F2；因此有：F1＝F0＋Fe／2；F2＝F0－Fe／2；包角的概念帶傳動的工作情況分析當已知帶傳遞的載荷時，可根據(jù)歐拉公式確定應保證的最小初拉力F0。

工作情況分析(應力分析)帶傳動在工作過程中帶上的應力有：分析詳見→為了不使帶所受到的彎曲應力過大，應限制帶輪的最小直徑。槽型ZABCSPZSPASPASPCddmin/mm50751252006390140224二、帶傳動的應力分析帶傳動的工作情況分析◆拉應力：緊邊拉應力、松邊拉應力；◆離心應力：帶沿輪緣圓周運動時的離心力在帶中產(chǎn)生的離心拉應力；◆彎曲應力：帶繞在帶輪上時產(chǎn)生的彎曲應力。

工作情況分析(運動分析)三、帶傳動的運動分析帶傳動在工作時，從緊邊到松邊，傳動帶所受的拉力是變化的，因此帶的彈性變形也是變化的。帶傳動中因帶的彈性變形變化所導致的帶與帶輪之間的相對運動，稱為彈性滑動?；蚱渲校阂虼耍瑐鲃颖葹椋喝魩У墓ぷ鬏d荷進一步加大，有效圓周力達到臨界值Fec后，則帶與帶輪間會發(fā)生顯著的相對滑動，即產(chǎn)生打滑。打滑將使帶的磨損加劇，從動輪轉速急速降低，帶傳動失效，這種情況應當避免。彈性滑動導致：從動輪的圓周速度v2＜主動輪的圓周速度v1，速度降低的程度可用滑動率ε來表示：帶傳動的工作情況分析（演示→）

V帶傳動的設計1Ｖ帶傳動的設計計算1．Ｖ帶傳動的設計準則帶傳動的主要失效形式是打滑和傳動帶的疲勞破壞。2．單根V帶的基本額定功率帶傳動的承載能力取決于傳動帶的材質、結構、長度，帶傳動的轉速、包角和載荷特性等因素。帶傳動的設計準則：在不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命。單根V帶的基本額定功率P0是根據(jù)特定的實驗和分析確定的。實驗條件：傳動比i=1、包角α＝180°、特定長度、平穩(wěn)的工作載荷。（P0→）

V帶傳動的設計23．Ｖ帶傳動的設計設計的原始數(shù)據(jù)為：功率P，轉速n1、n2（或傳動比i），傳動位置要求及工作條件等。設計內(nèi)容：確定帶的類型和截型、長度L、根數(shù)Z、傳動中心距a、帶輪基準直徑及其它結構尺寸等。由于單根Ｖ帶基本額定功率P0是在特定條件下經(jīng)實驗獲得的，因此，在針對某一具體條件進行帶傳動設計時，應根據(jù)這一具體的條件對所選定的Ｖ帶的基本額定功率P0進行修正，以滿足設計要求。

Ｖ帶傳動的設計計算V帶傳動的設計3

Ｖ帶傳動的設計計算帶輪結構設計Ｖ帶輪結構設計1．V帶輪設計的要求結構工藝性好、無過大的鑄造內(nèi)應力、質量分布均勻。輪槽工作面要精細加工，以減少帶的磨損。各輪槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使帶的載荷分布較為均勻。2．帶輪的材料通常采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150和HT200。轉速較高時宜采用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成。小功率時可用鑄鋁或塑料。V帶輪的典型結構有：實心式、腹板式、孔板式和輪輻式。3．結構與尺寸帶輪的結構設計，主要是根據(jù)帶輪的基準直徑選擇結構形式。根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸。帶輪的其它結構尺寸通常按經(jīng)驗公式計算確定。（詳細介紹）

帶傳動的張緊1帶傳動的張緊裝置◆根據(jù)帶的摩擦傳動原理，帶必須在預張緊后才能正常工作；張緊的目的◆運轉一定時間后，帶會松弛，為了保證帶傳動的能力，必須重新張緊，才能正常工作。常見的張緊裝置有定期張緊裝置、自動張緊裝置、張緊輪張緊裝置。一、定期張緊裝置

特點及應用1鏈傳動的特點及應用鏈傳動是依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力?！襞c帶傳動相比，鏈傳動能保持準確的平均傳動比，徑向壓軸力小，適于低速情況下工作。◆與齒輪傳動相比，鏈傳動安裝精度要求較低，成本低廉，可遠距離傳動。

◆鏈傳動的主要缺點是不能保持恒定的瞬時傳動比。

◆鏈傳動主要用在要求工作可靠、轉速不高，且兩軸相距較遠，以及其它不宜采用齒輪傳動的場合。

傳動鏈的結構特點1傳動鏈的結構特點傳動鏈是鏈傳動中的主要元件，傳動鏈有滾子鏈和齒形鏈等類型。◆滾子鏈是由滾子、套筒、銷軸、內(nèi)鏈板和外鏈板組成?！魞?nèi)鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間為過盈聯(lián)接；◆滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間均為間隙配合。外鏈板內(nèi)鏈板套筒滾子銷軸滾子鏈有單排鏈、雙排鏈、多排鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比，但由于精度的影響，各排的載荷不易均勻，故排數(shù)不宜過多。虛擬現(xiàn)實中的滾子鏈一、滾子鏈

傳動鏈的結構特點2鏈條的接頭處的固定形式有：傳動鏈的結構特點用開口銷固定，多用于大節(jié)距鏈彈簧卡片固定，多用于小節(jié)距鏈設計時，鏈節(jié)數(shù)以取為偶數(shù)為宜，這樣可避免使用過渡鏈節(jié)，因為過渡鏈節(jié)會使鏈的承載能力下降。滾子鏈的規(guī)格和主要參數(shù)

傳動鏈的結構特點3傳動鏈的結構特點二、齒形鏈齒形鏈又稱無聲鏈，它是一組鏈齒板鉸接而成。工作時鏈齒板與鏈輪輪齒相嚙合而傳遞運動。與滾子鏈相比，齒形鏈傳動平穩(wěn)無噪聲承受沖擊性能好，工作可靠，多用于高速或運動精度要求較高的傳動裝置中。齒形鏈按鉸鏈結構不同可分為圓銷式、軸瓦式和滾柱式三種。齒形鏈上設有導板，以防止鏈條工作時發(fā)生側向竄動。導板有內(nèi)導板和外導板之分。內(nèi)導板齒形鏈導向性好，工作可靠；外導板齒形鏈的鏈輪結構簡單。詳細說明圓銷式軸瓦式滾柱式更多說明

鏈輪的結構和材料1滾子鏈鏈輪的結構和材料一、鏈輪的參數(shù)和齒形鏈輪是鏈傳動的主要零件，其齒形已經(jīng)標準化。鏈輪設計的主要內(nèi)容是：鏈輪的基本參數(shù)：

◆配用鏈條的節(jié)距p、滾子的最大外徑d1、排距pt、齒數(shù)z。◆確定鏈輪的結構和尺寸；◆選擇鏈輪的材料和熱處理方式；鏈輪的主要尺寸見下圖，鏈輪轂孔的直徑應小于其最大許用直徑dkmax。鏈輪尺寸計算公式見

鏈輪的結構和材料2滾子鏈鏈輪的結構和材料鏈輪較常用的齒形是一種三圓弧一直線的齒形（如左圖所示）。圖中，齒廓上的a-a、a-b、c-d線段為三段圓弧，半徑依次為r1、r2和r3；b-c線段為直線段。二、鏈輪的結構和材料◆小直徑的鏈輪可制成整體式；◆中等尺寸的鏈輪可制成孔板式；◆大直徑的鏈輪可制成組裝式。◆鏈輪的軸向齒廓及尺寸應符合國標GB1244-85的規(guī)定。鏈輪的材料應能保證輪齒具有足夠的耐磨性和強度，由于小鏈輪的工作情況較大鏈輪的惡劣些，故小鏈輪通常采用較好的材料制造。整體式鏈輪孔板式鏈輪組合式鏈輪鏈輪材料表

運動特性1鏈傳動的運動特性一、鏈傳動的速度分析在鏈傳動中，鏈條包在鏈輪上如同包在兩正多邊形的輪子上，正多邊形的邊長等于鏈條的節(jié)距p。鏈的平均速度為：鏈傳動的平均傳動比為：鏈條鉸鏈A點的前進分速度上下運動分速度動畫演示

運動特性2二、鏈傳動的運動不均勻性由上述分析可知，鏈傳動中，鏈條的前進速度和上下抖動速度是周期性變化的，鏈輪的節(jié)距越大，齒數(shù)越少，鏈速的變化就越大。鏈傳動的運動特性當主動鏈輪勻速轉動時，從動鏈輪的角速度以及鏈傳動的瞬時傳動比都是周期性變化的，因此鏈傳動不宜用于對運動精度有較高要求的場合。鏈傳動的不均勻性的特征，是由于圍繞在鏈輪上的鏈條形成了正多邊形這一特點所造成的，故稱為鏈傳動的多邊形效應。因為從動鏈輪的角速度為：所以鏈傳動瞬時傳動比為：

運動特性3鏈傳動的運動特性三、鏈傳動的動載荷鏈傳動中的多邊形效應造成鏈條和鏈輪都是周期性的變速運動，從而引起動載荷。鏈輪的轉速越高、節(jié)距越大、齒數(shù)越少，則傳動的動載荷就越大。鏈節(jié)和鏈輪嚙合瞬間的相對速度，也將引起沖擊和動載荷。鏈節(jié)距越大，鏈輪的轉速越高，則沖擊越強烈。鏈條前進的加速度引起的動載荷為：從動鏈輪的角加速度引起的動載荷為：當鏈節(jié)嚙上鏈輪輪齒的瞬間，作直線運動的鏈節(jié)鉸鏈和以角速度ω作圓周運動的鏈輪輪齒，將以一定的相對速度突然相互嚙合，從而使鏈條和鏈輪受到?jīng)_擊，并產(chǎn)生附加動載荷。

受力分析1鏈傳動的受力分析鏈傳動在安裝時，應使鏈條受到一定的張緊力，張緊的目的主要是使松邊不致過松，以免影響鏈條正常退出嚙合和產(chǎn)生振動、跳齒或脫鏈現(xiàn)象。鏈的緊邊拉力為：鏈的松邊拉力為：其中：Fe為有效圓周力：Fc為離心力引起的拉力：在上述各式中，P

為傳遞的功率（kW)；v為鏈速(m/s)；q為單位長度鏈條的質量(kg/m)。Ff為懸垂拉力，與鏈條松邊的垂度和傳動的布置方式有關。

設計計算1滾子鏈傳動的設計計算一、失效形式和額定功率鏈傳動的失效形式有鏈的疲勞破環(huán)、鏈條鉸鏈的磨損、鏈條鉸鏈的膠合以及鏈條的靜力拉斷。上圖示為潤滑良好的單排鏈的額定功率曲線圖。由圖可見，在中等速度的鏈傳動中，鏈傳動的承載能力主要取決于鏈板的疲勞強度；隨著鏈輪轉速的增高，鏈傳動的多邊形效應增大，傳動能力主要取決于滾子和套筒的沖擊疲勞強度，轉速越高，傳動能力就越低，并會出現(xiàn)鉸鏈膠合現(xiàn)象，使鏈條迅速失效。額定功率P0/kW小鏈輪轉速n1/(r/min)額定功率曲線

失效圖片設計計算2滾子鏈傳動的設計計算二、滾子鏈傳動的設計方法和步驟1．鏈輪齒數(shù)通常限制鏈傳動的傳動比i≤6，推薦的傳動比i＝2~3.5。選擇小鏈輪齒數(shù)Z1─→計算大鏈輪齒數(shù)Z2=iZ1。小鏈輪齒數(shù)Z1過少─→運動不平穩(wěn)嚴重。小鏈輪齒數(shù)Z1過大─→增大了傳動的尺寸和質量

。詳細說明2．確定計算功率計算功率Pca是根據(jù)傳遞的額定功率P，并考慮工作情況