太原理工大學(xué)機械設(shè)計課件

1、,機械設(shè)計,太原理工大學(xué)機械設(shè)計教研室,,,課程介紹重要性：機械是現(xiàn)代各行業(yè)的基礎(chǔ)，是物質(zhì)生產(chǎn)的基本工具，其應(yīng)用水平是一個國家技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度的重要標志，也是信息化產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。設(shè)計則是產(chǎn)品生產(chǎn)的第一道工序，其成敗很大程度上是在本階段決定的。在課程體系中的地位：專業(yè)基礎(chǔ)課性質(zhì)：是一門論述機械零件設(shè)計理論、研究機械零件設(shè)計方法的設(shè)計性技術(shù)基礎(chǔ)課。是多學(xué)科知識的綜合運用。具有綜合性、設(shè)計性。 內(nèi)容：通用機械零件的設(shè)計理論和

2、方法任務(wù)：１）掌握機械設(shè)計所必需的基本知識、基本理論和基本技能，解決通 用零件設(shè)計問題:包括設(shè)計計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計、繪制工作圖２）獨立進行傳動裝置的設(shè)計；３）熟悉國家標準、手冊、規(guī)范等，并正確運用；４）培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想。,,,特 點：三性：綜合性、設(shè)計性、實踐性四多：公式多而繁、概念多、圖表多、系數(shù)多。學(xué)習(xí)方法:理論聯(lián)系實際抓核心，抓概念，不要死摳公式，注意與基礎(chǔ)課的不同學(xué)會利用手冊等資料E

3、very thing important is simple,,,,本課所用教材 《機械設(shè)計》（第四版）－－丘宣懷等編　高教出版社 配套習(xí)題集參 考 書《機械設(shè)計》--許鎮(zhèn)宇等主編 高教出版社 相關(guān)機械設(shè)計手冊 課堂教學(xué) 62學(xué)時 實驗課 8學(xué)時成績評定方式期末考試80%+平時20%,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

4、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第一篇　總論,機械設(shè)計概論機械零件的工作能力和計算準則機械零件的疲勞強度摩擦，磨損，潤滑機械常用材料和制造工藝性,第一章 機械設(shè)計概論,主要內(nèi)容：⑴機械設(shè)計中的基本概念⑵設(shè)計機器的基本原則和設(shè)計程序⑶機械零件設(shè)計概論⑷結(jié)構(gòu)設(shè)計⑸機械設(shè)計的新發(fā)展,,1.1基本概念（機械設(shè)計=機械+設(shè)計，故我們先學(xué)習(xí)一些機械的概念）,機器：執(zhí)行

5、機械運動的裝置，其特征有：１）人為實物組合，或由機構(gòu)組成；２）各部分之間有確定的相對運動；３）用來代替或減輕人的勞動左右用工或轉(zhuǎn)換能量。例如：汽車、飛機、絞肉機等等機器的組成,輔助系統(tǒng)，例如：潤滑、顯示、照明等,原動機部分,傳動部分,,,控制系統(tǒng),,,,,,,,執(zhí)行部分,,機械：機器及機構(gòu)的總稱。零件：組成機器的必不可拆的基本單元稱機械零件。如：螺釘、齒輪等部件（模塊）：為完成統(tǒng)一使命，在結(jié)構(gòu)上組合在一起，并協(xié)同工作的零件

6、集合通用零件：在各種機器中普遍使用的零件專用零件：只在一定類型的機器中使用的零件標準件：經(jīng)過優(yōu)選、簡化、統(tǒng)一，并給以標準代號的零件或部件,,,,,,,,1.2 設(shè)計機器的基本原則和設(shè)計程序,1.2.1 設(shè)計機器應(yīng)滿足的要求使用要求（功能要求）經(jīng)濟要求人機工程要求（操作、安全、美感等）綠色要求（節(jié)能、低噪、重用、低污染）1.2.2 設(shè)計方法內(nèi)插（修修改改）外推（部分創(chuàng)新）開發(fā)1.2.3 設(shè)計程序（P3）,,1

7、.3 機械零件設(shè)計概述,1.3.1 設(shè)計機械零件應(yīng)滿足的要求避免在預(yù)期壽命期內(nèi)失效結(jié)構(gòu)工藝性的要求經(jīng)濟性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求1.3.2 設(shè)計步驟確定原理方案確定零件載荷（名義載荷與計算載荷，F(xiàn)c=KF、Pc=KP、Tc=KT）選擇材料確定尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計1.3.3 校核1.3.4 設(shè)計時應(yīng)遵循的“三化”要求標準化（盡可能選擇標準件）系列化（基本結(jié)構(gòu)相同，通過改變輔助尺寸成為系列產(chǎn)品，減少設(shè)計量）通用化

8、（各種產(chǎn)品中盡量采用統(tǒng)一的零部件）,,,,,,,1.4　機械設(shè)計的新發(fā)展,精密微型 CAD CAE 虛擬設(shè)計 工業(yè)設(shè)計,end,機械零件的主要失效形式,,,,,,第二章　機械零件的工作能力和計算準則,失效：零部件不能滿足工作要求稱為失效,,,,,破壞正常工作條件引起的失效：打滑、膠合、共振,整體斷裂：拉，壓，彎，扭,過大的殘余應(yīng)力：加工，熱處理,零件表面的破壞：點蝕、磨損，熱處理,,,,,工作能力：不發(fā)生失效

9、時的工作限度計算（設(shè)計）準則：（要滿足的條件）○強度準則：σ≤［σ］或τ≤［τ］；［σ］＝或［τ］＝τmin/s○剛度準則：ｙ≤［ｙ］或θ≤［θ］　φ≤［φ］○耐磨性準則：驗算壓強：ｐ［ｐ］，單位接觸面上單位時間產(chǎn)生摩擦功不太大，控制ｐｖ≤［ｐｖ］ ○可靠性準則：按傳統(tǒng)強度設(shè)計方法設(shè)計零件，由于材料強度，外載荷和加工尺寸等存在離散性，有可能出現(xiàn)達不到預(yù)定工作時間而失效的情況。希望將出現(xiàn)這種失效情況的概率控制在一定程度

10、之內(nèi)，這就對零件提出可靠性要求。○可靠度：機器或零件在一定工作環(huán)境下，在規(guī)定的使用期限內(nèi)連續(xù)工作的概率。,,,,2.1 載荷和應(yīng)力的分類載荷是機械設(shè)計中的重要參數(shù)，是重要的設(shè)計目標之一，也是造成失效的重要原因2.1.1 載荷分類靜載荷：不隨時間變化的載荷動載荷：隨時間變化（周期或非周期、大小、方向、位置）的載荷名義載荷：根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計算出作用在零件上的載荷（F、P、T）計算載荷：考慮原動機、工作機、零件受力不均勻

11、等因素影響而設(shè)計出的載荷 Fc=KF ,Pc=KP, Tc=KT(K參見P12)2.1.2 應(yīng)力分類（載荷無法衡量工作極限，需要用應(yīng)力,見 P12）靜應(yīng)力：只能由靜載荷產(chǎn)生變應(yīng)力 對稱循環(huán) 脈動循環(huán) 可以變載荷產(chǎn)生也可以由靜載荷產(chǎn)生(P13) 非對稱循環(huán)應(yīng)力循環(huán)特性r:最小與最大應(yīng)力之比變應(yīng)力的描述：

12、用σmax ， σmin ， σm ， σa ，r五個參數(shù)中的任意兩個來描述,,,,2.2 機械零件的強度,,,,2.2.1 兩種判斷零件強度的方法應(yīng)力法σ≤[σ]= σlim /[Sσ], τ≤[τ]= τ lim /[Sτ], 安全系數(shù)法Sσ= σlim / σ ≥ [Sσ], Sτ = τ lim / τ ≥[Sτ],2.2.2 靜應(yīng)力強度失效形式：塑性變形或斷裂單向應(yīng)力時極限應(yīng)力采用屈服極限σs, τs 復(fù)合應(yīng)力

13、時的塑性材料（ τmax是破壞主因按第三、強度理論，單位體積塑性變形是破壞主因用第四強度理論，公式見P１４）脆性材料極限應(yīng)力采用強度極限σB, τB 2.2.3 變應(yīng)力強度（主要破壞形式是疲勞，見下章）,,,2.2.4 許用安全系數(shù)根據(jù)工作情況選擇，在保證安全可靠的情況下，盡可能?。ň唧wP15）2.2.5 提高機械零件強度的措施（材料、截面積及結(jié)構(gòu)等方法，結(jié)構(gòu)見P16）,,,,2.3 機械零件的表面強度在零件整體沒出

14、現(xiàn)斷裂、塑性變形等情況下，零件表面也可能出現(xiàn)破壞失效，這種失效由表面強度確定表面強度分：①表面接觸強度；②表面擠壓強度；③表面磨損強度；2.3.1 表面接觸強度產(chǎn)生原因：力作用點、接觸面接觸不均勻及塑性變形造成接觸面局部應(yīng)力較大（P19圖）計算：赫茲公式（P19，理解，并理解課本上的兩個例題）失效形式：靜載荷：脆性材料的表面壓碎和塑性材料的表面塑性變形循環(huán)接觸：表面疲勞磨損（疲勞點蝕），產(chǎn)生原因及過程見P20強度指標（極

15、限應(yīng)力）靜載荷：最大許用接觸應(yīng)力σHmax≤ [σH]max循環(huán)接觸：接觸疲勞極限（在規(guī)定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)下材料 不發(fā)生點蝕現(xiàn)象的極限應(yīng)力） σHmax≤ [σH]2.3.2 提高表面接觸強度的主要措施增大接觸表面的綜合曲率半徑，以降低接觸應(yīng)力（赫茲公式）將外接觸改為內(nèi)接觸，將點接觸改為線接觸，降低接觸應(yīng)力（課本上例子）提高表面質(zhì)量，使接觸面更均勻，降低接觸應(yīng)力，同時減少缺陷，避免發(fā)生應(yīng)力集中提高表面硬度，延緩點蝕

16、采用黏度高的潤滑油，減輕油擠入裂紋，形成油壓,,,,,,2.3.3 表面擠壓強度產(chǎn)生原因：局部應(yīng)力過大失效形式：壓潰（表面塑性變形）和表面破碎計算公式： σp = F/A≤ [σp], A為曲面接觸時的投影面積（見P22）2.3.4 表面磨損強度計算準則：滑動速度低，載荷大時p ≤[p]中速時：pv ≤[pv]高速時： pv ≤[pv]；v ≤[v]2.3.5 提高表面磨損強度的主要措施采用合適的摩擦副材料

17、，如：鋼－青銅提高表面硬度，降低表面粗糙度 采用有效的潤滑劑和潤滑方法防塵、防高溫2.4 機械零件的剛度剛度：在載荷作用下抵抗彈性變形的能力2.4.1 剛度的影響剛度不足影響機器的正常工作，加速零件失效（彈性零件則需要較小的剛度）,,,,,,剛度計算ｙ≤［ｙ］或θ≤［θ］　φ≤［φ］影響剛度的因素及其改進措施材料對剛度的影響彈

18、性模量大則剛度大，但同類金屬材料的彈性模量相差不大，故沒必要用合金鋼代替普通鋼來提高剛度結(jié)構(gòu)對剛度的影響截面形狀：增大截面面積，采用中空、工字鋼、槽鋼、T形截面等慣性矩大的截面支撐方式：采用合適的支撐方式，減少最大彎矩（見p24圖）采用加強筋在裝配中適當增加予緊力有助于剛度的提高（具體原因見１８章）2.5 機械零件的沖擊強度2.5.1 沖擊強度和沖擊變形計算（P25）討論計算公式，并定性地了解結(jié)論2.5.2 提高沖擊

19、強度和緩沖能能力的措施增加柔性（柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計、低彈性模量材料、增加橡膠、彈簧墊等）避免沖擊（予緊防止出現(xiàn)間隙）,,,,,2.6 溫度對機械零件工作能力的影響2.6.1 對摩擦磨損的影響溫度過高造成潤滑油黏度下降，導(dǎo)致吸附油膜破裂，太低會使油黏度過大，甚至凝固2.6.2 溫度對材料膨脹和收縮的影響熱脹冷縮，設(shè)計時要采取補償措施（見P29表2.5 )2.6.3 溫度對材料力學(xué)性能的影響高溫下金屬強度一般會急劇下降，低

20、溫時鋼強度提高，但變脆；有色金屬在低溫下一般無冷脆性，且強度及塑性均有提高，所以低溫設(shè)備常用有色金屬制造．蠕變：在一定工作溫度和應(yīng)力下，零件塑性變形緩慢而連續(xù)增長的現(xiàn)象，如高溫高壓的管道管壁逐漸變薄改善蠕變的措施：采用耐熱鋼、冷卻和隔熱松弛：由于塑性變形而引起的，原予緊零件應(yīng)力逐漸減小的現(xiàn)象改善松弛的措施：采用耐溫材料、采用加工良好的接觸面、定期檢查,,,,,,,2.7機械零件的振動穩(wěn)定性2.7.1 振動穩(wěn)定性失穩(wěn)：機器或零

21、件發(fā)生共振時，振幅會急劇增大，從而喪失振動穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)2.7.2減輕振動的措施采用對稱結(jié)構(gòu)，減少懸臂長度、縮短中心距等對轉(zhuǎn)動零件進行平衡利用阻尼消耗振動設(shè)置隔振零件2.8 機械零件的可靠性2.8.1 可靠性概念可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力可靠度：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率， Rt=Nt/N=1-Nf/N累計失效概率：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下

22、和規(guī)定的時間內(nèi)失效的概率 Ft=Nf/N=1- RtRt+Ft=1,例題：鉚釘聯(lián)接，兩塊鋼板材料均為Q215， F=500000N，求：各部分尺寸。,解：分析失效方式及計算公式1。釘剪切2 板擠壓3 板拉斷4 板邊剪切,F1= F2= F3= F4= F5 = F由1： d=18.8 取d為18 由2： S=6.6 取S為7由3： b=5

23、4.7 取b為55 由4：e= 29.3 取e為30,end,,第三章　機械零件的疲勞強度,,,,,,疲勞計算（設(shè)計）的方法安全－壽命設(shè)計：在規(guī)定的工作周期內(nèi)不允許出現(xiàn)疲勞裂紋，一旦出現(xiàn)即認為失效（傳統(tǒng)設(shè)計方法）破損－安全設(shè)計：允許存在裂紋并緩慢擴展，但必須保證在規(guī)定的工作周期內(nèi)， 仍能安全可靠地工作3.1 疲勞斷裂的特征（機械失效的主要原因，P36）疲勞源－光滑的發(fā)展區(qū)－粗糙的斷裂

24、區(qū)（罪魁禍首是應(yīng)力集中）3.2 疲勞曲線和疲勞極限應(yīng)力圖3.2.1 疲勞曲線疲勞極限（P37）有限壽命區(qū)和無限壽命區(qū)循環(huán)基數(shù)N。及N 。次循環(huán)的疲勞極限σr τr疲勞極限的計算方法（P38）說明（P38-39）例題3.1,,,,,,,,,,3.2.2 疲勞極限應(yīng)力圖(P40)構(gòu)成（由σaσm組成的坐標系）三個特殊點簡化疲勞應(yīng)力圖畫法安全區(qū)、疲勞失效區(qū)、塑性失效區(qū)的位置極限應(yīng)力的獲得（P41表3.2）3.

25、3 影響機械零件疲勞強度的主要因素3.3.1 應(yīng)力集中應(yīng)力集中系數(shù)計算（P41－p42公式說明及圖表）說明減緩截面突變可降低降低材料強度極限可降低敏感系數(shù)q有多個集中源時，按最大有效應(yīng)力集中系數(shù)計算3.3.2尺寸的影響尺寸越大，應(yīng)力集中也越大尺寸系數(shù)見（P43圖）,,,3.3.3 表面狀態(tài)的影響計算公式（P43）鑄鐵對表面狀態(tài)不敏感鋼的強度極限越高，表面越粗糙則低，故高強度鋼需要采用更高的表面質(zhì)量采用淬火、

26、滲碳、拋光、滾壓等方法可以提高表面強度，產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力從而降低拉應(yīng)力，減少初始裂紋產(chǎn)生和擴展3.3.4 綜合影響系數(shù)（P44）應(yīng)力集中、零件尺寸和表面狀態(tài)都只對應(yīng)力幅有影響，對平均應(yīng)力沒有明顯影響計算公式（P44）零件的工作應(yīng)力幅要乘以綜合影響系數(shù)，或材料的極限應(yīng)力幅要除以綜合影響系數(shù),,,,,,,,3.4 許用疲勞極限應(yīng)力圖穩(wěn)定變應(yīng)力和非穩(wěn)定變應(yīng)力及直方圖（P44-P55圖）許用疲勞極限應(yīng)力圖(P45)，注意綜合影響系

27、數(shù)只對極限應(yīng)力幅有影響，壽命系數(shù)對極限平均應(yīng)力和極限應(yīng)力幅均有影響，故圖上的Y坐標要除綜合影響系數(shù)許用極限應(yīng)力點的位置取決于工作應(yīng)力的增長規(guī)律，不一定時線形增長（圖3.17）3.5 穩(wěn)定變應(yīng)力時安全系數(shù)的計算(判斷危險截面的危險程度)3.5.1 單向應(yīng)力狀態(tài)時的安全系數(shù)圖解法解析法－－計算公式P49表.3.3公式及例題3.5.2 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)時的安全系數(shù)(P51三個公式)3.6 規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力時機械零件的疲勞強

28、度3.6.1 疲勞損傷積累假說（P52）3.6.2 等效穩(wěn)定變應(yīng)力和壽命系數(shù)（P52）,end,,,第四章　摩擦、磨損、潤滑,摩擦是機械設(shè)備中不可避免的一種現(xiàn)象，它可能消耗能源，產(chǎn)生過熱還會造成磨損，使機器失效；但摩擦也可能為我們服務(wù)如：剎車、摩擦輪傳動，皮帶傳動等4.1 摩擦的種類及其基本性質(zhì)摩擦種類干摩擦：兩摩擦面直接接觸，沒有任何潤滑劑（見P58圖）邊界摩擦：接觸面通過邊界膜分開，摩擦性質(zhì)由邊界膜和表面吸附性

29、質(zhì)決定流體摩擦：摩擦面被一層流體隔開，摩擦完全由流體的性質(zhì)確定混合摩擦：上述三種摩擦同時存在比較干摩擦阻力最大，磨損嚴重，流體摩擦效果最好但實現(xiàn)復(fù)雜，邊界摩擦介于它們之間，在工程中應(yīng)用廣泛，事實上純粹的邊界摩擦很少，大多數(shù)都是混合摩擦潤滑：流體、邊界及混合摩擦一般都是在采用流體潤滑劑的條件下實現(xiàn)的，因此也稱為流體潤滑、邊界潤滑、混合潤滑摩擦特性曲線和磨損曲線（P59）,,4.2干摩擦機械摩擦嚙合理論分子機械理論粘著理論

30、能量理論變形—梨溝--粘著理論,,,,,4.3 邊界摩擦潤滑邊界潤滑中磨損不可避免溫度過高會破壞膜，故通過限制pv值來控制摩擦表面的溫度合理選用摩擦副材料、降低表面粗糙度，在潤滑劑中加入油性潤滑劑等可以提高邊界膜強度4.4 磨損（由于摩擦而使摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象）磨損的過程：跑合、穩(wěn)定、劇烈磨損階段　　（見P63,P64圖11,13）磨損類型（根據(jù)磨損機理,了解減輕的措施P64）粘著磨損表面疲勞磨損磨粒磨損

31、腐蝕磨損,,,,,,,,4.5 流體摩擦潤滑流體潤滑的性質(zhì)取決于流體的內(nèi)摩擦力，內(nèi)摩擦力由黏度衡量，黏度越大，內(nèi)摩擦力越大根據(jù)建立油膜原理不同，流體潤滑可分為：流體動力潤滑、彈性流體動力潤滑、流體靜力潤滑等4.5.1 流體動力潤滑形成條件：P67,契形、相對滑動速度、一定的潤滑油黏度4.5.2 彈性流體動力潤滑（在壓強很大時考慮流體壓縮）4.5.3 流體靜力潤滑原理：特點：P694.7 潤滑劑、添加劑4.7

32、.1 潤滑劑種類液體潤滑劑：石油潤滑劑、合成潤滑劑 潤滑脂：氣體潤滑劑：固體潤滑劑,,,,,4.7.2 潤滑劑性質(zhì)黏度、凝點、閃點、油性等4.7.4 潤滑劑的選擇P72，表4.6和4.74.8 潤滑油的黏度抵抗變形的能力潤滑油的牌號是根據(jù)黏度標定的黏度隨溫度的升高而減小可以通過調(diào)配不同黏度的油生成我們所需要黏度的油4.9.2 潤滑脂（P77）,,end,第五章 機

33、械零部件的潤滑與密封,,一、潤滑 —向承載的兩個摩擦表面引入潤滑劑，是減少摩擦力及磨損等表面破壞的有效措施之一。,潤滑時，應(yīng)首先根據(jù)工況等條件，正確選擇潤滑劑和潤滑方式。,1、降低摩擦功耗、節(jié)約能源； 2、減少或防止機器摩擦副零件的磨損； 3、降低溫升 4、防銹 5、緩沖、吸振 6、清洗摩擦表面，密封和防塵,潤滑劑的主要作用

34、為：,1. 潤滑油—性能指標,(1) 粘度,流體抵抗變形的能力稱為粘度，以流體內(nèi)摩擦阻力表示,平行板間油的層流流動,貼近靜止板的油層速度,貼近移動板的油層速度,,,( 粘性流體粘性定律),比例常數(shù)，即動力粘度,設(shè)長寬高各為 1m 的流體，若上下兩面發(fā)生 1m/s 的相對滑動，所需施加的力為 1N 時， 則該流體的粘度為 1 個國際單位制的動力粘度記為 Pa.s,( 用于流體動力學(xué)計算 ),(潤滑油的粘度),單位換算,國際單位

35、制,,,,(2) 常用潤滑油,查得運動粘度,用于流體動力學(xué)計算,(3) 潤滑油的選擇,粘度－溫度曲線,40 °C時運動粘度的平均值。,潤滑油牌號一般為,2. 潤滑脂,鈣基,抗水性好、耐熱性差、價廉,鈉基,抗水性差、耐熱性好、防腐性較好,鋰基,抗水性和耐熱性好,鋁基,抗水性好、有防銹作用、耐熱性差,主要指標,針入性：表征潤滑脂稀稠,潤滑脂越稠,滴點：潤滑脂受熱后開始滴落的溫度，表征耐高溫的能力,潤滑脂工作溫度一般應(yīng)低于滴點20

36、– 30 °C,,,,,潤滑方式,1、手工定期潤滑 —低速、輕載或不連續(xù)運轉(zhuǎn),油嘴、油杯和油槍,2、油浴、油環(huán)和濺油潤滑 —中速、中載的重要機械,用油量少,連續(xù)供油，并冷卻,轉(zhuǎn)動件的圓周速度為1m/s ≤ v ≤ 10～15m/s,減速箱的潤滑,油霧潤滑裝置,3、油霧潤滑 —高速、輕載的齒輪和軸承,齒輪：,圓周速度為 v ＞ 5～15m/s,軸承：,dn ＞ 60000

37、0mm·r/min(d為軸承內(nèi)徑，n為工作轉(zhuǎn)速),油霧潤滑裝置的組成：,噴管、吸管和油量調(diào)節(jié)器,齒輪減速器的壓力供油系統(tǒng)簡圖,4、壓力供油潤滑 —高速、重載、供油量要求大的重要部件,壓力供油裝置的組成：,油泵、油箱、過濾器、冷卻 器、壓力調(diào)節(jié)閥和油量調(diào)節(jié)閥等。,機床主軸箱、內(nèi)燃機鍛壓設(shè)備等,A－油泵,B－復(fù)式過濾器,C－冷卻器,E－壓力表,F－流量控制閥,G－調(diào)壓閥,D－單向閥,T－油槽,,二、密封

38、 —阻止液體、氣體工作介質(zhì)或潤滑劑泄漏，防止 灰塵、水分進入潤滑部位。,使用時，應(yīng)根據(jù)壓力、速度、工作溫度等工作條 件，選擇經(jīng)濟、合理的密封類型和結(jié)構(gòu)（參見表14-4）。,密封件大部分都有相應(yīng)的標準和規(guī)格，應(yīng)盡量選用 標準件。,根據(jù)被密封表面是否有相對運動，密封分為靜密封 和動密封。,密封的選擇,靜密封,1、靜密封,毛氈密封,2、動密封,壓蓋軸向壓

39、緊,,填料產(chǎn)生徑向力抱緊在軸上,結(jié)構(gòu)簡單，一般只用于低速（v ＜ 4～5m/s）脂潤滑處，主要起防塵作用。,O形 密封圈,J形密封圈,U形密封圈,密封圈密封—密封圈由彈性材料制成、它靠自身彈力或彈簧壓緊力的作用而套在軸上起密封作用。,“自緊作用”,機械密封（端面密封）,1—動密封環(huán)2—靜密封環(huán)3—彈簧,通過石墨塊與旋轉(zhuǎn)盤的接觸實現(xiàn)密封。,間隙密封,利用節(jié)流槽的節(jié)流效應(yīng)防塵和防漏。,—脂潤滑或油潤滑，軸的轉(zhuǎn)速較高，但工作溫度不高于密

40、封用脂的滴點,因考慮到軸要伸長，軸向間隙取大些，宜1．5～2mm。,徑向式,軸向式,將旋轉(zhuǎn)件與靜止件之間的間隙做成迷宮曲路形式，在間隙中充填潤滑油或潤滑脂以加強密封效果。,密封可靠，密封件不易損壞，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。,徑向間隙不大于0．1—0．2mm。,迷宮密封,離心式密封,螺旋密封,擋圈密封——用在脂潤滑中，防止?jié)櫥土魅胼S承將潤滑脂帶走。,利用旋轉(zhuǎn)件帶動流體產(chǎn)生離心力以克服泄漏。,甩油密封 — 油潤滑,在軸上開出溝槽或安裝甩油環(huán)，把欲

41、流出的油沿徑向甩開，經(jīng)集油腔及與軸承腔相通的油孔流回。,軸必須按確定方向旋轉(zhuǎn),,組合密封,間隙加迷宮密封 ——組合密封的一種型式，可以充分發(fā)揮各自優(yōu)點，提高密封效果。,,END,,太原理工大學(xué)機械零件教研室,第二篇 聯(lián) 接,聯(lián)接：為了便于制造、安裝、運輸、維修，機器不可能被制造成一個整體，而是由許多零件、部件組成。要把這些零部件組裝成一臺機器，需要用一定的方式將它們聯(lián)接起來,,動聯(lián)接：機器工作

42、時，零部件之間可以有相對 運動。例如：機械原理中，各種運動 副之間的聯(lián)接。,靜聯(lián)接：在機器工作中，不允許零部件之間存 在相對運動的聯(lián)接。,根據(jù)聯(lián)結(jié)可否運動分,靜聯(lián)接,,可拆聯(lián)接：不須毀壞聯(lián)接中的任何一個零件就可拆 開的聯(lián)接。例如：螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接 、過盈聯(lián)結(jié)。,不可拆聯(lián)接：至少毀壞聯(lián)接中的一部分才能拆開的 聯(lián)接。例如：鉚接

43、、焊接、膠接等,,根據(jù)工作原理分,,摩擦：靠聯(lián)接配合面間的摩擦傳遞載荷，如：過盈 聯(lián)結(jié),非摩擦：通過零件的嵌合來傳遞載荷。例如：平 鍵,共同作用：同時靠摩擦和嵌合傳遞載荷。如：楔鍵,第六章 螺紋聯(lián)接,基本要求及重點、難點螺紋及螺紋聯(lián)接的基本知識；螺栓組聯(lián)接的設(shè)計，包括單個螺栓聯(lián)接的擰緊、強度計算、螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計、受力分析及提高螺栓聯(lián)

44、接強度的措施等；滑動螺旋傳動的設(shè)計計算方法。 基本要求:1) 掌握螺紋的基本知識——螺紋的基本參數(shù)、常用螺紋的種類、特性及其應(yīng)用。2) 掌握螺紋聯(lián)接的基本知識——螺紋聯(lián)接的基本類型、結(jié)構(gòu)特點及其應(yīng)用，螺紋聯(lián)接標準件，螺紋聯(lián)接的擰緊與防松。3) 掌握螺栓組聯(lián)接設(shè)計的基本方法——螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計，受力分析，螺栓聯(lián)接的強度計算理論與方法。4) 掌握提高螺紋聯(lián)接強度的各種措施。5) 掌握滑動螺旋傳動的常用設(shè)計方法。難點：1)

45、 螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計與表達。2) 受傾覆力矩作用的螺栓組聯(lián)接受力分析。3) 復(fù)雜受力狀態(tài)下的螺栓組聯(lián)接受力分析。4) 受預(yù)緊力和軸向工作載荷作用時，單個螺栓聯(lián)接的螺栓總拉力的確定,6.1 螺紋聯(lián)接的主要類型、材料和精度6.1.1 主要類型（螺紋聯(lián)結(jié)件一般為標準件、各種類型的特點見表6.1）螺栓：用于通孔，應(yīng)用廣泛，包括普通螺栓（受拉）和鉸制孔用螺栓（受剪）兩種雙頭螺柱：用于常拆卸的場合螺釘：用于被連接件之一較厚、不常拆卸的

46、情況緊定螺釘：用于定位,,普通螺栓　　　　　　　鉸制孔螺栓,6.1.2 螺紋緊固件的性能等級和材料性能等級分十級（P101），如3.6; 4.6; 4.8等，小數(shù)點前數(shù)字表示σBmin/100，點后數(shù)字為10(σSmin/σBmin)材料根據(jù)性能等級選取低碳鋼、中碳鋼、合金鋼等螺母性能等級按螺母高度分兩大類6.1.3 螺紋公差和精度公差：內(nèi)螺紋的公差帶為G和H，外螺紋采用e、f、g、h，G的基本偏差為正，efg的基本偏差

47、為負，內(nèi)外配合最好用G/h，H/g，H/h精度等級分精密(4—6級)、中等（7級）和粗糙（7—8級）三種6.2 螺栓聯(lián)結(jié)的擰緊和防松6.2.1 螺栓聯(lián)結(jié)的擰緊擰緊（予緊）的目的：增強聯(lián)結(jié)的緊密性、可靠性，防止出現(xiàn)間隙，增強聯(lián)結(jié)的剛性。對受拉螺栓，還可提高螺栓的疲勞強度擰緊力矩的計算T=T1(螺紋力矩)+T2（螺母支撐面摩擦力矩）,,,,,予緊方法：測力扳手、定力矩扳手例題：已知扳手力臂L=15d，板動力F=200N，求予緊

48、力F’解：T=FL=15dFT=0.2F’d15dF=0.2F’dF’=15F/0.2=1.5噸,6.2.2 螺紋聯(lián)接的防松(表6.2)螺紋聯(lián)接防松的實質(zhì)在于限制螺旋副的相對轉(zhuǎn)動。以防止聯(lián)接的松動影響正常工作。,,焊住 沖點,6.3 單個螺栓聯(lián)接的受力分析和強度計算6.3.1 受拉螺栓聯(lián)接螺栓為標準件，故一般僅僅計算螺栓強度，螺母、墊圈等直接從標準中選定失效形式

49、：塑性變形、斷裂、疲勞、滑扣等危險截面的確定:dc=d1-H/61.受拉松螺栓聯(lián)接4F/πdc2≤[σ]2.受拉緊螺栓聯(lián)接只受予緊力的緊螺栓聯(lián)接（靠摩擦力傳遞載荷）受予緊力和螺紋力矩共同作用，故應(yīng)用第四強度理論得4x1.3F’/ πdc2≤[σ],受予緊力和工作載荷的緊螺栓聯(lián)接 F0≠F’+F F0=F+F”在受工作載荷前被聯(lián)接件和螺栓

50、受相等都為F’,螺栓伸長量δ1=F’/C1, δ2=F’/C2,受工作載荷后，在被聯(lián)接件出現(xiàn)縫隙前，所受力不同，但伸長和縮減增量相同，Δδ１＝Δδ２故可得：F”=F’- F（c2/c1+c2） F’=F”+F（c2/c1+c2） F0=F’+F（c1/c1+c2）由上式可知，F(xiàn)0與相對剛度系數(shù)c1/c1+c2有關(guān)，采用剛度較大得被聯(lián)接件，有助于減小F0,被聯(lián)接件為鋼鐵件時，根據(jù)墊片可采用：金屬0.2

51、—0.3；皮革0.7；銅皮石棉0.8；橡膠0.9予緊力F”應(yīng)大大于０，其中F無變化化時，F(xiàn)”=(0.2—0.6)F，有變化時F”=(0.6--1)F，壓力容器及其它緊密聯(lián)結(jié)F”=(1.5—1.8)F 強度計算公式： 4x1.3F’/ πdc2≤[σ]變載荷作用時，應(yīng)力幅為主要因素，計算公式和說明見（P108和P110表6.3）6.3.2 受剪螺栓聯(lián)接（鉸制孔螺栓聯(lián)接）失效形式為剪斷、壓潰等剪切強度條件： 4xFs/ mπd2

52、≤[τ]壓潰強度條件：Fs≤dh[σp],例題6.1　　P1106.4 螺栓組聯(lián)接的受力分析同一組螺栓應(yīng)盡量采用相同的螺栓螺栓組要有合適的間距、邊距，要考慮扳手空間方便裝配螺栓組受力分析的目標就是找出其中受力最大的螺栓和載荷，然后應(yīng)用單個螺栓強度計算方法計算在螺栓組分析時采用的一些理想化的假設(shè)有：被聯(lián)結(jié)體為剛體、各個螺栓的剛度和予緊力相同、螺栓應(yīng)變在彈性范圍內(nèi)6.4.1 受軸向力FQ的螺栓組聯(lián)接工作載荷均分　F= FQ

53、/Z,6.4.2 受橫向力FR的螺栓組聯(lián)接 用受拉螺栓聯(lián)接時，僅靠予緊力產(chǎn)生的摩擦面間的摩擦力傳遞載荷； F’=kfFR/µsmz，這種方法的主要缺點時予緊力很大，一般是橫向載荷的很多倍 用受剪螺栓聯(lián)接時，通過螺栓受剪和螺栓與被聯(lián)接件擠壓來傳遞載荷;Fs=FR/z6.4.3 受旋轉(zhuǎn)力矩T的螺栓組聯(lián)接 用普通受拉螺栓聯(lián)接時（各個螺栓摩擦力相同）kfT= µsF’r1+µ

54、;sF’r2+µsF’r3+…..+µsF’rn 用受剪螺栓聯(lián)接時：T= Fs1r1+Fs2r2+Fs3r3+…..+FsnrnFs1/r1=Fs2/r2=Fs3/r3=…..=Fsn/rn 各個螺栓受剪力與距離成正比通過求解以上公式可得：,受翻轉(zhuǎn)力矩M得螺栓聯(lián)接M= F1r1+F2r2+F3r3+…..+FnrnF1/r1=F2/r2=F3/r3=…..=Fn/rn各個螺栓得變形量與距離成正比，

55、也就是工作拉力與距離成正比,6.5 提高螺栓聯(lián)接強度的措施改善螺紋牙載荷分布不均的現(xiàn)象，第一圈螺紋承擔(dān)約三分之一的載荷，為均衡載荷，可以采用懸置螺母、內(nèi)斜螺母、環(huán)槽螺母、低彈性模量螺母、鋼絲螺套等（圖6.14,6.15,6.16）減少附加應(yīng)力(圖6.17,6.18)減輕應(yīng)力集中(加大牙根圓角半徑)降低應(yīng)力幅，采用柔性螺栓、保持被聯(lián)接件的剛度選擇恰當?shù)挠杈o力并保持不減退改善制造工藝、提高制造質(zhì)量,例題1：圖示軸承蓋用4個螺釘

56、固定于鑄鐵箱體上，已知作用于軸承蓋上的力FQ＝10.4kN，螺釘材料為Q235鋼，屈服極限為240Mpa，取剩余預(yù)緊力F?為工作拉力的0.4倍，不控制預(yù)緊力，取安全系數(shù)為4，求螺栓所需最小直徑。,,許用拉應(yīng)力4個螺釘，z＝4，每個螺釘?shù)墓ぷ鬏d荷剩余預(yù)緊力F?＝0.4F=0.4?2600=1040 N故得螺釘中總拉力按強度條件，螺栓小徑,,,,,,,,,,,例題2：設(shè)螺栓剛度為被聯(lián)接件剛度的3倍，當螺栓的預(yù)緊力為60kN，軸向

57、工作載荷在40kN至10kN之間交替變化時，試計算作用在螺栓上對應(yīng)的拉力變化幅值范圍。,,,例題3：如圖所示起重機卷筒，鋼絲繩起重量W＝60000N，利用雙頭螺柱夾緊產(chǎn)生的摩擦力矩使轉(zhuǎn)矩由齒輪傳到卷筒上。8個螺柱均勻分布在直徑 的圓周上。聯(lián)接件接觸面摩擦系數(shù)?=0.12，為了安全，希望摩擦力矩比計算值大20％，螺柱材料為6.8級，45鋼 。 控制預(yù)緊力， 取安全系數(shù) 試求螺柱所

58、需最小直徑（或計算直徑）。,,,,,,,轉(zhuǎn)矩,許用拉應(yīng)力,每個螺柱所需預(yù)緊力,由強度條件，螺柱小徑,,例題： 用繩索通過吊環(huán)螺釘起重，繩索受最大拉力,,螺釘剛度與被聯(lián)接件剛度之比,，試求：1）為使螺釘頭與重物接觸面不離縫，螺釘?shù)淖钚☆A(yù)緊力；2）若預(yù)緊力為10kN，工作螺釘?shù)氖Ｓ囝A(yù)緊力為多少？,1）螺釘頭與重物接觸面不離縫，應(yīng)使剩余預(yù)緊力,故得螺釘最小預(yù)緊力,2）預(yù)緊力F ?＝10 kN，則工作螺釘剩余預(yù)緊力,,板A用5個普通螺釘固

59、定在機座B上，已知板與機座間摩擦系數(shù)?=0.15，防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)）Kf=1.2，螺釘許用應(yīng)力,，試指出哪個螺釘是危險螺釘？并按強度計算該螺釘聯(lián)接中螺釘所需的小徑（或計算直徑）尺寸。,1）將力向形心簡化：FQ＝2000?N；,,,2）FQ使每一個螺釘產(chǎn)生作用力,,M使每個螺釘產(chǎn)生作用力,,,方向如圖（中間螺釘,3）第2個螺釘受力最大，為危險螺釘，設(shè)其受力為FR,,,4）,，,，,,,,,,,,end,第七章　鍵、花鍵、銷、成形聯(lián)接,

60、鍵：主要用來實現(xiàn)軸和帶轂零件的周向固定，完成轉(zhuǎn)矩的傳遞銷：主要實現(xiàn)定位及完全作用，只能傳遞少量載荷,7.1 鍵聯(lián)接7.1.1 鍵聯(lián)接的分類和構(gòu)造鍵是標準件，它分為：平鍵和圓鍵，構(gòu)成松聯(lián)接斜鍵構(gòu)成緊聯(lián)接平鍵聯(lián)接通過側(cè)面與鍵槽的相互擠壓傳遞扭矩，其工作面是側(cè)面平鍵分普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵三種常見的普通平鍵有圓頭、方頭和一端圓頭一端方頭，方頭一般要通過螺絲固定，一端圓頭一端方頭用于軸伸處軸向距離較大時應(yīng)采用滑鍵，因為導(dǎo)

61、鍵過長增加制造困難,,半圓鍵的側(cè)面是工作面，它具有工藝性好的優(yōu)點，缺點是鍵槽較深，只能用于輕載7.1.2 平鍵聯(lián)接和半圓鍵聯(lián)接的計算鍵的選擇：根據(jù)軸徑從標準中選擇鍵的截面尺寸，根據(jù)輪轂長度選出鍵的長度，然后進行校核主要失效形式：壓潰、磨損（動聯(lián)接）靜聯(lián)接： 4T/hl’d≤[σp]動聯(lián)接： 4T/hl’d≤[p]半圓鍵： 2T/dbl≤[τ],7.2 花鍵聯(lián)接7.2.1 花鍵聯(lián)接的分類和構(gòu)造根據(jù)齒形不同分

62、：矩形、漸開線與平鍵比較：受力較均勻，應(yīng)力集中小，承載能力大；對中性好，導(dǎo)向性好，精度高；需專門設(shè)備和工具。成本高。矩形花鍵的特點：定心精度高、應(yīng)力集中小、承載能力大漸開線花鍵：承載能力大，使用壽命長，定心精度高花鍵的失效形式及計算方法（P127 自學(xué)）,7.3 銷聯(lián)接銷的類型（P128）7.4 成形聯(lián)接光滑的非圓形截面，具有對中性好，裝拆方便，應(yīng)力集中小，加工復(fù)雜的特點,,,end,,,,,第三篇 傳 動,傳動

63、的功用能量的分配轉(zhuǎn)速的改變運動形式的改變傳動的類型機械傳動流體傳動液壓氣壓電傳動,,,機械傳動分類： 直接接觸 靠中間件 嚙合傳動 齒輪，蝸論，螺旋 鏈，同步帶 摩擦傳動 摩擦輪 帶傳動 推壓傳動

64、 凸輪、棘輪、 連桿機構(gòu),,,,,,各種機械傳動的特點（參見p159表3）摩擦傳動缺點：尺寸大，傳動比不恒定優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，運行平穩(wěn)無噪聲，打滑可以起過載保護，可實現(xiàn)無級調(diào)速嚙合傳動缺點：有沖擊和噪聲優(yōu)點：尺寸緊湊，傳動比恒定，效率高，功率適應(yīng)范圍廣傳動最重要的參數(shù)—傳動比,D1 Z2

65、 D2 Z1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,選擇機械傳動的一般原則效率高、尺寸小、運動形式滿足工作要求具體原則見（P161）特別注意傳動比分配對外廓尺寸有很大影響，下圖兩種傳動的傳動比均為4,,,,,,,第十一章 帶傳動,11.1 概述靠摩擦實現(xiàn)傳動帶大多是標準件帶分類,11.1.1 傳動形式傳動形式及應(yīng)用范圍見(P176表11.1),,11.1.2 帶傳動特點優(yōu)點：能緩沖載

66、荷沖擊，運行平穩(wěn)，無噪聲，制造和安裝精度要求低，過載保護，傳動中心距離大缺點：有彈性滑動和打滑，從而導(dǎo)致效率下降，不能保證準確的傳動比；輪廓尺寸較大；帶的壽命比較短11.2 帶和帶輪各種帶的比較（見下頁）11.2.1 平帶和帶輪平帶寬度系列（P177長度自己截?。┢綆л喅叽纾≒178）,,帶傳動的主要類型及特點,11.2.2 V帶和帶輪V帶（三角帶）分：普通、窄、寬V帶三種普通V帶型號:Y、Z、A、B、C、D、E、F

67、七種，其尺寸見(P179表11.4)V帶的結(jié)構(gòu)：包布、頂膠、地膠和抗拉體組成V帶一般制成環(huán)形，其基準長度見(P179)，選擇V帶時要給出其型號和基準長度V帶帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸見P180、181,11.3 帶傳動的幾何計算主要幾何參數(shù)包括：中心距，帶長，帶輪直徑D1、D2，包角α1計算公式：P18211.4 帶傳動的計算基礎(chǔ)11.4.1 作用力分析不工作時受張緊力F0工作時受緊邊拉力F1，松邊拉力F2作用，工作載荷超過有效

68、拉力F= F1- F2時，帶將打滑,有效拉力的計算歐拉公式：離心拉力：Fc=qv2有效拉力與功率的關(guān)系：F=F1-F2=1000P/v緊邊拉力為：松邊拉力為：影響帶有效拉力的因素：張緊力F0越大，包角越大，摩擦系數(shù)越大，則F越大，故帶必須張緊，并保持一定的包角，因此對帶的最小中心距有要求,11.4.2 帶的應(yīng)力拉應(yīng)力：緊邊應(yīng)力、松邊應(yīng)力和張緊應(yīng)力離心應(yīng)力彎曲應(yīng)力最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊進入小帶輪處,11.4