资源简介

(共20张PPT)
螺栓连接概述
8.1
单个螺栓连接的强度计算
8.2
键连接
8.3
销连接
8.4
联轴器、离合器和制动器
8.5
第8章 连接
【学习目标】
理解并掌握螺纹连接的类型及应用特点
了解单个螺栓连接的强度计算
理解键连接的应用特点及强度计算
了解销连接、联轴器和离合器的类型及应用
所谓连接，就是指被连接件与连接件的组合结构，其中起连接作用的零件称为连接件，如螺栓、螺母、键、销等。
本节主要介绍螺纹连接、键连接、销连接和联轴器、离合器等机械中常用连接形式的类型、结构和应用特点。
销连接主要用于固定零件之间的相对位置，如定位销，如图（a）所示；也可用于轴与毂的连接，如连接销，如图（b）所示；还可充当安全装置中的过载剪断元件，如安全销，如图（c）所示。
销按形状可分为圆柱销、圆锥销和异形销三类。
8.4 销连接
销连接
1—安全销 2—销套
实际中可根据工作要求选择销连接的类型。
定位销一般不受载荷，其直径按结构确定，数目不少于2个；连接销能传递较小的载荷，其直径也按结构或经验确定，必要时可校核其剪切和挤压强度；安全销的直径应按照销的剪切强度极限计算，过载20%～30%时应被剪断。
联轴器、离合器和制动器是机械传动中的重要部件。
联轴器、离合器可用来连接两轴，使之一起回转并传递转矩。
用联轴器连接的两轴只有在机器停止运行时，经过拆卸后才能把它们分离。
8.5联轴器、离合器和制动器
用离合器连接的两轴，在机器工作中就能方便地使它们分离或接合。
制动器则主要用于降低机械的运转速度或迫使机械停止运转。
联轴器用来连接两轴，并使两轴共同回转以传递运动和转矩。
对联轴器的一般要求是工作可靠，结构紧凑，调整容易，装拆方便，价格低廉。
1．联轴器
联轴器的类型十分繁多，根据其轴连接的性质及有、无补偿轴线偏移和缓冲吸振的能力，大致可以分为以下几类，如图所示。
（1）联轴器的类型
联轴器的类型
联轴器已标准化，在应用联轴器时应正确选择合适的联轴器类型及其尺寸，选用过程如下。
① 选择联轴器类型。
② 计算联轴器的扭矩。
（2）联轴器的选用
③ 确定联轴器型号。
④ 校核最大转速。
⑤ 协调轴孔尺寸和结构形式。
⑥ 联轴器的标记。
联轴器的标记格式
（1）离合器的功用和分类
离合器可根据工作需要将两轴接合或分离，以满足机器变速、换向、空载启动、过载保护等方面的要求。
对离合器的一般要求是接合迅速、分离彻底、动作准确以及调整、操纵和维护方便、使用寿命长等。
2．离合器
离合器的种类很多，按操纵方式可分为以下几类，如图所示。
（2）常用离合器的类型及应用特点
离合器按操作方式分类
制动器是利用摩擦力矩来实现制动的。
如果把制动器的从动部分固定起来，就构成了一个制动器，接合时就起制动作用。
3．制动器
常用的制动器有锥形制动器、带状制动器、块式制动器、电磁制动器、盘式制动器等。
块式制动器结构
1—制动轮 2—制动块 3—弹簧 4—制动臂 5—推杆 6—松闸器(共12张PPT)
第9章 轴承
03
滚动轴承的寿命计算
04
滚动轴承的组合设计
02
滚动轴承的代号标准及选择
01
轴承的功用和类型
05
滚动轴承的润滑与密封
06
滑动轴承
【学习目标】
理解并掌握滚动轴承的类型、特点及选择原则
理解滚动轴承的失效形式及设计准则
掌握滚动轴承的寿命计算方法
理解滚动轴承的组合设计、润滑与密封方法
了解非液体滑动轴承的结构、材料及强度计算准则
9.1 轴承的功用和类型
1．轴承的功用
在众多机械设备中，轴承是用来支撑轴和轴上回转零件的主要部件。
轴承主要起两个作用：一是减少摩擦或磨损，从而提高传动效率；二是用来保证工作轴所需的回转精度。
2．轴承的类型
根据工作时轴承中的摩擦性质，可把轴承分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。
滑动轴承按其摩擦状态可分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。
3．滚动轴承的组成、类型及特点
（1）滚动轴承的组成
滚动体有多种形式，以适合不同类型滚动轴承的结构要求。
常见的滚动体形状有球形、圆柱形、圆锥形、鼓形、滚针形等多种，如图所示。
滚动轴承的构造
—外圈 2—内圈 3—滚动体 4—保持架
01
滚动体形状
（2）滚动轴承的类型及特点
① 按滚动体的形状分类，滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承。
球轴承。
滚子轴承。
② 按承受载荷的方向分类。
a．向心轴承。向心轴承主要承受径向载荷，可分为以下两类。
径向接触轴承（ = 0°）。
向心角接触轴承（0°＜ ≤45°）。
b．推力轴承。推力轴承只能或主要承受轴向载荷，可分为以下几类。
轴向接触轴承（ = 90°）。
推力角接触轴承（45°＜ ＜90°）。(共15张PPT)
第9章 轴承
03
滚动轴承的寿命计算
04
滚动轴承的组合设计
02
滚动轴承的代号标准及选择
01
轴承的功用和类型
05
滚动轴承的润滑与密封
06
滑动轴承
【学习目标】
理解并掌握滚动轴承的类型、特点及选择原则
理解滚动轴承的失效形式及设计准则
掌握滚动轴承的寿命计算方法
理解滚动轴承的组合设计、润滑与密封方法
了解非液体滑动轴承的结构、材料及强度计算准则
9.2 滚动轴承的代号标准及选择
1．滚动轴承的代号
滚动轴承的类型很多，而各类轴承又有不同的结构、尺寸、精度和技术要求。
为了便于组织生产和选用，应规定滚动轴承的代号。
滚动轴承的代号表示方法如图所示。

滚动轴承的代号
① 内径尺寸代号：右起第一、二位数字表示内径尺寸，表示方法见表。
② 尺寸系列代号：右起第三、四位表示尺寸系列（第四位为0时可不写出）。
内 径 尺 寸/mm 代 号 表 示 举 例
代 号 内 径/mm
10
12
15
17 00
01
02
03 6200 10
20～480（5的倍数） 内径/5的商 23208 40
22、28、32及500以上 /内径 /500
/22 500
22
轴承内径尺寸代号
02
③ 类型代号：右起第五位表示轴承类型，其代号见表。代号为0时不写出。
④ 前置代号：成套轴承分部件。
⑤ 后置代号：内部结构、尺寸、公差等。
2．滚动轴承的选择
由于各类滚动轴承有不同的特性，因此选择滚动轴承类型时，必须根据轴承的实际工作情况合理选择，一般应考虑如下因素。
（1）载荷的大小、方向和性质
（2）轴承转速
（3）自动调心性能要求
（4）轴承安装尺寸要求
（5）经济性
（6）特殊要求
2．
滚动轴承的失效形式：
（1）疲劳点蚀
（2）塑性变形
9.3 滚动轴承的寿命计算
1.滚动轴承的失效形式
（1）疲劳点蚀（2）塑性变形
2. 滚动轴承的设计准则
（1）对于一般运转的轴承，为了防止疲劳点蚀发生，一般以疲劳强度计算为依据，称为轴承的寿命计算。
（2）对于不回转、转速很低或间歇摆动的轴承，为防止塑性变形，一般以静强度计算为依据，称为轴承的静强度计算。
3. 寿命计算中的基本概念
① 寿命。
② 基本额定寿命。
③ 额定动载荷。
④ 额定静载荷
⑤ 当量动载荷。
4.寿命计算
6.向心角接触轴承实际轴向载荷的计算
① 向心角接触轴承的内部轴向力。
② 向心角接触轴承的实际轴向载荷。(共17张PPT)
第9章 轴承
03
滚动轴承的寿命计算
04
滚动轴承的组合设计
02
滚动轴承的代号标准及选择
01
轴承的功用和类型
05
滚动轴承的润滑与密封
06
滑动轴承
【学习目标】
理解并掌握滚动轴承的类型、特点及选择原则
理解滚动轴承的失效形式及设计准则
掌握滚动轴承的寿命计算方法
理解滚动轴承的组合设计、润滑与密封方法
了解非液体滑动轴承的结构、材料及强度计算准则
9.4 滚动轴承的组合设计
为了保证轴和轴上零件的正常运转，除正确选用轴承类型、型号外，还应解决轴承的组合结构问题，其中包括轴承组合的轴向固定、支撑结构形式、滚动轴承的配合及滚动轴承的装拆等一系列问题。
1．单个滚动轴承内、外圈的轴向固定
与轴上其他零件一样，滚动轴承也必须进行轴向固定，尤其是受轴向力的滚动轴承，轴向固定更应可靠。
2．轴系的固定
轴系固定的目的是防止轴工作时发生轴向窜动，保证轴上零件有确定的工作位置。
常用的固定方式有以下两种。
（1）两端单向固定
（2）一端固定、一端游动支撑
两端单向固定支撑
一端固定、一端游动支撑
3．滚动轴承组合结构的调整
滚动轴承组合结构的调整包括轴承间隙的调整和轴系轴向位置的调整。
（1）轴承间隙的调整
轴承间隙的大小将影响轴承的旋转精度、轴承寿命和传动零件工作的平稳性。
轴承间隙调整的方法有以下几种。
① 如图（a）所示，靠加、减轴承端盖与箱体间垫片的厚度进行调整。
② 如图（b）所示，利用调整环进行调整。调整环的厚度在装配时确定。
③ 如图（c）所示，利用调整螺钉推动压盖移动滚动轴承外圈进行调整，调整后用螺母锁紧。
（2）轴系轴向位置的调整
轴承间隙调整
锥齿轮轴的调整结构
4．滚动轴承的配合
5．滚动轴承的装拆
安装和拆卸轴承的力应直接加在紧配合的套圈端面上，不能通过滚动体传递。
由于内圈与轴的配合较紧，在安装轴承时要注意以下两点。
① 对中、小型轴承，常用专用压套压装轴承的内、外圈，如图所示。
② 对尺寸较大的轴承，可在压力机上压入或把轴承放在油里加热至80～100℃，然后取出套装在轴颈上。
轴承的安装
轴承的拆卸
便于外圈拆卸的座孔结构
6．保证支撑部分的刚度和同轴度
为了保证支撑部分的刚度，轴承座孔壁应有足够的厚度，并设置加强肋以增加刚度。
对于向心角接触轴承，可采用反装（外圈宽边相对）来提高支撑刚度。(共19张PPT)
第9章 轴承
03
滚动轴承的寿命计算
04
滚动轴承的组合设计
02
滚动轴承的代号标准及选择
01
轴承的功用和类型
05
滚动轴承的润滑与密封
06
滑动轴承
【学习目标】
理解并掌握滚动轴承的类型、特点及选择原则
理解滚动轴承的失效形式及设计准则
掌握滚动轴承的寿命计算方法
理解滚动轴承的组合设计、润滑与密封方法
了解非液体滑动轴承的结构、材料及强度计算准则
9.5 滚动轴承的润滑与密封
1．滚动轴承的润滑
2．滚动轴承的密封
接触式密封的结构
非接触式密封的结构
9.6 滑动轴承
1．向心滑动轴承
（1）结构形式
向心滑动轴承的结构形式有整体式、剖分式、调心式和间隙可调式4种。
① 整体式滑动轴承。
② 剖分式滑动轴承。
③ 调心式滑动轴承。
④ 间隙可调式滑动轴承。
整体式滑动轴承
剖分式滑动轴承
1—轴承座 2—剖分轴瓦 3—轴承盖 4—连接螺栓 5—润滑油杯
调心式滑动轴承
带锥形轴套的滑动轴承
1—螺母 2—轴套 3—销 4—轴
轴瓦结构
（2）轴瓦
剖分式轴瓦的油沟形式
轴承衬
（3）轴承衬
推力滑动轴承
1—轴承座 2—轴套 3—径向轴瓦
4—推力轴瓦 5—销钉
2．推力滑动轴承
推力轴颈
3．轴承材料
轴承材料是指与轴颈直接接触的轴瓦或轴衬的材料。
轴承材料应具有以下性能。
① 足够的强度，包括抗压、抗冲击、抗疲劳等强度，以保证较大的承载能力。
② 良好的减摩性、耐磨性和磨合性，以提高轴承的效率及延长使用寿命。
③ 良好的导热性、耐蚀性、工艺性以及价格低廉等。
4.非液体润滑径向滑动轴承的计算
（1）限制p值是为了限制轴承的过度磨损。
（2）限制pv值就是限制轴承的温升
（3）限制v值是为了限制轴承的加速磨损(共14张PPT)
第10章 轴系零部件
概述
10.1
轴的结构设计
10.2
轴的承载能力校核
10.3
【学习目标】
了解轴的功用、类型及常用材料
理解并掌握轴上零件的常用定位方法
掌握阶梯轴结构设计的一般方法
理解并掌握转轴的设计过程
10.1 概述
1．轴的分类
根据轴的受载情况和轴线的形状，轴可进行如下分类。
（1）按受载情况分类
① 心轴。
② 传动轴。
③ 转轴。
心轴
传动轴
（2）按轴线的形状分类
① 直轴。
② 曲轴。
③ 挠性软轴。
转轴
直轴
曲轴
钢丝软轴
钢丝软轴的结构
2．轴的常用材料
（1）碳素钢
（2）合金钢
（3）球墨铸铁
3．轴的设计要求和一般设计步骤
不同机械对轴的设计有不同要求。
对于一般机器中的轴，主要应满足强度和结构的要求，具体要求如下。
① 具有足够的承载能力。
② 具有合理的结构形状。
轴的一般设计步骤如下。
① 按工作要求选择材料和热处理方法。
② 初步估算轴的基本直径。
③ 进行轴的结构设计，确定轴的各段直径和长度等结构尺寸。
④ 进行必要的承载能力验算。
⑤ 绘制轴的零件工作图。(共26张PPT)
第10章 轴系零部件
概述
10.1
轴的结构设计
10.2
轴的承载能力校核
10.3
【学习目标】
了解轴的功用、类型及常用材料
理解并掌握轴上零件的常用定位方法
掌握阶梯轴结构设计的一般方法
理解并掌握转轴的设计过程
10.2 轴的结构设计
1．轴结构设计的基本要求
图所示为轴各部分的名称，其中轴颈是安装轴承的轴段；轴头是安装传动件的轴段，如装齿轮和联轴器的部分；轴身是连接轴颈和轴头的轴段；截面尺寸变化的台阶处为轴肩；直径较大用于定位的短轴段称为轴环。
轴各部分名称
通常轴结构设计的基本要求有以下几点。
① 轴和轴上零件必须定位准确，固定可靠。
② 轴上的零件应便于装拆和调整。
③ 轴应具有良好的制造和装配工艺性。
④ 轴的受力合理，轴的结构尽可能减少应力集中、有利于节约材料和减轻重量等。
2．轴结构设计的基本方法
（1）轴上零件的装拆和调整
为了便于轴上零件的装拆，一般将轴做成阶梯轴。
轴上零件的装配方向、顺序和相互关系不同，轴的结构形式也不同。
轴的结构分析
1—轴端挡圈　2—V带轮　3—轴承盖　4—滚动轴承　5—套筒　6—平键　7—齿轮
（2）轴和轴上零件的定位及固定
为了保证轴的正常工作，轴在机器中的位置应固定，零件在轴上也应该定位准确、固定可靠。
① 零件在轴上的轴向固定。
轴向固定方法很多，选择时要考虑零件在轴上的位置、轴向力的大小、具体的安装条件等。
a．轴肩和轴环。
b．套筒。
c．圆螺母。
d．挡圈。
e．锥形轴头。
② 零件在轴上的周向固定。
轴肩和轴环
圆螺母
挡圈
锥形轴头
轴段长度
轴上零件常用的周向固定方法
3．各轴段直径和长度的确定
（1）各轴段直径的确定
以图所示为例，按照齿轮从左向右的装配顺序，阶梯轴各轴段的直径从最小直径开始确定，同时应注意如下几点。
① 轴颈处的直径必须按滚动轴承标准规定的内孔直径选取。
② 滚动轴承的定位轴肩直径需按滚动轴承标准规定选取。
③ 安装标准件（如密封装置、联轴器等）的轴段直径应按标准件的标准内径选取。
④ 安装带轮、齿轮的轴径应取标准值。
（2）各轴段长度的确定
4．轴的结构工艺性
设计轴的结构时，还应使轴的结构、形状便于加工、装配和维修，有利于提高生产效率，并降低生产成本。
砂轮越程槽
螺纹退刀槽
引导锥
5．提高轴强度的结构措施
在结构设计时可采用一些措施以提高轴的强度和刚度。
（1）改进轴的结构，减小应力集中
（2）改善轴的受力情况，提高轴的疲劳强度
（3）合理布置轴上的传动零件
减小应力集中的结构
起重机卷筒轴方案比较
零件的合理布置(共21张PPT)
第10章 轴系零部件
概述
10.1
轴的结构设计
10.2
轴的承载能力校核
10.3
【学习目标】
了解轴的功用、类型及常用材料
理解并掌握轴上零件的常用定位方法
掌握阶梯轴结构设计的一般方法
理解并掌握转轴的设计过程
10.3 轴的承载能力校核
1．轴的扭转强度计算
对于只传递转矩的传动轴，其承载能力可通过扭转强度进行计算。
传动轴强度的校核公式为
式中 P—轴传递的功率，单位为kW；
n—轴的转速，单位为r/min；
T—扭矩，单位为N·mm；
d—轴的直径，单位为mm；
—轴的抗扭截面系数，对圆截面轴： ；
—轴的扭转切应力，单位为MPa；
[ ]—材料的许用切应力，单位为MPa。
可得传动轴直径的设计公式
常用材料的[ ]值、C值的大小与材料和受载情况有关，见表。
轴 的 材 料 Q235.20 35 45 40Cr，35SiMn
[ ]/MPa 12～20 20～30 30～40 40～52
C 160～135 135～118 118～107 107～98
常用材料的[ ]值和C值
2．转轴的最小直径估算
对于既受弯矩又传递转矩的转轴，可用来估算轴的最小直径。即
当最小直径处开有键槽时，考虑键槽对轴强度的削弱，应将计算值增大并圆整。
当轴径d＜100mm时，有一个键槽，轴径增大3%～5%；有两个键槽，轴径增大7%～10%。
此外，也可采用经验公式估算轴的最小直径。
例如，一般减速器中高速级输入轴的最小直径可按与其相连的电动机的直径D估算，dmin = （0.8～1.2）D；各级低速轴的最小直径可按同级齿轮中心距a估算，dmin = （0.3～0.4）a。
3．转轴的强度校核
估算出转轴的最小直径，即可进行轴的结构设计。
轴的结构设计完成后，轴上零件和轴承位置、轴所受载荷的大小、方向及其作用位置等就已确定，即可按弯扭合成的强度条件校核转轴的强度。一般步骤如下。
① 作出轴的空间受力图，将外载荷分解为水平面和垂直面的分力，并求出水平面支撑反力RH和垂直面的支撑反力RV。
② 作出水平面弯矩MH图和垂直面弯矩MV图。
③ 计算合成弯矩： ，并绘制合成弯矩图。
④ 作出转矩T图。
⑤ 计算当量弯矩 。
⑥ 计算危险截面的轴径。当量弯矩Me已知后，可针对某些剖面作强度校核或计算危险剖面的轴径进行校核，即
或
式中 —当量弯曲应力，单位为MPa；
Me —当量弯矩，单位为N·mm；
D —轴的直径，单位为mm；
W —轴的抗弯截面系数，单位为mm3。对圆形截面的实心轴， 。
校核时，若轴的计算剖面处有键槽，考虑到键槽对轴强度的削弱，应将式计算出的轴径加大4%左右，并与结构设计中初步确定的轴径相比较。
若计算出的轴径小于结构设计中初定的轴径，表明原设计恰当，则以结构设计中的直径为准，否则应按校核计算所得轴径作适当修改。
4．轴的刚度计算
轴受力后会产生弯曲变形和扭转变形，变形过大会影响轴的工作性能。
例如，机床主轴变形过大时，会影响所加工零件的精度；电动机主轴变形过大时，会使转子与定子之间的间隙不均匀而影响电动机的工作性能；内燃机气轮轴变形过大时，会使气阀不能准确地启闭等。
这些刚度要求较高的轴，要进行弯曲刚度和扭转刚度的计算。
即轴的变形量挠度y、转角 、扭转角 要满足下列刚度条件。
式中 y、[ y ]——分别为挠度、许用挠度，单位为mm；
、[ ]——分别为转角、许用转角，单位为rad；
、[ ]——分别为扭转角、许用扭转角，单位为（°）/ 。
轴的变形量
5. 轴的振动稳定性
以离心力为表征的周期性激振力与轴的自振频率接近或相同时，将出现共振失效。如果继续提高转速，振动就会衰减，振动趋于平稳，但是当转速达到另一较高的定值时，振动又会出现。发生显著变形时的转速，称为临界转速。(共17张PPT)
第11章 机械系统设计基础
概述
11.1
执行系统方案设计
11.2
机械系统方案设计实例
11.3
传动系统的方案设计
11.4
【学习目标】
了解机械系统的组成原理及设计程序
理解机械执行机构的构型原理及方法
理解机械传动系统的应用特点及布置原则
11.1 概述
设计机械系统时，必须考虑系统内外的相关性问题。从本质上看，机械系统设计即是对组成系统的各机械零件设计的有效综合。具体设计，不论是新产品开发，还是对原有产品的更新换代，都必须按以下两个阶段顺序进行。
（1）方案设计阶段 （2）技术设计阶段
11.2 执行系统方案设计
（1）机构型式选择
（2）机械运动循环图
11.3 机械系统方案设计实例
试完成一冲制薄壁零件冲床机构的方案设计。如图所示，在冲制薄壁零件时，上模先以较大的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成形工作，接着上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回。上模退出下模后，送料机构从侧面将坯料送至待加工位置，完成一个冲压工作循环。
① 齿轮-连杆冲压机构
② 导杆-摇杆滑决冲压机构
③ 六连杆冲压机构
④ 凸轮-连杆冲压机构
11.4 传动系统方案的设计
机械传动装置设计的任务是确定传动方案，包括选择电动机型号，计算总传动比，合理分配各级传动比以及计算传动装置的运动和动力参数。为计算各级传动件、设计和绘制装配草图提供条件。
案例分析
图（a）、（b）两种传动设计方案，哪种合理？试分析说明原因。
解：（b）方案合理。因为该方案中
（1）带传动宜放在高速级，功率不变的情况下，由于高速级的速度高，带传动所需的有效拉力就小，带传动的尺寸就减小。
（2）带传动直接连电机，可对传动系统的冲击振动起到缓冲吸振的作用，对电机有利。
（3）齿轮减速器中，输入小齿轮，远离皮带轮，输出大齿轮远离联轴器，使这两个齿轮所在的轴的受扭转矩段较长，轴的单位长度上扭转变形小，轴的抗扭刚度较好。
（4）齿轮箱中间轴两个斜齿轮旋向相同，轴向力抵消，对该轴上的轴承的工作有利，减小轴承的轴向载荷。
（5）两个方向上的尺寸均较小，结构较为紧凑。

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