湖南机械设计必备基础知识

湖南机械设计必备基础知识湖南机械设计必备基础知识 湖南信息职业技术学院 湖南信息职业技术学院 教务处 湖南教务处 湖南 长沙长沙 410200 1 1 轴套类零件轴套类零件 这类零件一般有轴 衬套等零件 在视图表达时 只要画出这类零件一般有轴 衬套等零件 在视图表达时 只要画出一个基本视图一个基本视图 再加上适当的断面图和尺寸标注 就可以把它的主要形状特征以及局部结构表再加上适当的断面图和尺寸标注 就可以把它的主要形状特征以及局部结构表 达出来了 为了便于加工时看图 轴线一般按水平放置进行投影 最好选择轴达出来了 为了便于加工时看图 轴线一般按水平放置进行投影 最好选择轴 线为侧垂线的位置 线为侧垂线的位置 在标注轴套类零件的尺寸时 常以它的在标注轴套类零件的尺寸时 常以它的轴线作为径向尺寸基准轴线作为径向尺寸基准 由此注出 由此注出 图中所示的图中所示的 14 14 11 11 见见 A AA A 断面断面 等 这样就把设计上的要求和加工时 等 这样就把设计上的要求和加工时 的工艺基准 轴类零件在车床上加工时 两端用顶针顶住轴的中心孔 统一起的工艺基准 轴类零件在车床上加工时 两端用顶针顶住轴的中心孔 统一起 来了 而长度方向的基准常选用重要的端面 接触面 轴肩 或加工面等 来了 而长度方向的基准常选用重要的端面 接触面 轴肩 或加工面等 如图中所示的表面粗糙度为 Ra6 3 的右轴肩 被选为长度方向的主要尺寸 基准 由此注出 13 28 1 5 和 26 5 等尺寸 再以右轴端为长度方向的辅助基 从而标注出轴的总长 96 2 2 盘盖类零件盘盖类零件 这类零件的基本形状是扁平的盘状 一般有端盖 阀盖 齿轮等零件 它们这类零件的基本形状是扁平的盘状 一般有端盖 阀盖 齿轮等零件 它们 的主要结构大体上有回转体 通常还带有各种形状的凸缘 均布的圆孔和肋等的主要结构大体上有回转体 通常还带有各种形状的凸缘 均布的圆孔和肋等 局部结构 在视图选择时 一般选择过对称面或回转轴线的剖视图作局部结构 在视图选择时 一般选择过对称面或回转轴线的剖视图作主视图主视图 同时还需增加适当的其它视图 如左视图 右视图或俯视图 把零件的同时还需增加适当的其它视图 如左视图 右视图或俯视图 把零件的外形和外形和 均布结构均布结构表达出来 如图中所示就增加了一个左视图 以表达带圆角的方形凸表达出来 如图中所示就增加了一个左视图 以表达带圆角的方形凸 缘和四个均布的通孔 缘和四个均布的通孔 在标注盘盖类零件的尺寸时 通常选用通过轴孔的轴线作为在标注盘盖类零件的尺寸时 通常选用通过轴孔的轴线作为径向尺寸基准径向尺寸基准 长度方向的主要尺寸基准长度方向的主要尺寸基准常选用重要的端面 常选用重要的端面 3 3 叉架类零件叉架类零件 这类零件一般有拨叉 连杆 支座等零件 由于它们的加工位置多变 在这类零件一般有拨叉 连杆 支座等零件 由于它们的加工位置多变 在 选择主视图时 主要考虑工作位置和形状特征 对其它视图的选择 常常需要选择主视图时 主要考虑工作位置和形状特征 对其它视图的选择 常常需要 两个或两个以上的基本视图 并且还要用适当的局部视图 断面图等表达方法两个或两个以上的基本视图 并且还要用适当的局部视图 断面图等表达方法 来表达零件的局部结构 踏脚座零件图中所示视图选择表达方案精练 清晰对来表达零件的局部结构 踏脚座零件图中所示视图选择表达方案精练 清晰对 于表达轴承和肋的宽度来说 于表达轴承和肋的宽度来说 右视图右视图是没有必要的 而对于是没有必要的 而对于 T T 字形肋字形肋 采用剖 采用剖 面比较合适 面比较合适 在标注叉架类零件的尺寸时 通常选用在标注叉架类零件的尺寸时 通常选用安装基面安装基面或零件的或零件的对称面对称面作为尺寸作为尺寸 基准 尺寸标注方法参见图 基准 尺寸标注方法参见图 4 4 箱体类零件箱体类零件 一般来说 这类零件的形状 结构比前面三类零件复杂 而且加工位置的一般来说 这类零件的形状 结构比前面三类零件复杂 而且加工位置的 变化更多 这类零件一般有阀体 泵体 减速器箱体等零件 在选择主视图时 变化更多 这类零件一般有阀体 泵体 减速器箱体等零件 在选择主视图时 主要考虑工作位置和形状特征 选用其它视图时 应根据实际情况采用适当的主要考虑工作位置和形状特征 选用其它视图时 应根据实际情况采用适当的 剖视 断面 局部视图和斜视图等多种辅助视图 以清晰地表达零件的内外结剖视 断面 局部视图和斜视图等多种辅助视图 以清晰地表达零件的内外结 构 构 在标注尺寸方面 通常选用设计上要求的在标注尺寸方面 通常选用设计上要求的轴线轴线 重要的安装面 接触面 重要的安装面 接触面 或加工面 箱体某些主要结构的对称面 或加工面 箱体某些主要结构的对称面 宽度宽度 长度长度 等作为尺寸基准 等作为尺寸基准 对于箱体上需要切削加工的部分 应尽可能按便于加工和检验的要求来标注尺对于箱体上需要切削加工的部分 应尽可能按便于加工和检验的要求来标注尺 寸 寸 5 5 零件常见结构的尺寸注法零件常见结构的尺寸注法 常见孔的尺寸注法 盲孔 螺纹孔 沉孔 锪平孔 倒角的尺寸注法 常见孔的尺寸注法 盲孔 螺纹孔 沉孔 锪平孔 倒角的尺寸注法 盲盲 孔孔 螺纹孔螺纹孔 沉沉 孔孔 锪平孔锪平孔 倒倒 角角 1 1 介绍表面粗糙度的概念及主要评定参数介绍表面粗糙度的概念及主要评定参数 1 1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念 零件表面上具有零件表面上具有较小间距的峰谷较小间距的峰谷所组成的微观几何形状特性 称为表面粗所组成的微观几何形状特性 称为表面粗 糙度 这主要是在加工零件时 由于刀具在零件表面上留下的刀痕及切削分裂糙度 这主要是在加工零件时 由于刀具在零件表面上留下的刀痕及切削分裂 时表面金属的塑性变形所形成的 零件表面粗糙度是也是评定零件表面质量的时表面金属的塑性变形所形成的 零件表面粗糙度是也是评定零件表面质量的 一项技术指标 它对零件的配合性质 工作精度 耐磨性 抗腐蚀性 密封性 一项技术指标 它对零件的配合性质 工作精度 耐磨性 抗腐蚀性 密封性 外观等都有影响 在保证机器性能的前提下 为获得相应的零件表面粗糙度 外观等都有影响 在保证机器性能的前提下 为获得相应的零件表面粗糙度 应根据零件的作用 选用恰当的加工方法 尽量降低生产成本 一般来说 凡应根据零件的作用 选用恰当的加工方法 尽量降低生产成本 一般来说 凡 零件上有配合要求或有相对运动的表面 表面粗糙度参数值要小 零件上有配合要求或有相对运动的表面 表面粗糙度参数值要小 2 2 表面粗糙度的代号 符号及其标注表面粗糙度的代号 符号及其标注 GB TGB T 131 1993131 1993 规定了表面粗糙度代规定了表面粗糙度代 号及其注法 图样上表示零件号及其注法 图样上表示零件表面粗糙度的符号见下表表面粗糙度的符号见下表 3 3 表面粗糙度的主要评定参数表面粗糙度的主要评定参数 零件表面粗糙度的评定参数有 零件表面粗糙度的评定参数有 1 1 轮廓算术平均偏差 轮廓算术平均偏差 R Ra a 在在取样长度取样长度内 轮廓偏距绝对值的算术平内 轮廓偏距绝对值的算术平 均值 均值 R Ra a的数值及取样长度的数值及取样长度 l l 见表 见表 2 2 轮廓最大高度轮廓最大高度 R Rz z 在取样长度内 轮廓峰顶线与轮廓峰底线的距离 在取样长度内 轮廓峰顶线与轮廓峰底线的距离 使用时优先选用使用时优先选用 R Ra a参数 参数 2 2 表面粗糙度的标注要求表面粗糙度的标注要求 4 4 表面粗糙度的代号标注示例表面粗糙度的代号标注示例 表面粗糙度高度参数表面粗糙度高度参数 RaRa RzRz RyRy 在代号中用数值标注时 除参数代号在代号中用数值标注时 除参数代号 RaRa 可省可省 略外 其余在参数值前需标注出相应的参数代号略外 其余在参数值前需标注出相应的参数代号 RzRz 或或 RyRy 标注示例标注示例见表 见表 表面粗糙度的标注表面粗糙度中数字及符号的方向表面粗糙度的标注表面粗糙度中数字及符号的方向 5 5 表面粗糙度代 符号 在图样上的标注方法表面粗糙度代 符号 在图样上的标注方法 1 1 表面粗糙度代 符 号一般表面粗糙度代 符 号一般应注在可见轮廓线 尺寸界线或它们的延应注在可见轮廓线 尺寸界线或它们的延 长线长线上 符号的尖端必须从材料外指向表面 上 符号的尖端必须从材料外指向表面 2 2 表面粗糙度代号中数字及符号的方向必须按规定标注 表面粗糙度代号中数字及符号的方向必须按规定标注 3 3 表面粗糙度的标注示例表面粗糙度的标注示例 在同一图样上 每一表面一般只标注一次代 符 号 并尽可能地靠近有在同一图样上 每一表面一般只标注一次代 符 号 并尽可能地靠近有 关的尺寸线 当空间狭小或不便标注时可以引出标注 关的尺寸线 当空间狭小或不便标注时可以引出标注 当零件所有表面具有相当零件所有表面具有相 同的表面粗糙度要求时 可统一标注在图样的同的表面粗糙度要求时 可统一标注在图样的右上角右上角 当零件的大部分表面具 当零件的大部分表面具 有相同的表面粗糙度要求时 对其中使用最多的一种代 符 号可以同时注在有相同的表面粗糙度要求时 对其中使用最多的一种代 符 号可以同时注在 图样的右上角 并加注图样的右上角 并加注 其余其余 两字 凡统一标注的表面粗糙度代 符 号及说两字 凡统一标注的表面粗糙度代 符 号及说 明文字 其高度均应该是图样标注的明文字 其高度均应该是图样标注的 1 41 4 倍 倍 零件上零件上连续表面 重复要素连续表面 重复要素 如孔 齿 槽等 的表面和用细实线连接不 如孔 齿 槽等 的表面和用细实线连接不 连续的同一表面 其表面粗糙度代 符 号只注一次 连续的同一表面 其表面粗糙度代 符 号只注一次 同一表面上有不同的表面粗糙度同一表面上有不同的表面粗糙度要求时 应用细实线要求时 应用细实线 画出其分界线 并注出相应的表面粗糙度代号和尺寸 画出其分界线 并注出相应的表面粗糙度代号和尺寸 齿轮 齿轮 螺纹等工作表面螺纹等工作表面没有画出齿 牙 没有画出齿 牙 形时 其表面粗糙度代 符 号注法见图 形时 其表面粗糙度代 符 号注法见图 中心孔中心孔的工作表面 的工作表面 键槽键槽的工作表面 的工作表面 倒角 圆角倒角 圆角的表面粗糙度代号可以简化标注 的表面粗糙度代号可以简化标注 需要将零件需要将零件局部热处理局部热处理或或局部镀 涂 覆时局部镀 涂 覆时 应用粗点画线画出其范围 应用粗点画线画出其范围 并标注出相应尺寸 也可将其要求注写在表面粗糙度符号长边的横线上 并标注出相应尺寸 也可将其要求注写在表面粗糙度符号长边的横线上 2 2 标准公差和基本偏差标准公差和基本偏差 为便于生产 实现零件的互换性及满足不同的使用要求 国家标准为便于生产 实现零件的互换性及满足不同的使用要求 国家标准 极限极限 与配合与配合 规定了公差带由标准公差和基本偏差两个要素组成 标准公差确定规定了公差带由标准公差和基本偏差两个要素组成 标准公差确定公公 差带的大小差带的大小 而基本偏差确定 而基本偏差确定公差带的位置公差带的位置 1 1 标准公差 标准公差 ITIT 标准公差的数值由基本尺寸和公差等级来决定 其中公差等级是确定尺寸标准公差的数值由基本尺寸和公差等级来决定 其中公差等级是确定尺寸 精确程度的标记 标准公差分为精确程度的标记 标准公差分为 2020 级 即级 即 ITIT0101 ITIT0 0 ITIT1 1 ITIT1818 其尺寸 其尺寸 精确程度从精确程度从 ITIT0101到到 ITIT1818依次降低 标准公差的具体数值见有关标准 依次降低 标准公差的具体数值见有关标准 2 2 基本偏差基本偏差 基本偏差是指在标准的极限与配合中 确定公差带相对零线位置的上偏差 或下偏差 一般指靠近零线的那个偏差 当公差带在零线的上方时 基本偏差 为下偏差 反之 则为上偏差 基本偏差共有 28 个 代号用拉丁字母表示 大 写为孔 小写为轴 从基本偏差系列图中可以看出 孔的基本偏差 A H 和轴的 基本偏差 k zc 为下偏差 孔的基本偏差 K ZC 和轴的基本偏差 a h 为上 偏差 JS 和 js 的公差带对称分布于零线两边 孔和轴的上 下偏差分别都是 IT 2 IT 2 基本偏差系列图只表示公差带的位置 不表示公差的大小 因 此 公差带一端是开口 开口的另一端由标准公差限定 基本偏差和标准公差 根据尺寸公差的定义有以下的计算式 ES EI IT 或 EI ES IT ei es IT 或 es ei IT 孔和轴的公差带代号用基本偏差代号与公差带等级代号组成 配合配合 基本尺寸相同的 相互结合的孔和轴公差带之间的关系 称为配合 根据 使用要求的不同 孔和轴之间的配合有松有紧 因而国标规定配合种类 1 间隙配合 孔与轴装配时 有间隙 包括最小间隙等于零 的配合 孔的公差带在轴 的公差带之上 2 过渡配合 孔与轴装配时 可能有间隙或过盈的配合 孔的公差带与轴的公差带互相 交叠 3 过盈配合 孔与轴装配时有过盈 包括最小过盈等于零 的配合 孔的公差带在轴的 公差带之下 基准制基准制 在制造配合的零件时 使其中一种零件作为基准件 它的基本偏差一定 通过改变另一种非基准件的基本偏差来获得各种不同性质配合的制度称为基准 制 根据生产实际的需要 国家标准规定了两种基准制 1 基孔制 如左 下图所示 基孔制 是指基本偏差为一定的孔的公差带与不同基本偏差的轴的公差带 形成各种配合的一种制度 见左下图 基孔制的孔称为基准孔 其基本偏差代 号为 H 其下偏差为零 2 基轴制 如右下图所示 基轴制 是指基本偏差为一定的轴的公差带与不同基本偏差的孔的公差带 形成各种配合的一种制度 见右下图 基轴制的轴称为基准轴 其基本偏差代 号为 h 其上偏差为零 配合代号 配合代号由孔和轴的公差带代号组成 写成分数形式 分子为孔的公差带 代号 分母为轴的公差带代号 凡是分子中含 H 的为基孔制配合 凡是分母中 含 h 的为基轴制配合 例如 25H7 g6 的含义是指该配合的基本尺寸为 25 基孔制的间隙配合 基准孔的公差带为 H7 基本偏差为 H 公差等级为 7 级 轴的公差带为 g6 基本偏差为 g 公差等级为 6 级 例如 25N7 h6 的含义是指该配合的基本尺寸为 25 基轴制过渡配合 基准轴的公差带为 h6 基本偏差为 h 公差等级为 6 级 孔的公差带为 N7 基本偏差为 N 公差等级为 7 级 公差与配合在图样上的标注 1 在装配图上标注公差与配合 采用组合式注法 2 在零件图上的标注方法 有三种形式 4 4 形位公差形位公差 零件加工后 不仅存在尺寸误差 而且会产生几何形状及相互位置的误差 圆柱体 即使在尺寸合格时 也有可能出现一端大 另一端小或中间细两端粗 等情况 其截面也有可能不圆 这属于形状方面的误差 阶梯轴 加工后可能 出现各轴段不同轴线的情况 这属于位置方面的误差 所以 形状公差是指实 际形状对理想形状的允许变动量 位置公差是指实际位置对理想位置的允许变 动量 两者简称形位公差 形位公差项目符号 1 形状和位置公差的代号 国家标准 GB T 1182 1996 规定用代号来标注形状和位置公差 在实际生产 中 当无法用代号标注形位公差时 允许在技术要求中用文字说明 形位公差 代号包括 形位公差各项目的符号 形位公差框格及指引线 形位公差数值和 其他有关符号 以及基准代号等 框格内字体的高度 h 与图样中的尺寸数字等 高 2 形位公差标注示例 一根气门阀杆 在图中所标注的形位公差附近添加的文字 只是为了给读 者作说明而重复写上的 在实际的图样中不需要重复注写 1 1 零件上的铸造结构零件上的铸造结构 1 铸造圆角 当零件的毛坯为铸件时 因铸造工艺的要求 铸件各表面相交的转角处都 应做成圆角 铸造圆角可防止铸件浇铸时转角处的落砂现象及避免金属冷却时 产生缩孔和裂纹 铸造圆角的大小一般取 R 3 5mm 可在技术要求中统一注明 2 起模斜度 用铸造的方法制造零件毛坯时 为了便于在砂型中取出模样 一般沿模样 拔模方向作成约 1 20 的斜度 叫做拔模斜度 因此在铸件上也有相应的拔模 斜度 这种斜度在图上可以不予标注 也不一定画出 如下图所示 必要时 可以在技术要求中用文字说明 3 铸件厚度 当铸件的壁厚不均匀一致时 铸件在浇铸后 因各处金属冷却速度不同 将产生裂纹和缩孔现象 因此 铸件的壁厚应尽量均匀 见上图 当必须采用 不同壁厚连接时 应采用逐渐过渡的方式 见上图 铸件的壁厚尺寸一般采用 直接注出 2 2 零件上的机械加工结构零件上的机械加工结构 1 1 退刀槽退刀槽和和砂轮越程槽砂轮越程槽 在零件切削加工时 为了便于退出刀具及保证装配时相关零件的接触面靠 紧 在被加工表面台阶处应预先加工出退刀槽或砂轮越程槽 车削外圆时的退 刀槽 其尺寸一般可按 槽宽 直径 或 槽宽 槽深 方式标注 磨削外圆或磨 削外圆和端面时的砂轮越程槽 2 2 钻孔结构钻孔结构 用钻头钻出的盲孔 在底部有一个 120 的锥角 钻孔深度指的是圆柱部 分的深度 不包括锥坑 在阶梯形钻孔的过渡处 也存在锥角 120 圆台 其 画法及尺寸注法 用钻头钻孔时 要求 钻头轴线尽量垂直于被钻孔的端面 以保证钻孔准确和避免钻头折断 三种钻 孔端面的正确结构 3 3 凸台和凹坑凸台和凹坑 零件上与其他零件的接触面 一般都要加工 为了减少加工面积 并保证 零件表面之间有良好的接触 常常在铸件上设计出凸台 凹坑 螺栓连接的支 撑面凸台或支撑面凹坑的形式 为了减少加工面积 而做成凹槽结构 1 螺纹联接的防松的原因和措施是什么 答 原因 是螺纹联接在冲击 振动和变载的作用下 预紧力可能在某一瞬间消失 联接有可能松脱 高温的螺纹联接 由于温度变形差异等原因 也可能发生松脱现象 因 此在设计时必须考虑防松 措施 利用附加摩擦力防松 如用槽型螺母和开口销 止动 垫片等 其他方法防松 如冲点法防松 粘合法防松 2 提高螺栓联接强度的措施 答 1 降低螺栓总拉伸载荷 Fa 的变化范围 a 为了减小螺栓刚度 可减螺栓光杆部 分直径或采用空心螺杆 也可增加螺杆长度 b 被联接件本身的刚度较大 但被链接间的 接合面因需要密封而采用软垫片时将降低其刚度 采用金属薄垫片或采用 O 形密封圈作为 密封元件 则仍可保持被连接件原来的刚度值 2 改善螺纹牙间的载荷分布 3 减小 应力集中 4 避免或减小附加应力 3 轮齿的失效形式 答 1 轮齿折断 一般发生在齿根部分 因为轮齿受力时齿根弯曲应力最大 而且有 应力集中 可分为过载折断和疲劳折断 2 齿面点蚀 3 齿面胶合 4 齿面磨损 5 齿面塑性变形 4 齿轮传动的润滑 答 开式齿轮传动通常采用人工定期加油润滑 可采用润滑油或润滑脂 一般闭式齿轮 传动的润滑方式根据齿轮的圆周速度 V 的大小而定 当 V12 时 不宜采用油池润滑 这是因为 1 圆周速度过高 齿轮上的油大多被甩出去而 达不到啮合区 2 搅由过于激烈使油的温升增高 降低润滑性能 3 会搅起箱底沉淀 的杂质 加速齿轮的磨损 常采用喷油润滑 5 为什么蜗杆传动要进行热平衡计算及冷却措施 答 由于蜗杆传动效率低 发热量大 若不及时散热 会引起箱体内油温升高 润滑失效 导致齿轮磨损加剧 甚至出现胶合 因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算 措施 1 增加散热面积 合理设计箱体结构 铸出或焊上散热片 2 提高表面传热系 数 在蜗杆轴上装置风扇 或在箱体油池内装设蛇形冷却水管 6 带传动的有缺点 答 优点 1 适用于中心距较大的传动 2 带具有良好的挠性 可缓和冲击 吸收振 动 3 过载时带与带轮间产生打滑 可防止损坏其他零件 4 结构简单 成本低廉 缺 点 1 传动的外廓尺寸较大 2 需要张紧装置 3 由于带的滑动 不能保证固定不变 的传动比 4 带的寿命短 5 传动效率较低 7 弹性滑动和打滑的定义 答 弹性滑动是指由于材料的弹性变形而产生的滑动 打滑是指由于过载引起的全面滑 动 弹性滑动是由拉力差引起的 只要传递圆周力 出现紧边和松边 就一定会发生弹性 滑动 所以弹性滑动是不可避免的 进而 V2 总是大于 V1 8 与带传动和齿轮传动相比 链传动的优缺点 答 与带传动相比 链传动没有弹性滑动和打滑 能保持准确的平均传动比 需要的张 紧力小 作用在轴上的压力也小 可减小轴承的摩擦损失 结构紧凑 能在温度较高 有 油污等恶劣环境条件下工作 与齿轮传动相比 链传动的制造和安装精度要求较低 中心 距较大时其传动结构简单 链传动的缺点 瞬时链速和瞬时传动比不是常数 传动平稳 性较差 工作中有一定的冲击和噪声 9 轴的作用 转轴 传动轴以及心轴的区别 答 轴是用来支持旋转的机械零件 转轴既传动转矩又承受弯矩 传动轴只传递转矩而 不承受弯矩或弯矩很小 心轴则只承受弯矩而部传动转矩 10 轴的结构设计主要要求 答 1 轴应便于加工 轴上零件要易于装拆 2 轴和轴上零件要有准确的加工位置 3 各零件要牢固而可靠的相对固定 4 改善受力状况 减小应力集中 11 形成动压油膜的必要条件 答 1 两工作面间必须有楔形形间隙 2 两工作面间必须连续充满润滑油或其他粘性 流体 3 两工作面间必须有相对滑动速度 其运动方向必须使润滑油从大截面流进 小截 面流出 此外 对于一定的载荷 必须使速度 粘度及间隙等匹配恰当 12 联轴器和离合器的联系和区别 答 两者都主要用于轴与轴之间的链接 使他们一起回转并传递转矩 用联轴器联接的 两根轴 只有在机器停车后 经过拆卸后才可以把它们分离 而用离合器联接的两根轴 在机器工作中即能方便的使它们分离或接合 13 变应力下 零件疲劳断裂具有的特征 答 1 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低 甚至屈服极限低 2 不 管脆性材料或塑像材料 疲劳断裂口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂 3 疲劳断 裂是损伤的积累 14 机械磨损的主要类型 磨粒磨损 粘着磨损 疲劳磨损 腐蚀磨损 15 垫圈的作用 增加被联接件的支撑面积以减小接触处的压强和避免拧紧螺母时擦伤 被联接件的表面 16 滚动螺旋的优缺点 答 优点 1 磨损很小 还可以用调整方法消除间隙并产生一定预变形来增加刚度 因此其传动精度很高 2 不具有自锁性 可以变直线运动为旋转运动 3 缺 点 1 结构复杂 制造困难 2 有些机构中为了防止逆转而需另加自锁机构 17 齿轮传动中 误差对传动的影响 答 1 影响传递运动的准确性 2 瞬时传动比不能保持恒定不变 影响传动的平稳性 3 影响载荷分布的均匀性 18 齿轮传动的功率损耗包括 啮合中的摩擦损耗 搅动润滑油的油阻损耗 轴承中的 摩擦损耗 19 单圆弧齿轮的优缺点 优点 1 齿面接触强度高 2 齿廓形状对润滑有利 效率 较高 3 齿面容易饱和 4 无根切 齿面数可较少 缺点 1 中心距及切齿深度 的精度要求较高 这两者的误差使传动的承载能力显著降低 2 噪声较大 在高速传 动中其应用受到限制 3 通常轮齿弯曲强度较低 4 切削同一模数的凸圆弧齿廓和 凹圆弧齿廓要用部同的滚刀 20 轴瓦材料的性能 1 摩擦系数小 2 导热性好 热膨胀系数小 3 耐磨 耐蚀 抗胶合能力强 4 要有足够的机械强度和可塑性 21 1 提高螺纹连接强度的措施 22 a 降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 b 改善螺纹牙上载荷分布不均的现象 c 减小应力集中 的影响 d 采用合理的制造工艺方法 23 2 提高轴的强度的常用措施 24 a 合理布置轴上零件以减小轴的载荷 b 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 c 改进轴的 结构已减小轴的载荷 d 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 25 3 滚动轴承正常的失效形式是内外圈滚道或滚动体上的点蚀破坏 26 4 6308 内径为 40mm 的深沟球轴承尺寸系列 03 0 级公差 0 组游隙 27 7211c 内径为 55mm 的角接触球轴承 尺寸系列 02 接触角 15 0 级公差 0 组游隙 28 N408 p5 内径为 40mm 的外圈无挡边圆柱滚子轴承 尺寸系列 04 5 级公差 0 组游 隙 29 5 为了把润滑油导入整个摩擦面间 轴瓦或轴颈上开油孔或油槽 30 6 轴承材料性能应着重满足以下主要要求 31 a 良好的减摩性 耐磨性和抗咬粘性 b 良好的摩擦顺应性 嵌入性和磨合性 c 足够的强 度和抗腐蚀能力 d 良好的导热性 工艺性和经济性等 32 7 轴承材料分三大类 a 金属材料 b 多孔质金属材料 c 非金属材料 33 轴承合金 巴氏合金 锡 Sn 铅 Pb 铜 Cu 睇 Sb 34 8 滑动轴承的失效形式 35 a 摩力磨损 b 刮伤 c 咬粘 d 疲劳剥落 e 腐蚀 36 9 模数越大 齿轮的弯曲疲劳强度越高 小齿轮直径越大 齿轮的齿面接触疲劳强度越 高 37 10 带传动的参数选择 38 中心距 a 中心距大 可以增加带轮的包角 减少单位时间内带的循环次数 有 利于提高带的寿命 但是中心距过大 会加剧带的波动 降低传动的平稳性 同时增 大了带传动的整体尺寸 中心距小则有相反的利弊 一般初选中心距 0 7 d1 d2 a0 2 d1 d2 mm 39 传动比 i 传动比大 会减小带轮的包角 当带轮的包角减小到一定程度 带轮就会 打滑 从而无法传递规定的功率 因此一般传动比 i 7 推荐 i 2 5 40 带轮的基准直径 41 在带传动需要传递的功率给定下 减小带轮的直径 会增大带传动的有效拉力 从而 导致 V 带的根数增加 这样不仅增大了带轮的宽度而且增大了荷载在 V 带之间分配的 不均匀性另外直径的减小增加了带的弯曲应力 为了避免应力过大 小带轮的基准直 径不宜过小 一般保证基准直径 最小基准直径 42 带速 v 当带传动功率一定时 提高带速 v 可以降低带传动的有效拉力 相应的减少 带的根数或者带的横截面积 总体上减少带传动的尺寸 但是提高带速 也提高了 V 带的离心应力增加了单位时间内带的循环次数 不利于提高带传动的疲劳强度和寿命 降低怠速则有相反的利弊 由此带速不宜过高或过低 一般 v 5 25m s 最高带速 30 m S 43 带轮的结构形式 轮缘 轮辐 轮毂组成 44 九 V 带轮的轮槽 与选用的 V 带的型号相对应 V 带绕在带轮上以后发生弯曲变形 45 使 V 带工作面的夹角发生变化 为了使 V 带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密贴合 将 V 带轮轮槽的工作面的夹角做成小于 40 46 V 带安装到轮槽中以后 一般不应超出带轮外圆 也不应与轮槽底部接触 为此规定 轮槽基准直径到带轮外圆和底部的最小高度 hamin 和 hfmin 47 轮槽工作表面的粗糙度为 1 6 或 3 2 48 11 带传动应与电动机相连 设置在高速级上 因为除极高速的情况外 皮带的基本额 定功率都是随速度的增加而增加的 高速下带传动可以充分发挥其工作能力 减少其 总体损失 链传动应置于低速级 因为链传动速度很高时 链所承受的惯性力和动载 荷就越大 所承受的冲击力就越大 导致链传动以不同形式失效 49 12 增大相对间隙 减小轴颈和轴承孔表面粗糙度值 h 小于许用 h 50 增大宽颈比 目的是增加轴承宽度以减小 p 和 pv 值 重选 p 和 pv 较大的 轴瓦材料 51 加大存油容积 以保证能有较长时间使回油油温降低到所要求的入口温度 加大间隙 并适当的降低轴瓦及轴颈的表面粗糙度 52 53 11 形成动压油膜的必要条件 54 答 1 两工作面间必须有楔形形间隙 2 两工作面间必须连续充满润滑油或其他 粘性流体 3 两工作面间必须有相对滑动速度 其运动方向必须使润滑油从大截面流 进 小截面流出 此外 对于一定的载荷 必须使速度 粘度及间隙等匹配恰当 55 12 联轴器和离合器的联系和区别 56 答 两者都主要用于轴与轴之间的链接 使他们一起回转并传递转矩 用联轴器联 接的两根轴 只有在机器停车后 经过拆卸后才可以把它们分离 而用离合器联接的 两根轴 在机器工作中即能方便的使它们分离或接合 57 13 变应力下 零件疲劳断裂具有的特征 58 答 1 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低 甚至屈服极限低 2 不管脆性材料或塑像材料 疲劳断裂口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂 3 疲劳断裂是损伤的积累 59 14 机械磨损的主要类型 磨粒磨损 粘着磨损 疲劳磨损 腐蚀磨损 60 15 垫圈的作用 增加被联接件的支撑面积以减小接触处的压强和避免拧紧螺母时 擦伤被联接件的表面 61 16 滚动螺旋的优缺点 62 答 优点 1 磨损很小 还可以用调整方法消除间隙并产生一定预变形来增加刚 度 因此其传动精度很高 2 不具有自锁性 可以变直线运动为旋转运动 3 缺点 1 结构复杂 制造困难 2 有些机构中为了防止逆转而需另加自锁机构 63 17 齿轮传动中 误差对传动的影响 64 答 1 影响传递运动的准确性 2 瞬时传动比不能保持恒定不变 影响传动的平 稳性 3 影响载荷分布的均匀性 65 18 齿轮传动的功率损耗包括 啮合中的摩擦损耗 搅动润滑油的油阻损耗 轴承 中的摩擦损耗 66 19 单圆弧齿轮的优缺点 优点 1 齿面接触强度高 2 齿廓形状对润滑有利 效率较高 3 齿面容易饱和 4 无根切 齿面数可较少 缺点 1 中心距及切齿 深度的精度要求较高 这两者的误差使传动的承载能力显著降低 2 噪声较大 在高 速传动中其应用受到限制 3 通常轮齿弯曲强度较低 4 切削同一模数的凸圆弧齿 廓和凹圆弧齿廓要用部同的滚刀 67 20 轴瓦材料的性能 1 摩擦系数小 2 导热性好 热膨胀系数小 3 耐磨 耐 蚀 抗胶合能力强 4 要有足够的机械强度和可塑性 68 1 由于零件尺寸及几何形状变化 加工质量及强化因素等影响 使得零件的疲劳极限要 小于材料的疲劳极限 r c 时 o 与 m 的连线 m c 时 90 度 min c 时 45 度 69 2 摩擦分为干摩擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦 70 3 磨损 运动副之间的摩擦导致零件表面材料丧失或者迁移 分为三阶段 磨合阶段 稳定磨损阶段 剧烈磨损阶段 设计和使用机器时 力求缩短磨合期 延长稳定磨损 期 推迟剧烈磨损期的到来 71 磨损按磨损机理分类 粘附磨损 磨粒磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动 磨损 72 4 润滑剂的作用 降低摩擦 减轻磨损 保护零件不遭锈蚀 散热降温 缓冲吸振 密 封能力 73 分为四个类型 气体 液体 半固体 固体 有机油 矿物油 化学合成油 74 性能指标 1 粘度 动力粘度 流体中任意点处的切应力均与该处流体的速度梯度成正 比 运动粘度 动力粘度与同温度下的液体的密度之比值 2 润滑性 3 极压性 4 闪点 遇火焰能发出闪光的最低温度 5 凝点 不能再自由流动的最高温度 6 氧化稳定性 75 二 螺纹 外螺纹和内螺纹 共同组成螺旋副 常用螺纹 连接螺纹及传动螺纹连接 螺纹 1 普通螺纹 2 非螺纹密封的管螺纹 3 用螺纹密封的管螺纹 4 米制螺纹 传动 螺纹 1 矩形螺纹 2 梯形螺纹 3 锯齿形螺纹 76 螺纹的参数 大径 螺纹的最大直径 公称直径 2 小径 d1 螺纹的最小直径 3 中径 d2 近似平均直径 d2 1 2 d d1 4 线数 n 螺纹的螺旋线数目 沿一根螺旋线形成的 螺纹为单线螺纹 常用的连接螺纹要求自锁性故多用单线螺纹 传动螺纹要求传动效 率高 故用双线或者三线螺纹 为了便于制造 n 小于等于 4 5 螺距 p 6 导程 s np 7 螺纹升角 arctan np d2 8 牙型角 9 接触高度 h 77 螺纹连接的仿松实质 防止螺旋副在受载时发生相对转动 措施按工作原理分为摩擦防 松 机械防松 破坏螺旋副运动关系防松 摩擦防松 对顶螺母 弹簧垫圈 自锁螺母 机械防松 开口销与六角开槽螺母 止动垫圈 串联钢丝 破坏螺旋副运动关系防松 铆合 冲点 涂胶粘剂 78 螺纹连接的预紧 预紧力目的在于 增强连接的可靠性和紧密性 以防止受载后被连接 件间出现隙缝或者相对滑移 79 三 螺栓强度计算 80 螺栓的总拉力 F2 残余预紧力 F1 工作拉力 F 81 预紧力 F0 F1 F Cm Cm Cb F2 F0 F Cb Cm Cb Cm Cb 分别表示被连接 件和螺栓的刚度 Cb Cm Cb 螺栓的相对刚度 皮革垫圈 0 7 铜皮石棉垫圈 0 8 橡胶垫圈 0 9 82 得到 F2 之后进行强度计算 83 1 3F2 4 d1 d1 84 螺纹连接件的材料 数字粗略表示螺母保证最小应力 min 的 1 100 选用时需注意所 用落幕的性能等级应不低于与其相配螺栓的性能等级 85 4 螺纹连接件的许用应力 s S s 材料的屈服极限或者强度极限 S 安全系数 86 四 提高螺纹连接强度的措施 87 1 降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 88 Cb Cm Cb 应尽量小些 为了减小螺栓的刚度 Cb 可适当增加螺栓的长度 为了增 大被连接件的刚度 可以不用垫片或者采用刚度较大的垫片 89 2 改善螺纹牙上载荷分布不均的现象 常采用悬置螺母 减小螺栓旋合段本来受力较大 的几圈螺纹牙的受力面积或采用钢丝螺套 90 3 减小应力集中的影响 可以采用较大的圆角和卸载结构或将螺纹收尾改为退刀槽 91 4 采用合理的制造工艺方法 采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法可以显著提高螺 栓的疲劳强度 这是因为不仅可以降低集中应力 而且不切断材料纤维 金属流线的 走向合理及冷作硬化效果使表面有残余应力 此外采用氮化 氰化 喷丸等处理 92 五 键 93 键连接的主要类型 平键连接 半圆键连接 楔键连接和切向键连接 94 根据用途不同平键可分为 普通平键 薄型平键 静连接 导向平键和滑键 动连接 按构造分 圆头 A 型 平头 B 型 单圆头 C 型 95 键的选择原则 类型选择和尺寸选择两方面 类型选择应根据键连接的结构特点 使 用要求和工作条件选择 尺寸选择应按照符合标准规格和强度要求来取定 键的尺寸 为截面尺寸 键宽 b 键高 h 与长度 L 截面尺寸 b h 由轴的直径 d 由标准中选定 键的长度 L 一般可按轮毂的长度而定 即键长 L 轮毂长度 而导向平键则按轮毂的 长度及滑动距离而定一般轮毂长度 L 1 5 2 d 96 六 平键连接强度计算 失效形式 工作面被压溃 对于导向平键或者滑键连接失效 形式工作面的过度磨损 97 普通平键强度计算 p 2 T 1000 kld 98 导向平键或者滑键强度计算 p 2 T 1000 kld p 99 T 传递的扭矩 T F y F d 2 n m 100 k 键与键槽轮毂的接触高度 k 0 5h 此处 h 为键高 mm 101 l 键的工作长度 mm 圆头平键 l L b 平头平键 l L L 为键的公称长度 b 为键宽 mm 102 p 分别键 轴 轮毂三者中最弱材料的许用应力 Mpa 103 花键分外花键和内花键组成 花键是平键连接在数目上的发展 104 与平键相比的优势 受力均匀 轴和毂的强度削弱较少 齿数多接触面积大 承受荷 载大 轴上零件和轴的对中性较好 导向性好 可用磨削方法提高精度和连接质量 缺点 应力集中仍存在 加工成本高 花键连接适用于定心精度高 荷载大或经常滑 移的链接按齿形不同分为矩形花键和渐开线花键 105 七 带传动是一种挠性传动 基本组成零件为带轮和传动带 106 按工作原理不同分为 摩擦型 又按横截面面积形状不同分为平带传动 圆带传动 V 带传动 多楔带传动 和啮合型带传动 107 V 带传动材料 包括顶胶 抗拉体 底胶和包布 108 根据抗拉体不同分为帘布芯 V 带和绳芯 V 带 109 带传动受力分析 紧边拉力 F1 松边拉力 F2 不工作时初拉力 F0 F1 F2 2F0 110 传动带工作面上总摩擦力 Ff F1 F2 111 带的有效拉力 Fe Ff F1 F2 112 有效拉力 Fe 与带传动传递功率 P 关系 P Fe v 1000 单位 kw N m s 113 得到 F1 F0 Fe 2 114 F2 F0 Fe 2 115 带传动初拉力 F0 正常工作时的最小初拉力 F0 min 116 为了保证带传动的正常工作首先需要满足传递功率要求至少具有的总摩擦力和与之对 应的最小初拉力 117 带的弹性滑动和打滑 118 八 带传动的参数选择 119 中心距 a 中心距大 可以增加带轮的包角 减少单位时间内带的循环次数 有 利于提高带的寿命 但是中心距过大 会加剧带的波动 降低传动的平稳性 同时增 大了带传动的整体尺寸 中心距小则有相反的利弊 一般初选中心距 0 7 d1 d2 a0 2 d1 d2 mm 120 传动比 i 传动比大 会减小带轮的包角 当带轮的包角减小到一定程度 带轮就会 打滑 从而无法传递规定的功率 因此一般传动比 i 7 推荐 i 2 5 121 带轮的基准直径 122 在带传动需要传递的功率给定下 减小带轮的直径 会增大带传动的有效拉力 从而 导致 V 带的根数增加 这样不仅增大了带轮的宽度而且增大了荷载在 V 带之间分配的 不均匀性另外直径的减小增加了带的弯曲应力 为了避免应力过大 小带轮的基准直 径不宜过小 一般保证基准直径 最小基准直径 123 带速 v 当带传动功率一定时 提高带速 v 可以降低带传动的有效拉力 相应的减 少带的根数或者带的横截面积 总体上减少带传动的尺寸 但是提高带速 也提高了 V 带的离心应力增加了单位时间内带的循环次数 不利于提高带传动的疲劳强度和寿 命 降低怠速则有相反的利弊 由此带速不宜过高或过低 一般 v 5 25m s 最高带速 30 m S 124 带轮的结构形式 轮缘 轮辐 轮毂组成 125 九 V 带轮的轮槽 与选用的 V 带的型号相对应 V 带绕在带轮上以后发生弯曲变形 使 V 带工作面的夹角发生变化 为了使 V 带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密贴合 将 V 带轮轮槽的工作面的夹角做成小于 40 126 V 带安装到轮槽中以后 一般不应超出带轮外圆 也不应与轮槽底部接触 为此规定 轮槽基准直径到带轮外圆和底部的最小高度 hamin 和 hfmin 127 轮槽工作表面的粗糙度为 1 6 或 3 2 128 九章 链传动 挠性传动由链条和链轮组成 通过链轮轮齿和链条链节的啮合来传递动 力 129 与摩擦型带传动相比 无弹性滑动和打滑现象 准确的平均传动比 传递效率高 径向压力小 整体尺寸小 结构紧凑 同时能在潮湿和高温条件下工作 130 与齿轮传动相比 链传动的制造和安装精度要求较低 成本低 在远距离传动时 其结构比齿轮传动要轻便的多 131 链传动的缺点 只能实现平行轴间链轮的同向传动 运转时不能保持恒定的瞬时传动 比 磨损后易发生跳齿 工作时有噪声 不宜用在载荷变化很大 高速 急速反向的 传动中 132 链条按用途不同分为传动链 输送链 起重链 又可分为滚子链 齿形链 无声链 等 133 链的传动速度平均速度 v z1n1p 60 1000 z2n2p 60 1000 134 z1 z2 表示主从动轮的齿数 135 n1 n2 表示主从动轮的转速 r min 136 因为 是变化的 所以即使主动链轮转速恒定 链条的运动速度也是变化的 当 正负 180 z1 时 链速最低 当 0 时链速最高 链速变化呈周期性 链轮每转过 一个链节 对应链速变化的一个周期 链速变化的程度与主动链轮的转速 n1 和齿数 z1 有关 转速越高 齿数越少 则链速变化范围越大 137 可见链传动的瞬时传动比是变化的 链传动的传动比与链条绕在链轮上的多边形特征 有关 故将以上现称为链传动的多边形效应 138 十 链传动的失效形式 链的疲劳破坏 成为决定链传动承载能力的主要因素 链条 铰链的磨损 结果使得链节距增大 链条总长度增加 从而使链的松边垂度发生变化 同时增大了运动的不均匀性和动荷载 引起跳齿 链条铰链的胶合 一定程度上限 制了链传动的极限转速 139 十一 齿轮传动 主要特点 效率高 结构紧凑 工作可靠寿命长 传动比稳定 140 齿轮传动的失效形式 轮齿折断 为了提高抗折断能力采用的措施 1 增大齿根过渡圆 角半径及消除加工刀痕的方法减小齿根应力集中 2 增大轴及支撑的刚性 使轮齿接触 线上受荷载均匀 3 采用合适的热处理加工方法使齿芯材料具有足够的韧性 4 采用喷 丸 滚压等工艺措施对齿根表面进行强化处理 齿面磨损 避免齿面磨粒磨损的最有 效方法 采用闭式齿轮传动 齿面点蚀 闭式齿轮常见失效形式 提高齿轮材料的 硬度可以增强齿轮抗点蚀的能力 齿面胶合 加强润滑措施或者在润滑油中加入极压 添加剂均可减轻胶合 塑性变形 分为滚压塑变和锤击塑变 采用较高粘度的或者添 加极压添加剂的润滑油均可减缓塑性变形 141 提高齿轮对上述失效形式的能力还可以减小齿面粗糙度 适当选配主从动齿轮的材料 及硬度 进行适当的磨合 以及选用合适的润滑剂及润滑方法等 142 十二 齿轮传动的计算荷载 143 沿齿面接触线单位长度上的平均荷载 p N mm 为 p Fn L 144 Fn 作用于齿面接触线上的法向荷载 N 145 L 接触线长 mm 146 实际计算中应计算荷载 Pca K p K Fn L 147 K 载荷系数 148 载荷系数 K Ka Kv K K 149 Ka 使用系数 150 Kv 动载系数 151 K 齿间载荷分配系数 152 K 齿向载荷分配系数 153 标准直齿轮计算 154 Ft 2 T1 d1 155 Fn Ft cos 156 T1 传递的转矩 N mm 157 d1 节圆直径 分度圆直径 mm 158 啮合角 20 159 十三 齿根弯曲疲劳强度计算 160 齿轮在受载时 齿根所受的弯矩最大 因此齿根处的弯曲疲劳强度最弱 161 单位齿宽 b 1 时齿根危险截面的弯曲应力为 162 1 M W Pca cos h 1 S S 6 6 Pca cos h S S 取 h Kh m S Ks m 163 m 模数 m d1 z1 164 b 齿宽 165 对直齿轮齿宽 b 就是齿面接触线长 L 166 得 1 K Ft b m 6 Kh cos cos Ks Ks K Ft b m Yfa 167 齿形系数 Yfa 6 Kh cos cos Ks Ks 查表知 168 校核计算公式 169 校正 弯曲应力 2 1 Ysa K Ft b m Yfa Ysa f 170 Ysa 应力校正系数 171 令齿宽系数 d b d1 172 f 2 K T1 Yfa Ysa d m3 z1 z1 f 173 得到 m 2 K T1 Yfa Ysa f d z1 z1 1 3 174 按齿面强度计算 175 h K Ft u 1 u b d1 1 2 ZH ZE H 176 Ft 2 T1 d1 d b d1 得到 d1 2 K T1 u 1 u ZH ZE H 2 d 1 3 177 十四 对齿轮强度计算的说明 178 按齿根强度计算时 应把从动轮和主动轮中 179 f 1 Yfa1 Ysa1 和 f