机械设计（3D版） 第2版 课件 张继忠 第1-9章 绪论- 齿轮传动

§1-1本课程在现代化建设中的作用§1-2机器的基本组成要素§1-3本课程的内容、性质与任务第一章绪论第一节§1-1本课程在现代化建设中的作用机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。机械设计是机械工业中最为关键的环节，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素和机械制造工业发展的关键因素。机械设计技术与各行各业都有着非常密切的联系，涉及到较多的学科领域。大量设计制造和广泛使用各种各样先进的机器，特别是高端智能机械设备，对促进国民经济发展,加快我国社会主义现代化建设步伐具有重要意义。机械工程师和教育工作者正在努力地工作，将机械设计的共性技术与理性化的设计方法学汇集成为一门独立的、综合性的机械设计学科，使现代机械设计技术有更好的发展前景。

第二节§1-1机器的基本组成要素

一个机械系统一般包含机械结构系统、驱动动力系统、检测与控制系统。

一台机器的机械结构总是由一些机构组成的，每个机构又是由若干零件组成的。有些零件是在各种机器中常用的，称之为通用零件；有些零件只有在特定的机器中才用到，称之为专用零件。

通用零件包括：

齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承；螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等。

专用零件例如：叶片、犁铧、枪栓等。

通用零件是本课程的主要学习对象，而专用零件的设计方法应在有关专业课中学习。

第三节１§1-1本课程的内容、性质与任务

本课程的主要内容是：学习机械系统设计的基础知识；学习一般尺寸和参数的通用零件设计方法。

本课程的性质是以一般通用零件的设计为核心的设计性课程，而且是论述它们的基本设计理论与方法的技术基础课。

本课程的主要任务是培养学生：

1、知识目标掌握机械设计基本原则和一般方法；机械零件的工作原理、受力分析、应力分析、失效分析；机械零件工作能力的计算等。2、能力目标具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力；掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，进而具有综合运用所学的知识，研究改进或开发新的零部件及设计简单机械装置的能力等。3、素质目标

培养学生有正确的设计思想、创新思维和创新能力；培养学生的团队合作精神；培养学生具有良好的质量、安全和环保意识等。本课程的几个特点

涉及面广关系多─因与诸多先修课关系密切。要求多─强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、经济性。门类多─各类零件，各有特点，设计方法各异。公式多─计算多，有解析式、半解析式、经验的、半经验的及定义式。图表多─结构图、分析图、原理图、示意图、曲线图、标准、经验数表。

实践性强─不仅读懂书就行，要多联系实际，要注重实践性环节。

无重点─又都是重点，设计工作必须详尽，细小的疏忽也会导致严重事故。

设计问题无统一答案─更多地谈论谁设计得更好，要注意发展求异思维。§1-1本课程的内容、性质与任务第三节2

注意处理好几个关系

零件的设计与选用

──零件设计的两个主要途径。

设计计算与结构设计

──设计决非只是计算，同学更应重视结构设计的学习。

性能要求与经济性

──永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。

经验设计与现代设计

──二者均重要，前者是后者的基础。

具体的设计方法与一般的设计能力

──前者是学习的形式，后者是学习的目的。§1-1本课程的内容、性质与任务第三节3

第二章机械设计总论§2-1机器的组成§2-2设计机器的一般程序§2-3对机器的主要要求§2-4机械零件的主要失效形式§2-5设计机械零件时应满足的基本要求§2-6机械零件的计算准则§2-7机械零件设计的一般步骤§2-8机械零件材料的选用原则§2-9机械现代设计方法简介机器的组成1§2-1机器的组成

一台完整的机器的组成大致可包括：

设计机器的一般程序§2-2设计机器的一般程序

调研决策阶段

方案设计阶段

技术设计阶段

技术文件编制阶段一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。设计机器的一般程序：详细说明

对机器的主要要求§2-3对机器的主要要求

设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般来说，对机器都要提出以下的基本要求：

使用功能要求经济性要求劳动保护要求可靠性要求其它专用要求详细说明

机械零件的主要失效形式1§2-4机械零件的主要失效形式机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。（一）整体断裂整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。齿轮轮齿断裂

轴承内圈断裂机械零件的主要失效形式2§2-4机械零件的主要失效形式（二）过大的残余变形

当作用于零件上的应力超过了材料的屈服强度，零件将产生残余变形。齿轮齿面塑形变形轴承外圈塑性变形

机械零件的主要失效形式3§2-4机械零件的主要失效形式（三）零件的表面破坏

零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。齿面接触疲劳轴瓦磨损

机械零件的主要失效形式4§2-4机械零件的主要失效形式（四）破坏正常工作条件引起的失效

有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，如：

液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常工作。带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常工作。高速转动的零件，只有在转速与转动件系统的固有频率避开一个适当的间隔才能正常工作。大约80%左右的零件失效是由腐蚀、磨损和各种疲劳破坏所引起的，所以可以说，腐蚀、磨损和疲劳是引起零件失效的主要原因。

设计机械零件时应满足的基本要求§2-5设计机械零件时应满足的基本要求1.避免在预定寿命期内失效的要求

（1）强度零件在工作时应满足刚度要求，即不应发生超过规定要求的弹性变形量。

机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：零件具有适当的强度是设计零件时必须满足的最基本要求。零件在工作中，应该具有足够的强度，不应在预定的寿命期内，由于零件强度不足发生断裂或出现不允许的残余变形等失效形式（除了用于安全装置中预定适时破坏的零件外）。

（2）刚度设计机械零件时应满足的基本要求§2-5设计机械零件时应满足的基本要求

（3）寿命在设计机械零件时保证零件具有良好的结构工艺性。零件具有良好的结构工艺性，是指在既定的生产条件下，能够方便而经济地生产出来，并便于装配成机器这一特性。影响零件寿命的主要因素有：材料的疲劳，材料的腐蚀以及相对运动零件接触表面的磨损等三个方面。零件在规定条件下完成规定功能的延续时间称为零件的寿命。零件应在其预定的寿命期内不发生失效。2.结构工艺性要求设计机械零件时应满足的基本要求§2-5设计机械零件时应满足的基本要求在设计零件时需要考虑保证零件的可靠性。零件可靠度的定义和机器可靠度的定义是相同的，即在规定的使用时间（寿命）内和给定环境条件下，零件能够正常地完成其功能的概率。对绝大多数机械零件来说，都应在满足零件强度和刚度要求的前提下力求减小其质量。零件的经济性首先表现在零件本身的生产成本上。设计零件时，应力求设计出耗费最少的零件。耗费包括材料的耗费及加工制造时的人工消耗。3.经济性要求4.质量小的要求5.可靠性要求机械零件的计算准则1§2-6机械零件的设计准则1.强度准则

设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。一般来讲，有以下几种准则：强度准则就是指零件中的应力不得超过允许的限度

。例如：对拉杆断裂来讲，应力不超过材料的抗拉强度；对疲劳破坏来讲，应力不超过零件的疲劳极限；对残余变形来讲，应力不超过材料的屈服强度。考虑到各种偶然性或难以精确分析的影响，上式右边要除以设计安全系数（简称安全系数）S，即其代表性的表达式为

机械零件的计算准则1§2-6机械零件的设计准则2.刚度准则零件在载荷作用下产生的弹性变形y，小于或等于机器的工作性能所允许的弹性变形极限值[y]（即许用变形量），就叫做满足了刚度要求，或称为符合了刚度设计准则。由于影响寿命的主要因素腐蚀、磨损和疲劳是三个不同范畴的问题，产生腐蚀、磨损和疲劳的原因各不相同，它们各自发展过程的规律也不同。其代表性的表达式为

3.寿命准则振动稳定性是指在设计机械零件时要使机器中受激振作用的各零件的固有频率与激振源的频率错开。4.振动稳定性准则机械零件设计的一般步骤§2-7机械零件设计的一般步骤选择零件类型、结构

机械零件的设计一般要经过以下几个步骤：

计算零件上的载荷确定计算准则选择零件的材料确定零件的基本尺寸结构设计校核计算画出零件工作图写出计算说明书

机械零件材料的选用原则1§2-8机械零件材料的选用原则：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1)…...黑色金属有色金属铁钢高分子材料复合材料陶瓷金属材料非金属材料载荷及应力的大小和性质零件的工作情况零件的结构及加工性材料的经济性零件的尺寸及重量一、常用材料二、机械零件材料的选用原则：塑料、橡胶、合成纤维

：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢…(如：08F

45

60

1Cr18）

：灰铸铁、球墨铸铁…(如：TH300QT500-5)：强如钢、轻如铝、硬如金刚石：强度高、弹性模量大、质量轻

机械现代设计方法简介1§2-9现代机械设计方法简介现代机械设计方法通常是相对传统的设计方法而言的。现代设计方法从总体上概括为力求运用现代应用数学、应用力学、微电子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下列转换：以动态的取代静态的─如机器结构动力学计算。以定量的取代定性的─如有限元计算。以随机量取代确定量─如可靠性设计。以优化设计取代可行性设计─如优化设计。并行设计取代串行设计─如并行设计。微观的取代宏观的─如微－纳米摩擦学设计。系统工程法取代分部处理法─如系统工程。自动化设计取代人工设计的转化─如计算机辅助设计。

设计机器的一般程序

（一）调研决策阶段

在明确设计任务的基础上，对所设计机器的需求情况做充分的调查研究和分析。

通过调研分析，进一步明确机器所应具有的功能，并为以后的决策提出由环境、经济、加工以及时限等各方面所确定的约束条件。

写出设计任务书，作为本阶段的总结。设计任务书大体上应包括：机器的功能，经济性及环保性的估计，制造要求方面的大致估计，基本使用要求，以及完成设计任务的预计期限等。

（二）方案设计阶段设计机器的一般程序

方案设计阶段对设计的成败起着至关重要的作用。在这一阶段中也充分地表现出设计工作有多个解（方案）的特点。

实现机器的功能是机器设计的核心。此阶段，对设计任务书提出的机器功能中必须达到的要求、最低要求及希望达到的要求进行综合分析，这些功能能否实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否替代等。在此基础上最终确定出功能参数，并作为进一步设计的依据。

确定出功能参数后，即可提出可能的解决办法。同一功能的原理方案可以是多种多样的，亦即提出可能采用的多种方案。通过对功能分析、优化筛选，取得较理想的功能原理方案。设计机器的一般程序

（三）技术设计阶段

技术设计阶段是工作量最大的一个阶段，其目标是产生机器的总装配草图及各部件装配草图。

为了确定主要零件的基本尺寸，需要完成机器的运动学设计、机器的动力学计算、零件的工作能力设计、部件装配草图及总装配草图的设计、主要零件的校核等工作。

随着技术的进步，一些新的设计方法和概念不断地诞生，在设计过程中，不断地学习新的技术和设计方法，并加以利用，以提高设计效率，提高设计的可靠性。设计机器的一般程序

（四）技术文件编制阶段

技术文件的种类较多，常用的有机器的设计计算说明书、使用说明书、标准件明细表等。

编制设计计算说明书时，应包括方案选择及技术设计的全部结论性的内容。

编制供用户使用的机器使用说明书时，应向用户介绍机器的性能参数范围、使用操作方法、日常保养及简单的维修方法等。

返回对机器的主要要求

（一）使用功能要求

机器应具有预定的使用功能。实现预定的使用功能需要正确地选择机器的工作原理，正确地选择原动机，正确设计出能够实现功能要求的执行机构、传动机构，合理地配置必要的辅助系统。对机器的主要要求

（二）经济性要求

机器的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中，设计机器时需要全面综合地进行考虑。经济性表现为较低的机器成本和能源消耗，低的管理和维护费用，以及高的生产率和工作效率。

提高经济性可从设计和制造经济性、使用经济性两方面考虑。

提高设计和制造经济性的途径有：采用先进的现代设计方法，降低设计成本；采用标准化、系列化及通用化的零、部件，降低制造成本；尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料等。提高使用经济性指标的途径有：合理地提高机器的机械化和自动化水平，以提高机器的生产率和产品的质量；选用高效率的传动系统，减少传动的中间环节，以期降低能耗等。对机器的主要要求

（三）劳动保护和环境保护要求

设计时要按照人机工程学（ergonomics）的观点，尽可能减少操作手柄的数量，操作手柄及按钮等应放置在便于操作的位置。同时，设置完善的安全防护及保安装置、报警装置、显示装置等。

根据工程美学的原则美化机器的外形及外部色彩。使操作者有一个安全、舒适的环境，不易产生疲劳。对机器的主要要求

（四）寿命与可靠性要求

机器应该满足预定寿命，在其预定寿命内能够可靠地工作。除了对机器的预定寿命提出要求外，还要保证机器的可靠性。

机器可靠性的高低是用可靠度来衡量的。机器的可靠度R是指在规定的使用时间（寿命）内和规定的环境条件下，机器能够正常地完成其规定功能的概率。

提高机器可靠性可从以下方面考虑，设计上力求结构简单，传动链短，零件数少，调整环节少，连接可靠；选用可靠度高的标准件；结构布置要能直接检查和修改等。

（五）其他专用要求对机器的主要要求

设计机器时，在满足前述共同的基本要求的前提下，还应着重地满足机器的特殊要求，以提高机器的使用性能。

零件是组成机器的基本要素，零件和机器是局部和整体的关系。因此，机器的各项要求的满足，是以组成机器的机械零件的正确设计和制造为前提的。亦即零件设计的好坏，将对机器使用性能的优劣起着决定性的作用。

返回§3-2应力寿命曲线和极限应力线图§3-3影响机械零件疲劳强度的主要因素§3-1疲劳断裂特征§3-5单向规律性非稳定变应力时机械零件的疲劳强度度第三章机械零件的疲劳强度§3-4稳定变应力时安全系数的计算材料疲劳的两种类别§3-1疲劳断裂特征零件在疲劳失效时所承受的应力值远低于材料的抗拉强度，甚至远低于材料的屈服强度。失效过程从直观感受上具有突然性。由于零件在变应力下反复变形，疲劳发展区呈光滑状态，以裂纹源为中心出现波纹状的同心疲劳纹。自裂纹源向外呈放射性的条纹称为垄沟纹。粗糙的脆性断裂区是突然产生的，形貌更接近于静应力引起的断口形貌。

疲劳断裂的过程一般要经历裂纹萌生、裂纹扩展和突然断裂三个阶段。疲劳断裂的断口由光滑的疲劳扩展区和粗糙的脆性断裂区组成。材料疲劳的两种类别§3-2应力寿命曲线和极限应力线图一、应力的分类sm─平均应力；sa─应力幅值smax─最大应力；smin─最小应力R─应力比（循环特性）描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。r=-1对称循环应力r=0脉动循环应力r=1静应力

疲劳曲线

机械零件的疲劳大多发生在应力寿命曲线的CD段，可用下式描述：

D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为：

由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞，于是有：有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：式中，sR、N0及m的值由材料试验确定。二、

应力寿命曲线应力寿命曲线

§3-2应力寿命曲线和极限应力线图极限应力线图三、极限应力线图

机械零件材料的疲劳特性除用应力寿命曲线表示外，还可用极限应力线图来描述。该曲线表达了不同应力比时疲劳极限的特性。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。用A'Ｇ'C折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。A'Ｇ'直线的方程为：CＧ'直线的方程为：

yσ为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：对于碳钢，yσ≈0.1~0.2，对于合金钢，yσ≈0.2~0.3。

§3-2应力寿命曲线和极限应力线图机械零件的疲劳强度计算1四、零件的极限应力线图

由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。

以弯曲疲劳极限的综合影响系数Ｋσ表示材料对称循环弯曲疲劳极限σ-1与零件对称循环弯曲疲劳极限σ-1e的比值，即在不对称循环时，Ｋσ是试件与零件极限应力幅的比值。

将零件材料的极限应力线图中的直线A'D'G'按比例向下移，成为右图所示的直线ADG，而极限应力曲线的CG

部分，由于是按照静应力的要求来考虑的，故不须进行修正。这样就得到了零件的极限应力线图。

§3-2应力寿命曲线和极限应力线图机械零件的疲劳强度计算1§3-3影响机械零件疲劳强度的主要因素降低应力集中可提高零件的疲劳强度。具体措施包括减缓零件几何尺寸的突然变化、增大过渡圆角半径、增加卸载结构等。若把零件看作理想的弹性体，当零件受载时在几何形状突然变化处(如圆角、孔、凹槽等)，要产生应力集中，常用有效应力集中系数kσ考虑应力集中对疲劳强度的影响即ασ为考虑零件几何形状的理论应力集中系数，qσ为材料的敏感系数。

1.应力集中的影响2.尺寸效应零件尺寸的大小及截面形状对疲劳强度的影响可以用尺寸系数εσ来表示。当其他条件相同时，尺寸越大，对零件疲劳强度的不良影响越显著。零件加工表面质量（主要指表面粗糙度）对疲劳强度的影响可以用表面状态系数βσ来表示。钢的抗拉强度愈高，表面愈粗糙，表面状态系数愈低，所以用高强度合金钢制造的零件，为使疲劳强度有所提高，其表面应有较高的加工质量。3.表面状态的影响4.综合影响系数应力集中、零件尺寸和表面状态都只对应力幅有影响，对平均应力没有明显影响。为此，可将这三个系数合并为综合影响系数Kσ并以下式计算。§3-4影响机械零件疲劳强度的主要因素机械零件的疲劳强度计算2一、单向稳定变应力时的疲劳强度计算进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的σmax及σmin确定平均应力σm与应力幅σa，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点M或N。

根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定以哪一个点来表示极限应力。机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：

应力比为常数：r=C

平均应力为常数σm=C

最小应力为常数σmin=C详细分析相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力。计算安全系数及疲劳强度条件为：

§3-4稳定变应力时安全系数的计算机械零件的疲劳强度计算4二、双向稳定变应力时的疲劳强度计算

当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力sa和ta时，由实验得出的极限应力关系式为：式中ta′及sa′为同时作用的切向及法向应力幅的极限值。若作用于零件上的应力幅sa及ta如图中M点表示，则由于此工作应力点在极限以内，未达到极限条件，因而是安全的。

由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力。弧线AM'B上任何一个点即代表一对极限应力σa′及τa′。计算安全系数：

当零件上所承受的两个变应力均为不对称循环的变应力时§3-4稳定变应力时安全系数的计算规律性不稳定变应力机械零件的疲劳强度计算3§3-5单向规律性非稳定变应力时的疲劳强度计算若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，则应力σ1每循环一次对材料的损伤率即为1/N1，而循环了n1次的σ1对材料的损伤率即为n1/N1。如此类推，循环了n2次的σ2对材料的损伤率即为n2/N2，……。当损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有：用统计方法进行疲劳强度计算不稳定变应力非规律性规律性按损伤累积假说进行疲劳强度计算

机械零件的疲劳强度计算3

当零件所受的非稳定变应力σi（i=1,2,…n）是非对称循环变应力时，可利用下式将其转化为非稳定等效对称循环变应力σadi将上述各非稳定等效对称循环变应力σadi转化成一稳定等效对称循环变应力σadv，通常令其等于非稳定等效对称循环变应力中的最大应力或作用时间最长的应力。设σ-1V为等效循环次数nv对应的材料对称循环等效疲劳极限，则KN为等效循环次数nv时的寿命系数，则零件的计算安全系数Sca为：§3-5单向规律性非稳定变应力时的疲劳强度计算单向稳定变应力时的疲劳强度计算1.R=C的情况直线上的M、N点代表零件的工作应力，而工作应力对应的疲劳极限应力是直线OM和ON与极限应力线图的交点M’和N’所代表的极限应力。工作应力点位于OAG区域时，零件的疲劳强度条件是：工作应力点位于OGC区域时，极限应力为屈服强度ReL，零件的强度条件是：单向稳定变应力时的疲劳强度计算2.σm=C的情况σm=C时，需找到一个其平均应力与零件工作应力点M（或N）的平均应力相同的极限应力。工作应力点位于OAGH区域时，零件的疲劳强度条件是：工作应力点位于HGC区域时，极限应力为屈服强度ReL，零件的强度条件是：单向稳定变应力时的疲劳强度计算3.σmin=C的情况σmin=C时，需找到一个其最小应力与零件工作应力点M（或N）的最小应力相同的极限应力。工作应力点位于OJGI区域时，零件的疲劳强度条件是：工作应力点位于IGC区域时，极限应力为屈服强度ReL，零件的强度条件是：返回第四章摩擦、磨损与润滑概述§4-1摩擦的种类及其基本性质§4-2磨损§4-3润滑剂、添加剂和润滑方法§4-4流体润滑原理简介§4-0概述

摩擦是抵抗两物体接触表面在外力作用下发生切向相对运动的现象；

磨损是由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；

润滑是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。摩擦学

摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。把在机械设计中利用摩擦学知识和已知数据，系统分析所有元素，从而对零件的选材、结构尺寸、加工工艺、润滑条件、工况监控等进行优化设计，使摩擦学系统达到最小能耗、最低维护费用和最长使用寿命的设计方法称为摩擦学设计。

世界上使用的能源大约有1/3~1/2消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。概述

§4-1摩擦的种类及其基本性质摩擦1一、摩擦的分类内摩擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象。外摩擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。静摩擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。动摩擦：在相对运动进行中的摩擦。滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。

二、4种滑动摩擦状态干摩擦边界摩擦流体摩擦混合摩擦§4-1摩擦的种类及其基本性质摩擦1二、4种滑动摩擦状态1．干摩擦是指在完全不存在其他介质的清洁表面间的摩擦。工程设计中，通常把未经人为润滑的摩擦状态当作“干”摩擦处理。修正后的粘附理论认为金属表面间的摩擦系数为

2．边界摩擦(边界润滑)是指具有无体积特性的流体层隔开的两固体相对运动时的摩擦，即边界润滑状态的摩擦。合理选择摩擦副材料和润滑剂，降低表面粗糙度值，在润滑剂中加入适量的油性添加剂和极压添加剂，都能降低摩擦系数。摩擦3４．混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多，但因表面间仍有轮廓峰的直接接触，所以不可避免地仍有磨损存在。３．流体摩擦是指摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。流体摩擦时的摩擦系数极小(油润滑时约为0.001～0.008)，属内摩擦。边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。

§4-1摩擦的种类及其基本性质摩擦3

通常认为：λ≤1时呈边界润滑状态；λ＞3时，呈完全弹性流体动力润滑或流体润滑状态；1<λ≤3时，呈混合润滑状态。必须指出，润滑状态的转变是个过程，所以1、3都是大致值。

摩擦的种类及其基本性质三、膜厚比与摩擦（润滑）状态膜厚比是大致估计两滑动表面所处的摩擦（润滑)状态的简单判剧，它是最小油膜厚度与表面粗糙度之比，常用λ表示hmin是两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度，单位为μm；Rq1、Rq2分别为两表面形貌轮廓的均方根偏差(约为平均偏差Ra1、Ra2的1.20～1.25倍)，单位为μm。磨损是运动副之间的摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。磨损会影响机器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使机器提前报废。磨损1在设计或使用机器时，应该力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损的到来。为此就必须对形成磨损的机理有所了解。一个零件的磨损过程大致可分为三个阶段，即：

磨合阶段新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率较高。

稳定磨损阶段属于零件正常工作阶段，磨损率稳定且较低。

剧烈磨损阶段属于零件即将报废的阶段，磨损率急剧升高。摩擦2§4-2磨损

磨损2磨损按破坏机理来分有：黏着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、流体磨粒磨损、流体侵蚀磨损、机械化学磨损等。

1．黏着磨损当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处发生“焊结”现象，在相对滑动时，由于黏着作用使材料由一个表面转移到另一表面所引起的磨损，称为黏着磨损。2．磨粒磨损从外部进入摩擦表面间的游离硬质颗粒或摩擦表面上的硬质突出物，在摩擦过程中引起材料损失的现象，称为磨粒磨损。3．疲劳磨损由于摩擦表面材料微体积在重复变形时因疲劳破坏而引起的机械磨损，称为磨粒磨损。§4-2磨损磨损2

4．流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损（冲蚀磨损）流体磨粒磨损是指由流动的液体或气体中所夹带的硬质颗粒在相对运动过程中对固体表面产生切削、犁沟或冲击作用，导致材料表面逐渐损失的一种磨损形式。流体侵蚀磨损是指由液流或气流的冲蚀作用引起的机械磨损。5．机械化学磨损（腐蚀磨损）从外部进入摩擦表面间的游离硬质颗粒或摩擦表面上的硬质突出物，在摩擦过程中引起材料损失的现象，称为磨粒磨损。6．微动磨损（微动损伤）两个表面间由于振幅很小的振动式的相对运动而产生的磨损现象称为微动磨损。§4-2磨损润滑剂、添加剂和润滑方法一、润滑剂

润滑油

润滑脂

固体润滑剂润滑脂的主要质量指标是：锥入度，反映其稠度大小。

黏度是润滑油的主要质量指标，黏度值越高，油越稠，反之越稀；滴点，决定工作温度。§4-3润滑剂、添加剂和润滑方法

：动植物油、矿物油、合成油。：润滑油+稠化剂：石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。润滑剂能减小摩擦和磨损，保护零件不遭锈蚀。采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。油性是指润滑油中极性分子湿润或吸附于摩擦表面形成边界油膜，以减小摩擦和磨损的性能。极压性能是润滑油中加入含硫、氯、磷的有机极性化合物后，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压的化学反应边界膜的性能。除上述指标外，还有闪点、凝点和氧化稳定性指标。润滑方法润滑油润滑在工程中的应用最普遍，常用的供油方式有：滴油润滑、油环润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等

用于低速用于高速§4-3润滑剂、添加剂和润滑方法三、润滑方法压配式注油杯旋套式注油杯针阀油杯油芯油杯1.滴油润滑添加剂提高油性、极压性延长使用寿命改善物理性能添加剂的作用油性添加剂极压添加剂分散净化剂消泡添加剂抗氧化添加剂降凝剂增粘剂添加剂的种类§4-3润滑剂、添加剂和润滑方法

为了提高油的品质和性能，常在润滑油或润滑脂中加入一些分量虽小但对润滑剂性能改善起巨大作用的物质，这些物质叫添加剂。二、添加剂

润滑方法

油脂润滑常用于运转速度较低的场合，将润滑脂涂抹于需润滑的零件上。润滑脂还可以用于简单的密封。§4-3润滑剂、添加剂和润滑方法2.油环润滑润滑方法润滑剂、添加剂和润滑方法四、润滑油黏度润滑油的黏度分为动力黏度和运动黏度。1.动力黏度牛顿在1687年提出了粘性液的摩擦定律(简称粘性定律)比例常数η即流体的动力黏度国际单位制下的动力黏度单位为1Pa·s

2.运动黏度

运动黏度的常用单位是mm2/s常用工业润滑油的黏度分类及相应的黏度值见表4-1流体动力润滑形成的必要条件：楔形空间；相对运动（保证流体由大口进入）；连续不断地供油。流体动力润滑是指两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。§4-4流体润滑原理简介一、流体动力润滑流体润滑1

流体润滑２§4-4流体润滑原理简介二、弹性流体动力润滑

弹性流体动力润滑理论是研究在点、线接触条件下，两弹性物体间的流体动力润滑膜的力学性质。这时的计算必须把在油膜压力下，摩擦表面的变形的弹性方程、表述润滑剂黏度与压力间关系的黏压方程与流体动力润滑的主要方程结合起来，以求解油膜压力分布、润滑膜厚度分布等问题。

流体润滑２§4-4流体润滑原理简介三、流体静力润滑

流体静力润滑是一种通过外部压力源将润滑剂（如油或空气）强制送入两相对运动表面之间，形成稳定流体膜以隔离接触面的润滑方式。其核心原理基于液压技术，通过压力泵等设备提供持续压力，使润滑剂充满间隙并维持一定厚度，从而承受负载并减小摩擦。。

流体润滑２表4-1常用工业润滑油的黏度分类及相应的黏度值

黏度等级运动黏度范围（40℃）mm2/s中心点运动黏度（40℃）mm2/s黏度等级运动黏度范围（40℃）mm2/s中心点运动黏度（40℃）mm2/s23571015223246681.98~2.422.88~3.524.14~5.066.12~7.489.00~11.013.5~16.519.8~24.228.8~35.241.4~50.661.2~74.82.23.24.66.8101522324668100150220320460680100015002200320090.0~110135~165198~242288~352414~506612~748900~11001350~16501980~24202880~35201001502203204606801000150022003200返回第五章螺纹连接与螺旋传动§5-1螺纹§5-2螺纹连接的类型与标准连接件§5-3螺纹连接的预紧§5-6螺栓组连接的设计§5-5螺纹连接的强度计算§5-8提高螺纹连接强度的措施§5-7螺纹连接件的材料与许用应力§5-4螺纹连接的防松螺纹的类型与特点1螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。§5-1螺纹普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹主要用于连接，螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠连接；梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹主要用于传动，螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。螺纹按工作性质分为连接用螺纹和传动用螺纹。一、螺纹的分类

常用螺纹的类型主要有：普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。螺纹的类型与特点2二、普通螺纹的主要参数大径d－即螺纹的公称直径。小径d1－常用于连接的强度计算。中径d2－常用于连接的几何计算。螺距P－螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。牙型角a－螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。升角y－螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。线数n－螺纹的螺旋线数目。导程S－螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离，S=nP。升角y的计算式为：

§5-1螺纹连接类型与标准件1§5-2螺纹连接的类型与标准连接件一、螺纹连接的基本类型

除上述连接的基本类型外，在机器中，还有一些特殊结构的螺纹连接。如：T型槽螺栓连接、吊环螺钉连接和地脚螺栓连接等。

螺纹连接的基本类型主要有：螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接、紧定螺钉连接。普通螺栓连接铰制孔螺栓连接双头螺柱连接螺钉连接连接类型与标准件1§5-2螺纹连接的类型与标准连接件一、螺纹连接的基本类型

除上述连接的基本类型外，在机器中，还有一些特殊结构的螺纹连接。如：T型槽螺栓连接、吊环螺钉连接和地脚螺栓连接等。

紧定螺钉连接T型槽螺栓连接吊环螺钉连接地脚螺栓连接类型与标准件2§5-2螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件

螺纹连接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹连接件的结构型式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。

常用的螺纹连接件主要有：螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、和垫圈等。螺栓双头螺柱螺钉螺母利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可采用测力矩扳手或定力矩扳手，对于重要的螺栓连接，也可以采用测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。纹连接的预紧§5-3螺纹连接的预紧

大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。

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缝隙或发生相对移动。

注意：对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小(＜M12)的螺栓。

拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。

预紧力：

预紧的目的：

预紧力的确定原则：

预紧力的控制：

预紧力和预紧力矩之间的关系：

详细推导螺纹连接的防松§5-4螺纹连接的防松

螺纹连接一般都能满足自锁条件不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致连接失效。防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。按工作原理的不同，防松方法分为摩擦防松、机械防松等。此外还有一些特殊的防松方法，例如铆冲防松、在旋合螺纹间涂胶防松等。

防防松方法按工作原理可分为摩擦防松、机械防松以及铆冲防松等。摩擦防松简单、方便，但没有机械防松可靠。对于重要的连接，特别是在机械内部不易检查的连接，应用机械放松。螺纹连接的防松§5-4螺纹连接的防松螺纹连接常用防松方法：

对顶螺母防松弹簧垫圈防松自锁螺母防松尼龙圈锁紧螺母防松开口销与槽型螺母防松止动垫圈防松§5-4螺纹连接的防松螺纹连接常用防松方法：

对顶螺母防松弹簧垫圈防松自锁螺母防松自锁防松螺母防松防松垫圈防松圆螺母用止动垫圈防松螺纹连接的强度计算1§5-5螺纹连接的强度计算

螺栓连接的强度计算主要与连接的装配情况（预紧或不预紧）、外载荷的性质和材料性能等有关。

螺栓连接强度计算的目的是根据强度条件确定螺栓直径，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定。一、松螺栓连接强度计算二、紧螺栓连接强度计算1．仅受预紧力的紧螺栓连接2．受轴向载荷的紧螺栓连接3．承受工作剪力的紧螺栓连接

连接的失效形式：主要是指螺纹连接件的失效。对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。

螺纹连接的强度计算2§5-5螺纹连接的强度计算1．仅受预紧力的紧螺栓连接预紧力引起的拉应力：螺牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力：强度条件：当连接承受较大的横向载荷F时，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径。为减小螺栓直径的增加，可采用减载措施。根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:

返回螺纹连接的强度计算3§5-5螺纹连接的强度计算2．受轴向载荷的紧螺栓连接

螺栓预紧力F0后，在工作拉力F的作用下，螺栓的总拉力F2这时螺栓的总拉力为：

为使工作载荷作用后，连接结合面间有残余预紧力F1存在，要求螺栓连接的预紧力F0为：静强度条件：式中F1为残余预紧力，为保证连接的紧密性，应使F1＞0，一般根据连接的性质确定F1的大小。式中：为螺栓的相对刚度，其取值范围为0~1。详细分析

返回螺纹连接的强度计算4§5-5螺纹连接的强度计算3．承受工作剪力的紧螺栓连接

这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在连接结合面处，螺栓杆则受剪切。螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：式中：F－螺栓所受的工作剪力，单位为N；

d0－螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm；

Lmin－螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计时

应使Lmin≥1.25d0

返回螺纹连接组的设计1§5-6螺栓组连接的设计

在设计螺栓组连接时，关键是连接的结构设计。它是根据被连接件的结构和连接的用途，确定螺栓数目和分布形式。为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。螺栓布置应使各螺栓的受力合理。螺栓的排列应有合理的间距、边距。

为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。避免螺栓承受附加的弯曲载荷。一、螺栓组连接的结构设计

各螺栓之间的距离大小既要保证连接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空间。大多数机械中螺栓都是成组使用的。

螺纹连接组的设计2§5-6螺栓组连接的设计1．受横向载荷2．受转矩3．受轴向载荷4．受倾覆力矩

受力分析的目的：根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。

受力分析时所作假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；受载后连接接合面仍保持为平面。

受力分析的类型：二、螺栓组连接的受力分析螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；

螺纹连接组的设计3

（1）对于铰制孔用螺栓连接（图b），每个螺栓所受工作剪力为：

（2）对于普通螺栓连接（图a），按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有：

式中：z为螺栓数目。

图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组连接。1．受横向载荷的螺栓组连接或§5-6螺栓组连接的设计

Ks为防滑系数，设计中可取Ks=1.1~1.3。

b）铰制孔用螺栓连接a）铰制孔用螺栓连接返回螺纹连接组的设计4

采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。2．受转矩的螺栓组连接

采用普通螺栓图a），是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。

采用铰制孔用螺栓图b），是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。§5-6螺栓组连接的设计

返回螺纹连接组的设计5§5-6螺栓组连接的设计3．受轴向载荷的螺栓组连接

若作用在螺栓组上轴向总载荷FΣ作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：

通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当连接要有保证的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷F2为。F2=F1+F

返回螺纹连接组的设计6§5-6螺栓组连接的设计4．受倾覆力矩的螺栓组连接

倾覆力矩M作用在连接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已拧紧并承受预紧力F0。

作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：

由此可以求出最大工作载荷：

螺纹连接组的设计7§5-6螺栓组连接的设计螺栓的总拉力：

为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：

底板受倾覆力矩后，在轴线O-O左侧，螺栓与地基的工作点分别移至B1

和C1

，两者作用在底板上的合力为F。

受倾覆力矩的底板螺栓组连接的受力过程可用右图表示。

在轴线O-O

右侧，螺栓与地基的工作点分别移至B2

和C2

，两者作用在底板上的合力为

Fm

。在倾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作点都处于A点。

返回国家标准规定了螺纹连接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为9级，螺母的性能等级分为7级。螺纹连接件的材料与许用应力§5-7螺纹连接件的材料与许用应力一、螺纹连接件材料常用的螺纹连接件材料为Q215、Q235、35、45等碳素钢。当强度要求高时，还可采用合金钢，如15Cr、40Cr等。性能等级二、螺纹连接件的许用应力1．螺纹连接件的许用拉应力2．螺纹连接件的许用剪应力和许用挤压应力3．螺纹连接件的安全系数说明（被连接件为钢）（被连接件为铸铁）

提高螺纹连接强度的措施§5-8提高螺纹连接强度的措施以螺栓连接为例，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高连接系统的可靠性。影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓强度。改善螺纹牙上载荷分布不均的现象降低影响螺栓疲劳强度的应力幅减小应力集中的影响采用合理的制造工艺

分析分析测力矩扳手测力矩扳手

返回定力矩扳手定力矩扳手

返回预紧力与拧紧力矩的关系预紧力与拧紧力矩的关系

拧紧螺母时，拧紧力矩T（T=FL）用来克服螺纹副间的摩擦阻力矩T1和螺母环形端面与被连接件（或垫圈）支承面之间的摩擦阻力矩T2，即T=T1+T2一般标准扳手的长度L≈15d，若拧紧力为F，则T=FL。由式（5-6）得：F0≈75F。假定F=200N，则F0≈15000N。若用15000N的预紧力拧紧M12以下的钢制螺栓，则很可能发生因过载而拧断螺栓的事故。返回减载措施减载措施

a）圆柱销b)套筒c)嵌接榫d)键单个螺栓连接受力变形图单个紧螺栓连接受力变形图降低影响螺栓疲劳强度的应力幅降低影响螺栓疲劳强度的应力幅的主要措施有：措施1：减小螺栓刚度Cb；措施2：增大被连接件刚度Cm措施3：减小螺栓刚度Cb；增大被连接件刚度Cm在采取上述措施时，需适当增加预紧力F0图示为不同刚度的螺栓连接，在变载荷和冲击载荷作用下其疲劳强度按序递增为了增大被连接件的刚度，可以不用垫片或采用刚度较大的垫片a）软垫片密封b）密封环密封返回改善螺纹牙载荷分布不均的现象a）普通型钢丝螺套b）锁紧型钢丝螺套螺栓连接受载时，螺栓受拉伸，外螺纹的螺距增大；而螺母受压缩，内螺纹的螺距减小。由于螺栓和螺母的刚度及变形性质不同，即使制造和装配都很精确，各圈螺纹牙上的受力也是不同的。a）悬置螺母b）环槽螺母c）内斜螺母返回螺纹连接件的性能等级

GB/T3098.1-2010规定了螺纹连接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9共9级。小数点前的数字代表材料的抗拉强度的1/100，小数点后的数字代表材料的屈服强度与抗拉强度之比值的10倍。GB/T3098.2-2025规定螺母的性能等级分为04、05、5、6、8、10、12共7级，其中04、05用于薄螺母（0型），第一位数字“0”表示这种螺母比标准螺母（1型）和高螺母（2型）降低了承载能力，因此，当超载时，可能发生螺纹脱扣。第二位数字表示用淬硬试验芯棒测试的公称保证应力的1/100，以MPa计。选用时，须注意所用螺母的性能等级应不低于与其相配螺栓的性能等级。螺纹连接件的安全系数受载类型静载荷变载荷松螺栓连接S

=1.2～1.7紧螺栓连接普通螺栓连接不控制预紧力M6～M16M16～M30M30～M60M6～M16M16～M30M30～M60碳钢S5～44～2.52.5～212.5～8.58.58.5～12.5合金钢S5.7～55～3.43.4～310～6.86.86.8～10控制预紧力S

=1.2～1.5S

=1.2～1.5铰制孔用螺栓连接钢：Sτ=2.5，Sp=1.25铸铁：Sp=2.0～2.5钢：Sτ

=3.5～5.0，Sp=1.5铸铁：Sp=2.5～3§6-2花键连接§6-3无键连接§6-1键连接第六章键、花键、无键连接及销连接§6-4销连接

一、键连接的功能、分类、结构形式及应用§6-1键连接键主要用来实现轴与轴上零件之间的周向固定，是一种标准零件。键连接的主要类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。1．平键连接平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂的键槽底面间则留有间隙。根据用途，平键又可分为普通平键导向平键滑键普通平键应用极为广泛。轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。普通平键与轮毂上键槽的配合较紧，用于静联接。导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松，用于动联接。详细说明→

§6-1键连接2．半圆键连接半圆键的两个侧面是工作面，键的上表面与轮毂的键槽底面间则留有间隙。楔键的上下两面是工作面，键的上下表面及与它相配合的轮毂键槽底面均具有1:100的斜度。3．楔键连接

§6-1键连接4．切向键连接由一对斜度为1:100的楔键组成。用一个切向键时，只能传递单向转矩；当要传递双向转矩时，必须用两个切向键，两者间的夹角为120°～130°。

§6-1键连接二、键的选择和键连接强度计算键联接41．键的选择键的截面尺寸（b×h）按轴的直径d由标准中选定。键的长度Ｌ参考轮毂的长度确定，一般应略短于轮毂长，并符合标准中规定的尺寸系列。键的主要尺寸为其键的截面尺寸（宽度b×高度h）及键长L。键的选择包括类型选择和尺寸选择两方面。键的类型应根据键连接的结构特点、使用要求和工作条件来选择（1）平键连接强度计算对于普通平键连接（静连接），其主要失效形式是较弱零件工作面被压溃，一般不会出现键的剪断，通常按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。对于导向平键连接和滑键连接（动连接），其主要失效形式是工作面的过度磨损，通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。2．键连接强度计算

§6-1键连接假定载荷在键的工作面上均匀分布。普通平键连接的强度条件为:导向平键连接和滑键连接接的强度条件为：键联接5式中：（圆头平键）（平头平键）（单圆头平键）[sp]、[p]为键联接的许用挤压应力和许用压力→

§6-1键连接（2）半圆键连接强度计算

当强度不足时，可适当增加键长或采用双键。两个平键应布置在沿周向相隔180°，两个半圆键应布置在周的同一条素线上，两个楔键则应布置在沿周向相隔90°~120°。考虑到两个键的载荷分布不均匀性，在强度校核中可按1.5个键计算。半圆键只用于静连接，其主要失效形式是工作面被压溃。通常按工作面的挤压应力进行强度校核计算，强度条件为：键联接5楔键连接主要失效形式是相互楔紧的工作面被压溃，切向键连接的主要失效形式是工作面被压溃，故应检核各工作面的抗挤压强度。一、花键连接的类型、特点、和应用

§6-2花键连接

花键连接是由外花键和内花键组成。将具有均布的多个凸齿的轴置于轮毂相应的凹槽中所构的联接。其工作面是键齿侧。

花键连接是多齿传递载荷，故比平键联接的承载能力高，定心性和导向性好，对轴的削弱小(齿浅、应力集中小)；

花键连接适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的连接；

花键加工需用专门的设备和工具，成本较高；

花键连接按齿形不同，可分为矩形花键和渐开线花键两类，且均已标准化。二、花键连接强度计算§6-2花键连接

花键连接的受力情况如右图。其主要失效形式仍是工作面被压溃（静联接）或工作面过度磨损（动联接）。

强度计算时，假定载荷在键的工作面上均匀分布，每个齿工作面上压力的合力F作用在平均直径dm处，并引入载荷分配不均匀系数y，则花键联接的强度校核式为：键的工作高度为：[sp]、[p]为花键联接的许用挤压应力和许用压力→渐开线花键a=30°，h=ma=45°，h=0.8m静联接：动联接：矩形花键由于型面联接要用到非圆形孔，以前其加工困难，限制了型面联接的应用。

在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、注塑零件。要注塑出各种各样的非圆形孔是毫无困难的，故型面联接的应用获得了发展。应用较多的是带切口圆形和正六边形型面。

§6-3无键连接一、型面连接型面连接是用非圆截面的轴与相同轮廓的毂孔配合而构成的连接，用以传递运动和转矩，它是无键联接的一种型式。凡是轴与毂的连接不用键或花键时，统称为无键连接。无键连接主要有型面连接、胀紧连接等。

§6-3无键连接二、胀紧连接胀套的尺寸选择：

胀紧连接是在毂孔与轴之间装入胀紧连接套（简称胀套），在轴向力作用下，同时胀紧轴与毂而构成的一种静联接。

各型胀套已标准化，选用时可根据轴、毂尺寸及传递载荷大小，从标准中选择合适的型号和尺寸。胀紧连接的定心性好，装拆方便，引起的应力集中较小，承载能力高，并且有安全保护作用。

由于要在轴和毂孔之间安装账套，应用优势受到结构尺寸的限制。安全销§6-4销连接定位销：用来固定零件之间的相对位置的销，是组合加工和装配时的重要辅助零件；连接销：用于连接的销，可传递不大的载荷；安全销：作为安全装置的过载剪断原件的销，在机器过载时被剪断。销连接是通过销将两个被连接件连接在一起。定位销连接销

§6-4销连接销有多种类型，如圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等。销的材料为35、45钢（开口销为低碳钢），许用应力[t]=80MPa，许用挤压应力[sp]与键联接的挤压应力相同。槽销销轴和开口销开尾圆锥销圆柱销圆锥销内螺纹圆锥销

键连接1.普通平键普通平键按构造分，有圆头（Ａ型）、平头（Ａ型）以及单圆头（Ｃ型）三种，其结构形式如下图所示：Ａ型平键的轴槽用端铣刀加工，键在槽中固定良好，但轴上键槽引起的应力集中较大；Ｃ型平键常用于轴端与毂类零件连接，与Ａ型平键一样，其圆头部分的侧面与键槽领不接触，未能充分利用。Ｂ型平键用于盘铣刀加工的轴槽，轴的应力集中较小；

键连接2.导向平键当被连接的毂类零件在工作中必须在轴上作轴向移动时，则可采用导向平键。导向平键是一种较长的平键，结构形式如下图：用于轴上零件轴向移动量不大的场合，如变速箱中的滑移齿轮。键用螺钉固定在轴上，键与轮毂键槽为间隙配合，轴上零件能做轴向移动。为了拆卸时方便，设有起键螺钉孔，以便拧入螺钉使键退出键槽。

键连接3.滑键返回当零件需要滑移的距离较大时，因所需导向平键的长度过大，制造困难，故宜采用滑键。滑键固定在轮毂上，轴上零件带键在轴上的键槽中作轴向移动。滑键主要用于轮上零件移动量较大的场合。键连接键连接的许用挤压应力、许用压力许用挤压应力、许用压力连接工作方式键或毂、轴的材料载荷性质静载荷轻微冲击冲击[σp]静连接钢120～150100～12060～90铸铁70～8050～6030～45[p]动连接钢504030注：如与键有相对滑动的被连接件表面经过淬火，则动连接的许可应力[p]可提高2～3倍。返回花键连接返回许用挤压应力、许用压力连接工作方式使用和制造情况齿面未经热处理齿面经热处理[σp]静连接不良中等良好35～5060～10080～12040～70100～140120～200[p]空载下移动的动连接不良中等良好15～2020～3025～4020～3530～6040～70在载荷作用下移动的动连接不良中等良好------3～105～1510～20花键连接的许用挤压应力、许用压力注：1）使用和制造情况不良系指受变载荷，有双向冲击、振动频率高和振幅大、

润滑不良（对动连接）、材料硬度不高或精度不高等；

2）同一情况下，[σp]或[p]的较小值用于工作时间长和较重要的场合；

3）花键材料的抗拉强度不低于600MPa。§7-2带传动的工作情况的分析§7-3普通V带传动的设计计算§7-1概述第七章带传动§7-4V带轮的设计§7-5V带传动的张紧、安装与防护§7-6其他带传动简介

§7-1概述带传动概述1带传动的基本组成零件为带轮（主动带轮1、从动带轮2）和传动带3。一、带传动的类型按照工作原理不同，可分为摩擦型带传动和啮合型带传动。摩擦型带传动工作时靠带与带轮间的摩擦力传递运动和动力，如V带传动、平带传动等。啮合型带传动依靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。

§7-1概述

根据摩擦型带传动传动带横截面形状的不同，又可以分为平带传动、V带传动、多楔带传动、圆带传动。

平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。在一般机械传动中，应用最广的带传动是V带传动，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。

多楔带传动兼有平带传动和V带传动的优点，柔韧性好、摩擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。

圆带传动中圆带的截面为圆形，只能传递很小的功率，用于轻载机械中，如缝纫机中的圆形带。§7-1概述二、V带的类型V带按结构型式可分为普通V带、窄V带、大楔角V带、齿形V带、联组V带和接头V带等。Ｖ带的截面尺寸→1、普通V带

标准普通V带是用多种材料制成无接头的环形带。这些材料包括顶胶1、抗拉体2、底胶3和包布4。根据抗拉体结构的不同，普通V带分为帘布芯V带和绳芯V带两种。

普通V带的尺寸已标准化，按截面尺寸由小到大的顺序分为Y、Z、A、B、C、D、E7种型号。在同样条件下，截面尺寸越大则传递的功率就越大。

§7-1概述2、窄V带窄V带是一种新型V带，其结构特点是相对高度（截面高度与节宽之比）为0.9；且其顶宽约为普通V带的3/4，使其看上去比普通V带窄。窄V带能传递的功率较同级普通V带提高50%～150%。带速可达35～40m/s。因此，适用于高速传动，传递功率大且装置要求紧凑的场合。窄V带的截面形状

§7-1概述1.优点（1）能缓和载荷冲击；（2）运行平稳无噪音；（3）制造和安装精度不像齿轮啮合那样严格；（4）过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏；（5）可增加带长以适应中心距较大的工作条件（可达15m）。三、带传动的特点2.缺点（1）有弹性滑动和打滑，使传动效率降低并且不能保证准确的传动比；（2）传递同样大的圆周力时，轮廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大；（3）带的寿命较短。

§7-2带传动的工作情况的分析一、带传动的受力分析设带的总长度不变，假设带为线弹性体：F1－F0＝F0－F2或者：F1＋F2＝2F0；记传动带工作面上的总摩擦力为Ff，根据传动带上诸力对带轮中心的力矩平衡条件可得：

Ff＝F1－F2带传动尚未工作时，传动带中的预紧力为F0。带传动工作时，一边拉紧，一边放松，记紧边拉力为F1和松边拉力为F2。定义传动带的有效拉力为Fe，则Fe＝Ff＝F1－F2。a）静止状态b）工作状态

§7-2带传动的工作情况的分析带传动的最大有效拉力Fec计算方式由上式可知：紧边拉力和松边拉力之间的关系可用欧拉公式表示，即：①初拉力F0↑→最大有效拉力Fec↑②摩擦系数f↑→最大有效拉力Fec↑③小导轮包角α↑→最大有效拉力Fec↑有效拉力、带速和带传递的功率之间的关系为因此有：F1＝F0＋Fe／2；F2＝F0－