第2章筛分及筛分设备
2．1 概述
在矿物加工过程中经常先将松散的物料分成不同粒级，然后采用不同的分选方法和设备进行分选加工，或直接作为筛分产品供给用户。碎散物料分成不同粒级的过程叫筛分。
一、筛分作业的任务与分类
（1）独立筛分
当筛分产品作为最终产品供给用户使用时，称为独立筛分。对于煤炭工业，商品煤的粒级要根据煤质、煤的粒度组成和用户要求，按国家有关煤炭粒度分级的规定来确定，供动力用煤的粒级见下表。
（2）准备筛分
当筛分是为分选作业提供不同粒级的入选矿物时，称为准备筛分，如重选及磁选前的矿物筛分。在选矿过程中，不同的分选设备有着不同的适宜分选粒度，并对分选效果也有不同的影响。过粗的大块不能分选，过细的微粒难以回收。
（3）预先筛分与检查筛分
若用在破碎前把合格粒级预先筛出叫预先筛分；若用在破碎后以控制破碎产品的
粒度则叫检查筛分。许多情况下，一个筛分作业能同时起预先筛分和检查筛分的作用，如图所示。
预先筛分的目的是为了避免物料的过度破碎，从而提高破碎设备的生产能力和减
少动力消耗。检查筛分的目的是从破碎设备的产物中，将粒度不合格的大块筛出，以保证产品不超过要求的粒度上限。
（4）脱水筛分
将伴有大量水的碎散物料（如矿浆、泥浆等）作为筛分原料，以脱除其中液相为目的的
筛分称为脱水筛分。例如湿法选矿，都需要在水介质中进行，精、尾矿中含有大量的水，脱水筛分一方面对产品进行脱水，达到产品水分要求。另一方面可以回收水，以便循环使用。
（5）脱泥筛分与脱介筛分
为达到一定的工艺目的，将碎散物料或伴水的碎散物料作为筛分原料，脱除其中细粒的筛分，称为脱泥筛分或脱介筛分。例如，在跳汰选煤时，为了降低洗水粘度，提高细粒煤的分选效率，在煤进入跳汰机前的脱泥筛分；在重介质选煤时，为了回收细粒状的重介质（-200网目）所进行的脱介筛分。
二、筛分机械的类型
筛分机械的种类繁多，一般按筛面的结构形式和运动形式，将其分为以下几种类型。
1．固定筛
固定筛是最简单、也是最古老的筛分机械，筛面由许多平行排列的筛条构成，排列的方向与筛上料流的方向相同或垂直。筛面成水平安装或倾斜安装，工作时固定不动，物料靠自重沿筛面下滑而筛分。固定筛有棒条筛和条缝筛之分，前者筛条较粗、筛缝较大（一般>25 mm），用于粗粒级筛分；后者筛条较细，筛缝较小（一般0．25～l mm），用于矿浆的初步脱水。
弧形筛和旋流筛属于新型固定筛。弧形筛筛面沿筛上料流方向呈圆弧形，筛条与筛上料流方向垂直；旋流筛的筛面是圆锥形，筛条近似与母线平行。它们可用于矿浆的初步脱水、脱泥或脱介，工作时皆利用矿浆沿筛面运动时产生的离心力强化筛分。
固定筛构造简单，寿命长，尤其不消耗动力，设备成本和运行成本低。因此，虽然生产能力和筛分效率较低，但仍在广泛使用。
2．滚筒筛
滚筒筛的筛面为圆柱面或圆锥面筛筒，沿筛筒的对称轴线装有转轴，当传动装置带动转轴转动时，筛筒也随之回转。圆锥面筛筒水平安装，物料由筛筒小端给人，并随筛筒旋转被带起，当达到一定高度时，因受重力作用自行落下，如此不断起落运动实现物料的筛分。
3．振动筛
振动筛由筛箱、激振装置、传动装置、支承或吊挂装置组成。筛箱通过弹簧支承或吊挂在机架上，筛箱的振动依靠激振器产生振动。物料在筛面上作跳跃运动，并透过筛孔。
振动筛是一个弹性振动系统，其振幅受给料量和其他动力学因素的影响而可以改变。振动筛是目前矿物加工中应用最广的一种筛分机。
4．其他筛分机
其他筛分机如旋转概率筛、立式（卧式）振动离心筛、弛张筛、强化筛和变幅筛等。与
上面所述的筛分机比较，这些筛分机的结构形式、运动形式和工作原理都很新颖，对细、
湿、粘的物料的干法筛分较为有效。
2.2 筛分过程与筛分理论
散状物料的筛分过程，由两个阶段组成：一是小于筛孔尺寸的细颗粒通过粗颗粒所组
成的物料层到达筛面，简称分层；二是细颗粒透过筛孔成为筛下物，简称透筛，同时粗颗
粒留在筛面上成为筛上物。
筛分过程本是一个由颗粒群体参与的错综复杂过程，但是为了便于分析问题，经常以
单个颗粒为研究对象来分析其透筛过程。
一、 颗粒透筛的概率
假定直径为d 的单个球形颗粒在重力作用下向水平布置的筛面自由落下，筛丝直径为a ，
方形筛孔的边长为L （L ≥d ），如图3-2-3所示。
如果颗粒能够透过筛孔，则必须是球形颗粒的中心位于图中的阴影面积（L-d ）2之内，
否则，它将碰到筛丝被弹回。而整个过程（可称为事件A ）发生在面积（L ＋a ）2之内。
颗粒透过筛孔的概率P （A ）与面积（L —d ）2成正比，与面积（L ＋a ）2成反
比，即：
22222)1()
()()()(L d a L L d L d L A P -+=+-= 考查式（3-2-1）发现：
①根据L>d 的假设，恒有0≤P （A ）≤1或0≤P （A ）≤100％。
②式中L2／（L ＋a ）2项是筛孔面积与筛面面积的比值，称为筛面开孔率；d/ L 项称
为颗粒相对筛孔的粒度。因此，颗粒透筛概率与筛面开孔率成正比，与相对粒度成反比。
如果颗粒透筛概率越大，那么为显现这个概率值所需要的试验次数就越少；反之，概
率值越小，试验次数就越多。如果需要重复N 次试验才能显现透筛概率P （A ），则N 与P
（A ）成反比：N= l ／P （A ）。
对于一定的筛面，筛丝直径a 、筛孔边长L 及开孔率L2／（L ＋a ）2都是常数，只有
颗粒直径（粒度）d 或相对粒度L/d 是变量。因此可看做N 是d ／L 的函数。取不同的d
／L 值，计算出各相应的P （A ）值及N 值，可绘制出如图所示的曲线。
一般把1.25L ≥d ≥0.75L 称为难筛粒，小于此称为易筛粒。显然，当筛分原料中的易
筛粒较多时对筛分过程有利。
二、倾斜筛面的筛分粒度
筛分机的筛面一般是倾斜安装的，筛面与水平面的夹角称为筛面倾角。
倾角的大小与筛子的生产率和筛分效率有密切的关系。在筛分过程中存在这样一个粒度：该粒度的所有颗粒有一半进入筛上产物，而另一半进入筛下产物，则这个粒度称为筛分粒度，也称为规定粒度。
对于水平筛面，筛分粒度基本上等于筛孔尺寸，但倾斜筛面的筛分粒度要比筛孔尺寸小，如图所示。
颗粒能够无阻碍地透过筛孔的有效尺寸是筛孔尺寸L在平面上的投影值。对于筛孔大小一定的筛面，倾角α越大，颗粒透筛的通道越窄，筛分粒度越小；筛面厚度h越大，这种情况越突出。
倾斜筛面不仅使筛分粒度相对减小，而且使筛分不甚严格。
2.2.4筛分顺序
碎散物料筛分产物的级别超过两种时，分出物料的顺序由筛面的安装位置来决定。
筛分流程可以分为：
1、由粗到细的流程
2、由细到粗的流程
3、联合流程
1、由粗到细的筛分流程
在这种流程中，筛面一个个地重叠起来，上层筛面的筛孔较大，以下各层筛面的筛孔逐渐减小。
优点：
（1）筛面的磨损较小，虽然全部物料及其中的最大块加到筛孔最大的筛面上，但这个筛面往往由钢棒组成，不易磨损，并可保护下面的细孔筛网；
（2）细级别的物料筛分效率较高，因为加到细孔筛面上的物料数量较小；
（3）粗级别的物料在筛分过程中的破碎现象较小，因为粗级别的物料很快地从筛分过程中分出，这一点对煤的筛分具有重要意义；
（4）由于筛面是多层重叠的，所以筛分装置的布置比较紧凑
缺点：
观察下层筛面工作情况时很不方便，更换筛面困难，筛面布置过于密集，只能从筛子的一端排出各级别的物料
2、由细到粗的筛分流程
在这种流程中，筛面顺次地按照筛孔增加的顺序排列。
优点：
（1）检修方便，容易观察各层筛面的工作情况；
（2）各筛分级别可以沿整个筛面长度分别排出。
缺点：
（1）筛面磨损很快，筛分效率较低，因为全部物料都加到筛孔最小的筛面上；
（2）脆性物料的大块可能在筛面上破碎。
3、联合筛分流程
在这种流程中，一部分筛面由粗到细排列，另一部分筛面由细到粗排列。
2.2.5 筛分效率
筛分效率:实际得到的筛下产物量与入筛物料中所含粒度小于筛孔的物料量的比的百分
数。
%
10
%
100
100
4
?
=
?
?
=
α
αQ
C
Q
C
E
%
100
)
(
)
(
?
-
-
=
?
β
α
?
α
β
E
Ｅ――筛分效率，％；C――筛下产物重量；Ｑ――入筛原物料重量；α――入筛原物料中小于筛孔级别的物料含量，％
2.2.6、筛分过程动力学
筛分过程动力学主要研究筛分过程中，筛分效率与筛分时间的关系。
筛分效率是时间的函数。
设dw是在时间增量dt内所产出的筛下物增量，则dw／dt代表单位时间内筛下物的产量，称为筛下物产出速率，它与筛面上料层中小于筛分粒度的物料的质量W成正比：
ω
ω
k
dt
d
-
=(3-2-11)
通过积分得：
lnω=-kt+c
设w0是筛分原料中小于筛分粒度的物料的质量，则当t=0时，w=w0。因此有：C=lnw0，于是lnω=-kt+lnω0。或
kt
e-
=
ω
ω
。根据效率的基本定义有：
ω
ω
ω
η
-
=，于是：
kt
e-
-
=1
η。
而更常用的公式为：n kt e --=1η （3-2-12）
式（3-2-12）即为筛分效率与筛分时间的关系式，式中n 、k 均为与筛分原料的性质
及筛分条件有关的参数。 将式中ektn 项分解为级数 ,并取前两项代人式（3-2-12），令k=1/a ，
则有： n
n t a t +=η
(3-2-13)
筛分效率与筛分时间及筛子负荷的关系，如图所示。
2.2.7、影响筛分过程的因素
1．入筛原料性质的影响
①表面水分。
筛分效率与物料湿度的关系见图。
②含泥量。粘土物料在筛分中会粘结成团，使细泥混入
筛上产物中；此外，粘土也很容易堵塞筛孔。
③粒度特性。影响筛分过程的粒度特性主要是指原料中含有对筛分过
程有特定意义的各种粒级物料的含量。
表3-2-2 物料的粒度特性对筛分过程的影响
④密度特性。当物料中所有颗粒都是同一密度时，一般对筛分没有影响。但是当物料中粗、细颗粒存在密度差时，情形就大不一样。
2．筛子性能的影响
①筛面运动形式筛面运动形式关系到筛上物料层的松散度及需要透筛的细物料相对筛面运动的速度、方向、频率等，因而对分层、透筛过程均有影响。几种典型筛子的筛分效率大致如表所示。
在振动筛中，筛面的运动形式有圆振动、直线振动和椭圆振动几种。
其中圆振动形式能使物料充分松散，抗堵孔能力强，但筛上物料的抛射角大，输送能力小。
②筛面结构参数一般情况下，筛面宽度决定筛子的处理能力，筛面越宽，处理能力就越大；筛面长度决定筛子的筛分效率，筛面越长，效率就越高。对于振动筛，增加宽度常受到筛框结构强度的限制。
为便于排出筛上物，筛面往往倾斜安装。倾角的大小与筛子的生产率和筛分效率有密切的关系，
③振幅和振次筛面的振次和振幅是振动筛的主要动力学参数。在筛分干燥物料时，采用高频小振幅，在筛分干燥粗物料或潮湿细粒物料时，采用低频大振幅。
3．操作条件的影响
对一定的筛子和筛分原料而言，操作条件主要是指给料的数量和质量。前者即指筛子的负荷；后者是指应保持连续和均匀地向筛子给料，其中均匀性既包括在任意瞬时的筛子负荷都应相等，也包括物料是沿整个筛面宽度上给进。
2.3筛分技术及设备
一、筛分机的类型
筛分机依筛面的运动形式，可分成固定筛和振动筛两大类。固定又分为棒条筛、弧形筛、旋流筛等；振动筛又可分为直线振动、圆振动、旋转筛、辊轴筛、摇动筛等。
工业上应用最广泛的是振动筛。
二、惯性振动筛的基本组成与工作原理
1．惯性振动筛的基本组成与工作原理
1）圆振动筛（单轴筛）
圆振动筛的基本组成与工作原理如图所示。
根据筛机振动时，装在激振器轴上的带轮的几何中心
是固定或不定的方式，把圆振动筛以分为不定中心和自
定中心式。
直线振动筛的基本组成与工作原理如图3－2－13所示。
2) 直线振动筛
双轴惯性激振器3由两个单轴惯性激振器组合而成。当电动机5通过传动装置4
带动其中一根激振轴转动时，另一根激振轴也同步但异向转动。两根激振轴所产生的离心
惯性力在x －x 方向总是完全抵消：Fx=0；而在 y —y 方向总是完全叠加： t mr F y ωωcos 22=
显然，双轴惯性激振器所产生的合激振力的大小是按余弦规律变化的，其幅值为2mr
ω2；Fy 的方向取决于激振器相对筛面的安装方位。为了使筛箱只在y －y 方向上振动，而
不产生附加力矩，并且使其在平行于筛箱侧板的平面内摆动，y —y 线必须穿过振动体的重
心OM 点。
2. 振动筛的主要部件
1）筛箱
A筛框是用型钢组合起来的结构件,对它的基本要求是具有较大的整体刚度和抗疲劳强度。
B 筛面对筛面的基本要求是：有足够的机械强度、最大的开孔率、筛孔不易堵塞。所谓开孔率，是指筛孔总面积与整个筛面面积之比。常见的筛面有筛蓖、筛板、筛网、筛片和筛布等几种。按材质可分为金属和非金属两种。
①筛蓖。
②筛板。
③筛网筛网是用钢丝编织而成的筛面，筛孔一般为方形。采用不同的编织方法，可以编出多种结构的筛网。钢丝的材质有低碳钢，弹簧钢或不锈钢等几种。筛网的开孔率较高，可达70％，但没有筛板牢固，寿命较短。
④筛片筛片是用圆形金属丝（常用牌号为1Cr18Ni9Ti的钢丝）冷压成梯形、三角形或其他上宽下窄断面的筛条后，再经焊接或螺栓联接而成的筛面。筛片的孔形几乎都是长方形，且长宽比较大，通常称为筛缝。
C筛面在筛框上的固定
筛面在筛框上的固定固定方法，见图。
2．惯性激振器
1）单轴激振器
按偏心质量的配置方式，单轴激振器分为偏质轮式、偏质轴式、偏质轮轴式和偏质块式四种。
2）双轴激振器
双轴激振器基本上就是两个或两组单轴激振器的组合，按照偏心质量分配方式分类的单轴激振器，都可组合成对应的双轴激振器。偏质轴式直线振动筛双轴激振器见图。
箱式激振器的偏心质量均采用偏质块，齿轮对采用稀油润滑。为了调节激振力，有的剖分式激振器在其转轴的端部（箱体外边）装有调节的偏质块，调节原理与偏质一轮相同。箱式激振器可通过外壳上的法兰凸缘（图1－2－26（b）的剖分面法兰），用螺栓紧固在筛框侧板的开孔处，但更多的是通过外壳上、的底座法兰安装在筛框上特别设置的支承梁上。
3）振动电机
振动电机是把电动机和激振器合二为一的通用机电产品，用于包括振动筛在内的多种振动机械，其结构见图。
3．传动装置
振动筛的传动装置有带传动、挠性联轴器传动和联合传动三种。V形带传动功率大、效率高，被广泛采用；常用的挠性联轴器有万向联轴器和瓣形轮胎联轴器两种，其中后者的挠性件用输送带制作，取材容易、维修方便、造价低，故应用更为广泛，其结构如图所示。联合传动装置包括V形带、挠性联轴器和传动轴，如图1－2－29所示。
3．2．3 振动筛分机
1．DD型、ZD型、DS型、ZS型振动筛
这些振动筛是我国六七十年代的产品，主要用于煤炭行业，其中圆振动筛常用于分级，直线振动筛常用于脱水和脱介，许多用户至今仍在使用。其结构分别见图。型号意义。如DD1740、2ZS2065。
2．YK型、ZKX型、ZKB型、ZKS型振动筛
这些振动筛是我国八九十年代的产品，它们是对以往振动筛在结构方面优化后的结果，主要用于选煤、选矿生产，其中圆振动筛常用于预先筛分，直线振动筛常用于脱水和脱介。其结构分别见图。
其型号编制不太规范，一般意义为：
①筛箱运动形式：Y圆运动、Z直线、T椭圆；②偏心质块配置方式：K偏质块、L 偏质轮、Z偏质轴、F复合偏质）③补充说明：B（双电机驱动自同步）、X（箱式激振）、S（激振器的两根轴位于同一水平面。
ZKB型振动筛采用无齿轮双轴激振器及相应的双电机驱动方式。这从根本上解决了齿轮对的工作条件非常恶劣、必须用稀油润滑、油液容易泄漏和发热等问题。
ZKS型振动筛采用单电机驱动，虽然两根激振轴之间通过齿轮箱强迫联系，但是齿轮箱并不参加筛箱振动，是固定安装的，而且两根激振轴的初相位相差90°，同时振动方向角取45°，如图12－38所示。
ZKS型振动筛是水平双轴椭圆振动筛，只是因为椭圆的长、短轴之比较大，近乎直线，故按直线振动筛使用。
3．GS型概率筛、ZD型等厚筛、GDS型概率等厚筛
这是我国七八十年代的产品，主要用于中等粒度的煤炭或矿物的干法筛分，其结构分别见图。
瑞典的F．莫根森利用统计学方法，深人研究了物料在振动筛面上的透筛概率，建立了包括物料粒度、筛孔与筛丝尺寸、筛面倾角、物料入筛角、透筛概率等参量的关联式，以及包括筛面层数、筛面长度、透筛概率、分配量等参量的分配方程，提出了概率筛分法。以概率筛分法为基础设计的振动筛称为概率筛或莫根森筛。
概率筛的特点。
针对筛上料层厚度从给料端到排料端逐渐减薄，在筛面给料端，其透筛负荷过大，而在排料端，其透筛负荷过小，筛面利用率不合理的情况，法国的E．布尔斯特莱因于20世纪60年代提出了等厚筛分法。就是在筛分机工作时，筛面上的料层厚度自给料端至排料端基本保持一致，提高筛面利用的合理性。
3．2．4 干法深度筛分机
当原料的水分、粘性物及细颗粒的含量均较高时，一般的惯性振动筛按较小的筛分粒度进行干法筛分时常发生筛孔被堵塞的现象。为此，人们研制了各种干法深度筛分设备，这些筛子的结构原理新颖，效果显著，但结构一般较复杂。
1·旋转概率筛
旋转概率筛工作时不振动，只转动，筛缝比筛分粒度大得多，具有显著的概率筛分效应，故称为旋转概率筛。其结构原理如图所示。
筛分系统主要由筛盘、心轴和驱动装置组成。从给料盘落到旋转筛盘上的物料被筛分，细粒级物料透过筛缝，落到排料盘8上靠近中心区域；粗粒级物料在离心力作用下向筛盘外缘运动，在运动过程中，尚未透筛的细粒级物料继续透筛，最后粗粒级物料从筛盘下落到排料盘上远离中心区域。为避免分离后粗细物料混杂，在排料盘上设置了隔料筒9。筛盘转速可根据需要进行调整，从而改变筛分粒度。
旋转概率筛的筛分粒度主要取决于下列三个因素：①物料的下落速度即给料盘距筛盘的高度h；②楔形筛缝的尺寸即筛条的角间隔γ；③筛盘转速n。
2．立式圆筒筛
立式圆筒筛的结构原理如图所示。
立式圆柱形筛筒垂直放置，物料通过给料圆盘给入筛筒中。当电动机通过传动带驱动曲轴转动时，带动筛筒绕O－O轴线作水平面的高速圆运动，同时，由行星齿轮减速器带动给料盘和筛筒绕其几何轴线（O1一O1线）低速转动，即筛筒的运动是复合运动。复合运动的筛面使物料从筛面上近乎沿切向水平抛出，并投射到筛面的另一个周向位置上，使一部分细颗粒透过筛孔。如此反复抛出与投射，直至完成筛分，筛筒内、外侧的粗、细物料在其重力作用下下落，并分别经漏斗7、9收集后排出。筛筒的复合运动及物料的水平抛射运动如图l—2－46所示。
立式圆筒筛的振动强度很大，物料对筛面有清理作用，抗堵孔能力强，单位筛面面积处理能力大，能精确筛分。但是结构复杂，为使筛筒的圆振动惯性力被配重产生的离心惯性力相抵消，达到动平衡，要求制造精度高。
3．变幅筛
变幅筛的结构原理如图所示。变幅筛是平面曲柄摇杆运动系统，下端用铰轴支承的立式筛箱相当于摇杆，筛箱上的双层筛面均垂直于连杆运动平面，在筛箱的任意水平面上，筛面与两侧都构成“口”字形。物料由筛箱上部给人后，受两筛面往复撞击而实现筛分。变幅筛的主要特点是振幅大、频率低、物料易松散，上部筛面的振幅比下部筛面大，有利于大量细物料快速透筛，但要求给、排料配置高度较大。
4．弛张筛
弛张筛的结构原理如图所示。弛张筛是双质量振动系统，采用聚氨酯橡胶筛面，支承筛面的任意两根相邻横梁都分别属于两个振动质体，其中一个质体是筛箱，另一个质体是配重。当两质体相差π相位振动时，任意两根相邻横梁时而靠近，时而远离，弹性筛面也相应时而松弛，时而张紧，即筛面随筛箱作牵连运动的同时，还相对筛箱作相对运动。这种弛张运动不仅使筛孔不断产生变形，而且大大增加了筛面的振动强度，从而有效地克服了筛孔堵塞现象，显著提高了筛机处理能力。
5．无振动离心筛
无振动离心筛的结构原理如图所示。
它的工作原理是原煤由给料溜槽1进人给料盘，并均匀地撒向筛筒7，一部分小于筛孔的颗粒穿过，其余物料受筛筒阻滞作用仍留在内侧，这就实现了部分筛分。被阻滞在筛筒内侧的物料经过锥形漏斗进人第二层给料盘，并再次布料筛分，如此重复，最后筛上物和筛下物靠重力从各自的排料漏斗中排出。由于物料主要是在离心力场中实现筛分的，筛筒不作任何振动，故称之为无振动离心筛。
6．琴弦筛
琴弦筛实际上是采用琴弦筛丝作为筛面的惯性振动筛。它的特点是当筛面振动时，琴弦筛丝本身还产生自振，具有不堵孔、自清洗的能力。适用于25mm以下的小颗粒物料的筛分。
一、 名词解释 1.机械： 2.机器： 3.机构： 4.构件： 5.零件： 6.标准件： 7.自由构件的自由度数： 8.约束： 9.运动副： 10.低副： 11.高副： 23.机构具有确定运动的条件： 24.死点位置： 25.急回性质： 26.间歇运动机构： 27.节点： 28.节圆： 29.分度圆： 30.正确啮合条件： 31.连续传动的条件： 32.根切现象： 33.变位齿轮： 34.蜗杆传动的主平面： 35.轮系： 36.定轴轮系： 37.周转轮系： 38.螺纹公称直径：螺纹大径。39.心轴： 40.传动轴： 41.转轴： 二、 填空题 1. 机械是（机器）和（机构）的总称。 2. 机构中各个构件相对于机架能够产生独立运动的数目称为（自由度）。 3. 平面机构的自由度计算公式为：（F=3n-2P L -P H ）。 4. 已知一对啮合齿轮的转速分别为n 1、n 2，直径为D 1、D 2，齿数为z 1、z 2，则其传动比i= （n 1/n 2）= （D 2/D 1）= （z 2/ z 1）。 5. 铰链四杆机构的杆长为a=60mm ，b=200mm ，c=100mm ，d=90mm 。若以杆Ｃ为机架，则此四杆机构为（双摇杆机构）。 6. 在传递相同功率下，轴的转速越高，轴的转矩就（越小）。 7. 在铰链四杆机构中，与机架相连的杆称为（连架杆），其中作整周转动的杆称为（曲柄），作往复摆动的杆称为（摇杆），而不与机架相连的杆称为（连杆）。 8. 平面连杆机构的死点是指（从动件与连杆共线的）位置。 9. 平面连杆机构曲柄存在的条件是①（最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和）②（连架杆和机架中必有一杆是最短杆）。 10. 平面连杆机构的行程速比系数Ｋ=1.25是指（工作）与（回程）时间之比为（1.25），平均速比为（1：1.25）。 11. 凸轮机构的基圆是指（凸轮上最小半径）作的圆。 12. 凸轮机构主要由（凸轮）、（从动件）和（机架）三个基本构件组成。 13. 带工作时截面上产生的应力有（拉力产生的应力）、（离心拉应力）和（弯曲应力）。 14. 带传动工作时的最大应力出现在（紧边开始进入小带轮）处，其值为：σmax=σ1＋σb1＋σc 。 15. 普通Ｖ带的断面型号分为（Y 、Z 、A 、B 、C 、D 、E ）七种，其中断面尺寸最小的是（Y ）型。 16. 为保证齿轮传动恒定的传动比，两齿轮齿廓应满足（接触公法连心线交于一定点）。 17. 渐开线的形状取决于（基）圆。 18. 一对齿轮的正确啮合条件为：（m 1 = m 2）与（α 1 = α2）。 19. 一对齿轮连续传动的条件为：（重合度1>ε）。 20. 齿轮轮齿的失效形式有（齿面点蚀）、（胶合）、（磨损）、（塑 性变形）和（轮齿折断）。 21. 一对斜齿轮的正确啮合条件为：（m 1 = m 2）、（α 1 = α2） 与（β1=-β2）。 22. 蜗杆传动是由（蜗杆、蜗轮）和（机架）组成。 23. 通过蜗杆轴线并垂直蜗轮轴线的平面称为（中间平面）。 24. 常用的轴系支承方式有（向心）支承和（推力）支承。 25. 轴承6308，其代号表示的意义为（6：深沟球轴承、3：直 径代号，08：内径为Φ40）。 26. 润滑剂有（润滑油）、（润滑脂）和（气体润滑剂）三类。 27. 列举出两种固定式刚性联轴器（套筒联轴器）、（凸缘联轴 器）。 28. 轴按所受载荷的性质分类，自行车前轴是（心轴）。 29. 普通三角螺纹的牙形角为（60）度。 30. 常用联接螺纹的旋向为（右）旋。 31. 普通螺栓的公称直径为螺纹（大）径。 32. 在常用的螺纹牙型中（矩形）形螺纹传动效率最高，（三角） 形螺纹自锁性最好。 33. 减速器常用在（原动机）与（工作机）之间，以降低传速 或增大转距。 34. 两级圆柱齿轮减速器有（展开式）、（同轴式）与（分流式）三种配置齿轮的形式。 35. 轴承可分为（滚动轴承）与（滑动轴承）两大类。 36. 轴承支承结构的基本形式有（双固式）、（双游式）与（固游式）三种。 37. 轮系可分为（平面轮系）与（空间轮系）两类。 38. 平面连杆机构基本形式有（曲柄摇杆机构）、（双曲柄机构）与（双摇杆机构）三种。 39. 凸轮机构按凸轮的形状可分为（盘形凸轮）、（圆柱凸轮） 与（移动凸轮）三种。 40. 凸轮机构按从动件的形式可分为（尖顶）、（滚子）与（平底）三种。 41. 变位齿轮有（正变位）与（负变位）两种；变位传动有（等移距变位）与（不等移距变位）两种。 42. 按接触情况，运动副可分为（高副）与（低副） 。 43. 轴上与轴承配合部分称为（轴颈）；与零件轮毂配合部分称为（轴头）；轴肩与轴线的位置关系为（垂直）。 44. 螺纹的作用可分为（连接螺纹）和（传动螺纹） 两类。 45. 轮系可分为 （定轴轮系）与（周转轮系）两类。 46. 常用步进运动机构有（主动连续、从动步进）与（主动步进、从动连续）两种。 47. 构件是机械的（运动） 单元；零件是机械的 （制造） 单元。 48. V 带的结构形式有（单楔带）与（多楔带）两种。 三、 判断题 1. 一个固定铰链支座，可约束构件的两个自由度。× 2. 一个高副可约束构件的两个自由度。× 3. 在计算机构自由度时，可不考虑虚约束。× 4. 销联接在受到剪切的同时还要受到挤压。√ 5. 两个构件之间为面接触形成的运动副，称为低副。√ 6. 局部自由度是与机构运动无关的自由度。√ 7. 虚约束是在机构中存在的多余约束,计算机构自由度时应除去。√ 8. 在四杆机构中，曲柄是最短的连架杆。× 9. 压力角越大对传动越有利。× 10. 在曲柄摇杆机构中，空回行程比工作行程的速度要慢。× 11. 偏心轮机构是由曲柄摇杆机构演化而来的。√ 12. 曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演化而来的。√ 13. 减速传动的传动比i ＜1。× 14. Ｙ型Ｖ带所能传递的功率最大。× 15. 在Ｖ带传动中，其他条件不变，则中心距越大，承载能力越大。× 16. 带传动一般用于传动的高速级。× 17. 带传动的小轮包角越大，承载能力越大。√ 18. 选择带轮直径时，直径越小越好。× 19. 渐开线上各点的压力角不同，基圆上的压力角最大。× 20. 基圆直径越大渐开线越平直。√ 21. 设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。 √ 22. 在润滑良好的闭式齿轮传动中，齿面疲劳点蚀失效不会发生。 × 23. 只承受弯矩而不受扭矩的轴，称为心轴。√ 24. 螺钉联接用于被联接件为盲孔，且不经常拆卸的场合。√ 25. 挤压就是压缩。 × 26. 受弯矩的杆件，弯矩最大处最危险。× 27. 仅传递扭矩的轴是转轴。√ 28. 低速重载下工作的滑动轴承应选用粘度较高的润滑油。√ 29. 代号为6310的滚动轴承是角接触球轴承。×
机械设计概述 1.1机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段的主要内容是什么？ 答：机械设计过程通常可分为以下几个阶段： 1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。 2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。 3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。 4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。 1.2常见的失效形式有哪几种？ 答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失效等几种。 1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？ 答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。对于载荷而言称为承载能力。 根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。 1.4标准化的重要意义是什么？ 答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。
摩擦、磨损及润滑概述 2.1按摩擦副表面间的润滑状态，摩擦可分为哪几类？各有何特点？ 答：摩擦副可分为四类：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。 干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜，摩擦系数及摩擦阻力最大，磨损最严重，在接触区内出现了粘着和梨刨现象。液体摩擦的特点是两摩擦表面不直接接触，被液体油膜完全隔开，摩擦系数极小，摩擦是在液体的分子间进行的，称为液体润滑。边界摩擦的特点是两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，但由于边界膜较薄，不能完全避免金属的直接接触，摩擦系数较大，仍有局部磨损产生。混合摩擦的特点是同时存在边界润滑和液体润滑，摩擦系数比边界润滑小，但会有磨损发生。 2.2磨损过程分几个阶段？各阶段的特点是什么？ 答：磨损过程分三个阶段，即跑合摩合磨损阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。各阶段的特点是:跑合磨损阶段磨损速度由快变慢；稳定磨损阶段磨损缓慢，磨损率稳定；剧烈磨损阶段，磨损速度及磨损率都急剧增大。 2.3 按磨损机理的不同，磨损有哪几种类型？ 答：磨损的分类有磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损点蚀、腐蚀磨损。 2.4 哪种磨损对传动件来说是有益的？为什么？ 答：跑合磨损是有益的磨损，因为经跑合磨损后，磨损速度减慢，可改善工作表面的性质，提高摩擦副的使用寿命。 2.5如何选择适当的润滑剂？ 答：选润滑剂时应根据工作载荷、运动速度、工作温度及其它工作条件选择。 当载荷大时，选粘度大的润滑油，如有较大的冲击时选润滑脂或固体润滑剂。高速时选粘度小的润滑油，高速高温时可选气体润滑剂；低速时选粘度小的润滑油，低速重载时可选润滑脂；多尘条件选润滑脂，多水时选耐水润滑脂。 2.6润滑油的润滑方法有哪些？ 答：油润滑的润滑方法有分散润滑法和集中润滑法。集中润滑法是连续润滑，可实现压力润滑。分散润滑法可以是间断的或连续的。间断润滑有人工定时润滑、手动油杯润滑、油芯油杯润滑、针阀油杯润滑、带油润滑、油浴及飞溅润滑、喷油润滑、油零润滑等几种。 2.7接触式密封中常用的密封件有哪些？ 答：接触式密封常用的密封件有O形密封圈，J形、U形、V形、Y形、L形密封圈，以 2.8非接触式密封是如何实现密封的？ 答:非接触式密封有曲路密封和隙缝密封，它是靠隙缝中的润滑脂实现密封的。
《机械设计基础》典型试题及答案（10套） 《机械设计基础》典型试题1 一 .填空 1.一平面铰链四杆机构的各杆长度分别为a=350,b=600,c=200,d=700； (1) 当取c 杆为机架时，它为何种具体类型？___________；（2）当取d杆为机架时，则为___________。 2.曲柄摇杆机构中，摇杆为主动件时，___________死点位置。 （A）不存在（B）曲柄与连杆共线时为（C）摇杆与连杆共线时为 3.为保证四杆机构良好的机械性能，___________不应小于最小许用值。 （A）压力角（B）传动角（C）极位夹角 4.___________决定了从动杆的运动规律。 （A）凸轮转速（B）凸轮轮廓曲线（C）凸轮形状 5.凸轮机构中，凸轮基圆半径愈___________，压力角愈___________ ，机构传动性能愈好。 6.紧键联接与松键连联接的主要区别在于：前者安装后，键与键槽之间就存在有___________。 (A) 压紧力 (B) 轴向力 (C) 摩擦力 7.链“B18X80”的含义是_______________________。 8.螺纹联接是指___________________________。 螺旋传动是指___________________________。 9.螺纹的公称直径是指它的_______，螺纹“M12X1.5”的含义为 _______________________。 10.采用螺纹联接时，若被联接件总厚度较大，切材料较软，在需要经常装卸的情况下，宜采 用_______________________。用于薄壁零件联接的螺纹，宜采用 _______________________。 (A) 螺栓联接 (B) 双头螺栓联接 (C) 螺钉联接 (D) 三角形细牙螺纹 (E) 三角形粗牙螺纹 (F) 矩形螺纹 11.某调整螺纹，采用双头粗牙螺纹，螺距为3mm，为使螺母相对螺杆沿轴向移动12mm， 则螺杆应转_________圈。 1 《机械设计基础》典型试题及答案（10套） 12.国标规定，三角带有___________七种类型，代号‘B2240'表示 _______________________。 13.带传动的主动轮直径d =180mm，转速 n =940r/min，从动轮的直径为 d =710 转211速 n=233r/min,则其弹性滑动系数ε为_______________________。2 14.为使三角带传动中各根带受载均匀，带的根数不宜超过_______根。 (A)4 (B)6 (C)2 (D)10 15.一对齿轮啮合时,两齿轮的________始终相切。 (A)分度圆 (B) 基圆(C) 节圆(D) 齿根圆 16.一标准直齿圆柱的齿距为15.7mm，齿顶圆直径为400mm,则该齿轮的齿数为________。
钣金件工艺 机加工生产加工工艺 钣金车间工艺要求流程 （1）钣金车间可根据图纸剪板下料，在相应位置冲孔和剪角剪边。以前工序完成后进行折弯加工；第一步必须进行调整尺寸定位，经检查后进行下一步折弯工艺。折弯后经检查合格组焊；组焊要求必须在工装和模型具下进行组焊。根据图纸要求焊接深度和点处焊接。焊点高度不得超过设计要求、焊机工艺要求；2mm以下必须用二氧化碳保护焊和氩弧焊接。不锈钢板必须用氩弧焊。焊接件加工成形后进行校整，经检查符合图纸要求后进行下一步打磨拉丝。打磨必须以
量角样板进行打磨，不得有凸出和凹缺。拉丝面光吉度必须按图纸要求进行。 （2）外协碳钢件表面处理喷漆工艺要求：喷沙或氧化面积不得小于总面积的95％，除去沙和氧化液进行表面防锈喷漆和电镀处理。经底部处理后再进行表漆加工，表漆加工必须三次进行完成。喷塑厚度不得小于0.35mm。钣金件经检验合格后进厂入半成品库待装。 （3）入库件摆放要求：小件要求码齐入架存放。大件必须有间隔层，可根据种类整齐存放。 机加件加工流程： （1）机加工件工艺要求；原材料进厂由质检部进行检验，根据国家有关数据进行检测，进厂材料必须检测厚度、硬度、和其本几何尺寸。 （2）下料；根据图纸几何尺寸加其本加工量下料，不得误差太大。 （3）机床加工；根据零件图纸选择基本定位面进行粗加工、精加工，加工几何尺寸保留磨量。 （4）铣床加工；根据零件图纸选择基本刀具装入刀库，在加工过程中注意更换刀库刀具，工件要保整公差。 （5）钳工；机加件加工完成后根要求进行画线钳工制做，在加工过程中必须用中心尖定位。大孔首先打小孔定位再用加工大孔。螺纹加工要在攻丝机进加工，不得有角度偏差。螺纹孔加工后螺栓要保
第三章部分题解 3-5 图3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通过齿轮1 带动凸轮2 旋转后,经过摆杆3 带动导杆4 来实现冲头上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若有,应如何修改? 解画出该方案的机动示意图如习题3-5解图(a),其自由度为: F =3n-2P -P =33-24-1=0 3-6 54 其中:滚子为局部自由度计算可知:自由度为零,故该方案无法实现所要求的运动,即结 习题3-5 图 图3-37 解决方法:1增加一个构件和一个低副,如习题3-5 解图(b)所示。其自由度为: 构组成原理上有错误。 F =3n-2P -P =34-25-1=1 54 2将一个低副改为高副,如习题3-5 解图(c)所示。其自由度为: F =3n-2P -P =33-23-2=1 54 习题3-5 解图(a)画出图3-38 所示机构的运动简图(运动尺寸由图上量取),并计算其自由度。 (a)机构模型(d) 机构模型图3-38 习题3-6 图 习题3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(a)解图(a)或习题3-6(a)解图(b)的两种形式。计算该机构自由度为:
F =3n-2P -P =33-24-0=1 54 习题3-6(a)解图(a) 习题3-6(a)解图(b)习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)、习题3-6(d)解图(b)、习题3-6(d)解图(c) 习题3-5 解图(b) 习题3-5 解图(c) 解(a) 解(d) 等多种形式。 -1- 3-7 解(a) 解(b) 解(c) 54
计算该机构自由度为: F =3n-2P -P =33-24-0=1 54 习题3-6(d)解图(a)计算图3-39 所示机构的自由度,并说明各机构应有的原动件数目。 F=3n-2P-P=37-210-0=1 54 A、B、C、D 为复合铰链原动件数目应为1说明:该机构为精确直线机构。当满足BE=BC=CD=DE,AB=AD, AF=CF 条件时,E 点轨迹是精确直线,其轨迹垂直于机架 连心线AF F=3n-2P-P=35-27-0=1 习题3-6(d)解图(b) 习题3-6(d)解图(c) 解(d) 解(e)
机械设计基础习题参考答案 机械设计基础课程组编 武汉科技大学机械自动化学院
第2章 平面机构的自由度和速度分析 2-1画运动简图。 2-2 图2-38所示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。 4 3 5 1 2 解答：原机构自由度F=3?3- 2 ?4-1 = 0，不合理 ，
2-3 试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。 b) a) A E M D F E L K J I F B C C D B A 解答：a) n=7; P l=9; P h=2，F=3?7-2 ?9-2 =1 L处存在局部自由度，D处存在虚约束 b) n=5; P l=6; P h=2，F=3?5-2 ?6-2 =1 E、B处存在局部自由度，F、C处存在虚约束2-4 试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。 B D C A (a) C D B A (b) 解答：a) n=4; P l=5; P h=1，F=3?4-2 ?5-1=1 A处存在复合铰链 b) n=6; P l=7; P h=3，F=3?6-2 ?7-3=1 B、C、D处存在复合铰链 2-5 先计算如图所示平面机构的自由度。并指出图中的复合铰链、局部自由度和虚约束。
A B C D E 解答： a) n=7; P l =10; P h =0，F=3?7-2 ?10 = 1 C 处存在复合铰链。 b) n=7; P l =10; P h =0，F=3?7-2 ?10 = 1 B D E C A c) n=3; P l =3; P h =2，F=3?3 -2 ?3-2 = 1 D 处存在局部自由度。 d) n=4; P l =5; P h =1，F=3?4 -2 ?5-1 = 1 A B C D E F G G' H A B D C E F G H I J e) n=6; P l =8; P h =1，F=3?6 -2 ?8-1 = 1 B 处存在局部自由度，G 、G'处存在虚约束。 f) n=9; P l =12; P h =2，F=3?9 -2 ?12-2 = 1 C 处存在局部自由度，I 处存在复合铰链。
m 《机械设计基础》试题 班级 学号 姓名 题号 一 二 三 四 五 总分 分数 10 10 30 30 20 100 得分 一、判断以下各题是否正确，对的在括内标记“√”，错用标记“X ”（每小题 1 分） 1. 曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，机构会出现死点位置。 （ √ ） 2. 对移动从动件凸轮机构，从动件的运动规律及行程一致时，凸轮的基圆半径愈大，则压力角也愈大。 （ × ） 3. 为了使凸轮轮廓在任何位置既不变尖更不相交，滚子半径必须大于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径。 （ × ） 4. 当计算螺纹强度时，总是先按螺纹的内径计算其拉伸应力，然后与其材料的许用应力进行比较。 （ × ） 5. 设计齿轮传动时，同一齿数的直齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮的齿形系数 Y F 值是相同的。 （ × ） 6. 齿轮传动中，因为两齿轮啮合点的最大接触应力相等，即H 1 = H 2 ，所以闭式软齿面齿轮 传动的两齿轮的材料及表面硬度应相同。 （ × ） 7. 蜗杆传动的失效形式主要是蜗轮轮齿折断。 （ × ） × 8. 设计 V 带传动，选取小带轮直径 d 1 时，应使之小于最小直径 d min 。 ） （ 9. 维持边界油膜不遭破裂是非液体摩擦滑动轴承的设计依据。 （ √ ） 10. 某型号滚动轴承经计算其额定寿命为 2000 小时，说明该型号轴承 90%能达到 2000 小时， 但有 10%可能达不到 2000 小时。 （ √ ） 二、选择题（选择正确答案，在横线上填写一个号码，每小题 1 分） 1. 机构具有确定运动的条件是，机构的原动件数目必须 （2） 机构的自由度。 （1）小于； （2）等于； （3）大于； 2. 凸轮机构从动件作等速规律运动时会产生 （1） 冲击。 （1）刚性； （2）柔性； （3）刚性和柔性 3. 一对标准齿轮如果安装时中心距 a ′＞ 2 (Z 1 + Z 2 ) 时，传动比数值 （3） 。
铸造生产的工艺流程 铸造生产是一个复杂的多工序组合的工艺过程，它包括以下主要工序： 1）生产工艺准备，根据要生产的零件图、生产批量和交货期限，制定生产工艺方案和工艺文件，绘制铸造工艺图； 2）生产准备，包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备； 3）造型与制芯； 4）熔化与浇注； 5）落砂清理与铸件检验等主要工序。 成形原理 铸造生产是将金属加热熔化，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中，在重力或外力（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成铸件（或零件）的一种金属成形方法。 图1 铸造成形过程
铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。但也有许多铸件无需切削加工就能满足零件的设计精度和表面粗糙度要求，直接作为零件使用。 型砂的性能及组成 1、型砂的性能 型砂（含芯砂）的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。2、型砂的组成 型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海砂、河砂或山砂等。铸造用粘接剂有粘土（普通粘土和膨润土）、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油等，分别称为粘土砂，水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。为了进一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤份、锯末、纸浆等。型砂结构，如图2所示。 图2 型砂结构示意图 工艺特点 铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（如各种铸铁件、有色合金铸件等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点：1）铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到数百吨；铸件壁厚可以从0．5毫米到1米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米。 2）铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。 3）铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时。 4）铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低。 5）铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以机械化生产。 铸件的手工造型 手工造型的主要方法 砂型铸造分为手工造型（制芯）和机器造型（制芯）。手工造型是指造型和制芯的主要工作均由手工完成；机器造型是指主要的造型工作，包括填砂、紧实、起模、合箱等由造型机完成。泊头铸造工量具友介绍手工造型的主要方法： 手工造型因其操作灵活、适应性强，工艺装备简单，无需造型设备等特点，被广泛应用于单件小批量生产。但手工造型生产率低，劳动强度较大。手工造型的方法很多，常用的有以下几种： 1．整模造型 对于形状简单，端部为平面且又是最大截面的铸件应采用整模造型。整模造型操作简便，造型时整个模样全部置于一个砂箱内，不会出现错箱缺陷。整模造型适用于形状简单、最大截面在端部的铸件，如齿轮坯、轴承座、罩、壳等（图2）。
第11章连接 基本要求：了解连接的类型和应用；了解螺纹连接的类型和应用；掌握螺旋副的受力分析、效率和自锁，螺纹连接的防松装置；掌握螺纹连接失效形式及强度计算；了解螺旋传动的受力 情况及计算要点；了解轴毂连接的类型及应用。 重点：螺旋副的受力分析、效率和自锁；螺纹连接失效形式及强度计算。 难点：螺旋副的受力分析，效率和自锁；螺栓连接的计算。 学时：课堂讲授：8学时。 教学方法：多媒体结合板书。
11.1 连接概述 一部机器通常都是由成百上千个零件所组成的，但这些零件并不是随意罗列在一起的，由于使用、结构、制造、装配、运输等原因，机器中有许多零件需要按照一定的要求和方式它们连接起来，而构成一个整体。 零件的连接方式有多种：被连接件间相互固定、不能作相对运动的称为静连接；能按一定运动形式作相对运动的称为动连接。 通常所谓的连接主要是指静连接。 静连接的分类见表10-1。 ——螺纹连接 ——键连接 ——可拆的连接————销连接 ——弹性环连接 连接————成形连接 ——夹紧连接 ——焊接 ——不可拆的连接————铆接 ——粘接 ——过盈配合 在这些连接方式中尤其是以螺纹连接应用最为广泛，各种类型的机器设备中都有这种连接方式，如：自行车等。 螺纹连接的主要特点： 1)构造简单，形式繁多； 2)连接可靠，具有良好的自锁性能； 3)装拆方便； 4）能够承受较大的载荷，如起重设备中的连接； 5)容易制造：手工——板牙、丝锥； 机械——车制、碾制、铣制、磨制； 6）价格低廉，选用方便，标准件。
11.2 螺纹的主要参数 11.2.1 螺纹的形成 如图11-1所示，将一倾斜角为ψ的直角三角形绕在直径为d2的圆柱体上，其三角形的斜边，便形成一条螺旋线任取一平面图形，使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。 图11-1 螺纹的形成 11.2.2 螺纹的类型和分类 1.按照平面图形的形状：螺纹分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。 2.按照螺旋线的旋向：螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时，才采用左旋螺纹。 3.按照螺旋线的数目：螺纹还分为单线螺纹和多线螺纹，为了制造方便，螺纹的线数一般不超过4。 4.按功能：连接螺纹；传动螺纹，调节螺纹，阻塞螺纹等 5.按标准：公制螺纹，英制螺纹 6.螺纹有内螺纹和外螺纹之分，两者旋合组成螺旋副或称螺纹副。 7.按照母体形状，螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。 11.2.3 螺纹的基本参数 以圆柱螺纹为例， 大径——d、D 中径——d2、D2 小径——d1、D1 线数——n 螺距——P 导程——S S＝nP
《机械设计基础》课程试题库 一、填空题 在设计V 带传动时，V 带的型号是根据 计算功率 和 小带轮转速 选取的。 对于两级斜齿圆柱齿轮传动，应使中间轴上的两个斜齿轮的旋向 对于闭式软齿面齿轮传动，主要按 接触 强度讲行设计，而按 弯曲 强度讲行校核。 带传动中，带上受的三种应力是 拉 应力， 弯曲 应力和 离心拉 应力。最大应力发生 在 带的紧边开始绕上小带轮处 链轮的转速 高 ，节距 大 ，齿数 少 ，则链传动的动载荷就越大。 齿轮传动（大、小齿轮分度圆直径分别为d 2、dj 传动比表达式为 —i=d 2/d 1 __________ 。蜗 杆传动（蜗杆分度圆直径 d 1，蜗杆分度圆柱导程角Y ,蜗轮分度圆直径d 2）传动比 表达式为 ___________ 2/ atg Y 1. 2. 在铰链四杆机构中，双曲柄机构的最短杆与最长杆长度之和 确定凸轮基圆半径的原则是在保证 a max < [ a ]条件下， 其余两杆长度之和。 选择尽可能小的基圆半径 小于等于 3. 一对齿轮传动中，大、小齿轮的齿根最大弯曲应力通常是 等的。 5. 6. 滚动轴承主要失效形式是 疲劳点蚀 和 塑性变形 7. 在蜗杆传动中，一般蜗杆头数取 Z 1= 1、2、4 ，蜗杆头数越少，自锁性越 好 。 8. 接合面间的摩擦 9. 普通螺纹联接承受横向外载荷时，依靠 _ ___作用，可能的失效形式为 断裂 。 平键联接中， 两侧 面是工作面，楔形键联接中， 承载，螺栓本身受 预紧力 上下 .面是工作面。 4. 10. 11. 蜗杆传动发热计算的目的是防止 温升过高 而产生齿面 胶合失效。 12. 13. 14. 轴上的键槽通常采用 铳削 加工方法获得。 15. 联轴器和离合器均可联接两轴，传递扭矩，两者的区别是 随时分 离 前者在运动中不能分离，后者可以 16. 17. 18. 19. 20. 21. 验算非液体摩擦滑动轴承的 pv 值是为了防止轴承过热而发牛胶合：验算轴承速度 v 是为了 防止 轴承加速磨损或产生 巨大热量 。普通三角形螺纹的牙型角为 ___60―度。 紧螺栓联接按拉伸强度计算时，考虑到拉伸应力和扭转切应力复合作用，应将拉抻 载荷 增大至 1.3 ___________倍。 受轴向工作载荷的紧螺栓联接，设螺栓刚度 C1远远小于被联接件的刚度 C2,则不 论工作载荷F 是否变化，螺栓中的总拉力F 2接近— 紧力 ___________ 。 带传动中，带的弹性滑动是带传动的 ______ 固有 _____ 性，是_不可 ________ 免的。 带传动的最大有效圆周力随着初拉力、包角、摩擦系数的增大而增大。 若齿轮传动的传动比、中心距和齿宽不变，增加两轮的齿数和，则弯曲强度 ____________________ 减 小 ____ ，接触强度 ______ 变 22.
3-1 何谓构件？何谓运动副及运动副元素？运动副是如何进行分类的？ 解答：构件是机器中每一个独立运动的单元体，是组成机构的基本要素之一。运动副是由两个构件直接接触而组成的可动连接，是组成机构的基本要素之一。运动副元素是两构件能够参加接触而构成运动副的表面，如点线面等。运动副分类： a) 按两构件接触情况分为低副和高副； b) 按两构件相对运动情况分为平面运动副和空间运动副。 2 机构运动简图有何用处？它能表示出原机构哪些方面的特征？如何绘制机构运动简图? 答：机构运动简图：表达各种构件的相对运动关系，确切表达机构的运动规律和特性，用规定符号表示构件和运动副，并按比例绘制的图形。 机构运动简图的用处：表达各种构件的相对运动关系，确切表达机构的运动规律和特性。 4 在计算机构的自由度时，应注意哪些事项？通常在哪些情况下存在虚约束？答：在计算机构的自由度时，应注意复合铰链、局部自由度、虚约束。虚约束通常存在情况有：1.两构件组成多个导路相互平行或重合的移动副，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束；2两构件构成高副，两处接触且法线重合或平行；3. 轨迹重合：在机构中，若被联接到机构上的构件，在联接点处的运动轨迹与机构上的该点的运动轨迹重合时，该联接引入的约束是虚约束；4、机构中存在对传递运动不起独立作用的对称部分。 **平面机构中的低副和高副各引入几个约束？ 答：每个自由构件具有3个自由度，高副引入一个约束，还有两个自由度；低副引入两个约束，还有一个自由度。 4-1 什么是连杆机构的急回特性？他用什么表达？什么叫极位角？它与机构的急回特性有什么关系？
4-2什么叫死点？ 5-18、请指出凸轮机构从动件常用运动规律有哪些？并说明每一种运动规律的冲击特性及其应用场合。答：凸轮机构从动件常用运动规律有：（1）等速运动规律；）等速运动规律有刚性冲击，用于低速轻载的场合；（2）等加速等减速运动规律，等加速等减速运动规律有柔性冲击，用于中低速的场合；（3）简谐运动规律（余弦加速度运动规律）；简谐运动规律（余弦加速度运动规律）当有停歇区间时有柔性冲击，用于中低速场合；当无停歇区间时无柔性冲击，用于高速场合。 9、何为带传动的弹性滑动？何为带传动的打滑？请具体说明二者最主要的区别。答：由于带的紧边与松边拉力不等，使带产生弹性变形而引起的带在带轮表面上滑动的现象，称为弹性滑动。 当带传动工作过程中作用到从动轮上的阻力矩大于带和带轮间的极限摩 擦力矩时，带与带轮的接触面就会发生相对滑动的现象，称为打滑。 区别：打滑是有过载引起的，是可以避免的，不过载就不会打滑； 而弹性滑动是由于传动带具有弹性且紧边与松边存在拉力差而产生的，它是带传动中所固有的物理现象，是不可以避免的。 6-2直齿圆柱齿轮的基参数？ （1）齿数z: 齿轮整个圆周上轮齿的总数 2）模数m: 分度圆的周长l=πd=zp，则有分度圆直径d=p/π*z 由于π是无理数，给齿轮的设计、制造及检测带来不便。为此，人们将比值p/π为简单的有理数（如1,2,3…）并将该比值为模数，用m表示，单位是：mm。因此分度圆直径d=mz，分度圆齿距p=πm。模数是决定齿轮尺寸重要参数，齿数相同的齿轮，模数越大，其尺寸也越大。 3）压力角α：渐开线上各点的压力角是不同的。压力角太大对传动不利，我国规定压力角为20度。 4）齿顶高系数ha *和顶隙系数c*。齿轮齿顶高和齿根高得计算：ha = ha *m， hf =
《机械设计基础》试题七答案 一、填空（每空1分，共20分） 1、渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，正确啮合条件是模数相等，压力角相等。 2、凸轮机构的种类繁多，按凸轮形状分类可分为：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮。 3、 V带传动的张紧可采用的方式主要有：调整中心距和张紧轮装置。 4、齿轮的加工方法很多，按其加工原理的不同，可分为范成法和仿形法。 5、平面四杆机构中，若各杆长度分别为a=30，b=50，c=80，d=90，当以a为机架，则该四杆机构为双曲柄机构。 6、凸轮机构从动杆的运动规律，是由凸轮轮廓曲线所决定的。 7、被联接件受横向外力时，如采用普通螺纹联接，则螺栓可能失效的形式为__拉断。 二、单项选择题（每个选项0.5分，共20分） （）1、一对齿轮啮合时 , 两齿轮的 c 始终相切 (A)分度圆 (B) 基圆 (C) 节圆 (D) 齿根圆 （）2、一般来说， a 更能承受冲击，但不太适合于较高的转速下工作。 (A) 滚子轴承 (B) 球轴承 (C) 向心轴承 (D) 推力轴承 （）3、四杆机构处于死点时，其传动角γ为A 。 （A）0°（B）90°（C）γ>90°（D）0°<γ<90° （）4、一个齿轮上的圆有 b 。 （A）齿顶圆和齿根圆（B）齿顶圆，分度圆，基圆和齿根圆 （C）齿顶圆，分度圆，基圆，节圆，齿根圆（D）分度圆，基圆和齿根
（）5、如图所示低碳钢的σ－ε曲线，，根据变形发生的特点，在塑性变形阶段的强化阶段(材料恢复抵抗能力)为图上 C 段。 （A）oab （B）bc （C）cd （D）de （）6、力是具有大小和方向的物理量，所以力是 d 。 （A）刚体（B）数量（C）变形体（D）矢量 （）7、当两轴距离较远，且要求传动比准确，宜采用。 (A) 带传动 (B)一对齿轮传动 (C) 轮系传动（D）螺纹传动 （）8、在齿轮运转时，若至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮固定几何轴线转动，则轮系称为 a 。 (A) 行星齿轮系 (B) 定轴齿轮系 (C)定轴线轮系（D）太阳齿轮系 （）9、螺纹的a 被称为公称直径。 (A) 大径 (B)小径 (C) 中径（D）半径 （）10、一对能满足齿廓啮合基本定律的齿廓曲线称为 D 。 (A) 齿轮线 (B) 齿廓线 (C)渐开线（D）共轭齿廓 （ B ）11、在摩擦带传动中是带传动不能保证准确传动比的原因，并且是不可避免的。 (A) 带的打滑 (B) 带的弹性滑动 (C) 带的老化（D）带的磨损 （ D）12、金属抵抗变形的能力，称为。 (A) 硬度 (B)塑性 (C)强度（D）刚度 （ B）13、凸轮轮廓与从动件之间的可动连接是 B。 （A）转动副(B) 高副 (C) 移动副（D）可能是高副也可能是低副 （ B）14、最常用的传动螺纹类型是 c 。 （A）普通螺纹(B) 矩形螺纹(C) 梯形螺纹（D）锯齿形螺纹 （）15、与作用点无关的矢量是 c 。 （A）作用力(B) 力矩 (C) 力偶（D）力偶矩 （）16、有两杆，一为圆截面，一为正方形截面，若两杆材料，横截面积及所受载荷相同，长度不同，则两杆的 c 不同。 （A）轴向正应力σ(B) 轴向线应变ε(C) 轴向伸长△l（D）横向线应变
a目录 第1章机械设计概述 (1) 第2章摩擦、磨损及润滑概述 (3) 第3章平面机构的结构分析 (12) 第4章平面连杆机构 (16) 第5章凸轮机构 (36) 第6章间歇运动机构 (46) 第7章螺纹连接与螺旋传动 (48) 第8章带传动 (60) 第9章链传动 (73) 第10章齿轮传动 (80) 第11章蜗杆传动 (112) 第12章齿轮系 (124) 第13章机械传动设计 (131) 第14章轴和轴毂连接 (133) 第15章轴承 (138) 第16章其他常用零、部件 (152) 第17章机械的平衡与调速 (156) 第18章机械设计CAD简介 (163)
第1章机械设计概述 1.1机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段的主要内容是什 么？ 答：机械设计过程通常可分为以下几个阶段： 1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。 2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。 3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。 4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。 1.2常见的失效形式有哪几种？ 答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失效等几种。 1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。对于载荷而言称为承载能力。 根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。 1.4标准化的重要意义是什么？
答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。
《机械设计基础》试题 一、选择题：本大题共10 个小题，每小题1.5 分，共15 分。 1.通常情况下蜗杆传动中蜗杆和蜗轮的轴线交错角为（）度。 a）20 b）30 c）60 d）90 2.渐开线标准直齿圆柱齿轮（短齿）的齿顶高系数为（），顶隙系数为（）。 a）1，0.1 b）0.8，0.2 c）0.8，0.3 d）1，0.25 3.渐开线斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是（） a）模数相等b）压力角相等 c）模数和压力角分别相等且为标准值d）a，b，c 都不对 4.用齿条形刀具加工标准直齿圆柱齿轮,当压力角为20°,齿顶系数为1 时,不根切的最少齿数是多少?（） a） 15 b）16 c） 17 d）18 5.对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是( )。 a）拉力b）扭矩c）压力d）拉力和扭拒 6.调节机构中，如螺纹为双头，螺距为3mm，为使螺母沿轴向移动9mm，螺杆应转 ( )转。 a）3 b）4 c）5 d）1.5 7.根据（）选择键的结构尺寸：b×h。 a）扭矩；b）单向轴向力；c）键的材料；d）轴的直径。 8.下列铰链四杆机构中，能实现急回运动的是( )。 a）双摇杆机构b）曲柄摇秆机构c）双曲柄机构 9.设计V 带传动时，控制带的最大线速度不要过大，其主要目的是为了( )。 a）使带的拉应力不致于过大b）使带的弯曲应力不致于过大 c） 使带的离心应力不致于过大 10.带传动作减速传动时，带的最大应力等于( )。 a）σ1+σb1+σc b）σ1+σb2+σc c）σ2+σb1+σc d）σ2+σb2+σc 二、填空题：每空0.5 分，共11 分。 1.螺纹按照其用途不同，一般可分为和。 2.对于渐开线齿轮，通常所说的齿形角是指上的吃形，该齿形角已经标准化了，
机械设计基础第二版(晓南_培林)题解 课后答案完整版 从自由度，凸轮，齿轮，v带，到轴，轴承 第三章部分题解 3-5 图3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通过齿轮1 带动凸轮2 旋转后，经过摆杆3 带动导杆4 来实现冲头 上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若 有，应如何修改？ 解画出该方案的机动示意图如习题3-5 解图(a)，其自由度为： F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′4-1= 0其中：滚子为局部自由度 计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结 图3-37 习题3-5 图构组成原理上有错误。 解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题3-5 解图(b)所示。其自由度为： F = 3n- 2P5 - P4 = 3′4- 2′5-1=1 ②将一个低副改为高副，如习题3-5 解图(c)所示。其自由度为： F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′3- 2 =1 习题3-5 解图(a)习题3-5 解图(b)习题3-5 解图(c) 3-6 画出图3-38 所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。 (a)机构模型 (d) 机构模型图3-38 习题3-6 图 解(a)习题3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(a)解图(a)或习题3-6(a)解图(b)的两种形式。 计算该机构自由度为： F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′4-0 =1 习题3-6(a)解图(a)习题3-6(a)解图(b) 解(d)习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)、习题3-6(d)解图(b)、习题3-6(d)解图 (c) 等多种形式。 - 1 - 计算该机构自由度为： F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′4-0 =1
机械设计基础 一．填空题： 1 .凸轮主要由（凸轮），（从动件）和( 机架)三个基本构件组成。 2 .凸轮机构从动件的形式有由（尖顶）从动件，( 滚子）从动件和（平底）从动件。 3 .按凸轮的形状可分为（盘型）凸轮、（移动）凸轮、（圆柱）凸轮、（曲面） 4. 常用的间歇运动机构有（棘轮）机构，（槽轮）机构，（凸轮间歇）机构和( 不完全齿) 机构等几种。 5 螺纹的旋向有（左旋）和（右旋）; 牙形有( 三角形). ( 梯形). ( 矩形). ( 锯齿形) 6.标准外啮合斜齿轮传动的正确啮合条件是：两齿轮的（法面模数）和（法面压力角）都相等，齿轮的（螺旋）相等（旋向）_相反 7 已知一平面铰链四杆机构的各杆长度分别为a=150, b=500, c=300, d=400，当取c 杆为机架时，它为（曲柄摇杆）机构；当取d杆为机架时，则为（双摇杆）机构。 8 平面连杆机构当行程速比K（＞1 ）时，机构就具有急回特性。 9 曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件是：当为（曲柄）主动件（曲柄与机架）共线时。 13 螺纹联接的基本类型有（螺栓联接）、（双头螺柱联接）、（螺钉联接）、（紧定螺钉联接）四种。 14 轮系按其轴相对机架是固定还是运动的可分为（定轴）轮系和（周转）轮系。 15 滚动轴承代号为62305/P5；各部分的含义是：“6”表示（沟球轴承）；“23”表示（宽度系数）；“05”表示（内径代号）；P5表示（精度公差等级）。16.螺纹的公称直径是指它的（大径），螺纹“M12X1.5左”的含义是（左旋细牙螺纹公称直径12 ）。 17.螺纹的公称直径是指它的 ( 大径 )。M16*2的含义是 ( 细牙螺纹外径16螺距2 )。 18.滚动轴承代号“6215”的含义是_ （"6"_表示是普通深沟球轴承，2_是宽度系列 5是内径代号 ). 20.一调整螺旋，采用双线粗牙螺纹，螺距为3毫米，为使螺母相对螺杆沿轴线移动2毫米，则螺杆应转___1/3______圈。 21.凸轮机构中的压力角是指 __轮上接触点的切线与从动件的运动速度方向_____间的夹角。 22.在曲柄摇杆机构中，当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不同的运动特性称为__急回特性_________。 23.为保证四杆机构良好的机械性能，___传动角__________不应小于最小许值