机械设计9章
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机械设计基础第9章 螺纹连接
ψ
Fa
11
重物下滑过程分析：
ψ
R
当ψ >ρ时
N
v
ρ
滑块在重力作用下会加速下滑
要使其匀速下滑，还要施加少
量的水平力F（F > 0）
F = Fa tan(ψ-ρ）
fN F
ψ
Fa
此时F 由驱动力变为阻力，而Fa由阻力变为驱动力
当ψ ≤ρ时
由于摩擦力过大，重物不能自行下滑，而在斜面上保持静止
要使其下滑需施加反向力， F ≤ 0，此时F 变为驱动力
tan S np d2 d2
ψ
4
二、螺纹的分类
普通螺纹 三角形
粗牙螺纹 一般连接 细牙螺纹 薄壁零件或微调装置
管 螺 纹 管路连接
牙 矩形 型 梯 形 传递运动或传力
锯齿形 (效率高)
牙顶较大圆角，旋合 后无径向间隙，英制
细牙螺纹
5
四种螺纹的牙侧角：
β=0° β=3°
β=15°
β=30°
螺纹旋向： 常用右旋，特殊要求时用左旋
一、螺旋线方向的判定
左(右)手自然展开成掌， 使拇指与螺纹轴线平行，若左 手四个指头的指向与螺纹牙走 向一致，则螺纹为左旋螺纹； 则螺纹为右旋螺纹。(见右图 中左旋螺纹的判定)
二、螺纹轴向力的判定
在螺母固定的情况下，旋动螺杆时，螺杆将沿轴线方 向前进或后退，这说明螺杆受到了一个沿运动方向的作用 力。该作用力方向的判定方法是对左、右旋螺纹分别采用 左、右手定则。具体做法如下：拇指伸直，其余四指握拳， 令四指弯曲方向与螺杆转动方向一致，拇指的指向即是螺 杆前进的方向。
此种现象称为“自锁”，自锁条件是： ψ ≤ρ
12
§9-2 螺纹副受力分析、效率和自锁
机械设计最新课件第9-10章
➢ 优点：寿命长、适于高速；油膜能缓冲吸振，耐冲击、承载 能力大；回转精度高、运转平稳无噪音；结构简单、装拆方便、 成本低廉。
➢ 缺点：非液体摩擦轴承摩擦损失大，磨损严重；液体动压润 滑轴承当起动、停车、转速和载荷经常变化时，难于保持液体 润滑，且设计，制造、润滑和维护要求较高。
➢ 应用：高速、高精度、重载、特大冲击与振动、径向空间 尺寸受到限制或必须剖分安装(如曲轴的轴承)、以及需在水或 腐蚀性介质中工作等条件下的轴承。
摩擦表面上可能存在一层氧化膜和自然污染，因而在工程中， 只要是名义上无润滑剂又没有明显润滑现象的摩擦，都认为是 干摩擦。
特点：摩擦系数及摩擦阻力最大，发热多，磨损最严重， 零件使用寿命最短，应力求避免。
二、边界摩擦 当两摩擦表面间存在润滑油时，由于润滑油极性分子能
牢固地吸附在金属表面上而形成极薄的边界油膜，这种状态 称为边界摩擦。 特点：不能完全避免金属的直接接触，这时仍有微小的摩擦力 产生，其 摩擦系数通常约在0.1～0.3，同时摩擦面间的磨损也 是不可避免的。
三、液体摩擦
当两摩擦表面间有充足的润滑油，而且能满足一定的条件， 则摩擦面间可形成厚度达几十微米的压力油膜，它足以将两个 表面完全分开，形成液体摩擦。这时的液体分子已大都不受金 属表面吸附作用的支配而自由移动，摩擦是在液体内部的分子
特点：摩擦系数极小，通常约在0.001～0.01 ，而且不会有磨损 产生。
粘度——衡量润滑油内部摩擦力大小的最重要的性能指标。
（1）动力粘度
du
dy
——流体单位面积上的剪切阻力，
即切应力；
du——流体沿垂直于运动方向(即沿图中y轴方向或流体膜厚度 dy 方向)的速度梯度；“－”号表示u 随y 的增大而减小；
➢ 缺点：非液体摩擦轴承摩擦损失大，磨损严重；液体动压润 滑轴承当起动、停车、转速和载荷经常变化时，难于保持液体 润滑，且设计，制造、润滑和维护要求较高。
➢ 应用：高速、高精度、重载、特大冲击与振动、径向空间 尺寸受到限制或必须剖分安装(如曲轴的轴承)、以及需在水或 腐蚀性介质中工作等条件下的轴承。
摩擦表面上可能存在一层氧化膜和自然污染，因而在工程中， 只要是名义上无润滑剂又没有明显润滑现象的摩擦，都认为是 干摩擦。
特点：摩擦系数及摩擦阻力最大，发热多，磨损最严重， 零件使用寿命最短，应力求避免。
二、边界摩擦 当两摩擦表面间存在润滑油时，由于润滑油极性分子能
牢固地吸附在金属表面上而形成极薄的边界油膜，这种状态 称为边界摩擦。 特点：不能完全避免金属的直接接触，这时仍有微小的摩擦力 产生，其 摩擦系数通常约在0.1～0.3，同时摩擦面间的磨损也 是不可避免的。
三、液体摩擦
当两摩擦表面间有充足的润滑油，而且能满足一定的条件， 则摩擦面间可形成厚度达几十微米的压力油膜，它足以将两个 表面完全分开，形成液体摩擦。这时的液体分子已大都不受金 属表面吸附作用的支配而自由移动，摩擦是在液体内部的分子
特点：摩擦系数极小，通常约在0.001～0.01 ，而且不会有磨损 产生。
粘度——衡量润滑油内部摩擦力大小的最重要的性能指标。
（1）动力粘度
du
dy
——流体单位面积上的剪切阻力，
即切应力；
du——流体沿垂直于运动方向(即沿图中y轴方向或流体膜厚度 dy 方向)的速度梯度；“－”号表示u 随y 的增大而减小；
机械设计基础第9章机械零件设计概论(六-1)
▲ 可靠性准则 ----当计及随机因素影响时，仍应确 保上述各项准则。
一）强度准则
强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。
即： σ ≤ σlim
σlim ----材料的极限应力
脆性材料：σlim = σB (强度极限)
延伸率 < 5％
塑性材料：σlim = σS (屈服极限) 延伸率 > 5％
为了安全起见，引入安全系数S，得：
B
如齿轮、凸轮、滚动轴承等。
潘存云教授研制
潘存云教授研制
若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，
由于变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表
层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。
这时零件强度称为接触强度。
机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的，在载荷重复作用下，首先在
表层内约20μm处产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将
▲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
机器的可靠度——指在规定的使用时间内和预定的环 境下机器能够正常工作的概率。
机器由于某种故障而不能完成预定的功能称为失 效，它是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环 境温度、零件本身物理和机械性能等因素是随机变化 的。为了提高零件的可靠性，就应当在工作条件和零 件性能两个方面使其变化尽可能小。
▲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
其它专用要求——针对不同机器所特有的要求。例如： 1)对机床有长期保持精度的要求； 2)对飞机有质量小，飞行阻力小而运载能力大的要求；
3)对流动使用的机器有便于安装和拆卸的要求；
4)对大型机器有便于运输的要求等等。
一）强度准则
强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。
即： σ ≤ σlim
σlim ----材料的极限应力
脆性材料：σlim = σB (强度极限)
延伸率 < 5％
塑性材料：σlim = σS (屈服极限) 延伸率 > 5％
为了安全起见，引入安全系数S，得：
B
如齿轮、凸轮、滚动轴承等。
潘存云教授研制
潘存云教授研制
若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，
由于变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表
层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。
这时零件强度称为接触强度。
机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的，在载荷重复作用下，首先在
表层内约20μm处产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将
▲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
机器的可靠度——指在规定的使用时间内和预定的环 境下机器能够正常工作的概率。
机器由于某种故障而不能完成预定的功能称为失 效，它是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环 境温度、零件本身物理和机械性能等因素是随机变化 的。为了提高零件的可靠性，就应当在工作条件和零 件性能两个方面使其变化尽可能小。
▲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
其它专用要求——针对不同机器所特有的要求。例如： 1)对机床有长期保持精度的要求； 2)对飞机有质量小，飞行阻力小而运载能力大的要求；
3)对流动使用的机器有便于安装和拆卸的要求；
4)对大型机器有便于运输的要求等等。
机械设计第09章链传动
3.心柱形式：圆柱式、轴瓦式、滚柱式；
4.特点： 传动平衡、无噪声、承受冲击性能好， 工作可靠; 适用于高速传动、大传动比和中心距较 小、运动精度要求较高的场合; 结构复杂、价格高、制造困难;
§9-3 滚子链链轮的结构和材料
链轮是链传动的主要零件，链轮齿形已经标准 化。链轮设计主要是确定其结构及尺寸，选择 材料和热处理方法。
一、链轮的基本参数及主要尺寸
分度圆直径d=p/sin(180° 分度圆直径d=p/sin(180°/z) d=p/sin(180
二、齿形
滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合 非共轭啮合，其链轮齿形 非共轭啮合 的设计可以有较大的灵活性； GB／T1244—1985中没有规定具体的链轮齿形 链轮齿形，仅 链轮齿形 仅规定了最大和最小齿槽形状及其极限参数，见 表9-5。
Z
P
KA--工作情况系数见表9－6 Kz—主动链齿数系数 图9-13 KP---多排链系数 P---传递的功率，kW
• 3 确定链条型号和节距p • 型号---查图9-11 • 链节距p---表9-1
4 计算链节数和中心距 链条长度以链节数Lp(节距p的倍数)来表示。
2a0 z1 + z2 z2 + z1 p Lp = + + p 2 π 2 a0
F = K f qa ×10
' f
−2
F f" = ( K f + sin α )qa × 10−2
松边：F2=FC+Ff 压轴力：
Fp ≈ KFp F e
KFp—压轴力系数 对于水平传动 KFp ＝1.15； 对于垂直传动KFp ＝1.05
§9-6 滚子链传动的设计计算
《机械设计》讲义(第八版)濮良贵(第9章)
§９—２ 传动链的结构特点： 一．滚子链： 1．结构： 1——滚子： 2——套筒： 3——销轴： 4——内链板 5——外链板
44
p
与 2 间隙配合。 与 3 间隙配合， 与 4 过盈配合。 与 5 过盈配合。
图9-2 滚子链的结构
b1
5 4 3 2 1
d2 d1
h2
《机械设计》 （第八版）濮良贵主编
《机械设计》 （第八版）濮良贵主编
第九章 链传动
第九章 链传动
§９—１ 链传动的特点及应用： 1．组成： 3．特点： 优： 链条，主、从动链轮，机架。 与带传动相比 1）平均传动比准确（∵无弹性滑动和打滑） ，效率较高（97～98%） 。 2）结构紧凑，压轴力 FP 小（∵无需张得很紧） 。 3）易安装，成本低，可远距传动。 （相对于齿轮） 4）可在高温、低速、多尘、润滑差的恶劣条件下工作。 缺： 4．适用： 5．分类： 1）只能用于平行轴间的同向传动。 2）瞬时传动比不恒定，冲击、噪音较大。 要求工作可靠，两轴相距较远，及其它不宜用齿轮传动处。 如： 农业、矿山、运输等机械中。 按用途不同可分三类： 又分： ①滚子链（主要介绍） ②齿形链 等几种。 2）输送链： 主要用于传送装置等（如：自动生产线的输送装置） 3）起重链： 主要用于起重机械中。 1）传动链： 使用最广，适用于： P＜100kw. v＜15m/s. i＜imax=8 的埸合。 P.165. 图 9-1. 2．工作原理： 靠链轮轮齿与链节的啮合传动。
50
p d sin(180 z)
（载荷平稳时，可达： i=10）
《机械设计》 （第八版）濮良贵主编
第九章 链传动
尽量选较小节距的单排链. ① 高速大功率：
并推荐:
机械设计基础-第9章-轴和联轴器
碳素钢
500许用弯曲应力170
75
45
600
200
95
55
700
230
110
65
800
合金钢
900
270
130
75
300
140
80
1000
330
150
90
铸钢
400
500
100
50
30
120
70
40
折合系数取值：α=
0.3 ----转矩不变； 0.6 ----脉动变化； 1 ----频繁正反转。
设计公式： d 3 M d
滑动轴承 向心球轴承 调心球轴承 圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 安装齿轮处轴
的截面
允许偏转角 [θ](rad)
0.001 0.005 0.05 0.0025 0.0016
0.001~0.00 2
四、轴的设计
类比法 根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出 轴的零件图。
设计计算法
根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。 按扭转强度估算出轴的最小直径。 设计轴的结构，绘制出轴的结构草图。包括
第九章 轴和联轴器
§9.1 轴的分类和材料 §9.2 轴的结构 §9.3 轴的计算 §9.4 轴毂联结 §9.5 联轴器和离合器
§9-1 轴的分类和材料
轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转 运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。
分类： 按承受载荷分有：
类 型
按轴的形状分有：
为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径
有一个键槽
有两个键槽
轴径d＞ 100mm
机械设计基础习题9带传动
第9章 带传动重要基本概念1．失效形式和设计准则失效形式：打滑、疲劳破坏。
设计准则：保证带传动不打滑，使带具有足够的疲劳寿命。
2．确定小带轮直径考虑哪些因素(1) 最小带轮直径，满足d 1≥d d min ，使弯曲应力不至于过大； (2) 带速，满足 5 ≤ v ≤ 25 m/s ；(3) 传动比误差，带轮直径取标准值，使实际传动比与要求的传动比误差不超过3~5%； (4) 使小带轮包角≥︒120； (5) 传动所占空间大小。
3．V 带传动在由多种传动组成的传动系中的布置位置带传动不适合低速传动。
在由带传动、齿轮传动、链传动等组成的传动系统中，应将带传动布置在高速级。
若放在低速级，因为传递的圆周力大，会使带的根数很多，结构大，轴的长度增加，刚度不好，各根带受力不均等。
另外，V 带传动应尽量水平布置，并将紧边布置在下边，将松边布置在上边。
这样，松边的下垂对带轮包角有利，不降低承载能力。
4．带传动的张紧的目的，采用张紧轮张紧时张紧轮的布置要求 张紧的目的：调整初拉力。
采用张紧轮张紧时，张紧轮布置在松边，靠近大轮，从里向外张。
因为放在松边张紧力小；靠近大轮对小轮包角影响较小；从里向外是避免双向弯曲，不改变带中应力的循环特性。
精选例题与解析例9-1 已知：V 带传递的实际功率P = 7.5 kW ，带速 v =10m/s ，紧边拉力是松边拉力的两倍，试求有效圆周力F e 、紧边拉力F 1和初拉力F 0。
解题注意要点：这是正常工作条件下的受力计算，不能应用欧拉公式； 解： 根据： v F P e ⋅=得到： 750107500===v P F e N联立： ⎩⎨⎧==-=21212750F F F F F e 解得： 7502=F N ， 15001=F N11252/75015002/10=-=-=e F F F N自测题一、选择题9-1．平带、V带传动主要依靠_________来传递运动和动力。
A．带的紧边拉力B．带的松边拉力C．带的预紧力D．带和带轮接触面间的摩擦力9-2．下列普通V带中，以_________型带的截面尺寸最小。
机械原理第9章凸轮机构及其设计
第二十一页，编辑于星期日：十四点 分。
②等减速推程段：
当δ =δ0/2 时，s = h /2，h/2 = C0＋C1δ0/2＋C2δ02/4 当δ = δ0 时，s = h ，v = 0，h = C0＋C1δ0＋C2δ02
0 = ωC1＋2ωC2δ ，C1=－2 C2δ0 C0=－h，C1= 4h/δ0, C2=－2h/δ02
如图所示，选取Oxy坐标系，B0 点为凸轮廓线起始点。当凸轮转过δ 角度时，推杆位移为s。此时滚子中 心B点的坐标为
x (s0 s) sin e cos
y
(s0
s) cos
A7
C8 A6 C7
w
A8
-w
A9
C9 B8 B9 B7 r0
C10
B12100 ° B0
O
B1 a B2
C1 L C2φ1φ0
A10 A0
φ
Φ
o
2
1
2 3 456
180º
7 8 9 10
60º 120º
δ
(1)作出角位移线图；
(2)作初始位置；
A5
C6
B6 B1580°B4
C4
C5
φ3
φC23
A1
↓对心直动平底推杆盘形凸 轮机构
↑偏置直动尖端推杆盘形凸轮机 构
第十一页，编辑于星期日：十四点 分。
↑尖端摆动凸轮机构
↓平底摆动凸轮机构
↑滚子摆动凸轮机构
第十二页，编辑于星期日：十四点 分。
(4)按凸轮与从动件保持接触的方式分
力封闭型凸轮机构
利用推杆的重力、弹簧力或其他外力使推杆与凸轮保持接
触的
此外，还要考虑机构的冲击性能。
机械设计复习参考题(第9章链传动)
9-30．链传动张紧的目的是________。采用张紧轮张紧时，张紧轮应布置在________边，靠近________轮，从________向________张紧。
三、简答题
9-31．套筒滚子链已标准化，链号为20A的链条节距p等于多少？有一滚子链标记为：10A-2×100GB1243.1-83，试说明它表示什么含义？
平均链速：v =
n 1z 1p 970×23×19. 05
==7. 083 m/s
60×100060000
p 19. 05
小链轮半径：r 1===69. 951 mm
180°180°2sin 2sin
z 123
小链轮角速度：ω1=则最大链速：
最小链速：
长沙大
πn 1π×970
==101. 5782 3030v min =ω1r 1cos
2
180°
=19
9. 4737°n 1z 1p 960×19×12. 7
平均链速：v ===3. 86m/s
60×100060000
得到：
z 1=
v max =ω1r 1=101. 5782×69. 951=7105mm/s =7.105 m/s
180°180°
=7. 105cos =7. 039 m/s z 123
长沙大
5
学
的节距。
9-35．链传动计算时，在什么条件下按许用功率曲线选择传动链？在什么工作条件下应进行链的静强度较核？9-36．为什么链传动的平均运动速度是个常数，而瞬时运动速度在作周期性变化。这种变化给传动带来什么影响？如何减轻这种影响？9-37．为什么链轮的节距越大、齿数越少链速的变化就越大？9-38．链传动设计中，确定小链轮齿数时考虑哪些因素？9-39．链传动产生动载荷的原因是什么？为减小动载荷应如何选取小链轮的齿数和链条节距？9-40．链传动张紧的主要目的是什么？链传动怎样布置时必须张紧？四、参考答案9-1 9-6 9-11 9-16 D；B；C；9-2 9-7 9-12 C；D；A；9-3 9-8 9-13 A；B；学9-4 9-9上下小外1．选择题C；D；9-5 9-10 9-15 9-20 A；B；A；B；长沙大C；9-17 A；9-18 B；大弯曲应力较多少较小磨损均匀链条不能顺利啮出而咬死大初拉力松单松多6 9-14 D；9-19 C；B；2．填空题9-21 9-22 9-23 9-24 9-25 9-26 9-27 9-28 9-29 9-30高奇节距多功率接头方便紧小较小松边垂度过大相互摩擦调整松边链条的悬垂量里3．简答题9-31 ~ 9-40：参考答案从略，可参考本章内容寻找答案。
三、简答题
9-31．套筒滚子链已标准化，链号为20A的链条节距p等于多少？有一滚子链标记为：10A-2×100GB1243.1-83，试说明它表示什么含义？
平均链速：v =
n 1z 1p 970×23×19. 05
==7. 083 m/s
60×100060000
p 19. 05
小链轮半径：r 1===69. 951 mm
180°180°2sin 2sin
z 123
小链轮角速度：ω1=则最大链速：
最小链速：
长沙大
πn 1π×970
==101. 5782 3030v min =ω1r 1cos
2
180°
=19
9. 4737°n 1z 1p 960×19×12. 7
平均链速：v ===3. 86m/s
60×100060000
得到：
z 1=
v max =ω1r 1=101. 5782×69. 951=7105mm/s =7.105 m/s
180°180°
=7. 105cos =7. 039 m/s z 123
长沙大
5
学
的节距。
9-35．链传动计算时，在什么条件下按许用功率曲线选择传动链？在什么工作条件下应进行链的静强度较核？9-36．为什么链传动的平均运动速度是个常数，而瞬时运动速度在作周期性变化。这种变化给传动带来什么影响？如何减轻这种影响？9-37．为什么链轮的节距越大、齿数越少链速的变化就越大？9-38．链传动设计中，确定小链轮齿数时考虑哪些因素？9-39．链传动产生动载荷的原因是什么？为减小动载荷应如何选取小链轮的齿数和链条节距？9-40．链传动张紧的主要目的是什么？链传动怎样布置时必须张紧？四、参考答案9-1 9-6 9-11 9-16 D；B；C；9-2 9-7 9-12 C；D；A；9-3 9-8 9-13 A；B；学9-4 9-9上下小外1．选择题C；D；9-5 9-10 9-15 9-20 A；B；A；B；长沙大C；9-17 A；9-18 B；大弯曲应力较多少较小磨损均匀链条不能顺利啮出而咬死大初拉力松单松多6 9-14 D；9-19 C；B；2．填空题9-21 9-22 9-23 9-24 9-25 9-26 9-27 9-28 9-29 9-30高奇节距多功率接头方便紧小较小松边垂度过大相互摩擦调整松边链条的悬垂量里3．简答题9-31 ~ 9-40：参考答案从略，可参考本章内容寻找答案。
机械设计基础第6、7、9章 课后习题参考答案
1．什么是弹性滑动和打滑？对带传动分别有什么影响？答：由于带的弹性及其在带轮两边的拉力差引起的相对滑动称为弹性滑动，使带传动的传动比不准确；打滑指由于某种原因机器出现过载，引起带在带轮面上的全面滑动，从动轮转速急剧降低甚至停止转动，造成传动失效。
3．带传动的主要失效形式是什么？带传动的设计准则是什么？答：带传动的主要失效形式是带在带轮面上的打滑和带的疲劳破坏。
带传动的设计准则是保证在不打滑的条件下具有一定的疲劳强度和工作寿命。
4. 带传动安装时，为什么要张紧？常见的张紧装置有哪几种？答：（1）带传动工作时依靠带和带轮之间的摩擦来传递运动和动力，因此需要一定的张紧力；（2）利用电动机的自重和调整螺钉调整带的拉力实现张紧；使用张紧轮。
5. 链传动的速度不均匀性是什么原因引起的？如何减轻这种不均匀性？答：（1）刚性链节在链轮上呈多边形分布，在链条每转过一个链节时，链条前进的瞬时速度周期性变化，链条垂直于运动方向的分速度也相应作周期性变化，从而产生“多边形效应”，使链传动的速度不均匀。
（2）选取小节距的链条，有利于降低链传动的运动不均匀性。
7. 已知V带传动传递的功率P = 7.5kW，带速v = 10m / s，测得紧边拉力是松边拉力的两倍，即F1 = 2F2，试求紧边拉力F1、有效拉力F e和张紧力F0。
答：9-1 机械平衡的目的是什么？在什么情况下刚性转子可以只进行静平衡？在什么情况下应该进行动平衡？刚性转子达到动平衡的条件是什么？答：（1）消除或减小离心惯性力，降低机械的周期性受迫振动，提高机械的工作精度和可靠性。
（2）对于轴向尺寸较小的盘状转子（通常是指宽径比b / D<0.2的构件），只需进行静平衡。
（3）对于轴向宽度很大的转子（b/D>0.2），需进行动平衡。
（4）满足离心惯性力之和以及惯性力偶矩之和都等于零，即⎪⎩⎪⎨⎧==∑∑00M F同时满足上述两条件所得到的平衡，则动平衡。
第9章机械设计概论
与应力循环次数(即使用期限或寿命)有关的断裂。
§9－2 机械零件的强度 三、变应力下的许用应力 1、疲劳曲线
应力σ与应力循环次数N 之间 的关系曲线称为：疲劳曲线 由图可知：应力越 小，试件能经受的 循环次数就越多。 试 验 表 明 ， 当 N>N0 以 后 ， 曲 线 趋于水平，可认为 在无限次循环时试 件将不会断裂。 O σ
[ ]
B
S
表9-1 常用钢铁材料的牌号及力学性能 材 料 类 别 牌 号
Q215 Q235 Q275 20 优质碳素 35 结构钢 45 35 SiMn 合金 40Cr 结构钢 20CrMnTi 60Mn ZG270-500 铸 钢 ZG310-570 ZG42SiMn HT150 灰铸铁 HT200 HT250 QT400-15 球墨铸铁 QT500-7 QT600-3 碳素 结构钢
§9-3 机械零件的接触强度 三、计算公式（赫兹公式）
对于点、线接触的情况，其接触 应力可用赫兹应力公式计算。
1 1 1 2 H 2 1 12 1 2 E E 1 2 Fn b
σH σH
Fn
ρ1 b
ρ2
Fn
ρ1 b
28
§9-3 机械零件的接触强度 二、疲劳点蚀
实验证明: （1）润滑油会加剧点蚀的形成。
（ 2 ）如接触表面无润滑油，则 磨损的速度远远超出裂纹的扩展 速度，即主要失效形式为磨损。
2、点蚀的后果：
1）使零件表面的接触面积减小，承载能力下降；
2）零件表面的平滑度下降，传动中会产生振动和噪音。
疲劳点蚀常是齿轮、滚动轴承等零件的主要失效形式。
ρ2
Fn
ρ1 b
由图看出，作用在两圆柱体上的 接触应力具有大小相等，方向相 反。且左右对称及稍离接触区中 线即迅速降低等特点。
机械设计课后习题第9章作业
解推杆在推程及回程运动规律的位移方程为
（1)推程
S=h[1-cos(πδ/δ0)]/2：0º≤δ≤120º
（2）回程．
S=h[1+cos(πδ/δ0`)]/2 0º≤δ≤1 50º
计算各分点的位移值如表9-4l：
根据表9-4可作所求图如下图：
这种凸轮机构的压力角为一定值，它恒等于平底与导路所夹锐角的余角．与其他因素无关。这种凸轮机构也会是存在自锁问题，为了避免自锁．在设计时应该在结构许可的条件下，尽可能取较大的推杆导路导轨的长度。并尽可能减小推gan 9的悬臂尺寸。
转过9(，。时，推扦以正弦加速度运动回到原位置：(-h轮转过一用中的其余角l
时，推柑：静止不动。
解(1)纠’算推杆的位移并对凸轮转角求导：
当凸轮转角艿在0≤艿≤2n／3越程中，推杆以等加速等减速运动上j
1 5 mitt。其中，当0≤艿≤“／3时·为等加速阶段，则
s一2^等．
蕊
碟s—z^簧一淼筹。≤占≤棚
(a) (b)
9—8在图示凸轮机构中，圆弧底摆动推杆与凸轮在B点接触。当凸轮从图示位置逆时针转过90。时，试用图解法标出：
1)推杆在凸轮上的接触点；
2)摆杆位移角的大小；
3)凸轮机构的压力角。
解如图所示，以O为圆心，以O点到推杆转动中心A的距离AO为半径作圆，得推杆转动中心反转位置圆。
过O点怍OA的垂线，交推杆转动中心反转位置圆于D点。
9—4一滚子推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推杆滚子的直径偏小，欲改用较大的滚子？问是否可行?为什么?
答不可行。因为滚子半径增大后。凸轮的理论廓线改变了．推杆的运动规律也势必发生变化。
9—5一对心直动推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推程压力角稍偏大，拟采用推杆偏置的办法来改善，问是否可行?为什么?
（1)推程
S=h[1-cos(πδ/δ0)]/2：0º≤δ≤120º
（2）回程．
S=h[1+cos(πδ/δ0`)]/2 0º≤δ≤1 50º
计算各分点的位移值如表9-4l：
根据表9-4可作所求图如下图：
这种凸轮机构的压力角为一定值，它恒等于平底与导路所夹锐角的余角．与其他因素无关。这种凸轮机构也会是存在自锁问题，为了避免自锁．在设计时应该在结构许可的条件下，尽可能取较大的推杆导路导轨的长度。并尽可能减小推gan 9的悬臂尺寸。
转过9(，。时，推扦以正弦加速度运动回到原位置：(-h轮转过一用中的其余角l
时，推柑：静止不动。
解(1)纠’算推杆的位移并对凸轮转角求导：
当凸轮转角艿在0≤艿≤2n／3越程中，推杆以等加速等减速运动上j
1 5 mitt。其中，当0≤艿≤“／3时·为等加速阶段，则
s一2^等．
蕊
碟s—z^簧一淼筹。≤占≤棚
(a) (b)
9—8在图示凸轮机构中，圆弧底摆动推杆与凸轮在B点接触。当凸轮从图示位置逆时针转过90。时，试用图解法标出：
1)推杆在凸轮上的接触点；
2)摆杆位移角的大小；
3)凸轮机构的压力角。
解如图所示，以O为圆心，以O点到推杆转动中心A的距离AO为半径作圆，得推杆转动中心反转位置圆。
过O点怍OA的垂线，交推杆转动中心反转位置圆于D点。
9—4一滚子推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推杆滚子的直径偏小，欲改用较大的滚子？问是否可行?为什么?
答不可行。因为滚子半径增大后。凸轮的理论廓线改变了．推杆的运动规律也势必发生变化。
9—5一对心直动推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推程压力角稍偏大，拟采用推杆偏置的办法来改善，问是否可行?为什么?
第9章--传动装置的总体设计全
第9章 传动装置的总体设计
§9.1 机械设计的一般程序 §9.2 传动装置的总体设计
机械设计的目的是创造性地实现具有预期功能的新机械或改进现有机械的功能，设计质量的高低直接关系到机械产品的质量、性能、价格及经济效益。尽管机械产品的类型很多，但其设计的一般方法都大致相同。机械设计通常按如下几个步骤进行。 1.计划阶段 在根据生产或生活的需要提出所要设计的新机器后，计划阶段只是一个预备阶段。此时，对所要设计的机器仅有一个模糊的概念。 在计划阶段中，应对所设计的机器的需求情况做充分的调查研究和分析。通过分析，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、加工及时限等各方面所确定的约束条件。
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§9.2 传动装置的总体设计
2.电动机容量 主要根据电动机运行时的发热条件决定。对于一般在不变(或变化很小)载荷下长期连续运行的机械，所选电动机的额定功率稍大于或等于所需功率即可。如图9-2所示的皮带运输机，其工作机所需的电动机
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§9.2 传动装置的总体设计
配送组织的要求比较严格，需要配送组织有较强的计划性和准确度。所以适合采用的对象不多，相对来说，该种配送方式比较适用十生产和销售稳定、产品批量较大的生产制造型企业和大型连锁商场的部分商品的配送以及配送中心采用。 (4)定时定路线配送。 这种配送方式是指通过对客户的分布状况进行分析，设计出合理的运输路线，再根据运输路线安排到达站的时一刻表，按照时一刻表沿着规定的运输路线进行配送。这种配送方式有利于配送组织计划、安排运力，适用在配送客户较多的地区。 (5)即时配送。
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§9.2 传动装置的总体设计
功率为 (9.1) 式中，Pd—所需电动机输出功率，单位为kW; Pw—工作机所需的功率，单位为kW; η—由电动机至工作机的总效率。 工作机所需工作功率Pw，应由机器工作阻力和运行速度计算求得。在课程设计中，可按下式计算: (9.2) 式中 F—工作机的阻力，单位为N； v—工作机的线速度，单位为m/s;
§9.1 机械设计的一般程序 §9.2 传动装置的总体设计
机械设计的目的是创造性地实现具有预期功能的新机械或改进现有机械的功能，设计质量的高低直接关系到机械产品的质量、性能、价格及经济效益。尽管机械产品的类型很多，但其设计的一般方法都大致相同。机械设计通常按如下几个步骤进行。 1.计划阶段 在根据生产或生活的需要提出所要设计的新机器后，计划阶段只是一个预备阶段。此时，对所要设计的机器仅有一个模糊的概念。 在计划阶段中，应对所设计的机器的需求情况做充分的调查研究和分析。通过分析，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、加工及时限等各方面所确定的约束条件。
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§9.2 传动装置的总体设计
2.电动机容量 主要根据电动机运行时的发热条件决定。对于一般在不变(或变化很小)载荷下长期连续运行的机械，所选电动机的额定功率稍大于或等于所需功率即可。如图9-2所示的皮带运输机，其工作机所需的电动机
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§9.2 传动装置的总体设计
配送组织的要求比较严格，需要配送组织有较强的计划性和准确度。所以适合采用的对象不多，相对来说，该种配送方式比较适用十生产和销售稳定、产品批量较大的生产制造型企业和大型连锁商场的部分商品的配送以及配送中心采用。 (4)定时定路线配送。 这种配送方式是指通过对客户的分布状况进行分析，设计出合理的运输路线，再根据运输路线安排到达站的时一刻表，按照时一刻表沿着规定的运输路线进行配送。这种配送方式有利于配送组织计划、安排运力，适用在配送客户较多的地区。 (5)即时配送。
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§9.2 传动装置的总体设计
功率为 (9.1) 式中，Pd—所需电动机输出功率，单位为kW; Pw—工作机所需的功率，单位为kW; η—由电动机至工作机的总效率。 工作机所需工作功率Pw，应由机器工作阻力和运行速度计算求得。在课程设计中，可按下式计算: (9.2) 式中 F—工作机的阻力，单位为N； v—工作机的线速度，单位为m/s;
《机械设计基础》第九章 螺纹联接和螺旋传动
止动垫片防松
原理：螺钉拧紧后，将双耳止动垫圈 分别向螺母和被联接件的侧面折 弯贴紧，即可将螺钉琐住。 特点：结构简单，使用方便，防松可靠。 串联钢丝防松
原理：用钢丝穿入各螺钉头部的孔内， 将各螺钉串联起来，使其相互制动。 但需注意钢丝的穿入方向。 特点：适用于螺钉组联接，拆卸不便。
机械设计基础
对顶螺母防松 原理：两螺母对顶拧紧后，使旋合螺纹间始 终受到附加的压力和摩擦力的作用。 特点：结构简单，防松效果好，适用于低速、 平稳和重载的固定装置的联接。 尼龙圈锁紧螺母防松 原理：螺母中嵌有尼龙圈，装配后尼龙圈 内孔被胀大，箍紧螺栓。 特点：尼龙弹性好，与螺纹牙接触紧密， 摩擦大。但不宜用于频繁装拆和高温 场合。 机械设计基础
机械设计基础
弹簧垫圈防松 原理：螺母拧紧后，靠垫圈压平而产生的反 弹力使旋合螺纹间压紧。同时垫圈斜口 的尖端抵住螺母与被联接件的支承面也 有防松作用。 特点：结构简单，使用方便，但在振动冲击 载荷作用下，防松效果较差，用于一般 的联接。 弹性带齿垫圈防松 原理：与弹簧垫圈相似。 特点：分外齿和内齿，无开口，弹力均匀， 比弹簧垫圈防松效果好。但它不宜用于 经常装拆或材料较软的被联接件。 机械设计基础
冲点防松 原理：拧紧螺母后，在内外螺纹 的旋合缝隙处用冲头冲几个 点，使其发生塑性变形，防 止螺母退出。 特点：属破坏性防松，不能重复 装拆，用于一次性联接。 胶接防松 原理：用粘合剂涂于螺纹旋合表 面，拧紧螺母后粘合剂能自 行固化，起到防松效果。 机械设计基础
9.4.3 螺栓组联接结构设计注意事项
机械设计基础
9.2 螺旋副的受力分析、自锁和效率
螺纹联接与螺旋传动都要借助外螺纹和内螺纹组成螺旋副。螺旋副按牙 型不同可分为牙型角α=0（矩形螺纹）和牙型角α≠0两大类。
第9章 机械零件设计概论
图 9.4 材料和零件的极限应力图 由于零件尺寸及几何形状变化，加工质量及强化处理等因素的影响，使得零件的疲劳 极限小于材料试件的疲劳极限。要注意，零件尺寸越大，内部的缺陷就越多，疲劳强度极限
值反而更低。在实际计算中，以弯曲疲劳极限的综合影响系数 k 表示材料对称循环弯曲疲
劳极限与零件对称循环弯曲疲劳极限的比值，实验表明，综合影响系数只影响应力幅而不影 响平均应力。当一个截面有多处应力源时，则分别求出其有效应力集中系数，从中取最大值。
如图 9.4 所示的 A’D’C’曲线。在此曲线内的任何一点所代表的最大应力（即平均应力和 应力幅之和）都低于材料的最大极限应力，是安全的。在此曲线之外的点则是不安全的，最 大应力大于材料的极限应力。曲线上的点表示应力的临界状态。对于塑性材料通常简化为图
中的 A’D’G’C 折线。其中，几个特征点的坐标为：A’(0, 1 )，D’( 0 / 2, 0 / 2) )和 C( S ,0)。
(3) 最小应力为常数 min c
如图 9.6 中应力点 S 的纵横坐标分别代表零件的应力幅和平均应力，求在 min c 状况
下零件的极限应力，则经过 S 点作与横坐标夹 45O 射线，和 AGC 线段交于 S1 点，则该点的 纵横坐标分别代表极限应力点的应力幅和平均应力。
图 9.6 零件的极限应力求法 用极限应力点的纵横坐标之和除以应力点的纵横坐标只和就得零件的安全系数。如果 求出的极限应力点在 AG 段，则零件在安全系数不够的情况下会发生疲劳破坏，如极限应力 点在 GC 段，则零件在安全系数不够的情况下会发生静应力破坏。例如图 9.6 中,在 M,N 点 的应力状况下，零件的失效形式是疲劳破坏，而 S 点的应力状况下会发生静应力破坏，与 综合影响系数的大小无关。读者也可用解析法确定强度，在应力比为常数时，安全系数为：
第09章 机械设计方法简介
首第九章机械设计方法简介§9-1常规设计方法§9-2现代设计方法§9-3创新设计方法§9-4反求设计方法首§9-1常规设计方法机械设计方法对机械产品的性能有决定作用机械设计方法分为：常规设计方法（传统设计方法），现代设计方法，创新设计方法。
他们之间有区别，也有共同性。
传统的常规机械设计方法，是以实践经验为基础，依据力学和数学建立的理论公式和经验公式，运用图表和手册等技术资料，进行设计计算、绘图和编写设计说明。
一个完整的常规机械设计主要由下面的各个阶段所组成首完整的常规机械设计由下面几个阶段所组成：1. 市场需求分析2.明确机械产品的功能目标3.方案设计4. 技术设计阶段1) 机构设计2) 机构系统设计(协调设计)3) 结构设计4) 总装设计5) 制造样机在常规机械设计过程中，也包含了设计人员的大量创造性成首§9-2 现代设计方法1.计算机辅助设计2.可靠性设计3.优化设计4.动态设计5.并行设计6.虚拟设计7.绿色设计首1 .计算机辅助设计•（1)概述•计算机辅助设计：(Computer Aided Design－CAD)：•是指在设计活动中，利用计算机及工程设计软件作为工具，帮助工程技术人员进行设计的一切有关技术的总称。
•（2）计算机辅助设计系统的构成•硬件系统：计算机主机、输入设备、输出设备、图形显示器、外存储器及其它通信接口。
•软件系统：系统软件平台、支撑软件和应用软件三个层次所构成。
2 .可靠性设计首（1）可靠性设计的概念可靠性设计是指把概率论、数理统计理论和可靠度指标引入到机械设计过程的新的设计方法。
（2）与传统设计的区别a传统设计是以许用应力或安全系数来判断机械零件是否满足工作要求或是否失效。
可靠性设计的指标是产品的可靠性与可靠度。
（3）可靠性设计的理论以应力—强度干涉理论为基础（4）机械强度可靠性设计过程（5）机械强度可靠性设计（6）机械系统可靠性设计首`强度分布强度变化不安全应力分布常规设计最初的安全度实际安全裕量t0t1tS Sab应力－强度分布曲线的相互关系首载荷统计和概率分布应力计算几何尺寸分布和其它随机因素分布干涉模型应力统计和概率分布机械强度可靠性设计材料机械性能统计和概率分布强度计算强度统计和概率分布机械强度可靠性设计过程框图(5) 机械强度可靠性设计首1）首先应明确机械产品的工作时间，不同的工作时间具有不同的可靠度。
濮良贵《机械设计》章节题库(链传动)【圣才出品】
第9章链传动一、选择题1．链条的节数宜采用（）。
A．奇数B．偶数C．奇数的整倍数D．以上三种均可以【答案】B【解析】链节数最好取为偶数，以便链条连成环形时正好是外链板与内链板相接，接头处可用开口销或弹簧夹锁紧。
若链节数为奇数时，则需采用过渡链节，在链条受拉力时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采用。
2．链传动的大链轮齿数不宜过多的原因是（）。
A．为减小速度波动B．为避免传动比过大C．避免磨损导致过早掉链D．避免附加弯矩【答案】C【解析】大链轮的齿数过多，链轮上一个链节所对的圆心角就越小，铰链所在的直径的增加量越大，铰链会更接近齿顶，从而增大了脱链和跳链的机会。
3．在一定转速下，要减轻链传动的速度不均匀性和动载荷，应（）。
A．增大链条的节距和链轮齿数B．增大链条的节距，减少链轮齿数C．减少链条的节距和链轮齿数D．减少链条的节距，增大链轮齿数【答案】D【解析】链的节距越大，由链条速度变化和链节啮入链轮产生的冲击所引起的动载荷越大，设计时应尽可能选用小节距的链。
链轮齿数过少，会增加运动的不均匀性和动载荷；链条在进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大；链传动的圆周力增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损。
为改善链传动的运动不均匀性，可选用较小的链节距，增加链轮齿数和限制链轮转速。
4．链传动中，链节数取偶数，链轮齿数取奇数，最好互为质数，其原因是（）。
A．链条与链轮轮齿磨损均匀B．工作平稳C．避免采用过渡链节D．具有抗冲击力【答案】A【解析】链节数为偶数，是为了避免使用过渡链节，过渡链节的链板要受附加弯矩的作用，应该尽量避免。
齿数为奇数，并且互质，可以减少同一齿与同一链节的咬合次数，降低磨损，使链条磨损均匀，故选A项。
5．与带传动相比较，链传动的优点是（）。
A．工作平稳，无噪声B．寿命长C．制造费用低D．能保持准确的瞬时传动比【答案】D【解析】与摩擦型的带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，能保持准确的平均传动比，传动效率较高；链条不需要张紧，作用于轴上的径向压力较小；在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑；同时，链传动能在高温和潮湿的环境中工作。
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当σmin＝0 (或σmax＝0) 当σmax＝σmin
→γ= －1→对称循环～
图9-1 .C
→γ= 0 →脉动循环～ 图d
→γ＝＋1 →静应力 图a
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机械设计9章
二．静应力下的许用应力
失效形式：断裂或塑性变形 塑性材料→应避免塑性变形
[σ]= σs/S
σｓ－屈服极限
脆性材料→断裂
[σ]= σB/S
实用耐磨计算： p≤[p]
运动速度较高时，还应考虑单位时间接触面积的发热量
pv≤[pv]
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机械设计9章
§9-5 机械制造中常用材料及其选择 p.122
常用材料：钢和铸铁、其次有色金属合金
一.金属材料 1. 铸铁:含Ｃ＞2％，易溶性、良好的液态流动性→铸造
减震性、耐磨性、切削性好且成本低 常见铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁 2. 钢:含Ｃ量＜2％，具有较高的强度、韧性和塑性，并
Ｒ5 →公比
; Ｒ10 →公比=
Ｒ20 →公比 =
; Ｒ40 →公比=
p.126 倒2
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机械设计9章
§9-7 机械零件的工艺性及标准化 p.127
一.工艺性: P127第6 工艺性好→易加工、装配，费用低 基本要求：
(1) 毛抷选择合理 (2) 结构简单合理 (3) 规定适当的制造精度和表面粗糙度
（4）疲劳强度校核：
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机械设计9章
例题
已知：齿轮啮合，转速n=200r/min，每天工作8h。 问：（1）弯曲应力是哪种类型循环变应力？
（2）一年（250天）该齿轮应力循环总数是多少？
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机械设计9章
ห้องสมุดไป่ตู้
§9-3 机械零件的接触强度
（整体强度&接触强度区别）
若两个零件在受载前后由点接触或线接触变为小表面积接触， 且其表面产生很大的局部应力（称为接触应力），这时零件的 强度称为接触强度）。表面强度不够，会发生表面损伤。
*最大应力σmax *最小应力σmin
→平均值 (平均应力σm)
(σmax－σmin)／2 →应力幅 σa
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σ
σa
σm t
机械设计9章
σ
静～ γ=+1
σ
σ
σ
t
t
t
非对称～
对称～ γ=－1
t 脉动～
γ= 0
*变化规律→σmin／σmax=γ →应力循环特性
当σm＝0 (σmax＝－σmin)
└过盈配合→孔＜轴
接 Ø35H7/r7
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机械设计9章
公差带位置(28)： 轴→小写 拉丁字母－f、k、r
孔→大写
－H、G、K
公差等级: (尺寸精度等级): 1～20级，常用4～11级
→置于公差代号之后 轴(f7 、k7、r7) ; 孔(F7、H7 、K7)
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机械设计9章
①疲劳曲线：应力与循环次数间的关系曲线
σ↓ →N↑ 当N＜N0 :
σ N0－循环基数
σ-1N：对应N的疲劳极限 σ－1:γ=－1的疲劳极限(N=N0) kN：寿命系数
当N≥N0 : kN =1 σ-1N= σ-1
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N
N0 N
图9-3 p.116
机械设计9章
②影响零件疲劳强度的主要因素: 应力集中、尺寸、表面形状
对称循环变应力时
脉动循环变应力时
注意: 以上为无限寿命条件下的许用应力。若使用期限内，循环 次数N小于循环基数N0时，应取对应于N的疲劳极限。
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机械设计9章
四．安全系数
安全系数过大→结构笨重；否则，不安全 安全系数没有专门表格，可参考的原则
1）静应力下，塑性材料以屈服极限为极限应力，可取 1.2-1.5；对于塑性较差的材料或铸钢件可取1.5-2.5。
2）静应力下，脆性材料以强度极限为极限应力，应选 取较大安全系数，3-4。
3）变应力下，以疲劳极限作为极限应力，可取1.3-1.7。
4）也可用部分系数法来确定。
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机械设计9章
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例题
已知：小车+电葫芦+起重=20kN 求：（1）各作用力；
（2）拉杆、横梁的主要失 效形式及判定条件 • 步骤：1）受力分析
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机械设计9章
§9-1 机械零件设计概述 p.113
(一)机械设计应满足的要求 满足预期功能的前提下 性能好、效率高、成本低
在预定使用期限内 安全可靠、操作方便、维修简单、造型完美
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机械设计9章
§9-1 机械零件设计概述 p.113
(二)设计机械零件应满足的要求 →既要工作可靠, 又要成本低
σＢ－强度极限
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机械设计9章
三．变应力作用下许用应力 1.失效形式: →疲劳断裂（图9-2 p.113)
2.疲劳断裂的特征 1）疲劳断裂最大应力远低于静应力下材料的强度极限 2）断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
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机械设计9章
疲劳断裂是损伤到一定程度后，即裂纹扩展到一定程度后，发生 突然断裂→与应力循环次数（使用期限或寿命）密切相关。
可用热处理改善其性能 按用途分：结构钢、工具钢和特殊钢 按化学成分：碳素钢和合金钢；碳素钢的性能主要取决
于含碳量，含碳量越高，钢的强度高，塑性越低
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机械设计9章
碳素结构钢:含Ｃ不超过0.7 <0.25%的低碳钢，强度和屈服极限低，塑性高，适于
冲压、焊接，螺钉、螺母、垫圈等
0.3%<C<0.5%的中碳钢，综合力学性能较好，常用作 受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴
0.55%<C<0.7%的高碳钢，具有较高的强度和弹性，常 用作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳等
合金结构钢:Ｃ钢中添加合金元素来改善钢的性能 铸钢:液态流动性比铸铁差 3. 铜合金 二. 非金属材料：橡胶、塑料
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机械设计9章
§9-6公差与配合、表面粗糙度和优先数列 一、极限与配合： p.124 →互换性
意义：（1）制造：专业大量生产、既可提高产品质量，又可降低成本；（2） 设计：减少设计工作量；（3）管理维修：减少库存，便于更换零件。
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机械设计9章
3rew
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2020/11/18
机械设计9章
机械设计9章
分析处理问题的思路：∵（任务）设计零件→ ∴(抓住)计算准则 ∴学习贯穿一条线：
*受力分析（*载荷及应力分析←功用、*工作原理）
↓ *失效形式（*主要失效形式←分类）
↓
*计算准则（公式建立的依据）
↓
强度计算（*设计方法→先定主参数* ←*许用应力
↓
←材料）
结构设计（尺寸及绘图←结构特点、标准）
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例子
• 已知：D1，D2，b，小轮主 动，转速，功率，载荷系数 K，摩擦系数
• 求： • （1）求法向压紧力
接触处的最大摩擦力fFn，拖动从 动轮所需的圆周力F，考虑附加载 荷的影响，计算圆周力KF，为防 止打滑需要fFn>KF。
• （2）接触应力 • （3）验算表面接触强度
轴为例→ 失效原因可能疲劳断裂 + 过大弹性变形
计算准则→
疲劳强度
轴的刚度
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(三) 机械零件的主要失效形式及计算准则
失效形式→ 强度、刚度、耐磨性、稳定 性、温度的影响
计算准则→┌强度准则 →主要→介绍 ├刚度准则 ├振动稳定性准则 └其它准则
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配合 基孔制→孔的下偏差＝0 制度: 基轴制→轴的上偏差＝0
→常用基孔制
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二.表面粗糙度 p.126 手册P.175
→零件表面的微观几何形状误差 →（评定）轮廓算术平均偏差(表面粗糙度Ｒａ)
三.优先数列: p.126 手册P.117
→便于组织生产和降低成本ＧＢ321－80
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§9-4 机械零件的耐磨性
磨损：运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象→改变尺寸 和摩擦表面形状→运动副间隙↑，精度↓，效率↓，振动噪音↑ 约有80%的损坏零件来自于磨损，原因复杂，有物理、化学、 机械等。
磨损的主要类型： （1）磨粒磨损 （2）粘着磨损（胶合） （3）疲劳磨损（点蚀） （4）腐蚀磨损
* 避免在预定寿命周期内失效
失效 －机械零件由于某种原因不能正常工作 工作能力－在不发生失效的条件下,零件所能安全
工作的限度 承载能力 →对载荷而言
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(三) 机械零件的主要失效形式及计算准则
失效原因→ 断裂或塑性变形；弹性变形过大；表 面过度磨损或损伤；强烈振动；连接 的松弛；摩擦传动的打滑
Fx, Fy FBy FBx
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2）主要失效形式及其判定条件
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例题
（1）载荷的大小方向不变，轴内弯曲应力为对称循环变应力，循 环特性-1。
（2）A-A截面的弯曲应力 弯矩：MA =FL，截面系数：W=πd3/32，弯曲应力σb=MA/W （3）求各项系数：有效应力集中系数、尺寸系数、表面状态系数
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→γ= －1→对称循环～
图9-1 .C
→γ= 0 →脉动循环～ 图d
→γ＝＋1 →静应力 图a
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二．静应力下的许用应力
失效形式：断裂或塑性变形 塑性材料→应避免塑性变形
[σ]= σs/S
σｓ－屈服极限
脆性材料→断裂
[σ]= σB/S
实用耐磨计算： p≤[p]
运动速度较高时，还应考虑单位时间接触面积的发热量
pv≤[pv]
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§9-5 机械制造中常用材料及其选择 p.122
常用材料：钢和铸铁、其次有色金属合金
一.金属材料 1. 铸铁:含Ｃ＞2％，易溶性、良好的液态流动性→铸造
减震性、耐磨性、切削性好且成本低 常见铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁 2. 钢:含Ｃ量＜2％，具有较高的强度、韧性和塑性，并
Ｒ5 →公比
; Ｒ10 →公比=
Ｒ20 →公比 =
; Ｒ40 →公比=
p.126 倒2
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§9-7 机械零件的工艺性及标准化 p.127
一.工艺性: P127第6 工艺性好→易加工、装配，费用低 基本要求：
(1) 毛抷选择合理 (2) 结构简单合理 (3) 规定适当的制造精度和表面粗糙度
（4）疲劳强度校核：
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例题
已知：齿轮啮合，转速n=200r/min，每天工作8h。 问：（1）弯曲应力是哪种类型循环变应力？
（2）一年（250天）该齿轮应力循环总数是多少？
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ห้องสมุดไป่ตู้
§9-3 机械零件的接触强度
（整体强度&接触强度区别）
若两个零件在受载前后由点接触或线接触变为小表面积接触， 且其表面产生很大的局部应力（称为接触应力），这时零件的 强度称为接触强度）。表面强度不够，会发生表面损伤。
*最大应力σmax *最小应力σmin
→平均值 (平均应力σm)
(σmax－σmin)／2 →应力幅 σa
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σ
σa
σm t
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σ
静～ γ=+1
σ
σ
σ
t
t
t
非对称～
对称～ γ=－1
t 脉动～
γ= 0
*变化规律→σmin／σmax=γ →应力循环特性
当σm＝0 (σmax＝－σmin)
└过盈配合→孔＜轴
接 Ø35H7/r7
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公差带位置(28)： 轴→小写 拉丁字母－f、k、r
孔→大写
－H、G、K
公差等级: (尺寸精度等级): 1～20级，常用4～11级
→置于公差代号之后 轴(f7 、k7、r7) ; 孔(F7、H7 、K7)
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①疲劳曲线：应力与循环次数间的关系曲线
σ↓ →N↑ 当N＜N0 :
σ N0－循环基数
σ-1N：对应N的疲劳极限 σ－1:γ=－1的疲劳极限(N=N0) kN：寿命系数
当N≥N0 : kN =1 σ-1N= σ-1
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N
N0 N
图9-3 p.116
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②影响零件疲劳强度的主要因素: 应力集中、尺寸、表面形状
对称循环变应力时
脉动循环变应力时
注意: 以上为无限寿命条件下的许用应力。若使用期限内，循环 次数N小于循环基数N0时，应取对应于N的疲劳极限。
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四．安全系数
安全系数过大→结构笨重；否则，不安全 安全系数没有专门表格，可参考的原则
1）静应力下，塑性材料以屈服极限为极限应力，可取 1.2-1.5；对于塑性较差的材料或铸钢件可取1.5-2.5。
2）静应力下，脆性材料以强度极限为极限应力，应选 取较大安全系数，3-4。
3）变应力下，以疲劳极限作为极限应力，可取1.3-1.7。
4）也可用部分系数法来确定。
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例题
已知：小车+电葫芦+起重=20kN 求：（1）各作用力；
（2）拉杆、横梁的主要失 效形式及判定条件 • 步骤：1）受力分析
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§9-1 机械零件设计概述 p.113
(一)机械设计应满足的要求 满足预期功能的前提下 性能好、效率高、成本低
在预定使用期限内 安全可靠、操作方便、维修简单、造型完美
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§9-1 机械零件设计概述 p.113
(二)设计机械零件应满足的要求 →既要工作可靠, 又要成本低
σＢ－强度极限
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三．变应力作用下许用应力 1.失效形式: →疲劳断裂（图9-2 p.113)
2.疲劳断裂的特征 1）疲劳断裂最大应力远低于静应力下材料的强度极限 2）断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
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疲劳断裂是损伤到一定程度后，即裂纹扩展到一定程度后，发生 突然断裂→与应力循环次数（使用期限或寿命）密切相关。
可用热处理改善其性能 按用途分：结构钢、工具钢和特殊钢 按化学成分：碳素钢和合金钢；碳素钢的性能主要取决
于含碳量，含碳量越高，钢的强度高，塑性越低
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碳素结构钢:含Ｃ不超过0.7 <0.25%的低碳钢，强度和屈服极限低，塑性高，适于
冲压、焊接，螺钉、螺母、垫圈等
0.3%<C<0.5%的中碳钢，综合力学性能较好，常用作 受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴
0.55%<C<0.7%的高碳钢，具有较高的强度和弹性，常 用作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳等
合金结构钢:Ｃ钢中添加合金元素来改善钢的性能 铸钢:液态流动性比铸铁差 3. 铜合金 二. 非金属材料：橡胶、塑料
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§9-6公差与配合、表面粗糙度和优先数列 一、极限与配合： p.124 →互换性
意义：（1）制造：专业大量生产、既可提高产品质量，又可降低成本；（2） 设计：减少设计工作量；（3）管理维修：减少库存，便于更换零件。
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*受力分析（*载荷及应力分析←功用、*工作原理）
↓ *失效形式（*主要失效形式←分类）
↓
*计算准则（公式建立的依据）
↓
强度计算（*设计方法→先定主参数* ←*许用应力
↓
←材料）
结构设计（尺寸及绘图←结构特点、标准）
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例子
• 已知：D1，D2，b，小轮主 动，转速，功率，载荷系数 K，摩擦系数
• 求： • （1）求法向压紧力
接触处的最大摩擦力fFn，拖动从 动轮所需的圆周力F，考虑附加载 荷的影响，计算圆周力KF，为防 止打滑需要fFn>KF。
• （2）接触应力 • （3）验算表面接触强度
轴为例→ 失效原因可能疲劳断裂 + 过大弹性变形
计算准则→
疲劳强度
轴的刚度
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(三) 机械零件的主要失效形式及计算准则
失效形式→ 强度、刚度、耐磨性、稳定 性、温度的影响
计算准则→┌强度准则 →主要→介绍 ├刚度准则 ├振动稳定性准则 └其它准则
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配合 基孔制→孔的下偏差＝0 制度: 基轴制→轴的上偏差＝0
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二.表面粗糙度 p.126 手册P.175
→零件表面的微观几何形状误差 →（评定）轮廓算术平均偏差(表面粗糙度Ｒａ)
三.优先数列: p.126 手册P.117
→便于组织生产和降低成本ＧＢ321－80
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§9-4 机械零件的耐磨性
磨损：运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象→改变尺寸 和摩擦表面形状→运动副间隙↑，精度↓，效率↓，振动噪音↑ 约有80%的损坏零件来自于磨损，原因复杂，有物理、化学、 机械等。
磨损的主要类型： （1）磨粒磨损 （2）粘着磨损（胶合） （3）疲劳磨损（点蚀） （4）腐蚀磨损
* 避免在预定寿命周期内失效
失效 －机械零件由于某种原因不能正常工作 工作能力－在不发生失效的条件下,零件所能安全
工作的限度 承载能力 →对载荷而言
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(三) 机械零件的主要失效形式及计算准则
失效原因→ 断裂或塑性变形；弹性变形过大；表 面过度磨损或损伤；强烈振动；连接 的松弛；摩擦传动的打滑
Fx, Fy FBy FBx
机械设计9章
2）主要失效形式及其判定条件
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例题
（1）载荷的大小方向不变，轴内弯曲应力为对称循环变应力，循 环特性-1。
（2）A-A截面的弯曲应力 弯矩：MA =FL，截面系数：W=πd3/32，弯曲应力σb=MA/W （3）求各项系数：有效应力集中系数、尺寸系数、表面状态系数
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