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第一章 了 解 机 械机械基础机械基础第一节第一节 认认 识识 机机 器器一、机器的组成 机器的种类繁多,其结构形式和功能各不相同,根据机器各部分实体的不同功能,可将一台完整的机器分成四个部分,如图-所示。图图1.11.1 钳工安全操作规程钳工安全操作规程二、专业术语.机器.机构.构件与零件.机械第二节 摩擦与磨损 摩擦是两相互接触的物体有相对运动或相对运动趋势时,在接触处产生阻力的现象。相互摩擦的两个物体构成摩擦副.根据摩擦副的运动状态,可将摩擦分为静摩擦和动摩擦。仅有相对运动趋势时的摩擦称为静摩擦.摩擦副间产生相对运动时的摩擦称为动摩擦。根据摩擦副的运动形式,动摩擦又分为滑动摩擦和滚动摩擦。根据摩擦副的摩擦状态可分为固体摩擦、液(气)体摩擦和混合摩擦,如图-所示。一、摩擦.固体摩擦()干摩擦()边界摩擦2.液(气)体摩擦3.混合摩擦.磨损过程磨损过程二、磨损 一个 零 件 的 磨 损 过 程 用 磨 损 曲 线 表 示,如图-所示.磨损过程大致可分为三个阶段:()跑合阶段(又称磨合期)()稳定磨损阶段()剧烈磨损阶段 .磨损的类型磨损的类型()磨料磨损()黏着磨损()疲劳磨损()腐蚀磨损()冲蚀磨损第二章 静力学的基本知识机械基础机械基础第一节第一节 力力一、力与力的表示1.力的概念 力是物体与物体之间的相互作用。力的三要素:力的大小;力的方向;力的作用点。2.力的表示方法 力是一个既有大小又有方向的矢量.图-所示为用图示法表示力矢量,在图上用带有箭头的有向线段表示,箭头的指向表示力 的 方 向,线 段 长 度 表 示 力 的大小,起 点表示力的 作用点。.静力学的基本公理公理:二力平衡公理.公理:力的平行四边形公理.推论:三力平衡汇交定理.公理:作用与反作用公理.力系和平衡()力系 同时作用在物体上的两个或两个以上的力称为力系.()平衡 平衡指物体处于静止或匀速运动的状态.若力系作用于物体上使物体处于平衡状态,则称该力系为平衡力系.力系所满足的条件称为平衡条件.二、力的基本性质.约束与约束反力 限制非自由体运动的物体称为约束.约束限制了物体运动是由于约束对物体施加了力,这种力称为约束反力,简称反力.约束类型()柔性约束 由柔性的绳索、链条或传动带等构成的约束称为柔性约束。()光滑接触面约束 两物体相互接触,忽略摩擦时,即构成光滑接触面约束。()铰链约束 由铰链构成的约束称为铰链约束。三、约束和约束反力 受力分析是分析某个物体受到的所有力。即研究所有力的作用位置、大小和方向。为了便于清晰地表示物体的受力情况,常常需要把研究的物体从周围的物体中分离出来,然后把其他物体对研究对象施加的所有力用图示法表示出来所得到的简明图形称为受力图。画受力图的一般步骤:确定研究对象,解除约束,用简明的图线画出研究对象的图形。在表示研究对象的图形上用力的图示法表示出研究对象受到的所有已知力。在表示研究对象的图形上用力的图示法表示出每一约束对研究对象施加的约束反力。四、受力分析第二节 力矩和力偶.力矩定理 如图-所示,力学上,用 Fh 的乘积度量力 F 使物体绕 O 点转动产生的效应,称 Fh 为力 F 对 O 点之矩,简称力矩,用符号 Mo(F)表示，即 一、力矩.合力矩定理 平面汇交力系的合力对于平面内任一点之矩等于力系中各力对于该点之矩的代数和。即.力偶 物体由于同时受到大小相等、方向相反、作用线相互平行的两个力作用而发生转动的.这种由两个大小相等、方向相反、作用线平行的两个力组成的最简单的力系称为力偶,记作(F,F)。.力偶矩 力偶只能使物体产生转动。力偶使物体转动效果与力的大小、力偶臂d的大小均成正比。因此,用乘积 Fd 来度量力偶对物体的作用效果,Fd 称为力偶矩。力偶矩用M(F,F)表示或简写 成 M。即:。二、力偶.力的平移定理 力是矢量。作用在刚体上的力沿力的作用线移动时不会改变力对刚体的作用效果,而力的作用线在刚体上平移时,力的作用效果就会改变,如果要保证力的作用效果不变,必须附加一定的条件。如图所示,力F 作用于刚体的点A.在刚体上任取一点B,d 为点B 到力F 作用线的垂直距离,在点B 加上两个等值反向的力F 和F,此时可将F看作是力F 平移至点B 后的力,而F、F 构成一对力偶,则此力偶就是必须附加的力偶.附加力偶矩为:第三节 平衡方程及其应用.力在坐标轴上的投影一、平面受力的解析表示法 如图所示,假设在刚体的一点 A 作用力F,选取平面直角坐标系xOy.力F 在x 轴、y 轴上的投影分别用Fx 和Fy 表示,其大小为 为力F 与x 轴正向的夹角。.合力投影定理合力投影定理:平面汇交力系的合力在任一坐标轴上的投影等于各分力在同一坐标轴上投影的代数和.即.平面任意力系二、平面受力时物体的平衡方程 作用在物体上各力的作用线分布在同一平面内,不汇交于同一点,也不互相平行,这样的力系称为平面任意力系。.平面任意力系的特殊情况()平面汇交力系 平面汇交力系平衡方程为()平面平行力系平面平行力系是在同一个平面内各力的作用线互相平行的平面力系。平面平行力系的平衡方程为()平面力偶系作用在物体同一平面内的两个或两个以上力偶,称为平面力偶系。平面力偶系平衡方程为 。第三章 杆件的基本变形机械基础机械基础第一节金属材料的力学性能第一节金属材料的力学性能一、概念1.金属材料在外力作用下所产生的几何形状和尺寸的变化统称为变形,变形一般分为弹性变形和塑性变形.2.金属材料在使用和制造过程中受到的作用力称为载荷,载荷通常分为静载荷、动载荷.3.大小、方向不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷;大小、方向随时间周期变化的载荷称为交变载荷;大小随时间突然变化的载荷称为冲击载荷.4.金属材料在外力作用时所表现出来的各种特性称为力学性能.5.材料受到不同载荷的作用,引起材料的变形往往也不同.因此,材料会表现出不同的力学性能.金属材料力学性能的主要指标有强度、硬度、塑性和韧性等.硬度 金属材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力称为硬度公理。硬度是衡量金属材料软硬的一个指标,是材料塑性、强度等性能的综合体现.生产中常用的有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)三种.强度 强度是金属材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力.强度越高的材料越能承受较大的外力而不被破坏和变形。二、金属材料的力学性能3.塑性 塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久性变形而不破坏的能力.塑性的指标有断后伸长率 和断面收缩率.4.韧性 金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为韧性.金属材料单位截面积所能承受的最大冲击功,即为冲击韧度.用符号ak表示,其值越大,材料的韧性越好.5.疲劳强度 在交变载荷的作用下,金属材料承受载荷的能力比只受静载荷时低,甚至在低于屈服点的状态下,长时间工作也会发生裂纹或者突然断裂.材料的这种现象称为金属的疲劳.金属材料在无限多次交变载荷作用下,而不被破坏的最大应力称为疲劳强度.实际上,金属材料不可能做无限多次交变载荷试验,一般试验时规定,钢经受次、有色金属经受次交变载荷作用而不产生断裂的最大应力称为疲劳强度.第二节 拉伸与压缩变形 工程上把长度远大于横截面尺寸的构件称为杆件.在实践生产中,受到拉伸或压缩的杆件虽然外形各有差异,但都是直杆.因此,杆件可 以简化为如图-所示.一、拉伸与压缩的概念 杆件发生拉伸或压缩变形的受力特点是:作用于杆件上的合外力的作用线沿杆件轴线、大小相等、方向相反.变形特点是:沿轴线方向产生纵向伸长或缩短.以拉伸为主要变形的杆件称为拉杆,以压缩为主要变形的杆件称为压杆.内力 杆件在外力作用下产生变形,其内部相互间作用力增大,这种内力的增大量称为内力,用FN表示.内力随着外力的产生而产生,并随外力的变化而变化;外力越大,变形越大,则构件的内力也越大.当内力超过一定的限度时,构件就发生破坏.内力与构件的强度密切相关.截面法是求解内力的唯一方法.将杆件假想地切开,用以显示截面内力的大小,根据平衡条件确定截面内力合力的方法,称为截面法.拉杆、压杆的内力统称为轴力.二、内力与应力 运用截面法求解内力可以概括为:截、取、代、平.如图-所示,假想沿m-m将杆件截开,分为和两段.取段为研究对象.在段的 m-m截面上各点都作用着内力,用 FN代替该截面各点内力的合力.由于杆件原来是处于平衡状态的,所以段也是处于平衡状态.由平衡条件得 根据杆件的变形来规定内力的方向,若杆件发生纵向伸长,轴力为正,即为拉力;若杆件纵向缩短,轴力为负,即为压力.2.应力 由相同材料制成的两根粗细不同的杆件,在两端受到同样大小的拉力作用时,一般都是直径较小的杆件先发生断裂.这说明根据杆件受到内力的大小,并不能判定杆件是否会被破坏，杆件是否破坏,除了与其截面上所受的内力大小有关外,还与杆的横截面积大小有关.单位面积上的内力称为应力,用 表示,即式中FN 横截面上的内力(N);A 横截面的面积(m).在国际单位制中,应力的单位是N/m(牛顿/平方米),称为帕斯卡(简称帕),用符号Pa表示,PaN/m.在工程中常用MPa(兆帕)作为应力的单位.MPaN/mm10Pa.应力的方向与内力的方向相同.应力垂直于截面时称为正应力,用 表示;应力相切于截面时称为切应力用表示.杆件沿轴向拉伸(或压缩)时,外力与轴线重合,其横截面上的应力认为均匀分布.在工程上常用应力来比较和判断杆件的强度.3.胡克定律 实验证明:在一定范围内(弹性阶段)正应力与线应变成正比例关系称为胡克定律,即式中E比例系数,称为弹性模量,E 的值随材料而异.上式也可改写为FN/A EL/L.其中,FN/A,L/L 表示杆件单位长度的伸长(或缩短)值,即线应变(简称应变,用表示).材料的力学性能是指材料受力时在强度、变形方面表现出来的性能.材料的力学性能可以通过试验测得.试验采用的是国家统一规定的标准试件,如图3-5所示,L为试件的试验段长度,称为标距.三、拉伸(压缩)时材料的力学性能图3-5 材料被拉伸前后1.低碳钢拉伸时的力学性能 低碳钢拉伸试验时,试件在缓慢施加的拉力F 作用下,逐渐被拉长(伸长量L 来表示),直到被拉断.拉伸图受原始尺寸的影响.为了消除原始尺寸的影响,获得反映材料性能的曲线,应画出 与 的关系曲线,该曲线称为应力应变图即-曲线,如图3-6所示.由-图可见,整个拉伸变形过程可分为四个阶段.()弹性阶段 在拉伸的初始阶段Oa 为一直线段,应力与应变成正比.直线最高点a 所对应的应力值称为材料的比例极限.()屈服阶段由b 点逐渐发展到c 点,然后再由c 点至c点,应力几乎不增加而变形急剧增加,这种现象称为屈服或流动,cc阶段称为屈服阶段,c 点对应的应力值称为材料的屈服点.()强化阶段 材料屈服后,由c点上升到d 点,材料又恢复了对变形的抵抗能力.若要继续变形,则必须增加应力的现象称为强化.()局部变形阶段 经过d 点后,试件的变形集中在某一局部范围内,试件横截面尺寸急剧缩小,产生颈缩现象.由于颈缩处横截面显著减小,使得试件继续变形所需的外力反而减小,直到e 点试件被拉断.de 段称为局部变形阶段.铸铁拉伸时的力学性能 试验得到铸铁拉伸的-曲线(见图-),试件从开始拉伸至拉断,应力和应变都很小,没有明显的直线段,没有屈服阶段和缩颈现象.-曲线的曲率很小时,常以直线代替曲线-,近似地认为材料服从胡克定律.拉断时的最大应力b 为材料的强度极限.由于脆性材料的抗拉强度b 很低.所以,一般不用作受拉杆件的材料.材料压缩的力学性能 低碳钢压缩时的-曲线与拉伸时的-曲线相比较,在屈服阶段前,低碳钢压缩时与拉伸时基本一致.屈服阶段后,试件越压越扁而不破裂.因此,达不到该材料的强度极限.铸铁压缩时的-曲线与拉伸时的-曲线相比较,其抗压强度极限远远大于抗拉强度极限(倍).压坏时,其断口与轴线约成 4.所以,铸铁被压缩时会沿斜截面相对错动而断裂.脆性材料抗压强度很高,常用来制作受压杆件.构件工作时不允许发生断裂或明显的塑性变形.当塑性材料的应力达到其屈服强度s时,材料将会产生明显的塑性变形,以致构件无法正常工作;当应力达到脆性材料构件的强度极限b 时,构件会发生突然断裂.材料破坏时的应力称为极限应力.工程上把构件产生明显的塑性变形或断裂统称为破坏.为了保证构件具有足够的强度,必须使构件有足够的强度储备,使构件的工作应力小于材料的极限应力.因此,将极限应力除以一个大于的安全系数n,作为材料的许用应力,用表示.即四、拉伸和压缩的强度计算第三节 其他形式的基本变形 构件的两侧面受到外力的合力大小相等、方向相反、作用线平行且相距很近时,在两力作用线间的各截面会沿力的方向发生相对错动,构件中相邻截面间的这种相对错动称为剪切变形,相对错动的截面称为剪切面.当剪切力过大时,构件将沿剪切面被剪断,如图-所示.一、剪切与挤压变形 1.扭转变形的特点 ()在杆件两端受到垂直于杆件轴线、大小相等、方向相反的一对力偶的作用.()杆件上各个横截面均绕杆件的轴线发生相对转动.二、扭转变形2.圆轴转动时的外力偶矩圆轴转动时的外力偶矩为:.弯曲变形的概念 在日常生活与工程实际中,弯曲变形是普遍存在弯曲现象.弯曲变形的特点是杆件受到垂直于杆件轴线的横向力,杆件的轴线由直线变成曲线.三、弯曲变形.梁的基本形式 梁的支承和受力情况很复杂,根据梁的支承情况,在分析、计算时常将梁简化为三种基本形式:简支梁、悬臂梁、外伸梁。.提高梁抵抗弯曲能力的方法()合理选择梁的截面形状()合理布置载荷()采用变截面梁 同时发生两种或两种以上的基本变形,称为组合变形.在工程实际中,很多杆件发生的变形往往都是组合变形,如图-13所示.四、组合变形简介 当电动机带动带轮旋转时,带轮上的带分别产生松边张力和紧边张力,两力共同作用在带轮上,对轴产生一横向力F,使轴产生弯曲变形.同时电动机对轴产生的力偶矩 M 和阻力偶使轴发生扭转变形.因此,传动轴将产生弯扭组合变形.第四章 机械工程材料机械基础机械基础第一节第一节 钢铁材料钢铁材料一、碳素钢 1.碳素钢的分类 碳素钢有多种分类方法,常用的有三种:()按钢中含碳量分 低碳钢:含碳量c0.25.中碳钢:含碳量0.25 c0.6.高碳钢:含碳量c0.6.()按钢的质量分 碳钢质量的好坏主要根据钢中杂质的质量分数来划分.按钢的质量,碳钢可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢.普通钢:含硫量s0.035,含磷量p0.035.优质钢:含硫量s0.030,含磷量p 0.030.高级优质钢:含硫量s0.020,含磷量p0.025.()按用途分碳素结构钢:用于制造工程结构、机械零件.碳素工具钢:用于制造刃具、量具和模具.钢还可以从其他角度来分类.按脱氧方法不同,钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种.我国国家标准规定主要根据用途来分类.碳素结构钢 ()普通碳素结构钢普通碳素结构钢冶炼容易,不消耗贵重的合金元素,价格低廉,性能满足一般工程结构、日常生活用品和普通机械零件的要求.()优质碳素结构钢这类钢中有害杂质元素S、P较少,质量优良.大多数用于制造机械零件,可以应用热处理工艺改善和提高其力学性能.牌号用两位数字表示钢中平均含碳量的万分数.3.碳素工具钢 碳素工具钢是指用于制造刃具、模具、量具的钢.这类钢的碳含量都在0.7以上,都是优质的或高级优质高碳钢.牌号是“T”加数字表示,其中T 表示碳素工具钢,数字表示平均含碳量的千分数.如T,表示平均碳含量为0.8的碳素工具钢.若为高级优质碳素工具钢,则在牌号后加“A”,如T10A,表示平均碳含碳为1.0的高级优质碳素工具钢.二、合金钢 合金钢是在碳钢的基础上加入其他元素的钢.加入的其他元素称为合金元素.合金钢的分类和牌号 ()分类 合金钢的分类方法很多,按用途分为:合金结构钢,主要用于制造重要的机械零件和工程结构.合金工具钢,主要用于制造重要的刃具、量具和模具.特殊性能钢,具有特殊的物理、化学性能的钢,在机械制造中常用的有不锈耐酸钢、耐热钢和耐磨钢.()牌号 合金结构钢的牌号采用两位数字加元素符号再加数字来表示.3.合金结构钢 按用途可分为工程结构用钢和机械制造用钢.()工程结构用钢(又称普通低合金结构钢简称普低钢)()机械制造用钢 合金渗碳钢.合金调质钢.合金弹簧钢.4.合金工具钢 ()合金刃具钢 合金刃具钢分为低合金刃具钢和高速钢.()合金模具钢 ()合金量具钢 铸铁是碳含量大于2.11的铁碳含金.铸铁与碳钢主要的不同是,铸铁含碳量较高(一般碳含量为2.54.0),杂质元素硅、锰、硫、磷的含量也比碳钢高.三、铸铁 1.灰铸铁 灰铸铁断口呈暗灰色,故称灰铸铁.灰铸铁中碳以片状石墨形式存在.可锻铸铁 可锻铸铁是将一定成分的白口铸铁经过退火处理,使渗碳体分解,形成团絮状石墨的铸铁.3.球墨铸铁 球墨铸铁是指石墨以球状形式存在的铸铁.球墨铸铁的获得是在浇注前进行球化处理,即往铁水中加入适量的球化剂和孕育剂,浇注后可使石墨呈球状分布的铸铁.第二节第二节 钢的热处理钢的热处理一、钢的热处理 钢的热处理是指在固态下,采用适当方式将钢或钢制工件进行加热、保温和冷却,以获得预期的组织结构与性能的工艺.热处理工艺通常用如图4-1所示的热处理工艺曲线表示.应用适当的热处理,不仅能充分发挥钢的潜力,提高工件的使用性能和使用寿命,而且还可以改善工件的加工工艺性能.在机械制造中,大部分的重要零件必须进行热处理.退火 将钢加热到适当温度,保持一定时间,然后缓慢冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺,称为退火.正火 将钢加热到适当温度,保持一定时间后出炉、在空气中冷却的热处理工艺,称为正火.淬火 将钢加热到适当温度,保持一定时间,然后快速冷却的热处理工艺,称为淬火.最常见的有水(盐水)冷淬火、油冷淬火等.回火 将钢在淬火后重新加热到某一温度,保温一定时间,然后空冷到室温的热处理工艺,称为回火.()低温回火(150250)()中温回火(250500)()高温回火(500650)二、钢的退火、正火、淬火和回火.表面淬火 表面淬火是仅对零件的表面层进行淬火,而心部保持未淬火状态.它是通过快速加热,使零件表面层很快达到淬火温度,在热量来不及传到中心时就立即冷却,实现表面淬火.常用的有火焰表面淬火、感应加热表面淬火.2.化学热处理 化学热处理是将零件置于适当的活性介质中加热、保温、冷却的方法,使一种或几种元素渗入零件表层,以改变零件表面层的化学成分、组织和性能的热处理工艺.与表面淬火相比化学热处理不仅改变了零件表面的组织,而且零件表面化学成分也发生了变化.三、钢的表面热处理第三节第三节 有色金属材料有色金属材料一、铝及铝合金 .纯铝 纯铝是一种银白色的金属.它具有一些优良特性:质轻、密度较小,是轻金属之一,常用作各种轻质结构材料的基本组元.导电、导热性良好.导电性仅次于银和铜.抗大气腐蚀性能好.塑性好,易于承受各种压力的加工而制成多种型材与制品.但强度、硬度较低,故工业上常通过合金化来提高其强度,以用作结构材料.纯铝分为高纯度铝和工业纯铝.铝合金 由于纯铝的强度很低,不宜用来制作结构零件.在铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合金元素,可以得到较高强度的铝合金,且仍保持密度小、耐蚀性好、导热性好的特点.铝合金按其成分和工艺特点可分为形变铝合金和铸造铝合金.()形变铝合金 形变铝合金按其主要性能和用途,分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝.()铸造铝合金 铸造铝合金是指具有较好的铸造性能,适宜用铸造加工方法获得铸件的铝合金.纯铜 纯铜是玫瑰红色,外观为紫红色,俗称紫铜,又称电解铜.它具有良好的导电性,导热性,耐蚀性,强度不高,硬度很低,塑性较好,易于冷、热压力加工.由于纯铜价格昂贵,一般不用作结构零件,主要用于制作导电材料及配制铜合金的原料.铜合金 根据主加元素不同,铜合金可分为黄铜、青铜、白铜.在工业已最常用的是黄铜和青铜.()黄铜 普通黄铜.仅由铜和锌组成的铜合金称为普通黄铜.接性和耐蚀性,价格较便宜,故工业上应用较多。特殊黄铜.在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的铜合金,称为特殊黄铜.二、铜及铜合金 ()青铜青铜是指铜与锌或镍以外的元素组成的合金.按化学成分不同,分为普通青铜(锡青铜)、特殊青铜(无锡青铜)两类.普通青铜即锡青铜是人类历史上应用最早的一种合金,我国古代遗留下来的一些古镜、钟鼎之类便由这些合金制成.锡青铜具有耐磨、耐蚀和良好铸造性能.特殊青铜的力学性能、耐磨性、耐蚀性,一般都优于普通青铜,而铸造性能不及普通青铜.主要用于制造高强度耐磨零件,如轴承、齿轮等.()白铜白铜是铜镍合金,因色白而得名.第四节第四节 非金属材料非金属材料 1.塑料的分类通常根据塑料受热后的性能分为热塑性塑料和热固性塑料.()热塑性塑料热塑性塑料是一类可以反复通过提高温度使之软化,降低温度使之硬化的材料.()热固性塑料这类塑料的特点是加热时软化,可以塑造成形,但固化后再加热,将不再软化.因此,不能重复塑制.2.塑料的特性 质轻、密度小.塑料的密度仅为钢铁的/,一般在0.822.2g/cm3 之间.绝缘性好.塑料的电阻很高,是很好的绝缘材料.耐热性好.塑料是耐酸、碱腐蚀的优良材料.如聚四氟乙烯在“王水”中加热也很稳定,有“塑料王”之称.力学性能不高.塑料的力学性能比金属材料低,受温度的影响很大.无冷变形强化效果,一般不适合制造受载大的零件.但塑料的比强度高,适宜制造复合材料.优良的耐磨、减摩和自润滑性.大多数塑料摩擦因数小,耐磨性好,能在完全没有润滑的条件下有效地工作,这是许多金属材料所不能比拟的.优良的吸振性和消声性.用塑料制造的轴承和齿轮在高速运转时,可大大减小噪声并降低振动频率.第五章连接零部件机械基础机械基础第一节第一节 键连接与销连接键连接与销连接一、键连接.平键连接 平键是矩形截面的连接件.其主要尺寸为键宽b、键高h 和键长L,如图-(a)所示.平键连接的结构如图-(b)所示.键的两侧面为工作面,工作时依靠键与键槽之间挤压来传递运动和转矩.平键分为普通平键、导向平键和薄型平键三种.半圆键连接 半圆键的上表面为平面,两侧面呈半圆形平面,如图-(a)所示;轴上加工出的键槽也呈半圆形.半圆键连接结构,如图-(b)所示,以键的两侧面为工作面.轴上键槽用与半圆键半径相同的半圆键铣刀加工,如图-所示.楔键连接 楔键的上表面和轮毂的键槽底面有100的斜度.楔键的上、下表面是工作面,而键的两个侧面是非工作面,键与键槽的两个侧面留有间隙,如图-所示.装配时,将楔键沿轴向打入到轴和轮毂的键槽内,其工作面上会产生很大的楔紧力.二、花键连接 花键连接由轴上加工出的外花键和轮毂孔上加工出的内花键组成(见图-).它是平键连接在数目上的发展.花键连接具有键齿数多、承载能力强、键槽较浅、应力集中小、对轴毂的强度削弱小、键齿分布均匀、受力均匀、轴上零件与轴的对中性好、导向性好等优点.二、销连接 销连接主要是用来确定零件间的相互位置,即起定位作用.按其在工作场合中所体现出的应用特点可分为定位销、连接销、安全销三种.定位销如图-12(a)所示,此时销一般不承受载荷.连接销如图-12(b)所示,可承受不大的载荷,用来传递横向力或转矩;安全销如图-12(c)所示,起过载保护作用,当连接过载时,销被切断,从而保护被连接件不被损坏.第二节螺纹连接第二节螺纹连接一、螺纹的基本知识 .螺旋线的形成(见图5-14)在圆柱表面上,沿螺旋线加工所产生的连续沟槽、凸棱称为螺纹.螺纹在螺旋线上形成的断面形状各处相同.在外表面的螺纹称为外螺纹,在内孔表面的螺纹称为内螺纹.螺纹的主要参数()螺纹的线数(n)一条螺旋线形成的螺纹为单线螺纹(n),如图5-15(a)所示;由两条或两条以上,在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹称多线螺纹,如图5-15(b)所示;单线螺纹一般用于连接,多线螺纹常用于传动.()螺纹旋向 螺纹旋向指螺旋线在圆柱面上的旋转方向.按照螺纹旋向的不同,可以分为右旋螺纹和左旋螺纹.螺纹旋向的判别:将圆柱体的轴线竖直放置,可见部分螺旋线向右上升的为右旋螺纹,如图5-15(a)所示;向左上升的为左旋螺纹,如图5-15(b)所示.()螺纹升角 形成螺旋线的直角三角形斜边AB 与底边AC 之间的夹角称为螺纹升角,如图5-14所示.不论螺母承载重量有多大,螺母都不会自动下降的现象称为自锁.螺纹结构一般都有这种自锁性,这对保证螺纹结构可靠、安全地工作有着重要意义.螺纹升角越小,螺纹连接的自锁性越好.()大径D、d 图5-16螺纹的牙型、参数与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径称为大径,内螺纹大径代号D,外螺纹大径代号d,如图5-16所示.国家标准规定螺纹大径为螺纹公称直径.()小径D、d 与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径称为小径.内螺纹小径代号D,外螺纹小径代号d,如图5-16所示.()中径D、d中径是指一个假想圆柱的直径,该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的位置,内螺纹中径代号D,外螺纹中径代号d,如图5-16所示.()螺距P 螺距是相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离,如图5-16所示.()导程Ph 导程是同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离,PhnP.如图5-15(b)所示.()牙型角、牙型半角/在螺纹牙型上,连接牙顶和牙底的侧表面称为牙侧,同一牙两牙侧间的夹角 为牙型角.牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角/为牙型半角,如图5-16所示.螺纹的种类、特点与应用 按照螺纹牙型的不同,螺纹可分为普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹等.除矩形螺纹外均已标准化.除管螺纹采用英制(以每英寸牙数表示螺距)外,其余均采用公制.螺纹的种类、代号、特点和应用如表5-2所示.表5-2螺纹的种类、代号、特点和应用表5-2螺纹的种类、代号、特点和应用二、螺纹连接的基本类型和常用螺纹连接件 .螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型有螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接四种,它们的构造、特点和应用见表5-3.常用螺纹连接件 螺纹连接件的种类繁多,结构形式和尺寸已经标准化.常用螺纹连接件见表5-4.一、螺纹连接的预紧与防松方法 .螺纹连接的预紧 装配时,螺纹连接一般需要拧紧,使连接在承受工作载荷之前预先受到力的作用,这个预先作用力称为预紧力.预紧的目的在于增强连接的可靠性、紧密性和防松能力.预紧力要适度,对于一般连接,可由操作者凭经验来控制预紧力的大小;对于较重要的普通螺栓连接,可采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力;对于预紧力控制有精确要求的螺栓连接,可采用测量螺栓伸长量的办法来控制预紧力的大小.螺纹连接的防松()螺纹的线数(n)按其工作原理,螺纹连接的防松可分为摩擦防松、机械防松和不可拆防松三种.()摩擦防松 不论连接所受载荷如何变化,螺旋副中都存在一定的正压力,从而产生防止螺旋副相对转动的摩擦阻力.这种方法适用于机械外部静止构件的连接,以及防松要求不严格的场合.常用的有双螺母防松,如图5-18(a)所示;弹簧垫圈防松,如图5-18(b)所示等方法.双螺母防松效果较好,弹簧垫圈防松效果次之.()机械防松 机械防松是借助各种止动元件(开口销、止动垫片、金属丝等),防止螺旋副的相对转动.这种装置工作可靠,应用广泛,但装拆麻烦.这种方法适用于机械内部运动构件的连接,以及防松要求较高的场合,如图5-19所示.()不可拆防松 在螺纹副拧紧后,把螺纹副破坏,如图所示.这种方法简单可靠,适用于装配后不再拆开的连接.第三节联轴器、离合器、制动器第三节联轴器、离合器、制动器一、联轴器 .刚性联轴器 这种联轴器要求两轴严格对中,在工作时不发生相对位移.刚性联轴器有刚性固定式联轴器、刚性可移式联轴器.()刚性固定式联轴器有套筒联轴器、凸缘联轴器 套筒联轴器.凸缘联轴器 ()刚性可移式联轴器刚性可移式联轴器的类型很多,如滑块联轴器、齿式联轴器等.滑块联轴器由两个端面开槽的半联轴器、和中间两面都有凸榫的中间圆盘组成.中间圆盘两端面上的凸榫相互垂直,分别嵌入半联轴器相应的四槽,如图5-23所示.挠性联轴器挠性联轴器的特点是在两半联轴器间有弹性元件连接.因此,允许有微小的角度和综合位移.这类联轴器主要有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器,如图-所示.安全联轴器 为了对机器进行过载保护,可用各种形式的安全联轴器.安全联轴器依靠连接件折断、分离、打滑使传动中断或限制转矩的传递.二、离合器 在机器运转的情况下,离合器可以实现轴与轴之间迅速结合或分离.常用的离合器有牙嵌离合器、摩擦式离合器、超越离合器和安全离合器等.它们依靠牙(齿)的啮合和工作表面的摩擦力来传递转矩.牙嵌离合器2.摩擦离合器 .安全离合器 安全离合器会在机器过载时自动脱开,以保护机器重要零件不因过载而破坏;当机器承受载荷恢复正常后,可自动继续进行动力的传递.常用的安全离合器有牙嵌式安全离合器、滚珠式安全离合器.三、制动器.锥形制动器.带状制动器.电磁制动器.盘式制动器第六章支承零部件机械基础机械基础第一节轴第一节轴一、键连接一、轴轴的作用是支承轴上的回转零件,并传递运动和转矩.轴的类型直轴曲轴(见图-).软轴(见图-).()根据直轴承受载荷的不同,可将直轴分为:心轴.传动轴转轴 .轴的材料 轴是机械中的重要零件.因此,要求轴应具有足够的强度、刚度和韧性,对应力集中敏感性要小,与轴上零件有相对滑动处还应有一定的耐磨性.轴的常用材料主要是优质碳素结构钢和合金结构钢,其次是球墨铸铁.二、轴的结构 ()轴的结构应满足如下要求:轴相对于机架及轴上零件的定位准确、固定可靠.轴上零件便于装拆和调整.良好的加工工艺性.尽量减少应力集中.()轴的各部分名称,如图6-9所示.()轴上零件的固定方法:轴上零件的固定形式有轴向固定与周向固定.轴上零件的轴向定位是限制轴上零件的轴向位移,保证轴上零件位于轴上确定的位置.轴上零件的轴向固定形式、简图、特点见表6-1.轴上零件的周向固定是为了防止零件与轴产生相对转动,并传递转矩.常用的固定形式及特点见表-.()轴的各部分名称,如图6-9所示.()轴的各部分名称,如图6-9所示.()轴的各部分名称,如图6-9所示.()轴的工艺性结构:轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置,如图6-12所示.第二节滑动轴承第二节滑动轴承一、滑动轴承的结构与常用材料 1.滑动轴承的结构 滑动轴承一般由轴瓦与轴承座构成,如图6-14所示.()整体式滑动轴承()剖分式滑动轴承图整体式向心滑动轴承 图剖分式滑动轴承 轴瓦结构()整体式轴瓦(轴套)()剖分式轴瓦.轴瓦材料 轴瓦是滑动轴承的重要零件,它直接与轴颈接触,其材料对于轴承的性能影响很大.轴瓦材料应满足下述要求:摩擦因数小;耐磨、耐蚀、抗胶合能力强;有足够的强度和塑性;导热性好,线胀系数小.常用的轴瓦材料有:轴承合金、青铜、粉末冶金材料、非金属材料.其中,以塑料应用最广.二、滑动轴承的特点和应用.滑动轴承的特点滑动轴承工作平稳,承载能力大,噪声较滚动轴承低,工作可靠.当能保证良好润滑时,可以大大地减小摩擦,减轻磨损.但是,滑动轴承的启动摩擦阻力大.滑动轴承的应用()工作转速要求特别高的轴承,如磨床主轴.()承受极大的冲击和振动载荷的轴承,如轧钢机轧辊.()要求特别精密的轴承.()装配工艺要求轴承剖分的场合,如曲轴的轴承.()要求径向尺寸小的轴承.第三节滚动轴承第三节滚动轴承一、滚动轴承的构造、类型、特性及应用.滚动轴承构造 滚动轴承的类型()根据承受载荷的方向分为:向心轴承:主要承受径向载荷的轴承.推力轴承:主要承受轴向载荷的轴承.向心推力轴承:既能承受径向载荷又能承受轴向载荷的轴承.()根据滚动体的形状分为:球轴承和滚子轴承.滚子轴承中的滚子有圆柱滚子、圆锥滚子、滚针、球面滚子.各种滚动体形状,如图-所示.图6-20滚动体形状 二、滚动轴承的代号 .基本代号.前置代号、后置代号.常用的滚动轴承类型、尺寸系列代号、基本代号和特点(见表-)三、滚动轴承的选择.载荷.轴承的转速.刚性及调心性能要求.装拆的要求四、滚动轴承的固定与拆装.滚动轴承的固定方法.滚动轴承的装拆图6-21滚动轴承的装配 图6-22用拉马拆卸滚动轴承 第四节机械的润滑和密封第四节机械的润滑和密封一、机械的润滑.润滑剂()润滑油()润滑脂2.润滑剂的选择原则.润滑方式和润滑装置()手工定时润滑()连续润滑油绳针阀式注油油杯润滑油浴、溅油润滑二、密封装置 按密封的零件表面之间有无相对运动,密封可以分为静密封和动密封两大类.静密封有密封垫、密封胶、直接接触三种密封方式.动密封有:接触式和非接触式密封两种.常用旋转动密封种类、特性及应用见表-.图6-20滚动体形状第七章常用机构机械基础机械基础第一节机构及机构运动简图第一节机构及机构运动简图一、运动副及机构的组成.构件.运动副()高副两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副,如图-所示.图-高副二、平面机构运动简图.运动副的表示方法图7-4转动副机构运动简图图图7-5移动副机构运动简图图-高副机构运动简图 .构件的表示方法.绘制平面机构运动简图的步骤分析机构的组成和运动情况,找出原动件、从动件和固定件.确定机构的构件数目、运动副的类型和数目.选择投影面,对于平面机构,可直接选择构件的运动平面作为投影面.按一定比例绘制平面机构运动简图.第二节平面连杆机构第二节平面连杆机构一、运动副及机构的组成一、铰链四杆机构 铰链四杆机构的概念全部由转动副(铰链)连接而成的平面四杆机构,称为铰链四杆机构,如图-所示.图-铰链四杆机构、连架杆;连杆;机架.铰链四杆机构的类型按曲柄的存在情况,铰链四杆机构分为:曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构.()曲柄摇杆机构 ()双曲柄机构尽量减少应力集中.()轴的各部分名称,如图6-9所示.二、滚动轴承的代号 .基本代号.前置代号、后置代号.常用的滚动轴承类型、尺寸系列代号、基本代号和特点(见表-)()轴上零件的固定方法:轴上零件的固定形式有轴向固定与周向固定.轴上零件的轴向定位是限制轴上零件的轴向位移,保证轴上零件位于轴上确定的位置.轴上零件的轴向固定形式、简图、特点见表6-1.三、滚动轴承的选择.载荷.轴承的转速.刚性及调心性能要求.装拆的要求四、滚动轴承的固定与拆装.滚动轴承的固定方法