机械基础——教学（下学期）
第一课（连接与紧固）
机械连接按其运动关系可以分为动连接和静连接。
动连接：在机械工作时，被连接零件之间允许有相对运动的连接称为动连接，如各种运动副、弹性连接等;
静连接：被连接零件之间不允许有相对运动的连接称为静连接，如过盈连接、螺纹连接等机械连接。
可拆连接：不需破坏连接中的任何零件就可拆开且多次装拆无损性能的连接称为可拆连接，如螺纹连接、键连接、销连接等。
不可拆连接：至少要破坏连接中的某一部分才能拆开的连接称为不可拆连接，如铆接、焊接、胶接等，其制造成本通常比可拆连接低，采用不可拆连接主要考虑制造和经济方面的原因。
过盈连接：过盈连接虽然可以设计成可拆连接，但是为了避免拆卸时损伤接触面，也常设计成不可拆连接。
在机械中起连接作用的零件称为连接件。最常用的连接件是螺纹连接件，又称紧固件，此外还有键、销等连接件。
键连接与销连接
一 、键连接
键连接主要用作轴上零件的周向固定并传递转矩，有的使轴上零件沿轴向移动时起导向作用。
按照结构特点和工作原理，键连接可分为：平键连接、半圆键连接和楔键连接等。
常用的为平键连接。
1. 平键连接
平键的下面与轴，上键槽贴紧，上面与轮毂键槽顶面留有间隙。两侧面为工作面，依靠键与键槽之间的挤压力传递转矩。平键连接加工容易、装拆方便、对中性良好，用于传动精度要求较高的场合。根据用途可将其分为如下三种：
①普通型平键连接
普通型平键的主要尺寸是键宽 b、键高 h 和键长 L。
端部有圆头 (A 型)、平头 (B 型)和 单圆头(C 型)三种形式。
② 薄型平键连接
薄型平键与普通型平键相比，在键宽b 相同时，键高h 较小。因此，薄型平键连接对轴和轮毂的强度削弱较小，用于薄壁结构和特殊场合。
③ 导向型平键连接
当轴上零件与轴构成移动副时，可采用导向型平键连接导向型平键较普通型平键长，为防止键体在轴中松动，用两个螺钉将其 固定在轴上键槽中，键的中部设有起键螺纹孔，以便拆卸。若轴上零件沿轴向移动 距离较长，可采用图5-6所示的滑键连接。
导向型平键连接：
滑键连接：
2.平键连接的选用：
平键连接的选用步骤如下：
① 根据键连接的工作要求和使用特点选择键连接的类型。
② 按照轴的公称直径 d, 从国家标准(表5- 1)中选择平键的横截面尺寸b×h。
③ 根据轮毂长度L₁ 选择键长L, 静连接取L=L₁-(5~10)mm。
④ 校核平键连接的强度。
⑤选择并标注键连接的轴毂公差。
怎样校核平键连接的强度：
键连接的主要失效形式是较弱工作面的压溃(静连接），应按照挤压应力σ
, 进行条件性的强度计算，或过度磨损(动连接),应按照压强p 进行条件性的强度计算。校核公式为：
上面式子可以解释为：
静连接：σp = 4T/dhl ≤ [σp ]
动连接：p = 4T/dhl ≤ [ p ]
式中： T—— 传递的转矩，N·mm;
d—— 轴的公称直径， mm;
h——键高， mm;
l——键的工作长度， mm;
[σp] 或 [p] ——键连接材料的许用挤压应力或许用压强，计算时应取连接中较弱材料的值, MPa。
例题：
例5 - 1 图5-7所示为某钢制输出轴与铸铁齿轮的键连接，已知装齿轮处轴的直径d=45mm, 齿轮轮毂长L₁=80mm, 该轴传递的转矩T=200000N·mm, 载荷有轻微冲击。试选用该键连接。
解： (1)选择键连接的类型 为保证齿轮传动啮合良好，要求轴、毂对中性好，故选用普通A 型平键连接。
(2)选择键的主要尺寸 按轴径d=45mm 由表5 - 1查得键宽b=14mm, 键高h=9mm,键长 L=[80-(5~10)]mm=(75~70)mm, 取 L=70mm 。 标记为； GB/T1096键14×9×70。
(3)校核键挤压强度 由表5-2查铸铁材料[σ,]=50~60 MPa, 由式(5-1)
计算键连接的挤压应力为
所选键连接强度足够。
(4)标注键连接公差轴、毂公差标注如图5-8所示。
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。 工作时靠键齿的侧面互相挤压传递转矩。花键连接的优点是键齿数多，承载能力 强；应力集中小，对轴和毂的强度削弱也小；轴上零件与轴的对中性好；导向性好。花键连接的缺点是成本较高。因此，花键连接用于定心精度要求较高和载荷较大的场合
花键已标准化，按齿形的不同分为矩形花键、渐开线花键和端齿花键。
1. 矩形花键
矩形花键的齿廓为直线，规格为键数N×小径 dx 大径 Dx键宽B。
国家标准规定，矩形花键连接(图5-10)采用小径定心，热处理后磨内花键孔的工艺提高定心精度。
2. 渐开线花键
渐开线花键的齿廓为渐开线，工作时齿面上有径向力，起自动定心作用，各齿 均匀承载，强度高。渐开线花键可以用齿轮加工设备制造，加工精度高，常用于传 递载荷较大、轴径较大、大批量的场合，如图5-11所示。渐开线花键的主要参数为模数m、齿 数z 、压力角α等。
三、销连接
销连接通常用于固定零件之间的相对位置(定位销，如图5-12所示),也用于 轴毂间或其他零件间的连接(连接销，如图5- 13所示),还可充当过载剪断元件 (安全销，如图5-14所示)。
定位销一般只受很小的载荷，其直径按结构确定，数量不少于2个；连接销能传递较小的载荷，其直径亦按结构及经验确定，必要时校核其挤压和剪切强度；安全销的直径按销的剪切强度计算，当过载20%~30%时即应被剪断。销按形状分为圆柱销、圆锥销和异形销三类。圆柱销与销孔为过盈配合，为保证定位精度和连接的紧固性，不宜经常装拆，主要用于定位，也用作连接销和安全销。圆锥销具有1:50的锥度，小端直径为标准值，自锁性能好，定位精度高，主要用于定位，也可作为连接销。圆柱销和圆锥销的销孔均需铰制。异形销种类很多，其中开口销工作可靠、拆卸方便，常与槽形螺母合用锁定螺纹紧固件。
第二课（连接与紧固）
一 、螺纹及其主要参数
在圆柱内、外表面上分别沿螺旋线切制出特定形状的沟槽而形成内、外螺纹， 共同组成螺纹副使用(图5-16)。沿一条螺旋线形成的螺纹为单线螺纹，其自锁性 好，常用于连接；沿两条或两条以上等距螺旋线形成的螺纹为多线螺纹，其效率较 高，常用于传动。螺纹按螺旋线方向分为右旋螺纹和左旋螺纹，常用右旋螺纹
螺纹的主要参数有大径 D 、d (公称 直径),小径 D,、d,(强度计算直径),中 径D₂ 、d₂ (确定螺纹几何参数和配合性质的直径),线数 n, 螺 距 P, 导程 Ph (Ph=nP), 螺纹升角λ,牙型角α(螺纹 轴向横截面内牙型两侧边的夹角)或牙侧 角β(螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直 平面的夹角)等。由图5-17可知，螺纹升角与导程、螺距间的关系为：
二 、螺纹的类型、特点及应用
按照牙型不同，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(图5-18)。除矩形螺纹外，均已标准化。除多数管螺纹采用英制(以每英 寸牙数表示螺距)外，均采用米制。
普通螺纹的牙型为等边三角形，α=60°。对于同一公称直径，按螺距大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹。粗牙螺纹常用于一般连接；细牙螺纹自锁性好，用于受冲击、振动和变载荷的连接。
管螺纹的牙型为等腰三角形，α=55°,适用于管子、管接头、旋塞、阀门等螺 纹连接件。非螺纹密封的管螺纹本身不具有密封性，若要求连接后具有密封性，可压紧被连接件螺纹副外的密封面，也可在密封面间添加密封物；用螺纹密封的管螺 纹在螺纹旋合后，利用本身的变形即可保证连接的密封性，不需要任何填料，如空调管道连接。
米制锥螺纹的牙型角α=60°,螺纹分布在锥度为1:16的圆锥管壁上，用于气体或液体管路系统依靠螺纹密封的连接螺纹(水和煤气管道用管螺纹除外)。矩形螺纹的牙型为正方形，α=0°,其传动效率高，但牙根强度低，螺纹副磨损后的间隙难以修复和补偿，使传动精度降低，因此逐渐被梯形螺纹所代替。梯形螺纹的牙型为等腰梯形，α=30°,其传动效率略低于矩形螺纹，但牙根强 度高，工艺性和对中性好，可补偿磨损后的间隙，是最常用的传动螺纹。锯齿形螺纹的牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角β₁=3°,非工作面的牙侧角β₂=30°,兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点，用于单向受力的传动中。
三 、螺纹连接的主要类型及应用
螺纹连接由连接件和被连接件组成，表5-3列出了螺纹连接的主要类型、构造、特点及应用，以及主要尺寸关系。
螺纹紧固件分A 、B 、C三个精度等级。A 级精度最高，用于重要连接； B 级精度次之； C 级精度多用于一般的连接。
四、螺纹连接的拧紧与防松
1. 螺纹连接的拧紧及控制
螺纹连接在承受工作载荷之前一般需要拧紧，这种连接称为紧连接；不需要拧紧的连接称为松连接。拧紧可提高连接的紧密性、紧固性和可靠性。拧紧力矩T'用来克服螺纹副及螺母支承面上的摩擦力矩。拧紧时螺栓所受拉力F '称为预紧力。实验表明，对M10~M48 的粗牙普通螺纹，无润滑时，有近似公式：
T¹≈0.2F'd (5-3)
式中： T' 拧紧力矩， N·mm；
F'—— 预紧力，N；
d—— 螺纹连接件的公称直径， mm；
预紧力过大，螺纹牙可能被剪断而滑扣；预紧力过小，紧固件可能松脱，被连 接件可能出现滑移或分离。因此，有必要在拧紧螺栓时控制拧紧力矩，从而控制预 紧力。采用指针式测力矩扳手或预置式定力矩扳手(图5-20)控制拧紧力矩的方法 精度较高。目前控制预紧力较多采用电动扳手，使用呆扳手可以在一定程度上控制拧紧力矩，而使用可以调整的活扳手则难以控制拧紧力矩。
为了使被连接件均匀受压，互相贴合紧密、连接牢固，装配时要根据螺栓实际 分布情况，按一定的顺序分几次(常为2次或3次)逐步拧紧，如图5-21所示， 而拆卸的顺序与装配时恰好相反，也要分次进行。
对于铸锻焊件等的粗糙表面，应加工成凸台、沉头座或采用球面垫圈，支承面 倾斜时应采用斜面垫圈，如图5-22所示。这样可使螺栓轴线垂直于支承面，避免 螺栓承受偏心载荷。图中尺寸E 要保证扳手所需活动空间。
2. 螺纹连接的防松措施
连接螺纹常为单线螺纹，满足自锁条件，螺纹连接在拧紧后一般不会松动。但 是，在变载荷、冲击、振动作用下，都会使预紧力减小，摩擦力降低，导致螺纹副 相对转动，使螺纹连接松动，因此必须采取防松措施。
常用的防松措施有三种：
① 摩擦防松 使螺纹副中产生不随外力变化的正压力，以形成阻止螺纹副相对
转动的摩擦力的方法称为摩擦防松，如图5-23所示。对顶螺母防松效果较好，金 属锁紧螺母效果次之，弹簧垫圈效果较差。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。
② 锁住防松 利用各种止动件机械地限制螺纹副相对转动的方法称为锁住防 松，如图5-24所示。这种方法可靠，但装拆麻烦，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。
③ 不可拆防松 在螺纹副拧紧后，采用端铆、冲点、焊接、胶接等措施使螺纹 … 连接不可拆的方法称为不可拆防松，如图5-25所示。这种方法简单可靠，适用于装配后不再拆卸的连接。
5 . 4弹性连接
一 、弹 簧 的 类 型
受载后产生变形，卸载后通常立即恢复原有形状和尺寸的零件称为弹性零件。 机械中各种类型的弹簧都是弹性零件。图5-26所示的车架和车轮主要是依靠装在 它们之间的弹性零件实现连接的。这种依靠弹性零件实现被连接件在有限相对运动 时仍保持固定联系的动连接称为弹性连接
二 、弹性连接的功用
① 缓冲吸振 改善被连接件的工作平稳性，如蛇形弹簧联轴器上的弹簧及各种
车辆上的悬挂弹簧。
② 控 制 运 动 适 应 被 连 接 件 的 工 作 位 置 变 化 ， 如 离 心 离 合 器 中 的 弹 簧 及 内 燃 机
上的气门弹簧 。
③ 储能输能 提供被连接件运动所需动力，如机械式钟表中的发条弹簧。
④ 测量载荷 标志被连接件所受外力的大小，如测力器和弹簧秤中的弹簧。
第三课（连接与紧固）
联轴器与离合器主要用于连接两轴，使其共同回转以传递运动和转矩。机器工 作时，联轴器只能保持两轴的接合状态，而离合器却可随时完成两轴的接合或分离。
一、常用联轴器
联轴器所连接的两轴，由于制造和安装误差、受载变形和机座下沉等原因，可 能产生轴线的轴向、径向、角向或综合偏移(图5-27)。因此，要求联轴器在传递 运动和转矩的同时，还应具有一定范围的补偿轴线偏移、缓冲吸振的能力。据此可 以将联轴器分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。
1. 刚性联轴器
刚性联轴器结构简单、制造容易、承载能力大、成本低，但没有补偿轴线偏移 的能力，适用于载荷平稳、转速稳定、两轴对中良好的场合。
① 凸缘联轴器 如图5-28所示，凸缘联轴器 (GY、GYS 型)由两个带有凸缘
的半联轴器分别用键与两轴连接，然后用螺栓将它们连接成一体，以实现两轴连接。GY 型由铰制孔用螺栓对中，装拆方便，传递转矩较大； GYS 型采用普通螺栓连接，靠对中桦对中，制造成本低，但装拆时轴需做轴向移动。
② 套筒联轴器 如图5-29所示，套筒联轴器 (GT型)利用公共套简和键、销等连接两轴，径向尺寸
小，转动惯量也小，可用于启动频繁和速度常变化的传动。
2.无弹性元件的挠性联轴器
挠性联轴器具有补偿轴线偏移的能力，适用于载荷和转速有变化及两轴有偏移 的场合。无弹性元件的挠性联轴器靠本身动连接的可移功能补偿轴线偏移。
① 滑块联轴器如图5-30所示，滑块联轴器 (HH 型)由两个与轴用键连接 的半联轴器和中间滑块组成，中间滑块的两面有互成90°的径向凸榫，半联轴器的 端面有径向凹槽，利用凸榫与凹槽相互嵌合构成移动副，可补偿径向偏移和角偏移， 但转动时滑块有较大的离心惯性力。滑块联轴器结构简单、径向尺寸小，适用于两 轴径向位移较大的低速、无冲击和载荷较大的场合。
② 齿式联轴器 如图5-31 所示，齿式联轴器 (CZ 型)由两个带外齿的轮毂分 别与主、从动轴相连接，两个带内齿的凸缘用螺栓紧周，利用内外齿啮合实现两轴 连接。齿式联轴器外廓尺寸紧凑、传递转矩大，可补偿综合偏移，但成本较高，适 用于重载、启动频繁和经常正反转的场合。
③ 万向联轴器万向联轴器 (WS 型)上与主、从动轴相连的叉形件与十字轴分 别构成转动副，允许有较大的角偏移。图5-32所示的单万向联轴器，主动轴叉以等角 速度w, 回转时，从动轴叉的角速度o₂ 将发生周期性变化，引起动载荷。为使w₁=u₃一般将两个单万向联轴器成对使用，组成双万向联轴器(图5-33),且应满足三个条 件：①主、从动轴与中间轴夹角α₁= a₃,② 中间轴两端的叉形件应共面，③主、从 动轴与中间轴的轴线应共面。万向联轴器径向尺寸小，适用于连接夹角较大的两轴。
上述无弹性元件的挠性联轴器中，各运动副应保持良好的润滑条件，以减轻磨损。
3. 非金属弹性元件的挠性联轴器
靠弹性元件的弹性变形及阻尼作用来补偿轴线偏移、缓冲吸振的联轴器称为弹性元件的挠性联轴器。其中，弹性元件为非金属材料的挠性联轴器主要有：
① 弹性套柱销联轴器 如图5-34所示，弹性套柱销联轴器 (LT 型 ) 上 有 锥 端
的柱销固定于半联轴器，柱销上套装的橡胶弹性套伸入半联轴器上的孔中，实现两 轴的连接。弹性套柱销联轴器制造方便，适用于启动频繁的高中速轴的中小转矩传 动。但由于弹性套易磨损，所以为便于更换，要留有装拆柱销的空间尺寸。
② 弹性柱销联轴器 如图5-35所示，弹性柱销联轴器 (LX 型)利用置于半联 轴器凸缘孔中的尼龙柱销实现两轴连接。为防止柱销滑出设有挡板。弹性柱销联器适用于启动及换向频繁的转矩较大的中低速轴。
4.金属弹性元件的挠性联轴器
如图5-36所示，蛇形弹簧联轴器 (JS 型)由两个带外齿圈的半联轴器和置于 其齿间的一组蛇形板簧组成。每个齿圈上有50~100个齿，齿间的弹簧有1~3层。
为便于安装分成6~8段。蛇形板簧用外壳罩住。以蛇形弹簧联轴器为代表的金属弹性元件的挠性联轴器，补偿偏移能力强，适 用于大功率的机械传动
二、 联轴器的选用
根据工作载荷的大小和性质、转速高低、两轴相对偏移的大小、环境状况、装 拆维护和经济性等方面的因素，选择合适的联轴器类型。例如，在载荷平稳、转速 恒定、低速的场合，刚性大的短轴可选用刚性联轴器，刚性小的长轴可选用无弹性 元件的挠性联轴器。在载荷多变、高速回转、频繁启动、经常反转和两轴不能保证 严格对中的场合，可选用弹性元件的挠性联轴器。
三、常用离合器
离合器可以根据需要使两轴接合或分离，以满足机器变速、换向、空载启动、
过载保护等方面的要求。离合器应当接合迅速、分离彻底、动作准确、调整方便。
1.嵌合式离合器
嵌合式离合器是利用特殊形状的牙、齿、键等相互嵌合来传递转矩的。图5-39
所示为牙嵌式离合器，左半离合器固定在主动轴上，右半离合器用导向型平键或花键
与从动轴构成动连接，并借助操纵机构轴向移动，使两半离合器端面的爪牙相互嵌合 或分离。为便于两轴对中，设有对中环。牙嵌式离合器的牙形有三角形、矩形、梯形 等。三角形牙易接合，但强度低，用于轻载；矩形牙嵌入与脱开难，牙磨损后无法补 偿；梯形牙强度高，牙磨损后能自动补偿，冲击小，应用广。牙数x一般取3~60。牙 数多，接合容易但受载不均，故转矩大时牙数宜少；要求接合时间短时牙数宜多。
嵌合式离合器结构简单，主、从动轴能同步回转，外形尺寸小，传递转矩大， 在嵌合时有刚性冲击，适用于停机或低速时接合。
2. 摩擦式离合器
摩擦式离合器利用摩擦副的摩擦力传递转矩。图5-40所示为多片圆盘摩擦离合器，左半离合器固定在主动轴上，右半离合器固定在从动轴上。外摩擦片组与内 摩擦片组构成类似花键的连接。借助操纵机构向左移动锥形圆环，使压板压紧交替 安放的内外摩擦片组，则两轴接合；若向右移动锥形圆环，则两轴分离。
这种多片式离合器分离性差、散热不好、各片受力不均，但径向尺寸小、传递 转矩大。还有一种单片式离合器，分离彻底，散热良好，但径向尺寸大。
摩擦式离合器接合平稳，冲击与振动较小，有过载保护作用，但在离合过程中， 主、从动轴不能同步回转，外形尺寸大，适用于在高速下接合，而主、从动轴同步 要求低的场合。
第四课（机构与运动 平面四杆机构）
运动形式与转化
一 、构件的运动特征
在机构中，每个构件的平面运动都可以用运动类型、运动路径和速度特性这三 个特征进行描述。
① 运动类型 构件可以进行转动、移动、摆动等
② 运动路径 构件可以沿X 、Y 、Z轴方向或者其他方向运动
③ 速度特性 构件的速度特性按速度方向可以分为单向运动和双向运动，按速 度的持续性可以分为连续运动和间歇运动，按照速率的变化特性可以分为匀速运动 和变速运动。
为了便于分析，可以采用特定的符号表示上述构件的运动特征
二、机构的运动转换功能
根据构件的运动特征，可以对机构输人构件和输出构件之间的运动转换关系进行描述，揭示出机构的运动转换功能
图6-1所示为日常生活中使用的单折叠伞，当需要打开伞时，向上推动滑块， 伞的内撑架便驱动伞面撑架绕A 点顺时针转动，伞面打开。在开伞过程中，滑块是 输入构件，输入的是移动；伞面撑架是输出构件，输出的是转动。收伞时，在伞面 撑架的驱动下，经过伞的内撑架向下推动滑块，伞面收拢。在收伞过程中，伞面撑 架是输入构件，输入的是转动；滑块是输出构件，输出的是移动。由此可见，开伞 和收伞的过程完成了转动与移动这两种运动形式间的转换。
将此例抽象成一般形式，即为图6-2所示的含一个移动副的四杆机构。构件1 可以围绕Z 轴单向或双向连续转动；构件3沿机架4上的导路(X 轴方向)双向匀 速或变速移动；构件2的运动是平面一般运动(合成运动),其上点P 的运动轨迹 如图中双点画线所示。此机构最常见的运动转换功能有三种，见表6-2。其中，两 个矩形框中的符号表示基本功能，由左框符号表示的运动形式转换为右框符号表示 的运动形式。
平面四杆机构
平面连杆机构是由若干构件和低副组成的平面机构
一 、铰链四杆机构的形式
在图6-3所示的铰链四杆机构中，与机架4相连 的构件1和3称为连架杆，不与机架相连的构件2称 为连杆。连架杆相对于机架能整周转动的称为曲柄，不能整周转动的称为摇杆。
根据两连架杆中曲柄的数目可将铰链四杆机构分 为三种基本形式：
1.曲柄摇杆机构
两连架杆分别为曲柄和摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构(图6-3)。它可 将主动曲柄的连续转动转换为从动摇杆的往复摆动，也可将主动摇杆的往复摆动转换为从动曲柄的连续转动
2. 双曲柄机构
两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。主动曲柄等速转动，从动 曲柄一般为变速转动
（1）连杆与机架的长度相等、两个曲柄长度相等且转 向相同的双曲柄机构称为平行四边形机构(图6-7)。 该机构的从动曲柄与主动曲柄转速相同，连杆做平动，常用于多个平行轴间的传动
（2）连杆与机架的长度相等、两个曲柄长度相等但转向 相反的双曲柄机构称为逆平行四边形机构(图6-9)。 该机构的从动曲柄做变速转动，连杆做平面运动，可 代替椭圆齿轮机构
3. 双摇杆机构
两连架杆都为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。它可将主动摇杆的往复摆 动经连杆转变为从动摇杆的往复摆动
二、铰链四杆机构类型的判定
铰链四杆机构中是否存在曲柄取决于各构件长度之间的关系。分析表明，连架杆成为曲柄必须满足下列两条件：
① 最长杆与最短杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和(简称杆长和条件);
② 连架杆与机架两者之一为最短杆(简称最短杆条件)。 ·
如果满足杆长和条件，铰链四杆机构的形式取决于最短杆：以最短杆作为连架 杆，得到曲柄摇杆机构；以最短杆作为机架，得到双曲柄机构；以最短杆作为连杆， 得到双摇杆机构。如果不满足杆长和条件，铰链四杆机构为双摇杆机构。
例题： 已知各构件的尺寸如图6-13所示，若分别以构件AB、BC、CD、DA 为机架，相应得到何种机构?
解 AB 为最短杆， BC 为最长杆，因lᴀm+ Z=800mm+1300mm=2100mm
1000mm+1200mm=2200mm, 所以满足杆 长和条件。
若 以AB为机架，即以最短杆为机架，两 连架杆均为曲柄，因此得到双曲柄机构；
若以BC 或 DA为机架，即以最短杆为连 架杆，因此得到曲柄摇杆机构；
若以 CD 为机架，即以最短杆为连杆，因此得到双摇杆机构。
三 、含有 一 个移动副的四杆机构
1. 曲柄滑块机构
如图6-14所示，构件3与机架4用移动副相连，又与连杆2用转动副相连，构件3称为滑块。由曲柄、连杆、滑块和机架组成的机构称为曲柄滑块机构。滑块上转动副中心的移动导路线通过曲柄转动中心的称为对心曲柄滑块机构(图6-14a); 与曲柄 转动中心有偏心距e 的称为偏置曲柄滑块机构(图6-14b)。H 为滑块行程。
曲柄滑块机构可将主动滑块的往复直线运动经连杆转换为从动曲柄的连续转动 应用于内燃机中；也可将主动曲柄的连续转动经连杆转变为从动滑块的往复直线运 动，应用于往复式气体压缩机、往复式液体泵等机械中
2.摇杆滑块机构
若将图6-14a 中的滑块3作为机架， BC 杆成为绕铰链C 摆动的摇杆，AC 杆成 为滑块做往复移动，就得到摇杆滑块机构，如图6-15所示，常用于图6-16所示的 手摇唧筒或双作用式水泵等机械中。
3. 曲柄摇块机构
若将图6- 14a中的连杆 BC 作为机架，滑块只能绕 C 点摆动，就得到曲柄摇块 机构，如图6-17所示，常用于图6-18所示的吊车等摆动缸式气、液动机构中。
4. 导杆机构
若将图6- 14a 中的构件AB 作为机架，构件BC 成为曲柄，构件3沿连架杆4(又称导杆)移动并做平面运动，就得到曲柄导杆机构，如图6-19所示。若l₁ ≤l₂, 导杆4能整周转动，则称为曲柄转动导杆机构(图6-19a), 常与其他构件组合，用 于插床及回转泵等机械中。若l₁>l₂, 导杆4只能摆动，则称为曲柄摆动导杆机构 (图6-19b), 常与其他构件组合，用于牛头刨床和插床等机械中。
四、平面四杆机构的基本特性
1.急回特性
对于插床、刨床等单向工作的机械，为了缩短刀具非切削时间，提高生产率， 要求刀具快速返回。某些平面四杆机构能实现这一要求。在图6-20所示的曲柄摇杆机构中，设曲柄AB 为主动件，以等角速度w₁ 顺时针转动；摇杆 CD为从动件，向右摆动为工作行程，向左摆动为返回行程。当曲柄转至AB, 时，连杆位于B,C₁, 与曲柄共线，摇杆处于左极限位置C₁D; 当曲柄由AB,转过(180°+0)到达AB₂时，连杆位于B₂C₂, 与曲柄的延长线共线，摇杆则向右摆动ψ角，到达右极限位置C₂D, 完成了工作行程。工作行程所用时
因为180°+θ>180°-0,即t₁>tz₂,所以摇杆的v₂ >v₁。当主动件等速转动时，做往复 运动的从动件在返回行程中的平均速度大于在工作行程中的平均速度的特性称为急回 特性。急回特性的程度可用v₂ 和v,的比值K 来表达，K 称为行程速度变化系数，即
可见，行程速度变化系数与θ有关。θ是从动件摇杆处于两极限位置时，相应的曲柄位置线所夹的锐角，称为极位夹角。若θ>0°,则K>1, 机构具有急回特性； 若θ=0°,则K=1, 机构无急回特性。θ越大，急回特性越明显，但机构的传动平稳 性下降。通常取 K=1.2~2.0。
2. 压力角与传动角
在图6-21 所示的曲柄摇杆机构中，主动件曲柄经连杆传递到从动件摇杆上点C 的力F, 与受力点运动速度v。之间所夹锐角α称为机构在该位置的压力角。压力角 α的余角γ称为传动角。压力角α和传动角y 在机构运动过程中是变化的。显然，压力角α越小或传动角γ越大，对机构的传动越有利；而α越大或γ越小，会使转动副中的压力增大，磨损加剧，降低机构的传动效率。因此，压力角不能太
大或传动角不能太小，规定工作行程中的最小传动角γ≥40°~50°。分析表明，对于 K>1 的机构，当直线C,C₂ 与 AD 的交点在线段AD范围外时，工作行程中的γan一般出现在摇杆处于右极限位置，即工作行程的终了位置。
3. 死点位置
如图6-22所示，若曲柄摇杆机构以摇杆为主动件，而曲柄为从动件，当机构 处于图中双点画线所示的两个位置之一时，由于摇杆处于极限位置，连杆与曲柄共 线，摇杆经连杆传递到曲柄上的作用力刚好通过曲柄回转中心，y=0°, 所以无法使 曲柄转动，出现“顶死”现象，机构的这个位置称为死点位置。死点位置常使机构 从动件无法运动或出现运动不确定现象。为了使机构能顺利通过死点，可以在曲柄 上安装飞轮，利用惯性闯过死点位置。工程上也利用死点位置满足特殊要求，如 图6-23所示的飞机起落架机构及折叠式家具、夹具等机构，就利用死点位置获得可 靠的工作状态。
第五课（机构与运动 凸轮机构）
第六课（机构与运动 其他机构）
第七课（传动与维护 带传动）
7.1 带传动
一 、带传动的类型与特点
带传动由主动带轮、传动带和从动带轮组成，工作时靠传动带与带轮之间产生 的摩擦力或啮合作用来传递运动和动力。
1. 带传动的类型
(1) 平带传动
带的横截面呈矩形，靠带的内表而与带轮外缘间的摩擦力传递动力。平带已标准化，适用于两轴中心距较大的场合。
（2）V带传动
带的横截面呈倒梯形，靠带两侧面与带轮的轮槽之间产生的摩 擦力来传递动力，在相同的初拉力条件下， V 带传递的功率是平带的3倍，因此 V 带应用最广。
(3)同步带传动
带的内表面有梯形或圆形齿，靠带与带轮之间的啮合来传动， 也称为齿形带传动。同步带传动主要应用于高速、高精度的中小功率传动中。
2. 带传动的特点：
① 带具有弹性，能起缓冲、吸振的作用，传动平稳，噪声小。
② 摩擦传动发生过载时，带会在带轮上打滑，起到安全保护的作用。
③ 结构简单，成本低，无须润滑，维护方便，适用于中心距较大的传动。
④ 带传动效率可达92%～93%
⑤ 摩擦传动存在弹性滑动现象，不能保证准确的传动比，使用寿命短。
二 、V 带与带轮
1.V 带结构
普通V 带包括包边V 带、普通切边V 带、有齿切边V 带、底胶夹布切边V 带 等四种形式，其结构如图7-5所示。普通 V 带主要由顶胶、强力层(聚酯纤维线 绳，起承载作用)及底胶组成。普通 V带是无接头的环形带，是标准件。按横截面尺寸从小到大分为Y 、Z、A 、B 、C 、D 、E七种型号。横截面积越大，传递的功率越大。Y 、Z 型主要用于办 公设备和洗衣机等家用电器。如某家用波轮洗衣机选用Z 型带，带长405mm。
2. 带轮的结构
带轮的结构取决于带轮基准直径 d₂ 的大小，为使V 带与轮槽紧密接触，轮 槽楔角φ应小于V 带的楔角(40°),如图7-6所示。 
① 当 d₄≤150mm 时，可制成实心式，如图7-8所示。
②当 d=150~450mm 时，可制成腹板式，或制成孔板式，如图7-9所示。
③ 当 d₄ >450mm 时，可制成椭圆轮辐式，如图7-10所示。
3. 带轮的常用材料
带轮常用的材料有灰铸铁、钢、铝合金和工程塑料
三、带传动的传动比
在带传动中，主动带轮的转速与从动带轮的转速之比称为带传动的传动比，用 i₁表示。如果不考虑带与带轮间弹性滑动因素的影响，传动比计算公式可以用主、 从动带轮基准直径来表示：
式中： n₁、n₂—— 主、从动带轮转速， r/min;
d d1 、 dd2 主、从动带轮基准直径， mm 。
（通常，带传动的单级传动比≤5。）
例题：
例7 - 1 某车床的电动机转速为1440r/min, 主动带轮的基准直径为125mm, 从动带轮的转速为804r/min, 求从动带轮的基准直径。
解 ：
d=i₂d=1.79×125mm=223.75mm
取标准值，dm=224mm。
四、带传动的失效形式
因此超载打滑和疲劳撕裂是摩擦带传动的主要失效形式。
五、带传动的维护与安装
1,带传动的张紧与安装
传动带进入主动带轮的一侧为紧边，从主动带轮出来的一侧为松边。为了增大
传动带的摩擦力， 一般安排带传动的下边为紧边，上边为松边。
(1)带传动的张紧方法
①调整中心距。
②安装张紧轮。
(2)带传动的安装与维护
① 安 装V 带时，先将中心距缩小后将带套入，然后慢慢调整中心距，直至张紧。正确的检查方法是用大拇指在每条带中部施加20N 左右的垂直压力，下沉量10~15mm 为宜，如图7-13所示。
② 安装时，主动带轮与从动带轮的轮槽要对正，两轮的轴线要保持平行，如 图7-14所示，左图所示为两带轮安装的正确位置，右图所示为错误位置。
③ 新旧不同的V 带不能同时使用。更换V 带时，为保证相同的初拉力，应更 换全部V 带。
④ V 带断面在轮槽中应有正确的位置， V 带外缘应与轮外缘平齐，如图7-15 所示。若高出太多，会减少接触面；若陷得太深，则不能达到设计的传动 能力。
2. 带传动的安全与防护
① 带传动必须安装安全保护罩，不允许传动件外露。如出现带或带轮外露，或
零件松动、胶带撕裂，必须立即停车检查，以免发生伤害。
② 安装或拆卸V 带时，绝不允许直接用手拨撬V 带，以防夹手。
③ 带轮在轴端应有固定装置，以防带轮脱轴。
第八课（传动与维护 链传动）
链传动
一 、链传动的组成、结构与特点
1. 链传动的组成
如图7-16所示，链传动由主动链轮、链条和从动链轮组成。
2. 链条的结构
如图7-17所示，滚子链条由若干内链节和外链节依次铰接而成
3. 链传动的特点
链传动是一种啮合传动，与带传动相比，具有下列特点：
① 没有弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确。
② 承载能力大，能在高温、潮湿、污染等恶劣条件下工作。
③ 开式链传动的效率可达90%~93%。
④ 传动的平稳性差，有噪声，容易脱链。
二、链传动的传动比
由于链条是可以曲折的挠性体，每一链节为刚性体，传动时绕在链轮上的链段 折成正多边形的一部分，多边形的边长上各点的运动速度并不相等，所以链传动的 传动比是指平均链速的传动比。链传动的传动比是主动链轮的转速与从动链轮的转速之比，也是从动链轮的齿数与主动链轮的齿数之比：
式中： n₁、n₃ 主、从动链轮的转速， r/min; …
Z1、z₂—— 主、从动链轮的齿数。
例题：
例7-2 自行车大链轮与踏板相连，为主动轮，转速n₁=63 t/min,齿 数z=46,小链轮为从动轮，其齿数z=18。 求①链传动的传动比i1₂ ;② 小链轮的转速n₂
解 ①链传动的传动比为：
传动比<1,为增速传动。
②小链轮的转速为
三 、链传动的安装与维护
1. 链传动的合理布置
① 两轴线应平行，两链轮的回转平面应在同一铅垂面内
② 链传动布置时，应使紧边在上、松边在下
③ 两链轮中心的连线最好是水平或与水平面的夹角小于45°。尽量避免垂直布置，以防链节磨损后链条伸长造成链轮与链条脱链。
④ 离地面高度不足2m 的链传动必须安装防护罩；在通道上方时，链传动的下方必须有防护挡板，以防链条断裂时落下伤人。
2. 链传动的维护
链传动的润滑是影响其传动工作能力和寿
命的重要因素之一，润滑良好可减少链条和链轮的磨损
3. 链传动的张紧
链传动张紧的目的是避免在链条垂度过大时产生啮合不良和振动。张紧的方法 很多，最常见的是移动链轮以增大两轮的中心距。当中心距不可调时，可设置张紧 轮或在链条磨损变长后取掉一个或两个链节。
第九课（传动与维护 齿轮传动）
齿轮传动
一 、齿轮传动的组成、类型与特点
第十课（传动与维护 蜗杆传动）
第十一课（传动与维护 齿轮系与减速器）
第十二课（轴与轴承）
轴
一 、轴的结构与特点
轴是支承回转运动零部件(如齿轮、蜗轮等)的重要零件，是机械运动的主要 零件。
1.轴的结构
如图8-1所示，轴的结构主要包括：轴颈——被支承的部分，安装轴承处；轴 头——安装轮毂部分；轴身——连接轴颈和轴头部分；轴肩 横截面尺寸变化的 部分。
2. 轴 的 分 类
(1)按承受的载荷分
按承受的载荷可将轴分为心轴、转轴和传动轴三种。
① 心轴工作时仅承受弯矩而不传递转矩，如自行车轮轴(图8-2)和轨道车辆 轮轴及滑轮轴(图8-3)。
②转轴工作时既承受弯矩又承受转矩，如减速器中的转轴(图8-4)。
③ 传动轴只传递转矩而不承受弯矩，如汽车中连接变速箱与后桥之间的轴
(2)按轴线形状分
根据轴线形状的不同，轴又可分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴。
① 直轴 直轴的各段具有同一回转轴线，各横截面相等的是光轴
② 曲轴 用来将回转运动转变为往复直线运动
③ 挠性钢丝轴 由几层紧贴在一起的钢丝构成，可将扭矩(扭转及旋转)灵活地传到任意位置。
二 、轴的材料
由于轴工作时产生的应力多为变应力，所以轴的失效多为疲劳损坏，因此轴的 笔 记
材料应具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性和良好的切削加工性能等。 轴的主要材料是优质碳素结构钢和合金结构钢。
三 、轴的受力分析
轴的受力不在同一个平面，属于空间力系
四 、影响轴结构的因素
轴的结构取决于下面几个因素：
① 轴的毛坯种类；
② 轴上作用力的大小及其分布情况；
③ 轴上零件的位置、配合性质及其连接固定的方法；
④ 轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。
滑动轴承
轴承是用来支承轴及轴上回转零件的部件。根据工作时摩擦性质的不同，轴承 分为滑动轴承和滚动轴承两大类
滑动轴承是工作时轴承和轴颈的支承面间形成直接或间接滑动摩擦的轴承
1. 滑动轴承的分类
根据所承受载荷的方向，滑动轴承可分为径向滑动轴承、推力滑动轴承两大类。 根据轴系和拆装的需要，滑动轴承可分为整体式和对开式两类。
轴瓦是滑动轴承中的重要零件，它的结构设计是否合理对滑动轴承性能影响很 大。常用的轴瓦有整体式和剖分式两种结构。
三、滑动轴承材料
滑动轴承材料应满足以下要求：
① 减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。
② 耐磨性：材料具有较好的耐磨损性能。
③ 抗胶黏性：材料具有较好的耐热性与抗黏附性。 ·
④ 摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的
能力。
⑤ 嵌入性：材料能容纳硬质颗粒嵌入，能减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨 损的性能。
⑥ 磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的摩擦表面形状
2,常用的滑动轴承材料
(1)铸造锡基轴承合金(锡基巴氏合金)
(2)铸造铅基轴承合金(铅基巴氏合金)
(3)铸造铝基轴承合金
四 、滑动轴承的安装与维护
① 滑动轴承安装时要保证轴颈在轴承孔内转动灵活、平稳。
② 轴瓦与轴承座孔要贴实，轴瓦剖分面要高出轴承座接合面0.05~0.1mm, 以 …… 便压紧。整体式轴瓦压入时要防止偏斜，并用紧定螺钉固定。
③ 注意油路畅通，油路与油槽接通。刮研时油槽两边点子要软，以便形成油膜，两端点子均匀，以防漏油。
④滑动轴承使用过程中要经常检查润滑状况，防止轴瓦过度发热。遇有发热 (一般在60℃以下为正常)、冒烟以及异常振动、声响等要及时检查并采取措施。
滚动轴承
一 、滚动轴承的结构与材料
滚动轴承一般山内圈、外圈、滚动体和保持架组成
二 、滚动轴承的分类
1.按滚动体的形状分类
① 球轴承 滚动体为球，极限转速较高，摩擦系数较小，承载能力较弱，制造
精度便于控制。
② 滚子轴承 滚动体为滚子，极限转速较低，摩擦系数较大，承载能力较强
制造精度难以控制
滚动轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成
1. 基本代号
基本代号表示滚动轴承的基本类型、结构和尺寸，是滚动轴承代号的基础。滚 动轴承基本代号由滚动轴承类型代号、尺寸系列代号和内径代号构成。
(1)类型代号
滚动轴承类型代号用数字或大写拉丁字母表示，部分滚动轴承的类型代号见表8-2。
(2)尺寸系列代号
滚动轴承尺寸系列代号由滚动轴承的宽度系列代号(对向心轴承)或高度系列 代号(对推力轴承)和直径系列代号组合而成。
宽度(或高度)系列代号在左，指直径系列相同的轴承有各种不同的宽度(或高度);一位数字按8、0、1、2、3、4、5、6的顺序，对应的宽度尺寸依次递增。
直径系列代号在右，指相同内径的液动轴承有各种不同的外径， 一位数字按7、8、9、0、1、2、3、4、5的顺序，对应的外径尺寸依次递增。
(3)内径代号
滚动轴承内径为10~480mm, 其内径代号见表8-3。
例如，调心滚子轴承，宽度系列代号为3,直径系列代号为2,内径为40mm, 普通公差等级，其代号为23208
2,前置代号、后置代号
前置代号、后置代号是轴承在结构、尺寸、公差及技术要求等有改变时，在其 基本代号左右添加的补充代号，其排列及含义见表8-4。
三、滚动轴承的安装与维护
安装滚动轴承时，勿直接锤击轴承端面和非受力面，应以压块、套筒或其他安 装工具(工装)使轴承均匀受力，切勿通过滚动体传递动力安装
四、滚动轴承常见的失效形式
1. 疲劳点蚀
2. 塑性变形
3. 磨粒磨损、黏着磨损
第十三课（润滑与密封）
摩擦与磨损
摩擦是两相五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
磨损是摩擦体接触表面的材料在相对运动中由丁机械作用，或伴有化学作川而 产生的不断损耗的现象
一 、机械中的摩擦
1. 干摩擦
摩擦面不加润滑剂时的摩擦称为干摩擦
2. 边界摩擦
在摩擦刷间施加润滑剂后，使摩擦副的表而吸附一层假薄的润滑剂膜，这种摩 擦状态称为边界摩擦
3. 液体摩擦
在摩擦副间施加润滑剂后，摩擦副的表面被 一 层具有 一 定压力和厚度的润滑膜完全隔开时的摩擦称为液体摩擦
4. 混合摩擦
兼有干摩擦、边界摩擦和液体摩擦中两种摩擦状态以上的一种摩擦状态称为混合摩擦
二 、机械中的磨损
① 黏着磨损
② 磨粒磨损
③ 表面疲劳磨损
④ 腐蚀磨损
2. 磨损过程
① 磨合阶段(图9-2a 中 0a 段 )
② 稳定磨损阶段(图9-2a 中 ab 段 )
③ 剧烈磨损阶段(图9-2a中 bc 段)
机械的润滑
润滑是向承载的两摩擦表面之间注人润滑剂，以降低摩擦阻力和减缓磨损的技术措施。
一、润滑状态
将呈现流体润滑、弹性流体动力润滑、边界润滑和混合润滑四种润滑状态。为避免干摩擦，摩擦副至少应保证处于边界润滑或混合润 滑状态，实现流体润滑是最佳状态。
1,流体润滑
“面接触”的两摩擦表面被一层有足够厚度、足够压力的连续油膜完全隔开的 润滑状态称为流体润滑。如果油的压力由油泵提供，则称为流体静力润滑；如果油 的压力是在满足若干条件后由润滑油自身产生，则称为流体动力润滑
二 、润滑剂
1. 润滑剂的分类及选用
用于润滑、冷却和密封机械摩擦部分的物质称为润滑剂。
润滑剂分矿物性润滑剂(如机械油)、植物性润滑剂(如蓖麻油)和动物性润 滑剂(如牛脂)
(1)润滑油的主要性能指标：
① 黏度
② 黏度指数
③ 油性
④ 极压性能
⑤ 闪点
⑥凝 点
3.润滑脂
润滑脂是润滑油(占70%～90%)与稠化剂、添加剂等的膏状混合物。
(1)润滑脂的主要性能指标：
① 锥人度 将质量为150g 的标准圆锥体放入25℃的润滑脂试样中，经5s 后沉入的深度称为该润滑脂的锥入度，以1/10mm 为单位。润滑脂按锥入度由大至小分为0~9号共10个牌号。号数越大，锥人度越小，润滑脂越稠。常用的为0~ 4号。
②滴 点 在规定的加热条件下，润滑脂从标准量杯的孔口滴下第一滴油时的温度称为滴点。滴点决定润滑脂的最高使用温度， 一般应高于使用温度20~30℃。
(2)润滑脂的特点
(3)选用润滑脂的原则
三、润滑方法与润滑装置
1. 油润滑的方法和润滑装置
① 手工加油润滑
② 滴油润滑
③ 油环润滑
④ 油浴和飞溅润滑
⑤ 喷油润滑
⑥ 压力强制润滑
四、 润滑系统的管理
1. 设 备 润 滑 系 统 管 理 的 任 务
2.润滑系统管理的“五定”
① 定点
② 定质
③ 定量
④ 定期
⑤ 定人
机械的密封
一、泄漏及危害
二 、密封及类型
1. 接触式密封
(1)毡圈密封
(2)唇形密封圈密封
(3)机械密封
2. 非接触式密封
(1)缝隙沟槽密封
(2)曲路密封
环境保护与安全防护
一 、绿色设计的理念
绿色设计的原则被公认为“3R” 的原则，即：
redue 少量化设计原则
reuse——再利用设计原则
recycle——资源再生设计原则
1.绿色设计的材料选择
一般情况下，选择的材料要满足使用要求、工艺性要求及经济性要求
2. 考虑拆卸回收的设计
3.考虑产品包装的设计
二 、安全设计理念
1. 机械事故的故障树
2. 安全设计的基本原则
(1)结构的安全设计
三 、环境保护与安全防护措施
1. 机械振动与噪声的抑制
① 减振
② 减振沟
③ 消声器
④ 消除噪声源
⑤ 减少噪声干扰
2. 机械“三废”的减少及回收
在机械生产中，难免会产生废气、废液与固体废弃物，合称“三废”。要采取 有效的环保措施减少“三废”。
3. 机械安全防护措施