第十六章 机械设计
高等教育出版社第16章 机械设计基础第五版滚动轴承
计算准则： 一般轴承 —疲劳寿命计算（针对点蚀） 静强度计算
低速或摆动轴承 —只进行静强度计算
高速轴承 —进行疲劳寿命计算、校验极限转速。
二、轴承寿命
轴承的寿命：轴承的一个套圈或滚动体材料出现第 一个疲劳扩展迹象前，一个套圈相对 于另一个套圈的总转数，或在某一转 速下的工作小时数。
由于制造精度、材料的差异，即使是同样的材 料、同样的尺寸以及同一批生产出来的轴承，在完 全相同的条件下工作，它们的寿命也不相同，也会 产生和大得差异，甚至相差达到几十倍。 一个具体的轴承很难预知其确切的寿命，但 试验表明，轴承的可靠性与寿命之间有如P278图 16-6的关系曲线。
如图所示，有两种 受力情况：
（1）若FA+FS2>FS1
由于轴向固定，轴不能向右 移动，即轴承1被压紧，由力 的平衡条件得： FA
O1
O2
轴承1（压紧端）承受的轴向载荷为：
Fa1 FA Fs 2
轴承2（放松端）承受的轴向载荷为：
Fa 2 FS 2
（1）若FA+FS2<FS1
即FS1-FA>FS2，则轴承2被压紧，由力的平衡 条件得： 轴承1（放松端）承受的轴向载荷：
N
三、当量动载荷的计算
滚动轴承的基本额定动载荷是在一定的试验 向心轴承是指轴承受纯径向载荷， 条件下确定的。
推力轴承是指承受中心轴向载荷。
如果作用在轴上的实际载荷既有径向载荷， 又有轴向载荷，则必须将实际载荷换算成与试验 条件相当的载荷后，才能和基本额定动载荷进行 比较。换算后的载荷是一种假定的载荷，故称为 当量动载荷： 径向载荷 轴向载荷
图a所示的为外圈宽边相对（背对背）安装， 称为反装。图b的为外圈窄边相对（面对面）安装， 称为正装。
大学机械设计习题-滚动轴承习题及答案
第十六章滚动轴承重要基本概念1．滚动体和内、外圈所受的载荷和应力在滚动轴承正常工作时，滚动体和内外圈滚道均受变载荷和变应力。
其中，滚动体和转动套圈承受周期性非稳定脉动循环的变载荷（变接触应力），固定套圈则承受稳定的脉动循环的变载荷（接触应力）。
2．滚动轴承的失效形式；滚动轴承的主要失效形式（又称正常失效形式）是滚动体或内外圈滚道上发生疲劳点蚀。
当轴承转速很低(n≤10r/min)或只慢慢摆动，且静载荷很大时，其失效形式是滚动体或内外圈滚道表面发生塑性变形。
3．滚动轴承的设计准则对于正常转动工作的轴承，进行针对疲劳点蚀的寿命计算。
对于转速很低(n≤10r/min)或只慢慢摆动的轴承，进行静强度计算。
4．滚动轴承的基本额定寿命基本额定寿命：一批相同的轴承在相同的条件下运转，当其中10%的轴承发生疲劳点蚀破坏（90%的轴承没有发生点蚀）时，轴承转过的总转数L10（单位为106转），或在一定转速下工作的小时数L10h （单位为小时）。
^5．滚动轴承的基本额定动载荷C是指轴承寿命L10恰好为1（106转）时，轴承所能承受的载荷。
表示轴承的承载能力。
对于向心轴承：C 是纯径向载荷；对于推力轴承：C 是纯轴向载荷；在使用中要注意 C 的3条含义：90%可靠度、基本额定寿命106 转、C 的方向。
精选例题与解析[例16-1 一根装有两个斜齿轮的轴由一对代号为7210AC的滚动轴承支承。
已知两轮上的轴向力分别为F a1 = 3000 N，F a2 = 5000 N，方向如图。
轴承所受径向力R1= 8000 N，R2 = 12000 N。
冲击载荷系数f d = 1，其它参数见附表。
求两轴承的当量动载荷P1、P2。
例11-1图1解：1．求内部派生轴向力S 1、S 2的大小方向 S 1 = = ×8000 = 5440 NS 2 = = ×12000 = 8160 N ，方向如图所示。
)2．求外部轴向合力F AF A = F a2－F a1 = 5000－3000 = 2000 N ， 方向与F a2的方向相同，如图所示。
机械设计16章解析
缺点：
① 强度低，尤其抗弯强度低 ② 铸造品质不稳定
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.2 轴的材料 球墨铸铁
只适合形状复杂轴
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.3 轴设计的主要问题
设计计算 结构设计
强度计算 刚度计算 振动、稳定性计算
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第16章 轴
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第16章 轴
16.1 概述
支承回转零件及传递运动和动力的零件
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.1 轴的分类 按外形不同分类
按承载情况不同分类
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.1 轴的分类 按外形不同分类
直轴 曲轴 钢丝软轴
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第16章 轴
目的： 防止因弯曲、扭转变形过大而影响机器正常运转
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第4篇 轴、轴承、联轴器
第16章 轴
第16章 轴
重点：
阶梯轴的结构设计 阶梯轴的强度、刚度计算方法 轴毂联接
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第16章 轴
难点：
阶梯轴的结构设计 轴的疲劳强度校核
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第16章 轴
16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6
概述 轴的结构设计 轴的强度计算 轴的刚度计算 轴的临界转速 提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施
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第16章 轴
16.1 概述
M
16.1.1 轴的分类
按承载情况不同分类
转轴 心轴 传动轴
转动心轴 固定心轴
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大学机械设计习题-滚动轴承习题及答案
！第十六章滚动轴承重要基本概念1．滚动体和内、外圈所受的载荷和应力在滚动轴承正常工作时，滚动体和内外圈滚道均受变载荷和变应力。
其中，滚动体和转动套圈承受周期性非稳定脉动循环的变载荷（变接触应力），固定套圈则承受稳定的脉动循环的变载荷（接触应力）。
2．滚动轴承的失效形式滚动轴承的主要失效形式（又称正常失效形式）是滚动体或内外圈滚道上发生疲劳点蚀。
当轴承转速很低(n≤10r/min)或只慢慢摆动，且静载荷很大时，其失效形式是滚动体或内外圈滚道表面发生塑性变形。
3．滚动轴承的设计准则对于正常转动工作的轴承，进行针对疲劳点蚀的寿命计算。
对于转速很低(n≤10r/min)或只慢慢摆动的轴承，进行静强度计算。
…4．滚动轴承的基本额定寿命基本额定寿命：一批相同的轴承在相同的条件下运转，当其中10%的轴承发生疲劳点蚀破坏（90%的轴承没有发生点蚀）时，轴承转过的总转数L10（单位为106转），或在一定转速下工作的小时数L10h （单位为小时）。
5．滚动轴承的基本额定动载荷C是指轴承寿命L10恰好为1（106转）时，轴承所能承受的载荷。
表示轴承的承载能力。
对于向心轴承：C 是纯径向载荷；对于推力轴承：C 是纯轴向载荷；在使用中要注意C 的3条含义：90%可靠度、基本额定寿命106 转、C 的方向。
精选例题与解析例16-1 一根装有两个斜齿轮的轴由一对代号为7210AC的滚动轴承支承。
已知两轮上的轴向力分别为F a1 = 3000 N，F a2 = 5000 N，方向如图。
轴承所受径向力R1= 8000 N，R2 = 12000 N。
冲击载荷系数f d = 1，其它参数见附表。
求两轴承的当量动载荷P1、P2。
&例11-1图1解：1．求内部派生轴向力S 1、S 2的大小方向S 1 = = ×8000 = 5440 NS 2 = = ×12000 = 8160 N ，方向如图所示。
< 2．求外部轴向合力F AF A = F a2－F a1 = 5000－3000 = 2000 N ，方向与F a2的方向相同，如图所示。
《机械设计基础》第十六章 机械传动系统设计
P T 9550 n
机械设计基础
3．传动比
传动比反映了机械传动增速或减速的能力。一般情况下，传动装 置均为减速运动。在摩擦传动中，V带传动可达到的传动比最大，平 带传动次之，然后是摩擦轮传动。在啮合传动中，就一对啮合传动而 言，蜗杆传动可达到的传动比最大，其次是齿轮传动和链传动。
4．功率损耗和传动效率
《机械设计基础》
机械设计基础
第十六章 机械传动系统设计
16.1 传动系统的功能与分类 16.1.1 传动机构的功能 1．变速：通过实现变速传动，以满足工作机的变速要求； 2．传递动力：把原动机输入的转矩变换为工作机所需要的转 矩或力； 3．改变运动形式：把原动机输入的等速旋转运动，转变为工 作机所需要的各种运动规律变化，实现运动运动形式的转换； 4．实现运动的合成与分解：实现由一个或多个原动机驱动若 干个相同或不同速度的工作机； 5．作为工作机与原动机的桥梁：由于受机体外形、尺寸的限 制，或为了安全和操作方便，工作机不易与原动机直接连接时， 也需要用传动装置来连接。 6．实现某些操纵控制功能：如起停、离合、制动或换向等。 机械设计基础
nd i nr
2．选择机械传动类型和拟定总体布置方案
根据机器的功能要求、结构要求、空间位置、工艺性能、总传 动比及其他限制性条件，选择传动系统所需的传动类型，并拟定 从原动机到工作机的传动系统的总体布置方案。
3．分配总传动比
根据传动方案的设计要求，将总传动比分配分配到各级传动。
4．计算机械传动系统的性能参数
（3）传动比范围
不用类型的传动装置，最大单级传动比差别较大。当采用多级传动时，应合理安排传 动的次序。
（4）布局与结构尺寸
对于平行轴之间的传动，宜采用圆柱齿轮传动、带传动、链传动；对于相交轴之间 的传动，可采用锥齿轮或圆锥摩擦轮传动；对于交轴之间的传动，可采用蜗杆传动或 交错轴齿轮传动。两轴相距较远时可采用带传动、链传动；反之采用齿轮传动。
精品课件-机械设计基础-第16章
第16章 现代设计方法简介
16.4
1. (1)将求解域离散化。所使用的单元类型与问题的类型和 计算精度有关。单元按维次划分有点单元、线单元、平面单 元和空间单元，按位移函数的阶次可分为一次单元、二次单
(2)选择位移模式。位移函数一般用单元内点的坐标的多 项式来表示，它只是近似地表示了单元内真实位移分布。位 移函数的阶次超高，计算精度越高。
第16章 现代设计方法简介
图16-2 二维问题的可行域
第16章 现代设计方法简介
可行域内的设计点称为可行点，如X (1) 点，它是设计 所允许采用的方案；反之，就是非可行点(或外点)，如X (2) 点。处于不等式约束边界上的点称为边界点，如X (3) 点，它
若一个优化问题同时含有式(16-3)中的不等式设计约束
第16章 现代设计方法简介
2. 目标函数是设计变量的函数，也称评价函数，用来作为 评价设计方案好坏的标准。一项设计的优劣，一般总可以用 一些设计指标来衡量，例如:零(部)件的承载能力最大、效率 最高、成本最低、质量最轻、误差最小等结构、性能和经济 指标。这些设计指标可以表示为设计变量的函数，即
F ( X ) F (x1, x2, • • •, xn )
第16章 现代设计方法简介
二维CAD系统使图纸的修改和重复利用十分方便，提高了 设计效率，缩短了设计周期。由于电子文档的管理成为了现 实，可以支持零件库的建立，有利于产品设计的标准化、系 列化和通用化。二维CAD系统中占市场主流的有Autodesk公司 的AutoCAD软件及国产的CAXA电子图板系统等。
X [x1x2 • • • xn ]T [x(i 1, 2, • • •, n)]T
(16-1)
第16章 现代设计方法简介
机械设计知识点-第16章-贴膜
第十六章贴膜
1.1基本要求
严格依照图纸右上角的技术要求加工，具体参见三维设计图。
其中主要技术要求如下：
a)表面光滑，无磕碰、划痕、裂缝，裁剪美观；
b)PVC材质，厚度0.5±0.05mm（建议用实物样本）；
c)颜色：浅冰灰GY09（建议用实物样本）；
d)尺寸公差±0.1mm；
e)字体为黑体字，颜色为黑色。
设备名称（如宽带解调器）高度为7mm，字符宽度系数
1.0；其余字体高度为4mm，字符宽度系数0.8。
f)字迹清楚、流畅、牢固，无锯齿等缺陷，保证10年不脱落，不模糊；
g)贴膜工艺：光滑透视膜+打磨砂（除透视膜之外部分），3M背胶均匀，粘贴牢靠。
1.2丝印颜色
提供给厂家一个面板作为颜色样本，或者提供色卡。
实际加工虽然会有一定色差，但不能出入太大。
图16.1 丝印外观
1.3贴膜工艺
背部3M胶+光滑透视膜（透视窗、显示灯）+打磨砂（除透视窗、显示灯之外部分）。
图16.2 透视窗外观。
机械设计-联轴器
工作原理：通电松开，断电后靠弹簧拉力实现制动。 借助于瓦块与制动轮之间的摩擦力来实现制动。断 电制动 是为了保 证设备安 全。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 32
瓦块材料：铸铁、或铸铁表面复以皮革或石棉带。 瓦块制动器已经规范化，可根据所需的制动力矩选型。
二、带式制动器
引起磨损和发热；
22
第十六章 联轴器、离合器和制动器 25
第十六章 联轴器、离合器和制动器 26
2）多片式圆盘摩 主动摩擦片 被动摩擦片 调整螺母
擦离合器
杠杆 滑环
结构特点： 多个摩擦片叠加在 一起；
工作原理：移动 滑环，通过杠杆 作用，压紧或放 松磨擦片，来实 现两轴的结合与 分离。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 27 3. 滚柱超越离合器
第十六章 联轴器、离合器和制动器 24
1）单片式圆盘摩擦离合器 结构：由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环组成。
工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠摩擦 力带动从动轴转动。
优点：
1.在任何转速条件下两轴都可 Rf
以进行结合； 2.过载时打滑，起保护作用；
33
Fa
3.结合平稳、冲击和振动小。
缺点：结合过程中不可避免出现打滑， 1
第十六章 联轴器、离合器和制动器 9 3.套筒联轴器
这是一种结构最简单的固定式联轴器（图 19-4），这种联轴器是一个圆柱形套筒，用两个 圆锥销来传递转矩。当然也可以用两个平键代替 圆锥销。其优点是径向尺寸小，结构简单。结构 尺寸推荐：D=(1.5-2)d；L=(2.8-4)d。此种联 轴器尚无标准，需要自行设计，如机床上就经常 采用这种联轴器。
第十六章 联轴器、离合器和制动器 28
《机械设计基础》目录
《机械设计基础》目录第一章绪论11 机械设计的基本概念12 机械设计的发展历程13 机械设计的重要性及应用领域第二章机械设计的基本原则和方法21 机械设计的基本原则211 功能满足原则212 可靠性原则213 经济性原则214 安全性原则22 机械设计的方法221 传统设计方法222 现代设计方法223 创新设计方法第三章机械零件的强度31 材料的力学性能311 拉伸试验与应力应变曲线312 硬度313 冲击韧性314 疲劳强度32 机械零件的疲劳强度计算321 疲劳曲线和疲劳极限322 影响机械零件疲劳强度的因素323 稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算324 不稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算第四章摩擦、磨损及润滑41 摩擦的种类及特性411 干摩擦412 边界摩擦413 流体摩擦414 混合摩擦42 磨损的类型及机理421 粘着磨损422 磨粒磨损423 疲劳磨损424 腐蚀磨损43 润滑的作用及润滑剂的选择431 润滑的作用432 润滑剂的种类433 润滑剂的选择第五章螺纹连接51 螺纹的类型和特点511 螺纹的分类512 普通螺纹的主要参数52 螺纹连接的类型和标准连接件521 螺纹连接的类型522 标准连接件53 螺纹连接的预紧和防松531 预紧的目的和方法532 防松的原理和方法54 螺纹连接的强度计算541 松螺栓连接的强度计算542 紧螺栓连接的强度计算第六章键、花键和销连接61 键连接611 平键连接612 半圆键连接613 楔键连接614 切向键连接62 花键连接621 花键连接的类型和特点622 花键连接的强度计算63 销连接631 销的类型和用途632 销连接的强度计算第七章带传动71 带传动的类型和工作原理711 平带传动712 V 带传动713 同步带传动72 V 带和带轮721 V 带的结构和标准722 带轮的结构和材料73 带传动的工作情况分析731 带传动中的力分析732 带的应力分析733 带传动的弹性滑动和打滑74 带传动的设计计算741 设计准则和原始数据742 设计计算的内容和步骤第八章链传动81 链传动的类型和特点811 滚子链传动812 齿形链传动82 链条和链轮821 链条的结构和标准822 链轮的结构和材料83 链传动的运动特性和受力分析831 链传动的运动不均匀性832 链传动的受力分析84 链传动的设计计算841 设计准则和原始数据842 设计计算的内容和步骤第九章齿轮传动91 齿轮传动的类型和特点911 圆柱齿轮传动912 锥齿轮传动913 蜗杆蜗轮传动92 齿轮的失效形式和设计准则921 轮齿的失效形式922 设计准则93 齿轮的材料和热处理931 齿轮常用材料932 齿轮的热处理94 直齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算941 受力分析942 强度计算95 斜齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算951 受力分析952 强度计算96 锥齿轮传动的受力分析和强度计算961 受力分析962 强度计算97 蜗杆蜗轮传动的受力分析和强度计算971 受力分析972 强度计算第十章蜗杆传动101 蜗杆传动的类型和特点102 蜗杆和蜗轮的结构103 蜗杆传动的失效形式和设计准则104 蜗杆传动的材料和热处理105 蜗杆传动的受力分析和强度计算106 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算第十一章轴111 轴的分类和材料1111 轴的分类1112 轴的材料112 轴的结构设计1121 轴上零件的定位和固定1122 轴的结构工艺性113 轴的强度计算1131 按扭转强度计算1132 按弯扭合成强度计算1133 轴的疲劳强度校核第十二章滑动轴承121 滑动轴承的类型和结构1211 整体式滑动轴承1212 剖分式滑动轴承1213 调心式滑动轴承122 滑动轴承的材料1221 金属材料1222 非金属材料123 滑动轴承的润滑1231 润滑剂的选择1232 润滑方式124 非液体摩擦滑动轴承的设计计算第十三章滚动轴承131 滚动轴承的类型和特点1311 滚动轴承的分类1312 滚动轴承的特点132 滚动轴承的代号1321 基本代号1322 前置代号和后置代号133 滚动轴承的选择1331 类型选择1332 尺寸选择134 滚动轴承的组合设计1341 轴承的固定1342 轴承的配合1343 轴承的装拆1344 滚动轴承的润滑和密封第十四章联轴器和离合器141 联轴器1411 联轴器的类型和特点1412 联轴器的选择142 离合器1421 离合器的类型和特点1422 离合器的选择第十五章弹簧151 弹簧的类型和特点152 弹簧的材料和制造153 圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算第十六章机械系统设计161 机械系统设计的任务和过程162 机械系统总体方案设计163 机械系统的执行系统设计164 机械系统的传动系统设计165 机械系统的支承系统设计第十七章机械设计中的创新思维171 创新思维的概念和特点172 创新思维在机械设计中的应用173 培养创新思维的方法和途径第十八章机械设计实例分析181 简单机械装置的设计实例182 复杂机械系统的设计实例183 设计实例中的经验教训和改进方向。
机械设计PPT第一章至16章选编
§16—4 隔 振
任何机械都会发生不同程度的振动。动力、锻压一类机械尤 其严重。即使是旋转机械，也常因轴系的质量不平衡等多种原 因而引起振动。机械设备的振动频率一般约在10~100Hz范围。
由于外界因素的干扰，一般生产车间地基的振动频率约为 2~60Hz，振幅约为1~20μm。
受动载荷的机架零件，为了提高它的吸振能力，需要合理设 计截面形状，即使截面面积并不增加，也可提高机架承受动载 的能力。
二、肋板布置
对于铸件，由于不需增加壁厚，就可减少铸造的缺陷； 对于焊件，则壁薄时更易保证焊接的品质。
§16—3 壁厚选择
当机架零件的外廓尺寸一定时，因而在满足强度、刚度、 振动稳定性等条件下，应尽量选用最小的壁厚。但面大而 壁薄的箱体，容易因齿轮、滚动轴承的噪声引起共鸣，故 壁厚宜适当取厚一些。
§16—2 截面形状和肋板布置
一、截面形状的合理选择
截面形状的合理选择是机架设计的一个重要问题。如果截面 面积不变，通过合理改变截面形状、增大它的惯性矩和截面系 数的方法，可以提高零件的强度和刚度。合理选择截面形状可 以充分发挥材料的作用。
主要受弯曲的零件以选用工字形截面为最好，主要受扭转的 零件，以圆管形截面为最好，空心矩的次之，从刚度方面考虑 ，则以选用空心矩形截面的为合理。
(a)
(f)
(b)
(g)(c)(h)源自(d)(i)(e)
(j)
软木
I
II
第十六章 机架零件
§16—1 概述
机架的底座、机架、箱体、基板等零件都属于机架零件。 可划分为四大类：即机座类、机架类、基板类和箱壳类
对机架零件一般可提出下列要求： ①足够的强度和刚度 ②形状简单，便于制造 ③便于在机架上安装附件等。
机械设计基础第十六章联轴器 离合器 制动器课件
按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式两类； 按操纵方式分有机械操纵式、电磁操纵式、液压操纵式和气压操纵式等； 可自动离合的离合器有超越离合器、离心离合器和安全离合器等，它们能 在特定条件下，自动地接合或分离。
对离合器的基本要求 分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠； 结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高； 接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好； 操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。
按照弹簧的形状分：
螺旋弹簧 环形弹簧 碟形弹簧 板簧 盘簧 异型弹簧
按照承受载荷的循环次数N
Ⅰ类弹簧（N>106）:内燃机气门弹簧；电磁制动器弹簧
Ⅱ类弹簧（N=103---105）：调速器弹簧；安全阀弹簧，一般车辆弹 簧
Ⅲ类弹簧（N<103和受静载）：摩擦式安全离合器弹簧 螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的，由于制造简便，所以应用
并紧不磨平端
YⅠ YⅡ
d/4
并紧磨平端
1
H0
d
(3/4)d
D1 D2 D
2）、拉伸弹簧 如图，圆柱螺旋拉伸弹簧不受外力的自由状态，此时
弹簧各圈应互相并拢。
H0 p
D D2 D1
拉伸弹簧 的端部结构 形式
d
LⅠ LⅡ LⅧ LⅦ
2、基本参数及尺寸 圆柱螺旋弹簧的主要参数有：
机械设计基础第十六章轴
第十六章 车由16-13、已知图16-41中所示直齿轮减速器输出轴在安装齿轮处地直径 d =65m m ,齿轮轮毂 长85mm,齿轮和轴地材料均为45钢.齿轮分度圆直径为d °二300mm ,所受圆周力F t =8000N ，载荷有轻微冲击.试选择该处平键地尺寸.如果轮毂材料为铸铁，则该平键所能 传递地转矩T 有多大？则要求 h 一671 =12.9mm 与实际情况不符。
52顾可选 L =80mm 贝V 丨=L -b =80 —18 =62mm 要求 如果轮毂材料为铸铁，则该平键所能承受的最大挤压力为［二p ］ =50 L 60MPa 取［j ］ =60MPa则由［J ］二也 得，传递的最大转矩为：p dhldhL 「65灯0-3 如1沢62如0-6 “T max = 【V = 60 10 -664.95Nm4 416-14、已知一传动轴所传递地功率 N =16kW ,转速n =720r/min ，材料为Q255I 冈•求该 解：普通平键的挤压强度条件为_ F 4T 「、6= ［二 p ］p A dhl p45号钢在轻微冲击下的［；「。
］ =100L120MPq 取［二 p ］ =110MPaT =F t 氏=8000 兰=1200N_m2 2" F 4T 4 1200 一 门 “6S= 110 10A dhl 0.065hl 则有: hl 又： 又： .71mm0.065 110 106一般选键长 L ::: B - （1 〜2）-（5 〜10） =85-（1 〜2） -（5 〜10） = 79 ~73mm . L = 70mm d=65mm 查表6-8可选择的键截面尺寸为： b h =18 11 .丨二L —b =70 —18=52mm h _回=10.8mm 合适62传动轴所需地最小直径解：当传动轴传递的功率为N =16KWtf ，其扭转强度条件为 3 P 9550 103-，丄: n W9550 103 0.2d 3 M ]P n 即：d —3 0.2[] 其中 P =16KWh =720r/min ，16 33.18mm 720 A =118时 d _118 当 A =126.5寸,d _126.5=35.56mm 16当 A =135时，d _135 37.95mm 720 16-15、图16-42所示为一直齿圆柱齿轮减速器输出轴地示意图 .有关尺寸如图所示•轴承宽度 为20mm ;齿轮宽度为 50mm,分度圆直径为 200mm,传递地功率为 N = 5.5 kW,转速 n =300r/min •试按弯扭合成强度计算轴地直径并绘出轴地结构图解：（1）作计算简图并求支反力T=9550^ = 9550汉5.5 = 175.08Nm n 300 l 2000T 2000 175.08 ,门“F t 1750.8N圆周力 径向力 d 200 二 F t tan ： =1750.8 tan20 -637.2N F r F AX = F BX =[ 2 F Ay 二 F By = g2 1750.8 “ = 875.4N 26372 =318.6N2 T=175.08Mx175NhM CX^F AX 1=875.4 0.2 =175.080M cy=F A y 1=318.6 0.2 =63.72NmM c fj M cx2M cy2*：'；175.08263.722「=186.3NmMv = •, M cmax2(：T)» f：186.32(0.6 175.08)^213.88Nm i10M Va“0X213.88d - 3 v = 3 633.88mmV 55X0。
机械设计滚动轴承的应用
同一支点成对安装同型号向心角接触轴承的计算特点
• 两个同型号的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，作为一 个支承整体对称安装在同一支点上时，可以承受较大 的径向、轴向联合载荷。
• 寿命计算可按双列轴承进行，即计算当量动载荷时按
双列轴承选取系数X、Y的值 • 其基本额定动载荷C和额定静载荷C0按下式计算：
C 1.62Cr (滚子轴承) C 1.71Cr (滚子轴承)
C0=2C0
Cr、C0分别为单个轴承的基本额定动载荷和额定静载荷。
不同可靠度的轴承寿命计算
• 在轴承材料、运转条件不变的情况下，不同可靠度的 寿命计算公式为： LRh＝a1 L10h
L10h---基本额定寿命
a1 ---寿命修正因数 LRh---修正的额定寿命
推力角接触轴承—— 45°<α< 90°的推力轴承 轴向接触轴承——α＝90°的推力轴承
2.常用滚动轴承类型 •向心轴承：主要承受径向载荷FR 深沟球轴承（6） 圆柱滚子轴承（N） 调心球轴承（1）
•推力轴承：只能承受轴向载荷FA
推力球轴承（5） •向心推力轴承： FR + FA
角接触球轴承（7） 圆锥滚子轴承（3）
某单级齿轮减速器输入轴由一对深沟球轴承支承。已知齿
轮上各力为：切向力Ft＝3000N，径向力Fr＝1200N，轴 向力Fx＝650N，方向如图21-19所示。齿轮分度圆直径d ＝40mm。设齿轮中点至两支点距离l＝50mm，轴与电机 直接相连，n＝960r/min，载荷平稳，常温工作，轴颈直
径为30mm。要求轴承寿命不低于9000h，试选择轴承型
力简图。已知内部轴向力Fs1＝400N，Fs2＝650N，外部 轴向力Fx1＝300N，Fx2＝800N，试分析两个圆锥滚子轴
机械设计基础杨可桢版滚动轴承
向心轴承 径向接触: α =0°→以FR(径向载荷)为主
角接触 : 0°＜ α ≤ 45° →FＲ＋FＡ(径向)
推力轴承 角接触 : 45°＜ α ＜ 90°→FA＋FR(轴向)
α=0
°
轴向接触:
α
α
=90°
→FＡ(轴向载荷)
α
α
径向接触 角接触向心 角接触推力
轴向接触
二. 滚动轴承旳基本类型和特点 p.253 表16-2
FR2F
面 FR2F=FR1F＋F=4803＋4500=9303N FR1F
F
最不利情况: F 与H、V面旳合力共面
L
K
轴承径 向力
FR1=
F2 R1H
F2 R1V
FR1F
13758N
FR2=
F2 R2H
F
2 R 2V
FR2F
19002N
四. 轴承旳轴向载荷FＡ P.260
1.径向接触轴承－ (6 、 1 、 2类) 1
一.轴承功用
→支承轴及轴上零件,并确保旋转精度 降低轴与支承间旳摩擦与磨损
二.特点: 1.摩擦阻力小, 功率损耗少, 起动敏捷 2.润滑简便, 易于更换, 价格低。 3.抗冲击能力差, 高速时出现噪音; 寿命也比不 上液体润滑旳滑动轴承
三. 滚动轴承旳设计→ ┌轴承本身旳设计→┌类型旳选择 │ 四. 滚动轴承旳构造└尺: 寸旳选择 └轴承组合设计→安装、调整、 └ FA2 ＝ F1′ ＋ Fa
⑴当F1′+Fa＞ F2′
⑵当F1′+Fa＜ F2′
⑵当F1′+Fa ＜ F2′→
左边压紧→S1 S1
→ F1′+Fa ＋S1＝ F2′
机械设计第十六章课后习题答案.doc
16-1解由手册查得6005深沟球轴承，窄宽度，特轻系列，内径：！二■-，普通精度等级（0 级）。
主要承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷；可用于高速传动。
N209/P6 圆柱滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径£ =，6级精度。
只能承受径向载荷,适用于支承刚度大而轴承孔又能保证严格对中的场合，其径向尺寸轻紧凑。
7207CJ角接触球轴承，窄宽度，轻系列，内径£=二|"：、"，接触角-I. = - -l，J ,钢板冲压保持架，普通精度等级。
既可承受径向载荷，又可承受轴向载荷，适用于高速无冲击，一般成对使用，对称布30209/P5 圆锥滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径戈二UhE，5级精度。
能同时承受径向载荷和轴向载荷。
适用于刚性大和轴承孔能严格对中之处，成对使用，对称布置16-2 解室温下工作-X 载荷平稳・’ ，球轴承打=-：查教材附表1，（1 ）当量动载荷" ■"'''''时在此载荷上，该轴承能达到或超过此寿命的概率是90%（2 ）当量动载荷■_时= 8^60 ft当量动载荷查教材附表1，可选用轴承6207 （基本额定动载荷■- - ■' ■）16-4解（1 ）计算当量动载荷查手册，6313 的卜■:' ■' '' ，当量动载荷」•_』+£（2 ）计算所需基本额定动载荷查教材表16-9，室温下工作人 ；查教材表16-10 有轻微冲击，」 ：，球轴承u --因所需的-，所以该轴承合适。
16-5 解选择轴承型号查教材表16-9，工作温度125 'C 时，…';载荷平稳，_ 1/SOx 2000 (―x800012.3J? 123x26^0= 0.5S，查教材表16-12，并插值可得es 0.2J，所以7^12尹000= 6741(1N=S7.™查教材附表1，根据「丁和轴颈亀一」」讥讥，可选用球轴承6408 （基本额定动载荷选用滚子轴承时，f = 1C /3查教材附表1，根据，和轴颈莖二二［小⑴，可选用圆柱滚子轴承 N208 （基本额定动载荷L . - 2)（2 ）滚子轴承的载承能力较大，并查手册可知其径向尺寸小。
机械设计第十六章
B-B截面
轴向力 Fsinα 横向力 Fcosα 弯矩 Tsinα 扭矩 Tcosα
由于弹簧螺旋升角一般取为α =5°～9°，故sinα≈0， cosα≈1
横向力 扭矩
旋绕比 C=D/d
C值的范围为4～16
最大应力产生在弹簧丝截面内侧的点m
略去
K为弹簧曲度系数 加入
圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载后的轴向变形量
3)根据安装空间初设弹簧中径D，根据C值估取弹簧丝 直径d，并由表16-2查取弹簧丝的许用应力。 4)试算弹簧丝直径
当弹簧材料选用碳素弹簧钢丝或65Mn弹簧钢丝时，钢 丝的许用应力决定于σB，σB随d变化，先假设d值，然后试 算。最后的d、D、n及H0值应符合标准表16-6。
5)根据变形条件求出弹簧工作圈数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7.计算φmax和φmin
8.计算自由高度
9.计算弹簧丝展开长度
中心臂扭转弹簧
双扭簧
螺旋扭转弹簧在相邻两圈间一般留有微小的间距，以 免扭转变形时相互摩擦。
扭转弹簧的特性曲线
Tmin=(0.1～0.5)Tmax
H0=n(d+δ0)+Hh
δ0﹣弹簧相邻两圈间的轴向间距，一般取0.1～0.5mm Hh﹣挂钩或杆臂沿弹簧轴向的长度
(二)圆柱螺旋扭转弹簧受载时的应力及变形
表16-3
参数名称及代号 计算公式 压缩弹簧 拉伸弹簧 备 注
mm
中径D 内径D1 外径D2
旋绕比C 压缩弹簧长细比b
D =Cd D1=D -d D2=D +d C =D /d
b =H0/D2
两端并紧，磨平； H0≈pn+(1.5~2)d 两端并紧，不磨平； H0≈pn+(3~3.5)d
哈尔滨工程大学机械设计基础 第十六章 滚动轴承简答题、机械基础易错判断填空整理
第十六章滚动轴承+机械改错、填空题1.（1）为什么现代机械设备中大多数采用滚动轴承而不是滑动轴承？答：因为通常情况下，滚动轴承和滑动轴承相比具有更灵活、安装方便、效率高、摩擦力矩小、成本低、润滑简单等优点。
2.（1）与滑动轴承相比，滚动轴承具有哪些优点和缺点？答：优点：效率高、润滑方便、摩擦阻力小、互换方便等；缺点：抗冲击能力差，高速时存在噪声，工作寿命比不上液体润滑的滑动轴承等。
3.（1）滚动轴承由哪些元件组成？答：一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。
4.滚动轴承共分几大类型，写出它们的类型代号及名称，并说明各类轴承能承受何种载荷（径向或轴向）。
答：调心球轴承代号1，调心滚子轴承代号2，圆锥滚子轴承代号3，推力球轴承代号5，深沟球轴承代号6，角接触球轴承代号7，圆柱滚子轴承代号N，滚针轴承代号NA。
主要承受径向载荷：1号、2号、6号联合载荷（以径向为主）：3号、7号仅限轴向载荷：5号仅限径向载荷（特殊情况可承受部分轴向载荷）：N仅限轴向载荷：NA5.在你说学过的滚动轴承中，哪几类滚动轴承是内、外圈可分离？（此题略过）答：略。
6.什么是滚动轴承的接触角？（此题略去）答：滚动体和外圈滚道接触点处的法线与垂直轴承轴线的平面所夹的锐角。
7.什么是滚动轴承的极限转速？（此题略去）答：滚动轴承在一定载荷和润滑条件，所能承受的最大转速称为轴承的极限转速。
8.（1）如果滚动轴承的极限转速不能满足要求，可采用哪些措施？（要求答出3项）答：提高轴承精度、适当增大间隙、改善润滑和冷却条件、改用青铜保持架等。
9.（1）当转速很高而轴向载荷不太大时，通常不用推力球轴承而用深沟球轴承来承受纯轴向载荷，为什么？答：原因：对于推力球轴承，在转速很高的情况下滚动体离心力大，与保持架摩擦发热严重；而对于深沟球轴承，其滚道比较深，能够承受轴向力；所以该情况下一般使用深沟球轴承而不使用推力球轴承。
10.什么是滚动轴承的角偏差？答：当滚动体内外圈之间存在偏移时，他们之间的倾斜角称为角偏差。
机械设计基础第16章机械创新设计第16章机械创新设计
1962年， 英格兰的莫尔顿地区流行一款自行车。这款自行车的轮 子较小，采用悬架弹簧和定制的轮胎。这款自行车具有速度快、 路况适应性强的优点。
1968年， Raleigh采用很激进的创新设计方案，为男孩们发明一款 自行车。这款自行车奠定了代步机器具有“轻松骑士”风范的款 式。
1970年， 在英格兰诞生一款比克顿便携式铝材框架的自行车。 Brompton 在1976年、 Dahon 在 1980年又进行了进一步的完善。
1817年，Baron von Drais发明一种行走机器。这种机器的前后两 个轮子大小相等，依靠地面对脚的反作用力推动机器向前行走。 利用这种行走机器，人在地面上的行走会更加迅速。
1839年，Kirkpatrick Macmillan发明一种行走机器。这种机器后 轮装有一个滑杆，滑杆与位于前部的脚踏式踏板相连接。人利用 双脚不断踩动踏板，将力传递给滑杆，滑杆驱动后轮转动，从而 推动机器向前移动。
1870年，James Starley发明前轮大后轮小的自行车。这款自行车 的驱动机构与1839年Kirkpatrick Macmillan发明的自行车的驱动 机构具有相同的工作原理。
1879年，Henry J. Lawson发明采用链轮驱动机构的自行车。
1888年，John Boyd Dunlop博士发明装有充气轮胎的自行车。
1890年代，在法国诞生了采用铝制材料车架的自行车。这款自行 车具有非常轻明变速自行车。这款自行车在脚踏板上安 装了4个变速齿轮。
1938年， Schwinn发明一款坚固耐用的自行车。这款自行车采用 充气轮胎，整体呈流线型。这款自行车安全性能很好，10岁大小 的孩子也可以使用。这种款式的自行车流行了近40余年。
第16章 机械创新设计
机械设计基础第16章
16.1 常用的创新技法
创新技法是解决创新设计问题的创意艺 术，是人们对创造性思维和创造原理进行 具体化运用的技巧。
16.1.1 群体集智法
1.智力激励法
智力激励法是美国人奥斯本（Osborn）于 1938年提出的最早的创新方法，又称头脑风暴法、 智暴法、激智法等。它是通过多人集体讨论或书 面交流，相互启迪，激发灵感，从而引起创造性 思维的连锁反应，以形成综合创新思路的一种方 法。它是通过召开智力激励会来实施的，在会上 遵循自由奔放原则、延迟批判原则、以量求质原 则、综合改善原则。
组合机构的类型很多,每种组合机构具有 各自特有的组合、尺寸综合及分析设计方 法。组合机构结构、设计计算都比较复杂。 随着计算机和现代设计方法的发展，极大 地推动了组合机构的研究发展，目前在许 多场合上得到了广泛应用。
16.2.2 根据机构的演化与 变异原理创新
1.运动副的演化与变异
改变机构中运动副的形式，可以构造出 不同运动性能的机构。运动副的变换方式 有很多种，常用的有高副和低副之间的变 换、运动副尺寸的变换和运动副类型的变 换。图16.1所示为运动副尺寸变化和类型变 换的例子。
3.支承的变异
轴系的支承结构是一类典型结构，轴系的工作性能与 它的支承设计状况和质量密切相关。旋转轴至少需要两个 相距一定距离的支点支承，支承的变异设计包括支点位置 的变异和支点轴承的种类及其组合的变异。
4.材料的变异
机械设计中可以选择的材料种类很多，不同的材料具 有不同的性能，不同的材料对应于不同的加工工艺，结构 设计中既要根据功能的要求合理地选择材料，又要根据材 料的种类确定相应的加工工艺，并根据加工工艺的要求来 确定恰当的结构，只有通过适当的结构设计，才能充分地 发挥所选择材料的优势。
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轴的结构应满足的基本要求： 1） 轴与装在轴上的零件要有准确的工作位置 2） 轴上的零件应便于装拆和调整 3） 轴应具有良好的制造工艺性 4） 轴应满足特定场合的特定要求
16.2 轴的结构设计
轴颈 － 与轴承相 配的部分；
轴头 － 与轮毂 相配的部分； 轴身 － 连接轴 颈与轴头部分； 轴头 轴身 轴颈
第十六章 轴
16.1 概述
轴是用来支承回转运动的零件，并传递运动和动力。 16.1.1 轴的分类 曲轴 轴 按所受载荷性质分类 心轴：只承受弯矩 传动轴：只承受转矩 转轴：即承受弯矩又承受转矩 光轴 阶梯轴 实心轴 空心轴
直轴
按外形分类
轴的分类
轴的分类
轴的分类
轴的分类
轴的分类
轴的分类
轴的分类
结构设计步骤： 定位 － 使轴上零件处于正确的工作位置； 固定 － 使轴上零件牢固地保持这一位置。 目的 － 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。 1、 拟定轴上零件的装配方案 2、 确定轴的基本直径和各段长度
3、 轴上零件的轴向定位
轴
肩
定位方法简单、可靠，可传递较大的轴向力，但 轴的毛坯直径较大，且轴肩处有较大的应力集中。
3. 同一轴上的两个平 键应布置在同一母线， 否则不便于轴的加工。
16.3 轴的强度计算 许用切应力计算：仅仅（或主要）用于传递扭矩的轴 （传动轴）；粗步估算转轴的最小轴径；不重要的轴 计算公式
T 9.55 106 P / n T T WT 0.2d 3 MPa
或
许用弯曲应力计算：用于转轴
式中 W---轴的抗弯截面 系数。
安全系数校核计算：用于重要轴
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
工程应用
弹性挡圈
注意： 需切环槽，削弱了轴的强度。承受不大的轴向力。
采用这些方法固定 轴上零件时，为保 证固定可靠， 对轴上零件起固定作用。 应使：与轮毂相配 常用于近距离的两个零件间的固定。 的轴段长度比轮毂 圆 螺母 宽度短2～3 mm， 用于轴上两零件距离较远时，或轴端。 即：l＝B - (2~3) 需切制螺纹，削弱了轴的强度。 套 筒
零件在轴上的周向固定
问题：
滚动轴承是否需要用键作周向固定？
5、 轴的结构工艺性 1） 为了使轴上零件与轴肩端面紧密贴合，应保 证轴的圆角半径ra、轮毂孔的倒角高度C（或圆角半 径r）、轴肩高度a之间有下列关系： ra<C<a 和 ra<r<a 。 定位轴肩：a＝(0.07~0.1)d＞ r 或 C 非定位轴肩：a＝1～3 mm，作用是便于轴上零件的 装拆 为保证定位准确，r 或 C ＞ r a 滚动轴承的定位轴肩 － 查标准 2） 为了便于装配零件，需去毛刺，轴端应制出 45º 倒角。 3） 当轴的某段需磨削加工或有螺纹时，需留出 砂轮越程槽或退刀槽。 4） 当轴上有两个以上的键槽时，槽宽应尽可能 统一，并置于同一直线上。
3.轴承左边造成 过定位。
4.圆螺母无法装入。
轴系结构改错
图中有三处错误， 请改正。 错误原因
1.轮毂上键槽未开通，零件 无法装入。
2.套筒无法装入应改为轴肩。 3.滚动轴承内圈与轴的配合 为过盈配合，无需键联接。
轴系结构改错
图中有三处错误， 请改正。 错误原因 1. 键太长，右端套筒 无法装入。 2. 轮毂上键槽未开通， 右端齿轮无法装入。
轴完成结构设计后，轴上零件的位置均以确定，则外载 荷和支点反力的作用点也随之而定。画出轴的空间受力简图 后，即可进行强度计算，其计算步骤如下：
1.将轴上作用力分解为水平面受力图和垂直面受力图, 求出水平面上和垂直面上的支点反力。 2.分别作出 水平面上的弯矩MH图和垂直面上的弯矩 MV图。 2 2 3.作出合成弯矩 M M H M V 图。 4.作出转矩 T 图。
轴端挡圈
用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。 锥 面
常与轴端挡圈配合使用。
4、 轴上零件的周向定位
轴上零件的周向固定的目的 － 防止轴上零件与轴 发生相对转动，以传递转矩。 常用的周向固定方法：
零件在轴上的周向固定
零件在轴上的周向固定
零件在轴上的周向固定
零件在轴上的周向固定
零件在轴上的周向固定
式中α为考虑弯曲应力与扭转切应力的循环特性不同而引入的折合系数。 通常弯曲应力为对称循环变化，而扭转切应力随工作情况而变化。
5.计算当量弯矩 M M 2 ( T )2 ，画出当量弯矩图。
当转矩稳定不变时，
1b 1 0.6，当转矩对称变化时（轴频繁正反转）， 0b
轴的分类
16.1.2 轴的材料 对轴材料的要求
除具有足够的强度外，还应具备足够的塑性、冲 击韧性、抗磨损性和抗腐蚀性；对应力集中的敏感性 小；具有良好的工艺性；能通过各种热处理方式提高 轴的疲劳强度。 轴的主要材料
碳素钢
合金钢
常用的优质碳素钢有 30、40、45、和50钢， 其中45钢应用最多
常用的合金钢有20Cr、 40Cr、35SiMn和 35CrMo等
1b 1b
1b 0.3 1b
；当转矩脉动变化时，
其中
1b 、 0b 、 -1b 分别为静应力、脉动应力、和对称
M d 3 0.1 1b
应力下轴的许用弯曲应力，单位均为Mpa, 其值见表。 6. 校核危险截面的强度。
M M b 1b 或 W 0.系设计。 请选择齿轮的装配方向
轴系设计举例
轴系结构改错
图中有一处错误， 请改正。
错误原因 r>C使得轴上零件与轴 肩的配合不够紧密。
轴系结构改错
图中有四处错误， 请改正。 错误原因 1.轴肩太高，滚动 轴承无法拆卸。 2.轴上未留退刀槽 ，不便于螺纹加工。
16.1.3 轴的设计问题 1、 设计计算
1、强度问题 — 防止轴发生疲劳断裂 2、刚度问题 — 防止轴发生过大的弹性变形
3、振动稳定性问题 — 防止轴发生共振
2、 结构设计 影响轴的结构的主要因素： 1） 轴在机器中的安装位置及形式 2） 轴上安装零件的类型、尺寸、数量及和轴的联接 方法 3） 载荷的性质、大小、方向及分布情况 4） 轴的加工工艺