(机械制造行业)机械设计讲义(第八版)濮良贵(第章)
机械设计课件濮良贵
设计软件与工具
设计软件简介
• SolidWorks：三维CAD软件，可广泛应 用于机械、工业设计等领域。
• Pro/E：用于三维CAD和输入输出控制 的工具。
• AN SYS：主要进行工程分析和仿真， 方便分析各种物理和几何现象。
工具和资源推荐
• 濮良贵《机械设计基础》：本课程主 要参考图书，结合实践案例深入浅出 地介绍机械设计的基本理论和方法。
• 计算机辅助设计（CAD）学习网站： 助您掌握各类CAD工具的技巧和操作
• 方机法械。设计专家论坛：请教专业人士和 交流设计心得的优秀平台。
实践和演示
1 小组设计任务和演示
本环节将安排小组进行机械设计任务，通过集思广益、互相审查、讲解展示、评估改进 等工作环节，推动设计思维的全面提高。
概念设计
通过手绘草图、3D模型、软件模拟等方式， 设计出多个不同方案，挑选最优方案。
详细设计
通过CAD、CAM和CAE等工具，进行工艺 分析、材料选择、构件设计、加工排布等， 完成设计方案的细化和优化。
制造和测试
通过数控加工、组装调试、检测测试等环 节，制造出符合规格要求的成品，逐步完 善整个设计过程。
桥梁结构案例
桥梁结构设计需要从多个方 面进行综合考虑，例如跨度、 荷载、材料、地基条件和环 境条件等。而钢筋混凝土梁 桥则是目前常用的桥梁结构 形式之一。
设计思路与技巧
• 多角度、多层次的思考和分析，从宏观到微观，全面细致地考虑整个 设计过程中的各种因素。
• 注重创新和实用性的结合，尽可能在保证产品性能的前提下，实现品 质、安全、可持续发展等方面的提升。
《机械设计》讲义(第八版)濮良贵(第10章)
YSa ── 应力校正系数，考虑上述各应力的的影响。 P.200.表 10-5. 7．设计公式： 将 Ft = 2T1/d1 ，d1 = mz1 代入（10-4） 并令 φ 得：
d
= b/d1 ── 齿宽系数，推荐值见： P.205. 表 10-7.
§10—3 齿轮的材料及其选择原则： 轮齿材料的基本要求： 一．常用的齿轮材料： 1．钢： 韧性好，耐冲击，可通过热处理改善性能，最适用于制造齿轮。 除尺寸太大或结构太复杂者，一般齿轮都用锻钢制造，C% = 0.15～0.6% ① 热处理后切齿的齿轮所用的锻钢： a. 常用者： b. 热处理方法： c. 制造过程： e．适用： a. 常用者： b. 热处理： 中碳钢，如 45、35SiMn 调质，常化。 毛坯 → 热处理 → 切齿 → 成品。 强度、速度和精度都要求不高的齿轮 低、中碳钢，如 20Cr、40Cr、45 表面淬火，渗碳，氮化等。
§１０—５ 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 一．受力分析： 齿轮传动一般均予润滑，摩擦力很小，可不计， 这样，沿啮合线作用的法向载荷 Fn 在节点 P 处 可分解成径向力 Fr 和圆周力 Ft，其值按平衡方 程得： Ft = 2T1/d1 Fr = Ft· tgα Fn = Ft/cosα 与分圆 d1 相切，矩与 T1 反向 指向轮心。 垂直指向齿面。
p ca Kp KFn L N/mm
（10-1）
式中： Fn ── 作用于齿面接触上的法向载荷， N L ── 齿面间接触线的总长， mm K ── 载荷系数，包括以下四部分： K = KA KV Kα Kβ 1．使用系数 KA： 考虑齿轮传动的外部因素（如原动机及工作机的特性等）的影响。 参考值见： 2．动载系数 KV： 主要考虑齿轮的制造精度和圆周速度对 动载荷的影响 1）成因：各种误差、受载弹变、单双齿啮 合过渡中啮合齿对的刚度变化→ pb1≠pb2 → i 波动 → 角加速度 → 动载 2）措施： ① 制造精度↑，小轮 d1↓ ∵ d1↓ → 周速 v↓ → i 波动引起的角加速度↓ → 动载↓ ② 齿顶修缘。 3．齿间载荷分配系数 Kα ： 考虑齿距误差及弹变等引起的载荷在齿对接触线间非均匀分布的影响。 1）成因： 齿间误差、弹变 → 总载荷在不同齿对（二对及二对齿以上同时啮合 时）接触线上的分布不均匀 → 某对齿接触线上载荷＞平均值 p=Kn/L 2）Kα 值： 分 KHα 、KFα ， 4．齿向载荷分布系数 Kβ ： 考虑支承非对称布置，轴和支承的受载变形及其制造、装配误差引起的齿面上 载荷分布不均的影响。 （见下图）
机械设计课件濮良贵
楔效应承载机 平行板—相对运动理—流速直线分布—油无内压力
不平行板—相对运动—流速变化—油有内压力
三.流体动力润滑基本方程
假设：牛顿流体 （
u
） y
计平重衡方力程、：
层流流动、不
pdzdy
大 p气压p影d响x、dz油dy不可压d缩ydz
x
y
y
dy
dzdx
0
整理可得：
p
x y
-
u y
三.油孔及油槽
开设油孔及油槽的原则： 将油导入整个摩擦表面而又不影响油膜承载能力 单轴向油槽→整体式→最大油膜厚度处
轴向油槽 双轴向油槽→对开式→剖分面处
周向油槽→载荷方向变动范围超过180°→中部
油沟形式：一般润滑油从非承载区引入.
周向油槽
§12—5 滑动轴承润滑剂的选用
润滑剂
润滑油→液体 润滑脂→润滑油＋稠化剂
顺应性、磨合性、导热性、足够的强度
1.轴承合金 (白合金、巴氏合金)
基体，均夹着锑锡、铜锡硬晶粒→最好，但 价高、强度低→轴承衬。
2.青铜 ——锡、铝、铅青铜
3.灰铸铁、耐磨铸 ——轻载、低速 4铁.多孔质金属材料（含油轴承、陶质金属）
5 非金属材 料
铁（铜）粉＋石墨→压型→烧结 ——塑料、尼龙、橡胶、硬木
0分.3子5 —机械理论：粘着作用和刨犁作用
2.边界摩 两摩擦面由吸附着的很簿的边界膜隔 开的
擦
摩擦
ｆ＝0.01～0.1
边界膜： 物理吸附膜、化学吸附膜 化学反应膜
3.液体摩擦 两摩擦完全被液体油膜隔开的摩擦
4.混合摩擦
油ｆ＝膜0：.0静01压～0油.0膜08和动压 油膜 干、边界、液体摩擦并存
机械设计课件濮良贵版本08
Ｖ带传动的设计计算
Ｖ带传动的设计计算
Ｖ带轮结构设计
1. V带轮设计的要求
结构工艺性好、无过大的铸造内应力、质量分布均匀。
轮槽工作面要精细加工, 以减少带的磨损。
各轮槽的尺寸和角度应保持一定的精度, 以使带的载荷分布较为均匀。
2. 带轮的材料
通常采用铸铁, 常用材料的牌号为HT150和HT200。
张紧轮一般应放在松边的内侧, 使带只受单向弯曲。同时张紧轮应尽量靠近大轮, 以免过分影响在小带轮上的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同。
二、自动张紧装置
弹性滑动导致: 从动轮的圆周速度v2＜主动轮的圆周速度v1，速度降低 的程度可用滑动率ε来表示:
带传动的工作情况分析
（演示→ ）
V带传动的设计1
Ｖ带传动的设计计算
1. Ｖ带传动的设计准则
带传动的主要失效形式是打滑和传动带的疲劳破坏。
2. 单根V带的基本额定功率
带传动的承载能力取决于传动带的材质、结构、长度, 带传动的转速、包角和载荷特性等因素。
平带传动, 结构简单, 带轮也容易制造, 在传动中心距较大的场合应用较多。
在一般机械传动中, 应用最广的带传动是Ｖ带传动, 在同样的张紧力下, Ｖ带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。
多楔带传动兼有平带传动和Ｖ带传动的优点, 柔韧性好、摩擦力大, 主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。
普通Ｖ带
窄Ｖ带
齿形Ｖ带
宽Ｖ带
带传动概述
Ｖ带的截面尺寸
在各类机械中应用广泛, 但摩擦式带传动不适用于对传动比有精确要求的场合。
6. 带传动的应用
带传动概述
带传动的工作情况分析
带传动的工作情况分析是指带传动的受力分析、应力分析、运动分析。
濮良贵《机械设计》要点讲解及考研真题解析-第8~10章【圣才出品】
普通 V 带是一种标准件，具有对称的梯形横截面，带型分为 Y、Z、A、B、C、D、E7 种，已标准化。截面尺寸见教材表 8-1。
②窄 V 带 a．组成 窄 V 带是用合成纤维绳作抗拉体。 b．特点 与普通 V 带相比，宽度约缩小 1/3，但承载能力可提高 1.5～2.5 倍。适用于传递动力 大而又要求紧凑的场合。 （3）V 带的结构参数 ①带的节宽 bp 当 V 带垂直于其顶面弯曲时，从横截面上看，顶胶变窄，底胶变宽，在顶胶和底胶之 间的某个位置处宽度保持不变，这个宽度称为带的节宽 bp。 注：带轮槽宽尺寸等于带的节宽 bp 处的直径——基准直径 dd。 ②基准长度 Ld V 带的名义长度称为基准长度。把 V 带套在规定尺寸的测量带轮上，在规定的张紧力 下，沿 V 带的节宽巡行一周，即为 V 带的基准长度 Ld。
图 8-4 带与带轮的受力分析
②功率的计算
带传动的有效拉力 Fe 等于传动带工作表面上的总摩擦力 Ff，于是
Fe＝Ff＝F1－F2 （8-2）
有效拉力 Fe 与带传动所传递的功率 P 的关系为 P＝Fev/1000。式中，功率 P 的单位为 kW，有效拉力 Fe 的单位为 N，传动带的速度 v 的单位为 m/s。
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d．多楔带兼有平带柔性好和 V 带摩擦力大的优点，并解决了多根 V 带长短不一而使各 带受力不均的问题，多楔带主要用于传递功率较大同时要求结构紧凑的场合。
（2）啮合型带传动 ①组成 啮合型带以钢丝为抗拉体，外包聚氨脂或橡胶。 ②结构特点 a．传动带内表面上等距分布有横向齿，带轮轮面也制成相应的齿槽； b．结构紧凑； c．抗拉强度高； d．效率高，最高可达 0.98； e．成本高，对中心距及其尺寸稳定性要求较高。 ③传动特点 靠带齿与轮齿间的啮合实现传动，两者无相对滑动，能够保证严格传动比，而使圆周速 度同步，故又称为同步带传动。
《机械设计》讲义(第八版)濮良贵(第3章)
1第三章 机械零件的强度一．静应力及其极限应力：1．静应力： 在使用期内恒定或变化次数很少（＜103次）的应力。
2．极限应力σlim： 静应力作用下的σlim取决于材料性质。
1）塑性材料： σlim =σs （屈服极限）2）脆性材料： σlim=σB (强度极限)3．静强度准则： σ≤σlim/S （S —静强度安全系数）-10max§３－１ 材料的疲劳特性：1．材料的疲劳特性：可用最大应力σmax、应力循环次数N和应力比r表示。
2．材料疲劳特性的确定：用实验测定，实验方法是：1）在材料标准试件上加上一定应力比的等幅变应力，应力比通常为：r=-1或r=02）记录不同最大应力σmax下试件破坏前经历的循环次数N，并绘出疲劳曲线。
3．材料的疲劳特性曲线：有二种1）σ—N疲劳曲线：即一定应力比r下最大应力σmax与应力循环次数N的关系曲线2）等寿命曲线：即一定应力循环次数N下应力幅σa 与平均应力σm的关系曲线2）C点对应的N约为：NC≈1043）这一阶段的疲劳称为应变疲劳或低周疲劳4、CD段：有限寿命疲劳阶段。
试件经历一定的循环次数N后会疲劳破坏实验表明，有限疲劳寿命σrN与相应的循环次数N之间有如下关系：23σm rN ·N = C ( N ≤N D ) （3-1）5、D 点以后： 无限寿命疲劳阶段。
1）无论经历多少次应力循环都不会疲劳破坏。
2）D 点对应的循环次数N 约为：N D =106～25×107 3）D 点对应的应力记为：σr ∞—— 叫持久疲劳极限。
σrN =σr∞( N ＞N D ) （3-2）4）循环基数N O 和疲劳极限σrN D 很大，疲劳试验很费时，为方便起见，常用人为规定一个循环次数N O （称 为循环基数）和与之对应的疲劳极限σrNo（简记为σr ）近似代替N D 和σr ∞6、有限寿命疲劳极限σrN ： 按式（3-1）应有： σm rN·N = σm r ·N O = C （3-1a ）于是：K N ──寿命系数m, N O ──1）钢材（材料）： m = 6～20 ， N O =（1～10）×106 2）中等尺寸零件： m = 9 ， N O = 5×106 3）大尺寸零件： m = 9 ， N O = 107 注： 高周疲劳——曲线CD 及D 点以后的疲劳称作高周疲劳二、等寿命疲劳曲线 图3-2等寿命疲劳曲线——一定循环次数下的疲劳极限的特性。
濮良贵《机械设计》(第8版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(绪 论)【圣才出品】
第1章 绪 论
1.1 复习笔记
一、本课程讨论的具体内容
1．总论部分
机器及零件设计的基本原则，设计计算理论，材料选择，结构要求，以及摩擦、磨损、润滑等方面的基本知识；
2．连接部分
螺纹连接，键、花键及无键连接，销连接，铆接，焊接，胶接与过盈连接等；
3．传动部分
螺旋传动，带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动以及摩擦传动等；
4．轴系部分
滚动轴承，滑动轴承，联轴器与离合器以及轴等。
5．其他部分
弹簧、机座和箱体，减速器和变速器等。
二、本课程的性质
本课程的性质是以一般通用零件的设计为核心的设计性课程，而且是论述它们的基本设计理论与方法的技术基础课程。
三、本课程的主要任务
培养学生以下素质和能力：
1．有正确的设计思想并勇于创新探索；
2．掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，进而具有综合运用所学的知识，研究改进或开发新的基础件及设计简单的机械的能力；
3．具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力；
4．掌握典型机械零件的试验方法，获得实验技能的基本训练；
5．了解国家当前的有关技术的经济政策，并对机械设计的新发展有所了解。
1.2 名校考研真题详解
本章内容只是对整个课程的一个总体介绍，基本上没有学校的考研试题涉及到本章内容，读者简单了解即可，不必作为复习重点，所以本部分也就没有选用考研真题。
《机械设计》讲义(第八版)濮良贵(第8章)
第八章§8—1 概述：一、带传动的组成和类型1．组成: 主动带轮１，从动带轮2 ２.工作原理: 合来传递运动和动力。
3．特点： 1）结构简单，成本低 2）传动平稳 3)能缓冲减振 4.类型:1)平带传动： 优点: 结构最简单 适用: 2)Ｖ带传动： 优点:（1（2)(3)V 适用： 3）多楔带传动： 优点： 适用： 4）同步带传动： 优点： 适用:二、Ｖ带的类型和结构：１、类型： 普通V 带、窄Ｖ带、宽V V 带、联组Ｖ带等多种。
注： 普通V 通V 带。
2、普通V 带的结构等:平带V带图8-5 普通V带的结构结构： 呈无接头环形，横截形为等腰梯形两腰夹角φ=4０° 种类： 按抗拉体的不同，分二种：１）帘布芯V 带: 抗拉体为帘布,制造较方便。
2)绳芯V 带: 抗拉体为线绳,柔韧性好,弯曲强度高。
型号: 分Y 、Z 、A 、B 、Ｃ、D 、E 七种 截面尺寸，承载能力↑节面： 带垂直于底面弯曲时,带中既不伸长也不缩短的中性层面。
节宽b P : 带节面的宽度轮槽节宽ｂp ：V 带轮轮槽与配用V 带节宽相等处的槽宽 节圆直径d p :V 带轮在轮槽节宽处的直径 基准宽度b ｄ：国标规定的V 带轮轮槽宽度1）等于配用V 带的节宽，即：b d = b p 2）b d 是一个无公差规定值基准直径d ｄ:V 带轮在轮槽基准宽度ｂｄ处的直径。
计算中,可取:b d = b p基准长度L d ：在规定张紧力下，公称长度: 以基准长度L ｄ 注: 1）V 2)V§8—２ 带传动工作情况的分析:一．几何计算:1．包角: ∵ a = Ｏ1O 2 ＞> O 2Ｅ ∴ β很小,于是有:α1 =π-2β=π－(ｄd2-d d １)/= 18０°- 57.3°×(d d2α2 =π+2β=π+(ｄd ２-d ｄ1 = 180°+ 57．3°×(d d2a2/)d d (a /E O sin 1d 2d 2-==β≈β2.基准长度L d : ∵ co ｓβ=1-β２/2! β=（d d2-d d1)/2a ∴3.中心距ａ：二.带传动的受力分析:１.预紧力ＦO : 安装时，带紧套在两轮上而受到的拉力。
濮良贵机械设计课件(第八版)完整版
m
max min
2
200 100 2
50
a
max min
2
200 100 2
150
200
a
50 0 min
-100
max
m
t
例2 已知：a= 80N/mm2，m=－40N/mm2 求：max、min、r、绘图。
解：
max m a 40 (80) 120
洗衣机 洗 涤
方案设计
甩干（脱水） 单 缸 模糊控制
提出尽可能多的解决方法 双 缸 自适应控制 滚 筒 双模控制
筛选、决策、评价（可靠性、经济上），选出最佳方案。
技术设计
目的：确定机械中各个零部件的结构尺寸（量化） 绘图、对方案具体实施，出图。
技术文件编制：编制设计计算说明书。
三、零件的设计步骤
• 失效的定义：在正常的工作条件下，机械零件丧失工作能力或达 不到工作性能要求时，就称为零件失效。
Pr=6000
A
d=50
b弯曲应力
Px=3000N 150
l=300
解：Pr A：对称循环变应力
b
M W
Pr l 22
d3
6000 300 0.4 503
36
N
mm2
32
Px A：静压力
c
Px
1 d 2
3000
1 502
1.528N
mm2
4
4
max b c b c 37.528
（1）专用零件和部件；（2）在高速、高压、环境温度过高或过低 等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件；（3） 在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件；（4）标准化 的零件和部件。
机械设计(第八版)课后答案 濮良贵 纪名刚
得蜗轮的基本许用接触应力
.
蜗杆传动的工作寿命 Lh=12000h,蜗轮轮的应力循环次数为
寿命系数为 蜗轮齿面的许用接触应力为
3、计算中心距
,取中心距 a=125mm,因 i12=20,故从教材表 11-2 中取模数 m=5mm,蜗
杆分度圆直径 d1=50mm,这时 d1/a=0.4,由教材图 11-8 查得接触系数
蜗轮齿根圆 直径 蜗轮咽喉母圆半径 (3)校核齿根弯曲疲劳强度：
1、确定各计算系数。法量齿数
根据 x2=-0.375 和
，则教材图 11-19 查得齿形系数
。螺旋角影响系数
2、确定许用弯曲应力。由教材表 11-8 查得蜗轮的基本许用弯曲应力为
.
寿命系数
许用弯曲应力
3、校核计算 满足强度条件。 （4）热平衡计算。取润滑油的最高工作温度
提高轮齿抗弯疲劳强度的措施有：增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，可降 低齿根应力集中;增大轴和支承的则度，可减小齿面局部受载；采取合适的热处 理方法使轮世部具有足够的韧性；在齿根部进行喷丸、滚压等表面强度，降低齿 轮表面粗糙度，齿轮采用正变位等。 提高齿面抗 点蚀能力的措施有：提高齿面硬度；降低表面粗糙度；增大润滑油 粘度；提高加工、发装精度以减小动载荷 ；在许可范围内采用较大变位系数正 传动，可增大齿轮传动的综合曲率半径。 10-6 解（1）选用齿轮的材料和精度等级，由教材表 10-1 可知，大小齿轮材料均为 45 号钢调质，小齿轮齿面硬度为 250HBS,大齿轮齿面硬度为 220HBS. 选精度等级为 7 级。 （2）按齿面接触疲劳强度设计。 1、小齿轮传递的转矩
11-2
解：采用渐开线蜗杆（ZI），考虑到是低速中载的蜗杆，蜗杆用 45 呈钢，蜗杆螺旋齿面要不熟淬火，硬度为 45-55HRC， 蜗轮用铸锡磷青铜 ZCuSn10P1,金属模铸造。 （1）按齿面接触疲劳强度设计：
机械设计濮良贵第一章
机 械 设 计
一、机械的定义（Definition of Machinery） • 机械：机器与机构的总称 Machinery： Generally means machines and mechanisms
机器：人为的构件组合、构件间具有确定的相对 运动、能作有用的机械功或完成能量、物料和信 息传递的装置 Machine: an assemblage of parts that transmit forces, motion and energy in a predetermined manner.
设计的本质是创新
the nature of design is creativity
设计的优劣对国民经济发展至关重要
economic development determined by the design
65~70%的利润来自设计， design produce 65~70% products profit
长城 great wall
中华世纪坛 Chinese altar
枪 gun 动物 animal
坦克 tank
1.2 机器的其他形式 (Other type of Machine)
锅炉
过滤装置 Separator 空气净化器 Air filter
Boiler
• 器械（装置、设备）：进行物料传递 和变换的机器，如：蒸汽锅炉、过滤 和分离装置等 • Apparatus (Equipment, Device): a machine for material conversion and exchanging, such as, boiler, filter and separator.
机械设计(第八版)濮良贵 全书习题
第一、二章绪论、机械设计总论一、填空题1、机器的基本组成部分包括、、。
2、机械零件的设计方法包括、、。
二、名词解释1、通用零件、专用零件、方案设计、技术设计、纸上装配、2、失效、刚度、强度、可靠度、浴盆曲线、设计安全系数、计算安全系数三、简答题1、对机器的要求主要包括哪些方面？2、机器的设计过程包括哪几个阶段？3、机械零件的失效形式主要有哪些？4、设计机械零件时应满足哪些基本要求？5、什么是机械设计中的“三化”？三、问答题1、解释零件失效率λ(t)与时间t之间的关系曲线浴盆曲线。
2、机械零件的常用材料有哪些类型，它们各有哪些特点？3、机械现代设计方法有哪些？第三章 机械零件的强度 四、 名词解释1、循环特性r 、对称循环、脉动循环2、静强度、疲劳强度、高周疲劳、低周疲劳、N -σ曲线、等寿命曲线（极限应力线图）3、寿命系数K N 、循环基数、单向稳定变应力、单向不稳定变应力、双向稳定变应力、设计安全系数、计算安全系数二、选择题1、若传动轴作正、反向转动，则轴上某点的扭转应力（剪应力）可按 处理。
A 、脉动循环 B 、对称循环 C 、静止不变 D 、以上都不是2、以下四种叙述中， 是正确的。
A 、变应力只能由变载荷产生B 、静载荷不能产生变应力C 、变应力是由静载荷产生的D 、变应力由变载荷产生，也可能由静载荷产生 3、变应力特性可用max σ、min σ、a σ、m σ、r 中五个参数的任意 个来描述。
A 、一个 B 、两个 C 、三个 D 、四个4、零件的截面形状一定，如绝对尺寸(横截面尺寸)增大，疲劳强度将随之_____。
A 、 增高 B 、 不变 C 、 降低 D 、不确定5、零件的材料、形状，尺寸，结构相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度______。
A 、 较高B 、 较低C 、 相同6、零件的表面经淬火，渗氮，喷丸，滚子碾压等处理后，其疲劳强度_______。
A 、 增高 B 、 降低 C 、 不变 D 、 增高或降低视处理方法而定三、问答题1、在N -σ曲线上指出静强度、低周疲劳和高周疲劳区及有限寿命疲劳阶段和无限寿命疲劳阶段。
濮良贵《机械设计》(第8版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(摩擦、磨损及润滑概述)【圣才出品】
第4章 摩擦、磨损及润滑概述4.1 复习笔记把研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术统称为摩擦学。
摩擦是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象，磨损是伴随摩擦而产生的必然结果，是由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；润滑是降低摩擦，减轻磨损所应采取的措施。
一、摩擦在正压力作用下相互接触的两物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或者有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象称为摩擦。
1．摩擦的分类（1）发生在物质内部，阻碍分子相对运动的内摩擦。
（2）当相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑动的趋势时，在接触表面上产生阻碍相对滑动的外摩擦。
其中，仅有相对滑动趋势的摩擦叫做静摩擦；相对滑动进行中的摩擦叫做动摩擦。
2．动摩擦根据位移形式的不同可分为滑动摩擦和滚动摩擦；3．滑动摩擦根据摩擦面间存在润滑剂的情况可分为干摩擦、边界摩擦、流体摩擦及混合摩擦。
边界摩擦、混合摩擦及流体摩擦都必须具备一定的润滑条件，所以相应的润滑状态常分别称为边界润滑、混合润滑及流体润滑。
可用膜厚比来大致估计两滑动表面所处的摩擦（润滑）状态，即λ=式中，为两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度；、分别为两接触表面min h 1q R2q R 形貌轮廓的均方根偏差。
一般认为边界摩擦（润滑）状态；混合摩擦（润滑）状态；流体摩1λ≤13λ≤≤3λ>擦（润滑）状态。
①干摩擦：表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。
修正后的黏附理论认为，做相对运动的两个金属表面间的摩擦系数为=f B nsy F f F τσ==界面剪切强度极限两种金属集体中较软的压缩屈服极限当两金属界面被表面膜分隔开时，为表面膜的剪切强度极限；当剪断发生在较软Bj τ金属基体内时，为较软金属基体的剪切强度极限；若表面膜局部破裂并出现金属粘Bj τB τ附结点时，将介于较软金属的剪切强度极限和表面膜的剪切强度极限之间。
Bj τ②边界摩擦：当运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开、摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦。
《机械设计》讲义(第八版)濮良贵改编(第1、2章)
第一章绪论§１－１机器在经济建设中的作用机械是现代各行业的基础，是物质生产的基本工具，其应用水平是一个国家技术水平和现代化程度的重要标志，也是信息化产业的基础。
设计则是产品生产的第一道工序，其成败很大程度上是在本阶段决定的。
1．能做有用功：1）代替人力或完成人力所不能完成的工作。
2）改善劳动条件，提高生产率。
3）较人工生产提高产品质量。
2．有利于产品的标准化、系列化和通用化。
3．有利于产品生产的机械化、电气化和自动化。
所以大量设计制造和广泛使用各种先进的机器是促进经济发展，加速现代化建设的一个重要内容。
§１－２本课程的内容、性质与任务：一．内容介绍整台机器机械部分设计的基本知识，重点讨论：1．一般尺寸和常用工作参数下的通用零件的设计，包括其基本设计理论和方法。
注：一般尺寸和参数：不包括巨/微型，高温/压/速等。
2．介绍有关技术资料、标准的应用。
例如：有关国标，机械零件设计手册等。
学习的具体内容：（1）总论部分：机器及零件设计的基本原则，设计计算理论，材料选择，结构要求，以及摩擦、磨损、润滑等方面的基本知识；（2）连接部分：螺纹连接和螺旋传动，键、花键及无键连接和销连接等；（3）传动部分：带传动，齿轮传动，蜗杆传动等；（4）轴系部分：滚动轴承，轴的设计，联轴器、离合器和制动器等；（5）其它部分：弹簧、机座、箱体等。
二．性质是以一般通用零件的设计为核心的设计性课程，主要讨论它们的基本设计理论与方法的技术基础课程。
本课程不仅要求学生掌握机械零件的常用设计方法，主要是通过这些内容的学习，全面提高学生具备通用零件、部件，以及专用零件的设计能力。
三．任务本课程的主要任务是培养学生：（1）有正确的设计思想和创新探索能力；（2）掌握一般设计方法，能设计简单机械的能力；（3）具有运用标准、手册和查阅资料的能力；（4）掌握典型的实验方法，具备基本的实验能力；（5）了解国家政策，了解机械的发展动向。
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第十二章滑动轴承§１２—１概述：一．摩擦的分类（详见： P.46. 第四章）㈠内摩擦：发生在物质内部、阻碍分子间相对运动的摩擦。
㈡外摩擦：发生在两接触物体间，阻碍两接触表面相对运动的摩擦。
1．按有无相对运动分：外摩擦可分为：静摩擦：两接触物体间仅有相对滑动趋势时的摩擦。
动摩擦：两接触物体间有相对运动时的摩擦。
2．按相对运动形式分：外摩擦可分为：1）滚动摩擦：两接触物体间的相对运动为滚动。
2）滑动摩擦：两接触物体间的相对运动为滑动。
又可分为四种：①干摩擦：两物体接触面内无任何润滑剂的纯金属接触时的摩擦。
②边界摩擦：两摩擦表面间存在边界膜时的摩擦。
边界膜：指润油中的极性分子吸附在金属表面(吸附膜)或与金属起化学反应(反应膜)而形成的一层极薄的分子膜。
③流体摩擦：两摩擦表面完全被润滑油分开时的摩擦。
④混合摩擦：处于边界摩擦与流体摩擦的混合状态时的摩擦。
注： a. 纯金属极易氧化或被油污，故工程中不存在真正的干摩擦，通常将未经人为润滑的摩擦叫“干摩擦”b. 边界膜分吸附膜和反应膜，极薄，厚度约0.002～0.02μm.c. 干摩擦时，摩擦和磨损最严重；边界摩擦的摩擦系数约为0.1左右；混合摩擦时的摩擦系数比边界摩擦的要小得多；流体摩擦是油分子间的内摩擦，f≈0.001～0.008，此时不存在磨损。
二．轴承的类型：1．按摩擦性质分：分二种1）滚动摩擦轴承下章介绍2）滑动摩擦轴承又可分三种①自润滑轴承：工作时不加润滑剂。
②不完全液体润滑轴承：滑动表面间处于边界润滑或混合润滑状态。
③液体润滑轴承：两滑动表面处于液体润滑状态。
a. 液体动压轴承：靠两表面间的相对运动来形成压力油膜。
b. 液体静压轴承：靠液压系统供给的压力油形成压力油膜。
2．按承载方向分：三种1）径向轴承：承受径向载荷2）推力轴承：承受轴向载荷3）向心推力轴承：可同时承受径、轴向载荷三．滑动轴承的主要应用埸合：1．转速特高此时，滚动轴承的寿命明显↓2．轴的支承位置要求特高此时，滚动轴承因零件多，精度难保证3．特重型此时，滚动轴承须单件生产，造价很高4．冲击和振动很大此时，滚动轴承点接触，耐冲击、振动性能差5．按装配要求必须剖分的轴承6．特殊工作条件处（如：水中或腐蚀介质中）7．径向尺寸受限处§１２—２滑动轴承的主要结构型式一．整体式径向滑动轴承 P.276.图12-11．结构：整体式轴承座，内衬减摩材料制成的整体轴套2．特点：1）优：结构简单，成本低廉。
2）缺：①轴套磨损后，无法调整轴承间隙。
②只能从轴颈端部装拆，重量大或中间轴颈的轴装拆困难。
3．适用：轻载、低速或间歇工作处。
二．对开式径向滑动轴承P.276.图12-21．结构：由轴承盖、轴承座、剖分式轴瓦及双头螺柱等组成。
2．特点：轴承装拆方便，轴瓦磨损后可用减少剖分面处的垫片来调整轴承间隙。
3．应用：广泛。
三．止推滑动轴承1．组成：由轴承座和止推轴颈组成。
P.277.表12-12．类型：空心式、单环式、多环式§１２—３滑动轴承的失效形式及常用材料一．滑动轴承的失效形式1．磨粒磨损：进入轴承的硬颗粒（如灰尘，砂粒等），研磨轴颈、轴承表面，导致几何形状改变，精度下降。
2．刮伤：硬颗粒或轴颈表面粗糙的凸峰在轴承表面划出线状伤痕。
3．咬粘：过载高速或润滑差，致使轴颈、轴承的表层材料发生粘附和迁移。
4．疲劳剥落：载荷反复作用，致使轴承衬材料疲劳开裂和脱落。
5．腐蚀：轴承材料受润滑剂及环境介质的腐蚀而失效。
二．轴承材料轴承材料：即轴瓦和轴承衬的材料。
（一）轴承材料的主要性能要求：1．减摩性、耐磨性和抗咬粘性好。
减摩性：指材料副具有较低的摩擦系数。
抗咬粘性：指材料的耐热性和抗粘附性。
2．顺应性、嵌入性和磨合性好。
顺应性：受载后通过弹塑变形补偿初始几何形状误差的能力。
嵌入性：嵌藏硬颗粒，减轻刮伤及磨损的性能。
磨合性：短期轻载运转后，易形成相互吻合的表面粗糙度。
3．足够的强度和抗蚀能力。
4．导热性、工艺性、经济性好。
（二）常用轴承材料：1．轴承合金（或称巴氏合金）：组成：是锡、铅、锑、铜的合金，分锡基、铅基二种。
性能：嵌入性、顺应性、磨合性、抗咬粘性好，但强度很低。
应用：在中高速、重载或重要埸合，只能用作轴瓦的轴承衬。
2．铜合金：种类：很多，分黄铜、青铜二大类，其中青铜较常用。
性能：比轴承合金稍差，但强度较高。
应用：锡青铜：中速重载。
铅青铜：高速重载（∵抗粘附性好）铝青铜：低速重载（∵抗粘附性较差）3．铝基轴承合金：性能：耐蚀性、减摩性好，疲强较高。
应用：可单独制成轴套、轴承等，也可作轴承衬与钢衬背一起组成双金属轴瓦。
4．铸铁：其中的石墨是固体润滑剂，具有较好的减摩性和耐磨性。
铸铁性脆、不易磨合，只适用于轻载低速、无冲处。
5．多孔质金属材料：构成：金属粉末经特殊工艺压制、烧结，形成多孔结构。
种类：有多孔铁和多孔铜二种。
机理： 1）使用前先把轴瓦在热油中浸数小时，使孔隙中充满油——含油轴承2）工作时靠轴颈转动的抽吸作用及热胀挤压，油进入摩擦面间进行润滑适用：中低速无冲击处（因为：多孔质金属材料韧性较小）6．非金属材料：塑料，尼龙，橡胶，陶瓷等。
注：常用金属轴承材料的性能 P.280. 表12-2.§１２—４轴瓦结构2．油槽：用于将油分布到整个摩擦表面间。
有轴向/周向油槽二种。
1）轴向油槽：适用于载荷方向变化不大处。
①位置：整体轴承：油槽开在最大油膜厚度处。
P.283. 图12-8.剖分轴承：油槽开在剖分面上。
P.283. 图12-9.②长度：稍短于轴承宽度。
2）周向油槽：适用于载荷方向变动范围大于180°处。
位置：常置于轴承中部。
一．润滑脂及其选择：1．应用： 122．选择：选择润滑脂牌号时参见1）针入度：2）滴点：滴3）防水性和耐高温的要求。
二．润滑油及其选择：1．应用：最广2．选择： 1）轻载高速，宜选低粘度的油，反之亦反之。
2）不完全液体润滑轴承的润滑油， P.285. 表12-4.3）液体动压轴承的润滑油， P.53. 表4-1.三．固体润滑剂：1．应用：在摩擦表面上形成的固体润滑剂膜可减小摩擦，主要用于有特殊要求处。
2．种类：二硫化钼（MoS）、石墨等。
2§１２—６ 不完全液体润滑滑动轴承设计计算适 用： 工作可靠性要求不高的低速、轻载或间歇工作的轴承。
摩擦状态： 混合摩擦状态。
工作条件；一．径向滑动轴承的设计：设计时一般已知：径向载荷F ，N 轴颈转速 轴颈直径d, mm 1．验算平均压力p:p 过大： 2．验算pv:单位面积上： 正压力N=p ，摩擦力 pv ↑ → P f ↑ 3．验算滑动速度v ：v ≤ p 是均压，若v 过大，则在p 及pv 均合格时，会因各种误差导致局部pv 超限 B41 21)-(12 MPa ]p [dBFp ≤=B19100n F 100060n d B d F pv ⋅=⨯⋅⋅π⋅⋅=3．验算pv ：1）支承面平均直径处的圆周速度v ：2）验算：式中： F a 、n 、z ── 轴向载荷（N ）、轴颈转速（r/min ）、轴环数 [p]、[pv] ── 许用值， P.287. 表12-51）动力粘度η：单位： P a ·S （帕·秒）， 1P a ·S = 1N ·s/m 2意义： 使相距1m ，面积各为1m 2的两层流体产生1m/s 的相对速度需 1N 的切向力。
2）运动粘度υ： η（P a ·S ）与同温度下该液体的密度ρ（kg/m 3）之比。
即： υ=η/ρ m 2/sm/s MPa [pv])d d (z 30000nF 2100060)d d (n )d d (z F 4pv 12a 212122a ⋅≤-=⨯⨯+π⋅-π=2100060)d d (n v 21⨯⨯+⋅⋅π=2）流体动压基本方程：对图12-12中微单元流体进行受力分析，并经适当推导（P.288～289）得：式中，η,v ── 流体粘度，A 板沿x 向的移动速度。
h ── 所取微单元处的流体膜厚。
h o ── p=p max 处的流体膜厚。
3）形成流体动力润滑的必要条件： 由式（12-8）可得① 两相对运动表面必须形成收敛间楔(若A ∥B ，则h=h o ， )② 被油膜分开的两表面必须有相对滑动速度v,且v 必须使油从大口进、小口出. ③ 油必须有粘度，且供油要充分。
三．径向滑动轴承形成流体润滑的过程径向轴承的轴颈与轴承孔间必须留有间隙。
1．ω= 0时，轴颈与轴承孔接触于最下方，两表面间自然形成油楔。
2．ω≈0时，带入油楔的油量较少，轴颈与轴瓦直接接触，并沿轴瓦孔壁爬升。
3．ω↑至一定值时，带入油楔的油量形成动压油膜，使轴心左偏并浮起。
4．ω达稳定转速时，轴颈在一定的左偏位置上稳定运转。
8)-(12 )h h (h6x p o 3-ην=∂∂0x /p =∂∂→四．径向滑动轴承的主要几何关系1．几个概念：用D，R表示轴承孔的直径和半径，d, r表示轴颈的直径和半径。
1）直径间隙Δ：Δ = D-d （12-9） 2）半径间隙δ：δ = R-r = Δ/2 （12-10） 3）相对间隙ψ：ψ = Δ/d = δ/r （12-11）设外载F 与oo 1方向成φa 角。
1）最小油膜厚度h min ： h min = δ-e = δ(1-χ) = r ψ(1-χ) (12-12) 2）任意极角φ处的油膜厚度h ： 按ΔAOO 1： 将上式作为(r+h)的二次方程得：略去二阶小量，并在“±”处“+”号得：3）最大油压p max 处的油膜厚度h o ： 设p max 处的极角为φo ，则五．径向滑动轴承工作能力计算简介 1．轴承的承载量计算和承载量系数1）动压基本方程：将dx=rd φ，ν = r ω 及 h 、h o 代入（12-8）式动压基本方程，得： 2）任意极角p φ处的油压：3）油压p φ在外载F 方向上的分量p φy ：4）轴承单位轴向宽度上的油压垂直分量的意和p y :5）承载能力⑴轴向z 处油压垂直分量的总和p y ′轴承的轴向宽度有限，存在端流，所以（12-18）式的p y 应修正 ① 端流：使压力沿轴承宽度呈抛物线分布，∴应乘因子[1-(2z/B)2] ② 端流：使油压低于无限宽轴承中的油压p y ，∴应乘系数C ′ϕ+-++=cos )h r (e 2)h r (e R 222ϕ-±ϕ=+22sin )Re(1R cos e h r ϕ22sin )Re (13)-(12 )cos 1(r )cos 1(h ϕχ+ψ=ϕχ+δ=14)-(12 )cos 1(r h o o ϕχ+ψ=15)-(12 d )cos 1()cos (cos 6dx )h h (h 6dp 3o 2o 3ϕϕχ+ϕ-ϕχ⋅ψωη=-ην=16)-(12 d )cos 1()cos (cos 6dp p 113o 2⎰⎰ϕϕϕϕϕϕϕχ+ϕ-ϕχψωη==17)-(12 )cos()](180cos[ϕϕϕϕϕϕϕ+⋅-=+-︒⋅=a a y p p p 18)-(12 rd )cos(p rd p p 2121a y y ⎰⎰ϕϕϕϕϕϕϕϕ+ϕ⋅-=ϕ⋅=⑵承载能力F ：6）承载量系数C p ：① C p 积分很困难，通常用数值积分进行计算 ② C p 是无量纲量，其值主要取决于：a. 轴承的包角α： 指入油口至出油口的轴承连续光滑表面包过轴颈的角度。