机械设计第六章(西北工业大学出版社)(第八版)资料
西工大机械原理第八版(免费版)
免费版 平面机构的结构分析1、如图a 所示为一简易冲床的初拟设计方案，设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。
试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。
解 1）取比例尺l μ绘制其机构运动简图（图b ）。
2）分析其是否能实现设计意图。
图 a ） 由图b 可知，3=n ，4=l p ，1=h p ，0='p ，0='F 故：00)0142(33)2(3=--+⨯-⨯='-'-+-=F p p p n F h l因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。
图 b ）3）提出修改方案（图c ）。
为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图c 给出了其中两种方案）。
图 c1） 图 c2）2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。
图a ）解：3=n ，4=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F图 b ）解：4=n ，5=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F3、计算图示平面机构的自由度。
将其中的高副化为低副。
机构中的原动件用圆弧箭头表示。
3－1解3－1：7=n ，10=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F ，C 、E 复合铰链。
3－2解3－2：8=n ，11=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F ，局部自由度3－3 解3－3：9=n ，12=l p ，2=h p ，123=--=h l p p n F4、试计算图示精压机的自由度解：10=n ，15=l p ，0=h p 解：11=n ，17=l p ，0=h p13305232=⨯-+⨯='-'+'='n p p p h l 26310232=⨯-⨯='-'+'='n p p p h l0='F 0='FF p p p n F h l '-'-+-=)2(3 F p p p n F h l '-'-+-=)2(310)10152(103=--+⨯-⨯= 10)20172(113=--+⨯-⨯=（其中E 、D 及H 均为复合铰链） （其中C 、F 、K 均为复合铰链）5、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析组成此机构的基本杆组。
《机械设计基础》课程教学大纲
《机械设计基础》课程教学大纲一、课程与任课教师基本信息课程名称：机械设计基础课程类别：必修课√选修课□其中理论学时/实验（实训、讨论等）学时：总学时/学分：64/458/6授课时间：一（1，2）、三（1，2）/1-16周授课地点：7B414任课教师姓名：田君职称：副教授课程所属院（系）：机械工程学院联系电话：Email答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课前、课间和课后，采用一对一的问答方式；2.每次发放作业时，采用集中讲解方式。
二、课程简介《机械设计基础》机械设计基础是一门培养学生具有一般机械设计基本知识的技术基础课。
本课程主要介绍一般机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法，同时扼要介绍与本课程有关的国家标准和规范。
在教学过程中综合运用先修课程中有关的知识与技能，结合各实践环节进行工程技术人员所需的基本训练，为学生日后的工作打下良好的基础。
三、课程目标本课程教学的总体目标是：通过本课程的学习，使学生能认识机械、了解机械；掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，学会常用机构的分析和综合方法，并具有进行机械系统运动方案（创新）设计的初步能力；获得机械产品设计与制造技术的基础知识；使学生达到运用所学知识去解决现代机械工程中的实际问题的能力。
结合专业培养目标，提出本课程要达到的目标。
这些目标包括：1．知识与技能目标：通过本课程的学习，使学生掌握一般机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法，具有使用和维护机械设备的能力；熟悉与本课程有关的国家标准和规范，并结合课程设计实践，使学生具有运用标准和规范、设计手册以及查阅有关资料进行设计简单机械传动装置的能力。
2．过程与方法目标：在学习常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法等内容的过程中，使学生的思维和分析方法得到一定的训练，培养学生综合分析和处理问题的能力。
西北工业大学机械专业机械原理课程ppt(第六章机械的平衡)
§6-2 刚性转子的平衡计算
为了使转子得到平衡，在设计时就要根据转子的结构，通过
计算将转子设计成平衡的。
1.刚性转子的静平衡计算
（1）静不平衡转子
对于轴向尺寸较小的盘形转子(b/D <0.2)，其质量可近似认为 分布在同一回转平面内。这时其偏心质量在转子运转时会产生惯
性力，因这种不平衡现象在转子静态时就可表现出来， 故这类转 子称为静不平衡转子。
到破坏。
机娥平衡的目的及内容(2/3)
机械平衡的目的就是设法将构件的不平衡惯性力加以平衡， 以消除或减少惯性力的不良影响。
机械的平衡是现代机械的一个重要问题。对于高速高精密机 械尤为重要；但某些机械却是利用构件产生的不平衡惯性力所引 起的振动来工作的。对于此类机械则是如何合理利用不平衡惯性 力的问题。
刚性转子的平衡计算(4/4)
例1 内燃机曲轴 例2 双凸轮轴 刚性转子动平衡的条件：各偏心质量（包括平衡质量）产生 的惯性力的矢量和为零，以及这些惯性力所构成的力矩矢量和也 为零，即
ΣF＝0，
ΣM＝0
（3）动平衡计算 动平衡计算是针对结构动不平衡转子而进行平衡的计算。即
根据其结构计算确定其上需增加或除去的平衡质量，使其在设计 时获得动平衡。
例 动平衡机的工作原理
3．现场平衡
对于一些尺寸非常大或转速很高的转子，一般无法在专用动 平衡机上进行平衡。即使可以平衡，但由于装运、蠕变和工作温 度过高或电磁场的影响等原因，仍会发生微小变形而造成不平衡。 在这种情况下，一般可进行现场平衡。
现场平衡 就是通过直接测量机器中转子支架的振动，来确 定其不平衡量的大小及方位，进而确定应增加或减去的平衡质量 的大小及方位，使转子得以平衡。
1．静平衡实验 （1）实验设备
机械设计第六章(西北工业大学出版社)(第八版)剖析
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2. 键连接的强度计算
（1）平键连接的强度计算 平键连接的失效形式 工作面压溃—静连接—防止压溃—校核挤压强度 工作面磨损—动连接—防止磨损—校核压强
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2. 键连接的强度计算
普通平键的挤压强度条件：
设键侧面的作用力沿键的工 作长度和高度均匀分布，则 普通平键的强度条件为:
Keys are used to transmit torque from a component to the shaft.
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6.1 键连接
2018/1/11
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School of Mechatronics, UESTC
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6.1 键连接
键连接的类型 平键连接 半圆键连接 楔键连接 切向键连接
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2. 半圆键连接
（1）键的摆动适应毂键槽的斜度； （2）侧面为工作面，传递扭矩，不 能传轴向力； （3）特别适于锥形轴端； （4）对轴削弱大，用于轻载。
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3. 楔键连接
键的上下两个面为工作面，分别与毂和轴上的键槽的底 面贴合。 装配后，键楔紧在轴和轮毂的键槽里。 工作时，靠键的楔紧作用来传递转矩。可以承受单向的 轴向载荷。 用于毂类零件的定心精度要求不高和转速较低的场合。
P
2T [ P ] zhld m
齿间载荷分布h 工作高度 d m 平均直径；渐开线花键d m mz；矩形花键d m （D d） /2 [ P ] 许用挤压应力；动联接用许用压强[ P]代替；
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二、 胀紧联接
在轴与彀之间装配一个或几个胀紧联接套，在轴 向力的作用下，同时胀紧轴与毂。静联接。
西北工业大学机械设计课件
§6－2 花键联接
一、花键联接的类型、特点和应用 组成： 外花键、内花键。 结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。
优点： 1)均匀受力； 2)对轴的削弱程度小; 3)承载能力高;
4)轴上零件与轴的对中性好； 5)导向性好;
6)可用磨削方法提高加工精度及 联接质量。
缺点：齿根仍有应力集中、需专 用设备制造，成本高。
应用：只承受单向转矩；
正反转矩都承受，相隔
120º~130º布置两对切
向键。
常用于对中精度要求不高的重型机械中。
键联接4
二、键的选择和强度校核
键联接
1．键的尺寸选择
平键的截面尺寸 b×h： 根据轴径 d 由标 准中查得；
键长 L：应略短于轮毂的宽度，并符合标准中规定 的尺寸系列。
导向平键的长度根据轮毂宽度及滑动距离确定。
不良 中等 良好 不良 中等 良好
15~20 20~30 25~40
----------
25~35 30~60 40~70 3~10 3~15 10~20
§6－3 无键联接
一、型面联接 型面联接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相
同轮廓的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆联接，它 是无键联接的一种型式。
作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。
定位销
按用途分 联接销
安全销
类
型
圆柱销
按形状分
圆锥销 槽销
销轴
开口销
销的材料：35、45号钢。
复习题
判断题
1. 采用两个楔键时，常相隔90度～120度。
A.正确
B.错误
2. 而采用两个半圆键时，则布置在轴的同一母线上。
A.正确
☆西北工业大学国家精品课程]-机械原理PPT课件完整版
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西北工业大学【国家精品教程】机械原理（课件完整版）目录• 第一章 绪论 • 第二章 机构的结构分析 • 第三章 平面机构的运动分析 • 第四章 平面机构的力分析 • 第五章 机械的效率及自锁 • 第六章 机械的平衡目录• 第七章 机械的运转及其速度 波动的调节• 第八章 平面连杆机构及其设计 • 第九章 凸轮机构及其设计 • 第十章 齿轮机构及其设计目录• 第十一章 齿轮系及其设计 • 第十二章 其他常用机构 • 第十三章 工业机器人机构及其设计第一章 绪 论§1-1 本课程研究的对象及内容 §1-2 学习本课程的目的 §1-3 如何进行本课程的学习返回§1-1 本课程研究的对象及内容1．研究对象机械 是机构和机器的总称。
机构是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。
机器是指一种执行机械运动装置，操 作 机可用来变换和传递能量、物料和信息。
实例：示 教内燃机板工件自动装卸装置六自由度工业机器人2．研究内容 有关机械的基本理论控制系统§1-2 学习本课程的目的课程性质、任务及作用 机械未来发展§1-3 如何进行本课程的学习掌握本课程的特点 注重理论联系实际 逐步建立工程观点 认真对待每个教学环节机器和机构的概念（1）机构机构 是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。
如常 见的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、凸轮机构、螺 旋机构等等。
这些机构一般被认为是由刚性件组成的。
而现代机构中除了 刚性件以外，还可能有弹性件和电、磁、液、气、声、光…等元 件。
故这类机构称为广义机构；而由刚性件组成的机构就称为狭 义机构。
（2）机器机器 是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、 物料和信息。
例如： 电动机、内燃机用来变换能量；机器和机构的概念(2/3)机床用来变换物料的状态； 汽车、起重机用来传递物料； 计算机用来变换信息。
由于各种机器的主要组成部分都是各种机构。
机械设计(第八版)课后答案西北工业大学
得蜗轮的基本许用接触应力
。蜗杆传动的工作寿命 Lh=16800h,蜗轮轮齿的应力循环次数
寿命系数为 蜗轮齿面的许用接触应力为
4、计算中心距
取中心距 a=200mm,因 i=23,故从教材表 11-2 中取模数 m=8mm,蜗杆分度圆直径 d1=80mm，这时 d1/a=0.4,与假设 值相符，因此以上计算结果可用。 （2）蜗杆与蜗轮的主要参数和几何尺寸：
比较
和
由公式
得
（5）由接触强度 确定的最大转矩。由公式
得 (6)齿轮行动的功率。由弯曲强度和接触强度计算的转矩可知，此齿轮传动所能 传递的最大转矩为 T1=1827280N.mm
10-8 解(1)选择齿轮的材料和精度等级。根据教材表 10-1 选大小齿轮材料均为 20CrMnTi,渗碳淬火。小齿轮齿面硬度取 62HRC,大齿轮齿面硬度取 58HRC，世部 达 300HBS. 选精度等级为 6 级。 （2）按齿根弯曲疲劳强度设计。 1、小齿轮传递的转矩：
8、由接触强度计算小齿轮的分度圆直径
9、验算载荷系数： 齿轮的使用系数：载荷 状况以轻微冲击为依据查教材表 10-2 得 KA=1.25 齿轮的圆周速度
由教材图 10-8 查得：Kv=1.12 对于软齿面齿轮，假设
,由教材表 10-3 查得
齿宽 齿宽与齿高比
由教材表 10-4 查得 系数：
10、校正直径：
取安全系数 SF=1.5 由教材图 10-20（d）得
按对称循环变应力确定许用弯曲为
9、由弯曲强度计算齿轮的模数。因 数代入设计公式中得
取标准值
.
10、验算载荷系数：
小齿轮的分度圆直径
齿轮的圆周速度
由教材图 10-8 查得:
机械设计第八版西工大6精品PPT课件
圆柱销
圆锥销
内螺纹圆锥销
槽销
开尾圆锥销
销轴和开口销
详细说明
销的材料为35、45钢（开口销为低碳钢），许用应力[t]=80MPa，许用 挤压应力[p]与键联接的挤压应力相同。
zpofrp 2013-10-23
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
键槽中绕其圆心摆动， 以适应轮毂上键槽的斜度，
安装方便。常用与锥形轴端渔轮故的联接。
3．楔键联接
详细说明
楔键的上、下表面为工作面，两侧面
为非工作面。键的上表面与键槽底面均有
1:100 的斜度。工作时，键的上下两工作
面分别与轮毂和轴的键槽工作面压紧，靠
其摩擦力和挤压传递扭矩。
4．切向键
详细说明
键联接
键联接3
普通平键
导向平键 滑键
详细说明
普通平键与轮毂上键槽的配合较紧，属静联接。 导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松，属动联接。 普通平键应用极为广泛。 轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。
zpofrp 2013-10-23
2．半圆键联接
键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的
定载荷为：
Tm mT
m为额定载荷系数。
zpofrp 2013-10-23
销联接
销联接
销联接主要用于确定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷。也可 用于轴和轮毂或其他零件的联接。
根据销的用途不同，一般有：定位销、联接销、安全销。 详细说明
根据销的结构形式有：圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等。
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键的尺寸代号
键 A 16×100 GB1096-79 国家标准 键长度 由轮毂宽度决定 键宽度b 由轴径决定 圆头普通平键A型
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2. 键连接的强度计算
尺寸选择—
根据轴径 d 查标准，确定 b、h 根据轮毂宽度，确定键长 L
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普通平键的主要尺寸
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普通平键的主要尺寸
键的长度应等于或略短于轮毂的长度。 导向键的长度按轮毂的长度及其滑动距离而定。
键的长度应符合标准规定的长度系列。
应考虑的具体问题 1. 需要传递转矩的大小； 2. 连接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距
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3. 楔键连接
键的上下两个面为工作面，分别与毂和轴上的键槽的底 面贴合。
装配后，键楔紧在轴和轮毂的键槽里。 工作时，靠键的楔紧作用来传递转矩。可以承受单向的
轴向载荷。 用于毂类零件的定心精度要求不高和转速较低的场合。
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2. 键连接的强度计算
键的工作长度
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l L b (圆头平键)
l L (方头平键)
l L b (单圆头平键) 2
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2. 键连接的强度计算
导向平键和滑键联接的强度条件为：
p 2T p
kld
式中：
k
h
2
l L b （圆头平键）
l L （平头平键）
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（3）滑键
当零件滑移的距离较大时，用滑键。 滑键固定在轮毂上，轴上零件与键一起在轴上
的键槽中作轴向移动。 轴上键槽很长 键可以较短
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2. 半圆键连接
（1）键的摆动适应毂键槽的斜度； （2）侧面为工作面，传递扭矩，不
能传轴向力； （3）特别适于锥形轴端； （4）对轴削弱大，用于轻载。
导向键 用于动连接 滑动键
（1）普通平键连接
工作面是键的两侧面；
主要失效形式是键的剪 断和工作面压溃。
键的上表面和轮毂的键 槽底面之间留有间隙；
机零件不起轴向固定作用。
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普通平键的结构形式
圆头：用指状铣刀加工键槽，应力集中大 平头：用盘状铣刀加工键槽，应力集中小，紧定螺钉固定 单圆头：用指状铣刀加工键槽，用于轴端
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4. 切向键
两个单面斜楔构成 工作面：上、下两面；靠互压传载，有一个面必须 与轴线共面；传递双向扭矩时需用双键。
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二、键的选择和键连接强度计算
1. 键的选择
设计时先选择类型、尺寸，再进行校核计算
类型选择— 静连接 → 普通平键、半圆键、花键
动连接 → 导向平键、滑键
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主要内容
1 键连接 key 2 花键连接 spline 3 无键连接 4 销连接
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6.2 花键联接
花键联接是由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向 均布而成。
花键齿侧面为工作面——可用于动和静联接 花键是标准件。
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变速箱输入轴的外花键
键在键槽中固定良好； 键在键槽中固定不好，需 键的圆头部分不参与工作。 使用紧定螺钉固定。
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通常用于轴端 的轴毂连接
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键槽
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（2）导向平键连接
导向平键是一种较长的平键 键用螺钉固定在轴上的键槽中 轴上的传动零件可沿键作轴向滑移。
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起键螺钉孔
工作面是键的两侧面； 主要失效形式是键的工作面过度磨损。
（Shafts and hubs）的周向固定，并将转矩从轴传 递到毂，或从毂传递到轴．有的还能实现轴上零件 的轴向固定或轴向滑动。
Keys are used to transmit torque from a component to the shaft.
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6.1 键连接
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花键的工程应用——汽车变速箱
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花键的工程应用——汽车变速箱
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花键的工程应用——汽车变速箱
（1）平键连接的强度计算 平键连接的失效形式 工作面压溃—静连接—防止压溃—校核挤压强度 工作面磨损—动连接—防止磨损—校核压强
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2. 键连接的强度计算
普通平键的挤压强度条件： 设键侧面的作用力沿键的工 作长度和高度均匀分布，则 普通平键的强度条件为:
p
F kl
2T kld
[ p ]
中可按1.5个键计算。
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例题
已知减速器中某直齿圆柱齿轮安装在轴的两个 支承点间，齿轮和轴的材料都是锻钢，用键构成静 连接。齿轮的精度等级为7级，装齿轮处的轴径 d=70mm，齿轮轮毂宽度为100mm，需传递的转距 T＝2200Nm，载荷有轻微冲击。设计此键连接。
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6.1 键连接
键连接的类型 平键连接 Flat key 半圆键连接 Woodruff key 楔键连接 Tapered key 切向键连接 tangential key
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1. 平键连接
平键连接按用途分类 普通平键 用于静连接
l L b （单圆头平键）
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p、p为许用应力与许用压力
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机械电子工程学院
讨论
如果强度不满足要求，怎么办？
•增加键的长度； •增大轴径； •采用双键； •采用花键。
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讨论
如果强度不足，可采用双键。 两个平键按180º布置； 两个半圆键布置在轴的同一条母线上； 两个楔键沿圆周相隔90°~120°。 考虑到两个键的载荷分布不均匀性，在强度校核
机械设计
第六章 键连接、花键、无键连接 和销连接
电子科技大学 凌丹
2020/9/11
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主要内容
1 键连接 key 2 花键连接 spline 3 无键连接 4 销连接
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机械电子工程学院
6.1 键连接
一、键连接的功能、分类、结构形式及应用 键 是 一 种 标 准 零 件 ， 通 常 用 来 实 现 轴 与 轮 毂 之 间