机械设计第16章
第16章机械设计弹簧学习教案
λ
工作变形量
——
n〉2
第十一页，共42页。
续表16-4 圆柱螺旋弹簧几何尺寸计算
mm
参数名称及代号
计算公式
压缩弹簧
拉伸弹簧
备注
总圈数n1
冷卷：
n1=n+(2~2.5) YII型热卷：
n1=n
拉 1/伸4潘、存弹云1簧/教2授n、研1制尾3/数4、为整 圈，推荐用1/2圈
节距 p 轴向间距δ
展开长度L
§16-2 圆柱螺旋弹簧的结构(jiégòu)、制造方法、 材料及许用应力
一、圆柱螺旋弹簧的结构(jiégòu)形式
变形用
1. 圆柱螺旋压缩弹簧
压缩弹簧在自由状态下，各圈之间留有一定(yīdìng)
支间承距圈δ或。死圈 两端有3/4~5/4圈并紧，以使弹簧站立平直， ——
这部分不参与变形。
端部磨平 重要弹簧 ——
端部不磨平 一般用途 ——
压缩弹簧的总圈数 ： n1 = n+(1.5~2.5)
磨平长度不小于3/4圈，端部厚度近似为d/4
d/4
δ
潘存云教授研制
n为有效圈数
为使工作平稳，n1的尾数取
磨平
不磨平
1/2
第2页/共41页
第三页，共42页。
2. 拉伸(lā （1s）hē各n)圈弹相簧互(xiānghù)并紧 δ（=20）；制作(zhìzuò)完成后具有初 拉 （力 3）；端部做有拉钩，以便安装
弹簧丝的展开长度: L=πcoDs2αn1
D2
自由高度:
Hs Hs
两端并紧不磨平结构：
潘存云教授研制
H0=nδ+(n1+1)d
对于两端并紧磨平结构
机械设计全套课件 ppt课件
凡具备上述（1）、（2）两个特征的实物组合体称为机构。 机器能实现能量的转换或代替人的劳动去做有用的机械功，而 机构则没有这种功能。
仅从结构和运动的观点看，机器与机构并无区别，它们 都是构件的组合，各构件之间具有确定的相对运动。因此，通 常人们把机器与机构统称为机械。
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7
机械设计基础
绪论
如图1-1所示的内燃机，
图1-5（a）闭式运动链
机械设计基础
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图1-5（a）开式运动链
16
• 将运动链中的一个构件固定，并且它的一个 或几个构件作给定的独立运动时，其余构件 便随之作确定的运动，此时，运动链便成为 机构。
• 机构的组成:
• 机 架：固定不动的构件
• 原动件：输入运动的构件
• 从动件：其余的活动构件
1)运动副：两构件之间直接接触并能产生一定的相对
运动的连接称为运动副。
运动副元素：两构件上直接参与接触而构成运动副的部分— —点、线或面。
2) 运动副的分类
平面
运 运动副 动 副
空间 运动副
机械设计基础
高副：点、线接触 低副：面接触
球面副 螺旋副
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运动副 转动副
13
图1-2 转动副
图1-3 移动副
是由汽缸体1、活塞2、连杆3、曲轴4、 小齿轮5、大齿轮6、凸轮7、推杆8等系列 构件组成，其各构件之间的运动是确定的。
0.1.2 构件与零件
机构是由具有确定运动的单元体组成的，这 些运动单元体称为构件。
组成构件的制造单元体称为零件。 零件则是指机器中不可拆的一个最基本的 制造单元体。构件可以由一个或多个零件组成。
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20
机械设计基础
机械设计基础课后习题答案(第四版)
目录第1章机械设计概述 (1)第2章摩擦、磨损及润滑概述 (3)第3章平面机构的结构分析 (12)第4章平面连杆机构 (16)第5章凸轮机构 (36)第6章间歇运动机构 (46)第7章螺纹连接与螺旋传动 (48)第8章带传动 (60)第9章链传动 (73)第10章齿轮传动 (80)第11章蜗杆传动 (112)第12章齿轮系 (124)第13章机械传动设计 (131)第14章轴和轴毂连接 (133)第15章轴承 (138)第16章其他常用零、部件 (152)第17章机械的平衡与调速 (156)第18章机械设计CAD简介 (163)第1章机械设计概述1.1机械设计过程通常分为哪几个阶段？各阶段的主要内容是什么？答：机械设计过程通常可分为以下几个阶段：1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下，由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。
3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。
4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。
1.2常见的失效形式有哪几种？答：断裂，过量变形，表面失效，破坏正常工作条件引起的失效等几种。
1.3什么叫工作能力？计算准则是如何得出的？答：工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。
对于载荷而言称为承载能力。
根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。
1.4标准化的重要意义是什么？答：标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少，简化生产管理过程，降低成本，保证产品的质量，缩短生产周期。
第2章摩擦、磨损及润滑概述2.1按摩擦副表面间的润滑状态，摩擦可分为哪几类？各有何特点？答：摩擦副可分为四类：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。
干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜，摩擦系数及摩擦阻力最大，磨损最严重，在接触区内出现了粘着和梨刨现象。
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。
机械设计基础课后习题答案 第16章
16-1解由手册查得6005 深沟球轴承，窄宽度，特轻系列，内径，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，接触角,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，对称布置。
30209/P5 圆锥滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径，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；载荷平稳，球轴承查教材附表 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16-3解室温下工作；载荷平稳，球轴承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，，查教材表16-12，并插值可得，所以，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；查教材表16-10有轻微冲击，球轴承因所需的，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℃时，；载荷平稳，选用球轴承时，查教材附表 1，根据和轴颈，可选用球轴承6408（基本额定动载荷）. 选用滚子轴承时，查教材附表 1，根据和轴颈，可选用圆柱滚子轴承N208（基本额定动载荷（ 2）滚子轴承的载承能力较大，并查手册可知其径向尺寸小。
16-6解（ 1）按题意，外加轴向力已接近，暂选的角接触轴承类型70000AC。
（ 2）计算轴承的轴向载荷 (解图见16.4b) 由教材表 16-13查得，轴承的内部派生轴向力，方向向左，方向向右因轴承 1被压紧轴承 2被放松（ 3）计算当量动载荷查教材表 16-12，，查表16-12得，查表16-12得，（ 3）计算所需的基本额定动载荷查教材表 16-9，常温下工作，；查教材表16-10，有中等冲击，取；球轴承时，；并取轴承1的当量动载荷为计算依据查手册，根据和轴颈，选用角接触球轴承7308AC合适（基本额定动载荷16-7 根据工作要求，选用内径的圆柱滚子轴承。
《机械设计基础》 第五篇 通用机械零部件 第16章
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１６.１轴
• 轴颈和轴头的直径应取标准值，直径的大小由与之相配合部件的内孔 决定。轴上螺纹、花键部分必须符合相应的标准。
• ２.轴上零件的轴向定位及固定 • 轴向定位及固定是使零件在轴上有确定的轴向位置。轴上零件的轴向
外形不同又可分为光轴（如图１６－３所示）和阶梯轴（如图１６－ １所示）。由于阶梯轴上的零件便于拆装与固定，又能节省材料和减 轻重量，所以在机械中应用最为广泛。
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１６.１轴
• ② 曲轴。轴线不为直线的轴称为曲轴，如图１６－４所示，是机械 中的专用零件。
• ③ 挠性轴。还有一种可以把回转运动灵活地传到任何位置的钢丝软 轴，也称为挠性轴，如图１６－５所示。它是由多组钢丝分层卷绕而 成的，其主要特点是具有良好的挠性，常用于医疗器械、汽车里程表 和电动的手持小型机具（如铰孔机等）的传动等。
定位及固定是以轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来保证 的。与轮毂相配装的轴段长度，一般应略小于轮毂宽２～３ｍｍ。常 用的轴向定位及固定的方法如表１６－２所示。 • ３.轴上零件的周向定位及固定 • 为了满足机器传递运动和扭矩的要求，轴上零件除了需要轴向定位外 ，还必须有可靠的周向定位。
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示。
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１６.１轴
• （３）为了便于轴上零件的装配和去除毛刺，轴端及轴肩一般均应制 出４５°的倒角。
• （４）为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽和越程 槽等尺寸一致。
• （５）为便于轴上零件的装拆和固定，常将轴设计成阶梯形。如图１ ６－１０所示为阶梯轴上零件的装拆图。图中表明，可依次把齿轮、 套筒、左端滚动轴承、轴承盖、带轮和轴端挡圈从轴的左端装入。由 于轴的各段直径不同，当零件往轴上装配时，既不擦伤配合表面，又 装配方便。右端滚动轴承从轴的右端装入，为使左、右端滚动轴承易 于拆卸，套筒厚度和轴肩高度均应小于滚动轴承内圈的厚度。
机械原理与机械设计 (下册) 第4版 第16章 螺旋传动
d1 4
11
滑动螺旋传动
Q275 钢 40 时，优质碳素钢 60 时，不必校核。
淬火钢 未淬火钢
85 85
90 90
Fc
480
1 0.0002 2
πd12 4
Fc
π 2 EI a
l 2
Fc
340
1 0.00013 2
πd12 4
Fc
π 2 EI a
l 2
高精度传动，进行螺杆刚度计算；高速传动，验算螺杆临界转速。
（圆整）
整体式螺母 1.2 ~ 1.5 剖分式螺母 2.5 ~ 3.5 精度高、寿命长 4
旋合圈数 Z H / P 10
自锁性
（不圆整）
v
arctan
cos
2. 螺纹牙强度计算
螺母；悬臂梁假定
抗剪强度条件 F [ ]
πDbZ
抗弯强度条件
b
6Fa πDb2Z
[ b ]
8
滑动螺旋传动
第十六章 螺旋传动
螺旋传动的应用和分类
第一节 螺旋传动的应用和分类
功能 利用螺旋副，将回转运动变为直线运动，同时传递动力。
螺旋机构
自由度
M 1
F (6 M )n (i M ) pi i5 (6 4) 2 (5 4) 3
1
简单螺旋机构
滑块位移
s2
1
2π
S
1
差动螺旋机构 运动形式变换
12
滑动螺旋传动
5. 螺杆刚度计算
轴向载荷 F 作用，螺杆拉压，螺距变形量
PF
FP EA
4FP πd12 E
转矩 T 作用，螺杆扭转，一个螺距长度内的扭转角
TP 32TP
机械设计基础--滚动轴承
?
RV2 RH2 Fr
角 接 触 球 轴 承
RV1 RH1 1,角接触轴承的派生轴向力 Fs O -支反力作用点,即法线与轴线的交点. 向心角接触轴承(角接触球轴承,圆锥滚子 轴承)受纯径向载荷作用后,会产生派生轴 FS 向分力 FS . O F 派生轴向力: si ≈ 1.25 Fr tgα 注意 F 的
Fr1 ● 若 FS1 + FA > FS2
Fr2
轴向合力向右,轴有向右移动的趋势,
但外圈被固定, 右轴承被压紧,会产生反力FS2′, 即:Fa1=FS1 (放松端) 使轴向力平衡, 使得 FS 1 + FA = FS 2 + FS 2 ′ FS2 和 FS2′ 都是右轴承所受的力,故: Fa 2 = FS 2 + FS 2 ′ = FS 1 + FA 而左轴承被放松, 故:Fa1 = FS 1
(放松端)
1 FS2′
FS1
2
FA
FS2
● 若 FS2 + FA < FS1, 轴向合力向左,轴有向左移动的趋势, 右轴承被压紧,会产生反力FS 2′, 使轴向力平衡:
FS 1 = FS 2 + FA + FS 2 ′ Fa1 = FS 1
(放松端)
∴
Fa 2 = FS 1 FA(压紧端)
归纳如下: 根据排列方式判明派生轴向力 FS 1,FS2 的方向; 判明轴向合力指向及轴可能移动的方向, 分析哪端轴承被"压紧",哪端轴承被"放松"; "放松"端的轴向载荷等于自身的内部轴向力, "压紧"端的轴向载荷等于除去自身派生轴向力 后其它轴向力的代数和. 对于能够承受少量轴向力而α=0 的向心轴承: (如深沟球轴承) 因为:α=0 , FS1=0 ,FS2= 0 所以:Fa=FA 图中: Fa1=0 Fr1 Fa2=FA FA
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问题1
得1 分，满分1 分
选择题当簧丝直径d一定时，圆柱形螺旋弹簧的旋绕比C如取得太小，则。
所选答案：
A.
弹簧卷绕有困难
正确答案：
A.
弹簧卷绕有困难
问题2
得1 分，满分1 分
选择题圆柱拉伸（压缩）螺旋弹簧受戴后，簧丝截面上的最大应力是。
所选答案：
A.
扭切应力f1和切应力f2之和
A.
扭切应力f1和切应力f2之和
问题3
得1 分，满分1 分
选择题在圆柱形螺旋拉伸（压缩）弹簧中，弹簧指数C是指。
所选答案：
A.
弹簧中径与簧丝直径之比值。
正确答案：
A.
弹簧中径与簧丝直径之比值。
问题4
得1 分，满分1 分
选择题曲度系数K，其数值大小取决于____。
A.
弹簧指数C
正确答案：
A.
弹簧指数C
问题5
得1 分，满分1 分
选择题圆柱形螺旋弹簧的有效圈数按弹簧的____要求计算得到。
所选答案：
A.
刚度
正确答案：
A.
刚度
问题6
得1 分，满分1 分
选择题弹簧指数C选得大，则弹簧_____。
所选答案：
A.
刚度过小，易颤动
正确答案：
A.
刚度过小，易颤动
问题7
得1 分，满分1 分
选择题圆柱形螺旋压缩弹簧支承圈的圈数取决于____。
所选答案：
A.
端部形式
正确答案：
A.
端部形式
问题8
得1 分，满分1 分
选择题对于簧丝直径较大的弹簧，应采用合金钢制造，这是为了_____。
所选答案：
A.
保证在热处理时淬透
正确答案：
A.
保证在热处理时淬透
问题9
得1 分，满分1 分
选择题设计圆柱拉伸螺旋弹簧时，簧丝直径d的确定主要依据弹簧的。
所选答案：
A.
强度条件
正确答案：
A.
强度条件。