机械设计16章解析
Inventor机械设计实战教程16 运动仿真
必须有一个运动约束确定两者的基本位置，例如例子中的“平面运动”；大多数情况下需要使 用“滚动+相切”的方式，否则另加相切约束。
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AIP2008 实战教程 – 16
其中，名字前缀 Rl 是 Rolling(滚动)的意思。
♦ 与Inventor的装配约束相关：
不能继承 Inventor 中“运动约束”下的“转动-平动”装配约束，虽然两者应当是完全对应的。 否则出现图 16-14 的提示。所以，只好在运动仿真中重新添加。
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AIP2008 实战教程 – 16
图 16-2 运动仿真设置
3. 基本运动约束
在运动仿真中， Inventor 默认情况下会自动将 装配中的约束转换成基本运动约束，但却不能再添加 基本运动约束。因此读者在看这节时，可以把运动仿 真设置中的“自动更新已转换的连接”禁用，这样就 可以手动添加基本运动约束。
♦ 非柔性子部件被视为单个刚体。包含子部件的单个零件也是刚体，不能在非柔性子部件的
零件之间定义运动连接。
♦ 因为零件是刚体，且在连接中处于空闲状态，所以可以对机械装置
进行过约束。例如，如果指定约束一个自由度，而该自由度已经受
到另一个现有连接需作如下操作：打开一个需要进行运动仿真
的装配文件，在 “应用程序”菜单下选择“运动仿真”，即可进入Inventor
运动仿真界面。参见图16-1所示。
图 16-1 进入界面
2. 基础参数
在切换到运动仿真环境中之后，一般要设置一些基础参数。先点击工具面板上的 “运动仿 真设置”按钮，会弹出对话框，参见图16-2。
当“自动更新已转换的连接”处于激活状态时，Inventor会在进入运动仿真模块后，自动把装 配约束转换为标准连接，但同时用户也不能再添加标准连接了，也就是不能添加后面所讲的“基本 运动约束”。如果通过清除该框来禁用“自动更新已转换的连接”，系统会显示一条消息警告用户将 删除所有已转换的连接，此后用户可以添加标准连接，如果有装配约束，也可以通过“转换装配约 束”手动转换装配约束。
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 第十六章 习题参考答案
第十六章 轴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的直径65d mm =，齿轮轮毂长85mm ，齿轮和轴的材料均为45钢。
齿轮分度圆直径为0300d mm =，所受圆周力8000t F N =，载荷有轻微冲击。
试选择该处平键的尺寸。
如果轮毂材料为铸铁，则该平键所能传递的转矩T 有多大？06264[]45[]100120a,[]1100.38000120022441200110100.06548006.710.065110102.5 2.50.065162.56174162.5p p p t T dhlMP MPad T F T dhl hl hl mm l d mm h mm σσσσσ=≤====⨯=⨯==≤⨯≥=⨯⨯<=⨯=∴≥= p p 解：普通平键的挤压强度条件为F =A 号钢在轻微冲击下的取F 则有：=A 又查表61501.544dhl N m σσσσ'''⨯⨯⨯⨯⨯⨯'== p p max p -6-36maxp -8可选l=140mm,h=11mm,b=18mm 如果轮毂材料为铸铁，则该平键所能承受的最大挤压力为[]=5060MPa,取[]=60MPa 。
4T 则由[]=得：dhl111401065106010T []=16-14、已知一传动轴所传递的功率16k N W =，转速720/min n r =，材料为275Q 钢。
求该传动轴所需的最小直径。
3316955010n []0.2d 16,720/min.118d 11833.18N kW PT W d P kW n r A mm τττ=⨯=≈≤≥====∴≥=解：当传动轴传递的功率为时，其扭转强度条件为即：其中16-15、图16-42所示为一直齿圆柱齿轮减速器输出轴的示意图。
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20mm ，传递的功率为 5.5N kW =，转速300/min n r =。
《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
机械设计基础 课后习题答案 第三版 课后答案(1-18章全) 完整版
机械设计基础课后习题答案第三版课后答案(1-18章全) 完整版机械设计基础课后习题答案第三版高等教育出版社目录第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机械设计概述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。
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。
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。
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。
液体摩擦的特点是两摩擦表面不直接接触,被液体油膜完全隔开,摩擦系数极小,摩擦是在液体的分子间进行的,称为液体润滑。
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。
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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
Page 5
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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第16章 轴
16.1 概述
16.1.1 轴的分类
按承载情况不同分类
转轴 心轴 传动轴
M
只受T不受M
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.2 轴的材料
16.1 概述
16.1.2 轴的材料 碳钢
常用的牌号： 30~50号钢
调质（也有正火处理）
最常用45钢
不重要场合可用Q234-275钢
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.2 轴的材料 合金钢
优点：
① 可淬性好 ② 可做大尺寸轴 ③ 有一些特殊性能：
耐磨、抗高温、耐腐蚀
缺点：
① 对应力集中敏感 ② 价格昂贵
要求：
1、抗疲劳强度性能好，应力集中小 2、轴颈、轴头有足够强度，耐磨性好 3、有良好加工工艺性和热处理性能 4、价格便宜
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.2 轴的材料 碳钢
优点： ① 价格便宜 ② 对应力集中不敏感
缺点：
① 可淬性差 ② 不适合做大尺寸轴
Page 21Biblioteka 第16章 轴16.1.1 轴的分类
直轴
按
截 面
光轴
形
状
不
阶梯轴
同
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.1 轴的分类
直轴
按
截 面
实心轴
形
状
不
空心轴
同
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.1 轴的分类
直轴
按
截 面
实心轴
形
状
不
空心轴
同
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.1 轴的分类
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.2 轴的材料 合金钢
常用的牌号：
一般场合
中碳合金钢
重要场合(冲击载荷、震动等） 低碳合金钢 12CrNi2,40cr
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.2 轴的材料 球墨铸铁
优点：
① 易成形，易铸造 ② 对应力集中不敏感 ③ 有良好的吸振性、耐磨性 ④ 价格便宜
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
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
16.1 概述
16.1.1 轴的分类
直轴
按
截 面
光轴
形
状
不
阶梯轴
同
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第16章 轴
16.1 概述
16.1 概述
16.1.3 轴设计的主要问题
设计计算 结构设计
零件的安装、固定、定位 轴上零件的固定 毛坯制造、轴的加工、热处理 轴的检测、探伤
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.3 轴设计的主要问题
开始
选择材料 热处理方式
估算 直径
结构 设计
N
强度
Y
刚度 计算
稳定性
绘制 零件图
N
结束
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第16章 轴
16.2 轴的结构设计
16.2.1 轴的毛坯
车制圆钢 尺寸较小，截面尺寸变化大
锻造毛坯 尺寸较大，大批量生产，重要场合
铸造毛坯 形状复杂轴，应用很少
空心轴
强度好，质量小，制造较复杂
焊接毛坯 小批量
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第16章 轴
16.2 轴的结构设计
16.2.3 零件在轴上的固定
按承载情况不同分类
转轴 心轴 传动轴
M
既受M又受 T
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.1 轴的分类
按承载情况不同分类
转轴 心轴 传动轴
M
只受M不受 T
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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：轴转动 固定心轴：轴固定
设计轴结构草图的步骤 1、传动件的受力分析 2、估算轴受扭段的最小直径 3、决定各段直径 4、决定各段长度（装配图才可决定）
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第16章 轴
16.3 轴的强度设计
复习：轴的力学模型和受力分析
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第16章 轴
16.3 轴的强度设计
16.3.2 按许用弯曲应力计算
步骤
1）画出轴的空间力系图；（分解为水平面分力和垂直面分力） 2）计算水平面和垂直面上的弯矩并作出弯矩图； 3）计算合成弯矩M并作出弯矩图； 4）计算转矩M T并作出转矩图； 5）计算当量弯矩M ，绘出当量弯矩图。 6）根据当量弯矩图找出危险截面，进行轴的强度校核。
课本P311
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第16章 轴
16.2 轴的结构设计
16.2.4 结构草图画法
已知条件 1、轴的转速 n (r/min) 和传递的功率 P (kW) 2、传动件主要参数尺寸 3、轴承类型和形式 4、轴的装配草图
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第16章 轴
16.2 轴的结构设计
16.2.4 结构草图画法
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第16章 轴
16.3 轴的强度设计
16.3.2 按许用弯曲应力计算
M M 2 (T )2
T
r 1
r 0
[ 1b ] /[ 1b ] 1 [ 1b ] /[ 0b ] 1
r 1
[ 1b ] /[ 1b ] 1
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第16章 轴
16.4 轴的刚度