精密机械设计基础-第十五章 仪器常用装置分解
机械设计基础第15章轴
轴向力较小时，可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。
设计：潘存云 设计：潘存云
周向固定大多采用键、花键、或过盈配合等联接形 式来实现。为了加工方便，键槽应设计成同一加工直线上，
且尽可能采用同一规格的键槽截面尺寸。
设计：潘存云
键槽应设计成同一加工直线
设计：潘存云
四、改善轴的受力状况，减小应力集中
1.改善受力状况 Ft
第15章 轴
§15-1 §15-2 §15-3 §15-4 §15-5
轴的功用和类型 轴的材料 轴的基本直径的估算 轴的结构设计 轴的强度设计
§15-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、 凸轮等，使转动零件有确定位置，并传递运动和动力。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
一般转轴的设计准则是：具有合理的结构和良好的工艺 性并保证其疲劳强度足够。对有过载情况的轴，还应 保证其静强度足够；而对刚度要求较高的轴及受力较 大的细长轴，还应进行刚度计算；对高速旋转的轴， 则应进行振动稳定性计算。
轴设计的主要内容
(1)选用合适的材料、毛坯形式及热处理方法。
(2)轴的结构设计，根据轴上零件的安装、定位和固定及 轴的制造工艺等方面要求，合理确定轴的结构形状和 尺寸。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
心轴---只承受弯矩
型
1
2
电机
×
3
4
×
×
1——传动轴：T
2——转轴：T + M
×
3——转轴：T + M
4——心轴 ：M
§15-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
机械设计基础第十五章螺纹连接参考答案
机械设计基础第十五章螺纹连接参考答案第十五章螺纹连接15-12、已知气缸的工作压力在00.5a MP 之间变化。
汽缸内径500mm D =，汽缸盖螺栓数目为16，结合面间采用铜皮石棉垫片。
试计算汽缸盖螺栓直径。
s 22600.50.5109817644613661.5920415340s 3,Q A Q D F P P NFF NF F N F F F N σσ∏∏?===??===''==''=+==b 解：由于气缸盖螺栓连接需满足气密性、强度等要求，并要求具有足够的疲劳强度。
按表选定螺栓强度级别、材料及其主要力学性能如下：6.8级、45钢、=600MPa 、=480MPa.汽缸最大荷载螺栓工作载荷残余锁紧力螺栓最大拉力取安全系数故许用拉1480160312.6mm c 0.8c 153400.8613610431.2153401043124552sMPad mmF N F F Nσσ==≥=='=-?='--==11121012应力：[]=s 螺栓直径查标准确定标准螺栓尺寸：M16内径d =13.835螺栓疲劳轻度校核：相对刚度、选石棉垫片c +c 锁紧力 F =F -c +c 螺栓拉力变化幅 2螺栓危222101d 13.835150.331442455=16.3312150.331a 0.87 1.251192[]17.846[]3 3.90.87 1.251[]316a m u a a m u a a A mm F F MPaA K K MPaS K K K s δδδδεδδεδ-∏?∏==='-=====?=====-1B 险截面积螺栓应力幅螺栓材料疲劳极限=0.32=0.32600=192MP 许用应力幅其中：、、、疲劳强度校核：.330a []17.846a MP MPa σ=∴ 安全15-13、一托架用6个铰制孔用螺栓与钢柱相连接，作用在托架上的外载荷4510Q F N =?。
第9章-仪器常用装置
5)微动手轮应布置得当，操作方便。
6)要有良好的工艺性，并经久耐用。
根据微动装置的机理可分为两类——
第 九 章 仪 器 常 用 装 置
机械式：螺旋、螺旋斜面、齿轮杠杆、蜗 轮与凸轮等微动装置 机电式：压电陶瓷、电磁式、电热伸缩式
9.2.2、常用机械式微动装置
• 1.螺旋微动装置
第 九 章 仪 器 常 用 装 置
用于显微镜工作台的轴向微 动，以实现高倍率物镜的精确调 焦。原动部分是带有小齿轮（z1） 的手柄轴1，转动手柄时，通过 三级齿轮减速，带动扇形齿轮 （z6）的微小转动，再通过杠杆 机构将扇形齿轮的微小转动，变 为工作台2的上下微动。工作台 内的压缩弹簧所产生的推力，可 用以消除齿轮副的间隙所产生的 空回误差。
（1）锁紧时，被锁部件的正确位置不被破坏。 （2）锁紧后的工作过程中，被锁部件不会产生微动走位 现象。 （3）锁紧力应均匀，大小可以调节。 （4）结构简单，操作方便，制造修理容易。
2、常用锁紧装置
径向受力锁紧装置：顶紧式 夹紧式 三点自位均匀收缩式 轴向受力锁紧装置：经纬仪横轴锁紧结构
1）径向受力的锁紧装置
第 九 章 仪 器 常 用 装 置
– 如照相机所设定的曝光时间和光圈大小、电影摄影机 选定的摄影均可由示数装置来指示。 – 实验室计量仪器和大地测量仪器一般是由示数装置来 显示仪器的测量结果； – 带标尺的双目望远镜在观察不同距离的物体时亦可在 目镜中突出物体的不同距离。
• 因此示数装置时一个极重要的部分，甚至是最 关键的部分，它的工作质量直接放映了整个仪 器的工作质量，所以合理的选择和设计示数装 置成为光学仪器机构设计极重要的内容。
第九章 仪器常用装置
9.1 概 述
•Hale Waihona Puke 第 九 章 仪 器 常 用 装 置
机械设计基础第15章 滚动轴承习题解答
16.3一农用水泵轴用深沟球轴承支承，轴颈直径d =35mm ，转速n =2900r/min ，径向负荷F r =1770N ，轴向负荷F a =720N ，要求预期寿命6000h ，试选择轴承的型号。
解：初选6307轴承，C ＝33.2KN,C 0r =19.2KNF A /C 0r =720/19200=0.0375,e=0.233F A /F R =720/1770=0.4067>e X=0.56,Y=1.9P=X F R +Y F A =0.56×1770+1.9×720=2359.2Nhh P f C f n L p t h 60005.120332.23591.133200290060106010366>=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ε若选用6207轴承，C ＝25.5KN ，C 0r =15.2KN F A /C 0r =720/15200=0.0474,e=0.246F A /F R =720/1770=0.4068>e X=0.56,Y=1.8P=X F R +Y F A =0.56×1770+1.8×720=2887.2Nhh P f C f n L p t h 600083.29742.28871.125500290060106010366<=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ε故：6307轴承符合要求。
16.4某水泵选用向心球轴承6307，所受径向载荷R=2300N,轴向载荷A=540N,该轴承的基本径向额定动载荷Cr=26200N,基本径向额定静载荷Cor=17900N,载荷系数f p =1.1,请计算该轴承所受的当量动载荷P 值？ORAC ee RA >e RA <XY X Y 0.0280.220.561.9910.0300.226 1.970.0560.261.71hh P f C f n L NYA XR P Y X e R A e C A p t h r 500079488.23511262001(290016670(166708.235154097.1230056.097.1,56.0234782.02300540226.0030167.01790054030>=⨯⨯===⨯+⨯=+===>=====ε查查实际寿命大于所需寿命，所以该轴承符合要求，可以使用。
机械设计基础PPT课件(共15章)第十五章回转体的平衡和机器的调速
动平衡试验需在特殊的动平衡试验机上进 行，采用电子检测、激光去质量等方法，可大 大提高平衡精度与动平衡试验过程的自动化。
任务三 机械速度波动的调节
一、机械速度波动的原因及类型
各类机械都是在外力（驱动力和阻力）作用下运转的，机械从启动到停止一般经历三 个阶段，如图15-6所示。
启动阶段 稳定运转阶段
这种非周期性速度波动不能用飞轮来进行 调节，只能用特殊的调速装置使驱动力与阻力 趋于平衡。
图15-8 机械式离心调速器
知识总结
（1）如果发生不平衡，则是由于质心不在回转体轴线上，由此产生的不平衡状态在回转体静 止时即可显示出来，故称为静不平衡，相应的平衡方法则称为静平衡。
（2）对于轴向尺寸较大的回转体，其质量不能视为分布于同一平面内，即使回转体的质心在 回转体轴线上，也可能发生不平衡，这是由于各偏心质量所产生的离心惯性力不在同一回转平面 内，因而形成了惯性力偶。这种不平衡状态只有在回转体运动时才显示出来，故称为动不平衡， 相应的平衡方法则称为动平衡。
（c）
任务一 回转体的静平衡
二、回转体的静平衡试验
如图15-3所示，当对回转体作静平衡试验时，应将其放置在静平衡架上的两相互平行 的刀口形导轨上。若回转体不平衡，则回转体将在重力矩的作用下发生滚动，当停止滚动 时质心必在正下方。
图15-3 回转体的静平衡试验
任务二 回转体的动平衡
一、回转体的动平衡计算
（3）各类机械都是在外力作用下运转的，机械从启动到停止一般经历启动阶段、稳定运转阶 段、停止阶段三个阶段。
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回转体的平衡和机器的调速
项目十五
主1
回转体的静平衡
目
2
回转体的动平衡
录
3
《机械基础》课件——第十五章 轴
5. 轴承的内、外圈厚度是否高出与之相接触的定位轴肩或定位 套筒的高度。
6. 轴伸透盖处有无密封及间隙。
7. 轴承的游隙如何调节？
8. 整个轴系相对于箱体轴向位置是否可调?
三、轴的结构设计
3）为增大轴肩处的圆角半径，可采用内凹圆角或 过渡肩环。
4）在轮毂上或轴上开卸载槽或加大配合部分的直径 可以减小过盈配合处的局部应力； 30˚
5) 用盘铣刀加工的键槽比键槽铣刀产生的应力集中小； 6) 尽可能避免在轴上受载较大的区段切制螺纹。
三、轴的结构设计
4.改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度
为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐 向中间增大的阶梯状。
装零件的轴端应有倒角 ， 车螺纹的轴端应有退刀槽 ， 需要磨削的轴端有砂轮越程槽 。
（四）轴的加工工艺结构
◆ 为了加工方便，同一轴上不同轴段的键槽应布置在 轴的同一母线上。 ◆ 为减少刀具种类和提高劳动力生产力：
轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程 槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。
D
D
d
d
轴环宽度：b ≥ 1.4 h
三、轴的结构设计
特别注意： 为了便于拆卸，滚动轴承的定位轴肩高度不能超
过轴承内圈端面的高度。 轴肩的高度可查手册中轴承的安装尺寸。
结构不合理！
轴肩的尺寸要求:
轴肩
定位轴肩 h =（0.07~ 0.1）d 非定位轴肩 h = 1~2 mm
为了使零件能靠紧轴肩而得到准确可靠的定位： r < C1 或 r < R
精密机械设计基础
– F7=3n-2pL-pH=3x3-2x4-0=1 – F8=3n-2pL-pH=3x4-2x5-0=2
有确定运动 无确定运动
计算机构自由度时应注意的问题
举例 直线机构自由度计算
解 n7，pL6，pH0 F3n2pLpH37269 错误的结果！
B
计算错误的原因：
两个转动副
D5
F
46
1E
7
C
2 3
被测要素形位公差框格中的公差值后标注符号“ M ”，见图 3-22a；当应用于基准要素时应在形位公差框格内的基准 字母代号后标注符号“ M ”，如 ⊕ t M A M 。
最大实体要求应用于被测要素
• 图3-22a表示轴 200-0.3的轴线直线度公差采用最大实体要 求。当被测要素处于最大实体状态时，其轴线直线度公差 为图样上的给定值0.1mm（图 3-22c）。
• 高副低代的最简单方法是用两个转动副和一个构 件来代替一个高副。
平面机构组成原理
• 杆组：从动件系统可分解为若干个不可再的、自由度为零的运动链。
• 机构组成原理：按照杆组的观点，任何机构都可
以用零自由度的杆组依次联接到原动件和机架上去的 方法来组成。
杆组
• 设杆组由n个构件和pL个平面低副所组成， 那么它们之间必满足下述条件：
F=3n-2PL=0 或 2PL=3n
• 由于构件数n和运动副pL数必须是整数，故 满足上述条件的最简单杆组为： • n=2，PL=3。Ⅱ级杆组。 • n=4，pL=6。Ⅲ级杆组。 • n=6，pL=9。Ⅳ级杆组。
变应力下的强度--疲劳破坏
• 疲劳破坏
– 在变应力作用下，零件的一种失效形式将是疲劳断裂，这种失效 形式不仅与变应力的大小有关，也与应力循环的次数有关。表面 无缺陷的金属材料的疲劳断裂过程可分为两个阶段，第一阶段是 在变应力的作用下，零件材料表面开始滑移而形成初始裂纹；第 二阶段是在变应力作用下初始裂纹扩展以致断裂。实际上，由于 材料具有晶界夹渣、微孔以及机械加工造成的表面划伤、裂纹等 缺陷，材料的疲劳断裂过程只经过第二阶段。零件上的圆角、凹 槽、缺口等造成的应力集中也会促使零件表面裂纹的生成和扩展。
【机械设计基础】(第五版)课后习题答案15-18章答案
【机械设计基础】(第五版)课后习题答案15-18章答案15-1答滑动轴承按摩擦状态分为两种：液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。
液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面完全被液体层隔开，摩擦性质取决于液体分子间的粘性阻力。
根据油膜形成机理的不同可分为液体动压轴承和液体静压轴承。
非液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面处于边界摩擦或混合摩擦状态，两表面间有润滑油，但不足以将两表面完全隔离，其微观凸峰之间仍相互搓削而产生磨损。
15-2解（1）求滑动轴承上的径向载荷（2）求轴瓦宽度（3）查许用值查教材表15-1，锡青铜的，（4）验算压强（5）验算值15-3解（1）查许用值查教材表15-1，铸锡青铜ZCuSn10P1的，（2）由压强确定的径向载荷由得（3）由值确定的径向载荷得轴承的主要承载能力由值确定，其最大径向载荷为。
15-4解（1）求压强（5）求值查表15-1，可选用铸铝青铜ZCuAl10Fe3 ，15-5证明液体内部摩擦切应力、液体动力粘度、和速度梯度之间有如下关系：轴颈的线速度为，半径间隙为，则速度梯度为磨擦阻力摩擦阻力矩将、代入上式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%。
化工机械基础第十五章
鞍式支座的选用，其步骤如下： 1、已知容器的重量，算出作用在每个鞍座上的实际负荷Q； 2、根据容器的公称直径和支座的高度，从JB/T4712.1中查出 轻型（A）和重型（B）两个允许负荷值[Q]； 3、按[Q] ≥Q（略大），选取相应的鞍座。 鞍式支座的标记：
（1）耳式支座 （悬挂式支座）
1-垫板； 2-筋板； 3-支脚板 耳式支座
任意式法兰
任意式法兰
2、密封面形式
（a）全平面
（b）突面
（c）凹凸面
（d）榫槽面
（e）环连接面（T型槽）
凹凸面法兰连接
榫槽面法兰连接
3、垫片的选择
根据： 介质的压力、温度、腐蚀性和 选择：
压紧面的形状，兼顾价格、
制造、更换是否方便等因素来 选择 基本要求：
垫片的结构形式、
材料、尺寸
垫片的材料不污染工作介质、耐腐蚀、具有良好 的变形能力和回弹能力，在工作温度下不易变质 硬化或软化、能重复使用等。 （表15-3 垫片选用表）
支承式支座的选用，其步骤如下： 1、已知容器的重量，算出作用在每个鞍座上的实际负荷Q； 2、根据容器的公称直径，从JB/T4712.4中查出A型或B型支座 的允许负荷值[Q] ； 3、按[Q] ≥Q（略大），选取相应的支承式座。 支承式支座的标记：
㈡ 公称压力
为了设计、制造、使用的方便，制定系列标准 时规定了若干压力等级，这些规定的标准压力 等级即为公称压力，以PN表示，单位MPa。 国际上通用的压力等级有两大体系： 欧洲体系和美洲体系 欧洲体系和美洲体系：0.25、0.6、1.0、1.6、 2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、25.0等等。 欧洲体系和美洲体系：2.0、5.0、11.0、15.0、 26.0、42.0等等。
精密机械设计基础详解
用当量荷载评价——F′（ M′）
即产生单位变形所承受的外力(外力矩)
例：悬臂梁刚度评价
L
F
b
h
F'
F
3 EI a L3
Ebh3 4 L3
(N/mm)
20/04
2. 振动稳定性 精密机械系统中运动引起的振动对传
动精度有直接影响，结构固有频率计算：
固有频率： n
F' K m
式中：F′——相当荷载 m —— 系统质量 K —— 弹性系数
20/08
2. 特性误差 零件实际特性与理想特性之间的差异。
影响互换性的因素除尺寸、形状外，还 包括机械性能、物理化学性能。
例：机械零件可能出现的特性误差
●片簧承载时有挠度误差（材质影响） ●导轨表面硬度不足（热处理） ●发动机汽缸连杆之间质量超差（工艺） ●陀螺仪质心位置误差（工艺）
20/09
四. 机构的误差 机构误差是零件误差、装配误差之和，属于
上次课主要内容：
1.精密机械系统的基本组成 2.精密机械设计的基本要求 3.常规工作机分类及用途 4.设备生产效率分析
●单机生产 ●多工位周期位移生产线 ●连续位移生产线
普通机械设计 精密机械设计
相关思考：成本、性价比、生产规模
20/01
§1.4 精密机械设计基础知识
一. 总体方案设计 方案设计的优劣直接影响产品开发的结果。
主动件曲柄转动角度达到理想时，从动件
滑块的始点、终点都相对理想点有误差。
曲
柄
终点位置误差 始点位置误差
滑
块
机
构
20/11
位置误差评价：
主动转角：Δα=α1-α0源自从动件初始位置误差：Δ0=OB0′-OB0