第十八章 轴 承
第六章 常用机械零件
1.滚动轴承的基本构造 如图所示，滚动轴承一般由内圈1、 外圈2、滚动体3和保持架4组成。内外 圈上通常制有沟槽，其作用是限制滚 动体轴向位移和降低滚动体与内外圈 间的接触应力。内外圈分别与轴颈和 轴承座配合，通常是内圈随轴颈转动 而外圈固定不动，但也有外圈转动而 内圈固定不动，当内、外圈相对转动 时，滚动体就在滚道内滚动。保持架 的作用是使滚动体等距分布，并减少 滚动体间的摩擦和磨损。
第六章 常用机械零件
§6－1 联接及联接件
一﹑螺纹连接
（二）标准螺纹联接件 1.螺栓 最常用的有六角头和小六角头两种。 2.双头螺柱 两端都制有螺纹，旋入被联接件螺纹孔的一端称为底端， 另一端为螺母端。 3.螺钉 六角头﹑圆头﹑十字头 4.紧定螺钉 紧定螺钉分为柱端、锥端和平端三种。
第六章 常用机械零件
第六章 常用机械零件
§6－1 联接及联接件
二﹑键联接
花键联接已经标准化。按其齿形不同，分为矩形花键、渐开线 花键和三角形花键三种(图2)，其中以矩形花键应用最广。 ①矩形花键 它的齿侧面为两 平行平面，如图a所示。 ②渐开线花键 它的齿形为压力角 a=30°（或45°）的渐 开线，如图b所示。 ③三角形花键 内花键齿形为直线齿形，外花键齿形为压力角45°的渐开线， 如图c所示。
第六章 常用机械零件
§6－1 联接及联接件
二﹑键联接
②切向键联接 由两个单边楔键组成一个切向键，其上下面（窄面）为工作面。 装配时，两个键分别从轮毂两端楔入。工作时靠工作面的挤压传递 转矩。一个切向键只能传递单向转矩；传递双向转矩时，必须用两 个切向键，两键应错开120°～135°，如图2c所示。切向键联接用 于载荷较大，对同心精度要求不高的重型机械上。
第六章 常用机械零件
汽车构造选择、填空、改错答案
第十四章离合器一、填空题1．摩擦离合器所能传递的最大转矩取决于摩擦面间的___最大静摩察力矩 ___。
2．在设计离合器时，除需保证传递发动机最大转矩外，还应满足分离彻底、接合柔和及散热良好等性能要求。
3．摩擦离合器基本上是由___主动部分_ 、 _从动部分、压紧机构和 _操纵机构_ 等四个部分构成的。
4．弹簧压紧的摩擦离合器按压紧弹簧形式的不同可分为___膜片弹簧离合器_和__螺旋弹簧离合器；其中前者又根据弹簧布置形式的不同分为___周布弹簧离合器__ 和中央弹簧离合器、_斜置弹簧离合器_ ；根据从动盘数目的不同，离合器又可分为____单片离合器__ 和_双片离合器_ 。
5．为避免传动系产生共振，缓和冲击，在离合器上装有_扭转减振器__ 。
二、判断改错题1．离合器的主、从动部分常处于分离状态。
（×）改正：“分离”改成“接合”2．为使离合器接合柔和，驾驶员应逐渐放松离合器踏板。
（√）改正：3．离合器踏板的自由行程过大会造成离合器的传力性能下降。
（×）改正：“过大”改成“过小”4．离合器从动部分的转动惯量应尽可能大。
（×）改正：“大”改成“小”5．离合器的摩擦衬片上粘有油污后，可得到润滑。
（×）改正：“会使离合器打滑，而使其传力性能下降”三、选择题（有一项或多项正确）1．离合器的主动部分包括（ ABC ）。
A．飞轮 B. 离合器盖 C．压盘 D. 摩擦片2．离合器的从动部分包括（ C ）。
A. 离合器盖B. 压盘 C．从动盘 D. 压紧弹簧3. 东风EQ1090E型汽车离合器的分离杠杆支点采用浮动销的主要目的是（ A ）。
A．避免运动干涉 B. 利于拆装 C. 提高强度 D. 节省材料4．离合器分离轴承与分离杠杆之间的间隙是为了（ D ）。
A. 实现离合器踏板的自由行程B. 减轻从动盘磨损C. 防止热膨胀失效D. 保证摩擦片正常磨损后离合器不失效5．膜片弹簧离合器的膜片弹簧起到（ AB ）的作用。
轴心受力构件
18
第6章 轴心受力构件 第三节 轴心受压构件旳受力性能
2 承载力极限状态旳计算内容 （1）截面强度破坏
（2）构件整体失稳（屈曲）
（3）板件局部失稳（屈曲） 限制受压板件旳宽厚比
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第6章 轴心受力构件 第三节 轴心受压构件旳受力性能
3 稳定问题旳某些概念 （1）应力刚化效应 拉力提升构件旳弯曲刚度 压力降低 （2）只要构件旳截面中存在受压区域，就可能存在稳定问题 （3）强度问题是应力问题，针正确是构件最单薄旳截面，加大截面 积即可提升构件旳强度，计算以净截面为准 （4）稳定问题是刚度（变形）问题，针正确是构件整体，减小变形 （提升刚度）旳措施都能够提升构件旳稳定性，计算以毛截面为准
➢ 根据截面残余应力旳峰值大小和分布，弯曲屈曲旳方向，将截面 分为a、b、c三类，相应地得到a、b、c三条柱子曲线
44
第6章 轴心受力构件 第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算
➢ a类截面临界应力最高，残余应力对临界应力起有利作用或影响 很小，只涉及两种截面： ✓ 绕强（x）轴屈曲时旳热轧工字钢和热轧中翼缘、窄翼缘H型钢 ✓ 热轧无缝钢管
（1）发生弯扭屈曲旳条件 ✓ 截面形式：单轴对称截面 ✓ 失稳方向：绕对称轴失稳。绕非对称轴失稳必然是弯曲失稳 ✓ 原因：形心和剪心不重叠，弯曲时截面绕剪心转动
51
第6章 轴心受力构件 第八节 实腹式轴压构件弯扭屈曲时整体稳定计算
（2）单角钢截面、双角钢组合截面弯扭屈曲旳规范计算措施 ➢ 用换算长细比 （考虑扭转效应）替代弯曲屈曲时旳长细比 查得稳定系数 ，再按下列公式验算杆件旳稳定
42
第6章 轴心受力构件 第七节 规范中实腹式轴压构件弯曲屈曲时整体稳定计算
第4章 圆轴扭转时的强度与刚度计算
其中
φ1 =
M x1l , GI p1
M l φ2 = x 2 GI p2
将（a）和（c）式代入（b）式得
（c）
M l M l Tl = x1 + x 2 GI p1 GI p1 GI p2
由此解得
（d）
M x1 = M x 2 =
其中
I p2 I p1 + I p2
T
（e）
于是，卸载后薄壁管横截面上的最大剪应力为
2
3
4－4 变截面轴受力如图所示，图中尺寸单位为 mm。若已知 Me1＝1765 N·m，Me2 ＝1171 N·m，材料的切变模量 G＝80.4 GPa，求： 1．轴内最大剪应力，并指出其作用位置； 2．轴内最大相对扭转角 ϕ max 。
习题 4－4 图
解：1、确定最大剪应力 AB 段：
案
τ max ( AB ) =
Ts R3 = 3 0 4 Th R 2 (1 − n )
7
aw .
(d)Biblioteka co m由（a）式有
2 2 R0 = R2 − R12
将其代入（d）式，最后得到所要证明的结论：
3 3 3 2 Ts ( R 2 − R12 ) 2 (1 − n 2 ) 2 (1 − n 2 ) 2 1 − n2 = 3 = = = Th R 2 (1 − n 4 ) 1 − n4 (1 − n 2 )(1 + n 2 ) 1 + n2
τ 2 max =
Mx T = = 75.4MPa Wp πd 3 ⎛ ⎛ 1 ⎞ 4 ⎞ ⎜1 − ⎜ ⎟ ⎟ ⎟ 16 ⎜ ⎝ ⎝2⎠ ⎠
4
ww
r 0
τ 1max
Mx 3 × 10 3 × 16 T T = 70.7 MPa = = = = W P W P πd 3 π × 0.06 3 16
第三章 机床典型部件设计
（二）几种典型的主轴轴承配置形式
d 0.55 ~ 0.60D
对于六角、自动和半自动车床、卧式镗床（镗杆主
轴）
d 0.6 ~ 0.65D
对铣床 d 可比刀具拉杆直径大5~10mm即可。
3. 主轴前端悬伸量的确定
主轴前端悬伸量a 是指主轴前端面到前轴承径向反 力作用中点（或前径向支承中点）的距离。它主要取决 于主轴端部的结构（其形状与尺寸均以标准化），以及 前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸。在满足结构 要求的前提下，设计时应使a 值越小越好。
2.刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变 形的能力，通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹 性变形时，在位移方向上所施加的作用力的大小来表 示。主轴部件的刚度是综合刚度，是主轴、轴承和轴 承座等刚度的综合反映，其静刚度不足则对加工精度 和机床性能有直接影响。
主轴部件应满足的基本要求
3.抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动而 保持平稳运转的能力。主轴部件的振动会直接影响工件 的表面质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。 4.温升及热变形 主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴部件的温度升高，其尺寸、形状 及位置发生变化，造成主轴部件的热变形。 5.精度保持性 主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造 精度的能力。主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨 损。
3. 圆锥滚子轴承——需成对使用
第5章 主轴组件设计
第5章 主轴组件设计
5.2.4 主轴主要精度指标 主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转精度。主轴设计的技 术要求主要包括主轴各配合表面的尺寸公差、形位公差、表面粗 糙度、表面硬度等内容，并应在主轴零件图上标注准确、合理。 ① 前支承轴承轴颈的同轴度约5μm左右。
② 轴承轴颈需按轴承内孔―实际尺寸‖配磨，过盈量为1~5μm。
③ 锥孔与轴承轴颈的同轴度为3~5μm，与锥面的接触面积不小于 80%，且大端接触较好。 ④ 装NN3000K 型调心圆柱滚子轴承的1:12锥面，与轴承内圈接 触面积不小于85%。
第5章 主轴组件设计
5.3 主轴内部刀具自动夹紧机构
加工中心主轴系统应具备自动松开和夹紧刀具功能。刀具自动夹紧
机构安装在主轴内部，刀柄l由卡爪2夹持，碟形弹簧5通过拉杆4、卡爪2， 在内套3的作用下将刀柄拉钉拉紧。换刀时，要求松开刀柄，此时将主 轴上端汽缸的上腔通压缩空气，活塞7带动压杆8及拉杆4向下移动，同 时压缩碟形弹簧5，当拉杆4下移到使抓刀爪2的下端移出内套3时，卡爪
作性能。常用的主轴轴承有滚动轴承和滑动轴承。
第5章 主轴组件设计
相对于滑动轴承，滚动轴承有以下优点：
在转速和载荷变化很大的情况下滚动轴承仍能稳定工作，而动压滑动
轴承在低速时难以形成具有足够压力的油膜； 滚动轴承能在零间隙，甚至负间隙（预紧到有一定过盈量）的条件下 工作，对提高旋转精度和刚度有利，而滑动轴承则必须有一定间隙才能 正常工作； 滚动摩擦系数小，发热少； 滚动轴承容易润滑，可以用脂润滑，装填一次用到修理时才更换，若 用油时所需油量也远比滑动轴承小；
用于刀具的周向定位。
第5章 主轴组件设计
a)车床；b)铣床和加工中心；c)外圆磨床；d)内圆磨床； e)钻、镗床；f)组合机床 主轴端部结构
第十一章 轴及其连接
轴上的槽用盘铣刀或指状铣刀 加工；轮毂槽用拉刀或插刀加工。
②导键和滑键
用于动联接，即轴与轮毂之间有相对轴向移 动的联接。滑键用于轴上零件轴向移动量较大的 场合。
（2）半园键
半园键的侧面为工作面，对中良好，用于静 联接。 特点：键能在槽中摆动，装配 方便，适用于锥形轴与轮毂的 联接。缺点是对轴的强度削弱 较大。只适宜轻载联接。需要 用两个半圆键时，一般安置在 轴的同一条母线上。
d
r
r
D
D
h
11.2.2 轴的制造和轴上零件的装拆
1.轴的加工工艺性
(1)为减少加工时换刀时间及装夹工件时间，同一 根轴上所有圆角半径、倒角尺寸、退刀槽宽度 应尽可能统一；当轴上有两个以上键槽时，应 置于轴的同一条母线上，以便一次装夹后就能 加工。
(2)轴上的某轴段需磨削时，应留有砂轮的越程槽； 需切制螺纹时，应留有退刀槽。
84 82 Ⅰ
45H7/k6
b) 轴承、齿轮的定位及轴段主要尺寸——
根据轴的受力，选取一对7211C滚动轴承正装，其尺寸为d×D×B＝ 55mm×100mm×21mm, 配合段轴径 dⅢ-Ⅳ=dⅥ-Ⅶ=55mm(k6)。左端 轴承采用轴肩作轴向定位，由手册确定轴肩处直径 dⅤ-Ⅵ≥64mm，配 合轴段长LⅥ-Ⅶ=23mm；右端采用轴套作轴向定位。 23 23 21 21 84 100 Ⅱ Ⅰ 82
主要失效形式是工作面的过度磨损，通常按工作面
上的压力进行条件性的强度校核计算。
（2）平键联接的强度条件 普通平键的挤压强度条件为:
p
2000T / d 2000T p lk dlk
导向平键和滑键联接的强度条件为：
p
式中
2000T p kld
机械设计基础习题答案第8章
8-1 轴的功用是什么？转轴、传动轴、心轴有何区别？轴由哪些部分组成？答：轴用于支承旋转零件、传递转矩和运动。
工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。
用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴。
主要用于传递转矩而不承受弯矩，或所承受弯矩很小的轴称为传动轴。
轴通常由轴头、轴颈、轴肩、轴环、轴端及不装任何零件的轴段等部分组成。
8-2 轴的常用材料有哪些？什么时候选用合金钢？答：轴的常用材料为碳素钢和合金钢。
合金钢具有较高的机械性能和更好的淬透性，但价格较贵，可以在传递大功率、要求减轻轴的重量和提高轴颈耐磨性时采用，在一般工作温度下，合金钢和碳素钢具有相近的弹性模量，采用合金钢不能提高轴的刚度。
8-3 为什么一般转轴都做成阶梯形？阶梯轴的各段直径和长度应根据什么原则确定？答：阶梯轴各轴段截面的直径不同，各轴段的强度相近，且有利于轴上零件的装拆和固定。
因此阶梯轴在机器中的应用最为广泛。
阶梯轴的各段直径是在初估最小直径的基础上，根据轴上零件的固定方式及其受力情况等，逐段增大估算确定；轴的各段长度主要由轴上零件及相互间的距离所决定。
8-4 进行轴的结构设计时，应考虑哪些问题？答：1.便于轴上零件的装配；2.保证轴上零件的准确定位和可靠固定；3.轴的加工和装配工艺性好；4.减少应力集中，改善轴的受力情况8-5 试从减小轴上载荷、提高轴的强度出发，分别指出图（a）（b）中哪一种布置形式结构更合理？为什么？（a）（b）习题8-5图答：（a）图第一种布置形式的弯矩图第二种布置形式的弯矩图根据弯矩图，第二种布置形式更合理。
（b）图第一种布置形式的弯矩图第二种布置形式的弯矩图根据弯矩图，第一种布置形式更合理。
8-6 轴上零件常用的轴向固定和周向固定方法有哪些？答：常用的轴向固定方式有；轴肩和轴环套筒和圆螺母；弹性挡圈和紧定螺钉；轴端挡圈和圆锥面；常用的周向固定方式有键联接、花键联接、销联接，成形联接及过盈配合联接8-7 判断图中的1、2、3、4处轴的结构是否合理？为什么？习题8-7图答：1处：轴肩高度超过了轴承的安装尺寸，不合理；2处：轴头长度过长，不能实现齿轮的轴向固定；3、4处：结构合理，能保证轴承的轴向定位。
第12章 (滑动轴承)
二、轴瓦材料 轴瓦材料的要求： 耐磨性、减磨性、 抗粘着性、 适应性、 磨合性、嵌荐性、 抗疲劳性、 强度、 导热性、 防腐性、附油性、工艺性、经济性。
轴承合金 铸造锡锑轴承合金——高速重载 轴 铸造铅锑轴承合金——中速中载 衬 铸造锡磷青铜————中速重载
铜合金 铸造锡铅锌青铜———中速中载 铸造铝铁青铜————低速重载
（正滑动轴承座，JB/T2560-1991） 轴套 润滑装置
特点： 简单、刚性好
无法调整因磨损而产生的间隙（可用电镀修理） 装拆不方便
应用：低速、轻载、间歇工作的场合
2．对开式（剖分式）径向滑动轴承 结构：轴承体—轴承座、轴承盖、螺纹联 接、台阶形榫口 轴瓦（剖分） 润滑装置 特点：装拆方便 可调垫片，调隙 结构复杂
一、设计计算准则： 力求在磨擦面间保持形成边界油膜。 压力限制p≤[p] 发热限制pυ≤[pυ] 散热限制υ≤[υ]
二、径向滑动轴承的条件性设计计算
1．确定轴承结构，选择轴瓦材料 2．选定宽径比B/d=0.3∽1.5
塑性大、轴刚度大、载荷小，取大值
3．验算工作能力 1）压强校核
p=Fr/Bd≤[p] 2）速度校核
为了贴附牢固，轴瓦基体内表面粗糙度值要 小，且制出沟槽。
厚轴瓦在使用时可以修刮。
（2）薄壁轴瓦 δ/D=0.025∽0.06mm 双金属轧制，质量稳定，刚度小，轴承体
要精加工，轴瓦内表面不修刮。
2．固定： ——轴套：过盈配合加螺钉 ——厚壁轴瓦：销钉或紧定螺钉，轴承盖、 座压紧
——薄壁轴瓦：凸耳
3．油孔和油槽 油孔——供油，开于非承载区 油槽——配油
当无侧漏时，润滑油在单位时间内流经任意 截面上单位宽度面积的流量为
第9章-床鞍
第九章－床鞍简介床鞍（Z－轴）承托着横向滑板和转塔。
床鞍在直线滚动导轨上运行，可向着主轴（－Z 方向），和离开主轴（＋Z方向）运动。
“第6章－润滑”中载有床鞍润滑系统的资料，可参阅。
扭矩限制器扭矩限制器乃是一个安全联轴节，当滚珠丝杠上受到过度的压力时，它就会脱开。
床鞍扭矩限制器装在床鞍驱动电机和床鞍滚珠丝杠之间，位于安装床鞍驱动电机的铸件内的开关板下方。
有各种情况会使扭矩限制器脱开（解除联接）。
当扭矩限制器脱开时，控制系统处于“E－Stop”(紧急停车)状态，全部进给轴的运动都停止了。
扭矩限制器必须重新设定，转塔必须归零（Homed），才能继续工作。
无论是一个还是两个轴脱开了，都会显示出X－ZTORQUE LIM/TLSTK SHEARED信息，而且E－STOP RESET 按钮发光二极管发亮。
出现撞车时，操作者可能不知道是哪个轴脱开了。
为确定是哪个轴脱开，需要检查控制系统的Diagnostics X 10。
－注意－可能有多个轴脱开了。
如果发生这种情况，则在全部轴都重新设定以前，Torque Limiter (扭矩限制器)信息就不会被清除，各轴也不会归零。
依次重设Z轴、下轴、以及X轴。
图9.1－床鞍扭矩限制器观察诊断资料：1．按SYSTEM键。
然后按PMC软键，PMCDGN软键，及STATUS软键。
2．输入X10。
3．按SEARCH软键，以便示出地址X10。
－注意－Z轴扭矩限制器的诊断信号是X10.4，X轴扭矩限制器的诊断信号是X10.3，而下轴诊断信号是X10.5。
小数点左边的数字是诊断字地址。
小数点右边的数字则标明该字的特定位。
如果Z轴的扭矩限制器脱开了，第4位将定为0。
如果扭矩限制器未脱开，第4位将定为1。
7 6 5 4 3 2 1 0 位数(Bit Numbers)地址X10 NNN0NNNN 位设定(Bit Settings)N代表其他位设定，并不适用于本例。
（下页继续）M－273A 9－1 1996年12月修订关电源步骤要打开主轴舱罩盖或者冷却液收集器维修口盖板时，必须关机床电源。