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工程力学 一 力和刚体的概念 1 力的概念力 一般是指物体间的相互机械作用 使物体的运动状态或形状尺寸发生改变 力使物体改变运动状态的效应称为力的外效应 力使物体产生变形的效应称为力的内效应 度量力的大小通常采用国际制单位制 SI 力的单位采用牛 N 或千牛 KN 力的三要素 大小 方向和作用点 作用点是指力在物体上的作用位置 一 力和刚体的概念 2 力系的分类力系按作用线分部情况可分为以下几类 1 平面力系 所有力的作用线在同一平面内时 称为平面力系 2 空间力系 所有力的作用线不在同一平面内时 称为空间力系 3 汇交力系 所有力的作用线汇交于同一点时 称为汇交力系 4 平行力系 所有力的作用线相互平行时 称为平行力系 一 力和刚体的概念 3 刚体的概念刚体 是指在力的作用下体积和形状都不会改变的物体 其内部任意两点之间距离始终保持不变 刚体概念的应用有一定的范围 当研究力对物体的外形应时 可把物体抽象为刚体 而在研究物体内部和破坏时 如材料力学是时则不能把物体作为刚体 二 力的基本原理 1 二力平衡原理 物体相对于参照物 如地面 保持静止或作均速直线运动的状态 称为平衡状态 要使作用在同一物体上的两个力平衡 其必要条件就是这两个力大小相等 方向相反 而且在同一作用线上 这就是二力平衡原理 二 力的基本原理 2 加减平衡力系原理 在任一力系中加上一个平衡力系或减去任意平衡力系 所得的新力系与原力系对于刚体的作用效应相同 推论1 作用于刚体上的力 可沿其作用线移至刚体内任一点 而不改变它对刚体的效应 二 力的基本原理 3 力的平行四边形法则 作用在一个物体上的共点力可以合成为一个合力 合力作用于两分力的公共作用点 合力的大小和方向由以这两力为边的平行四边形对角线确定 二 力的基本原理 推论2 当刚体受三个力作用而平衡时 若其中任何两个力的作用线相交于一点 则剩余一力的作用线必交于同一点 且三个力的作用线位于同一平面 二 力的基本原理 4 作用与反作用定律 两物体之间相互作用的力 作用力和反作用力 总是同时存在 大小相等 作用线相同而方向相反 分别作用在两个相互作用的物体上 二 力的基本原理 5 刚化原理 如果变形体在某一力系作用下处于平衡 如将此变形体刚化为刚体 其平衡状态不变 变形体 受到力作用后发生变形的物体 二 力的基本原理 6 解除约束原理 当任何约束解除时 可用相应的约束反力代替 约束 阻碍物体运动的周围物体 约束反力 约束对于非自由体施加的力称为约束反力 或约束力 反力 主动力 使物体运动或使物体有运动趋势的力称为主动力 在工程上称载荷 自由体 不受限制可以自由运动的物体称为自由体 如飞机 非自由体 受到限制不能任意运动的物体称为非自由体或受约束体 如绳子悬挂而不能下落的重物 三 平面力系 1 平面汇交力系 如果一个力系的各力的作用线都位于同一平面且汇交于一点 则该力系称为平面汇交力系 在实际工程中 有不少汇交力系的实例 三 平面力系 2 平面汇交力系几何合成法 三 平面力系 3 平面汇交力系合成的解析计算 1 力的分解与力的投影若已知F在x y轴上的投影Fx Fy 则可求得F的大小及方向余弦 三 平面力系 2 平面汇交力系合成的解析计算合矢量投影定理 合矢量在任一轴上的投影 等于各分矢量在同一轴上投影的代数和 三 平面力系 3 平面汇交力系合成的平衡方程如果平面汇交力系的合力等于零 则该力系称为平衡力系 反之 如果一个平面汇交力系平衡 则合力必为零 所以 平面汇交力系平衡的必要与充分条件是 力系的合力等于零 即FR 0 亦即 合力FR 0 必须且只需FRX 0 FRY 0 即力系中各力在x y二轴中的每一轴上的投影的代数和均等于零 三 平面力系 三力平衡汇交定理 若不平行的三个力成平衡 则三个力作用线必汇交于一点 4 力矩和平面力偶系的平衡力对物体的作用使缸体的运动状态发生改变 包括平移效应和转动效应 其中力对刚体的平移效应可用力的矢量来度量 而力对刚体的转动效应可用力对点的矩 简称力矩 来度量 即力矩是度量力对刚体转动效应的物理量 力偶是由两个力组成的特殊力系 其作用只改变物体的转动状态 共面力偶组成的力系称为平面力偶系 三 平面力系 1 力对点的矩力矩公式 O点称为力矩中心 简称矩心 A称为力臂 力矩的单位是牛 米 N m 或牛 米 KN m 三 平面力系 在平面力系里 力对一点的力矩被作为代数量 其正负号规定是 如果力使静止物体绕矩心转动的方向 通常简单的说力使物体转动的方向或力矩的转向 是逆时针 则取正号 反之 则取负号 2 力偶与力偶矩力偶 把大小相等 方向相反 作用线不同的两个力作为一个整体来考虑 称为力偶 两作用线间的距离a则称为力偶臂 四 空间力系 空间力系 是指各力的作用线不在同一平面的力系 可分为空间汇交力系 空间力偶系和空间任意力系 空间任意力系是力系中最一般的力系 1 空间力沿坐标轴的分解 四 空间力系 2 空间力沿坐标轴的投影 1 直接投影法 一个力在某一轴上的投影 等于该力与沿该轴方向的单位矢量之标积 四 空间力系 2 二次投影法 五 重心 重心的位置对于物体的平衡和运动有重要意义 如何确定物体的重心位置 在实践上有着重要意义 1 重心的定义物体所受合力的作用线必定通过某一确定点 这个点称为物体的重心 物体的重心位置可利用合力矩定理求得 2 形心对于均质物体 其重心位置完全取决于物体的几何形状 与物体的重量无关 五 重心 凡具有对称面 对称轴和对称中心的均质物体 其重心 或形心 必定在对称面 对称轴或对称中心上 平行四边形 圆环 圆面 椭圆面的形心与他们的几何中心重合 圆柱体 圆锥体的形心都在它们的中心轴上 六 构件的变形 1 构件的基本要求 1 有足够的强度 保证构件在载荷作用下不发生破坏 强度 构件抵抗载荷破坏的能力 2 有足够的刚度 保证构件在载荷作用下不影响其正常工作的变形 刚度 构件抵抗载荷变形的能力 3 有足够的稳定性 保证构件原有情况下的平衡 稳定性 受压杆件保持其直线平衡状态的能力 六 构件的变形 杆件的强度 刚度和稳定性都与材料的力学性能有关 2 变形 1 变形的分类构件的变形分为塑性变形和弹性变形 弹性变形 载荷卸除后能消失的变形 塑性变形 载荷卸除后不能消失的变形 2 变形的基本形式杆件变形的基本形式有四种 a 轴向拉伸或压缩 b 剪切 c 扭转 d 弯曲 六 构件的变形 六 构件的变形 3 轴向拉伸或压缩杆件通过在轴线的拉力 压力 作用沿杆轴线发生拉伸 或压缩 变形 这种变形形式称为轴向拉伸或压缩 简称拉伸或压缩 受力特点 杆件承受外力的作用线和杆件轴线重合 变形特点 杆件沿轴线方向伸长或缩短 六 构件的变形 4 剪切当构件某一截面处受到等值 反向 作用线平行且相距很近一对横向力作用时 将使构件两部分沿这一截面 剪切面 发生相对错动的变形 称为剪切 发生相对错动的截面称为剪切面 六 构件的变形 连接件 把起连接作用的零部件或焊缝统称为连接件 常用的连接件 螺栓 销轴 键块 铆钉 螺栓连接 销轴连接 键块连接 铆钉连接 焊缝连接 六 构件的变形 5 扭转杆件两端受到两个大小相等 方向相反 且作用平面与杆件轴线垂直的力偶 使杆件的任意两个截面都发生绕杆件轴线的相对转动 这种形式的变形称为扭转变形 简称扭转 以扭转变形为主的直杆件称为轴 若杆件的截面为圆形的轴称为圆轴 六 构件的变形 6 弯曲当杆件承受垂直于轴线的外力或者承受作用在轴线所在的平面内的力偶作用时 其轴线将弯曲成曲线 这种变形形式称为弯曲 七 应力 1 应力的定义及分类应力是指截面单位面积上所承受的内力 应力分为正应力和剪 切 应力 如果作用线垂直于截面的应力称为正应力 常用符号 表示 如果作用线位于截面内的应力称为剪 切 应力 常用符号 表示 应力的单位是帕 Pa 1Pa 1N m2 另外 在工程实践中还常用兆帕 MPa 和吉帕 GPa 其换算关系为1MPa 106Pa 1G 109Pa 七 应力 2 许用应力当作用于构件上的载荷增大时 横截面上的应力也随之增大 但任何材料制成的构件的应力增长都存在一个材料所固有的极限 当应力达到这一极限时 材料就会发生破坏 因此 为了保证构件安全地工作 需对各种材料分别规定一个容许的最高值 这个最高值称为材料的许用应力 用符号 表示 与材料的力学性能有关 其强度条件公式为 max Fmax A 其中Fmax 杆件横截面上的最大轴力 A 杆件横截面积 七 应力 3 应力集中指受力构件由于几何形状 外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象 应力集中对构件强度的影响随构件性能不同而异 主要有 对于由塑性材料制成的构件 应力集中对其在静载荷作用下的强度则几乎无影响 对于由脆性材料制成的构件 应力集中现象将一直保持到最大局部应力到达强度极限之前 工程材料 一 金属材料 1 金属材料的分类金属材料按含铁量分为黑色金属和有色金属 1 黑色金属 铁和铁的合金均称为黑色金属 如生铁 铁合金 铸铁 钢等 1 纯铁 纯度很高的铁 化学纯铁含碳量几乎为零 工业纯铁含碳量 0 05 纯铁是很软的 一般不应用到实际中 2 铁碳合金 以铁为基础 以碳为主要添加元素的合金 统称为铁碳合金 如钢和生铁 一 金属材料 3 生铁 把铁矿石放到高炉中冶炼而成的 含碳量在2 11 4 3 之间的铁碳合金称为生铁 4 白口铁 以Fe C形态分布的生铁称为白口铁 其断口呈银白色 质硬而脆 不能进行机械加工 是炼钢的原料 故又称炼钢生铁 5 灰口铁 碳以片状石墨形态分布的生铁称为灰口铁 其断口呈银灰色 由于石墨质软并有润滑作用 因而这种生铁具有良好的易切削 耐磨和铸造性能等优点 一 金属材料 6 球墨铸铁 碳以球状石墨分布则称球墨铸铁 其力学性能 加工性能接近于钢 7 钢 含碳量在0 04 2 11 之间的铁碳合金称为钢 为了保证其韧性和塑性 含碳量一般不超过1 7 钢的主要元素除铁 碳外 还有硅 锰 硫 磷等 2 有色金属又称非铁金属 指除黑色金属外的金属和合金 如铜 锡 铅 锌 铝等 一 金属材料 2 金属材料的强度1 强度的定义及分类强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力 按照载荷的性质 材料强度有静强度 疲劳强度等 按照环境条件 材料强度有常温强度 高温强度等 高温强度又包括蠕变极限和持久强度 除了上述材料强度外 还有机械零件和构件的结构强度 工程上常用的强度指标有强度指标 屈服强度 规定残余延伸强度 抗拉强度等 一 金属材料 材料强度的大小通常用单位面积上所承受的力来表示 其单位为N m2 Pa 但Pa这个单位太小 所以实际工程中常用MPa MPa 106Pa 作为强度的单位 一般钢材的屈服强度在200 2000MPa之间 2 屈服强度 1 屈服现象 在金属拉伸试验过程中 当应力超过弹性极限后 变形增加较快 此时除了弹性变形外 还产生部分塑性变形 当外力增加到一定数值时突然下降 随后 在外力不增加或上下波动情况下 试样继续伸长变形 在力 伸长曲线出现一个波动的小平台 这便是屈服现象 一 金属材料 一 金属材料 2 屈服强度 在拉伸曲线上 与上 下屈服点相对应的应力称为上 下屈服强度 一 金属材料 3 抗拉强度材料在断裂前所能承受的最大应力 抗拉强度的物理意义是塑性材料抵抗大量均匀塑性变形的能力 铸铁等脆性材料拉伸过程中一般不出现缩颈现象 抗拉强度就是材料的断裂强度 断裂是零件最严重的失效形式 所以 抗拉强度也是机械工程设计和选材的主要指标 特别是对脆性材料来讲 一 金属材料 3 金属材料的塑形1 定义 金属材料断裂前发生永久变形的能力称为塑形 2 衡量指标 1 伸长率 试样拉断后 标距的伸长与原始标距的百分比 2 断面收缩率 试样拉断后 颈缩处的横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比 同一材料的试样长短不同 测得的断后伸长率略有不同 一 金属材料 4 金属材料的冲击韧性定义 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 即冲击韧性 静载荷 不随时间变化的恒载 如自重 和加载变化缓慢以至可以略去惯性力作用的准静载动载荷 短时间快速作用的冲击载荷或随时间作周期性变化的周期载荷 冲击载荷 在很短时间内作用物体上的载荷称为冲击载荷 一 金属材料 5 金属材料的疲劳强度疲劳 金属材料在受到交变应力或重复循环应力时 往往在工作应力小于屈服强度的情况下突然断裂 这种现象称为疲劳 疲劳断裂 零件在循环应力作用下 在一处或几处产生局部永久性累积损伤 经一定循环次数后突然产生断裂的过程 称为疲劳断裂 疲劳极限 当应力低于某值时 材料经受无限次循环应力也不发生疲劳断裂 此应力称为材料的疲劳极限 一 金属材料 疲劳强度 在规定的某一循环周次下 测出的最大应力 称之为疲劳强度 一 金属材料 6 钢材的类别 特征及表示方法1 钢材的分类 1 按化学成分分类a 碳素钢 碳素钢的化学成分主要是铁 其次是碳 故也称铁一碳合金 其含碳量为0 02 2 06 此外尚含有极少量的硅 锰和微量的硫 磷等元素 碳素钢按含碳量又可分为 低碳钢 含碳量小于0 25 中碳钢 含碳量为0 25 0 60 高碳钢 含碳量大于0 60 一 金属材料 b 合金钢 是指在炼钢过程中 有意识地加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种 常用合金元素有 硅 锰 钛 钒 铌 铬等 按合金元素总含量的不同 合金钢可分为高合金钢 合金元素总含量大于10 低合金钢 合金元素总含量小于5 中合金钢 合金元素总含量为5 10 一 金属材料 2 按冶炼时脱氧程度分类a 沸腾钢 炼钢时仅加入锰铁进行脱氧 则脱氧不完全 这种钢水浇入锭模时 会有大量的CO气体从钢水中外逸 引起钢水呈沸腾状 故称沸腾钢 代号为 F 沸腾钢组织不够致密 成分不太均匀 硫 磷等杂质偏析较严重 故质量较差 但因其成本低 产量高 故被广泛用于一般建筑工程 一 金属材料 b 镇静钢 炼钢时采用锰铁 硅铁和铝锭等作脱氧剂 脱氧完全 且同时能起去硫作用 这种钢水铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固 故称镇静钢 代号为 Z 镇静钢虽成本较高 但其组织致密 成分均匀 性能稳定 故质量好 适用于预应力混凝土等重要的结构工程 c 特殊镇静钢 比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢 故其质量最好 适用于特别重要的结构工程 代号为 TZ d 半镇静钢 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间 为质量较好的钢 其代号 b 一 金属材料 3 按有害杂质含量分类a 普通钢 磷含量不大于0 045 硫含量不大于0 050 b 优质钢 磷含量不大于0 035 硫含量不大于0 035 c 高级优质钢 磷含量不大于0 025 硫含量不大于0 015 d 特级优质钢 磷含量不大于0 025 硫含量不大于0 015 一 金属材料 2 钢材的特征及表示方法 1 钢的牌号简称钢号 是对每一种具体钢产品所取的名称 我国的钢号表示方法 根据国家标准 钢铁产品牌号表示方法 GB T221 2008 中规定 采用汉语拼音字母 化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示 为了便于国际交流和贸易的需要 也可采用大写英文字母或国际惯例表示符号 即 a 钢号中化学元素采用国际化学符号表示 例如Si Mn Cr等 混合稀土元素用RE表示 一 金属材料 b 采用汉语拼音字母或英文字母表示产品名称 用途 特性和工艺方法时 一般从产品名称中选取有代表性的汉字的汉语拼音的首位字母或英文单词的首位字母 当和另一产品所取字母重复时 改取第二个字母或第三个字母 或同时选取两个 或多个 汉字或英文单词的首位字母 采用汉语拼音字母或英文字母 原则上只取一个 一般不超过三个 c 产品牌号中的元素含量用质量分数表示 一 金属材料 2 钢材钢号的表示方法a 碳素结构钢钢牌号的表示方法 钢的牌号由代表屈服强度的字母 屈服强度数值 质量等级代号 脱氧方法符号等4个部分按顺序组成 例如 Q235AF 符号 Q 钢材屈服强度 屈 字汉语拼音首位字母 A B C D 分别为质量等级 F 沸腾钢 沸 字汉语拼音首位字母 Z 镇静钢 镇 字汉语拼音首位字母 FZ 特殊镇静钢 特镇 两字汉语拼音首位字母 在牌号组成表示方法中 Z 与 TZ 符号可以省略 一 金属材料 b 优质碳素结构钢钢牌号的表示方法 一般以优质钢含碳量及含锰量表示 对于高级优质钢 在牌号后面加 A 对于特级优质钢 在牌号后面加 E 对于沸腾钢 在牌号后面加 F 对于半镇静钢 在牌号后面加 b 如20 钢 含碳量在0 17 0 23之间 如45 钢 含碳量在0 42 0 50之间 如40Mn钢 含碳量在0 37 0 44之间 含锰量在0 70 1 00之间 一 金属材料 7 电梯常用金属材料1 机房内 1 曳引机的底座大多是铸造生铁 曳引轮 导向轮等传动轮一般都为球墨铸铁 如曳引轮为QT600 2或QT600 3球墨铸铁 导向轮为QT450 7球墨铸铁 2 减速箱内的蜗杆大多数采用镍铬合金钢或硅锰合金钢 如20Cr 42SiMn 也有采用含碳量为0 4 0 55 的碳素钢 经锻造后加工而成 而蜗轮大都采用传统的锡青铜或铝青铜等铜基合金 也有用铸造而成的高锌基合金代替的 轴承一般由滚动轴承钢制造 一 金属材料 3 曳引钢丝绳主要用钢丝 绳股和绳芯组成 钢丝的材料由含碳量为0 4 1 的优质碳素结构钢制成 绳股由若干根钢丝捻成 绳芯通常由纤维剑麻或聚烯烃类 聚丙烯或聚乙烯 的合成纤维制成 浇注钢丝绳绳头的巴氏合金是一种低熔点的合金 主要由锡 铅 锑等组成 4 承重梁一般采用型材碳素结构钢 5 控制柜 屏 一般用1 5mm的薄钢板压制而成 一 金属材料 2 井道内 1 导轨多用冷轧优质碳素结构钢 支架一般采用厚钢板制成 2 对重架由槽钢制作 对重块由灰口铸铁制成 也有由混凝土代之 3 传统的蓄能型缓冲器所采用的弹簧 材料多为65Mn 一 金属材料 3 桥厢上 1 轿厢架与底盘以及连接件至少为Q215碳素结构钢 接点板或加强板应为各种厚度的Q235碳素结构钢钢板 2 轿厢底板一般用4 5mm的花纹钢板 3 轿厢的门扇 轿厢壁一般采用1 5mm的薄钢板 4 轿厢架上梁采用槽钢或钢板压制而成 5 开门机的带轮 轿厢装饰材料等多用铝合金制造 一 金属材料 4 层站 1 层门大多数用碳素结构钢制造 2 层站上的一些装置的载体 大多数采用薄钢板或型钢制作 3 其他电器 电线 电缆 防磁器材等均采用铜或铜合金制作 二 非金属材料 电梯中的非金属材料包括润滑油 胶粘剂 涂料 尼龙滑轮 纤维皮带等 本节主要就电梯采用的润滑油做一介绍 1 润滑油的组成润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成 决定着润滑油的基本性质 基础油是润滑油的主要成分 添加剂则可弥补和改善基础油性能方面的不足 并赋予某些新的性能 是润滑油的重要组成部分 二 非金属材料 1 润滑油基础油润滑油基础油主要分矿物基础油及合成基础油两大类 矿物基础油应用广泛 用量很大 约95 以上 但有些应用场合则必须使用合成基础油调配的产品 因而使合成基础油得到迅速发展 2 添加剂添加剂是近代高级润滑油的精髓 正确选用 合理加入 可改善其物理化学性质 对润滑油赋予新的特殊性能 或加强其原来具有的某种性能 以满足更高的要求 二 非金属材料 2 润滑油的作用润滑油用于各种类型的机械上以减少摩擦 是保护机械及加工件的液体润滑剂 主要起润滑 冷却 防锈 清洁 密封和缓冲等作用 3 润滑油在电梯中的应用1 电梯专用齿轮油电梯专用齿轮油主要用于电梯减速机的润滑 虽然电梯减速机载荷不大 但是 由于设备开开停停 长期运转 因而要求油品具有非常优良的氧化稳定性和抗乳化性能 同时 还要有适应比较宽的使用温度范围 2 电梯专用导轨油电梯专用导轨油主要用于电梯导轨的润滑 油品要求具有良好的粘度特性 二 非金属材料 3 电梯液压缓冲器专用油一般来讲 电梯设备上使用的电梯缓冲器专用油是终生不换的 因而 所使用的油品除了要求有适宜的粘度和凝点性能 以便于及时反应 外 良好的氧化安定性非常关键 为保护柱塞系统中含银或铜的部件不被腐蚀 还要求油品中不能含锌 4 电梯曳引机专用油电梯曳引机多为蜗杆传动 材料大多数为铜基合金 因此所使用的油品要比行业标准中蜗轮蜗杆油的要求高外 还应具有更好的抗低温氧化性能和均衡的抗磨损性能 二 非金属材料 5 电梯曳引机专用清洗油由于曳引机的润滑比较关键 因而在更换而时对曳引机的清洗要求比较高 一般使用具有适宜的粘度 良好的抗氧防锈性能的清洗油 4 正确使用电梯专用润滑油根据电梯设备的不同运转部位选择合适的润滑油 是有效保护设备 提高设备的运行效率的关键性第一步 定期定点地对油品进行检测 按质换油才能长期保护设备避免磨损 同时降低设备的维护费用 电梯制造单位在设备维护手册中都有比较详细的设备润滑维护规定 对不同的润滑部位规定了润滑检查的间隙时间和加油方法 机械联接 机械联接 1 机械联接的定义是指联接件和被联接件的组合机构 2 机械联接的分类分为机械动联接和机械静联接两大类 a 机械动联接 被联接的零部件间可以有相对运动的联接 称为机械动联接 如轴和滑移齿轮 b 机械静联接 被联接的零部件间不允许产生相对运动 称为机械静联接 机械联接 3 机械静联接的分类a 可拆联接 即允许多次装拆而不失效的联接 如螺纹联接 键联接和销轴联接 b 不可拆联接 不可拆联接是必须破坏或损坏联接件或被联接件才能拆开的联接 如焊接 铆接及黏接等 4 螺纹联接的类型 1 螺栓联接 2 双头螺栓联接 3 螺钉联接 4 紧固螺钉联接 机械联接 1 螺栓联接分为普通螺栓联接和铰制孔螺栓联接 普通螺栓联接螺栓和孔壁有间隙 孔的加工精度低 铰制孔螺栓联接螺杆与孔用过渡配合 没有间隙 承受轴向载荷孔 需精制 可起定位作用 普通螺栓联接 铰制孔螺栓联接 机械联接 2 双头螺栓联接结构要求紧凑 经常拆装 3 螺钉联接常用于被联接件之一太厚 不常拆装 双头螺栓联接 螺钉联接 机械联接 4 紧定螺钉联接 旋入被联接件的螺纹孔中 顶住另一被联接件的表面或凹坑 固定两个零件或传递不大的力矩 紧固螺钉联接 机械联接 5 螺纹联接的防松1 摩擦力防松a 双螺母b 弹簧垫圈c 锁紧螺母2 机械方法防松a 止动垫圈b 槽形螺母与开口销c 串联钢丝 机械联接 机械联接 机械联接 6 键和花键联接键和花键联接主要用于轴与轴上零件的周向固定并传递转矩 其中有些还可以实现轴向零件的轴向固定 1 键连接的分类a 平键联接b 半圆键联接c 楔件联接d 切向键联接 机械联接 现就最常见的平键联接做一简单介绍2 平键联接的分类a 普通平键 a b c 平键联接 机械联接 b 导向平键c 滑键 机械联接 7 其它常用联接1 铆接铆接是将铆钉穿过被联接件上的预制孔 经铆合而成的一种不可拆联接 机械联接 2 焊接焊接是利用局部加热的方法将被联接件联接成一体的不可拆联接 在机械工业中常用的焊接方法 有电弧焊 电阻焊和气焊等 最常见的焊缝形式有 正接填角焊缝 搭接填角焊缝和对接焊缝等多种形式 机械联接 3 粘接粘接是用粘接剂将被联接件联接成一体的不可拆联接 常用的粘接剂有 酚醛乙烯 聚氨酯 环氧树脂等 机械传动 一 传动的定义和分类 1 传动的定义实现能量传递和运动转化的过程称为传动 2 传动的作用1 能力的分配和传递 2 运动形式的改变 3 运动速度的改变 3 传动的分类按工作原理 可将传动分为机械传动 液压传动 气压传动和磁力传动 其中机械传动最为常见 二 机械传动 1 机械传动的分类1 按传动原理 分为摩擦传动和啮合传动 a 摩擦传动 依靠构件接触面的摩擦力来传递力和运动的方式 称为摩擦传动 如带传动 摩擦轮传动等 b 啮合传动 依靠构件间的相互啮合来传递力和运动的方式 称为啮合传动 如齿轮传动 蜗杆传动 链传动等 二 机械传动 2 机械传动的两个基本参数a 传动比 机构中主动件的转速n1和从动件的转速n2的比值 常用i来表示 i n1 n2i大于1为减速 I小于1为增速 机械传动中 减速居多 b 机械传动效率 传动的输出功率与传动的输入功率之比称为称为机械传动效率 常用表示 效率的大小是衡量机械传动形式的一项重要指标 二 机械传动 3 带传动1 原理 以张紧在至少两轮上带作为中间挠性件 靠带与轮接触面间产生的摩擦力来传递运动和动力 2 组成 由由主动轮 从动轮和传动带所组成 二 机械传动 3 带传动的分类按传动带的截面形状分为a 平带传动b V带传动c 圆带传动d 同步带传动 二 机械传动 4 带传动的特点a 能够缓和冲击 吸收振动 因此传动平稳 噪声小 b 结构简单 制造和安置的精度要求不高 使用维护方便 传动带损坏后容易更换 因此加工制造及运行成本均比较低 c 能简便地实现大中心距间的传动 最大中心距可达15m以上 d 过载时传动带会在带轮上打滑 有利于避免机器中其他机件的损坏 e 带传动不能保证精确不变的传动比 f 带传动的机械传动效率较低 g 因传动带必须张紧 使轴与轴承受到较大的径向力 对机器运行有些不利影响 5 带传动的失效方式a 弹性滑动 带两边拉力不等或带两边弹性变形不相等引起 即拉力差引起的 b 打滑 过载引起带在带轮上的全面滑动 造成传动失效 二 机械传动 4 齿轮传动1 分类 1 按两轴线的空间位置 齿轮传动分为平行轴齿轮传动 相交轴齿轮传动 交错轴齿轮传动三大类 2 按齿向不同分为直齿 斜齿 人字齿 曲线齿等类型 3 根据啮合形式分为外啮合 内啮合两类 a 外啮合 两齿轮的转动方向相反 b 内啮合 两齿轮的转动方向相同 二 机械传动 二 机械传动 2 齿轮传动特点 1 传动精度高 带传动不能保证传动比准确 链传动也不能实现恒定的瞬时传动比 但现代常用的渐开线齿轮 其传动比在理论上是准确 恒定不变的 这不但对精密机械与仪器是关键要求 也是高速重载下减少动载影响 实现平稳传动的重要条件 2 适用范围宽 传递的功率范围极宽 可以从0 001W到60000kW 圆周速度可以很低 也可高达150m s 均为带传动 链传动难以比拟 3 可实现平行轴 相交轴 交错轴等空间任意两轴间的传动 也为带传动 链传动所难以企及 二 机械传动 4 工作可靠 使用寿命长 5 传动效率较高 一般为 0 94 0 99 6 齿轮传动的不足方面有 制造和安装要求较高 因而成本也较高 对环境要求较严 除低速 低精度情况外 需要安置在箱罩中防尘防垢 还需有润滑装置 不适用于相距较远两轴间的传动 减振性和抗冲击性不如带传动等柔性传动好 二 机械传动 3 齿轮传动的失效形式 1 轮齿折断 由疲劳折断和过载折断引起 2 齿面点蚀 啮合处接触应力超过材料疲劳极限 产生裂纹引起 3 齿面胶合 两啮合齿面因高温引起润滑失效 致使两齿面金属熔粘在一起 4 齿面磨损 两渐开线齿廓之间有相对滑动 在载荷作用下引起齿面磨损 5 齿面塑性变形 重载作用在软齿面上产生的局部塑性变形 二 机械传动 5 链传动1 原理 装在平行轴上的主链轮 从动链轮和绕在链轮上的环形链条组成 链轮上制有特殊齿形的齿 靠链与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力 2 组成 链传动主要由主动链轮 链条 从动链轮三构件与机架等部分组成 二 机械传动 3 传动链分类传动链分为滚子链和齿形链两大类 常用的链条为滚子链 齿形链 滚子链 二 机械传动 4 链传动特点 1 对环境的要求低 能在高温 多尘 无防护的条件下工作 2 相对于带传动 有平均传动比不变的优点 3 低速传动中 能传动大圆周力不打滑 对比带传动 但在高速传动中 链条速度的波动 颤动和噪音均大 4 链条不需在链轮上绷紧 有利于降低周和轴承的受力 二 机械传动 5 传递功率相同 结构比带传动紧凑 但制造和安装的要求较高 6 宜布置在基本铅垂的平面内 链轮轴的方向受到限制 二 机械传动 6 蜗杆传动1 组成 由蜗杆和蜗轮构成 传递空间交错轴间的运动 交错角常为90 传动中的主动件是蜗杆 二 机械传动 2 蜗杆的分类蜗杆按旋转方向分为右旋 左旋 蜗杆按头数分为单头 双头 多头蜗杆 二 机械传动 3 蜗杆传动特点 1 传动比大 结构紧凑 单级传动比常取i 8 80 要求大传动比时蜗杆 传动结构的紧凑为其他传动形式所难以比拟 2 与齿轮是一个个分离的齿不同 蜗杆是一个连续的螺旋齿形 因此传动平稳 冲击 振动与噪音均小 3 因传动比大 可用于分度机构中得到高精度的微小转角分度 二 机械传动 4 蜗杆的螺旋升角小 具有自锁性 只能由蜗杆带动蜗轮 不能反向带动 5 机械效率低 一般 0 7 0 8 有的自锁性蜗杆传动甚至 0 5 6 传动中摩擦发热严重 齿面磨损快 需要有良好的散热 润滑条件 只适用于功率不超过50kW的小功率传动 或间歇工作的设备 7 为减少磨损和摩擦 需用减磨性好的贵重有色金属制造蜗轮齿圈 齿面的加工要求高光洁度 因而成本较高