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精密机械设计基础B
这是一篇关于精密机械设计基础B的思维导图，包含轴、支承、直线运动导轨、弹性元件、联接、精度设计的概念、公式与例题。
编辑于2021-12-28 16:06:06- 仪器
- 精密机械
- 测控
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- 大纲
10轴
轴
功能
支承回转零件、传递运动、动力
分类
载荷应力
心轴
弯矩
转轴
弯矩+转矩
传动轴
转矩
中心线
直轴
光轴、阶梯轴、实心轴、空心轴
曲轴
各段截面中心异线
软轴
轴上零件固定
轴向定位
轴肩、套筒
螺母、挡圈
弹性当权、紧定螺钉
周向固定
键、花键、过盈配合
设计 步骤
选择材料
强度塑性、冲击韧性、抗磨损性、抗腐蚀性 应力集中敏感性小 良好工艺性 便于热处理 经济合理
碳素钢
合金钢
估算最小轴颈
轴结构设计
便于制造、零件易于拆卸
准确工作位置
牢固可靠地相对固定
改善应力状况，减小应力集中
阶段
估算最小直径
确定支承、零件布置方案
轴、轴上零件外形设计
各轴段直径、长度
细化设计：轴肩圆角半径、退刀槽、越程槽、配合性质公差、热处理
设计轴因素
强度
外载荷下不被破坏的能力
刚度
外载荷下承受弯曲、扭转变形在允许极限值范围内的能力
振动稳定性
防止共振
回转精度
理想回转轴线&实际回转轴线间偏离跳动量
结构工艺性
结构合理、加工装配工艺性小、热处理变形小
改错
联轴器
功能
连接轴
仅停止时可分离
分类
刚性联轴器
套筒联轴器
凸缘联轴器
挠性联轴器
无弹性元件
有弹性元件
选择
工作可靠、质量轻、尺寸小、便于拆卸安装、位置靠近轴承
典型
剪切销安全联轴器
特点
结构简单紧凑（径向）成本低，轴严格对中
不能补偿偏斜、位移，缺乏缓冲、吸振
凸缘联轴器
特点
结构简单，传递较大转矩，两轴严格对中
凸肩-凹槽型需轴向位移，受剪螺栓无需轴向位移
盘销联轴器
允许轴向位移、径向位移
滑块联轴器
不对中、偏斜，滑块在凹槽内滑动
优点：结构简单、易制造
缺点：偏心产生离心力、磨损，附加动载荷
十字万向节联轴器
结构简单，联接交叉轴
不传递等角位移，传动比不始终=1，在精度不高传动
等角速度传动
条件
α=β
叉形接头在同一平面
弹性套柱销联轴器
正反转启动频繁，交变载荷下运转
中小转矩
弹性柱销联轴器
特点：结构简单、安装制造方便，耐久，吸振、补偿轴位移
轴向窜动大，经常正反转，起动频繁，高转速
离合器
功能
两轴一同回转，随时分离结合
分类
外力操纵
机械、气压、液压、电磁
啮合式、摩擦式
自动操纵
超越、离心、安全
牙嵌离合器
特点：结构简单，尺寸小，承载力大，主从动轴同步
接合有冲击
结合：静止、圆周速度<150rpm
单盘摩擦离合器
特点：+摩擦盘直径/轴向压紧力+转矩
高速旋转：结合/脱开，安全保护作用
多盘摩擦离合器
超越离合器
特点：单向传动，从动轮≤主动轮转速
滚珠安全离合器
传递转矩小
过载：主动、被动轴脱开，负载正常后恢复正常结合
14联接
可拆联接
拆开不损坏，反复拆装不影响性能
螺钉
较厚
结构设计
零件选定
圆柱头
大支承面，x垫圈
球面
美观易损
(内)六角
载荷大
沉头
定位；省空间
定位
两个定位销
中心距↑ 精度↑
圆柱配合面定位
1螺钉：防转结构
防松
+摩擦力
机械固定
粘结
螺栓
不太厚
双头螺栓联接
避免经常拆受损
销钉
作用
适用场合
定位元件、联接零件、保安零件
永久连接
拆开至少坏一个
键联接
种类
平键
导键：固定在轴上键槽
滑键：键固定于轮毂
半圆键
锥形轴辅助装置联接
斜键
花键
承载能力高，对轴削弱小，联接零件&轴对中性好，导向精度高
15精度设计与互换性
概述
互换性
概念
同一规格零部件，按规定技术要求制造，能彼此相互替换使用而效果相同
重要的技术经济准则
种类
完全互换性
装配 / 更换时无需挑选修配
不完全互换性
意义
设计：简化工作，缩短设计周期
制造：组织专业化生产，自动化
运维：及时更换，提高效率，降低成本
标准
概念
需协调统一的重复性事物、概念作统一规定
标准化：获得最佳社会秩序/经济效益
级别
国标、行业标准、地方标准、企业标准
优先数系
分类
10进制等比数列构成
基本：R5,R10,R20,R40
极限&配合
基本尺寸
公称
实际尺寸
极限尺寸
尺寸偏差
某尺寸-公称尺寸
公差
极限偏差
配合：间隙、过盈、过渡
配合制：基孔、基轴
公差带选择：优先>常用>一般
尺寸精度设计
公差配合
选择原则
满足要求，最佳技术经济效益
选择内容
基孔
基轴
轴有一定精度，无需加工即可满足配合要求型材
轴为标准件，达到配合要求精度
装配顺序/工艺利于基轴
公差等级
满足要求，尽量低
孔轴工艺等价性
相配件/相关件结构精度一致性
配合种类
类比法
国标 优先>常用>一般
配合性质、使用条件
形位公差
形位公差带
标注
平面度
圆度
圆柱度
线轮廓度
面轮廓度
全跳动
平行度
垂直度
倾斜度
同轴度
圆跳动
特点
形状公差带
浮动：位置方向不定
定向公差带
方向：确定
距离：浮动
定位公差带
位置方向确定
跳动公差带
同心圆位置、半径确定，位置随实际要素浮动
形状公差值<方向公差值<位置公差值
尺寸公差带要素
公差带位置
公差带大小
表面粗糙度
概念
零件形貌
表面粗糙度 表面波纹度 形状误差
基本术语
取样长度
判别有表面粗糙度特征的基准线长度
限制消弱其他表面几何形状误差对评定表面粗糙度影响
≥5波峰波谷
评定长度
全面、充分反映被测表面特性，考虑零件加工表面不均匀
含多个取样长度
轮廓中线
评定表面粗糙度参数值取基准线
最小二乘中线
取样长度内，轮廓各点→线距离平方和最小
唯一
算术平均中线
取样长度内，实际轮廓分上下等S
不唯一
评定参数
幅度参数
轮廓算术平均偏差
轮廓最大高度
附加参数
轮廓单元平均宽度
轮廓支撑长度率
标注
13弹性元件
分类
作用
测量弹簧
物理量~变形：明确对应，不随时间、温度变化而变化
力弹簧
对弹性特性无特殊要求
结构特点
片簧
平面涡卷簧
螺旋弹簧
压力弹簧管
波纹管
膜片
受载荷
拉伸弹簧
压缩弹簧
扭转弹簧
弯曲弹簧
弹性材料
金属弹簧
圆柱螺旋弹簧
非金属弹簧
橡胶弹簧、空气弹簧
支承圈
工作圈数<7，=3/4
工作圈数>7，=1~7/4
基本特性
特性线图
作用在弹性元件的力、压力、温度等工作载荷与变形量关系
特性曲线
直线型
曲线型
刚度
串联弹簧
并联弹簧
弹性滞后
弹性后效
影响弹性元件特性因素
圆柱螺旋弹簧
几何尺寸
温度影响
切变模量
弹性模量
圆柱螺旋弹簧
特性线
等节距弹簧
特性线=直线
最小工作载荷
最小变形
最大工作载荷
最大载荷变形
极限载荷
极限变形
刚度
旋绕比5~8
小
卷绕时受强烈弯曲，内外侧应力差悬殊
大
应力过小，显著回弹，误差过大，失稳
高径比
弹簧两端为固定支承
一端固定一端回转
两端均为回转端支承
太大失稳
曲度系数
压缩圆柱螺旋弹簧在轴向载荷下，弹簧丝截面作用的力&力矩
圆柱螺旋拉伸弹簧
无初拉力
有初拉力
12直线运动导轨
导轨分类
摩擦性质
滑动摩擦导轨
优：简单、接触刚度大、抗振性高
缺：摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行
滚动摩擦导轨
优：摩擦系数小、运动灵便、无爬行；定位精度高；磨损较小，寿命长，润滑方便
缺：结构复杂、加工难、成本高；对脏物与导轨面误差敏感
滚动轴承导轨
摩擦力矩小、运动灵活、导向精度高、承载能力大、刮擦自清洁能力
弹性摩擦导轨
流体摩擦导轨
结构特点
力封（开）式
外力保证运动见、承导件导轨面接触
自封（闭）式
靠几何形状保证运动金啊与承导件导轨面接触
可承受倾覆
导轨
三角形导轨
高精度、磨损后自动补偿间隙，精度保持性好
承载能力大
温度变化敏感
工艺（加工、检验、维修）性差，当量摩擦系数大
双三角型导轨
导向精度高、承载能力大、精度保持性好
温度变化敏感，制造、检验、维修困难
三角形-平面导轨
导向精度高、承载能力大，温度变化不敏感，工艺性好
磨损后不能自动调整间隙
矩形导轨
结构简单，刚度、承载力大
工艺性好，导向精度不如三角形导轨，磨损后不能补偿
燕尾导轨
结构紧凑、调整间隙方便
形状复杂、摩擦力大，灵活性差
驱动力方向&作用点
减小倾覆力矩
减小摩擦磨损
提高运动灵便型、导向精度
运动件不被卡住
影响导轨精度因素
精度
导向精度
运动件按给定方向作直线运动的准确程度
取决：导轨本身几何精度、配合间隙
因素
导轨结构类型
导轨面间隙
几何精度
几何参数、接触精度
刚度
外载荷/自重下长期不变形的稳定性
自身变形（自重引起）
局部变形（外载荷引起）
接触变形（滚动体&滚道 塑性-滚动导轨）（微观不平度-滑轨）
油膜厚度、刚度
耐磨性
热变形
提高精度
合理选择导轨材料、热处理
减小导轨面压强
导轨良好润滑
+导轨精度，选合理粗糙度
11支承
组成
运动件
承导件
分类
摩擦性质
机械摩擦
滑动摩擦支承
滚动摩擦支承
弹性摩擦支承
优点
缺点
流体摩擦支承
无机械摩擦
静电支承
磁悬浮支承
滑动轴承
分类
圆柱面支承
优点：结构简单、制造装卸方便；旋转精度高；良好耐冲击、吸振，运转平稳；尺寸（径向）小；满足特殊要求
场合：高旋转精度；重载、振动、冲击；小尺寸与拆卸可能性；低速、轻载、不重要支承
缺点：保养、维护复杂，润滑条件要求高；摩擦损耗大；启动力矩大；标准化程度低
整体式
制造简单、成本低
磨损后无法调整间隙，影响精度、正常工作
低速、轻载、不拆
部分式
克服整体式缺点，结构复杂，刚度↓
润滑剂
润滑油
粘度低：转速高、压力小
粘度高：散热差、压力大、转速低、载荷冲击大
润滑脂
承载力高，流动性小，不易流失，摩擦功耗大
固体润滑剂
高温、重载、低速
滚动支承
组成
外圈、内圈、滚动体、保持架
分类
承载方向
向心轴承
推力轴承
向心推力轴承
推力向心轴承
滚动体形状
球轴承
滚子轴承
圆柱、圆锥、球面、滚针
常用
1调心球轴承
径向载荷，双向轴向载荷，自动调心
额定动载荷比0.6-0.9
极限转速比中
3圆锥滚子轴承
大径向、轴向载荷，纯轴向载荷
内外可分离，调整游隙
5推力球轴承
仅轴向载荷，高速离心大，磨损发热
额定动载荷比1
极限转速比低
6深沟球轴承
径向载荷，结构简单，成本低，应用广
额定动载荷比1
极限转速比高
7角接触轴承
径向、单向轴向载荷
额定动载荷比1-1.4
极限转速比高
N圆柱滚子轴承
径向载荷，允许轴向唯一
额定动载荷比1.5-3
极限转速比高
NA滚针轴承
仅径向载荷，承载力大
极限转速比低
代号
轴承内径
内部结构
公差等级
游隙
基本代号：类型:尺寸系列:内径
载荷分布
轴向载荷均匀分布
径向载荷：最大滚动体
失效形式
疲劳点蚀
脉动循环应力
塑性变形
低转度/间歇摆动，大静载荷/冲击载荷
磨损
磨粒磨损、粘着磨损
计算
一般转速n>10rpm
疲劳点蚀
寿命+静强度
摆动/转速低n≤10rpm
塑性变形
静强度
高速
疲劳点蚀、粘着磨损、烧伤
寿命计算+极限转速校核
载荷
先考虑：方向 & 大小
大小
小
球
大
滚子
方向
径向Fr
6深沟球轴承、圆柱滚子轴承
轴向Fa
5推力球轴承、6推力滚子轴承、角接触轴承
Fr&Fa
Fr>>Fa
6
Fa>>Fr
5+6
==
7角接触、3圆锥滚子
性质
平稳
球轴承
冲击
滚子轴承
寿命计算
基本额定寿命
基本额定动载荷
当量动载荷P
静强度计算
额定静载荷
静强度条件
安全系数
当量静载荷
寿命计算、当量动载荷计算、附加轴向载荷
角接触球轴承
精密轴系
以支承为主体形成的部件
圆柱面滑动支承
设计计算
圆柱面支承尺寸
摩擦力矩
径向载荷
轴向载荷
技术条件
保证一定径向间隙、回转精度，长时间正常工作
条件计算
磨损要求：限制平均压强
温升要求：限制压强速度积
粘着磨损要求：限制相对滑动速度
轴&联轴器&离合器
概述
轴系核心零件
功能
支撑回转零件，传递运动、动力
受力
心轴
只受弯矩
转轴
弯矩+转矩
传动轴
只受转矩
中心线
直轴
各截面中心在同一直线
光轴、阶梯轴、实心轴、空心轴
曲轴
中心不在同一条直线
钢丝软轴
轴线随时变化
轴
考虑
强度
外载荷下不被破坏能力
刚度
外载荷作用下承受弯曲、扭转变形在允许极限值的范围内的能力
振动稳定性
防止产生共振
回转精度
理想回转轴线、实际回转轴线间偏离跳动量
结构工艺性
结构合理、加工装配工艺性好、热处理变形小
两端细，中间粗
设计
选择轴材料
由轴传递的转矩估算最小轴颈
轴的结构设计
材料选择
原则
强度、塑性、冲击韧性、抗磨损性、抗腐蚀性
敏感性小
工艺性
便于热处理
经济合理
常用材料
碳素钢
对应力集中敏感性小，价格低，常用
合金钢
高速、重载、受力大、尺寸小、重量轻、耐磨性高、耐高温、耐腐蚀
刚度改善小
黄铜不被磁化
估算最小轴径
轴传递转矩 / N·m
轴受T作用，产生切应力 / N/mm²
抗扭截面系数
实心轴
轴直径 / mm
轴传递功率，单位 / kW
轴转速 / r/min
单位P：kW n：r/min、rpm
+销钉、键槽，轴径适当增大
d圆整至标准值，小数上入
结构设计
要求
便于制造，零件易于拆装
轴、轴上零件有准确工作位置
各零件牢固、可靠地相对固定
改善应力状况，减小应力集中
外形结构
轴端→中间↑ 阶梯状
便于拆卸
细节
装零件轴端有导角（自动定心
螺纹轴端有退刀槽
轴承易于拆卸
键槽同一直线（便于加工
安装长度不宜过长
装零件轴端有导角
需磨削轴端有砂轮越程槽
螺纹轴端有退刀槽
键槽同一加工直线、安装长度
零件固定方法
轴向固定法
轴肩
阶梯轴上截面变化处
套筒
双圆螺母、轴端挡圈
轴肩
套筒
周向固定法
键、花键
步骤
估算最小轴径
确定支承、零件布置方案
轴&轴上零件外形设计
各轴段直径、长度
细化设计
轴肩圆角半径、退刀槽、越程槽、配合性质&公差、热处理
校验强度
空间受力图
垂直面、水平面支点反力
垂直面弯矩
水平面弯矩
合成弯矩图
转矩
当量弯矩图
强度校验
恒定转矩 脉动循环转矩 对称循环转矩
刚度计算
扭转刚度
弯曲刚度
计算法
查表法
当量弯矩图
离合器
外力操纵
啮合式
牙嵌离合器
结构简单、尺寸小
承载能力达
接合有冲击
摩擦式
摩擦离合器
单盘
通过增加摩擦直径/轴向压紧力 增加传递转矩
高速旋转时结合/脱开，安全保护
精度差
圆锥
调整圆锥角增加转矩
自动对心
锥角>摩擦角（22.5/30
自动操纵
超越离合器
离心离合器
安全离合器
联轴器
分类
用途
轴分段
常拆卸
交叉轴\平行轴\相交轴
过载保护、吸收振动、冲击
刚性联轴器
优点
大转矩、结构简单、工作可靠、易维护、价格低
缺点
无法补偿两轴偏斜位移，对中性要求高
套筒联轴器
简单紧凑、成本低
两轴严格对中
不能补偿偏斜、位移、缺乏缓冲、吸震能力
凸缘联轴器
结构简单，大转矩
两轴严格对中
挠性联轴器
两轴有相对位移
用弹性元件：弹性联轴器
无弹性元件挠性联轴器
盘销联轴器
允许轴向、径向位移
滑块联轴器
结构简单
偏心产生离心力和磨损
大径向偏移
万向节联轴器
结构简单
不能传递等角位移
传动比不为1
双万向节联轴器
不对心两轴等角速度传动
条件
α=β
中间轴两端叉形接头在同一平面
齿式联轴器
结构紧凑，高速重载
不对中
链式联轴器
有弹性
蛇形弹簧联轴器
弹性杆联轴器
簧片联轴器
波纹管联轴器
确定材料、热处理方式 许用应力
估算轴最小直径
结构设计 绘制草图
校核强度
绘制工作图
支承
组成
运动件
承导件
有机械支承
滑动摩擦支承
滚动摩擦支承
弹性摩擦支承
流体摩擦支承
无机械支承
静电支承
磁悬浮支承
滑动摩擦支承
圆柱面支承
组成
轴颈
轴瓦
轴承座
润滑密封装置
优先使用
低速、轻载、不重要支承
高旋转精度
重载、振动、冲击
尽可能小尺寸、拆卸要求
优点
结构简单，制造、装卸方便
旋转精度高
良好耐冲击、吸振，运转平稳
径向空间小
缺点
保养、维护复杂，润滑要求高
摩擦损耗大，启动力矩大
标准化程度<滚动轴承
结构
轴颈结构
一体式
特点
制造简单、成本低
磨损后无法调整间隙，影响旋转精度、工作
只能从轴端装入、拆卸
应用
低速、轻载、间歇工作、不常拆卸
分体式
特点
克服整体式缺点、结构复杂、刚度下降
球形1
容易转动，反映
避免轴向窜动误差
轴套&轴瓦
要求
足够耐冲击、抗压、抗疲劳
良好减摩性、耐磨性、抗咬粘性
顺应性、磨合性、嵌藏性
工艺性、导热性、耐腐蚀性
铸铁
普通灰铸铁、球墨铸铁
塑性差、跑合性差
低速、轻载、不重要场合
铜合金
青铜
锡青铜 铅青铜
减摩性、耐磨性
足够强度
跑合性差（重载、中速
铝青铜
强度、硬度高
抗胶合能力差（重载、低速
黄铜
低价、低速
轴承合金 巴氏合金
锡铅锑铜合金
耐磨、减摩、磨合、嵌入
强度低、成本高
中高速、重载
陶瓷合金 粉末合金
铁基、铜基粉混合石墨粉
优
自润滑性
缺
成本高、强度差、韧性差
低中速，轻中载、润滑不变、要求清洁
非金属 工程塑料
优
自润滑、耐磨、耐腐蚀
吸振性、密度小、轻
缺
强度低、承载低
高温变形、导热差、稳定性差
温度不高、载荷不大
润滑
润滑剂
作用
减小摩擦、磨损
提高抗腐蚀能力
缓冲振动、冲击
散热、密封
种类
润滑油
动植物油、矿物油、合成油
选择
转速高、压力小：粘度低
散热差、压力大、转速低：粘度高
载荷冲击大、粗糙未经跑和的表面：粘度高
特点
内摩擦小，高速高温下有良好润滑性能
易渗漏，需要良好密封
润滑脂
润滑油+稠化剂+稳定剂
特点
承载力高，流动性小，不易损失
摩擦功耗大，稀稠程度受温度变化影响大
适用
要求不高，难以经常供油
野外工作，不需经常更换润滑剂
固体润滑剂
二硫化钼、碳-石墨、聚四氟化烯
特点
形成固体润滑膜，制成自润滑性能轴承零件
适用
高温、中载、低速
适用
涂敷、粘结、烧结在轴瓦表面
调配
设计
圆柱面支承尺寸确定
摩擦力矩计算
径向载荷
轴向载荷
条件性计算
磨损
限制轴承平均压强p
温升
限制压强速度乘积pv
粘着磨损
限制相对滑动速度v
技术条件
保证有径向间隙、回转精度
子主题
加工精度等级
其他形式
顶尖支承
特点
摩擦力矩小
灵敏度高、置中精度高、支承轴线相对轴颈有倾斜，运动件能正常工作
磨损快
应用
低速、轻载（电子仪器，航空仪表
轴尖支承
特点
点接触，灵敏
置中精度、方向精度不高
磨损快
摩擦力矩小
小载荷测量仪表
球支承
滚动轴承
组成
外圈、内圈、滚动体、保持架
材料
内外圈
高硬度
保持架
软
特点
摩擦力矩小，磨损小，效率高
允许转速高，允许预紧，刚性好，成本低，不损伤轴颈
互换性、通用性
抗冲击差、径向尺寸大、不易拆卸、高速重载寿命低
接触角α
滚动体与套圈接触处法线∠轴承径向平面夹角
轴承
深沟球轴承
承受径向载荷、少量双向轴向载荷
结构简单，价格低，应用广
极限转速比高
调心球轴承
径向载荷、少量双向轴向载荷
自动调心
圆锥滚子轴承
同时承受较大径向轴向载荷，单独承受单向纯轴向载荷
内外圈可分离分别安装
极限转速比中
推力球轴承
只承受轴向载荷，最小轴向载荷限制
高速离心力大
磨损、发热严重、寿命低
极限转速比低
角接触轴承
同时承受径向、单向轴向载荷
单独承受单向轴向载荷
极限转速比高
圆柱滚子轴承
径向载荷，承载力高
轴偏斜、弯曲变形敏感
内外圈可分离，允许较小相对位移
极限转速比高
滚针轴承
只能承受径向载荷
承载能力大
径向尺寸小
内外圈可分离
极限转速低
工作不许内外圈轴线有偏斜
代号
载荷分布
上半非承载区
承载区
受径向载荷最大
外圈受力
稳定的脉动循环变应力
内圈受力
不稳定脉动循环变应力
失效形式
疲劳点蚀
脉动循环应力
塑性变形
低转速/间歇摆动，较大静载荷/冲击载荷
磨损
磨粒磨损、粘着磨损
计算准则
一般转速
疲劳点蚀
寿命校核计算+静强度计算（大冲击
摆动/转速低
塑性变形
静强度计算
高速
寿命计算+校验极限转速
寿命计算
寿命单位
基本额定动载荷
基本寿命（温度越高更容易破坏
当量动载荷
X径向系数 Y轴向系数
振动、冲击
fp冲击载荷系数
寿命
小时
额定动载荷
表
直线运动导轨
导轨分类
摩擦性质
滑动摩擦导轨
优：简单、接触刚度大、抗振性高
缺：摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行
滚动摩擦导轨
优：摩擦系数小、运动灵便、无爬行；定位精度高；磨损较小，寿命长，润滑方便
缺：结构复杂、加工难、成本高；对脏物与导轨面误差敏感
滚动轴承导轨
摩擦力矩小、运动灵活、导向精度高、承载能力大、刮擦自清洁能力
弹性摩擦导轨
流体摩擦导轨
结构特点
力封（开）式
外力保证运动见、承导件导轨面接触
自封（闭）式
靠几何形状保证运动金啊与承导件导轨面接触
可承受倾覆
导轨
三角形导轨
高精度、磨损后自动补偿，精度保持性好
承载能力大
温度变化敏感
工艺（加工、检验、维修）性差，当量摩擦系数大
双三角型导轨
导向精度高、承载能力大、精度保持性好
温度变化敏感，制造、检验、维修困难
三角形-平面导轨
导向精度高、承载能力大，温度变化不敏感，工艺性好
磨损后不能自动调整间隙
矩形导轨
结构简单，刚度、承载力大
工艺性好，导向精度不如三角形导轨，磨损后不能补偿
燕尾导轨
结构紧凑、调整间隙方便
形状复杂、摩擦力大，灵活性差
驱动力方向&作用点
减小倾覆力矩
减小摩擦磨损
提高运动灵便型、导向精度
运动件不被卡住
影响导轨精度因素
精度
导向精度
运动件按给定方向作直线运动的准确程度
取决：导轨本身几何精度、配合间隙
因素
导轨结构类型
导轨面间隙
几何精度
几何参数、接触精度
刚度
外载荷/自重下长期不变形的稳定性
自身变形（自重引起）
局部变形（外载荷引起）
接触变形（滚动体&滚道 塑性-滚动导轨）（微观不平度-滑轨）
油膜厚度、刚度
耐磨性
热变形
弹性元件
分类
作用
测量弹簧
物理量~变形：明确对应，不随时间、温度变化而变化
力弹簧
对弹性特性无特殊要求
结构特点
片簧
平面涡卷簧
螺旋弹簧
压力弹簧管
波纹管
膜片
受载荷
拉伸弹簧
压缩弹簧
扭转弹簧
弯曲弹簧
弹性材料
金属弹簧
圆柱螺旋弹簧
非金属弹簧
橡胶弹簧、空气弹簧
基本特性
特性线图
作用在弹性元件的力、压力、温度等工作载荷与变形量关系
特性曲线
直线型
曲线型
刚度
串联弹簧
并联弹簧
弹性滞后
弹性后效
影响弹性元件特性因素
圆柱螺旋弹簧
几何尺寸
温度影响
切变模量
弹性模量
圆柱螺旋弹簧
特性线
等节距弹簧
特性线=直线
最小工作载荷
最小变形
最大工作载荷
最大载荷变形
极限载荷
极限变形
刚度
旋绕比
曲度系数
压缩圆柱螺旋弹簧在轴向载荷下，弹簧丝截面作用的力&力矩
圆柱螺旋拉伸弹簧
无初拉力
有初拉力
联接
主题
螺钉
作用
适用场合
螺栓
作用
适用场合
双头螺栓联接
作用
适用场合
销钉
作用
适用场合
定位元件、联接零件、保安零件
螺钉联接
防松
+摩擦力
机械固定
粘结
键联接
种类
平键
导键：固定在轴上键槽
滑键：键固定于轮毂
半圆键
锥形轴辅助装置联接
斜键
花键
承载能力高，对轴削弱小，联接零件&轴对中性好，导向精度高
设计
特点
零件精度设计与互换性
概述
公差
允许零件几何量的变动范围
互换性
同一规格零件，按规定的技术要求制造，可相互替换，效果相同
零件有互换性
技术经济准则（总原则
意义
设计：简化工作量、缩短设计周期
制造：专业化生产，专用设备和提高自动化
使用、维修：及时更换零部件，提高使用效率，降低成本
种类
完全互换性
零件装配/更换时不需要挑选和修配
不完全互换性
分组装配
大配大，小配小
修配
标准
需要协调统一的重复性事物和概念的统一规定
标准化
标准的贯彻、执行
最佳社会秩序/经济效益
级别
国标GB
行业标准
地方标准
企业标准
优先数系
十进制等比数列构成、数列含10的整数幂
基本系列：R5 R10 R20 R40
R5-R40逐渐细化
相邻两项相对差分布均匀
同一系列积、商、整数乘方 仍为优先数系
补充系列：R80
派生系列：某优先系列每隔几项选取优先数组成新系列
分类
极限&配合
孔&轴
轴d
参数小写字母
孔D
参数大写字母
尺寸
线性距离
基本（公称）尺寸Dd
理想尺寸
0线（偏差线
实际尺寸Da da
局部实际尺寸
极限尺寸
尺寸偏差（偏差）某尺寸-公称尺寸
上偏差
最大极限尺寸-基本尺寸
下偏差
最小极限尺寸-基本尺寸
极限偏差：
公差
允许实际尺寸变化的范围
公差带图
公差带要素
公差带位置+公差带大小
标准公差
确定公差带大小
20个精度等级
IT01(标准设备)，IT0(航空航天)，IT1...IT18
基本偏差
靠近零线的极限偏差，确定公差带位置
H
孔：下偏差=0
基准轴/基准孔
配合
基本尺寸相同且相互结合的孔和轴的公差带关系
孔-轴
>0：间隙X
<0：过盈Y
配合公差
相互配合的孔与轴的公差之和
决定间隙/过盈允许变化量
最大极限尺寸
最大空+最小轴
最小
最小孔+最粗轴
配合公差=相互配合的孔轴公差和
配合制
基孔制
优先
优先>常用
基轴制
尺寸精度设计
选择原则
最佳技术经济效益
选择内容
基准制
首选基孔制
基轴制
轴有一定精度，无需加工即可满足配合要求型材
冷拉型材
轴是标准件，达到配合要求的精度
滚动轴承外圈、平键宽度
考虑装配顺序/装配工艺时基轴制更有利
公差等级
满足使用要求前提，尽量低公差等级
孔与轴工艺等价性
配件/相关件结构与精度一致
配合种类
类比法
极限与配合解决的问题
先行尺寸未标公差
f级精密级
m中等级
c粗糙级
v最粗级
尺寸精度设计
几何要素
点、线、面
组成要素
组成（轮廓）要素
导出（中心）要素
分类
结构特征
组成要素
轮廓
导出要素
中心
存在状态
理想要素
几何学意义
实际要素
加工后得到实际存在要素
检测关系
基准要素
理想的，确定被测要素位置和方向的要素
被测要素
有形状误差的要素，要研究和测量
功能关系
单一要素
对被测要素本身提出公差要求
关联要素
相对基准要素有功能关系要求
表面粗糙度
形貌
基本术语
取样长度
限制、削弱其他表面几何形状误差对评定表面粗糙度的影响
至少含5波峰波谷
评定长度
充分放映被测表面特性，考虑零件加工表面不均匀性
轮廓中线
评定表面粗糙度的基准线
最小二乘中线m
取样长度内。轮廓上各点至一条该线距离平方和最小
唯一
算术平均中线
取样长度内，实际轮廓划分上下，使上下面积相等的直线
不唯一
评定参数
幅度参数
轮廓算数平均偏差
取样长度内，被测轮廓各点到基准线距离的绝对值
客观反映表面微观几何形状特性，不评定过于粗糙/光滑表面
轮廓最大高度
取样长度内，被测轮廓最大峰高、轮廓最大谷深和高度
附加参数
轮廓单元平均宽度
一个取样长度内粗糙度轮廓单元宽度Xs平均值
轮廓支撑长度率
给定水平位置c轮廓的实体材料长度Ml(c)/评定长度
选择
幅度参数
表面粗糙度
满足功能要求，尽量选较低
同一零件，工作表面粗糙度参数值<非工作表面粗糙度
粗糙度参数值小
摩擦表面<非摩擦表面粗糙度
滚动摩擦<滑动摩擦
速度高、压力大的摩擦表面比速度低、压力小的摩擦表面粗糙度参数值小
运动精度要求高的表面—粗糙度小
接触刚度要求高的表面
承受腐蚀工作环境
受循环载荷的表面、易引起应力集中的部位
配合性质要求高、配合间隙小、要求连接可靠、受重载的过盈配合表面
标注
任何方法
去除材料
不去除材料
几何精度设计
几何公差
形位公差
形状公差
单一实际要素的形状允许变动全量
直线度
1方向
2方向
任意方向
平面度
圆度
圆柱度
圆度
母线、轴线直线度
线轮廓度
圆的包络线
面轮廓度
球的包络面
位置公差
定向
平行度
给定一个方向
面对面
线对面
面对线
线对线
双方向
任意方向
垂直度
面对线
线对面
任一方向
倾斜度
定位
同轴度
对称度
位置度
球
线
跳动
圆跳动
径向圆跳动
端面圆跳动
斜向圆跳动
全跳动
径向全跳动
端面全跳动
公差带特点
形状公差带
位置、方向动
定向公差带
方向定，距离动
定位公差
位置、方向定
定位>定向>形状
作业
身边的互换性实力（3 种类