导图社区 机械
圆柱母线的直线度是由车刀移动的轨迹保证的,导轨不直将增大工件表面的形状误差;圆柱母线与工件平行度是通过刀架移动的导轨和带着工件转动的主轴轴线相互位置保证。
编辑于2022-07-14 19:51:38机械
机械制图
字体(长仿宋体)字体高度h 单位(mm)
高宽比7:10
汉子高度不应<3.5mm
比例2:1放大 1:2缩小。图样中【机件要素线性尺寸与实际机件要素的线性尺寸之比】称之为比例
图纸格式:图纸尺寸、图纸格式、图纸标题栏(标题栏一般在右下角)
图纸尺寸B*L:A0 841*1189 A1 594*841 A2 420*594 A3 297*420 A4 210*297
图线形式
绘图铅笔:H表示硬度,B表示软度,H或B前面的数值越大表示越硬或者越软
投影法(三视图所用投影法是平行投影法中的正投影法)
中心投影:投射线汇交于一点
平行投影
正投影:投射线与投影面垂直,具有积聚性.真实性.类似性.平行性.从属性.定比性
积聚性:直线.曲线或者平面投影垂直于投影面时积聚成一点或一线
真实性:直线或曲线的投影反映实长,平面投影反映真实形状;真实性的前提是平行
类似性:直线曲线或者平面倾斜投影面时仍为直线或曲线,但小于实长,平面投影小于实际形状大小
斜投影:投射线与投影面倾斜
线在各面的表达
平行于H面,与V.W面倾斜为水平线
平行于V面,与H.W面倾斜为正平线
平行于W面,与H.V面倾斜为侧平线
直线在空间位置的关系
垂直于H面为铅垂线
垂直于V面为正垂线
垂直于W面为侧垂线
一般位置线
对三个投影面无平行、垂直关系,而对三个投影面都倾斜的直线
截切:一个平面与立体相交,截去立体的一部分 截平面:用以截切物体表面 截交线:截平面与物体表面的交线 截断面:被截切后物体上的表面
截交线性质
截交线由一个直线组成的封闭平面多边形,形状取决于平面体的形状及相对平面的截切位置
平面立体的截交线是一个多边形,顶点是平面立体的棱线或者底边与截平面的交点。截交线的每条边是截平面与棱面的交线
具有共有性,既属于截平面又属于立体表面
回转体截切
截交线截平面是与回转体的共有线
截交线的形状取决于回转体表面的形状及截平面与回转体轴线的相对位置
截交线都是封闭的平面图形
相贯线
两立体平面的相贯:通常都是一条或者多条闭合的空间折线或多边形
平面立体与曲面立体的相贯:一般是封闭空间折线,有若干个是平面曲线或者直线
三视图
长对正:主视图与俯视图
高平齐:主视图与左视图
宽相等:俯视图与左视图
组合体三视图步骤
看视图,抓特征
对照投影分析形体
综合整体
组合体尺寸
定形尺寸:确定组合体中各个基本大小的尺寸
定位尺寸:确定组合体各个基本体之间的相对位置
总体尺寸:确定组合体在X.Y.Z三个方向的总长.宽.高
尺寸标注
尺寸界线:曲线轮廓,光滑过渡处,角度弦长弧长
尺寸线:尺寸线及终端,直径与半径,角度
视图
基本视图
向视图:可以自由配置的视图
局部视图:断裂边界用波浪线或者双折线表示
斜视图:倾斜部分真实形状大小
图标字母要摆正
区别是投影面不同
剖视图
全剖视图 ;完全的剖开机件所得的视图,用于外形简单的,内部比较复杂的机件
半剖视图:具有对称平面,允许以对称中心线为界,一半画成剖视图。剖面与非剖面分界线用细点画线,机件内部以表示来,在另一部分视图中不必画虚线。
局部剖视图:用剖切面局部剖开机件所得的剖视图。局部剖视图可以表达机件内部结构,还可以表达外部形状(断面用双折线或波浪线表示)
断面图
断面图与剖视图的区别在于断面图仅画出机件断面,而剖视图画出剖切面以后所有部分的投影
假想将机件某部分剖切开,画出其剖切面,称为断面图
移出断面图
移出断面图用粗实线画
重合断面图
断面图画在视图内部,重合断面图断面轮廓用细实线画出
零件图
图形:一组视图完整,清晰和简便的表达零件结构
尺寸:一组必要的尺寸完整,清晰,合理的标注零件的结构形状,位置大小
技术要求:按照规定的文字符号简明表达零件在制造,检验时的要求
标题栏:应写出零件的名称,材料,图样比例(一般在右下角)
基准
设计基准:机器工作中确定零件位置的一些点,线,面
工艺基准:加工测量中确定零件位置的点,线,面
装配图
一组视图
必要尺寸
总体尺寸
配合尺寸
安装定位尺寸
技术要求
检验要求
使用要求
标题栏
明细栏
零件的技术要求
表面粗糙度:零件加工表面具有较小的峰谷。表面粗糙度既要满足功用要求,又要考虑经济合理
极限与配合
公差与配合
机械原理
机构
由构件和运动副组成
只能传递或者转变运动形式,不能实现能量转换
机构是具有相对运动的构件组合
机器能做功或能够实现能量的转换,具有确定的相对运动,机器分为四个部分
动力部分
传动部分
执行部分(输出)
控制部分
机构与机器组成为机械
机械中每一种独立运动的单元体称为构件
零件是制造单元体,构件是运动单元体(由一个或多个零件刚性联接)
运动副
平面运动副
平面高副:点,线接触(一个约束)
平面低副:面接触(两个约束)
空间运动副
复合铰链:两个以上构件在同一处以转动副联接
自由度
机构具有确定运动时的独立运动参数
约束:运动副对两个构件的独立运动参数
自由度公式:3N-(2PL+PH)
原动件=自由度数F时具有确定运动
原动件<自由度数F时不确定运动
原动件 >自由度数F时无法运动
N:活动构件数(不包括机架)
PL低副(回转副和移动副)
PH:高副(点接触或线接触)
复合铰链,局部自由度(有局部自由度就会产生一个高副),虚约束,都-1
计算时若计入虚约束,机构局部自由度会增多(X)
基本杆组:拆为不可再拆的自由度为零的运动链
空间自由度有6个,平面自由度有3个
平面连杆机构
铰链四杆机构
机架:固定不动
连架杆:与机架相连的构件
连杆:连接两连架杆且做平面运动
连杆是不与机架相连构成运动副的构件
连架杆是与机架相连构成运动副的构件
连杆机构是具有连杆的机构
曲柄摇杆机构:可将曲柄的连续转动转为摇杆的往复摆动
摇杆摆角:摇杆在极限位置的夹角
极位夹角:摇杆在极限位置时,曲柄所夹的锐角
双曲柄机构:两曲柄能做整周转运动的四杆机构
双摇杆机构
演化形式
曲柄滑块结构
偏心轮机构
导杆机构
铰链四杆机构存在条件
平面连杆机构基本特性
急回特性:工作行程慢,空回行程快
极限位置
连杆与曲柄重叠共线
连杆与曲柄拉直共线
极位夹角越大,急回特性越显著
极位夹角=0时K=1,机构无急回特性(K行程速比系数,一般取≤2)
对心曲柄滑块没有急回特性
压力角与传动角
压力角:压力角越小,有效分力越大,传动角越大,传动越好(压力角+传动角=90度)
压力角是在不考虑摩擦情况下作用力和作用点的法线方向所夹的锐角
传动角:与压力角互为余角
死点
从动件与连杆拉直共线
当摇杆或滑块为主动件,摇杆或滑块处于两极限位置时出现死点位置
当曲柄为主动件,无死点位置
传动角为0,压力角为90,无法传动(可用做夹具)
导杆机构
极限位置:曲柄与导杆垂直
极位夹角=摇杆摆角
以导杆为主动件,导杆位于极限位置时,机构处于死点位置
凸轮
平面凸轮
盘形凸轮
移动凸轮
空间凸轮
圆柱凸轮
圆锥凸轮
运动形式
尖顶从动件
可以实现任意预期的运动规律
点,线接触易磨损
滚子从动件
耐磨损,应用最广泛
平底从动件
压力角为0,传动好,效率高
常用于高速场合
按照凸轮从动件维持高副接触形式
力封闭型
形封闭型
常用运动规律
等速运动(一次多项式):有刚性冲击,应用于低速轻载 起点,终点处
等加速等减速(二次多项式):柔性冲击,应用于中速轻载起点,中间点,终点
五次多项式:无冲击,应用于高速
余弦加速(简谐运动):柔性冲击,应用于中速中载,起点终点
正弦加速(摆线加速):无冲击,应用于高速,最理想
基圆半径越小,压力角越大,有害分力越大,机构效率低
基圆与压力角成反比
分度圆,齿轮分度圆是一个大小完全确定的圆,两齿轮不论是否啮合,不论中心距如何变化,每个都有一个大小完全确定的分度圆
凸轮机构的压力角是从动件所受正压力和受力点速度方向所夹的锐角
凸轮的基圆:凸轮轮廓最小向径为半径所做的圆
向径:最小的半径
设计凸轮的方法
图解法
反转法
推程:推杆从最低的位置被推倒最高的位置
远休止段:推杆在最高位置不动
回程:推杆在最高的位置回到最低的位置
近休止段:推杆在最低位置不动
自锁:导程角<当量摩擦角,机构自锁
外凸凸轮出现尖点,运动失真所采取的办法(1.增大基圆半径 2.减小滚子半径)
滚子从从动件凸轮机构中,凸轮基圆半径是从转动中心到凸轮实际(理论)轮廓曲线的最短距离
齿轮机构
优点:效率高,结构紧凑,工作可靠寿命长,传动比稳定
分类:开式,半开式,闭式
用于传递空间任意两轴之间的运动和力
平行
相交
交错
齿轮运动
沿着接触点的切线方向滚动或者滑动
互相啮合的一对齿轮,在任意位置是的传动比与其连心线被公法线所分的两段成反比
传动类型
平面齿轮:直齿,斜齿,人字齿
空间齿轮:锥齿,蜗轮蜗杆
齿廓啮合基本定律
节点:相对速度瞬心
节圆:啮合传动可视为这一对节圆无滑动的纯滚动
单独一个齿轮无节点,无节圆
定律:瞬时传动比等于两齿轮节圆半径反比
常见的齿廓曲线
渐开线
摆线
变态摆线
圆弧
渐开线性质
任意一点与基圆相切
渐开线形状取决于基圆大小,离基圆越远渐开线越平直,基圆越小渐开线越弯曲,越大渐开线越平直
基圆内无渐开线
渐开线各点压力角不相等,离渐开线越远,渐开线上压力角越大,基圆压力角为0
发生线长度=弧长
同一基圆上任意两条同向或者反向的渐开线的公法线长度相等,等于对应的弧长
渐开线啮合满足啮合基本定律:啮合角=啮合线与节圆公法线之间的夹角。啮合线可称为:公法线,公切线,发生线。啮合角=节圆压力角
性质
定传动比传动:瞬时传动比=两齿轮基圆半径反比
中心距变化不影响传动比,啮合恒等于节圆压力角
模数,单位(mm):模数m反映了齿数轮齿大小,模数越大,轮齿越大,齿轮承载能力越大
基本参数
齿数Z
分度圆压力角:20度
模数m=p/3.14,d=mz
渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动
正确啮合条件:两轮的模数与压力角分别相等
无侧隙啮合条件:一齿轮节圆上的齿槽宽=另一节圆的齿厚
连续传动条件:实际啮合线>齿轮法相齿距(重合度≥1)
重合度:重合度增加,传动平稳性增加,承载能力增加
重合度与模数无关与齿数有关
标准安装分度圆和节圆重合
节圆:就两轮啮合,半径随中心距改变
分度圆:就单个齿轮,半径不随中心距改变
小齿轮宽度>大齿轮宽度是因为两齿轮承受的力是一样,相同力矩下小齿轮承受的扭力要大,所以齿宽更大,还便于安装
斜齿轮圆柱齿轮结构
啮合好,重合度大。逐渐进入啮合,逐渐退出啮合
端面参数用于计算,法面参数为标准值
不产生根切最少的直齿齿轮
正确啮合条件:法向模数相等,法向压力角相等,螺旋角相等,旋向相反
方向判断:主动轮从动轮上各力大小相等,方向相反
齿轮上作用关系:圆周力Ft,轴向力Fa,径向力Fr分别相等
锥齿轮
通常取大端模数为标准值
因为大端尺寸大,易于测量且误差相对较小,也便于确定传动的外形尺寸
不发生根切最少齿数17
正确啮合条件:模数相等,压力角相等
蜗轮蜗杆
阿基米德螺旋线,传动比大,传动平稳,有自锁
蜗杆传动设计都是以中间平面为准
要求有较大的传动效率时采用双头或者多头蜗杆
正确啮合条件(中间平面):轴向模数=端模,轴压=端压,螺旋角=导程角(导程角越大,传动效率越高)
中间平面是通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直平面
是蜗轮端面
是蜗杆轴面
齿轮上作用力关系:蜗杆的轴向力Ft1=蜗轮的圆周力Fa2;蜗杆的圆周力Fa1=蜗轮的轴向力Ft2;蜗轮蜗杆径向力Fr1=Fr2相等
齿轮变位
标准齿轮加工
仿形法:精度低,加工不连续
范成法:适合大批量生产
插齿
滚齿
根切:不发生根切最少齿数17
变位齿轮
优点:配凑中心距(用于非标准齿轮),提高小齿轮强度,修复旧齿轮,结构紧凑
正变位 X>0(刀具远离齿坯)
让齿轮齿顶变尖,齿根变宽(提高齿轮抗弯强度,避免根切产生)
变位齿轮与渐开线齿廓形状不变
负变位X<0(刀具靠近齿坯)
齿顶变宽,齿根变窄
降低齿轮抗弯强度(易发生根切)
变位齿轮传动类型
正传动(X1+X2>0)
用于实际中心距比标准中心距大的场合
齿轮强度高,传动质量高,一般采用正传动
负传动(X1+X2<0)
缺点多,齿根强度会减弱,一般配凑中心距
零传动(X1+X2=0)
在实际中心距=标准中心距时,为了提高齿轮传动质量可采用高度变位齿轮传动代替标准齿轮
一对齿数不等的齿轮中,小齿轮取正变位,大齿轮取负变位
定轴轮系与周转轮系
定轴轮系
轮系运转时,各齿轮轴线位置都不固定
定轴轮系传动比=齿轮系中各对啮合齿轮传动比的连乘积
周转轮系
轮系运转时,至少有一个齿轮轴线绕另一轴线回转
周转轮系构件
行星轮
系杆(转臂)(行星架)
中心轮
分类
行星轮系
自由度=1
有一个中心轮固定不动
差动轮系
自由度=2
两个中心轮都动
齿轮系传动比=轮系中首末两轮角速度或转速之比。两轮转向相同为正号(外啮合传动比取负号,内啮合传动比取正号)
惰轮:不影响传动比,可以改变轮系首末两轮的转向,增大中心距
混合轮系:轮系中既有定轴轮系又有周转轮系
轮系的功用
实现分路传动
较大的传动比
可变速传动
可换向传动
用作运动的合成与分解
刚性转子动平衡静平衡
机械平衡
刚性转子平衡
挠性转子平衡
机构的平衡:机构在机架上的平衡
转子不平衡
静不平衡:质心不在回转轴上,不平衡质量矩存在于质心所在的径向平面上
动不平衡
前提:转子静平衡
转子旋转时形成一对力偶,力偶矩引起转子振动不平衡
转子平衡
转子的静平衡
在通过质心的径向平面加重或去重
转子动平衡
任选两个平衡内各增加或者减少一个合适的平衡质量
不平衡的危害:所产生的不平衡惯性会在运动副中产生附加压力,使运动副中的磨损加重,降低机械效率,影响构件强度
刚性转子:转速低于一阶临界转速
挠性体:转速大于一阶临界转速的转子平衡
静平衡的转子不一定是动平衡,动平衡的转子一定是静平衡
棘轮机构:结构简单,制造容易,步进量易调整
主动件:摇杆(往复摆动)
从动件:棘轮(单向间歇运动)
槽轮机构:结构简单,尺寸小,效率高
主动件:拨盘(连续回转)圆柱销(装在拨盘上)
从动件:槽轮(间歇回转运动)
凸轮间歇运动:运转可靠,转角准确,设计自由度大,定位可靠
主动件:凸轮(连续转动)
从动件:从动盘(间歇分度运动)
机械设计
机械设计总论
零件失效形式
整体断裂
过大的残余变形
表面破坏
破坏正常工作引起的失效
零件应满足的基本要求
强度:抵抗破坏的能力
刚度:抵抗变形的能力
寿命:零件正常工作延续的时间
影响寿命因素:材料疲劳,材料腐蚀,相对运动零件接触表面的磨损
机械设计准则
强度准则:零件中的应力不得超过允许的值
刚度准则:零件在载荷作用下产生弹性形变≤机器工作中性能允许的极限值
寿命准则
振动性准则
可靠准则
摩擦
干摩擦
表面无任何润滑液或保护膜的纯金属接触
边界摩擦
摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开
边界膜分为
吸附膜
吸附膜的吸附强度随着温度的升高而下降,到达一定温度后会发生
软化
失向
脱吸
反应膜
液体摩擦
摩擦表面被液体隔开,摩擦性质取决于流体内部分子间的粘性阻力
混合摩擦
边界摩擦+液体摩擦混合膜厚比1-3之间
膜厚比拉姆达≤1边界摩擦;>3流体摩擦;≥1,≤3时混合摩擦
摩擦系数随着分子层数的升高而下降
摩擦系数
边界>混合>流体
磨损
磨合阶段(初期磨损阶段)
表面材料被加工硬化
摩擦表面轮廓峰的形状变化
稳定磨损阶段(正常磨损阶段)
剧烈磨损阶段
常见磨损
粘附磨损
磨粒磨损
疲劳磨损
流体磨粒磨损
流体侵蚀磨损(冲蚀磨损)
机械化学磨损(腐蚀磨损)
微动磨损
摩擦不可逆,磨损可逆
润滑
降低摩擦,减轻磨损,降温冷却,缓冲吸振,密封,润滑
气体,固体,液体,半固体
润滑方式
油润滑
润滑油选用原则
速度高选用粘度低
载荷冲击大速度慢选用粘度低
脂润滑
脂润滑性能指标
滴点
锥入度:锥入度越小,润滑脂越稠
机械杂质
皂分
皂分大小反映润滑脂软硬程度
粘度
运动粘度
相对粘度
动力粘度
粘度越大,油膜越厚,承受的载荷越大,内部阻力越大
黏温特性
温度升高粘度降低
温度降低粘度升高
闪点,倾点,凝点,指的是在规定条件下润滑油停止流动的最高温度
油蒸发越大,闪点越低
连续供油的方法
滴油润滑
油环润滑
飞溅润滑
压力循环润滑
螺纹连接与螺纹传动
螺纹类型
连接螺纹(三角形)
普通螺纹:牙型角60度,自锁性好,强度高
螺纹副在摩擦系数一定时螺纹牙型角越大,当量摩擦系数越大,所能承受的载荷也越大(自锁性与摩擦系数有关,牙型角越小所能承受载荷也就越小)
管螺纹:牙型角55度
传动螺纹
矩形螺纹,效率高,精度低
梯形螺纹,效率低,牙根强度高(最常用)
锯齿形螺纹,效率高,牙根强度高,只能用于单向传动中
螺纹参数
大径:螺纹最大径(公称直径)
小径:螺纹最小径(作为强度的验算)
控制顶径
中径:一个假想的直径,作为几何中心计算直径
螺距:相邻两个牙型上对应点之间的轴向距离
导程:螺纹任意点沿同一螺旋线转一周所移动的轴向距离
螺纹
外螺纹
中径;大径公差
内螺纹
中径;小径公差
螺纹连接
螺栓连接:通常用于连接件不太厚,两端有装配空间,结构简单,拆装方便
双头螺柱连接:连接件不便加工成通孔,需要经常拆装的场合
螺钉连接:连接件不变制成通孔,不经常拆装的场合
紧定螺钉连接:用于固定两个被连接件的相对位置,传递较小的扭矩或力
螺栓组连接结构设计
形状简单,受力合理
螺栓排布有合理的间距,边距
分布在同一圆上的螺栓数目应取2/4/6等偶数
螺纹的预紧和防松
预紧:增加连接刚性,提高连接紧密性,防止连接松动
防松类型
自锁条件:螺纹升角∮<当量摩擦角∮V
机械防松:用止动垫圈,串联金属丝
摩擦防松:用双螺母,弹簧垫圈
永久防松:冲点,铆接,焊接,粘接
连接
可拆连接:不需要毁坏连接中的任何一个零件就可拆开,比如螺纹与键连接
不可拆连接:至少要毁坏连接中的一部分才能拆开,比如铆接与焊接
键连接与销连接
键连接
平键连接
普通平键连接:圆头(A型),方头(B型),单圆头(C型,多应用在轴的端部)
应用于对中性良好,拆装方便,高速,高精度和承受载变冲击场合
导向平键连接和滑键连接和普通平键
键是标准件,按轴的直径选择,长度略短于轮毂长
验算强度不够时
适当增加键和轮毂长度
在轴上相隔180度配置两个普通平键
半圆键连接的工作面是两个侧面,仅用于轻载连接
楔键工作面为上下表面,对中性差,常用于对心精度不高,载荷平稳,转速低,承受单向载荷
切向键:对中性差,常用于轴径大转速低传递转矩大的场合
花键:定心精度高,稳定性好,导向好,承载能力强连接可靠
矩形花键
渐开线花键
销连接
定位销:多次拆装不影响零件的相互位置精度,一般不承受或者承受很小的载荷
连接销:承受剪力和挤压力
安全销:用作安全装置中的过载剪断零件
带传动
优点:结构简单,传动平稳,缓冲吸振;适用于远距离传动;不能保证准确传动比;有过载保护
缺点:不能保持准确的传动比,外廓尺寸大,传动效率低
分类
平带传动:结构简单,应用于传动中心距大的场合
V带传动:应用最广,同样的张紧力下与平带传动相比较能产生更大的摩擦力
V带由包布层,顶胶层,底胶层,抗拉层(强力层)
多楔带:有V带的传动优点,柔韧性好,摩擦力大,主要用于传递大功率场合而要求结构紧凑的场合
啮合带:同步带传动,能保证固定传动比
紧边拉力>出拉力;松边拉力<出拉力
V带传动参数
V带型号由小到大分为Y.Z.A.B.C.D.E七中
楔角:V带横截面内两侧边的夹角
槽角:轮槽横截面内两侧边的夹角,轮槽角比V带楔角略小
包角:带与带轮接触弧所对应的圆心角,包角所反映了带与带轮轮缘表面间接触弧长
中心距:两带轮中线连接的长度
带速:带速太低,传动尺寸大而不经济,带传动一般用于高速场合
根数:根数越大,传递功率越大;根数过多受力会不均匀
传动比:主带轮与从动带轮的角速度之比
带的打滑:是由于过载引起的全面滑动,带的失效形式,可避免
打滑通常发生在小带轮上
弹性滑动:拉力差引起,只要传递圆周力,就会有弹性滑动,是不可避免的,也是摩擦带不能保证传动比的原因
两带轮传动比
i>1减速
i=1等速
i<1加速
单V带基本额定功率P0与带型,小带轮直径,小带轮转速有关
单根V带基本额定功率Pr与带型,传动比,小带轮转速有关
带的张紧与维护
张紧
调整中心距
定期张紧
自动张紧
张紧轮
平带传动张紧轮装于松边外侧靠近小带轮,主要增大小带轮包角
V带传动张紧不宜装在紧边,应装在松边内侧,靠近大带轮防止小带轮包角减小
如果中心距过小就放在松边外侧
安装
带轮:安装带轮时,两带轮轴线相互平行,V型槽对称面应重合
带
不可用撬棍将传送带强行翘入或者翘出
使用V带型号应相同,长度相等,新旧不可同时使用
安装V带,按规定初拉力张紧
链传动
优点
能保证准确的传动比
传递功率大,张紧力小
传动效率高
可在高温重载条件下及恶劣环境中工作
可用大中心距传动
可用一根链条带动几根链条彼此平行轴转动
缺点
链节有多边形效应,瞬时传动比不稳定,传动中会有载荷冲击,会有噪声,不宜用于精密仪器中
安装维护高
链条磨损后节距变大,容易出现跳齿,脱链等啮合不良现象
无自我过载保护
只能用于平行轴的传动,同向转动
链传动由大链轮,小链轮与中间挠性件
链传动按用途分为
传动链
起重链
牵引链
传动链分为
滚子链
套筒链
齿形链
成型链
滚子链
滚子链的组成:滚子,套筒,内外链板,销轴
链
节距:节距越大承载能力越高,多边形效应也越大,振动冲击和噪声也严重;一般尽量取小节距;链条磨损,节距会增大
排数:单排练与双排链;链的承载能力与排数成正比,排数过多会引起载荷不均匀
链节数:为了防止出现过渡连接一般用偶数链节,如果为奇数就要采用过渡链节
链轮
结构
小直径的链轮可制成整体式
中等尺寸链轮可制成孔板式
大直径链轮可制成组装式
材料:小链轮的材料优于大链轮的材料
齿数:为了与链节互质,链轮齿数一般为奇数且不宜太少,通常>17
运动特性
多边形效应:链轮直径越小,多边形效应越严重
规律:链轮转速越高,节距越大,齿数越少,则传动的动载荷越大
设计原则:小链轮齿数少易运动不平衡,所以先设计小链轮齿数
张紧的目的:使松边不过松,避免垂度过大,产生啮合不良,振动
张紧方法:调整中心距,缩短链长,用张紧轮
齿形链
与滚子链相比,传动平稳,传动速度高,承受冲击好,噪声小;易磨损
用于高速或运动精度要求高的传动装置中
链传动布置
水平布置:轴线平行,紧边在上呢,松边在下
倾斜布置:倾斜角<45度
垂直布置:中心距可调,上下两轮偏置,左边为紧边
齿轮传动
失效形式
齿轮折断
易发生在齿根附近
措施
增大齿根过渡圆角半径,减小齿根应力集中
增大轴及支撑的刚性,使齿轮接触线上受载荷较均匀
采用合理的热处理方法,齿芯具有韧性
齿面点蚀
发生在靠近节线啮合处
一般在润滑良好的闭式齿轮传动中,属于接触疲劳失效
措施
提高齿面硬度,降低齿面粗糙度
采用正变位来增大曲率半径
用适合粘度的润滑油
减小动载荷
齿面胶合
发生在重载场合,本质是粘着磨损
措施
用抗胶合能力强的齿轮材料
润滑油中加入极压添加剂
采用正变位,减小模数,降低齿高
降低表面粗糙度
磨粒磨损
发生在开式齿轮环境
措施
改用闭式齿轮传动是最有效的方法
提高齿面硬度,降低表面粗糙度
降低润滑系数
注意润滑油的清洁和定期更换
齿面塑性变形
发生于软齿面齿轮或者重载下硬齿面齿轮
措施
适当提高齿面硬度
采用高粘度的或加有极压添加剂的润滑油
设计准则
闭式软齿面(≤350HBW)按接触疲劳强度计算,按弯曲疲劳强度校核
闭式硬齿面(>350HBW)按弯曲疲劳强度计算,按接触疲劳强度校核
开式齿轮:按齿轮轮齿齿根弯曲疲劳强度计算,用适当降低许用应力的方法考虑磨损
主要失效形式是齿面磨损
齿轮材料
齿轮材料性能的基本要求是:齿面硬,齿芯韧
常用材料
刚
铸铁
非金属
注意
调质和正火后的齿面硬度较低(HBW≤350)为软齿面齿轮;渗碳沾火,表面淬火,渗氮表面硬度高,为硬齿面齿轮
软齿面齿轮工艺过程简单,用于一般传动;硬齿面齿轮承载能力高,但需要专门设备磨齿
大小齿轮都为软齿面齿轮时,小齿轮硬度要比大齿轮硬度高20~50HBW
参数设计
压力角
增大压力角使齿形系数和应力系数下降,对动载荷不利
一般齿轮压力角为20度;航空齿轮压力角为25度
齿数
分度圆直径一定,齿数增加会导致重合度提高,平稳性好,但是齿轮弯曲强度差
闭式软齿面齿轮齿数宜多取,减小接触应力,提高平稳性
开式或者闭式硬齿面齿数宜少取,增大模数,保证齿轮弯曲强度
为使两轮磨损均匀,一般啮合齿数互质
齿宽系数
蜗杆传动
特点
传送比大,零件数目少,结构紧凑
冲击载荷小,传动平稳,噪声低
有自锁
缺点
摩擦损失大,效率低
需要贵重金属来制造蜗轮齿圈,成本高
普通圆柱蜗杆
在中间平面上模数m和压力角α为标准值
导程角
导程角大时传动效率越高,但蜗杆加工困难
导程角小时传动效率低,易实现自锁
啮合条件
轴面模数α1=端面模数t2
轴面压力角α1=端面压力角t2
螺旋角=导程角(旋向相同)
传动比:蜗杆的传动比不等于蜗轮,蜗杆的直径比i≠d1/d2
失效形式
闭式传动:齿面胶合点蚀
开式传动:齿面磨损和齿根折断
失效部位:蜗轮蜗齿
材料
蜗杆材料:一般采用碳钢或者合金钢
蜗轮材料:青铜或者铸铁
滑动轴承
特点
承载能力大
工作平稳,噪音低
结构简单,径向尺寸小
应用场合
转速高
受重载,巨大冲击载荷
装配须成剖式的轴承
径向尺寸受限制时
轴瓦
油孔油槽
目的:把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面
尽量开在非承载区,不要降低承载区油膜承载的能力;轴向油槽不能开通至轴端部分,要留有适当的油封面
材料
轴承合金(白合金,巴氏合金)作为轴承衬材料浇筑在钢或者铸铁和青铜上
铜合金:青铜可以单独制成轴瓦,也可以作为轴承衬浇注在钢或者铸铁轴瓦上
滚动轴承
由内圈,外圈,滚动体,保持架组成
特点
摩擦阻力小,启动灵敏,功率消耗小
游隙小,旋转精度高(游隙:内外圈之间相对最大移动量)
高副接触,承载能力差
类型
向心轴承
球轴承:径向载荷+少量轴向载荷
滚子轴承:径向载荷
推力轴承:轴向载荷
向心推力轴承
同时受径向载荷和轴向载荷
接触角:滚动体与外圈接触处的法线处于半径方向的夹角;接触角越大,轴向承载能力越强
代号
前置代号
基本代号是轴承代号的核心,前置/后置代号为补充
基本代号
类型代号:数字或者字母组成(重要)
1.调心球 2.调心滚子 3.圆锥滚子 5.推力球 6.球轴承 7.角接触球(3.7为对装)
尺寸系列代号
内径代号
00.01.02.03为特殊代号 10.12.15.17
04及其以上的数 要×5(重要)
如“06×5=30”
后置代号:内部结构,公差等级,游隙系列代号
选用原则
载荷
线接触滚子轴承承载能力高于点接触滚子轴承承载能力
纯轴向载荷及转速不高时,可以选用推力轴承
纯径向载荷则宜选用向心轴承
既有径向载荷又有轴向载荷选用角接触轴承或者圆锥滚子轴承,也可用向心轴承,推力轴承
转速
球轴承比滚子轴承的旋转精度高和极限转速,但是抗冲击能力弱
推力轴承只适用于轴向载荷大而转速低的场合
使用要求:调心性能:轴中心线与轴承座中心线不重合时,具有调心性的轴承——调心球轴承,调心滚子轴承
经济性:球轴承价格低于滚子轴承,优先选用球轴承
失效形式
疲劳点蚀(转速主要失效形式)
塑性变形(低速轴承)
磨损
寿命
可靠度:在同一条件下运转的一组相同的轴承能达到或者超过某一规定寿命的百分率
基本额定寿命:一批同型号的轴承在相同条件下运转时90%的轴承没发生疲劳点蚀前运转的总转数
组合设计
两端单向固定:用于工作温度变化不大的短轴
一端固定,一端游动:温差大的轴
两端游动:人字齿齿轮
轴向定位与固定
配合关系
内圈与轴:基孔制
外圈与机座:基轴制
内圈:弹性挡圈固定,螺钉固定,圆螺母固定,止动垫片固定,套筒,紧定衬套轴肩(轴肩高度不能超过轴承内圈高度的3/4)
外圈:弹性挡圈,轴承端盖,螺纹环轴用弹性挡圈嵌入轴承外圈的止动槽内紧固
轴承预紧
提高回转精度和支撑刚度
滚动轴承密封
目的:防尘,防水,防止润滑液流失
方式
接触式密封——毡圈,密封圈
非接触式密封——迷宫密封,油沟密封,挡圈密封,甩油密封
轴
分类
心轴:只承受弯矩,不承受转矩
转轴:只承受转矩,不承受弯矩
传动轴:可同时承受弯矩和转矩
结构
便于加工,拆装,受力合理(阶梯轴)
零件和轴要有准确的相对位置,定位准确(定位)
轴上的零件和轴受力后,相对位置不改变(固定)
减小应力集中,提高轴的强度(过渡圆角)
零件定位与固定
轴向:轴肩与轴环,套筒,紧锁挡圈,轴端挡圈,轴承盖,轴承端盖,圆螺母
周向:键联接,花键,成形联接,销联接,过盈配合
工艺性
有螺纹退刀槽和砂轮越程槽
不同轴段应在同一条轴线上,同一轴段的键槽相隔180度
装零件的轴端有倒角
直径相同的轴段的过渡圆角,倒角,键槽,退刀槽结构尺寸要统一
提高强度措施
直径变化处有过渡圆角
改进轴上零件结构布置,减小轴的载荷
改善轴的表面品质以提高疲劳强度
轴的材料
一般轴用碳钢或合金钢
复杂外形轴用球墨铸铁(QT400)
联轴器与离合器
特点
实现转矩(扭矩)和运动传递
只有在机器停止转动时可结合和分离
刚性联轴器(不能缓冲吸振)
凸缘联轴器
用于低速,大转矩,载荷平稳
套筒联轴器
结构简单,径向尺寸小,适用于两轴直径小,两轴对中精度高,工作平稳场合
挠性联轴器
无弹性元件
齿轮联轴器:转速高,可传递很大的转矩,能补偿较大的综合位移,工作可靠,安装精度不高,用于重型机械
滑块联轴器:用于刚性大,转速低,冲击小
万向联轴器:用于两轴相交传动,为了保证稳定性一般成对使用
有弹性元件
弹性套柱销联轴器
用于传递转矩小,转速高,频繁启动和回转方向经常改变的装置中
弹性柱销联轴器
用于正反转启动频繁的轻载场合
离合器
特点:可以在机器运转过程中随时分离或接合两轴
啮合式离合器
牙嵌式离合器:结构简单,外廓尺寸小,两轴接合后不会相对移动,接合时会有冲击,只能在低速或停车时接合
齿形离合器
摩擦式离合器
分为:单盘式,多盘式,圆锥式
需要较大的轴向力,传递较小的转矩,任何条件下都可以实现分离或接合,接合平稳,冲击振动小,有保护作用
超越离合器:可以实现单方向运动的传递和两轴不等速互不干涉运动
操作方式
机械操纵式
电磁操纵式
液压操纵式
气动操纵式
弹簧
功能
控制机构运动
缓冲减振
储存能量
测力
分类
受载
拉伸,压缩,扭转,弯曲弹簧
形状
螺旋,环形,碟形弹簧,板簧,平面涡圈弹簧
圆柱螺旋弹簧
压缩弹簧
死圈(支撑圈):圈数与断面形式有关
有效圈:各圈之间有一定间距
拉伸弹簧
没有预紧力:特性曲线通过原点
有预紧力:特性曲线不过原点
弹簧参数
几何尺寸:外径D2,中径D,内径D1,节距P,螺旋升角α,弹簧丝直径d
弹簧指数(旋绕比)C C=D/d
曲度系数K是关于弹簧指数的函数
材料
碳素钢:易失去弹性,不能在高温下工作
合金钢
其他弹簧
扭转弹簧
精度高的弹簧,各圈之间留有间隙,以免载荷作用下因摩擦影响特性曲线
旋向与外加力矩一致,弹簧内侧最大压应力与参与拉应力抵消,从而提高承载能力
心轴和弹簧内径之间留有间隙,避免中径减小而抱轴
碟形弹簧
轴向力沿周边均匀分布,往往多个组合使用,常用在重载机械或飞机等强力弹簧缓冲
环形弹簧
具有很强的缓冲吸振作用
平面涡圈弹簧
积蓄能量,带动活动构件运动
板弹簧
一般用在车辆悬挂装置中,起缓冲作用
润滑
润滑油
特点
良好的流动性,内摩擦力小,可形成动压,静压,边界润滑膜
粘度小。润滑强度低
适用场合:不完全液体滑动轴承和完全液体滑动轴承
选择原则
转速高,压力小,油粘度应低;转速低,压力大,油粘度应高
高温时,粘度应高;低温时,粘度应低
油迹不明显,油迹擦拭干净后五分钟内没有出现油迹为渗油
润滑脂
特点:无流动性,可在滑动表面形成一层膜
适用场合:要求不高,难以经常供油,或者低速重载及摆动运动的轴承中
选用原则
压力高,滑动速度低时,选择针入度小的品种;压力低,速度高,选用针入度大的品种
所用润滑脂的滴点,一般应较轴承温度的工作温度高约20~30℃,以免流失
水淋,潮湿环境下,选择防水性能好的钙基或铝基润滑脂,温度高用钠基或钙基润滑脂
固体润滑脂
特点:可在滑动表面形成一层固体膜
适用场合:有特殊要求的场合
常用类型:二硫化钼,碳,聚四氟乙烯
热处理
物理性能
密度,熔点,热膨胀性,导热性,导电性
金属的性能
使用性能
工艺性能
现代工业中最常用的合金是钢
化学性能
主要指的是抗化学侵蚀性
耐酸值
耐碱值
抗氧化性
工艺性能
金属材料适应各种冷,热加工的性能
可锻性
铸造性
焊接性
热处理和可加工性
金属材料的力学性能
强度:材料抵抗破坏的能力
塑性:材料抵抗变形而不产生破坏的能力(强度与塑性都是通过拉伸实验测定的)
硬度
材料表面抵抗硬物体压入的能力,反映材料的局部变形能力
硬度越高,抵抗塑性变形抗力越大,塑性变形越困难
布氏硬度(HBW)
与压痕直径有关,测量对角线长度来计算硬度值
洛氏硬度(HRA.HRB.HRC)
操作简单,压痕小,不损伤工件表面
测量压痕深度值来计算硬度
性能指标无单位
维氏硬度(HV)
测量压痕对角线长度来计算硬度值;可测得很软到很硬的金属材料
冲击韧度
抵抗冲击载荷的能力,一般将冲击韧性值低的材料称为脆性材料;冲击韧性高的材料称为韧性材料
金属晶体结构
晶格
由许多大小,形状,位向相同的晶胞在空间堆积而成
体心立方晶格的晶胞是一个立方体,立方体上八个角上和立方体中心各有一个原子
面心立方晶格的晶胞是一个立方体,在立方体八个角上和六个面上的中心各有一个原子
密排立方晶格的晶胞是一个正六方体,正六方柱体的十二个角上及上下地面各有一个原子
晶胞
晶格常数
合金的晶体结构
黄铜=铜+锌
碳钢,铸铁=铁+碳
硬铝=铝+铜+镁
白铜=铜+镍
除了白铜和黄铜,其他的都是青铜
青铜
铝青铜
硅青铜
锡青铜
锰青铜
铍青铜
组元
组成合金最基本的,独立的物质称为组元
二元合金
三元合金
多元合金
合金系
给定组元后可以按比例成分不同的合金
二元系
三元系
多元系
相
合金中具有同意化学成分且结构相同的均匀部分称为相
单相合金
多相合金
组织
用金相分析方法,在金属内部看到的有关晶体或金粒大小,方向,形状,排列状况等组成关系的构造情况
合金相结构
由于组元间相互作用不同
固溶体
根据溶质原子在溶剂晶格中的位置
置换固溶体
间隙固溶体
根据组元互相溶解度不同
有限固溶体
无限固溶体
金属化合物
具有较高的熔点,硬度,脆性;但塑性和韧性极差
晶界
晶粒与晶粒的界面称为晶界
金属的同素异转变
有一定转变温度
转变时需要过冷
有潜热产生
转变过程也是由晶核的行成和晶核的长大来完成
铁碳合金基本组织及性能
铁素体F
保持α-Fe的体心立方晶格
溶碳量很低,强度硬度不高;塑性,韧性很好
奥氏体A
保持y-Fe的面心立方晶格
硬度低,塑性高,易切削加工和锻压
控制奥氏体晶粒的大小,是保证热处理质量的重要因素
渗碳体C
硬度高,脆性大,塑性韧性接近于0
可在钢和铸铁中呈
片状
粒状(球状)
网状
珠光体
铁素体+渗碳体
符号(P)
莱氏体L
奥氏体+渗碳体
莱氏体硬而脆,是白口铸铁的基本组织
高温莱氏体
1130℃ A+P
低温莱氏体
723℃ P+Fe3C
金相图
A1线PSK
共析线,温度为727度
以共析线S点为界分为三类
共析钢
亚共析钢
过共析钢
A3线GS
奥氏体和铁素体的相互转变线
Acm线ES
奥氏体中的溶解度曲线,随温度降低,奥氏体中二次渗碳体
A1,A3,Acm是平衡时转变温度,称为临界点
铁碳合金线
共析线(PSK)
0.8%——723℃
共晶线(ECF)
4.3%——1147℃
包晶线
0.16%——1493℃
钢得热处理
任何一种热处理都是由加热,保温,冷却三个阶段组成
热处理目的
提高钢的力学性能
消除毛坯的缺陷,改善工艺性
根据加热和冷却方法分为
普通热处理
退货
正火
淬火
回火
表面热处理
表面淬火
感应加热表面淬火
火焰加热表面淬火
激光加热表面淬火
化学热处理
渗碳
渗氮
氮碳共渗
钢冷却时转变
等温冷却
加热到奥氏体后的钢,快速冷却到Ar1以下温度,并停留一段时间,等奥氏体发生转变然后再冷却到室温
连续冷却
加热到奥氏体状态的钢,以不同的冷却速度连续冷却到室温
炉冷
空冷
油冷
水冷
奥氏体化后一般采用连续冷却
水冷淬火
空冷淬火
炉冷淬火
热处理工艺方法
退火
加热到相变温度Ac1~Ac3附近,保温一段时间后采用适当的冷却方法
完全退火
把亚共析钢加热到Ac3以上30~50度经过保温后缓慢冷却
等温退火
组织和硬度更均匀
球化退火
把共析钢加热到Ac1以上150~250度,长时间保温然后缓慢冷却。降低硬度,改善可加工性
均匀化退火
均匀化退火还必须进行一次完全退火,消除热缺陷
去应力退火
把工件加热到低于Ac1以下一温度,保温一定时间后随炉冷却
正火
加热到AC3或ACcm以上30~50度,让其完全奥氏体化后空冷
正火和退火的主要区别是,正火冷却速度比退火快
正火后的组织比较细,强度硬度比退火高,可能条件下优先考虑正火处理
经过适当的退火或者正火处理
组织细化
成分均匀
应力消除
降低硬度
改善力学性能和可加工性
淬火
将钢件加热到相变点Ac3或Ac1以上30~50度,保温一段时间后快速冷却获得马氏体(贝氏体)
目的
获得马氏体(贝氏体)
强化钢材
提高机械使用寿命,与回火通常作为钢件最终热处理
淬火工艺
加热温度,时间,淬火介质
淬火介质
水
便宜且冷却能力强
水溶液
油
硝盐浴
空气
淬火方法
单液淬火
以奥氏体均匀化的工件在一种淬火介质中冷却淬火
双液淬火
先淬入一种冷却较强的介质中,再立即转入另一种冷却较弱的介质中
分级淬火
停留一段时间,取出空冷
等温淬火
局部淬火
回火
目的是为了较少内应力
低温回火
降低工件内应力,减少脆性
中温回火
获得较高的弹性极限和屈服强度,保持一定韧性
高温回火
淬火+高温回火=调质
获得强度,塑性,韧性都好的综合力学性能
钢的表面热处理
表面要求耐磨和硬,心部要求有一定的强度和韧性
表面淬火:只改变表面组织,不改变表面化学成分的热处理
使用最广泛的是
感应加热表面淬火
火焰加热表面淬火
化学热处理:同时改变表面化学成分及组织的热处理
化学热处理都是由分解,吸收,扩散所组成
最常用化学热处理渗碳,渗氮,碳氮共渗
渗碳
心部具有高的塑性,韧性,和强度
渗氮
提高工件的耐磨性,热硬性,硬度
氮碳共渗
同时渗入工件表面的一种化学热处理
低温气体共渗
中温气体共渗
热处理主要缺陷
氧化,脱碳,过热,过烧,硬度不足,变形与开裂
变形与开裂主要是淬火时形成的内应力所引起
热应力
在加热和冷却时内外温度不均匀
相变应力
奥氏体和马氏体的比体积不同,使体积膨胀不均匀所造成的
常用金属材料
钢(含碳量2%~2.11%的铁碳合金)
碳素钢(普通钢)
根据含碳量不同
低碳钢
0.25
中碳钢
0.25-0.6
单件生产中往往采用不完全互换
高碳钢
硬度大
0.6
合金钢(特种钢)
低合金钢
<5
中合金钢
5-10
高合金钢
10
钢的种类多,通常把钢分为
结构钢
用于制造各种机械零件,工程结构的钢
普通质量结构刚
碳素结构钢
低合金结构钢
优质结构钢
制造重要零件
优质碳素结构钢
合金结构钢
渗碳钢(渗碳淬火,低温回火后使用的钢)
调质钢(良好的配合强度,塑性,硬度,韧性)
弹簧钢(淬火+中温回火)
滚动轴承钢(淬火+低温回火)
工具钢
用与制造刃具,模具,量具的钢
刃具钢
碳素工具钢
低合金工具钢
高速钢(主要性能:耐磨,韧性,硬度,热硬性)
模具钢
冷作模具钢(要求高硬度,高耐磨,有一定的韧性,较好的淬透性。淬火+低温回火)
热作模具钢(一定的硬度,耐磨性,良好的淬透性和导热性)
热锤锻模
热挤压模
压铸模
量具钢
具有高硬度,高耐磨性
特殊性能刚
不锈钢
有抗腐蚀能力的钢
奥氏体不锈钢(应用最广泛)
铁素体不锈钢
马氏体不锈钢
耐热钢
高温条件下具有抗氧化性或者不起皮和足够强的钢
耐磨钢
在强烈冲击载荷下才能发生硬化的高锰钢
铸铁
根据碳在铸铁中的存在形式分为
白口铸铁
硬而脆,很难加工
灰铸铁
片状石墨
麻口铸铁
一部分类似灰铸铁,一部分类似白口铸铁,有较大的淬硬性
根据铸铁中石墨形态分为
球墨铸铁
球状石墨
蠕墨铸铁
蠕虫状石墨
可锻铸铁
团絮状石墨(不可锻造)
非铁金属及合金
铝及铝合金是应用最广泛的一类金属结构材料
纯铝(强度低)
铝合金
变形铝合金
非热处理强化铝合金
热处理强化铝合金
锻铝
铸造铝合金
A1-Si系
A1-Cu系
A1-Mg系
A1-Zn系
多用于制造质量轻,耐腐蚀,形状复杂,有一定的力学性能的零件
铜及铜合金
纯铜
铜合金
黄铜(铜+锌)
普通黄铜
特殊黄铜
铅黄铜
铝黄铜
锰黄铜
硅黄铜
青铜
普通青铜
锡青铜(铜+锡)
特殊青铜
铝青铜(铜+铝)
铍青铜(铜+铍)
滑动轴承合金
用于制造轴瓦及其内衬的合金
滑动轴承承压面积大
工作平稳
噪声小
制造,修理,更换方便
工作性能要求
有足够的强度,硬度;足够的塑性,韧性
良好的耐腐蚀性,导热性和较小的膨胀系数
摩擦系数小,耐磨性好
良好的磨合性
加工工艺性能好
硬质合金
金属陶瓷硬质合金
钨钴类硬质合金
钛钨类硬质合金
万能硬质合金
钢结硬质合金
公差几何精度
互换性
相同规格的零件
主要取决于尺寸,形状等集合参数因素
按照范围的不同
完全互换性
零件装配或更换时不需要辅助加工来选择;否则为不完全互换
不完全互换性
同一公差等级,加工出一批零件,但装配时需要进行附加修配方法才可达到要求
单件生产中往往采用不完全互换
修配法
配置法
保证互换性生产的基础是大量生产
线性尺寸
指用两点之间直线距离表示的尺寸,单位(mm)
公称尺寸(基本尺寸)
基本尺寸不一定是理想尺寸
实际尺寸(完全加工后零件通过测量零件部分的真实尺寸)
零件某一位置测得的尺寸,并非真值
极限尺寸(尺寸要素允许的尺寸的两个极端,零件允许变化的两个极限值)
基本尺寸+上偏差=最大极限尺寸
基本尺寸+下偏差=最小极限尺寸
偏差可正可负可为零
作用尺寸
不仅与实际尺寸有关系还与形位有关系
对于轴会变大
孔会变小
偏差与公差
尺寸偏差(某一尺寸-公称尺寸所得的代数差)
上极限偏差ES(孔)es(轴)
下极限偏差EI(孔)ei(轴)
大写孔,小写轴
尺寸公差(尺寸的允许变动量,用T表示)
公差带图
一个具体的公差带由两个要素组成
公差带大小
由标准公差决定
公差带位置
由基本偏差确定
标准公差
标准公差用IT表示,共分20等级;IT01最高,IT18最低
等级越高,加工越难度越大
基本偏差
用来确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差(实际指的是靠近零线的那个偏差)
公差带在零线的上方,基本偏差为下偏差(EI或ei)
公差带在零线的下方,基本偏差为上偏差(ES或es)
公差原则
是处理尺寸公差与形位的关系
配合与配合制
配合的定义
配合是基本尺寸相同的孔与轴结合
间隙配合
指的是孔的实际尺寸>轴的实际尺寸,具有间隙的配合;孔的公差带位于轴的公差带之上
用于有相对运动的配合件
过盈配合
孔的实际尺寸<轴的实际尺寸;轴的公差带位于孔的公差带之上
配合时产生过盈
过渡配合
可能具有间隙配合或过盈配合;孔与轴的公差带相互交叠
配合公差与基准制
基孔制
基本偏差为一定的孔的公差带
基孔制中的孔称为基准孔,用H表示
下偏差为基本偏差,数值为零
一般情况下,优先选用基孔制
基轴制
基轴制中的轴为主基准孔,用h表示
上偏差为基本偏差,数值为零
滚动轴承外圈与座孔的配合一定是基轴制
轴承内圈与轴的配合一定是基孔制
公差带四要素
形状
大小
方向
位置
几何公差简介
几何公差分为
形状(没有基准,位置不固定,方向浮动)
直线度
平面度
圆度
圆柱度
位置(有确定的方向,位置固定,有基准)
同轴度
对称度
位置度
形状或位置
线轮廓度
面轮廓度
位置可固定,也可浮动
方向(有确定方向,位置浮动)
平行度
垂直度
倾斜度
跳动
圆跳动
全跳动
跳动测量方法
测量径向圆跳动
测量斜面圆跳动
测量端面圆跳动
测量径向全跳动
测量端面全跳动
几何公差研究对象是构成零件几何特征的点,线,面等几何要素
理想要素
具有几何学意义的要素
实际要素
零件实际存在的要素
被测要素
给出了形状或位置公差的要素
基准要素
用来确定被测要素方向或位置的要素
单一要素
仅对其本身给出的形状公差要求的要素
关键要素
对其他要素有功能关系的要素
几何公差值的选用
尺寸公差>位置公差>形状公差
基准选用
在满足设计要求下,力求设计基准,加工基准,检测基准三者统一
公差原则
相关要求
E
包容
最大实体边界
M
最大实体
最大实体时效边界
L
最小实体
K
可逆
表面粗糙度
中线
具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线
表面粗糙度数值选用原则
同一零件上,工作面的表面粗糙度<非工作面表面粗糙度
摩擦表面的表面粗糙度<非摩擦面
运动速度高,单位面积压力大,受交变应力表面粗糙度值应小
配合要求越稳定,表面粗糙度越小;同一公差等级,轴粗糙度比孔小
表面粗糙度值应与尺寸公差与形位公差相协调
Ra是常用的表面粗糙度参数
表面越粗糙,取样长度越大
液压传动
基本原理
帕斯卡原理(力的传递遵循帕斯卡原理)
系统中各点压力相等
液压(以流体为介质进行能量的传递)
优点
布置方便
无级调速
传动平稳
缺点
传动效率不高,维护要求高
压力取决于负载,速度取决于流量
压力
内部压力与深度成正比
流量
单位时间内流过一过流截面的体积
恒定流动和理想液体
液体内任何一点压力,速度,密度都不随时间变化为恒定流动
压力,速度,密度有一个随时间变化,为非恒定流动
理想液体
无粘性,不可压缩的假想液体
流态
层流(液体流动各质点与管道平行)速度低摩擦
紊流(液体流动杂乱无章)流速高动能损耗
流量动力学
连续性方程(质量守恒)
在单位时间内流过两个截面的液体质量相等
表明流过管道各通流截面的流量是不变的,因而各截面的平均流速与面积成反比
伯努利方程(能量守恒)
动量方程(动量守恒)
静力学
单位面积上所受的法向力称为压力(压强)
静压力特征
压力垂直于承压面,方向为面内发线方向
液体内任意一点的静压力在各个方向上都相等
液体压力分为
大气压力
空气质量产生的压力
绝对压力
大气压力+相对压力
以绝对真空为基准测量的压力(正值)
真空度=大气压力-绝对压力
相对压力(表压力)
绝对压力-大气压力
液压技术中的压力一般都是相对压力(有正,有负值)
以大气压力位基准来测量压力(正值)
系统压力损失
沿程压力损失
主要取决于
流速
粘性
管路长度
管路内径
局部压力损失
由于液流方向和速度发生急剧变化
空穴和冲压
空穴
液体中的压力进一步降低并低于液体的饱和蒸汽压,液体将迅速汽化,产生大量的气泡
危害
降低泵吸油高度
管路有良好的密封
节流口两端压差小
冲压
突然关闭或打开开关时,液流速度大小或方向发生急剧变化,惯性引起液压冲击
运动部件突然制动,换向引起冲击
液压系统
液压泵(动力元件)
将机械能转换为压力能
液压泵工作由吸油和压油组成
液压泵正常工作条件
具有密闭工作容积
有完善的配油装置
吸油过程中油箱与大气相通
液压泵压力
工作压力
泵工作时输出油液的实际压力
额定压力
使用泵时,允许连续使用的最高工作压力
常用液压泵
齿轮泵(用于低压系统)
外啮合(常用)
低压式
中压式
高压式
内啮合
特点
结构简单,制造方便,工作可靠,自吸能力强
噪声大;流量,压力脉动量大
压油腔压力>吸油腔压力,造成径向力不平衡
叶片泵(用于大流量)
单作用式叶片泵(常用做变量泵,排量可变的泵)
转子转一周,每个密封容积完成一次吸油与压油
双作用式叶片泵(常用做定量泵)
转子转一周,每个密封容积完成两次吸油与压油,作用在转子上的作用力平衡
特点
运行平稳,噪声小,流量稳定,体积小,质量高,油压较高
缺点
油污染较敏感,加工精度高,成本高
柱塞泵(用于压力高)
轴向柱塞泵
改变柱塞泵行程长度,就改变了排量
改变倾斜盘倾角方向,就改变了泵吸压油方向,就变成双变量泵
径向柱塞泵
变量泵
转子泵
螺杆泵
按供油方向分为
单向泵
双向泵
按排量是否可调节分为
定量泵
变量泵
按压力高低分为
低压泵
中压泵
高压泵
液压泵的选择
根据设备工作情况和系统要求的压力,流量,工作性能合理选择液压泵
负载小,功率小的液压设备
齿轮泵
双作用泵
精度高的机械设备
叶片泵
螺杆泵
负载大,有快速和慢速工作行程
限量式变量叶片泵
双联叶片泵
负载大,功率大
柱塞泵
辅助装置;不重要场合
齿轮泵
液压缸(执行元件)
将压力能转换为机械能
按结构不同分为
活塞式
单杆
单作用式
双作用式
双杆
液压缸两端都有活塞杆
差动连接液压缸特点
速度快,推力小,适用于快速进给系统
活塞杆固定,移动范围是有效行程两倍
缸筒固定,移动范围是有效行程3倍
柱塞式
柱塞一般制成空心
伸缩式
按油压形式分为
单作用式
双作用式
控制阀(控制元件)
用来控制系统油液的方向,流量,压力
按功用分为
压力控制阀
溢流阀
调压稳压,常用于定量泵中;利用力的平衡
具有过载保护功能,可做安全阀使用
减压阀
直动式
先导式(应用广)
顺序阀
自动接通或切断油路的压力阀
应用于
控制多个执行元件的顺序动作
与单向阀组成平衡阀
控制双泵系统中的大量卸荷
压力继电器
将油液压力信号转换成电信号的压力控制元件
流量控制阀(调节阀口的流量来改变元件的运动速度)
节流阀
针阀式
偏心式
轴向三角槽式
调速阀
保证节流前后压差不变
定差减压阀+调节流阀串联
保证节流阀两端的压差为定值,从而消除负载变化对流量的影响
节流口的流量特性
负载变化时,执行元件的工作压力也随之改变
随油温变化,有的粘性也变化
方向控制阀
单向阀
控制油液流动方向
球阀式
锥阀式
换向阀
改变油压流动路线以改变工作机构运动方向
滑阀式(使用多)
转阀式
按结构组成部分
阀体
阀芯
阀芯控制件
手动式
机动式
电动式
液动式
电液式
辅助元件
油箱
吸、回油管尽量远离
储存液压油,散热,沉淀杂质,消除气泡
密封装置
要求
工作压力在一定的温度范围内,应具有良好的密封性,并随着压力的增加能自动提高密封性能
密封装置和运动装置之间摩擦系数稳定
摩擦力要小,运动灵活,抗腐蚀强
结构简单,价格低廉
类型
间隙密封
利用相对运动零件配合面之间的微小间隙来密封
密封圈密封
O型密封圈密封(环形沟槽内实现密封)
Y型密封圈(唇形密封圈)
V型密封圈(截面为V型,属于唇形密封圈)
过滤器
作用是净化工作油液
过滤器分为
网式
结构简单
通油能力大
压力损失小
过滤精度低
线隙式
结构简单
通油能力大
过滤精度高
不易清洗
纸滤式
过滤精度高
结构紧凑
通油精度大
无法清洗
烧结式
过滤精度高
抗腐蚀好
滤芯强度大
磁性纸滤式
蓄能器
把压力油储存在耐压容器内
主要作用:储能,缓冲和吸收压力脉动
分为
活塞式
重力式
弹簧式
隔膜式
油管
管接头
连接方式分为
焊接式
卡套式
管端扩口时
扣压式
液压油的选用
选择液压油品种
根据是否液压专用
有无起火危险
工作压力
工作温度
粘度(随温度升高而下降,随压力上升而变大)
压力高选择粘度大
速度高选择粘度低
温度高选择粘度大
粘性
流动时分子之间的内摩擦力
动力粘度
运动粘度
相对粘度
液压基本回路
方向控制回路
换向回路
锁紧回路
使执行元件在任意位置停止,能防止停止后因外力作用而发生移动
压力控制回路
调压回路(使液压系统压力保持恒定值)
二级调压(可实现两种不同的压力控制)
多级调压(可以实现多种压力控制回路)
卸荷回路(在系统执行元件暂停工作期间不关闭驱动液压泵,使液压泵在很小的输出功率下运转)
三位换向阀卸荷
电磁溢流阀卸荷
二通插装阀卸荷
保压回路(液压执行元件保持一定工作压力)
利用蓄能器保压
自动补油保压
增压回路(提高液压系统某一支路工作压力,以满足局部工作机构的需要)
单作用增压缸增压回路
双作用增压缸增压回路
减压回路
平衡回路
单项顺序阀平衡回路
液控单相回路平衡回路
机械制造
铸造
铸造
优点
可铸出内腔,外形复杂的毛坯
工艺灵活性大
成本低
缺点
内部容易产生缩孔,缩松,气孔
机械性能低
工序多,不好精确控制
劳动条件差,劳动强度大
砂型铸造
手工造型(常用于单件和小批量生产)
整模造型
铸型腔全部在一个砂箱内
分模造型
有上下两个砂箱
挖沙造型
造型时要挖去阻碍起模的型砂,分型面是曲面
适用于形状复杂,分型面不为平面的复杂铸件,单件小批量生产
假箱造型
利用特质的假箱或型板造型
适用于大批量生产
机械造型(用于中、小型铸件的成批大量生产)
在制造模样好芯盒式应考虑
加工余量
起模斜度
铸造圆角
收缩余量
型砂主要性能
透气性
流动性
强度
韧性(抵抗塑性变形)
耐高温
浇注系统
外浇口
直浇道
横浇道
内浇道
冒口与冷铁
冒口
铸件在凝固最后阶段能及时得到金属液的口
冷铁
增加铸件局部冷却速度的金属物(一般安放在铸件下部的厚截面处)
铸造常见缺陷
错型、偏型、变形、浇不足、冷隔、缩孔、气孔、砂眼、夹渣、裂纹、粘砂
特种铸造
熔模铸造(适用于制造形状复杂,精密铸件)
一次成型,无分型面
可制造形状复杂
适应各种铸造金属
工序复杂,成本高
金属型铸造
冷却速度快,力学性能好
铸件精度高,表面质量好
生产率高,劳动条件好
成本高,制造周期长
压力铸造
尺寸精度高,表面质量好
可压铸复杂形状,轮廓清晰的薄壁精密铸件
铸件组织致密,力学性能好
生产率高,劳动条件好
制造费用高,周期长
离心铸造(生产管,套类铸件)
组织致密,力学性能好
简化工艺,节约金属
便于制造双金属铸件
离心铸造内表面粗糙,尺寸不好控制
铸造工艺
铸件的凝固
铸造合金的结晶
物质由液态转为固态称为凝固
凝固方式
逐层凝固
糊状凝固
中间凝固
合金铸件性能
充型性能
流动性
外界条件
铸型条件
浇注条件
铸件结构
收缩性能
收缩三阶段(含碳量高,收缩性小)
液态收缩
凝固收缩
固态收缩
收缩对铸件的影响
缩孔与缩松
铸造应力与变形和裂纹
常用合金
铸铁是含碳量>2.11%的铁碳合金,以铁,碳,硅为主的多元合金
铸铁分为
灰铸铁
熔点低,逐层凝固,流动性好
球墨铸铁
收缩大,易产生缩孔,缩松和气孔
蠕墨铸铁
制造工作温度湿度高,要求强度高,耐磨
可锻铸铁
良好的塑性,韧性,比灰铸铁强度高
有色金属铸件生产
铸造铝合金
铝硅合金
铝铜合金
铝锌合金
铸造铜合金
铸造黄铜
强度高,成本低
铸造青铜
熔点低,结晶温度范围窄,流动性好
锻压加工
锻压(借助工具或模具在冲击压力下使坯料产生塑性变形)
单晶体变形
滑移(靠位错的移动实现)
孪晶(晶体一部分与相对一部分沿一定的晶面发生相对移动)
塑性变形后金属性能
冷变形及影响
组织变化
晶粒沿变形最大方向伸长
晶格与晶粒发生畸变
晶粒间产生碎晶
性能变化
强度硬度提高,塑性韧性下降(加工硬化:力学性能得到强化)
回复
金属力学性能没显著变化;强度硬度下降很少,塑性提高不多
再结晶
被拉长的金属晶粒重新形核,结晶,变为等轴晶粒
热变形影响(再结晶温度以上)
不产生加工硬化
组织的大宋改善,提高力学性能
形成纤维组织
金属塑性成形性能
衡量指标有塑性和变形抗力
化学成分(越低可锻性越好)
组织状态
变形温度(温度越高可锻性越好)
变形速率(速率越小可锻性越好)
锻造(可锻铸铁不可锻造)
自由锻造
手工自由锻造
机器自由锻造
模型锻造
特点
改善金属内部组件,提高金属机械性能
平行于纤维组织;提高材料抗拉强度
垂直于纤维组织;提高抗剪强度
较高的劳动生产率
节约金属材料
适用范围广
不可锻造外形复杂和内腔复的工件
锻件图
锻件基本尺寸
零件尺寸基础上加放余量所得的尺寸
机械加工余量
最终能获得所需要的尺寸而允许保留的多余金属部分
锻件公差
超过基本尺寸为上偏差,小于基本尺寸为下偏差;上下偏差的代数差的绝对值为锻件公差
余块
某些难以锻出的部位添加一些大于机械加工余量的金属体积
锻件加热
锻造温度
始锻温度(最高温度)和合理的终锻温度(最低温度)之间的一段温度间隔
锻件的冷却
炉冷
坑冷
空冷
自由锻
特点
工具简单,通用性强,灵活性大,适合单件和小批锻件,特大锻件生产
缺点
锻件精度低
加工余量大
生产效率低
劳动强度大
自由锻工序
基本工序
改变坯料形状尺寸以达到锻件基本成形
辅助工序
方便基本工序操作,使坯料预先产生一些局部变形
精整工序
修整最后尺寸形状,提高表面质量
工序选择与工艺性
工序选择
轴、杆:墩粗,拔长
筒类:墩粗,冲孔,在芯轴上拔长
盘,环类:墩粗,冲孔
工艺性要求
避免斜面和锥度
避免曲面相交
避免加强筋和凸台
模锻
将加热后的零件坯料放在锻模模镗内,在锻压力下使坯料变形
只适用于中,小型锻件的成批大量生产
胎模锻造
模型锻造
尺寸精度高,表面光洁,加工余量小,只适用于大批量生产
模镗可分为
制坯模膛
模锻模镗
特点
锻件形状复杂
提高零件的机械性能和寿命
锻件表面光洁,尺寸精度高
生产效率高
操作简单
锻模工艺
分模面选择
选在锻件最大截面处
选择应使模镗浅而对称
选择应使锻件上所加辅料最少
最好是平直面
板料冲压
特点
原材料具有足够的塑性,有较低的变形抗力
经过塑性变形的冷变形强化作用,具有结构轻巧,强度,刚度较高的优点
冲压后尺寸精度高,质量稳定,互换性好
操作简单,生产率高,易实现机械自动化
大批量生产条件下采用冲压方法在经济上才是合理的
基本工序
分离工序(使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序)
冲裁(落料,冲孔)
冲孔:在板料上冲处孔洞,被分离部分为废料
落料:被分离部分是成品,周边是废料
冲裁后断面地区分为:光亮带,剪裂带,圆角,毛刺
修正
提高尺寸精度,降低表面粗糙度
变形工序(位移而不被破坏的工序)
拉深(通常要进行退火)
弯曲(弯曲先尽量与坯料纤维垂直)
翻遍(在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘工序)
成形
起伏
胀形
压印(应用广)
焊接
分类
熔化焊(液相焊接)
电弧焊
电渣焊
电子束焊
激光焊
压力焊(固相焊接)
电阻焊
摩擦焊
冷压焊
超声波焊
爆炸焊
高频焊
扩散焊
钎焊(固相焊接)
软钎焊
硬钎焊
特点
优点
力学性能好,牢固密封
可化大为小,以小拼大
实现异种金属连接
焊接制造的金属重量轻,节约材料,制造周期短
缺点
接头组织性能与母材不同
应力变形大
易产生裂纹,夹渣,气孔
熔化焊(局部加热)
熔化焊三要素
热源(温度要高,保证金属快速融化)
熔池的保护
填充金属
电弧焊
直流电焊机焊接有正接与反接接线方式
正接:焊件接正极,焊条接负极(用于焊接厚,使用酸性焊条)
反接:焊件接负极,焊条接正极(焊接薄)
弧焊机
电弧焊时想获得优良的焊接接头,先要使电弧稳定燃烧的因素主要是电源设备
焊条
焊芯
作用
传导焊接时的电流,把电弧的电能转换为热能
与液体母材金属溶合形成焊缝
药皮
作用
提高电弧燃烧的稳定性
保护焊接溶池
保证焊缝脱氧
为焊缝补充金属元素
提高焊接生产率,减少飞溅
焊条分类
酸性焊条
焊接金属塑性和韧性较低
碱性焊条(低氢型焊条)
一般用于焊接重要结构,承受大的动载荷
焊条的选用
考虑焊缝金属力学性能和化学成分
考虑焊接构架使用性能
考虑焊接点受力条件
考虑施工条件和经济性
埋弧焊
埋弧自动焊用焊剂进行渣保护;适用于平直长焊缝和环焊缝的焊接
气焊
所有焊接方法中危险性最高之一
点火时
氧气瓶略微打开,以吹掉气路中的残留物,然后打开乙炔阀
熄火时
关乙炔阀,再关氧气阀
氩弧焊属于气体保护焊
压力焊(固态焊接)
摩擦焊(被誉为未来绿色焊接技术)
优点
接头质量好
效率高
节能,节材,低耗
焊接性好
环保,无污染
冷压焊
焊接质量稳定,生产率高,成本低
电阻焊
点焊
预压
通电
断电锻压
缝焊(过程与点焊相似)
爆炸焊
用炸药爆炸产生的冲击力造成工件迅速碰撞实现焊接
钎焊
特点
加热温度低,接头光滑,组织机械性能变化变形小
生产率高
设备简单,投资费用少
可焊异种金属,异种材料,对工件厚度无严格限制
接头强度低,耐热性差
工艺
烙铁钎焊(用于简单或很薄小零件的软钎焊)
火焰钎焊
侵沾钎焊
感应钎焊
炉中钎焊
真空钎焊
焊接工艺
接头组成(焊接方法连接的接头称为焊接接头)
焊缝区
在焊接接头横截面积上测量的焊缝金属区域
熔合区
熔合线两侧一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区
热影响区
过热区(最近)
过热区最差
正火区(中间)
力学性能最好
部分相变区(最远)
不完全结晶区,组织大小不一,力学性能下降
焊接接头坡口类型
V
加工方便
X
焊缝两面对称,应力和变形小
U
容易焊透,工件变形小;用于焊接比较厚的构件
选用原则
保证质量
便于施工
坡口加工简单
节省焊接材料
便于控制变形(平板对接的V坡口,角变形>X形坡口)
焊接应力的防止与消除
选用塑性好的材料
避免焊缝密集交叉,过长,截面过大
焊前预热
需要彻底的消除焊接应力;焊后去应力退火
金属可焊性
碳当量法(碳越少越好)
碳<0.4%时可焊性良好
碳=0.4%-0.6%时可焊性较差
碳>0.6%时可焊性不好
钳工
锉削
对工件上的平面,曲面,内外弧面,沟槽以及其他复杂表面加工
刀具
锉刀面,锉刀边,锉刀舌,锉刀尾,木柄
分类
普通锉
平锉
方锉
圆锉
半圆锉
三角锉
特种锉
用于加工特殊表面
什锦锉
修整工件上的细小部位
粗锉刀用于加工软材料;细锉刀用于加工硬材料或精加工;光锉刀用于最后修光表面
锉削加工方法
平面锉削
顺向锉削
用于小平面和最后修光工件
交叉锉削
去屑快,适用于平面的粗锉
推锉法
修正尺寸和减小表面粗糙度
曲面锉削
滚锉法
用于精锉外圆表面
横锉法
用于粗锉外圆弧表面
锯削
锯削工具
锯弓
固定式
可调试
锯条
粗齿锯条用于加工软,厚的材料
中齿锯条用于中等硬度材料
细齿锯条用于硬,薄的材料
锯削操作
工件夹装
应在虎钳的左边,便于操作
锯条安装
松紧得当,过松或者过紧都容易使锯条折断
起锯
一般采用远边起锯
锯削时锯齿崩落后,应将相邻的几个齿都磨成圆弧才可继续使用
注意事项
松紧得当,锯削时不可用力过猛
工件夹持牢固
注意锯缝的平直情况
机械制造过程
机械加工工艺过程
工序
一个或一组工人在一个工作地点对一个或几个工件连续完成的那一部分工艺
安装
在一个工序中,有的工件需要一次装夹或多次装夹
工位
工件在每一个加工位置所完成的加工内容
工步
在同一个工位,加工表面,刀具,切削速度和进给量不变的情况下所完成的工位内容
走刀
在加工表面上切削一次所完成的工步
机械加工工艺系统
机床的运动
表面形成运动
得到工件表面形状所需的运动
主运动(只有一个)
进给运动(配合主运动实现连续不断的切除多余金属层)
辅助运动(为表面行程创造条件)
空行程运动
切入运动
分度运动
操纵及控制运动
切削用量
切削速度
进给量
背吃刀量
刀具
外圆车刀是最基本,典型的切削刀具
影响刀具耐用度的主要因素
切削速度
切削厚度
影响最大的是切削速度;其次是切削厚度
切削宽度
车刀组成(三面两刃一尖)
刀面
前刀面
切削流过的表面
主后刀面
刀具与工件过渡的表面,相对作用
副后刀面
刀具与已加工表面相对并相互作用
切削刃
主切削刃
前刀面与后刀面的交线
完成切削任务
副切削刃
前刀面与副后刀面的交线
配合完成切削任务并最终形成已加工表面
刀尖是主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃(可以是一段直线或圆弧)
刀具几何关系
基面
切削平面
正交平面
刀具角度
基面内测量
主偏角
主切削刃与进给方向的夹角
副偏角
副切削刃与进给反方向的夹角
主要根据表面粗糙度的要求选取,一般为5-15度,粗加工取大值,精加工取小值
对刀具耐用度影响很大,减小主偏角和副偏角可使刀尖增大
刀尖角
主切削刃与副切削刃的夹角
正交平面内测量
前角
前刀面与基面的夹角,表示前刀面的倾斜程度
前角增大能使刀刃变得锋利,但强度会下降
后角
主后刀面与切削平面的夹角,表示主后刀面的倾斜程度
后角增大减小摩擦,过大会影响刀刃散热和强度
楔角
前刀面与后刀面的夹角
在切削平面内测量
刃倾角
主切削刃与基面之间的夹角
水平时,拉姆达s=0,对精加工和半精加工有利
最低时,拉姆达s<0,有利于提高刀尖强度,且有利于刀尖散热;切屑容易划伤已加工表面
最高点时,拉姆达>0,刀尖承受刀具与工件接触瞬间的冲击力,容易受冲击破坏
刀具材料具备的性能
高的硬度和耐磨
足够的强度和韧性
高耐热
良好的工艺性
经济性
高速钢
有较高的热稳定性,强度,硬度韧性,硬度,耐磨;制造简单可锻造,应用较广尤其是用于制造结构复杂的零件
硬质合金
高耐磨,高耐热;但抗弯强度差,冲击韧性差,很少用于制造整体刀具
夹具
夹具分类
通用夹具(三爪卡盘;小批量生产)
专用夹具(用途专一;大批量生产)
可调夹具(部分元件可更换,部分装置可调整)
组合夹具(灵活多变,万能性强,零件可重复使用)
随行夹具(随工件在各工序中的机床被定位夹紧)
夹具组成
定位元件
确定工件在夹具中的位置
夹紧装置
对刀和引导装置
确定刀具相对于夹具的位置
夹具体
联接元件
定位基准
用以确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点,线,面;在加工中用以定位的基准
工件在夹具中的定位
六点定位原理
用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度
支撑点定位
圆孔
外圆柱面
锥孔
完全定位与不完全定位
工件六个自由度完全被限制的定位称为完全定位
允许一个或者几个自由度不被限制的定位为不完全定位
欠定位与过定位
按照工序要求,工件应该限制自由度而没限制的定位为欠定位
工件同一个自由度被两个或两个以上的支撑点重复限制的定位为过定位
欠定位是绝不允许的;通常情况下应该避免过定位
消除过定位途径
改变定位元件结构
提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度
工艺尺寸链
尺寸链概念
尺寸链
封闭性
尺寸链按一定顺序排列,最后形成一个封闭图形
关联性
尺寸链中任何一个尺寸变化都会引起其他尺寸变化
尺寸链至少由三个或三个以上尺寸组成
尺寸链分类
工艺尺寸链
装配尺寸链
零件尺寸链
设计尺寸链
各组成尺寸为尺寸链的组成环
封闭环(间接获得)
它的尺寸受其他尺寸的变化而变化
在尺寸链中,封闭环只有一个,在最后加工或测量时得到的
组成环(直接获得)
封闭环以外的都是组成环
增环
减环
箭头方向沿着封闭图形的一个方向流动,各组成环尺寸线剪头相反为增环,相同为减环
封闭环的基本尺寸=所有增环的基本尺寸之和-所有减环的基本尺寸之和
金属切削过程
金属切削
第一变形区
近切削刃处切削层内产生的塑性变形区
第二变形区
与前刀面接触的切削层产生的变形区
第三变形区
近切削刃处已加工表面内产生的变形区
积屑瘤
积屑瘤的形成(塑性材料)
形成条件
塑性材料的加工硬化
速度高,温度高
防止积屑瘤的方法
降低切削速度,使温度较低
采用高速切削
积屑瘤容易在中温下产生
用润滑性能好的润滑液减小摩擦
增加刀具前角,减小前刀面接触应力
提高工件材料的硬度
切削过程规律
切削力来源
克服被加工材料对弹性变形的抗力
克服被加工材料对塑性变形的抗力
切屑对前刀面的摩擦力和后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力
切削合力
Fz:主切削或切向力;计算车刀强度
Fx:进给抗力,轴向力,走刀力;计算车刀进给功率
Fy:径向力;计算机床零件和车刀强度
切削力的变化
工件材料
硬度或强度提高,剪切屈服强度增大,切削力增大
塑性或韧性提高,切屑与前刀面摩擦增大,切削力增大
切削用量(背吃刀量)
刀具几何角度
前角增大,变形减小,切削力减小
主偏角
刃倾角
切削时不宜选用过大的负刃倾角;负刃倾角增大了切深抗力而产生振动
其他因素
刀具磨损
后刀面磨损增大,刀具变钝,切削力增大
刀具棱面
应选择较小宽度
刀具圆弧半径
半径增大,切削变形,摩擦增大,切削力增大
切削热和温度
切削热的产生与传导
切削热由切削功转变而来
剪切区变形
切屑与前刀面摩擦形成
已加工表面与后加工表面摩擦形成
塑性金属切削热主要由剪切区变形和前刀面摩擦形成,脆性金属切削热由后刀面摩擦热形成
影响温度主要因素
切削用量
刀具集合参数
工件材料
刀具磨损
合金刚强度大,导热系数小
切削液
油<乳液<水
刀具磨损与破损
刀具正常磨损
前刀面磨损
后刀面磨损增
边界磨损(前后刀面一起磨损)
从温度来看刀具正常磨损主要是热、化学磨损
机械磨损在低速易发生
化学磨损在高速下易发生
磨粒磨损
对高速钢作用明显
粘结磨损
扩散磨损
相变磨损
氧化磨损
化学性质磨损
切屑的类型及控制
切屑类型(由应力应变特性和塑性变形程度决定)
带状切削
挤裂切屑
单元切屑
塑性材料
崩碎切屑(抗压不抗拉)
脆性材料
工件材料切削加工性
调整化学成分
材料加工前后进行合适的热处理
选用加工性好的材料
切削液
冷却作用
润滑作用
洗涤和防锈作用
常用切削液选用
水溶液
一水为主加入防锈添加剂,冷却作用
切削液
主要润滑作用
乳化液
水油混合体
浓度低主要起冷却作用
浓度高主要起润滑作用
典型表面加工方法
机床分类
按机床通用性分为
通用机床
专门化机床
专用机床
按加工精度分为
普通精度
半精度
高精度
按机床自动化程度分为
手动
机动
半自动
自动机床
按主要工作器件数目分为
单刀机床
多刀机床
单轴机床
多轴机床
机床具有数控功能分为
一般数控机床
加工中心
柔性制造单元
机床型号必然包括
类别代号
组别和型别代号
主要性能参数代号
外圆表面加工方法
主要是车削和磨削
车削工艺特点
粗加工经济精度可达IT10;精加工经济精度可达IT7左右
易保证相互位置精度要求
刀具简单,制造,刃磨和安装方便
应用范围广
可以用精细车的办法实现有色金属零件的高精度加工
外圆柱表面加工精度主要影响
加工精度
尺寸精度
加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的公差带中心相符合程度
形状精度
直线度
平面度
圆度
圆柱度
线轮廓度,面轮廓度
位置精度
平行度
垂直度
倾斜度
同轴度
对称度
位置度
圆跳动,全跳动
圆柱母线的直线度是由车刀移动的轨迹保证的,导轨不直将增大工件表面的形状误差
圆柱母线与工件平行度是通过刀架移动的导轨和带着工件转动的主轴轴线相互位置保证
工件直径与长度的误差是由车刀相对于工件轴线径向和轴向的位置的准确度决定
外圆磨削
磨粒难脱落硬度高
硬度选取原则
硬选软砂轮,软选硬砂轮
接触面积大,工件导热性差选用软砂轮
精磨或形成磨削选用较硬的砂轮;粗磨选用较软的砂轮
砂轮气孔率低,防止砂轮堵塞,选用软砂轮
磨削过程(切削,刻划和摩擦抛光的综合过程)
滑擦阶段
刻划阶段
切削阶段
磨削方式
中心磨削
无心磨削
外圆表面磨削一般在外圆磨床或无心外圆磨床进行,也可采用砂带磨床磨削
减小磨削表面粗糙度,磨削用量应取
高的砂轮速度
小的纵向进给量
小的磨削深度
外圆表面精密加工
减小粗糙度方法
切削刃切削厚度适当小;砂轮修整细,硬;磨粒尺寸要细,砂轮速度要高,工件硬度要高
细表面粗糙度磨削
精密磨削
超精密磨削
镜面磨削
超精加工
研磨
一种简单又可靠的精密加工方法
内圆表面加工方法
钻孔加工
适用于加工外形复杂,没有对称回转轴的工件
扩孔加工
矫正原孔轴线的偏斜,铰孔前的预加工或质量要求的孔最终工序
镗孔加工
不能矫正原孔轴线偏斜;能保证孔的位置精度
铰孔加工
能改变表面粗糙度,不能纠正位置误差;对中小直径孔的精加工方法
生产率高,容易保证孔的精度和表面粗糙度
磨孔加工
适用于淬硬的孔;用同一砂轮,可以磨削不同直径的孔,灵活性大
孔的精密加工方法
精细镗孔
磨
研磨孔
平面加工方法
刨削加工
工艺特点
加工精度为精刨:IT7-IT10
通用性好,调整和操作方便
生产率一般较低,主运动为往复直线运动,返回不切削
适合单件小批量生产
铣削加工
工艺特点
精度IT10-IT7
生产效率高
容易振动
刀齿散热好
适用于批量生产
铣削加工范围
端铣
圆周铣
端铣加工质量和生产率比圆周铣高
逆铣:切削速度方向与工件进给方向相反
顺铣:切削速度方向与工件进给方向相同,表面质量高,刀具耐用度比逆铣高