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出版社 理工分社
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
出版社 理工分社
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机械基础
主 编：杨方勇
ISBN 978-7-5624-4228-8
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中等职业教育机械类系列教材——机械基础
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第1章 静力学基础
• 静力学是理论力学中的一个主要组成部分
理论力学是研究物体机械运动规律的科学
• 1.1 静力学基本概念
• 1.1.1 力的概念
• 1.力
• （1）力的概念。
• （2）力的特点。
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• 2.力的三要素
• 3.力的单位
• 4.力的图示法
图1.1
力的图示法示例
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5.力系的概念
（1）力系。
（2）合力。
（3）平衡力系。
1.1.2 静力学的基本公理
1.二力平衡公理
（1）公理内容。
图1.2
（2）矢量表示。
2.加减平衡力系公理
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二力平衡公理示例
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（1）公理内容。
（2）推论（力的可传性）。
3.力的平行四边形公理
（1）公理内容。
（2）矢量表示。
（3）推论（三力平衡汇交定理）。
（4）注意事项：汇交于同一点上的三个力
并不一定平衡。
• 4.作用与反作用公理
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• （1）公理内容。
• （2）公理示例。
• （3）注意事项。
图1.3
力的平行四边形公理示例
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图1.4
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作用与反作用公理示例
1.1.3 约束和约束反力
1.约束和约束反力
（1）自由体。
（2）非自由体。
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（3）约束。
（4）约束反作用力。
（5）主动力。
（6）约束反力。
2.常见约束类型
（1）柔性约束。
（2）光滑面约束。
（3）圆柱形铰链约束。
（4）固定端约束。
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图1.5
图1.7
柔性约束示例
圆柱形铰链约束示例
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图1.6
光滑面约束示例
图1.8
固定铰链约束示例
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图1.9
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活动铰链约束示例
图1.10
固定端约束示例
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图1.11 二力杆示例
• （1）确定研究对象。
• （2）进行受力分析。
• （3）画出作用在研究对象上的全部主动力
和约束反力。
• 4.物体受力分析示例
• （5）二力杆。
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1.1.4 物体受力分析和受力图
1.受力分析
2.受力图
3.画受力图的步骤
（1）确定研究对象。
（2）进行受力分析。
（3）画出作用在研究对象上的全部主动力
和约束反力。
• 4.物体受力分析示例
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图1.12
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钢球的受力图
• 1.2 平面汇交力系
• 1.2.1 平面汇交力系
• 1.平面力系
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• 2.平面汇交力系
• 1.2.2 平面汇交力系合成的解析法
• 1.力在坐标轴上的投影（力的分解）
图1.17 力在坐标
轴上的投影示例1
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图1.18 力在坐标轴上
的投影示例2
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图1.19
合力投影定理示例
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• 2.合力投影定理
• 3.平面汇交力系合成的解析法
• 4.平面汇交力系合成的计算示例
• 5.平面汇交力系的平衡方程及其应用
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图1.20 例1.3的图
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• 1.3 力矩和力偶
• 1.3.1 力矩简述
• 力对物体的作用效果有时能使物体产生转
动。
• 1.3.2 力矩和力矩的平衡
• 1.力矩
图1.27
扳手拧紧螺帽示意图
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• （1）矩心。
• （2）力臂。
• （3）力矩。
• （4）影响力矩的因素。
• 2.合力矩定理
• 3.力矩的平衡
• 1.3.3 力偶和力偶矩
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图1.29
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杆称的平衡
1.力偶
（1）力偶的含义。
（2）力偶的示例。
（3）力偶的特点。
2.力偶矩
图1.31 力偶的含义
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图1.32 力偶的示例
(a)拧水龙头 (b)转动方向盘
(1)力偶臂。
(2)力偶矩。
3.力偶的三要素和特性
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图1.33 力偶矩
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图1.34
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力偶的作用面
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图1.35
（1）力偶的三要素。
①力偶矩的大小。
②力偶矩的转向。
③力偶的作用面,如图1.35所示。
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• （2）力偶的特性。
• 4.平面力偶系的合成与平衡
• 5.力的平移定理
图1.37
力的平移
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• （1）力的平移定理实施步骤及说明。
• （2）力平移定理的应用。
图1.38 攻螺纹的受力情况
• 1.4 平面任意力系
• 1.4.1 平面任意力系的概念
• 在平面力系中，各力的作用线既不汇交于
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一点，又不完全相互平行的力系称为平面
任意力系。
图1.44 起重装置水平梁的受力
• 1.4.2 平面任意力系的平衡方程及其应用
• 1.平面任意力系的平衡条件及平衡方程
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• 2.平面任意力系平衡方程的应用
• 1.4.3 平面平行力系的平衡方程及其应用
• 1.平面平行力系的概念
图1.45
平面平行力系
• 2.平面平行力系的平衡条件和平衡方程
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• 3.平面平行力系平衡方程的应用
• 1.4.4 平面力系平衡问题的解法
• （1）根据题意，选取适当的研究对象，并
画出其受力图。
• （2）根据受力图上各力所构成的力系，列
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出相应的平衡方程，并求解未知量。
• （3）在画受力图时，可以先假设未知力的
指向，然后通过所求结果的正、负来判定
该力的正确指向。
图1.46
折梯及其受力图
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第2章 材料力学基础
• 2.1 材料力学基本概念
• 各种机器、设备和工程部件都是由构件组
成的。当它们在工作运行时，每一构件都
要受到力（载荷）的作用。
• 2.1.1 载荷与构件强度
• 1.载荷
• （1）静载荷。
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（2）动载荷。
①交变载荷。
②冲击载荷。
2.强度
2.1.2 材料力学的任务
2.1.3 材料力学的研究对象
1.材料力学的研究对象
2.杆件变形的基本形式
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图2.1 杆件的四种
基本变形形式
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• 2.2 拉伸和压缩
• 2.2.1 杆件拉伸和压缩的受力、变形特点
• 1.杆件拉伸和压缩的受力特点
图2.2 液压传动的活塞杆及其受力图
(a)液压传动的活塞杆 (b)液压传动活塞杆的受力图
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• 2.杆件拉伸和压缩的变形特点
图2.3 拉杆和压杆的变形特点（虚线为原形状）
(a)拉杆的变形特点(b)压杆的变形特点
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2.2.2 内力与截面法
1.内力的概念
2.内力的特点
3.求内力的方法（截面法）
（1）截面法的含义。
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图2.4
内力的概念
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• （2）截面法示例。
图2.5
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拉杆的内力
（3）轴力。
（4）截面法求内力的步骤。
4.求内力的示例
2.2.3 拉伸和压缩时横截面上的正应力
1.横截面上的正应力
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• （1）正应力的概念。
• （2）正应力的公式。
• （3）正应力的符号。
• （4）应力的单位。
图2.7 横截面上的正应力
• 2.横截面上正应力的计算
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3.危险截面
2.2.4 拉压变形和虎克定律
1.绝对变形与相对变形
（1）绝对变形。
图2.8 例2.2的图解
图2.9 拉压时的绝对变形
(a)拉伸的绝对变形 (b)压缩的绝对变形
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• 2.虎克定律
表2.1
几种常用材料的E值
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2.2.5 拉伸和压缩时材料的力学性质
1.材料力学性质的含义
2.材料力学性质的基本试验
（1）金属材料的分类。
（2）静载试验是常温下确定材料力学性质
的基本试验。
• ①对圆形截面的试件。
• ②对矩形截面的试件。
• 3.塑性材料拉伸时的力学性质
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图2.10 材料力学性质基本试验的试件
(a)圆截面试件 (b)矩形截面试件
图2.11 塑性材料拉伸时的力学性质
(a)F-ΔL曲线 (b)σ-ε曲线
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(1)弹性阶段。
(2)屈服阶段。
(3)强化阶段。
(4)颈缩阶段。
4.衡量材料塑性的指标
（1）伸长率δ。
• （2）截面收缩率ψ。
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• 5.脆性材料拉伸时的力学性质
• 6.材料压缩时的力学性质
图2.12
脆性材料拉伸时的力学性质
图2.13 材料压缩时的力学性质
(a)低碳钢压缩时的σ-ε曲线 (b)灰铸铁压缩时的σ-ε曲线
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• 2.2.6应力集中的概念
• 等截面直杆在轴向拉伸或压缩时，横截面
上的应力是均匀分布的，但在生产实践中，
由于工作或结构的需要，常在一些构件上
钻孔、开槽、车削螺纹或做成阶梯形杆。
图2.14
小圆孔杆件的拉伸试验
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2.2.7许用应力与安全系数
1.极限应力（危险应力）
（1）塑性材料的极限应力。
（2）脆性材料的极限应力。
2.许用应力
• 2.2.8拉伸和压缩的强度计算
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• 1.强度校核
• 2.选择截面尺寸
• 3.确定许用载荷
• 4.强度计算示例
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图2.16 汽车离合器踏板受力图
• 2.3 剪切和挤压
• 2.3.1 剪切
• 1.剪切的受力、变形特点
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（1）剪切机剪切钢板时的受力情况。
（2）受剪切零件的受力特点。
（3）受剪切零件的变形特点。
2.剪力和剪切应力
（1）剪力。
（2）剪切应力。
• 2.3.2 挤压
• 1.挤压的概念
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图2.20
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剪切机剪切钢板时的受力情况
图2.21 挤压图示
• 2.挤压应力
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图2.22 挤压面面积的计算
(a)接触面是平面 (b)挤压面是圆柱面的一部分
• 2.3.3 剪切与挤压的强度计算
• 1.剪切与挤压强度计算的依据
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2.剪切与挤压的强度计算示例
2.4 圆轴扭转
2.4.1 圆轴扭转的受力、变形特点
1.圆轴扭转示例
2.圆轴扭转时的受力特点
3.圆轴扭转时的变形特点
2.4.2 圆轴扭转时的内力
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• 1.外力偶矩（转矩）的计算
• 2.内力计算（扭矩的计算）
图2.27
圆轴扭转时的内力计算
• 2.4.3 圆轴扭转时的应力
• 1.截面上应力的分布规律
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图2.28
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扭矩的正负规定
图2.29
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图2.30 圆柱形轴的应力分布
(a)实心轴 (b)空心轴
• 2.切应力计算公式
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• 3.极惯性矩Ip和抗扭截面模量Wt的常用计
算公式
• （1）对于实心圆轴（圆轴直径为D）。
• （2）对于空心圆轴（空心圆轴内径为d，
外径为D）。
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• 2.4.4 圆轴扭转时的强度计算
• 1.圆轴扭转时的强度条件
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2.圆轴扭转强度计算示例
2.5 弯曲
2.5.1 弯曲的受力特点和变形特点
1.弯曲示例
在日常生活中，弯曲变形的现象普遍存在
，例如挑重物的扁担和钓鱼的竹竿，在
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使用中都会产生弯曲变形。同样，在工程
中也存在着弯曲。
• 2.弯曲的受力特点
• 3.弯曲的变形特点
图2.33 弯曲示例
• 2.5.2 平面弯曲
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图2.34
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梁的纵向对称面
2.5.3 梁的基本形式
1.简支梁
2.外伸梁
3.悬臂梁
2.5.4 梁的内力(剪力和弯矩)
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图2.35 梁的三种基本形式
(a)简支梁 (b)外伸梁 (c)悬臂梁
• 1.梁上的外力
图2.36
• 2.梁的内力
梁上载荷的常见形式
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图2.37
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简支梁的受力
3.剪力和弯矩符号的规定
（1）剪力符号规定。
（2）弯矩符号规定。
4.剪力方程、弯矩方程和剪力图、弯矩图
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图2.38
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2.5.5 梁的强度
1.纯弯曲的概念
2.梁在纯弯曲时的正应力分布规律
3.弯曲正应力计算公式
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图2.42
图2.41
• 4.梁的强度计算
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• 2.5.6 提高抗弯能力的方法
• 1.选用合理的截面形状，调节截面几何性
质
• 2.合理布置载荷
• 3.根据弯矩变化规律采用变截面梁
• 4.提高抗弯刚度的措施
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第3章
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机械工程材料
• 材料是指用来制造产品的物质。用来制造
机械工程中的零件和构件的物质叫做机械
工程材料。
• 3.1 金属材料的性能
• 3.1.1 金属材料性能的分类
• 金属材料的性能分为使用性能和工艺性能
。
• 1.使用性能
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• 2.工艺性能
• 3.1.2 物理性能
表3.1
• 1.密度
• 2.熔点
常用金属材料的物理性能
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3.热膨胀性
4.导热性
5.导电性
6.磁性
3.1.3 化学性能
1.耐腐蚀性
2.热安定性
3.1.4 力学性能
1.强度
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• （1）屈服强度。
• （2）抗拉强度。
• 2.塑性
• （1）延伸率（δ）。
• （2）断面收缩率（Ψ）。
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• 3.硬度
• （1）布氏硬度。
图3.1
• （2）洛氏硬度。
• （3）维氏硬度。
布氏硬度的测定
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图3.2 洛氏硬度的测定
表3.2
常用洛氏硬度值的符号、实验条件和应用
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• 4.冲击韧性
• 5.疲劳强度
图3.3
冲击韧性冲击功的测定
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3.1.5 工艺性能
1.铸造性（可铸性）
2.锻造性（可锻性）
3.焊接性（可焊性）
4.切削加工性（可切削性，机械加工性）
5.热处理工艺性能
3.2 钢铁材料
3.2.1 概述
钢铁材料是现代工业中应用最为广泛的材
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料。
• 3.2.2 纯铁
• 1．同素异晶转变过程
图3.4
纯铁的冷却曲线及晶格变化
图3.5
工业纯铁的显微组织
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• 2.晶格
图3.6 晶格和晶胞
(a)晶格 (b)晶胞
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• （1）体心立方晶格。
图3.7 体心立方晶格示意图
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（2）面心立方晶格。
（3）密排六方晶格。
3.2.3 合金
1.铁碳合金及其相结构
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图3.8
图3.9
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面心立方晶格示意图
密排六方晶格示意图
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（1）固溶体。
（2）金属化合物。
2.铁碳合金在固态下的几种基本组织
（1）铁素体。
（2）奥氏体。
（3）渗碳体。
3.3 碳素钢及合金钢
3.3.1 钢的类型
3.3.2 碳素钢
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1．碳素钢概述
（1）硅（Si）。
（2）锰（Mn）。
（3）硫（S）。
（4）磷（P）。
2.碳素钢的分类
3.碳素钢的牌号和用途
（1）普通碳素结构钢。
（2）优质碳素结构钢。
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• （3）碳素工具钢。
• 3.3.3 合金钢
• 合金钢是指在碳素钢的基础上，为了获得
某种特定的性能，有目的地加入一种或多
种其他合金元素的钢铁材料。
• 1.常用合金元素对合金钢性能的影响
• （1）铬（Cr）。
• （2）镍（Ni）。
• （3）锰（Mn）。
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（4）硅（Si）。
（5）钨（W）。
（6）铝（Al）。
（7）钛（Ti）。
（8）硼（B）。
（9）钒（V）。
（10）稀土元素（Re）。
2.合金钢的分类及牌号
（1）合金钢按化学成分分类。
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（2）合金钢按用途分类。
3.合金结构钢
（1）工程结构用钢（低合金结构钢）。
（2）机器制造用钢。
4.合金工具钢
（1）合金刃具钢。
（2）合金模具钢。
（3）合金量具钢（量具钢）。
5.特殊性能钢
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（1）不锈钢。
（2）耐热钢。
（3）耐磨钢。
3.4 铸铁
3.4.1 铸铁概述
含碳量在2.11%～6.69％的铁碳合金称为铸
铁。在实际生产中铸铁的含碳量一般为
2.5%～4.0%，铸铁的硅含量为0.8%～3%，
锰、硫、磷杂质的含量也比碳钢的含量高
。
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• 3.4.2 铸铁的分类
• 铸铁中的碳可以以渗碳体的形式存在，也
可以石墨的形式存在，根据碳在铸铁中的
存在形式，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸
铁、可锻铸铁和球墨铸铁四类。
• 1.白口铸铁
• 2.灰口铸铁
• 3.可锻铸铁
• 4.球墨铸铁
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图3.10 可锻铸铁的组织显微图
(a)铁素体可锻铸铁 (b)珠光体可锻铸铁
图3.11 球墨铸铁的基体组织显微图
(a)铁素体基体 (b)珠光体基体
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5.特殊性能铸铁
3.5 钢的热处理
3.5.1 热处理概述
热处理是指采用适当的方式对金属材料或
工件进行加热、保温和冷却，使金属材料
或工件获得预期的组织结构和所需性能的
工艺方法。
• 3.5.2 普通热处理
• 1.退火
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• 2.正火
图3.12
热处理的基本过程
• 3.淬火与回火
• （1）淬火。
图3.13
正火、退火工艺曲线图
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图3.14 淬火的加热温度
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①常用的淬火冷却方法。
②淬透性与淬硬性的概念。
（2）回火。
①回火的主要目的。
②回火的种类。
3.5.3 表面热处理
（1）感应加热表面淬火。
（2）火焰加热表面淬火。
3.5.4 化学热处理
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图3.16
图3.15
感应加热表面淬火
火焰加热表面淬火
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• 1.渗碳
• 渗碳是将低碳钢或低碳合金钢加热到900～
950 ℃、保温足够时间，使钢件表层渗入
碳原子，增高表层含碳量的热处理工艺。
• 2.氮化处理（渗氮）
• 氮化处理是向钢件的表面渗入氮原子，提
高钢件表层氮浓度，以形成硬度极高的氮
化层的热处理过程。
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图3.17
气体渗碳
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• 3.6 有色金属材料
• 3.6.1 有色金属概述
• 在工业生产中，通常把钢铁材料称为黑色
金属。
• 3.6.2 纯铝和铝合金
• 1.纯铝
• （1）高纯度铝。
• （2）工业纯铝。
• 2.铝合金
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•
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•
•
（1）形变铝合金。
①防锈铝合金。
②硬铝合金。
③超硬铝合金。
④锻铝合金。
（2）铸造铝合金。
3.6.3 铜及铜合金
1.纯铜
纯铜外观呈紫红色，又称紫铜。
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• 2.铜合金
• 在纯铜中加入锌（Zn），铝（Al），锡
（Sn），锰（Mn），镍（Ni）等合金元素
制成的合金统称为铜合金。
• （1）黄铜。
• ①普通黄铜。
• ②特殊黄铜。
• （2）青铜。
• ①锡青铜（普通青铜）。
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•
•
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•
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②特殊青铜（无锡青铜）。
（3）白铜。
3.6.4 轴承合金
在机械传动机构中，用来支承轴的零件称
为轴承。轴承分滚动轴承和滑动轴承两类
。其中滑动轴承具有承载能力强，工作平
稳，无噪音及检修方便等优点，所以应用
非常广泛。
• （1）锡基轴承合金。
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•
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•
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（2）铅基轴承合金。
3.7 非金属材料
3.7.1 非金属材料概述
在机械制造行业中，绝大部分产品都是金
属材料制成的，但在很多情况下也应用了
较多的非金属材料。
• 3.7.2 工程塑料
• 1.塑料的分类
• （1）按塑料受热后的工艺性能分类。
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•
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•
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①热塑性塑料。
②热固性塑料。
（2）按塑料的使用性能分类。
①通用塑料。
②工程塑料。
③特种塑料。
2.塑料的特性及用途
3.7.3 橡胶
橡胶是一种有机高分子材料。橡胶具有高
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•
•
•
•
•
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的弹性，优良的伸缩性能和积储能量的能
力，是常用的密封，减振及传动材料。
1.天然橡胶
2.合成橡胶
3.7.4 复合材料
由两种或两种以上性质不同的材料组合而
成的材料称为复合材料。
1.复合材料的特性
（1）比强度大。
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•
•
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•
•
（2）化学稳定性好。
（3）减摩耐磨性好、自润性好。
（4）高温性能好。
（5）成形工艺简单。
（6）其他特殊性能。
2.复合材料的分类和应用
（1）纤维复合材料。
（2）层叠复合材料。
（3）细粒复合材料。
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• （4）骨架复合材料。
• 3.7.5 粘胶剂（粘接剂）
• 粘胶剂是能把相同或不同的材料牢固地粘
接在一起的物质。
• 1.粘接的特点
• 2.粘胶剂的分类
• 3.7.6 陶瓷
• 用天然无机原料或人工无机化合物，经粉
碎成型，烧结等工艺制成的非金属固体材
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料称为陶瓷。
• 3.7.7 粉末冶金材料
• 粉末冶金材料是把两种或两种以上的金属
粉末（或非金属粉末）混合并经高压，烧
结等工艺制成的复合材料，又称为粉末合
金。
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第4章 通用机械零件
• 机器的种类很多，各种机器上的零件也不
完全相同。要了解一台机器，首先必须认
识组成机器的各种零件，然后才能了解整
台机器传动过程，工作原理及操纵、控制
方法。
• 4.1 轴
• 4.1.1 轴的概念
• 1.轴的含义
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• 在机器中，用来支承回转零件及传递运动
和转矩的零件称为轴。轴是组成机器中最
基本和最重要的零件之一。
• 轴的主要作用是（1）传递运动和转矩；（
2）支承回转零件。
• 2.轴应具有的基本条件
• 由于轴的主要作用是传递运动和动力，所
以轴应具有足够的强度，合理的结构和良
好的工艺性。
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• 4.1.2 轴的分类和应用特点
• 轴的截面一般是圆形，按其轴心线形状的
不同，轴可分为直轴、曲轴和软轴等三类
。
• 1.直轴
• 2.直轴的分类
• （1）直轴按其承载情况的不同，可分为传
动轴、心轴和转轴等3种。
• （2）直轴根据外形的不同，可分为光轴和
阶梯轴两种。
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图4.1
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传动轴示例
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图4.2 心轴示例
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图4.3
• 3.曲轴
• 4.软轴
转轴示例
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图4.4
曲轴
图4.5
软轴
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•
4.1.3 轴的常用材料
1.普通碳素结构钢
2.优质碳素结构钢
3.合金结构钢
4.高强度铸铁和球墨铸铁
4.1.4 轴的结构
1. 轴的主要组成部分
（1）轴伸。
（2）轴颈。
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（3）轴头。
（4）轴身。
（5）轴肩和轴环。
2．轴的结构
（1）轴上载荷的性质、大小、方向及分布
情况。
• （2）轴与轴上零件、轴承和机架等相关零
件的结合关系。
• （3）轴的加工工艺和装配工艺等，如图
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4.6所示。
图4.6
影响轴结构的主要因素示例图
• 3．轴的结构形式应满足的基本要求
• (1)轴的受力合理。
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• （2）轴与相关零件的定位准确、固定可靠
。
• （3）轴上零件应便于装拆和调整
• （4）轴应便于加工制造。
• （5）应尽量减小应力集中，减轻重量和节
省材料。
• 4.1.5 轴上零件的固定
• 轴上零件固定的目的是，通过对轴及轴上
零件，进行准确的定位和可靠的固定，以
保证机械的正常工作。
• 1.轴向固定
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表4.1
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轴上零件的轴向固定的方法
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• 2.周向固定
表4.2
轴上零件周向固定的方法
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• 4.1.6 轴的工艺性结构
• 1.加工工艺性结构
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• 轴的结构除了受到零件固定与支承方式的
影响以外，还要受到加工、装配等工艺性
要求的影响。
图4.7
砂轮越程槽
图4.8
螺纹退刀槽
• 2.装配工艺性结构
• （1）零件各部位装配时，不能互相干涉。
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图4.9
不同轴段的键槽布置在轴的同一母线上
图4.10
零件各部位装配时，不能互相干涉
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•
•
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（2）轴的结构应便于轴上零件的装配。
3.提高轴的疲劳强度
（1）改进结构，减小应力集中。
（2）降低表面粗糙度，减小应力集中。
（3）采用表面热处理和冷加工。
图4.11 轴的结构应便于轴上零件的装配
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• 4.2 轴承
• 4.2.1 轴承的分类
• 轴承是用来支承轴，保持轴的旋转精度，
并减少转轴与支承之间的摩擦和磨损的零
件。
• 1.向心轴承
• 2.推力轴承
• 3.向心推力轴承
• 4.2.2 滑动轴承
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图4.12
•
•
•
•
向心轴承
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图4.13
1.滑动轴承的特性
2.滑动轴承的应用
3.普通滑动轴承的结构
（1）整体式向心滑动轴承。
推力轴承
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• ①整体式向心滑动轴承的结构。
图4.14
整体式向心滑动轴承结构
• ②整体式向心滑动轴承的特点。
• ③整体式向心滑动轴承的应用。
• （2）剖分式滑动轴承。
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• ①剖分式滑动轴承的结构。
• ②剖分式滑动轴承的特点。
图4.15
剖分式滑动轴承的结构整
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•
•
•
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•
•
•
•
4.轴瓦结构
（1）整体式轴瓦（轴套）。
（2）剖分式轴瓦。
5.滑动轴承安装、维护要点
（1）轴瓦修刮要点。
（2）轴承安装要点。
（3）轴承使用维护要点。
4.2.3 滚动轴承
1.滚动轴承的特性
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图4.16
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整体式轴瓦
图4.17 轴承衬
图4.18
常见的油沟形状
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• （1）启动灵活，运转效率高。
• （2）可用预紧的方法提高支承刚度及旋转
精度。
• （3）在轴颈直径相同时，滚动轴承的宽度
较小，轴向尺寸紧凑。
• （4）润滑简便。安装、维修都较方便。
• （5）已实现标准化、系列化、专业化生产，
规格种类多，价格便宜。
• （6）能在较广泛的载荷范围、转速范围及
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
•
•
•
•
•
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精度范围内工作。可满足各种不同工作条
件的要求。
（7）承受冲击载荷的能力较差。高速运转
时噪声较大。
（8）轴承不能剖分。不宜用于长轴和曲轴
中间的轴承。
（9）径向尺寸大。寿命较低。
2.滚动轴承的基本结构
3.滚动轴承的代号
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
图4.19
滚动轴承的结构
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图4.20 常见的滚动体
(a)圆球 （b）短圆柱滚子 （c）圆锥滚子
（d）球面滚子 （e）滚针
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• （1）基本代号（滚针轴承除外）。
• ①类型代号。
• ②尺寸系列代号。
表4.4 轴承内径代号
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• ③内径代号。
• （2）前置、后置代号。
• （3）滚动轴承代号标记示例。
图4.22 滚动轴承代号标记示例2
图4.23 滚动轴承代号标记示例3
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图4.24
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滚动轴承代号标记示例4
图4.25 滚动轴承代号标记示例5
• 4.滚动轴承的类型
• 5.滚动轴承类型的选择
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表4.5 常用滚动轴承的类型、代号及特性
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（1）轴承的载荷。
（2）轴承的转速。
（3）刚性及调心性能要求。
（4）装拆的要求。
（5）经济性要求。
6.滚动轴承的固定方法
7.滚动轴承的游隙及游隙的调整
（1）滚动轴承的游隙。
（2）滚动轴承游隙的调整。
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表4.6
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内圈的轴向固定
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8．滚动轴承的预紧及预紧方法
常用的滚动轴承预紧方法为：
①成对使用单列向心推力球轴承预紧。
②单个使用轴承的预紧。
③带有锥孔内圈轴承的预紧。
4.2.4 滚动轴承的装配
1．滚动轴承的装配要求
2．滚动轴承的装配方法
4.2.5 滚动轴承的拆卸
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图4.27
图4.26 压力机械压入轴承
油浴法加热轴承示意图
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图4.28
用压力机拆卸圆柱孔轴承
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图4.29
用拉出器拆卸圆柱孔轴承
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4.3 键联接
4.3.1 键联接的用途
1．实现轴和轴上零件之间的周向固定
2．传递力和力矩
图4.30 键联接的主要用途
(a)皮带轮与轴的平键联接 （b)内燃机中锥轴与轮毂的半圆键联接
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• 4.3.2 平键和半圆键联接
• 1．平键和半圆键联接的特点
图4.31 普通平键、半圆键
（a）A型普通平键 （b）B型普通平键 （c）C型普通平键 (d)半圆键
• 2. 平键的标记和标准
• （1）平键的标记。
• （2）普通平键的规格。
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图4.32
半圆键联接
• 3．平键联接的类型
图4.33
平键联接的结构形式
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
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（1）普通平键联接。
（2）导向平键联接。
（3）滑键联接。
4. 平键联接配合类型的选用
（1）平键的宽度配合公差。
（2）键槽宽度配合公差。
5．平键联接的装配技术要求
（1）主要保证键与键槽的配合要求。
（2）键与键槽应具有较小的表面粗糙度。
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• （3）键装入键槽中，应与槽底贴紧，键的
长方向与轴槽有0.1 mm的间隙。键的顶面
与轮毂槽之间有0.3～0.5 mm的间隙。
• 4.3.3 楔键联接
图4.34
普通平键联接
图4.35
导向平键联接
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图4.36
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滑键联接
图4.37 楔键及楔键联接
（a）普通楔键（b）钩头楔键（c）楔键联接
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• 4.3.4 花键联接
• 花键联接的特点是：轴的强度高，传递扭
矩大，对中性及导向性好，但制造成本高
。花键联接广泛应用在机床、汽车、飞机
等制造行业中。
图4.38 矩形花键
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
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4.4 螺纹联接
4.4.1 螺纹概述
1．螺纹联接的特点及用途
螺纹联接是利用螺纹零件把其他零件联接
在一起的可拆联接。
2. 螺纹的形成
4.4.2 螺纹的主要参数
1．单线螺纹与多线螺纹
2．螺纹的旋向
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图4.39
图4.42
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螺纹的形成
单线螺纹与双线螺纹
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• （1）以顺时针方向旋入的螺纹称为右旋螺
纹，以逆时针方向旋入的螺纹称为左旋螺
纹。
• （2）用右手法则判定。
• 3．牙型、牙型角α、牙型半角α/2
• 4．大径D，d
• 5．小径D1，d1
• 6．中径D2，d2
• 7．螺距P
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图4.43 螺纹的旋向
(a)左旋螺纹 (b)右旋螺纹
图4.44
牙型角α、牙型半角α/2等参数
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•
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•
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图4.45
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螺纹大径、小径、螺距
8．导程Ph
9．螺纹升角Ψ
10．旋合长度
4.4.3 螺纹的类型
1．普通螺纹
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图4.46 螺纹牙型
（a）三角形 （b）梯形 （c）锯齿形 （d）矩形
•
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•
•
2．管螺纹
3．矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹
4. 螺纹的种类、标记和应用
（1）常用螺纹的标记
（2）螺纹的种类、标记和应用
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图4.47 管螺纹
(a)55°圆柱管螺纹 （b）55°圆锥管螺纹
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表4.8
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螺纹的种类、标记示例和应用
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• 4.4.4 螺纹联接的基本类型
• 螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆卸的
固定联接。
• 1．螺栓联接
• 2．双头螺柱联接
• 3．螺钉联接
• 4．紧定螺钉联接
• 4.4.5 常用的螺纹联接件
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图4.48 螺栓联接
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图4.49
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双头螺柱联接
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图4.51 紧定螺钉联接
图4.50
螺钉联接
• 4.4.6 螺纹联接的装拆工具
• 1.扳手
• (1)活动扳手。
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图4.52
• （2）专用扳手。
• （3）钳形扳手。
• 2．螺钉旋具
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常用的螺纹联接零件
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图4.53 通用扳手
（a）活扳手 （b）活扳手的使用
图4.54
开口扳手
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图4.55 整体扳手和内六角扳手
（a）整体扳手 （b）内六角扳手
图4.57
钳形扳手
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图4.56
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成套套筒扳手
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图4.59
图4.58 标准旋具
（a）一字旋具 （b）十字旋具
• 4.4.7 螺纹联接的装配方法
• 1.双头螺柱的装配要点
弯头旋具
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• （1）应保证双头螺栓与机体螺纹的配合有
足够的紧固性，拧紧或拆卸螺母时，双头
螺栓不应发生偏斜，否则容易损坏螺孔。
通常螺柱的紧固端应采用具有足够过盈量
的配合。
• （2）双头螺栓的轴心线与机体表面必须保
持垂直，通常可用90°角尺或目测判断。
• （3）拧入双头螺栓前，必须在螺纹部分加
润滑油，以免拧入时产生咬合现象，同时
也使以后拆卸更换时，较为方便。
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
•
•
•
•
•
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2．双头螺柱的装配方法
（1）用两个螺母锁紧装配。
（2）用长螺母和止动螺钉锁紧装配。
3．螺母和螺钉的装配要点
（1）机体与螺母和螺钉的贴合平面应经过
加工，以保证贴合平面有足够的表面精度
和形状精度，防止联接件的松动或使螺钉
弯曲。
• （2）注意螺母和螺钉以及螺孔的清洁，特
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
•
•
•
•
•
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别是螺孔的清洁，以免螺纹表面遭到损坏
。
（3）拧紧成组螺母或螺钉时，必须按一定
顺序拧紧，并做到分次逐步拧紧，否则会
使被联接件产生受力不均和不规则变形，
如图4.62所示。
（4）拧紧力矩必须适当。
4.4.8 螺纹联接的防松
1．螺纹联接产生松动的原因
2. 增大摩擦力防松
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图4.60 用90°角尺检验
双头螺栓装配的垂直度
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图4.62 拧紧圆形和分方形布成组螺目的顺序
（a）圆形布置 （b）方形布置
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图4.61
(a)用两个螺母锁紧装配 (b)用长螺母锁紧装配
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• （1）利用锁紧螺母防松。
• （2）利用弹簧垫圈防松。
图4.63
用锁紧螺母防松
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•
•
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3.机械防松
(1）利用开口销与带槽螺母放松。
(2) 利用止动垫圈防松。
(3) 串联钢丝防松。
图4.64 用弹簧垫圈防松
图4.65 用开口销防松
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图4.66
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用带耳的止动垫圈防松
图4.67
用串联钢丝防松
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• 4.其他防松方法
• （１）点铆法防松。
• （２）粘接法防松。
图4.68 用点铆法防松
（a）侧面冲点 （b）端面冲点 （c）钉头冲点图
4.69 用粘接法防松
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• 4.5 联轴器、离合器、制动器
• 4.5.1 联轴器、离合器、制动器概述
• 在机械设备中，通常不能用一根轴将运动
和转矩从原动机一直传递给工作机构，必
须将几根轴联接成一体进行传递。
• 4.5.2 联轴器
• 常用联轴器可分为刚性联轴器、弹性联轴
器和安全联轴器三大类。
• 1．刚性联轴器
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• （1）刚性固定式联轴器。
• （2）刚性可移式联轴器。
图4.70 凸缘联轴器
(a)YLD型凸缘联轴器 (b)YL型凸缘联轴器 (c)实物示意图
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图4.71 套筒联轴器
（a）用键联接 （b）用销联接
图4.73 齿式联轴器
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图4.72 两轴轴线的同轴度误差
(a)轴向位移 (b)径向位移 (c)角位移 (d)综合位移
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图4.74 十字滑块联轴器
图4.76 弹性套柱销联轴器
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出版社 理工分社
图4.75 万向联轴器
(a)一个万向联轴器的结构（b）两个万向联轴器的结构（c）工程案例（d）实物
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• 2.弹性联轴器
• （1）弹性套柱销联轴器（GB/T 4323—
1984）。
• （2）弹性柱销联轴器（GB/T 5014—1985
）。
• （3）轮胎式联轴器（GB/T 5844—1986）
。
• 3．安全联轴器
• 4.5.3 离合器
• 离合器是在机器工作时，能随时使两轴接
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合或分离的部件。
图4.77
弹性柱销联轴器
• 1. 牙嵌式离合器
• 2．摩擦离合器
• （1）单片摩擦离合器。
图4.78 轮胎式联轴器
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图4.79 安全联轴器
（a）单剪式安全联轴器 (b)双剪式剪切销安全联轴器
• （２）多圆盘摩擦离合器。
• 4.5.4 制动器
• 制动器是用来减低机械的运转速度或使机
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械停止运转的部件。
图4.80
牙嵌式离合器
• 1.锥形制动器
• 2.带式制动器
• 3.常闭式电磁制动器
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图4.81 单片摩擦离合器
图4.82
多圆盘摩擦离合器
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图4.83
图4.84
带式制动器
锥形制动器
图4.85
电磁制动器
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• 4.6 摩擦、磨损与润滑、密封
• 4.6.1 摩擦、磨损、润滑
• 各类机器在工作时，各零件相对运动的接
触部分都存在着摩擦。摩擦是机器运转过
程中不可避免的物理现象。
• 4.6.2 摩擦
• 1．摩擦力与摩擦
• 2．摩擦的分类
• （1）干摩擦。
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
图4.86摩擦的类型
(a)干摩擦 (b)液体摩擦 (c)边界摩擦 (d)混合摩擦
•
•
•
•
（2）液体摩擦。
（3）边界摩擦。
（4）混合摩擦。
4.6.3 磨损
出版社 理工分社
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1.磨损过程
（1）跑合磨损阶段。
（2）稳定磨损阶段。
（3）剧烈磨损阶段。
2.磨损的类型
（1）黏着磨损。
（2）磨料磨损。
（3）疲劳磨损。
（4）腐蚀磨损。
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
（5）冲蚀磨损。
4.6.4 机械的润滑
1．润滑的作用
（1）减少摩擦，减轻磨损。
（2）降温冷却。
（3）清除杂质。
（4）防止腐蚀。
（5）缓冲减振。
（6）密封防尘。
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中等职业教育机械类系列教材——机械基础
•
•
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•
出版社 理工分社
2．对润滑剂的基本要求
（1）具有一定的黏性。
（2）较好的化学安定性和机械安定性。
（3）较高的耐热、耐寒及导热能力。
（4）可靠的防锈性、密封性和良好的清洗
作用。
• 3．润滑剂的类型
• （1）矿物润滑油和皂基润滑脂。
• （2）固体润滑剂。
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•
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•
•
•
•
•
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（3）气体润滑剂。
（4）添加剂。
4．润滑油
常用润滑油主要分为矿物润滑油、合成润
滑油和动植物润滑油三类。
（1）润滑油的特点。
（2）润滑油的性能指标。
①黏度。
②油性。
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
•
•
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•
•
•
•
•
•
③闪点。
④凝点。
⑤倾点。
（3）润滑油的选用原则。
5．润滑脂
（1）润滑脂的特点。
（2）润滑脂的适用范围。
（3）润滑脂的主要性能指标。
①滴点。
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•
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•
•
•
•
•
•
②锥入度（针入度）。
（4）润滑脂的常用类型。
6．润滑方式和润滑装置
（1）手工定时润滑（间歇润滑）。
（2）连续润滑。
①油绳、油垫润滑。
②针阀式注油油杯润滑。
③油浴、溅油润滑。
（3）油雾润滑。
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中等职业教育机械类系列教材——机械基础
图4.87 常用油杯的结构
（a）压配式压注油杯（b）旋盖式油杯（c）旋套式注油杯
•
•
•
•
7．典型机械零件的润滑
（1）滑动轴承的润滑。
①润滑剂类型的选择。
②润滑剂黏度的选择。
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图4.88
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油绳润滑
图4.89 针阀式注油油杯润滑
图4.90
油浴、溅油润滑
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
表4.9
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润滑剂类型的选择
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•
•
•
•
•
•
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③润滑脂的选择
（2）滚动轴承的润滑。
①润滑剂类型的选择。
②润滑方法的选择。
4.6.5 密封装置
在机械设备中，为了防止润滑剂的泄漏，
同时也防止灰尘、杂质和水分等进入润滑
部位，必须对润滑点进行可靠的密封。
• 1．对密封的基本要求
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
•
•
•
•
•
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（1）密封性好。
（2）密封可靠。
（3）摩擦小、易加工、价格低。
2.常用动密封种类
（1）接触式旋转动密封。
图4.91
毛毡密封
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• （2）非接触式旋转动密封。
图4.92 O型橡胶圈密封
图4.93
J型橡胶圈密封
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第5章
•
•
•
•
•
•
•
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常用机械传动机构
5.1 机器和机械传动概述
5.1.1 机器与机构
1．机器
（1）机器的共同特征。
（2）机器的分类。
2．机构
（1）机构是人为实体（构件）的组合。
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
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（2）各运动实体之间具有确定的相对运动。
3.构件和零件
（1）构件。
（2）零件。
（3）构件的分类。
4．机器的组成
图5.1 单缸内燃机
（1）原动机部分。
（2）执行部分。
（3）传动部分。
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• （4）操纵控制部分。
• 5.1.2 运动副
• 机构的重要特征是构件之间具有确定的相
对运动，机构可以完成运动和力的传递和
变换。
• 1.低副
• （1）转动副。
• （2）移动副。
• （3）螺旋副。
图5.2
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
图5.3
•
•
•
•
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低副的常用类型
2．高副
3．低副机构和高副机构
5.2 平面连杆机构
5.2.1 机构的基本类型
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图5.4 高副的常用类型
• 把各种不同的构件，按照一定的运动副联
接起来就能组成不同的机构。
• 5.2.2 平面连杆机构的含义
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
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• 平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副
或移动副相互联接而组成的，在同一平面
或相互平行平面内运动的机构。
• 5.2.3 铰链四杆机构
• 平面四杆机构中，构件之间用4个转动副相
联接的平面四杆机构，称为平面铰链四杆
机构，简称铰链四杆机构。
• 5.2.4 铰链四杆机构的组成
• 1.机架
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
•
•
•
•
•
•
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2.连杆
3.连架杆
4.曲柄
5.摇杆
5.2.5 曲柄摇杆机构及其运动特性
1.曲柄摇杆机构
图5.5
铰链四杆机构的组成
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图5.6
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鄂式破碎机与曲柄摇杆机构
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• 2.曲柄摇杆机构的运动特性
• （1）急回运动特性。
图5.7
缝纫机的踏板机构
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图5.8 曲柄摇杆机构的急回运动特性
• （2）死点位置。
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图5.9 钻床夹紧机构
•
•
•
•
5.2.6 双曲柄机构及其运动特性
1.不等长双曲柄机构
2.平行双曲柄机构
（1）利用惯性。
出版社 理工分社
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
出版社 理工分社
图5.10
图5.11
不等长双曲柄机构
不等长双曲柄机构的应用
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图5.12 平行双曲柄机构
图5.13 增设辅助构件
（a）结构图（b）机构运动简图
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• （2）增设辅助构件，如图5.13（b）所示,
中间轮可以看成一个添加的辅助曲柄EF。
• （3）采取多组相同机构错列，如图5.14所
示，蒸汽机车车轮联动机构，就是由两组
曲柄滑块机构EFG与E′F′G′组成的，而
两者的位置相互错开90°。
图5.14
采取多组相同机构错列
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
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• 3.反向双曲柄机构
图5.15
反向双曲柄机构的机构运动简图
图5.16 车门启闭机
构
• 5.2.7 双摇杆机构及其运动特性
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
图5.17 双摇杆机构
图5.19
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图5.18 自卸载货汽车的翻斗机构
港口用起重机
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• 5.2.8 铰链四杆机构各基本形式的形成条
件
• 如前所述，铰链四杆机构3种基本形式的根
本区别在于机构中是否存在曲柄及曲柄存
在的数量。
• 1．铰链四杆机构中曲柄存在的条件
• 2．铰链四杆机构3种基本类型的判别方法
• 5.2.9 其他常见的连杆机构
• 1．曲柄滑块机构
• 2．偏心轮机构
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图5.20 曲柄滑块机构
图5.21
图5.22
偏心轮机构
内燃机的曲柄滑块机构
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• 5.3 凸轮机构
• 在机械工业中，凸轮机构是一种常用的机
构，特别是自动化机械中，它的应用更为
广泛。
• 5.3.1 凸轮机构的组成、特点
• 1. 凸轮机构的组成
• 2. 凸轮机构的特点及应用
• 5.3.2 凸轮机构的分类
• 1. 按凸轮的形状分类
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图5.26 靠模车削机构
图5.25
凸轮机构的组成
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•
•
•
•
（1）盘形凸轮机构。
（2）移动凸轮机构。
（3）圆柱凸轮机构。
（4）圆锥凸轮机构。
图5.27 凸轮的形状分，凸轮机构的类型
（a）盘形凸轮机构（b）移动凸轮机构（c）圆柱凸轮机构
（d）空间凸轮机构（e）圆锥凸轮机构
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• 2．按从动杆的运动方式分类
• （1）移动（直动）从动杆凸轮机构。
• （2）摆动从动杆凸轮机构。
图5.28 按从动杆的运动方式分，凸轮机构的类型
（a），(c)移动（直动）从动杆凸轮机构（b）摆动从动杆凸轮机构
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•
•
•
•
3．按从动杆的端部结构形式分类
（1）尖顶从动杆凸轮机构。
（2）滚子从动杆凸轮机构。
（3）平底从动杆凸轮机构。
图5.29 从动杆的端部结构形式
（a）尖顶（b）滚子（c）平底
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中等职业教育机械类系列教材——机械基础
•
•
•
•
出版社 理工分社
（4）曲面（含球面）从动杆凸轮机构。
5.3.3 凸轮机构的有关参数
1. 基圆半径
2. 行程和转角
图5.30 曲面（含球面）
从动杆凸轮机构
图5.31
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• 5.4 间歇运动机构
• 5.4.1 间歇运动机构的含义、应用、常用
类型
• 1．间歇运动机构的含义及应用
• 2．常用的间歇运动机构类型
• 5.4.2 棘轮机构
• 1.棘轮机构的组成
• 2．棘轮机构的类型
• （1）单动式棘轮机构。
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• （2）双动式棘轮机构。
图5.32
棘轮机构的组成
图5.33
• （3）可变向棘轮机构。
• （4）摩擦式棘轮机构。
• 5.4.3 槽轮机构
双动式棘轮机构
中等职业教育机械类系列教材——机械基础
图5.34
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可变向棘轮机构
图5.36
图5.35
摩擦式棘轮机构
槽轮机构的组成
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• 1.槽轮机构的组成
• 2.槽轮机构的特点与应用
图5.37
电影机卷片机构
• 5.4 带传动
• 5.4.1机械传动
图5.38 数控机床的
自动换刀机构
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• 用来传递动力和运动的机械装置称为机械
传动装置。
• 5.4.2 带传动的工作原理和传动比
• 1. 带传动的含义及组成
• 2. 带传动的工作原理
• 3. 带传动的传动比
图5.39 带传动装置
• 4．带传动的特点
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• 5.4.3 传动带、带传动的类型及应用
• 传动带，按带的截面形状的不同分为V带、
平带、圆带和同步带。相应的带传动就可
分为V带传动、平带传动、圆带传动和同步
带传动。
• 1．平带
• 2．Ｖ带
• 3．圆形带
• 4．齿形带(同步带)
图5.40 平带的截面形状
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图5.41 V带及其带轮
（a）V带 （b）带轮
•
•
•
•
5.4.4 平带传动
1.平带传动的常用形式
（1）开口传动。
（2）交叉传动。
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图5.42 家用缝纫机用圆带传动
图5.43 齿形带
（a）齿形带（b）齿形带带轮（c）齿形带传动
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• 2.平带传动的主要参数
• （1）包角α。
• （2）带长L。
•
•
•
•
图5.44
开口传动
图5.45
5.4.5 V带传动
1.V带的结构和类型
2.普通V带的型号和主要参数
（1）普通V带的型号。
交叉传动
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图5.46 V带的结构
（a）绳芯结构（b）帘布芯结构
表5.1
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•
•
•
•
•
•
•
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（2）变通V带的主要参数
5.4.6 带轮
1. 带轮的组成
2．带轮的安装
图5.47 带轮的组成
5.4.7 普通V带传动的正确使用
1. 张紧力的调整
（1）改变两带轮的中心距，来调节张紧力
，如图5.49所示。
• （2）用张紧轮张紧，如图5.50所示。
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图5.48 V带轮的类型
（a）实心带轮（b）腹板带轮（c）孔板带轮（d）轮辐式带轮
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图5.49
改变两带轮的中心距，来调节张紧力
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图5.50 平带传动张紧轮的位置
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图5.51
V带传动张紧轮的位置
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• 2．V带正确的安装、调整、使用和维护
• （1）选用普通V带时，要注意V带的型号和
基准长度是否正确，以保证V带在轮槽中的
正确位置。
• （2）安装带轮时，各带轮轴线应相互平行，
各带轮相对应的V形槽的对称面应重合，如
图5.53所示。
• （3）V带张紧程度要适当。
• （4）对V带传动要定期检查并及时调整。
• （5）V带传动必须安装防护罩。
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图5.52 V带在轮槽中的位置
（a）正确（b）错误（c）错误
图5.53
安装带轮时，各带轮轴线应相互平行
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图5.54V 带张紧程度，
以大拇指能按下10 ～15 mm为宜
•
•
•
•
5.5 链传动
5.5.1 链传动及其传动比
1. 链传动的工作原理
2. 链传动的传动比
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图5.55
• 5.5.2 链条的常用类型
• 按用途不同，链传动的链条可分为3类：
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
1. 传动链
2. 输送链
3. 起重链
5.5.3 传动链的类型和结构
1. 套筒滚子链
（1）套筒滚子链的结构。
（2）套筒滚子链接头。
2. 齿形链
（1）齿形链的结构及特点。
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图5.56
套筒滚子链的结构
• 5.5.4 链传动的应用特点
• 1．链传动的主要特点
• 2．链传动的适用范围
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图5.57
双排链
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图5.58 套筒滚子链接头形式
（a）开口销式（b）卡簧式（c）过渡链节式
图5.59
齿形链的结构
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• 5.6 齿轮传动
• 5.6.1 齿轮传动概述
• 齿轮传动是利用齿轮副中的主动齿轮和从
动齿轮的轮齿直接啮合，来传递运动和动
力的机械传动装置。
• 5.6.2 齿轮传动的应用特点及分类
• 1. 齿轮传动的应用特点
• 与摩擦轮传动、带传动和链传动等比较，
齿轮传动有如下特点：
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• （1）适用范围广，传递的功率和速度范围
大（齿轮有直径最小不到1 mm的仪表齿轮
，也有直径达10 m以上的重型齿轮，齿轮
所传递的功率可达10万kW，它的圆周速度
可达300 m/s，转速可达10 000 r/min）。
• （2）传动比精确，运转平稳，传递运动准
确可靠。
• （3）传动效率高（一般可为94%～99%）,
磨损小，使用寿命长。
• （4）结构紧凑,可实现较大的传动比（一
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•
•
•
•
•
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般圆柱齿轮的传动比为5～8，通过组合可
实现多种变速和换向）。
（5）齿轮的制造和安装精度要求较高。齿
轮需要专用设备加工制造，且制造工艺复
杂，因而造价较高。
（6）不宜直接用于两轴中心距较大的传动
。
2. 齿轮传动的常用类型
（1）根据齿轮两轴的相对位置分类，可分
为：
①两轴平行的齿轮传动。
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• ②两轴相交的齿轮传动。
• ③两轴交错的齿轮传动，如图5.62所示。
• （2）根据齿轮分度曲面（形状）分类：可
分为圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动。
• （3）根据齿线形状分类：可分为直齿齿轮
传动、斜齿齿轮传动和曲线齿轮传动。
• （4）根据齿轮传动的工作条件分类：可分
为闭式齿轮传动和开式齿轮传动。
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图5.60 两轴平行的齿轮传动传动的类型
（a）外啮合直齿圆柱齿轮传动（b）外啮合圆柱人字齿轮传动
（c）外啮合斜齿圆柱齿轮传动（d）内啮合直齿圆柱齿轮传动（e）齿轮齿条传动
图5.61 两轴相交的齿轮传动类型
（a）直齿圆锥齿轮传动（b）曲线齿锥齿轮传动
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图5.62 两轴交错的齿轮传动
（a）蜗杆涡轮传动（b）螺旋齿轮传动
（c）准双曲面齿轮传动
• 5.6.3 标准直齿圆柱齿轮各部分的名称和
符号
• 标准直齿圆柱齿轮各部分的名称和符号，
如图5.63所示。
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
1.分度圆
2.齿顶圆
3.齿根圆
4.齿距
5.齿厚
6.槽宽
7.齿顶高
8.齿根高
9.全齿高
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• 10.中心距
图5.63
标准直齿圆柱齿轮各部分的名称和符号
• 5.6.4 直齿圆柱齿轮的基本参数
• 1.齿数z
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•
•
•
•
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2.模数m
3.压力角α
5.6.5 标准直齿圆柱齿轮基本尺寸、计算
1．标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸
表5.2
标准模数系列表（GB/T 1357—1987）
/mm
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表5.3 外啮合标准直齿圆柱齿轮计算公式/mm
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2．标准直齿圆柱齿轮的计算
5.6.6 渐开线齿轮的啮合传动原理
1．渐开线齿轮的形成
（1）渐开线的形成，如图5.64所示。
（2）渐开线齿廓的形成，如图5.65所示。
2. 渐开线齿轮啮合时的有关概念
（1）啮合点。
（2）啮合线。
（3）节点。
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图5.64
渐开线的形成
• （4）节圆。
• （5）啮合角。
• 3. 渐开线齿轮的啮合特性
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图5.65 渐开线齿廓
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（1）保持恒定的传动比。
（2）具有中心距的可分离性。
4. 齿轮副的正确啮合条件
（1）两齿轮的模数m必须相等。
（2）两齿轮分度圆上的压力角α必须相等
，即
• 5.6.7 其他齿轮传动
• 1. 斜齿圆柱齿轮传动
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图5.66
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• （1）斜齿圆柱齿轮传动的特点和应用。
• （2）螺旋角。
• （3）斜齿轮螺旋方向的判别。
图5.67
斜齿圆柱齿轮传动
图5.68
斜齿轮分度圆的展开图
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• 2．人字齿轮传动
• 3. 直齿圆锥齿轮传动的特点和应用
• 4. 齿轮齿条传动
图5.69
斜齿轮螺旋方向的判别
图5.70
人字齿轮传动
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图5.71
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直齿圆锥齿轮传动
• 5.6.8 齿轮的材料、结构和齿轮传动的失
效形式及维护
• 1.齿轮的材料
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• （1）一般齿轮采用锻钢。尺寸大、结构比
较复杂的齿轮采用铸钢或球墨铸铁。开式
齿轮传动中不重要的低速齿轮可采用灰铸
铁。
• （2）配对齿轮的小齿轮受力及磨损较大，
对其硬度要求高于大齿轮20~50 HBS。
• （ 3 ） 一 般 中 、 低 速 齿 轮 可 采 用 45 钢 、
45Mn2 等 ， 调 质 后 加 工 使 用 ， 齿 面 硬 度
HBS<350。
• （4）一般中高速、重载齿轮，齿面硬度
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HBS>350,可用中碳钢、中碳合金钢经调质
和表面淬火后制成；或选用低碳钢、低碳
合金钢经渗碳、淬火、低温回火后制成。
最终热处理应在加工后进行。
• 2．常见的齿轮结构
图5.72 常见的齿轮结构
（a）齿轮轴（b）腹板式齿轮（c）轮辐式齿轮
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• 3.齿轮传动的失效形式及维护
• 齿轮在传动过程中，由于载荷的作用使轮
齿发生折断、齿面损坏等现象，而使齿轮
失去正常工作的能力。
• 5.7 蜗杆传动
• 5.7.1 蜗杆传动的组成及转向的判定
• 蜗杆传动主要由蜗杆和涡轮组成。
• 1.旋向的判定
• 2.转向的判定
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图5.73
旋向的判定
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图5.74
转向的判定
• 5.7.2 蜗杆传动的特点及应用
• 蜗杆传动与齿轮传动相比，主要有以下特
点：
• （1）传动比大且准确，结构紧凑。
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（2）传动平稳，噪声小。
（3）具有自锁性能。
（4）承载能力大。
（5）传动效率低，造价较高。
5.7.3 蜗杆传动的基本参数
蜗杆的种类很多，按蜗杆螺旋面的形状不
同，圆柱蜗杆有阿基米德蜗杆，如图5.75
（a）所示；渐开线蜗杆，如图5.75（b）
所示；法向直廓蜗杆，如图5.75（c）所示
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等形式。
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图5.75
蜗杆螺旋面的形状
1．中间平面
2．模数和压力角
3．涡轮螺旋角β与蜗杆导程角γ
4．蜗杆直径系数q
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图5.76
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蜗杆传动的基本参数示意图
图5.77
蜗杆导程角γ
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• 5. 蜗杆的头数z1和涡轮的齿数z2
• 5.7.4 蜗杆传动的正确啮合条件
• （1）在中间平面内，蜗杆的轴向模数mx1
和涡轮的端面模数相等mt2，即mx1=mt2=m
；
• （2）在中间平面内，蜗杆的轴向压力角
αx1与涡轮的端面压力角相等αt1，即
αx1=αt1=α；
• （3）蜗杆分度圆柱面导程角γ1和涡轮分
度圆柱面螺旋角β2相等，且旋向一致，即
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γ1=β2。
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5.8 定轴轮系
5.8.1 轮系的分类与应用
1. 轮系的组成与分类
（1）定轴轮系。
（2）周转轮系。
2. 轮系的应用特点
（1）可获得很大的传动比。
（2）可作较远距离的传动。
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• （3）可实现变速要求。
• （4）可实现改变从动轴回转方向。
• （5）可实现运动的合成与分解。
图5.78 定轴轮系
图5.79 周转轮系
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• 5.8.2 定轴轮系的传动比、计算及转向
• 定轴轮系的传动比是指轮系中首末两轮的
转速之比。
• 1. 一对齿轮的传动比计算及转向
图5.80 一对圆柱齿轮传动的转向
（a）外啮合传动（b）内啮合传动
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图5.81
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圆锥齿轮转动方向的判断
图5.82
定轴轮系示例
• 2. 定轴轮系传动比的计算
• 3. 定轴轮系中任意从动轮转速的计算
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第6章
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液压传动
• 自世界上第一台水压机诞生以来，液压传
动技术已有二三百年的历史。到20世纪30
年代，液压传动已较普遍地用于起重机、
机床及工程机械。
• 6.1 液压传动概述
• 6.1.1 液压传动的工作原理
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• 液压传动是以有压力的液体为工作介质，
利用液体压力来传递动力和进行控制的传
动方式。
图6.1
液压千斤顶工作原理图
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1．吸油过程
2．重物上升
3．重物下落
6.1.2 液压传动系统的组成
1．动力装置
2．执行装置
3．控制调节装置
4．辅助装置
6.1.3 液压传动的特点
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1．液压传动的主要优点
（1）传动效率高、操作方便。
（2）传动装置重量轻、结构紧凑、惯性小。
（3）可实现无级调速。
（4）工作平稳。
（5）易于实现过载保护，安全可靠。
（6）容易实现自动化。
（7）便于设计、制造和推广使用。
2．液压传动的缺点
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• （1）不能保证严格的传动比。
• （2）不宜在温度变化很大的环境条件下工
作。
• （3）制造精度要求较高。
• （4）不适宜远距离传动。
• （5）液压系统发生故障不易检查和排除。
• 6.1.4 液压传动的基本概念
• 1. 静止液体的基本概念
• （1）液体的可压缩性。
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• （2）液体的压力。
• （3）液体压力的力学特性。
图6.2
液体压力的力学特性
• （4）帕斯卡定律（静压传递原理）。
• （5）液压系统中压力的形成。
• （6）压力油作用在平面上的力。
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图6.3 静压传递原理
图6.4
液体压力的形成
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2．流动液体的基本概念
（1）理想液体和稳定流动。
①理想液体
②稳定流动
（2）流量Q。
• （3）平均流速v。
• （4）液流连续性原理。
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图6.6
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液流连续性原理
• 3．液压传动的基本原理
• 总结以上基本概念，我们可以知道，液压
传动的基本原理是：
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• 液压传动是以液体作为工作介质，依靠液
体内部的液体压力来传递动力，依靠密封
容积的变化所引起的流速变化来传递运动
，以驱动工作机构完成具体的工作任务。
• 6.2 液压元件
• 液压系统由液压泵、液压缸、液压控制阀
及液压辅件等组成。
• 6.2.1 液压泵
• 1．液压泵的种类
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• 2．液压泵的工作原理
• （1）液压泵吸油。
• （2）液压泵压油。
图6.7 液压泵的工作原理
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• 6.2.2 液压缸
• 液压缸又称油缸，是液压传动系统中的一
种执行元件，它是将液压能转变为机械能
的转换装置，一般用于实现直线往复运动
或摆动。
• 6.2.3 液压控制阀
• 1．液压控制阀的作用
• 2．液压控制阀的类型
• 6.2.4 方向控制阀
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表6.1
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液压缸的类型及其特点
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• 方向控制阀主要用来通断油路，或通过控
制阀口不同的连通方式来改变系统中油流
的方向，按其用途可分为单向阀和换向阀
两类。
• 1．单向阀
• （1）普通单向阀。
• （2）液控单向阀。
• （3）双向液压锁。
• 2．换向阀
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图6.8 单向阀
（a）直通式（管式）（b）直角式（板式）（c）符号
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图6.9 液控单向阀
（a）结构剖面图（b）符号
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图6.10 双向液压锁
（a）原理图（b）职能符号
• （1）换向阀的作用及类型，换向阀是利用
阀芯与阀体间的相对运动，来切换油路中
液流的方向。
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图6.11 换向阀的换向原理
（a）活塞向左运动（b）活塞向右运动
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• （2）换向阀的工作原理，如图6.11所示，
为滑阀式换向阀的工作原理图，滑阀是一
个具有多个台肩的圆柱体，与之相配合的
阀体有若干个沉割槽。
• （3）常用换向阀的结构原理和图形符号。
• （4）滑阀中位机能。
• （5）常用换向阀。
• 3．压力控制阀
• （1）溢流阀。
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表6.2 常用换向阀的结构原理和图形符号
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表6.3
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三位换向阀的中位机能
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图6.12 二位二通机动换向阀
（a）结构原理（b）符号
• （2）减压阀。
• （3）顺序阀。
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图6.13 三位四通手动换向阀
（a）弹簧自动复位结构（b）钢球定位结构
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图6.14
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二位三通电磁换向阀
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图6.15 直动式溢流阀工作原理图
（a）关闭状态（b）开启状态
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图6.16 先导式溢流阀
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图6.17 直动式定值减压阀
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图6.18
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定差减压阀
图6.19
顺序阀结构原理图
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4. 流量控制阀
（1）节流阀。
（2）调速阀。
（3）同步阀。
6.2.5 液压辅件
1．滤油器
2．油箱
（1）油箱必须有足够大的容积。
（2）吸油管及回油管应插入最低液面以
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下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。
图6.20
可调式节流阀
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图6.21 溢流调速阀工作原理图
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图6.22
油箱
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• （3）吸油管和回油管之间的距离要尽可能
地远些，之间应设置隔板，以加大液流循
环的途径，这样能提高散热、分离空气及
沉淀杂质的效果。
• （4）为了保持油液清洁，油箱应有周边密
封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油
及通气一般都由一个空气过滤器来完成。
• （5）油箱底部应距地面150 mm以上，以便
于搬运、放油和散热。
• 6.3 液压基本回路
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• 6.3.1 速度控制回路
• 速度控制回路是研究液压系统的速度调节
和变换问题，常用的速度控制回路有调速
回路、快速回路、速度换接回路等，本节
中分别对上述3种回路进行介绍。
• 1．调速回路
• 调速回路主要有以下3种方式：
• （1）节流调速回路。
• （2）容积调速回路。
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（3）容积节流调速回路。
2．快速运动回路
3．速度换接回路
6.3.2 压力控制回路
图6.23 节流调速回路
压力控制回路是用压力阀来控制和调节液
压系统主油路或某一支路的压力，以满足
执行元件速度换接回路所需的力或力矩的
要求。
• 1．调压及限压回路
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图6.24
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用行程节流阀的速度换接回路
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• 1）单级调压回路
• 2）二级调压回路
• 3）多级调压回路
图6.25 调压回路
（a）单级调压回路（b）二级调压回路（c）多级调压回路
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• 2．减压回路
图6.26
减压回路
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3．增压回路
4．卸荷回路
6.3.3 方向控制回路
在液压系统中,控制执行元件的启动、停止
及换向作用的回路,称方向控制回路。方向
控制回路有换向回路和锁紧回路。
• 1. 换向回路
• 2．锁紧回路
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图6.27
先导阀控制液动换向阀的换向回路
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图6.28
采用液控单向阀的锁紧回路
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