【正文】 ss must contain a factor of safety which includes fatigue, since torsional and bending stress reversals occur. Many shafts are supported by three or more bearings, which means that the problem is Stacically indeterminate text on strench of matenals give methods of solving such probIems. The design effort should be in keeping with the economics of a given situation , for example , if one line shaft supported by three or more bearings id needed , it probably would be cheaper to make conservative assumptions to moments and design it as though it were determinate . the extra cost of an oversize shaft may be less than the extra cost of an claboratc design analysis There are several types of shaft couplings, their charactcristics depend on the purposc for which they are used. If an exceptionally long shaft is required in a manufacturing plant or apropeller shaft on a ship , it is made in sections that are coupled together with rigid couplings.A mon type of rigid coupling consists of two mating radial flanges that are attached by key driven hubs to the ends of adjacent shaft sections and bolted together through the flanges to form a rigid connection. Alignment of the connected shafts in usually effected by means of a rabbet joint on the face of the flanges.In connecting shafts belonging to separate device such as an electric motor and a gearbox),precise aligning of the shafts is difficult and a fkexible coupling is used . this coupling connects the shafts in such a way as to minimize the harmful effects of shafts misalignment of loads and to move freely float in the axial direction without interfering with one another ,flexiable couplings can also serve to reduce the intensity of shock loads and vibrations transrrutted from one shaft to another .機械運動和動力學運動學的基本目是去設(shè)計一個機械零件的理想運動，然后再用數(shù)學的方法去描繪該零件的位置，速度和加速度，再運用這些參數(shù)來設(shè)計零件。岡為，對于大部分固著在地球上的機械系統(tǒng)來說，與之聯(lián)系最密切的是時間，將加速度和動態(tài)力定義成時問作用的結(jié)果．相應(yīng)地，應(yīng)力是作用在物體上的外力和慣性力的作用結(jié)果．所以機械設(shè)計的內(nèi)容是要建立一種在該機器的使用壽命內(nèi)保證其安全的系統(tǒng)，目的是要在一定的丁況要求下，對材料進行選擇，使材料的應(yīng)力在許用極限應(yīng)力之內(nèi)．這一點很明顯要求所有的系統(tǒng)要在理想的限制內(nèi)工作。在機械設(shè)計中，零件受到的最人力是取決于材料本身的動態(tài)性能．這些動態(tài)力引起了零什的加速度，加速度又要回到運動學中去計算，這是機械設(shè)計的基礎(chǔ)．運動分析是最基本的也是最早出現(xiàn)在設(shè)計的過程中的，它對于一個零件的成功設(shè)計夠起著至關(guān)重要的作用，在設(shè)計過程中很差的運動學分析會帶米麻煩和錯誤。根據(jù)機構(gòu)所具有的自由度，任何機械系統(tǒng)都可以被分類，系統(tǒng)的自由度是在任何時候限制它的位置獨立的參數(shù)數(shù)目。在通常情況下，剛體在相關(guān)平面內(nèi)能實現(xiàn)復(fù)雜的自由運動，這個運動同時包括轉(zhuǎn)動和平移。在三緯空間內(nèi)，在以饒任何軸轉(zhuǎn)動的同時可以沿著三個坐標平移，在一個平面或是一個二維的空間內(nèi)，復(fù)雜運動變成了饒一個（垂直與這個丫面的）軸線的轉(zhuǎn)動和同時發(fā)生的可以被分解為沿在這個平面內(nèi)的曲個坐標軸的平移分量．為了簡化，我們將當前的討論限制在二維的運動系統(tǒng)中。接下來將要介紹相關(guān)的術(shù)語：純轉(zhuǎn)動物體同繞著在相對于一個靜止的座標系靜止的一點（同轉(zhuǎn)中心）轉(zhuǎn)動，其他所有物體上的點都可以用相對中心的弧來描述．在物體上的參考線通過中心，只有在角度與方向上有變化。純平動所有在物體上的點在平行的路徑上平移．物體上的參考線在線性位置上有變化，而在角度方向上沒有發(fā)生變化．復(fù)雜運動同時包含轉(zhuǎn)動和平動的運動．在物體上的參考線在沿線性點平動的同時又在角度方向上有變化．物體上的點不會在沿著平行的路徑移動，他們在饒中心轉(zhuǎn)動的同時也不停著改變著位置，鉸鏈是聯(lián)接所有機構(gòu)的基本的構(gòu)件，所有一般形式的機械，（齒輪，帶，鏈）實際上都是不同類型的鉸鏈，鉸鏈組成了聯(lián)接和運動部件．聯(lián)接是一個剛體和另外的連接件至少有兩個結(jié)點，運動部件（也稱接頭）是在兩個連接件的結(jié)合部分，這個結(jié)合允許相對的運動，允許連接件之間潛在的運動。術(shù)語低副是用來描繪接頭間的面接觸，如針和孔的結(jié)合面，高副是用來描繪接頭間的點和線接觸，但是如果存針和孔之問有間隙存在（當它們之間用于有相對運動時）當針和孔只有一面接觸時，在針間的面聯(lián)接實際上已經(jīng)變成了線接觸。當我們設(shè)計機械時，為了取得運動部件的加速度信息必須首先對我們的設(shè)計進行全面的運動分析．接下來再運用牛頓第二運動定律去計算動態(tài)力，但是這樣做，我們需要知道所有運動部件的質(zhì)量，和加速度，這些零件還沒有存在，正如碰到的所有設(shè)計問題，我們在設(shè)計決定零件最佳尺寸和形狀時缺少足夠的信息．為了通過最初的計算我們必須估計零件的質(zhì)量和設(shè)計的其它部分．當我們得到更多的信息時，再得到更好的解決方案．在估計你設(shè)計的零件質(zhì)量的初期通過合理的假設(shè)零件的形狀和尺寸及其合理選擇材料來獲得。然后計算每個零件的體積，再去乘以所選材料的質(zhì)量密度，去取得零件最初的合理質(zhì)量。這些質(zhì)量值在牛頓方程中可以運用．我們?nèi)绾蝸砼袛辔覀兯x擇的尺寸和形狀是否合理呢？很不巧，我們要到分析究所受應(yīng)力和失效分析后才能知道，特別是細長零什，如軸，細長的連桿，甚至在很小的應(yīng)力條什下，零件在動載的失效形式將限制我們的設(shè)計，這種情況我們經(jīng)常碰到，在設(shè)計任何機器或者機構(gòu)時，所考慮的主要事件之一是其強度應(yīng)該比它所承受的應(yīng)力要大的多，以確保安全可靠性，要保證機械零件在使用過程中不發(fā)生失效，就必須知道它們在某些時候會發(fā)生失效的原因，然后，才能將應(yīng)力和強度聯(lián)系起米，以確保其安全。設(shè)計任何機械零件的理想情況為，工程師可以利用大量的他所選的這種材料的強度試驗數(shù)據(jù)．這些試驗應(yīng)該采用與所設(shè)計是零件有著相同是熱處理，表面粗糙度和尺寸大小的試件進行，而且試驗應(yīng)該在與零件使用過程中承受的載荷完全相同的情況下進行．這表明，如果零件將要承受彎曲載荷，那么就應(yīng)該進行彎曲載荷的試驗．如果零什將要受彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合載荷，那么就應(yīng)該進行彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷的試驗，這些種類的試驗可以提供非常有效和精準的數(shù)據(jù)．它們可以告訴工程師應(yīng)該使用的安全系數(shù)和對于給定的壽命時的可靠性．在設(shè)計過程中，只要能夠獲得這種數(shù)據(jù)，工程師就可以盡可能好地進行工設(shè)計工作如果零件的失效可能危害人的牛命安全，或者零件有足夠大的產(chǎn)量，則在設(shè)計前收集這樣廣泛的數(shù)據(jù)所花費的費用是很值得的，例如，汽車和冰箱的零件產(chǎn)量非常的人，可以在生產(chǎn)之前對它們進行大量的試驗，使其具有較高的可靠性，如果把進行這些試驗的費用分攤到所生產(chǎn)的零件上的話，則攤到所生產(chǎn)每個零件的費用是非常低的?？梢詫ο铝兴姆N類型的設(shè)計作出評價．(1)零件的失效可能危害人的生命安全，或者零件的產(chǎn)量非常大，因此在設(shè)計時安排一個完善的試驗程序會被認為是合理的．(2)零件的產(chǎn)量足夠大，可以進行適當?shù)南盗性囼灒?3)零件的產(chǎn)量非常小，以至于進行試驗根本不合算。或者要求很快地完成設(shè)計，以至于沒有足夠的時間進行試驗。(4)零件已經(jīng)完成設(shè)計，制造和試驗，但其結(jié)果不能令人滿意。這時候需要采用分析的方法來弄清楚不能令人滿意的原因和應(yīng)該如何進行改進。我們將主要對后三種類型進行討論。這就說，設(shè)計人員通常只能利用那些公開發(fā)表的屈服強度，極限強度和延伸率等數(shù)據(jù)資料．人們期望工程師在利用那些公開發(fā)表的資料的基礎(chǔ)上，對靜載荷和動載荷，二維應(yīng)力狀態(tài)與三維應(yīng)力狀態(tài)，高溫與低溫以及大零件和小零件進行設(shè)計！而設(shè)計中所能利用的數(shù)據(jù)通常是從簡單的拉伸試驗中得到，其載荷是漸漸加上去的，有充分的時間產(chǎn)生應(yīng)變。到日前為止，還必須利用這些數(shù)據(jù)米設(shè)計每分鐘承受幾千次復(fù)雜的動載的作用的零件，因此機械零件有時會失效是不足為奇。概括地說，設(shè)計人員所遇到的基本問題是，不論對于哪一種應(yīng)力狀態(tài)或者載荷情況，都能利用通過簡單拉伸試驗所獲得的數(shù)據(jù)并將其與零件的強度聯(lián)系起來。材料的伸長量通常是在50mm的計量長度上測量的。因為這并不足對實際應(yīng)變量的測量，所以有時也采用另一種測量延展性的方法，這個方法在試件斷裂后，測量其斷裂處的截面的面積。因此，延展性可以表示為橫截面的收縮率。延展性材料能夠承受較大的超載荷這個特性，是設(shè)計中的一個附加的安全岡素。延展性材料的重要性在于它是材料泠變形能的衡量尺度。諸如彎曲和拉伸這類金屬加工過程需要采用延性材料。實際上，幾乎所有的機器中部裝有軸。軸最常見的形狀是圓形，其截面可以是實心的也可以是空心的（空心軸可以減輕重量）。有時也采用矩形軸，例如，螺絲起子頭部，套筒扳手控制旋轉(zhuǎn)的桿。為了在傳遞扭矩時不發(fā)生過載，軸應(yīng)具有適當?shù)目古姸取］S還應(yīng)該具有足夠的抗扭剛度，以使在同一個軸上的曲個傳動零件之間的相對轉(zhuǎn)角不會過大。一般來說，在長度等于軸的直徑的20倍時，軸的扭轉(zhuǎn)角不應(yīng)該超過l度。軸安裝在軸承內(nèi)，通過齒輪，皮帶輪，凸輪和離合器等零件傳遞動力。通過這些零件傳來的力可能會使軸產(chǎn)生彎曲變形。因此，軸應(yīng)該有足夠的剛度以防止支撐軸承受離過大。總而言之，在兩個軸承之問。此外，軸還必須能夠承受彎矩和扭矩的組合作用。因此，要考慮扭矩與彎矩的當量載荷矩和彎矩會產(chǎn)生交變應(yīng)力，在許用應(yīng)力中也應(yīng)該有一個考慮疲勞現(xiàn)象的安全系數(shù)。%的冷軋釧，直徑在3～5英寸之間的軸可以采用冷軋制或鍛造鋼當直徑人于5英寸時，則要采用鍛造毛坯，然后機械加工到所要求的尺寸。輕載時，廣泛采用塑料軸。塑料是電的不良導(dǎo)體，在電器中采用塑料比較安全。齒輪和皮帶輪等零件通過鍵聯(lián)接在軸上。在鍵及軸上與之對應(yīng)的鍵槽的設(shè)計中，必須進行認真的計算。例如，軸上的鍵槽會引起應(yīng)力集中，由于鍵槽的存在會使軸的橫截面減小，會進一步減弱軸的強度。如果以臨界速度轉(zhuǎn)動，將會發(fā)生強烈的振動，可能會毀壞整臺機器。知道這些臨界速度的大小是很重要的，岡為這樣可以避開它。一般憑經(jīng)驗來說，工作速度與臨界速度之間至少應(yīng)相差2 0%。軸的設(shè)計工作中的另外一個重要的方面是一根軸和另一根軸之間的聯(lián)接方法。這是由剛性或者彈性聯(lián)軸器來實現(xiàn)的。聯(lián)軸器是用來把相鄰的兩根軸聯(lián)接起來的裝置。在機械機構(gòu)中，聯(lián)軸器被用來實現(xiàn)相連的兩根軸之間的半永久性的。但在緊急情況一下，或者在需要更換已磨損的零件時，可以先把聯(lián)軸器拆開，然后在聯(lián)接上。在把屬于不同的設(shè)備（例如一個電動機和變速箱）的軸聯(lián)接起來的時候，要把這些軸精準地對準是比較困難的，此時可以采用彈性聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器聯(lián)接軸的方式可以把由于被連結(jié)的軸之間的軸線的不重合所造成的有害影響減少到最低程度。彈性聯(lián)軸器也允許被聯(lián)接的軸在它們各自的載荷系統(tǒng)作用下產(chǎn)生偏斜或在軸線方向自由移動（浮動）而不導(dǎo)致產(chǎn)生相互干擾。彈性聯(lián)軸器也可以用來減輕從一根軸傳到另一根軸上的沖擊載荷和振動的強度。–7