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1、第一篇 机械元件尽管如此简单，但是任何一台机器都是由每个单一的部分象机械元件或零件所组合成的。因此，如果一台机器被完全地拆卸开，就会看到一堆简单的零件，例如螺母、螺栓、弹簧、齿轮、凸轮和轴所有机器的标准组件构成单元，都执行了确切的功能和其它机械元素的有效结合。有时，某些零件是成对关联的，象螺母和螺栓，或是键和轴。在其它的实例中，一堆机械元件组合装配在一起，例如轴承、联轴器和离合器。大多数的机械元素的实例是一个齿轮，基本上，是一个蜗轮和一个蜗杆结合成一对啮合齿轮。这个齿轮的旋转运动在轮毂或是轴上，驱动其他的齿轮运动，更快或更慢些，这取决于基轮的齿数。制造齿轮的材料决定了它的强度和齿轮表面的硬度，
2、也尽可能地决定了它的尺寸。它在外形的改变促成了不同的用途。这些应用，就和在大多数的机械元件中一样，已经发展形成许多的标准形式例如直齿圆柱齿轮、圆锥齿轮、斜齿轮和蜗轮。每一种这样形式齿轮的生产制造及其用途都必须建立在特殊科技发展的基础上。其它重要的机械零件已经从轮子和杆件基础上演变。轮子上必须配有可进行旋转运动的轴。轮子通过键被固定在轴上，然后轴通过联轴器与其他的轴相连。轴被放置在轴承中，比如滑动轴承、球轴承或滚柱轴承。轴可以通过一个离合器分开或制动器停止。它可以通过安装有一根平带，一根 V 带或是一根锁链的皮带轮或链轮而转动，同时联接它到另一根轴的皮带轮或链轮上。支撑结构将会通过螺栓或铆钉装配
3、在一起，或是被焊在一起。这些机械零件确定的功用依赖于结构受力和被使用材料的强度有关的知识。在设计中，计算必须考虑在简化结构中材料和其受力相适合。其他的机械零件也已经发展了，它们在结构上的功能更特别。被普遍利用的机械零件已经被发展成为标准设计。制造业的专家们已专注于标准零件的发展，他们大批量地生产这些零件，并且在减少成本的同时拥有很高的水准。这门课程“机械零件” ，作为工程学的一个分支，在机械生产制造的环境的基础上，概述了零件设计的方法、准则和标准，目的是，给予它们最有利的形式和尺寸，选择确定必需的材料，精确度和表面光洁度，供给适当的制造环境。与此同时，对于设计师而言，一个主要的任务应是确保材料
4、尽可能的经济。第二篇 齿轮齿轮是直接接触的传动机构，它们通常成对生产，传递运动和力从一个旋转轴到另一个，或从一根轴到一个齿条，这都依靠于齿形的啮合设计。当一个齿轮拥有笔直且平行于轴线的轮齿时，它就被称为直齿圆柱齿轮。一个直齿圆柱齿轮仅可以用来联接平行轴。平行轴，尽管如此，也能通过其它类型的齿轮相联接，而且，一个直齿圆柱齿轮可以与一个不同类型的齿轮紧密配合。由于紧密配合的一对齿轮的节圆之间发生相对滚动，所以在它们之间的齿距必须相等。齿距因为分度圆而被知晓，它是轮齿尺寸的一个参数，指的是相邻轮齿在节圆上对应点之间的距离。为了预防由于润滑油的热膨胀而造成卡住，和对在制造过程中形成的不可避免的误差进行
5、补偿，所有的传动齿轮之间必然会有强烈的撞击。这就意味着，在相互啮合的一对齿轮的节圆上，小齿轮的齿侧间隙必须大于大齿轮的齿厚，反之亦然。在仪表齿轮上，相互间的撞击可以通过从中间断裂的齿轮而被消除，这种齿轮的一半和其它的齿轮保持相互旋转的运动。一根发条使破裂的轮齿受力，从而占有小齿轮的所有间隙。如果一个渐开线直齿轮由橡胶制造，均匀的扭转，以至于尾部相对于与其他有关联的轴有旋转，那么轮齿开始是直的且平行于轴线，到后来会变成斜的。然后这个齿轮将会变成一个斜齿轮。斜齿轮拥有一定的优势；例如当连接并行轴时，与和它一样的齿数、切削刀具的直齿圆柱齿轮相比，它们有较高的承载能力。正由于轮齿之间的啮合传动，所以齿
6、轮在运转时是平稳的，能够运转在比直齿轮更高的线速度下。线速度是节圆的速度。因为轮齿弯向旋转中心轴线，所以斜齿轮产生轴的运动。如果被单独使用，这种猛冲会直接加载在轴承上。重载撞击的问题可以通过在间隙处切削两部分相对斜齿的方式解决。依靠这种制造方法，齿轮会成为具有连续轮齿的人字形样式，或是一种双斜齿轮，在其两半部分之间有间隙，可以允许刀具自由进出。斜齿轮也被利用于连接不平行的，不相交的轴，与此轴成任何角度。90是齿轮使用的最广泛的角度。当轴线是平行的，在啮合齿轮上轮齿之间的接触是线接触，不管轮齿是直的还是斜的。当轴线是成角度的，接触便成为点接触。正因如此，相交轴线的斜齿轮并没有像平行轴线的直齿轮那
7、样拥有更大的承载能力。它们相比较而言不受未对准的影响，但是，它们在仪表和定位装置中是频繁使用的，此时摩擦力是阻碍它们运动的唯一的力。具上所言，适用于平行轴线的齿轮的关于滚动节圆的概念，并不适合于不平行的，不相交的轴线。这意味着，在一对齿轮上高的速率，比如 100，当轴是相交的，比起当它是并行时更容易获得。要是为平行轴线，那么齿轮将会有一个不切实际的直径。要是为相交轴，齿轮可以拥有唯一的斜齿，或螺纹，且对于足够的强度尽可能的大。这种小齿轮就像是一个螺钉，而副齿轮则拥有100 个轮齿。为了达到线接触和改善相交轴的斜齿轮的承载能力，齿轮某种程度上采用和螺母包围螺钉一样的方式。结果也就是圆柱齿轮和蜗轮
8、。蜗轮加工制造成沙漏的形状，代替圆柱形，以便它们部分的包住齿轮。这样的结果便是拥有了更高的承载能力。由于在轮齿上产生附加的滑行运动，无论怎样，蜗轮产生比并行轴齿轮更容易获得的简单的传动方式。正因为它们的类似性，蜗轮和齿轮的效率取决于和螺钉一样相同的因素。多重螺纹的蜗轮拥有更大的牵引角和更高的效率。对于有 15牵引角和低于 0.15 摩擦系数的摩擦力而言，效率的变化范围从大约55%到 95%，而且，齿轮能够带动蜗轮。如此的单位促成了点速度的增加，它们被利用于驱动飞机引擎上的超大电机。在自锁的蜗轮中，齿轮不能驱动蜗轮，而且效率低于 50%。锥齿轮被普遍地应用于在一定的角度内传输旋转运动和扭转力。轴
9、线如果延伸将相交的连接轴，通常（但不是必须的）与另一个轴互成直角。锥齿轮的斜表面是滚动的，被切去顶端的圆锥体，在齿厚和齿高上逐渐变小的轮齿，通常是直的或是弯曲的。虽然曲形轮齿的锥齿轮被称为螺旋伞齿轮，但是轮齿的曲线通常是一种圆弧。轮齿的弯曲导致了重叠的齿形，和比直齿更为平稳的动力传输。为了得到高的速度和扭转力，螺旋伞齿轮优越于直齿锥齿轮，大体上与斜齿轮用于连接并行轴时优越于正齿轮一样。当改为不相交轴的时候，螺旋伞齿轮被称为偏轴伞齿轮。这些齿轮的斜表面不是圆锥形，而且它们的分度圆直径不相等。因此，小齿轮会有很少的齿，而且加工制造尽可能的大用来承受载荷。这允许有比相交轴更高的速率，正如具有相交轴线
10、的斜齿轮和蜗轮一样能够供给比平行轴的斜齿轮更高的速率。成比例的光滑表面要求的不存在是有益的。偏轴伞齿轮被利用在汽车上用来连接主动轴和从动轴。在主动轴上的小齿轮的轴线在从齿轮轴线的下方，这可使轴的低点不相交，几个齿轮轴会被驱动，从在简单的小齿轮轴上被配好的小齿轮，当在卡车的串联式轮轴中。第三篇 带轮和带带传动被广泛的应用于传输功率和作为机床上变速的一种方式。在简单的两轮被互相带动的带传动中，其中的一个是主动的，另一个是从动的。被安装在发动机轴上的带轮就是主动带轮。被带动的轮子就被称为从动带轮。如果主、从动带轮是同样的尺寸，即拥有一样的直径，那么两个轮子将以同样的速度转动。尽管如此，假如主动轮是从
11、动轮尺寸的两倍，从动轮或更小的带轮，将以较大带轮或是主动轮两倍的速度进行旋转运动。从这个例子中，我们得到了带轮越小则转速越大，带轮越大则转速越慢这样的基本准则。另外还有，带轮尺寸与主动轮和从动轮之间传输的功率大小有关。例如，当一个小的主动带轮带动一个大的从动带轮时，我们则可以在从动轮上获得更大的功率。在机床上有常用的四种基本带传动方式。它们是：平带轮和平带 这是最原始的和最简单的带轮和带的方式。带轮是一个单一的轮，或是有三或四个不同的直径。一个拥有三四个基本直径的整体式带轮被称为锥齿轮。实际上，带轮不是平的。它是中间稍大，两头渐缩的轮子。我们通常称它为 crowned pulley。带轮在中间
12、处造以较大的直径，因为平带通常往轮子的最高处滑动。平带用于连接任何一对中间距离大的轴，最常用于连接平行轴。当轴不是平行时，它将承受带轮更大的载荷，相比平行轴而言。带轮必须被安装好，让它的中心线和轴线相平行；否则，带将脱落。为了适应这种需求，可以利用惰轮来引导皮带。然而成功的利用钢带的摩擦传动，有许多种材料，如皮革、橡胶、纤维、橡胶布或强化塑料。皮革是最广泛利用的皮带材料。V 带和带轮 这种带轮有允许一根 V 带精确装入到沟槽中。V带是无头带（是一整根） ，与沟槽的边缘相接触，而非底部。它们运行得比平带更为平稳，通常被大量利用于高速机械中。V 带可以一根或多根同时使用。对于一些大尺寸的带的一束，
13、从 1 个到 14个沟槽，作为标准制造单元都是可能的。由于在沟槽中的楔紧作用，V 带需要承受的张力比平带要小。这会减小在轴和轴承上的所受载荷。V 带更适用于小中心距的传动。当速率大于 3：1 时，V 带传动的优势不经利用大的和贵的在低速轴上的带槽带轮即可获得。这就是我们所知的带传动，它由一个小的槽轮、一个大的平带轮和一套 V 带组成。因为相当大的速率，在大带轮上的包角是很大的，甚至没有沟槽，在皮带上的摩擦力将是相等的，或者大于小槽轮上的摩擦力。V 带传动被经常地用在冲床上，在发动机上的槽轮和飞轮（with an uncrowned cylindrical periphery ）用作从动轮。尽管
14、可用的 V 带的横截面的形状几乎都是标准的，但是结构零件的构成和它们在横截面上的分布并不是。然而，大多数的 V 带是按这样的方式构成的，弯曲应变被柔性材料所承受，同时传输的载荷被更强硬的材料来承受，位于中间平面处，在此处没有弯曲应变。组合型皮带 其它的两种类型的柔性带，差不多同时出现的，被利用于功率的传输：V 带或是带槽的皮带和带牙的（ timing）皮带。带槽的带基本上是一种有着尖点的、在靠近槽轮处有 V 形筋的平带。虽然它类似于一套粘在一起的 V 带，但是却没有楔紧作用。总体的宽度小于多根 V 带传动时，而且，通常当大量的 V 带运行在同样的带轮上时出现的带长匹配问题，将被消除。带牙的，或
15、 timing 的带 (也称为同步带)基本上是一种拥有一系列均匀分配的横向齿的平带，这些齿与在带轮边缘上的沟槽相匹配。这些带传递确定的无滑动的传动，被用在速度高达 16，000 英尺（5，000 米）每分钟时。它们被用在汽车凸轮轴传动、机床、泵、纺织机和作为商业机械的机器，例如电子打字机、分卡机和电子计算机上。尽管这些提供了确定传动的带有许多优点，但是它由于滑动带而缺乏过载和突然起动的保护能力。第四篇 轴和轴类附件作为一个机械元件，轴最普遍的是一个圆柱 bar, 用来支撑和传动一些设备，以便获得转动的运动和扭矩。往复式发动机的机轴从它的每一根轴，经由活塞和连杆（曲轴装置）获得旋转的机械运动，然
16、后通过联轴器、齿轮组、链、或皮带带动变速器、凸轮轴、泵和其它的设备来发动。凸轮轴，被轴上的齿轮或链带动，从而驱动阀的开启/关闭设备。轴通常被定义为一种静止的圆柱形单元，在轴上机轮和泵可以转动，但是驱动汽车从动轮的旋转轴也被叫做机轴，毫无疑问，这是马和手推车时代延续下来的。它是很一般的，称在机械中的短轴为机轴，尤其是在机床中的工件支撑轴或传动轴。在一个工厂里所有的机器都由一个关键人或是一个巨大的电机驱动的时候，拥有很长的动力轴在工厂的长度范围内运行和供给动力给稍短的副轴、中间轴和主轴是必需的。这些主传动轴用独立的许多轴段来装配形成，并通过联轴器被夹紧。虽然它通常更适宜于驱动拥有电机的每台机械，而且当今的趋势也是这样的，但是仍然有一些一组驱动更经济的情况。在生产制造中，轴受到剪切应力，这种应力的大小取决于扭矩和横截面的尺寸。这种应力是形容抵抗能力的一个参数，它是轴的材料提供给应用扭矩的。所有的传输扭矩的轴都要受扭转剪切应力。除了剪切应力之外，曲
