机械设计第九章
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机械设计 第九章 轮系
5．实现分路传动
6、 实现运动的合成
利用行星轮系中差动轮系的特点，可以将两个输 入转动合成为一个输出转动。在如图的由圆锥齿轮组 成的差动轮系中，若轮1及轮3的齿数z1=z3。
可见这种轮系可用作机械式加、减法机构，它 具有不受电磁干扰的特点，可用于处理敏感信号， 其广泛应用于运算机构、机床等机械传动装置中。
例题1 周转轮系 定轴轮系 例题2
9.3.1 周转轮系传动比的计算
周转轮系 反转法 定轴轮系 （转化机构）
定轴轮系传动 比计算公式
求解周转轮 系的传动比
行星轮系的传动比，可以采用“转化机构法”。
nA nH A至K间各从动轮齿数的连乘积 nK nH A至K间各主动轮齿数的连乘积
9.3.2 使用公式时需注意的问题
当汽车绕瞬时回转中心C转动时，左、右
两车轮滚过的弧长s1及s3应与两车轮到瞬心C的 距离成正比，即
(4)
H i1k i1k
例9-2 如图为一大传动比行星减速器。已知其中各轮的齿 数为z1=100、z2=101、z2′=100、z3=99。试求传动比i H1 。
解 齿轮1为活动中心轮，齿轮3为固 定中心轮。双联齿轮为行星轮，H为行星 架。
例9-4 如图所示由锥齿轮组成的行星轮系中，各齿轮的 齿数为z1=21、z2=18、z2′=42、z3=48，转速n1=100r/min， 试求行星架H的转速nH。
9.5 轮系的应用
1、 实现相距较远的两轴之间的传动
当两轴间距离较远时， 如果仅用一对齿轮传动， 如图中虚线所示，则两轮 的尺寸 图为实现相距较远的 两轴之间传动的定轴轮系 必然很大，从而使机构总 体尺寸也很大，结构不合 理;如果采用一系列齿轮传 动，如图中实线所示，就 可避免上述缺点。
哈工大 机械设计 教材 第九章 轴
高速输入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直径D估算
d=(0.8~1.2)D
各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心a估算
d=(0.3~0.4)a
机电工程学院 张锋
《机械设计》第九章
9.3.3 按扭转强度计算
计算公式
或
当最小直径剖面上有一个键槽时增大5%，当有两个 键槽时增大10%，然后圆整为标准直径
σ max,τmax——尖峰载荷时轴的最大弯曲应力和扭转剪应力 S0 σ S0 σ——只考虑弯矩和只考虑转矩时的安全系数
机电工程学院 张锋
静强度安全系数条件:
2 2 S S 2.静强度的安全系数校核计算 0 0
S0
S0 S0
《机械设计》第九章
[ S0 ]
《机械设计》第九章
若强度不够：换材料、增大尺寸、热处理、修改结构 若强度富裕：想要减小尺寸时，要综合考虑刚度、结 构等要求 许用安全系数：
S 和[S0 ]
查P208表9.13
机电工程学院 张锋
《机械设计》第九章
应力集中系数： 影响因素： 圆角半径 键槽、孔
过盈配合
机电工程学院 张锋
《机械设计》第九章
表面质量系数： 影响因素：
表面强化处理
表面粗糙度
腐蚀情况
尺寸系数：
影响因素：
尺寸大小
材料性能
机电工程学院 张锋
《机械设计》第九章
《机械设计》第九章
第九章 轴
9.1 轴的概述
9.1.1 轴的分类
轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。
1 按照承受载荷的不同，轴可分为：
◆
心
轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。
◆
传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
d=(0.8~1.2)D
各级低速轴的直径d可按同级齿轮传动中心a估算
d=(0.3~0.4)a
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《机械设计》第九章
9.3.3 按扭转强度计算
计算公式
或
当最小直径剖面上有一个键槽时增大5%，当有两个 键槽时增大10%，然后圆整为标准直径
σ max,τmax——尖峰载荷时轴的最大弯曲应力和扭转剪应力 S0 σ S0 σ——只考虑弯矩和只考虑转矩时的安全系数
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静强度安全系数条件:
2 2 S S 2.静强度的安全系数校核计算 0 0
S0
S0 S0
《机械设计》第九章
[ S0 ]
《机械设计》第九章
若强度不够：换材料、增大尺寸、热处理、修改结构 若强度富裕：想要减小尺寸时，要综合考虑刚度、结 构等要求 许用安全系数：
S 和[S0 ]
查P208表9.13
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《机械设计》第九章
应力集中系数： 影响因素： 圆角半径 键槽、孔
过盈配合
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表面质量系数： 影响因素：
表面强化处理
表面粗糙度
腐蚀情况
尺寸系数：
影响因素：
尺寸大小
材料性能
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《机械设计》第九章
《机械设计》第九章
第九章 轴
9.1 轴的概述
9.1.1 轴的分类
轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。
1 按照承受载荷的不同，轴可分为：
◆
心
轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。
◆
传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
机械设计基础第9章机械零件设计概论(六-1)
▲ 可靠性准则 ----当计及随机因素影响时，仍应确 保上述各项准则。
一）强度准则
强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。
即： σ ≤ σlim
σlim ----材料的极限应力
脆性材料：σlim = σB (强度极限)
延伸率 < 5％
塑性材料：σlim = σS (屈服极限) 延伸率 > 5％
为了安全起见，引入安全系数S，得：
B
如齿轮、凸轮、滚动轴承等。
潘存云教授研制
潘存云教授研制
若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，
由于变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表
层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。
这时零件强度称为接触强度。
机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的，在载荷重复作用下，首先在
表层内约20μm处产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将
▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
机器的可靠度——指在规定的使用时间内和预定的环 境下机器能够正常工作的概率。
机器由于某种故障而不能完成预定的功能称为失 效，它是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环 境温度、零件本身物理和机械性能等因素是随机变化 的。为了提高零件的可靠性，就应当在工作条件和零 件性能两个方面使其变化尽可能小。
▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
其它专用要求——针对不同机器所特有的要求。例如： 1)对机床有长期保持精度的要求； 2)对飞机有质量小，飞行阻力小而运载能力大的要求；
3)对流动使用的机器有便于安装和拆卸的要求；
4)对大型机器有便于运输的要求等等。
一）强度准则
强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。
即： σ ≤ σlim
σlim ----材料的极限应力
脆性材料：σlim = σB (强度极限)
延伸率 < 5％
塑性材料：σlim = σS (屈服极限) 延伸率 > 5％
为了安全起见，引入安全系数S，得：
B
如齿轮、凸轮、滚动轴承等。
潘存云教授研制
潘存云教授研制
若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，
由于变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表
层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。
这时零件强度称为接触强度。
机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的，在载荷重复作用下，首先在
表层内约20μm处产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将
▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
机器的可靠度——指在规定的使用时间内和预定的环 境下机器能够正常工作的概率。
机器由于某种故障而不能完成预定的功能称为失 效，它是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环 境温度、零件本身物理和机械性能等因素是随机变化 的。为了提高零件的可靠性，就应当在工作条件和零 件性能两个方面使其变化尽可能小。
▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
其它专用要求——针对不同机器所特有的要求。例如： 1)对机床有长期保持精度的要求； 2)对飞机有质量小，飞行阻力小而运载能力大的要求；
3)对流动使用的机器有便于安装和拆卸的要求；
4)对大型机器有便于运输的要求等等。
机械设计第九章课后习题答案
9-1答退火：将钢加热到一定温度，并保温到一定时间后，随炉缓慢冷却的热处理方法。
主要用来消除内应力、降低硬度，便于切削。
正火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，空冷或风冷的热处理方法。
可消除内应力，降低硬度，便于切削加工；对一般零件，也可作为最终热处理，提高材料的机械性能。
淬火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，浸入到淬火介质中快速冷却的热处理方法。
可提高材料的硬度和耐磨性，但存在很大的内应力，脆性也相应增加。
淬火后一般需回火。
淬火还可提高其抗腐蚀性。
调质：淬火后加高温回火的热处理方法。
可获得强度、硬度、塑性、韧性等均较好的综合力学性能，广泛应用于较为重要的零件设计中。
表面淬火：迅速将零件表面加热到淬火温度后立即喷水冷却，使工件表层淬火的热处理方法。
主要用于中碳钢或中碳合金钢，以提高表层硬度和耐磨性，同时疲劳强度和冲击韧性都有所提高。
渗碳淬火：将工件放入渗碳介质中加热，并保温一定时间，使介质中的碳渗入到钢件中的热处理方法。
适合于低碳钢或低碳合金钢，可提高表层硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韧性和高塑性。
9-2解见下表9-3解查教材表 9-1，Q235的屈服极限查手册 GB706-88标准，14号热轧工字钢的截面面积则拉断时所所的最小拉力为9-4解查教材表9-1，45钢的屈服极限许用应力把夹紧力向截面中心转化，则有拉力和弯距截面面积抗弯截面模量则最大夹紧力应力分布图如图所示图 9.3 题9-4解图9-5解查手册，查手册退刀槽宽度，沟槽直径，过渡圆角半径，尾部倒角设所用螺栓为标准六角头螺栓，对于的螺栓，最小中心距，螺栓轴线与箱壁的最小距离。
9-6解查手册，当圆轴时，平键的断面尺寸为且轴上键槽尺寸、轮毂键槽尺寸。
图 9.5 题9-6解图9-7解（1）取横梁作为示力体，当位于支承右侧处时由得由得由得由得（ 2）横梁弯矩图图 9.7 题9-7解图（ 3）横梁上铆钉组的载荷力矩水平分力垂直分力9-8解水平分力在每个铆钉上产生的载荷垂直分力在每个铆钉上产生的载荷力矩在每个铆钉上产生的载荷各力在铆钉上的方向见图所示图 9.9 题9-8解图根据力的合成可知，铆钉 1的载荷最大9-9解铆钉所受最大载荷校核剪切强度校核挤压强度均合适。
《机械设计基础》第九章 带传动与链传动
松边拉力F2之间的关系满足欧拉公式，即 带与带轮间的摩擦因数
F1/F2=e fα
带轮上的包角 自然对数的底，e ≈ 2.718
联立上式，得
F Fe f F2 f F1 f e 1 e 1
1 F F1 F2 F1 (1 f ) e
由此可知，增大包角或增大摩擦因数，都可以提高带传动所 能传递的功率，因小带轮包角α1小于大带轮包角α2 ，故计算带圆 周力时应取α1 。
第九章 带传动与链传动
(belt drive and chain drive)
带传动和链传动都是通过中间挠性件（带或链）传 递运动和力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮 传动相比，具有结构简单、成本低廉、传动中心距较大 等优点。
§9-1 带传动的类型、特点
带传动通常由主动轮、从动轮和张紧在两带轮上的封闭环形带 组成。由于张紧，静止时带已受到预拉力，在带与带轮的接触面间 产生压力。当原动机驱动主动轮回转时，依靠带和带轮间的摩擦力 拖动从动轮一起回转，从而传递一定的运动和力。
2、缺点：
通常，带传动适用于中小功率的传动，以V带传动应用最广，带速 v=5～25 m/s，传动比i≤7 效率η≈ 0.90～0.95
§9-2 带传动的受力分析和运动特性
一、带传动的受力分析
为使带和带轮接触面上产生足够的摩擦力，带必须以一定的 张紧力套在两带轮上。
F0
F0
n1 主动轮
F2
F2 n2
其降低率可用滑动率ε 来表示，即
v1 v2 d1n1 d 2 n2 d1n1 v1
因而得带传动的实际传动比 i＝n1/n2＝d2/d1（1－ε ） 一般ε ＝1％～2％，其值甚小，在一般传动计算中可不考虑。 例9－1 一平带传动，传递功率P＝15kW，v=15m/s；带在小轮上的 包角α1＝170 °，带的厚度δ＝4.8mm、宽度b＝100mm；带的密度ρ ＝1×10－3kg/cm3，带与轮面间的摩擦系数f＝0.3。 求：（1）传递的圆周力； （2）紧边、松边拉力； （3）由于离心力在带中引起的拉力； （4）所需的预拉力； （5）作用在轴上的压力。
F1/F2=e fα
带轮上的包角 自然对数的底，e ≈ 2.718
联立上式，得
F Fe f F2 f F1 f e 1 e 1
1 F F1 F2 F1 (1 f ) e
由此可知，增大包角或增大摩擦因数，都可以提高带传动所 能传递的功率，因小带轮包角α1小于大带轮包角α2 ，故计算带圆 周力时应取α1 。
第九章 带传动与链传动
(belt drive and chain drive)
带传动和链传动都是通过中间挠性件（带或链）传 递运动和力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮 传动相比，具有结构简单、成本低廉、传动中心距较大 等优点。
§9-1 带传动的类型、特点
带传动通常由主动轮、从动轮和张紧在两带轮上的封闭环形带 组成。由于张紧，静止时带已受到预拉力，在带与带轮的接触面间 产生压力。当原动机驱动主动轮回转时，依靠带和带轮间的摩擦力 拖动从动轮一起回转，从而传递一定的运动和力。
2、缺点：
通常，带传动适用于中小功率的传动，以V带传动应用最广，带速 v=5～25 m/s，传动比i≤7 效率η≈ 0.90～0.95
§9-2 带传动的受力分析和运动特性
一、带传动的受力分析
为使带和带轮接触面上产生足够的摩擦力，带必须以一定的 张紧力套在两带轮上。
F0
F0
n1 主动轮
F2
F2 n2
其降低率可用滑动率ε 来表示，即
v1 v2 d1n1 d 2 n2 d1n1 v1
因而得带传动的实际传动比 i＝n1/n2＝d2/d1（1－ε ） 一般ε ＝1％～2％，其值甚小，在一般传动计算中可不考虑。 例9－1 一平带传动，传递功率P＝15kW，v=15m/s；带在小轮上的 包角α1＝170 °，带的厚度δ＝4.8mm、宽度b＝100mm；带的密度ρ ＝1×10－3kg/cm3，带与轮面间的摩擦系数f＝0.3。 求：（1）传递的圆周力； （2）紧边、松边拉力； （3）由于离心力在带中引起的拉力； （4）所需的预拉力； （5）作用在轴上的压力。
机械设计第09章链传动
3.心柱形式：圆柱式、轴瓦式、滚柱式；
4.特点： 传动平衡、无噪声、承受冲击性能好， 工作可靠; 适用于高速传动、大传动比和中心距较 小、运动精度要求较高的场合; 结构复杂、价格高、制造困难;
§9-3 滚子链链轮的结构和材料
链轮是链传动的主要零件，链轮齿形已经标准 化。链轮设计主要是确定其结构及尺寸，选择 材料和热处理方法。
一、链轮的基本参数及主要尺寸
分度圆直径d=p/sin(180° 分度圆直径d=p/sin(180°/z) d=p/sin(180
二、齿形
滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合 非共轭啮合，其链轮齿形 非共轭啮合 的设计可以有较大的灵活性； GB／T1244—1985中没有规定具体的链轮齿形 链轮齿形，仅 链轮齿形 仅规定了最大和最小齿槽形状及其极限参数，见 表9-5。
Z
P
KA--工作情况系数见表9－6 Kz—主动链齿数系数 图9-13 KP---多排链系数 P---传递的功率，kW
• 3 确定链条型号和节距p • 型号---查图9-11 • 链节距p---表9-1
4 计算链节数和中心距 链条长度以链节数Lp(节距p的倍数)来表示。
2a0 z1 + z2 z2 + z1 p Lp = + + p 2 π 2 a0
F = K f qa ×10
' f
−2
F f" = ( K f + sin α )qa × 10−2
松边：F2=FC+Ff 压轴力：
Fp ≈ KFp F e
KFp—压轴力系数 对于水平传动 KFp ＝1.15； 对于垂直传动KFp ＝1.05
§9-6 滚子链传动的设计计算
机械设计基础-第9章-轴和联轴器
碳素钢
500许用弯曲应力170
75
45
600
200
95
55
700
230
110
65
800
合金钢
900
270
130
75
300
140
80
1000
330
150
90
铸钢
400
500
100
50
30
120
70
40
折合系数取值：α=
0.3 ----转矩不变； 0.6 ----脉动变化； 1 ----频繁正反转。
设计公式： d 3 M d
滑动轴承 向心球轴承 调心球轴承 圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 安装齿轮处轴
的截面
允许偏转角 [θ](rad)
0.001 0.005 0.05 0.0025 0.0016
0.001~0.00 2
四、轴的设计
类比法 根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出 轴的零件图。
设计计算法
根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。 按扭转强度估算出轴的最小直径。 设计轴的结构，绘制出轴的结构草图。包括
第九章 轴和联轴器
§9.1 轴的分类和材料 §9.2 轴的结构 §9.3 轴的计算 §9.4 轴毂联结 §9.5 联轴器和离合器
§9-1 轴的分类和材料
轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转 运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。
分类： 按承受载荷分有：
类 型
按轴的形状分有：
为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径
有一个键槽
有两个键槽
轴径d＞ 100mm
机械设计第九章链传动
链传动的运动特性
运动特性1
一、链传动的速度分析
链条铰链A点的前进分速度 v x = R1ω1 cos β 上下运动分速度 v y = R1ω1 sin β
β：铰链A的线速度方向与链条直线运动
方向的夹角。
动画演示
链传动的运动特性
二、链传动的运动不均匀性
运动特性2
链传动中，链条的前进速度和上下抖动速度是周期性变 化的，链轮的节距越大，齿数越少，链速的变化就越大。 从动链轮的角速度为：
Pca = KA K z P KP
式中：KA为链传动的工况系数。 Kz为主动链轮齿数系数； KP为多排链系数。
滚子链传动的设计计算
3．确定链条型号和节距
设计计算3
链的节距越大，承载能力就越高，但传动的多边形效应也要增 大，振动冲击和噪声也越严重。设计一般尽量选取小节距的链。 链条型号可根据计算功率 Pca 、单排链额定功率 Pc 和小链轮 转速 n1由额定功率曲线选取。 查表时应保证： Pca ≤ Pc 4．链传动的中心距和链节数 链传动的中心距过大或过小对传动都会造成不利影响。设计时 一般取中心距a0=(30～50)p。 链条的长度以链节数Lp来表示，链节数为：
布置张紧和润滑2
链传动中销轴与套筒之间产生磨损，链节就会伸长，这是 影响链传动寿命的最主要因素。因而，润滑是延长链传动寿命 的最有效的方法。润滑对高速重载的链传动尤为重要。 良好的润滑可缓和冲击、减轻磨损、延长链条的使用寿命。 润滑油推荐采用牌号为：L-AN32、L-AN46、L-AN68等全 损耗系统用油。 对于开式及重载低速传动，可在润滑油中加入MoS2、WS2 等添加剂。 对于不便采用润滑油的场合，允许涂抹润滑脂，但应定期 清洗与涂抹。
滚子链传动的设计计算
机械原理与设计第九章 机械的摩擦与自锁
电子教案
主编 马履中 谢俊 尹小琴 制作 杨德勇
机械工业出版社
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（上册）
第九章 机械的摩擦与自锁
第一节 机械中的摩擦 第二节 机械中的自锁
第一节 机械中的摩擦
一、运动副中的摩擦
（一）平面摩擦
总反力R21 摩擦角φ
tan F21 f N 21 f
N 21
N 21
arctan f
M f F21r feQr
摩擦圆： fer
，r 为轴颈的半径
（二）止推轴颈的摩擦
轴用以承受轴向载荷的部分称为轴端。当轴在承受轴向 外载运转时，也要产生摩擦磨损。具体的分析过程请参考相 关资料。
第二节 机械中的自锁
在实际机械中，由于摩擦的存在以及驱动力作用方向的问题， 有时会出现无论驱动力如何增大，机械都无法运转的现象，这种现 象称为自锁。
总反力R21与V12间的夹角为90o+φ,总是一个钝角 。
（二）斜面摩擦
（1）滑块等速上升
F Q tan( )
（2）滑块等速下降
F ' Q tan( )
斜面摩擦正行程受力分析
斜面摩擦反行程受力分析
二、转动副中的摩擦 （一）径向轴颈的摩擦
摩擦力F21对轴颈形成的摩擦力矩Mf为：
驱动力有效分力： Ft F sin Fn tan
阻力为摩擦力： F21 Fn tan
当 时有 Ft F21
此时无论F 多大，均无法使滑块运动，出现自锁现象。
综上所述，机械是否发生自锁与其驱动作用线的位置及方 向有关。在移动副中，当驱动力的作用线在摩擦角（摩擦锥） 内时，发生自锁现象。在转动副中，当驱动力作用线在摩擦圆 内时，也将产生自锁。可以发现，机械的自锁与机构相关摩擦 特性有关，可通过分析以上的环节来予以判断。机械的自锁在 大多数机械中都存在，自锁的危害很大，但一些特殊机械仍利 用这一特性进行工作，比如螺旋千斤顶、各种机械夹具、螺栓 联结、压榨机等。
主编 马履中 谢俊 尹小琴 制作 杨德勇
机械工业出版社
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（上册）
第九章 机械的摩擦与自锁
第一节 机械中的摩擦 第二节 机械中的自锁
第一节 机械中的摩擦
一、运动副中的摩擦
（一）平面摩擦
总反力R21 摩擦角φ
tan F21 f N 21 f
N 21
N 21
arctan f
M f F21r feQr
摩擦圆： fer
，r 为轴颈的半径
（二）止推轴颈的摩擦
轴用以承受轴向载荷的部分称为轴端。当轴在承受轴向 外载运转时，也要产生摩擦磨损。具体的分析过程请参考相 关资料。
第二节 机械中的自锁
在实际机械中，由于摩擦的存在以及驱动力作用方向的问题， 有时会出现无论驱动力如何增大，机械都无法运转的现象，这种现 象称为自锁。
总反力R21与V12间的夹角为90o+φ,总是一个钝角 。
（二）斜面摩擦
（1）滑块等速上升
F Q tan( )
（2）滑块等速下降
F ' Q tan( )
斜面摩擦正行程受力分析
斜面摩擦反行程受力分析
二、转动副中的摩擦 （一）径向轴颈的摩擦
摩擦力F21对轴颈形成的摩擦力矩Mf为：
驱动力有效分力： Ft F sin Fn tan
阻力为摩擦力： F21 Fn tan
当 时有 Ft F21
此时无论F 多大，均无法使滑块运动，出现自锁现象。
综上所述，机械是否发生自锁与其驱动作用线的位置及方 向有关。在移动副中，当驱动力的作用线在摩擦角（摩擦锥） 内时，发生自锁现象。在转动副中，当驱动力作用线在摩擦圆 内时，也将产生自锁。可以发现，机械的自锁与机构相关摩擦 特性有关，可通过分析以上的环节来予以判断。机械的自锁在 大多数机械中都存在，自锁的危害很大，但一些特殊机械仍利 用这一特性进行工作，比如螺旋千斤顶、各种机械夹具、螺栓 联结、压榨机等。
机械设计试题及答案第九章蜗杆传动知识讲解
（2）斜齿轮2的螺旋线为右旋。 （3）Ⅱ轴、 Ⅲ 轴上各轮受力分析如图9－6（b）所示
图9—4
【例9－1】图9－5为热处理车间所用的可控气氛加热炉拉料机传动简图。已知：蜗轮传递的转T2=405N·m，蜗杆 减速器的传动比 i12＝22，蜗杆转速n1＝480r/min传动较平稳，冲击不大。工作时间为每天 8 h，要求工作寿命为5 年（每年按 300工作日计）。试设计此蜗杆传动。
答案：增加 9－32 在蜗杆传动中，其它条件相同；若增加头数，则滑动 速度会怎样改变？
（l）增加；（2）减小；（3）保持不变；（4）或增加，或减小 答案：增加
9－33 对于蜗杆传动进行正变位时，蜗杆的节圆直径d1与分度圆直径 d1 比较，有什么关系？
（1） d1 ＞ d1 ；（2） d1 ＜ d1 ；（3） d1 ＝ d1
9－41 要使蜗杆传动的工作齿面间建立连续润滑油膜，以形成液体摩擦， 则其滑动速度的方向与接触线之间的理想夹角为多大？
（1） 0 ；（2） 40；（3） 50 ；（4） 90 。
答案： 90
9－42 对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了什么？
（1）防止润滑油受热后膨胀外溢，造成环境污染； （2）防止润滑油温度过高后使润滑条件恶化； （3）防止蜗轮材料在高温下机械性能下降； （4）防止蜗杆蜗轮发生热变形后，正确啮合受到破坏。 答案：防止润滑油温度过高后使润滑条件恶化 9—43 蜗杆传动在校核后发现蜗杆刚度不够时，在下列措施中，哪种对 提高蜗杆的刚度无效？
答案：28~80
9－18 蜗杆蜗轮的材料除要求具有足够的强度外，更重要的是应具有良好的 ___________等性能
答案：跑合和耐磨 9－19 普通蜗杆的精度等级有12种，其中______最高，________最低，常 用的是____________。
图9—4
【例9－1】图9－5为热处理车间所用的可控气氛加热炉拉料机传动简图。已知：蜗轮传递的转T2=405N·m，蜗杆 减速器的传动比 i12＝22，蜗杆转速n1＝480r/min传动较平稳，冲击不大。工作时间为每天 8 h，要求工作寿命为5 年（每年按 300工作日计）。试设计此蜗杆传动。
答案：增加 9－32 在蜗杆传动中，其它条件相同；若增加头数，则滑动 速度会怎样改变？
（l）增加；（2）减小；（3）保持不变；（4）或增加，或减小 答案：增加
9－33 对于蜗杆传动进行正变位时，蜗杆的节圆直径d1与分度圆直径 d1 比较，有什么关系？
（1） d1 ＞ d1 ；（2） d1 ＜ d1 ；（3） d1 ＝ d1
9－41 要使蜗杆传动的工作齿面间建立连续润滑油膜，以形成液体摩擦， 则其滑动速度的方向与接触线之间的理想夹角为多大？
（1） 0 ；（2） 40；（3） 50 ；（4） 90 。
答案： 90
9－42 对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是为了什么？
（1）防止润滑油受热后膨胀外溢，造成环境污染； （2）防止润滑油温度过高后使润滑条件恶化； （3）防止蜗轮材料在高温下机械性能下降； （4）防止蜗杆蜗轮发生热变形后，正确啮合受到破坏。 答案：防止润滑油温度过高后使润滑条件恶化 9—43 蜗杆传动在校核后发现蜗杆刚度不够时，在下列措施中，哪种对 提高蜗杆的刚度无效？
答案：28~80
9－18 蜗杆蜗轮的材料除要求具有足够的强度外，更重要的是应具有良好的 ___________等性能
答案：跑合和耐磨 9－19 普通蜗杆的精度等级有12种，其中______最高，________最低，常 用的是____________。
机械设计系统方案设计第九章开式链机构ppt课件
3
9-1 概述
• 机器人的作用:从事一般及特殊劳动.包括制造 业,制药业,微电子,深水,航空,挖掘,排险及军事, 医用,家用等.
4
9-1概述
• 机器人的基本组成: 1.执行系统(操作器); 2.控制系统; 3.驱动系统;
5
9-2 开式链机构的结构分析
一、操作器的组成 二、操作器的自由度 三、操作器的结构分类
• 为了使操作器手部能够达到空间任一位 置，通常的空间机器人操作器的臂部应 至少具有3个自由度。
• 为了使操作器手部能够达到平面任一位 置，通常的平面机器人操作器的臂部应 至少具有2个自由度。
9
9-2 开式链机构的结构分析
• 腕部的自由度主要是用来调整的姿态的 • 为了使手爪在空间能取得任意要求的姿
l1
s
in
1
l2 l2
cos(1 2 )
s in( 1
2
)
1 2
p
xB y B
l1 sin 1 l2 sin(1 2 )
l1
cos
1
l2
cos
(1
2
)
l2 sin(1 2 )1
l2
cos (1
2 )
2
J
12
J
L1 sin 1 L2 sin(1 2 )
6
9-2 开式链机构的结构分析
一、操作器的组成： 操作器是机器人的执行系统，是机
器人握持工具或工件、完成各种运动和 操作任务的机械部分。
操作器是由机身、臂部、腕部和手 部（末端执行器）等组成。
7
9-2 开式链机构的结构分析
二、操作器的自由度：
• 操作器的自由度是指在确定操作器所有构件的 位置时所必须给定的独立运动参数的数目。
9-1 概述
• 机器人的作用:从事一般及特殊劳动.包括制造 业,制药业,微电子,深水,航空,挖掘,排险及军事, 医用,家用等.
4
9-1概述
• 机器人的基本组成: 1.执行系统(操作器); 2.控制系统; 3.驱动系统;
5
9-2 开式链机构的结构分析
一、操作器的组成 二、操作器的自由度 三、操作器的结构分类
• 为了使操作器手部能够达到空间任一位 置，通常的空间机器人操作器的臂部应 至少具有3个自由度。
• 为了使操作器手部能够达到平面任一位 置，通常的平面机器人操作器的臂部应 至少具有2个自由度。
9
9-2 开式链机构的结构分析
• 腕部的自由度主要是用来调整的姿态的 • 为了使手爪在空间能取得任意要求的姿
l1
s
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1
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2
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l1 sin 1 l2 sin(1 2 )
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J
L1 sin 1 L2 sin(1 2 )
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9-2 开式链机构的结构分析
一、操作器的组成： 操作器是机器人的执行系统，是机
器人握持工具或工件、完成各种运动和 操作任务的机械部分。
操作器是由机身、臂部、腕部和手 部（末端执行器）等组成。
7
9-2 开式链机构的结构分析
二、操作器的自由度：
• 操作器的自由度是指在确定操作器所有构件的 位置时所必须给定的独立运动参数的数目。
机械设计基础 第九章 连杆传动
压力角的大小是判断机构传动性能好坏的标志。
第八章
连杆传动
10
为便于度量，常用传动角。 传动角：连杆与从动摇杆间所夹锐角，也是的余角 。
= 90°-
↑→↓ →对传动有利 设计时，应保证min≥40° 1 2 4 3
最小传动角位置：曲柄与机架共线位置。 AB’C’D：’min=∠B’C’D AB”C”D：”min=180°-∠B”C”D（若为钝角）
K 1 θ 180 K 1
θ B2 A B1
M O D
设计步骤 ：
1）根据行程速比系数K,求极位夹角 ;
2）任选固定铰链中心D，确定l3两个极限位置C1D C2D; 3）连接C1C2, ∠C2C1O =90- ,∠C1C2O =90- ;
4) 以O为圆心 OC2为半径作圆, 并在圆上任选铰链A的位置, 得l4; 5）由共线关系作出l1 、l2。
第八章
二、铰链四杆机构的演化
连杆传动
21
转动副→移动副
R→∞
对心曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
第八章
连杆传动
22
3
7,8 2
6 5 4 1
第八章
取不同构件为固定件
连杆传动
23
曲柄滑块机构
l1<l2：转动导杆 l1>l2：摆动导杆
导杆机构
摇块机构
定块机构
第八章
连杆传动
24
牛头刨床
第八章
F
D
第八章
连杆传动
12
解决办法：◆ 利用回转构件的惯性冲过死点。
◆ ◆
对从动件施加额外的力。 多组机构死点错开。
第八章
利用死点：
连杆传动
第9章机械设计概论
与应力循环次数(即使用期限或寿命)有关的断裂。
§9－2 机械零件的强度 三、变应力下的许用应力 1、疲劳曲线
应力σ与应力循环次数N 之间 的关系曲线称为：疲劳曲线 由图可知：应力越 小，试件能经受的 循环次数就越多。 试 验 表 明 ， 当 N>N0 以 后 ， 曲 线 趋于水平，可认为 在无限次循环时试 件将不会断裂。 O σ
[ ]
B
S
表9-1 常用钢铁材料的牌号及力学性能 材 料 类 别 牌 号
Q215 Q235 Q275 20 优质碳素 35 结构钢 45 35 SiMn 合金 40Cr 结构钢 20CrMnTi 60Mn ZG270-500 铸 钢 ZG310-570 ZG42SiMn HT150 灰铸铁 HT200 HT250 QT400-15 球墨铸铁 QT500-7 QT600-3 碳素 结构钢
§9-3 机械零件的接触强度 三、计算公式（赫兹公式）
对于点、线接触的情况，其接触 应力可用赫兹应力公式计算。
1 1 1 2 H 2 1 12 1 2 E E 1 2 Fn b
σH σH
Fn
ρ1 b
ρ2
Fn
ρ1 b
28
§9-3 机械零件的接触强度 二、疲劳点蚀
实验证明: （1）润滑油会加剧点蚀的形成。
（ 2 ）如接触表面无润滑油，则 磨损的速度远远超出裂纹的扩展 速度，即主要失效形式为磨损。
2、点蚀的后果：
1）使零件表面的接触面积减小，承载能力下降；
2）零件表面的平滑度下降，传动中会产生振动和噪音。
疲劳点蚀常是齿轮、滚动轴承等零件的主要失效形式。
ρ2
Fn
ρ1 b
由图看出，作用在两圆柱体上的 接触应力具有大小相等，方向相 反。且左右对称及稍离接触区中 线即迅速降低等特点。
第九章 机械设计之连接件
② 线数n：n=1时用于联接；n＞1时用于传动；
n↑→η↑，但为便于制造n≰4 ③ 牙形角α：螺纹牙两侧面夹角。 ④ 螺距p
⑤ 导程s ：s=np ⑥ 中径升角ψ： arctan d 2 2、螺纹的类型 螺纹位置：内螺纹——螺母；外螺纹——螺钉。
np
螺纹旋向：左旋螺纹，右旋螺纹（常用）。
一、拧紧 受载之前 预紧 拧紧螺母 ↑联接刚度 预紧力F’
↑防松能力
↑紧密性
1、拧紧力矩T=？
以螺母分析：T=T1+T2
螺母支承面间的摩擦阻力矩 螺纹副间的摩擦力矩
d2 (Ft F tan( v ) —— 螺纹副间有效圆周力 T1 Ft 2 d2 F tan( v ) 2
提 高 螺 纹 联 接 强 度 的 措 施
螺 纹 组 受 力 分 析 与 讨 论
计 算
单 个 螺 栓 的 受 力 分 析 与 强 度
螺 纹 联 接 的 拧 紧 与 防 松
螺 纹 联 接 概 述
联 接 概 述
螺 纹 联 接
§1 概述
一、联接分类 1、按运动关系分 静联接：只固定，无相对运动。如螺纹联接、普通平键联接。 动联接：彼此有相对运动。如花键、螺旋传动等。——运动副 2、按传载原理分 靠摩擦力（力闭合）：如受拉螺栓、过盈联接。 非摩擦（形闭合）：靠联接零件的相互嵌合传载，如平键。
粗牙：一般情况下使用。
细牙：d相同，p小， ψ小，牙浅，自锁性好，但不 耐磨，易滑扣。∴ 用于变载荷场合。 ∴联接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。
§2 螺纹联接的主要类型、材料
一、主要类型（注意各图的画法） 1、螺栓联接 受拉——普通螺栓 受剪——铰制孔螺栓
《机械设计》教学PPT课件 第九章 轴
练习4
指出图中结构不合理的地方，并予以改正。
练习5
§9-3 轴的工作能力计算
轴的强度计算应根据轴的承载情况，采用相应的计 算方法。常见的轴的强度计算有以下两种
一、按扭转强度计算
对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为
T
WT
9.55 10 6 0.2d 3n
P
[ ]
MPa
设计公式为
9.55106 P
三、轴的结构工艺性
1.轴端倒角C×45°(1C、2C等) 2.螺纹退刀槽——切制螺纹 3.砂轮越程槽——磨削 4.同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同 尺寸。圆角半径r也尽量一致。
1.轴端倒角C 2.螺纹退刀槽——切制螺纹
3.砂轮越程槽——磨削
4.同一轴上键槽位于圆柱同 一母线上，且取相同尺寸。 圆角半径r也尽量一致。
1.轴向固定 —— 轴肩定位
r轴<C孔
r轴<R孔
特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力
应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位
r轴>C孔
固定滚动轴承的轴肩高度 ─-查轴承的安装尺寸
da
轴向固定
2-3
轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定)
套筒用于两个零件间距离较小时 不宜用于高速旋转
轴向固定 圆螺母
2. 按轴线形状分
直轴 曲轴
光轴 阶梯轴
空心轴: 有特殊要求时，如航空发 动机的主轴。
实心轴
钢丝软轴：可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意 空间位置。
钢丝软轴
选用合适的材料 结构设计
强度计算 轴的结构形状和尺寸
一、碳钢
1.对应力集中敏感性低，强度、塑性和韧性均较好； 2.般经调质或正火热处理，如40、45； 3.不重要或承受载荷较小的轴，可用普通碳素钢，Q235等
机械设计第9章 链传动设计 PPT课件
2
从动轮节圆上圆周速度：
v2
v cos
v1 cos cos
R11 cos cos
R2 2
3.
链传动的瞬时传动比i瞬 ——
i瞬
1 2
R2 cos R1 cos
的变化范围为：180 , 的变化范围为：180
z1
z2
一般情况下 ，故i瞬 常数
内链板 外链板 销轴
套筒 滚子
一）滚子链结构分析——滚子链由内链板、外链板、销轴、
套筒和滚子组成。
销轴与外—链—板用过盈
配合连接，称为外链节。
h2
套筒与内—链—板用过盈
p
配合连接，称为内链节。
销轴与套筒—之—间间隙配 合，当链条与链轮轮齿啮合 时，内、外链相对转动。
内链板
外链板 销轴
套筒 滚子
滚子链的结构分析图
180 z1
R11
180 cos
z1
垂直方向分速度：
v1'
R11
sin
180 z1
R11
sin 180 z1
相位角β变化：由 180 / z1 0 180 / z1
前进方向分速度：
每啮进一 个链节时，
由R11
cos
击载荷时承受较大的动载荷，经过多次冲击，滚子表面产 生点蚀，且滚子、套筒和销轴会产生冲击断裂。
4. 销轴与套筒的胶合 由于套筒和销轴间存在相对运动，在变载荷的作用
下，润滑油膜难以形成，当转速过高时，套筒与销轴间产 生的热量导致套筒与销轴的胶合失效。
5. 过载拉断
在低速重载的传动中或者链传动严重过载时，链元 件被拉断。
从动轮节圆上圆周速度：
v2
v cos
v1 cos cos
R11 cos cos
R2 2
3.
链传动的瞬时传动比i瞬 ——
i瞬
1 2
R2 cos R1 cos
的变化范围为：180 , 的变化范围为：180
z1
z2
一般情况下 ，故i瞬 常数
内链板 外链板 销轴
套筒 滚子
一）滚子链结构分析——滚子链由内链板、外链板、销轴、
套筒和滚子组成。
销轴与外—链—板用过盈
配合连接，称为外链节。
h2
套筒与内—链—板用过盈
p
配合连接，称为内链节。
销轴与套筒—之—间间隙配 合，当链条与链轮轮齿啮合 时，内、外链相对转动。
内链板
外链板 销轴
套筒 滚子
滚子链的结构分析图
180 z1
R11
180 cos
z1
垂直方向分速度：
v1'
R11
sin
180 z1
R11
sin 180 z1
相位角β变化：由 180 / z1 0 180 / z1
前进方向分速度：
每啮进一 个链节时，
由R11
cos
击载荷时承受较大的动载荷，经过多次冲击，滚子表面产 生点蚀，且滚子、套筒和销轴会产生冲击断裂。
4. 销轴与套筒的胶合 由于套筒和销轴间存在相对运动，在变载荷的作用
下，润滑油膜难以形成，当转速过高时，套筒与销轴间产 生的热量导致套筒与销轴的胶合失效。
5. 过载拉断
在低速重载的传动中或者链传动严重过载时，链元 件被拉断。
机械设计第九章 滚动轴承轴
径 向 接 触 轴 承 α 0 向心轴承 : 向 心 角 接 触 轴 承 0 α 45 主 要 承 受 径 向 力 3.分 类 推力轴承 轴 向 接 触 轴 承 α 90 推 力 角 接 触 轴 承 45 α 90 主 要 承 受 轴 向 力
(2）寿命计算公式中：P应与C同性质,可比计算
向心轴承 径向载荷 当量动负荷P 推力轴承 轴向载荷 P:假想载荷，轴承在 P 的作用下与实际载荷作用下的寿命相当
(3）实际受载：径向+轴向
计算式： fd fm ( XR YA) P
X , Y —径向载荷、轴向载荷系数（查表9-6）
纯轴向载荷：滚动体均匀受载 受径向载荷：滚动体受载不均 （承载与非承载区）
二、轴承元件上的应力-变应力
13
§9-3 滚动轴承内部载荷分布与失效形式
三、失效形式
三、滚动轴承的失效形式
内圈滚道点蚀
滚动体点蚀
外圈过大塑变
内圈滚道磨损
1.点蚀—交变接触应力作用导致元件点蚀（轴承主要失效形式） 2.塑变—过大静载或冲击载荷致局部塑变（低速轴承失效形式）
各类滚动轴承的特点见表14-1
径向接触 轴承
向心角接 触轴承
轴向接触 轴承
轴向角接 5 触轴承
§9-2 滚动轴承类型代号与选择
二、滚动轴承的代号
二、滚动轴承代号（GB272/T-93） 代号用于表征滚动轴承的结构、尺寸、类型、精度等 滚动轴承代号构成：32309/C2/P2
前置代号
五
轴 承 的 分 部 件 代 号
序号
1 2 3 4 5
新标准精度等级
2 精度高 4 5 6 （6X） 0 精度低
标注代号
第09章 机械设计方法简介
首第九章机械设计方法简介§9-1常规设计方法§9-2现代设计方法§9-3创新设计方法§9-4反求设计方法首§9-1常规设计方法机械设计方法对机械产品的性能有决定作用机械设计方法分为：常规设计方法（传统设计方法），现代设计方法，创新设计方法。
他们之间有区别，也有共同性。
传统的常规机械设计方法，是以实践经验为基础，依据力学和数学建立的理论公式和经验公式，运用图表和手册等技术资料，进行设计计算、绘图和编写设计说明。
一个完整的常规机械设计主要由下面的各个阶段所组成首完整的常规机械设计由下面几个阶段所组成：1. 市场需求分析2.明确机械产品的功能目标3.方案设计4. 技术设计阶段1) 机构设计2) 机构系统设计(协调设计)3) 结构设计4) 总装设计5) 制造样机在常规机械设计过程中，也包含了设计人员的大量创造性成首§9-2 现代设计方法1.计算机辅助设计2.可靠性设计3.优化设计4.动态设计5.并行设计6.虚拟设计7.绿色设计首1 .计算机辅助设计•（1)概述•计算机辅助设计：(Computer Aided Design－CAD)：•是指在设计活动中，利用计算机及工程设计软件作为工具，帮助工程技术人员进行设计的一切有关技术的总称。
•（2）计算机辅助设计系统的构成•硬件系统：计算机主机、输入设备、输出设备、图形显示器、外存储器及其它通信接口。
•软件系统：系统软件平台、支撑软件和应用软件三个层次所构成。
2 .可靠性设计首（1）可靠性设计的概念可靠性设计是指把概率论、数理统计理论和可靠度指标引入到机械设计过程的新的设计方法。
（2）与传统设计的区别a传统设计是以许用应力或安全系数来判断机械零件是否满足工作要求或是否失效。
可靠性设计的指标是产品的可靠性与可靠度。
（3）可靠性设计的理论以应力—强度干涉理论为基础（4）机械强度可靠性设计过程（5）机械强度可靠性设计（6）机械系统可靠性设计首`强度分布强度变化不安全应力分布常规设计最初的安全度实际安全裕量t0t1tS Sab应力－强度分布曲线的相互关系首载荷统计和概率分布应力计算几何尺寸分布和其它随机因素分布干涉模型应力统计和概率分布机械强度可靠性设计材料机械性能统计和概率分布强度计算强度统计和概率分布机械强度可靠性设计过程框图(5) 机械强度可靠性设计首1）首先应明确机械产品的工作时间，不同的工作时间具有不同的可靠度。
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9.2
螺纹及螺纹连接
9.2.1 螺纹的类型及应用
螺纹有外螺纹和内螺纹之分,两者共同组成螺纹连接或螺旋传动。顾名思义,两者的功 能分别为连接和传动。螺旋传动实质上构成了螺旋副,将在第五篇介绍。螺纹又分为 米制和寸制(螺距以每英寸牙数表示)两类。我国除管螺纹保留寸制外,其他均采用米制 螺纹。 常用连接螺纹的类型主要有普通螺纹、米制锥螺纹和管螺纹,且都已标准化。标准螺 纹的基本尺寸,可查阅有关国家标准。常用螺纹的类型、特点和应用见表9-1。
图9-6
紧定螺钉连接
图9-7
地脚螺栓连接
图9-8
吊环螺钉连接
图9-9
T形槽螺栓连接
表9-3 螺栓间距t0
9.3 螺纹连接的结构设计 9.3.1 螺栓组布局设计
螺栓组设计时应综合考虑以下几方面问题: 1)连接结合面的几何形状要简单合理,如成轴对称的形状;结合面接触均匀;便于加工制 造。 2)螺栓组的形心与结合面形心尽量重合。 3)螺栓的位置应该使受力合理,尽量靠近结合面边缘,以减少螺栓受力,如图9-10所示。 如螺栓同时承受较大轴向及横向载荷时,可采用销、套筒或键等零件来承受横向载荷。 4)同一组螺栓的直径和长度应尽量相同。 5)应避免螺栓受附加弯曲载荷。 6)各螺栓中心间的最小距离应不小于扳手空间的最小尺寸,最大距离应按连接用途及 结构尺寸大小而定,见表9-3。
第三篇 静链接
第9章 螺纹连接 9.1 概 述
螺纹连接设计的基本内容包括螺纹连接类型选择与结构设计和性能计算。 螺纹连接设计时,一般需要进行螺纹连接布局设计、螺纹连接类型选择、性能设计及 结构设计等。 (1)螺纹连接布局设计 大多数机器的螺纹连接件都是成组使用的,设计时,根据受力 情况、结构尺寸及密封要求,先进行结构布局设计,即确定螺栓的布置方式、数量及连 接结合面几何形状。 (2)螺纹连接结构设计 螺纹连接结构设计包括被连接件结合面结构设计、螺纹连接 防松设计等。 (3)螺纹连接类型选择 螺纹连接的类型有普通螺栓、铰制孔用螺栓、双头螺柱、螺 钉等多种连接类型,其选择与被连接件的厚度、材料、装拆要求、受力大小方向等因 素有关。 (4)螺纹连接性能设计 螺纹连接性能设计首先在其布局设计(确定螺栓的布置形式和 数目)基础上,进行受力分析,计算该连接中受力最大的螺栓及其所受载荷大小;其次,按 照螺纹连接的失效选择相应设计准则进行强度计算、密封性校验、连接刚度计算等性 能设计。
图9-4 螺栓连接
图9-5 双头螺柱、螺钉连接 a)双头螺柱连接 b)螺钉连接
3.螺钉连接 如图9-5b所示,这种连接的特点是螺钉直接拧入被连接件的螺纹孔中,不用螺母,在结构上 比双头螺柱连接简单、紧凑。其用途和双头螺柱连接相似,但经常拆装时,容易使螺纹孔 磨损,可能导致被连接件报废,故多用于受力不大,或不需要经常拆装的场合。
图9-10
工作压力/MPa
> 2 ≤1.6 0 ~ 3 0
结合面受弯矩或转矩时螺栓的布置 a)合理 b)不合理
>1.6~4
>4~10
>10~16
>16~20
7d
5.5dபைடு நூலகம்
t0/mm 4.5d
表9-3
螺栓间距t0
4d
3.5d
3
9.3.2
螺纹连接的防松
螺纹副的松脱属于螺纹连接的一种失效形式,轻则导致被连接件松动、分离,影响机 器正常工作,重则牵连其他零部件导致连锁失效,造成整个机器的损坏,甚至造成严重 事故。所以,螺纹连接必须采用可靠的防松措施。 一般说,摩擦防松简单、方便,但没有机械防松可靠。对于重要的连接,特别是在机器 内部的不易检查的连接,应采用机械防松。螺纹连接常用的防松方法见表9-4。
表9-1
常用螺纹的类型、特点和应用
9.2.2
螺纹的主要参数
现以普通圆柱螺纹的外螺纹为例说明螺纹的主要几何参数,如图9-3所示。
(1)大径d 螺纹的最大直径,即与外螺纹牙顶相切的假想圆柱的直 径,在标准中定为公称直径。 (2)小径d1 螺纹的最小直径,即与外螺纹牙底相切的假想圆柱的直 径,在强度计算中常作为螺杆危险截面的计算直径。 (3)中径d2 通过螺纹轴向截面内牙型上的沟槽和凸起宽度相等处 的假想圆柱面的直径,近似等于螺纹的平均直径,d2≈(d+ d1)/2。中 径是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。 (4)线数n 螺纹的螺旋线数目。沿一根螺旋线形成的螺纹称为单 线螺纹;沿两根以上的等距螺旋线形成的螺纹称为多线螺纹。 常用的连接螺纹要求自锁性,故多用单线螺纹;传动螺纹要求传动效率高 故多用双线或三线螺纹。 图, 9-3 螺纹的主要几何参数 为了便于制造,一般线数n≤4。 (5)螺距P 螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 (6)导程Ph 螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离。单线螺纹Ph=P,多线螺纹 Ph=nP。 (7)螺纹升角ψ 螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。在螺纹的不同直径处,螺纹升 角各不相同。通常按螺纹中径d2处计算,即 (8)牙型角α 螺纹轴向截面内,螺纹牙型两侧边的夹角。螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面 的夹角称为牙侧角β,对称牙型的牙侧角β=α/2 。 (9)接触高度h 内、外螺纹旋合后的接触面的径向高度。 各种管螺纹的主要几何参数可查阅有关标准,其公称直径都不是螺纹大径,而近似等于管子的内 径。
4.紧定螺钉连接 如图9-6所示。螺钉除作为连接和紧定用外,还可用于调整零件位置,如机器、仪器的 调节螺钉等。 除上述四种基本螺纹连接形式外,还有设备与地基间的地脚螺栓连接(图9-7),装在机器 或大型零、部件的顶盖或外壳上便于起吊用的吊环螺钉连接(图9-8),用于工装设备中 的T形槽螺栓连接(图9-9)等。
9.2.3
1.螺栓连接
螺纹连接的类型
螺栓连接分为普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接两类。 常见的普通螺栓连接如图9-4a所示。这种连接的特点是被连接件上的通孔和螺栓杆 间留有间隙,通孔的加工精度要求低,结构简单,装拆方便,使用时不受被连接件材料的 限制,因此应用广泛。 铰制孔用螺栓连接如图9-4b所示。孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合。这种连接能 精确固定被连接件的相对位置,并能承受横向载荷,但孔的加工精度要求较高。 2.双头螺柱连接 如图9-5a所示,这种连接适用于结构上不能采用螺栓连接的场合,如被连接件之一太厚 不宜制成通孔,材料又比较软(如用铝镁合金制造的壳体),且需要经常拆装时,往往采用 双头螺柱连接。由于拆卸这种连接时,不用拆下螺柱,能避免被连接件螺纹孔的磨损。