机械设计基础第九章
合集下载
机械设计基础第9章 螺纹连接
ψ
Fa
11
重物下滑过程分析：
ψ
R
当ψ >ρ时
N
v
ρ
滑块在重力作用下会加速下滑
要使其匀速下滑，还要施加少
量的水平力F（F > 0）
F = Fa tan(ψ-ρ）
fN F
ψ
Fa
此时F 由驱动力变为阻力，而Fa由阻力变为驱动力
当ψ ≤ρ时
由于摩擦力过大，重物不能自行下滑，而在斜面上保持静止
要使其下滑需施加反向力， F ≤ 0，此时F 变为驱动力
tan S np d2 d2
ψ
4
二、螺纹的分类
普通螺纹 三角形
粗牙螺纹 一般连接 细牙螺纹 薄壁零件或微调装置
管 螺 纹 管路连接
牙 矩形 型 梯 形 传递运动或传力
锯齿形 (效率高)
牙顶较大圆角，旋合 后无径向间隙，英制
细牙螺纹
5
四种螺纹的牙侧角：
β=0° β=3°
β=15°
β=30°
螺纹旋向： 常用右旋，特殊要求时用左旋
一、螺旋线方向的判定
左(右)手自然展开成掌， 使拇指与螺纹轴线平行，若左 手四个指头的指向与螺纹牙走 向一致，则螺纹为左旋螺纹； 则螺纹为右旋螺纹。(见右图 中左旋螺纹的判定)
二、螺纹轴向力的判定
在螺母固定的情况下，旋动螺杆时，螺杆将沿轴线方 向前进或后退，这说明螺杆受到了一个沿运动方向的作用 力。该作用力方向的判定方法是对左、右旋螺纹分别采用 左、右手定则。具体做法如下：拇指伸直，其余四指握拳， 令四指弯曲方向与螺杆转动方向一致，拇指的指向即是螺 杆前进的方向。
此种现象称为“自锁”，自锁条件是： ψ ≤ρ
12
§9-2 螺纹副受力分析、效率和自锁
机械设计基础 第9章 机械零件设计概论
m —随材料和应力状态而定的幂指数，如受弯钢制零件m = 9
r —对应于N0的疲劳极限，称为材料的疲劳极限，如 1， 0
对应于 N 的疲劳极限：
rN
m
N0 N
r
kN r
kN
m
N0 N
kN —寿命系数； 当N ≥ N0时，取kN = 1。
2. 影响机械零件疲劳强度的主要因素
影响机械零件疲劳强度的因素很多，有应力集中、零件尺寸、 表面状况、环境介质、加载顺序和频率等，其中以前三种最为重 要（只影响应力幅，不影响平均应力）。
F
F
F
F
F
n
n
n FFs
n
F nF
Fs n
Fs F
F
m
F
m
F 2｛
｝F
F
m
F｛
m FS
FS m
2
m
F
｝ mFs m
n
Fs
n
F
Fs F
Fs
F 2
预备知识 3. 剪切和挤压的实用计算
假设切应力在剪切面（
m-m 截面）上是均匀分布的
, 得实用切应力计算公式：
Fs
A
切应力强度条件： Fs
挤压力 Fbs= F
（2）接触面为圆柱面 Abs—直径投影面面积
预备知识 3. 剪切和挤压的实用计算
d
δ Abs d
(a
(b
d
(c
)
挤压强度条件：
)
bs
Fbs Abs
)
bs
bs 许用挤压应力，常由实验方法确定
塑性材料： bs1 .5 2 .5 脆性材料： bs0 .9 1 .5
《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
机械设计基础课件第9章
9.2 轴的结构设计
• 9.2.3 轴的各段直径和长度
1.轴的各段直径 阶梯轴的各段直径是在初估最小直径的基础上，根据轴上零件的固定 方式及其受力情况等，逐段增大估算确定。确定轴径时，应注意以下几 个问题： ①轴的最小直径 阶梯轴的最小直径一般设在外伸端。 ②轴头直径 应与相配合零部件的轮毂 内径一致，并符合轴的标准系 列，如表9-3所示。如安装联轴器的轴径与联轴器孔径范围要相适应。 ③轴颈直径 与滚动轴承配合的轴径必须符合滚动轴承的内径标准。 ④设有轴肩或轴环的非配合段轴径，由轴肩的高度h 确定，可不按轴 的直径标准。 ⑤轴上的螺纹直径应符合螺纹标准。 ⑥轴上花键部分必须符合花键标准。
9.2 轴的结构设计
• 9.2.2 轴的结构设计
轴的结构设计就是确定轴的外型和全部结构尺寸。影响轴结构的因 素很多，设计时应对不同情况进行具体分析。对一般轴结构设计的基 本要求是： 1.便于轴上零件的装配 2.保证轴上零件的准确定位和可靠固定 3. 轴的加工和装配工艺性好 4.减少应力集中，改善轴的受力情况
9.2 轴的结构设计
• 9.2.2 轴的结构设计
图9-15
砂轮越程槽及螺纹退刀槽
图9-16 键槽的布置
9.2 轴的结构设计
• 9.2.2 轴的结构设计
4.减少应力集中，改善轴的受力情况 轴大多在变应力下工作，结构设计时应尽量减少应力集中，以提高其 疲劳强度。轴截面尺寸变化处会造成应力集中，所以对于阶梯轴，相邻 两段轴径变化不宜过大，一般在5~10 mm左右；在轴径变化处应平缓过 渡，制成圆角，圆角半径尽可能取大些。 采用定位套筒代替圆螺母和弹性挡圈使零件轴向固定，可避免在轴上 制出螺纹、环形槽等，能有效地提高轴的疲劳强度。 轴的表面质量对轴的疲劳强度影响很大。因轴工作时，最大应力发生 在轴的表面处，另一方面，由于加工等原因，轴表面易产生微小裂纹， 引起应力集中，因此轴的破坏常从表面开始。减小轴的表面粗糙度，或 采用渗碳，高频淬火等方式进行表面强化处理，均可以显著提高轴的疲 劳强度。 在结构设计时，还可采用改变轴受力情况和零件在轴上的位置等措施， 以提高轴的强度。
《机械设计基础》第9章 机械零件设计概论
润滑油进 造成小块金属脱 发生疲劳点蚀后的不良后果：损坏零件表面光洁 入裂纹 落，形成小坑— 度；接触面积减小；承载能力降低；传动质量下 —疲劳点蚀。 降，引起振动和噪音。
27
◆接触应力的计算： 注意：
赫兹（H.Hertz)公式 :
Fn b
ρ1
σH1 = σH2 σH σH
ρ2
σH =
Fn .
1± 1 ρ1 ρ2 1-μ12 + 1-μ22 E1 E2
注 意 失效并不一定意味着破坏（破坏的零件则 不能工作，而失效的零件不一定不能工作， 只是不能正常工作），因此，失效有更广 泛的含义。
工作能力：不发生失效的条件下，零件所能安全工作 的限度。若此限度对载荷而言，又可称承载能力。
3
◆机械零件的强度
零件设计中的载荷与应力 载荷
载荷的分类： 变载荷
名义载荷（公称载荷）——在理想的平稳工作条 件下作用在零件上的载荷。 计算载荷=K×名义载荷 静载荷
疲劳磨损（疲劳点蚀） 腐蚀磨损（腐蚀机械磨损）
37
机械零件正常运行的磨损过程（三个阶段）：
1、跑合阶段（磨合阶段） ——新的摩擦副表面具有一定的粗糙度，实际接触面 积较小。在跑合阶段，表面逐渐磨平，实际接触面积 逐渐增大，磨损速度减缓。因此，人们有意利用跑合 阶段，轻微磨损，为今后正常运行创造条件。 注意 跑合结束后，及时更换润滑油。
=
σHlim
SH
其中： σHlim—材料的接触疲劳极限 对于钢材σHlim≈2.76HB-70 (MPa)
S H —安全系数， S H≥1
31
例：图示为由两个相互压紧的钢制摩擦轮组成 的摩擦轮传动。 已知：D1=100mm,D2=140mm,b=50mm,小轮主动； 主动轴传递功率P=5kW、转速n1=500r/min，传 动较平稳，载荷系数K=1.25，摩擦系数,f=0.15。 试求：（1）所需的法向压紧力N；（2）两轮接 触处 最大接触应力；（3）若摩擦轮的材料硬 度HB=300,试校核接触强度。
《机械设计基础》第9章 机械零件设计概论
主要是加工后在零件表面留下的微细而凹凸不平的刀痕。
三、优先数系：是用来使型号、直径、转速、承载量和
功率等量值得到合理的分级。有四种基本系列：R5、 R10、 R20、 R40。
§9－7 机械零件的工艺性及标准化 一、工艺性
工艺性的基本要求： 1) 毛坯选择合理 2) 结构简单合理 3) 合理的制造精度和表面粗糙度 4) 尽量减小零件的加工量
有限寿命区
无限寿命区
N
N0
N
图9-3 疲劳曲线
有限寿命区：
m 1N
N
m 1
N
0
C
有限寿命区
无限寿命区
1N 1
1N
1 m
N0 N
O
N
N0
图9-3 疲劳曲线
N
C为常数；m为随应力状态而不同的幂指数， 如钢制零件弯曲时：m=9。
4、许用应力
在变应力下，应取材料的疲劳极限作为极限应力。同时
还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸和表面
二、标准化
标准化的内容: 1)产品品种规格的系列化 2)零部件的通用化 3)产品质量标准化
小结：
1.了解机械零件设计的步骤 2.掌握载荷及应力的分类、零件的失效形式 3.了解常用材料的应用及选择
在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低； 在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和造 型美观等。
二、研究机械零件的一般步骤
1、分析零件结构、工作原理、特点和应用场合； 2、零件的工作情况分析（运动分析和动力分析）； 3、零件的失效分析及材料的选择（硬度、刚度、热处理）； 4、确定零件的工作能力准则； 5、计算（确定）零件的主要参数和尺寸; 6、 绘制零件工作图（尺寸、公差、技术要求、粗糙度）。
三、优先数系：是用来使型号、直径、转速、承载量和
功率等量值得到合理的分级。有四种基本系列：R5、 R10、 R20、 R40。
§9－7 机械零件的工艺性及标准化 一、工艺性
工艺性的基本要求： 1) 毛坯选择合理 2) 结构简单合理 3) 合理的制造精度和表面粗糙度 4) 尽量减小零件的加工量
有限寿命区
无限寿命区
N
N0
N
图9-3 疲劳曲线
有限寿命区：
m 1N
N
m 1
N
0
C
有限寿命区
无限寿命区
1N 1
1N
1 m
N0 N
O
N
N0
图9-3 疲劳曲线
N
C为常数；m为随应力状态而不同的幂指数， 如钢制零件弯曲时：m=9。
4、许用应力
在变应力下，应取材料的疲劳极限作为极限应力。同时
还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸和表面
二、标准化
标准化的内容: 1)产品品种规格的系列化 2)零部件的通用化 3)产品质量标准化
小结：
1.了解机械零件设计的步骤 2.掌握载荷及应力的分类、零件的失效形式 3.了解常用材料的应用及选择
在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低； 在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和造 型美观等。
二、研究机械零件的一般步骤
1、分析零件结构、工作原理、特点和应用场合； 2、零件的工作情况分析（运动分析和动力分析）； 3、零件的失效分析及材料的选择（硬度、刚度、热处理）； 4、确定零件的工作能力准则； 5、计算（确定）零件的主要参数和尺寸; 6、 绘制零件工作图（尺寸、公差、技术要求、粗糙度）。
(机械设计基础)第9章教材
0
0 kS
(9 8)
有限寿命下的许用应力:
对称循环变应力时
1N
1N kS
脉动循环变应力时
0 N
0N kS
(9 7) (9 8)
三、 许用安全系数
安全系数的选择原则： 在保证安全、可靠的前提下，尽可能选用较
小的许用安全系数。
安全系数过小，机器可能不够安全；安全系 数过大，在材料、加工、运输等方面不符合经济 原则，且机器笨重。
m 1N
N
m 1
N
0
C
任意循环次数N时的疲劳极限
（9 5）
பைடு நூலகம்
rN
r
m
N0 N
KNr
r=-1,任意循环次数N时的疲劳极限
1N
1 m
N0 N
（9 6）
2 许用应力 有效应力集中系数kσ、尺寸系数εσ和表面状态系数
β等。 对称循环变化时，无限寿命下:
1
1 kS
(9 7)
当应力是脉动循环变化时，无限寿命下:
不同的机器制造部门，常有自己制定的许用应力和许用安全 系数的专用规范。
四、 机械零件一般设计步骤
1. 机器及零件应满足的要求
机器应满足的要求：
零件应满足的要求： 工作可靠
成本低
2 . 零件的一般设计步骤
1) 分析 零件受力，画受力简图；
2) 计算作用于零件的载荷 (F, P,T )
名义载荷 计算载荷 计算载荷＝载荷系数K•名义载荷
9.3 机械零件的表面强度
整体强度 表面磨损强度
表面强度 表面挤压强度 表面接触强度
在滑动摩擦下工作的零件 挤压应力下的强度 表面接触应力下的强度
静强度 疲劳强度
机械设计基础第9章
9.1.2 链传动的特点和应用
与带传动相比，链传动的主要优点如下。 （1） 链传动无打滑及弹性滑动现象，故能获得准确的平均 传动比。 （2） 链传动所需的张紧力小，作用在轴和轴承上的压力小， 减小了轴承的磨损。 （3） 功率损失小，传动效率高，可达98%。 （4） 对环境的适应性较强，能在高温、油污或粉尘多、湿 度大等恶劣场合工作，耐用，易维护。 链传动的主要缺点如下。 （1） 工作时不能保证恒定的瞬时传动比，故传动平稳性差， 有一定的冲击和噪声，不宜在高速或载荷变化大的场合中 工作。 （2） 与带传动相比，无过载保护作用，安装精度要求高。 （3） 只能用于两平行轴间的传动。
第9章 链传动
链传动是一种应用十分广泛的机械传动 形式，兼有带传动和齿传动的一些特点。 本章主要以滚子链传动为对象，重点分析 讨论链传动和设计方法、运动特点及使用 与维护的基本知识。
9.1 链传动的组成、工作原理、类 型和特点
9.1.1链传动的组成、工作原理和类型
链传动是由主动链轮1、从动链轮3和绕在链轮上的环 形链条2组成的，如图9.1所示。链传动通过中间挠性元件， 靠链条与链轮轮齿相互啮合传递运动和动力，它属于啮合 传动。 按用途不同，链条主要分为传动链、起重链和拽引链 3大类。传动链主要用于一般机械中；起重链和拽引链常 用于起重机械和运输机械中，如链斗式提升机（如图9.2 所示）及链式运输机（如图9.3所示）等。 传递动力的传动链主要有滚子链和齿形链等类型，齿 形链如图9.4所示。
9.2 滚子链和链轮
9.2.1 套筒滚子链的结构和标准
1. 套筒滚子链的结构 套筒滚子链的结构如图9.5所示，它是由内链板1、外 链板2、套筒3、销轴4、滚子5组成。零件之间的配合关系 是：内链板与套筒之间、外链板与销轴之间采用过盈配合； 滚子与套筒之间、套筒与销轴之间采用间隙配合，这样构 成了一个铰链，使内、外链板可相对转动。滚子活套在套 筒上可以减少链条与链轮间的摩擦和磨损，提高使用寿命。 为了减少轮齿的磨损，内、外链板之间应留有少量的间隙， 以便润滑油渗入套筒与销轴的摩擦面间。为了减轻链条重 量并使链条各横面的抗拉强度近似相等，内、外链板通常 制成“8”字形。
机械设计基础第9章
单线。
螺纹又分为米制和英制两类。
常用螺纹的类型主要有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、 梯形螺纹、锯齿螺纹。
9
二、螺纹的主要参数
9
⒈大径d
⒉小径d1 ⒊中径d2 ⒋螺距P
⒌导程L
⒍升角λ
arctan L arctan np
d2
d2
⒎牙型角α 螺纹副在效率为 tan
tan( v ) tan( v )
结构的重量。 ⑷胶接的密封性能好。 ⑸工艺过程易实现机械化和自动化。
胶接缺点： 工作温度过高时，胶接强度将随温度增高而显著下降。
9
机械设计基础
第九章 联 接
第一节 螺纹 第二节 螺纹联接及其预紧和防松 第三节 螺栓组联接和设计与受力分析 第四节 单个螺栓联接的强度计算 第五节 提高螺栓联接强度的措施 第六节 轴一毂联接 第七节 铆接、焊接、胶接
9
第一节 螺纹
一、螺纹的类型和应用
螺纹有外螺纹和内螺纹，共同组成螺纹副使用。 起联接作用的螺纹称为联接螺纹，起传动作用的螺纹称 为传动螺纹。 按螺纹的旋向可分为左旋和右旋，常用的为右旋螺纹。 螺纹的螺旋线数分单线、双线及多线，联接螺纹一般用
⒉受力矩作用的螺栓 组，布置螺栓应尽 量无离对称轴，同 一圆周上螺栓数目 应采用偶数。
9
⒊应使螺栓受力合理，对于普通螺栓在同时承受轴向载荷和 较大横向载荷时，应采用销、套筒、键等抗剪零件来承受 横向载荷。
9
⒋螺栓的排列应有合理的间距、边距
9
9
二、螺栓组联接受力分析
9
㈠受横向载荷的螺栓组联接
接力之和，即
F0
F
c1
c1 c2
F
为保证获得指定的剩余预紧力，联接在拧紧时需要的预紧力可
螺纹又分为米制和英制两类。
常用螺纹的类型主要有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、 梯形螺纹、锯齿螺纹。
9
二、螺纹的主要参数
9
⒈大径d
⒉小径d1 ⒊中径d2 ⒋螺距P
⒌导程L
⒍升角λ
arctan L arctan np
d2
d2
⒎牙型角α 螺纹副在效率为 tan
tan( v ) tan( v )
结构的重量。 ⑷胶接的密封性能好。 ⑸工艺过程易实现机械化和自动化。
胶接缺点： 工作温度过高时，胶接强度将随温度增高而显著下降。
9
机械设计基础
第九章 联 接
第一节 螺纹 第二节 螺纹联接及其预紧和防松 第三节 螺栓组联接和设计与受力分析 第四节 单个螺栓联接的强度计算 第五节 提高螺栓联接强度的措施 第六节 轴一毂联接 第七节 铆接、焊接、胶接
9
第一节 螺纹
一、螺纹的类型和应用
螺纹有外螺纹和内螺纹，共同组成螺纹副使用。 起联接作用的螺纹称为联接螺纹，起传动作用的螺纹称 为传动螺纹。 按螺纹的旋向可分为左旋和右旋，常用的为右旋螺纹。 螺纹的螺旋线数分单线、双线及多线，联接螺纹一般用
⒉受力矩作用的螺栓 组，布置螺栓应尽 量无离对称轴，同 一圆周上螺栓数目 应采用偶数。
9
⒊应使螺栓受力合理，对于普通螺栓在同时承受轴向载荷和 较大横向载荷时，应采用销、套筒、键等抗剪零件来承受 横向载荷。
9
⒋螺栓的排列应有合理的间距、边距
9
9
二、螺栓组联接受力分析
9
㈠受横向载荷的螺栓组联接
接力之和，即
F0
F
c1
c1 c2
F
为保证获得指定的剩余预紧力，联接在拧紧时需要的预紧力可
《机械设计基础》第九章 螺纹联接和螺旋传动
止动垫片防松
原理：螺钉拧紧后，将双耳止动垫圈 分别向螺母和被联接件的侧面折 弯贴紧，即可将螺钉琐住。 特点：结构简单，使用方便，防松可靠。 串联钢丝防松
原理：用钢丝穿入各螺钉头部的孔内， 将各螺钉串联起来，使其相互制动。 但需注意钢丝的穿入方向。 特点：适用于螺钉组联接，拆卸不便。
机械设计基础
对顶螺母防松 原理：两螺母对顶拧紧后，使旋合螺纹间始 终受到附加的压力和摩擦力的作用。 特点：结构简单，防松效果好，适用于低速、 平稳和重载的固定装置的联接。 尼龙圈锁紧螺母防松 原理：螺母中嵌有尼龙圈，装配后尼龙圈 内孔被胀大，箍紧螺栓。 特点：尼龙弹性好，与螺纹牙接触紧密， 摩擦大。但不宜用于频繁装拆和高温 场合。 机械设计基础
机械设计基础
弹簧垫圈防松 原理：螺母拧紧后，靠垫圈压平而产生的反 弹力使旋合螺纹间压紧。同时垫圈斜口 的尖端抵住螺母与被联接件的支承面也 有防松作用。 特点：结构简单，使用方便，但在振动冲击 载荷作用下，防松效果较差，用于一般 的联接。 弹性带齿垫圈防松 原理：与弹簧垫圈相似。 特点：分外齿和内齿，无开口，弹力均匀， 比弹簧垫圈防松效果好。但它不宜用于 经常装拆或材料较软的被联接件。 机械设计基础
冲点防松 原理：拧紧螺母后，在内外螺纹 的旋合缝隙处用冲头冲几个 点，使其发生塑性变形，防 止螺母退出。 特点：属破坏性防松，不能重复 装拆，用于一次性联接。 胶接防松 原理：用粘合剂涂于螺纹旋合表 面，拧紧螺母后粘合剂能自 行固化，起到防松效果。 机械设计基础
9.4.3 螺栓组联接结构设计注意事项
机械设计基础
9.2 螺旋副的受力分析、自锁和效率
螺纹联接与螺旋传动都要借助外螺纹和内螺纹组成螺旋副。螺旋副按牙 型不同可分为牙型角α=0（矩形螺纹）和牙型角α≠0两大类。
机械设计基础第三版第九章课件
5
1 1 0 3 /P 6
1
6级公差
轴 承 内 径 d = 17 m m
1（ 特 轻 ） 系 列
推力球轴承
4．滚动轴承的固定
（1）轴承内圈的固定
（2）轴承外圈的固定
5．滚动轴承轴向间隙的调整
为了补偿受热后的伸长，保证轴承不致卡死，轴承端面 与轴承盖之间应留有一定的间隙。间隙的大小影响轴承 的旋转精度、使用寿命和转动零件工作的平稳性。
④ 轴的毛坯多用轧制的圆钢或锻钢。锻钢内部组织均匀，强度较 好，因此重要的、大尺寸的轴，常用锻造毛坯。
⑤ 轴的各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表 面强化处理（喷丸、滚压）对提高轴的疲劳强度有显著效果。
9.1.3 轴的加工工艺性要求
① 螺纹轴段要有退刀槽。 ② 磨削段要有砂轮越程槽，退刀槽和越程槽尽可能采用
对应于轴承，轴瓦的形式也做成整体式和剖分式两种结构。 剖分式轴瓦有承载区和非承载区，一般载荷向下，故上瓦为非
⑤ 选轴承时要注意经济性，一般球轴承比滚子轴承便宜。
7．滚动轴承的失效和计算准则
（1）滚动轴承的失效 根据工作情况，滚动轴承的失效形式主要有两种。 ① 点蚀。滚动轴承承受载荷后，各滚动体的受力大小不
同，对回转的轴承，滚动体与套圈间产生变化的接触应 力，工作若干时间后，各元件接触表面上都可能发生接 触疲劳磨损，出现点蚀现象，有时由于安装不当，轴承 局部受载较大，更促使点蚀早期发生。 ② 塑性变形。在一定的静载荷或冲击载荷作用下，滚动 体或套圈滚道上将出现不均匀的塑性变形凹坑。这时， 轴承的摩擦力矩、振动、噪声都将增加，运转精度也降 低。
万数转 ，时 球， 轴承L10==1）3，；滚为子寿轴命承指 = 10/3
（6）滚动轴承的静载荷计算
机械设计基础第9章
用双曲柄机构ABCD从动曲柄3的变速转动，通过杆5带动筛
子6作变速往复移动，从而达到利用惯性筛分物料的目的。
9
第9章
平面连杆机构
图9-5 双曲柄机构10源自第9章平面连杆机构
图9-6 惯性筛机构
11
第9章
平面连杆机构
在双曲柄机构中，若相对的两杆平行且长度相等，则称
为平行四边形机构，如图9-7所示。该机构的传动特点是两 曲柄以相同的角速度同向转动，连杆作平动。图9-8所示为 平行四边形机构在机车车轮联动机构中的应用。
曲柄的转动。图9-19所示为摇块机构在自卸卡车车厢举升机
构中的应用。其中摇块3为油缸，利用压力油推动活塞使车 厢翻转卸料。
30
第9章
平面连杆机构
图9-18 摇块机构
31
第9章
平面连杆机构
图9-19 自卸卡车车厢举升机构
32
第9章
平面连杆机构
5. 定块机构
在图9-13(a)所示的对心曲柄滑块机构中，若改选滑块 3为机架，则得到图9-20所示的定块机构。在此机构中，导 杆4作往复移动，构件2作往复摆动。图9-21所示的手压抽水 机为该机构的应用实例。
(9-1) 上式表明，当θ=0时，K=1，机构无急回特性；当θ≠0时， 机构具有急回特性，θ角愈大，K值愈大，急回特性愈显著。 θ角的大小与各构件的长度有关，设计时，通常要预选K值， 求出θ，因此，由式(9-1)可求得 (9-2)
42
第9章
平面连杆机构
9.2.3 压力角和传动角
在图9-24所示的曲柄摇杆机构中，如果不计质量和摩擦 力，则连杆2是二力构件，由原动件1经过连杆2作用在从动 件3上点C的驱动力F，将沿着BC方向。
12
机械设计基础第9章
例：自行车的前轮轴
传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯矩， 或所承受的弯矩很小的轴。
例：汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。
曲轴
空心轴和钢丝软轴
光轴 阶梯轴
9.1.2 轴设计应满足的要求及设计步骤
轴设计应满足如下要求： 应具有合理的结构和良好的工艺性，以便于轴上零件的定位 和装拆，便于轴的制造； 应具有足够的强度； 应具有足够的刚度； 振动稳定性好，不发生强烈振动和共振。
游隙：两套圈之间沿径向或轴向 的相对位移量，相应称为径向或轴向 游隙。其对轴承的寿命、温升和噪声 有很大影响。
接触角：滚动体与外圈滚道接触
处的公法线与轴承径向平面间的夹角
α 。接触角越大，轴承承受轴向载荷
的能力越大。
角
偏
角偏差：轴承内、外圈轴线之间 差
的相对角位移θ。其许用值越大，轴承
自动适应轴挠曲变形的能力越强。
9.1 轴的分类及材料选择
9.1.1 轴的分类
按照承受载荷的不同，轴可分为： 心 轴─只承受弯矩的轴，如定滑轮轴。 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。
按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。阶梯轴便于轴 上零件的装拆和定位，省材料重量轻，应用普遍。
[ 1bb ]
弯曲应力为对 称循环变应力
切应力折算系数α
扭转切应力 静应力 脉动循环变应力 对称循环变应力
α ≈0.3 α ≈0.６
α =1
[σ-1bb]—许用对称循环弯曲应力，见下表。
轴的许用弯曲应力
材料
σb
[σ+1]
[σ0]
400
130
传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯矩， 或所承受的弯矩很小的轴。
例：汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。
曲轴
空心轴和钢丝软轴
光轴 阶梯轴
9.1.2 轴设计应满足的要求及设计步骤
轴设计应满足如下要求： 应具有合理的结构和良好的工艺性，以便于轴上零件的定位 和装拆，便于轴的制造； 应具有足够的强度； 应具有足够的刚度； 振动稳定性好，不发生强烈振动和共振。
游隙：两套圈之间沿径向或轴向 的相对位移量，相应称为径向或轴向 游隙。其对轴承的寿命、温升和噪声 有很大影响。
接触角：滚动体与外圈滚道接触
处的公法线与轴承径向平面间的夹角
α 。接触角越大，轴承承受轴向载荷
的能力越大。
角
偏
角偏差：轴承内、外圈轴线之间 差
的相对角位移θ。其许用值越大，轴承
自动适应轴挠曲变形的能力越强。
9.1 轴的分类及材料选择
9.1.1 轴的分类
按照承受载荷的不同，轴可分为： 心 轴─只承受弯矩的轴，如定滑轮轴。 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。
按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。阶梯轴便于轴 上零件的装拆和定位，省材料重量轻，应用普遍。
[ 1bb ]
弯曲应力为对 称循环变应力
切应力折算系数α
扭转切应力 静应力 脉动循环变应力 对称循环变应力
α ≈0.3 α ≈0.６
α =1
[σ-1bb]—许用对称循环弯曲应力，见下表。
轴的许用弯曲应力
材料
σb
[σ+1]
[σ0]
400
130
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
经验公式为：
σHlim=2.76HBS-70 MPa
安全系数SH可取等于或稍大于1。
说明两圆柱体上接触应力大小相等方向相反且左右对称两侧迅速降低。
作业
9-11，9-13
断裂 明显的塑性变形
a
O t
a O
t
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2420.10.24Saturday, October 24, 2020
一、强度概论
1、名义载荷： 在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷（不考
虑动载荷的影响）。 2、载荷系数K：
综合考虑零件在实际工作中承受的各种附加载荷所引 入的系数。 3、计算载荷：
载荷系数与名义载荷的乘积。 4、名义应力与计算应力
按照名义载荷用力学公式求得的应力称为名义应力； 按照计算载荷求得的应力称为计算应力。
从上式可求得对应于循环次数N的弯曲疲劳极限
1N
1 m
N0 N
kN 1
kN——寿命系数
3、变应力下的许用应力
变应力下，取材料的疲劳极限作为极限应力。同时还应考
虑零件的切口和沟槽等截面尺寸突变、绝对尺寸和表面状态等
影响，引入有效应力集中系数kσ、尺寸系数εσ和表面状态系数β 等。
对称循环变应力下，许用应力：
疲劳断裂断口形式 其它断裂断口形式
2、疲劳曲线
疲劳曲线：表示应力σ与应力循环次数N之间的关系曲线
N0－循环基数 σr－材料的疲劳极限
通常，用σ-1表示材料在对称循环变应 力下的弯曲疲劳极限。
O
N
疲劳曲线的左半部（N<N0）可用如下方程表示：
m N mN C
1 N
1 0
N
N0
N
式中： σ-1N为对应于循环次数N的疲劳极限，C为常数，m为 随应力状态而不同的幂指数，对应于受弯的钢制材料m=9。
没有专门的表格时，可参考下述原则选择安全系数。 1、静应力下
（1）塑性材料： 一般情况下：S=1.2~1.5； 塑性较差的材料（σS/σB>0.6）或铸钢件S=1.5~2.5。
（2）脆性材料：S=3~4。 2、变应力下
S=1.3~1.7； 若材料不够均匀、计算不够准确取S=1.7~2.5。
§9-3 机械零件的接触强度
机械设计实例
第9章 机械零件设计概论
§9-1 机械零件设计概述
一、机械设计应满足的要求
在满足预期功能的前提下，性能好（使用功能）、 效率高、成本低（经济性好），在预定使用期限内安 全可靠、操作方便、维修简单和造型美观等。
概括为：所设计的机械零件既要工作可靠，又要成 本低廉。
二、机械零件的失效
1、失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称 为失效。（完不成规定的功能或达不到设计要求的性 能时）
安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2420.10.2410:54:2410:54:24October 24, 2020
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月24 日上午1 0时54 分20.10. 2420.1 0.24
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月24日星期 六上午10时54分24秒10:54:2420.10.24
一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10.2420.10.2410:5410:54:2410:54:24Oc t-20
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年10月24日 星期六10时54分24秒 Saturday, October 24, 2020
相信相信得力量。20.10.242020年10月 24日星 期六10时54分 24秒20.10.24
5、强度条件（许用应力法或安全系数法）
许用应力法：
σ≤[σ] 或τ≤[τ]
σ－计算正应力
[σ] = σlim /S，零件材料的许用正应力 τ－计算切应力
[τ] =τlim /S ，零件材料的许用切应力 安全系数法：
S lim [S ] S是危险截面处的安全系数
S lim [S ]
极限应力一般都是在简单的应力状态 下测得的
[
]
1
1
kS
脉动循环变应力下，许用应力：
[
]
0
0
kS
式中：S为安全系数；为材料的脉动循环疲劳极限；kσ、εσ及β 的数值可在材料力学或有关设计手册中查得。
五、安全系数
[ ] lim
S
根据上式可知，安全系数定得正确与否对零件尺 寸有很大的影响。如果安全系数定得过大将使结构笨 重；如果定得过小，又可能不安全。根据使用的部门 不同，本书中采用查表法。
σmin
m
max
min
2
O
a
max
min
2
r min max
σ
r ＝－1，对称循环变应力
r ＝0，脉动循环变应力
r ＝＋1，静应力
-1<r<1，非对称循环变应力。
T
T
σm t
t
三、静应力条件下的许用应力
1、静应力下零件的失效形式：
脆性材料：断裂 塑性材料：塑性变形
2、静应力下的许用应力：
谢谢大家！
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 上午10时54分20.10.2410:54October 24, 2020
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月24日星期 六10时54分24秒10:54:2424 October 2020
好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午10时54分24秒上午10时54分10:54:2420.10.24
一、强度分类：
整体强度：零件受载时是在较大体积内产生的应力， 这种应力状态下的零件强度称为整体强度。
接触强度：零件在受载前是点或线接触，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 零件的强度称为接触强度。
接触应力作用下的失效形式：疲劳点蚀
2、工作能力：在不发生失效的条件下，零件所能安全 工作的限度，称为工作能力。通常此限度是对载荷而 言，又称为承载能力。
三、机械零件失效的原因
1、因强度不够发生断裂或塑性变形 2、因刚度不够产生过大的弹性变形 3、因材料的耐磨性不足或润滑不良而 使工作表面的过度磨损或损伤 4、发生强烈的振动 5、连接的松弛 6、摩擦传动的打滑
机械零件在周期性接触应力的作用下，首先在表层 产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展，终于使表层金 属呈小片剥落下来，而在零件表面形成一些小坑，这种 现象称为疲劳点蚀。
二、接触应力
F
计算依据：弹性力学的赫兹公式
两圆柱体接触
H
11
F n
b
1
1
2
1
2
1
2 2
E
E
1
2
Hmax Hmax
1 b
2a 2
F
开课单位：机械基础中心 主讲教师: 李凌志
参考书目
1.《机械设计基础》
杨可桢、程光蕴主编.高等教育出版社.第五版
2.《机械设计课程设计》
陈秀宁、施高义主编.高等教育出版社.第二版
1、学期成绩评定：
A：期末考试成绩（70％） B：课后作业（20％） C：实验成绩（10％）
2、课程要求：
A： 独立完成作业 B： 按时交作业，迟交无成绩 C： 作业总量不足2/3，取消考试资格 D： 点名3次不到者取消考试资格
塑性材料：取材料的屈服极限σS 作为极限应力 [ ] S S
脆性材料：取材料的强度极限σB 作为极限应力
[ ] B
S
四、变应力条件下的许用应力
1、变应力下零件的失效形式：疲劳断裂
其特征为： ①疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限
低，甚至比屈服极限低；②不管脆性材料或塑性材料，其 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂；③疲 劳断裂是损伤的积累，它的初期现象是在零件的表面或表 层形成微裂纹，这种裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐 扩展，直至余下的未裂开的截面积不以承受外载荷时，零 件就突然断裂。疲劳断裂与应力循环次数（即使用期限或 寿命）密切相关。
二、应力的种类
静应力：不随时间变化的应力 σ
变应力：随时间变化的应力
t
循环变应力：具有周期性的 O 变应力
非循环变应力：不具有周期 σ 性的变应力
T σa
σmax O
σmin
σm t
变应力的描述参数：
最大应力σmax
σ
T
σa
最小应力 σmin 平均应力 σm 应 力 幅 σa 循环特性 r
σmax
H
11
F n
b
1
1
2 1
2
1
2 2
EE
1
2
令 1 1 1 及 1 1 2 1 ，钢或铸铁取 0.3
EE E
1
2
1
2
1
2
可得： H 0.418
Fn E
b
接触疲劳强度的判定条件为：
[
]，而[
] Hlim
H
H
H
S
H
式中σHlim为由实验测得的材料的接触疲劳极限，对于钢，其
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。10:54:2410:54:2410:5410/24/2020 10:54:24 AM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2410:54:2410:54Oc t-2024- Oct-20
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。10:54:2410:54:2410:54Saturday, October 24, 2020