江苏自考机械设计基础

第二篇 机械设计第一章 螺纹联接及螺旋传动按照平面图形形状螺纹分为: 普通螺纹(三角螺纹)/矩形螺纹/梯形螺纹及锯齿形螺纹等。

普通螺纹用于联接，其他三种主要用于传动。

根据螺旋线绕行的方向，螺纹分为：右旋和左旋。

机械中常用的是右旋螺纹。

区分方法：沿螺纹轴线看，自下而上向右倾斜的是右旋螺纹，自下而上向左倾斜的是左旋螺纹。

根据螺旋线根数，螺纹可分为：单线和多线螺纹。

单线螺纹自锁性好，多用于联接，也可用于传动，多线螺纹多用于传动。

螺纹的主要参数：(1)大径 d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。

通常为螺纹的最大直径也就是螺纹的公称直径。

(2)小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。

为螺纹的最小直径。

(3)中径 d2 螺纹牙厚和牙间宽相等处假想圆柱的直径。

(4)螺距 P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

同一公称直径的普通螺纹，按螺距P 的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹。

(5)导程 S 同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

S = nP n ：螺纹线数 (6)线数 a 螺旋线的头数，L=a*P 通常a ≤4。

(7)牙型角 α 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。

三角型螺纹牙型角α=60° 梯形螺纹牙型角α=30° (6)螺纹升角ψ 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角 用于联接的螺纹通常为普通螺纹即三角形螺纹，以M 表示。

螺纹联接的的自锁条件：螺纹升角≤当量摩擦角细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高，缺点：不耐磨易滑扣。

应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。

螺纹联接的基本类型1. 螺栓联接 普通螺栓联接 / 绞制孔用螺栓联接，用于被联接件不宜太厚，可以经常拆卸。

另外一端用螺母。

2. 双头螺栓联接 被联接件之一很厚，不便加工成通孔，又需要经常拆卸的。

双头螺柱拆卸时不拧出3. 螺钉联接 与双头螺柱联接相似，但不宜经常拆卸。

在零件上加工出螺孔。

4. 紧定螺钉联接 拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面以固定零件的相对位置，可传递不大的轴向力或扭矩。

螺纹联接件种类：螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫圈。

螺纹联接的预紧和防松螺纹联接在装配时一般都需要拧紧，这种联接称为紧螺栓联接；不需要拧紧的联接称为松螺栓联接。

预紧力F ’: 当螺栓联接拧紧时，虽然还未受到工作载荷的作用，但由于拧紧，已经受到拧紧力的作用，这个拧紧力就叫预紧力。

螺栓联接预紧的作用：1. 保证正常工作，防止联接的松动，即保证工作中被联接件之间不产生间隙和滑移。

2. 可增加联接的刚度，提高传递载荷的能力。

螺栓联接的防松：一般采用单线的三角形螺纹，具有自锁性，故拧紧后一般不会松脱。

1. 摩擦防松 弹簧垫圈、对顶螺母（双螺母）、尼龙圈锁紧螺母2. 机械防松 开口销与六角开槽螺母、圆螺母与止动垫圈、止动垫止3. 永久防松 冲点法防松、粘合法防松螺纹联接防松的根本问题在于防止螺纹转动副发生相对转动。

螺纹联接的强度计算螺栓的失效形式：1) 螺栓杆拉断；2) 螺杆的压溃和剪断；3) 磨损滑扣。

松螺栓联接----工作前不拧紧，无预紧力，只能承受轴向工作载荷F 。

吊钩的螺杆。

可能发生的失效形式为螺栓杆的断裂。

其危险截面在螺纹小径d1处。

强度条件为：][421σπσ≤=d FMPa →验算用 或 ][41σπF d ≥（mm ）（设计用）→定公称直径d 式中：d 1：螺杆危险截面直径（mm ） [σ]：许用拉应力N/mm 2(MPa) F ：轴向工作载荷 紧螺栓联接——工作前有预紧力①受横向工作载荷的紧螺栓联接 普通螺栓联接特点：杆孔间有间隙，靠拧紧后正压力（'F ）产生摩擦力来传递外载荷。

保证联接可靠（不产生相对滑移）的条件为：设所需的预紧力为'FR f F K m F Z≥'μμ：接合面间摩擦系数； Z ：联接螺栓数； m ：结合面数； K f：可靠性系数，K S=1.1~1.3；F R ：横向工作载荷（Ｎ）； 'F ：预紧力（Ｎ）。

此时螺栓杆的危险截面处，即受到由预紧力F ’所产生的拉应力作用，又受到在拧紧螺栓时螺纹副中摩擦力矩T1所产生的扭转应力作用，因此螺栓处于拉、扭复合应力的作用下，可能发生的失效形式为螺栓杆的断裂。

用第四强度理论进行计算可以得到，在对该种联接进行强度计算时，可将扭转应力记做拉应力的30%。

［σ］：紧螺栓联接许用拉应力。

强度条件验算公式： ][4/1'3.121σπσ≤=d F ca设计公式为：]['43.11σπF d ⨯≥ ②受轴向工作载荷的紧螺栓联接F= F Q /Z =p(πD 2/4) /Z F ：轴向工作载荷 F Q :螺栓组承受的轴向工作载荷 P ：压强 D 承压面积 Z ：螺栓组中螺栓数螺栓上的总拉力：''0F F F += ''F ：剩余预紧力（Ｎ），当载荷Ｆ无变化时，可取F F )6.0~2.0(''=； 当载荷Ｆ有变化时，可取F F )0.1~6.0(''=。

对紧密性有要求的联接，可取''F =（1. 5~1.8）F 强度条件的验算公式：][43.1210σπσ≤=d F ca（MPa ） 设计公式：][3.1401σπF d ⨯≥（mm ）→(公称直径)螺栓机械性等级：标记方法由圆点及其前后两部分数字组成。

点前数字为公称抗拉强度B σ的100/1，点后数字为公称屈服点S σ与公称抗拉强度B σ比值（B S σσ/）的10倍，即100/B σ和10(B S σσ/)。

如4.8级，则其材料的B σ=400 N/mm 2S σ=4*8*10=320 N/mm 2提高螺栓联接强度的措施：1. 降低螺栓的应力幅 要使应力幅减小必须降低螺栓的刚度和增加被联接件的刚度。

降低螺栓的刚度可采用弹性螺栓，如减小螺栓光杆部分的直径、采用空心螺栓、增加螺栓的长度等。

后者可以在被联接件中采用刚性大的垫片。

2. 改善螺牙间的载荷分布 常采用悬置螺母、环槽螺母，或将螺母材料选用的软一些。

3. 避免或者减小附加应力 常采用凸台或沉头座等结构，经加工获得平整的支撑面。

第二章 带传动带传动：由主动轮1、从动轮2和紧套在二轮上的传动带3组成。

依靠带和带轮接触面间摩擦力来传递运动和力的。

平带重新张紧方法：1. 调整电动机位置（改变中心距来张紧）2. 当中心距不能改变时，可以采用截断平带，重换接头的方法。

或在松边内侧，靠近大轮处安装一个张紧轮来张紧皮带。

3. 应用皮带腊。

根据传动带的截面形状不同，可分为：1. 平带 内表面为工作面 开口传动、交叉传动、半交叉传动2. V 带 工作面为二侧面 开口传动 比平带摩擦力大，传递动力也大。

3. 多锲带 兼有平带和V 带特点，用于高速和要求结构紧凑的场合。

4. 圆带 只用于小功率传动带传动的特点和应用：具有良好的弹性并靠摩擦力工作1. 能缓冲和吸振，运行平稳无噪声。

2. 过载时，带和带轮面间发生打滑，可防止其他零件损坏。

3. 可适用于中心距较大的传动。

4. 结构简单，制造和维护方便。

5. 因有弹性滑动和打滑，不能保证准确的传动比，对轴压力较大，带的寿命较短。

带传动适用于要求传动平稳、传动比不要求准确的远距离传动。

普通V 带按截面尺寸由小到大分Y 、Z 、A 、B 、C 、D 、E 七种型号。

V 带的楔角都是40°，为保证带与轮槽接触良好，增大摩擦力，其轮槽角︒<'40ϕ；32、34、36、38。

V 带安装时V 带底面与轮槽之间要留有间隙。

打滑：若带所传递的圆周力超过带与轮面间的极限摩擦力总和时，带与带轮将发生显著得而相对滑动，这种现象称为打滑。

即将绕进主动轮的一边，拉力由F 0增加到F 1，称为紧边。

而另一边带的拉力由F 0减小到F 2，称为松边。

二边的拉力差称为带传动的有效拉力，也就是带所传递的圆周力F 。

F =F 1 –F 2 =1000 P/v v ：带速（m/s ） P:名义传动功率（/KW ） V 带即将打滑时，欧拉公式： F 1/F 2 = e μαF 1 +F 2 = 2F 0 假设带工作时总长度保持不变，则带紧边拉力的增量等于松边拉力的减量。

F = 2 F 0（eμα-1）/（eμα+1）增大初拉力，增大摩擦系数和增大包角都可以提高带传动的工作能力。

二个带轮直径不同时，带在小带轮上的弯曲应力比大带轮上的大。

打滑通常发生在小带轮。

带传动中受变应力作用，会发生疲劳破坏，最大应力发生在紧边进入小带轮处，其值为：11maxb c σσσσ++= 式中：1σ：紧边拉应力，c σ：离心应力，1b σ：小带轮处弯曲应力。

弹性滑动：由于带的弹性变形而引起带与带轮间的相对滑动称为弹性滑动。

是由于紧边和松边的拉力不等引起的。

弹性滑动是带传动中固有的特性，是不可避免的。

而打滑是由于过载引起的，可以避免的。

带传动中带速不是常数，传动比也不是常数。

普通V 带传动的设计计算在多级减速系统中，带传动在传动系统中设计位置为宜在高速级。

带传动的失效形式和计算准则： 失效形式：打滑和疲劳破坏；设计准则：保证带在工作中不打滑，并且具有足够的疲劳强度和寿命。

普通V 带设计中，限制小带轮的直径是为了限制小带轮的包角。

带的基准直径越小，带所产生的弯曲应力越大。

问：在带传动设计时，如遇包角太小或带的根数过多如何处理？ 答：增大小带轮的直径。

问：在一般的传动系统中，为什么电机后面紧跟着是带传动，然后才是其它传动？答：因为带传动用于高速级传动，电机输出的转速一般较高。

然后才是齿轮传动、链传动等。

第三章 链传动链传动：由主动链轮1、从动链轮2和链条3组成。

依靠链条的链节与链齿的啮合来传递运动和力。

链传动与带传动相比特点：链传动为具有中间扰性件的啮合传动，与带传动相比木有弹性滑动和打滑现象，因此能得到准确的平均传动比。

链传动不需要很多的初拉力，因此对轴的压力小，结构较紧凑，可在高温、油污等恶劣环境下工作，但其传动平稳性差，瞬时速度不均匀，工作时有噪音，制造成本高，主要用于平行轴间中心距较大的低速传动。

机械中传递动力的传动链主要有套筒滚子链和齿形链。

链节数应取偶数，若为奇数，则需采用过渡链片联接，过渡链片的链板受附加弯矩作用，所以尽量避免取奇数。

节距P ：相邻二滚子外圆中心的距离。

节距增大，链条中各零件尺寸也增大，传递的功率也增大。

多变形效应：链条进入链轮后形成折线，因此链传动相当于一对多变形轮之间传动。

边长相当于节距P ，边数等于链轮齿数Z 。

链条链速和传动比都是平均值。

事实上，瞬时链速和瞬时传动比都是变化的。