机械设计重修复习(第一次课)讲解

1、第五章第五章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动 一、螺纹的类型、应用和主要参数一、螺纹的类型、应用和主要参数 按牙型分：三角形、矩形、梯形、锯齿形；按用途分：连接、传动按牙型分：三角形、矩形、梯形、锯齿形；按用途分：连接、传动 主参数：大径、螺距与导程，升角主参数：大径、螺距与导程，升角 二、螺纹连接的基本类型、预紧与防松二、螺纹连接的基本类型、预紧与防松 类型：螺栓连接，双头螺柱连接，螺钉连接，紧定螺钉连接及使用场合类型：螺栓连接，双头螺柱连接，螺钉连接，紧定螺钉连接及使用场合 预紧目的，预紧目的， 防松的根本问题与方法防松的根本问题与方法 三、螺栓联接的强度计算三、螺栓联接的强度计算

2、螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 ：受横向载荷、受转矩、受轴向载荷：受横向载荷、受转矩、受轴向载荷 单个螺栓强度计算：仅受预紧力的普通螺栓、既受预紧力又受工作拉力的单个螺栓强度计算：仅受预紧力的普通螺栓、既受预紧力又受工作拉力的 普通螺栓、受工作剪力的铰制孔螺栓普通螺栓、受工作剪力的铰制孔螺栓 螺纹连接组的设计3 (1) 对于铰制孔用螺栓连接（图对于铰制孔用螺栓连接（图b），每个螺栓所受工作剪力为：），每个螺栓所受工作剪力为： (2) 对于普通螺栓连接（图对于普通螺栓连接（图a） ，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦 力必须大于或等于横向载荷的要求，有：

3、力必须大于或等于横向载荷的要求，有： Z-螺栓数目。螺栓数目。 图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组连接。图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组连接。 1. 受横向载荷的螺栓组连接受横向载荷的螺栓组连接 z F F FKzifF S0 fzi FK F S 0 或或 Ks-防滑系数，防滑系数，Ks =1.11.3; i-结合面数目结合面数目 F F FF b) a) 螺栓组连接的受力分析螺栓组连接的受力分析 采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺 栓组受转矩时的受力情况是不同的。栓组受转矩时的受力情况是不同的。 2. 受转矩的螺栓组连接受转矩的螺栓组连接 T

4、KfrFfrFfrF sz02010 TrF z i ii 1 普通螺栓普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间，是靠连接预紧后在接合面间 产生的摩擦力矩来抵抗转矩产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。 铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓 与孔壁的挤压作用来抵抗转矩与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。 i i r F r F max max Z i i r Tr F 1 2 max max z i i rf TK F 1 S 0 螺纹连接组的设计5 3. 受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接 若作用在螺栓组上轴向总载荷若作用在螺栓组上轴向总载荷F作用线与作用线与螺栓轴线平行

5、螺栓轴线平行，并，并通过螺栓通过螺栓 组的对称中心组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为： 通常，各个螺栓还承受预紧力通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当连接要有保证的残余预紧的作用，当连接要有保证的残余预紧 力为力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷时，每个螺栓所承受的总载荷F2为。为。 z F F F2 = F1 + F F CC C FF mb b 02 螺栓连接的预紧力螺栓连接的预紧力F0为：为：F CC C FF mb m 10 螺纹连接的强度计算2 1. 仅受预紧力的紧螺栓连接仅受预紧力的紧螺栓连接 2 1 0

6、 4 d F 预紧力引起的拉应力：预紧力引起的拉应力： 5 . 0 16 2 )tan( 3 1 2 v0 d d F 螺牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力：螺牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力： 2 1 0 ca 4 3 . 1 d F 强度条件：强度条件： 3 . 13 22 ca 根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力: F0 F0 F F 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算 螺纹连接的强度计算3 2. 受轴向载荷的紧螺栓连接受轴向载荷的紧螺栓连接 F D D p 螺栓预紧力螺栓预紧力F0后，在工作拉力后，在工作拉力F 的作的作 用下，螺栓的总

7、拉力用下，螺栓的总拉力F2 = ? FFF 12 4/ 3 . 1 2 1 2 ca d F F CC C FF mb b 02 螺栓的总拉力为：螺栓的总拉力为： 螺栓连接的预紧力螺栓连接的预紧力F0为：为：F CC C FF mb m 10 静强度条件：静强度条件： 式中式中F1为残余预紧力，为保证连接的紧密性，为残余预紧力，为保证连接的紧密性， 应使应使 F1 0， 式中：式中： mb b CC C 为螺栓的相对刚度，其取值范围为为螺栓的相对刚度，其取值范围为 01。 螺纹连接的强度计算4 3. 承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接 这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的

8、。螺栓杆与孔壁之间这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间 无间隙，接触表面受挤压。在连接结合面处，螺栓杆则受剪切。无间隙，接触表面受挤压。在连接结合面处，螺栓杆则受剪切。 螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为： 螺栓杆的剪切强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为： 式中：式中：F螺栓所受的工作剪力，单位为螺栓所受的工作剪力，单位为N； d0螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm； Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm； 设计时应使设计时应使 Lmin1.2

9、5d0 P min0 P Ld F 2 0 4 d F F F d0 Lmin 螺栓联接强度计算螺栓联接强度计算 一、螺栓组计算一、螺栓组计算 螺栓 组受 力分 析 轴向力横向力旋转力矩翻转力矩 z i i L LM F 1 2 max max zif Fk F s 0 受拉 zFF/ 受剪 z i i s rf Tk F 1 0 受拉 z i i r Tr F 1 2 max max 受剪 受拉螺栓 受变载： 4/ 3 . 1 2 1 0 d F ca 紧联接 受F1和F 4/ 2 0 d F min pp Ld F 4/ 2 1 d F a影响疲劳强度 4/ 3 . 1 2 1 2 d F

10、 ca 单个螺栓 强度计算 受剪螺栓： 松联接： 仅受F0： 受静载： F2=F+F1 z F F 受任意载荷螺栓组 向形心简化 四种简单状态 迭加 受载最大螺栓 按单个计算 例例1 1：如图所示，两根梁用：如图所示，两根梁用8 8个个4.64.6级普通螺栓与两块钢盖板相连接。梁级普通螺栓与两块钢盖板相连接。梁 受到拉力受到拉力F F=56kN=56kN，摩擦系数，摩擦系数f f=0.2=0.2，控制预紧力，试确定所需螺栓的小，控制预紧力，试确定所需螺栓的小 径。（已知：径。（已知：S S=240Mpa=240Mpa，安全系数，安全系数s=1.3s=1.3，防滑系数，防滑系数Ks=1.2） F

11、 F mm41.19 6 .184 420003 . 14 3 . 14 0 1 F d N42000 242 . 0 560002 . 1 0 fzi FK F s 解：解： 螺栓数目螺栓数目z=4，接合面数，接合面数i=2，防滑系数，防滑系数Ks=1.2，则螺栓所需，则螺栓所需 预紧力预紧力F0为为 = S / s = 240 / 1.3 = 184.6Mpa 取M24 d1=20.752 例例2：图示方形盖板用四个：图示方形盖板用四个M6螺钉与箱体连接螺钉与箱体连接,盖板中心盖板中心O点的吊环受拉力点的吊环受拉力P=10kN。 (2) 如果已知如果已知M6螺钉的螺钉的d14.917mm,

12、螺钉的许用应力为螺钉的许用应力为=280Mpa,试校核螺钉的试校核螺钉的 强度。强度。 (1) 取残余预紧力取残余预紧力F1为工作拉力的为工作拉力的0.6倍倍,求螺钉的总拉力求螺钉的总拉力F2； 解：（解：（1）拉力通过螺钉组形心，各个螺钉工作拉力相等。）拉力通过螺钉组形心，各个螺钉工作拉力相等。 N Z F FFFFF2500 4 10000 4321 剩余预紧力为：剩余预紧力为：NFF150025006 . 06 . 0 1 每个螺钉总拉力：每个螺钉总拉力： NFFF400025001500 12 （2） Mpa d F 274 917. 4 4 1 40003 . 1 4 1 3 . 1

13、 22 1 2 满足强度条件。满足强度条件。 例例3：一机架由四个铰制孔螺栓组成连接，几何尺寸如图所示。已知：一机架由四个铰制孔螺栓组成连接，几何尺寸如图所示。已知 R1=4000N,R2=1000N，螺栓材料的许用剪应力，螺栓材料的许用剪应力=100MP a，试按剪切，试按剪切 强度确定所需螺栓的最小直径。强度确定所需螺栓的最小直径。 mmNRRT450000150)10004000(150)( 21 NRRF500010004000 21 解：（解：（1）受力分析）受力分析 螺栓组连接承受的横向载荷螺栓组连接承受的横向载荷 ： N ZD T FT2250 2/1004 450000 2/

14、N F FR1250 4 5000 4 （2）单个螺栓的受力）单个螺栓的受力 ： 由于横向载荷的作用，每个螺栓受到的横向力由于横向载荷的作用，每个螺栓受到的横向力 ： NFFFFF RTRT 350045cos1250225021250225045cos2 022022 max mm F d67. 6 100 350044 max 0 （3）受力最大的螺栓为）受力最大的螺栓为2、3，其最大横向力为，其最大横向力为 : （4）螺栓杆的最小直径）螺栓杆的最小直径 : 螺栓组连接承受的转矩螺栓组连接承受的转矩 ： 由于转矩的作用，每个螺栓受到的横向力由于转矩的作用，每个螺栓受到的横向力 六、键联接六

15、、键联接 一、键联接的功能，类型、结构和应用一、键联接的功能，类型、结构和应用 平键联接：工作面为两侧面，有普通平键，导向平键和滑键平键联接：工作面为两侧面，有普通平键，导向平键和滑键 半圆键：工作面为侧面半圆键：工作面为侧面 楔键和切向键：工作面为上下面楔键和切向键：工作面为上下面 二、键的选择和平键联接的强度计算二、键的选择和平键联接的强度计算 截面尺寸，长度选择，失效形式截面尺寸，长度选择，失效形式 第八章第八章 带传动带传动 一、带传动的特点、主要类型和应用一、带传动的特点、主要类型和应用 二、普通二、普通V带的结构和标准：带的结构和标准： V带的型号、带长、带轮基准直径等带的型号、带

16、长、带轮基准直径等 三、带传动的工作情况分析三、带传动的工作情况分析 1、受力分析（公式、受力分析（公式8-3，8-4，8-6）：）： 2、应力分析（应力特点及最大、应力分析（应力特点及最大 应力，公式应力，公式8-11 ） 3、弹性滑动与打滑（产生原因，后果）、弹性滑动与打滑（产生原因，后果） 四、四、V带的设计计算带的设计计算 1、带传动的失效形式，设计准则、带传动的失效形式，设计准则 2、带传动设计中的注意事项、带传动设计中的注意事项 带型号的选取、带轮直径，带速及包角的要求带型号的选取、带轮直径，带速及包角的要求 五、普通五、普通V带轮的结构，带传动的张紧带轮的结构，带传动的张紧 带轮

17、直径，槽角，张紧目的，张紧轮的位置带轮直径，槽角，张紧目的，张紧轮的位置 12 不工作时不工作时工作时工作时 F0 F0 F0 F0 带必须以一定的拉力张紧在带轮带必须以一定的拉力张紧在带轮 上，此时，传动带两边的拉力相等，上，此时，传动带两边的拉力相等， 都等于都等于F F0 0。 n2 n1 F1 F2 F1 F2 带绕上主动轮的一边被拉紧，该边带绕上主动轮的一边被拉紧，该边 拉力拉力紧边拉力紧边拉力F F1 1；带绕上从动力；带绕上从动力 的一边被放松，该边拉力的一边被放松，该边拉力松边拉松边拉 力力F F2 2。 F1-F0=F0-F2 F1+F2=2F0 一、受力分析一、受力分析 8

18、-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 带与带轮间的总摩擦力带与带轮间的总摩擦力Ff F2 F1 0 222 1 1 1 2 1 D F D F D Ff 得得：Ff =F1-F2 带传动的有效拉力带传动的有效拉力Fe F e=Ff =F1-F2 一、受力分析一、受力分析 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 带所能传递的最大有效拉力带所能传递的最大有效拉力Fec ) 1 2 1 (2 1 1 2 00 ff f ec e F e e FF 影响最大有效拉力的因素影响最大有效拉力的因素 预紧力预紧力F F0 0： F Fec ec与预紧力 与预紧力F F0 0成正比。成正比

19、。 包角包角 ： F Fec ec随包角 随包角 的增大而增大。的增大而增大。 摩擦系数摩擦系数f f： F Fec ec随摩擦系数 随摩擦系数f f的增大而增大的增大而增大。 一、受力分析一、受力分析 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 工作情况分析工作情况分析(应力分析应力分析) 二、带传动的应力分析二、带传动的应力分析 带传动在工作过程中带上的应力有：带传动在工作过程中带上的应力有： 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 1、离心应力、离心应力 A qv c 2 2 2、拉应力、拉应力 A F A F 2 2 1 1 3 3、弯曲应力、弯曲应力 2 2 1 1

20、d b d b d h E d h E 11maxbc 最大应力最大应力 工作情况分析(运动分析) 三、带传动的弹性滑动与打滑三、带传动的弹性滑动与打滑 12 1 21 )1 (%100vv v vv 或或 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 弹性滑动弹性滑动由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑动。由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑动。 这是带传动正常工作时不可避免的现象。这是带传动正常工作时不可避免的现象。 弹性滑动将使从动轮的圆周速度弹性滑动将使从动轮的圆周速度v v2 2低于主动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度v v1 1， ， 其降低量其降低量带传动的滑动率带传动的

21、滑动率 。 )/( 60000 11d 1 sm nd v )/( 60000 22d 2 sm nd v )1 ( 1d 2d 2 1 d d n n i传动比： 打滑打滑若带的工作载荷进一步加大，有效若带的工作载荷进一步加大，有效 圆周力达到临界值圆周力达到临界值Fec后，则带与带轮间会发生显后，则带与带轮间会发生显 著的相对滑动，即产生著的相对滑动，即产生打滑打滑。打滑将使带的磨损。打滑将使带的磨损 加剧，从动轮转速急速降低，带传动失效，这种加剧，从动轮转速急速降低，带传动失效，这种 情况情况应当避免。应当避免。 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 主要失效形式：主要失效形式： 打滑、疲劳破坏打滑、疲劳破坏 设计准则：设计准则： 保证带传动不打滑的条件下，保证带传动不打滑的条件下， 具有一定的疲劳强度和寿命。具有一定的疲劳强度和寿命。 一、带传动的设计准则一、带传动的设计准则 8-3 普通普通V带传动的设计计算带传动的设计计算 2 2. .选择带的截型选择带的截型 根据根据计算功率计算功率P Pca ca及 及小带轮转速小带轮转速n n1 1由下图选定带型由下图选