专升本机械设计复习课件

1、2010年专升本机械设计复习田君2010年专升本机械设计题型年专升本机械设计题型一、是非题（共一、是非题（共10分，每小题分，每小题2分）分）二、选择填空题（共二、选择填空题（共20分，每小题分，每小题2分）分）三、填空题（共三、填空题（共10分，每空分，每空1分）分）四、简答题（共四、简答题（共10分，每小题分，每小题5分）分）五、分析计算题（共五、分析计算题（共40分）分）六、六、 改错题（共改错题（共10分）分）第一讲螺纹连接与键连接螺纹连接与键连接 考试大纲：考试大纲：螺纹连接螺纹连接螺纹类型、螺纹联接的防松、螺纹联接的强度计算、螺栓组联接的设计（普通螺栓组受转矩）键连接键连接键连接的

2、类型、工作原理、特点及应用场合，工作面，主要失效形式，设计准则 (3)中径中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。d1d2d(1)大径大径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。(2) 小径小径 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。(4) 螺距螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5) 导程导程S(6) 螺纹升角螺纹升角 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 (7)牙型角牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。tg=d2 nP 牙侧角牙侧角 d2SS

3、= nP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P螺纹的主要几何参数螺纹的主要几何参数SPP/2P/2 (8)接触高度接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。h为螺纹的公称直径按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹螺纹的牙型螺纹的牙型矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹1530330按螺纹的牙型分按螺纹的牙型

4、分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹

5、多线螺纹多线螺纹 一般一般: n 4双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹PSS = 2PPSPS =Pn线螺纹线螺纹: S = n P按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺纹副螺纹副外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的

6、旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹螺旋传动螺旋传动联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹

7、三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹管螺纹管螺纹螺纹联接的类型及螺纹紧固件螺纹联接的类型及螺纹紧固件一、一、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型eaal1 1l1 1可承受横向载荷。螺纹余留长度螺纹余留长度l1 铰制孔螺栓铰制孔螺栓孔与螺杆之孔与螺杆之间留有间隙间留有间隙静载荷静载荷l1=(0.30.5)d;变载荷变载荷l1=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷冲击载荷或弯曲

8、载荷l1 d;铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓l1 0;螺纹伸出长度螺纹伸出长度a=(0.20.3)d; 螺栓轴线到边缘的距离螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36) mm用于经常拆装易磨损之处。dd一、一、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺钉联接座端拧入深度座端拧入深度H，当螺孔材料为：，当螺孔材料为：ae ee e双头螺柱联接双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。钢或青铜钢或青铜 H=d;铸铁铸铁 H=(1.251.5)d铝合金铝合金 H=(1.52.5)d螺纹孔深度螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;钻孔深度钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;参数参数l

9、1 、e、a与螺栓相同与螺栓相同 l1 1l1 1H HH HH H1 1H H1 1H H2 2H H2 2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。d螺纹联接的类型及螺纹紧固件螺纹联接的类型及螺纹紧固件一、一、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺钉联接双头螺柱联接双头螺柱联接紧定螺钉联接紧定螺钉联接紧定螺钉紧定螺钉螺纹联接的类型及螺纹紧固件螺纹联接的类型及螺纹紧固件二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件螺栓的结构形式螺栓的结构形式LL0d六角头六角头LdL0小六角头小六角头dL0L1LL1 -座端长度座端长度L0

10、 -螺母端长度螺母端长度二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件末端末端结构结构头部头部结构结构螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件地脚螺栓地脚螺栓 起吊螺钉起吊螺钉 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓专用螺纹联接专用螺纹联接T 型螺栓型螺栓 六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母圆螺母圆螺母二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有六十余种不同结构的螺母螺

11、母螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓专用螺纹联接专用螺纹联接螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松预紧力：预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。作用力称为预紧力。预紧的目的：预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧力的确定原则：预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹联接件的预紧应力不拧紧后螺纹联接件的预紧应

12、力不得超过其材料的屈服极限得超过其材料的屈服极限s ss的的80%。概述概述一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。碳素钢螺栓：碳素钢螺栓： Qp(0.6(0.60.7) s s A1合金钢螺栓：合金钢螺栓： Qp (0.5(0.50.6) s s A1A1 -危险截面积，危险截面积， A1 dd2 21 1/4/4facarFftgdFTTT)(2221)(2221tgdFTTTa 一、一、拧紧力矩拧紧力矩21TTTT T1 1克服螺纹副相对转动的阻力矩；克服螺纹副相对转动的阻力矩

13、；T T2 2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设轴向力为设轴向力为F Fa a 或预紧力（不受轴向载荷） fc c摩擦系数。摩擦系数。 无润滑时取：无润滑时取： fc c =0.15 =0.15rf f支撑面摩擦半径。支撑面摩擦半径。 rf =( =(dw w+ +d0 0)/4)/4简化公式：简化公式： 适用于M10M60的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15, T 0.2 F 0.2 Fa a dF Fa aFa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：总力矩：总力矩： 注意：对于重要的联接，应尽可能采用M12的螺栓。Td0ddw测

14、力矩扳手测力矩扳手预紧力控制方法预紧力控制方法: :联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。F F定力矩扳手定力矩扳手通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。L LS S1)1)凭手感经验；凭手感经验；2)2)测力矩扳手；测力矩扳手；3)3)定力矩扳手；定力矩扳手；4)4)测定伸长量。测定伸长量。L LM ML LS S联接用三角形螺纹都具有自锁性

15、，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。防松的方法：防松的方法： 1. 利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母二、二、 螺纹联接的防松螺纹联接的防松防松防松-防止螺旋副相对转动。防止螺旋副相对转动。 开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母串联钢丝串联钢丝2. 采用专门防松元件防松采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈止动垫圈止动垫

16、圈3. 其他方法防松其他方法防松11.5P用冲头冲用冲头冲23点点冲点防松法冲点防松法粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算螺栓联接螺栓联接的主要失的主要失效形式：效形式：滑扣滑扣 因经常拆装受拉螺栓受拉螺栓塑性变形塑性变形 螺纹部分疲劳断裂疲劳断裂受剪螺栓受剪螺栓 剪断剪断压溃压溃 螺杆和孔壁的贴合面经常拆卸经常拆卸 断裂断裂-轴向变载荷轴向变载荷螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。 一、松螺栓联接强

17、度计算一、松螺栓联接强度计算强度条件：强度条件：4/21sdFa式中式中: d1-螺纹小径螺纹小径 mm ， 许用应力许用应力二、紧螺栓联接强度计算二、紧螺栓联接强度计算FaFa力除以面积设计公式：设计公式：41saFd 装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。1. 仅承受预紧力的紧螺栓强度仅承受预紧力的紧螺栓强度2.受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接3.承受工作剪力的紧螺栓联接承受工作剪力的紧螺栓联接装配时不须要拧紧s3 . 1螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩和摩擦力矩T1的双重作用。的双重作用。4/21sdFa拉应力：拉应力：1. 仅承受预紧力的紧螺栓强度仅承受

18、预紧力的紧螺栓强度扭转切应力：扭转切应力：16/311dT16/2) (311ddtgFa4/) (22112dFtgdda对于对于M10M64的普通钢制螺纹，可取：的普通钢制螺纹，可取： tg f =0.17， d2 /d1=1.04-1.08, tg 0.5 得：得： 0.5 分母为抗剪截面系数计算应力：计算应力：223ssca22)5 . 0( 3ss由此可见，对于M10M64普通螺纹的钢制紧螺栓联接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。4/3.121ssdFaca强度条件：强度条件：当承受横向工作载荷时，

19、当承受横向工作载荷时， 预紧力预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷横向载荷F。C-可靠性系数，常取可靠性系数，常取 C=1.11.3mfCFF 0预紧力预紧力F0 ： f-摩擦系数，对钢与铸铁，取摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.10.15m-结合面数结合面数 上图m=1,下图m=2若取若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 则：则：F0 8F结构尺寸大结构尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0FF/2F/22. 受轴向工作载荷的螺栓强度受轴向工作载荷的螺栓强度改进措施：改进措施： a. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。采用键、套筒、销

20、承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用b. 采用无间隙的铰制孔螺栓。采用无间隙的铰制孔螺栓。设流体压强为设流体压强为p，螺栓数目为，螺栓数目为Z，则，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：缸体周围每个螺栓的平均载荷为：p D2/4FE = =ZpFEFED受载受载变形变形特别注意，轴向载荷：特别注意，轴向载荷：Fa F0+FE加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长 b0被联接件受压缩短被联接件受压缩短 c0加载加载 FE 后后:螺栓总伸长量增加为螺栓总伸长量增加为: 总拉力为：总拉力为：被联接件压缩量减少为：被联接件压缩量减少为： 残余预紧力减少为：残余预紧力减少为： FR 很显然很显然: FRF

21、0 被联接件放松了 + b0 c0 - - 松弛松弛状态状态预紧预紧状态状态 b0F0F0 c0FFF0F0FFFEFEFaFaFa=FE+FR FRFR b0 联接件变形联接件变形力力螺栓变形螺栓变形力力FbFc螺栓变形螺栓变形力力FaFRFEF0F0 c0F0 b0 C0arctgKbarctgKc力力螺栓变形螺栓变形arctgKb-相对刚度系数相对刚度系数FE= Fb +Fc=(Kb +Kc) Kb +KcKbFa = F0 +FEKb +KcKbFR = F0 F E 1 1- -FR= F0- - Fc= F0 - - KcFa= F0 + + Fb= F0 + +Kb Kb +Kc

22、FE =FEFaFbF0 代入得：代入得：表表1 螺栓的相对刚度系数螺栓的相对刚度系数垫片类型垫片类型 金属垫片或无垫片金属垫片或无垫片 皮革皮革 铜皮石棉铜皮石棉 橡胶橡胶 0.20.3 0.7 0.8 0.9Kb +KcKbFcFR例题分析1、( ) 用于联接的螺纹牙型多为三角形，这是因为三角形螺纹副的自锁性好。 2、当两被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需经常拆卸时，通常采用 C 联接。A. 螺栓； B. 螺钉； C. 双头螺柱； D. 紧定螺钉。 3、同一公称直径，且螺纹线数也相同的细牙普通螺纹与粗牙普通螺纹比较，前者自锁性能较 好 。 4、螺纹防松就是防止螺旋副产生相对运动。（T ）

23、 5、螺纹联接是指 ：利用螺纹零件把需要固定在一起的零件固连起来 6、采用螺纹联接时，若被联接件总厚度较大，且材料较软，在需要经常装卸的情况下，宜采用_B双头螺栓联接 _。用于薄壁零件联接的螺纹，宜采用_D三角形细牙螺纹 _。(A) 螺栓联接 (B) 双头螺栓联接 (C) 螺钉联接 (D) 三角形细牙螺纹 (E) 三角形粗牙螺纹 (F) 矩形螺纹 螺栓组联接的设计螺栓组连接的结构设计的主要目的，在于合理地确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和连接接合面受力均匀，便于加工和装配。具体要求见教材P73，注意普通螺栓组受转矩 键联接键联接作用：作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传

24、递扭矩，用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或移动。或实现零件的轴向固定或移动。一、键联接的类型一、键联接的类型类型：类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。平键、半圆键、楔键、切向键等。1. 平键平键联接联接工作面工作面特点：特点：定心好、装拆方便。定心好、装拆方便。种类种类普通平键普通平键导向平键导向平键间隙间隙轴轴普通普通平键平键结构结构单圆头单圆头(C型型)圆头圆头(A型型)平头平头(B型型)用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。用盘铣刀加工，轴的应力集中小。用盘铣刀加工，轴的应力集中小。用于轴端用于轴端普通平键应用最

25、广。普通平键应用最广。A型型B型型C型型盘铣刀盘铣刀 薄型平键薄型平键的高度为普通平键的的高度为普通平键的6070%，也分圆头、平，也分圆头、平头、单圆头三种。传递扭矩能力低，常用于薄壁结构、头、单圆头三种。传递扭矩能力低，常用于薄壁结构、空心轴等径向尺寸受限制的场合。空心轴等径向尺寸受限制的场合。起键螺孔起键螺孔导向平键导向平键固定螺钉固定螺钉零件可以在轴上移动，构成动联接。零件可以在轴上移动，构成动联接。滑移距离较大时，平键过长，制造困难，故可采用滑键。结构特点：结构特点：长度较长，需用螺钉固定。长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆，制有起键螺孔。为便于装拆，制有起键螺孔。起键螺孔起键螺孔固

26、定螺钉固定螺钉双勾头滑键双勾头滑键结构特点：结构特点：两端有勾头，键固定在轮毂上，键短，槽长。两端有勾头，键固定在轮毂上，键短，槽长。单圆勾头滑键单圆勾头滑键结构特点：结构特点：单圆勾头，嵌入轮毂中。单圆勾头，嵌入轮毂中。表表10-9 普通平键和键槽尺寸（普通平键和键槽尺寸（GB1095-79、GB1096-79） A型型B型型C型型bhR=b/2C 45或或r1LLLbhbtd- -tbt1d+t1标记实例：标记实例： 圆头普通平键圆头普通平键(A型型): 键键16100 GB1096-79 方头普通平键方头普通平键(B型型): 键键B16100 GB1096-79单圆头普通平键单圆头普通平

27、键(C型型) : 键键C16100 GB1096-79d2. 半圆键半圆键联接联接优点：优点：定心好，装配方便。定心好，装配方便。因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。缺点：缺点：对轴的削弱较大，只适对轴的削弱较大，只适 用于轻载联接。用于轻载联接。特别适用于锥形轴端的联接。特别适用于锥形轴端的联接。工作面工作面3. 楔键楔键联接和切向键联接联接和切向键联接结构特点：结构特点：键的上表面有键的上表面有1:100的斜度，的斜度， 轮毂槽的底面也有轮毂槽的底面也有1:100的斜度。的斜度。缺点：缺点：定心精度不高。定心精度不高。应用：应用：只能应用于定心精度不高，载荷只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的联接。平稳和低速的联接。安装时用安装时用力打入力打入工作面工作面d类型类型：普通楔键、钩头楔键。普通楔键、钩头楔键。钩头是用来拆卸用的拆卸空间拆卸空间斜度斜度1：100在重型机械中常采用在重型机械中常采用切向键切向键-一对楔键组成。一对楔键组成。装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切