机械设计基础教学课件 - 第三部分

1、三、转子的平衡试验三、转子的平衡试验动平衡试验一般用于D/d5或有特殊要求的回转体，由动平衡得知，必须分别在任意选定的两个校正平面内各加适当的质量，才能使回转体达到平衡。先令回转体在动平衡机上运转，然后在两个选定平面内分别找出所需平衡质径积的大小和方位，从而达到平衡。转子的静平衡试验法 对于经平衡计算在理论上已经平衡的转子，由于其制造精度和装配的不精确、材质的不均匀等原因，就会产生新的不平衡。但这种无法用计算来进行平衡，而只能借助于实验平衡。平衡实验是用实验的方法来确定出转子的不平衡量的大小和方位，然后利用增加或除去平衡质量的方法予以平衡。(1)实验设备: 导轨式静平衡仪、滚轮式静平衡仪。(2

2、)实验方法：先将转子放在平衡仪上，轻轻转动，直至其质心处于最低位置时才能停止,此时在质心相反的方向加校正平衡质量，再重新转动。反复增减平衡质量，直至呈随遇平衡状态，即转子达到静平衡。 利用试验的方法确定转子不平衡质径积的大小和方位总会有一定的误差，经过平衡的转子还有一定的残存不平衡量，若采用较为精密的平衡设备和技术会使转子的制造费用提高，因此工程上不过高追求平衡，达到许用不平衡量即可。转子许用不平衡量：me=mre=mr/m (偏心距）国际标准化组织以G=ew/m(mm/s) (平衡精度等级）见书上例7-1械速度波动的调节的目的和方法械速度波动的调节的目的和方法机械是在稳定运转阶段内工作，其速

3、度有两种情况：一是作等速稳定运转；二是作周期性变速稳定运转。当机械作周期性变速稳定运动时，在一个周期内，驱动功等于阻力功，但在周期的每一瞬间，驱动功与阻力功两者并不相等；当驱动力功大于阻力功时，动能增加，出现盈功；当驱动力功小于阻力功时，动能减少，出现亏功。机械动能的增减，引起速度的波动，这种速度波动称为周期性速度波动。调节周期性速度波动最常用的方法，是在机械中加一个转动惯量足够大的飞轮。盈功使飞轮动能增加，亏功使动能减少。飞轮的动能变化为7 74 4 机械速度波动的调节机械速度波动的调节当机械能量增减的规律不变时，飞轮可使机械速度的波动减少，适当设计飞轮的转动惯量可把周期性的速度波动限制在允

4、许的范围内，如图示，虚线为未安装飞轮时的速度波动，实际为安装飞轮后的速度波动。 1.1.周期性速度波动周期性速度波动当外力（驱动力和阻力）作周期性变化时，机械的运动速度（如主轴的角速度）当外力（驱动力和阻力）作周期性变化时，机械的运动速度（如主轴的角速度）也会作周期性的波动。另外，在一个运动周期也会作周期性的波动。另外，在一个运动周期T T内，当驱动力所作的功与阻力所内，当驱动力所作的功与阻力所作的功相等时，以主轴回转为例，角速度的波动。，在周期中的某个时刻，驱动作的功相等时，以主轴回转为例，角速度的波动。，在周期中的某个时刻，驱动力所作的功与阻力所作的功并不相等，因而造成了速度的波动，但速度

5、的平均值力所作的功与阻力所作的功并不相等，因而造成了速度的波动，但速度的平均值还是稳定在一定值上。还是稳定在一定值上。对于周期性速度波动，调节的主要方法是在机械中加入一个转动惯量很大的回对于周期性速度波动，调节的主要方法是在机械中加入一个转动惯量很大的回转件转件飞轮，以增加系统的转动惯量来减小速度变化的幅度。飞轮调速原理：飞轮，以增加系统的转动惯量来减小速度变化的幅度。飞轮调速原理：机械作变速稳定动转时，当驱动功大于阻力功出现盈功时，飞轮将多余的动能贮机械作变速稳定动转时，当驱动功大于阻力功出现盈功时，飞轮将多余的动能贮存起来，以免原动件的转速增加太多；反之，当驱动功小于阻力功出现亏功时，存起

6、来，以免原动件的转速增加太多；反之，当驱动功小于阻力功出现亏功时，飞轮将贮存的动能释放出来，以使原动件的转速降低不大。这样可以减小机械运飞轮将贮存的动能释放出来，以使原动件的转速降低不大。这样可以减小机械运转速度变化的幅度。转速度变化的幅度。2.非周期性速度波动如果驱动力或阻力无规律地变化，会引起机械运转速度波动规则随机且无一定周期，这种现象称为非周期性波动，此时飞轮已不能达到调节速度的目的，需采用特殊的调速器。当外力（驱动力和阻力）的变化是随机的、不规则的，没有一定的周期性时，机械和速度也呈非周期性波动。当盈功过多时，速度可能变得太快；当亏功过多时，速度可能变得太慢。为此，必须调节驱动力作功

7、和阻力作功的比值，此时飞轮已不能满足要求，只能采用特殊的装置使驱动力所作的功随阻力作功的变化而变化，并使两功稳于平衡，以使机械平稳运转。这种特殊的装置称为调整器。（见调速器的原理） 一定时，越小，表示机械运转越均匀，运转的平稳性越好。不同机械其运动平稳性的要求不同，许用不均匀系数也不同。各种不同的机械对速度的波动有不同的要求，即根据设计要求规定不同的不均匀系数的许用值。几种常见机械的不均匀系数的取值范围见表72。二、机械运转的平均速度和不均匀系数二、机械运转的平均速度和不均匀系数若已知机械主轴角速度随时间变化的规律时，一个周期角速度的实现平均值m为：m=(min+max)/2; =(max-m

8、in)/m三、飞轮设计简介三、飞轮设计简介1.1.飞轮设计的基本原理飞轮设计的基本原理飞轮的调速是利用它的储能作用，在机械系统出现盈功时，吸收储存多余能量，而在出现亏功时释放其能量，以弥补能量的不足，从而使机械的角速度变化幅度得以缓减，即达到调节作用。当机械系统的等效构件上装加一个转动惯量为 的飞轮之后，需飞轮储存的最大盈亏功为WmaxEmaxEmin，其等效构件的速度不均匀系数则为 Wmax/（JeJF）m2由此可知，只要JF足够大，就可使减少，则满足，即达到了调速的目的。飞轮转动惯量的近似计算：为了使机械系统满足的要求，需加装等效构件上的飞轮转动惯量为JF的计算公式为：如果 ， 如果用平均

9、转速n(r/min)计算，则JF900Wmax/(n22)。由此可知,飞轮转动惯量的计算关键是最大盈亏功Wmax的确定。在获得同样的调节效果的情况下，最好将飞轮安装在机械的高速轴上。这样有利于减少飞轮的转动惯量（减小飞轮的尺寸）。在设计时，还应考虑安装轴的刚性和结构上的可能性等。 max2 fmWJ max2 femWJJ efJJfJ见书上89页2、飞轮的结构圆周速度限制：铸铁飞轮Vmax=36m/s,铸钢飞轮Vmax=50m/s，飞轮不一定是外加的专门构件，实际机械中往往用增大皮带轮或齿轮的尺寸和质量的方法，使它们兼起飞轮的作用，这种皮带轮或齿轮同时也是机器中的飞轮。（书上例7-2，确定飞

10、轮的转动惯量）本章小结 （1）机械的惯性载荷将严重影响机械工作的平稳性、影响机械的运动质量、降低机械零件的工作寿命，同时还将引起机械本身及周围环境的冲击和振动，甚至造成非常危险的后果。惯性载荷与速度有关，对于高速运转的机械来说，应十分重视惯性载荷问题。另外，造成构件的质心偏离回转中心的原因很多，如：几何形状、制造精度、安装误差、材质不均等。当测出不平衡量（质径积）和方位后，一般采用增减质量法进行平衡。但也有的机器其工作原理就是利用惯性载荷的。 （2）机械的速度波动是绝对的，普遍存在的，而速度恒定是相对的。不同的机械对速度稳定性的要求也是不同的。当机器对速度有控制要求时，应增加调速功能。调速的方

11、法不外乎是通过改变驱动力所作的功或改变阻力所作的功来实现。8.1 机械设计的基本要求 机械设计包括以下两种设计:应用新技术、新方法开发创造新机械；在原有机械的基础上重新设计或进行局部改造。8.1.1 设计机械零件的基本要求工作可靠并且成本低廉;零件的工作能力是指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力，对载荷而言称为承载能力。失效:指零件由于某些原因不能正常工作。第八章 机械设计概述设计机械零件要注意以下几点：（1）合理选择材料，降低材料费用；（2）保证良好的工艺性，减少制造费用； （3）尽量采用标准化、通用化设计，简化设计过程从而降低成本。8.2 机械设计的内容与步骤现代设计方法：常规

12、设计方法：优化设计、可靠性设计、有限元设计、模块设计、计算机辅助设计理论设计、经验设计和模型实验设计等。机械设计的过程通常可分为以下几个阶段：（1）产品规划（2）方案设计（3）技术设计（4）制造及试验产品规划的主要工作是提出设计任务和明确设计要求。 由设计人员构思出多种可行方案进行分析比较，从中优选出一种方案。设计结果以工程图及计算书的形式表达出来。 经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运行或在生产现场试用。设计机械零件的一般步骤如下： （1）根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零件的载荷。 （2）根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形式，从而确定其计算准则。 （3）进行主要参

13、数选择，选定材料，根据计算准则求出零件的主要尺寸，考虑热处理及结构工艺性要求等。（4）进行结构设计。 （5）绘制零件工作图，制订技术要求，编写计算说明书及有关技术文件。在设计过程中，这些步骤又是相互交错、反复进行的。 在设计机械零件时往往是将较复杂的实际工作情况进行一定的简化，这些计算或多或少带有一定的条件性或假定性。条件性计算：8.4 机械零件设计的标准化、系列化及通用化标准件：按规定标准生产的零件。好处： （1）由专门化工厂大量生产标准件，能保证质量、节约材料、降低成本； （2）选用标准件可以简化设计工作，缩短产品的生产周期； （3）选用参数标准化的零件，在机械制造过程中可以减少刀具和量具

14、的规格；（4）具有互换性，从而简化机器的安装和维修。8.4 机械零件设计的标准化、系列化及通用化 通用化：在不同规格的同类产品或不同类产品中采用同一 结构和尺寸的零件、部件。 我国现行标准分为国家标准（GB）、行业标准和专业标准等，国际上则推行国际标准化组织（ISO）的标准。8.5 机械零件的强度8.6 摩擦、磨损和润滑基础恩氏粘度又叫思格勒(Engler)粘度。是一定量的试样，在规定温度(如：50、80、100)下，从恩氏粘度计流出200毫升试样所需的时间与蒸馏水在20流出相同体积所需要的时间(秒)之比。温度tº时，恩氏粘度用符号Et表示，恩氏粘度的单位为条件度。 赛氏粘度，即赛波

15、特(sagbolt)粘度。是一定量的试样，在规定温度(如100ºF、F210ºF或122ºF等)下从赛氏粘度计流出200毫升所需的秒数，以“秒”单位。赛氏粘度又分为赛氏通用粘度和赛氏重油粘度(或赛氏弗罗(Furol)粘度)两种。 雷氏粘度即雷德乌德(Redwood)粘度。是一定量的试样，在规定温度下，从雷氏度计流出50毫升所需的秒数，以“秒”为单位。上述三种条件粘度测定法，在欧美各国常用，我国除采用恩氏粘度计测定深色润滑油及残渣油外，其余两种粘度计很少使用。三种条件粘度表示方法和单位各不相同，但它们之间的关系可通过图表进行换算。同时恩氏粘度与运动粘度也可换算，这样

16、就方便灵活得多了。油性和极压性 是润滑油中的极性物在摩擦部位金属表面上形成坚固的理化吸附膜，从而起到耐高负荷和抗摩擦磨损的作用，而极压性则是润滑油的极性物在摩擦部位金属表面上，受高温、高负荷发生摩擦化学作用分解，并和表面金属发生摩擦化学反应，形成低熔点的软质极压膜，从而起到耐冲击、耐高负荷高温的润滑作用。 8.7 机械零件的常用材料8.8 机械零件的工艺性及标准化 第九章第九章 螺纹联结和螺旋传动螺纹联结和螺旋传动 任何机械均由若干零件按一定方式相互联接而成。如果相连接的零件其相任何机械均由若干零件按一定方式相互联接而成。如果相连接的零件其相对位置在工作时按一定的规律进行变化，此种联接称动联接

17、。如果相联接对位置在工作时按一定的规律进行变化，此种联接称动联接。如果相联接的零件在工作时其相对位置固定不变，此种联接称静联接。根据是否可拆的零件在工作时其相对位置固定不变，此种联接称静联接。根据是否可拆卸，联接还可分为可拆联接和不可拆联接。现将联接分类如下：卸，联接还可分为可拆联接和不可拆联接。现将联接分类如下：外花键内花键91 机械制造中的常用螺 纹一、螺纹的形成1、螺纹的形成将一直角三角形abc绕在直径为d2的圆柱表面上，使三角形底边ab与圆柱体的底边重合，则三角形的斜边amc在圆柱体表面形成一条螺旋线螺旋线am1c1。三角形abc的斜边与底边的夹角，称为螺纹升角升角。若取一平面图形，使

18、其平面始终通过圆柱体的轴线并沿着螺旋线运动，则这平面图形在空间形成一个螺旋形体，称为螺纹螺纹。2 2、螺纹的类型、螺纹的类型(1)(1)按螺纹在轴向剖面内的形状，分为矩形螺纹、三角形螺纹、梯形螺纹及锯齿按螺纹在轴向剖面内的形状，分为矩形螺纹、三角形螺纹、梯形螺纹及锯齿形螺纹。形螺纹。 (2)(2)按螺纹旋线绕行的方向，分为右旋螺纹和左旋螺纹。只有在特殊需要时，才按螺纹旋线绕行的方向，分为右旋螺纹和左旋螺纹。只有在特殊需要时，才采用左螺纹。比如煤气罐等危险设备中使用的螺纹。采用左螺纹。比如煤气罐等危险设备中使用的螺纹。 (3)按螺纹的线数的线数，分为单线螺纹和多线螺纹。 沿一条螺旋线所形成的螺纹

19、为单线螺纹单线螺纹。单线螺纹多用于联接。沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹为多线螺纹多线螺纹。多线螺纹多用于传动。多线螺纹由于加工制造的原因，线数一般不超过4 4条。1）外径（大径）d（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，亦称公称直径2）内径（小径）d1(D1) 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径（危险剖面直径）3）中径d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱 面的直径，d20.5(d+d1)二、螺纹的主要参数4）螺 距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离5）导程（S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面母线 上的对应两点间的轴向距离6）线 数 n

20、 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：S =nP 7）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角8 ） 牙 型 角 螺 纹 轴 向 平 面 内 螺 纹 牙 型 两 侧 边 的 夹 角 （见书上图9-7） 9）牙型半角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角22/SdnParctgdarctg按牙型: 三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹三.几种常用螺纹的特点和应用92 螺旋副的受力分析，效率和自锁一、矩形螺纹一、矩形螺纹（牙型角=00）受力分析（见书上图受力分析（见书上图9-99-9）螺纹副中，螺母所受到的轴向载荷Q是沿螺纹各

21、圈分布的，为便于分析，用集中载荷Q代替，并设Q作用于中径d2圆周的一点上。这样，当螺母相对于螺杆等速旋转时，可看作为一滑块(螺母)沿着以螺纹中径d2展开，斜度为螺纹升角的斜面上等速滑动匀速拧紧螺母时，相当于以水平力推力F推动滑块沿斜面等速向上滑动。设法向反力为N，则摩擦力为fN，f为摩擦系数， 为摩擦角， = arctan f。由于滑块沿斜面上升时，摩擦力向下，故总反力R与Q的的夹角为+ 。由力的平衡条件可知，R、F和Q三力组成力封闭三角形，由图可得：使滑块等速运动所需要的水平力 等速上升： Ft=FQtan(+)等速上升所需力矩：T= Ftd2/2= FQtan(+)d2/2等速下降： Ft

22、=FQtan()等速下降所需力矩：T= Ftd2/2=FQtan()d2/22.2.螺纹的自锁螺纹的自锁螺母等速松退时的受力分析：螺纹副相当于滑块沿斜面等速下滑，由力的封闭三角形，得： 若，则Ft0，这时必须加一反向作用力Ft才会使滑块下滑，若不加外力，则不论FQ有多大，滑块也不会下滑，这种现象叫自锁。自锁条件：3.3.螺旋副的效率螺旋副的效率螺旋副效率为有效功W2与输入功W1之比。螺母在力矩T作用下转动一周时，输入功W1=2T，此时升举重物所作的有效功W2=QS；故螺旋副的效率为：tantan22tantan22212dFdFTSFWWQQQ书公式（9-1）25，满足自锁条件时，螺纹副的效率

23、小于50%二、非矩形螺纹螺纹的牙型角0时的螺纹为非矩形螺纹，如下图所示。非矩形螺纹的螺杆和螺母相对转动时，可看成楔形滑块沿楔形斜面移动；平衡时法向反力FN=FQ; 楔形面时法向反力FN=FQ/cos；楔形面摩擦力Ff =fFN =fFQ/ cos; 令fv=f/ cos称当量摩擦系数。与当量摩擦系数对应的摩擦角称为当量摩擦角，用V 表示。拧紧螺母时所需的水平推力及转矩：由于矩形螺纹与非矩形螺纹的运动关系相同，将V代替后可得：使滑块等速运动所需要的水平力 等速上升： Ft=FQtan(+V)等速上升所需力矩： T= Ftd2/2= FQtan(+ V)d2/2等速下降： Ft=FQtan(-V)

24、等速下降所需力矩： T= Ftd2/2= FQtan(-V)d2/2自锁条件： V效率为：fv=f/ cos由于三角形螺纹的=/2=30度；梯形螺纹=/2=15度；锯齿形螺纹=3度；矩形螺纹=0度，所以各种螺纹的当量摩擦系数之间有如下关系：fv三角fv梯形fv锯齿fv矩形可见，三角形螺纹的fv大，自锁性能好，且牙根强度高，故常用于联结。梯形、锯齿形及矩形螺纹，多用于传动。Vtantan一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接a) 普通螺栓联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。b) 铰

25、制孔用螺栓联接装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接93 螺纹联结的基本类型及其预紧和防松2、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。拆装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。3、螺钉联接适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况特殊联接：地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接4、紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。二、螺纹联接件 2）双头螺柱两端带螺纹 A型有

26、退刀槽 B型无退刀槽1）螺栓 普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角头，大六角头, 内六角 铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺母4）紧定螺钉 锥 端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 平 端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸 圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板3）螺钉 与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹6）螺母 六角螺母：标准，扁，厚 5）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹 圆螺母+止动垫圈带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧7）垫圈螺纹联接件精度：A:精度最高，用于要求配合精度高，防止振动的重要联接B:用于受载

27、较大且经常装拆调整或承受变载荷的联接 C:一般联接，最常用。三、 螺纹联接的预紧和防松 1、预紧预紧目的增加联接的可靠性与紧密性，防止受载后被联接件间出现缝隙与相对滑移。保持正常工作。预紧力F0预先轴向作用力（拉力）螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用 紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，螺栓已预先受力，预紧力F0预紧过紧拧紧力F0过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松拧紧力F0过小，工作不可靠 预紧力限制扳手拧紧力矩： T=T+Tf T拧紧力矩 T螺纹摩擦阻力矩 Tf螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩 对于M10-68粗牙普通螺纹：T0.2F0*d 详细推导预紧力FQ的

28、控制：测力矩板手测出预紧力矩(如左图)定力矩板手达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑(如右图)测量预紧前后螺栓伸长量精度较高 重要联结若不能严格控制预紧力，而只靠安装经验来拧紧螺栓时，为避免螺栓拉断，通常不宜采用小于M12的螺栓，一般采用M12-M24的螺栓(1)、防松目的实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故 (2)、防松原理消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。(3)、防松办法及措施 1）摩擦

29、防松 双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等 2、螺纹防松 弹簧垫圈自锁螺母螺母一端做成非圆形收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧2）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等3）永久防松：端铆、冲点、点焊4）化学防松粘合 开槽螺母与开口销圆螺母与止动垫圈串联钢丝94 螺栓联结的强度计算螺栓联接的主要失效形式：受拉螺栓受拉螺栓的螺栓杆螺纹部分断裂受剪螺栓受剪螺栓的螺栓杆与孔壁贴合面的压溃或螺栓杆被剪断因经常拆卸使螺纹牙间相互磨损而发生滑扣。由于螺纹各部尺寸基本上是根据等强度原则确定的。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d

30、1，再根据d1查标准选定螺纹大径(公称直径)d及螺距P。一一. .松螺栓联接松螺栓联接( (受拉螺栓受拉螺栓) )：1、特点：在承受工作载荷前，螺栓不受力，在工作时则只承受轴向工作载荷F作用。此联接可能发生的失效形式为螺栓杆的拉断。2、强度条件强度条件： F-轴向工作载荷（N）；d1-螺栓小径（mm）； -松螺栓联接时的许用许用拉应力（Mpa），求出d1后，应按螺纹标准选取螺纹公称直径d421dF41Fd 二、受横向外载荷的紧螺栓联接二、受横向外载荷的紧螺栓联接1. 1. 采用普通螺栓采用普通螺栓如工作时联接受到与螺栓轴线相垂直的外载荷FR的作用。被联接件在预紧力的作用下相互压紧，依靠结合面产

31、生的摩擦力来抗衡外载荷，从而避免产生相对移动。显然，无论工作前还是工作后，螺栓本身仅受装配时由于拧紧螺母而产生的预紧力和螺纹副阻力矩的作用。预紧力使螺栓危险截面上产生拉应力:F0f*z*mKFR F0KFR/ f*z*mz 联接螺栓的数目；m 结合面数目；f 结合面间摩擦系数，钢或铸铁的干燥加工表面，可取f =0.10.15；K 可靠性系数，亦称防滑系数，通常取K =1.11.3。由此可得，单个螺栓所需的预紧应力为：=4F0/d12 若计入扭转切应力的影响，012103.1443.1FddFe强度条件为: 设计公式为：式中：许用拉应力 N/mm2 (MPa) 24shdmF pshpLdFmi

32、n2.采用铰制孔用螺栓(受剪螺栓)铰制孔用螺栓联接一般均需拧紧，由预紧力产生的拉应力对联接强度的 影响可以不计。螺栓杆受横向工作载荷FR时，强度条件为：ds-螺栓杆剪切面直径（mm）；Z-联接螺栓数；m-接合面数；-螺栓的许用剪切应力（MPa）； p-螺栓杆或孔壁中的低强度材料的许用挤压用力（MPa）； 若为设计，可按剪切强度条件设计，再校核挤压强度条件。ZFFRhminL4mFdhs-挤压面厚度注意：螺栓实际承受的总拉力F并不等于预紧力F0和轴向工作载荷F之和。 三、受轴向外载荷的紧螺栓联接三、受轴向外载荷的紧螺栓联接 F=F+ F0 F0 ：剩余预紧力强度计算为：.设计公式为： FddF3

33、 . 1443 . 1121根据受工作载荷F的伸长量与被联接件回弹变形量相等的关系，可导出预紧力F0与剩余预紧力F0的关系为：F0= F0+(1-Kc)F（控制预紧力）; 式中：Kc=C1/(C1+C2)，Kc称相对刚度系数见教材表91； C1为螺栓刚度；C2为被联接件刚度。F=F+ F0=F0+ C1F/(C1+C2)。F 的变化范围：F0F。( (提高螺栓强度）提高螺栓强度）减小C1（减小螺栓光杆部分直径，采用空心螺栓见书上图9-25）或增大C2（使用金属垫片或不使用垫片）可减小F ，从而提高螺栓强度。 95 螺栓联接件的材料和许用应力 一、螺纹联接件的常用材料普通垫圈的材料推荐采用Q23

34、5，15，35；弹簧垫圈用65 Mn钢制造，并经热处理和表面处理。制造螺栓的材料应具有足够的强度，一定的塑性和韧性，而且便于加工。制造一般螺栓常用的材料为Q215，Q235，10，35和45等钢。对于承受冲击、振动或变载荷的螺纹联接件，可采用低合金钢、合金钢，如15Cr，40Cr，30CrMnsi等材料制造。对于特殊用途的螺纹联接件，可采用特种钢、铜合金、铝合金等材料制造。选择螺母的材料时，考虑到更换螺母比更换螺栓较经济、方便，所以应使螺母材料的强度低于螺栓材料的强度。 国家标准规定了螺纹联接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级，螺母的性能等级分为 7级。在一般用途的设计中，通常

35、选用4.8级左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹联接件，要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。96 提高螺纹联接强度的措施一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 理论和实践证明，变载荷工作时，在工作载荷和残余预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度或增大被联接件刚度都能达到提高螺栓疲劳强度的目的，但应适当增大预紧力，以保证联接的密封性。减小螺栓刚度的常用措施有：适当增加螺栓的长度、减小螺栓杆直径或做成中空的结构柔性螺栓。柔性螺栓受力时变形大，吸收能量作用强，也适于承受冲击和振动。在螺母下面安装弹性元件，当工作载荷由被联接件传来时，由于弹性元件的较大变形，也能起到柔性螺栓的效果。为了

36、增大被联接件的刚度，不宜采用刚度小的垫片。二、改善螺纹牙间载荷分布不均状况 工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应力最大，其余各圈依次递减，旋合螺纹间的载荷分布如图所示。所以采用圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度。 a) 悬置螺母 b) 环槽螺母 c)内斜螺母 d)环槽内斜分析三.减小应力集中和附加应力 1）加大过渡处圆角(图1) 2）改用退刀槽 3）卸载槽，(图2) 4）卸载过渡结构。（图3） 避免附加弯曲应力 a）被联接件支承面不平突起 b）表面与孔不垂直 c）钩头螺栓联接防偏载措施：a）凸台；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片

37、说明四、采用合理的制造工艺四、采用合理的制造工艺 制造工艺对螺栓疲劳强度有很大影响。采用碾制螺纹时，由于冷作硬化的作用，表层有残余压应力，金属流线合理，螺栓疲劳强度可比车制螺纹高30%40%；热处理后再滚压的效果更好。另外，碳氮共渗、渗氮、喷丸处理都能提高螺栓疲劳强度。1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高3040% 2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等可提高疲劳强度3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度提高70100 %，此法具有优质、高产、低消耗功能4）控制单个螺距误差和螺距累积误差四、 螺栓联接的结构设计1、 螺栓位置 （1）、布局要尽量对称分布，栓组中心与联

38、接结合面形心重合（有利于分度、划线、钻孔），以受力均匀2、 螺栓组的布置 （2）、承受弯矩或扭矩，应尽量将螺栓布置在靠近接合面的边缘，以充分利用各螺栓的承载能力 （3）、为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成2，3，4、6、8等数。见书上例题9-1、例9-2螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传递运动或动力。 传动形式： a)螺杆转螺母移 b)螺杆又转又移（螺母固定）用得多 c) 螺母转螺杆移 d) 螺母又转又移（螺杆固定）用得少 97 螺旋传动一、螺旋传动的类型和特点螺旋传动按其用途

39、，受力情况不同，可分为以下三种类型: 1）传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋 用途：传递动力，以小转矩产生大轴向力，要求自锁 特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁 2）传导螺旋机床进给丝杠 用途：传递运动，要求有较高精度 特点：速度高、连续工作、精度高 3）调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。 （机床卡盘，压力机，车床尾座的调整螺旋 ） 用途：调整和固定零件间的相互位置 特点：是受力较小且不经常转动 这些螺旋传动一般采用梯形螺纹，单向受力也可采用锯齿形螺纹。特点：结构简单，运转平稳无噪音，便于制造，易于自锁，但传动效率低，摩擦和磨损大。螺纹：矩形，梯形，锯齿形螺杆上螺旋副数目：单螺旋传

40、动；双螺旋传动一、滑动螺旋传动机构1、单螺旋传动机构1）、螺杆又转又移（螺母固定）(传力螺旋)螺旋千斤顶，螺旋式压力机。要求强度和自锁性能 滑动螺旋 滚动螺旋 静压螺旋螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为：2）、 螺杆转螺母移 (传导螺旋)传递运动，要求精度和效率（多线螺纹）2、双螺旋传动机构（调整螺旋） 螺杆上有不同螺距的螺纹，分别与两个螺母组成两个螺旋副 螺杆又转又移，螺母一个固定另一移动 1）、差动螺旋传动机构（微调机构） 两个螺旋副旋向相同2）、复式螺旋传动机构（快速调整或移动） 两个螺旋副旋向相反滑动螺旋特点：优点：构造简单、传动比大，工做连续，传动平稳、加工方便、 工作可靠、

41、承载能力高、传动精度高、易于自锁缺 点 ：磨损快、寿命短，摩擦损耗大，传动效率低（3040%） 传动精度低螺旋传动的设计（见教材129页）1、载荷情况2、螺旋传动的常用材料3、设计计算（1）耐磨性计算（2）螺杆的强度校核（3）螺纹牙的强度校核（4）螺杆的稳定性验算（5）自锁条件验算二、滚动螺旋传动机构摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环 特点：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高。 缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺

42、要求高，成本较高。 循环球式转向器工作过程循环球式转向器工作过程93 紧固联接紧固联接销联接，铆接，焊接，粘接，过盈联接销联接，铆接，焊接，粘接，过盈联接一、一、销联接销联接根据销的用途不同，一般有：定位销、联接销、安全销。根据销的用途不同，一般有：定位销、联接销、安全销。根据销的结构形式有：圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等。根据销的结构形式有：圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等。销联接主要用于确定零件之间的相互位置，并可传递不大销联接主要用于确定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷。也可用于轴和轮毂或其他零件的联接。的载荷。也可用于轴和轮毂或其他零件的联接。详细说明详细说明详细说明详

43、细说明槽槽 销销销轴和开口销销轴和开口销开尾圆锥销开尾圆锥销圆柱销圆柱销圆锥销圆锥销内螺纹圆锥销内螺纹圆锥销 焊接是利用局部加热(或加压)的方法使两个以上的金属元件在联接接头处形成原子间或分子间的接合而构成的不可拆联接。 与铆接相比较，焊接结构重量轻，节约金属材料，施工方便，生产率高，易实现自动化，且焊接结构的成本低，应用很广。 在机械制造中最常用的是电弧焊。电弧焊是利用焊条与焊件间产生电弧热将金属加热并熔化的焊接方法。焊接可分为： 熔化焊： 压力焊： 钎焊：电弧焊、气焊、电渣焊。电阻焊、摩擦焊、爆炸焊。锡焊、铜焊。二、二、焊接焊接焊接在机器零件中的应用焊接的减速箱体焊接的齿轮结构由于焊接具有

44、强度高、工艺简单、因联接而增加的质量小等特点，焊接技术的应用日益广泛。在技术革新、单件生产、新产品试制等情况下，采用焊接制造箱体、机架等，一般比较经济。随着焊接技术的发展，许多零件已改变了它们的传统制造方法。一向是铸造出的机座、机壳、大齿轮等零件，已有很大一部分改用了焊接。粘接粘接用于木材由来已久。随着新型胶粘剂的发展，胶接在金属构件的联接中也日渐增多。粘接粘接是用胶粘剂直接把被联接件联接在一起且具有一定强度的联接利用胶粘剂凝固后出现的粘附力来传递载荷。胶粘剂的品种繁多，在机械制造中常用的是：环氧树脂胶粘剂、酚醛乙烯胶粘剂，聚氨酯等。 与焊接相同，胶接接头分为对接、搭接和角接头三种。受力形式设

45、计胶接接头时应注意以下各点：（1）尽可能使胶层受剪或受压（2）尽可能使胶层应力分布均匀（3）胶层厚度为0.10.2mm时，胶层强度最高（4）胶接面积宜取大些以利于金属强度的充分利用 三、三、粘接粘接详细说明v胶接件的缺陷有时不易发现。v有良好的密封性、绝缘性和防腐性。 胶接的特点与铆接、焊接相比，胶接的主要优点：主要缺点：v联接件的材料范围宽广；v联接后的重量轻，材料的利用率高；v成本低；v在全部胶接面上应力集中小，故耐疲劳性能好；v抗剥离、抗弯曲及抗冲击振动性能差；v耐老化及耐介质(如酸、碱等)性能差；v胶粘剂对温度变化敏感，影响胶接强度；优点： 被胶件的材料能得到充分利用 胶层有缓冲减振作

46、用 胶层，可防电化腐蚀 胶层有电、热绝缘性，需要时也可加金属提高导电或 导热性能 联接的重量轻 可起到密封作用。缺点： 有的胶接剂胶接工艺较为复杂 胶接件的缺陷无完善可靠的无损检验方法 可靠程度和稳定性受环境因素的影响较大 胶接与铆接、焊接的比较四、四、铆钉联接铆钉联接铆接是将铆钉穿过被联接件的预制孔中经铆合而成的联接方式。其联接部分称为铆缝。1按接头型式分有：搭接缝、单盖板对接缝 和双盖板对接缝。2按铆钉的排数分有：单排、双排和多排。铆缝的结构通常以下面三个方面来分类：3按铆缝性能分有： 以强度为基本要求的强固铆缝。 要求有足够的强度和足够紧密性的强密铆缝。 要求有足够的紧密性的紧密铆缝。图

47、片说明 铆接特点： 具有工艺设备简单，工艺过程比较容易控制，质量稳定，铆接结构抗振、耐冲击，联接牢固可靠等特点。因此，在承受严重冲击和振动载荷的金属结构的联接中，如桥梁、建筑、造船、重型机械及飞机制造等工业部门中得到应用。 但结构笨重，被联接件上由于有孔而受到较大的消弱，同时铆接时噪声很大，影响工人健康。铆钉有空心的和实心的两大类，且大部分都以标准化。铆接分冷铆和热铆。铆钉的主要类型钉杆直径 d12mm 的钢制铆钉，通常是将铆钉加热后进行铆接。钉杆直径 d10mm 的钢制铆钉和塑性较好的有色金属、轻金属及其合金制成的铆钉一般在常温下进行冷铆。五、键和花键连接五、键和花键连接教材132页六、六、

48、过盈联接过盈联接 过盈联接的优点：构造简单、定心性好、承载能力高，在振动下能可靠地工作。 主要缺点：装配困难和对配合尺寸的精度要求较高。 过盈联接主要用于轴与毂、轮圈与轮芯、滚动轴承的装配联接。当配合面为圆柱面时，可采用压入法或温差法(加热包容件或冷却被包容件)装配。当其他条件相同时，用温差法能获得较高的摩擦力或力矩，因为它不像压入法那样会擦伤配合表面。 过盈联接的工作原理及装配方法： 装配后包容件和被包容件的径向变形使配合面间产生了很大的压力，工作时载荷就靠着相伴而生的摩擦力来传递。过盈联接是利用被联件间的过盈配合直接把被联接件联接在一起。（通常为不可拆联接）第十章 带传动和链传动通过中间挠

49、性件传递运动和动力,适用于两轴中心距较大场合 带传动：组成：带和带轮类型：摩擦式带传动 啮合式带传动链传动：组成：链条和链轮类型：啮合式 一、带传动的组成及特点 固联于主动轴上的带轮1(主动轮)；固联于从动轴上的带轮3(从动轮)；紧套在两轮上的传动带2。1带传动的组成101 带传动的类型和应用 啮合传动：当主动轮转动时，由于带和带轮间的啮合，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（同步带传动）。 2传 动 原 理 摩擦传动：当主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦力，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（平带和带传动） 。3、传动特点优点：1）有过载保护作用（过载打滑) 2）有缓冲吸振作用， 运行平稳无噪音

50、（带有弹性） 3）适于远距离传动（中心距大） 4）结构简单，制造、安装精度要求不高，维护方便缺点：1）有弹性滑动使传动比i不恒定 2）张紧力较大（与啮合传动相比）轴上压力较大 3）结构尺寸较大、不紧凑 4）打滑，使带寿命较短 5）带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃、易爆的场合 6）效率低。二、带传动的类型1.应用: 带传动传动的功率P100KW，带速v=5-30m/s，平均传动比i7，传动效率为94%-96%。同步齿形带的带速为40-50m/s，传动比i10，传递功率可达200KW,效率高达98%-99%。 带传动主要用于要求传动平稳,传动比要求不严格的中小功率的较远距离传动2.类

51、型:1)摩擦式带传动按传动带的截面形状分（1）平带 平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。 （2）V带： 截面形状为梯形，两侧面为工作表面。应用最广的带传动是带传动，在同样的张紧力下，带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。 在相同的张紧力作用下，V带可比平带产生较大的正压力，因而获得较大的摩擦力。 设平带与V带传动承受相同的张紧力Q,则平带工作时产生的摩擦力为 Ff = fN = fQ V带工作时产生的摩擦力为这种情况表明，在同样张紧条件下，V带传动的传动能力远比平带传动大。因此，在传递相同功率的情况下，V带传动的结构较为紧凑。

52、 (3）多楔带：它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。可传递很大的功率。多楔带传动兼有平带传动和带传动的优点，柔韧性好、摩擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。（4）圆形带： 横截面为圆形。只用于小功率传动。2)啮合式带传动同步带传动是一种啮合传动，具有的优点是：无滑动，能保证固定的传动比；带的柔韧性好，所用带轮直径可较小;传递功率大。用于要求传动平稳,传动精度较高的场合.(强力层为钢丝绳,变形小;带轮为渐开线齿形)3)带传动传动形式 开口传动 交叉传动 半交叉传动V带有普通V带、窄V带、宽V带、汽车V带、大楔角V带等。其中以普通V带和窄V带应用较广，本章主要讨论普通V带传动。 一

53、、一、V V带的结构和标准带的结构和标准 1.结构:标准V带都制成无接头的环形带，其横截面结构如图所示。强力层的结构形式有帘布结构(制造方便,抗拉强度高)和线绳结构(柔韧性好,抗弯强度高,适用带轮直径小,转速较高场合)。 102 V带与V带轮2.标准: 按截面尺寸的不同分为Y、Z、A、B、C、D、E共7种型号，其截面尺寸已标准化。在同样的条件下，截面尺寸大则传递的功率就大3.参数和尺寸: 带的截面尺寸节宽节面的宽度bp。相对高度V带高度h与 节宽bp之比。约为0.7(窄0.9)带轮基准直径V带轮上与所配V带节宽bp 相对应的带轮直径。基准长度带节面长度(V带在带轮上张紧后，位于带轮基准直径上的

54、周线长度Ld 。)节面当V带受弯曲时， 长度不变的中性层。4.带的标记: Z1400 GB11544-89带型基准长度标准编号5.窄V带窄v带顶面呈弧形，可使带芯受力后保持直线平齐排列，因而各线绳受力均匀；两侧呈凹形，带弯曲后侧面变直，与轮槽能更好贴合，增大了摩擦力；主要承受拉力的强力层位置较高，使带的传力位置向轮缘靠近；压缩层高度加大，使带与带轮的有效接触面积增大，可增大摩擦力和提高传动能力；包布层采用特制柔性包布，使带绕性更好，弯曲应力较小。2.结构:(1).轮的结构:(2).轮槽尺寸:注意带的楔角为什么大于带轮轮槽楔角?二、带轮的材料与结构二、带轮的材料与结构 1.材料:通常采用铸铁，常

55、用材料的牌号为HT150和HT200。转速较高时宜采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成。 小功率时可用铸铝或塑料。 因此，与普通v带传动相比，窄v带传动具有传动能力更大、（比同尺寸普通v带传动功率大50150），能用于高速传动（v=35 45m/s）。效率高（达9296）、结构紧凑、疲劳寿命长等优点。目前，窄v带传动已广泛应用于高速、大功率的机械传动装置。6.活络V带中心距不能调整的低速轻载的场合S型：实心带轮P型：腹板带轮H型：孔板带轮E型：椭圆轮幅带轮3.带轮的标记:带轮带轮 A 3A 3100 P GB10412-89100 P GB10412-89名称名称槽型槽型槽数槽数基准直径基准直径结构

56、形式代号结构形式代号标准编号标准编号103 带传动的受力分析和应力分析一.受力分析和打滑设带的总长度不变，根据线弹性假设：F1F0F0F2；或：F1 F22F0；记传动带与小带轮或大带轮间总摩擦力为Ff，其值由带传动的功率P和带速v决定。 带传动尚未工作时，传动带中的预紧力为F0。 带传动工作时，一边拉紧，一边放松， 记紧边拉力为F1和松边拉力为F2。 定义由负载所决定的传动带的有效圆周力为FeP/v，则显然有FeFf。 feFF21max0121fefeFFe出拉力F0最大有效拉力 包角最大有效拉力 摩擦系数 f最大有效拉力 取绕在主动轮或从动轮上的传动带为研究对象，有: FeFfF1F2；

57、 F1+F2=2 F0因此有：F1F0Fe2；F2F0Fe2；12包角的概念021118057.3DDamaxeFmaxeF 经过推导，带在即将打滑时紧边拉力与松边拉力关系及最大有效圆周力分别为：maxeFmaxeF打滑:若带的工作载荷加大，有效圆周力达到临界值Fmax后，则带与带轮间会发生明显显著全面的相对滑动，即产生打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急速降低，带传动失效，这种情况应当避免。带传动在工作过程中带上的应力有：分析详见二、带传动的应力分析 拉应力：紧边拉应力、松边拉应力； 离心应力：带沿轮缘圆周运动时的离心力在带中产生的离心拉应力； 弯曲应力：带绕在带轮上时产生的弯曲应力。为

58、了不使带所受到的弯曲应力过大，应限制带轮的最小直径。工作时带在变应力工作状态下工作，随着位置的不同，应力大小在不断地变化，所以带将产生疲劳破坏。由疲劳强度条件：11maxcb带的许用拉应力见教材表10-4三、带传动的弹性滑动带传动在工作时，从紧边到松边，传动带所受的拉力是变化的，因此带的弹性变形也是变化的。带传动中因带的弹性变形变化而引起的带与带轮间的局部相对滑动，称为弹性滑动。104 带传动的弹性滑动和传动比%100121vvv12)1 (vv或1 11(/ )60 1000d nvm s222(/ )60 1000d nvm s其中：因此，传动比为：1221)1 (ddnni弹性滑动导致：从动轮的圆周速度v2主动轮的圆周速度v1，速度降低的程度可用滑动率来表示： 1221ddnni理因带传动的滑动率=0.01-0.02,其值不大，可不予考虑。弹性滑动与打滑的区别 A.现象：弹性滑动发生在绕出带轮前带与轮的部分接触长度上 打滑发生在带与轮的全部接触长度B.原因：弹性滑动：带两边的拉力差，带的弹性 打滑：过载