机械设计基础

otδs一、基本概念基圆、基圆半径推程、推程运动角远休止角回程、回程运动角近休止角rminhB’ωAδsδsδtδtδhδhδs’δs’DBC行程h第5章凸轮机构（重点回顾）1.凸轮轮廓线设计方法的基本原理二、图解法设计凸轮轮廓2.用作图法设计凸轮轮廓线1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮3)

滚子直动从动件盘形凸轮2)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮4)

摆动尖顶从动件盘形凸轮机构1、凸轮轮廓线设计方法的基本原理反转原理：

依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：给整个凸轮机构施以-ω时，不影响各构件之间的相O-ωω3’1’2’331122对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。rmin120°-ωω1’设计步骤：①作基圆rmin（根据图纸大小选比例尺）②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后从动件尖顶在各等分点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1）.对心直动尖顶从动件盘形凸轮60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’sδ2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°A1876543214131211109

已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω，摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。三、摆动从动件盘形凸轮机构60°120°90°90°1’2’3’4’56785’6’7’8’sδB1B2B3B4B5B6B7B8120°60°90°ω-ωdABlB’1φ1rminB’2φ2B’7φ7B’6φ6B’5φ5B’4φ4B’3φ3A1A2A3A4A5A6A7A81234第五讲连接第7章螺纹连接§7－1螺纹链接的基本知识

§7－2螺纹联接的预紧和防松

§7－3螺栓联接的强度计算

§7－4提高螺栓联接强度的措施

§8－1键连接和花键连接

§8－2销连接

第8章轴毂连接（自学为主）轿车机床应用实例：

螺纹链接球阀

管接头应用实例：

机床刀台

化工管道应用实例：

应用实例：

一、螺纹的形成d2螺纹----一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形与圆柱体的轴线共面，就得到螺纹。螺纹§7－1螺纹链接的基本知识1、螺纹的牙型矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º潘存云教授研制潘存云教授研制二、螺纹的分类§7－1螺纹链接的基本知识三角形螺纹30º2、按螺纹的旋向分右旋螺纹左旋螺纹§7－1螺纹链接的基本知识双线螺纹单线螺纹PSS=2PPSPS=P3、按螺旋线数分单线螺纹多线螺纹一般:n≤4n线螺纹:S=nP§7－1螺纹链接的基本知识潘存云教授研制外螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制4、按回转体的内外表面分

外螺纹内螺纹§7－1螺纹链接的基本知识5、按螺旋的作用分联接螺纹传动螺纹联接螺纹§7－1螺纹链接的基本知识圆柱螺纹圆锥螺纹管螺纹6、按母体形状分圆柱螺纹圆锥螺纹§7－1螺纹链接的基本知识潘存云教授研制(3)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。βd1d2d(1)大径dD

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

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P

相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)

导程S(6)

螺纹升角ψ也叫“导程角”,是螺纹的中径展开的圆周线与螺旋线的夹角

(7)牙型角

α

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。tgψ=

πd2

nP

牙侧角

β

αβψπd2SψS=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PSPP/2P/2

(8)接触高度

h

内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。h三、螺纹的主要参数2）双头螺柱联接3）螺钉联接4）紧定螺钉联接1）螺栓联接四、螺纹联接的基本类型§7－1螺纹链接的基本知识在被联接件上开有通孔，被联接件孔中不加工螺纹。结构简单，装拆方便，使用时不受被联接件材料的限制，应用极广

。

（a）普通螺栓联接

螺栓杆与被联接件孔壁之间有间隙。通孔加工精度成本低，应用最广。1）螺栓联接孔与螺杆之间留有间隙§7－1螺纹链接的基本知识(b)铰制孔用螺栓联接

螺栓杆与被联接件孔壁之间无间隙。孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合（H7/m6、H7/n6），能精确定位，能承受横向载荷被联接件需钻孔、铰孔，成本高。潘存云教授研制eaal1l1铰制孔螺栓dd螺栓轴线到边缘的距离e=d+（3~6）mm参数l1

、a、e螺纹余留长度l1静载荷l1≥（0.3~0.5）d动载荷l1≥0.75d螺纹伸出长度a=（0.2~0.3）d铰制孔l1≤a§7－1螺纹链接的基本知识双头螺柱联接

用两头均有螺纹的螺柱和螺母把被联接件联接起来,被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。适用于被联接件之一厚度很大，而又不宜钻通孔，但又经常拆卸的地方。2）双头螺柱联接参数l1

、e、a与螺栓相同

§7－1螺纹链接的基本知识被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。只用螺钉，不用螺母，

适用于一个被连接件较厚，载荷较轻，且不经常拆卸的场合。螺钉联接3）螺钉联接§7－1螺纹链接的基本知识4）紧定螺钉联接利用拧入被联接件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面，以固定零件的相对位置，可传递不大的力或扭矩。紧定螺钉

§7－1螺纹链接的基本知识螺纹链接的基本知识测试1、螺纹连接中最常用的螺纹牙型是（）

A.锯齿型

B.矩形

C.梯形

D.三角形2、当两被连接件不太厚时，一般应采用下列哪种连接

（）

A.

紧钉螺钉连接

B.螺钉连接

C.

螺栓连接

D.双头螺柱3、当两被连接件之一太厚，且需经常拆卸时，宜采用（）连接

A.双头螺柱连接

B.螺栓连接

C.螺钉连接

D.紧钉螺钉连接提高联接的可靠性和紧密性防止联接松动提高联接件强度（1）螺纹联接的预紧拧紧的目的预紧力：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，这个预加作用力称为预紧力。§7－2螺纹联接的预紧和防松1)凭手感经验；2)测力矩扳手；3)定力矩扳手；4)测定伸长量。预紧力的控制：测力矩扳手定力矩扳手§7－2螺纹联接的预紧和防松（2）螺纹联接的防松限制螺旋副的相对转动；以防止联接的松动，影响正常工作。防松的实质

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。§7－2螺纹联接的预紧和防松1）摩擦防松保证螺纹副间有足够的轴向压力和摩擦力矩。对顶螺母，弹簧垫圈。弹簧垫圈防松方法§7－2螺纹联接的预紧和防松

对顶螺母防松双（对顶）螺母

§7－2螺纹联接的预紧和防松2）机械防松开口销与开槽六角螺母止动垫圈串联钢丝在联接中加入其它机械元件，开口销、止动垫圈，串联铁丝等，适用于冲击振动载荷，重要场合使用，成本高。§7－2螺纹联接的预紧和防松§7－2螺纹联接的预紧和防松§7－2螺纹联接的预紧和防松

止动垫片防松§7－2螺纹联接的预紧和防松

止动垫片防松§7－2螺纹联接的预紧和防松串联钢丝防松

§7－2螺纹联接的预紧和防松3）其他方法防松1~1.5P用冲头冲2~3点

冲点防松法

粘合法防松

涂粘合剂

都属于破坏性方法§7－2螺纹联接的预紧和防松１、螺纹联接预紧的目的是

：

A.增加连接的可靠性和紧密性

B.增加被连接件刚性

C.防止螺纹副相对转动

D.增加螺纹连接刚度２、螺纹连接防松的根本问题在于

：

A.增加螺纹连接的轴向力

B.增加螺纹连接的横向力

C.增加螺纹连接刚度

D.防止螺纹副相对转动螺纹联接的预紧和防松知识测试§7－3螺栓联接的强度计算螺栓联接的主要失效形式：螺栓拉断滑扣

例如经常拆装1、松螺栓联接

（装配时不须要拧紧）强度条件：式中:d1----螺纹小径，[σ]—许用应力FF（轴向力÷面积）螺纹压溃或剪断设计公式：一、受拉螺栓连接抗剪截面系数2、紧螺栓联接

(装配时需要拧紧，处于拉伸与扭转的复合应力状态)螺栓受预紧力Fa和螺纹副摩擦力矩T的双重作用拉伸应力：扭转切应力：（1）只受预紧力的紧螺栓联接

对于M10~M68的普通单线螺纹，取d1、d2和ψ的平均值，简化处理取：tgρ’=f’=0.15得：

τ≈0.5σ当量应力：强度条件：因此，紧螺栓连接的强度也可按纯拉伸强度计算，但考虑摩擦力矩的影响，需将预紧力加大30%。（2）

受横向外载荷的螺栓连接螺栓受预紧力的作用，被连接件受到压力，在结合面产生摩擦力Fa

f，横向载荷为F，若满足不滑动Kf---可靠性系数，常取1.1~1.3则：

f---摩擦系数，对钢与铸铁，取:f=0.1~0.15m---结合面数

(上图m=1,下图m=2)若取

f=0.15，Kf=1.2,m=1,则：Fa≥8F→一般不易达到FFFF/2F/2FaFaFaFa考虑螺栓的个数、连接的可靠性、及结合面的数目上式改为：z---螺栓个数FF/2F/2增加横向承载力的改进措施：

a.采用键、套筒、销承担横向工作载荷

(螺栓仅起连接作用)b.采用无间隙的铰制孔螺栓。潘存云教授研制pFFDF2=

Fa+F??（3）

受轴向工作载荷的紧螺栓连接潘存云教授研制潘存云教授研制受载变形注意，轴向载荷：F2≠

Fa+F加预紧力后→螺栓受拉伸长λb0→被联接件受压缩短λm0加载

F

后:螺栓总伸长量增加为:

总拉力为：被联接件压缩量减少为：

残余预紧力减少为：

F1

很显然:

F1<Fa

被联接件放松了∆λ+λb0λm0-∆λ潘存云教授研制松弛状态预紧状态λb0FaFaλm0FFFaFaFFFFF2F2F2=F+F1∆λF1F1∆λ

二．受剪切的螺栓联接

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：F－螺栓所受的工作剪力，单位为N；Lmin铰制孔螺栓FFd0设计时应使:Lmin≥1.25d0d0－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mm；§7－3螺栓联接的强度计算10~15˚悬置螺母

环槽螺母

内斜螺母

10~15˚内斜与环槽螺母

§7－4提高螺栓联接强度的措施（1）改善螺纹牙间的载荷分布由于普通螺栓和螺母的刚度及变形性质不一样，因此各牙受力也不一样，螺母支承面上每一圈所受的力约为总载荷的1/3，以后各圈递减，实验证明：到8~10圈螺纹几乎不受载荷。（2）减小应力集中增大过渡圆角，切制卸载槽，卸载过渡结构r§7－4提高螺栓联接强度的措施潘存云教授研制潘存云教授研制支承面不平（3）避免或减小附加应力采用凸台或沉孔结构切削加工支承面要从结构、制造与装配精度采取措施。§7－4提高螺栓联接强度的措施§8－1键联接和花键联接作用：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。一、键联接的类型类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。1.平键联接工作面特点：定心好、装拆方便。间隙轴2.半圆键联接优点：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：对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。特别适用于锥形轴端的联接。工作面3.楔键联接结构特点：键的上表面有1:100的斜度，

轮毂槽的底面也有1:100的斜度。缺点：定心精度不高。应用：只能应用于定心精度不高，载荷平稳和低速的联接。安装时用力打入工作面三、花键联接结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。优点：承载能力高、对轴的削弱程度小、定心好、导向性好。类型：矩形花键、键开线花键、三角形花键。制造容易最常用用于高强度联接用于薄壁零件联接§8－2销联接作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷类型圆柱销圆锥销--