第九章零件设计概论第十连接

第九章零件设计概论第十连接第1页，课件共97页，创作于2023年2月机械设计的主要内容确定机械的工作原理，选择合适的机构；拟订设计方案，绘出机构简图；进行运动分析和动力分析；进行零部件的工作能力计算；绘制总体设计图，进行结构设计；确定各零件材料、热处理、形状、尺寸、公差、精度、技术条件等；各零件图的绘制设计。第2页，课件共97页，创作于2023年2月9-1机械零件设计概述机械设计的一些原则：满足预期的功能要求；在预定使用期内安全可靠（不失效）；性能好价格比高；操作、维修方便；效率高；造型美观；……第3页，课件共97页，创作于2023年2月失效:机械零件由于某种原因不能正常工作。如：断裂磨损打滑过热连接松动弹性变形塑性变形过大……第4页，课件共97页，创作于2023年2月零件设计应掌握的几个方面1.了解零件的分类、优缺点、应用范围。2.对零件的工作情况进行分析几何尺寸、各参数的计算——公称尺寸，参数的选取，参数的标准化、圆整、精确计算，计算公式；运动（趋势）情况分析——绝对速度、相对速度（大小、方向）；受力（应力）情况分析——零件上的作用力（力矩）的大小、作用点、方向；应力形式。第5页，课件共97页，创作于2023年2月零件设计应掌握的几个方面3.合理的选择材料、热处理；4.合理的选择公差和精度等级;5.失效分析失效形式失效现象失效产生的原因解决的办法(针对失效的计算)第6页，课件共97页，创作于2023年2月零件设计应掌握的几个方面6.必要的计算——针对失效制订计算准则如:强度计算:σ≤[σ]，σF≤[σF]，σH≤[σH]剪切强度：τ≤[τ]挤压强度：σp≤[σp]7.合理的结构设计。8.零件图和装配图的绘制。9.其它。第7页，课件共97页，创作于2023年2月9-2机械零件的强度在设计计算中：名义载荷F载荷计算载荷Fc，Fc=K

FK——载荷系数，K≥1；

考虑实际工作状态中载荷的不均匀等因素对名义载荷的修正参数。第8页，课件共97页，创作于2023年2月强度条件σ≤[σ]τ≤[τ]

其中:σ,τ——零件危险截面处的最大应力[σ],[τ]——许用应力

第9页，课件共97页，创作于2023年2月一、应力的种类应力：静应力——不随时间变化或变化缓慢的应力变应力——随时间变化的应力非对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力第10页，课件共97页，创作于2023年2月变应力的五个参数：最大应力σmax=σm+σa最小应力σmin=σm－σa平均应力σm=(σmax+σmin)/2应力幅σa=(σmax－σmin)/2应力循环特性r=σmin/

σmax第11页，课件共97页，创作于2023年2月第12页，课件共97页，创作于2023年2月第13页，课件共97页，创作于2023年2月二、静应力状态下的许用应力塑性材料：[σ]=σS/S；[τ]=τS/S；σS

、

τS

——材料的屈服极限。脆性材料：[σ]=σB/S；[τ]=τB/S；σB

、

τB

——材料的强度极限。S——安全系数。第14页，课件共97页，创作于2023年2月三、变应力状态下的许用应力材料的疲劳曲线疲劳极限σr——在一定的循环特性r下，经过N次循环后，材料不发生破坏的最大应力值。疲劳曲线——σ—N曲线。无限寿命区——N>N0，σr不随N的变化而变化；有限寿命区——103(

104)

<N<N0；第15页，课件共97页，创作于2023年2月疲劳曲线NoN0（循环基数）疲劳极限N第16页，课件共97页，创作于2023年2月第17页，课件共97页，创作于2023年2月疲劳强度条件σrmax——零件受的最大应力[σr]——许用应力σrlim——循环特性为r的疲劳极限εσ——尺寸系数β——表面状态系数kσ——应力集中系数S——安全系数第18页，课件共97页，创作于2023年2月9-5机械制造常用材料及其选择一、金属材料

1.铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁2.钢：铸钢——铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好。

强度性比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差碳钢与合金钢——应用最广泛3、有色金属a)铝合金——重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近b)铜合金——黄铜：Cu与Zn合金青铜：Cu与Sn的合金无锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍的合金。第19页，课件共97页，创作于2023年2月

二、非金属材料

塑料——轻、易加工成形、减摩性好，强度低,可作为普通机械零件、绝缘体陶瓷——电热性好，硬度高橡胶——弹性、绝缘性好，常用作弹性元件和

密封元件、减震元件复合材料机械零件材料选用的原则

使用要求工艺要求经济性要求第20页，课件共97页，创作于2023年2月螺钉直径齿轮模数ISOGB基本尺寸齿轮结构轴的结构公差与配合工艺性优先数系标准化表面粗糙度第21页，课件共97页，创作于2023年2月9-7机械零件的工艺及标准化一、工艺性便于加工、装配、维护；性能价格比高。如：材料、热处理、毛坯选择结构简单精度、表面粗糙度选择适当第22页，课件共97页，创作于2023年2月标准化零件品种规格的系列化、标准化零部件的通用化质量的标准化意义：可专业化大批量生产，提高质量，降低成本减少设计工作，提高设计质量便于维修第23页，课件共97页，创作于2023年2月第十章连接被连接件通过连接件连接起来第24页，课件共97页，创作于2023年2月连接的类型动连接：各种运动副静连接：可拆连接——螺纹连接、键连接、销连接、过盈连接不可拆连接——铆接、粘接、焊接第25页，课件共97页，创作于2023年2月10-1螺纹参数螺纹的形成按牙形分类三角形梯形锯齿形矩形第26页，课件共97页，创作于2023年2月螺纹的分类螺旋方向左旋右旋螺纹的线数单线双线多线（一般不超过4线）第27页，课件共97页，创作于2023年2月螺纹的分类按母体分内螺纹外螺纹——如：螺母按母体形状分圆柱螺纹——大部分螺纹圆锥螺纹——管螺纹第28页，课件共97页，创作于2023年2月主要几何参数大径d小径d1中径d2螺距P导程S=nP，n：线数螺旋升角ψ牙型角第29页，课件共97页，创作于2023年2月10-2螺旋副的受力分析、效率和自锁一、矩形螺纹将螺母简化为一滑块；将矩形螺纹沿中径d2展开可得一斜面。第30页，课件共97页，创作于2023年2月矩形螺纹的受力分析Fn——法向支反力；f——

摩擦系数；F——作用于中径处的水平推力；Fa——轴向载荷；ψ——螺纹升角；ρ——摩擦角；第31页，课件共97页，创作于2023年2月矩形螺纹的受力分析由平衡条件得，螺母等速上升时水平推力为第32页，课件共97页，创作于2023年2月矩形螺纹的受力分析由平衡条件得，螺母等速下降时水平推力为注意力的方向F>0——推力F<0——拉力第33页，课件共97页，创作于2023年2月二、非矩形螺纹同样的轴向载荷时非矩形螺纹的法向力增大，从而使摩擦力增大若把法向力的增加看作摩擦系数的增加，摩擦阻力为

f’——当量摩擦系数第34页，课件共97页，创作于2023年2月非矩形螺纹的受力分析用当量摩擦系数代替矩形螺纹的摩擦系数f，可得非矩形螺纹的受力关系：螺母等速上升时螺母等速下降时第35页，课件共97页，创作于2023年2月螺纹力矩、效率用以克服摩擦阻力并提升重物螺纹传动时的效率第36页，课件共97页，创作于2023年2月螺纹的自锁当拧松螺纹时，有：当，F

为负，此时，Fa再大，螺母不会自动滑——自锁。螺纹副的自锁条件：第37页，课件共97页，创作于2023年2月10-3机械制造常用的螺纹三角螺纹——按国家标准设计——用于连接牙型角β大=60°，当量摩擦系数大可分为：普通螺纹——用于紧固连接粗牙螺纹细牙螺纹——自锁好管螺纹——用于紧密连接圆锥管螺纹圆柱管螺纹第38页，课件共97页，创作于2023年2月常用的用于传动的螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹牙型角β小，效率高第39页，课件共97页，创作于2023年2月10-4螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件螺纹连接的基本类型：螺栓连接双头螺柱连接螺钉连接紧定螺钉连接第40页，课件共97页，创作于2023年2月螺栓连接普通螺栓连接铰制孔螺栓连接不用在被连接件上加工螺纹；拆装方便；成本低；应用广泛。第41页，课件共97页，创作于2023年2月双头螺柱连接连接要求双头螺柱的一头螺纹必须全部拧入被连接件螺纹中。用于：较厚的被连接件；为了结构紧凑必须采用盲孔的连接。多次拆装的场合——可避免损坏被连接件的螺纹孔。第42页，课件共97页，创作于2023年2月螺钉连接结构简单。用于：较厚的被连接件；为了结构紧凑必须采用盲孔的连接。不经常拆装的场合，以免损坏被连接件的螺纹孔。

第43页，课件共97页，创作于2023年2月紧定螺钉连接能固定两零件的相互位置；可传递不大的力或力矩；第44页，课件共97页，创作于2023年2月二、螺纹紧固件——标准件螺栓双头螺柱螺钉紧定螺钉螺母垫片第45页，课件共97页，创作于2023年2月螺纹连接的画法要注意以下问题：当剖切面通过螺栓、螺母、垫圈等标准件时，这些零件均按不剖绘制。内、外螺纹旋合部分，螺纹大径用粗实线表示，小径用细实线表示。螺纹孔部分，螺纹小径和螺纹终止线用粗实线表示，大径用细实线表示，剖面线应画到粗实线。螺纹底孔直径不应大于螺纹内径，头部夹角为120°，钻孔深度应大于螺纹深度。在装配图中，螺纹紧固件的倒角、退刀槽、缩颈等均可省略不画。第46页，课件共97页，创作于2023年2月10-5螺纹连接的预紧与防松预紧——一般，螺纹连接在装配时必须拧紧。预紧力——预紧时螺栓受到预先给定的拉力。预紧力影响连接的可靠性、连接强度及密封性。重要的螺栓连接须控制预紧力。第47页，课件共97页，创作于2023年2月一、拧紧力矩用来克服螺旋副相对转动的阻力矩T1+螺母支承面上的摩擦阻力矩T2M10-68的粗牙螺纹，取摩擦系数为0.15,则拧紧力矩可简化为

T=0.2Fad

N·mm第48页，课件共97页，创作于2023年2月拧紧力矩的控制重要的连接需控制拧紧力矩。拧紧力矩的控制方法：经验法测力扳手测量螺栓的伸长第49页，课件共97页，创作于2023年2月二、螺纹连接的防松防松的本质——防止螺纹副的相对转动。连接用三角螺纹具有自锁性；防松的目的：防止某些情况，预紧力可能在某一瞬时消失，造成连接发生松脱。如：冲击振动变载荷的作用温度变化较大第50页，课件共97页，创作于2023年2月防松的方法第51页，课件共97页，创作于2023年2月防松的方法第52页，课件共97页，创作于2023年2月防松的方法第53页，课件共97页，创作于2023年2月10-6螺栓连接的强度计算螺栓的主要失效形式螺栓杆拉断螺纹被压溃和剪断因磨损而发生滑扣采用标准件时，只需通过计算确定其小径，其它尺寸不必计算。第54页，课件共97页，创作于2023年2月一、松螺栓连接载荷——外载荷的拉力Fa；没有预紧力。强度条件：[σ]——许用拉应力d1——螺纹小径第55页，课件共97页，创作于2023年2月二、紧螺栓连接拧紧过程螺栓受力：预紧拉力Fa——拉应力σ

；螺纹力矩T——剪应力；由第四强度理论，当量应力为：第56页，课件共97页，创作于2023年2月拧紧状态下的强度条件不受外载荷的作用之前的强度条件：第57页，课件共97页，创作于2023年2月1.受横向工作载荷的螺栓强度螺栓受力——预紧力Fa工作载荷F方向——垂直于螺栓轴线失效形式——接触间的相对滑动保证使摩擦力大于拉力而不发生相对滑动第58页，课件共97页，创作于2023年2月受横向工作载荷Rm——接合面数C——可靠性系数f——接合面摩擦系数当f=0.15,C=1.2,m=1时，F0>=8F第59页，课件共97页，创作于2023年2月可以采用各种减载装置第60页，课件共97页，创作于2023年2月铰制孔螺栓连接螺栓受剪切和挤压剪切和挤压强度条件第61页，课件共97页，创作于2023年2月2.受轴向工作载荷的螺栓连接预紧力F0工作载荷FE

作用在螺栓上总的载荷

Fa=F0+FE?第62页，课件共97页，创作于2023年2月受轴向工作载荷的紧螺栓连接的受力与变形根据变形协调条件螺栓受的总载荷FR——残余预紧力第63页，课件共97页，创作于2023年2月设计时残余预紧力FR的选择工作载荷FE为静载荷时：

FR取（0.2～0.6)FE；工作载荷FE为变载荷时：

FR取（0.6～1.0)FE；有紧密性要求时：

FR取（1.5～1.8)FE；不开缝条件第64页，课件共97页，创作于2023年2月静强度条件疲劳强度条件1.3的意义是考虑可能补充拧紧；[σ]——静强度、疲劳强度的许用应力从表10-6、表10-7中查。第65页，课件共97页，创作于2023年2月螺栓上载荷的计算螺栓刚度被连接件刚度由变形与受力分析得：故有：第66页，课件共97页，创作于2023年2月相对刚度

——相对刚度，影响螺栓受力。与螺栓、被连接件的材料、尺寸、结构和连接中垫片的材料有关。金属垫片（包括无垫片）——0.2～0.3；皮革垫片——0.7；铜皮石棉垫片——0.8；橡胶垫片——0.9

。第67页，课件共97页，创作于2023年2月

疲劳强度条件为：工作载荷：FE2——FE1σalim——应力幅疲劳极限εσ——尺寸系数β——表面状态系数kσ——应力集中系数S——安全系数第68页，课件共97页，创作于2023年2月10-7螺栓的材料和许用应力螺栓、螺柱、螺钉的按机械性能等级分为十级：

3.6,4.6,4.8,5.6,5.8,6.8,8.8,9.8,10.9,12.9点后数字为10(σSmin/σBmin)点前数字为σBmin／100σB——拉伸强度极限,Mpa。

σS——屈服极限,Mpa。第69页，课件共97页，创作于2023年2月螺母机械性能分级：4,5,6,8,9,10,12；

螺母材料σBmin／100

第70页，课件共97页，创作于2023年2月螺栓的材料和许用应力材料：一般螺栓用碳素结构钢,如:35、45;重要的用合金结构钢,如：15Cr、40Cr、30CrMnSi。许用应力可查表10-6。不能控制预紧力时的安全系数S可查表10-7。第71页，课件共97页，创作于2023年2月10-8提高螺栓连接强度的措施工作载荷：FE2——FE1σalim——应力幅疲劳极限εσ——尺寸系数β——表面状态系数kσ——应力集中系数S——安全系数第72页，课件共97页，创作于2023年2月一、降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围若工作载荷FE在0~FE间变化，则总的拉伸载荷Fa在F0~

间变化。减小F0的变化幅度，可提高螺栓的疲劳强度；可通过：减小kb，增大kc。第73页，课件共97页，创作于2023年2月提高螺栓的疲劳强度的方法减小螺栓刚度kb的方法减小螺栓光杆部分的直径；空心螺杆；增加螺栓长度。第74页，课件共97页，创作于2023年2月提高螺栓的疲劳强度的方法增大被连接件kc的方法：不用刚度小的垫片。紧密连接，应用密封圈。第75页，课件共97页，创作于2023年2月二、改善螺纹牙间载荷分布状态加高螺母对提高螺栓强度作用很小。改变螺母沿旋合长度方向的刚度：悬置螺母环槽螺母第76页，课件共97页，创作于2023年2月三、减小应力集中应力集中产生疲劳断裂的危险部位有：螺纹的牙根、收尾；螺栓头部与栓杆交接处都。为减轻应力集中：适当加大牙根圆角半径；在螺纹收尾处用退刀槽。第77页，课件共97页，创作于2023年2月四、避免或减小附加应力工艺上要求：螺纹孔轴线与连接中各承压面垂直。第78页，课件共97页，创作于2023年2月提高螺栓的疲劳强度的制造工艺方法辗制螺纹——冷作硬化的作用，表层有残余压应力，金属流线合理——螺栓疲劳强度比车制螺纹高30～40%；碳氮共渗；渗氮；喷丸处理等。第79页，课件共97页，创作于2023年2月第80页，课件共97页，创作于2023年2月第81页，课件共97页，创作于2023年2月第82页，课件共97页，创作于2023年2月第83页，课件共97页，创作于2023年2月第84页，课件共97页，创作于2023年2月10-11键连接和花键连接一、键连接的类型键的功用：轴与轴上零件间的周向固定，以传递扭矩；有些键还可轴向固定轴上零