《机械设计基础 第4版》 教案 朱龙英 第10-12章 链传动、连接、轴

PAGEPAGEPAGE7第10章链传动基本要求：了解链传动的类型、滚子链的结构及应用；了解链传动的运动特点、滚子链传动的设计计算；了解链传动的张紧和润滑。重点：链传动的结构、主要参数；链传动的设计计算。难点：链传动的设计计算。学时：课堂教学：2学时。教学方法：多媒体结合板书。10.1链传动的类型、特点和应用链传动由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，以链作中间挠性件，靠链与链轮轮齿的啮合来传递动力。链传动类型：传动链、起重链和曳引链。链传动的主要优点是：与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用于轴的压力也小，可减少轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。链传动的主要缺点是：瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。目前，链传动广泛应用于工况较为恶劣、传动比精度要求不是很高的农业、矿业、冶金、起重、运输、石油、化工、森工和环卫机械及摩托车中。10.2链传动的结构、主要参数和几何尺寸10.2.1链条链条长度以链节数来表示。链节数最好取为偶数，以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接，接头处可用弹簧夹或开口销锁紧。若链节数为奇数时，则需采用过渡链节。在链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采用。齿形链由许多冲压而成的齿形链板用铰链联接而成，为避免啮合时掉链，链条应有导向板(分为内导式和外导式)。齿形链板的两侧是直边，工作时链板侧边与链轮齿廓相啮合。铰链可做成滑动副或滚动副，滚柱式可减少摩擦和磨损，效果较轴瓦式好。与滚子链相比，齿形链运转平稳、噪声小、承受冲击载荷的能力高；但结构复杂、价格较贵、也较重，所以它的应用没有滚子链那样广泛。齿形链多用于高速(链速可达40m/s)或运动精度要求较高的传动。国家标准仅规定了滚子链链轮齿槽的齿面圆弧半径、齿沟圆弧半径和齿沟角的最大和最小值(详见GB1244-85)。各种链轮的实际端面齿形均应在最大和最小齿槽形状之间。这样处理使链轮齿廓曲线设计有很大的灵活性。但齿形应保证链节能平稳自如地进入和退出啮合，并便于加工。符合上述要求的端面齿形曲线有多种。最常用的齿形是“三圆弧一直线”，即端面齿形由三段圆弧()和一段直线()组成。10.2.2链轮链轮轴面齿形两侧呈圆弧状，以便于链节进入和退出啮合。齿形用标准刀具加工时，在链轮工作图上不必绘制端面齿形，但须绘出链轮轴面齿形，以便车削链轮毛坏。轴面齿形的具体尺寸见有关设计手册。链轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，故齿面多经热处理。小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，故所用材料一般应优于大链轮。常用的链轮材料有碳素钢(如Q235、Q275、45、ZG310-570等)、灰铸铁(如HT200)等。重要的链轮可采用合金钢。链轮的结构如上图所示。小直径链轮可制成实心式；中等直径的链轮可制成孔板式；直径较大的链轮可设计成组合式，若轮齿因磨损而失效，可更换齿圈。链轮轮毂部分的尺寸可参考带轮。10.2.3主要参数及选择1、链轮齿数为提高链传动的运动平稳性、降低动载荷，小链轮齿数多一些为好。但小链轮齿数也不宜过多，否则=i会很大，从而使链传动较早发生跳齿失效。链条工作一段时间后，磨损使销轴变细、使套筒和滚子变薄，在拉伸载荷F的作用下，链条的节距伸长。链条节距变长后、链绕上链轮时节圆d向齿顶移动。一般链条节数为偶数以避免使用过渡接头。为使磨损均匀，提高寿命，链轮齿数最好与链节数互质，若不能保证互质，也应使其公因数尽可能小。2、链的节距链的节距越大，理论上承载能力越高。但如上节所述：节距越大，由链条速度变化和链节啮入链轮产生冲击所引起的动载荷越大，反而使链承载能力和寿命降低。因此，设计时应尽可能选用小节距的链，重载时选取小节距多排链的实际效果往往比选取大节距单排链的效果更好。3、中心距和链长链传动中心距过小，则小链轮上的包角小，同时啮合的链轮齿数就少；若中心距过大，则易使链条抖动。一般可取中心距a=(30～50)p，最大中心距≤80p。链条长度用链的节数表示。按带传动求带长的公式可导出由此算出的链节数须圆整为整数，最好取为偶数。运用上式可解得由求中心距a的公式：为便于安装链条和调节链的张紧程度，一般应将中心距设计成可调节的；或者应有张紧装置。若中心距不能调节而又无张紧装置时，应将计算的中心距减小2～5mm使链条有小的初垂度。10.3链传动的设计10.3.1失效形式链传动的失效形式主要有以下几种：(1)链板疲劳破坏链在松边拉力和紧边拉力的反复作用下，经过一定的循环次数，链板会发生疲劳破坏。正常润滑条件下，链板疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素。(2)滚子、套筒的冲击疲劳破坏链传动的啮入冲击首先由滚子和套筒承受。在反复多次的冲击下，经过一定循环次数，滚子、套筒可能会发生冲击疲劳破坏。这种失效形式多发生于中、高速闭式链传动中。(3)销轴与套筒的胶合润滑不当或速度过高时，销轴和套筒的工作表面会发生胶合。胶合限定了链传动的极限转速。(4)链条铰链磨损铰链磨损后链节变长，容易引起跳齿或脱链。开式传动、环境条件恶劣或润滑密封不良时，极易引起铰链磨损，从而急剧降低链条的使用寿命。(5)过载拉断这种拉断常发生于低速重载的传动中。在一定的使用寿命下，从一种失效形式出发，可得出一个极限功率表达式。为了清楚，常用线图表示。图9-1所示为在正常润滑条件下，对应各种失效形式的极限功率曲线。图中阴影部分为实际上使用的区域。若润滑密封不良及工况恶劣时，磨损将很严重，其极限功率会大幅度下降，如图中虚线所示。10.3.2功率曲线图采用推荐的润滑方式时，各型号A系列滚子链所能传递的功率。若润滑不良或不采用推荐的润滑方式时，应将图中值降低；当链速v≤1.5m/s时，降低到50%；当1.5m/s＜v≤7m/s时，降低到25%；当v＞7m/s而又润滑不当时，传动不可靠。图10-1链传动失效形式的极限功率曲线10.4链传动的润滑和布置10.4.1链传动的润滑链传动的润滑至关重要。合宜的润滑能显著降低链条铰链的磨损，延长使用寿命。链传动的润滑方式有四种：1）人工定期用油壶或油刷给油；2）用油杯通过油管向松边内外链板间隙处滴油；3）油浴润滑或用甩油盘将油甩起，以进行飞溅润滑；4）用油泵经油管向链条连续供油，循环油可起润滑和冷却的作用。如图所示，封闭于壳体内的链传动，可以防尘、减轻噪声及保护人身安全。润滑油可选用L-AN32、L-AN46、L-AN68全损耗系统用油，环境温度高或载荷大时宜取粘度高者；反之粘度宜低。10.4.2链传动的布置张紧链传动的两轴应平行，两链轮应位于同一平面内；一般宜采用水平或接近水平的布置，并使松边在下边。链传动的张紧方法很多，最常见的是通过改变中心距来调整张紧程度。采用张紧轮张紧如图10-2所示。图10-2链传动张紧装置本章小结1．链传动的特点与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用于轴的压力也小，可减少轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。2．链传动的失效形式链板疲劳破坏、滚子、套筒的冲击疲劳破坏、销轴与套筒的胶合、链条铰链磨损、过载拉断。3．链传动的润滑方式人工定期用油壶或油刷给油、用油杯通过油管向松边内外链板间隙处滴油、油浴润滑或用甩油盘将油甩起，以进行飞溅润滑、用油泵经油管向链条连续供油，循环油可起润滑和冷却的作用。作业10-1套筒滚子链的结构如何组成的，链的节距和排数对承载能力有何影响？10-2链传动工作时受有哪些力，这些力如何确定？10-3分别写出链传动的平均传动比和瞬时传动比表达式。10-4链传动为何小链轮的齿数不宜过少？而大链轮齿数又不宜过多？第11章连接基本要求：了解连接的类型和应用；了解螺纹连接的类型和应用；掌握螺旋副的受力分析、效率和自锁，螺纹连接的防松装置；掌握螺纹连接失效形式及强度计算；了解螺旋传动的受力情况及计算要点；了解轴毂连接的类型及应用。重点：螺旋副的受力分析、效率和自锁；螺纹连接失效形式及强度计算。难点：螺旋副的受力分析，效率和自锁；螺栓连接的计算。学时：课堂讲授：8学时。教学方法：多媒体结合板书。11.1连接概述一部机器通常都是由成百上千个零件所组成的，但这些零件并不是随意罗列在一起的，由于使用、结构、制造、装配、运输等原因，机器中有许多零件需要按照一定的要求和方式它们连接起来，而构成一个整体。零件的连接方式有多种：被连接件间相互固定、不能作相对运动的称为静连接；能按一定运动形式作相对运动的称为动连接。通常所谓的连接主要是指静连接。静连接的分类见表10-1。——螺纹连接——键连接——可拆的连接————销连接——弹性环连接连接————成形连接——夹紧连接——焊接——不可拆的连接————铆接——粘接——过盈配合在这些连接方式中尤其是以螺纹连接应用最为广泛，各种类型的机器设备中都有这种连接方式，如：自行车等。螺纹连接的主要特点：1)构造简单，形式繁多；2)连接可靠，具有良好的自锁性能；3)装拆方便；4）能够承受较大的载荷，如起重设备中的连接；5)容易制造：手工——板牙、丝锥；机械——车制、碾制、铣制、磨制；6）价格低廉，选用方便，标准件。11.2螺纹的主要参数11.2.1螺纹的形成如图11-1所示，将一倾斜角为ψ的直角三角形绕在直径为d2的圆柱体上，其三角形的斜边，便形成一条螺旋线任取一平面图形，使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。图11-1螺纹的形成11.2.2螺纹的类型和分类1.按照平面图形的形状：螺纹分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。2.按照螺旋线的旋向：螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时，才采用左旋螺纹。3.按照螺旋线的数目：螺纹还分为单线螺纹和多线螺纹，为了制造方便，螺纹的线数一般不超过4。4.按功能：连接螺纹；传动螺纹，调节螺纹，阻塞螺纹等5.按标准：公制螺纹，英制螺纹6.螺纹有内螺纹和外螺纹之分，两者旋合组成螺旋副或称螺纹副。7.按照母体形状，螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。11.2.3螺纹的基本参数以圆柱螺纹为例，大径——d、D中径——d2、D2小径——d1、D1线数——n螺距——P导程——SS＝nP螺纹升角——ψ牙型角——α牙型斜角——β（牙侧角）工作高度——H11.3螺旋副的受力分析、效率和自锁11.3.1矩形螺纹图11-2螺纹副受力简化螺旋副在力矩和轴向载荷作用下的相对运动，可看成作用在中径的水平力F推动滑块（重物）沿螺纹运动。如图11-2所示。1、当滑块沿斜面等速上升时：由力的平衡条件可知，FR、F和Fa三力组成力多边形，由图可得作用在螺旋副上的相应驱动力矩2.当滑块沿斜面等速下滑时轴向载荷Fa变为驱动力，而F变为维持滑块等速运动所需的平衡力，由力多边形可得作用在螺旋副上的相应力矩3.当滑块沿斜面等速下滑时求出的F值可为正，也可为负。1)当斜面倾角ψ大于摩擦角ρ时，滑块在重力作用下有向下加速的趋势。这时由式求出的平衡力F为正，方向如图所示。它阻止滑块加速以便保持等速下滑，故F是阻力（支持力）2)当斜面倾角ψ小于摩擦角时，滑块不能在重力作用下自行下滑，即处于自锁状态，这时由式求出的平衡力F为负，其方向与图相反（即F与运动方向成锐角）F为驱动力。它说明在自锁条件下，必须施加驱动力F才能使滑块等速下滑。11.3.2非矩形螺纹非矩形螺纹是指牙侧角β≠0的三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。由对比图11-3可知，图11-3矩形螺纹与非矩形螺纹受力比较若略去螺纹升角的影响，在轴向载荷Fa作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹的大。若把法向力的增加看作摩擦系数的增加，则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为式中f’——为当量摩擦系数，即式中’——为当量摩擦角；β为牙侧角。因此，f改为f’、改为’，就可像矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。1．当滑块沿非矩形螺纹等速上升时，可得水平椎力相应的驱动力矩2.当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得可得相应的力矩为与矩形螺纹分析相同，若螺纹升角ψ小于当量摩擦角’，则螺旋具有自锁特性，如不施加驱动力矩，无论轴向驱动力Fa多大，都不能使螺旋副相对运动。考虑到极限情况，非矩形螺纹的自锁条件可表示为为了防止螺母在轴向力作用下自动松开，用于连接的紧固螺纹必须满足自锁条件。以上分析适用于各种螺旋传动和螺纹连接。归纳起来就是：当轴向载荷为阻力，阻止螺旋副相对运动时：相当于滑块沿斜面等速上升例如车床丝杆走刀时，切削力阻止刀架轴向移动；螺纹连接拧紧螺母时，材料变形的反弹力阻止螺母轴向移动；螺旋千斤顶举升重物时，重力阻止螺杆上升。当轴向载荷为驱动力，与螺旋副相对运动方向一致时：相当于滑块沿斜面等速下滑例如旋松螺母时，材料变形的反弹力与螺母移动方向一致；用螺旋千斤顶降落重物时，重力与下降方向一致。螺旋副的效率：是有效功与输人功之比。若按螺旋转动一圈计算，输人功为2πT，此时升举滑块（重物）所作的有效功为Fa·S，故螺旋副的效率为：由上式可知，当量摩擦角一定时，效率只是螺纹升角ψ的函数。11.4螺纹连接的类型、特点及应用11.4.1基本类型1、螺栓连接拧紧的螺栓连接称为紧连接，不拧紧的称为松连接。特点和应用：无需在被连接件上切制螺纹，使用不受被连接件材料的限制。构造简单，装拆方便，应用最广。用于通孔的场合。根据受力状况可分为：1）受拉螺栓连接：制造和装拆方便，应用广泛；2）铰制孔螺栓连接：螺栓受剪多用于板状件的连接，有时兼起定位作用。2、双头螺柱连接特点和应用：双头螺柱连接座端旋人并紧定在被连接件之一的螺纹孔中，用于被连接件之一较厚或受结构限制而不能用螺栓或希望连接结构较紧凑的场合。3、螺钉连接特点和应用：螺钉连接不用螺母，而且能有光整的外露表面，应用与双头螺柱连接相似，但不宜用于时常装拆的连接，以免损坏被连接件的螺纹孔。4、紧定螺钉连接特点和应用：旋入被连接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被连接件的表面或顶入相应的坑中，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或转矩。11.4.2螺纹紧固件标准件螺纹紧固件的品种很多，大都已标准化，其规格、型号均已系列化，可直接到五金商店购买。1．螺栓螺栓的头部形状很多，最常用的有六角头和小六角头两种。2．双头螺柱双头螺柱，旋入被连接件螺纹孔的一端称为座端，另一端为螺母端，其公称长度为L。3．螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉的头部有内六角头、十字槽头等多种形式，以适应不同的拧紧程度。紧定螺钉末端要顶住被连接件之一的表面或相应的凹坑，其末端具有平端、锥端、圆尖端等各种形状。4．螺母螺母的形状有六角形、圆形等。六角螺母有三种不同厚度，薄螺母用于尺寸受到限制的地方，厚螺母用于经常装拆易于磨损之处。圆螺母常用于轴上零件的轴向固定。5．垫圈垫圈的作用是增加被连接件的支承面积以减小接触处的压强（尤其当被连接件材料强度较差时）和避免拧紧螺母时擦伤被连接件的表面。普通垫圈呈环状，有防松作用的垫圈为弹性垫圈。普通用的螺纹紧固件，按制造精度分为粗制、精制两类。粗制的螺纹紧固件多用于建筑，国家标准规定螺纹紧固件按机械性能分级。——螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级11.5螺纹连接的预紧和预紧力矩11.5.1螺栓连接的拧紧对于大多数螺纹连接来说，螺纹连接在装配时都必须拧紧，将螺母拧紧（预紧）。预紧后产生的拉（压）力称为预紧力Fo预紧力的大小对螺纹连接的影响：拧紧连接能增强连接的刚性、紧密性和防松能力；对于受拉螺栓连接，还可提高螺栓的疲劳强度；对于受剪螺栓连接，有利于增大连接中的摩擦力。1、拧紧力矩（扳手力矩）拧紧螺母时，需要克服螺纹副的螺纹力矩T1和螺母的承压面力矩T2，因此拧紧力矩T=T1＋T22、拧紧力矩的控制拧紧是连接的需要，但拧的过紧也是不适当的。如：用长度为直径15倍的扳手，在20公斤力的作用下，产生的拧紧力是1500kg。所以小直径的螺栓装配时应施加小的拧紧力矩，否则就容易将螺栓杆拉断。因此：对重要的有强度要求的螺栓连接，如无控制拧紧力矩的措施，不宜采用小于M12的螺栓。控制拧紧力矩方法：通常螺纹连接拧紧的程度是凭工人经验来决定的。为了能保证装配质量，重要的螺纹连接应按计算值控制拧紧力矩。例如：使用测力矩扳手或定力矩扳手，如图11-4所示。图11-4测力矩扳手和定力矩扳手11.5.2螺纹连接的防松在静载荷下，螺纹连接能满足的自锁条件为ψ＜ρ。螺母、螺栓头部等承压面处的摩擦也有防松作用。但在冲击、振动或变载荷下，或当温度变化大时，连接有可能松动，甚至松开，这就容易发生事故。所以在设计螺纹连接时，必须考虑防松问题。防松的根本问题在于防止螺纹副相对转动。具体的防松装置或方法很多，就工作原理来看，可分为：1)利用摩擦防松；2)机械防松；3)破坏螺纹副。11.6螺纹连接的强度计算螺纹失效形式：静载荷作用下：螺栓的损坏多为螺纹部分的塑性变形和断裂。变载荷作用下：螺栓的损坏多为栓杆部分的疲劳断裂。螺纹的计算准则：对于受拉螺栓——σ≤[σ]对于受剪螺栓——τ≤[τ]；σP≤[σP]对于受复合应力作用的螺栓——σe≤[σe]11.6.1松螺栓连接在螺栓强度计算中，螺栓螺纹部分危险截面的面积要用计算直径dc计算，此直径可根据螺栓拉断截面状况归纳出的经验公式确定：dc＝d1－H/6式中dl-螺纹小径；H-螺纹牙形的三角形高度。作近似计算时dl≈dc。这种连接只能受静载荷。如图11-5示，螺栓在工作时只受拉力Fa11-5起重滑轮松螺栓连接不计被连接件自重时，则其螺纹部分的强度条件为：4Fa/（πd12）≤[σ]式中[σ]一松连接螺栓的许用拉应力。11.6.2紧螺栓连接1、受横向工作载荷的螺栓连接如图10-6所示。受横向工作载荷的螺栓连接可采用普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接两种方式。图若采用普通螺栓连接：靠接合面间的摩擦力传力。11-6只受预紧力作用的紧螺栓连接2、受轴向工作载荷的紧螺栓连接如图11-7所示的缸体与缸盖，用Z个螺栓呈圆形布置连接，设缸体内的压强为p，缸体内直径为D，则图11-7受轴向工作载荷的紧螺栓连接受轴向工作载荷的螺栓连接中，螺栓实际承受的总拉伸载荷Fa，不等于预紧力F0与FE之和。如图11-8所示，这种连接拧紧后螺栓受预紧力F’，工作时还受到轴向工作载荷F的作用。图10-8拧紧后螺栓受预紧力1)螺栓尚未拧紧时，螺栓不受力；2)螺栓尚未拧紧，未受工作载荷时，螺栓受预紧力：；3)工作载荷F作用时，剩余预紧力为：；所以，总拉力：4)为了保证连接的紧密性，必须维持一定的剩余预紧力。根据强度理论，螺栓的强度条件：11.7设计螺纹连接时应注意的问题11.7.1影响螺栓连接强度的因素影响螺栓强度的因素很多，有材料、结构、尺寸参数、制造和装配工艺等。就其影响而言，涉及到螺纹牙受力分配、附加应力、应力集中、应力幅、材料、机械性能、制造工艺等方面。11.7.2提高螺栓连接强度的措施由于受拉螺栓的损坏多属于疲劳性质，所以提高螺栓连接强度的措施主要是从降低螺栓的负担（实际应力）和提高其能力（主要是抗疲劳破坏能力）这两方面着手降低螺栓总拉伸载荷的变化范围在工作载荷和剩余预紧力不变时，减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度：使螺栓拉力变化幅减小。减小螺栓刚度的措施有：1)适当增大螺栓的长度；2)部分减小栓杆直径或作成中空的结构一柔性螺栓。柔性螺栓受力时变形量大，吸收能量作用强，也适于承受冲击和振动；3)在螺母下面安装弹性元件（图11-9当工作载荷由被连接件传来时，由于弹性元件的较大变形，也能起到柔性螺栓的效果）增大被连接件的刚度的措施：不用刚度小的垫片。图11-9所示的紧密连接，就以用密封环为佳。图11-9提高螺栓连接强度的措施改善螺纹牙的受力分配由于螺母与螺栓受力后的螺距变化不同，即使是制造和装配精确的螺栓和螺母，传力时其旋合各圈螺纹牙的受力也不是均匀的。螺母与螺栓在旋合的第1圈处的受力为Fo的1/3，（这也是为什么在此处多发生疲劳断裂的原因）,参看图10-10所示可知图11-10受拉螺栓与受压螺母组合，其结果是:螺栓杆拉力自下而上由F递减为零，并通过螺纹牙传给了螺母；螺母体压力则自上而下由零递增为F。螺栓受拉，螺距增大；而螺母受压，螺距减小。由螺纹牙、栓杆和母体的变形协调条件可知，这种螺纹螺距变化差主要靠旋合各圈螺纹牙的变形来补偿。由图可知，从传力算起的第一圈螺纹变形最大，因而受力也最大，以后各圈递减。旋合圈数越多，受力不均匀程度也越显著，到第8～10圈以后，螺纹牙几乎不受力。因此，采用加高螺母以增加旋合圈数，对提高螺栓强度并没有多少作用。为了使螺纹牙受力比较均匀，可用下述措施：A.改进螺母结构如图11-11所示：l）悬置螺母：使母体和栓杆的变形一致，以减少螺距变化差，可提高螺栓疲劳强度达40％；2）内斜螺母：可减小原受力大的螺纹牙的刚度而把力分移到原受力小的牙上，可提高螺栓疲劳强度达20％3）环槽螺母：利用螺母下部受拉且富于弹性可提高螺栓疲劳强度达30％。这些结构特殊的螺母制造费工，只在重要的或大型的连接中使用。图11-11改进螺母结构措施B.改变螺母材料如图11-12所示，用软（塑性好）、弹性模量低的材料，例如钢螺栓配用有色金属螺母，则可改善螺纹牙受力分配，提高螺栓疲劳强度达40％。使用钢丝螺套：为增强铝、镁合金螺纹孔而研制出的钢丝螺套，由菱形截面钢丝绕成，类似螺旋弹簧图11-12改进螺母材料措施将螺套装于螺纹孔或螺母中，有减轻螺纹牙受力不均和冲击振动的作用，可提高螺钉或螺栓疲劳强度达30％。若螺套材料为不锈钢，并具有较高的硬度和较低的表面粗糙度值，则还能提高抗微动磨损和腐蚀的能力。螺套装人螺纹孔中后，即将安装柄根缺口折断。锁紧型螺套还有防止旋入的螺钉松脱的作用，因此，钢丝螺套也是一种防松零件。11.7.3减小附加应力主要指附加弯曲应力。螺纹牙根对弯曲很敏感，在相当大的拉应力下，弯曲应力对螺栓断裂起关键作用。几种产生弯曲应力的原因见图10-13。图11-13螺栓减小附加应力措施1.螺栓受偏心载荷：钩头螺栓引起的弯曲应力是很大的{如σb＝32F·e／（πdc3）=（8e/dc）（4F）/（πdc2），如e＝dc，则σb＝8σ}，应尽量少用。2．减小附加应力措施几种减小或避免弯曲应力的结构措施见图11-14。图11-14几种减小或避免弯曲应力的结构措施在工艺上要求螺纹孔轴线与连接中各承压面垂直。可用各种方法使栓杆在拧紧时不受螺纹力矩，如图11-15所示的螺栓，装配时用扳手在其末端加一相反力矩。图11-15栓杆在拧紧时不受力矩11.7.4减轻应力集中在螺纹的牙根和收尾、螺栓头部与栓杆交接处，都有应力集中，是产生断裂的危险部位；特别是在旋合螺纹的牙根处，由于栓杆拉伸，牙受弯剪，而且受力不均，情况更为严重。适当加大牙根圆角半径以减轻应力集中，可提高螺栓疲劳强度达20％～40％；在螺纹收尾处用退刀槽、在螺母承压面以内的栓杆有余留螺纹等，都有良好效果。航空、航天器螺栓采用新发展的MJ螺纹，其主要结构特点就是牙根圆角半径增大。高强度钢螺栓对应力集中敏感，但由于可用更大的预紧力拧紧和更高的极限强度，结果还是有利的。11.8螺旋传动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。螺旋传动类型：1按用途分：（1）传力螺旋——举重器、千斤顶、加压螺旋。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—传递运动和动力。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。特点：是受力较小且不经常转动。2螺旋传动按摩擦副的性质分：（1）滑动螺旋构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁（2）滚动螺旋传动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。按循环方式有：内循环、外循环两种。（3）静压螺旋液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开。11.9轴毂连接零件与轴之间不仅需要轴向固定，而且需要周向固定(轴毂连接)，以传递转矩。常用的轴毂连接有键连接、过盈配合连接、销连接等，键连接应用最广。11.9.1键连接的常见类型和应用1.平键连接平键是矩形截面的连接件，置于轴和轴上零件毂孔的键槽内，以侧面为工作面，工作时靠键和键槽的互相挤压传递转矩。按工作情况平键可分为普通平键和导向平键。普通平键两端可制成圆头(A型)、平头(B型)或半圆头(C型)。导向平键两端可制成圆头(A型)、平头(B型)。导向平键除实现周向固定外，还允许轴上零件有轴向移动，构成动连接。圆头键连接时，轴上键槽用端铣刀加工；采用方头键连接，轴上键槽用盘铣刀加工；半圆头键常用于轴端。这种平键用于轴上零件与轴之间没有相对运动的静连接。图11-16平键连接2．半圆键连接半圆键用于静连接，也以侧面作工作面(图11-17)。这种连接的优点是工艺性较好，缺点是轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，主要用于轻载或位于轴端零件的连接。图11-17半圆键连接

3．花键连接轴上周向均布的凸齿和轮毂孔中相应凹槽构成的连接称为花键连接，可用于静或动连接。根据齿形的不同，花键分为矩形花键(图11-18a)，渐开线花键(图11-18b)和三角形花键(图11-18c)三种。花键连接以齿的侧面作工作面。由于是多齿传递载荷，所以承载能力高，连接定心精度也高，导向性好，故应用较广。图11-18花键连接11.9.2普通平键的选择在已知轴径和相配轮毂宽度的情况下，可以通过查表，来确定键的尺寸和相应的公差值。一般键的失效是：轮毂、轴和键三者中材料最弱的一方被压溃，所以一般对弱的一方进行挤压强度校核。本章小结1．连接的概念连接一般是指使被连接件相对位置固定不动的静连接，按拆卸时是否损坏被连接件，可分为可拆连接和不可拆连接。2．螺纹连接的四种基本形式（1）螺栓连接（2）双头螺柱连接（3）螺钉连接（4）紧定螺钉连接3.螺纹连接的强度计算对于受拉螺栓:设计准则为保证螺栓的拉伸强度；对于受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度。4．螺纹连接组设计应注意的几个问题：（1）考虑装拆方便，应留有扳手空间；（2）连接面要平整，防止附加动载荷；（3）布置合理，使螺栓组各螺栓受力均匀；（4）同组螺栓材料及尺寸应相同。5．平键连接的选用常用的平键有普通平键和导向平键两种。普通平键和键槽的尺寸均已标准化，设计键连接时，应先根据要求选择键的类型，然后根据装键处轴径从标准中查取键的宽度和高度，参照轮毂长度从标准中选取键的长度。作业11-1螺纹的主要类型有哪几种？如何合理地选用？11-2螺纹连接的种类有哪些？它们个用在何种场合？11-3螺纹的主要参数有哪几种？11-4螺纹连接常用的防松方法有哪几种？它们防松的原理是怎么样的？11-5受拉伸载荷作用的紧螺栓连接中，为什么总载荷不是预紧力和拉伸载荷之和？11-6螺纹副的效率与哪些因素有关？为什么多线螺纹多用于传动，普通三角螺纹主要用于连接，而梯形、矩形、锯齿形螺纹主要用于传动？11-7螺纹副的自锁条件是什么？第12章轴基本要求：了解轴的类型和材料；掌握轴的结构设计及轴径的估算。重点：轴的结构设计及轴径的估算。难点：轴的结构设计。学时：课堂教学：4学时。教学方法：多媒体结合板书。12.1轴的分类和材料轴是机器中的重要零件之一。12.1.1轴的功用支撑回转运动零件；传递转矩与运动。12.1.2轴的类型1、根据轴的承载情况可分为心轴——只承受弯矩M≠0；不承受扭矩T=0；固定心轴；转动心轴；传动轴——只承受扭矩T≠0；不承受弯矩M=0；转轴——既承受弯矩M≠0；又承受扭矩T≠0。2、根据轴线的形状可分为直轴——光轴；阶梯轴。曲轴——主要用于作往复运动的机械中。挠性轴——可以把回转运动灵活地传到任何位置。火车轮轴——转动心轴自行车轮轴——固定心轴汽车驱动轴——传动轴齿轮轴——转轴内燃机轴——曲轴挠性钢丝软轴图12-1轴的类型12.1.3轴的轴的材料轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。有时也可采用合金铸铁或球墨铸铁1.碳素钢比合金铜价廉，对应力集中的敏感性较小，所以应用较为广泛。常用的碳素钢有30～50钢，最常用的是45钢。为保证其力学性能，应进行调质或正火处理。不重要的或受力较小的轴以及一般传动轴可以使用Q235～Q275碳素结构钢。2.合金钢具有较高的力学性能，可淬性也较好，但价格较贵，且对应力集中的敏感性较高，多用于有特殊要求的轴。常用的合金钢有:20Cr、20CrMnTi等，经渗碳淬火处理可提高轴颈的耐磨性。轴的材料也可采用合金铸铁或球墨铸铁。这些材料吸振性较高，对应力集中敏感性也较低。轴的毛坯一般用圆钢或锻件。12.12轴的结构设计如图12-2所示,使轴具有合理的外型尺寸，以满足工艺要求、轴与轴上零件的工作要求。图12-2轴的结构12.2.1轴的结构设计内容几何结构的设计——如果是阶梯轴，需确定各轴段的直径、长度；固定结构的设计——轴上零件的轴向固定与周向固定；工艺结构的设计——轴的加工工艺和轴上零件的安装工艺（圆角、倒角、退刀槽、砂轮越程槽、导向锥面等）。由于影响轴的结构因素是多方面的，因而轴的结构没有固定的、标准的结构型式，轴的实际结构需要根据具体情况而定，因而轴的结构设计具有很大的灵活性。但不论将轴的结构设计成何种型式，应满足的要求是一定的。12.2.2结构设计应满足的基本要求轴与轴上零件应具有准确的工作位置——定位要求；轴上零件应易于装拆和调整——安装调整要求；轴上零件的固定应牢固可靠——紧固要求；轴应具有良好的制造工艺性——工艺要求；应尽量减少应力集中——提高疲劳强度的要求。合理的轴的结构设计应满足以上基本要求，同时还应使轴具有足够的强度、刚度、稳定性。轴的各部分结构名称轴颈——由轴承支撑的轴段；轴头——支撑传动零件的轴段；轴身——轴颈与轴头之间的轴段；轴肩——截面发生变化的位置。12.2.3轴的结构设计解决的问题1、制造安装要求1）为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯轴，只有一些简单的心轴和一些有特殊要求的转轴，才做成具有同一名义直径的等直径轴；2）为使轴上零件易于安装，轴端和各轴段的端部应有导角；3）轴的形状和尺寸应力求简单，以便于加工；4）轴上有磨削的轴段应有砂轮越程槽；有需车制螺纹的轴段，应有推刀槽。2、轴上零件的（轴向）定位1）阶梯轴可用轴肩定位，如图示中的齿轮、带轮、右端轴承的轴向定位；2)有些零件可以用套筒定位，如图示中的左端轴承的轴向定位。3、轴上零件的固定轴上零件的固定可分为轴向固定和周向固定两类。1）轴上零件的轴向固定方法