機械設計基礎

otδs一、基本概念基圓、基圓半徑推程、推程運動角遠休止角回程、回程運動角近休止角rminhB’ωAδsδsδtδtδhδhδs’δs’DBC行程h第5章凸輪機構（重點回顧）1.凸輪輪廓線設計方法的基本原理二、圖解法設計凸輪輪廓2.用作圖法設計凸輪輪廓線1)對心直動尖頂從動件盤形凸輪3)

滾子直動從動件盤形凸輪2)偏置直動尖頂從動件盤形凸輪4)

擺動尖頂從動件盤形凸輪機構1、凸輪輪廓線設計方法的基本原理反轉(zhuǎn)原理：

依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設計凸輪的輪廓曲線，例如：給整個凸輪機構施以-ω時，不影響各構件之間的相O-ωω3’1’2’331122對運動，此時，凸輪將靜止，而從動件尖頂復合運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線。rmin120°-ωω1’設計步驟：①作基圓rmin（根據(jù)圖紙大小選比例尺）②反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后從動件尖頂在各等分點的位置。④將各尖頂點連接成一條光滑曲線。1）.對心直動尖頂從動件盤形凸輪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

已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度ω，擺桿長度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離d，擺桿角位移方程，設計該凸輪輪廓曲線。三、擺動從動件盤形凸輪機構60°120°90°90°1’2’3’4’56785’6’7’8’sδB1B2B3B4B5B6B7B8120°60°90°ω-ωdABlB’1φ1rminB’2φ2B’7φ7B’6φ6B’5φ5B’4φ4B’3φ3A1A2A3A4A5A6A7A81234第五講連接第7章螺紋連接§7－1螺紋鏈接的基本知識

§7－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松

§7－3螺栓聯(lián)接的強度計算

§7－4提高螺栓聯(lián)接強度的措施

§8－1鍵連接和花鍵連接

§8－2銷連接

第8章軸轂連接（自學為主）轎車機床應用實例：

螺紋鏈接球閥

管接頭應用實例：

機床刀臺

化工管道應用實例：

應用實例：

一、螺紋的形成d2螺紋----一平面圖形沿螺旋線運動，運動時保持該圖形與圓柱體的軸線共面，就得到螺紋。螺紋§7－1螺紋鏈接的基本知識1、螺紋的牙型矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋15o30o3o潘存云教授研制潘存云教授研制二、螺紋的分類§7－1螺紋鏈接的基本知識三角形螺紋30o2、按螺紋的旋向分右旋螺紋左旋螺紋§7－1螺紋鏈接的基本知識雙線螺紋單線螺紋PSS=2PPSPS=P3、按螺旋線數(shù)分單線螺紋多線螺紋一般:n≤4n線螺紋:S=nP§7－1螺紋鏈接的基本知識潘存云教授研制外螺紋內(nèi)螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制4、按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分

外螺紋內(nèi)螺紋§7－1螺紋鏈接的基本知識5、按螺旋的作用分聯(lián)接螺紋傳動螺紋聯(lián)接螺紋§7－1螺紋鏈接的基本知識圓柱螺紋圓錐螺紋管螺紋6、按母體形狀分圓柱螺紋圓錐螺紋§7－1螺紋鏈接的基本知識潘存云教授研制(3)中徑d2

也是一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。βd1d2d(1)大徑dD

與外螺紋牙頂(或內(nèi)螺紋牙底)相重合的假想圓柱體的直徑。(2)

小徑

d1

與外螺紋牙底(或內(nèi)螺紋牙頂)相重合的假想圓柱體的直徑。(4)

螺距P

相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。(5)

導程S(6)

螺紋升角ψ也叫“導程角”,是螺紋的中徑展開的圓周線與螺旋線的夾角

(7)牙型角

α

軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角。牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。tgψ=

πd2

nP

牙側(cè)角

β

αβψπd2SψS=nP同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距PSPP/2P/2

(8)接觸高度

h

內(nèi)外螺紋旋合后，接觸面的徑向高度。h三、螺紋的主要參數(shù)2）雙頭螺柱聯(lián)接3）螺釘聯(lián)接4）緊定螺釘聯(lián)接1）螺栓聯(lián)接四、螺紋聯(lián)接的基本類型§7－1螺紋鏈接的基本知識在被聯(lián)接件上開有通孔，被聯(lián)接件孔中不加工螺紋。結(jié)構簡單，裝拆方便，使用時不受被聯(lián)接件材料的限制，應用極廣

。

（a）普通螺栓聯(lián)接

螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁之間有間隙。通孔加工精度成本低，應用最廣。1）螺栓聯(lián)接孔與螺桿之間留有間隙§7－1螺紋鏈接的基本知識(b)鉸制孔用螺栓聯(lián)接

螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁之間無間隙。孔和螺栓桿多采用基孔制過渡配合（H7/m6、H7/n6），能精確定位，能承受橫向載荷被聯(lián)接件需鉆孔、鉸孔，成本高。潘存云教授研制eaal1l1鉸制孔螺栓dd螺栓軸線到邊緣的距離e=d+（3~6）mm參數(shù)l1

、a、e螺紋余留長度l1靜載荷l1≥（0.3~0.5）d動載荷l1≥0.75d螺紋伸出長度a=（0.2~0.3）d鉸制孔l1≤a§7－1螺紋鏈接的基本知識雙頭螺柱聯(lián)接

用兩頭均有螺紋的螺柱和螺母把被聯(lián)接件聯(lián)接起來,被聯(lián)接件之一為光孔、另一個為螺紋孔。適用于被聯(lián)接件之一厚度很大，而又不宜鉆通孔，但又經(jīng)常拆卸的地方。2）雙頭螺柱聯(lián)接參數(shù)l1

、e、a與螺栓相同

§7－1螺紋鏈接的基本知識被聯(lián)接件之一為光孔、另一個為螺紋孔。只用螺釘，不用螺母，

適用于一個被連接件較厚，載荷較輕，且不經(jīng)常拆卸的場合。螺釘聯(lián)接3）螺釘聯(lián)接§7－1螺紋鏈接的基本知識4）緊定螺釘聯(lián)接利用擰入被聯(lián)接件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件的表面，以固定零件的相對位置，可傳遞不大的力或扭矩。緊定螺釘

§7－1螺紋鏈接的基本知識螺紋鏈接的基本知識測試1、螺紋連接中最常用的螺紋牙型是（）

A.鋸齒型

B.矩形

C.梯形

D.三角形2、當兩被連接件不太厚時，一般應采用下列哪種連接

（）

A.

緊釘螺釘連接

B.螺釘連接

C.

螺栓連接

D.雙頭螺柱3、當兩被連接件之一太厚，且需經(jīng)常拆卸時，宜采用（）連接

A.雙頭螺柱連接

B.螺栓連接

C.螺釘連接

D.緊釘螺釘連接提高聯(lián)接的可靠性和緊密性防止聯(lián)接松動提高聯(lián)接件強度（1）螺紋聯(lián)接的預緊擰緊的目的預緊力：大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預先受到力的作用，這個預加作用力稱為預緊力?！?－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松1)憑手感經(jīng)驗；2)測力矩扳手；3)定力矩扳手；4)測定伸長量。預緊力的控制：測力矩扳手定力矩扳手§7－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松（2）螺紋聯(lián)接的防松限制螺旋副的相對轉(zhuǎn)動；以防止聯(lián)接的松動，影響正常工作。防松的實質(zhì)

在靜載荷和工作溫度變化不大時，不會自動松脫。但在沖擊、振動和變載條件下，預緊力可能在某一瞬時消失，聯(lián)接有可能松動而失效。高溫下的螺栓聯(lián)接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設計時必須考慮防松，即防止相對轉(zhuǎn)動?！?－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松1）摩擦防松保證螺紋副間有足夠的軸向壓力和摩擦力矩。對頂螺母，彈簧墊圈。彈簧墊圈防松方法§7－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松

對頂螺母防松雙（對頂）螺母

§7－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松2）機械防松開口銷與開槽六角螺母止動墊圈串聯(lián)鋼絲在聯(lián)接中加入其它機械元件，開口銷、止動墊圈，串聯(lián)鐵絲等，適用于沖擊振動載荷，重要場合使用，成本高?！?－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松§7－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松§7－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松

止動墊片防松§7－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松

止動墊片防松§7－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松串聯(lián)鋼絲防松

§7－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松3）其他方法防松1~1.5P用沖頭沖2~3點

沖點防松法

粘合法防松

涂粘合劑

都屬于破壞性方法§7－2螺紋聯(lián)接的預緊和防松１、螺紋聯(lián)接預緊的目的是

：

A.增加連接的可靠性和緊密性

B.增加被連接件剛性

C.防止螺紋副相對轉(zhuǎn)動

D.增加螺紋連接剛度２、螺紋連接防松的根本問題在于

：

A.增加螺紋連接的軸向力

B.增加螺紋連接的橫向力

C.增加螺紋連接剛度

D.防止螺紋副相對轉(zhuǎn)動螺紋聯(lián)接的預緊和防松知識測試§7－3螺栓聯(lián)接的強度計算螺栓聯(lián)接的主要失效形式：螺栓拉斷滑扣

例如經(jīng)常拆裝1、松螺栓聯(lián)接

（裝配時不須要擰緊）強度條件：式中:d1----螺紋小徑，[σ]—許用應力FF（軸向力÷面積）螺紋壓潰或剪斷設計公式：一、受拉螺栓連接抗剪截面系數(shù)2、緊螺栓聯(lián)接

(裝配時需要擰緊，處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復合應力狀態(tài))螺栓受預緊力Fa和螺紋副摩擦力矩T的雙重作用拉伸應力：扭轉(zhuǎn)切應力：（1）只受預緊力的緊螺栓聯(lián)接

對于M10~M68的普通單線螺紋，取d1、d2和ψ的平均值，簡化處理取：tgρ’=f’=0.15得：

τ≈0.5σ當量應力：強度條件：因此，緊螺栓連接的強度也可按純拉伸強度計算，但考慮摩擦力矩的影響，需將預緊力加大30%。（2）

受橫向外載荷的螺栓連接螺栓受預緊力的作用，被連接件受到壓力，在結(jié)合面產(chǎn)生摩擦力Fa

f，橫向載荷為F，若滿足不滑動Kf---可靠性系數(shù)，常取1.1~1.3則：

f---摩擦系數(shù)，對鋼與鑄鐵，取:f=0.1~0.15m---結(jié)合面數(shù)

(上圖m=1,下圖m=2)若取

f=0.15，Kf=1.2,m=1,則：Fa≥8F→一般不易達到FFFF/2F/2FaFaFaFa考慮螺栓的個數(shù)、連接的可靠性、及結(jié)合面的數(shù)目上式改為：z---螺栓個數(shù)FF/2F/2增加橫向承載力的改進措施：

a.采用鍵、套筒、銷承擔橫向工作載荷

(螺栓僅起連接作用)b.采用無間隙的鉸制孔螺栓。潘存云教授研制pFFDF2=

Fa+F??（3）

受軸向工作載荷的緊螺栓連接潘存云教授研制潘存云教授研制受載變形注意，軸向載荷：F2≠

Fa+F加預緊力后→螺栓受拉伸長λb0→被聯(lián)接件受壓縮短λm0加載

F

后:螺栓總伸長量增加為:

總拉力為：被聯(lián)接件壓縮量減少為：

殘余預緊力減少為：

F1

很顯然:

F1<Fa

被聯(lián)接件放松了?λ+λb0λm0-?λ潘存云教授研制松弛狀態(tài)預緊狀態(tài)λb0FaFaλm0FFFaFaFFFFF2F2F2=F+F1?λF1F1?λ

二．受剪切的螺栓聯(lián)接

螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為：螺栓桿的剪切強度條件為：F－螺栓所受的工作剪力，單位為N；Lmin鉸制孔螺栓FFd0設計時應使:Lmin≥1.25d0d0－螺栓剪切面的直徑（可取螺栓孔直徑），單位為mm；Lmin－螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為mm；§7－3螺栓聯(lián)接的強度計算10~15?懸置螺母

環(huán)槽螺母

內(nèi)斜螺母

10~15?內(nèi)斜與環(huán)槽螺母

§7－4提高螺栓聯(lián)接強度的措施（1）改善螺紋牙間的載荷分布由于普通螺栓和螺母的剛度及變形性質(zhì)不一樣，因此各牙受力也不一樣，螺母支承面上每一圈所受的力約為總載荷的1/3，以后各圈遞減，實驗證明：到8~10圈螺紋幾乎不受載荷。（2）減小應力集中增大過渡圓角，切制卸載槽，卸載過渡結(jié)構r§7－4提高螺栓聯(lián)接強度的措施潘存云教授研制潘存云教授研制支承面不平（3）避免或減小附加應力采用凸臺或沉孔結(jié)構切削加工支承面要從結(jié)構、制造與裝配精度采取措施?！?－4提高螺栓聯(lián)接強度的措施§8－1鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接作用：用來實現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞扭矩，或?qū)崿F(xiàn)零件的軸向固定或移動。一、鍵聯(lián)接的類型類型：平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵等。1.平鍵聯(lián)接工作面特點：定心好、裝拆方便。間隙軸2.半圓鍵聯(lián)接優(yōu)點：定心好，裝配方便。因半圓鍵能在軸槽中擺動以適應輪轂槽底面。缺點：對軸的削弱較大，只適用于輕載聯(lián)接。特別適用于錐形軸端的聯(lián)接。工作面3.楔鍵聯(lián)接結(jié)構特點：鍵的上表面有1:100的斜度，

輪轂槽的底面也有1:100的斜度。缺點：定心精度不高。應用：只能應用于定心精度不高，載荷平穩(wěn)和低速的聯(lián)接。安裝時用力打入工作面三、花鍵聯(lián)接結(jié)構特點：沿周向均布多個鍵齒。齒側(cè)為工作面。優(yōu)點：承載能力高、對軸的削弱程度小、定心好、導向性好。類型：矩形花鍵、鍵開線花鍵、三角形花鍵。制造容易最常用用于高強度聯(lián)接用于薄壁零件聯(lián)接§8－2銷聯(lián)接作用：固定零件之間的相對位置，并可傳遞不大的載荷類型圓柱銷圓錐銷--