機械設計基礎教學課件 - 第三部分

三、轉(zhuǎn)子的平衡試驗動平衡試驗一般用于D/d<5或有特殊要求的回轉(zhuǎn)體，由動平衡得知，必須分別在任意選定的兩個校正平面內(nèi)各加適當?shù)馁|(zhì)量，才能使回轉(zhuǎn)體達到平衡。先令回轉(zhuǎn)體在動平衡機上運轉(zhuǎn)，然后在兩個選定平面內(nèi)分別找出所需平衡質(zhì)徑積的大小和方位，從而達到平衡。轉(zhuǎn)子的靜平衡試驗法對于經(jīng)平衡計算在理論上已經(jīng)平衡的轉(zhuǎn)子，由于其制造精度和裝配的不精確、材質(zhì)的不均勻等原因，就會產(chǎn)生新的不平衡。但這種無法用計算來進行平衡，而只能借助于實驗平衡。平衡實驗是用實驗的方法來確定出轉(zhuǎn)子的不平衡量的大小和方位，然后利用增加或除去平衡質(zhì)量的方法予以平衡。(1)實驗設備:導軌式靜平衡儀、滾輪式靜平衡儀。(2)實驗方法：先將轉(zhuǎn)子放在平衡儀上，輕輕轉(zhuǎn)動，直至其質(zhì)心處于最低位置時才能停止,此時在質(zhì)心相反的方向加校正平衡質(zhì)量，再重新轉(zhuǎn)動。反復增減平衡質(zhì)量，直至呈隨遇平衡狀態(tài)，即轉(zhuǎn)子達到靜平衡。

利用試驗的方法確定轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)徑積的大小和方位總會有一定的誤差，經(jīng)過平衡的轉(zhuǎn)子還有一定的殘存不平衡量，若采用較為精密的平衡設備和技術會使轉(zhuǎn)子的制造費用提高，因此工程上不過高追求平衡，達到許用不平衡量即可。轉(zhuǎn)子許用不平衡量：m[e]=[m’r’][e]=[m’r’]/m(偏心距）國際標準化組織以G=[e]w/m(mm/s)(平衡精度等級）見書上例7-1械速度波動的調(diào)節(jié)的目的和方法機械是在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段內(nèi)工作，其速度有兩種情況：一是作等速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)；二是作周期性變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。當機械作周期性變速穩(wěn)定運動時，在一個周期內(nèi)，驅(qū)動功等于阻力功，但在周期的每一瞬間，驅(qū)動功與阻力功兩者并不相等；當驅(qū)動力功大于阻力功時，動能增加，出現(xiàn)盈功；當驅(qū)動力功小于阻力功時，動能減少，出現(xiàn)虧功。機械動能的增減，引起速度的波動，這種速度波動稱為周期性速度波動。調(diào)節(jié)周期性速度波動最常用的方法，是在機械中加一個轉(zhuǎn)動慣量足夠大的飛輪。盈功使飛輪動能增加，虧功使動能減少。飛輪的動能變化為§7—4機械速度波動的調(diào)節(jié)當機械能量增減的規(guī)律不變時，飛輪可使機械速度的波動減少，適當設計飛輪的轉(zhuǎn)動慣量可把周期性的速度波動限制在允許的范圍內(nèi)，如圖示，虛線為未安裝飛輪時的速度波動，實際為安裝飛輪后的速度波動。1.周期性速度波動當外力（驅(qū)動力和阻力）作周期性變化時，機械的運動速度（如主軸的角速度）也會作周期性的波動。另外，在一個運動周期T內(nèi)，當驅(qū)動力所作的功與阻力所作的功相等時，以主軸回轉(zhuǎn)為例，角速度的波動。，在周期中的某個時刻，驅(qū)動力所作的功與阻力所作的功并不相等，因而造成了速度的波動，但速度的平均值還是穩(wěn)定在一定值上。對于周期性速度波動，調(diào)節(jié)的主要方法是在機械中加入一個轉(zhuǎn)動慣量很大的回轉(zhuǎn)件——飛輪，以增加系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量來減小速度變化的幅度。飛輪調(diào)速原理：機械作變速穩(wěn)定動轉(zhuǎn)時，當驅(qū)動功大于阻力功出現(xiàn)盈功時，飛輪將多余的動能貯存起來，以免原動件的轉(zhuǎn)速增加太多；反之，當驅(qū)動功小于阻力功出現(xiàn)虧功時，飛輪將貯存的動能釋放出來，以使原動件的轉(zhuǎn)速降低不大。這樣可以減小機械運轉(zhuǎn)速度變化的幅度。2.非周期性速度波動如果驅(qū)動力或阻力無規(guī)律地變化，會引起機械運轉(zhuǎn)速度波動規(guī)則隨機且無一定周期，這種現(xiàn)象稱為非周期性波動，此時飛輪已不能達到調(diào)節(jié)速度的目的，需采用特殊的調(diào)速器。當外力（驅(qū)動力和阻力）的變化是隨機的、不規(guī)則的，沒有一定的周期性時，機械和速度也呈非周期性波動。當盈功過多時，速度可能變得太快；當虧功過多時，速度可能變得太慢。為此，必須調(diào)節(jié)驅(qū)動力作功和阻力作功的比值，此時飛輪已不能滿足要求，只能采用特殊的裝置使驅(qū)動力所作的功隨阻力作功的變化而變化，并使兩功穩(wěn)于平衡，以使機械平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。這種特殊的裝置稱為調(diào)整器。（見調(diào)速器的原理）

一定時，δ越小，表示機械運轉(zhuǎn)越均勻，運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性越好。不同機械其運動平穩(wěn)性的要求不同，許用不均勻系數(shù)[δ]也不同。各種不同的機械對速度的波動有不同的要求，即根據(jù)設計要求規(guī)定不同的不均勻系數(shù)δ的許用值。幾種常見機械的不均勻系數(shù)的取值范圍見表7—2。二、機械運轉(zhuǎn)的平均速度和不均勻系數(shù)若已知機械主軸角速度隨時間變化的規(guī)律時，一個周期角速度的實現(xiàn)平均值ωm為：ωm=(ωmin+ωmax)/2;δ=(ωmax-ωmin)/ωm三、飛輪設計簡介1.飛輪設計的基本原理飛輪的調(diào)速是利用它的儲能作用，在機械系統(tǒng)出現(xiàn)盈功時，吸收儲存多余能量，而在出現(xiàn)虧功時釋放其能量，以彌補能量的不足，從而使機械的角速度變化幅度得以緩減，即達到調(diào)節(jié)作用。當機械系統(tǒng)的等效構件上裝加一個轉(zhuǎn)動慣量為的飛輪之后，需飛輪儲存的最大盈虧功為Wmax＝Emax－Emin，其等效構件的速度不均勻系數(shù)則為δ＝Wmax/（Je＋JF）ωm2由此可知，只要JF足夠大，就可使δ減少，則滿足δ≤[δ]，即達到了調(diào)速的目的。飛輪轉(zhuǎn)動慣量的近似計算：為了使機械系統(tǒng)滿足的要求，需加裝等效構件上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量為JF的計算公式為：如果，如果用平均轉(zhuǎn)速n(r/min)計算，則JF≥900Wmax/(n2π2[δ])。由此可知,飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算關鍵是最大盈虧功Wmax的確定。在獲得同樣的調(diào)節(jié)效果的情況下，最好將飛輪安裝在機械的高速軸上。這樣有利于減少飛輪的轉(zhuǎn)動慣量（減小飛輪的尺寸）。在設計時，還應考慮安裝軸的剛性和結(jié)構上的可能性等。

見書上89頁2、飛輪的結(jié)構圓周速度限制：鑄鐵飛輪Vmax=36m/s,鑄鋼飛輪Vmax=50m/s，飛輪不一定是外加的專門構件，實際機械中往往用增大皮帶輪或齒輪的尺寸和質(zhì)量的方法，使它們兼起飛輪的作用，這種皮帶輪或齒輪同時也是機器中的飛輪。（書上例7-2，確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量）本章小結(jié)

（1）機械的慣性載荷將嚴重影響機械工作的平穩(wěn)性、影響機械的運動質(zhì)量、降低機械零件的工作壽命，同時還將引起機械本身及周圍環(huán)境的沖擊和振動，甚至造成非常危險的后果。慣性載荷與速度有關，對于高速運轉(zhuǎn)的機械來說，應十分重視慣性載荷問題。另外，造成構件的質(zhì)心偏離回轉(zhuǎn)中心的原因很多，如：幾何形狀、制造精度、安裝誤差、材質(zhì)不均等。當測出不平衡量（質(zhì)徑積）和方位后，一般采用增減質(zhì)量法進行平衡。但也有的機器其工作原理就是利用慣性載荷的。

（2）機械的速度波動是絕對的，普遍存在的，而速度恒定是相對的。不同的機械對速度穩(wěn)定性的要求也是不同的。當機器對速度有控制要求時，應增加調(diào)速功能。調(diào)速的方法不外乎是通過改變驅(qū)動力所作的功或改變阻力所作的功來實現(xiàn)。8.1機械設計的基本要求

機械設計包括以下兩種設計:應用新技術、新方法開發(fā)創(chuàng)造新機械；在原有機械的基礎上重新設計或進行局部改造。8.1.1設計機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條件下抵抗可能出現(xiàn)的失效的能力，對載荷而言稱為承載能力。失效:指零件由于某些原因不能正常工作。第八章機械設計概述設計機械零件要注意以下幾點：（1）合理選擇材料，降低材料費用；（2）保證良好的工藝性，減少制造費用；

（3）盡量采用標準化、通用化設計，簡化設計過程從而降低成本。8.2機械設計的內(nèi)容與步驟現(xiàn)代設計方法：常規(guī)設計方法：優(yōu)化設計、可靠性設計、有限元設計、模塊設計、計算機輔助設計理論設計、經(jīng)驗設計和模型實驗設計等。機械設計的過程通?？煞譃橐韵聨讉€階段：（1）產(chǎn)品規(guī)劃（2）方案設計（3）技術設計（4）制造及試驗產(chǎn)品規(guī)劃的主要工作是提出設計任務和明確設計要求。

由設計人員構思出多種可行方案進行分析比較，從中優(yōu)選出一種方案。設計結(jié)果以工程圖及計算書的形式表達出來。

經(jīng)過加工、安裝及調(diào)試制造出樣機，對樣機進行試運行或在生產(chǎn)現(xiàn)場試用。設計機械零件的一般步驟如下：

（1）根據(jù)機器的具體運轉(zhuǎn)情況和簡化的計算方案確定零件的載荷。

（2）根據(jù)零件工作情況的分析，判定零件的失效形式，從而確定其計算準則。

（3）進行主要參數(shù)選擇，選定材料，根據(jù)計算準則求出零件的主要尺寸，考慮熱處理及結(jié)構工藝性要求等。（4）進行結(jié)構設計。

（5）繪制零件工作圖，制訂技術要求，編寫計算說明書及有關技術文件。在設計過程中，這些步驟又是相互交錯、反復進行的。

在設計機械零件時往往是將較復雜的實際工作情況進行一定的簡化，這些計算或多或少帶有一定的條件性或假定性。條件性計算：8.4機械零件設計的標準化、系列化及通用化標準件：按規(guī)定標準生產(chǎn)的零件。好處：

（1）由專門化工廠大量生產(chǎn)標準件，能保證質(zhì)量、節(jié)約材料、降低成本；

（2）選用標準件可以簡化設計工作，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期；

（3）選用參數(shù)標準化的零件，在機械制造過程中可以減少刀具和量具的規(guī)格；（4）具有互換性，從而簡化機器的安裝和維修。8.4機械零件設計的標準化、系列化及通用化

通用化：在不同規(guī)格的同類產(chǎn)品或不同類產(chǎn)品中采用同一結(jié)構和尺寸的零件、部件。

我國現(xiàn)行標準分為國家標準（GB）、行業(yè)標準和專業(yè)標準等，國際上則推行國際標準化組織（ISO）的標準。8.5機械零件的強度8.6摩擦、磨損和潤滑基礎①恩氏粘度又叫思格勒(Engler)粘度。是一定量的試樣，在規(guī)定溫度(如：50℃、80℃、100℃)下，從恩氏粘度計流出200毫升試樣所需的時間與蒸餾水在20℃流出相同體積所需要的時間(秒)之比。溫度tº時，恩氏粘度用符號Et表示，恩氏粘度的單位為條件度。

②賽氏粘度，即賽波特(sagbolt)粘度。是一定量的試樣，在規(guī)定溫度(如100ºF、F210ºF或122ºF等)下從賽氏粘度計流出200毫升所需的秒數(shù)，以“秒”單位。賽氏粘度又分為賽氏通用粘度和賽氏重油粘度(或賽氏弗羅(Furol)粘度)兩種。

③雷氏粘度即雷德烏德(Redwood)粘度。是一定量的試樣，在規(guī)定溫度下，從雷氏度計流出50毫升所需的秒數(shù)，以“秒”為單位。上述三種條件粘度測定法，在歐美各國常用，我國除采用恩氏粘度計測定深色潤滑油及殘渣油外，其余兩種粘度計很少使用。三種條件粘度表示方法和單位各不相同，但它們之間的關系可通過圖表進行換算。同時恩氏粘度與運動粘度也可換算，這樣就方便靈活得多了。油性和極壓性

是潤滑油中的極性物在摩擦部位金屬表面上形成堅固的理化吸附膜，從而起到耐高負荷和抗摩擦磨損的作用，而極壓性則是潤滑油的極性物在摩擦部位金屬表面上，受高溫、高負荷發(fā)生摩擦化學作用分解，并和表面金屬發(fā)生摩擦化學反應，形成低熔點的軟質(zhì)極壓膜，從而起到耐沖擊、耐高負荷高溫的潤滑作用。

8.7機械零件的常用材料8.8機械零件的工藝性及標準化

第九章螺紋聯(lián)結(jié)和螺旋傳動

任何機械均由若干零件按一定方式相互聯(lián)接而成。如果相連接的零件其相對位置在工作時按一定的規(guī)律進行變化，此種聯(lián)接稱動聯(lián)接。如果相聯(lián)接的零件在工作時其相對位置固定不變，此種聯(lián)接稱靜聯(lián)接。根據(jù)是否可拆卸，聯(lián)接還可分為可拆聯(lián)接和不可拆聯(lián)接?，F(xiàn)將聯(lián)接分類如下：外花鍵內(nèi)花鍵§9—1機械制造中的常用螺紋一、螺紋的形成1、螺紋的形成將一直角三角形abc繞在直徑為d2的圓柱表面上，使三角形底邊ab與圓柱體的底邊重合，則三角形的斜邊amc在圓柱體表面形成一條螺旋線am1c1。三角形abc的斜邊與底邊的夾角ψ，稱為螺紋升角。若取一平面圖形，使其平面始終通過圓柱體的軸線并沿著螺旋線運動，則這平面圖形在空間形成一個螺旋形體，稱為螺紋。

2、螺紋的類型(1)按螺紋在軸向剖面內(nèi)的形狀，分為矩形螺紋、三角形螺紋、梯形螺紋及鋸齒形螺紋。(2)按螺紋旋線繞行的方向，分為右旋螺紋和左旋螺紋。只有在特殊需要時，才采用左螺紋。比如煤氣罐等危險設備中使用的螺紋。(3)按螺紋的線數(shù)，分為單線螺紋和多線螺紋。

沿一條螺旋線所形成的螺紋為單線螺紋。單線螺紋多用于聯(lián)接。

沿兩條或兩條以上在軸向等距分布的螺旋線所形成的螺紋為多線螺紋。多線螺紋多用于傳動。

多線螺紋由于加工制造的原因，線數(shù)一般不超過4條。1）外徑（大徑）d（D）——與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，亦稱公稱直徑2）內(nèi)徑（小徑）d1(D1)——與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑（危險剖面直徑）3）中徑d2——在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，d2≈0.5(d+d1)二、螺紋的主要參數(shù)4）螺距P——相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應兩點間的軸向距離5）導程（S）——同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面母線上的對應兩點間的軸向距離6）線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n≤4

螺距、導程、線數(shù)之間關系：S

=nP

7）螺旋升角λ——中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角8）牙型角α——螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角（見書上圖9-7）9）牙型半角β——螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角按牙型:三角形螺紋、管螺紋——聯(lián)接螺紋矩形、梯形、鋸齒形螺紋——傳動螺紋三.幾種常用螺紋的特點和應用§9—2螺旋副的受力分析，效率和自鎖一、矩形螺紋（牙型角α=00）受力分析（見書上圖9-9）螺紋副中，螺母所受到的軸向載荷Q是沿螺紋各圈分布的，為便于分析，用集中載荷Q代替，并設Q作用于中徑d2圓周的一點上。這樣，當螺母相對于螺桿等速旋轉(zhuǎn)時，可看作為一滑塊(螺母)沿著以螺紋中徑d2展開，斜度為螺紋升角ψ的斜面上等速滑動勻速擰緊螺母時，相當于以水平力推力F推動滑塊沿斜面等速向上滑動。設法向反力為N，則摩擦力為fN，f為摩擦系數(shù)，ρ為摩擦角，ρ=arctanf。由于滑塊沿斜面上升時，摩擦力向下，故總反力R與Q的的夾角為ψ+ρ。由力的平衡條件可知，R、F和Q三力組成力封閉三角形，由圖可得：Q使滑塊等速運動所需要的水平力等速上升：Ft=FQtan(ψ+ρ)等速上升所需力矩：T=Ftd2/2=FQtan(ψ+ρ)d2/2等速下降：Ft=FQtan(ψ—ρ)等速下降所需力矩：T'=Ftd2/2=FQtan(ψ—ρ)d2/22.螺紋的自鎖螺母等速松退時的受力分析：螺紋副相當于滑塊沿斜面等速下滑，由力的封閉三角形，得：若ψ≤ρ，則Ft≤0，這時必須加一反向作用力Ft才會使滑塊下滑，若不加外力，則不論FQ有多大，滑塊也不會下滑，這種現(xiàn)象叫"自鎖"。自鎖條件：ψ≤ρ3.螺旋副的效率螺旋副效率為有效功W2與輸入功W1之比。螺母在力矩T作用下轉(zhuǎn)動一周時，輸入功W1=2лT，此時升舉重物所作的有效功W2=QS；故螺旋副的效率為：書公式（9-1）ψ≤25°，滿足自鎖條件時，螺紋副的效率小于50%二、非矩形螺紋螺紋的牙型角α≠0時的螺紋為非矩形螺紋，如下圖所示。非矩形螺紋的螺桿和螺母相對轉(zhuǎn)動時，可看成楔形滑塊沿楔形斜面移動；平衡時法向反力FN=FQ;楔形面時法向反力F‘N=FQ/cosβ；楔形面摩擦力F'f

=fF'N

=fFQ/cosβ;

令fv=f/cosβ稱當量摩擦系數(shù)。與當量摩擦系數(shù)對應的摩擦角稱為當量摩擦角，用ρV

表示。擰緊螺母時所需的水平推力及轉(zhuǎn)矩：由于矩形螺紋與非矩形螺紋的運動關系相同，將ρV代替ρ后可得：使滑塊等速運動所需要的水平力等速上升：Ft=FQtan(ψ+ρV)等速上升所需力矩：T=Ftd2/2=FQtan(ψ+ρV)d2/2等速下降：Ft=FQtan(ψ-ρV)等速下降所需力矩：T=Ftd2/2=FQtan(ψ-ρV)d2/2自鎖條件：ψ≤ρV效率為：fv=f/cosβ由于三角形螺紋的β=α/2=30度；梯形螺紋β=α/2=15度；鋸齒形螺紋β=3度；矩形螺紋β=0度，所以各種螺紋的當量摩擦系數(shù)之間有如下關系：fv三角＞fv梯形＞fv鋸齒＞fv矩形可見，三角形螺紋的fv大，自鎖性能好，且牙根強度高，故常用于聯(lián)結(jié)。梯形、鋸齒形及矩形螺紋，多用于傳動。一、螺紋聯(lián)接主要類型1、螺栓聯(lián)接a)普通螺栓聯(lián)接——被聯(lián)接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，結(jié)構簡單，裝拆方便，可多個裝拆，應用較廣。b)鉸制孔用螺栓聯(lián)接——裝配后無間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用，采用基孔制配合鉸制孔螺栓聯(lián)接§9—3螺紋聯(lián)結(jié)的基本類型及其預緊和防松2、雙頭螺栓聯(lián)接——螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時。拆裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯(lián)接件中擰出。3、螺釘聯(lián)接——適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接,吊環(huán)螺釘聯(lián)接4、緊定螺釘聯(lián)接——擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應的缺口中以固定零件的相對位置。可傳遞不大的軸向力或扭矩。二、螺紋聯(lián)接件

2）雙頭螺柱——兩端帶螺紋

A型——有退刀槽B型——無退刀槽1）螺栓普通螺栓——六角頭，小六角頭，標準六角頭，大六角頭,內(nèi)六角鉸制孔螺栓——螺紋部分直徑較小螺母4）緊定螺釘錐端——適于零件表面硬度較低不常拆卸常合平端——接觸面積大、不傷零件表面，用于頂緊硬度較大的平面，適于經(jīng)常拆卸圓柱端——壓入軸上凹抗中，適于緊定空心軸上零件的位置輕材料和金屬薄板3）螺釘與螺栓區(qū)別——要求螺紋部分直徑較粗;要求全螺紋6）螺母六角螺母：標準，扁，厚5）自攻螺釘——由螺釘攻出螺紋

圓螺母+止動墊圈——帶有缺口，應用時帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊7）墊圈螺紋聯(lián)接件精度：A:精度最高，用于要求配合精度高，防止振動的重要聯(lián)接B:用于受載較大且經(jīng)常裝拆調(diào)整或承受變載荷的聯(lián)接C:一般聯(lián)接，最常用。三、螺紋聯(lián)接的預緊和防松1、預緊預緊目的——增加聯(lián)接的可靠性與緊密性，防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙與相對滑移。保持正常工作。預緊力F0——預先軸向作用力（拉力）螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接——在裝配時不擰緊，只存受外載時才受到力的作用緊聯(lián)接——在裝配時需擰緊，即在承載時，螺栓已預先受力，預緊力F0預緊過緊——擰緊力F0過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強度過松——擰緊力F0過小，工作不可靠預緊力限制扳手擰緊力矩：

T∑=T+Tf

T∑——擰緊力矩

T——螺紋摩擦阻力矩

Tf——螺母端環(huán)形面與被聯(lián)接件間的摩擦力矩對于M10---68粗牙普通螺紋：T≈0.2F0*d

詳細推導預緊力FQ的控制：測力矩板手——測出預緊力矩(如左圖)定力矩板手——達到固定的擰緊力矩T時，彈簧受壓將自動打滑(如右圖)測量預緊前后螺栓伸長量——精度較高

重要聯(lián)結(jié)若不能嚴格控制預緊力，而只靠安裝經(jīng)驗來擰緊螺栓時，為避免螺栓拉斷，通常不宜采用小于M12的螺栓，一般采用M12-M24的螺栓(1)、防松目的實際工作中，外載荷有振動、變化、材料高溫蠕變等會造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動，如經(jīng)反復作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進行防松，否則會影響正常工作，造成事故(2)、防松原理消除（或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。(3)、防松辦法及措施1）摩擦防松

雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等

2、螺紋防松

彈簧墊圈自鎖螺母——螺母一端做成非圓形收口，螺母擰緊后收口漲開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊2）機械防松：開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動墊圈，彈簧墊片，軸用帶翅墊片，止動墊片，串聯(lián)鋼絲等3）永久防松：端鉚、沖點、點焊4）化學防松——粘合

開槽螺母與開口銷圓螺母與止動墊圈串聯(lián)鋼絲§9—4螺栓聯(lián)結(jié)的強度計算螺栓聯(lián)接的主要失效形式：受拉螺栓的螺栓桿螺紋部分斷裂受剪螺栓的螺栓桿與孔壁貼合面的壓潰或螺栓桿被剪斷因經(jīng)常拆卸使螺紋牙間相互磨損而發(fā)生滑扣。由于螺紋各部尺寸基本上是根據(jù)等強度原則確定的。所以，螺栓聯(lián)接的計算主要是確定螺紋小徑d1，再根據(jù)d1查標準選定螺紋大徑(公稱直徑)d及螺距P。一.松螺栓聯(lián)接(受拉螺栓)：

1、特點：在承受工作載荷前，螺栓不受力，在工作時則只承受軸向工作載荷F作用。此聯(lián)接可能發(fā)生的失效形式為螺栓桿的拉斷。

2、強度條件：

F-軸向工作載荷（N）；

d1-螺栓小徑（mm）；

[σ]-松螺栓聯(lián)接時的許用拉應力（Mpa），

求出d1后，應按螺紋標準選取螺紋公稱直徑d．

二、受橫向外載荷的緊螺栓聯(lián)接1.采用普通螺栓如工作時聯(lián)接受到與螺栓軸線相垂直的外載荷FR的作用。被聯(lián)接件在預緊力的作用下相互壓緊，依靠結(jié)合面產(chǎn)生的摩擦力來抗衡外載荷，從而避免產(chǎn)生相對移動。顯然，無論工作前還是工作后，螺栓本身僅受裝配時由于擰緊螺母而產(chǎn)生的預緊力和螺紋副阻力矩的作用。預緊力使螺栓危險截面上產(chǎn)生拉應力:F0f*z*m≥KFRF0≥KFR/f*z*mz——聯(lián)接螺栓的數(shù)目；m——結(jié)合面數(shù)目；f——結(jié)合面間摩擦系數(shù)，鋼或鑄鐵的干燥加工表面，可取f=0.1～0.15；K——可靠性系數(shù)，亦稱防滑系數(shù)，通常取K=1.1～1.3。由此可得，單個螺栓所需的預緊應力為：б=4F0/πd12

若計入扭轉(zhuǎn)切應力的影響，強度條件為:

設計公式為：式中：[σ]——許用拉應力N/mm2(MPa)2.采用鉸制孔用螺栓(受剪螺栓)鉸制孔用螺栓聯(lián)接一般均需擰緊，由預緊力產(chǎn)生的拉應力對聯(lián)接強度的影響可以不計。螺栓桿受橫向工作載荷FR時，強度條件為：ds-螺栓桿剪切面直徑（mm）；Z-聯(lián)接螺栓數(shù)；m-接合面數(shù)；[τ]-螺栓的許用剪切應力（MPa）；[σp]-螺栓桿或孔壁中的低強度材料的許用擠壓用力（MPa）；若為設計，可按剪切強度條件設計，再校核擠壓強度條件。-----擠壓面厚度注意：螺栓實際承受的總拉力F∑并不等于預緊力F0和軸向工作載荷F之和。三、受軸向外載荷的緊螺栓聯(lián)接FΣ=F+F0'F0'

：剩余預緊力強度計算為：.設計公式為：根據(jù)受工作載荷F的伸長量與被聯(lián)接件回彈變形量相等的關系，可導出預緊力F0與剩余預緊力F0‘的關系為：F0=F0’+(1-Kc)F（控制預緊力）;式中：Kc=C1/(C1+C2)，Kc稱相對剛度系數(shù)見教材表9—1；

C1為螺栓剛度；C2為被聯(lián)接件剛度。FΣ=F+F0'=F0+C1F/(C1+C2)。FΣ的變化范圍：F0～FΣ。(提高螺栓強度）減小C1（減小螺栓光桿部分直徑，采用空心螺栓見書上圖9-25）或增大C2（使用金屬墊片或不使用墊片）可減小FΣ，從而提高螺栓強度。

§9—5螺栓聯(lián)接件的材料和許用應力

一、螺紋聯(lián)接件的常用材料普通墊圈的材料推薦采用Q235，15，35；彈簧墊圈用65Mn鋼制造，并經(jīng)熱處理和表面處理。制造螺栓的材料應具有足夠的強度，一定的塑性和韌性，而且便于加工。制造一般螺栓常用的材料為Q215，Q235，10，35和45等鋼。對于承受沖擊、振動或變載荷的螺紋聯(lián)接件，可采用低合金鋼、合金鋼，如15Cr，40Cr，30CrMnsi等材料制造。對于特殊用途的螺紋聯(lián)接件，可采用特種鋼、銅合金、鋁合金等材料制造。選擇螺母的材料時，考慮到更換螺母比更換螺栓較經(jīng)濟、方便，所以應使螺母材料的強度低于螺栓材料的強度。

國家標準規(guī)定了螺紋聯(lián)接件的性能等級。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級，螺母的性能等級分為7級。在一般用途的設計中，通常選用4.8級左右的螺栓，在重要的或有特殊要求設計中的螺紋聯(lián)接件，要選用高的性能等級，如在壓力容器中常采用8.8級的螺栓?！?—6提高螺紋聯(lián)接強度的措施一、降低影響螺栓疲勞強度的應力幅

理論和實踐證明，變載荷工作時，在工作載荷和殘余預緊力不變的情況下，減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度都能達到提高螺栓疲勞強度的目的，但應適當增大預緊力，以保證聯(lián)接的密封性。減小螺栓剛度的常用措施有：適當增加螺栓的長度、減小螺栓桿直徑或做成中空的結(jié)構——柔性螺栓。柔性螺栓受力時變形大，吸收能量作用強，也適于承受沖擊和振動。在螺母下面安裝彈性元件，當工作載荷由被聯(lián)接件傳來時，由于彈性元件的較大變形，也能起到柔性螺栓的效果。為了增大被聯(lián)接件的剛度，不宜采用剛度小的墊片。二、改善螺紋牙間載荷分布不均狀況

工作中螺栓牙抗拉伸長，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面處第一圈為最大，應變最大，應力最大，其余各圈依次遞減，旋合螺紋間的載荷分布如圖所示。所以采用圈數(shù)過多的加厚螺母，并不能提高聯(lián)接的強度。a)懸置螺母b)環(huán)槽螺母c)內(nèi)斜螺母d)環(huán)槽內(nèi)斜分析三.減小應力集中和附加應力1）加大過渡處圓角(圖1)2）改用退刀槽3）卸載槽，(圖2)4）卸載過渡結(jié)構。（圖3）

避免附加彎曲應力

a）被聯(lián)接件支承面不平突起

b）表面與孔不垂直

c）鉤頭螺栓聯(lián)接防偏載措施：a）凸臺；b）凹坑（魚眼坑）；c）斜墊片

說明四、采用合理的制造工藝制造工藝對螺栓疲勞強度有很大影響。采用碾制螺紋時，由于冷作硬化的作用，表層有殘余壓應力，金屬流線合理，螺栓疲勞強度可比車制螺紋高30%～40%；熱處理后再滾壓的效果更好。另外，碳氮共滲、滲氮、噴丸處理都能提高螺栓疲勞強度。1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強度提高30~40%2）冷作硬化，表層有殘余應力（壓）、氰化、氮化、噴丸等可提高疲勞強度3）熱處理后再進行滾壓螺紋，效果更佳，強度提高70~100%，此法具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗功能4）控制單個螺距誤差和螺距累積誤差四、螺栓聯(lián)接的結(jié)構設計1、螺栓位置

（1）、布局要盡量對稱分布，栓組中心與聯(lián)接結(jié)合面形心重合（有利于分度、劃線、鉆孔），以受力均勻2、螺栓組的布置

（2）、承受彎矩或扭矩，應盡量將螺栓布置在靠近接合面的邊緣，以充分利用各螺栓的承載能力

（3）、為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成2，3，4、6、8等數(shù)。見書上例題9-1、例9-2螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動將直線運動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動，同時傳遞運動或動力。

傳動形式：

a)螺桿轉(zhuǎn)螺母移

b)螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺母固定）——用得多

c)螺母轉(zhuǎn)螺桿移

d)螺母又轉(zhuǎn)又移（螺桿固定）——用得少

§9—7螺旋傳動一、螺旋傳動的類型和特點螺旋傳動按其用途，受力情況不同，可分為以下三種類型:1）傳力螺旋——舉重器、千斤頂、加壓螺旋用途：傳遞動力，以小轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生大軸向力，要求自鎖特點：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖

2）傳導螺旋——機床進給絲杠用途：傳遞運動，要求有較高精度特點：速度高、連續(xù)工作、精度高

3）調(diào)整螺旋——機床、儀器及測試裝置中的微調(diào)螺旋。

（機床卡盤，壓力機，車床尾座的調(diào)整螺旋）用途：調(diào)整和固定零件間的相互位置特點：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動

這些螺旋傳動一般采用梯形螺紋，單向受力也可采用鋸齒形螺紋。特點：結(jié)構簡單，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)無噪音，便于制造，易于自鎖，但傳動效率低，摩擦和磨損大。螺紋：矩形，梯形，鋸齒形螺桿上螺旋副數(shù)目：單螺旋傳動；雙螺旋傳動一、滑動螺旋傳動機構1、單螺旋傳動機構1）、螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺母固定）(傳力螺旋)螺旋千斤頂，螺旋式壓力機。要求強度和自鎖性能

滑動螺旋滾動螺旋靜壓螺旋螺旋傳動按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為：2）、螺桿轉(zhuǎn)螺母移

(傳導螺旋)傳遞運動，要求精度和效率（多線螺紋）2、雙螺旋傳動機構（調(diào)整螺旋）螺桿上有不同螺距的螺紋，分別與兩個螺母組成兩個螺旋副螺桿又轉(zhuǎn)又移，螺母一個固定另一移動1）、差動螺旋傳動機構（微調(diào)機構）兩個螺旋副旋向相同2）、復式螺旋傳動機構（快速調(diào)整或移動）兩個螺旋副旋向相反滑動螺旋特點：優(yōu)點：構造簡單、傳動比大，工做連續(xù)，傳動平穩(wěn)、加工方便、工作可靠、承載能力高、傳動精度高、易于自鎖缺點：磨損快、壽命短，摩擦損耗大，傳動效率低（30~40%）傳動精度低螺旋傳動的設計（見教材129頁）1、載荷情況2、螺旋傳動的常用材料3、設計計算（1）耐磨性計算（2）螺桿的強度校核（3）螺紋牙的強度校核（4）螺桿的穩(wěn)定性驗算（5）自鎖條件驗算二、滾動螺旋傳動機構摩擦性質(zhì)為滾動摩擦。滾動螺旋傳動是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動體（多用鋼球），當傳動工作時，滾動體沿螺紋滾道滾動并形成循環(huán)

特點：傳動效率高（可達90%），起動力矩小，傳動靈活平穩(wěn)，低速不爬行，同步性好，定位精度高。缺點：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結(jié)構復雜，制造工藝要求高，成本較高。

循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器工作過程§9—3緊固聯(lián)接銷聯(lián)接，鉚接，焊接，粘接，過盈聯(lián)接一、銷聯(lián)接根據(jù)銷的用途不同，一般有：定位銷、聯(lián)接銷、安全銷。根據(jù)銷的結(jié)構形式有：圓柱銷、圓錐銷、槽銷、銷軸和開口銷等。銷聯(lián)接主要用于確定零件之間的相互位置，并可傳遞不大的載荷。也可用于軸和輪轂或其他零件的聯(lián)接。詳細說明詳細說明槽銷銷軸和開口銷開尾圓錐銷圓柱銷圓錐銷內(nèi)螺紋圓錐銷

焊接是利用局部加熱(或加壓)的方法使兩個以上的金屬元件在聯(lián)接接頭處形成原子間或分子間的接合而構成的不可拆聯(lián)接。與鉚接相比較，焊接結(jié)構重量輕，節(jié)約金屬材料，施工方便，生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化，且焊接結(jié)構的成本低，應用很廣。

在機械制造中最常用的是電弧焊。電弧焊是利用焊條與焊件間產(chǎn)生電弧熱將金屬加熱并熔化的焊接方法。焊接可分為：

熔化焊：

壓力焊：

釬焊：電弧焊、氣焊、電渣焊。電阻焊、摩擦焊、爆炸焊。錫焊、銅焊。二、焊接焊接在機器零件中的應用焊接的減速箱體焊接的齒輪結(jié)構由于焊接具有強度高、工藝簡單、因聯(lián)接而增加的質(zhì)量小等特點，焊接技術的應用日益廣泛。在技術革新、單件生產(chǎn)、新產(chǎn)品試制等情況下，采用焊接制造箱體、機架等，一般比較經(jīng)濟。隨著焊接技術的發(fā)展，許多零件已改變了它們的傳統(tǒng)制造方法。一向是鑄造出的機座、機殼、大齒輪等零件，已有很大一部分改用了焊接。粘接用于木材由來已久。隨著新型膠粘劑的發(fā)展，膠接在金屬構件的聯(lián)接中也日漸增多。粘接是用膠粘劑直接把被聯(lián)接件聯(lián)接在一起且具有一定強度的聯(lián)接利用膠粘劑凝固后出現(xiàn)的粘附力來傳遞載荷。膠粘劑的品種繁多，在機械制造中常用的是：環(huán)氧樹脂膠粘劑、酚醛乙烯膠粘劑，聚氨酯等。

與焊接相同，膠接接頭分為對接、搭接和角接頭三種。受力形式設計膠接接頭時應注意以下各點：（1）盡可能使膠層受剪或受壓（2）盡可能使膠層應力分布均勻（3）膠層厚度為0.1~0.2mm時，膠層強度最高（4）膠接面積宜取大些以利于金屬強度的充分利用

三、粘接詳細說明膠接件的缺陷有時不易發(fā)現(xiàn)。有良好的密封性、絕緣性和防腐性。

膠接的特點與鉚接、焊接相比，膠接的主要優(yōu)點：主要缺點：聯(lián)接件的材料范圍寬廣；聯(lián)接后的重量輕，材料的利用率高；成本低；在全部膠接面上應力集中小，故耐疲勞性能好；抗剝離、抗彎曲及抗沖擊振動性能差；耐老化及耐介質(zhì)(如酸、堿等)性能差；膠粘劑對溫度變化敏感，影響膠接強度；優(yōu)點：①被膠件的材料能得到充分利用②膠層有緩沖減振作用③膠層，可防電化腐蝕④膠層有電、熱絕緣性，需要時也可加金屬提高導電或?qū)嵝阅堍萋?lián)接的重量輕⑥可起到密封作用。缺點：①有的膠接劑膠接工藝較為復雜②膠接件的缺陷無完善可靠的無損檢驗方法③可靠程度和穩(wěn)定性受環(huán)境因素的影響較大

膠接與鉚接、焊接的比較四、鉚釘聯(lián)接鉚接是將鉚釘穿過被聯(lián)接件的預制孔中經(jīng)鉚合而成的聯(lián)接方式。其聯(lián)接部分稱為鉚縫。1．按接頭型式分有：搭接縫、單蓋板對接縫和雙蓋板對接縫。2．按鉚釘?shù)呐艛?shù)分有：單排、雙排和多排。鉚縫的結(jié)構通常以下面三個方面來分類：3．按鉚縫性能分有：

以強度為基本要求的強固鉚縫。

要求有足夠的強度和足夠緊密性的強密鉚縫。

要求有足夠的緊密性的緊密鉚縫。圖片說明

鉚接特點：具有工藝設備簡單，工藝過程比較容易控制，質(zhì)量穩(wěn)定，鉚接結(jié)構抗振、耐沖擊，聯(lián)接牢固可靠等特點。因此，在承受嚴重沖擊和振動載荷的金屬結(jié)構的聯(lián)接中，如橋梁、建筑、造船、重型機械及飛機制造等工業(yè)部門中得到應用。但結(jié)構笨重，被聯(lián)接件上由于有孔而受到較大的消弱，同時鉚接時噪聲很大，影響工人健康。鉚釘有空心的和實心的兩大類，且大部分都以標準化。鉚接分冷鉚和熱鉚。鉚釘?shù)闹饕愋歪敆U直徑d≥12mm的鋼制鉚釘，通常是將鉚釘加熱后進行鉚接。釘桿直徑d＜10mm的鋼制鉚釘和塑性較好的有色金屬、輕金屬及其合金制成的鉚釘一般在常溫下進行冷鉚。五、鍵和花鍵連接教材132頁六、過盈聯(lián)接

過盈聯(lián)接的優(yōu)點：構造簡單、定心性好、承載能力高，在振動下能可靠地工作。

主要缺點：裝配困難和對配合尺寸的精度要求較高。

過盈聯(lián)接主要用于軸與轂、輪圈與輪芯、滾動軸承的裝配聯(lián)接。當配合面為圓柱面時，可采用壓入法或溫差法(加熱包容件或冷卻被包容件)裝配。當其他條件相同時，用溫差法能獲得較高的摩擦力或力矩，因為它不像壓入法那樣會擦傷配合表面。

過盈聯(lián)接的工作原理及裝配方法：裝配后包容件和被包容件的徑向變形使配合面間產(chǎn)生了很大的壓力，工作時載荷就靠著相伴而生的摩擦力來傳遞。過盈聯(lián)接是利用被聯(lián)件間的過盈配合直接把被聯(lián)接件聯(lián)接在一起。（通常為不可拆聯(lián)接）第十章帶傳動和鏈傳動通過中間撓性件傳遞運動和動力,適用于兩軸中心距較大場合帶傳動：組成：帶和帶輪類型：摩擦式帶傳動嚙合式帶傳動鏈傳動：組成：鏈條和鏈輪類型：嚙合式

一、帶傳動的組成及特點固聯(lián)于主動軸上的帶輪1(主動輪)；固聯(lián)于從動軸上的帶輪3(從動輪)；緊套在兩輪上的傳動帶2。1．帶傳動的組成§10—1帶傳動的類型和應用

嚙合傳動：當主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的嚙合，便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞動力（同步帶傳動）。2．傳動原理

摩擦傳動：當主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的摩擦力，便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞動力（平帶和Ｖ帶傳動）。3、傳動特點優(yōu)點：1）有過載保護作用（過載打滑)2）有緩沖吸振作用，運行平穩(wěn)無噪音（帶有彈性）3）適于遠距離傳動（中心距大）4）結(jié)構簡單，制造、安裝精度要求不高，維護方便缺點：1）有彈性滑動使傳動比i不恒定2）張緊力較大（與嚙合傳動相比）軸上壓力較大3）結(jié)構尺寸較大、不緊湊4）打滑，使帶壽命較短5）帶與帶輪間會產(chǎn)生摩擦放電現(xiàn)象，不適宜高溫、易燃、易爆的場合6）效率低。二、帶傳動的類型1.應用:

帶傳動傳動的功率P≤100KW，帶速v=5-30m/s，