機(jī)械設(shè)計(jì)課件

機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度與耐磨性§2-1機(jī)械零件的載荷與應(yīng)力

§2-2靜應(yīng)力時機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算

§2-3機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度

§2-4機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度

§2-5摩擦、磨損與潤滑概述§2-1機(jī)械零件的載荷與應(yīng)力一、載荷與應(yīng)力的分類1.載荷的分類靜載荷名義載荷工作載荷變載荷計(jì)算載荷

2.應(yīng)力種類靜應(yīng)力

對稱循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)的變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力

非對稱循環(huán)變應(yīng)力

變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力不穩(wěn)定循環(huán)的變應(yīng)力隨機(jī)變應(yīng)力應(yīng)力還分為：名義應(yīng)力、計(jì)算應(yīng)力體積應(yīng)力、表面應(yīng)力二、穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的基本參數(shù)1.基本參數(shù)：平均應(yīng)力，應(yīng)力幅，循環(huán)特性式中為最大應(yīng)力，最小應(yīng)力2.循環(huán)特性

-1時，為對稱循環(huán)變應(yīng)力此時

0時，為脈動循環(huán)變應(yīng)力此時

1時，為靜應(yīng)力此時

時，為不對稱循環(huán)變應(yīng)力此時§2-2靜應(yīng)力時機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算一、塑性材料零件的強(qiáng)度計(jì)算1.單向應(yīng)力狀態(tài)下或2.復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下由第三強(qiáng)度理論：由第四強(qiáng)度理論：或二、脆性材料與低塑性材料1.單向應(yīng)力狀態(tài)下或2.復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下由第一強(qiáng)度條件：§2-3機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度一、疲勞斷裂特征

1.兩個階段：應(yīng)力較大處材料發(fā)生剪切滑移，形成疲勞源反復(fù)的塑性變形直至斷裂

2.特征：1）最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的強(qiáng)度極限

2）斷口表現(xiàn)為突然脆性斷裂

3）損傷累計(jì)過程疲勞曲線

機(jī)械零件的疲勞大多發(fā)生在s－N曲線的CD段，可用下式描述：

D點(diǎn)以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無限壽命區(qū)其方程為：

由于ND很大，所以在作疲勞試驗(yàn)時，常規(guī)定一個循環(huán)次數(shù)N0(稱為循環(huán)基數(shù))，用N0及其相對應(yīng)的疲勞極限σr來近似代表ND和σr∞，于是有：有限壽命區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限srN的關(guān)系為：式中，sr、N0及m的值由材料試驗(yàn)確定。1、

s－N疲勞曲線s－N疲勞曲線

二、疲勞曲線和疲勞極限應(yīng)力圖2.等壽命疲勞曲線（極限應(yīng)力線圖）

機(jī)械零件材料的疲勞特性除用s－N曲線表示外，還可用等壽命曲線來描述。該曲線表達(dá)了不同應(yīng)力比時疲勞極限的特性。在工程應(yīng)用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代。用A'Ｇ'C折線表示零件材料的極限應(yīng)力線圖是其中一種近似方法。A'Ｇ'直線的方程為：CＧ'直線的方程為：

yσ為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的材料常數(shù)，其值由試驗(yàn)及下式?jīng)Q定：對于碳鋼，yσ≈0.1~0.2，對于合金鋼，yσ≈0.2~0.3。

三、零件的極限應(yīng)力線圖

由于零件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質(zhì)量及強(qiáng)化因素等的影響，使得零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。

以彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)Ｋσ表示材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σ-1與零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σ-1e的比值，即在不對稱循環(huán)時，Ｋσ是試件與零件極限應(yīng)力幅的比值。

將零件材料的極限應(yīng)力線圖中的直線A'D'G'按比例向下移，成為右圖所示的直線ADG，而極限應(yīng)力曲線的CG

部分，由于是按照靜應(yīng)力的要求來考慮的，故不須進(jìn)行修正。這樣就得到了零件的極限應(yīng)力線圖。

四、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計(jì)算時，首先根據(jù)零件危險(xiǎn)截面上的σmax及σmin確定平均應(yīng)力σm與應(yīng)力幅σa，然后，在極限應(yīng)力線圖的坐標(biāo)中標(biāo)示出相應(yīng)工作應(yīng)力點(diǎn)M或N。

根據(jù)零件工作時所受的約束來確定應(yīng)力可能發(fā)生的變化規(guī)律，從而決定以哪一個點(diǎn)來表示極限應(yīng)力。機(jī)械零件可能發(fā)生的典型的應(yīng)力變化規(guī)律有以下三種：

應(yīng)力比為常數(shù)：r=C

平均應(yīng)力為常數(shù)σm=C

最小應(yīng)力為常數(shù)σmin=C相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線上的某一個點(diǎn)所代表的應(yīng)力力。計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：五、提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施

在綜合考慮零件的性能要求和經(jīng)濟(jì)性后，采用具有高疲勞強(qiáng)度的材料，并配以適當(dāng)?shù)臒崽幚砗透鞣N表面強(qiáng)化處理。

適當(dāng)提高零件的表面質(zhì)量，特別是提高有應(yīng)力集中部位的表面加工質(zhì)量，必要時表面作適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)處理。

盡可能降低零件上的應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強(qiáng)度的首要措施。

盡可能地減少或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對于延長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。減載槽

在不可避免地要產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，可采用減載槽來降低應(yīng)力集中的作用。

機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度

當(dāng)兩零件以點(diǎn)、線相接處時，其接觸的局部會引起較大的應(yīng)力。這局部的應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。

接觸應(yīng)力是不同于以往所學(xué)過的擠壓應(yīng)力的。擠壓應(yīng)力是面接觸引起的應(yīng)力，是二向應(yīng)力狀態(tài)，而接觸應(yīng)力是三向應(yīng)力狀態(tài)。接觸應(yīng)力的特點(diǎn)是：僅在局部很小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的應(yīng)力。

式中ρ1和ρ2

分別為兩零件初始接觸線處的曲率半徑,其中正號用于外接觸，負(fù)號用于內(nèi)接觸。對于線接觸的情況，其接觸應(yīng)力可用赫茲應(yīng)力公式計(jì)算。更多圖片

§2-4機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度

當(dāng)兩零件以點(diǎn)、線相接處時，其接觸的局部會引起較大的應(yīng)力。這局部的應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。

接觸應(yīng)力是不同于以往所學(xué)過的擠壓應(yīng)力的。擠壓應(yīng)力是面接觸引起的應(yīng)力，是二向應(yīng)力狀態(tài)，而接觸應(yīng)力是三向應(yīng)力狀態(tài)。接觸應(yīng)力的特點(diǎn)是：僅在局部很小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的應(yīng)力。

式中ρ1和ρ2

分別為兩零件初始接觸線處的曲率半徑,其中正號用于外接觸，負(fù)號用于內(nèi)接觸。對于線接觸的情況，其接觸應(yīng)力可用赫茲應(yīng)力公式計(jì)算。

摩擦是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不可避免的物理現(xiàn)象。世界上1/3～1/2的能源消耗在摩擦上，各種機(jī)械零件因磨損失效的也占全部失效零件的一半以上。磨損是摩擦的結(jié)果，潤滑則是減少摩擦和磨損的有力措施。一、摩擦及其分類

兩物體接觸區(qū)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動并消耗能量的現(xiàn)象，稱為摩擦。有些情況下卻要利用摩擦工作，如帶傳動，摩擦制動器等?！?-5摩擦、磨損與潤滑概述1.干摩擦如果兩物體的滑動表面為無任何潤滑劑或保護(hù)膜的純金屬。2.

液體摩擦兩摩擦表面不直接接觸，被油膜隔開。根據(jù)摩擦副表面間的潤滑狀態(tài)將摩擦狀態(tài)分為四種：二、磨損及其過程

運(yùn)動副之間的摩擦將導(dǎo)致零件表面材料的逐漸損失，這種現(xiàn)象稱為磨損。單位時間內(nèi)材料的磨損量稱為磨損率。工程上常利用磨損的原理來減小零件表面的粗糙度，如磨削、研磨、拋光、跑合等。3.邊界摩擦兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開。4.混合摩擦處于摩擦、液體摩擦與邊界摩擦的混合狀態(tài)。1.磨損過程大致可分為以下三個階段：1）跑合（磨合）磨損階段2）穩(wěn)定磨損階段3）劇烈磨損階段此階段的特征是磨損速度及磨損率都急劇增大。在跑合階段結(jié)束后應(yīng)清洗零件，更換潤滑油。1）磨粒磨損

由于摩擦表面上的硬質(zhì)突出物或從外部進(jìn)入摩擦表面的硬質(zhì)顆粒，對摩擦表面起到切削或刮擦作用，從而引起表層材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨粒磨損。

減輕磨粒磨損：滿足潤滑條件，合理地選擇摩擦副的材料、降低表面粗糙度值以及加裝防護(hù)密封裝置等。2.

磨損分類

按照磨損的機(jī)理以及零件表面磨損狀態(tài)的不同把磨損分為：2）粘著磨損粘著作用引起的磨損，稱為粘著磨損。

粘著磨損按程度不同可分為五級：輕微磨損、涂抹、擦傷、撕脫、咬死。

涂抹、擦傷、撕脫又稱為膠合，往往發(fā)生于高速、重載的場合。

合理地選擇配對材料，采用表面處理，限制摩擦表面的溫度，控制壓強(qiáng)及采用含有油性極壓添加劑的潤滑劑等，都可減輕粘著磨損。3）疲勞磨損（點(diǎn)蝕）

兩摩擦表面為點(diǎn)或線接觸時，由于局部的彈性變形形成了小的接觸區(qū)。這些小的接觸區(qū)形成的摩擦副如果受變化接觸應(yīng)力的作用，則在其反復(fù)作用下，表層將產(chǎn)生裂紋。

合理地選擇材料及材料的硬度，選擇粘度高的潤滑油，加入極壓添加劑或及減小摩擦面的粗糙度值等，可以提抗疲勞磨損的能力。4）腐蝕磨損

在摩擦過程中，摩擦面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象，稱為腐蝕磨損。

實(shí)際上大多數(shù)磨損是以上述四種磨損形式的復(fù)合形式出現(xiàn)的。3.減小磨損的主要方法1）潤滑2）合理選擇摩擦副材料3）進(jìn)行表面處理4）注意控制摩擦副的工作條件三、潤滑潤滑的主要作用是:減小摩擦系數(shù),提高機(jī)械效率;減輕磨損,延長機(jī)械的使用壽命。還可起到冷卻、防塵以及吸振等作用。冷卻，防塵及吸振等作用1.潤滑劑的性能與選擇1）潤滑油

主要有礦物油、合成油、動植物油等，其中應(yīng)用最廣泛的為礦物油。

粘度的大小表示了液體流動時其內(nèi)摩擦阻力的大小，粘度愈大，內(nèi)摩擦阻力就愈大，液體的流動性就愈差。

粘度可用動力粘度、運(yùn)動粘度、條件粘度（恩氏粘度）等表示。我國的石油產(chǎn)品常用運(yùn)動粘度來標(biāo)定。（1）動力粘度（2）運(yùn)動粘度η為動力粘度，單位為Pa?s；為密度，單位為ν為運(yùn)動粘度，單位為。

一般潤滑油的牌號就是該潤滑油在40C（或100C）時運(yùn)動粘度（以為單位）的平均值。（3）條件粘度以表示恩氏粘度（即為條件粘度）。運(yùn)動粘度和恩氏粘度之間可通過下式進(jìn)行換算：當(dāng)1.35≤E≤3.2時當(dāng)

E>3.2時

粘度隨溫度的升高而降低。粘度隨壓強(qiáng)的升高而加大，但當(dāng)壓強(qiáng)小于20MPa時，其影響甚小，可不予考慮。續(xù)表2）潤滑脂

潤滑脂是在潤滑油中加入稠化劑(如鈣、鈉、鋰等金屬皂基）而形成的脂狀潤滑劑，又稱為黃油或干油。

潤滑脂的流動性小，不易流失，所以密封簡單，不需經(jīng)常補(bǔ)充。潤滑脂對載荷和速度變化不是很敏感，有較大的適應(yīng)范圍，但因其摩擦損耗較大，機(jī)械效率較低，故不宜用于高速傳動的場合。(1)滴點(diǎn)是指潤滑脂受熱后從標(biāo)準(zhǔn)測量杯的孔口滴下第一滴油時的溫度。(2)針入度即潤滑脂的稠度。(3)安全性抗水性、抗氧化性和機(jī)械安定性2.潤滑劑的選擇

潤滑劑選用的基本原則是：在低速、重載、高溫、間隙大的情況下，應(yīng)選用粘度較大的潤滑油；而在高速、輕載、低溫、間隙小的情況下應(yīng)選粘度較小的潤滑油。潤滑脂主要用于速度低、載荷大、不需經(jīng)常加油、使用要求不高或灰塵較多的場合。氣體、固體潤滑劑主要用于高溫、高壓、防止污染等一般潤滑劑不能適用的場合。3）固體潤滑劑用固體粉末代替潤滑油膜。常用有：石墨、二硫化鉬等等。4）氣體潤滑劑包括空氣、氫氣、氦氣、水蒸氣及液體金屬蒸氣。3.潤滑方法和潤滑裝置機(jī)械設(shè)備的潤滑，主要集中在傳動件和支承件上。1）油潤滑的方法大概有四種：集中潤滑或分散潤滑連續(xù)潤滑或間歇潤滑壓力潤滑或無壓力潤滑循環(huán)式潤滑或非循環(huán)式潤滑。4.添加劑提高油性、極壓性延長使用壽命改善物理性能添加劑的作用油性添加劑極壓添加劑分散凈化劑消泡添加劑抗氧化添加劑降凝劑增粘劑添加劑的種類

為了提高油的品質(zhì)和性能，常在潤滑油或潤滑脂中加入一些分量雖小但對潤滑劑性能改善其巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)叫添加劑?！?-1概述

§3-2螺紋連接

§3-3

螺旋傳動螺紋連接和螺旋傳動靜連接動連接與動力源組合零件構(gòu)件機(jī)構(gòu)機(jī)器靜連接動連接(運(yùn)動副)可拆連接：螺紋連接、鍵連接、銷連接等。不可拆連接：鉚接、焊接、膠接等。

連接分類連接：將兩個或兩個以上的零（構(gòu)）件組合成一體的結(jié)構(gòu)?！\(yùn)動副低副高副§3-1概述1、螺旋線2、螺紋3、螺旋副§3-2螺紋連接一、螺紋（一）螺紋的形成a、螺紋的牙型

矩型、三角形、梯形、鋸齒形（二）螺紋的分類及應(yīng)用矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋30o3o30o15o左旋右旋b、螺紋的旋向雙線螺紋單線螺紋c、螺紋的線數(shù)d、螺紋分布位置內(nèi)螺紋外螺紋e、螺紋的作用聯(lián)接螺紋傳動螺紋f、螺紋母體形狀圓錐螺紋圓柱螺紋管螺紋3)中徑d2d1d2d1)大徑

d2)小徑

d14)螺距PψSPP/2P/2（三）螺紋的主要參數(shù)

螺紋的最大直徑。螺紋軸向截面上牙型溝槽和凸起寬度相等處的直徑。相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離

螺紋的最小直徑。d1d2dSPP/2P/25)導(dǎo)程

SS=nP

同一條螺旋線上！6)螺紋升角ψ7)牙型角

α8)牙側(cè)角

ββαβπd2Sψψ9）接觸高度

hπd2Sψ（一）螺紋連接的基本類型1.螺栓連接eal1da.普通螺栓連接二、螺紋連接的類型和螺紋連接件b、鉸制孔用螺拴連接2.螺釘連接3.雙頭螺柱連接ael1HH1H2d4.緊定螺釘連接（二）標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件1.螺栓LL0d六角頭LdL0小六角頭精度由高到低分A、B、C三級dL0L1LL1-----座端長度L0-----螺母端長度2.雙頭螺柱3.螺釘、緊定螺釘4.螺母六角螺母圓螺母5.墊圈平墊圈斜墊圈彈簧墊圈圓螺母用止動墊圈

防止工作時聯(lián)接出現(xiàn)縫隙和滑移，保證聯(lián)接的緊密性和可靠性。預(yù)緊力F′——預(yù)先軸向作用力（拉力）松連接——在裝配時不擰緊，承受外載荷時才受到力的作用緊連接——在裝配時需擰緊，即未承載時，螺紋已預(yù)先到受力的作用，即預(yù)緊力F′預(yù)緊過緊——螺桿靜載荷增大，降低本身強(qiáng)度。預(yù)緊過松——工作不可靠

三、螺紋連接的預(yù)緊和防松連接裝配的分類（一）螺紋連接的預(yù)緊1.預(yù)緊的目的2.擰緊力矩T1——克服螺紋副相對轉(zhuǎn)動的阻力矩；T2——克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；

通常螺紋聯(lián)接擰緊是憑工人的經(jīng)驗(yàn)來決定的，重要螺栓則必須對預(yù)緊力進(jìn)行精確控制。

測力矩板手——測出預(yù)緊力矩，如左圖

定力矩板手——達(dá)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(yù)緊前后螺栓伸長量——精度較高

測力矩扳手定力矩扳手3.預(yù)緊力F′的控制1.防松目的

實(shí)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(fù)作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進(jìn)行防松。2.防松原理

消除（或限制）螺紋副之間的相對運(yùn)動，或增大相對運(yùn)動的難度。（二）螺紋連接的防松3.防松的方法1）摩擦防松自鎖螺母彈簧墊圈對頂螺母開槽螺母與開口銷2）機(jī)械防松圓螺母和帶翅止動墊片單耳止動墊片串聯(lián)鋼絲3）永久防松沖點(diǎn)法粘合法焊點(diǎn)法鉚沖

四、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析一）螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、連接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計(jì)成軸對稱的簡單幾何形狀。2、螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。3、一組螺栓的規(guī)格（直徑、長度、材料）應(yīng)一致，有利于加工和美觀。4、螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。5、裝配時，對于緊螺栓連接，每個螺栓預(yù)緊程度應(yīng)一致。6、避免螺栓承受附加的彎曲載荷。7、同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。二）螺栓組聯(lián)接的受力分析目的：根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。假設(shè)：所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同；螺栓組的對稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；受載后聯(lián)接接合面仍保持為平面。類型：1．受橫向載荷的螺栓組連接2．受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接3．受軸向載荷的螺栓組連接4．受傾覆力矩的螺栓組連接1．螺栓組連接受軸向載荷每個螺栓所受軸向工作載荷為：

通常，各個螺栓還承受預(yù)緊力F′的作用，當(dāng)連接要有保證的殘余預(yù)緊力為F〞時，每個螺栓所承受的總載荷F2為：F2=F

〞+F（1）普通螺栓連接有：或：式中：z為螺栓的數(shù)目；

Kf

為防滑系數(shù)，設(shè)計(jì)中可取Kf

=1.1--1.3；

m為接合面數(shù)；

μs為接合面間的摩擦系數(shù)。2．螺栓組連接受橫向載荷（2）鉸制孔用螺栓聯(lián)接每個螺栓所受工作剪力為：式中：

為螺栓的數(shù)目。3．受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接

(2)鉸制孔用螺栓組連接

（1）普通螺栓組連接

靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩T。

靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉(zhuǎn)矩T。4．受傾覆力矩的螺栓組連接

傾覆力矩M作用在聯(lián)接接合面的一個對稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已擰緊并承受預(yù)緊力F′。

作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡，即：

為防止結(jié)合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求：螺栓的總拉力：

舉例:底板螺栓組連接，外力F∑=6000N,作用在包含X軸并垂直于底板結(jié)合面的平面內(nèi)，作用線與水平夾角為30o，尺寸l=350mm,h=280mm,底板連接螺栓布置l1=150mm，l2=75mm,試分析受力最大的螺栓所受的工作載荷。解：1、螺栓受總載荷可分解為：螺栓組所受總橫向力（水平向右，作用于接合面內(nèi)）總軸向力（鉛直向上，作用于螺栓組中心）傾覆力矩（順時針）所以最左端螺栓受工作載荷最大，為：3、在傾覆力矩作用下，最左邊兩螺栓受力最大：2、各螺栓所受工作拉力為：螺栓組連接的主要失效形式：

1.螺栓桿和螺紋部分塑性變形或斷裂（軸向力）；

2.螺栓桿和孔壁貼合面被壓潰或螺栓桿被剪斷（擠壓力和剪切力）；

3.經(jīng)常裝拆因磨損而發(fā)生螺旋副間的滑扣。五、單個螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算疲勞破壞（失效）部位：

一）受拉螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算1.受拉松連接螺栓強(qiáng)度計(jì)算對于M10M68,可取τ≈0.5σ預(yù)緊力F0→產(chǎn)生拉伸應(yīng)力σ：螺紋摩擦力矩T1→產(chǎn)生扭切應(yīng)力τ：~1）僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接2.受拉緊連接螺栓強(qiáng)度計(jì)算

拉、扭聯(lián)合作用時，根據(jù)材料力學(xué)的第四強(qiáng)度理論，其當(dāng)量應(yīng)力為：故螺栓螺紋部分的強(qiáng)度條件為：設(shè)計(jì)公式為：在橫向力作用下，連接接合面不滑移的條件：連接結(jié)構(gòu)尺寸增加。改進(jìn)措施：1、用減載零件；2、用鉸制孔螺栓連接2）承受預(yù)緊力和軸向工作拉力的螺栓連接

螺栓預(yù)緊力F′后，在工作拉力F的作用下，螺栓的總拉力F2=?單個緊螺栓連接受力變形關(guān)系：未受力、無變形

未擰緊未受力、無變形預(yù)緊F′拉力F′，伸長b壓力F′，壓縮m受載F拉力F２,伸長

b+

壓力F〞，壓縮m-

螺栓被連件螺栓的相對剛度，其值在0-1間變化。式中：單個緊螺栓連接受力變形線圖靜強(qiáng)度條件：

設(shè)計(jì)公式：受變載荷的重要連接應(yīng)精確校核螺栓的疲勞強(qiáng)度二）受剪螺栓連接螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為：

h－螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，mm；設(shè)計(jì)時取h≥1.25d01、材料

六、螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級，螺母的性能等級分為7級。注意：選用時螺母的性能等級應(yīng)不低于與其相配螺栓的性能等級。

常用Q215、Q235、35、45等碳素鋼。特殊（重要、有沖擊、振動或變載荷）時采用15Cr、40Cr、30CrMnSi等合金鋼。

2、許用應(yīng)力

1．螺紋聯(lián)接件的許用拉應(yīng)力：2．螺紋聯(lián)接件的許用剪應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力3．螺紋聯(lián)接件的安全系數(shù)說明（被聯(lián)接件為鋼）（被聯(lián)接件為鑄鐵）1.改善螺紋牙間載荷分布不均狀況

七、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施a)懸置螺母b)環(huán)槽螺母c)內(nèi)斜螺母d)環(huán)槽內(nèi)斜2、降低螺栓應(yīng)力幅

3、減小應(yīng)力集中的影響1）加大過渡處圓角；2）改用退刀槽；3）卸載槽；4）卸載過渡結(jié)構(gòu)。4、采用合理的制造工藝

1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強(qiáng)度提高30~40%2）冷作硬化，表層有殘余應(yīng)力（壓）、氰化、氮化、噴丸等可提高疲勞強(qiáng)度3）熱處理后再進(jìn)行滾壓螺紋，效果更佳，強(qiáng)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例1：一鋼制液壓油缸，油壓內(nèi)壁直徑，試設(shè)計(jì)該螺栓組連接，并確定螺栓直徑。

3）強(qiáng)度計(jì)算：取螺栓材料45鋼,5.6級，裝配時不要求嚴(yán)格控制預(yù)緊力，暫取S=3，則

1）確定螺栓工作載荷暫取螺栓數(shù)Z=8，則每個螺栓承受的平均軸向工作載荷為2）螺栓總拉伸載荷因有密封要求：取故按標(biāo)準(zhǔn)，取M16螺栓（）。故該螺栓組連接采用8個M16螺栓連接，安全系數(shù)S=3。

由強(qiáng)度公式得螺紋小徑為解：1、螺栓組連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由圖已知螺栓數(shù)，對稱布置。例2:底板螺栓組連接，外力F∑=6000N,作用在包含X軸并垂直于底板結(jié)合面的平面內(nèi)，作用線與水平夾角為30o，尺寸l=350mm,h=280mm,底板連接螺栓布置l1=150mm，l2=75mm,試設(shè)計(jì)螺栓組連接，確定螺栓直徑。（第102頁5-48圖）

1）螺栓受總載荷可分解為：螺栓組所受總橫向力（水平向右，作用于接合面內(nèi)）總軸向力（鉛直向上，作用于螺栓組中心）2、螺栓組連接受力分析

所以最左端螺栓受工作載荷最大，為：3）在傾覆力矩作用下，最左邊兩螺栓受拉力最大：2）各螺栓所受工作拉力為：傾覆力矩（順時針）

的作用下，由聯(lián)接不滑移條件，4）在鋼制底板與鑄鐵機(jī)架間f=0.15取則:

取防滑系數(shù)K=1.35）最左邊螺栓受總拉力：求各螺栓預(yù)緊力和3、確定螺栓直徑：

選材中碳鋼35鋼，性能等級4.8級，取S=1.5，故故查普通粗牙螺紋標(biāo)準(zhǔn)（GB196—81）選螺栓公稱直徑d=10mm(其小徑=8.376>6.99mm）。4、校核螺栓組聯(lián)接的接合面工作情況

1）防止壓潰校核

由表5—6，聯(lián)接接合面許用壓力：

故不會被壓潰，合格。2）防止接合面左端出現(xiàn)縫隙，校核最小擠壓應(yīng)力：故不會產(chǎn)生縫隙。預(yù)緊力的下限：故滿足預(yù)緊力的要求4、校核螺栓聯(lián)接所需的預(yù)緊力一、螺旋傳動的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋調(diào)整螺旋螺旋傳動按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為：滑動螺旋滾動螺旋靜壓螺旋

螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，同時傳遞動力。螺旋傳動按其用途不同，可分為以下三種類型:

螺旋機(jī)構(gòu)在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、起重設(shè)備、鍛壓機(jī)械、測量儀器、工具、夾具、玩具及其他工業(yè)裝備中有著廣泛的應(yīng)用。

螺旋傳動常見的運(yùn)動形式有：螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動或螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動。

§3-3螺旋傳動二、滑動螺旋的結(jié)構(gòu)和材料1．滑動螺旋的結(jié)構(gòu)整體螺母組合螺母剖分螺母螺母結(jié)構(gòu):

滑動螺旋的結(jié)構(gòu)主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。

螺桿的材料要有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。螺母的材料除了要有足夠的強(qiáng)度外，還要求在與螺桿材料相配合時摩擦系數(shù)小和耐磨。2．滑動螺旋的材料

三、滑動螺旋傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算1.主要失效形式:螺牙的磨損2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：按抗磨損確定直徑，選擇螺距；校核螺桿、螺母強(qiáng)度等。3.設(shè)計(jì)方法和步驟：1）耐磨性計(jì)算

滑動螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力，其強(qiáng)度條件：設(shè)計(jì)公式：令則得：一般值越大，螺母越厚，螺紋工作圈數(shù)越多。。式中:30o鋸齒形螺紋矩形和梯形螺紋螺紋工作高度

依據(jù)計(jì)算出的螺紋中徑，按螺紋標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的直徑和螺距。驗(yàn)算：若不滿足要求，則增大螺距。對有自鎖性要求的螺旋傳動，應(yīng)校核自鎖條件：2）螺桿的強(qiáng)度計(jì)算

對于受力比較大的螺桿，需根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力：螺桿的強(qiáng)度條件：式中，F(xiàn)為螺桿所受的軸向壓力（或拉力），T為螺桿所受的扭矩，

3）螺母螺牙的強(qiáng)度計(jì)算螺牙上的平均壓力為：F/u4）螺母外徑與凸緣的強(qiáng)度計(jì)算5）螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算

對于支撐螺母，需要校核螺母本體的強(qiáng)度。

對于長徑比較大的受壓螺桿，需要校核壓桿的穩(wěn)定性，要求螺桿的工作壓力F要小于臨界載荷Fcr傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋精密螺桿或水平安裝其危險(xiǎn)截面a–a

的剪切強(qiáng)度條件和彎曲強(qiáng)度條件分別為：

四、其他螺旋傳動簡介1.滾動螺栓傳動——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(dāng)傳動工作時，滾動體沿螺紋滾道滾動并形成循環(huán)。按循環(huán)方式有：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)兩種。特點(diǎn)：傳動效率高（可達(dá)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，正逆運(yùn)動效率相同，可實(shí)現(xiàn)逆?zhèn)鲃印Ｈ秉c(diǎn)：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高，成本較高。

2.靜壓螺栓2.靜壓螺栓§4-1鍵連接§4-2花鍵連接§4-3銷連接

鍵連接及其他連接§4-4無鍵連接一、鍵連接的類型§4-1鍵連接鍵平鍵半圓鍵普通平鍵滑鍵楔鍵切向鍵導(dǎo)向平鍵鍵松連接緊連接半圓鍵楔鍵切向鍵薄型平鍵1.平鍵連接1）普通平鍵定心性較好，拆裝方便

普通平鍵的端部形狀可制成:圓頭（A型）方頭（B型）單圓頭（C型）鍵的標(biāo)記為：鍵b×LGB/T1096-20032）導(dǎo)向平鍵圓頭（A型）方頭（B型）變速箱中滑移齒輪與軸的動聯(lián)接3）滑鍵2.半圓鍵連接定心性較好，裝配方便，但對軸的削弱較大只適用于輕載連接，多用于錐形軸端

3.楔鍵連接適用于定心精度要求不高，載荷平穩(wěn)和低速的場合4.切向鍵連接切向鍵在礦用提升機(jī)中的應(yīng)用二、鍵的選擇和鍵連接強(qiáng)度計(jì)算1.鍵的選擇鍵的標(biāo)準(zhǔn)尺寸：截面尺寸

b×h

及鍵長

L。1）鍵的類型選擇根據(jù)鍵連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來選擇。2）鍵的尺寸選擇按照符合標(biāo)準(zhǔn)和滿足強(qiáng)度要求來取定。鍵長可取L=(1.5-2）d，略短于輪轂長，并符合標(biāo)準(zhǔn)由軸徑d查標(biāo)準(zhǔn)鍵的標(biāo)記為：鍵b×LGB/T1096-2003(一般A型鍵可不標(biāo)出A，但對于B、C型鍵，必須標(biāo)注“鍵B”或“鍵C”）。

表1普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸

失效形式：壓潰（靜聯(lián)接,鍵、軸、轂中較弱者）;

磨損（動聯(lián)接）;

鍵的剪斷（較少）2.平鍵的強(qiáng)度校核1)靜連接l——鍵的工作長度A型鍵：l=L-b

B型鍵：l=L

C型鍵：l=L-b/2（普通平鍵）MPa擠壓強(qiáng)度剪切強(qiáng)度MPa2)動聯(lián)接MPa連接強(qiáng)度不夠時，采取措施：1）采用雙鍵[平鍵180°布置；半圓鍵0°布置，楔鍵

90°~120°布置（按1.5個鍵計(jì)算）]2）增大軸徑d↑；增長輪轂即增長L↑；改用花鍵連接。表2聯(lián)接件的許用擠壓應(yīng)力、許用壓強(qiáng)MPa許用擠壓應(yīng)力、許用壓強(qiáng)聯(lián)接工作方式輪轂材料

載荷性質(zhì)

靜載荷輕微沖擊

沖擊[σp]

靜聯(lián)接

鋼125～150100～12060～90鑄鐵70～8050～6030～45[p]動聯(lián)接

鋼504030例1.圖示牙嵌離合器的左右兩半分別用鍵與軸1、2相聯(lián)接，在空載下，通過操縱可使右半離合器沿導(dǎo)向平鍵在軸1上作軸向移動。軸徑d1=d2=70mm，左半離合器的輪轂長度L2=100mm，右半離合器的輪轂長度L1=130mm，行程l1=60mm，工作平穩(wěn)，離合器及軸的材料均為鋼材。試確定左半離合器平鍵聯(lián)接的尺寸，并計(jì)算其允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩。軸的直徑d10～1212～1717～2222～3030～3838～4444～50b×h4×45×56×68×710×812×814×9軸的直徑d50～5858～6565～7575～8585～9595～110110～130b×h16×1018×1120×1222×1425×1428×1632×18鍵的長度L6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，250，…表1普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸mm解：1．選擇A型普通平鍵

查表1得平鍵的截面尺寸

b=20mm，h=12mm，

取鍵長L=90mm<L2=100mm。

2．材料均為鋼，工作平穩(wěn)，

查表2，取[σp]=130Mpa;

h=12mm，d=70mm,

l=L-b=90-20=70mm。

鍵可傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為

若選擇C型普通平鍵，則鍵有效長度l=90-10=80mm，其可傳遞的轉(zhuǎn)矩為

NmNm

例2：若該軸傳遞的轉(zhuǎn)矩為T=1200N·m，試選擇右半離合器的導(dǎo)向平鍵尺寸，并校核其聯(lián)接強(qiáng)度。軸的直徑d10～1212～1717～2222～3030～3838～4444～50b×h4×45×56×68×710×812×814×9軸的直徑d50～5858～6565～7575～8585～9595～110110～130b×h16×1018×1120×1222×1425×1428×1632×18鍵的長度L6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，250，…表1普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸mm解：1．選擇A型導(dǎo)向平鍵

查表1得平鍵的截面尺寸

b=20mm，h=12mm，

取鍵長L=180mm<L1+l1=130+60=190mm。

2．強(qiáng)度校核

材料均為鋼，工作平穩(wěn)，

查表2，取[p]=50MPa;

h=12mm，d=70mm,

l=L-b=180-20=160mm。

=35.71MPa

<[p]故此鍵聯(lián)接能滿足強(qiáng)度要求。一、特點(diǎn)對中、導(dǎo)向性好。各鍵齒承載均勻，承載力大,鍵槽淺，對軸損傷較小。加工要用專用設(shè)備，成本高?！?-2花鍵連接二、花鍵類型按齒形分：

①矩形花鍵

②漸開線花鍵③三角形花鍵三、花鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算定位銷聯(lián)接銷安全銷1.按功能分2)聯(lián)接銷1)定位銷§4-3銷連接3)安全銷圓柱銷特殊型式銷圓錐銷2.按形狀分3.特殊型式銷彈性圓柱銷開口銷帶螺紋錐銷槽銷開尾錐銷一、過盈連接

利用兩個被連接件本身的過盈配合來實(shí)現(xiàn)，一為包容件，另一為被包容件。

裝配后，包容件和被包容件的徑向變形使配合面間產(chǎn)生很大的壓力。工作時，靠壓緊力產(chǎn)生的摩擦力來傳遞載荷?！?-4無鍵連接

常用的無鍵連接包括過盈聯(lián)接、脹緊連接和成形連接過盈聯(lián)接的工作原理與裝配方法

工作原理：利用包容件與被包容件的徑向變形使配合面間產(chǎn)生很大壓力，從而靠摩擦力來傳遞載荷裝配方法：1）壓入法—利用壓力機(jī)將被包容件壓入包容件中，由于壓入過程中表面微觀不平度的峰尖被擦傷或壓平，因而降低了連接的緊固性2）溫差法——加熱包容件，冷卻被包容件?？杀苊獠羵?lián)接表面，聯(lián)接牢固。

二、脹緊聯(lián)接

脹緊聯(lián)接又稱為彈性環(huán)聯(lián)接——利用錐面貼合并擠緊在軸轂之間用摩擦力傳遞扭矩。

彈性環(huán)的材料為高碳鋼或高碳合金鋼（65，70，55Cr2、60Cr2）并經(jīng)熱處理。錐角一般為12.5~17°，另外要求內(nèi)、外環(huán)錐面配合良好。特點(diǎn)：可傳遞較大扭矩和軸向力，無應(yīng)力集中，對中性好，但加工要求較高，應(yīng)用受限制。三、型面連接

特點(diǎn)：裝拆方便，對中性較好；聯(lián)接面上沒有應(yīng)力集中源，減少了應(yīng)力集中；切削加工較復(fù)雜，不易保證配合精度，應(yīng)用尚不廣泛。1.楔鍵聯(lián)接與平鍵聯(lián)接相比,其對中性()

A.好B.差C.相同D.無法比較

2.半圓鍵具有()特點(diǎn).

A.對軸強(qiáng)度削弱小B.工藝性差,裝配不方便

C.調(diào)心性好D.承載能力大

3.可承受軸向載荷的鍵是()

A.C型平鍵B.半圓鍵C.楔鍵D.導(dǎo)向平鍵

4.平鍵的剖面尺寸通常是根據(jù)()按標(biāo)準(zhǔn)選擇。

A.傳遞扭矩的大小B.傳遞功率的大小

C.輪轂的長度D.軸的直徑

5.鍵的長度主要是根據(jù)()來選擇。

A.傳遞扭矩的大小B.傳遞功率的大小

C.輪轂的長度D.軸的直徑

練習(xí)題6.緊鍵聯(lián)接和松鍵聯(lián)接的主要區(qū)別在于：

前者安裝后，鍵與鍵槽間就存在有()。

A.壓緊力B.軸向力C.摩擦力

7.能構(gòu)成緊鍵聯(lián)接的兩種鍵是()。

A.楔鍵和半圓鍵B.平鍵和切向鍵

C.半圓鍵和切向鍵

D.楔鍵和切向鍵

8.楔鍵和()，兩者的接觸面都具有1/100的斜度。

A.軸向鍵槽的底面B.輪轂上鍵槽的底面

C.鍵槽的側(cè)面

9.切向鍵聯(lián)接的斜度是做在()上。

A.輪轂鍵槽的底面B.軸的鍵槽的底面

C.一對鍵的接觸面D.鍵的側(cè)面

10.切向鍵傳遞雙向扭矩時，應(yīng)反向安裝兩對鍵相隔()。A.90-120°B.120-130°C.135-180°D.180°11.平鍵標(biāo)記：鍵B20×80GB1096-2003中，20×80表示()。

A.鍵寬×軸徑B.鍵高×軸徑C.鍵寬×鍵長

D.鍵高×鍵長E.鍵寬×鍵高

12.平鍵聯(lián)接如不滿足強(qiáng)度條件，可在軸上安裝一對平鍵，使它們沿圓周相隔()。

A.90°B.120°C.135°D.180°

13.螺紋的公稱直徑（管螺紋除外）是指它的()。

A.內(nèi)徑d1

B.大徑d

C.中徑d2

14.聯(lián)接螺紋一般采用三角形螺紋是因?yàn)槠?)較好。

A.制造工藝性能B.傳動性能

C.強(qiáng)度和剛度D.自鎖性能

帶傳動

利用帶與帶輪間的摩擦或嚙合傳遞運(yùn)動和動力

帶輪1、帶輪2、環(huán)形帶帶傳動構(gòu)成：工作原理：§5-1概述開口傳動

兩軸平行，同向回轉(zhuǎn)

交叉?zhèn)鲃?/p>

兩軸平行，反向回轉(zhuǎn)

半交叉?zhèn)鲃?/p>

兩軸交錯，不能逆轉(zhuǎn)

一、帶傳動的類型§5-2V帶及帶輪結(jié)構(gòu)1、按布置形式分2、按傳動帶的截面形狀分V帶平帶多楔帶同步帶（1）傳動帶

用于傳遞動力。（2）輸送帶

用于輸送物品。3、按用途分二、V帶的類型與結(jié)構(gòu)普通V帶傳動窄V帶傳動寬V帶傳動三、帶傳動的應(yīng)用特點(diǎn)

帶傳動適用于要求傳動平穩(wěn)、傳動比要求不準(zhǔn)確、中小功率的遠(yuǎn)距離傳動。四、帶傳動的應(yīng)用場合1.小輪包角

2.帶長：3.中心距包角摩擦力傳動能力五、帶傳動的幾何尺寸

根據(jù)帶的摩擦傳動原理，帶必須在預(yù)張緊后才能正常工作；運(yùn)轉(zhuǎn)一定時間后，帶會松弛，為了保證帶傳動的能力，必須重新張緊，才能正常工作。

常見的張緊裝置有定期張緊裝置和自動張緊裝置六、帶傳動的張緊裝置1.定期張緊裝置

張緊輪一般應(yīng)放在松邊的內(nèi)側(cè)，使帶只受單向彎曲。同時張緊輪應(yīng)盡量靠近大輪，以免過分影響在小帶輪上的包角。張緊輪的輪槽尺寸與帶輪的相同。

2.自動張緊裝置

初始狀態(tài):工作狀態(tài):拉力增加→緊邊Ｆ0↗Ｆ1

緊邊拉力拉力減少→松邊Ｆ0↘Ｆ2

松邊拉力

1.緊松邊的判斷帶兩邊拉力相等＝Ｆ0

→

張緊力帶兩邊拉力不相等

繞進(jìn)主動輪的一邊→緊邊繞出主動輪的一邊→松邊12F0F0F0F012F1F1F2F2§5-3帶傳動的工作情況分析一、帶傳動中的力分析分析:設(shè)帶在工作前后帶的總長不變，∵緊邊由Ｆ0↗Ｆ1→拉力增加，帶增長

松邊由Ｆ0↘Ｆ2→拉力減少，帶縮短3.摩擦力的方向∵總長不變→∴帶增長量＝帶縮短量o2o1∴Ｆ1－Ｆ0＝Ｆ0－Ｆ2;Ｆ1＋Ｆ2＝２Ｆ02.緊邊、松邊力的大小∵帶傳動是靠帶與帶輪接觸弧上的摩擦力傳遞運(yùn)動和動力的?！嘀鲃虞喫艿哪Σ亮Ψ较蚺c其運(yùn)動方向相反；從動輪所受摩擦力方向與其運(yùn)動方向相同。取主動輪端的帶為分離體(逆轉(zhuǎn))，則∴Ｆf＝Ｆ1－Ｆ2Ｆf＝Ｆ＝Ｆ1－Ｆ2

F1+F2=2F0

分析4.Ｆ1、Ｆ2、Ｆf、Ｆ的關(guān)系Ｆfo1F2F1ＴO(shè)1＝Ｆf×d1／2＋Ｆ2×d1／2－Ｆ1×d1／2＝0

*Ｆf不是作用于某點(diǎn)的集中力，而是帶與輪接觸面上各點(diǎn)摩擦力的總和→靜摩擦力→Ｆf＝ＦF1=F0+F/2F2=F0－F/25.帶傳遞的功率

但Ｆf有極限值，

P=FV／1000kw(13-6)

∴F=1000P/vNF－Ｎ，v－m/s當(dāng)Ｆ＞Ｆmax→打滑（后述）F<Fmax→正常工作F＞Fmax→打滑

柔韌體的歐拉公式：F1/F2=ef

當(dāng)F=Fmax=→最大有效拉力（1）平帶傳動6.帶傳動中的最大有效拉力Fec帶傳遞的最大有效圓周力為：

Fec的影響因素FQFQFNFN/2FN/2φ/2FN=FQ－當(dāng)量摩擦系數(shù)1.張緊力F0

→F0愈大Fec愈大2.包角α1→α1

愈大Fec愈大3.摩擦系數(shù)f′→f′愈大Fec愈大（2）V帶傳動的Fec

二、帶中的應(yīng)力分析

帶傳動工作時,作用于帶上有哪些應(yīng)力?它們的分布及大小有什么特點(diǎn)?最大應(yīng)力發(fā)生在什么部位?

1.拉應(yīng)力:σ1、σ2

→∵F1>F2→∴σ1＞σ2σb=2yE/dE－帶的彈性模量dy2.彎曲應(yīng)力:σb1,σb2

∵d1<d2→∴σb1＞σb2為限制彎曲應(yīng)力σb不過大→ddmin不能過小3.離心拉應(yīng)力:FC→

σC→發(fā)生在帶作圓周運(yùn)動部分,作用于帶的全長FC=qv2為限制離心拉應(yīng)力σC不過大→限制v→vmax≤25m/S為限制σb不過大→限制dmin∴5m/S≤vmax≤25m/S為限制離心拉應(yīng)力σC不過大→限制Vσb=2yE/dFC=qv2σC

=qv2/A帶傳動工作時最大應(yīng)力

σmax＝σ1+σb1+σc

三、帶傳動的打滑、彈性滑動和傳動比1.什么是彈性滑動,什么是打滑?2.為什么會發(fā)生彈性滑動或打滑?是否可以避免?3.v1、v2、v帶之間的關(guān)系如何?為什么?

原因當(dāng)F＞Fmax→打滑分析2.

打滑先發(fā)生在

3.

打滑→帶與帶輪間的相對滑動→劇烈的磨損→失效防止措施

小帶輪處

2.增大F0→Fmax增大1.減小F1.打滑是可以避免的

打滑

彈性滑動

*帶傳動在工作時存在有帶與帶輪間的彈性滑動

→v1＞v帶,v帶＞v2→v1＞v帶＞v2→

v1＞v2→實(shí)際傳動比＞理論傳動比(減速傳動)→帶傳動傳動比不穩(wěn)定1.帶是彈性體,受載→彈變,變形量與外力成正比小帶輪處：帶由A1繞上→由B1繞出，拉力由F1↘F2→帶一邊繞進(jìn)一邊后縮→帶滯后于帶輪→v1＞v帶o1o2A1A2B1B2C1C2F1F22.帶輪兩邊拉力不相等,F1＞F2大帶輪處：帶由A2繞上→由B2繞出，拉力由F2↗F1→帶一邊繞進(jìn)一邊伸長→帶超前于帶輪→v帶＞v2v1＞v帶＞v2→

v1＞v2原因1.彈性滑動避免2.彈性滑動發(fā)生在帶離開帶輪的那段接觸弧上不可o1o2A1A2B1B2C1C2F1F23.F↑→

彈性滑動↑→

彈性滑動范圍↑,

當(dāng)彈性滑動擴(kuò)展到整個接觸弧時,Ff＝Ffmax分析彈性滑動與打滑的比較

傳動比近似計(jì)算取=0.01-0.02滑動率∵

普通V帶應(yīng)用最廣，其截面呈楔角等于40゜的梯形，相對高度h/bp≈0.7，工作面是帶的兩側(cè)面，帶與輪槽底部應(yīng)有間隙?？紤]到V帶張緊后產(chǎn)生的橫向收縮變形，小帶輪槽角ψ=32゜、34゜、36゜、38゜。

簾布結(jié)構(gòu)

線繩結(jié)構(gòu)包布層頂膠層抗拉層底膠層§5-4普通V帶傳動的計(jì)算(一)V帶的標(biāo)準(zhǔn)普通V帶窄V帶

窄V帶是用合成纖維繩作抗拉體,與普通V帶相比,當(dāng)高度相同時,窄V帶的寬度約縮小1/3,而承載能力可提高1.5～2.5倍,適用于傳遞動力大而又要求傳動裝置緊湊的場合.節(jié)面——當(dāng)V帶受彎曲時，長度不變的中性層。節(jié)寬——節(jié)面的寬度bp。相對高度——V帶高度h與節(jié)寬bp之比。約為0.7帶輪基準(zhǔn)直徑——V帶輪上與所配V帶節(jié)寬bp

相對應(yīng)的帶輪直徑。帶的基準(zhǔn)長度——V帶在帶輪上張緊后，位于帶輪基準(zhǔn)直徑上的周線長度Ld

普通V帶的參數(shù)普通V帶的型號普通V帶分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號

普通V帶和窄V帶的標(biāo)記由帶型、基準(zhǔn)長度和標(biāo)記號組成，見如下示例：A－1400GB11544－89國標(biāo)代號基準(zhǔn)長度v帶型號窄Ｖ帶：SPZ、SPA、SPB、SPC(二)V帶傳動設(shè)計(jì)失效形式：(1)交變應(yīng)力下的疲勞破壞；(2)打滑設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：在不打滑條件下，帶具有一定疲勞強(qiáng)度和壽命在即將打滑的臨界狀態(tài)下，帶傳動的最大有效圓周力NkW既不打滑又有一定疲勞強(qiáng)度時單根帶所能傳遞的功率kW

單根V帶的基本額定功率P0是根據(jù)特定的實(shí)驗(yàn)和分析確定的。實(shí)驗(yàn)條件：

傳動比i=1、包角α＝180°

特定長度,平穩(wěn)的工作載荷。

當(dāng)實(shí)際工作條件與確定Po值的特定條件不同時，應(yīng)對查得的Po值進(jìn)行修正。修正后得實(shí)際工作條件下單根V帶所能傳遞的功率[Po]：P0—實(shí)驗(yàn)條件下單根普通V帶的基本額定功率(kW)△P0—i12=1時單根普通V帶額定功率增量(kW)Kα—包角系數(shù)KL—帶長修正系數(shù)普通V帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算普通V帶傳動的設(shè)計(jì)主要是：

選擇帶的型號，計(jì)算帶的根數(shù)以及合理的確定有關(guān)參數(shù)等設(shè)計(jì)V帶傳動的一般已知條件是：

傳動用途和工作條件；傳動的功率P；主動輪、從動輪的轉(zhuǎn)速n1和n2或傳動比i，對傳動位置和外部尺寸要求等V帶的設(shè)計(jì)步驟和方法設(shè)計(jì)的已知條件：傳動的工作情況，功率P，轉(zhuǎn)速n1、設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定V帶的型號、長度L和根數(shù)Z、傳動中心距a1.確定計(jì)算功率式中：

傳遞的名義功率（如電動機(jī)的額定功率，）；

工作情況系數(shù)n2（或傳動比i）以及空間尺寸要求及帶輪基準(zhǔn)直徑，畫出帶輪零件圖等。工作情況系數(shù)KA工作情況KA軟啟動硬啟動每天工作小時數(shù)/h＜1010～16＞16＜1010～16＞16載荷變動微小液體攪拌機(jī)\通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)(≤7.5KW),離心式水泵和壓縮機(jī)\輕負(fù)載荷輸送機(jī)1.01.11.21.11.21.3載荷變動小帶式輸送機(jī)(不均勻載荷)、通風(fēng)機(jī)（>7.5KW）、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(jī)（非離心式）、發(fā)電機(jī)、金屬切削機(jī)床、印刷機(jī)、旋轉(zhuǎn)篩、鋸木機(jī)和木工機(jī)械1.11.21.31.21.31.4載荷變動較大制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)、起重機(jī)、磨粉機(jī)、沖剪機(jī)床、橡膠機(jī)械、振動篩、紡織機(jī)械、重載輸送機(jī)1.21.31.41.41.51.6載荷變動大破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、鄂式等）、摩碎機(jī)（球磨、棒磨、管磨）等1.31.41.51.51.61.82.選擇V帶的型號

根據(jù)計(jì)算功率Pc和主動輪（通常是小帶輪）轉(zhuǎn)速n1

由右圖選擇V帶型號。3.帶輪直徑和帶速(1)確定帶輪直徑

帶輪愈小，彎曲應(yīng)力愈大。彎曲應(yīng)力是引起帶疲勞損壞的重要原因。V帶帶輪的最小直徑見下表。帶輪基準(zhǔn)直徑dd系列

普通V帶質(zhì)量較大,帶速較高,會因慣性離心力過大而降低帶與帶輪間的正壓力,從而降低摩擦力和傳動能力；帶速過低,則在傳遞相同功率的條件下所需有效拉力F較大,要求帶的根數(shù)較多，于是帶輪的寬度、軸徑及軸承的尺寸都要隨之增大。

若

>25m/s，則離心力過大，即應(yīng)減小dd1

若

<5m/s，則應(yīng)增大dd1（2）驗(yàn)算帶的速度

=5～25m/s內(nèi)選取，一般

≈20m/sm/s4.初定中心距a和基準(zhǔn)帶長Ld

按下式初步確定中心距a0初選a0后，可根據(jù)下式計(jì)算v帶的初選長度L0

當(dāng)中心距較小時,傳動較為緊湊,但帶長也減小,在單位時間內(nèi)帶繞過帶輪的次數(shù)增多,即帶內(nèi)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增加,會加速帶的疲勞；而中心距過大時,傳動的外廓尺寸大,且高速運(yùn)轉(zhuǎn)時易引起帶的顫動,影響正常工作。

根據(jù)初選長度L0，由表選取與相近的基準(zhǔn)長度Ld作為所選帶的長度，然后就可以計(jì)算出實(shí)際中心距a，即

考慮到安裝調(diào)整和帶松弛后張緊的需要，應(yīng)給中心距留出一定的調(diào)整余量。中心距的變動范圍為

5.驗(yàn)算小帶輪包角

小帶輪包角可按下式計(jì)算

在V帶傳動中,一般小帶輪上的包角α1不宜小于120°,個別情況下可小到90°,否則應(yīng)增大中心距或減小傳動比,也可以加張緊輪。6.確定V帶根數(shù)Z

帶的根數(shù)應(yīng)取整數(shù)。為使各帶受力均勻，根數(shù)不宜過多，一般應(yīng)滿足z<10。如計(jì)算結(jié)果超出范圍，應(yīng)改V帶型號或加大帶輪直徑后重新設(shè)計(jì)。7.單根V帶的初拉力F0

初拉力不足,易出現(xiàn)打滑；初拉力過大,V帶壽命縮短,壓軸力增大。

由于新帶易松弛，對不能調(diào)整中心距的普通V帶傳動，安裝新帶時的初拉力應(yīng)為計(jì)算值的1.5倍8.帶傳動作用在帶輪軸上的壓力FQ

為了設(shè)計(jì)支承帶輪的軸和軸承,需知帶作用在軸上的載荷Fy的大小。為了簡化計(jì)算,可近似的按兩倍帶初拉力F0進(jìn)行計(jì)算。9、帶輪設(shè)計(jì)

帶輪設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：確定結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)尺寸輪槽尺寸材料畫出帶輪工作圖。

1、V帶輪的設(shè)計(jì)要求質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)工藝性好、無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡；輪槽工作面要精細(xì)加工(表面粗糙度一般應(yīng)為3.2)，以減小帶的磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻。2、帶輪的材料帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150或HT200；轉(zhuǎn)速較高時宜采用鑄鋼(或用鋼板沖壓后焊接而成)；小功率時可用鑄鋁或塑料。

V帶輪的結(jié)構(gòu)3、V帶輪的結(jié)構(gòu)

帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。輪緣是帶輪的工作部分，制有梯形輪槽。輪轂是帶輪與軸的聯(lián)接部分，輪緣與輪轂則用輪輻（腹板）聯(lián)接成一整體。

V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式（1）實(shí)心帶輪（2）腹板帶輪（3）孔板帶輪（4）輪輻帶輪4.帶的安裝與維護(hù)

①安裝時不能硬撬（應(yīng)先縮小中心距或順勢盤上）②帶禁止與礦物油、酸、堿等介質(zhì)接觸，以免腐蝕帶，不能曝曬③不能新舊帶混用（多根帶時），以免載荷分布不勻④防護(hù)罩⑤定期張緊⑥安裝時兩輪槽應(yīng)對準(zhǔn)，處于同一平面

鏈傳動

鏈傳動是依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運(yùn)動和動力。與帶傳動相比:與齒輪傳動相比:

1.精度(加工,裝配)要求低2.可用于較大的中心距a1.無彈性滑動及打滑,η較高(η＝0.98),平均i準(zhǔn)確2.張緊力小,壓軸力FQ小3.結(jié)構(gòu)緊湊4.能在惡劣的條件下工作

§6-1概述輸送鏈傳動鏈起重鏈

滾子鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

傳動鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

滾子鏈有單排或多排結(jié)構(gòu),排數(shù)愈多,承載能力愈高,但制造、安裝誤差也愈大,各排鏈?zhǔn)茌d不均勻現(xiàn)象愈嚴(yán)重。一般鏈的排數(shù)不超過4排?！?-2鏈條與鏈輪鏈條接頭處的固定形式有：用開口銷固定，多用于大節(jié)距鏈彈簧卡片固定，多用于小節(jié)距鏈

滾子鏈已標(biāo)準(zhǔn)化，分為Ａ、Ｂ兩種系列，常用的是Ａ系列。列出幾種Ａ系列滾子鏈的主要參數(shù)。

鏈號排數(shù)×

鏈節(jié)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)編號如：12A—1×90GB/T1243—1997

其p=19.05鏈號與節(jié)距的關(guān)系：

鏈輪上被鏈條節(jié)距等分的圓稱為分度圓，其直徑用d表示。若已知節(jié)距p和齒數(shù)z時，鏈輪主要尺寸的計(jì)算式如下:鏈條速度及傳動比:平均傳動比:平均速度:

由于多邊形效應(yīng)，瞬時鏈速和瞬時傳動比都是變化的。§6-3鏈傳動的運(yùn)動分析及受力分析

→鏈速時快時慢→瞬時鏈速和傳動比作周期性變化→鏈傳動不均勻、動載荷→Z1↓p↑n1↑→變化↑

→i不宜過大,不宜高速傳動緊邊拉力適度張緊F2=Fc＋Fy

離心懸垂F1=F＋F2

=F＋Fc＋Fy

防振動、跳齒、脫鏈。鏈傳動的受力分析松邊拉力

分析:圓周拉力離心拉力

懸垂拉力

F=1000P/vNFc=qv2

NFy=KyqgaN

失效形式←中、高速條件下←潤滑不當(dāng)或速度過高→限制了鏈傳動的極限轉(zhuǎn)←開式,環(huán)境條件惡劣或潤滑不良→使鏈節(jié)變長,跳齒或脫鏈

→限制其靜力強(qiáng)度←正常潤滑條件下→限制鏈傳動承載能力的主要因素→主要發(fā)生在鏈條上4.鏈條鉸鏈磨損5.過載拉斷3.銷軸與套筒的膠合2.滾子套筒的沖擊疲勞破壞1.鏈板的疲勞破壞←低速重載或嚴(yán)重過載§6-4鏈傳動失效形式及功率曲線

滾子鏈傳動的設(shè)計(jì)步驟和方法：1、確定鏈輪齒數(shù)z1、z2和傳動比i2、確定計(jì)算功率Pca3、確定鏈的節(jié)距p4、確定中心距a和鏈節(jié)數(shù)Lp5、設(shè)計(jì)鏈輪6、計(jì)算壓軸力Q§6-5鏈傳動設(shè)計(jì)計(jì)算2.鏈節(jié)距p3.中心距a和鏈條長度Ｌp+△p→傳動尺寸↑易脫鏈、跳鏈Z↑→△d↑1.鏈輪齒數(shù)Ｚ1、Ｚ2

Ｚ1→→不平穩(wěn)(不均勻、動載荷)↑→Ｚmin＝9不宜過多Ｚ2→不宜過少→Zmax=120鏈傳動的主要參數(shù)

→最主要的參數(shù)p↑→┌承載力↑└

不平穩(wěn)(不均勻、動載荷)↑1)a↓

a↑→滿足承載力的前提下，盡量選小p值→垂度↑→不平穩(wěn)↑

a＝（30～50）p→┌包角↓→承載力↓└鏈長Ｌ↓→單位時間繞轉(zhuǎn)次數(shù)↑→易失效2)鏈長通常以鏈節(jié)數(shù)LP來表示，LP宜選整偶數(shù)。2.鏈節(jié)距p3.中心距a和鏈條長度Ｌ:（二）鏈傳動的布置要求：兩輪共面;

兩輪中心連線盡量水平(＜45°);

松邊在下。(一)鏈傳動的潤滑:

良好的潤滑→降低鏈條鉸鏈磨損，壽命↑。

鏈傳動的潤滑、張緊和布置

齒輪傳動§7-1概述§7-2齒輪傳動的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則§7-3齒輪的材料及其選擇原則§7-4齒輪傳動的計(jì)算載荷§7-5標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱傳動的強(qiáng)度計(jì)算§7-6齒輪傳動設(shè)計(jì)、參數(shù)許用應(yīng)力與精度選擇§7-7標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動的強(qiáng)度計(jì)算§7-8標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪傳動的強(qiáng)度計(jì)算§7-10齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§7-11齒輪傳動的潤滑§7-9變位齒輪傳動強(qiáng)度計(jì)算概述§7-1概述5.瞬時傳動比恒定；

一、齒輪傳動的應(yīng)用

2.效率高；1.傳遞的速度和功率范圍廣；缺點(diǎn)：1.制造、安裝精度要求高，成本高；

2.中心距a不宜過大。3.結(jié)構(gòu)緊湊；

4.工作可靠，壽命長；6.能傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動。優(yōu)點(diǎn)：

二、齒輪傳動的分類局部折斷提高輪齒抗折斷能力的措施：增大齒根圓角半徑，消除加工刀痕；增大軸及支承物的剛度；采用合適的熱處理方法；對齒根表層進(jìn)行強(qiáng)化處理。全齒折斷§7-2齒輪傳動的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、輪齒的失效形式1.輪齒折斷齒面點(diǎn)蝕主要措施：1）提高齒面硬度，增強(qiáng)輪齒抗點(diǎn)蝕的能力；

2）在嚙合的輪齒間加注潤滑油。2.齒面點(diǎn)蝕齒面磨損防止齒面磨損的主要措施：采用閉式傳動；提高齒面硬度；采用清潔的潤滑油。3.齒面磨損齒面膠合防止膠合的措施：加強(qiáng)潤滑，采用抗膠合能力強(qiáng)的潤滑油或在潤滑油中加入極壓添加劑；限制油溫。4.齒面膠合塑性變形摩擦力方向防止齒面塑性變形的主要措施：

提高齒面硬度；增大潤滑油粘度。5.齒面塑性變形二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對于閉式齒輪傳動：

1）軟齒面（≤350HBS）齒輪主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕，故可按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。

2）硬齒面（>350HBS）或鑄鐵齒輪，由于抗點(diǎn)蝕能力較高，輪齒折斷的可能性較大，故可按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。對于開式齒輪傳動：齒