《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 課件 第五章 螺紋聯(lián)接及螺旋機(jī)構(gòu)；第六章-帶傳動和鏈傳動

第五章螺紋聯(lián)接及螺旋機(jī)構(gòu)§5.1螺紋的形成、主要參數(shù)及常用類型§5.2螺旋副的受力分析、效率和自鎖§5.3螺紋聯(lián)接和螺紋聯(lián)接件§5.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算§5.5

設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題§5.6螺旋傳動5.1螺紋的形成、主要參數(shù)及常用類型螺紋聯(lián)接和螺旋機(jī)構(gòu)都是利用螺紋零件工作的。前者起緊固作用，要求保證聯(lián)接強(qiáng)度及緊密性；后者是傳動零件，要求保證傳動精度、效率和磨損壽命等。聯(lián)接不可拆聯(lián)接：焊接、鉚接、膠接等?？刹鹇?lián)接：螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接等5.1螺紋的形成、主要參數(shù)及常用類型一、螺紋的形成根據(jù)平面圖形的形狀，螺紋可分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等。外螺紋、內(nèi)螺紋5.1螺紋的形成、主要參數(shù)及常用類型按螺旋線的繞行方向，可分為左旋和右旋。按螺旋線的數(shù)目，可分為單線、雙線、三線或多線螺紋。單線螺紋通常用于聯(lián)接，也用于傳動；雙線、三線、四線螺紋多用于傳動。5.1螺紋的形成、主要參數(shù)及常用類型5.1螺紋的形成、主要參數(shù)及常用類型二、螺紋的主要參數(shù)⑴大徑d

——與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱體的直徑，亦稱公稱直徑，通常以公稱直徑表示螺紋大小,如：M25

；⑵小徑d1

——與外螺紋牙底相重合的假想圓柱體的直徑,即危險(xiǎn)剖面直徑,(計(jì)算直徑)；⑶中徑d2

——在軸向剖面內(nèi)，母線通過牙厚等于牙槽寬的假想圓柱體直徑,即幾何直徑；5.1螺紋的形成、主要參數(shù)及常用類型⑷螺距P——相鄰兩牙對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離；

⑸導(dǎo)程Ph

——同一條螺旋線上的相鄰兩牙對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離(單線：Ph=P，多線Ph=n·P)；⑹螺旋升角

——在中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線平面的夾角:

⑺牙型角——軸向截面內(nèi)，螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角；螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角稱為牙側(cè)角，對稱牙型的牙側(cè)角5.1螺紋的形成、主要參數(shù)及常用類型主要用于聯(lián)接5.1螺紋的形成、主要參數(shù)及常用類型主要用于傳動5.2螺旋副的受力分析、效率和自鎖一、矩形螺紋等速上升等速下降當(dāng)擰緊螺母時(shí)，螺母轉(zhuǎn)一周所需的輸入功為等速上升等速下降5.2螺旋副的受力分析、效率和自鎖此時(shí)舉起重物所做的有效功為旋轉(zhuǎn)螺母而舉起重物時(shí)，螺旋副的效率為令當(dāng)時(shí)，螺旋副的效率最高。一般取自鎖條件：5.2螺旋副的受力分析、效率和自鎖二、三角形螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)三角形螺紋的摩擦阻力大于矩形螺紋各力之間的關(guān)系及效率公式等都與矩形螺紋中的分析相似，只需將f和相應(yīng)的改為和即可。力的關(guān)系自鎖條件效率5.3螺紋聯(lián)接和螺紋聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接的基本類型1、螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接多采用基孔制過渡配合被聯(lián)接件必須打成通孔5.3螺紋聯(lián)接和螺紋聯(lián)接件2、雙頭螺柱聯(lián)接3、螺釘聯(lián)接4、緊定螺釘聯(lián)接5.3螺紋聯(lián)接和螺紋聯(lián)接件5.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算

螺栓聯(lián)接的計(jì)算，通常是先根據(jù)聯(lián)接的裝配情況、外載荷的大小和方向以及是否需要在外載荷作用下補(bǔ)充擰緊等來確定螺栓的受力，然后再按強(qiáng)度條件確定螺栓危險(xiǎn)截面的尺寸。螺栓的其他尺寸以及螺母、墊圈的尺寸均可隨之由標(biāo)準(zhǔn)選定。5.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算一、松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度條件為5.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓聯(lián)接1.受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接為防止相對滑動，要滿足如下條件：i—接合面數(shù)目（摩擦工作面）；QP—單個(gè)螺栓預(yù)緊力Ks—安全系數(shù)，一般取1.1～1.35.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算擰緊螺母時(shí)，危險(xiǎn)截面上既有拉應(yīng)力，又有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，根據(jù)第四強(qiáng)度理論，對于普通螺栓，其螺紋部分的強(qiáng)度條件：設(shè)計(jì)式為：校核式為：5.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算鉸制孔螺栓連接剪切強(qiáng)度失效形式：擠壓強(qiáng)度d0——桿抗剪面直徑m——抗剪面數(shù)目[τ]——許用剪應(yīng)力[σp

]-螺栓或孔壁較弱的材料螺栓剪斷接觸表面壓潰5.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算減荷裝置5.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算2.受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接

雖然，這種螺栓是在受預(yù)緊力Qp的基礎(chǔ)上，又受工作拉力Q。但是，螺栓的總拉力

氣缸螺栓連接圖預(yù)緊力－Qp單個(gè)螺栓工作拉力Q：5.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算預(yù)緊時(shí)受工作載荷后Q’p－殘余預(yù)緊力螺栓：被聯(lián)接件：螺栓的總拉力為LdμQp強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式：

設(shè)計(jì)公式：

5.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算5.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算可用載荷變形圖分析各力之間的關(guān)系。螺栓的剛度：

CL被聯(lián)接件的剛度：CT力變形力變形力變形變形協(xié)調(diào)條件：螺栓總拉力：5.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算3.預(yù)緊力與擰緊力矩為獲得一定的預(yù)緊力Q0，所需的擰緊力矩T由兩部分組成：一部分由克服螺紋中的摩擦阻力矩T1，另一部分用于克服螺母與支承面的摩擦阻力矩Tf，即T=T1+Tf。5.4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算預(yù)緊力QP的控制：測力矩板手——測出預(yù)緊力矩，如上圖定力矩板手——達(dá)到固定的擰緊力矩T時(shí)，彈簧受壓將自動打滑，如下圖測量預(yù)緊前后螺栓伸長量——精度較高5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題一、螺紋聯(lián)接的防松根本問題：防止螺紋副在受載時(shí)發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。對頂螺母防松彈簧墊圈防松自鎖螺母防松槽形螺母與開口銷防松止動墊圈防松串聯(lián)鋼絲防松5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題

（1）螺栓組的布置應(yīng)盡可能對稱，以使接合面受力比較均勻，一般都將接合面設(shè)計(jì)成對稱的簡單幾何形狀，并應(yīng)使螺栓組的對稱中心與接合面的形心重合，如圖所示.1.螺紋連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題（2）螺栓布置要有合理的距離。在布置螺栓時(shí)，螺栓中心線與機(jī)體壁之間、螺栓相互之間的距離，要根據(jù)扳手活動所需的空間大小來決定.如下圖扳手空間

（3）分布在同一圓周上的螺栓數(shù)，應(yīng)取為4、6、8等易于等分的數(shù)目，以便于加工。5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題2.避免附加彎曲應(yīng)力5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題3.采用均載螺母第一圈：Δp最大，受力最大第8~10圈后幾乎不受力各圈受載不均P:螺距5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題∴采用加高螺母不能提高聯(lián)接強(qiáng)度。

常用方法（變形一致）

——

減小螺栓螺母螺距變化差5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題4.降低螺栓剛度，增加被聯(lián)接件剛度措施：

1）↑螺栓長度↓光桿直徑

采用細(xì)長/空心螺栓2）增加被聯(lián)接件剛度Q5.5設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意的問題減小螺栓剛度、增大被連接件剛度，同時(shí)增加預(yù)緊力5.6螺旋傳動1.傳力螺旋以傳遞動力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的進(jìn)給推力，此進(jìn)給推力可以用來做起重或加壓等工作，如千斤頂、壓力機(jī)等。2.傳導(dǎo)螺旋以傳遞運(yùn)動為主，有時(shí)也承受較大軸向載荷。要求具有較高的傳動精度。常用作機(jī)床刀架或工作臺的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。3.調(diào)整螺旋用以調(diào)整、固定零件或部件之間的相對位置。螺旋傳動按其螺旋副的摩擦性質(zhì)不同，可分為滑動螺旋、滾動螺旋和靜壓螺旋。第六章帶傳動和鏈傳動§6.1帶傳動簡介§6.2帶傳動工作情況分析§6.3普通V帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算§6.4普通V帶輪的結(jié)構(gòu)及帶傳動的張緊和維護(hù)§6.5

其他帶傳動簡介§6.6

鏈傳動簡介§6.7套筒滾子鏈及鏈輪§6.8鏈傳動的運(yùn)動特性§6.9鏈傳動的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算§6.10鏈傳動的布置及潤滑6.1帶傳動簡介帶傳動一般是由主動輪、從動輪和緊套在兩輪上的傳動帶組成。帶的傳動過程：原動機(jī)轉(zhuǎn)動主動輪轉(zhuǎn)動驅(qū)動主動輪從動輪轉(zhuǎn)動帶與輪的摩擦工作原理：利用中間撓性件(帶)，靠摩擦力在主、從動軸間傳遞運(yùn)動和動力。6.1帶傳動簡介一、帶傳動的類型、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)按傳動的布置情況分：開口傳動兩軸平行轉(zhuǎn)向相同交叉?zhèn)鲃觾奢S平行轉(zhuǎn)向相反半交叉?zhèn)鲃觾奢S空間交錯900只能單向傳動6.1帶傳動簡介按帶的剖面形狀分：平帶傳動V帶傳動圓帶傳動多楔帶傳動

同步帶傳動

6.1帶傳動簡介帶的結(jié)構(gòu)①平型帶

(接觸面：內(nèi)環(huán)表面）橡膠布帶、棉織帶縫合棉布帶、毛織帶

V型帶(接觸面：兩側(cè)面)簾布芯結(jié)構(gòu)繩芯結(jié)構(gòu)包布層伸張層強(qiáng)力層壓縮層V帶承重能力高于平帶6.1帶傳動簡介二、普通V帶傳動的幾何尺寸包角基準(zhǔn)長度中心距包角α相同條件下，包角越大，帶可傳遞的功率就越大。中心距a基準(zhǔn)長度Ld（中性層周長）帶輪的基準(zhǔn)直徑D1,D26.2帶傳動工作情況分析一、帶傳動的受力分析不工作時(shí)，初拉力都等于F0工作時(shí)：主動輪－F0→F1－緊邊從動輪－F0→F2－松邊主動輪分離體：有效圓周力：功率：6.2帶傳動工作情況分析有效圓周力Fe與任一帶輪接觸面上摩擦力的總和∑Ff相等。當(dāng)有效圓周力大于∑Ffmax時(shí)，會發(fā)生打滑。即將打滑時(shí)：最大有效圓周力Fec為：傳動失效6.2帶傳動工作情況分析Fec與以下參數(shù)有關(guān)：初拉力F0：增大F0可增加帶的承載能力，但F0過大會使帶的壽命縮短。因，所以打滑總是先發(fā)生在小帶輪上。包角α：α≥120°。摩擦系數(shù)f：與帶輪的材料有關(guān)。因fv＞f,在同等條件下，V帶的承載能力高于平型帶。6.2帶傳動工作情況分析二、帶的應(yīng)力分析（1）拉應(yīng)力松邊拉應(yīng)力：（3）彎曲應(yīng)力：（2）離心應(yīng)力：緊邊拉應(yīng)力：最大應(yīng)力發(fā)生在帶的緊邊開始繞上小帶輪處，其值為交變應(yīng)力，疲勞失效6.2帶傳動工作情況分析三、帶傳動的彈性滑動與打滑彈性滑動－固有特性相對滑動率：或?qū)嶋H傳動比不考慮打滑6.3普通V帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算主要失效形式打滑1、失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則傳動過載維護(hù)不良

帶的疲勞破壞帶迅速磨損劇烈發(fā)熱帶的壽命縮短

設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：在保證不打滑的前提下，使帶有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。滿足歐拉公式控制循環(huán)次數(shù)滿足2、單根V帶所能傳遞的最大功率帶每運(yùn)行一轉(zhuǎn)，應(yīng)力變化四次6.3普通V帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算二、普通V帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算已知：傳動的用途，工作條件，傳遞功率P，轉(zhuǎn)速n1和n2求解：帶的型號、長度和根數(shù)，中心距a，帶輪的直徑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟

①確定計(jì)算功率Pca

②確定帶的型號根據(jù)Pca和n1查圖6—9KA—工況系數(shù)查表6—5

6.3普通V帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算③確定帶輪的基準(zhǔn)直徑D1和D2初選帶輪直徑D1:D1≥Dmin計(jì)算從動輪的基準(zhǔn)直徑D2驗(yàn)算帶速：

D2=iD1

按表6-6圓整(參考表6-6)普通v帶，vmax=25~30m/s，一般取v=10~20m/s。6.3普通V帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算④確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長Ld中心距的變動范圍初選：0.7(D1+D2)＜a0＜2(D1+D2)a0→按式(6-3)求得V帶的基準(zhǔn)長度Ld′Ld′→根據(jù)表6-4選取與之相近的標(biāo)準(zhǔn)V帶的基準(zhǔn)長度Ld由式(6-4)計(jì)算實(shí)際中心距a6.3普通V帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算⑥確定帶的根數(shù)z

Kα——包角系數(shù)；KL——長度系數(shù)；ΔP0——傳動功率增量。z要圓整

⑤驗(yàn)算小帶輪包角開口傳動z≥10，應(yīng)改選帶的型號重算

6.3普通V帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算⑦確定帶的初拉力F0

⑧計(jì)算作用在軸上的力Q例：設(shè)計(jì)某液體攪拌機(jī)的普通V帶傳動。選用普通電動機(jī)，其額定功率P=2.2kW，轉(zhuǎn)速n1=1430r/min，從動軸轉(zhuǎn)速n2=340r/min，三班制工作，空載起動。6.4普通V帶帶輪的結(jié)構(gòu)及帶傳動的張緊和維護(hù)一、V帶帶輪設(shè)計(jì)的要求質(zhì)量輕，易制造，質(zhì)量分布均勻。v>5m/s時(shí)要進(jìn)行靜平衡；v>25m/s時(shí)需進(jìn)行動平衡。足夠的輕度和剛度，鑄造內(nèi)應(yīng)力要小。帶輪上各輪槽的尺寸和槽角應(yīng)保持一定的精度，以免載荷分布不均。輪槽工作面應(yīng)保持一定的表面粗糙度，以減少帶的磨損。6.4普通V帶帶輪的結(jié)構(gòu)及帶傳動的張緊和維護(hù)二、帶輪的材料常用HT150、HT200等鑄鐵制造。當(dāng)速度超過25m/s時(shí)，可采用鑄鋼或鋼板沖壓后焊接。三、帶輪結(jié)構(gòu)

D≤2.5d時(shí)用實(shí)心式D≤300㎜用腹板式Dl-d1≥100㎜用孔板式D＞300㎜用輪輻式6.4普通V帶帶輪的結(jié)構(gòu)及帶傳動的張緊和維護(hù)四、帶傳動的張緊與維護(hù)

定期張緊裝置

自動張緊裝置張緊輪裝置6.5其他帶傳動簡介一、高速帶傳動高速帶傳動系指帶速大于30m/s、高速軸轉(zhuǎn)速為10000~50000r/min的傳動。這種傳動主要用于增速以驅(qū)動高速機(jī)床、粉碎機(jī)、離心機(jī)及某些其他機(jī)器。高速帶傳動的增速比為2~4，有時(shí)可達(dá)8。6.5其他帶傳動簡介二、同步帶傳動同步帶傳動屬于嚙合傳動，它綜合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點(diǎn)。同步帶傳動的特點(diǎn)：1）傳動比恒定；2）初拉力小，軸與軸承上所受的載荷小，傳動效率可達(dá)0.98；3）帶薄而輕，強(qiáng)力層強(qiáng)度高，帶速可達(dá)50m/s，傳動功率可達(dá)300kw，傳動比可達(dá)10；4）帶的柔性好，結(jié)構(gòu)緊湊；5）安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，且價(jià)格較高。6.6鏈傳動簡介鏈條作為中間撓性件，靠鏈條與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運(yùn)動和動力。適用于中心距較大而且要求平均傳動比準(zhǔn)確或工作條件惡劣的場合。按工作性質(zhì)的不同可以分為傳動鏈、起重鏈、牽引鏈三種。6.6鏈傳動簡介按鏈條的結(jié)構(gòu)不同，傳動鏈主要有傳動用短節(jié)距精密滾子鏈和齒形鏈等類型。與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造安裝精度要求低；與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑，平均傳動比為常數(shù)，但工作時(shí)瞬時(shí)鏈速和瞬時(shí)傳動比不是常數(shù)，傳動平穩(wěn)性較差。6.7套筒滾子鏈及鏈輪一、鏈條節(jié)距p節(jié)距越大，各組成元件的尺寸越大，鏈所能傳遞的功率也越大。內(nèi)鏈節(jié)外鏈節(jié)6.7套筒滾子鏈及鏈輪滾子鏈有單排和多排之分。多排鏈的承載能力與排數(shù)承正比。但由于制造和裝配精度等影響，各排鏈?zhǔn)芰Σ灰拙鶆?，故排?shù)不宜過多。通常不超過三排，常用雙排鏈。pt6.7套筒滾子鏈及鏈輪滾子鏈已標(biāo)準(zhǔn)化，表6-9。鏈條長度以鏈節(jié)數(shù)Lp來表示，鏈節(jié)數(shù)最好取偶數(shù)。滾子鏈接頭形式：標(biāo)記：鏈號－排數(shù)×整鏈鏈節(jié)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)編號如：08A-1×88GB/T1243-19976.7套筒滾子鏈及鏈輪二、鏈輪滾子鏈與鏈輪的嚙合屬于非共軛嚙合。鏈輪的基本參數(shù)是配用鏈條的節(jié)距p，套筒的最大外徑d1，排距Pt和齒數(shù)z。鏈輪被鏈節(jié)距等分的圓稱為分度圓，直徑用d表示。6.7套筒滾子鏈及鏈輪小直徑鏈輪可制成實(shí)芯式；中等直徑鏈輪可制成孔板式；直徑較大的可設(shè)計(jì)成組合式；6.8鏈傳動的運(yùn)動特性一、鏈傳動的運(yùn)動不均勻性當(dāng)鏈條繞在鏈輪上時(shí)，其鏈節(jié)與相應(yīng)的輪齒嚙合后，這段鏈條將曲折成正多邊形的一部分。該正多邊形的邊長即為鏈條的節(jié)距p，邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù)z。鏈輪每轉(zhuǎn)一圈，鏈條轉(zhuǎn)過的長度為zp。6.8鏈傳動的運(yùn)動特性鏈條的平均速度：傳動比：即使是常數(shù)，鏈條前進(jìn)速度，從動輪角速度、以及瞬時(shí)傳動比也都做周期性變化。鏈傳動運(yùn)動的不均勻性特征，是由于圍繞在鏈輪上的鏈條形成了正多邊形這一特點(diǎn)造成的，故