机械设计基础(少学时)第4讲ppt课件.ppt

《机械设计基础(少学时)第4讲ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础(少学时)第4讲ppt课件.ppt（53页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、旧课回顾：,1、螺旋副的受力、效率与自锁,2、螺纹联接的基本类型及应用,3、螺栓联接的强度计算,3、键联接的设计与计算,本讲重点学习内容：,1、螺纹联接的结构设计,2、螺旋传动设计,第二章 联接,第一节 概述第二节 螺纹参数第三节 螺旋副的受力、效率与自锁第四节 螺纹联接与螺纹联接件第五节 螺纹联接的强度计算第六节 螺纹联接的结构设计第七节 螺旋传动简介第八节 键、花键和过盈联接,本讲小结,1.避免或减少附加载荷 2.防止松脱3.减少横向载荷 4.合理进行结构设计,三、键联接的设计与计算,一、螺纹联接的结构设计,二、螺旋传动设计,螺旋传动的分类、螺旋转副的常用材料及设计计算,主要介绍了键联接的

2、类型、特点及平键的设计。,首钢矿业公司培训中心,第六节 螺纹联接的结构设计,在螺栓联接中，除合理的选择标准件外，还应注意下述结构问题一、避免或减少附加载荷二、防止松脱三、减少横向载荷四、合理进行结构设计,返回本章,一、避免或减少附加载荷,由于设计、制造或安装上的疏忽，可能使螺栓受到附加弯曲应力，这对螺栓疲劳强度的影响很大，应设法避免。具体措施：1、采用凸台或沉头座等结构或采用球面垫片、斜垫片等2、在被联接件的悬臂处采用加强筋，提高其刚度。,返回,二、防止松脱,返回,工程中最常见的联接是用单线普通螺纹联接，它们都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时不会自动松脱，这是由于螺旋副间存在摩擦力的缘

3、故。但是在冲击、振动和变载的作用下，预紧力和摩擦力可能瞬间消失，多次重复后就可能使联接松脱。高温的螺栓联接，由于温度变形差异等原因，也可能发生松脱现象。因此设计时必须考虑防松。防松的根本问题，在于防止螺旋副的相对转动。 防松的方法很多，按工作原理可分为：1、摩擦防松2、机械防松3、永久防松和化学防松,摩擦防松,返回,机械防松,返回,永松防松和化学防松,返回,三、减少横向载荷,返回,受横向载荷的普通螺栓联接，被联接件间要获得足够的摩擦力以平衡外载荷。因此，当外载荷较大时，螺栓就要承受较大的预紧力，这样所需的螺栓直径很大，为了避免这个缺点。可在被联接件之间加上套筒、键、销或制作止口等减载装置，从而

4、大大减小螺纹联接所承受的横向载荷。,四、合理进行结构设计,返回,由于螺栓一般成组使用，所以在确定一组螺栓的平面位置和数目时，应使联接结构受力合理，力求各螺栓受力均匀，便于加工和装配。通常可从以下几个方面提高设计质量1、联接接合面的几何形状应尽量简单。如图2、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。如图3、螺栓排列应有合理的间距、边距。布置螺栓时，螺栓与螺栓、螺栓与机体侧壁间要留有足够的扳手空间。如图4、分布在同一圆周上的螺栓数目应便于分度。 如图,示图,返回,通常设计成对称的几何形状，螺栓要均匀布置，尽可能使螺栓组的形心与联接接合面的形心重合。,示图,返回,受剪螺栓不要在外力方向上成排布置八个以上，以

5、免载荷分布过于不均。,当联接承受弯矩或扭矩时，螺栓的位置应靠近结合面的边缘，以减小螺栓受力。,示图,返回,示图,返回,同一圆周上的螺栓数目应为3、4、6、8、12等，这样易于分度，利于划线、钻孔。,课间休息,第七节 螺旋传动简介,返回本章,一、螺旋传动简介,螺旋传动主要用来把回转运动变为直线运动，同时也可以承受载荷或传递动力。,1螺旋传动的分类,2螺旋副的材料,二、滑动螺旋传动的设计计算,1螺旋副的耐磨性计算,2螺纹牙的强度计算,3螺杆的强度计算,4螺杆的稳定性计算,1螺旋传动的分类,按使用要求不同，螺旋传动可分为,按摩擦性质不同，螺旋传动又可分为,返回本节,传力螺旋,要求用较小的力矩转动螺杆

6、或螺母，使其中之一产生轴向运动和较大的轴向力，用于起重或加压，传力螺旋要求自锁。 如千斤顶和压力机中的螺旋都是传力螺旋的实例。,返回,传导螺旋,要求具有很高的运动精度，常用于机床刀架或工作台的进给机构。,返回,调整螺旋,调整螺旋不经常转动，用于调整并固定零件或部件之间的相对位置。如：量具的测量螺旋,返回,滑动螺旋传动,滑动螺旋传动由螺杆和螺母组成，结构比较简单；螺杆和螺母的啮合连续进行，工作平稳、无噪声；而且啮合时接触面积大，承载能力较高。螺纹牙型通常采用矩形、梯形和锯齿形等。梯形螺纹加工比较容易，能够铣切和磨削，应用比较广泛。螺纹的旋向和线数可根据运动要求，考虑自锁和效率予以确定。这种传动的

7、主要缺点是螺旋副间摩擦力大，效率低。,返回,滚动螺旋传动,滚动螺旋传动是在螺杆和螺母之间的螺纹滚道内填充滚珠，当螺杆和螺母相对转动时，滚珠沿滚道滚动。为了使滚珠循环滚动，螺母上要设置回程通道。,滚动螺旋传动的特点是：效率高，一般在90以上；利用预紧消除螺杆与螺母之间的轴向间隙，可得到较高的传动精度和轴向刚度；静、动摩擦力相差甚微，起动时无颤动，传动平稳；工作寿命长。但由于滚珠与滚道理论上为点接触，传递载荷较小，抗冲击能力较差，且结构复杂，对材料要求较高，制造困难。这种螺旋传动主要用于对传动精度要求较高的场合，如精密机床的进给机构等。,返回,2螺旋副的材料,螺杆和螺母的材料除要求有足够的强度、耐

8、磨性外，还要求两者配合时摩擦因数小。一般螺杆可选用45、50钢等，重要螺杆(如高精度机床丝杠)可选用T12、40Cr、65Mn等，并进行热处理。常用的螺母材料有铸造锡青铜ZCuSn10Pb1或ZCuSn5Pb5Zn5；低速、重载时可选用强度较高的铸造铝铁青铜ZCuAl10Fe3；低速、轻载时可选用耐磨铸铁。,返回本节,1螺旋副的耐磨性计算,返回本节,螺旋传动的受力情况和强度问题类似于螺纹联接，但由于其在工作时处于运动状态，对精度又有较高的要求，故螺旋副的磨损是其主要失效形式。因此，通常先按耐磨性条件确定螺杆的直径和螺母的高度，并参照标准确定螺旋副的其余各主要参数，而后对可能发生的其他失效形式逐

9、项进行校核。,影响磨损的因素很多，目前还没有完善的计算方法，通常是根据限制螺纹接触面的平均压强p进行条件性计算。若按螺纹的旋合圈数将螺纹沿中径d2展开，则耐磨性校核公式,令,整理得耐磨性设计公式,公式说明,公式说明,耐磨性校核公式说明,式中，p为工作压强(MPa)；F为螺杆所受的轴向力(N)；d2是螺纹中径(mm)；h是螺纹工作高度(mm)，梯形和矩形螺纹h=0.5P，锯齿形螺纹h=0.75P；z是参加旋合的圈数，z=HP；H是螺母旋合段的高度(mm)；P是螺距(mm)；p是螺旋副的许用压强(MPa)，见表2-10。,返回,耐磨性设计公式说明,返回,式中，是螺母的高径比，其值的选取：整体螺母磨

10、损后间隙不能调整，为使受力比较均匀，螺纹旋合圈数不宜太多，一般取 =1.22.5；剖分式螺母可取 =2.53.5。但应注意螺母螺纹一般不应超出10圈。原因是螺纹各圈受力不均匀，第10圈以上的螺纹实际上起不到分担载荷的作用。 计算出中径d2后，应按标准选取相应的公称直径d。对有自锁要求的螺旋副，还需验算所选螺纹参数能否满足自锁条件。,2螺纹牙的强度计算,返回本节,由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，所以螺纹牙的剪切和弯曲破坏多发生在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处展开，即可视为一悬壁梁，每圈螺纹承受的平均压力F/z作用在中径D2的圆周上， 则螺纹牙的剪切和弯曲强度条件分别为,式中，是切应

11、力(MPa)；w是弯曲应力(MPa)；D是螺母螺纹大径(mm)；是螺纹牙根宽度(mm)，梯形螺纹=0.65 P，锯齿形螺纹=0.74P，矩形螺纹=0.5P；是许用切应力(MPa)，见表2-11；w是许用弯曲应力(MPa)，见表2-11,表2-11,返回,3螺杆的强度计算,返回本节,在轴向力F作用下，螺杆产生轴向压(或拉)应力；同时由于转矩T的作用使螺杆的横截面内产生扭切应力。根据第四强度理论，螺杆危险截面的当量应力及强度条件为,式中，是螺杆材料的许用应力(MPa)，见表2-11。,4螺杆的稳定性计算,返回本节,细长螺杆且受到较大轴向压力时，可能发生侧弯而丧失稳定性。螺杆受压时的稳定性条件为,式

12、中，Fcr是螺杆的稳定临界载荷(N),它与螺杆的材料、螺杆的长细比（即柔度）有关。,Fcr的取值情况,螺杆的长细比,式中，是长度系数，与两端支承形式有关：两端固定时 =0.5，一端固定、一端铰支时 =0.7，两端铰支时 =1，一端固定、一端自由时 =2；,l螺杆的最大工作长度（mm）；,i是螺杆危险截面惯性半径（mm），,截面面积,若螺杆危险截面的惯性矩,则,返回,Fcr的取值,100时，,100时，,对于b370MPa的普通碳素钢，如Q235等，取,对于b470MPa的优质碳素钢，如35，45钢等，取,40时，不必进行稳定校核,返回,式中，E是螺杆材料的弹性模量(MPa)，对于钢，取E=2.

13、06105MPa,第八节 键、花键和过盈联接,返回本章,键联接、花键联接和过盈联接是轴与轴上零件周向固定的主要方式，用来传递回转运动和转矩。,一、键联接,二、花键联接,三、过盈联接,1键联接的类型,2平键联接的设计,平键,半圆键,楔键,键是标准联接件，按形状分为：,平键,平键的两侧面是工作面，工作时靠键与键槽互相挤压及键的剪切传递转矩。平键上表面与轮毂槽底之间留有间隙，以便使轮毂在轴上顺利拆装。,平键联接定心性好，装拆方便，能承受冲击或变载荷，故应用极为广泛 。,返回本节,普通平键,普通平键应用最广，键与轴、轮毂构成静联接。按端部形状不同分为A型(圆头)、B型(方头)、C型(单圆头)三种。A型

14、键在轴上的键槽用端铣刀加工，B型键在轴上的键槽用盘状铣刀加工。与B型键相比，A型键在键槽中易于固定，但轴上键槽的应力集中较大。C型键常用于轴端处。,返回,导向平键,返回,导向平键用于动联接，以满足轮毂沿着轴线方向与轴作相对移动的需要。由于键较长，为防止轮毂移动时键体松动，需要用螺钉将键固定在轴上的键槽中。为了拆卸方便，在键上设置起键螺孔。,滑键,返回,滑键固定在轮毂上，与轮毂一起可沿轴上键槽移动，适用于轮毂沿轴向移动距离较长的场合。,半圆键,返回本节,半圆键也是以两侧面为工作面，用于静联接。半圆键能在轴上键槽中摆动，以适应轮毂键槽底面的倾斜，便于安装且有良好的对中作用。缺点是键槽较深，对轴的削

15、弱较大，故只适用于轻载联接，常用在锥形轴端与毂孔的联接中。,楔键,返回本节,楔键的上、下面是工作面，常用的有普通楔键和钩头楔键两种。键的上表面和轮毂键槽底面各具有1:100的斜度，装配时把楔键打入轴和轮毂键槽内，使联接在工作面上产生很大的压紧力FN，工作时主要靠楔紧的摩擦力FN传递转矩，并能承受单方向的轴向力。由于楔键打入时迫使轴和轮毂产生偏心，故多用于对中性要求不高、载荷平稳和转速较低的场合。,平键联接的设计,返回本节,平键联接的设计，通常是根据工作条件和使用要求先选定键的类型，然后根据轴的直径查标准，确定键的横截面尺寸，根据轮毂长度确定键的长度。在确定了结构和尺寸之后，还需校核联接的强度。

16、,(1)平键联接的结构设计,(2)平键联接的受力和失效形式,(3)平键联接的强度校核,(1)平键联接的结构,平键联接的结构应满足如下要求： 1)键要有适当的长度，既利于承受载荷，又便于轴毂安装。普通平键的长度一般应稍短于轮毂的长度，导向平键的长度应由轮毂的长度及其滑移距离而定，一般应适当大于轮毂的长度与其滑移距离之和。 2)各种键槽根部都应设置圆角，以减小轴的应力集中。 3)同一轴段上需设置两个键时，两个键槽应相隔180。对称布置。,返回,(2)平键联接的受力和失效形式,返回,在切向力Ft的作用下，键和键槽的两侧面受挤压，键的-截面受剪切。在满足联接的挤压或磨损强度条件下，一般不会出现键的剪切

17、破坏。因此，键联接的主要失效形式为：对于静联接，常为较弱零件(一般为轮毂)工作面的压溃；对于动联接，常为较弱零件工作面的磨损。,(3)平键联接的强度校核,返回,假设载荷沿键长均匀分布，由图可得平键联接的强度,静联接,动联接,式中，p是工作挤压应力(MPa)；p是工作压强(MPa)；T是轴传递的转矩(Nmm)；d是轴的直径(mm)；h是键与轮毂的接触高度，取 hh/2;h是键的高度(mm)；l是键的工作长度(mm)，A型键l=L-b、B型键l=L、C型键l=L-b/2，若同一轴段相隔180设置两个键联接时，l按一个键长的1.5倍计算；b是键宽(mm)；p是许用挤压应力(MPa)，见表2-12；p

18、是许用压强(MPa)，见表2-12。,表2-12,返回,二、花键联接,返回本节,花键联接是由与轴做成一体的花键和具有相应凹槽的毂孔组成。与平键联接相比，键齿对称布置，对中性、导向性、载荷分布的均匀性较好，而且齿数多，接触面积大，承载能力高，尤其广泛用于轴毂动联接。其缺点是制造比较复杂，成本高。,花键的齿形有矩形、渐开线和三角形。前两者应用较多，三角形花键齿细而薄，仅适用于轻载或薄壁零件的联接。,三、过盈联接,返回本节,过盈联接也是一种常用的轴毂联接形式。这种联接在轴与毂孔之间存在着较大的过盈量，装配后的轴与毂孔表面之间产生很大的径向压力。因此，工作时配合面上便产生摩擦力，并以此来传递转矩和轴向力。过盈联接结构简单，定心精度较高，而且过盈量增加，联接的牢固性也随之增加。过盈联接的装配通常采用压入法(适用于过盈量较小)或胀缩法(适用于过盈量较大)。为了装配方便，对轴与毂孔的倒角也有一定要求,课间休息,首钢矿业公司培训中心,当滑块沿螺纹等速上升时，可得水平推力,当滑块沿螺纹等速下滑时,可得平衡力,若螺纹升角小于当量摩擦角v,则螺旋具有自锁特性，螺纹的自锁条件可表示为v,效率为：,螺旋副的受力、效率与自锁,返回,螺纹联接的基本类型及应用,返回,螺栓联接的强度计算,返回,