专升本机械设计复习课件

2010年专升本机械设计复习2010年专升本机械设计题型一、是非题（共10分，每小题2分）二、选择填空题（共20分，每小题2分）三、填空题（共10分，每空1分）四、简答题（共10分，每小题5分）五、分析计算题（共40分）六、改错题（共10分）第一讲螺纹连接与键连接

考试大纲：螺纹连接螺纹类型、螺纹联接的防松、螺纹联接的强度计算、螺栓组联接的设计（普通螺栓组受转矩）键连接键连接的类型、工作原理、特点及应用场合，工作面，主要失效形式，设计准则按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹螺纹副外螺纹内螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹螺旋传动按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹管螺纹螺纹联接的类型及螺纹紧固件一、

螺纹联接的基本类型螺栓联接基本类型eaal1l1可承受横向载荷。螺纹余留长度l1铰制孔螺栓孔与螺杆之间留有间隙静载荷l1>=(0.3~0.5)d;变载荷l1>=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷l1≥d;铰制孔用螺栓l1≈0;螺纹伸出长度a=(0.2~0.3)d;螺栓轴线到边缘的距离e=d+(3~6)mm用于经常拆装易磨损之处。dd一、

螺纹联接的基本类型螺栓联接基本类型螺钉联接双头螺柱联接紧定螺钉联接紧定螺钉螺纹联接的类型及螺纹紧固件二、螺纹紧固件螺栓螺纹紧固件螺栓的结构形式LL0d六角头LdL0小六角头dL0L1LL1-----座端长度L0-----螺母端长度二、螺纹紧固件螺纹紧固件双头螺柱螺栓二、螺纹紧固件螺纹紧固件地脚螺栓起吊螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹联接T型螺栓六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圆螺母二、螺纹紧固件螺纹紧固件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有六十余种不同结构的螺母螺母螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹联接螺纹联接的预紧和防松预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧力的确定原则：拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。概述一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。碳素钢螺栓：Qp≤(0.6~0.7)σsA1合金钢螺栓：Qp≤(0.5~0.6)σsA1A1---危险截面积，A1≈πd21/4测力矩扳手预紧力控制方法:联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。F定力矩扳手通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。LS1)凭手感经验；2)测力矩扳手；3)定力矩扳手；4)测定伸长量。LMLS联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。防松的方法：1.利用附加摩擦力防松尼龙圈锁紧螺母弹簧垫圈对顶螺母二、螺纹联接的防松防松----防止螺旋副相对转动。螺纹联接的强度计算螺栓联接的主要失效形式：滑扣

因经常拆装受拉螺栓塑性变形螺纹部分疲劳断裂受剪螺栓剪断压溃螺杆和孔壁的贴合面经常拆卸断裂--轴向变载荷螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。一、松螺栓联接强度计算强度条件：式中:d1----螺纹小径mm，[σ]—许用应力二、紧螺栓联接强度计算FaFa力除以面积设计公式：装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。1.仅承受预紧力的紧螺栓强度2.受轴向载荷的紧螺栓联接3.承受工作剪力的紧螺栓联接装配时不须要拧紧螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T1的双重作用。拉应力：1.仅承受预紧力的紧螺栓强度扭转切应力：对于M10~M64的普通钢制螺纹，可取：

tgρ’≈f’=0.17，d2/d1=1.04-1.08,tgρ’≈0.5得：

τ≈0.5σ分母为抗剪截面系数计算应力：由此可见，对于M10—M64普通螺纹的钢制紧螺栓联接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。强度条件：当承受横向工作载荷时，预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。C---可靠性系数，常取C=1.1~1.3预紧力F0

：f---摩擦系数，对钢与铸铁，取:

f=0.1~0.15m---结合面数上图m=1,下图m=2若取f=0.15，C=1.2,m=1,则：F0

≥8F→结构尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0FF/2F/22.受轴向工作载荷的螺栓强度改进措施：a.采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用b.采用无间隙的铰制孔螺栓。设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：p·πD2/4FE

=ZpFEFED受载变形特别注意，轴向载荷：Fa≠F0+FE加预紧力后→螺栓受拉伸长

b0→被联接件受压缩短

c0加载FE后:螺栓总伸长量增加为:总拉力为：被联接件压缩量减少为：

残余预紧力减少为：FR

很显然:FR<F0被联接件放松了∆

+

b0

c0-∆松弛状态预紧状态

b0F0F0c0FFF0F0FFFEFEFaFaFa=FE+FR∆FRFR∆

b0∆联接件变形力螺栓变形力∆Fb∆Fc螺栓变形力FaFRFEF0F0

c0F0

b0

C0arctgKbarctgKc力螺栓变形arctgKb----相对刚度系数FE=∆Fb+∆Fc=(Kb+Kc)∆δKb+KcKbFa=F0+FEKb+KcKbFR=F0

–FE1-FR=F0-∆Fc=F0

-Kc∆δFa=F0

+∆Fb=F0

+Kb∆δKb+KcFE∆=FEFa∆FbF0∆代入得：表1螺栓的相对刚度系数垫片类型金属垫片或无垫片皮革铜皮石棉橡胶0.2~0.30.70.80.9Kb+KcKb∆FcFR例题分析1、(√)用于联接的螺纹牙型多为三角形，这是因为三角形螺纹副的自锁性好。2、当两被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需经常拆卸时，通常采用C联接。螺栓；B.螺钉；C.双头螺柱；D.紧定螺钉。

3、同一公称直径，且螺纹线数也相同的细牙普通螺纹与粗牙普通螺纹比较，前者自锁性能较好。4、螺纹防松就是防止螺旋副产生相对运动。（T）5、螺纹联接是指：利用螺纹零件把需要固定在一起的零件固连起来

6、采用螺纹联接时，若被联接件总厚度较大，且材料较软，在需要经常装卸的情况下，宜采用______B双头螺栓联接

___。用于薄壁零件联接的螺纹，宜采用_____________D三角形细牙螺纹

__________。(A)螺栓联接(B)双头螺栓联接(C)螺钉联接(D)三角形细牙螺纹(E)三角形粗牙螺纹(F)矩形螺纹螺栓组联接的设计螺栓组连接的结构设计的主要目的，在于合理地确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和连接接合面受力均匀，便于加工和装配。具体要求见教材P73，注意普通螺栓组受转矩键联接作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或移动。一、键联接的类型类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。1.平键联接工作面特点：定心好、装拆方便。种类普通平键导向平键间隙轴普通平键结构单圆头(C型)圆头(A型)平头(B型)用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。用盘铣刀加工，轴的应力集中小。用于轴端普通平键应用最广。A型B型C型盘铣刀薄型平键的高度为普通平键的60~70%，也分圆头、平头、单圆头三种。传递扭矩能力低，常用于薄壁结构、空心轴等径向尺寸受限制的场合。起键螺孔导向平键固定螺钉零件可以在轴上移动，构成动联接。滑移距离较大时，平键过长，制造困难，故可采用滑键。结构特点：长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆，制有起键螺孔。起键螺孔固定螺钉双勾头滑键结构特点：两端有勾头，键固定在轮毂上，键短，槽长。单圆勾头滑键结构特点：单圆勾头，嵌入轮毂中。表10-9普通平键和键槽尺寸（GB1095-79、GB1096-79）A型B型C型bhR=b/2C×45˚或r1LLLbhbtd-tbt1d+t1标记实例：圆头普通平键(A型):

键16×100GB1096-79

方头普通平键(B型):

键B16×100GB1096-79单圆头普通平键(C型):

键C16×100GB1096-79d2.半圆键联接优点：定心好，装配方便。因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。缺点：对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。特别适用于锥形轴端的联接。工作面3.楔键联接和切向键联接结构特点：键的上表面有1:100的斜度，轮毂槽的底面也有1:100的斜度。缺点：定心精度不高。应用：只能应用于定心精度不高，载荷平稳和低速的联接。安装时用力打入工作面d类型：普通楔键、钩头楔键。钩头是用来拆卸用的拆卸空间斜度1：100在重型机械中常采用切向键----一对楔键组成。装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120~130˚。窄面工作面d二、平键联接的强度校核键的材料：σB≥370Mpa的碳素钢，常用45钢。键的截面尺寸b、h查表选取，长度L参照轮毂长度从标准中选取。键的主要失效形式：压溃、磨损(动联接)、剪断。Lbh/21)平键联接的强度σp=SFt(d/2)(h/2)lT=≤[σp

]MPa

dhl4T=l=L-bl=L一般不会出现d挤压应力：bA型bB型l≤[p

]dhl4Tp=对于导向平键联接，计算依据是磨损，应限制压强：钢125~150100~12060~90表10-10