哈工大机械设计课程授课老师赵小力讲课文档VIP

哈工大机械设计课程授课老师赵小力第一页，共五十七页。一般机械设备原动机：机械设备完成其工作任务的动力来源；例如各类电动机、柴油机、气缸、液压缸等控制装置：根据机械系统的不同工况对原动机、传动装置和工作机实施控制的装置；例如电控、机械控制等工作机：完成生产任务的执行装置；例如输送带等传动装置：将原动机的运动和动力传递给工作机例如带传动、齿轮传动、螺旋传动、蜗杆传动等前言传动类零部件第二页，共五十七页。前言传动装置的作用：减速或增速将工作机的输出速度减小或增加至工作机所需的速度，如减速箱；调速对工作机所需的不同转速范围对原动机输出速度进行调整，如变速箱；改变运动形式将原动机输出的运动形式（如回转）变为工作机所需的运动形式，如螺旋传动；增大转矩将原动机输出转矩提高至工作机所需的工作转矩以满足动力需求；传递和分配动力和运动将原动机输出的动力和运动输出至多个工作以满足其不同需求，如机床；第三页，共五十七页。螺旋传动的类型和应用定义：由螺杆和螺母组成螺纹副传递动力和运动的机构。主要功能：旋转运动和直线运动的相互转换作为调整元件，以调整零件的相互位置；作为测量元件，以获得很高的测量精度。螺旋传动常用于机床、起重机械、锻压设备、测量仪器、多维平移台及其他机械设备中第四页，共五十七页。螺旋传动的类型和应用第五页，共五十七页。螺旋传动的类型和应用第六页，共五十七页。螺旋传动的类型和应用第七页，共五十七页。螺旋传动的类型和应用第八页，共五十七页。螺旋传动的类型和应用第九页，共五十七页。螺旋传动的类型和应用调整或固定零件位置，一般不在工作载荷下做旋转运动；如机床进给的微调螺旋举起重物或克服大的轴向载荷，一般为间歇性工作，每次工作时间较短，速度较低，但轴向力较大，通常需要自锁，效率较低；如千斤顶，低速/低效/自锁传递运动和动力，一般要在较长时间内连续工作，速度较高，需要较高的效率和精度；如机床丝杠，高速/高效/高精螺旋传动按其用途可分为：调整螺旋：起重螺旋：传导螺旋：第十页，共五十七页。螺旋传动的类型和应用按螺纹副摩擦性质可分为:滑动螺旋、滚动螺旋、静压螺旋。滑动螺旋：滑动摩擦，应用最广特点：摩擦阻力大，易于自锁，结构简单，加工方便。应用场合：机床进给、分度机构、摩擦压力机和千斤顶等。第十一页，共五十七页。螺旋传动的类型和应用滚动螺旋：滚动摩擦，工业应用，一般或较高的精度要求特点：摩擦阻力小，低速不爬行，抗冲击性能较差，结构复杂，制造困难。应用场合：机床、测试机械、仪器的传动和调整机构、转向机构等。第十二页，共五十七页。螺旋传动的类型和应用静压螺旋：液体摩擦，适用于高精度、高速场合。特点：摩擦阻力小，工作平稳无爬行，寿命长，螺母结构复杂且需要精密供油系统。应用场合：精密机床进给、分度机构等。第十三页，共五十七页。螺旋传动的类型和应用常用于滑动螺旋的螺纹牙型：矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹牙型角α=2β=0°，牙型角为0，效率高，主要用于传动，同心度差，牙根强度弱；牙型角α=2β=30°，效率较高，牙根强度高，易于制造，易于对中，在螺旋传动中应用最普遍；β1=3°，β2=30°，工作边牙型斜角小，传动效率低，非工作边牙型斜角大，齿根强度大，易于对中，单向传动；第十四页，共五十七页。滑动螺旋的材料及许用应力螺杆材料的要求：足够的强度：常用：45、50钢；重要传动：高耐磨性，热处理，T12、65Mn、40Cr、40CrMn、20CrMnTi等合金钢；精密传动：较好的尺寸稳定性；可选用9Mn2V、CrWMn等钢。第十五页，共五十七页。滑动螺旋的材料及许用应力螺母材料的要求足够的强度；摩擦副之间的摩擦系数小；耐磨性好；螺母材料常用：铸造青铜ZCuSn10Pb1、ZCuSn5Pb5Zn5；重载低速：高强度铸造青铜ZCuAl10Fe3或铸造黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3；低速轻载：耐磨铸铁。第十六页，共五十七页。滑动螺旋的材料及许用应力滑动螺旋副材料的许用压强为什么校核或计算压强？第十七页，共五十七页。滑动螺旋的材料及许用应力滑动螺旋副材料的许用应力第十八页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算受力分析：FT螺纹牙螺杆第十九页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算失效形式和设计计算：螺杆轴向载荷转矩失稳螺杆断裂稳定性强度螺纹牙挤压弯曲剪切摩擦力螺纹磨损耐磨性牙根剪断/弯断强度螺旋副要求自锁性自锁条件第二十页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算螺纹磨损螺杆断裂螺纹牙根剪断和弯断受压螺杆很长时还可能失稳螺旋副的自锁要求精密传动的螺距变化量根据抗磨损条件或螺杆断面强度条件计算螺杆尺寸校核计算设计准则：第二十一页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算耐磨性计算

螺纹的磨损：多发生在螺母上；影响因素：螺纹副工作表面的压强、滑动速度、工作表面的粗糙度及润滑状况，其中最主要的是压强。故耐磨性计算主要是限制螺纹工作表面的压强，以免过度磨损。第二十二页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算耐磨性计算

假想螺纹牙可以展成一长条，设螺旋的轴向载荷为F，螺母旋合高度为H、螺距为p，螺纹旋合圈数为Z=H/p、螺纹工作高度为h、承压面积为A，螺纹工作面上的压强为ps，则螺纹的耐磨性条件为：第二十三页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算对于矩形和梯形螺纹，h=0.5p,则对于锯齿形螺纹，h=0.75p,则mmmm若按耐磨性条件设计螺纹中径d2时，mm耐磨性计算

第二十四页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算系数

的值，可根据螺母结构选定整体式螺母，磨损后间隙不能调整，取

=1.2~2.5;

剖分式螺母:

=2.5~3.5;

传动精度较高时,允许

=4根据轴向载荷F和选取[p]、

就可得d2，而后查表知d和p，最后得到H，校核后确定螺纹参数。由于旋合各圈受力不均，故旋合圈数z≤10.耐磨性计算

第二十五页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算螺杆断面的载荷：FT1轴向力摩擦力矩螺杆强度计算

第二十六页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算螺杆强度计算

第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件：起重螺旋因承受轴向力较大，速度较低，故需根据螺杆强度计算螺杆螺纹小径，根据公式3-29可知：锯齿和矩形螺纹：梯形螺纹：第二十七页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算螺纹牙强度计算

螺母材料强度要低于螺杆，导致螺母螺纹牙易发生剪切和弯曲；计算时将螺母螺纹牙展开后看成悬臂梁牙根部剪切强度计算牙根部弯曲强度校核第二十八页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算螺纹牙强度计算

如果螺母和螺杆材料相同，应校核螺杆螺纹牙强度。牙根部剪切强度计算牙根部弯曲强度校核第二十九页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算螺纹副自锁条件校核自锁条件：式中:′－当量摩擦角

f′－当量摩擦系数f－摩擦系数第三十页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算螺杆的稳定性计算细长螺杆在轴向压力大于某一临界值时会发生横向弯曲而出现失稳现象。第三十一页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算螺杆的稳定性计算受压螺杆的稳定性条件式为:Fc--螺杆稳定的临界载荷Fc与螺杆材料及长径比(柔度)λ

有关:式中:l--螺杆的最大工作长度

--螺杆长度系数

i--螺杆危险截面的惯性半径第三十二页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算螺杆的稳定性计算淬火钢螺杆:当

<85时不淬火螺杆:当

>90时当

<90时式中:I--螺杆危险截面的轴惯性矩E--螺杆材料的弹性模量对于

<40的螺杆不用校核!当≥85时第三十三页，共五十七页。滑动螺旋传动的设计和计算螺杆的稳定性计算第三十四页，共五十七页。5.8.4滚动螺旋传动简介用滚动体将滑动摩擦改变为滚动摩擦，提高了传动效率，钢球或陶瓷球，圆柱、圆锥滚子。滚动螺旋传动又被称为滚珠丝杠副。第三十五页，共五十七页。滚动螺旋传动简介按球的循环方式，滚珠丝杆副分为内循环和外循环外循环：工艺性好，径向尺寸大；第三十六页，共五十七页。滚动螺旋传动简介内循环：流畅性好，径向尺寸小，反向器加工复杂第三十七页，共五十七页。滚动螺旋传动简介第三十八页，共五十七页。5.8.5静压螺旋传动简介利用静压原理使螺旋传动副始终处于液体摩擦状态。当两摩擦表面被流体（液体或气体）完全隔开时，摩擦表面不会产生金属间的直接摩擦，流体层间的粘剪阻力就是摩擦力，这种摩擦称为流体摩擦，不发生金属磨损，是理想状态！第三十九页，共五十七页。静压螺旋传动简介梯形螺纹牙两侧面中径处均布3-4个油腔，压力供油第四十页，共五十七页。5.8.5静压螺旋传动简介特点：摩擦系数小、效率高、启动力矩小、减振、承载能力大、传动平稳、传动精度高，结构复杂，加工、安装及调整困难，不自锁，需供油装置应用场合：精度高、定位准确和传动效率高的场合第四十一页，共五十七页。第二个大作业注意事项学习查询手册或国家标准，零部件要符合国家有关标准；机械设计制图时要考虑金属工艺学的相关知识，如铸件的铸造圆角、车削退刀槽等；图中确定尺寸时要参考手册上给出的经验值或进行简单计算后进行圆整处理；布局合理，制图规范，线型标准，图面整洁，尺寸准确图中标注尺寸要全面；第四十二页，共五十七页。第二个大作业注意事项螺杆长度，螺杆最底端不要顶地面；螺杆退刀槽尺寸；人的推力250~500N，两处摩擦力矩；手柄长度的选择；符合制图标准：标题栏、明细表、技术要求等。第四十三页，共五十七页。第二个大作业注意事项装配图！非零件图！第四十四页，共五十七页。第一个大作业存在的问题汇总

1、标准画法

2、国家标准

3、尺寸标注

4、工艺性要求

5、工程制图第四十五页，共五十七页。第一个大作业存在的问题1、螺栓连接第四十六页，共五十七页。所涉及的国家标准GB/T5782-2000（六角头螺栓）①长度系列(单位为mm)为20～50(5进位)、(55)、60、(65)、70～160(10进位)、180～400(20进位)。第四十七页，共五十七页。GB/T6170-2000(六角头螺母)第四十八页，共五十七页。GB/T93-1987(弹簧垫圈)第四十九页，共五十七页。第一个大作业存在的问题2、双头螺柱连接第五十页，共五十七页。所涉及的国家标准GB/T899-1998（双头螺柱）①长度系列(单位为mm)为12、(14)、16、(18)、20、(22)、25、(28)、30、(32)、35、(38)、40、45、50、(55)、60、(65)、70、75、80、85、90、95、100～260(10进位)、280、300。第五十一页，共五十七页。第一个大作业存在的问题3