《机械设计基础》 课件 第五章 螺纹联接及螺旋机构；第六章-带传动和链传动

第五章螺纹联接及螺旋机构§5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型§5.2螺旋副的受力分析、效率和自锁§5.3螺纹联接和螺纹联接件§5.4螺栓联接的强度计算§5.5

设计螺纹联接时应注意的问题§5.6螺旋传动5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型螺纹联接和螺旋机构都是利用螺纹零件工作的。前者起紧固作用，要求保证联接强度及紧密性；后者是传动零件，要求保证传动精度、效率和磨损寿命等。联接不可拆联接：焊接、铆接、胶接等。可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型一、螺纹的形成根据平面图形的形状，螺纹可分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。外螺纹、内螺纹5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型按螺旋线的绕行方向，可分为左旋和右旋。按螺旋线的数目，可分为单线、双线、三线或多线螺纹。单线螺纹通常用于联接，也用于传动；双线、三线、四线螺纹多用于传动。5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型二、螺纹的主要参数⑴大径d

——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径，亦称公称直径，通常以公称直径表示螺纹大小,如：M25

；⑵小径d1

——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体的直径,即危险剖面直径,(计算直径)；⑶中径d2

——在轴向剖面内，母线通过牙厚等于牙槽宽的假想圆柱体直径,即几何直径；5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型⑷螺距P——相邻两牙对应两点间的轴向距离；

⑸导程Ph

——同一条螺旋线上的相邻两牙对应两点间的轴向距离(单线：Ph=P，多线Ph=n·P)；⑹螺旋升角

——在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线平面的夹角:

⑺牙型角——轴向截面内，螺纹牙型相邻两侧边的夹角；螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角称为牙侧角，对称牙型的牙侧角5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型主要用于联接5.1螺纹的形成、主要参数及常用类型主要用于传动5.2螺旋副的受力分析、效率和自锁一、矩形螺纹等速上升等速下降当拧紧螺母时，螺母转一周所需的输入功为等速上升等速下降5.2螺旋副的受力分析、效率和自锁此时举起重物所做的有效功为旋转螺母而举起重物时，螺旋副的效率为令当时，螺旋副的效率最高。一般取自锁条件：5.2螺旋副的受力分析、效率和自锁二、三角形螺纹当量摩擦系数三角形螺纹的摩擦阻力大于矩形螺纹各力之间的关系及效率公式等都与矩形螺纹中的分析相似，只需将f和相应的改为和即可。力的关系自锁条件效率5.3螺纹联接和螺纹联接件一、螺纹联接的基本类型1、螺栓联接铰制孔螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接铰制孔螺栓联接多采用基孔制过渡配合被联接件必须打成通孔5.3螺纹联接和螺纹联接件2、双头螺柱联接3、螺钉联接4、紧定螺钉联接5.3螺纹联接和螺纹联接件5.4螺栓联接的强度计算

螺栓联接的计算，通常是先根据联接的装配情况、外载荷的大小和方向以及是否需要在外载荷作用下补充拧紧等来确定螺栓的受力，然后再按强度条件确定螺栓危险截面的尺寸。螺栓的其他尺寸以及螺母、垫圈的尺寸均可随之由标准选定。5.4螺栓联接的强度计算一、松螺栓联接强度条件为5.4螺栓联接的强度计算二、紧螺栓联接1.受横向载荷的紧螺栓联接为防止相对滑动，要满足如下条件：i—接合面数目（摩擦工作面）；QP—单个螺栓预紧力Ks—安全系数，一般取1.1～1.35.4螺栓联接的强度计算拧紧螺母时，危险截面上既有拉应力，又有扭转切应力，根据第四强度理论，对于普通螺栓，其螺纹部分的强度条件：设计式为：校核式为：5.4螺栓联接的强度计算铰制孔螺栓连接剪切强度失效形式：挤压强度d0——杆抗剪面直径m——抗剪面数目[τ]——许用剪应力[σp

]-螺栓或孔壁较弱的材料螺栓剪断接触表面压溃5.4螺栓联接的强度计算减荷装置5.4螺栓联接的强度计算2.受轴向载荷的紧螺栓联接

虽然，这种螺栓是在受预紧力Qp的基础上，又受工作拉力Q。但是，螺栓的总拉力

气缸螺栓连接图预紧力－Qp单个螺栓工作拉力Q：5.4螺栓联接的强度计算预紧时受工作载荷后Q’p－残余预紧力螺栓：被联接件：螺栓的总拉力为LdµQp强度条件验算公式：

设计公式：

5.4螺栓联接的强度计算5.4螺栓联接的强度计算可用载荷变形图分析各力之间的关系。螺栓的刚度：

CL被联接件的刚度：CT力变形力变形力变形变形协调条件：螺栓总拉力：5.4螺栓联接的强度计算3.预紧力与拧紧力矩为获得一定的预紧力Q0，所需的拧紧力矩T由两部分组成：一部分由克服螺纹中的摩擦阻力矩T1，另一部分用于克服螺母与支承面的摩擦阻力矩Tf，即T=T1+Tf。5.4螺栓联接的强度计算预紧力QP的控制：测力矩板手——测出预紧力矩，如上图定力矩板手——达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑，如下图测量预紧前后螺栓伸长量——精度较高5.5设计螺纹联接时应注意的问题一、螺纹联接的防松根本问题：防止螺纹副在受载时发生相对转动。对顶螺母防松弹簧垫圈防松自锁螺母防松槽形螺母与开口销防松止动垫圈防松串联钢丝防松5.5设计螺纹联接时应注意的问题5.5设计螺纹联接时应注意的问题5.5设计螺纹联接时应注意的问题5.5设计螺纹联接时应注意的问题5.5设计螺纹联接时应注意的问题

（1）螺栓组的布置应尽可能对称，以使接合面受力比较均匀，一般都将接合面设计成对称的简单几何形状，并应使螺栓组的对称中心与接合面的形心重合，如图所示.1.螺纹连接结构设计5.5设计螺纹联接时应注意的问题（2）螺栓布置要有合理的距离。在布置螺栓时，螺栓中心线与机体壁之间、螺栓相互之间的距离，要根据扳手活动所需的空间大小来决定.如下图扳手空间

（3）分布在同一圆周上的螺栓数，应取为4、6、8等易于等分的数目，以便于加工。5.5设计螺纹联接时应注意的问题2.避免附加弯曲应力5.5设计螺纹联接时应注意的问题5.5设计螺纹联接时应注意的问题3.采用均载螺母第一圈：Δp最大，受力最大第8~10圈后几乎不受力各圈受载不均P:螺距5.5设计螺纹联接时应注意的问题∴采用加高螺母不能提高联接强度。

常用方法（变形一致）

——

减小螺栓螺母螺距变化差5.5设计螺纹联接时应注意的问题4.降低螺栓刚度，增加被联接件刚度措施：

1）↑螺栓长度↓光杆直径

采用细长/空心螺栓2）增加被联接件刚度Q5.5设计螺纹联接时应注意的问题减小螺栓刚度、增大被连接件刚度，同时增加预紧力5.6螺旋传动1.传力螺旋以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的进给推力，此进给推力可以用来做起重或加压等工作，如千斤顶、压力机等。2.传导螺旋以传递运动为主，有时也承受较大轴向载荷。要求具有较高的传动精度。常用作机床刀架或工作台的进给机构。3.调整螺旋用以调整、固定零件或部件之间的相对位置。螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同，可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。第六章带传动和链传动§6.1带传动简介§6.2带传动工作情况分析§6.3普通V带传动的设计计算§6.4普通V带轮的结构及带传动的张紧和维护§6.5

其他带传动简介§6.6

链传动简介§6.7套筒滚子链及链轮§6.8链传动的运动特性§6.9链传动的失效形式及设计计算§6.10链传动的布置及润滑6.1带传动简介带传动一般是由主动轮、从动轮和紧套在两轮上的传动带组成。带的传动过程：原动机转动主动轮转动驱动主动轮从动轮转动带与轮的摩擦工作原理：利用中间挠性件(带)，靠摩擦力在主、从动轴间传递运动和动力。6.1带传动简介一、带传动的类型、结构和特点按传动的布置情况分：开口传动两轴平行转向相同交叉传动两轴平行转向相反半交叉传动两轴空间交错900只能单向传动6.1带传动简介按带的剖面形状分：平带传动V带传动圆带传动多楔带传动

同步带传动

6.1带传动简介带的结构①平型带

(接触面：内环表面）橡胶布带、棉织带缝合棉布带、毛织带

V型带(接触面：两侧面)帘布芯结构绳芯结构包布层伸张层强力层压缩层V带承重能力高于平带6.1带传动简介二、普通V带传动的几何尺寸包角基准长度中心距包角α相同条件下，包角越大，带可传递的功率就越大。中心距a基准长度Ld（中性层周长）带轮的基准直径D1,D26.2带传动工作情况分析一、带传动的受力分析不工作时，初拉力都等于F0工作时：主动轮－F0→F1－紧边从动轮－F0→F2－松边主动轮分离体：有效圆周力：功率：6.2带传动工作情况分析有效圆周力Fe与任一带轮接触面上摩擦力的总和∑Ff相等。当有效圆周力大于∑Ffmax时，会发生打滑。即将打滑时：最大有效圆周力Fec为：传动失效6.2带传动工作情况分析Fec与以下参数有关：初拉力F0：增大F0可增加带的承载能力，但F0过大会使带的寿命缩短。因，所以打滑总是先发生在小带轮上。包角α：α≥120°。摩擦系数f：与带轮的材料有关。因fv＞f,在同等条件下，V带的承载能力高于平型带。6.2带传动工作情况分析二、带的应力分析（1）拉应力松边拉应力：（3）弯曲应力：（2）离心应力：紧边拉应力：最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处，其值为交变应力，疲劳失效6.2带传动工作情况分析三、带传动的弹性滑动与打滑弹性滑动－固有特性相对滑动率：或实际传动比不考虑打滑6.3普通V带传动的设计计算主要失效形式打滑1、失效形式和设计准则传动过载维护不良

带的疲劳破坏带迅速磨损剧烈发热带的寿命缩短

设计准则：在保证不打滑的前提下，使带有一定的疲劳强度和寿命。满足欧拉公式控制循环次数满足2、单根V带所能传递的最大功率带每运行一转，应力变化四次6.3普通V带传动的设计计算二、普通V带传动的设计计算已知：传动的用途，工作条件，传递功率P，转速n1和n2求解：带的型号、长度和根数，中心距a，带轮的直径和结构设计步骤

①确定计算功率Pca

②确定带的型号根据Pca和n1查图6—9KA—工况系数查表6—5

6.3普通V带传动的设计计算③确定带轮的基准直径D1和D2初选带轮直径D1:D1≥Dmin计算从动轮的基准直径D2验算带速：

D2=iD1

按表6-6圆整(参考表6-6)普通v带，vmax=25~30m/s，一般取v=10~20m/s。6.3普通V带传动的设计计算④确定中心距a和带的基准长Ld中心距的变动范围初选：0.7(D1+D2)＜a0＜2(D1+D2)a0→按式(6-3)求得V带的基准长度Ld′Ld′→根据表6-4选取与之相近的标准V带的基准长度Ld由式(6-4)计算实际中心距a6.3普通V带传动的设计计算⑥确定带的根数z

Kα——包角系数；KL——长度系数；ΔP0——传动功率增量。z要圆整

⑤验算小带轮包角开口传动z≥10，应改选带的型号重算

6.3普通V带传动的设计计算⑦确定带的初拉力F0

⑧计算作用在轴上的力Q例：设计某液体搅拌机的普通V带传动。选用普通电动机，其额定功率P=2.2kW，转速n1=1430r/min，从动轴转速n2=340r/min，三班制工作，空载起动。6.4普通V带带轮的结构及带传动的张紧和维护一、V带带轮设计的要求质量轻，易制造，质量分布均匀。v>5m/s时要进行静平衡；v>25m/s时需进行动平衡。足够的轻度和刚度，铸造内应力要小。带轮上各轮槽的尺寸和槽角应保持一定的精度，以免载荷分布不均。轮槽工作面应保持一定的表面粗糙度，以减少带的磨损。6.4普通V带带轮的结构及带传动的张紧和维护二、带轮的材料常用HT150、HT200等铸铁制造。当速度超过25m/s时，可采用铸钢或钢板冲压后焊接。三、带轮结构

D≤2.5d时用实心式D≤300㎜用腹板式Dl-d1≥100㎜用孔板式D＞300㎜用轮辐式6.4普通V带带轮的结构及带传动的张紧和维护四、带传动的张紧与维护

定期张紧装置

自动张紧装置张紧轮装置6.5其他带传动简介一、高速带传动高速带传动系指带速大于30m/s、高速轴转速为10000~50000r/min的传动。这种传动主要用于增速以驱动高速机床、粉碎机、离心机及某些其他机器。高速带传动的增速比为2~4，有时可达8。6.5其他带传动简介二、同步带传动同步带传动属于啮合传动，它综合了带传动和链传动的优点。同步带传动的特点：1）传动比恒定；2）初拉力小，轴与轴承上所受的载荷小，传动效率可达0.98；3）带薄而轻，强力层强度高，带速可达50m/s，传动功率可达300kw，传动比可达10；4）带的柔性好，结构紧凑；5）安装时中心距要求严格，且价格较高。6.6链传动简介链条作为中间挠性件，靠链条与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。适用于中心距较大而且要求平均传动比准确或工作条件恶劣的场合。按工作性质的不同可以分为传动链、起重链、牵引链三种。6.6链传动简介按链条的结构不同，传动链主要有传动用短节距精密滚子链和齿形链等类型。与齿轮传动相比，链传动的制造安装精度要求低；与带传动相比，无弹性滑动和打滑，平均传动比为常数，但工作时瞬时链速和瞬时传动比不是常数，传动平稳性较差。6.7套筒滚子链及链轮一、链条节距p节距越大，各组成元件的尺寸越大，链所能传递的功率也越大。内链节外链节6.7套筒滚子链及链轮滚子链有单排和多排之分。多排链的承载能力与排数承正比。但由于制造和装配精度等影响，各排链受力不易均匀，故排数不宜过多。通常不超过三排，常用双排链。pt6.7套筒滚子链及链轮滚子链已标准化，表6-9。链条长度以链节数Lp来表示，链节数最好取偶数。滚子链接头形式：标记：链号－排数×整链链节数标准编号如：08A-1×88GB/T1243-19976.7套筒滚子链及链轮二、链轮滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合。链轮的基本参数是配用链条的节距p，套筒的最大外径d1，排距Pt和齿数z。链轮被链节距等分的圆称为分度圆，直径用d表示。6.7套筒滚子链及链轮小直径链轮可制成实芯式；中等直径链轮可制成孔板式；直径较大的可设计成组合式；6.8链传动的运动特性一、链传动的运动不均匀性当链条绕在链轮上时，其链节与相应的轮齿啮合后，这段链条将曲折成正多边形的一部分。该正多边形的边长即为链条的节距p，边数等于链轮齿数z。链轮每转一圈，链条转过的长度为zp。6.8链传动的运动特性链条的平均速度：传动比：即使是常数，链条前进速度，从动轮角速度、以及瞬时传动比也都做周期性变化。链传动运动的不均匀性特征，是由于围绕在链轮上的链条形成了正多边形这一特点造成的，故