1、机械设计基础机械设计基础主讲人：任仕伟主讲人：任仕伟雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系 了解键与销联接的特点及应用。了解键与销联接的特点及应用。 了解螺纹联接的种类及应用。了解螺纹联接的种类及应用。 掌握螺纹联接的预紧和防松。掌握螺纹联接的预紧和防松。 掌握螺纹联接的强度计算。掌握螺纹联接的强度计算。 了解螺旋传动的类型。了解螺旋传动的类型。 本章学习要求本章学习要求 第第 8 章章 机械联接及螺旋传动机械联接及螺旋传动 8.1 键联接 8.2 销联接 8.3 螺纹联接 8.4 螺旋传动 本章大纲本章大纲8.1 键联接 普通平键用于静联接，即轴与轮毂之间无轴向相对
2、移动。 根据键的端部形状不同，平键分为A、B、C3种类型。键是一种标准件，主要用于轴与轴上零件（如齿轮、带轮）的周向固定并传递转矩，其中有些还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动 。8.1.1 平键联接认识键联接(视频)（1）普通平键的结构形式）普通平键的结构形式普通平键的主要结构形式（2 2）导向平键联结）导向平键联结导向平键联接的特点如下：导向平键是一种较长的平键，用螺钉将其固定在轴的键槽中。导向平键除实现周向固定外，由于轮毂与轴之间均为间隙配合，允许零件沿键槽作轴向移动，构成动联接。为装拆方便，在键的中部设有起键螺孔。 （3 3）滑键联接）滑键联接滑键联接的特点如下。因为滑移距离较大时，
3、用过长的平键制造困难，所以当轴上零件滑移距离较大时，宜采用滑键。滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴槽中作轴向移动，因而需要在轴上加工长的键槽。 观察下图的半圆键,说明半圆键的特点?8.1.2 半圆键连接 观察下图的楔键,说明楔键的特点? 8.1.3 楔键连接 观察下图的切向键,说明切向键的特点?8.1.4 切向键连接 观察下图的花键,说明花键的特点?8.1.5 花键连接认识花键联接(视频) 由于其工作面为均布多齿的齿侧面，故承载能力高。 轴上零件和轴的对中性好，导向性好，键槽浅，齿根应力集中小，对轴和轮毂的强度影响小。 加工时需要专用的设备、量刀和刃具，制造成本高。 适用于载荷较大、定心要求较
4、高的静连接和动连接，在汽车、拖拉机、机床制造和农业机械中有较广泛的应用。 根据上述键的连接性质，键连接可分为松键连接和紧键连接。 松键连接有平键、半圆键和花键连接，其以键的两个侧面为工作面，键与键槽的侧面需要紧密配合，键的顶面与轴上键连接零件间留有一定的间隙。松键连接时轴与轴上零件的对中性好，尤其在高速精密传动中应用较多。松键连接不能承受轴向力，轴上零件需要轴向固定时，应采用其他固定方法。 紧键连接有楔键和切向键两种类型。8.2.1销联接的种类和用途8.2销联接认识销联接(视频)（1）定位销：主要用于零件间位置定位，常用作组合加工和装配时的主要辅助零件。（2） 联接销：主要用于零件间的联接或锁
5、定，可传递不大的载荷。（3）安全销：主要用于安全保护装置中的过载剪断元件。8.2.2销联接应用 销是标准件，通常用于零件间的连接或定位。常用的销有圆柱销、圆锥销和开口销。开口销用在带孔螺栓和带槽螺母上，将其插入槽形螺母的槽口和带孔螺栓的孔，并将销的尾部叉开，以防止螺栓松脱。 8.3.1 螺纹的形成原理和种类.3 螺纹联接认识螺纹联接(视频) 各种螺纹都是根据螺旋线原理加工而成，螺纹加工大部分采用机械化批量生产。 对于小批量、单件产品，外螺纹可采用车床加工，内螺纹可以在车床上加工，也可以先在工件上钻孔，再用丝锥攻制而成。常用螺纹连接零件 如图所示：（1）将底边AB长为d的直角三角形ABC绕在直径
6、为d的圆柱体上，则三角形的斜边AC在圆柱体上便形成一条螺旋线，底边AB与斜边AC的夹角为螺旋线的升角。（2）当取三角形、矩形或锯齿 形等平面图形，使其保持与圆 柱体轴线共面状态，并沿螺旋 线运动时，则该平面图形的轮廓线在空间的轨迹便形成螺纹。1 螺纹的形成3 螺纹的旋向 观察下图，认识螺纹的旋向有什么不同，想一想怎样判断两个螺纹的旋向 ？2 螺纹的形式（1）外螺纹和内螺纹（2）圆柱螺纹和圆锥螺纹（3）螺纹的牙型螺纹的牙型 4 单线螺纹和多线螺纹 观察下图，认识认识单线螺纹和多线螺纹。1摩擦角8.3.2 螺纹副的受力分析、效率和自锁 如图所示：（1）滑块所受的力：垂直载荷Q、平面对滑块的法向约束
7、力N、使滑块水平移动的作用力F、摩擦力 （2） 角仅与摩擦系数f有关，故称为摩擦角 fFNfftan/FNf N Nfarctan f认识螺纹摩擦角2 矩形螺纹受力分析（1）当滑块沿斜面等速上升时，由力的平衡条件可知，FR、F和Fa三力组成力多边形（2）当滑块沿斜面等速下滑时，轴向载荷Fa变为驱动力，而F变为维持滑块等速运动所需的平衡力，由力多边形可得atanFFatanFF矩形螺纹受力分析3 非矩形螺纹的受力分析 如图分析：非矩形螺纹的摩擦阻力可写为 其中f为当量摩擦系数：aaacoscosFffFf Ftancosff4 螺纹的自锁 螺纹联接被拧紧后，如不加反向外力矩，不论轴向力多大，螺母
8、也不会自动松开，则称螺纹具有自锁性能。 螺纹的自锁条件： 即螺纹升角小于当量摩擦角 为了防止螺母在轴向力作用下自动松开，用于连接的紧固螺纹必须满足自锁条件。螺纹自锁的形成原因5 螺旋副的效率 螺旋副的效率是有效功与输入功之比。若按螺旋转动一圈计算，输人功为2T，此时升举滑块（重物）所作的有效功为FaS，故螺旋副的效率为 ：tantan() 由上式可知，当量摩擦角一定时，效率只是螺纹升角的函数。arctan f1 种类和用途 8.3.3 标准螺纹联接的种类和用途 2 标准螺纹紧固件螺纹的种类和用途 螺纹紧固件的品种很多，大都已标准化，其规格、型号均已系列化 。（1）螺栓（2）双头螺柱（3）螺钉、
9、紧定螺钉（4）螺母（5）垫圈螺栓连接 双头螺柱连接 螺钉连接 双头螺柱 紧定螺钉 1螺纹联接的预紧8.3.4 螺纹联接的预紧与防松 预紧的目的：增强联接的刚性，增加紧密性和提高防松能力 。 预紧力矩的确定： 预紧力的控制：以用力矩板手进行控制 00.2TF d螺纹联结的预紧和防松扳手拧紧 力矩扳手 2.1（1）螺纹防松的目的在于防止螺纹副相对转动。（2）螺纹防松按工作原理可分为摩擦防松、机械防松和不可拆防松等几种。（3）摩擦防松是利用螺旋副中阻止螺旋副相对转动的摩擦力来达到防松的目的，其方法有双螺母防松、弹簧垫圈防松等。（4）机械防松是利用机械方法使螺母与螺栓、螺母与联接件互相锁牢，以达到防松
10、的目的。（5）不可拆防松是在螺旋副拧紧后，采用端铆、冲点、焊接、胶接等措施，使螺纹联接不可拆以达到防松的目的，这种方法简单可靠，适用于装配后不再拆卸的场合。 2.12.12 螺纹联接的防松1受剪螺栓（铰制孔螺栓）强度计算8.3.5 螺纹联接强度的计算 如图所示，其失效形式： 螺栓杆的剪断和螺栓杆或孔壁压溃 。（1）螺栓杆的剪切强度条件为 ：（2）螺栓杆或孔壁的挤压强度（安全）条件 ： ss2s4FFAmd mSpsFd hp2.1（1）松联接的强度计算：松螺栓联接在装配时不拧紧，不受预紧力，螺栓工作中只承受轴向工作拉力F ，拉伸强度安全条件：（2）紧螺栓联接的强度计算 仅承受预紧力的紧螺栓 承
11、受横向工作载荷的紧螺栓联接 配合螺栓联接的强度计算 螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为 螺栓杆的剪切强度条件为 2 受拉螺栓（普通螺栓）的强度计算 214Fdaca211.3 /4Fda211.3 /4eFdPP0minFd L 204Fd螺纹联接强度校核案例 受拉螺栓的强度计算主要是确定或验算螺纹危险剖面的尺寸，以保证螺栓杆不破环（即不失效）。至于螺栓的其他部分（如螺纹牙、螺栓头等）以及螺母、垫圈的结构尺寸，是根据等强度条件以及适用经验来设计的。 等强度的含义：在一个螺栓连接中，如果具有螺纹的螺杆处不被破坏，那其他部分也不会破坏。所以，螺杆以外的部分一般无需进行强度计算，可根据螺栓的公称直径从有关
12、标准查取。8.4.1 螺旋传动的类型及应用 8.4 螺旋传动（1）传力螺旋：以传递动力为主，通常要求自锁。（2）传导螺旋：以传递运动为主，常要求具有高的运动精度。（3）调整螺旋：用于调整并固定零件或部件之间的相对位置。一般不经常转动，要求自锁，有时也要求很高精度。 1 按工作特点分类认识螺旋机构(视频)2.1（1）滑动螺旋传动 通常所说的滑动螺旋传动就是普通滑动螺旋传动。滑动螺旋通常采用梯形螺纹和锯齿形螺纹，其中梯形螺纹应用最广，锯齿形螺纹用于单面受力。矩形螺纹由于工艺性较差、强度较低等原因应用很少；对于受力不大和精密机构的调整螺旋，有时也采用三角螺纹。（2）静压螺旋传动 螺纹工作面间形成液体
13、静压油膜润滑的螺旋传动。静压螺旋传动摩擦系数小，传动效率可达99%，无磨损和爬行现象，无反向空程，轴向刚度很高，不自锁，具有传动的可逆性，但螺母结构复杂，而且需要有一套压力稳定、温度恒定和过滤要求高的供油系统。 （3）滚动螺旋传动 用滚动体在螺纹工作面间实现滚动摩擦的螺旋传动，又称滚珠丝杠传动。滚动体通常为滚珠，也有用滚子的。滚动螺旋传动的摩擦系数、效率、磨损、寿命、抗爬行性能、传动精度和轴向刚度等虽比静压螺旋传动稍差，但远比滑动螺旋传动要好。 2 按照螺纹间摩擦性质分类 1 滑动螺旋传动的结构 8.4.2 滑动螺旋传动的结构和材料 螺旋传动的结构主要是指螺杆和螺母的固定与支承结构形式 。 螺
14、母的结构有整体式螺母、剖分式螺母和组合式螺母等形式。 滑动螺旋传动中多采用梯形或锯齿形螺纹，且常用右旋螺纹。传力螺旋和调整螺旋要求自锁时，应采用单线螺纹；对于传导螺旋，为了提高其传动效率和直线运动速度，可采用多线螺纹。2 螺杆和螺母的材料 螺杆和螺母的材料除要求有足够的强度外，还要求有较好的耐磨性、减摩性和良好的工艺性。 2.1 观察下图，说明滚动螺旋的特点。2.18.4.3 滚动螺旋简介滚动螺旋 1托杯；2手柄；3螺线；4紧定螺钉；5螺杆；6底座；7螺栓；8挡圈 螺旋起重器 滚动螺旋 键连接主要用于轴和轴上零件的周向固定并传递转矩。松键连接安装时不用力打入，依靠键与键槽的两侧面传递转矩，所以
15、两侧面为工作面，制造容易、装拆方便、定心良好，用于传递精度要求较高的场合。 销连接主要用于固定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷。 螺纹连接拆装方便，应用广泛。常用螺纹种类有三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。三角螺纹主要用于连接，梯形螺纹是最常用的传动螺纹，锯齿形螺纹只用于单向传动。除矩形螺纹外，这3种螺纹都已经标准化。 螺纹连接的基本类型有螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接。它们所用的连接件大都已经标准化，设计时应尽量按标准选用。 螺纹连接在装配时都必须考虑预紧与防松的问题。通常用来控制预紧力大小的工具有测力矩扳手和定力矩扳手。防松按工作原理不同可分为机械防松、摩擦防松和永久性防松等。 大多数机器的螺纹连接件都是成组使用，故在设计时应合理确定连接接合面的几何形状和螺纹连接件的布置形式，从而使螺纹连接受力合理。8.5小结
