1、机械设计基础机械设计基础 绪论第1章 平面机构的运动简图和自由度第2章 平面连杆机构第3章 凸轮机构第4章 齿轮机构第5章 齿轮系第6章 间歇运动机构第7章 刚性回转的平衡第8章 键联接和销联接目录机械设计基础机械设计基础第 9 章 螺纹联接和螺旋传动第10章 带传动第11章 链传动第12章 齿轮传动第13章 轴第14章 轴承第15章 联轴器和离合器第16章 机械传动系统设计目录机械设计基础机械设计基础第6章 间歇运动机构 间歇运动机构间歇运动机构：在机械系统的驱动、传动、控制和操作装置中，经常需要某些能将主动件的连续的运动转换为从动件有规律的时停、时动的间歇运动的机构，这类机构统称为间歇运动
2、机构。常见的间歇运动机构有棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构等。机械设计基础机械设计基础6.1 棘 轮 机 构6.1.1 棘轮机构的工作原理 如图6-1所示，棘轮机构主要由棘轮、棘爪和机架组成。棘轮2固联在轴4上，其轮齿分布在轮的外缘（也可分布于内缘或端面）。图图6-1 齿式齿式 棘轮机构棘轮机构 机械设计基础机械设计基础 主动件1空套在轴4上。当主动件1逆时针方向摆动时，与它相连的驱动棘爪3便借助弹簧或自重的作用插入棘轮的齿槽内，使棘轮随之转过一定的角度。当主动件1顺时针方向摆动时，驱动棘爪3便在棘轮齿背上滑过。这时，簧片6迫使制动棘爪5插入棘轮的齿槽，阻止棘轮顺时针方向
3、转动，故棘轮静止不动。当主动件1连续地往复摆动时，棘轮作单向间歇运动。机械设计基础机械设计基础 图图6-2 摩擦式棘轮机构摩擦式棘轮机构 机械设计基础机械设计基础6.1.2 棘轮机构的类型 1按工作原理不同，棘轮机构可分为齿式棘轮机构（如图6-1）和摩擦式棘轮机构（如图6-2）两大类。2按啮合方式不同，棘轮机构可分为外啮合式棘轮机构（如图6-1、图6-2）和内啮合式棘轮机构（如图6-3、图6-4）。3按从动件的运动形式又可分为单动式棘轮机构（如图6-1、图6-2、图6-3和图6-4）、双动式棘轮机构（如图6-5）和可变向棘轮机构。机械设计基础机械设计基础 图图6-3 内啮合齿式内啮合齿式 棘轮
4、机构棘轮机构 图图6-4 内啮合摩擦式棘轮机构内啮合摩擦式棘轮机构 机械设计基础机械设计基础 图图6-5 双动式棘轮机构双动式棘轮机构（a）平头双动式棘轮机构；）平头双动式棘轮机构；（b）勾头双动式棘轮机构）勾头双动式棘轮机构机械设计基础机械设计基础 图图6-6 可变向式棘轮机构可变向式棘轮机构 （a）矩形齿棘爪）矩形齿棘爪；（b）可转向棘爪）可转向棘爪 机械设计基础机械设计基础 另外还有种可调转角式棘轮机构。如图6-7所示，棘轮上加一遮板，变更遮板的位置，即可使棘爪行程的一部分在遮板上滑过，不与棘轮的齿相接触，从而改变棘轮转角的大小。图图6-7 可调转角式棘轮机构可调转角式棘轮机构 机械设计
5、基础机械设计基础6.2.3 棘轮机构的应用 1送给 如图6-8所示的自动浇注输送装置利用棘轮机构间歇送料，又如图6-9所示的牛头刨床工作台的横向进给机构就是利用棘轮机构实现正反向间歇转动，然后通过丝杠螺母带动工作台作横向间歇送给运动。机械设计基础机械设计基础 图图6-8 自动浇注输送装置自动浇注输送装置 图图6-9 牛头刨床横向进给机构牛头刨床横向进给机构机械设计基础机械设计基础 2制动 如图6-10所示为防止机构逆转的停止器。通过棘爪卡在棘轮，这样可以防止链条断裂时卷筒出现顺时针回转。图图6-10 卷扬机中的停止器卷扬机中的停止器 图图6-11自行车后轮轴的棘轮机构自行车后轮轴的棘轮机构 1
6、链轮；2链条；3小链轮；4棘爪；5后轮轴机械设计基础机械设计基础 3超越运动 内啮合棘轮机构结构紧凑，并具有从动件可超越主动件转动的特性，称之为棘轮机构的超越性能，因此广泛用于超越离合器。如6-11所示自行车后轮轴的棘轮机构，当脚蹬踏板时，经链轮1和链条2带动内圈具有棘齿的小链轮3顺时针转动，再通过棘爪推动后轮顺时针转动。自行车下坡或自由滑行时，踏板不动，后轮轴借助下滑力或惯性超越小链轮而转动，此时棘爪4在棘轮齿背上划过，从动件转速超过主动件,超越运动。机械设计基础机械设计基础6.2.1 槽轮机构的工作原理 如图6-7所示，槽轮机构是由具有径向槽的槽轮2、带有圆销A的拨盘1和机架组成。拨盘1作
7、匀速转动时，驱使槽轮2作时转时停的间歇运动。拨盘1上的圆销A尚未进入槽轮2的径向槽时，由于槽轮2的内凹锁住弧 被拨盘1的外凸圆弧卡住，故槽轮2静止不动。图中所示位置是当圆销A开始进入槽轮2的径向槽时的情况。6.2 槽 轮 机 构机械设计基础机械设计基础 这时锁住弧被松开，因此槽轮2受圆销A驱使沿逆时针转动。当圆销A开始脱出槽轮的径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被拨盘1的外凸圆弧卡住，致使槽轮2又静止不动，直到圆销A再进入槽轮2的另一径向槽时，两者又重复上述的运动循环。为了防止槽轮在工作过程中位置发生偏移，除上述锁住弧之外也可以采用其他专门的定位装置机械设计基础机械设计基础 图图6-12 外槽轮
8、机构外槽轮机构 1主动拨盘；2从动槽轮-外凸锁止弧；-内凹锁止弧 图图6-12 内槽轮机构内槽轮机构 机械设计基础机械设计基础6.2.2 槽轮机构的类型 1按照啮合情况不同，槽轮机构可分为外槽轮机构（如图6-12）和内槽轮机构（如图6-13）。2按照拨盘上的圆销数目的不同，可分为单销槽轮机构（如图6-12、图6-13）、双销槽轮机构（如图6-14）和多销槽轮机构。3、按照构件是否在同一平面内运动可分为平面槽轮机构（如图6-12、图6-13和图6-14）和空间槽轮机构（如图6-15）。机械设计基础机械设计基础图图6-14 双销槽轮机构双销槽轮机构 图图6-15 空间槽轮机构空间槽轮机构机械设计基
9、础机械设计基础图图6-7 槽轮机构槽轮机构 图图6-8 电影放映机卷片机构电影放映机卷片机构 6.2.3 槽轮机构的特点和应用机械设计基础机械设计基础 图6-9所示为不完全齿轮机构。这种机构的主动轮1为只有一个齿或几个齿的不完全齿轮，从动轮2由正常齿和带锁住弧的厚齿彼此相间地组成。不完全齿轮机构常应用于多工位，多工序的自动机械或者生产线上，实现工作台的间歇转位和进给运动。如图6-19所示的机构，主动轴上装有两个不完全齿轮机构，当主动轴连续回转时，从动轴能周期性地输出正转停歇反转运动。6.3 不完全齿轮机构机械设计基础机械设计基础图图6-18 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 图图 6-19 不完全
10、齿轮机构的应用不完全齿轮机构的应用 机械设计基础机械设计基础第7章 刚性回转件的平衡 机械中有许多构件是绕固定轴线转动的，这类构件称为刚性回转件（或称转子），如齿轮、飞轮等。这些回转件在旋转过程中的平衡问题关系到整个机械运转过程的平稳性、可靠性以及噪音的大小等。7.1.1 刚性回转件平衡的目的 调整回转件的质量分布，使回转件工作时离心力系达到平衡，以消除附加动压力，尽可能减轻有害的机械振动，这就是回转件平衡的目的。7.1 概 述机械设计基础机械设计基础7.1.2 刚体回转件平衡的种类 本章的讨论对象仅限于刚性回转件的平衡问题，即一般转速机械中的回转件的平衡问题。1静平衡 对于轴向尺寸很小的回转
11、件（宽径比B/D小于0.2，其中：B为圆盘宽度，D为圆盘直径，），例如叶轮、飞轮、砂轮等，这类回转件的惯性力系的不平衡称为静不平衡，因此，通过在同一平面内加平衡质量（或减平衡质量）达到惯性力的平衡，称为静平衡。机械设计基础机械设计基础 2动平衡 对于轴向尺寸比较大的回转件（宽径比B/D大于0.2），例如多缸发动机的曲轴和机床主轴等，其质量的分布不能再近似地认为分布在同一平面内，而应看作分布于垂直轴线的许多相互平行的回转面内。这种不平衡称为动不平衡。而通过加平衡质量（或减质量），使回转构件达到惯性力和惯性力偶矩的平衡，称为动平衡。机械设计基础机械设计基础7.2 刚性回转件的平衡计算 7.2.1
12、静平衡计算 静平衡计算适用于轴向尺寸很小的回转件（宽径比B/D小于0.2）如图7-1（a）所示，已知同一回转面内的不平衡质量 、，以及其向径 、，求要使回转件达到静平衡，求应加的平衡质量 以及向径 。1m2m3m1r2r3rbmbr机械设计基础机械设计基础 如图7-1（b）所示，依次作已知向量 、和 ，即是由 、组成的首尾相连的多边形的封闭向量。根据回转件的结构特点确定的 大小，即可求出平衡质量的大小。1 1m r2 2m r3 3m r3 3m rbm rb1 1m r2 2m rbr图图7-1 静平衡向量图解法静平衡向量图解法机械设计基础机械设计基础7.2.2 动平衡的计算 对轴向尺寸较大
13、的回转件，其动平衡的条件是：回转件上各个质量的离心力的向量和等于零，而且离心力所引起的力偶矩的向量和也等于零。图图7-1 动平衡向量图解法动平衡向量图解法机械设计基础机械设计基础 对于动不平衡的回转件，所以要达到完全平衡，必须分别在任选的两个回转面（即平衡平面或校正平面）内的相应位置处各加上适当的平衡质量，使回转件的离心力系的合力和合力偶矩都为零，才能达到完全的平衡。而动平衡计算的任务是计算出为满足回转构件的惯性力和惯性力偶矩平衡应加平衡质量的大小和方位。机械设计基础机械设计基础7.3 刚性回转件的平衡试验 7.3.1 静平衡试验 利用静平衡架，找出不平衡质径积的大小和方向，并由此确定质量的大
14、小和位置，使质心移到回转轴线上以达到静平衡。这种方法称为静平衡试验法。机械设计基础机械设计基础 如图7-4所示为导轨式静平衡架。试验时将回转件的轴放在导轨上。如回转件质心不在包含回转轴线的铅垂面内，则回转件在导轨上将发生滚动。若不考虑滚动摩擦，那么当滚动停止时，质心S即应处在最低位置，由此便可确定质心的偏移方向。然后再用橡皮泥在质心相反方向加一适当平衡质量，并逐步调整其大小或径向位置，直到该回转件在任意位置都能保持静止。机械设计基础机械设计基础图图7-4 导轨式静平衡架导轨式静平衡架图图7-5 圆盘式静平衡架圆盘式静平衡架机械设计基础机械设计基础7.3.2 动平衡试验 对于宽径比B/D大于0.
15、2或有特殊要求的重要回转件，一般都要进行动平衡。回转件的动平衡试验一般需要在专门的动平衡试验机上进行。当待平衡回转件在试验机上回转时，可测出回转件在两平衡基面上不平衡质量的的大小和方位，从而在两个选定的校正平面应加上或减去平衡质量，最终达到平衡的目的。机械设计基础机械设计基础第8章 键联接和销联接8.1 概概 述述动联接静联接可拆联接：键联接 销联接 螺纹联接 小过盈联接焊接 铆接 粘接 大过盈联接不可拆联接：联接的组成n 联接的类型机械联接一般由被联接件和联接件组成，有些时候被联接件之间进行直接联接，并无独立的联接件。静联接：联接的目的动联接：各种运动副实现机械运动便于机械的制造、装配、运输
16、、安装和维护，降低成本。机械设计基础机械设计基础8.2 键连接的类型 8.2.1 松键联接松键联接键是一种标准零件，通常用来实现轴与轴上零件之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动的导向。松键联接依靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键不会影响轴与轮毂的同心精度。键联接根据装配时是否预紧，可分为松键联接和紧键联接。松键联接具有结构简单、装拆方便、定心性好等优点，因而应用广泛。这种键不能实现传动件的轴向固定。松键联接包括平键、半圆键和花键联接。机械设计基础机械设计基础1平键联接平键联接平键载面为矩形，平键的两个侧面是工作面。平键又可
17、分为普通平键、导向平键（导键）和滑动平键（滑键）三种 普通平键有圆头（A型）、方头（B型）和单圆头（C型）三种结构型式，如图所示。（1）普通平键联接机械设计基础机械设计基础 A型键轴向定位好，应用广泛，但轴上键槽端部的应力集型键轴向定位好，应用广泛，但轴上键槽端部的应力集中较大。中较大。C型键只能用于轴端。型键只能用于轴端。A、C型键的轴上键槽用立铣型键的轴上键槽用立铣刀切制。刀切制。B型键的轴上键槽用盘铣刀铣出。型键的轴上键槽用盘铣刀铣出。B型键避免了圆头型键避免了圆头平键的缺点，单键在键槽中的固定不好，常用紧定螺钉进行平键的缺点，单键在键槽中的固定不好，常用紧定螺钉进行固定。固定。圆头方头
18、单圆头机械设计基础机械设计基础（2）导向平键联接键用螺钉固定在轴槽中，键与毂槽为间隙配合，故轮毂件可在键上作轴向滑动，此时键起导向作用。为了拆卸方便，键上制有起键螺孔，拧入螺钉即可将键顶出。导向平键用于轴上零件移动量不大的场合，如变速箱中的滑移齿轮与轴的联接。导向平键与普通平键结构相似，但比较长，其长度等于轮毂宽度与轮毂轴向移动距离之和。机械设计基础机械设计基础(3)滑键联接当零件滑移的距离较大时，因所需导向平键的长度过大，制造困难，故宜采用滑键。滑键比较短，固定在轮毂上，而轴上的键槽比较长，键与轴槽为间隙配合，轴上零件可带键在轴槽中滑动。滑键主要用于轴上零件移动量较大的场合，如车床光杠与溜板
19、箱之间的联接。机械设计基础机械设计基础2半圆键联接半圆键联接 用于轴和轮毅之间的静联接，键的两个侧面为工作面，半圆键联接传递转矩的原理和平键相同，轴上的键槽用半径与键相同的盘状铣刀加工，因而键在槽中可绕其几何中心摆动，以适应轮毂键槽的斜度。这种联接的优点是工艺性较好，缺点是轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，一般用于传递转矩不大的锥形轴或轴端的轻载联接。机械设计基础机械设计基础8.2.2 紧键联接紧键联接楔键联接键的上表面与轮毂上键槽的底面各有1:100的斜度，键楔入键槽后具有自锁性，可在轴、轮毂孔和键的接触表面上产生很大的楔紧力，工作时靠摩擦力实现轴上零件的周向固定并传递转矩，同时可实现轴上零
20、件的单向轴向固定，传递单方向的轴向力。楔键联接会使轴上零件与轴的配合产生偏心，故适用于精度要求不高和转速较低的场合。常用的有普通楔键和钩头楔键。机械设计基础机械设计基础切向键联接切向键由一对普通楔键组成，装配时将两键楔紧，窄面为工作面，其中与轴槽接触的窄面过轴线，工作压力沿轴的切向作用，能传递很大的转矩。一对切向键只能传递单向转矩，传递双向转矩时，需用两对切向键，互成120 135分布。（图中未画出轮毂零件）切向键对中性较差，键槽对轴的削弱大，适用于载荷很大，对中性要求不高的场合，如重型及矿山机械。机械设计基础机械设计基础8.3 平键联接的尺寸选择和强度校核 平键是标准件，选择的一般步骤是：先
21、根据轴和轮毂联接的结构、使用条件和性能要求等选择键的类型；再根据轴的直径，从标准中选取键的尺寸；最后进行键联接的强度计算。8.3.1 平键的类型选择平键的类型选择 选择平键的类型时应考虑以下因素：平键所联接的结构、使用特性及工作条件；所要传递的转矩大小、载荷性质、转速高低；轴上的零件是否需要沿轴线作轴向滑动、滑动距离的长短；对中性的要求；键是否需要具有轴向固定等。平键联接的性质和应用如表。机械设计基础机械设计基础8.3.2 平键的尺寸选择平键的尺寸选择参见表8-28.3.3 平键联接的失效形式和强度校核计算平键联接的失效形式和强度校核计算 普通平键联接属于静联接，其主要的失效形式是健和轴及轮毂
22、上的键槽三者中最弱者的工作面被压溃。导向平键联接和滑键联接属于动联接，其主要失效形式为工作面过度磨损。静联接（普通平键联接）的挤压强度条件为 机械设计基础机械设计基础动联接（导向平键和滑键联接）的比压强度条件为表8-3 键联接的许用挤压引力p和许用比压p 如果校核后键联接的强度不够，在不超过轮毂宽度的条件下，可适当增加键的长度，单键的长度一般不应超过2.25d，否则载荷沿键长方向的分布将很不均匀；或者相隔180安装2个平键，因考虑制造误差引起的载荷分布不均，只能按1.5个键作强度校核。机械设计基础机械设计基础8.4 花 键 联 接8.4.1 花键联接特点花键联接特点花键联接是由带键齿的花键轴（
23、外花键）和带键齿槽的轮毂（内花键）组成，工作面是齿侧面，可用于静连接或动连接。此联接在结构上可以近似看成多个均布的平键连接。花键联接的联接处载荷均匀，承载能力高，定心性和导向性好，对轴的削弱小，但齿根仍有应力集中，加工花键需专门的设备和刀具，成本高。机械设计基础机械设计基础花键按齿形可分为矩形花键和渐开线花键，其特性如下。8.4.2 花键联接的类型花键联接的类型类型特点应用 按齿高不同分为轻系列和中系列，轻系列用于静联接和轻载联接；中系列用于中等载荷。为小径定心，定心精度高，定心稳定性好，能用磨削的方法消除热处理后的变形。广泛应用于飞机、汽车、拖拉机、机床、农业机械及一般传动装置中。齿廓为渐开
24、线，应力集中小，齿根强度高。可用制造齿轮的方法来加工，同一把滚刀或插刀可加工模数相同、齿数不同的内、外花键，精度高、互换性好。为齿形定心，受载时齿上有径向分力，能起自动定心作用，使各齿受载均匀，寿命长。用于载荷较大、定心精度要求高以及尺寸较大的联接。机械设计基础机械设计基础8.4.3 花键联接的选择和强度校核花键联接的选择和强度校核 花键联接的计算与平键联接的计算相似，首先选择键的类型，查出标准尺寸，再做强度校核。花键的受力情况也和平键类似，其可能的失效形式为：齿面被压溃（静联接）或过度磨损（动联接），因此只对联接进行挤压强度或耐磨性计算。花键的强度条件为：花键的强度条件为：静联接静联接动联接
25、动联接花键联接的许用挤压应力、许用压强（花键联接的许用挤压应力、许用压强（MPa）见下表）见下表 机械设计基础机械设计基础机械设计基础机械设计基础8.5 销 联 接销是标准的联接件，按结构可分为圆柱销和圆锥销等，按用途可分为定位销、联接销和安全销。被联接件上的销孔一般要进行配作，并进行铰削，销与孔多为过渡配合。圆柱销配合精度高，但不宜经常装拆，否则会降低定位精度或紧固性。圆锥销有1:50的锥度，定位精确，装拆方便，具有自锁性，可多次装拆。销的材料常用35钢和45钢，并进行淬火处理。定位销定位销联接销联接销安全销安全销8.5.1 销联接的类型、特点及应用销联接的类型、特点及应用机械设计基础机械设
26、计基础根据销的结构形式有：圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等。根据销的结构形式有：圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等。槽槽 销销销轴和开销轴和开口销口销开尾圆开尾圆锥销锥销圆柱销圆柱销 圆锥销圆锥销 内螺纹内螺纹圆锥销圆锥销销的类型很多，且销均已标准化，销联接的类型取决于销的类型。定位销一般都不受载荷或只受很小的载荷，定位销的类型和尺寸有联接的结构或根据经验从标准中选取即可，一般也不做强度校核。但要注意，同一接合面上适用的定位销数目不得少于2个，否则不能起定位作用。销埋入一个被联接件的长度应大于（12）d；两个小之间的距离应尽可能远些，以提高定位精度。联接销的直径可根据联接结构的特点、工作
27、要求，按照经验或规范选定。联接销要承受载荷，一般先选择其类型和尺寸，必要时按照剪切强度条件和挤压强度条件进行校核计算。设计联接销的链接结构时，应当者注意安装后不易松脱和装拆方便。机械设计基础机械设计基础8.5.2 销联接的强度计算销联接的强度计算 安全销是安全装置中的重要元件，在机器过载时应当被剪断，否则不起安全保护作用。因此，安全销的直径应按照过载时被剪断的强度条件来确定。设计安全销的联接结构时，应当考虑销被剪断后不易飞出和易于更换；为避免销被剪断时损坏孔壁，可在销孔内加销套。销联接的强度计算公式 见课本表8-5机械设计基础机械设计基础第九章 螺纹联接和螺旋传动 螺纹联接是利用带有螺纹的零件
28、构成的可拆联接，它的功用是把两个或两个以上的零件联接在一起，这种联接形式结构简单，拆装方便，互换性好，工作可靠，形式灵活多样，可反复拆装而不必破坏任何零件。螺纹联接多为标准件，它由专业厂成批生产，成本低廉，因而应用广泛。螺旋传动是一种常见的传动形式，旋转运动转变为直线运动的方式之一是螺旋传动，是空间机构，它与螺纹联接的用途不同，但在受力和几何关系方面有很多相似之处，也是利用螺纹来实现传动。机械设计基础机械设计基础9.1 螺纹的类型和主要参数 9.1.1 螺纹的类型及应用螺纹的类型及应用按照螺纹分布的表面不同，可分为外螺纹和内螺纹。按照用途不同，可分为联接螺纹和传动螺纹。按照螺旋线旋绕方向的不同
29、，可分为左旋螺纹和右旋螺纹。常用右旋螺纹。按照螺旋线数目的不同，可分为单线、双线和多线螺纹。按照尺寸单位不同，可分为米制和英制（螺距以每英寸牙数表示）两类。我国除了将管螺纹保留英制外，其余都采用米制螺纹。按照螺纹的截面形状不同，可分为三角形螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。前两种主要用于联接，后三种主要用于传动。其中除了矩形螺纹外，都已标准化。机械设计基础机械设计基础9.1.2 螺纹的主要参数螺纹的主要参数1）外径（大径）d（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，亦称公称直径2）内径（小径）d1(D1)与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径（危险剖面直径）3）中径d2 在轴向剖面
30、内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱 面的直径，d20.5(d+d1)机械设计基础机械设计基础4）螺 距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离5）导程（S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面母线 上的对应两点间的轴向距离6）线 数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：S=nP 机械设计基础机械设计基础7）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角，不同直径处，螺纹 升角不同，通常按螺纹中径处计算。8）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角22tanSnpdd机械设计基础机械设计基础9.2 螺旋副的受力分析、自锁和效率 螺纹联接与
31、螺旋传动都要借助外螺纹和内螺纹组成螺旋副。螺旋副按牙型不同可分为牙型角=0（矩形螺纹）和牙型角0两大类。9.2.1 牙型角等于零的螺纹（矩形螺纹）牙型角等于零的螺纹（矩形螺纹）螺旋副是由外螺纹（螺杆）和内螺纹组成的运动副，经过简化可以看作推动滑块（重物）沿螺纹表面运动（如图所示）将矩形螺纹沿中径d2处展开得一倾斜角为（即螺纹升角）的斜面，斜面上的滑块代表螺母，螺母和螺杆的相对运动可以看作滑块在斜面上的运动。（a）螺母螺旋上升（b）上升的力矢量三角形（c）螺母螺旋下降（d）下降的力矢量三角形机械设计基础机械设计基础1旋紧旋紧滑块在斜面上等速上升时tan()FQ当量摩擦角arctan f2、松退、
32、松退滑块沿斜面等速下降时，摩擦力向上tan()FQ 由公式可知，若 ，说明此时无论轴向载荷有多大，滑块（即螺母）都不能沿斜面运动，这种现象称为自锁。自锁。螺旋副的效率螺旋副的效率2212tanWStanW2 Ttan(tan()Q dQQ d）机械设计基础机械设计基础9.2.2 牙型角不等于零的螺纹（非矩形）牙型角不等于零的螺纹（非矩形）螺纹牙型角不等于零的螺母和螺杆相对转动时，相当于一楔形滑块沿楔形斜面移动，如图所示。1旋紧旋紧tan()FQ2松退松退tan()FQ3.自锁自锁螺旋副的效率螺旋副的效率tantan()机械设计基础机械设计基础9.3 螺纹联接的基本类型和螺纹联接件9.3.1 螺
33、纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型机械设计基础机械设计基础1螺栓螺栓9.3.2 螺纹联接件螺纹联接件普通六角头螺栓的种类很多，应用最广。精度分为A、B、C三级，通用机械中多用C级。螺杆部可制出一段螺纹或全螺纹，螺纹有粗牙和细牙之分，常用粗牙。2双头螺柱双头螺柱两端均制有螺纹，两端螺纹可以相同或不同，有A型（带腰杆）、B型（带退刀槽）两种结构型式。机械设计基础机械设计基础3螺母螺母 螺母是带有内螺纹的联接件。螺母按形状分为六角螺母、方螺母（很少用）和圆螺母。六角螺母应用最广泛，按其厚薄又分为：标准六角螺母，用于一般场合；扁螺母，用于轴向尺寸受限制的场合；厚螺母，用于经常拆装易于磨损处。圆螺母用于
34、轴上零件的轴向固定。机械设计基础机械设计基础4紧定螺钉紧定螺钉末端形状有锥端、平端和圆柱端等形式。锥端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬度较大的平面或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于紧定空心轴上的零件位置。机械设计基础机械设计基础5垫圈垫圈 垫圈是中间有孔的薄板状零件，是螺纹联接中不可缺少的附件。当被联接件表面不够平整时采用平垫圈，可以起垫平接触面的作用；弹簧垫圈还兼有防松的作用；当螺栓轴线与被联接件的接触面不垂直时需要用斜垫圈，以防止螺栓承受附加弯矩。（a）平垫圈；（b）弹簧垫圈；（c）斜垫圈机械设计基础机械设计基础9.
35、4 螺纹联接设计应注意的几个基本问题 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，这个预加的作用力称为预紧力，这一拧紧过程称为预紧。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。n 预紧和预紧力n 预紧的目的n 预紧力的控制预紧力的大小要适度，太小起不到预紧的作用，太大可能使螺栓过载断裂。对于重要的螺纹联接，装配时必须控制其预紧力的大小。预紧力与拧紧力矩成正比，一般可通过控制拧紧力矩来间接控制预紧力。9.4.1 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧机械设计基础机械设计基础1控制拧紧力矩控制拧紧力矩凭工人经验控制扳手力矩凭工人经验控制扳手力矩 用
36、测力矩扳手或定力矩扳手来控制力矩用测力矩扳手或定力矩扳手来控制力矩 机械设计基础机械设计基础2控制螺栓伸长量控制螺栓伸长量 拧紧力矩由于受摩擦因数不符实际等影响可能计算不准确，影响预紧力的准确性。较准确地控制预紧力的方法是用测量拧紧时螺栓伸长量来控制预紧力。伸长量与预紧力的关系见材料力学。9.4.2 螺纹联接的防松螺纹联接的防松n 螺纹联接具有自锁性螺纹联接通常采用三角形螺纹，其升角(1.5 3.5)小于当量摩擦角v(5 6)，满足自锁条件，一般情况下不会自行松脱。机械设计基础机械设计基础重要的螺纹联接均应采取防松措施。防松的根本问题是防止螺旋副的相对转动。按防松原理不同，防松方法可分为摩擦防
37、松和机械防松等。n 防松方法n 松脱的原因在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹联接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致联接失效。机械设计基础机械设计基础l 弹簧垫圈防松原理：螺母拧紧后，靠垫圈压平而产生的反弹力使旋合螺纹间压紧。同时垫圈斜口的尖端抵住螺母与被联接件的支承面也有防松作用。特点：结构简单，使用方便，但在振动冲击载荷作用下，防松效果较差，用于一般的联接。l 弹性带齿垫圈防松原理：与弹簧垫圈相似。特点：分外齿和内齿，无开口，弹力均匀，比弹簧垫圈防松效果好。但它不宜用于经常装拆或材料较软的被联接件。机械设计基础机械设计基础l 对顶螺母防松原理：两螺
38、母对顶拧紧后，使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力的作用。特点：结构简单，防松效果好，适用于低速、平稳和重载的固定装置的联接。l 尼龙圈锁紧螺母防松原理：螺母中嵌有尼龙圈，装配后尼龙圈内孔被胀大，箍紧螺栓。特点：尼龙弹性好，与螺纹牙接触紧密，摩擦大。但不宜用于频繁装拆和高温场合。机械设计基础机械设计基础l 槽形螺母加开口销防松原理：开槽螺母拧紧后，将开口销穿入螺栓尾部小孔和螺母的槽内，并将开口销尾部掰开与螺母侧面贴紧。特点：适用于有较大冲击、振动的高速机械中运动部件的联接。l 圆螺母加带翅垫片防松原理：使垫片内翅嵌入螺栓（轴）的槽内，拧紧螺母后将垫片的外翅之一折弯嵌入螺母的一个槽内。特点：圆
39、螺母为细牙螺纹，防松可靠，主要用于滚动轴承内圈与轴的固定。机械设计基础机械设计基础l 止动垫片防松原理：螺钉拧紧后，将双耳止动垫圈分别向螺母和被联接件的侧面折弯贴紧，即可将螺钉琐住。特点：结构简单，使用方便，防松可靠。l 串联钢丝防松原理：用钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺钉串联起来，使其相互制动。但需注意钢丝的穿入方向。特点：适用于螺钉组联接，拆卸不便。机械设计基础机械设计基础l 冲点防松原理：拧紧螺母后，在内外螺纹的旋合缝隙处用冲头冲几个点，使其发生塑性变形，防止螺母退出。特点：属破坏性防松，不能重复装拆，用于一次性联接。l 胶接防松原理：用粘合剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后粘合剂能自行固
40、化，起到防松效果。机械设计基础机械设计基础9.4.3 螺栓组联接结构设计注意事项螺栓组联接结构设计注意事项 螺栓组联接结构设计的主要目的是合理地确定联接结合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀、便于加工和装配。为此，应综合考虑以下几个力面的问题：1)螺栓的布置应对称、均匀，以使结合面受力均匀，加工方便。为此，结合面常采用简单的轴对称的几何形状。机械设计基础机械设计基础2）螺栓的布置应使各螺栓受力合理。对于配合螺栓联接，不要在平行于工作载荷方向上成排地布置8个以上的螺栓，以免载荷分布过度不均。为了减小螺栓承受的载荷，对承受旋转力矩和翻转力矩作用的螺栓组，应将螺栓适当靠近
41、结合面的边缘布置。右图中3、8螺栓的作用不大，可去掉。机械设计基础机械设计基础3）螺栓之间、螺栓与机体壁之间应有合理的距离，以满足加工和装拆要求。扳手空间尺寸可查手册确定。机械设计基础机械设计基础4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成3、4、6、8、12等易于分度的数目，以利划线和钻孔。5）应保证联接安装的可能性及拆卸方便。（a）无法装配；（b）难以装配；（c）容易装配机械设计基础机械设计基础6）避免螺栓承受偏心载荷。（a）（b）（a）（b）图9-19 尽量不用的螺栓联接结构 图9-20 凸台与沉头座的应用（a）不合理的螺栓头结构；（b）不合理的被连接件 （a）凸台；（b）沉头座机械设计基础机
42、械设计基础9.5 螺栓联接的强度计算9.5.1 普通螺栓联接的强度计算普通螺栓联接的强度计算2紧螺栓联接联接的强度计算紧螺栓联接联接的强度计算松螺栓联接在装配时不需拧紧螺母，所以只有在承受工作载荷时螺栓才受到拉力的作用。在图示可转向吊挂滑轮螺纹联接中，为了保证吊挂滑轮在工作中能相对机架自由转动，螺母不能拧紧，故其为松螺栓联接。松螺栓联接的强度条件为Fa 工作拉力（N）；d1螺栓小径（mm）；螺栓材料的许用拉应力（MPa）。或机械设计基础机械设计基础2紧螺栓联接联接的强度计算紧螺栓联接联接的强度计算（1）受横向工作载荷的紧螺栓联接强度条件为F 螺栓所受的轴向预紧力（N）；d1螺栓小径（mm）；螺
43、栓材料的许用拉应力（MPa）。或机械设计基础机械设计基础（2）受轴向工作载荷的紧螺栓联接 Q121.34eFd Q15.2Fd 或或强度条件为强度条件为机械设计基础机械设计基础9.5.2 铰制孔用螺栓联接的强度计算铰制孔用螺栓联接的强度计算 铰制孔用螺栓联接的失效形式一般为螺栓杆被剪断，螺栓杆或孔壁被压溃。因此，铰制孔用螺栓联接须进行剪切强度和挤压强度计算。螺栓杆的剪切强度条件为 24SSFd minSSppFd h机械设计基础机械设计基础9.6 螺 旋 传 动 螺旋传动主要由螺杆与螺母组成，主要用来把旋转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。螺旋传动平稳，易获得较高的运动精度，有良好的减速
44、性能，用较小的转矩就可以获得很大的轴向推力，且可以具有自锁性。螺旋传动应用广泛，且类型多样。9.6.1 螺旋传动的运动形式螺旋传动的运动形式1螺母固定端不动，螺杆转动并往复移动螺母固定端不动，螺杆转动并往复移动2螺杆转动，螺母做直线运动螺杆转动，螺母做直线运动3螺母旋转并沿直线移动，螺杆固定不动螺母旋转并沿直线移动，螺杆固定不动4螺母转动，螺杆直线移动螺母转动，螺杆直线移动机械设计基础机械设计基础机械设计基础机械设计基础9.6.2 螺旋传动的类型和应用螺旋传动的类型和应用（1）传力螺旋）传力螺旋 如千斤顶如千斤顶（3）调整螺旋）调整螺旋 如张紧装置如张紧装置（2）传导螺旋）传导螺旋 如机床丝杠
45、如机床丝杠1按其用途不同可为以下三种类型按其用途不同可为以下三种类型机械设计基础机械设计基础2按螺纹副的摩擦性质分为三类按螺纹副的摩擦性质分为三类（1）滑动螺旋（滑动摩擦）滑动螺旋（滑动摩擦）（2）滚动螺旋（滚动摩擦）滚动螺旋（滚动摩擦）（3）静压螺旋（流体摩擦）静压螺旋（流体摩擦）9.6.3 滚动螺旋传动简介滚动螺旋传动简介 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为好。滚动螺旋传动的效率一般在90%以上。它不自锁，具有传动
46、的可逆性；但结构复杂，制造精度要求高，抗冲击性能差。它已广泛地应用于机床、飞机、船舶和汽车等要求高精度或高效率的场合。机械设计基础机械设计基础滚动螺旋机构按循环方式分为内循环滚珠丝杠内循环滚珠丝杠外循环滚珠丝杠外循环滚珠丝杠机械设计基础机械设计基础9.6.4 滑动螺旋传动螺杆及螺母材料滑动螺旋传动螺杆及螺母材料机械设计基础机械设计基础9.6.5 滑动螺旋传动的计算滑动螺旋传动的计算螺旋副的主要的失效形式是其磨损。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，然后对可能发生的其他失效形式进行校核。1螺旋副的耐磨性计算螺旋副的耐磨性计算则耐磨性校核公式为
47、 22FFpPPd hzd hH2Hd令整理后得螺纹中径的设计公式 2Fpdh P 计算出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，还要验算所选螺纹参数能否满足自锁条件。机械设计基础机械设计基础2螺纹牙的强度计算螺纹牙的强度计算因为螺母材料一般弱于螺杆材料，所以螺纹牙的剪切和弯曲破坏多发生在螺母上。螺纹牙的剪切和弯曲强度条件分别为 FDaz23WWFhDa z3螺杆的强度计算螺杆的强度计算 在轴向力F的作用下，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 222311430.2vFTdd机械设计基础机械设计基础 时4螺杆的稳定性计算螺杆的稳定性计算 细长螺杆且受较大轴向力时，可能发生侧弯而丧失稳定性。螺杆受压时的稳定性条件为2.5 4crFF22()crEIFl100当 时，临界载荷为 100当，的普通碳素钢临界载荷为 b370MPa214(304 1.12)crdF 的优质碳素钢临界载荷为 b470MPa21(4612.57)4crdF当40时，不必进行稳定性校核。
