機(jī)械設(shè)計(jì)重修復(fù)習(xí)(第一次課)講解

1、第五章第五章 螺紋連接與螺旋傳動(dòng)螺紋連接與螺旋傳動(dòng) 一、螺紋的類型、應(yīng)用和主要參數(shù)一、螺紋的類型、應(yīng)用和主要參數(shù) 按牙型分：三角形、矩形、梯形、鋸齒形；按用途分：連接、傳動(dòng)按牙型分：三角形、矩形、梯形、鋸齒形；按用途分：連接、傳動(dòng) 主參數(shù)：大徑、螺距與導(dǎo)程，升角主參數(shù)：大徑、螺距與導(dǎo)程，升角 二、螺紋連接的基本類型、預(yù)緊與防松二、螺紋連接的基本類型、預(yù)緊與防松 類型：螺栓連接，雙頭螺柱連接，螺釘連接，緊定螺釘連接及使用場(chǎng)合類型：螺栓連接，雙頭螺柱連接，螺釘連接，緊定螺釘連接及使用場(chǎng)合 預(yù)緊目的，預(yù)緊目的， 防松的根本問(wèn)題與方法防松的根本問(wèn)題與方法 三、螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算三、螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算

2、螺栓組聯(lián)接的受力分析螺栓組聯(lián)接的受力分析 ：受橫向載荷、受轉(zhuǎn)矩、受軸向載荷：受橫向載荷、受轉(zhuǎn)矩、受軸向載荷 單個(gè)螺栓強(qiáng)度計(jì)算：僅受預(yù)緊力的普通螺栓、既受預(yù)緊力又受工作拉力的單個(gè)螺栓強(qiáng)度計(jì)算：僅受預(yù)緊力的普通螺栓、既受預(yù)緊力又受工作拉力的 普通螺栓、受工作剪力的鉸制孔螺栓普通螺栓、受工作剪力的鉸制孔螺栓 螺紋連接組的設(shè)計(jì)3 (1) 對(duì)于鉸制孔用螺栓連接（圖對(duì)于鉸制孔用螺栓連接（圖b），每個(gè)螺栓所受工作剪力為：），每個(gè)螺栓所受工作剪力為： (2) 對(duì)于普通螺栓連接（圖對(duì)于普通螺栓連接（圖a） ，按預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦，按預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦 力必須大于或等于橫向載荷的要求，有：

3、力必須大于或等于橫向載荷的要求，有： Z-螺栓數(shù)目。螺栓數(shù)目。 圖示為由四個(gè)螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。圖示為由四個(gè)螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。 1. 受橫向載荷的螺栓組連接受橫向載荷的螺栓組連接 z F F FKzifF S0 fzi FK F S 0 或或 Ks-防滑系數(shù)，防滑系數(shù)，Ks =1.11.3; i-結(jié)合面數(shù)目結(jié)合面數(shù)目 F F FF b) a) 螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的受力分析 采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺 栓組受轉(zhuǎn)矩時(shí)的受力情況是不同的。栓組受轉(zhuǎn)矩時(shí)的受力情況是不同的。 2. 受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接 T

4、KfrFfrFfrF sz02010 TrF z i ii 1 普通螺栓普通螺栓，是靠連接預(yù)緊后在接合面間，是靠連接預(yù)緊后在接合面間 產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。 鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓 與孔壁的擠壓作用來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩與孔壁的擠壓作用來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。 i i r F r F max max Z i i r Tr F 1 2 max max z i i rf TK F 1 S 0 螺紋連接組的設(shè)計(jì)5 3. 受軸向載荷的螺栓組連接受軸向載荷的螺栓組連接 若作用在螺栓組上軸向總載荷若作用在螺栓組上軸向總載荷F作用線與作用線與螺栓軸線平行

5、螺栓軸線平行，并，并通過(guò)螺栓通過(guò)螺栓 組的對(duì)稱中心組的對(duì)稱中心，則各個(gè)螺栓受載相同，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為：，則各個(gè)螺栓受載相同，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為： 通常，各個(gè)螺栓還承受預(yù)緊力通常，各個(gè)螺栓還承受預(yù)緊力F0的作用，當(dāng)連接要有保證的殘余預(yù)緊的作用，當(dāng)連接要有保證的殘余預(yù)緊 力為力為F1時(shí)，每個(gè)螺栓所承受的總載荷時(shí)，每個(gè)螺栓所承受的總載荷F2為。為。 z F F F2 = F1 + F F CC C FF mb b 02 螺栓連接的預(yù)緊力螺栓連接的預(yù)緊力F0為：為：F CC C FF mb m 10 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算2 1. 僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接僅受預(yù)緊力的緊螺栓連接 2 1 0

6、 4 d F 預(yù)緊力引起的拉應(yīng)力：預(yù)緊力引起的拉應(yīng)力： 5 . 0 16 2 )tan( 3 1 2 v0 d d F 螺牙間的摩擦力矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：螺牙間的摩擦力矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力： 2 1 0 ca 4 3 . 1 d F 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： 3 . 13 22 ca 根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力: F0 F0 F F 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算3 2. 受軸向載荷的緊螺栓連接受軸向載荷的緊螺栓連接 F D D p 螺栓預(yù)緊力螺栓預(yù)緊力F0后，在工作拉力后，在工作拉力F 的作的作 用下，螺栓的總

7、拉力用下，螺栓的總拉力F2 = ? FFF 12 4/ 3 . 1 2 1 2 ca d F F CC C FF mb b 02 螺栓的總拉力為：螺栓的總拉力為： 螺栓連接的預(yù)緊力螺栓連接的預(yù)緊力F0為：為：F CC C FF mb m 10 靜強(qiáng)度條件：靜強(qiáng)度條件： 式中式中F1為殘余預(yù)緊力，為保證連接的緊密性，為殘余預(yù)緊力，為保證連接的緊密性， 應(yīng)使應(yīng)使 F1 0， 式中：式中： mb b CC C 為螺栓的相對(duì)剛度，其取值范圍為為螺栓的相對(duì)剛度，其取值范圍為 01。 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算4 3. 承受工作剪力的緊螺栓連接承受工作剪力的緊螺栓連接 這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來(lái)承受載荷的

8、。螺栓桿與孔壁之間這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來(lái)承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間 無(wú)間隙，接觸表面受擠壓。在連接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。無(wú)間隙，接觸表面受擠壓。在連接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。 螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為： 螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為：螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為： 式中：式中：F螺栓所受的工作剪力，單位為螺栓所受的工作剪力，單位為N； d0螺栓剪切面的直徑（可取螺栓孔直徑），單位為螺栓剪切面的直徑（可取螺栓孔直徑），單位為mm； Lmin螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為mm； 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使 Lmin1.2

9、5d0 P min0 P Ld F 2 0 4 d F F F d0 Lmin 螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 一、螺栓組計(jì)算一、螺栓組計(jì)算 螺栓 組受 力分 析 軸向力橫向力旋轉(zhuǎn)力矩翻轉(zhuǎn)力矩 z i i L LM F 1 2 max max zif Fk F s 0 受拉 zFF/ 受剪 z i i s rf Tk F 1 0 受拉 z i i r Tr F 1 2 max max 受剪 受拉螺栓 受變載： 4/ 3 . 1 2 1 0 d F ca 緊聯(lián)接 受F1和F 4/ 2 0 d F min pp Ld F 4/ 2 1 d F a影響疲勞強(qiáng)度 4/ 3 . 1 2 1 2 d F

10、 ca 單個(gè)螺栓 強(qiáng)度計(jì)算 受剪螺栓： 松聯(lián)接： 僅受F0： 受靜載： F2=F+F1 z F F 受任意載荷螺栓組 向形心簡(jiǎn)化 四種簡(jiǎn)單狀態(tài) 迭加 受載最大螺栓 按單個(gè)計(jì)算 例例1 1：如圖所示，兩根梁用：如圖所示，兩根梁用8 8個(gè)個(gè)4.64.6級(jí)普通螺栓與兩塊鋼蓋板相連接。梁級(jí)普通螺栓與兩塊鋼蓋板相連接。梁 受到拉力受到拉力F F=56kN=56kN，摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)f f=0.2=0.2，控制預(yù)緊力，試確定所需螺栓的小，控制預(yù)緊力，試確定所需螺栓的小 徑。（已知：徑。（已知：S S=240Mpa=240Mpa，安全系數(shù)，安全系數(shù)s=1.3s=1.3，防滑系數(shù)，防滑系數(shù)Ks=1.2） F

11、 F mm41.19 6 .184 420003 . 14 3 . 14 0 1 F d N42000 242 . 0 560002 . 1 0 fzi FK F s 解：解： 螺栓數(shù)目螺栓數(shù)目z=4，接合面數(shù)，接合面數(shù)i=2，防滑系數(shù)，防滑系數(shù)Ks=1.2，則螺栓所需，則螺栓所需 預(yù)緊力預(yù)緊力F0為為 = S / s = 240 / 1.3 = 184.6Mpa 取M24 d1=20.752 例例2：圖示方形蓋板用四個(gè)：圖示方形蓋板用四個(gè)M6螺釘與箱體連接螺釘與箱體連接,蓋板中心蓋板中心O點(diǎn)的吊環(huán)受拉力點(diǎn)的吊環(huán)受拉力P=10kN。 (2) 如果已知如果已知M6螺釘?shù)穆葆數(shù)膁14.917mm,

12、螺釘?shù)脑S用應(yīng)力為螺釘?shù)脑S用應(yīng)力為=280Mpa,試校核螺釘?shù)脑囆：寺葆數(shù)?強(qiáng)度。強(qiáng)度。 (1) 取殘余預(yù)緊力取殘余預(yù)緊力F1為工作拉力的為工作拉力的0.6倍倍,求螺釘?shù)目偫η舐葆數(shù)目偫2； 解：（解：（1）拉力通過(guò)螺釘組形心，各個(gè)螺釘工作拉力相等。）拉力通過(guò)螺釘組形心，各個(gè)螺釘工作拉力相等。 N Z F FFFFF2500 4 10000 4321 剩余預(yù)緊力為：剩余預(yù)緊力為：NFF150025006 . 06 . 0 1 每個(gè)螺釘總拉力：每個(gè)螺釘總拉力： NFFF400025001500 12 （2） Mpa d F 274 917. 4 4 1 40003 . 1 4 1 3 . 1

13、 22 1 2 滿足強(qiáng)度條件。滿足強(qiáng)度條件。 例例3：一機(jī)架由四個(gè)鉸制孔螺栓組成連接，幾何尺寸如圖所示。已知：一機(jī)架由四個(gè)鉸制孔螺栓組成連接，幾何尺寸如圖所示。已知 R1=4000N,R2=1000N，螺栓材料的許用剪應(yīng)力，螺栓材料的許用剪應(yīng)力=100MP a，試按剪切，試按剪切 強(qiáng)度確定所需螺栓的最小直徑。強(qiáng)度確定所需螺栓的最小直徑。 mmNRRT450000150)10004000(150)( 21 NRRF500010004000 21 解：（解：（1）受力分析）受力分析 螺栓組連接承受的橫向載荷螺栓組連接承受的橫向載荷 ： N ZD T FT2250 2/1004 450000 2/

14、N F FR1250 4 5000 4 （2）單個(gè)螺栓的受力）單個(gè)螺栓的受力 ： 由于橫向載荷的作用，每個(gè)螺栓受到的橫向力由于橫向載荷的作用，每個(gè)螺栓受到的橫向力 ： NFFFFF RTRT 350045cos1250225021250225045cos2 022022 max mm F d67. 6 100 350044 max 0 （3）受力最大的螺栓為）受力最大的螺栓為2、3，其最大橫向力為，其最大橫向力為 : （4）螺栓桿的最小直徑）螺栓桿的最小直徑 : 螺栓組連接承受的轉(zhuǎn)矩螺栓組連接承受的轉(zhuǎn)矩 ： 由于轉(zhuǎn)矩的作用，每個(gè)螺栓受到的橫向力由于轉(zhuǎn)矩的作用，每個(gè)螺栓受到的橫向力 六、鍵聯(lián)接六

15、、鍵聯(lián)接 一、鍵聯(lián)接的功能，類型、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用一、鍵聯(lián)接的功能，類型、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用 平鍵聯(lián)接：工作面為兩側(cè)面，有普通平鍵，導(dǎo)向平鍵和滑鍵平鍵聯(lián)接：工作面為兩側(cè)面，有普通平鍵，導(dǎo)向平鍵和滑鍵 半圓鍵：工作面為側(cè)面半圓鍵：工作面為側(cè)面 楔鍵和切向鍵：工作面為上下面楔鍵和切向鍵：工作面為上下面 二、鍵的選擇和平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算二、鍵的選擇和平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 截面尺寸，長(zhǎng)度選擇，失效形式截面尺寸，長(zhǎng)度選擇，失效形式 第八章第八章 帶傳動(dòng)帶傳動(dòng) 一、帶傳動(dòng)的特點(diǎn)、主要類型和應(yīng)用一、帶傳動(dòng)的特點(diǎn)、主要類型和應(yīng)用 二、普通二、普通V帶的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)：帶的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)： V帶的型號(hào)、帶長(zhǎng)、帶輪基準(zhǔn)直徑等帶的型號(hào)、帶

16、長(zhǎng)、帶輪基準(zhǔn)直徑等 三、帶傳動(dòng)的工作情況分析三、帶傳動(dòng)的工作情況分析 1、受力分析（公式、受力分析（公式8-3，8-4，8-6）：）： 2、應(yīng)力分析（應(yīng)力特點(diǎn)及最大、應(yīng)力分析（應(yīng)力特點(diǎn)及最大 應(yīng)力，公式應(yīng)力，公式8-11 ） 3、彈性滑動(dòng)與打滑（產(chǎn)生原因，后果）、彈性滑動(dòng)與打滑（產(chǎn)生原因，后果） 四、四、V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 1、帶傳動(dòng)的失效形式，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、帶傳動(dòng)的失效形式，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 2、帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)、帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng) 帶型號(hào)的選取、帶輪直徑，帶速及包角的要求帶型號(hào)的選取、帶輪直徑，帶速及包角的要求 五、普通五、普通V帶輪的結(jié)構(gòu)，帶傳動(dòng)的張緊帶輪的結(jié)構(gòu)，帶傳動(dòng)的張緊 帶輪

17、直徑，槽角，張緊目的，張緊輪的位置帶輪直徑，槽角，張緊目的，張緊輪的位置 12 不工作時(shí)不工作時(shí)工作時(shí)工作時(shí) F0 F0 F0 F0 帶必須以一定的拉力張緊在帶輪帶必須以一定的拉力張緊在帶輪 上，此時(shí)，傳動(dòng)帶兩邊的拉力相等，上，此時(shí)，傳動(dòng)帶兩邊的拉力相等， 都等于都等于F F0 0。 n2 n1 F1 F2 F1 F2 帶繞上主動(dòng)輪的一邊被拉緊，該邊帶繞上主動(dòng)輪的一邊被拉緊，該邊 拉力拉力緊邊拉力緊邊拉力F F1 1；帶繞上從動(dòng)力；帶繞上從動(dòng)力 的一邊被放松，該邊拉力的一邊被放松，該邊拉力松邊拉松邊拉 力力F F2 2。 F1-F0=F0-F2 F1+F2=2F0 一、受力分析一、受力分析 8

18、-2 帶傳動(dòng)的工作情況分析帶傳動(dòng)的工作情況分析 帶與帶輪間的總摩擦力帶與帶輪間的總摩擦力Ff F2 F1 0 222 1 1 1 2 1 D F D F D Ff 得得：Ff =F1-F2 帶傳動(dòng)的有效拉力帶傳動(dòng)的有效拉力Fe F e=Ff =F1-F2 一、受力分析一、受力分析 8-2 帶傳動(dòng)的工作情況分析帶傳動(dòng)的工作情況分析 帶所能傳遞的最大有效拉力帶所能傳遞的最大有效拉力Fec ) 1 2 1 (2 1 1 2 00 ff f ec e F e e FF 影響最大有效拉力的因素影響最大有效拉力的因素 預(yù)緊力預(yù)緊力F F0 0： F Fec ec與預(yù)緊力 與預(yù)緊力F F0 0成正比。成正比

19、。 包角包角 ： F Fec ec隨包角 隨包角 的增大而增大。的增大而增大。 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)f f： F Fec ec隨摩擦系數(shù) 隨摩擦系數(shù)f f的增大而增大的增大而增大。 一、受力分析一、受力分析 8-2 帶傳動(dòng)的工作情況分析帶傳動(dòng)的工作情況分析 工作情況分析工作情況分析(應(yīng)力分析應(yīng)力分析) 二、帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析二、帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析 帶傳動(dòng)在工作過(guò)程中帶上的應(yīng)力有：帶傳動(dòng)在工作過(guò)程中帶上的應(yīng)力有： 8-2 帶傳動(dòng)的工作情況分析帶傳動(dòng)的工作情況分析 1、離心應(yīng)力、離心應(yīng)力 A qv c 2 2 2、拉應(yīng)力、拉應(yīng)力 A F A F 2 2 1 1 3 3、彎曲應(yīng)力、彎曲應(yīng)力 2 2 1 1

20、d b d b d h E d h E 11maxbc 最大應(yīng)力最大應(yīng)力 工作情況分析(運(yùn)動(dòng)分析) 三、帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)與打滑三、帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)與打滑 12 1 21 )1 (%100vv v vv 或或 8-2 帶傳動(dòng)的工作情況分析帶傳動(dòng)的工作情況分析 彈性滑動(dòng)彈性滑動(dòng)由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪間的滑動(dòng)。由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪間的滑動(dòng)。 這是帶傳動(dòng)正常工作時(shí)不可避免的現(xiàn)象。這是帶傳動(dòng)正常工作時(shí)不可避免的現(xiàn)象。 彈性滑動(dòng)將使從動(dòng)輪的圓周速度彈性滑動(dòng)將使從動(dòng)輪的圓周速度v v2 2低于主動(dòng)輪的圓周速度低于主動(dòng)輪的圓周速度v v1 1， ， 其降低量其降低量帶傳動(dòng)的滑動(dòng)率帶傳動(dòng)的

21、滑動(dòng)率 。 )/( 60000 11d 1 sm nd v )/( 60000 22d 2 sm nd v )1 ( 1d 2d 2 1 d d n n i傳動(dòng)比： 打滑打滑若帶的工作載荷進(jìn)一步加大，有效若帶的工作載荷進(jìn)一步加大，有效 圓周力達(dá)到臨界值圓周力達(dá)到臨界值Fec后，則帶與帶輪間會(huì)發(fā)生顯后，則帶與帶輪間會(huì)發(fā)生顯 著的相對(duì)滑動(dòng)，即產(chǎn)生著的相對(duì)滑動(dòng)，即產(chǎn)生打滑打滑。打滑將使帶的磨損。打滑將使帶的磨損 加劇，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速急速降低，帶傳動(dòng)失效，這種加劇，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速急速降低，帶傳動(dòng)失效，這種 情況情況應(yīng)當(dāng)避免。應(yīng)當(dāng)避免。 8-2 帶傳動(dòng)的工作情況分析帶傳動(dòng)的工作情況分析 主要失效形式：主要失效形式： 打滑、疲勞破壞打滑、疲勞破壞 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 保證帶傳動(dòng)不打滑的條件下，保證帶傳動(dòng)不打滑的條件下， 具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。 一、帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 8-3 普通普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2 2. .選擇帶的截型選擇帶的截型 根據(jù)根據(jù)計(jì)算功率計(jì)算功率P Pca ca及 及小帶輪轉(zhuǎn)速小帶輪轉(zhuǎn)速n n1 1由下圖選定帶型由下圖選