《機械設(shè)計基礎(chǔ) 第4版》 教案 朱龍英 第10-12章 鏈傳動、連接、軸

PAGEPAGEPAGE7第10章鏈傳動基本要求：了解鏈傳動的類型、滾子鏈的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；了解鏈傳動的運動特點、滾子鏈傳動的設(shè)計計算；了解鏈傳動的張緊和潤滑。重點：鏈傳動的結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)；鏈傳動的設(shè)計計算。難點：鏈傳動的設(shè)計計算。學時：課堂教學：2學時。教學方法：多媒體結(jié)合板書。10.1鏈傳動的類型、特點和應(yīng)用鏈傳動由裝在平行軸上的主、從動鏈輪和繞在鏈輪上的環(huán)形鏈條所組成，以鏈作中間撓性件，靠鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動力。鏈傳動類型：傳動鏈、起重鏈和曳引鏈。鏈傳動的主要優(yōu)點是：與帶傳動相比，鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比；需要的張緊力小，作用于軸的壓力也小，可減少軸承的摩擦損失；結(jié)構(gòu)緊湊；能在溫度較高、有油污等惡劣環(huán)境條件下工作。與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造和安裝精度要求較低；中心距較大時其傳動結(jié)構(gòu)簡單。鏈傳動的主要缺點是：瞬時鏈速和瞬時傳動比不是常數(shù)，因此傳動平穩(wěn)性較差，工作中有一定的沖擊和噪聲。目前，鏈傳動廣泛應(yīng)用于工況較為惡劣、傳動比精度要求不是很高的農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、冶金、起重、運輸、石油、化工、森工和環(huán)衛(wèi)機械及摩托車中。10.2鏈傳動的結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)和幾何尺寸10.2.1鏈條鏈條長度以鏈節(jié)數(shù)來表示。鏈節(jié)數(shù)最好取為偶數(shù)，以便鏈條聯(lián)成環(huán)形時正好是外鏈板與內(nèi)鏈板相接，接頭處可用彈簧夾或開口銷鎖緊。若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，則需采用過渡鏈節(jié)。在鏈條受拉時，過渡鏈節(jié)還要承受附加的彎曲載荷，通常應(yīng)避免采用。齒形鏈由許多沖壓而成的齒形鏈板用鉸鏈聯(lián)接而成，為避免嚙合時掉鏈，鏈條應(yīng)有導向板(分為內(nèi)導式和外導式)。齒形鏈板的兩側(cè)是直邊，工作時鏈板側(cè)邊與鏈輪齒廓相嚙合。鉸鏈可做成滑動副或滾動副，滾柱式可減少摩擦和磨損，效果較軸瓦式好。與滾子鏈相比，齒形鏈運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、承受沖擊載荷的能力高；但結(jié)構(gòu)復雜、價格較貴、也較重，所以它的應(yīng)用沒有滾子鏈那樣廣泛。齒形鏈多用于高速(鏈速可達40m/s)或運動精度要求較高的傳動。國家標準僅規(guī)定了滾子鏈鏈輪齒槽的齒面圓弧半徑、齒溝圓弧半徑和齒溝角的最大和最小值(詳見GB1244-85)。各種鏈輪的實際端面齒形均應(yīng)在最大和最小齒槽形狀之間。這樣處理使鏈輪齒廓曲線設(shè)計有很大的靈活性。但齒形應(yīng)保證鏈節(jié)能平穩(wěn)自如地進入和退出嚙合，并便于加工。符合上述要求的端面齒形曲線有多種。最常用的齒形是“三圓弧一直線”，即端面齒形由三段圓弧()和一段直線()組成。10.2.2鏈輪鏈輪軸面齒形兩側(cè)呈圓弧狀，以便于鏈節(jié)進入和退出嚙合。齒形用標準刀具加工時，在鏈輪工作圖上不必繪制端面齒形，但須繪出鏈輪軸面齒形，以便車削鏈輪毛壞。軸面齒形的具體尺寸見有關(guān)設(shè)計手冊。鏈輪齒應(yīng)有足夠的接觸強度和耐磨性，故齒面多經(jīng)熱處理。小鏈輪的嚙合次數(shù)比大鏈輪多，所受沖擊力也大，故所用材料一般應(yīng)優(yōu)于大鏈輪。常用的鏈輪材料有碳素鋼(如Q235、Q275、45、ZG310-570等)、灰鑄鐵(如HT200)等。重要的鏈輪可采用合金鋼。鏈輪的結(jié)構(gòu)如上圖所示。小直徑鏈輪可制成實心式；中等直徑的鏈輪可制成孔板式；直徑較大的鏈輪可設(shè)計成組合式，若輪齒因磨損而失效，可更換齒圈。鏈輪輪轂部分的尺寸可參考帶輪。10.2.3主要參數(shù)及選擇1、鏈輪齒數(shù)為提高鏈傳動的運動平穩(wěn)性、降低動載荷，小鏈輪齒數(shù)多一些為好。但小鏈輪齒數(shù)也不宜過多，否則=i會很大，從而使鏈傳動較早發(fā)生跳齒失效。鏈條工作一段時間后，磨損使銷軸變細、使套筒和滾子變薄，在拉伸載荷F的作用下，鏈條的節(jié)距伸長。鏈條節(jié)距變長后、鏈繞上鏈輪時節(jié)圓d向齒頂移動。一般鏈條節(jié)數(shù)為偶數(shù)以避免使用過渡接頭。為使磨損均勻，提高壽命，鏈輪齒數(shù)最好與鏈節(jié)數(shù)互質(zhì)，若不能保證互質(zhì)，也應(yīng)使其公因數(shù)盡可能小。2、鏈的節(jié)距鏈的節(jié)距越大，理論上承載能力越高。但如上節(jié)所述：節(jié)距越大，由鏈條速度變化和鏈節(jié)嚙入鏈輪產(chǎn)生沖擊所引起的動載荷越大，反而使鏈承載能力和壽命降低。因此，設(shè)計時應(yīng)盡可能選用小節(jié)距的鏈，重載時選取小節(jié)距多排鏈的實際效果往往比選取大節(jié)距單排鏈的效果更好。3、中心距和鏈長鏈傳動中心距過小，則小鏈輪上的包角小，同時嚙合的鏈輪齒數(shù)就少；若中心距過大，則易使鏈條抖動。一般可取中心距a=(30～50)p，最大中心距≤80p。鏈條長度用鏈的節(jié)數(shù)表示。按帶傳動求帶長的公式可導出由此算出的鏈節(jié)數(shù)須圓整為整數(shù)，最好取為偶數(shù)。運用上式可解得由求中心距a的公式：為便于安裝鏈條和調(diào)節(jié)鏈的張緊程度，一般應(yīng)將中心距設(shè)計成可調(diào)節(jié)的；或者應(yīng)有張緊裝置。若中心距不能調(diào)節(jié)而又無張緊裝置時，應(yīng)將計算的中心距減小2～5mm使鏈條有小的初垂度。10.3鏈傳動的設(shè)計10.3.1失效形式鏈傳動的失效形式主要有以下幾種：(1)鏈板疲勞破壞鏈在松邊拉力和緊邊拉力的反復作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板會發(fā)生疲勞破壞。正常潤滑條件下，鏈板疲勞強度是限定鏈傳動承載能力的主要因素。(2)滾子、套筒的沖擊疲勞破壞鏈傳動的嚙入沖擊首先由滾子和套筒承受。在反復多次的沖擊下，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)，滾子、套筒可能會發(fā)生沖擊疲勞破壞。這種失效形式多發(fā)生于中、高速閉式鏈傳動中。(3)銷軸與套筒的膠合潤滑不當或速度過高時，銷軸和套筒的工作表面會發(fā)生膠合。膠合限定了鏈傳動的極限轉(zhuǎn)速。(4)鏈條鉸鏈磨損鉸鏈磨損后鏈節(jié)變長，容易引起跳齒或脫鏈。開式傳動、環(huán)境條件惡劣或潤滑密封不良時，極易引起鉸鏈磨損，從而急劇降低鏈條的使用壽命。(5)過載拉斷這種拉斷常發(fā)生于低速重載的傳動中。在一定的使用壽命下，從一種失效形式出發(fā)，可得出一個極限功率表達式。為了清楚，常用線圖表示。圖9-1所示為在正常潤滑條件下，對應(yīng)各種失效形式的極限功率曲線。圖中陰影部分為實際上使用的區(qū)域。若潤滑密封不良及工況惡劣時，磨損將很嚴重，其極限功率會大幅度下降，如圖中虛線所示。10.3.2功率曲線圖采用推薦的潤滑方式時，各型號A系列滾子鏈所能傳遞的功率。若潤滑不良或不采用推薦的潤滑方式時，應(yīng)將圖中值降低；當鏈速v≤1.5m/s時，降低到50%；當1.5m/s＜v≤7m/s時，降低到25%；當v＞7m/s而又潤滑不當時，傳動不可靠。圖10-1鏈傳動失效形式的極限功率曲線10.4鏈傳動的潤滑和布置10.4.1鏈傳動的潤滑鏈傳動的潤滑至關(guān)重要。合宜的潤滑能顯著降低鏈條鉸鏈的磨損，延長使用壽命。鏈傳動的潤滑方式有四種：1）人工定期用油壺或油刷給油；2）用油杯通過油管向松邊內(nèi)外鏈板間隙處滴油；3）油浴潤滑或用甩油盤將油甩起，以進行飛濺潤滑；4）用油泵經(jīng)油管向鏈條連續(xù)供油，循環(huán)油可起潤滑和冷卻的作用。如圖所示，封閉于殼體內(nèi)的鏈傳動，可以防塵、減輕噪聲及保護人身安全。潤滑油可選用L-AN32、L-AN46、L-AN68全損耗系統(tǒng)用油，環(huán)境溫度高或載荷大時宜取粘度高者；反之粘度宜低。10.4.2鏈傳動的布置張緊鏈傳動的兩軸應(yīng)平行，兩鏈輪應(yīng)位于同一平面內(nèi)；一般宜采用水平或接近水平的布置，并使松邊在下邊。鏈傳動的張緊方法很多，最常見的是通過改變中心距來調(diào)整張緊程度。采用張緊輪張緊如圖10-2所示。圖10-2鏈傳動張緊裝置本章小結(jié)1．鏈傳動的特點與帶傳動相比，鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比；需要的張緊力小，作用于軸的壓力也小，可減少軸承的摩擦損失；結(jié)構(gòu)緊湊；能在溫度較高、有油污等惡劣環(huán)境條件下工作。與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造和安裝精度要求較低；中心距較大時其傳動結(jié)構(gòu)簡單。瞬時鏈速和瞬時傳動比不是常數(shù)，因此傳動平穩(wěn)性較差，工作中有一定的沖擊和噪聲。2．鏈傳動的失效形式鏈板疲勞破壞、滾子、套筒的沖擊疲勞破壞、銷軸與套筒的膠合、鏈條鉸鏈磨損、過載拉斷。3．鏈傳動的潤滑方式人工定期用油壺或油刷給油、用油杯通過油管向松邊內(nèi)外鏈板間隙處滴油、油浴潤滑或用甩油盤將油甩起，以進行飛濺潤滑、用油泵經(jīng)油管向鏈條連續(xù)供油，循環(huán)油可起潤滑和冷卻的作用。作業(yè)10-1套筒滾子鏈的結(jié)構(gòu)如何組成的，鏈的節(jié)距和排數(shù)對承載能力有何影響？10-2鏈傳動工作時受有哪些力，這些力如何確定？10-3分別寫出鏈傳動的平均傳動比和瞬時傳動比表達式。10-4鏈傳動為何小鏈輪的齒數(shù)不宜過少？而大鏈輪齒數(shù)又不宜過多？第11章連接基本要求：了解連接的類型和應(yīng)用；了解螺紋連接的類型和應(yīng)用；掌握螺旋副的受力分析、效率和自鎖，螺紋連接的防松裝置；掌握螺紋連接失效形式及強度計算；了解螺旋傳動的受力情況及計算要點；了解軸轂連接的類型及應(yīng)用。重點：螺旋副的受力分析、效率和自鎖；螺紋連接失效形式及強度計算。難點：螺旋副的受力分析，效率和自鎖；螺栓連接的計算。學時：課堂講授：8學時。教學方法：多媒體結(jié)合板書。11.1連接概述一部機器通常都是由成百上千個零件所組成的，但這些零件并不是隨意羅列在一起的，由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運輸?shù)仍?，機器中有許多零件需要按照一定的要求和方式它們連接起來，而構(gòu)成一個整體。零件的連接方式有多種：被連接件間相互固定、不能作相對運動的稱為靜連接；能按一定運動形式作相對運動的稱為動連接。通常所謂的連接主要是指靜連接。靜連接的分類見表10-1?！菁y連接——鍵連接——可拆的連接————銷連接——彈性環(huán)連接連接————成形連接——夾緊連接——焊接——不可拆的連接————鉚接——粘接——過盈配合在這些連接方式中尤其是以螺紋連接應(yīng)用最為廣泛，各種類型的機器設(shè)備中都有這種連接方式，如：自行車等。螺紋連接的主要特點：1)構(gòu)造簡單，形式繁多；2)連接可靠，具有良好的自鎖性能；3)裝拆方便；4）能夠承受較大的載荷，如起重設(shè)備中的連接；5)容易制造：手工——板牙、絲錐；機械——車制、碾制、銑制、磨制；6）價格低廉，選用方便，標準件。11.2螺紋的主要參數(shù)11.2.1螺紋的形成如圖11-1所示，將一傾斜角為ψ的直角三角形繞在直徑為d2的圓柱體上，其三角形的斜邊，便形成一條螺旋線任取一平面圖形，使它沿著螺旋線運動，運動時保持此圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。圖11-1螺紋的形成11.2.2螺紋的類型和分類1.按照平面圖形的形狀：螺紋分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等。2.按照螺旋線的旋向：螺紋分為左旋螺紋和右旋螺紋。機械制造中一般采用右旋螺紋，有特殊要求時，才采用左旋螺紋。3.按照螺旋線的數(shù)目：螺紋還分為單線螺紋和多線螺紋，為了制造方便，螺紋的線數(shù)一般不超過4。4.按功能：連接螺紋；傳動螺紋，調(diào)節(jié)螺紋，阻塞螺紋等5.按標準：公制螺紋，英制螺紋6.螺紋有內(nèi)螺紋和外螺紋之分，兩者旋合組成螺旋副或稱螺紋副。7.按照母體形狀，螺紋分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。11.2.3螺紋的基本參數(shù)以圓柱螺紋為例，大徑——d、D中徑——d2、D2小徑——d1、D1線數(shù)——n螺距——P導程——SS＝nP螺紋升角——ψ牙型角——α牙型斜角——β（牙側(cè)角）工作高度——H11.3螺旋副的受力分析、效率和自鎖11.3.1矩形螺紋圖11-2螺紋副受力簡化螺旋副在力矩和軸向載荷作用下的相對運動，可看成作用在中徑的水平力F推動滑塊（重物）沿螺紋運動。如圖11-2所示。1、當滑塊沿斜面等速上升時：由力的平衡條件可知，F(xiàn)R、F和Fa三力組成力多邊形，由圖可得作用在螺旋副上的相應(yīng)驅(qū)動力矩2.當滑塊沿斜面等速下滑時軸向載荷Fa變?yōu)轵?qū)動力，而F變?yōu)榫S持滑塊等速運動所需的平衡力，由力多邊形可得作用在螺旋副上的相應(yīng)力矩3.當滑塊沿斜面等速下滑時求出的F值可為正，也可為負。1)當斜面傾角ψ大于摩擦角ρ時，滑塊在重力作用下有向下加速的趨勢。這時由式求出的平衡力F為正，方向如圖所示。它阻止滑塊加速以便保持等速下滑，故F是阻力（支持力）2)當斜面傾角ψ小于摩擦角時，滑塊不能在重力作用下自行下滑，即處于自鎖狀態(tài)，這時由式求出的平衡力F為負，其方向與圖相反（即F與運動方向成銳角）F為驅(qū)動力。它說明在自鎖條件下，必須施加驅(qū)動力F才能使滑塊等速下滑。11.3.2非矩形螺紋非矩形螺紋是指牙側(cè)角β≠0的三角形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。由對比圖11-3可知，圖11-3矩形螺紋與非矩形螺紋受力比較若略去螺紋升角的影響，在軸向載荷Fa作用下，非矩形螺紋的法向力比矩形螺紋的大。若把法向力的增加看作摩擦系數(shù)的增加，則非矩形螺紋的摩擦阻力可寫為式中f’——為當量摩擦系數(shù)，即式中’——為當量摩擦角；β為牙側(cè)角。因此，f改為f’、改為’，就可像矩形螺紋那樣對非矩形螺紋進行力的分析。1．當滑塊沿非矩形螺紋等速上升時，可得水平椎力相應(yīng)的驅(qū)動力矩2.當滑塊沿非矩形螺紋等速下滑時，可得可得相應(yīng)的力矩為與矩形螺紋分析相同，若螺紋升角ψ小于當量摩擦角’，則螺旋具有自鎖特性，如不施加驅(qū)動力矩，無論軸向驅(qū)動力Fa多大，都不能使螺旋副相對運動?？紤]到極限情況，非矩形螺紋的自鎖條件可表示為為了防止螺母在軸向力作用下自動松開，用于連接的緊固螺紋必須滿足自鎖條件。以上分析適用于各種螺旋傳動和螺紋連接。歸納起來就是：當軸向載荷為阻力，阻止螺旋副相對運動時：相當于滑塊沿斜面等速上升例如車床絲桿走刀時，切削力阻止刀架軸向移動；螺紋連接擰緊螺母時，材料變形的反彈力阻止螺母軸向移動；螺旋千斤頂舉升重物時，重力阻止螺桿上升。當軸向載荷為驅(qū)動力，與螺旋副相對運動方向一致時：相當于滑塊沿斜面等速下滑例如旋松螺母時，材料變形的反彈力與螺母移動方向一致；用螺旋千斤頂降落重物時，重力與下降方向一致。螺旋副的效率：是有效功與輸人功之比。若按螺旋轉(zhuǎn)動一圈計算，輸人功為2πT，此時升舉滑塊（重物）所作的有效功為Fa·S，故螺旋副的效率為：由上式可知，當量摩擦角一定時，效率只是螺紋升角ψ的函數(shù)。11.4螺紋連接的類型、特點及應(yīng)用11.4.1基本類型1、螺栓連接擰緊的螺栓連接稱為緊連接，不擰緊的稱為松連接。特點和應(yīng)用：無需在被連接件上切制螺紋，使用不受被連接件材料的限制。構(gòu)造簡單，裝拆方便，應(yīng)用最廣。用于通孔的場合。根據(jù)受力狀況可分為：1）受拉螺栓連接：制造和裝拆方便，應(yīng)用廣泛；2）鉸制孔螺栓連接：螺栓受剪多用于板狀件的連接，有時兼起定位作用。2、雙頭螺柱連接特點和應(yīng)用：雙頭螺柱連接座端旋人并緊定在被連接件之一的螺紋孔中，用于被連接件之一較厚或受結(jié)構(gòu)限制而不能用螺栓或希望連接結(jié)構(gòu)較緊湊的場合。3、螺釘連接特點和應(yīng)用：螺釘連接不用螺母，而且能有光整的外露表面，應(yīng)用與雙頭螺柱連接相似，但不宜用于時常裝拆的連接，以免損壞被連接件的螺紋孔。4、緊定螺釘連接特點和應(yīng)用：旋入被連接件之一的螺紋孔中，其末端頂住另一被連接件的表面或頂入相應(yīng)的坑中，以固定兩個零件的相互位置，并可傳遞不大的力或轉(zhuǎn)矩。11.4.2螺紋緊固件標準件螺紋緊固件的品種很多，大都已標準化，其規(guī)格、型號均已系列化，可直接到五金商店購買。1．螺栓螺栓的頭部形狀很多，最常用的有六角頭和小六角頭兩種。2．雙頭螺柱雙頭螺柱，旋入被連接件螺紋孔的一端稱為座端，另一端為螺母端，其公稱長度為L。3．螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘?shù)念^部有內(nèi)六角頭、十字槽頭等多種形式，以適應(yīng)不同的擰緊程度。緊定螺釘末端要頂住被連接件之一的表面或相應(yīng)的凹坑，其末端具有平端、錐端、圓尖端等各種形狀。4．螺母螺母的形狀有六角形、圓形等。六角螺母有三種不同厚度，薄螺母用于尺寸受到限制的地方，厚螺母用于經(jīng)常裝拆易于磨損之處。圓螺母常用于軸上零件的軸向固定。5．墊圈墊圈的作用是增加被連接件的支承面積以減小接觸處的壓強（尤其當被連接件材料強度較差時）和避免擰緊螺母時擦傷被連接件的表面。普通墊圈呈環(huán)狀，有防松作用的墊圈為彈性墊圈。普通用的螺紋緊固件，按制造精度分為粗制、精制兩類。粗制的螺紋緊固件多用于建筑，國家標準規(guī)定螺紋緊固件按機械性能分級?！菟ā⒙葜?、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃槭?1.5螺紋連接的預緊和預緊力矩11.5.1螺栓連接的擰緊對于大多數(shù)螺紋連接來說，螺紋連接在裝配時都必須擰緊，將螺母擰緊（預緊）。預緊后產(chǎn)生的拉（壓）力稱為預緊力Fo預緊力的大小對螺紋連接的影響：擰緊連接能增強連接的剛性、緊密性和防松能力；對于受拉螺栓連接，還可提高螺栓的疲勞強度；對于受剪螺栓連接，有利于增大連接中的摩擦力。1、擰緊力矩（扳手力矩）擰緊螺母時，需要克服螺紋副的螺紋力矩T1和螺母的承壓面力矩T2，因此擰緊力矩T=T1＋T22、擰緊力矩的控制擰緊是連接的需要，但擰的過緊也是不適當?shù)?。如：用長度為直徑15倍的扳手，在20公斤力的作用下，產(chǎn)生的擰緊力是1500kg。所以小直徑的螺栓裝配時應(yīng)施加小的擰緊力矩，否則就容易將螺栓桿拉斷。因此：對重要的有強度要求的螺栓連接，如無控制擰緊力矩的措施，不宜采用小于M12的螺栓?？刂茢Q緊力矩方法：通常螺紋連接擰緊的程度是憑工人經(jīng)驗來決定的。為了能保證裝配質(zhì)量，重要的螺紋連接應(yīng)按計算值控制擰緊力矩。例如：使用測力矩扳手或定力矩扳手，如圖11-4所示。圖11-4測力矩扳手和定力矩扳手11.5.2螺紋連接的防松在靜載荷下，螺紋連接能滿足的自鎖條件為ψ＜ρ。螺母、螺栓頭部等承壓面處的摩擦也有防松作用。但在沖擊、振動或變載荷下，或當溫度變化大時，連接有可能松動，甚至松開，這就容易發(fā)生事故。所以在設(shè)計螺紋連接時，必須考慮防松問題。防松的根本問題在于防止螺紋副相對轉(zhuǎn)動。具體的防松裝置或方法很多，就工作原理來看，可分為：1)利用摩擦防松；2)機械防松；3)破壞螺紋副。11.6螺紋連接的強度計算螺紋失效形式：靜載荷作用下：螺栓的損壞多為螺紋部分的塑性變形和斷裂。變載荷作用下：螺栓的損壞多為栓桿部分的疲勞斷裂。螺紋的計算準則：對于受拉螺栓——σ≤[σ]對于受剪螺栓——τ≤[τ]；σP≤[σP]對于受復合應(yīng)力作用的螺栓——σe≤[σe]11.6.1松螺栓連接在螺栓強度計算中，螺栓螺紋部分危險截面的面積要用計算直徑dc計算，此直徑可根據(jù)螺栓拉斷截面狀況歸納出的經(jīng)驗公式確定：dc＝d1－H/6式中dl-螺紋小徑；H-螺紋牙形的三角形高度。作近似計算時dl≈dc。這種連接只能受靜載荷。如圖11-5示，螺栓在工作時只受拉力Fa11-5起重滑輪松螺栓連接不計被連接件自重時，則其螺紋部分的強度條件為：4Fa/（πd12）≤[σ]式中[σ]一松連接螺栓的許用拉應(yīng)力。11.6.2緊螺栓連接1、受橫向工作載荷的螺栓連接如圖10-6所示。受橫向工作載荷的螺栓連接可采用普通螺栓連接和鉸制孔螺栓連接兩種方式。圖若采用普通螺栓連接：靠接合面間的摩擦力傳力。11-6只受預緊力作用的緊螺栓連接2、受軸向工作載荷的緊螺栓連接如圖11-7所示的缸體與缸蓋，用Z個螺栓呈圓形布置連接，設(shè)缸體內(nèi)的壓強為p，缸體內(nèi)直徑為D，則圖11-7受軸向工作載荷的緊螺栓連接受軸向工作載荷的螺栓連接中，螺栓實際承受的總拉伸載荷Fa，不等于預緊力F0與FE之和。如圖11-8所示，這種連接擰緊后螺栓受預緊力F’，工作時還受到軸向工作載荷F的作用。圖10-8擰緊后螺栓受預緊力1)螺栓尚未擰緊時，螺栓不受力；2)螺栓尚未擰緊，未受工作載荷時，螺栓受預緊力：；3)工作載荷F作用時，剩余預緊力為：；所以，總拉力：4)為了保證連接的緊密性，必須維持一定的剩余預緊力。根據(jù)強度理論，螺栓的強度條件：11.7設(shè)計螺紋連接時應(yīng)注意的問題11.7.1影響螺栓連接強度的因素影響螺栓強度的因素很多，有材料、結(jié)構(gòu)、尺寸參數(shù)、制造和裝配工藝等。就其影響而言，涉及到螺紋牙受力分配、附加應(yīng)力、應(yīng)力集中、應(yīng)力幅、材料、機械性能、制造工藝等方面。11.7.2提高螺栓連接強度的措施由于受拉螺栓的損壞多屬于疲勞性質(zhì)，所以提高螺栓連接強度的措施主要是從降低螺栓的負擔（實際應(yīng)力）和提高其能力（主要是抗疲勞破壞能力）這兩方面著手降低螺栓總拉伸載荷的變化范圍在工作載荷和剩余預緊力不變時，減小螺栓剛度或增大被連接件的剛度：使螺栓拉力變化幅減小。減小螺栓剛度的措施有：1)適當增大螺栓的長度；2)部分減小栓桿直徑或作成中空的結(jié)構(gòu)一柔性螺栓。柔性螺栓受力時變形量大，吸收能量作用強，也適于承受沖擊和振動；3)在螺母下面安裝彈性元件（圖11-9當工作載荷由被連接件傳來時，由于彈性元件的較大變形，也能起到柔性螺栓的效果）增大被連接件的剛度的措施：不用剛度小的墊片。圖11-9所示的緊密連接，就以用密封環(huán)為佳。圖11-9提高螺栓連接強度的措施改善螺紋牙的受力分配由于螺母與螺栓受力后的螺距變化不同，即使是制造和裝配精確的螺栓和螺母，傳力時其旋合各圈螺紋牙的受力也不是均勻的。螺母與螺栓在旋合的第1圈處的受力為Fo的1/3，（這也是為什么在此處多發(fā)生疲勞斷裂的原因）,參看圖10-10所示可知圖11-10受拉螺栓與受壓螺母組合，其結(jié)果是:螺栓桿拉力自下而上由F遞減為零，并通過螺紋牙傳給了螺母；螺母體壓力則自上而下由零遞增為F。螺栓受拉，螺距增大；而螺母受壓，螺距減小。由螺紋牙、栓桿和母體的變形協(xié)調(diào)條件可知，這種螺紋螺距變化差主要靠旋合各圈螺紋牙的變形來補償。由圖可知，從傳力算起的第一圈螺紋變形最大，因而受力也最大，以后各圈遞減。旋合圈數(shù)越多，受力不均勻程度也越顯著，到第8～10圈以后，螺紋牙幾乎不受力。因此，采用加高螺母以增加旋合圈數(shù)，對提高螺栓強度并沒有多少作用。為了使螺紋牙受力比較均勻，可用下述措施：A.改進螺母結(jié)構(gòu)如圖11-11所示：l）懸置螺母：使母體和栓桿的變形一致，以減少螺距變化差，可提高螺栓疲勞強度達40％；2）內(nèi)斜螺母：可減小原受力大的螺紋牙的剛度而把力分移到原受力小的牙上，可提高螺栓疲勞強度達20％3）環(huán)槽螺母：利用螺母下部受拉且富于彈性可提高螺栓疲勞強度達30％。這些結(jié)構(gòu)特殊的螺母制造費工，只在重要的或大型的連接中使用。圖11-11改進螺母結(jié)構(gòu)措施B.改變螺母材料如圖11-12所示，用軟（塑性好）、彈性模量低的材料，例如鋼螺栓配用有色金屬螺母，則可改善螺紋牙受力分配，提高螺栓疲勞強度達40％。使用鋼絲螺套：為增強鋁、鎂合金螺紋孔而研制出的鋼絲螺套，由菱形截面鋼絲繞成，類似螺旋彈簧圖11-12改進螺母材料措施將螺套裝于螺紋孔或螺母中，有減輕螺紋牙受力不均和沖擊振動的作用，可提高螺釘或螺栓疲勞強度達30％。若螺套材料為不銹鋼，并具有較高的硬度和較低的表面粗糙度值，則還能提高抗微動磨損和腐蝕的能力。螺套裝人螺紋孔中后，即將安裝柄根缺口折斷。鎖緊型螺套還有防止旋入的螺釘松脫的作用，因此，鋼絲螺套也是一種防松零件。11.7.3減小附加應(yīng)力主要指附加彎曲應(yīng)力。螺紋牙根對彎曲很敏感，在相當大的拉應(yīng)力下，彎曲應(yīng)力對螺栓斷裂起關(guān)鍵作用。幾種產(chǎn)生彎曲應(yīng)力的原因見圖10-13。圖11-13螺栓減小附加應(yīng)力措施1.螺栓受偏心載荷：鉤頭螺栓引起的彎曲應(yīng)力是很大的{如σb＝32F·e／（πdc3）=（8e/dc）（4F）/（πdc2），如e＝dc，則σb＝8σ}，應(yīng)盡量少用。2．減小附加應(yīng)力措施幾種減小或避免彎曲應(yīng)力的結(jié)構(gòu)措施見圖11-14。圖11-14幾種減小或避免彎曲應(yīng)力的結(jié)構(gòu)措施在工藝上要求螺紋孔軸線與連接中各承壓面垂直。可用各種方法使栓桿在擰緊時不受螺紋力矩，如圖11-15所示的螺栓，裝配時用扳手在其末端加一相反力矩。圖11-15栓桿在擰緊時不受力矩11.7.4減輕應(yīng)力集中在螺紋的牙根和收尾、螺栓頭部與栓桿交接處，都有應(yīng)力集中，是產(chǎn)生斷裂的危險部位；特別是在旋合螺紋的牙根處，由于栓桿拉伸，牙受彎剪，而且受力不均，情況更為嚴重。適當加大牙根圓角半徑以減輕應(yīng)力集中，可提高螺栓疲勞強度達20％～40％；在螺紋收尾處用退刀槽、在螺母承壓面以內(nèi)的栓桿有余留螺紋等，都有良好效果。航空、航天器螺栓采用新發(fā)展的MJ螺紋，其主要結(jié)構(gòu)特點就是牙根圓角半徑增大。高強度鋼螺栓對應(yīng)力集中敏感，但由于可用更大的預緊力擰緊和更高的極限強度，結(jié)果還是有利的。11.8螺旋傳動螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動將直線運動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動，同時傳遞運動或動力。螺旋傳動類型：1按用途分：（1）傳力螺旋——舉重器、千斤頂、加壓螺旋。特點：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖。（2）傳導螺旋——機床進給絲杠—傳遞運動和動力。特點：速度高、連續(xù)工作、精度高。（3）調(diào)整螺旋——機床、儀器及測試裝置中的微調(diào)螺旋。特點：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動。2螺旋傳動按摩擦副的性質(zhì)分：（1）滑動螺旋構(gòu)造簡單、傳動比大，承載能力高，加工方便、傳動平穩(wěn)、工作可靠、易于自鎖（2）滾動螺旋傳動摩擦性質(zhì)為滾動摩擦。滾動螺旋傳動是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動體（多用鋼球），當傳動工作時，滾動體沿螺紋滾道滾動并形成循環(huán)。按循環(huán)方式有：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)兩種。（3）靜壓螺旋液體摩擦，靠外部液壓系統(tǒng)提高壓力油，壓力油進入螺桿與螺母螺紋間的油缸，促使螺桿、螺母、螺紋牙間產(chǎn)生壓力油膜而分隔開。11.9軸轂連接零件與軸之間不僅需要軸向固定，而且需要周向固定(軸轂連接)，以傳遞轉(zhuǎn)矩。常用的軸轂連接有鍵連接、過盈配合連接、銷連接等，鍵連接應(yīng)用最廣。11.9.1鍵連接的常見類型和應(yīng)用1.平鍵連接平鍵是矩形截面的連接件，置于軸和軸上零件轂孔的鍵槽內(nèi)，以側(cè)面為工作面，工作時靠鍵和鍵槽的互相擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩。按工作情況平鍵可分為普通平鍵和導向平鍵。普通平鍵兩端可制成圓頭(A型)、平頭(B型)或半圓頭(C型)。導向平鍵兩端可制成圓頭(A型)、平頭(B型)。導向平鍵除實現(xiàn)周向固定外，還允許軸上零件有軸向移動，構(gòu)成動連接。圓頭鍵連接時，軸上鍵槽用端銑刀加工；采用方頭鍵連接，軸上鍵槽用盤銑刀加工；半圓頭鍵常用于軸端。這種平鍵用于軸上零件與軸之間沒有相對運動的靜連接。圖11-16平鍵連接2．半圓鍵連接半圓鍵用于靜連接，也以側(cè)面作工作面(圖11-17)。這種連接的優(yōu)點是工藝性較好，缺點是軸上鍵槽較深，對軸的強度削弱較大，主要用于輕載或位于軸端零件的連接。圖11-17半圓鍵連接

3．花鍵連接軸上周向均布的凸齒和輪轂孔中相應(yīng)凹槽構(gòu)成的連接稱為花鍵連接，可用于靜或動連接。根據(jù)齒形的不同，花鍵分為矩形花鍵(圖11-18a)，漸開線花鍵(圖11-18b)和三角形花鍵(圖11-18c)三種?；ㄦI連接以齒的側(cè)面作工作面。由于是多齒傳遞載荷，所以承載能力高，連接定心精度也高，導向性好，故應(yīng)用較廣。圖11-18花鍵連接11.9.2普通平鍵的選擇在已知軸徑和相配輪轂寬度的情況下，可以通過查表，來確定鍵的尺寸和相應(yīng)的公差值。一般鍵的失效是：輪轂、軸和鍵三者中材料最弱的一方被壓潰，所以一般對弱的一方進行擠壓強度校核。本章小結(jié)1．連接的概念連接一般是指使被連接件相對位置固定不動的靜連接，按拆卸時是否損壞被連接件，可分為可拆連接和不可拆連接。2．螺紋連接的四種基本形式（1）螺栓連接（2）雙頭螺柱連接（3）螺釘連接（4）緊定螺釘連接3.螺紋連接的強度計算對于受拉螺栓:設(shè)計準則為保證螺栓的拉伸強度；對于受剪螺栓：設(shè)計準則為保證螺栓的擠壓強度和剪切強度。4．螺紋連接組設(shè)計應(yīng)注意的幾個問題：（1）考慮裝拆方便，應(yīng)留有扳手空間；（2）連接面要平整，防止附加動載荷；（3）布置合理，使螺栓組各螺栓受力均勻；（4）同組螺栓材料及尺寸應(yīng)相同。5．平鍵連接的選用常用的平鍵有普通平鍵和導向平鍵兩種。普通平鍵和鍵槽的尺寸均已標準化，設(shè)計鍵連接時，應(yīng)先根據(jù)要求選擇鍵的類型，然后根據(jù)裝鍵處軸徑從標準中查取鍵的寬度和高度，參照輪轂長度從標準中選取鍵的長度。作業(yè)11-1螺紋的主要類型有哪幾種？如何合理地選用？11-2螺紋連接的種類有哪些？它們個用在何種場合？11-3螺紋的主要參數(shù)有哪幾種？11-4螺紋連接常用的防松方法有哪幾種？它們防松的原理是怎么樣的？11-5受拉伸載荷作用的緊螺栓連接中，為什么總載荷不是預緊力和拉伸載荷之和？11-6螺紋副的效率與哪些因素有關(guān)？為什么多線螺紋多用于傳動，普通三角螺紋主要用于連接，而梯形、矩形、鋸齒形螺紋主要用于傳動？11-7螺紋副的自鎖條件是什么？第12章軸基本要求：了解軸的類型和材料；掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及軸徑的估算。重點：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及軸徑的估算。難點：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。學時：課堂教學：4學時。教學方法：多媒體結(jié)合板書。12.1軸的分類和材料軸是機器中的重要零件之一。12.1.1軸的功用支撐回轉(zhuǎn)運動零件；傳遞轉(zhuǎn)矩與運動。12.1.2軸的類型1、根據(jù)軸的承載情況可分為心軸——只承受彎矩M≠0；不承受扭矩T=0；固定心軸；轉(zhuǎn)動心軸；傳動軸——只承受扭矩T≠0；不承受彎矩M=0；轉(zhuǎn)軸——既承受彎矩M≠0；又承受扭矩T≠0。2、根據(jù)軸線的形狀可分為直軸——光軸；階梯軸。曲軸——主要用于作往復運動的機械中。撓性軸——可以把回轉(zhuǎn)運動靈活地傳到任何位置?；疖囕嗇S——轉(zhuǎn)動心軸自行車輪軸——固定心軸汽車驅(qū)動軸——傳動軸齒輪軸——轉(zhuǎn)軸內(nèi)燃機軸——曲軸撓性鋼絲軟軸圖12-1軸的類型12.1.3軸的軸的材料軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。有時也可采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵1.碳素鋼比合金銅價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較小，所以應(yīng)用較為廣泛。常用的碳素鋼有30～50鋼，最常用的是45鋼。為保證其力學性能，應(yīng)進行調(diào)質(zhì)或正火處理。不重要的或受力較小的軸以及一般傳動軸可以使用Q235～Q275碳素結(jié)構(gòu)鋼。2.合金鋼具有較高的力學性能，可淬性也較好，但價格較貴，且對應(yīng)力集中的敏感性較高，多用于有特殊要求的軸。常用的合金鋼有:20Cr、20CrMnTi等，經(jīng)滲碳淬火處理可提高軸頸的耐磨性。軸的材料也可采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵。這些材料吸振性較高，對應(yīng)力集中敏感性也較低。軸的毛坯一般用圓鋼或鍛件。12.12軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖12-2所示,使軸具有合理的外型尺寸，以滿足工藝要求、軸與軸上零件的工作要求。圖12-2軸的結(jié)構(gòu)12.2.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計——如果是階梯軸，需確定各軸段的直徑、長度；固定結(jié)構(gòu)的設(shè)計——軸上零件的軸向固定與周向固定；工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計——軸的加工工藝和軸上零件的安裝工藝（圓角、倒角、退刀槽、砂輪越程槽、導向錐面等）。由于影響軸的結(jié)構(gòu)因素是多方面的，因而軸的結(jié)構(gòu)沒有固定的、標準的結(jié)構(gòu)型式，軸的實際結(jié)構(gòu)需要根據(jù)具體情況而定，因而軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有很大的靈活性。但不論將軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計成何種型式，應(yīng)滿足的要求是一定的。12.2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求軸與軸上零件應(yīng)具有準確的工作位置——定位要求；軸上零件應(yīng)易于裝拆和調(diào)整——安裝調(diào)整要求；軸上零件的固定應(yīng)牢固可靠——緊固要求；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性——工藝要求；應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中——提高疲勞強度的要求。合理的軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足以上基本要求，同時還應(yīng)使軸具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性。軸的各部分結(jié)構(gòu)名稱軸頸——由軸承支撐的軸段；軸頭——支撐傳動零件的軸段；軸身——軸頸與軸頭之間的軸段；軸肩——截面發(fā)生變化的位置。12.2.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計解決的問題1、制造安裝要求1）為便于軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯軸，只有一些簡單的心軸和一些有特殊要求的轉(zhuǎn)軸，才做成具有同一名義直徑的等直徑軸；2）為使軸上零件易于安裝，軸端和各軸段的端部應(yīng)有導角；3）軸的形狀和尺寸應(yīng)力求簡單，以便于加工；4）軸上有磨削的軸段應(yīng)有砂輪越程槽；有需車制螺紋的軸段，應(yīng)有推刀槽。2、軸上零件的（軸向）定位1）階梯軸可用軸肩定位，如圖示中的齒輪、帶輪、右端軸承的軸向定位；2)有些零件可以用套筒定位，如圖示中的左端軸承的軸向定位。3、軸上零件的固定軸上零件的固定可分為軸向固定和周向固定兩類。1）軸上零件的軸向固定方法