机械设计基础全套课程教学课件.ppt

1、机械设计基础 （机械原理） 绪 论 一、研究对象 1、机械： 机器（三个特征）： 人为的实物组合（不是天然形成的）； 各运动单元具有确定的相对运动； 必须能作有用功，完成物流、信息的传递及 能量的转换。 机构：有两特征。 机器和机构的总称 机器和机构最明显的区别是： 机械的组成： 1.原动机： 机械动力的来源 2.工作机： 能完成机械预期的动作 3.传动部分： 把原动机的运动和功率传递给工作机的中间环节 4.自动控制部分 机器能作有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。 两者之间也有联系，机器是由几个机构组成的系统，最简单 的机器只有一个机构。 2、概念 构件：运动单元体 零件：制造单

2、元体 构件可由一个或几个零件组成。 机架：机构中相对不动的构件 原动件：驱动力（或力矩）所作用的构件。 输入构件 从动件：随着原动构件的运动而运动的构件。 输出构件 机构：能实现预期的机械运动的各构件（包括机 架）的基本组合体称为机构。 二、研究内容： 1、机构的结构和运动学： 分析运动规律。 2、机构和机器动力学： 力运动的关系 F=ma 功能 3、要求：解决二类问题： 分析：结构分析，运动分析，动力分析 综合（设计）：运动要求，功能要求,设计 新的机器。 机构的组成； 机构运动的可能性和确定性； 第一篇 机械设计总论 第一章 机械设计概论 11 机械设计课程的性质与任务 一、本课程的研究对

3、象 机器（机械）： 机械系统、液压气动系统、控制监测系统、电气系统 机械零件：标准零件、非标准件 本课程的设计性、综合性和实践性都较强。 本课程的研究对象：一般参数的通用零件的设计理论与方法 二、本课程的任务： 1）树立正确的设计思想 2）掌握通用机械零部件的设计原理、方法和一般规律。 3）掌握一定的设计技能（查阅资料，运用标准、规范。） 4）掌握典型机械零件的实验方法，获得基本的实验技能。 5）了解机械设计的最新动态。 学习本课程的注意事项： 1）注意理论联系实际，将机械零件的设计放到整个机械系统 中加以考虑。 2）注意掌握零部件的共性 3）掌握机械零部件设计的一般思路 12 机械设计的基本

4、要求及设计程序 一、机械设计的基本要求 1、对机械设计的要求 a) 对机器使用功能方面的要求 b) 对机器经济性的要求 2、对机械零件设计的基本要求 a) 在预定工作期限内正常、可靠地工作，保证机器 的各种功能 b) 要尽量降低零件的生产、制造成本 二、机械设计的一般程序 1、机器设计的一般程序 市场调 研 可行性 研究 原理 方案 设计 技 术 设 计 试制 试验 小批生 产试销 投 产 设 计 任 务 书 定 出 最 佳 方 案 装配图、 零件图、 技术文 件 样 机 评 价 改 进 考核 工艺 性收 集用 户意 见 产 品 销 售 1）建立零件的受力模型，确定零件的计算载荷 2）选择零件

5、的类型与结构 3）选择零件的材料 4）按可能的失效形式确定零件的计算准则，并确定零件的 基本尺寸，并加于标准化和圆整 5）零件的结构设计 6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书 KPP ca 2、机械零件设计的一般步骤 13 机械零件的主要失效形式和设计计算准则 一、机械零件的失效形式 失效零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能 失效形式：强度失效、刚度失效、磨损失效、振动、 噪声失效、精度失效、可靠性失效 二、机械零件的计算准则 工作能力零件不发生失效时的安全工作限度 计算准则以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件 工作能力计算依据的基本原则 1、强度准则 疲劳极限 塑性材料 脆性材料

6、 )( )( )( )( limlim YY SS BB 2、刚度准则 零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力 零件在载荷作用下抵抗破坏的能力 yy y可以是挠度、偏转角或扭转角 3、耐磨性准则 作相对运动的零件其工作表面抵抗磨损的能力 pvpvpp 4、振动和噪声准则 ffff pp 15. 1,85. 0 5、热平衡准则 tt 6、可靠性准则 系统、机器或零件在规定的条件下和规定 的时间内完成规定功能的能力。 ：可靠度表示零件在规定的条件下和规定的时间 内完成规定功能的概率 t R N个相同零件在同样条件下同时工作，在规定的时间内有Nf 个失效，剩下Nt个仍继续工作，则 N N N NN N

7、N R ff t t 1 不可靠度（失效概率）： 1,1 ttt f t FRR N N F n个零件组成的串联系统，单个零件的可靠度:R1、R2 、 Rn， 则系统的可靠度为Rf=R1R2Rn 14 机械零件常用的材料及其选择原则 一、机械零件的常用材料 1、黑色金属 铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁 铸钢铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好。 强度性比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差 碳钢与合金钢应用最广泛 2、有色金属 a) 铝合金重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性 好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近 b) 铜合金黄铜：Cu与Zn合金 青铜：Cu与Sn的合金 无锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍

8、的合金。 3、非金属材料 塑料轻、易加工成形、减摩性好，强度低，可作 为普通机械零件、绝缘体 陶瓷电热性好，硬度高 橡胶弹性、绝缘性好，常用作弹性元件和密封元 件、减震元件 4、复合材料 二、机械零件材料选用的原则 1、使用要求 2、工艺要求 3、经济性要求 15 机械设计的最新进展 1、设计理论的不断完善与发展 2、设计手段和方法的不断更新 3、机械设计的综合程度越来越高，与其它学科交叉越来越 广泛和深入机电一体化 4、机械设计的实验研究技术有了很大的发展和提高，实验 与理论相互促进 第一章 平面机构的结构分析 平面机构： 空间机构： 各构件的相对运动平面互相平行 （常用的机构大多数为平面机

9、构）。 至少有两个构件能在三维空间中相对运动。 1-1 机构结构分析的目的 1、探讨机构具有确定运动的条件 2、机构的分类 3、画机构的运动简图 1-2 机构的组成 机构是由构件组成的。 一、运动副： 构件间的可动联接。（既保持直接接触，又能产生一定的 相对运动） 高副：点、线接触 低副：面接触 自由度： 约束：对独立运动的限制 低副： 2个约束，1个自由度 高副： 1个约束，2个自由度 低副： 转动副： 移动副： 两个构件间只能作相 对旋转运动的运动副； 两个构件间只能作相 对移动运动的运动副。 高副：齿轮副；凸轮副。 运动副元素 构件含有独立 运动的数目 二、运动链、机构 1、运动链：两个

10、以上构件通过运动副联接而成的系统 闭链 开链 平面运动链；空间运动链 2、机构（从运动链角度）： （1）对一个运动链 （2）选一构件为机架 （3）确定原动件（一个或数个） （4）原动件运动时，从动件有确定的运动。 1-3 平面机构运动简图 一、定义： 二、绘制： 1、运动副的符号 转动副： 移动副： 用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和 运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的 简图。 齿轮副： 凸轮副： 2、构件（杆）： 3、机构运动简图的绘制（模型，鄂式破碎机） 1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目； 2）确定所有运动副的类型和数目； 3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特

11、性）； 4）确定比例尺； 5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)） 1-4 平面机构的自由度 HL PPnF23 二、机构具有确定运动的条件 （原动件数F，机构破坏） 原动件数=机构自由度 机构的自由度：机构中各构件相对于机架所能有的独立 运动的数目。 一、计算机构自由度（设n个活动构件，PL个低副，PH个高副） 铰链五杆机构： 原动件数0, 原动件数=F，运动确定 原动件数F，机构破坏 三、计算F时注意问题 （1）复合铰链 m m-1 （2）局部自由度 （与输出件运动无关的自由度称局部自由度） （3）虚约束： 在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复 的，这种不起独立限

12、制作用的约束称为虚约束。 平面机构的虚约束常出现于下列情况： （1）不同构件上两点间的距离保持恒定 （2）两构件构成多个移动副且导路互相平行 （3）两构件构成多个转动副且轴线互相重合 （4）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传 递运动 例：计算自由度 （先看有无注意事项，复合铰链，再看有几个构件） 35 第二章 机械零件的强度 21 载荷与应力的分类 一、载荷的分类 1）循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷 2）随机变载荷 静载荷 变载荷： 载荷：1）名义载荷 2）计算载荷 36 随机变应力 静应力 规律性不稳定变应力 二、应力的分类 1、应力种类 变应力： 不稳

13、定变应力： 稳定循环变应力 37 2、稳定循环变应力的基本参数和种类 a) 基本参数 应力循环特性 最大应力 最小应力 平均应力 应力幅 b) 稳定循环变应力种类： -1 +1不对称循环变应力 =+1 静应力 = 1 对称循环变应力 = 0 脉动循环变应力 38 注意：静应力只能由静载荷产生，而变应力可能由变载荷产生， 也可能由静载荷产生 名义应力由名义载荷产生的应力 计算应力由计算载荷产生的应力 3）名义应力和计算应力 39 一、单向应力下的塑性零件 强度条件： 或 22 静应力时机械零件的强度计算 二、复合应力时的塑性材料零件 按第三或第四强度理论对弯扭复合应力进行强度计算 由第三强度理论

14、 （最大剪应力理论） 由第四强度理论： （最大变形能理论） 40 复合应力计算安全系数为： 三、脆性材料与低塑性材料 脆性材料极限应力： （强度极限） 1、单向应力状态 强度条件： 或 或 失效形式：断裂 41 按第一强度条件： （最大主应力理论） 注意：低塑性材料（低温回火的高强度钢） 强度计算应计入应力集中的影响 脆性材料（铸铁） 强度计算不考虑应力集中 一般工作期内应力变化次数103（104）按静应力强度计算 2、复合应力下工作的零件 42 1、失效形式：疲劳（破坏）（断裂） 2、疲劳破坏特征： 1）断裂过程：产生初始裂纹 （应力较大处） 裂纹尖端在切应力作用下，反复扩 展，直至产生疲劳

15、裂纹。 2）断裂面：光滑区（疲劳发展区） 粗糙区（脆性断裂区） 3）无明显塑性变形的脆性突然断裂 4）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限 2-3 机械零件的疲劳强度计算 一、变应力作用下机械零件的失效特征 3、疲劳破坏的机理：损伤的累积 4、影响因素：不仅与材料性能有关，变应力的循环特性， 应力循环次数，应力幅都对疲劳极限有很大影响。 43 二、材料的疲劳曲线和极限应力图 疲劳极限，循环变应力下应力循环N次后 材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为 材料的疲劳极限 疲劳寿命（N）材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N 1、疲劳曲线： 应力循环特性一定时，材料的疲劳极限与应力循 环次数之间关

16、系的曲线 No 循环基数 持久极限 1）有限寿命区 当N103(104)高周循环疲劳 当 时随循环 次数疲劳极限 注意：有色金属和高强度合金钢无无限寿命区。 2）无限寿命区 持久极限 对称循环： 脉动循环： 3）疲劳曲线方程 45 寿命系数 疲劳极限 几点说明： No 硬度350HBS钢， No=107 350HBS钢， No=(10 - 25)x107 有色金属(无水平部分)，规定当No25x107时,近似为无限寿命区 m指数与应力与材料的种类有关。 钢 m=9拉、弯应力、剪应力 m=6接触应力 青铜 m=9弯曲应力 m=8接触应力 46 应力循环特性越大，材料的疲劳极限与持久极限越大，对零

17、 件强度越有利。 对称循环（应力循环特性=-1）最不利 2、材料的疲劳极限应力图同一种材料在不同的应力循环特性 下的疲劳极限图（ 图） 对任何材料（标准试件）而言，对不同的应力循环特性下 有不同的持久极限，即每种应力循环特性下都对应着该材料的 最大应力= ，再由应力循环特性可求出 和 、 以 为横坐标、 为纵坐标，即可得材料在不同应力循 环特性下的极限 和 的关系图 47 如图 AB脆性材料所示，塑性材料类似，曲线上的点对 应着不同应力循环特性下的材料疲劳极限 A对称疲劳极限点 D脉动疲劳极限点 B 屈服极限点 C 强度极限点 48 上各点： 如果 不会疲劳破坏 上各点： 如果 不会屈服破坏

18、折线以内为疲劳和塑性安全区，折线以外为疲劳和塑性失效 区，工作应力点离折线越远，安全程度愈高。 材料的简化极限 应力线图，可根 据材料的和三个 试验数据 和 而作出 49 对称极限点 强度极限点 脉动疲劳极限点 屈服极限点 简化极限应力线图：简化极限应力图 作法：考虑材料的最大应力不超过疲劳极限，得 及延长线 考虑塑性材料的最大应力不超过屈服极限，得 50 由于实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、 应力集中、环境介质等方面往往有差异，这些因素的综合影响 使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤以应力集中、 零件尺寸和表面状态三项因素对机械零件的疲劳强度影响最大。 三、影响机械零

19、件疲劳强度的主要因素和零件极限应力图 1、应力集中的影响有效应力集中系数 零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔等）要产 生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材 料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感 为考虑零件几何形状的理论应力集中系数 应力集中源处名义应力 材料对应力集中的敏感系数 应力集中源处最大应力 51 2、零件尺寸的影响尺寸系数 由于零件尺寸愈大时，材料的晶粒较粗，出现缺陷的概率 大，而机械加工后表面冷作硬化层相对较薄，所以对零件疲劳 强度的不良影响愈显著 3、表面状态的影响 1）表面质量系数 零件加工的表面质量（主要指表面粗糙度）对疲劳强度的影响 钢的 越

20、高，表面愈粗糙， 愈低 强化处理评火、渗氮、渗碳、热处理、抛光、喷丸、 滚压等冷作工艺 2）表面强化系数 考虑对零件进行不同的强化处理，对零件疲劳强度的影响 52 应力集中，零件尺寸和表面状态 只对应力幅 有影响，而对平均应力 无影响试验而得 4、综合影响系数 和零件的极限应力图 综合影响系数表示了材料极限应力幅与零件极限应力幅的比值 1）综合影响系数 53 2、零件的极限应力图 由于 只对 有影响，而对 无影响，在材料的极限 应力图 ADGC上几个特殊点以坐标计入 影响 零件脉动循环疲劳点 零件对称循环疲劳点 AG许用疲劳极限曲线，GC屈服极限曲线 54 直线AG方程 : 零件的材料特性 标

21、准试件中的材料特性 直线CG方程： 55 四、单向稳定变应力时的疲劳强度计算 1、 大多数转轴中的应力状态 过原点与工作应力点M或N作连线交ADG于M1和N1点， 由于直线上任一点的应力循环特性均相同, M1和N1点即为所 求的极限应力点 56 a)当工作应力点位于OAG内 极限应力为疲劳极限， 按疲劳强度计算 零件的极限应力，疲劳极限： 强度条件为： b)工作应力点位于OGC内 极限应力为屈服极限，按静强度计算 57 2、 振动中的受载弹簧的应力状态 需在极限应力图上找一个其平均应力与工作应力相同的极限 应力，如图，过工作应力点M（N）作与纵轴平行的轴线交AGC 于M2（N2 ）点，即为极限

22、应力点 a) 当工作应力点位 于OAGH区域 极限应力为疲劳极限 强度条件： b）工作应力点位于GHC区域 极限应力为屈服极限 强度条件为： 58 3、 变轴向变载荷的紧螺栓联接中的螺栓应力状态 过工作应力点M（N）作与横坐标成45的直线，则这直线任 一点的最小应力 均相同，直线与极限应力线图 交点 即为所求极限应力点。 59 a) 工 作 应 力 点 位 于 OJGI区域内 求AG与MM3的交点: 强度条件: 极限应力为疲劳极限， 按疲劳强度计算 60 c）工作应力位于OAJ区域内 b)工作应力点位于IGC区域 极限应力为屈服极限 按静强度计算 极限应力点为 静强度条件 为负值，工程中罕见，

23、故不作考虑。 61 5）等效应力幅 注意： 1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 =C的 情况计算 2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿命 要求设计零件时，即应力循环次数103(104)N5 全液体摩擦 32 磨损 一、典型的磨损过程 1、磨合磨损过程 2、稳定磨损阶段 3、急剧磨损阶段 在一定载荷作用下形成 一个稳定的表面粗糙度， 且在以后过程中，此粗糙 度不会继续改变，所占时 间比率较小 经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦 条件保持相对稳定，磨损较缓,该段时间长短反映零件的寿命 经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大动载振动 润滑状态改变温升磨

24、损速度急剧上升直至零件失效 二、磨损的类型 1、粘着磨损 2、磨粒磨损 3、表面疲劳磨损 4、腐蚀磨损 性能指标： 1）粘度 2）油性 3）凝点 4）闪点和燃点 5）极压性能 6）氧化稳定性 2、润滑脂 钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂 性能指标： 1）针入度 2）滴点 3）安定性 3、固体润滑剂 石墨、二硫化钼、氮化硼 、蜡、 聚氟乙烯、 酚醛树脂 33 润滑 一、润滑剂及主要性能 1、润滑油 有机油、矿物油、合成油 4、润滑剂的添加 二、粘性定律与润滑油的粘度 1、粘性定律 牛顿粘性定律 流体的动力粘度 2、粘度常用单位 （1）动力粘度 单位：N s/m2 （2）运动粘度v 物理单位：c

25、m2/s，1St（斯） （3）条件粘度（相对粘度）恩氏粘度 3、影响润滑油粘度的主要因素 （1）温度 润滑油的粘度随着温度的升高而降低 粘度指数VI （2）压力 P10MP时，随PP 三、流体润滑简介 1 流体动力润滑 液体动力润滑 、气体动力润滑 2）相对速度v足够大，油楔中有足够的油量 实现条件： 1）两滑动表面沿运动方向的间隙是由大至小的形状 雷诺方程 2、弹性流体动力润滑 3、流体静力润滑 第三章 平面连杆机构及其设计 只用于速度较低的场合。 3-1 平面连杆机构的特点及其设计的基本问题 一、平面连杆机构： 用低副连接而成的平面机构。 二、平面连杆机构的特点： 1、能实现多种运动形式。

26、如：转动，摆动，移动，平面运动 2、运动副为低副： 面接触： 承载能力大；便于润滑。寿命长 几何形状简单便于加工，成本低。 3、缺点： 只能近似实现给定的运动规律； 设计复杂； 四、设计方法： 1、图解法，2、解析法，3、图谱法，4实验法 三、平面连杆机构设计的基本问题 选型： 运动尺寸设计： 确定连杆机构的结构组成：构件数目，运动副类型、数目。 确定机构运动简图的参数：转动副中心之间 的距离；移动副位置尺寸 1、实现构件给定位置 2、实现已知运动规律 3、实现已知运动轨迹 所有运动副均为转动副的平面四杆机构 3-2 平面四杆机构的基本型式及其演化 一、铰链四杆机构： 铰链四杆机构的基本形式：

27、 1）曲柄摇杆机构 2）双曲柄机构 3）双摇杆机构 4机架 1，3连架杆 定轴转动 2连杆 平面运动 整转副： 二构件相对运动为整周转动。 摆动副： 二构件相对运动不为整周转动。 曲柄： 作整周转动的连架杆 摇杆： 非整周转动的连架杆 二、铰链四杆机构的演化。 偏心轮，偏心距， 偏心轮机构 1、扩大转动副 2、转动副转化成移动副： 曲柄滑块机构（偏距e） e0，偏置曲柄滑块机构 e=0， 对心曲柄滑块机构 曲柄移动导杆机构，正弦机构 3、变换机架 构件3为机架移动导杆 铰链四杆机构： 构件4为机架，曲柄摇杆 构件1为机架，双曲柄 构件2为机架，曲柄摇杆 构件3为机架，双摇杆 曲柄滑块机构： 构

28、件4为机架曲柄滑块 构件1为机架转动导杆 构件2为机架曲柄摇块 33 平面四杆机构有曲柄的条件和几个基本概念 一、平面四杆机构有曲柄的条件 （若1和4能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置） a+db+c (1) bc+d-a即a+bc+d (2) cb+d-a即a+cb+d (3) a+db+c (1) bc+d-a即a+bc+d (2) ce AC2E：a+be 即有曲柄的条件:ba+e e=0, ba 原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件正行程和 反行程的平均速度不相等。 二、行程速度变化系数 1、机构的急回运动特性： 2、行程速度变化系数 从动件慢行程 快行程 极位夹角（C

29、2AC1）（其值与构件尺寸有关，可能 90） 曲柄滑块机构： 摆动导杆机构： 4、压力角的计算 三、压力角和传动角 1、压力角 从动件上某点的受力方向与从 动件上该点速度方向的所夹的 锐角。 2、传动角 ，P与Pn夹角， （经常用 衡量机构的传动质量） 3、许用压力角 一般： 四、死点位置： 1、机构停在死点位置，不能起动。 运转时，靠惯性冲过死点。 2、利用死点实例 3-4 平面四杆机构的设计 4、按K设计四杆机构 已知：曲柄摇杆机构，摇杆CD长度，摆角，K 设计此机构（确定曲柄和连杆长） 3、按两连架杆的两组对应角位移分别为，和，知B1，B2，B3设计 铰链四杆机构。（确定C） 2、已知A

30、，D，连杆的三个位置，设计铰链四杆机构。 1、已知B，C及连杆的三个位置，设计该铰链四杆机构。 若知2个位置，无穷解。 二、平面四杆机构的图解法设计 一、设计原理：相对运动原理（转换机架法） 内 螺 纹 外 螺 纹 P d1 d2 d 60 内 螺 纹 外 螺 纹 P d1 d2 d 60 内 螺 纹 外 螺 纹 P d1 d2 d 60 内 螺 纹 外 螺 纹 P d1 d2 d 60 外 螺 纹 内 螺 纹 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 P d1 d2 d 30 P d1 d2 d 外 螺

31、 纹 内 螺 纹 30 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 30 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 30 P d1 d2 d 外 螺 纹 内 螺 纹 P 3 30 内 螺 纹 外 螺 纹 d1 d2 d P 3 30 内 螺 纹 外 螺 纹 d1 d2 d P 3 30 内 螺 纹 外 螺 纹 d1 d2 d P 3 30 内 螺 纹 外 螺 纹 d1 d2 d 锯齿形螺纹 三角形螺纹 矩形螺纹 梯形螺纹 第四章 螺纹联接与螺旋传动 41 螺 纹 第二篇 联 接 如用一个三角形K沿螺旋线运 动并使K平面始终通过圆柱体轴线 YY-这样就构成了三角形螺纹。同 样改变平面图形K，可

32、得到矩形、 梯形、锯齿形、管螺纹 一、螺纹的形成 y y K dd L y y K dd L y y K dd L y y K dd L 按牙型: 三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹 按位置： 内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹 三角形螺纹： 粗牙螺纹用于紧固件 细牙螺纹同样的公称直径下，螺距最小， 自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等 根据螺旋线绕行方向： 左旋如图 右旋常用 根据螺旋线头数： 单头螺纹（n=1）用于联接 双头螺纹（n=2）如图 多线螺纹（n2）用于传动 二、螺纹的类型 1）外径（大径）d（D）与外螺纹牙顶相重合的假

33、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 3）中径d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱 面的直径，d20.5(d+d1) 三、螺纹的主要参数 d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h 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的母线 上的对应两点间

34、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：L=nP d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h 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 8）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角 9）牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角 2 2 / d nP arctgdarctgL d2 d d1 P d d2

35、 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h d2 d d1 P d d2 d1 L=nP(n=2) L h rv arctgf f tg cos 1 )( v tg tg 2 )( 2 )( 22 d Qtg d FTQtgF vv 螺旋副的自锁条件为： 螺旋副的传动效率为： 克服轴向力Q匀速上升所需的圆周力： 四、常用螺纹的种类、特点与应用 具体见表4-1 42 螺纹联接的类型及螺纹联接件 一、螺纹联接主要类型 1、螺栓联接 a) 普通螺栓联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通

36、孔不 带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使 用。装配后孔与杆间有间隙，并在工 作中不许消失，结构简单，装拆方便 ，可多个装拆，应用较广。 b) 精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横 向载荷，也可作定位用，采用基孔 制配合铰制孔螺栓联接 d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) 2、双头螺栓联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时 一端旋入被联接件，另一端配以螺母。 适于常拆

37、卸而被联接件之一较厚时。折 装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被 联接件中拧出。 3、螺钉联接适于被联接件之一较 厚（上带螺纹孔），不需 经常装拆，一端有螺钉头， 不需螺母，适于受载较小 情况 (b)(a) d H l2 d l3H l2 l1 (b)(a) d H l2 d l3H l2 l1 (b)(a) d H l2 d l3H l2 l1 (b)(a) d H l2 d l3H l2 l1 特殊联接：地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接 4、紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或 旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对 位置。可传递不大的轴向力或扭矩。 (a)(b) (a)(b) (a

38、)(b) (a)(b) 二、螺纹联接件 2）双头螺柱两端带螺纹 A型有退刀槽 B型无退刀槽 1）螺栓 普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角 头，大六角头, 内六角 铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺母 r da ds kls kl lg d 1530 辗制末端 e s r da ds kls kl lg d 1530 辗制末端 e s bml b XX ds d 倒角端 倒角端 辗制末端 辗制末端 ds d bml b XX A型 B型 bml b XX ds d 倒角端 倒角端 辗制末端 辗制末端 ds d bml b XX A型 B型 4）紧定螺钉 锥 端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 平 端

39、接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大 的平面，适于经常拆卸 圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置 轻材料和金属薄板 3）螺钉 与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹 n bX dk t l d R n bX dk t l d R l t n d 90 R l t n d 90 R 6）螺母 六角螺母：标准，扁，厚 5）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹 e ms d 3015 e ms d 3015 e ms d 3015 e ms d 3015 圆螺母+止退垫圈带有缺口， 应用时带翅垫圈内舌嵌入轴 槽中，外舌嵌入圆螺母的槽 内，螺母即被锁紧 DC1 120 b t H D1 d C

40、45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 7）垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫

41、圈斜垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 4 螺纹联接的预紧和防松 一、预紧 预紧目的保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要 求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增 大刚性等。 增大刚性增加联接刚度、紧密性和提高防松能力 预紧力QP预先轴向作用力（拉力） 螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只存受外载时才受 到力的作用 紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，已预 先受力，预紧力QP 预紧过紧拧紧力QP过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松拧紧力QP过小，工作不可靠 扳手拧紧力矩T=FH L, 拧紧时

42、螺母：T=T1+T2 T拧紧力矩 T1螺纹摩擦阻力矩 T2螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩 FH作用于手柄上的力，L力臂 2 )( 2 1 d tgQT vP )( 3 1 2 0 2 1 3 0 3 1 2 dD dD QfT pc )( 3 2 )( 2 1 2 0 2 1 3 0 3 1 221 dD dD ftgdQTTT cvp )( 3 2 )( 2 1 2 0 2 1 3 0 2 12 dD dD d f tg d d K c v dKQT P 一般 K=0.10.3 拧紧力矩系数 由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于 重要的联接不宜小于M10M14 T T2 T

43、1 T T2 T1 预紧力QP的控制： 测力矩板手测出预紧力矩，如左图 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，如右图 测量预紧前后螺栓伸长量精度较高 12 图4-12 测力矩扳手 1234 12 图4-12 测力矩扳手 1234 12 图4-12 测力矩扳手 1234 12 图4-12 测力矩扳手 1234 二、螺纹防松 1、防松目的 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成 摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零， 从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失 效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故 2、防松原理 消除（或限

44、制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运 动的难度。 3、防松办法及措施 上螺母 螺 栓 下螺母 上螺母 螺 栓 下螺母1）摩擦防松 双螺母、弹簧垫圈、尼 龙垫圈、自锁螺母等 弹簧垫圈 自锁螺母螺母一端做成非圆形 收口或开峰后径面收口，螺母拧紧 后收口涨开，利用收口的弹力使旋 合螺纹间压紧 2）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用 带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等 3）永久防松：端铆、冲点、点焊 4）化学防松粘合 开槽螺母 与开口销 圆螺母 与止动垫圈 串联钢丝 4 单个螺栓联接的强度计算 针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算 方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。 1、失效形式和原因 受拉螺栓螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂 受剪螺栓螺栓杆和孔壁间可能发生压溃