《机械设计基础》课件1第4章.ppt

1、项目四项目四 联接件与弹簧的设计联接件与弹簧的设计4.1 键联接和销联接的选型设计键联接和销联接的选型设计 4.2 平键联接的尺寸选择和强度校核平键联接的尺寸选择和强度校核 4.3 花键联接的类型和选用花键联接的类型和选用 4.4 销联接的类型和选用销联接的类型和选用 4.5 螺纹联接螺纹联接 4.6 弹簧弹簧4.1 键联接和销联接的选型设计键联接和销联接的选型设计本节主要介绍键联接的类型和特点，平键联接的尺寸选择和强度校核，花键联接的类型、特点和定心方式，销联接等。其它联接可参考有关资料。在各种机器上都有很多转动零件，如飞轮、齿轮、带轮、凸轮和蜗轮等。这些零件和轴大多数采用键或花键联接，如图

2、4-1所示。键联接的功用是联接转动零件与轴，以传递运动和动力。键是一种标准零件。键的材料通常采用抗拉强度不小于600MPa的钢(常用45钢)。根据键联接的结构和承受载荷的不同，键联接可分为松键联接和紧键联接两类。图4-1 普通平键联接1.松键联接松键联接松键联接分为平键联接和半圆键联接两类。1)平键联接平键分为普通平键、导向平键和薄型平键三种。(1)普通平键。普通平键的上顶平面与下底平面互相平行，两侧面也互相平行。其端部结构有圆头(A型)、平头(B型)和单圆头(C型)三种，如图4-2所示。采用普通圆头平键时，轴上的键槽宜用端铣刀加工(图4-3(a)。其优点是键在键槽中的固定较好，但键端部应力集

3、中较大。采用普通平头平键时，轴上的键槽宜用圆盘铣刀加工(图4-3(b)。其优点 是键槽端部应力集中较小，但键在键槽中的轴向固定不好。单圆头平键常用在轴的端部联接中。装配时，一般先将键放入轴上键槽内，然后推上轮毂，构成平键联接，如图4-4所示。这种联接，键的上顶面与轮毂键槽的底面之间留有间隙，而键的两侧面与轴、轮毂键槽的侧面配合紧密。为了方便装拆，轴上键槽一般制成与键的形状一样的，而轮毂键槽开通。工作时，依靠键和槽侧面的挤压来传递运动和转矩，因此平键的侧面为工作面。平键联接由于结构简单，装拆方便和对中性好，因而获得了广泛的应用。图4-2 普通平键的主要结构形式图4-3 键槽的加工方法 图4-4

4、普通平键联接(2)导向平键和滑键。导向平键是加长的普通平键。其端部形状有A型和B型两种，如图4-5所示。导向平键联接时将键用螺钉固定在轴上的键槽中，转动零件的轮毂在轴上沿轴向滑动。为了拆卸方便，在键的中部装有起键用的螺钉孔。导向平键联接适用于轴上零件的轴向移动量不大的场合，如变速箱中的滑移齿轮。当轴上零件的轴向移动量很大时，导向平键将很长，不易制造，这时可采用滑键，如图4-6所示。滑键联接时将滑键固定在轮毂上，并与轮毂一起在轴的键槽中滑动。图4-5 导向平键 图4-6 滑键(3)薄型平键。其结构与普通平键相似，只是键高比普通平键小，约为普通平键的60%70。这种键适用于传动的转矩不大、薄壁结构

5、、空心轴、径向尺寸受限制的场合。薄型平键已有国家标准(GB156779)。2)半圆键联接半圆键(图4-7(a)的上表面为一平面，下表面为半圆形弧面，两侧面互相平行。装配时半圆键放在轴上半圆形的键槽内，然后推上轮毂(图4-7(b)。这种联接，键的上表面与轮毂键槽的底面间留有间隙，键的侧面和轴、轮毂键槽的侧面贴合。工作时，依靠键和键槽侧面的挤压来传递运动和转矩，因此半圆键的侧面是工作面。半圆键结构紧凑，装拆方便，能在轴上的键槽中摆动，以适应轮毂键槽底面的偏斜。但轴上键槽较深，降低了轴的强度。半圆键联接适用于轻载、轮毂宽度较窄和轴端处的联接，尤其是用圆锥形轴的联接。图4-7 半圆键联接 2.紧键联接

6、紧键联接紧键联接分为楔键联接和切向键联接两类。1)楔键联接楔键如图4-8所示，键的顶面有1 100的斜度，两侧面互相平行。楔键分为普通楔键(图4-8(a)和钩头楔键(图4-8(b)两种，它们均为标准件。这种键的侧面不与键槽侧壁接触，键的顶面和底面分别与轮毂槽和轴槽的底面紧密结合。因此键与轴、轮毂之间产生了很大的压力。工作时，靠挤压力在接触面上所产生的摩擦力来传递运动和转矩，并可承受不大的单方向的轴向力。由此可见，楔键的顶面和底面为工作面。楔键联接的应用如图4-9所示。图4-8 楔键联接 图4-9 楔键联接的应用 由于楔键在装配时被打入轴和轮毂之间的键槽内，所以使套在轴上的零件向键所在的方向移动

7、一微小的距离，造成轴和轴上零件的中心线不重合，即产生偏心。另外，当受大冲击、变载荷作用时，楔键联接容易松动。因此，楔键联接只适用于对中性要求不高、转速较低的场合，如农业机械、建筑机械等。钩头楔键的钩头是供拆卸楔键时用的，但易发生人身事故，所以应加装防护罩。2)切向键联接切向键是由两个具有1 100单面斜度的普通楔键沿斜面贴合在一起组成的(图4-10(a)。该组合体的上平面与下平面互相平行。装配时，键自轮毂两端打入，楔紧在轴与轮毂的键槽中，组成切向键联接(图4-10(b)。切向键的下平面在通过轴心线的平面内，上平面与轮毂槽底面压紧。工作时，靠切向键上、下面与键槽底面的挤压力和轮毂接触面上的摩擦力

8、传递运动和转矩。因此，切向键的上、下平面为工作面。图4-10 切向键联接 一副切向键只能传递单方向的转矩，当需要传递两个方向的转矩时，应装两副切向键，并在轴上互成120130分布(图4-10(c)。切向键的键槽对轴的强度削弱较大。另外，切向键联接还将使装在轴上的零件与轴产生偏移。故切向键联接适用于对中性和运动精度要求不高、低速、重载、轴径大于100mm的场合。4.2 平键联接的尺寸选择和强度校核平键联接的尺寸选择和强度校核平键联接的设计是在轴和轮毂的尺寸确定后进行的。因为键是标准件，所以首先应根据工作要求和轴径选择键的类型和尺寸，然后进行强度校核。4.2.1 平键联接的尺寸选择平键联接的尺寸选

9、择(1)键的类型选择。按工作要求和使用特性选择合适的类型。(2)键的尺寸选择。尺寸选择主要是选择键的宽度b、高度h和键长L。由表4-1可见，这些尺寸都与轴径d有关。键长L值则有一个范围，具体键长根据轮廓的长度L1确定。一般取L=L1-(510)mm,且Lmax2.5d。确定的键长值要符合键长L的长度系列。表表4-1 键键 4.2.2 平键联接的强度计算平键联接的强度计算普通平键联接的受力情况如图4-11所示。普通平键联接的失效形式是键联接材料中强度较弱的工作表面被挤压破坏，其次是平键的剪切破坏。在通常情况下，挤压破坏是其主要失效形式。因此，强度校核按挤压的强度条件进行。设轴传递的转距为T(Nm

10、m)，则键联接挤压面上所承受的力Ft=2000T/d，式中轴的直径d的单位为mm。设载荷Ft沿键的工作长度均匀分布，则挤压强度条件是(MPa)40002000p phldTld hTl hFt(4-1)图4-11 普通平键联接的受力情况 式中：p工作表面的挤压力(MPa);Ft作用力(N);T传递的转矩(Nmm);d轴的直径(mm);h键与轮毂的接触高度；l键的工作长度(mm)，A型键l=L-b，B型键l=L，C型键l=L-b/2；p较弱材料的许用挤压应力(MPa)，其值见表4-2。表表4-2 键连接的许用应力键连接的许用应力p和许用压强和许用压强P (MPa)经校核平键联接的强度不够时，可以

11、采取下列措施：适当增加键和轮毂的长度，但一般键长不超过2.5d，否则挤压力沿键长分布的不均匀性将增大；采用双键，在轴上相隔180配置，由于制造误差可能会使得键上载荷分布不均匀，所以在强度校核时只按1.5个键计算。对采用导向平键或滑键的动联接，其失效形式主要是在载荷作用下相对滑动引起的。设计时，应使工作表面的强度小于或等于其许用值，即 (MPa)4000TltpdlhhFp(4-2)式中：p较弱材料的许用强度(MPa)，见表4-2。例4-1 现有一钢制直齿圆柱齿轮通过A型平键装在直径d=40mm的轴上。已知b=12mm，键长L=70mm。拟将该齿轮和轴装在具有轻微冲击的传动中，若齿轮和轴的强度足

12、够，试计算该键能传递的最大转矩T。解(1)确定许用挤压应力p。按联接结构的材料和工作的载荷有轻微冲击，查表4-2得p=100MPa(2)确定键联接能传递的最大转矩T。由式(4-1)得 4000PhldT 其中l=L-b=70-12=58mm故T10085840/4000=464Nm 该键联接能传递的最大转矩为464Nm。例4-2 试选择一铸铁齿轮与钢轴的平键联接。已知传递的转矩T=1250Nm，载荷有轻微冲击，与齿轮配合处的轴径d=80mm，轮毂长度为120mm。解 该联接为静联接。(1)尺寸选择。为了便于装配和固定，选用圆头平键(A型)。根据轴的直径d=80mm，由表4-1查得：键宽b=22

13、mm；键高h=14mm。根据轮毂长度120mm，查得键长L=110mm(2)强度校核。该联接中轮毂材料的强度最弱。从表4-2中查得p=53MPa。键的工作长度l=L-b=110-22=88mm。按式(4-1)校核键联接的强度：所选的键强度足够。该键的标记为：键22110GB109679。papMP 50.73808814125040004000hldT(3)键槽尺寸。该平键联接键宽极限偏差按一般联接由表4-1查得：轴槽深 轴槽宽 轮毂槽深 轮毂槽宽 b=220.026mm轴、轮毂键槽及其尺寸见图4-12。mm 71-00.2-tdmm2200.052-bmm85.40.201td图4-12 键

14、槽的剖面尺寸 4.3 花键联接的类型和选用花键联接的类型和选用花键联接是由在轴上加工出的外花键齿和在轮毂孔壁上加工出的内花键齿所构成的联接，如图4-13所示。花键联接齿的侧面是工作面，工作时靠齿的侧面挤压传递转矩。图4-13 花键联接 4.3.1 花键联接的类型花键联接的类型花键联接具有下列特点：(1)由于多个键齿同时参与工作，受挤压的面积大，所以承载能力高。(2)轴上零件与轴的对中性好，沿轴向移动时导向性好。(3)键齿槽浅，对轴的强度消弱较小。(4)花键加工复杂，需专用设备。故对大批生产是适用的，但单件、小批量生产的成本较高。花键联接广泛用于载荷较大、定心精度要求高的各种机械设备中，如汽车、

15、飞机、拖拉机、机床等。花键联接按齿形的不同可分为矩形花键、键开线花键和三角形花键三种。1矩形花键矩形花键矩形花键键齿的端面为矩形。按键的齿数和齿形尺寸的不同，矩形花键有轻、中、重三种系列，它们分别适用于轻、中、重三种不同的载荷情况。此外，矩形花键还有补充系列，适用于汽车、拖拉机和机床等制造业。矩形花键的齿侧为直线，齿廓形状简单。其互换性由内径d、大径D和键(槽)宽B三个联接尺寸及相互的位置关系确定。但是，要同时保证三个联接尺寸是困难的，在GB/T11442001中规定以内径d为定心尺寸，用它来保证同轴度要求。采用内径d定心，使内、外花键的内径均可通过磨削来得到高的定心精度和稳定性。外径定心和齿

16、侧定心由于定心精度和稳定性较差，已停止使用。矩形花键的定心方式如图4-14所示。图4-14 矩形花键 2.渐开线花键渐开线花键渐开线花键采用渐开线作为花键齿廓，可用加工齿轮的方法来获得齿形。其工艺性好，与矩形花键相比，它具有自动定心、齿面接触好、强度高、寿命长等特点。所以，渐开线花键有取代矩形花键的趋势，在航天、航空、造船、汽车等行业中，应用渐开线花键越来越多。渐开线花键内、外键齿的齿廓曲线的压力角为30和45两种。其中，前者主要用于重载和尺寸较大的联接；而后者则用于轻载和小直径的静联接，特别适用于薄壁零件的联接。渐开线花键的标准为GB/T3478.2008。与矩形花键相比，渐开线花键键齿的根

17、部较厚，齿根圆角也较大，所以承载能力大；工作时键齿上有径向分力，适于对中，使各齿承载均匀。渐开线花键适用于载荷较大、定心精度要求高、尺寸较大的联接。渐开线花键用齿形定心，如图4-15所示。齿形定心方式充分发挥了渐开线花键联接的特点，所以应用最广。外径定心适用于径向载荷较大的动联接。分度圆的同心圆定心方式适用于径向载荷较小、要求传动平稳的动联接。图4-15 渐开线花键 3.三角形花键三角形花键三角形花键的内花键齿形为等腰三角形，外花键齿廓曲线为压力角等于45的渐开线。三角形花键键齿细小，齿数多，对轴的强度消弱小，多用于轻载和薄壁零件的静联接。三角形花键联接采用齿形定心，如图4-16所示。图4-1

18、6 三角形花键 4.3.2 花键联接的选用花键联接的选用由于花键已标准化，所以设计花键联接首先是根据使用要求、工作条件和被联接零件的结构、尺寸选择花键的类型，确定花键的尺寸(矩形花键的尺寸及公差见表4-3)，然后再校核强度。表表4-3 矩形花键尺寸、公差矩形花键尺寸、公差(GB/T11442001)花键联接的主要失效形式，对于静联接为齿面挤压破坏，对于动联接为齿面磨损。其强度条件为：对于静联接对于动联接式中：T工作转矩(Nm)；载荷不均匀系数，一般取0.70.8；z花键的齿数；MPa 2000p1pdzhLTm(4-3)MPa 20001pdzhLTpm(4-4)h花键的工作高度，对矩形花键，

19、其中D、d分别为外花键大径、内花键小径；C为齿顶的圆角半径。对渐开线花键：h=m；对于三角形花键：h=0.8m，m为渐开线齿的模数；L1齿的工作长度(mm);dm平均直径，矩形花键dm=(D+d)/2,渐开线花键和三角形花键dm为键齿分度圆直径；p、p许用挤压应力、许用压强(MPa),其值见表4-4。CdDh221表表4-4 花键联接的许用挤压应力及许用压强花键联接的许用挤压应力及许用压强 4.4 销联接的类型和选用销联接的类型和选用4.4.1 销的分类销的分类销联接用来固定零件间的相互位置，构成可拆联接；也可用于轴和轮廓或其它零件的联接，传动较小的载荷；有时还用作安全装置中的过载剪切元件。销

20、是标准件，其基本形式有圆柱销和圆锥销两种，见表4-5。圆柱销联接不宜经常装拆，否则会降低定位精度和联接的紧固性。圆柱销和圆锥销孔均需铰制，铰制的圆柱销孔直径有四种不同配合精度，可根据使用要求选择。表表4-5 常用销的类型、特点和应用常用销的类型、特点和应用 4.4.2 销联接的应用销联接的应用销的类型可按工作要求进行选择。用于联接的销，可根据联接的结构特点按经验确定直径，必要时再做强度校核。定位销一般不受载荷或受很小载荷，其直径按结构确定，数目不得少于两个。安全销直径按销的剪切强度进行计算。销的材料一般采用35或45钢，许用剪应力取为80MPa。4.5 螺纹联接螺纹联接螺纹联接是利用带螺纹的零

21、件把需要相对固定的零件连接在一起，是一种可拆联接。其结构简单，装拆方便，工作可靠，且大多数螺纹零件已标准化，故其生产效率高，成本低，广泛应用于各类工程结构中。4.5.1 螺纹联接螺纹联接1.螺纹的主要参数螺纹的主要参数现以图4-17所示的三角形螺纹为例说明螺纹的主要参数：(1)大径(d,D)：螺纹的最大直径，即外螺纹牙顶圆柱直径(d)，内螺纹牙底圆柱直径(D)。它是螺纹的公称直径。(2)小径(d1,D1)：螺纹的最小直径，即外螺纹牙底圆柱直径(d1)，内螺纹牙顶圆柱直径(D1)。它是外螺纹危险剖面的直径，螺纹强度计算时要利用这一直径。(3)中径(d2,D2)：轴向剖面内牙厚等于牙间宽的假想圆柱

22、直径，是决定螺纹配合的主要参数。一般取d2=(d1+d)/2。(4)螺距(P)：在中径线上，相邻两牙对应点之间的轴向距离。(5)导程(S)：同一螺纹线上，相邻两牙在中径线上对应点之间的轴向距离。对于单线螺纹S=P，对于双线螺纹S=2P。(6)螺纹线数(n)：螺纹螺旋线数目，也称头数。(7)螺纹升角()：圆柱面上螺纹线的切线与垂直于螺纹轴线平面间的夹角，通常指的是中径圆柱上的螺旋线升角。其计算式为(8)牙型角()：在轴向剖面内螺纹牙型两侧边之间的夹角。22tandnpds图4-17 螺纹的主要参数 2.螺纹的形成、类型、特点和应用螺纹的形成、类型、特点和应用如图4-18(a)所示，将一底边长等于

23、d2的直角三角形绕在直径为d2的圆柱体上，同时使底边与圆柱体底边重合，则此直角三角形的斜边在圆柱的表面上形成一条螺旋线。用不同形状的车刀沿螺旋线可切出三角形、矩形、梯形和锯齿形螺纹，如图4-18(b)、(c)、(d)、(e)所示。图4-18 螺纹的形成及螺纹的主要类型 圆柱体上沿一条螺旋线切制的螺纹，称为单线螺纹(图4-19(a)；也可沿二条、三条螺旋线分别切制出双线螺纹及三线螺纹(图4-19(b)、(c)。单线螺纹主要用于联接，多线螺纹主要用于传动。按螺纹旋线绕行方向的不同，又有右旋螺纹和左旋螺纹之分，如图4-20所示。通常采用右旋螺纹，左旋螺纹仅用于有特殊要求的场合。螺纹有外螺纹和内螺纹之

24、分。在圆柱体外表面上形成的螺纹，称为外螺纹；在圆孔的表面上形成的螺纹，称为内螺纹。图4-19 螺纹的线数 图4-20 螺纹的旋向 3.常用螺纹常用螺纹常用螺纹可分为联接和传动两大类。其中联接螺纹还可分为普通螺纹、管螺纹和锥螺纹等。普通螺纹又可分为粗牙和细牙两类。公称直径相同时，细牙螺纹螺距小，升角小，自锁性好，也有一定的密封作用，螺杆强度高，适用于受冲击、振动和变载荷的联接以及薄壁零件的联接。细牙螺纹比粗牙螺纹的耐磨性差，不宜经常拆卸；也可制成微调装置。传动螺纹可分为矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。常用螺纹的类型、牙型、特点和应用见表4-6。前四种螺纹主要用于联接，后三种螺纹主要用于传动。表中

25、除矩形螺纹外，其余螺纹都已标准化。普通三角形螺纹基本尺寸见表4-7。表表4-6 常用螺纹常用螺纹 表表4-7 普通三角形螺纹基本尺寸普通三角形螺纹基本尺寸 4.5.2 螺纹联接的基本类型和螺纹联接件螺纹联接的基本类型和螺纹联接件1.螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型有螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接、紧定螺钉联接。它们的结构和尺寸关系见表4-8。表表4-8 螺纹联接的基本类型、结构和尺寸螺纹联接的基本类型、结构和尺寸 1)螺栓联接螺栓联接是将螺栓穿过被联接件的孔，然后拧紧螺母，将被联接件联接起来。螺栓联接分为普通螺栓联接和配合螺栓联接。前者螺栓杆与孔壁之间有间隙，后者螺栓杆

26、与孔壁之间没有间隙，常采用基孔制过渡配合。螺栓联接无须在被联接件上切制螺纹孔，所以结构简单，装拆方便，应用广泛。这种联接适用于被联接件不太厚并能从被联接件两边进行装配的场合。2)双头螺柱联接双头螺柱联接多用于被联接件较厚，材料较软，且又要经常拆装的场合。使用时将螺柱的长螺纹一段拧入带内螺纹的较厚被联接件中，另一端用螺母拧紧。3)螺钉联接螺钉联接是将螺钉直接拧入带内螺纹的被联接件中，省去了螺母，结构简单。但螺钉联接不宜用于经常装拆的场合，以免损坏螺纹后影响整个被联接零件。4)紧定螺钉联接这种联接是将紧定螺钉拧在被联接件之一的螺纹孔中，并以其末端顶住另一被联接件的表面或顶入相应凹坑，以固定两个零件

27、的相互位置。这种联接多于轴与轴上零件的联接，并能传递较小的力矩或转矩。2.螺纹联接件螺纹联接件螺纹联接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母、垫圈、防松零件等。它们多为标准件，其结构、尺寸在国家标准中都有规定。它们的公称尺寸均为螺纹大径d，设计时应根据标准选用。1)螺纹联接的预紧大多数螺纹联接在装配时，都需要将螺母拧紧，以便压紧被联接件。这种在施加工作载荷前，螺栓受到的拉力称为预紧力。预紧力不可过大，重要的螺栓联接，其预紧力大小要严格控制。预紧螺母时施加的力矩T与预紧力Q0有如关系式：T=(0.10.3)Q0d(Nm)(4-5)上式适用于无润滑状态的M16M64粗牙螺纹。一般可取T=0.2Q

28、0d，式中d为螺栓的直径。力矩T可通过测力矩扳手(见图4-21)等工具进行度量。重要的螺栓联接应尽量不采用小于M12M16的螺栓，以避免装配时由于预紧力过大而被拧断。预紧的作用如下：提高联接的可靠性、紧密性，增强放松能力。增大被联接件间的摩擦力，以提高横向承载能力。图4-21 测力矩扳手 2)螺纹联接的防松理论上讲，螺栓联接具有自锁性。在静载荷作用下，工作温度变化不大时，这种自锁性可以防止螺母松脱。但如果联接是在冲击、振动、变载荷作用下或工作温度变化很大，则螺栓联接就可能松动。联接松脱往往会造成严重事故，因此设计螺栓联接时应考虑防松的措施。防松的方法很多，常用的几种防松方法见表4-9。表表4-

29、9 常用防松方法常用防松方法 4.5.3 螺旋副的受力分析、自锁和效率螺旋副的受力分析、自锁和效率1.螺旋副的工作特点螺旋副的工作特点1)受力分析如图4-22(a)、(b)所示为矩形螺旋副(=0)。为了便于分析，设螺母在转矩T及轴向载荷Q作用下等速回转并沿Q的方向移动。将螺母视为滑块，并假定Q作用于中径圆周上。根据螺旋副形成原理，将螺杆沿中径展开，会得到一个斜面。当旋转螺母时，可视为滑块沿斜面上升或下降，如图4-22(c)所示。图4-22 矩形螺旋副的受力分析 由理论力学可知，滑块承受轴向载荷Q，并沿斜面匀速上升需水平推力，其大小F为F=Qtan(+)(4-6)F相当于旋紧螺母时，在中径d2处

30、施加的切向力，故拧紧螺母所需力矩T为 同理可知：滑块承受载荷Q沿斜面匀速下滑时，所需水平支持力大小为F=Qtan(-)(4-8)(4-7)2)tan(222/dQFdT式中：摩擦角，=arctanf(其中f为摩擦系数);螺旋升角。力F相当于拧松螺母时在中径d2处施加的切向力，故拧松螺母所需力矩为)tan(2222QdFdT(4-9)2)自锁由式(4-8)可见，当时，要让滑块匀速下滑，F为负值。即需要给滑块施加一大小与F相等、方向相反的外力，滑块才会匀速下滑。换句话说，如果不施加外力-F，无论载荷Q有多大，滑块都不会自动下滑，这种现象称为自锁。由此得出螺纹自锁条件为(4-10)为了保证自锁，通常

31、取4.5。3)效率在旋紧螺母推动载荷Q上升时，螺母转一周，推力F作功为A1，即A1=Fd2=Qtan(+)d2这时重物上升距离为导程S，其有效功为A2=QS=Qd2tan因此，螺纹的传动效率为可见：螺纹升角越大，效率越高。但过大时，加工困难。一般推荐25。)tan(tantantan2212dQdQAA(4-11)2.其它螺纹其它螺纹(牙形角牙形角0)牙形角a0的螺纹副有三角形(a=60)、梯形(a=30)和锯齿形(a=3)螺纹。它们工作时与矩形螺纹相近，故可套用矩形螺纹的公式，用当量摩擦系数fv代替f，用当量摩擦角v代替，其中,2=arctanfv。螺纹拧紧时所需力为F=Qtan(+v)(4

32、-12)效率为2/cosaffv)tan(tanv(4-13)放松螺纹时所需力为F=Qtan(-v)(4-14)自锁条件为8mm时,采用热卷法,热卷后应进行淬火和低温回火处理。弹簧成型后，要进行表面质量检验及工艺性试验,以鉴定弹簧的质量。为了提高压缩弹簧的承载能力,可通过强压处理使之强化。经强压处理的弹簧,不宜在高温、长期振动和有腐蚀性介质的环境中工作。受变载荷的弹簧,可通过喷丸处理提高其疲劳强度。弹簧的制造精度按受力后变形量公差分为三级,如表4-15所示,一般可选用2级精度。表表4-15 弹簧制造精度弹簧制造精度 2.弹簧的材料和许用应力弹簧的材料和许用应力弹簧在机械中常受冲击性的交变载荷,

33、所以要求弹簧材料应具有高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性和塑性、良好的热处理性能。常用的弹簧材料有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢和铜合金。选择材料时应充分考虑弹簧的用途、重要性、工作条件(载荷的大小及性质，工作温度和周围介质的情况)、加工方法和经济性等。一般优先选用碳素弹簧钢。常用材料的特性及许用应力见表4-16。表表4-16 碳素弹簧钢丝的抗拉强度碳素弹簧钢丝的抗拉强度 MPa 弹簧的许用应力与材料的品质、热处理方法、载荷性质、工作条件、重要程度及弹簧丝尺寸都有关系。下面说明与许用应力有关的因素。(1)载荷性质。圆柱螺旋弹簧的许用应力按所受载荷的情况分为三类:类受变载荷作用次数在106次

34、以上或重要的弹簧,如内燃机弹簧、电磁制动器弹簧。类受变载荷作用次数在103106次范围内及承受冲击载荷的弹簧,如一般车辆弹簧等。类受变载荷作用次数在103次以下和受静载荷的一般弹簧，如摩擦式安全离合器弹簧等。拉伸弹簧的许用应力为压缩弹簧的80%。(2)重要程度。对于重要的弹簧(其损坏要影响整机工作)应降低许用应力的数值。(3)表面处理。弹簧经强压、喷丸处理后，表中许用应力数值可提高20%。(4)直径大小。线材直径d越小,组织越细密,抗拉强度极限b也越高。碳素弹簧钢丝的抗拉强度b与d之间的关系见表4-16。4.6.3 圆柱形螺旋弹簧的结构、参数和尺寸圆柱形螺旋弹簧的结构、参数和尺寸1.弹簧的端部

35、结构弹簧的端部结构压缩弹簧的两端各有圈的支承圈，工作时不参加变形,故又称死圈或支撑圈。它的端部有并紧磨平Y型和并紧不磨平Y型两种,见图4-32。为了使弹簧端面和轴线垂直,重要用途的压缩弹簧应采用并紧磨平Y型。磨平部分的长度不小于圈,末端厚度约为d/4(d为弹簧丝直径)。4343411图4-32 压缩弹簧的端部结构 拉伸弹簧的各圈间并紧,端部制有钩环,用于安装和加载。图4-33为拉伸弹簧端部结构的几种型式。其中，L型和L型制造方便，应用较广;缺点是，工作时在挂钩过渡处将产生很大的弯曲应力，一般只用于直径d10mm的弹簧丝及载荷小和不重要的场合。L型和L型挂钩不与弹簧丝联成一体，适用于受载荷较大或

36、变载荷的场合，缺点是成本较高。图4-33 拉伸弹簧的端部结构 2.弹簧的参数和尺寸弹簧的参数和尺寸图4-34所示为一圆柱形螺旋压缩弹簧,其主要参数有：(1)d弹簧丝直径(mm),碳素弹簧钢丝的直径见表4-16。(2)D弹簧中径(mm),是弹簧外径和内径的平均值,是计算参数,见表4-17。(3)C环绕比(亦称弹簧指数),C=D/d,是设计和计算的重要参数,见表4-18。图4-34 圆柱形螺旋弹簧的尺寸 表表4-17 螺旋弹簧中经系列螺旋弹簧中经系列 mm 表表4-18 环绕比环绕比C(4)t节距(mm)，由图4-34(b)知 式中:2为弹簧在最大工作载荷F2作用下的变形量；n为弹簧的有效圈数：为

37、承载后的剩余间隙,通常取0.1d。圆柱形螺旋压缩弹簧的参数和几何尺寸计算见表4-19。圆柱形螺旋拉伸弹簧没有间距，计算展开长度与自由高度时,应计入钩环部分尺寸,其余尺寸与压缩弹簧相同。Dndt5.025.02表表4-19 压缩弹簧几何尺寸计算压缩弹簧几何尺寸计算 4.6.4 弹簧的应力、变形和特性曲线弹簧的应力、变形和特性曲线1.弹簧的应力与变形弹簧的应力与变形1)弹簧的应力图4-35为圆柱形螺旋压缩弹簧,承受轴向载荷F,运用截面法分析可知,弹簧丝截面受剪力Q(=F)及扭矩T(=FD/2)的作用,扭矩引起的切应力为式中：WT弹簧丝横截面的抗扭截面系数。23388162dFCdFDdFDWTT(

38、4-28)图4-35 圆柱形螺旋弹簧的受力分析 若考虑弹簧丝呈螺旋状曲率及剪力Q引起切应力的影响，引入曲率系数K,则弹簧的强度条件为式中：弹簧材料的许用切应力；K弹簧曲度系数,，也可查表4-20。28dFCK(4-29)C.CCK61504414表表4-20 弹簧曲度系数弹簧曲度系数 2)弹簧的变形弹簧受轴向载荷F后产生的变形量为式中：G弹簧材料的切变模量(钢为8104MPa,青铜为4104MPa)。设计时,有效圈数n是根据变形量2决定的，即 如果n15圈,则取n为0.5的倍数；如果n15圈,则n取整数。2和F2见图4-36。(4-30)GdnFCGdnFD343883228CFGdn(4-3

39、1)图4-36 圆柱形螺旋压簧的特性曲线 3)弹簧的刚度弹簧产生单位变形所需的载荷称为弹簧刚度k,即 由式(4-32)可知,k为常数,载荷与变形成直线关系。当其他条件相同时,C越大,弹簧刚度越小,即弹簧越软,工作时,会引起颤动；C越小,弹簧刚度越大,卷绕困难，并在内侧引起过大的应力。所以，环绕比应在416之间，常用范围为C=58，一般可按弹簧钢丝直径d,由表4-19中取值。此外，刚度k还与G、d、n有关，设计时应综合考虑这些因素的影响。(4-32)nCGdnDGdFk334882.弹簧的特性曲线弹簧的特性曲线弹簧的特性曲线是表示弹簧所受载荷F与变形量之间的关系曲线。等节距的圆柱螺旋弹簧在弹性范

40、围内工作,载荷与变形成正比,特性曲线为直线。图4-36为压缩弹簧的特性曲线,其中：H0弹簧不受载荷时的自由高度。F1最小载荷,即弹簧在安装时所受的预加压力。F1使弹簧可靠地稳定在安装位置上。通常取F1=(0.20.5)F2。F2最大工作载荷。弹簧在F2作用下产生的应力不允许超过弹簧的许用切应力。F2一般由工作要求给定。Flim极限载荷。在Flim作用下,弹簧丝的应力不得超过材料的剪切弹性极限。类载荷Flim=1.25F2，类载荷Flim=1.2F2，类载荷Flim=F2。H1、H2、Hlim分别为在F1、F2、Flim作用下的弹簧高度。1、2、lim分别为在F1、F2、Flim作用下的变形量。

41、h弹簧的工作行程，h=2-1=H1-H2。圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线与压缩弹簧的特性曲线相似。弹簧的工作特性曲线应画在弹簧工作图中,作为检验和试验的依据之一。4.6.5 片弹簧简介片弹簧简介片弹簧是由一定宽度、厚度和长度的金属薄片制成的,在电气设备中广泛用于制作开关和压紧元件,常常在制造时预先加以折弯(见图4-37、图4-38)。334LsEbhF 对于图4-37所示的片弹簧,在自由状态时是有弯曲形状的,在工作状态时将其拉直。当外力时,片弹簧才开始变形。式中,L、b、h分别为片弹簧的长度、宽度和高度；s为挠度；E为片弹簧材料的弹性模量。这种结构接触可靠,抗振性好,应用广泛。图4-37 片弹簧 图4-38 片弹簧的两种应用实例(a)检波器弯片弹簧；(b)均匀接触的插座弹簧