机械设计基础——螺纹联接月落选传动.pdf
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1、1 第十九章 螺纹联接与螺旋传动 (一)教学要求 掌握螺纹联接的类型、预紧和防松、螺栓组联接的 设计计算,并能根据已知条件合理地选用螺栓联接。 (二)教学的重点与难点 重点:单个螺栓联接的设计计算重点:单个螺栓联接的设计计算 难点:螺栓组联接的设计计算难点:螺栓组联接的设计计算 (三)教学内容 2 第十九章 螺纹联接与螺旋传动 19-1 螺纹 19-2 螺纹联接的类型和预紧、防松 19-3 螺栓组联接的设计 19-4 单个螺栓联接的强度计算 19-5 提高螺栓联接强度的措施 19-6 螺旋传动 结束结束 3 螺纹 一、螺纹的类型及应用 螺纹按牙型分类: 三角形(普通螺纹)、管螺纹联接螺纹 矩形
2、螺纹,梯形螺纹,锯齿形螺纹传动螺纹 三角形螺纹:三角形螺纹:粗牙螺纹用于联接 细牙螺纹自锁性好,适于薄壁细小零件和冲击变载等 螺纹按位置分类: 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 根据螺旋线绕行方向分类:左旋、 右旋 根据螺旋线头数分类:单头螺纹(n=1)用于联接 双头螺纹(n=2) 多线螺纹(n2)用于传动 4 螺纹 二、螺纹的主要参数 5 螺纹联接的类型和预紧、防松 一、螺纹联接的主要类型 1.螺栓联接螺栓联接 普通螺栓联接:普通螺栓联接:螺杆穿过通孔与螺母结合;装配后,孔与杆有间隙,结 构简单,装折方便。 配合螺栓联接:配合螺栓联接:装配后无间隙,主要承受
3、横向载荷,也可作定位用。 2.双头螺栓联接:双头螺栓联接:装配时,一端旋入被联接件,另一端配以螺母;适于 常拆卸而被联接件之一较厚时。 3.螺钉联接:螺钉联接:适于被联接件之一较厚(带螺纹孔),不常装拆的场合。 4.紧定螺钉联接:.紧定螺钉联接:固定零件的相对位置;可传递不大的轴向力或扭矩。 联接类型图例 6 螺纹联接的类型和预紧、防松 一、螺纹联接的主要类型 返回 7 螺纹联接的类型和预紧、防松 一、螺纹联接的主要类型 8 螺纹联接的类型和预紧、防松 二、螺纹联接的预紧与防松 (一)预紧 螺纹联接 松联接在装配时不拧紧,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,已预先受预紧
4、力F0。 预紧目的 保持正常工作。T0.2F0d 预紧力的控制 测力矩板手测出预紧力矩。 定力矩板手达到固定的拧紧力矩时,弹簧受压将自动打滑。 测量测量预紧前后螺栓伸长量S。 9 螺纹联接的类型和预紧、防松 二、螺纹联接的预紧与防松 (二)防松: 11防松目的:防止因外载荷的变化、材料蠕变等因素造成螺纹联接 松驰,从而使联接失效。 22防松原理:消除或限制螺纹副之间的相对运动。 33防松办法及措施 摩擦防松:摩擦防松:双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等。 机械防松: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。 永久防松:永久防松:端铆、冲点
5、(破坏螺纹)、点焊、粘合。 防松结构图例 10 螺纹联接的类型和预紧、防松 二、螺纹联接的预紧与防松 返回 11 螺纹联接的类型和预紧、防松二、 螺纹联接的预紧与防松 返回 12 螺栓组联接的设计 一、结构设计原则 1.布局尽量对称分布,螺栓组中心 与形心重合以便受力均匀。 2.螺栓的位置应适当远离对称轴。 3.间距合理,边距适当,利于板手 装拆。 4.避免偏心载荷作用。 防偏载措施:防偏载措施: a)凸台;b)凹坑(鱼眼坑); c)斜垫片;d)球形垫片。 13 螺栓组联接的设计 二、螺栓组受力分析二、螺栓组受力分析 1.受横向载荷F1.受横向载荷Fw w的螺栓组联接的螺栓组联接 普通螺栓:铰
6、制孔螺栓: fzm FK F wn 0 z F Fh w = 14 螺栓组联接的设计 二、螺栓组受力分析二、螺栓组受力分析 2.受轴向载荷螺栓组联接2.受轴向载荷螺栓组联接 单个螺栓工作载荷为: z F F w = 15 螺栓组联接的设计 二、螺栓组受力分析二、螺栓组受力分析 3、受转矩螺栓组联接 普通螺栓联接 铰制孔螺栓联接组 = = + Z i i Z n rf KnT rrrf KT F 1 21 0 )(L = = Z i i h r rT F 1 2 max max 16 单个螺栓联接的强度计算 一、一、普通螺栓联接的强度计算普通螺栓联接的强度计算 1.1.松螺栓联接 强度条件为:
7、设计公式: 2.2.紧螺栓联接 只受预紧力的紧螺栓联接只受预紧力的紧螺栓联接 强度条件为: 4 2 1 = d FW 4 1 W F d 4 3 .1 2 1 0 = d F ca 17 单个螺栓联接的强度计算 一、一、普通螺栓联接的强度计算普通螺栓联接的强度计算 受预紧力和工作拉力的螺栓联接受预紧力和工作拉力的螺栓联接 a)受轴向静载荷的紧螺栓联接 强度条件: 设计公式: b)受轴向变载荷的螺栓联接 循环应力幅: 4 3 . 1 2 1 = d F ca 43 . 1 1 F d 2 2 1 a C a d FK = 18 单个螺栓联接的强度计算 二、配合螺栓联接的强度计算二、配合螺栓联接的
8、强度计算 螺栓杆剪切强度条件: 螺栓杆挤压强度条件: 4 2 0 = dm Fh min 0 P h P Ld F = 19 单个螺栓联接的强度计算 三、螺栓材料与许用应力计算三、螺栓材料与许用应力计算 1.螺纹联接件的材料:螺纹联接件的材料: 国家标准规定,螺纹联接件按材料的机械性能分级。 普通垫圈材料常用Q235、15、35钢,弹簧垫圈用65Mn钢。 2.许用应力:许用应力: 许用应力与载荷性质、装配情况及螺纹联接件的材料、 结构尺寸、使用条件等因素有关。设计时,参照机械零 件设计手册 20 提高螺栓联接强度的措施 一、改善螺纹牙间载荷分布不均状况 a) 悬置螺母b)环槽螺母c) 内斜螺母
9、 d)(b)(c)结合螺母e) 不同材料匹配 二、减小应力集中的影响 三、降低螺栓应力幅 四、减小应力集中的影响 1)加大过渡处圆角2)改用退刀槽 3)卸载槽4)卸载过渡结构。 五、(工艺方法)采用合理的制造工艺 1)用挤压法(滚压法)制造螺栓。 2)冷作硬化、氰化、氮化、喷丸等,可提高疲劳强度。 3)热处理后再进行滚压螺纹,效果更佳。 4)控制单个螺距误差和螺距累积误差。 21 螺旋传动 一、螺旋传动的类型、特点与应用一、螺旋传动的类型、特点与应用 1.1.应用: 回转直线、传递运动、动力 2.2.传动形式: a) 螺杆转螺母移 b) 螺杆又转又移(螺母固定)使用比较多 c) 螺母转螺杆移
10、d) 螺母又转又移(螺杆固定)使用比较少 22 螺旋传动 一、螺旋传动的类型、特点与应用一、螺旋传动的类型、特点与应用 3.3.螺旋传动类型 按用途分类:按用途分类: 1)传力螺旋:)传力螺旋:举重器、千斤顶、加压螺旋。 特点特点:低速、间歇工作,传递轴向力大、自锁。 2)传导螺旋:)传导螺旋:机床进给汇杠传递运动和动力。 特点特点:速度高、连续工作、精度高。 3)调整螺旋:)调整螺旋:机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。 特点特点:受力较小、不经常转动。 传动类型图例 23 螺旋传动 一、螺旋传动的类型、特点与应用一、螺旋传动的类型、特点与应用 返回 24 螺旋传动 一、螺旋传动的类型、特点与
11、应用一、螺旋传动的类型、特点与应用 按摩擦副性质分类:按摩擦副性质分类: 1.滑动螺旋:滑动螺旋:简单、平稳、可靠、易自锁、传动比大、 承载力高、易加工。 缺点:缺点:磨损快、寿命短、低速时有爬行现象(滑移)、摩 擦损耗大、传动效率低(3040%)、传动精度低。 2.静压螺旋:静压螺旋:液体摩擦,靠外部液压系统提供压力油,压力油进 入螺杆与螺母之间,促使螺杆与螺母的螺纹牙间产 生压力油膜而分隔开。 特点:特点:f小,效率高(可达99%)、工作稳定、无爬行现象、 定位精度高、磨损小、寿命长。 25 螺旋传动 一、螺旋传动的类型、特点与应用一、螺旋传动的类型、特点与应用 3.滚动螺旋:滚动螺旋:在
12、具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若 干滚动体(多用钢球),工作时,滚动体沿螺纹滚 道滚动并形成循环。 循环方式:内循环、外循环。 特点:传动效率高(可达90%)、起动力矩小、传动灵活、 平稳、低速不爬行、同步性好、定位精度高、正逆 运动效率相同,可实现逆传动。 预紧后刚度好、定位精度高。 26 螺旋传动 二、滑动螺旋的设计计算二、滑动螺旋的设计计算 耐磨性设计计算:耐磨性设计计算: 耐磨性计算主要限制螺纹工 作面上的比压p,要求小于材料 的许用比压。 耐磨性条件: 设计公式: 耐磨性条件: 设计公式: 式中 :螺母厚度系数, H=d2 p材料许用比压。 22 p hHd FP hzd
13、F p= 2 ph FP d p H b 1 第二十章 齿轮传动第二十章 齿轮传动 (一)教学要求 了解齿轮机构的类型和应用,掌握齿廓啮合基本定理、渐开线性质、 啮合特性、标准直齿圆柱齿轮的主要参数和尺寸计算,熟悉齿轮正确啮合 条件和连续传动条件,能够计算斜齿轮、锥齿轮的几何尺寸,能正确分析 齿轮失效原因,确定设计准则、进行强度校核。 (二)教学的重点与难点 重点:直齿圆柱齿轮基本参数的确定与几何尺寸、正确啮合条件、连续传 动条件的计算、失效形式和计算准则、受力分析和强度计算。 难点:斜齿圆柱齿轮、锥齿轮的当量齿轮概念、受力分析和强度计算。 (三)教学内容 2 第二十章 齿轮传动第二十章 齿轮
14、传动 20-1 齿轮传动的类型、特点和应用 20-2 齿廓啮合基本定律 20-3 渐开线及渐开线齿廓 20-4 渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸 20-5 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 20-6 渐开线齿廓的加工与测量简介 20-7 根切及标准直齿轮不根切的最少齿数 20-8 变位直齿圆柱齿轮传动 20-9 平行轴斜齿圆柱齿轮机构 20-10 直齿圆锥齿轮机构 结束 3 第二十章 齿轮传动第二十章 齿轮传动 20-11 齿轮传动的失效形式与设计准则 20-12 齿轮常用材料及许用应力 20-13 齿轮传动的精度 20-14 齿轮传动的计算载荷和载荷系数 20-15 标准直齿圆柱齿轮传
15、动的强度计算 20-16 平行轴标准斜齿圆柱齿轮的强度设计 20-17 标准直齿圆锥齿轮传动的强度计算 20-18 齿轮的结构设计 20-19 齿轮传动的润滑 4 齿轮传动的类型、特点和应用 一、分类 齿轮机构 定传动比齿轮定传动比齿轮:圆形齿轮机构 变传动比齿轮:变传动比齿轮:非圆齿轮机构 圆形齿轮机构 平面齿轮机构:平面齿轮机构:外啮合直齿圆柱齿轮、内啮合直齿圆柱齿轮 外啮合斜齿圆柱齿轮、齿轮齿条 外啮合人字齿圆柱齿轮 空间齿轮机构:空间齿轮机构:直齿圆锥齿轮、斜齿圆锥齿轮 曲齿圆锥齿轮、螺旋齿轮 蜗杆蜗轮 5 齿轮传动的类型、特点和应用 二、齿轮传动 齿轮传动是机械传动中应用最广的一类传
16、动,其中最常用的是渐开线齿轮传动, 这主要由其传动特点所决定。 (一)齿轮传动的特点(一)齿轮传动的特点 优点:1.传动效率高(=99%);2.传动比恒定; 3.结构紧凑(较之于带、链传动);4.工作可靠、寿命长。 缺点:1.制造、安装精度要求高(专用机床、刀具);2.使用、维护费用较高; 3.不适于中心距较大的两轴间的传动;4.精度低时、噪音、振动较大。 (二)齿轮传动的类型 1按传动轴相对位置 (二)齿轮传动的类型 1按传动轴相对位置 平行轴齿轮传动(圆柱齿轮):直齿、斜齿、内齿、齿轮齿条、人字齿。 相交轴齿轮传动(圆锥齿轮):直齿、斜齿、曲齿。 交错轴齿轮传动:交错轴斜齿轮(螺旋齿轮)、
17、准双曲面齿轮、蜗杆蜗轮。 2按工作条件2按工作条件 开式:适于低速及不重要的场合。 半开式:农业机械、建筑机械及简单机械设备,只有简单防护罩。 6 齿廓啮合基本定律 一、齿廓啮合基本定律 节圆:节圆:轮1的节圆是以O1为圆心, O1P为半径的圆,每一瞬 时,节点P位置确定。 齿廓啮合基本定律:齿廓啮合基本定律: 在啮合传动的任一瞬时,两轮 齿廓曲线在相应接触点的公法线 必须通过按给定传动比确定的该 瞬时的节点。 21PP =POPO 2211 = PO PO i 1 2 2 1 12 = 7 齿廓啮合基本定律 轮齿齿廓正确啮合的条件:轮齿齿廓正确啮合的条件:定传动比传动。 定律描述:定律描述:
18、设节圆为半径 二、共轭齿廓: 凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓称共轭齿廓。 三、齿廓曲线的选择: 满足定传动比的要求;考虑设计、制造等方面。 对于定传动比的齿轮机构,通常采用渐开线、摆线、变态摆线。 21 , rr POr 11 =POr 22 = 1 2 1 2 2 1 12 r r PO PO W W i = 8 渐开线及渐开线齿廓 一、渐开线的形成 当一直线n-n沿一个圆的圆周作纯滚动时,直线上任一点K的轨 迹AK称该圆的渐开线。 rb:基圆半径;NK:发生线;K:渐开线AK段 的展角。 r b rk K A N o mm K K n n n K k n b C c c K 3 G
19、 N K b k r b r K K N1 G 2 G A Bo 1 2 2 A 3 O 2 O 1 O 1 A 3 A 3 N 2 N 1 N b1 r b2 r K 9 渐开线及渐开线齿廓 二、渐开线的性质 (1)KN= AN (2)NK为渐开线在K点的法线,NK为曲半半径,渐开线上任一 点的法线与基圆相切。 (3)渐开线离基圆愈远,曲率半径愈大,渐开线愈平直。 (4)渐开线的形状决定于基圆的大小。 K相同时,rb越大,曲率半径越大。 rb,渐开线N3K的直线。 (5)基圆内无渐开线(因渐开线从基圆开始向外展开)。 10 渐开线及渐开线齿廓 三、渐开线方程 压力角K=NOK ONK中: 即
20、K= tgKK K称为角K的渐开线函数 K= invK= tgKK 渐开线方程 K b K r r cos = KK b KKb bb K K r r r AN r N tg += + = )( = = KKKK K b K tginv r r cos r b r k K A N o mm K K n n n K k n 11 渐开线及渐开线齿廓 四、渐开线齿廓传动的特点 1.满足定传动比要求1.满足定传动比要求 12=W1/W2=O2P/O1P =r2/r1=rb2/rb1常数 2.渐开线齿廓啮合的啮合线2.渐开线齿廓啮合的啮合线 是直线是直线N N1 1N N2 2啮合点的轨迹,啮合点的轨
21、迹, 啮合线、公法线、两基圆的内公 切线、正压力方向线四线重合。 3.渐开线齿廓啮合的啮合角不变3.渐开线齿廓啮合的啮合角不变 :N1N2与节圆公切线之间的夹角 =渐开线在节点处啮合的压力角 4.渐开线齿廓啮合具有可分性。4.渐开线齿廓啮合具有可分性。 i12决定于基圆大小。 (这一特点对渐开线齿轮的制造、 安装十分有利)。 r 1 rb1 rb2 r2 o1 o2 tt 2 1 G 1 N1 K K G 2 G2 G1 P N2 12 渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸 一、齿轮各部分名称和基本参数 齿数齿数Z 1.齿顶圆 Z 1.齿顶圆r ra a;2.齿根圆;2.齿根圆r rf
22、f 3.任意圆3.任意圆r rk k 齿槽宽ek;齿厚SK ; 齿距pK=eK+sK dK=zpKdK=zpK/ 定义定义mK=PK/为模数为模数 4.分度圆分度圆r r, p=s+e;d=mz 5.齿顶高5.齿顶高h ha a: 齿根高 : 齿根高h hf f: 齿全高 : 齿全高h h: 6.基节 : 6.基节基圆上的周节(齿距)Pb pb=pcos ha ek Pk p e s h b r r rf r K f ks 13 渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸 三、标准直齿轮的几何尺寸 标准齿轮:标准齿轮:m、h*a、c*均取标准值,具有标准的齿顶高和齿根高,分 度圆齿厚等于齿槽宽
23、。 几何尺寸:几何尺寸:d =mzha= h*am hf=( h*a+ c*)m h=ha+hf=(2 h*a+ c*)m da=d+2ha=(z+2 h*a)mdf=d-2hf=(z-2 h*a-2 c*)mdb=dcos P =ms=e=m/2 中 心 距:中 心 距:a=(d2d1)/2=m(z2z1)/2 m、z是决定齿轮大小的主要参数。 轮齿的尺寸与m、h*a有关与z无关。 齿形与m、z、有关。 m影响到齿轮的各部分尺寸,该齿轮称为m制齿轮。 14 渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几 何尺寸 四、内齿轮 rb r rf r O1 b P es N h hf pb P b hf ha
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