专升本机械设计复习培训课件

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1、1,2010年专升本机械设计复习,田君,2,2010年专升本机械设计题型 一、是非题（共10分，每小题2分） 二、选择填空题（共20分，每小题2分） 三、填空题（共10分，每空1分） 四、简答题（共10分，每小题5分） 五、分析计算题（共40分） 六、 改错题（共10分）,3,第一讲螺纹连接与键连接,考试大纲： 螺纹连接 螺纹类型、螺纹联接的防松、螺纹联接的强度计算、螺栓组联接的设计（普通螺栓组受转矩） 键连接 键连接的类型、工作原理、特点及应用场合，工作面，主要失效形式，设计准则,4,(3)中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,(1)大径d 与外螺纹牙顶(

2、或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。,(2) 小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。,(4) 螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,(5) 导程S,(6) 螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角,(7)牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。,牙侧角 ,S = nP,同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P,螺纹的主要几何参数,(8)接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。,为螺纹的公称直径,5,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转

3、体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,6,螺纹的牙型,7,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,8,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,一般: n 4,双线螺纹,单线螺纹,S = 2P,S =P,n线螺纹: S = n P,9,按螺纹的牙型分,螺

4、纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,10,11,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,联接螺纹 传动螺纹,螺旋传动,12,联接螺纹,传动螺纹,13,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩

5、形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,联接螺纹 传动螺纹,圆柱螺纹 圆锥螺纹,14,圆柱螺纹,圆锥螺纹,管螺纹,15,螺纹联接的类型及螺纹紧固件,一、 螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,可承受横向载荷。,螺纹余留长度l1,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,静载荷l1=(0.30.5)d;,变载荷l1=0.75d;,冲击载荷或弯曲载荷l1 d;,铰制孔用螺栓l1 0;,螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到边缘的距离 e=d+(36) mm,用于经常拆装易磨损之处。,16,一、 螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺

6、钉联接,座端拧入深度H，当螺孔材料为：,双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。,钢或青铜 H=d;,铸铁 H=(1.251.5)d,铝合金 H=(1.52.5)d,螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;,钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;,参数l1 、e、a与螺栓相同,结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。,螺纹联接的类型及螺纹紧固件,17,一、 螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,双头螺柱联接,紧定螺钉联接,螺纹联接的类型及螺纹紧固件,18,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,19,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,双头螺柱,螺栓,20,二、螺纹紧固

7、件,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,21,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,地脚螺栓,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹联接,T 型螺栓,22,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有六十余种不同结构的螺母,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹联接,23,螺纹联接的预紧和防松,预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。,预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。,预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹联接件

8、的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。,概述,一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。,碳素钢螺栓：,Qp(0.60.7) s A1,合金钢螺栓：,Qp (0.50.6) s A1,A1 -危险截面积， A1 d21/4,24,一、拧紧力矩,T1克服螺纹副相对转动的阻力矩；,T2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；,设轴向力为Fa 或预紧力（不受轴向载荷）,fc摩擦系数。 无润滑时取： fc =0.15,rf支撑面摩擦半径。 rf =(dw+d0)/4,简化公式： 适用于M10M

9、60的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15,T 0.2 Fa d,Fa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：,总力矩：,注意：对于重要的联接，应尽可能采用M12的螺栓。,25,测力矩扳手,预紧力控制方法:,联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。,定力矩扳手,通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。,1)凭手感经验

10、；,2)测力矩扳手；,3)定力矩扳手；,4)测定伸长量。,26,联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。,防松的方法：,1. 利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,二、 螺纹联接的防松,防松-防止螺旋副相对转动。,27,开口销与六 角开槽螺母,串联钢丝,2. 采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,止动垫圈,28,3. 其他方法防松,涂粘合剂,29,螺纹联接的强度计算,螺栓

11、联接的主要失效形式：,滑扣 因经常拆装,受拉螺栓,塑性变形 螺纹部分,疲劳断裂,受剪螺栓,剪断,压溃 螺杆和孔壁的贴合面,经常拆卸,断裂,-轴向变载荷,30,螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。,一、松螺栓联接强度计算,强度条件：,式中: d1-螺纹小径 mm ， 许用应力,二、紧螺栓联接强度计算,力除以面积,设计公式：,装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。,1. 仅承受预紧力的紧螺栓强度,2.受轴向载荷的紧螺栓联接,3.承

12、受工作剪力的紧螺栓联接,装配时不须要拧紧,31,螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T1的双重作用。,拉应力：,1. 仅承受预紧力的紧螺栓强度,扭转切应力：,对于M10M64的普通钢制螺纹，可取： tg f =0.17， d2 /d1=1.04-1.08, tg 0.5,得： 0.5 ,分母为抗剪截面系数,计算应力：,由此可见，对于M10M64普通螺纹的钢制紧螺栓联接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。,强度条件：,32,当承受横向工作载荷时， 预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。,C-可靠性系数，常取

13、 C=1.11.3,预紧力F0 ：,f-摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.10.15,m-结合面数 上图m=1,下图m=2,若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 则：,F0 8F,结构尺寸大,33,2. 受轴向工作载荷的螺栓强度,改进措施： a. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用,b. 采用无间隙的铰制孔螺栓。,设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：,34,特别注意，轴向载荷：,Fa F0+FE,加预紧力后螺栓受拉伸长 b0,被联接件受压缩短 c0,加载 FE 后:,螺栓总伸长量增加为:,总拉力为：,被联接件压缩量减少为：,残余预紧力减少

14、为： FR,很显然: FRF0 被联接件放松了, + b0, c0 - ,35,36,FE= Fb +Fc,=(Kb +Kc) ,FR= F0- Fc,= F0 - Kc,Fa= F0 + Fb,= F0 +Kb ,代入得：,37,例题分析,1、( ) 用于联接的螺纹牙型多为三角形，这是因为三角形螺纹副的自锁性好。 2、当两被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需经常拆卸时，通常采用 C 联接。 螺栓； B. 螺钉； C. 双头螺柱； D. 紧定螺钉。 3、同一公称直径，且螺纹线数也相同的细牙普通螺纹与粗牙普通螺纹比较，前者自锁性能较 好 。 4、螺纹防松就是防止螺旋副产生相对运动。（T ） 5、

15、螺纹联接是指 ：利用螺纹零件把需要固定在一起的零件固连起来 6、采用螺纹联接时，若被联接件总厚度较大，且材料较软，在需要经常装卸的情况下，宜采用_B双头螺栓联接 _。用于薄壁零件联接的螺纹，宜采用_D三角形细牙螺纹 _。 (A) 螺栓联接 (B) 双头螺栓联接 (C) 螺钉联接 (D) 三角形细牙螺纹 (E) 三角形粗牙螺纹 (F) 矩形螺纹,38,39,40,41,42,螺栓组联接的设计,螺栓组连接的结构设计的主要目的，在于合理地确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和连接接合面受力均匀，便于加工和装配。 具体要求见教材P73，注意普通螺栓组受转矩,43,44,45,46,键联

16、接,作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或移动。,一、键联接的类型,类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。,1. 平键联接,特点：定心好、装拆方便。,种类,普通平键,导向平键,47,普通平键结构,单圆头(C型),圆头(A型),平头(B型),用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。,用盘铣刀加工，轴的应力集中小。,用于轴端,普通平键应用最广。,薄型平键的高度为普通平键的6070%，也分圆头、平头、单圆头三种。传递扭矩能力低，常用于薄壁结构、空心轴等径向尺寸受限制的场合。,48,导向平键,零件可以在轴上移动，构成动联接。 滑移距离较大时，平键过长，制造困难，故可采用滑键。,结构特点：长度较长，需用螺钉固定。,为便于装拆，制有起键螺孔。,49,双勾头滑键,结构特点：两端有