机械设计课件.pdf

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1、张淑敏 第一章 机械设计总论第一章 机械设计总论 1-1课程的性质、内容和任务课程的性质、内容和任务 一、性质：是一门技术基础课程；一、性质：是一门技术基础课程； 是以通用零件为研究核心的设计性课 程。用材料力学、弹性力学的方法研究机 械零件在连接和传动中产生的各种现象， 并赋予零件正确的结构和尺寸。 是以通用零件为研究核心的设计性课 程。用材料力学、弹性力学的方法研究机 械零件在连接和传动中产生的各种现象， 并赋予零件正确的结构和尺寸。 第一章 机械设计总论第一章 机械设计总论 二二、内容：内容：重点研究一般尺寸和参数的 通用零件；包括这些零件的基本设计理 论、设计方法及常用资料。 重点研究

2、一般尺寸和参数的 通用零件；包括这些零件的基本设计理 论、设计方法及常用资料。 1-1课程的性质、内容和任务课程的性质、内容和任务 第一章 机械设计概论第一章 机械设计概论 二二、内容：内容：重点研究一般尺寸和参数的 通用零件；包括这些零件的基本设计理 论、设计方法及常用资料。 重点研究一般尺寸和参数的 通用零件；包括这些零件的基本设计理 论、设计方法及常用资料。 机械零件机械零件机械零件机械零件 通用零件 专用零件 通用零件 专用零件 传动件 联接件 支承件 其它 传动件 联接件 支承件 其它 齿轮、蜗杆、带、链齿轮、蜗杆、带、链 螺栓、键、花键螺栓、键、花键 轴、轴承轴、轴承 联轴器、弹簧

3、、机架联轴器、弹簧、机架 水轮机叶片、活塞、曲轴水轮机叶片、活塞、曲轴 三、任务三、任务 1、掌握通用零件的基本设计原理、方法和机械设计 的一般规律，具有设计一般机械的能力； 、掌握通用零件的基本设计原理、方法和机械设计 的一般规律，具有设计一般机械的能力； 2、树立创新意识，培养进行设计的创新能力；树立 正确的设计思想 、树立创新意识，培养进行设计的创新能力；树立 正确的设计思想,了解国家当前的有关技术经济政策；了解国家当前的有关技术经济政策； 3、具有应用标准、规范、手册、图册和查阅有关资 料的能力； 、具有应用标准、规范、手册、图册和查阅有关资 料的能力； 4、掌握典型机械零件的实验方法

4、，获得实验技能的 基本训练； 、掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的 基本训练； 5、了解机械设计的新发展。、了解机械设计的新发展。 第一章 机械设计总论第一章 机械设计总论 1-2机械设计的基本原则和设计程序机械设计的基本原则和设计程序 一.基本原则基本原则 1.满足工作能力的要求：满足工作能力的要求： 职能要求：可执行性、可靠性职能要求：可执行性、可靠性 使用要求：便于操作、维护使用要求：便于操作、维护 第一章 机械设计概论第一章 机械设计概论 2.经济性要求 ：经济性要求 ： 推广三化：系列化；通用化；标准化推广三化：系列化；通用化；标准化 采用四新：新技术、新材料、新产品、 新结

5、构 采用四新：新技术、新材料、新产品、 新结构 采用高效传动装置采用高效传动装置 采用适当的保护和润滑装置采用适当的保护和润滑装置 采用可靠的密封装置采用可靠的密封装置 第一章 机械设计概论第一章 机械设计概论 3.工艺要求：如便于装配工艺要求：如便于装配 4.其他：如便于维护保养、便 于操作等等。 其他：如便于维护保养、便 于操作等等。 二.机械设计程序： 提出任务、制定计划技术设计 试制试验投产销售市场反馈 修改方案修改技术设计 二.机械设计程序： 提出任务、制定计划技术设计 试制试验投产销售市场反馈 修改方案修改技术设计. 机械设计的一般程序机械设计的一般程序 市场调 研 可行性 研究

6、市场调 研 可行性 研究 市场调 研 可行性 研究 市场调 研 可行性 研究 原理 方案 设计 原理 方案 设计 原理 方案 设计 原理 方案 设计 技 术 设 计 技 术 设 计 技 术 设 计 技 术 设 计 试制 试验 试制 试验 试制 试验 试制 试验 小批生 产试销 小批生 产试销 小批生 产试销 小批生 产试销 投 产 投 产 投 产 投 产 设 计 任 务 书 设 计 任 务 书 定 出 最 佳 方 案 定 出 最 佳 方 案 装配图、 零件图、 技术文 件 装配图、 零件图、 技术文 件 样 机 评 价 改 进 样 机 评 价 改 进 考核 工艺 性收 集用 户意 见 考核 工

7、艺 性收 集用 户意 见 产 品 销 售 产 品 销 售 1）建立零件的受力模型，确定零件的计算 载荷 ）建立零件的受力模型，确定零件的计算 载荷 2）选择零件的类型与结构）选择零件的类型与结构 3）选择零件的材料）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 ，确定零件的基本尺寸，并加于标准化或圆整 ）按可能的失效形式确定零件的计算准则 ，确定零件的基本尺寸，并加于标准化或圆整 5）零件的结构设计）零件的结构设计 6）绘制零件的工作图）绘制零件的工作图 7）编写设计计算说明书）编写设计计算说明书 KPPca= 2、机械零件设计的一般步骤、机械零件设计的一般步骤 一、机械零件的失效一

8、、机械零件的失效 失效失效零件丧失正常工作能力或达不到设计 要求的性能 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、 振动失效、噪声失效、精度失效、 可靠性失效 失效形式：强度失效、刚度失效、磨损失效、 振动失效、噪声失效、精度失效、 可靠性失效 13 机械零件的主要失效形式和设计计算准则机械零件的主要失效形式和设计计算准则 二、机械零件的计算准则二、机械零件的计算准则 工作能力工作能力零件不发生失效时的安全工作限度零件不发生失效时的安全工作限度 计算准则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。 以防止产生各种可

9、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。 一）工作能力要求：一）工作能力要求： 第一章 机械设计概论第一章 机械设计概论 强度准则： 刚度准则： 寿命准则 振动稳定性准则： 主要针对高速运转机械的设计 确保零件不发生超过要求的弹性变形。 ：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。 确保零件不发生断裂破坏或过大的 塑性变形，是最基本的设计准则。 确保零件不发生断裂破坏或过大的 塑性变形，是最基本的设计准则。 可靠性性准则： 二）工艺性要求：在一定生产规模与生 产条件下以最少的加工费用和最简单的 加工方法，制造出合乎技术要求的又易 装配的零件。 二）工艺性要求：在一定生产规模与生 产条件

10、下以最少的加工费用和最简单的 加工方法，制造出合乎技术要求的又易 装配的零件。 第一章 机械设计概论第一章 机械设计概论 三）可靠性要求：无故障性、耐久 性、可修复性、可保持性。 三）可靠性要求：无故障性、耐久 性、可修复性、可保持性。 三、推广三化（系列化、通用化、 标准化）、四新（新材料、新产品、 新技术、新结构） 三、推广三化（系列化、通用化、 标准化）、四新（新材料、新产品、 新技术、新结构） 第一章械设计概论第一章械设计概论机机 14现代设计方法简介现代设计方法简介 1、系统设计、系统设计 2、创造性设计、创造性设计 3、可靠性设计、可靠性设计 4、模块化设计、模块化设计 5、. 第

11、一章 机械设计概论第一章 机械设计概论 1-5本课程的研究方法和特点本课程的研究方法和特点 一、研究方法；一、研究方法； 1.基本知识（名称、功用、类型、材 料、特点、工作原理） 基本知识（名称、功用、类型、材 料、特点、工作原理） 2.受力分析受力分析 3.失效形式失效形式 4.理论基础（设计计算）理论基础（设计计算） 5.结构设计和国家标准结构设计和国家标准 机械零件设计中的标准机械零件设计中的标准 标准化的益处：标准化有利于保证产品质 量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和 组织专业化的生产，降低生产成本。 标准化的益处：标准化有利于保证产品质 量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和 组

12、织专业化的生产，降低生产成本。 标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要 素、材料性能、设计方法、制图要求等，制 定出大家共同遵守的标准。 标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要 素、材料性能、设计方法、制图要求等，制 定出大家共同遵守的标准。 机械零件设计中的标准机械零件设计中的标准 与设计有关的标准与设计有关的标准: 国际标准国家标准行业标准企业标准等国际标准国家标准行业标准企业标准等 ISOGBJB、HBQB 国家标准分为：强制标准和推荐标准国家标准分为：强制标准和推荐标准 强制性国家标准： 代号为 强制性国家标准： 代号为GB (标准序号标准序号) (批准年代批准年代) 推荐性国家标准：代号

13、为推荐性国家标准：代号为GBT ，这类标准占整个国标中的绝大多数。 如无特殊理由和特殊需要必须遵守。 ，这类标准占整个国标中的绝大多数。 如无特殊理由和特殊需要必须遵守。 二二.课程特点课程特点 1.近似性近似性 2.三多：公式多、图表多、系数多 三 三多：公式多、图表多、系数多 三.教学环节教学环节 1.理论教学环节：理论教学理论教学环节：理论教学52学时、 实验教学 学时、 实验教学4学时学时 2.实践教学环节：课程设计实践教学环节：课程设计3周。周。 四、考核 1、理论教学理论教学-期末闭卷考试期末闭卷考试 2、实践环节、实践环节- 作业要求作业要求 ?字迹工整字迹工整 ?独立、认真完成

14、独立、认真完成 ?符合要求符合要求 不旷课、不迟到、不早退不旷课、不迟到、不早退 认真听课、不交头接耳、认真听课、不交头接耳、 不做与本课程无关的事情不做与本课程无关的事情 按时完成作业按时完成作业 课堂纪律课堂纪律 时间就是生命 五、 教学参考书 1、机械设计濮良贵、邱宣怀机械设计濮良贵、邱宣怀 2、机械零件、机械零件 3、高级机械设计吴宗泽、高级机械设计吴宗泽 4、相关主体类、相关主体类 预祝大家取得好成绩 4-6斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 Fn Fr-径向载荷径向载荷 F/-法面内的圆周力法面内的圆周力 Zv=Z/cos3 、 、m t=mn/cosmn= m

15、tan coscos F cos tan 2 n 1 1 ta n tn tr t FF F FF d T F = = = = = = tan cos F 2 / 1 1 ta t t FF F d T F = = = = tant =tann/ cos；d1= m t Z1 当量齿轮 、优缺点当量齿轮 、优缺点 一、受力分析：一、受力分析： 1、力的大小、力的大小 2、力的方向、力的方向 F t1 =-Ft2 ；主动论上；主动论上F t与转向相反 从动轮上的 与转向相反 从动轮上的F t与转向相同。与转向相同。 Fr1 =-Fr2 指向各自的轮心。指向各自的轮心。 F a1 =-F a2 （

16、主动论）左右手定则。 即左旋用左手；右旋用右手；四指代表齿 轮的转动方向，大拇指代表轴向力的方向。 只适合于主动论。 （主动论）左右手定则。 即左旋用左手；右旋用右手；四指代表齿 轮的转动方向，大拇指代表轴向力的方向。 只适合于主动论。 例例3 n1 Ft1 Ft2 Fa2 Fr1 Fa1 Fr2 n2 n1 1 2、要使中间轴上的轴向力 能互相抵消一部分。试求： 各轮的转向旋向及 、要使中间轴上的轴向力 能互相抵消一部分。试求： 各轮的转向旋向及Fa。 Fa1 Fa2 Fa4 Fa3n2 n4 1、已知两轮的旋向及主动论的转向，试求：、已知两轮的旋向及主动论的转向，试求： F t、F r 、

17、Fa（用图表示） 及从动轮的转向？（用图表示） 及从动轮的转向？ 例例4 n1 3 4 4.求：求：F t、F r 、Fa 及轮及轮1的旋向？的旋向？ 5.求：求：F t、F r 、Fa2及两轮的旋向？及两轮的旋向？ 5 n2 n1 Fa1 3. 求：求：F t、F r 、Fa 及轮及轮2的旋向？的旋向？ 二、计算载荷二、计算载荷 三、斜齿圆柱齿轮强度计算斜齿圆柱齿轮强度计算 （一）（一）齿根弯曲强度计算齿根弯曲强度计算 FF t F Y bm KF = 同直齿圆柱齿轮同直齿圆柱齿轮 借用直齿圆柱齿轮公式： 以当量齿轮计算；以当量齿轮计算； 引进引进Y -螺旋角影响系数（ 螺旋角影响系数（图图

18、4-19）；）； 法面模数法面模数mn代替代替m。 整理得：整理得： 校核式校核式 MPa FF n t F YY bm KF = 校核式校核式 MPa FF n t F YY bm KF = d 2T F cos m m zmd d b 1 1 t n t1t1 1 d = = 3 2 1 2 1 cos2 F F d n YY Z kT m mm 设计式 代入： 整理得: 使用公式注意事项：使用公式注意事项： 2 2 1 1 F F F F YY 与与大者强度低大者强度低。 YF以当量齿数以当量齿数Zv查表查表10-5； d1为端面内分度圆直径，为端面内分度圆直径， d1= mtZ1； m

19、n为法面内模数。为法面内模数。 其余注意事项同直齿轮。其余注意事项同直齿轮。 当当Z1 Z2时时F1 F2 在材料相同、热处理方式相同时在材料相同、热处理方式相同时F1?=F2 （二）齿面接触强度计算（二）齿面接触强度计算 + = 2 2 2 1 2 1 n maxH E 1 E 1 1 L F 一对斜齿轮的啮合，可以看成在法面内的一对 当量直齿圆柱齿轮啮合，计算仍采用赫兹公式 ，只是综合曲率半径采用法面内节点处的齿廓 曲率半径 一对斜齿轮的啮合，可以看成在法面内的一对 当量直齿圆柱齿轮啮合，计算仍采用赫兹公式 ，只是综合曲率半径采用法面内节点处的齿廓 曲率半径 n1和 和n2进行计算。进行计

20、算。 2 sind cos t t b t n = = = = u 1u sind cos2111 t1 b 2n1n bt t n coscos kF kF = b cos b L = 将式代入赫兹公式并整理得：将式代入赫兹公式并整理得： tt b H H t HEH Z u u bd KF ZZZ cossin cos2 MPa 1 1 = =校核式 = =校核式 -节点区域系数节点区域系数。 ZE-弹性系数（同直齿轮）。弹性系数（同直齿轮）。 同前理得：同前理得： 设计式设计式 mm ) ( 12 3 21 1 H EH d ZZZ u ukT d 1 = =Z -螺旋角影响系数螺旋角影

21、响系数 例例3 图示直齿圆柱齿轮 变速箱，长期工作，各 对齿轮的材料、热处理、 载荷 图示直齿圆柱齿轮 变速箱，长期工作，各 对齿轮的材料、热处理、 载荷T1 、载荷系数、齿 宽、模数均相同，不计 摩擦损失。已知： 、载荷系数、齿 宽、模数均相同，不计 摩擦损失。已知：z1 20，z280，z340，z4 60，z530，z670。 主动轴 。 主动轴I的转速的转速 n1=1000r/min。试分析 哪对齿轮接触强度最 大？哪对最小？ 。试分析 哪对齿轮接触强度最 大？哪对最小？ 根据接触强度计算公式 ： 根据接触强度计算公式 ： 1 1 H t HEH u u bd KF ZZZ = = 由

22、题意知：此三对齿轮的由题意知：此三对齿轮的ZE、ZH、Z 、 、K、b、T1、 H均相同，不计摩擦损失，所以只需比较均相同，不计摩擦损失，所以只需比较 ud 1 uFt1 又因为又因为Ft=T 1/d 1 ， d 1 =mz1 ，而 ，而m相同；又 因为 相同；又 因为u=Z2/Z1，故只需要比较：，故只需要比较： 2 12 12 zz zz + 4-4直齿圆锥齿轮传动的强度计算直齿圆锥齿轮传动的强度计算 一、概述一、概述 相交轴之间的运动和动力的传递。相交轴之间的运动和动力的传递。 常用常用=1 +2=900 基本参数 （大端有标准模数和标准的压力角）基本参数 （大端有标准模数和标准的压力角

23、） 当量齿轮当量齿轮-中背锥齿轮，以齿宽中点处的背锥母 线长为分度圆半径。（加工选刀具用大端背锥当 量齿轮） 中背锥齿轮，以齿宽中点处的背锥母 线长为分度圆半径。（加工选刀具用大端背锥当 量齿轮） m mm m-平均模数 ， Z -平均模数 ， ZV V=Z/cos=Z/cos=dv/mm;dv= dm/cos U U= Z Z2 2/Z/Z1 1=d=d2 2/d/d1 1=ctg=ctg1 =tg2; R b 5 . 01 d d d d 2 1ud 2 d ) 2 d (R 2 2m 1 1m 2 1 2 122 = + = += 齿宽系数齿宽系数R=b/R，R=0.250.35，常取

24、，常取 R=1/3， dm=d（1-0.5 R），），mm=m（1-0.5 R） 二、二、受力分析受力分析 1.力的大小力的大小 1t1a t n1t1r 1m 1 t sintgFF cos F F costgFF d T2 F = = = Fr1 Fa1 Ft=2T1/dm 1 Fn F/=Ftcos F t1 =-Ft2 同圆柱齿轮 ；同圆柱齿轮 ； Fr1 = -F a2同圆柱齿轮 ；同圆柱齿轮 ； F a1= -Fr2 轴向载荷的方向永远指向 各自的大端。 轴向载荷的方向永远指向 各自的大端。 2、力的方向、力的方向 三、计算载荷三、计算载荷 Fnca=KFn载荷系数载荷系数K=K

25、AK V k K K A-使用系数 表使用系数 表102； K V -动载荷系数 ，以动载荷系数 ，以V m按低一级精度， 查 图 按低一级精度， 查 图108； K - -齿间载荷分布系数 取齿间载荷分布系数 取1（按永远为 一对齿工作） （按永远为 一对齿工作） K -齿向载荷分布系数（为悬臂支承，与 轴承系数有关）查表 齿向载荷分布系数（为悬臂支承，与 轴承系数有关）查表10-9 四四.强度计算强度计算 u KTZZ d ud R b R b KT ZZ RRH HE HHEH 2 123 1 3 1 2 1 )5 . 01(85. 0 4 ) ( MPa )5 . 01(85. 0 4

26、 = = （一）齿面接触强度计算（一）齿面接触强度计算 二、齿根弯曲强度计算二、齿根弯曲强度计算 1)5 . 01( 4kT m MPa 1)5 . 01( 4 22 1 2 13 22 1 3 1 F F RR F F F Y uZ uzm R b R b YKT + = + = R=b/R e ） 3、半液体摩擦 （四）混合摩擦 1、以边界摩擦为主的混合摩擦 2、以液体摩擦为主的混合摩擦 （三）非液体摩擦（三）非液体摩擦 吸 附 油 膜 吸 附 油 膜 1.52 必须成对使用 拆装方便 ，磨损后可 调整 中高速、大负荷对结 构和装配有要求。 结构复杂，成本偏 高，可承受不大轴载。 结构简单

27、，成本低。 低速轻载、中载、 间歇运动或结构尺 寸有限制。 装配拆装困难、磨 损后无法调整、不 可受轴载 必须成对使用 拆装方便 ，磨损后可 调整 中高速、大负荷对结 构和装配有要求。 结构复杂，成本偏 高，可承受不大轴载。 结构简单，成本低。 低速轻载、中载、 间歇运动或结构尺 寸有限制。 装配拆装困难、磨 损后无法调整、不 可受轴载 结构组成 结构特点 适用场合 缺点 结构组成 结构特点 适用场合 缺点 一、型式： 整体式 剖分式轴承 二、适用场合二、适用场合 1、工作转速、工作转速 n很小很小 n很大很大 2、重载、重载 3、支承位置精度要求很高（零件少）、支承位置精度要求很高（零件少）

28、 4、载荷有冲击、振动（面接触）、载荷有冲击、振动（面接触） 5、适合于特殊结构要求（如曲轴轴承）、适合于特殊结构要求（如曲轴轴承） 6、适合于特殊工作条件（水、腐蚀介质）、适合于特殊工作条件（水、腐蚀介质） 8-3滑动轴承材料和轴瓦结构滑动轴承材料和轴瓦结构 一、轴瓦的主要失效形式一、轴瓦的主要失效形式 磨损、 胶合、腐蚀磨损、 胶合、腐蚀 由于强度不足和工艺原因，也有疲劳破坏 和轴承衬脱落。 由于强度不足和工艺原因，也有疲劳破坏 和轴承衬脱落。 二、对轴承材料的要求：二、对轴承材料的要求： 1、良好的减磨性、耐磨性和抗胶合性。、良好的减磨性、耐磨性和抗胶合性。 2、良好的适应性。、良好的适

29、应性。 3、良好的耐腐蚀性、良好的耐腐蚀性 4、足够的强度（抗压、抗冲击、抗疲劳）、足够的强度（抗压、抗冲击、抗疲劳） 5、良好的热化学性（导热好、热膨胀小）、良好的热化学性（导热好、热膨胀小） 6、良好的工艺性（易熔、易流、易浇注、结合力强）良好的工艺性（易熔、易流、易浇注、结合力强） 三、常用的轴瓦材料三、常用的轴瓦材料 常用的轴承材料及性能见表常用的轴承材料及性能见表8-2 轴瓦的常用材料轴瓦的常用材料 金属材料金属材料 轴承合金轴承合金 （巴氏合金或白合金）（巴氏合金或白合金） 在锡或铅的软基体 中含有锑锡或铜锡 等硬合金晶粒 在锡或铅的软基体 中含有锑锡或铜锡 等硬合金晶粒 嵌入性和

30、顺应性最 好，良好的减摩性和 抗胶合性 嵌入性和顺应性最 好，良好的减摩性和 抗胶合性 强度很低强度很低 不能单独制作轴 瓦，只能作轴承衬 不能单独制作轴 瓦，只能作轴承衬 优点缺 点 铜合金铜合金 良好的减摩和 耐磨性 良好的减摩和 耐磨性 强度和硬度高强度和硬度高 （青铜）（青铜）可做轴瓦、轴承衬可做轴瓦、轴承衬 可塑性差， 不易跑合 可塑性差， 不易跑合 铝基合金铝基合金耐蚀性，较高 的疲劳强度 耐蚀性，较高 的疲劳强度 可做轴瓦、轴承衬可做轴瓦、轴承衬 多孔质金属材料多孔质金属材料 非金属材料非金属材料 轴瓦的常用材料轴瓦的常用材料 铸铁：铸铁：铸铁：铸铁： 灰铸铁 耐磨灰铸铁 球墨铸

31、铁 质地脆、磨合性差，故只适用于 轻载低速和不受冲击载荷的场合 灰铸铁 耐磨灰铸铁 球墨铸铁 质地脆、磨合性差，故只适用于 轻载低速和不受冲击载荷的场合 多孔质多孔质金属材料金属材料： 含油轴承 自润滑性 韧性较小，适用于平稳无冲 击载荷及中低速度的场合 含油轴承 自润滑性 韧性较小，适用于平稳无冲 击载荷及中低速度的场合 非金属材料：非金属材料：非金属材料：非金属材料： 塑料 橡胶 木材 塑料 橡胶 木材 多孔质铁 多孔质青铜 多孔质铁 多孔质青铜 四、轴瓦结构四、轴瓦结构 1、整体式轴瓦（轴套）、整体式轴瓦（轴套） D=（1.151.3）d D-轴瓦外径；轴瓦外径；d-轴径。轴径。 轴向油

32、沟不可开通。轴向油沟不可开通。 2、剖分式轴瓦 两端有凸缘、非承载面有 、剖分式轴瓦 两端有凸缘、非承载面有油槽和油孔。油槽和油孔。 3、双金属或三金属轴瓦、双金属或三金属轴瓦 五、油孔和油槽五、油孔和油槽 8-4液体动压润滑轴承简介液体动压润滑轴承简介 1、液体动压形成原理、液体动压形成原理 1）两板平行）两板平行 B V A 入 口 出 口 入 口 出 口 油压不能形成，油压不能形成， A板不能承受载荷。板不能承受载荷。 2）两板间形成收敛的楔形， 快速运动：）两板间形成收敛的楔形， 快速运动： V A B 入口 出口 入口 出口 2、动压形成条件、动压形成条件 V A B 入口 出口 F

33、 1）有楔形间隙，且运动方向为自大口向间隙小的方向。）有楔形间隙，且运动方向为自大口向间隙小的方向。 2）润滑油流量收敛（大口进，小口出）（几何特征）。）润滑油流量收敛（大口进，小口出）（几何特征）。 3）润滑油有足够的粘度（物理特征）润滑油有足够的粘度（物理特征） 4）有足够的润滑油（油量）。）有足够的润滑油（油量）。 5）有足够的相对运动速度（被油膜分开的两表面）。）有足够的相对运动速度（被油膜分开的两表面）。 3、基本方程、基本方程 一维雷诺方程一维雷诺方程 )hh( h V6 x p 0 3 = B V A P max h min h max h0 4、向心轴承的液体动压润滑形成向心轴

34、承的液体动压润滑形成 n=0n0 n0n0 干摩擦干摩擦+ 边界摩擦边界摩擦 液体摩擦液体摩擦+ 边界摩擦边界摩擦 混合摩擦混合摩擦 液体摩擦液体摩擦 静止状态静止状态 1）形成的三个阶段）形成的三个阶段 P max h min n F 2）动压润滑形成条件）动压润滑形成条件 1、轴颈与轴承能形成楔形间隙，且间隙适当；轴颈与轴承能形成楔形间隙，且间隙适当； 2、轴必须有足够的转速；、轴必须有足够的转速； 3、供给足够粘度和流量的润滑油；、供给足够粘度和流量的润滑油； 4、外载荷、外载荷F) 拧紧：拧紧：F=Qtg(+ v） 松脱： ） 松脱： F=Qtg(-v） 自锁条件： ） 自锁条件： v

35、 连接螺纹自锁性要强： 要小，连接螺纹自锁性要强： 要小，v要大。 传动用螺旋效率要高： 要大， 要大。 传动用螺旋效率要高： 要大，v要小。 二）三角形螺纹 要小。 二）三角形螺纹 f f tg v = cos )( v tg tg + = + = 1、普通螺纹（）普通螺纹（）-GB/T192-1981 1）、粗牙）、粗牙-2）、细牙）、细牙- 2、矩形螺纹、矩形螺纹- 3、梯形螺纹、梯形螺纹- 4、锯齿形螺纹、锯齿形螺纹- 5、圆弧螺纹、圆弧螺纹- 四、机械制造中常用的螺纹四、机械制造中常用的螺纹 92螺纹连接基本类型和螺纹连接件螺纹连接基本类型和螺纹连接件 一、基本类型一、基本类型 1、

36、螺栓连接、螺栓连接 d d d d a a L1 a a a a 92螺纹连接基本类型和螺纹连接件螺纹连接基本类型和螺纹连接件 2、双头螺柱连接3、螺钉连接 H2 H2 4、紧定螺钉连接、紧定螺钉连接 4、其它螺纹连接 二、螺纹连接件二、螺纹连接件 1、螺栓 2、双头螺柱 3、螺钉和紧定螺钉 4、螺母和垫圈 9-3螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 一、预紧 （一）目的： 一、预紧 （一）目的： 增加刚度；增加刚度； 增加连接的紧密性；增加连接的紧密性； 增加连接的可靠性；增加连接的可靠性； 提高螺栓的疲劳强度提高螺栓的疲劳强度。 （二）预紧力的大小（二）预紧力的大小Fp 1.拧紧力矩拧

37、紧力矩T T = T1+ T2 T2-螺母与支乘面间的摩擦阻力矩螺母与支乘面间的摩擦阻力矩 T1-螺纹副摩擦力矩螺纹副摩擦力矩 预紧.exe （二）预紧力的大小（二）预紧力的大小Fp 1.拧紧力矩拧紧力矩T T = T1+ T2 T2-螺母与支乘面间的摩擦阻力矩螺母与支乘面间的摩擦阻力矩 T1-螺纹副摩擦力矩螺纹副摩擦力矩 )( 22 22 1vpt tg d F d FT+=+= 当量摩擦系数 2 0 2 0 3 0 3 0 02 3 1 dD dD FfT p = = Fp T2 D0 由于螺纹为标准件，将各参数代入整理后得：由于螺纹为标准件，将各参数代入整理后得： dFT p )3 .

38、01 . 0(= = 取取0.2适用于适用于M12的螺栓的螺栓 拉力拉力Fp 扭矩扭矩T1 结论：拧紧螺栓时结论：拧紧螺栓时d1截面截面 += += 2 0 2 0 3 0 3 02 3 2 )tan( 2 1 dD dD d f d d dFT vP dFT p 2 . 0= = （三）预紧力大小的控制（三）预紧力大小的控制 1、不重要的连接、不重要的连接-不控制预紧力。不控制预紧力。 2、重要连接、重要连接-定力矩扳手、测力矩扳手、定力矩扳手、测力矩扳手、 图9-6 力矩扳手 a ）、b) 测力矩扳手c） 定力矩扳手 b) a) c) 二、螺纹联接的防松二、螺纹联接的防松 防止螺纹副的相对

39、运动防止螺纹副的相对运动 （一）利用摩擦力防松（一）利用摩擦力防松 1.原理原理 2.方法方法 （二）机械防松（二）机械防松 1.原理原理 2.方法方法 （三）永久防松（三）永久防松 1.原理原理 2.方法方法 摩擦防松摩擦防松： 对顶螺母弹簧垫圈自锁螺母 正确 不正确 机械防松机械防松： 开口销与六角 开槽螺母 止动垫圈串联钢丝 永久防松：永久防松： 结束放映结束放映 94 螺栓组连接设计螺栓组连接设计 一、失效一、失效 1、被连接件： 滑移、出现间隙、 压溃及断裂。 、被连接件： 滑移、出现间隙、 压溃及断裂。 2、连接件： 断裂、压溃、 塑性变形、 螺纹牙的破坏。 、连接件： 断裂、压溃

40、、 塑性变形、 螺纹牙的破坏。 螺栓连接组受力形式螺栓连接组受力形式 将螺栓组所受的任意外载荷向其螺栓组形心将螺栓组所受的任意外载荷向其螺栓组形心O简 化，则有沿 简 化，则有沿X、Y轴的横向载荷轴的横向载荷FX、FY和沿和沿Z轴 的轴向载荷 轴 的轴向载荷FZ；还有绕；还有绕X、Y轴的翻转力矩轴的翻转力矩MX、 MY和绕和绕Z轴的转矩轴的转矩TZ。 被连接件 。 被连接件A 与与B受横向载荷及转矩作用有相对滑 移的趋势；受轴向载荷及翻转力矩作用有出现 间隙或压溃的趋势，一旦出现上述情况之一， 则连接失效。 受横向载荷及转矩作用有相对滑 移的趋势；受轴向载荷及翻转力矩作用有出现 间隙或压溃的趋

41、势，一旦出现上述情况之一， 则连接失效。 一）受横向载荷作用的螺栓组连接一）受横向载荷作用的螺栓组连接 F F O ZF Pf mK f F K f=1.11.3。 1、普通螺栓连接、普通螺栓连接 二、螺栓组连接的受力分析二、螺栓组连接的受力分析 fmz FK F f P 单个螺栓受预紧力：单个螺栓受预紧力： 横载.exe 目的找出螺栓组中受力最大的螺栓目的找出螺栓组中受力最大的螺栓 2、铰制孔用螺栓连接组 单个螺栓受工作载荷： Z F F = 二）、受转矩作用的螺栓连接组二）、受转矩作用的螺栓连接组 f Fp r1 fFp r2 在转矩在转矩T 作用下，被连接件接 触面不允许发生滑移或压溃。

42、 作用下，被连接件接 触面不允许发生滑移或压溃。 1）采用普通螺栓）采用普通螺栓螺栓只受预紧力 各螺栓预紧力 螺栓只受预紧力 各螺栓预紧力Fp相同。相同。 力平衡条件：力平衡条件： z i i f p rf TK F 1= = TKfrFfrFfrF fippp + + +L 21 T T 2）采用铰制孔用螺栓（找出受力最大的螺栓）采用铰制孔用螺栓（找出受力最大的螺栓） 2 1 max max i z i r Tr F = = 受力最大的螺栓的横向工作载荷： 力平衡条件： 受力最大的螺栓的横向工作载荷： 力平衡条件： TrFrFrF ii = =+ + +L 2211 变形协调条件：变形协调条

43、件： max max 2 2 1 1 r F r F r F =L T 3 4 5 21 6 7 8 9 10 r2 F2 三）受轴向载荷作用的螺栓组三）受轴向载荷作用的螺栓组 O F O Z F F = 工作前各螺栓受 预紧力 工作前各螺栓受 预紧力FP。 单个螺栓的轴向工作载荷：单个螺栓的轴向工作载荷： 单个螺栓所受总载荷单个螺栓所受总载荷F0？ 受轴向载荷1.exe 四）受倾翻力矩四）受倾翻力矩M作用的螺栓连接组作用的螺栓连接组 平衡条件：平衡条件： ii z i LFM 1= = max max 2 2 1 1 L F L F L F = 变形协调条件 受力最大螺栓的轴向载荷： 变形协

44、调条件 受力最大螺栓的轴向载荷： 2 1 max max i z i L ML F = = 受拉侧不许出现间隙；受压侧不允许压溃受拉侧不许出现间隙；受压侧不允许压溃 0 min W M A ZFP p maxp P p W M A ZF += （受倾翻力矩倾翻力矩M作用的螺栓连接组作用的螺栓连接组不作考试内容） 例：例： a) b) c) 图图9-13 螺栓组的力分析 x 螺栓组的力分析 x y y o o z o x o x F F x x z y y F F F F x x z z y y o o x x a F F 三、螺栓组连接结构设计三、螺栓组连接结构设计 设计准则： 根据载荷情况确

45、定连接接合面的几何形状和 螺栓组布置形式，力争使各螺栓受力均匀， 避免螺栓产生附加载荷，便于加工和装配 设计准则： 根据载荷情况确定连接接合面的几何形状和 螺栓组布置形式，力争使各螺栓受力均匀， 避免螺栓产生附加载荷，便于加工和装配 。 准则 1、形状尽量简单、形状尽量简单 2、便于加工和分度、便于加工和分度 3、尽量减少加工面、尽量减少加工面 4、各螺栓受力均匀、各螺栓受力均匀 5、螺栓排列应有合理的钉距和边距、螺栓排列应有合理的钉距和边距 6、其它、其它 表9-6 95单个螺栓的强度计算单个螺栓的强度计算 螺栓联接的强度计算主要 与联接的装配情况（预紧或不预 紧）、外载荷的性质和材料性能

46、等有关。 螺栓联接的强度计算主要 与联接的装配情况（预紧或不预 紧）、外载荷的性质和材料性能 等有关。 螺栓联接强度计算的目的 是根据强度条件确定螺栓直径， 而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各 部分尺寸均按标准选定。 螺栓联接强度计算的目的 是根据强度条件确定螺栓直径， 而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各 部分尺寸均按标准选定。 联接的失效形式：主要是指螺纹联接件的失效。对于受 拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳 断裂。对于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓 杆和孔壁的贴合面被压溃。 联接的失效形式：主要是指螺纹联接件的失效。对于受 拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳 断裂。对于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓 杆和孔壁的贴合面被压溃。 65% 20%15% 一、普通螺栓一、普通螺栓 （一）单个松螺栓连接强度计算（一）单个松螺栓连接强度计算 MPa 4 2 1