1、,机械设计,太原理工大学机械设计教研室,课程介绍重要性：机械是现代各行业的基础，是物质生产的基本工具，其应用水平是一个国家技术水平和现代化程度的重要标志，也是信息化产业的基础。设计则是产品生产的第一道工序，其成败很大程度上是在本阶段决定的。在课程体系中的地位：专业基础课性质：是一门论述机械零件设计理论、研究机械零件设计方法的设计性技术基础课。是多学科知识的综合运用。具有综合性、设计性。 内容：通用机械零件的设计理论和方法任务：）掌握机械设计所必需的基本知识、基本理论和基本技能，解决通 用零件设计问题:包括设计计算，结构设计、绘制工作图）独立进行传动装置的设计；）熟悉国家标准、手册、规范等，并正
2、确运用；）培养学生树立正确的设计思想。,特 点：三性：综合性、设计性、实践性四多：公式多而繁、概念多、图表多、系数多。学习方法:理论联系实际抓核心，抓概念，不要死抠公式，注意与基础课的不同学会利用手册等资料Every thing important is simple,本课所用教材 机械设计（第四版）丘宣怀等编高教出版社 配套习题集参 考 书机械设计-许镇宇等主编 高教出版社 相关机械设计手册 课堂教学 62学时 实验课 8学时成绩评定方式期末考试80%+平时20%,第一篇总论,机械设计概论机械零件的工作能力和计算准则机械零件的疲劳强度摩擦，磨损，润滑机械常用材料和制造工艺性,第一章 机械设计
3、概论,主要内容：机械设计中的基本概念设计机器的基本原则和设计程序机械零件设计概论结构设计机械设计的新发展,1.1基本概念（机械设计=机械+设计，故我们先学习一些机械的概念）,机器：执行机械运动的装置，其特征有：）人为实物组合，或由机构组成；）各部分之间有确定的相对运动；）用来代替或减轻人的劳动左右用工或转换能量。例如：汽车、飞机、绞肉机等等机器的组成,辅助系统，例如：润滑、显示、照明等,原动机部分,传动部分,控制系统,执行部分,机械：机器及机构的总称。零件：组成机器的必不可拆的基本单元称机械零件。如：螺钉、齿轮等部件（模块）：为完成统一使命，在结构上组合在一起，并协同工作的零件集合通用零件：在
4、各种机器中普遍使用的零件专用零件：只在一定类型的机器中使用的零件标准件：经过优选、简化、统一，并给以标准代号的零件或部件,1.2 设计机器的基本原则和设计程序,1.2.1 设计机器应满足的要求使用要求（功能要求）经济要求人机工程要求（操作、安全、美感等）绿色要求（节能、低噪、重用、低污染）1.2.2 设计方法内插（修修改改）外推（部分创新）开发1.2.3 设计程序（P3）,1.3 机械零件设计概述,1.3.1 设计机械零件应满足的要求避免在预期寿命期内失效结构工艺性的要求经济性要求质量小的要求可靠性要求1.3.2 设计步骤确定原理方案确定零件载荷（名义载荷与计算载荷，Fc=KF、Pc=KP、T
5、c=KT）选择材料确定尺寸结构设计1.3.3 校核1.3.4 设计时应遵循的“三化”要求标准化（尽可能选择标准件）系列化（基本结构相同，通过改变辅助尺寸成为系列产品，减少设计量）通用化（各种产品中尽量采用统一的零部件）,1.4机械设计的新发展,精密微型 CAD CAE 虚拟设计 工业设计,end,机械零件的主要失效形式,第二章机械零件的工作能力和计算准则,失效：零部件不能满足工作要求称为失效,破坏正常工作条件引起的失效：打滑、胶合、共振,整体断裂：拉，压，弯，扭,过大的残余应力：加工，热处理,零件表面的破坏：点蚀、磨损，热处理,工作能力：不发生失效时的工作限度计算（设计）准则：（要满足的条件）
6、强度准则：或；或min/s刚度准则：或耐磨性准则：验算压强：，单位接触面上单位时间产生摩擦功不太大，控制可靠性准则：按传统强度设计方法设计零件，由于材料强度，外载荷和加工尺寸等存在离散性，有可能出现达不到预定工作时间而失效的情况。希望将出现这种失效情况的概率控制在一定程度之内，这就对零件提出可靠性要求。可靠度：机器或零件在一定工作环境下，在规定的使用期限内连续工作的概率。,2.1 载荷和应力的分类载荷是机械设计中的重要参数，是重要的设计目标之一，也是造成失效的重要原因2.1.1 载荷分类静载荷：不随时间变化的载荷动载荷：随时间变化（周期或非周期、大小、方向、位置）的载荷名义载荷：根据额定功率用
7、力学公式计算出作用在零件上的载荷（F、P、T）计算载荷：考虑原动机、工作机、零件受力不均匀等因素影响而设计出的载荷 Fc=KF ,Pc=KP, Tc=KT(K参见P12)2.1.2 应力分类（载荷无法衡量工作极限，需要用应力,见 P12）静应力：只能由静载荷产生变应力 对称循环 脉动循环 可以变载荷产生也可以由静载荷产生(P13) 非对称循环应力循环特性r:最小与最大应力之比变应力的描述：用max ， min ， m ， a ，r五个参数中的任意两个来描述,2.2 机械零件的强度,2.2.1 两种判断零件强度的方法应力法= lim /S, = lim /S, 安全系数法S= lim / S,
8、S = lim / S,2.2.2 静应力强度失效形式：塑性变形或断裂单向应力时极限应力采用屈服极限s, s 复合应力时的塑性材料（ max是破坏主因按第三、强度理论，单位体积塑性变形是破坏主因用第四强度理论，公式见P）脆性材料极限应力采用强度极限B, B 2.2.3 变应力强度（主要破坏形式是疲劳，见下章）,2.2.4 许用安全系数根据工作情况选择，在保证安全可靠的情况下，尽可能小（具体P15）2.2.5 提高机械零件强度的措施（材料、截面积及结构等方法，结构见P16）,2.3 机械零件的表面强度在零件整体没出现断裂、塑性变形等情况下，零件表面也可能出现破坏失效，这种失效由表面强度确定表面强
9、度分：表面接触强度；表面挤压强度；表面磨损强度；2.3.1 表面接触强度产生原因：力作用点、接触面接触不均匀及塑性变形造成接触面局部应力较大（P19图）计算：赫兹公式（P19，理解，并理解课本上的两个例题）失效形式：静载荷：脆性材料的表面压碎和塑性材料的表面塑性变形循环接触：表面疲劳磨损（疲劳点蚀），产生原因及过程见P20强度指标（极限应力）静载荷：最大许用接触应力Hmax Hmax循环接触：接触疲劳极限（在规定的应力循环次数下材料 不发生点蚀现象的极限应力） Hmax H2.3.2 提高表面接触强度的主要措施增大接触表面的综合曲率半径，以降低接触应力（赫兹公式）将外接触改为内接触，将点接触改
10、为线接触，降低接触应力（课本上例子）提高表面质量，使接触面更均匀，降低接触应力，同时减少缺陷，避免发生应力集中提高表面硬度，延缓点蚀采用黏度高的润滑油，减轻油挤入裂纹，形成油压,2.3.3 表面挤压强度产生原因：局部应力过大失效形式：压溃（表面塑性变形）和表面破碎计算公式： p = F/A p, A为曲面接触时的投影面积（见P22）2.3.4 表面磨损强度计算准则：滑动速度低，载荷大时p p中速时：pv pv高速时： pv pv；v v2.3.5 提高表面磨损强度的主要措施采用合适的摩擦副材料，如：钢青铜提高表面硬度，降低表面粗糙度 采用有效的润滑剂和润滑方法防尘、防高温2.4 机械零件的刚度
11、刚度：在载荷作用下抵抗弹性变形的能力2.4.1 刚度的影响刚度不足影响机器的正常工作，加速零件失效（弹性零件则需要较小的刚度）,刚度计算或影响刚度的因素及其改进措施材料对刚度的影响弹性模量大则刚度大，但同类金属材料的弹性模量相差不大，故没必要用合金钢代替普通钢来提高刚度结构对刚度的影响截面形状：增大截面面积，采用中空、工字钢、槽钢、T形截面等惯性矩大的截面支撑方式：采用合适的支撑方式，减少最大弯矩（见p24图）采用加强筋在装配中适当增加予紧力有助于刚度的提高（具体原因见章）2.5 机械零件的冲击强度2.5.1 冲击强度和冲击变形计算（P25）讨论计算公式，并定性地了解结论2.5.2 提高冲击强
12、度和缓冲能能力的措施增加柔性（柔性结构设计、低弹性模量材料、增加橡胶、弹簧垫等）避免冲击（予紧防止出现间隙）,2.6 温度对机械零件工作能力的影响2.6.1 对摩擦磨损的影响温度过高造成润滑油黏度下降，导致吸附油膜破裂，太低会使油黏度过大，甚至凝固2.6.2 温度对材料膨胀和收缩的影响热胀冷缩，设计时要采取补偿措施（见P29表2.5 )2.6.3 温度对材料力学性能的影响高温下金属强度一般会急剧下降，低温时钢强度提高，但变脆；有色金属在低温下一般无冷脆性，且强度及塑性均有提高，所以低温设备常用有色金属制造蠕变：在一定工作温度和应力下，零件塑性变形缓慢而连续增长的现象，如高温高压的管道管壁逐渐变
13、薄改善蠕变的措施：采用耐热钢、冷却和隔热松弛：由于塑性变形而引起的，原予紧零件应力逐渐减小的现象改善松弛的措施：采用耐温材料、采用加工良好的接触面、定期检查,2.7机械零件的振动稳定性2.7.1 振动稳定性失稳：机器或零件发生共振时，振幅会急剧增大，从而丧失振动稳定性，这种现象称为失稳2.7.2减轻振动的措施采用对称结构，减少悬臂长度、缩短中心距等对转动零件进行平衡利用阻尼消耗振动设置隔振零件2.8 机械零件的可靠性2.8.1 可靠性概念可靠性：产品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：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率， Rt=Nt/N=1-Nf/N累计失
14、效概率：产品在规定的条件下和规定的时间内失效的概率 Ft=Nf/N=1- RtRt+Ft=1,例题：铆钉联接，两块钢板材料均为Q215， F=500000N，求：各部分尺寸。,解：分析失效方式及计算公式1。钉剪切2 板挤压3 板拉断4 板边剪切,F1= F2= F3= F4= F5 = F由1： d=18.8 取d为18 由2： S=6.6 取S为7由3： b=54.7 取b为55 由4：e= 29.3 取e为30,end,第三章机械零件的疲劳强度,疲劳计算（设计）的方法安全寿命设计：在规定的工作周期内不允许出现疲劳裂纹，一旦出现即认为失效（传统设计方法）破损安全设计：允许存在裂纹并缓慢扩展，
15、但必须保证在规定的工作周期内， 仍能安全可靠地工作3.1 疲劳断裂的特征（机械失效的主要原因，P36）疲劳源光滑的发展区粗糙的断裂区（罪魁祸首是应力集中）3.2 疲劳曲线和疲劳极限应力图3.2.1 疲劳曲线疲劳极限（P37）有限寿命区和无限寿命区循环基数N。及N 。次循环的疲劳极限r r疲劳极限的计算方法（P38）说明（P38-39）例题3.1,3.2.2 疲劳极限应力图(P40)构成（由am组成的坐标系）三个特殊点简化疲劳应力图画法安全区、疲劳失效区、塑性失效区的位置极限应力的获得（P41表3.2）3.3 影响机械零件疲劳强度的主要因素3.3.1 应力集中应力集中系数计算（P41p42公式说
16、明及图表）说明减缓截面突变可降低降低材料强度极限可降低敏感系数q有多个集中源时，按最大有效应力集中系数计算3.3.2尺寸的影响尺寸越大，应力集中也越大尺寸系数见（P43图）,3.3.3 表面状态的影响计算公式（P43）铸铁对表面状态不敏感钢的强度极限越高，表面越粗糙则低，故高强度钢需要采用更高的表面质量采用淬火、渗碳、抛光、滚压等方法可以提高表面强度，产生残余压应力从而降低拉应力，减少初始裂纹产生和扩展3.3.4 综合影响系数（P44）应力集中、零件尺寸和表面状态都只对应力幅有影响，对平均应力没有明显影响计算公式（P44）零件的工作应力幅要乘以综合影响系数，或材料的极限应力幅要除以综合影响系数
17、,3.4 许用疲劳极限应力图稳定变应力和非稳定变应力及直方图（P44-P55图）许用疲劳极限应力图(P45)，注意综合影响系数只对极限应力幅有影响，寿命系数对极限平均应力和极限应力幅均有影响，故图上的Y坐标要除综合影响系数许用极限应力点的位置取决于工作应力的增长规律，不一定时线形增长（图3.17）3.5 稳定变应力时安全系数的计算(判断危险截面的危险程度)3.5.1 单向应力状态时的安全系数图解法解析法计算公式P49表.3.3公式及例题3.5.2 复合应力状态时的安全系数(P51三个公式)3.6 规律性非稳定变应力时机械零件的疲劳强度3.6.1 疲劳损伤积累假说（P52）3.6.2 等效稳定变
18、应力和寿命系数（P52）,end,第四章摩擦、磨损、润滑,摩擦是机械设备中不可避免的一种现象，它可能消耗能源，产生过热还会造成磨损，使机器失效；但摩擦也可能为我们服务如：刹车、摩擦轮传动，皮带传动等4.1 摩擦的种类及其基本性质摩擦种类干摩擦：两摩擦面直接接触，没有任何润滑剂（见P58图）边界摩擦：接触面通过边界膜分开，摩擦性质由边界膜和表面吸附性质决定流体摩擦：摩擦面被一层流体隔开，摩擦完全由流体的性质确定混合摩擦：上述三种摩擦同时存在比较干摩擦阻力最大，磨损严重，流体摩擦效果最好但实现复杂，边界摩擦介于它们之间，在工程中应用广泛，事实上纯粹的边界摩擦很少，大多数都是混合摩擦润滑：流体、边界
19、及混合摩擦一般都是在采用流体润滑剂的条件下实现的，因此也称为流体润滑、边界润滑、混合润滑摩擦特性曲线和磨损曲线（P59）,4.2干摩擦机械摩擦啮合理论分子机械理论粘着理论能量理论变形梨沟-粘着理论,4.3 边界摩擦润滑边界润滑中磨损不可避免温度过高会破坏膜，故通过限制pv值来控制摩擦表面的温度合理选用摩擦副材料、降低表面粗糙度，在润滑剂中加入油性润滑剂等可以提高边界膜强度4.4 磨损（由于摩擦而使摩擦表面物质不断损失的现象）磨损的过程：跑合、稳定、剧烈磨损阶段（见P63,P64图11,13）磨损类型（根据磨损机理,了解减轻的措施P64）粘着磨损表面疲劳磨损磨粒磨损腐蚀磨损,4.5 流体摩擦润滑
20、流体润滑的性质取决于流体的内摩擦力，内摩擦力由黏度衡量，黏度越大，内摩擦力越大根据建立油膜原理不同，流体润滑可分为：流体动力润滑、弹性流体动力润滑、流体静力润滑等4.5.1 流体动力润滑形成条件：P67,契形、相对滑动速度、一定的润滑油黏度4.5.2 弹性流体动力润滑（在压强很大时考虑流体压缩）4.5.3 流体静力润滑原理：特点：P694.7 润滑剂、添加剂4.7.1 润滑剂种类液体润滑剂：石油润滑剂、合成润滑剂 润滑脂：气体润滑剂：固体润滑剂,4.7.2 润滑剂性质黏度、凝点、闪点、油性等4.7.4 润滑剂的选择P72，表4.6和4.74.8 润滑油的黏度抵抗变形的能力润滑油的牌号是根据黏度
21、标定的黏度随温度的升高而减小可以通过调配不同黏度的油生成我们所需要黏度的油4.9.2 润滑脂（P77）,end,第五章 机械零部件的润滑与密封,一、润滑 向承载的两个摩擦表面引入润滑剂，是减少摩擦力及磨损等表面破坏的有效措施之一。,润滑时，应首先根据工况等条件，正确选择润滑剂和润滑方式。,1、降低摩擦功耗、节约能源； 2、减少或防止机器摩擦副零件的磨损； 3、降低温升 4、防锈 5、缓冲、吸振 6、清洗摩擦表面，密封和防尘,润滑剂的主要作用为：,1. 润滑油性能指标,(1) 粘度,流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力表示,平行板间油的层流流动,贴近静止板的油层速度,贴近移动板的油层速度
22、,( 粘性流体粘性定律),比例常数，即动力粘度,设长宽高各为 1m 的流体，若上下两面发生 1m/s 的相对滑动，所需施加的力为 1N 时， 则该流体的粘度为 1 个国际单位制的动力粘度记为 Pa.s,( 用于流体动力学计算 ),(润滑油的粘度),单位换算,国际单位制,(2) 常用润滑油,查得运动粘度,用于流体动力学计算,(3) 润滑油的选择,粘度温度曲线,40 C时运动粘度的平均值。,润滑油牌号一般为,2. 润滑脂,钙基,抗水性好、耐热性差、价廉,钠基,抗水性差、耐热性好、防腐性较好,锂基,抗水性和耐热性好,铝基,抗水性好、有防锈作用、耐热性差,主要指标,针入性：表征润滑脂稀稠,润滑脂越稠,
23、滴点：润滑脂受热后开始滴落的温度，表征耐高温的能力,润滑脂工作温度一般应低于滴点20 30 C,润滑方式,1、手工定期润滑 低速、轻载或不连续运转,油嘴、油杯和油枪,2、油浴、油环和溅油润滑 中速、中载的重要机械,用油量少,连续供油，并冷却,转动件的圆周速度为1m/s v 1015m/s,减速箱的润滑,油雾润滑装置,3、油雾润滑 高速、轻载的齿轮和轴承,齿轮：,圆周速度为 v 515m/s,轴承：,dn 600000mmr/min(d为轴承内径，n为工作转速),油雾润滑装置的组成：,喷管、吸管和油量调节器,齿轮减速器的压力供油系统简图,4、压力供油润滑 高速、重载、供油量要求大的重要部件,压力
24、供油装置的组成：,油泵、油箱、过滤器、冷却 器、压力调节阀和油量调节阀等。,机床主轴箱、内燃机锻压设备等,A油泵,B复式过滤器,C冷却器,E压力表,F流量控制阀,G调压阀,D单向阀,T油槽,二、密封 阻止液体、气体工作介质或润滑剂泄漏，防止 灰尘、水分进入润滑部位。,使用时，应根据压力、速度、工作温度等工作条 件，选择经济、合理的密封类型和结构（参见表14-4）。,密封件大部分都有相应的标准和规格，应尽量选用 标准件。,根据被密封表面是否有相对运动，密封分为静密封 和动密封。,密封的选择,静密封,1、静密封,毛毡密封,2、动密封,压盖轴向压紧,填料产生径向力抱紧在轴上,结构简单，一般只用于低速
25、（v 45m/s）脂润滑处，主要起防尘作用。,O形 密封圈,J形密封圈,U形密封圈,密封圈密封密封圈由弹性材料制成、它靠自身弹力或弹簧压紧力的作用而套在轴上起密封作用。,“自紧作用”,机械密封（端面密封）,1动密封环2静密封环3弹簧,通过石墨块与旋转盘的接触实现密封。,间隙密封,利用节流槽的节流效应防尘和防漏。,脂润滑或油润滑，轴的转速较高，但工作温度不高于密封用脂的滴点,因考虑到轴要伸长，轴向间隙取大些，宜152mm。,径向式,轴向式,将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫曲路形式，在间隙中充填润滑油或润滑脂以加强密封效果。,密封可靠，密封件不易损坏，但结构较复杂。,径向间隙不大于0102mm。
26、,迷宫密封,离心式密封,螺旋密封,挡圈密封用在脂润滑中，防止润滑油流入轴承将润滑脂带走。,利用旋转件带动流体产生离心力以克服泄漏。,甩油密封 油润滑,在轴上开出沟槽或安装甩油环，把欲流出的油沿径向甩开，经集油腔及与轴承腔相通的油孔流回。,轴必须按确定方向旋转,组合密封,间隙加迷宫密封 组合密封的一种型式，可以充分发挥各自优点，提高密封效果。,END,太原理工大学机械零件教研室,第二篇 联 接,联接：为了便于制造、安装、运输、维修，机器不可能被制造成一个整体，而是由许多零件、部件组成。要把这些零部件组装成一台机器，需要用一定的方式将它们联接起来,动联接：机器工作时，零部件之间可以有相对 运动。例
27、如：机械原理中，各种运动 副之间的联接。,静联接：在机器工作中，不允许零部件之间存 在相对运动的联接。,根据联结可否运动分,静联接,可拆联接：不须毁坏联接中的任何一个零件就可拆 开的联接。例如：螺纹联接、键联接 、过盈联结。,不可拆联接：至少毁坏联接中的一部分才能拆开的 联接。例如：铆接、焊接、胶接等,根据工作原理分,摩擦：靠联接配合面间的摩擦传递载荷，如：过盈 联结,非摩擦：通过零件的嵌合来传递载荷。例如：平 键,共同作用：同时靠摩擦和嵌合传递载荷。如：楔键,第六章 螺纹联接,基本要求及重点、难点螺纹及螺纹联接的基本知识；螺栓组联接的设计，包括单个螺栓联接的拧紧、强度计算、螺栓组结构设计、受
28、力分析及提高螺栓联接强度的措施等；滑动螺旋传动的设计计算方法。 基本要求:1) 掌握螺纹的基本知识螺纹的基本参数、常用螺纹的种类、特性及其应用。2) 掌握螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本类型、结构特点及其应用，螺纹联接标准件，螺纹联接的拧紧与防松。3) 掌握螺栓组联接设计的基本方法螺栓组联接的结构设计，受力分析，螺栓联接的强度计算理论与方法。4) 掌握提高螺纹联接强度的各种措施。5) 掌握滑动螺旋传动的常用设计方法。难点：1) 螺纹联接的结构设计与表达。2) 受倾覆力矩作用的螺栓组联接受力分析。3) 复杂受力状态下的螺栓组联接受力分析。4) 受预紧力和轴向工作载荷作用时，单个螺栓联接的螺栓总拉
29、力的确定,6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度6.1.1 主要类型（螺纹联结件一般为标准件、各种类型的特点见表6.1）螺栓：用于通孔，应用广泛，包括普通螺栓（受拉）和铰制孔用螺栓（受剪）两种双头螺柱：用于常拆卸的场合螺钉：用于被连接件之一较厚、不常拆卸的情况紧定螺钉：用于定位,普通螺栓铰制孔螺栓,6.1.2 螺纹紧固件的性能等级和材料性能等级分十级（P101），如3.6; 4.6; 4.8等，小数点前数字表示Bmin/100，点后数字为10(Smin/Bmin)材料根据性能等级选取低碳钢、中碳钢、合金钢等螺母性能等级按螺母高度分两大类6.1.3 螺纹公差和精度公差：内螺纹的公差带为G和H，外
30、螺纹采用e、f、g、h，G的基本偏差为正，efg的基本偏差为负，内外配合最好用G/h，H/g，H/h精度等级分精密(46级)、中等（7级）和粗糙（78级）三种6.2 螺栓联结的拧紧和防松6.2.1 螺栓联结的拧紧拧紧（予紧）的目的：增强联结的紧密性、可靠性，防止出现间隙，增强联结的刚性。对受拉螺栓，还可提高螺栓的疲劳强度拧紧力矩的计算T=T1(螺纹力矩)+T2（螺母支撑面摩擦力矩）,予紧方法：测力扳手、定力矩扳手例题：已知扳手力臂L=15d，板动力F=200N，求予紧力F解：T=FL=15dFT=0.2Fd15dF=0.2FdF=15F/0.2=1.5吨,6.2.2 螺纹联接的防松(表6.2)
31、螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动。以防止联接的松动影响正常工作。,焊住 冲点,6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算6.3.1 受拉螺栓联接螺栓为标准件，故一般仅仅计算螺栓强度，螺母、垫圈等直接从标准中选定失效形式：塑性变形、断裂、疲劳、滑扣等危险截面的确定:dc=d1-H/61.受拉松螺栓联接4F/dc22.受拉紧螺栓联接只受予紧力的紧螺栓联接（靠摩擦力传递载荷）受予紧力和螺纹力矩共同作用，故应用第四强度理论得4x1.3F/ dc2,受予紧力和工作载荷的紧螺栓联接 F0F+F F0=F+F”在受工作载荷前被联接件和螺栓受相等都为F,螺栓伸长量1=F/C1, 2=F/C2,受工作载
32、荷后，在被联接件出现缝隙前，所受力不同，但伸长和缩减增量相同，故可得：F”=F- F（c2/c1+c2） F=F”+F（c2/c1+c2） F0=F+F（c1/c1+c2）由上式可知，F0与相对刚度系数c1/c1+c2有关，采用刚度较大得被联接件，有助于减小F0,被联接件为钢铁件时，根据垫片可采用：金属0.20.3；皮革0.7；铜皮石棉0.8；橡胶0.9予紧力F”应大大于，其中F无变化化时，F”=(0.20.6)F，有变化时F”=(0.6-1)F，压力容器及其它紧密联结F”=(1.51.8)F 强度计算公式： 4x1.3F/ dc2变载荷作用时，应力幅为主要因素，计算公式和说明见（P108和P
33、110表6.3）6.3.2 受剪螺栓联接（铰制孔螺栓联接）失效形式为剪断、压溃等剪切强度条件： 4xFs/ md2压溃强度条件：Fsdhp,例题6.1P1106.4 螺栓组联接的受力分析同一组螺栓应尽量采用相同的螺栓螺栓组要有合适的间距、边距，要考虑扳手空间方便装配螺栓组受力分析的目标就是找出其中受力最大的螺栓和载荷，然后应用单个螺栓强度计算方法计算在螺栓组分析时采用的一些理想化的假设有：被联结体为刚体、各个螺栓的刚度和予紧力相同、螺栓应变在弹性范围内6.4.1 受轴向力FQ的螺栓组联接工作载荷均分F= FQ/Z,6.4.2 受横向力FR的螺栓组联接 用受拉螺栓联接时，仅靠予紧力产生的摩擦面间
34、的摩擦力传递载荷； F=kfFR/smz，这种方法的主要缺点时予紧力很大，一般是横向载荷的很多倍 用受剪螺栓联接时，通过螺栓受剪和螺栓与被联接件挤压来传递载荷;Fs=FR/z6.4.3 受旋转力矩T的螺栓组联接 用普通受拉螺栓联接时（各个螺栓摩擦力相同）kfT= sFr1+sFr2+sFr3+.+sFrn 用受剪螺栓联接时：T= Fs1r1+Fs2r2+Fs3r3+.+FsnrnFs1/r1=Fs2/r2=Fs3/r3=.=Fsn/rn 各个螺栓受剪力与距离成正比通过求解以上公式可得：,受翻转力矩M得螺栓联接M= F1r1+F2r2+F3r3+.+FnrnF1/r1=F2/r2=F3/r3=.
35、=Fn/rn各个螺栓得变形量与距离成正比，也就是工作拉力与距离成正比,6.5 提高螺栓联接强度的措施改善螺纹牙载荷分布不均的现象，第一圈螺纹承担约三分之一的载荷，为均衡载荷，可以采用悬置螺母、内斜螺母、环槽螺母、低弹性模量螺母、钢丝螺套等（图6.14,6.15,6.16）减少附加应力(图6.17,6.18)减轻应力集中(加大牙根圆角半径)降低应力幅，采用柔性螺栓、保持被联接件的刚度选择恰当的予紧力并保持不减退改善制造工艺、提高制造质量,例题1：图示轴承盖用4个螺钉固定于铸铁箱体上，已知作用于轴承盖上的力FQ10.4kN，螺钉材料为Q235钢，屈服极限为240Mpa，取剩余预紧力F为工作拉力的0
36、.4倍，不控制预紧力，取安全系数为4，求螺栓所需最小直径。,许用拉应力4个螺钉，z4，每个螺钉的工作载荷剩余预紧力F0.4F=0.42600=1040 N故得螺钉中总拉力按强度条件，螺栓小径,例题2：设螺栓刚度为被联接件刚度的3倍，当螺栓的预紧力为60kN，轴向工作载荷在40kN至10kN之间交替变化时，试计算作用在螺栓上对应的拉力变化幅值范围。,例题3：如图所示起重机卷筒，钢丝绳起重量W60000N，利用双头螺柱夹紧产生的摩擦力矩使转矩由齿轮传到卷筒上。8个螺柱均匀分布在直径 的圆周上。联接件接触面摩擦系数=0.12，为了安全，希望摩擦力矩比计算值大20，螺柱材料为6.8级，45钢 。 控制
37、预紧力， 取安全系数 试求螺柱所需最小直径（或计算直径）。,转矩,许用拉应力,每个螺柱所需预紧力,由强度条件，螺柱小径,例题： 用绳索通过吊环螺钉起重，绳索受最大拉力,螺钉刚度与被联接件刚度之比,，试求：1）为使螺钉头与重物接触面不离缝，螺钉的最小预紧力；2）若预紧力为10kN，工作螺钉的剩余预紧力为多少？,1）螺钉头与重物接触面不离缝，应使剩余预紧力,故得螺钉最小预紧力,2）预紧力F 10 kN，则工作螺钉剩余预紧力,板A用5个普通螺钉固定在机座B上，已知板与机座间摩擦系数=0.15，防滑系数（可靠性系数）Kf=1.2，螺钉许用应力,，试指出哪个螺钉是危险螺钉？并按强度计算该螺钉联接中螺钉所
38、需的小径（或计算直径）尺寸。,1）将力向形心简化：FQ2000N；,2）FQ使每一个螺钉产生作用力,M使每个螺钉产生作用力,方向如图（中间螺钉,3）第2个螺钉受力最大，为危险螺钉，设其受力为FR,4）,，,，,end,第七章键、花键、销、成形联接,键：主要用来实现轴和带毂零件的周向固定，完成转矩的传递销：主要实现定位及完全作用，只能传递少量载荷,7.1 键联接7.1.1 键联接的分类和构造键是标准件，它分为：平键和圆键，构成松联接斜键构成紧联接平键联接通过侧面与键槽的相互挤压传递扭矩，其工作面是侧面平键分普通平键、导向平键和滑键三种常见的普通平键有圆头、方头和一端圆头一端方头，方头一般要通过螺
39、丝固定，一端圆头一端方头用于轴伸处轴向距离较大时应采用滑键，因为导键过长增加制造困难,半圆键的侧面是工作面，它具有工艺性好的优点，缺点是键槽较深，只能用于轻载7.1.2 平键联接和半圆键联接的计算键的选择：根据轴径从标准中选择键的截面尺寸，根据轮毂长度选出键的长度，然后进行校核主要失效形式：压溃、磨损（动联接）静联接： 4T/hldp动联接： 4T/hldp半圆键： 2T/dbl,7.2 花键联接7.2.1 花键联接的分类和构造根据齿形不同分：矩形、渐开线与平键比较：受力较均匀，应力集中小，承载能力大；对中性好，导向性好，精度高；需专门设备和工具。成本高。矩形花键的特点：定心精度高、应力集中小
40、、承载能力大渐开线花键：承载能力大，使用寿命长，定心精度高花键的失效形式及计算方法（P127 自学）,7.3 销联接销的类型（P128）7.4 成形联接光滑的非圆形截面，具有对中性好，装拆方便，应力集中小，加工复杂的特点,end,第三篇 传 动,传动的功用能量的分配转速的改变运动形式的改变传动的类型机械传动流体传动液压气压电传动,机械传动分类： 直接接触 靠中间件 啮合传动 齿轮，蜗论，螺旋 链，同步带 摩擦传动 摩擦轮 带传动 推压传动 凸轮、棘轮、 连杆机构,各种机械传动的特点（参见p159表3）摩擦传动缺点：尺寸大，传动比不恒定优点：结构简单，运行平稳无噪声，打滑可以起过载保护，可实现无
41、级调速啮合传动缺点：有冲击和噪声优点：尺寸紧凑，传动比恒定，效率高，功率适应范围广传动最重要的参数传动比,D1 Z2 D2 Z1,选择机械传动的一般原则效率高、尺寸小、运动形式满足工作要求具体原则见（P161）特别注意传动比分配对外廓尺寸有很大影响，下图两种传动的传动比均为4,第十一章 带传动,11.1 概述靠摩擦实现传动带大多是标准件带分类,11.1.1 传动形式传动形式及应用范围见(P176表11.1),11.1.2 带传动特点优点：能缓冲载荷冲击，运行平稳，无噪声，制造和安装精度要求低，过载保护，传动中心距离大缺点：有弹性滑动和打滑，从而导致效率下降，不能保证准确的传动比；轮廓尺寸较大；
42、带的寿命比较短11.2 带和带轮各种带的比较（见下页）11.2.1 平带和带轮平带宽度系列（P177长度自己截取）平带带轮尺寸（P178）,带传动的主要类型及特点,11.2.2 V带和带轮V带（三角带）分：普通、窄、宽V带三种普通V带型号:Y、Z、A、B、C、D、E、F七种，其尺寸见(P179表11.4)V带的结构：包布、顶胶、地胶和抗拉体组成V带一般制成环形，其基准长度见(P179)，选择V带时要给出其型号和基准长度V带带轮结构和尺寸见P180、181,11.3 带传动的几何计算主要几何参数包括：中心距，带长，带轮直径D1、D2，包角1计算公式：P18211.4 带传动的计算基础11.4.1
43、 作用力分析不工作时受张紧力F0工作时受紧边拉力F1，松边拉力F2作用，工作载荷超过有效拉力F= F1- F2时，带将打滑,有效拉力的计算欧拉公式：离心拉力：Fc=qv2有效拉力与功率的关系：F=F1-F2=1000P/v紧边拉力为：松边拉力为：影响带有效拉力的因素：张紧力F0越大，包角越大，摩擦系数越大，则F越大，故带必须张紧，并保持一定的包角，因此对带的最小中心距有要求,11.4.2 带的应力拉应力：紧边应力、松边应力和张紧应力离心应力弯曲应力最大应力发生在紧边进入小带轮处,11.4.3 弹性滑动、打滑和滑动率带的弹性滑动和打滑由于带的变形而造成的带与带轮之间滑动现象称为弹性滑动，弹性滑动不可避免，选择弹性模量较大的材料可以降低弹性滑动弹性滑动的原因：带的弹性、松边与紧边的拉力差弹性滑动的影响从动轮转速低于主动轮；降低了传动效率；引起带磨损；使带温度升高打滑：由于工作拉力大于最大有效拉力而造成的带在带轮上滑动的现象；打滑属于失效，要避免滑动率：从动轮圆周速度低于主动轮的比率,
