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機械的設計基礎-文庫吧資料

2025-07-02 00:21本頁面
  

【正文】 常用于軸端起到雙向固定。圓螺母用于軸上兩零件距離較大,需要在軸上切制螺紋,對軸的強度影響較大。定位軸肩的高度h=(—)d,d為與零件相配處的軸徑尺寸。軸肩定位是最方便可靠的定位方法,但采用軸肩定位會使軸的直徑加大,而且軸肩處由于軸徑的突變而產生應力集中。二、保證軸上零件的準確定位和可靠固定軸上零件的軸向定位方法主要有:軸肩定位、套筒定位、圓螺母定位、軸端擋圈定位和軸承端蓋定位。為了便于軸上零件的裝拆,將軸制成階梯軸,中間直徑最大,向兩端逐漸直徑減小。軸上與軸承配合的部份稱為軸頸,與傳動零件配合的部份稱為軸頭,連接軸頸與軸頭的非配合部份稱為軸身,起定位作用的階梯軸上截面變化的部分稱為軸肩。具體的說,軸的設計步驟有:(1)選擇軸的材料;(2)初步估算軸的直徑;(3)進行軸的結構設計;(4)精確校核(強度、剛度、振動等);(5)繪制零件的工作圖167。例如:內燃機中的曲軸?;瑒虞S承的高速軸,采用20Cr、20CrMnTi等。多使用于要求重量輕和軸頸耐磨性的軸。輕載或不重要的軸,使用普通碳素鋼Q23Q275等。例如:3450等優(yōu)質碳素鋼。軸的失效形式是疲勞斷裂,應具有足夠的強度、韌性和耐磨性。如減速器軸。如汽車的傳動軸。一、 軸的分類按軸受的載荷和功用可分為::只承受彎矩不承受扭矩的軸,主要用于支承回轉零件。本章將討論軸的類型、軸的材料和輪轂聯(lián)接,重點是軸的設計問題,其包括軸的結構設計和強度計算。第十章 軸及軸轂聯(lián)接167。(6)螺旋傳動主要用于把回轉運動變?yōu)橹本€運動,同時可傳遞運動和動力。(5)螺栓聯(lián)接強度計算時,應首先分析螺栓聯(lián)接情況,然后選用相應公式計算,最后根據(jù)計算結果按標準選取螺栓直徑。(4)大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都需要預緊,主要目的是增加聯(lián)接的剛性、緊密性和防松能力,在沖擊、振動、變載荷及溫度變化較大的情況下,則必須采取防松措施。(3)螺紋聯(lián)接有螺栓聯(lián)接、螺釘聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接和緊定螺釘聯(lián)接四種基本類型。(2)聯(lián)接螺紋采用三角形螺紋,傳動螺紋主要采用梯形螺紋和鋸齒形螺紋。本章小結(1)聯(lián)接可分為可拆聯(lián)接和不可拆聯(lián)接兩種。自鎖條件為:—螺旋升角, L—導程—當量摩擦角—螺紋牙型斜角f——螺旋副的滑動摩擦系數(shù)(5)螺桿穩(wěn)定性校核當螺桿較細長且受較大軸向壓力時,可能會雙向彎曲而失效(穩(wěn)定性),螺桿相當于后桿,螺桿所承受的軸向壓力FQ小于其臨界壓力FQca。將螺母一圈螺紋沿螺紋大徑處展開(將前面圖中)如圖950,即可視為一懸壁梁,每圈螺紋承受的平均壓力FQ/z作用在中徑D2的圓周上,則螺紋牙根部危險剖面的變曲強度條件為:剪切強度條件為: Mpa彎曲強度條件為:各數(shù)值教材表9—9和教材表9—10(3)螺桿的強度計算螺桿工作時同時受軸面壓力(拉力)FQ與扭矩T的作用,截面受拉(壓)應力與扭剪應力的復合作用,∴按彎扭(壓扭,拉扭)復合強度條件計算——第四強度理論 Mpa式中, mm2——螺桿危險截面積 d1——螺紋小徑(mm) (mm3)——抗扭截面模量 (Nmm)——螺紋扭矩——螺桿材料許用應用 Mpa 教材表9—10。為方便分析,把一圈螺紋牙展直(圖937),這樣螺紋牙相當于一根懸臂梁,則驗算公式為: 根據(jù)耐磨性條件可得螺桿中徑為:對于矩形螺紋對于鋸齒形螺紋(2)螺母螺紋牙的強度計算一般螺母材料強度低于螺桿。2. 螺旋傳動的設計計算(1) 螺紋副耐磨性計算磨損多發(fā)生在螺母上。螺母常用的材料有鑄錫青銅ZCuSn10PZCuSn5Pb5Zn5;重載低速時用高強度鑄造鋁青銅ZCuAl10Fe3或鑄造黃銅ZCuZn25Al6Fe3Mn3;重載時可用35鋼或球墨鑄鐵;低速輕載時也可用耐磨鑄鐵。*二、滑動螺旋傳動的設計計算1. 滑動螺旋的常用材料螺桿和螺母的材料應有足夠的強度、耐磨性和良好的加工性。滾動螺旋和靜壓螺旋的摩擦阻力小,傳動效率高,但結構較復雜,制造困難,成本高,加工不方便,只有在高精度、高效率的機械中才宜采用?;瑒勇菪Y構簡單、加工方便、易于自鎖,運轉平穩(wěn)無噪聲,所以應用最廣。調整螺旋不經(jīng)常轉動。(2)傳導螺旋 以傳遞運動為主,并要求有較高的運動精度,速度較高且能較長時間連續(xù)工作,如機床進的給螺旋機構。其應用廣泛,如螺旋千斤頂、螺旋絲杠、螺旋壓力機等。167。采用碾制螺紋時,由于冷作硬化的作用,表層有殘余壓應力,金屬流線合理,螺栓疲勞強度可比車制螺紋高30%~40%;熱處理后再滾壓的效果更好。高強度鋼螺栓對應力集中敏感,但由于可用更大的預緊力擰緊和更高的極限強度,結果還是有利的。適當加大牙根圓角半徑以減輕應力集中,可提高螺栓疲勞強度達20%~40%;在螺紋收尾處用退刀槽、在螺母承壓面以內的栓桿有余留螺紋等,都有良好效果。若采用圖941的懸置(受拉)螺母,則螺母錐形懸置段與螺栓桿均為拉伸變形,有助于減少螺母和螺栓桿的螺距變化差,從而使載荷分布比較均勻。理論分析和實驗證明,旋合圈數(shù)越多,載荷分布不均的程度就越顯著,第8~10圈以后的螺紋幾乎不受載荷。教材圖938b所示的緊密聯(lián)接就以用密封環(huán)為佳。在螺母下面安裝彈性元件(教材圖937),當工作載荷由被聯(lián)接件傳來時,由于彈性元件的較大變形,也能起到柔性螺栓的效果。減小螺栓剛度的常用措施有:適當增加螺栓的長度、減小螺栓桿直徑(教材圖936)或做成中空的結構(教材圖936)——柔性螺栓。以下就幾個主要方面作一介紹。9—6 提高螺栓聯(lián)接強度的措施螺栓聯(lián)接的強度主要取決于螺栓的強度。例題9—2見教材219頁。這是因為,如果不控制預緊力,螺栓直徑越小,擰緊時螺桿因過載而損壞的可能性就越大。表9—5 螺栓的常用材料及其機械性能鋼 號強度極限sB/MPa屈服極限sS /MPa鋼 號強度極限sB/MPa屈服極限sS /MPa10340~42021035540320Q215340~42022045650360Q235410~47024040Cr340~420650~900二、螺紋聯(lián)接的許用應力和安全系數(shù)螺栓的許用應力及安全系數(shù)見教材表9—6和表9—7。近年來還發(fā)展了高強度塑料螺栓和螺母。9—5 螺紋聯(lián)接件的材料和許用應力一、螺紋聯(lián)接件的材料螺栓的常用材料有低碳鋼Q2110號鋼和中碳鋼Q2335和45鋼等,重要和有特殊要求的場合可采用15Cr、40Cr、30CrMnSi和15MnVB等機械性能較高的合金鋼。由上式可知,當螺栓受軸向工作載荷由0至F之間變化時,螺栓中總的拉力的變化范圍是F0~FΣ。 式中:Kc=C1/(C1+C2),Kc稱相對剛度系數(shù)見教材表9—4;C1為螺栓剛度;C2為被聯(lián)接件剛度。后,用FΣ=F+ F0/計算出螺栓的總拉力FΣ的值。值可參照教材表93選取。稱為剩余預緊力。被聯(lián)接件作用與螺栓的反作用力也應為F039。未擰緊未受工作載荷時螺栓情況:如上圖預緊前;擰緊后未受工作載荷時螺栓受預緊力F0作用:如上圖的預緊。結合圖934分析如下:壓力容器中壓強P對每個螺栓產生的軸向工作載荷為:F=p(лD2/4)/Z式中:Z為聯(lián)接螺栓個數(shù)。三、受軸向外載荷的緊螺栓聯(lián)接這種承載形式在緊螺栓聯(lián)接中比較常見,圖933所示的汽缸與汽缸蓋螺栓組聯(lián)接就是這種聯(lián)接的典型例子。螺栓桿受橫向工作載荷FR時,剪切強度條件為:螺栓桿或孔壁的擠壓強度條件:式中:ds螺栓桿剪切面直徑(mm);Z聯(lián)接螺栓數(shù);m接合面數(shù);[τ]螺栓的許用剪切應力(MPa);查教材表9—6。由此可得,單個螺栓所需的預緊應力為:б=4F0/πd12 若計入扭轉切應力的影響,強度條件為: 設計公式為:式中:[σ]——許用拉應力 N/mm2 (MPa) 見教材表9—6。顯然,無論工作前還是工作后,螺栓本身僅受裝配時由于擰緊螺母而產生的預緊力和螺紋副阻力矩的作用。當承受軸向工作載荷F(N)時,螺紋部分的強度條件為:設計公式為:式中:d1——螺桿危險截面直徑(mm)[σ]——許用拉應力 N/mm2 (MPa) 見教材表9—6.二、受橫向外載荷的緊螺栓聯(lián)接1. 采用普通螺栓如圖932所示,工作時聯(lián)接受到與螺栓軸線相垂直的外載荷FR的作用。這種聯(lián)接只能承受靜載荷,故應用不廣。需要說明的是,螺栓聯(lián)接、螺釘聯(lián)接和雙頭螺柱聯(lián)接的失效形式和計算方法基本相同,所以,本節(jié)對螺栓聯(lián)接計算的討論,其結論對螺釘聯(lián)接和雙頭螺柱聯(lián)接也基本適用。9—4 螺紋聯(lián)接的強度計算螺栓聯(lián)接強度計算的目的,主要是根據(jù)聯(lián)接的結構形式、材料性質和載荷狀態(tài)等條件,分析螺栓的受力和失效形式,然后按相應的計算準則計算螺紋小徑d1,再按照標準選定螺紋公稱直徑d和螺距P等。3. 變?yōu)椴豢刹鹇?lián)接端鉚、沖點(破壞螺紋)見教材圖9—2點焊。1. 摩擦防松(1)彈簧墊片:如圖教材圖9—23所示;利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。但在沖擊、振動或變載荷作用下,以及在高溫或溫度變化較大時,螺紋鋼之間的摩擦力會順時減小或消失,聯(lián)接就可能松動。2. 預緊力的控制通過測力矩扳手和完力矩扳手控制扳手力矩大小。TΣ= F0*d*10—3式中:。增大剛性:增加聯(lián)接剛度、緊密性和提高防松能力1. 擰緊力矩TΣ在預緊螺栓聯(lián)接時,加在扳手上的力矩TΣ必須克服螺旋副中的螺紋力矩T和螺母與支撐面之間的摩擦力矩TfTΣ=T+TfT=F0tan(ф+ρV)d2/2Tf=fc* F0*rf。螺母 粗制 精制 粗制平墊 精制 A型 普通墊圈 斜墊 B型——帶倒角 7)墊圈 防松墊圈(彈簧墊圈)——起防松作用 帶翅墊圈等三、 螺紋聯(lián)接的預緊 螺紋聯(lián)接 松聯(lián)接——在裝配時不擰緊,只存受外載時才受到力的作用——輕少用緊聯(lián)接——在裝配時需擰緊,即在承載時,已預先受力,預緊力QP預緊目的:保持正常工作。 普通螺栓 六角頭:小六角頭,標準六角頭,大六角頭1)螺栓 圓柱頭(內六角) 鉸制孔螺栓——螺紋部分直徑較小螺栓 粗制 精制——機械制造中常用2)雙頭螺栓——兩端帶螺紋 A型——有退刀槽 施入端長度也各有不同。二、 標準螺紋聯(lián)接件螺紋聯(lián)接件品種很多,大都已標準化。4. 緊定螺釘聯(lián)接將緊定螺釘擰入一零件的螺紋孔中,其末端頂住另一零件的表面(如教材圖915),或頂入相應的凹坑中。3. 螺釘聯(lián)接  螺釘直接旋入被聯(lián)接件的螺紋孔中(如教材圖914),結構較簡單,適用于被聯(lián)接件之一較厚,或另一端不能裝螺母的場合?!∈褂脙啥司新菁y的螺柱,一端旋入并緊定在較厚被聯(lián)接件的螺紋孔中,另一端穿過較薄被聯(lián)接件的通孔(如教材圖913)。如教材圖912a為普通螺栓聯(lián)接,螺栓與孔之間有間隙,由于加工簡便,成本低,所以應用最廣。例題9—1見教材208頁(略)167。由于三角形螺紋的β=α/2=300;梯形螺紋β=α/2=150;鋸齒形螺紋β=30;矩形螺紋β=00,所以各種螺紋的當量摩擦系數(shù)之間有如下關系:fv三角>fv梯形>fv鋸齒>fv矩形可見,三角形螺紋的fv大,自鎖性能好,且牙根強度高,故常用于聯(lián)結。Ff! =f/Q;楔形面和矩形螺紋的摩擦力相比,與當量摩擦系數(shù)對應的摩擦角稱為當量摩擦角,用ρV 表示。楔形面時法向反力N/=Q/cosβ;楔形面摩擦力Ff! =f N/ =fQ/ cosβ。非矩形螺紋的螺桿和螺母相對轉動時,可看成楔形滑塊沿楔形斜面移動;平面時法向反力N=Q。螺母在力矩T作用下轉動一周時,輸入功W1=2лT,此時升舉重物所作的有效功W2=QS;故螺旋副的效率為:η=W2/W1=QS/2лT=tanф/ tan(ф+ρ)。由力的平衡條件可知,R、F和Q三力組成力封閉三角形,由圖可得:FQyd2使滑塊等速運動所需要的水平力 等速上升: Ft=Qtan(ф+ρ)等速上升所需力矩:T= Ftd2/2= Qtan(ф+ρ)d2/2等速下降: Ft=Qtan(ф—ρ)等速上升所需力矩:T= Ftd2/2= Qtan(ф—ρ)d2/22. 螺紋的自鎖螺母等速松退時的受力分析:觀察教材圖9—10,此時相當于滑塊沿斜面等速下滑,由力的封閉三角形,得: 若ф≤ρ,則F≤0,這時必須加一反向作用力F才會使滑塊下滑,若不加外力,則不論Q有多大,滑塊也不會下滑,這種現(xiàn)象叫自鎖。設法向反力為N,則摩擦力為fN,f為摩擦系數(shù),ρ 為摩擦角,ρ = arctan f。這樣,當螺母相對于螺桿等速旋轉時,可看作為一滑塊(螺母)沿著以螺紋中徑d2展開,斜度為螺紋升角l的斜面上等速滑動(教材圖99)。167。5. 鋸齒形螺紋:鋸齒形螺紋工作面的牙側角為30,非工作面的牙側角為300,兼有矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙根強度高的優(yōu)點,但只能承受單向載荷,適用于單向承載的螺旋傳動。4. 梯形螺紋牙型為等腰梯形,牙型角α = 30176。3. 矩形螺紋牙型為正方形,牙型角α = 0176。2. 圓柱管螺紋牙型角α = 55176。以英寸為單位,螺距以每英寸的牙數(shù)表示,也有粗牙、細牙之分。普通螺紋的基本尺寸見教材表9—1。同一公稱直徑可以有多種螺距的螺紋,其中螺距最大的稱為粗牙螺紋,其余都稱為細牙螺紋(圖97b),粗牙螺紋應用最廣。(1)普通螺紋:國家標準中,把牙型角α = 60176。對稱牙
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