机械设计基础辅导06.11

2）确定各个螺栓所受的横向 载荷 （1）在横向力F作用下 各螺栓所受横向载荷Fs1大小 相同，与F同向。 Fs1= F / 4=12000 / 4=3000 N （2) 在旋转力矩T 作用下 由于各个螺栓中心至形心O 点的距离相等,所以各个螺栓 所受的横向载荷Fs2大小也相 同，但方向各垂直于螺栓中 心与形心连线。 （A)方案中，各螺栓离形心距离
F0 fzi ≥ k s F
得预紧力 F0
1.2 10820 N 86560N 0.15
由性能4.6级可知 S=240MPa。由于螺栓拉应力安全系数与 直径有关，而直径又待定，采用试算法。设d=24mm, 取S=3 （插分法查表），得[]= S /S=240/3=80 MPa。故螺栓小径
3)虚约束 有些约束对机构自由度的影响是重复的。
试问图示各机构在组成上是否合理？如不合理，请 针对错误提出修改方案。
二、平面连杆机构
（一）平面机构的运动分析 用相对运动图解法求解机构的速度和加速度。 （二）四杆机构的基本型式及演化 曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构和定块机构等。 （三）平面四杆机构的基本特性 1、铰链四杆机构有曲柄的条件 （1）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆 长度之和； （2）最短杆或其相邻杆应为机架。 推论：
四、间歇运动机构
棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮式间 歇运动机构等的特点。 槽轮机构的运动系数τ： τ= tm/t = (z-2)/2z
五、螺纹联接和螺旋传动
一、螺纹联接的基本类型 螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联 接的结构特点和应用场合。 二、螺纹联接的防松方法 利用附加摩擦力防松、利用专门防松元件防松、其 它方法防松。 三、单个螺栓联接的强度计算 （一）受拉螺栓联接 F 1、松螺栓联接 d 4[ ] 1.3F [ ] 2、紧螺栓联接 d / 4 1）承受横向外载荷的紧螺栓联接 2）承受轴向载荷的紧螺栓联接 F2=F1+F
如图所示凸缘联轴器，用8个M16螺栓联接，螺栓危险截面直 径d1=13.835mm，螺栓中心圆直径D=195mm，螺栓材料的许用 应力[σ]=80MPa，联轴器结合面间的摩擦系数f=0.2，防滑系数 S=1.2，求联轴器能传递的扭矩。
F0 K ST f ri
i 1 z
1.2T 0.2 * 8 *195 / 2
3、受轴向力紧螺栓联接的螺栓刚度为C1=400000N/mm，被联 接件刚度为C2=1600000N/mm，螺栓所受预紧力F′=8000N， 螺栓所受工作载荷F=4000N。要求： 1）按比例画出螺栓与被联接件变形关系图（比例尺自定）； 2）用计算法求出螺栓所受的总拉力F0和剩余预紧力F〞。
F0= F′+FC1/（C1+C2）= =8000+4000*400000/（400000+1600000）=8800N F〞 = F0--F=8800—4000=4400N
ra a 2 a 2 100 2 100 2 mm=141.4 mm,故
Fs2a
T 4800 103 N 8487N zra 4 141.4
螺栓1和2所受两力夹角 较小，故受最大的横向力
2 2 Fsmaxa Fs1 Fs2 2 Fs1 Fs2 cos 30002 84872 2 3000 8487cos 45 N
3、急回特性 行程速比系数：K=(1800+θ) / (1800+θ) 极位夹角：θ=1800(K-1) / (K+1) 4、死点 （四）平面四杆机构的设计 主要是图解法。
1.铰链四杆机构中，已知AB=70mm，BC=50mm， CD=100mm，AD=90mm，当AD为机架时，此铰链四杆 机构是 机构；当AB为机架时，此铰链四杆机构是 机构。 2.已知图示机构中，LAB=72mm，LBC=50mm， LCD=96mm，LAD=110mm问： （1）此机构中，当取构件AD为机架时，是否存在曲柄？ 如果存在，指出是哪一构件？（必须根据计算结果说明理由） （2）当分别取构件AB、BC、CD为机架时，各将得到什么 机构？
机械设计基础 辅导
一、平面机构的结构分析
（一）运动副 运动副：使两个构件直接接触并能产生一定相对运动 的连接。
１、转动副 组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动。 转动副引入了２个约束，保留了１个自由度。 ２、移动副 组成运动副的两构件只能在一个平面内相对移动。 移动副也具有２个约束，保留了１个自由度。 ３、平面高副 两构件通过点或线接触组成的运动副。 高副保留了２个自由度，带进了１个约束。
2. 按螺栓布置方案A）确定螺栓直径 （1）采用铰制孔用螺栓联接 按剪切强度计算螺栓光杆部分的直径
d0 ≥
4Fs 4 10820 mm 11.98mm [ ] 96
由标准取M12，d0=13mm。 校核配合面的挤压强度，螺栓光杆与钢板孔间、螺栓光杆与 铸铁支架孔间，足够。 （2）采用普通螺栓联接 这种联接是靠螺栓的预紧力在接合面间产生的摩擦力来平衡 横向载荷，应先求预紧力F0。由防滑条件
.
3.已知铰链四杆机构（如图所示）各构件的长度，试问： 1）这是铰链四杆机构基本型式中的何种机构？ 2）若以AB为原动件，此机构有无急回特性？为什么？ 3）当以AB为原动件时，此机构的最小传动角出现在机构何 位置？
1）曲柄摇杆机构； 2）双曲柄机构； 3）AB与AD两次共线 之一。
三、凸轮机构
1、设计直动盘形凸轮机构 2、画出凸轮机构的压力角 压力角：从动件在接触点所受的力的方向（凸轮廓 线的法线）与该点速度方向的夹角（锐角）。 例：试用作图法设计一个对心直动从动件盘形凸轮。已 知理论轮廓基圆半径r0=50mm，滚子半径rT=15mm， 凸轮顺时针匀速转动。当凸轮转过1200时，从动件以等 速运动上升30mm；再转过1500时，从动件以余弦加速 度运动规律回到原位；凸轮转过其余900时，从动件静 止不动。
10820N
（B)方案中， rb a 100mm
Fs2b
故
T 4800 103 N 12 103 N 由图可见，螺栓1受最大的横向力 zrb 4 100
Fsmaxb Fs1 FS2B (3000 12000 N 15000N )
（3） 两方案比较 因FsmaxA<FsmaxB，故方案 (A)比较合理。
4 1.3F0 4 1.3 86560 d1 42.3 mm [ ] 80
此值与假设相差太远，再设d=40mm, 取S=2.2，得[]=S /S=240/2.2=109 MPa，求得d1≥36.24 mm, 查标准取M42， d1=37.129mm，与假设相近。确定用M42的螺栓。
0.00769T
d1
1. 3 * 4 F 0 5.2 * 0.00769 T [ ] * 80
0.0126 T
T 1205639 N
fzi
F
F z
2、受旋转转矩的螺栓组联接
1）普通螺栓联接
F0
K ST f ri
i 1 z
2）铰制孔用螺栓联接
F F z
Fmax
Trmax ri 2
i 1 Z
3、受轴向载荷的螺栓组联接
4、受翻转力矩的螺栓组联接
.1、图示单个铰制孔螺栓联接，两被联接件的材料及厚度相同，
推论： （1）当最长杆与最短杆的长度之和大于其余两杆长度 之和时，只能得到双摇杆机构。 （2）当最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两 杆长度之和时，①最短杆为机架时得到双曲柄机构； ②最短杆的相邻杆为机架时得到曲柄摇杆机构；③最 短杆的对面杆为机架时得到双摇杆机构。 2、压力角和传动角 压力角α：力的作用线与其作用点速度方向所夹的 锐角。 传动角γ：压力角的余角（即连杆与摇杆之间所夹 的锐角）。 压力角α越小，或者传动角γ越大，使从动杆运动的 有效分力就越大，对机构传动越有利。
（二）平面机构的运动简图 用规定的线条和符号表示构件和运动副，绘出能够 表达各构件间相对运动关系的简图。 （三）平面机构的自由度 1、机构具有确定运动的条件 机构的原动件数＝机构的自由度数 2、平面机构自由度的计算 F=3n－2PL－PH 3、计算机构自由度的注意事项 1)复合铰链 两个以上的构件共用同一转动轴线所构成的转动副。 2)局部自由度 机构中常出现一种与输出运动无关的自由度。
已知该联接承受横向载荷为Ft=5000N，光杆部分直径为 d0=9mm，h1=8mm<h2，螺杆的许用切应力［τ］＝100MPa， 较弱受压面的许用挤压应力［σp］＝150MPa，试校核该螺栓 联接的强度。

m

F
2 d0

4
F P P d 0 Lmin
2、一厚度 =12mm的钢板用四个螺栓固联在厚度1=30mm的 铸铁支架上，螺栓的布置有（A）(左图)、（B）(右图)两种方案。 已知载荷F=12000N，l =400mm, a=100mm。螺栓材料为 Q235（性能等级为4.6），[ ]=96 MPa,铸铁架[p] =180 MPa, 钢板[p] =320MPa,；螺栓M16M45的拉应力安全系数S=42, 板和架的摩擦系数f =0.15。 （1）试比较哪种螺栓布置方案合理？ （2）按照合理的布置方案，分别确定采用普通螺栓和铰制孔用 螺栓联接时的螺栓直径。 解： 1、螺栓组受力分析 1）将载荷F向螺栓组 形心简化 简化后得一横向载荷F 和一旋转力矩 Fl = 4800×103 Nmm。
1
0
ca
2 1
（二）受剪切螺栓联接（铰制孔用螺栓联接） 装配时螺栓杆与孔壁间采用过渡配合，无间隙，螺 母不必拧得很紧。 承受横向载荷时，螺栓在联接结合面处受剪切作用， 螺栓杆与被联接件孔壁相互挤压。 m来自F2 d0