机械设计总复习

&1..螺纹联接有以下四种基本类型：1)螺栓联接特点：被联接件均较薄，在其上制通孔（不切制螺纹）。

用螺栓、螺母联接，结构简单，装拆方便，（可以两边装配）。

应用：被联接件厚度均小，不受被联接件材料限制，允许常拆卸，应用广泛。

根据螺栓受力情况，分两类：（1）普通螺栓联接（受拉螺栓）：被联接件D孔>D栓（2）铰制孔螺栓联接（受剪螺栓）：D孔=D柱（名义相等，用公差控制）。

即孔壁间无间隙，适用于承受横向载荷。

（垂直螺栓轴线方向）。

2)双头螺柱联接：特点：被联接件之一较厚，在其上制盲孔，且在盲孔上切制螺纹。

薄件制通孔，无螺纹。

用双头螺柱加螺母联接。

允许多次装拆而不损坏被联接件。

应用：通常用于被联接件之一太厚，不便穿孔，结构要求紧凑，必须采用盲孔的联接或须经常装拆处。

3)螺钉联接：特点：不需用螺母，将螺钉穿过一被联接件的孔，旋入另一被联接件的螺纹孔中。

（结构上比双头螺柱简单）。

应用：被联接件之一太厚，受力不大，且不经常装拆的场合。

4)紧定螺钉联接：特点：利用紧定螺钉旋入一另件的螺纹孔中，并以末端顶住另一零件的表面或顶入该零件的凹坑中。

应用：固定两零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。

&2..提高螺纹强度措施:1.降低影响螺栓疲劳强度应力幅螺栓的最大应力一定时，应力幅越小，疲劳强度越高。

在工作载荷和剩余预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度或增大被联接件的刚度都能达到减小应力幅的目的，但预紧力则应增大。

减小螺栓刚度的措施有：适当增大螺栓的长度；部分减小栓杆直径或作成中空的结构即柔性螺栓。

在螺母下面安装弹性元件也能起到柔性螺栓的效果。

柔性螺栓受力时变形量大，吸收能量作用强，也适于承受冲击和振动。

为了增大被联接件的刚度，不宜用刚度小的垫片，应不用垫片或用刚度较大的垫片。

2.改善螺纹牙间的载荷分布不均现象。

采用悬置螺母，减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面积，或采用钢丝螺套。

3.减小应力集中螺纹的牙根、螺栓头部与栓杆交接处，都有应力集中，是产生断裂的危险部位。

其中螺纹牙根的应力集中对螺栓的疲劳强度影响很大。

可采取增大螺纹牙根的圆角半径、在螺栓头过渡部分加大圆角或切制卸载槽，过将螺纹收尾改为退刀槽等措施来减小应力集中。

4.改善制造工艺制造工艺对螺栓的疲劳强度有很大影响。

对于高强度钢制螺栓，更为显著。

采用輾制螺纹时，由于冷作硬化的作用，表层有残余压应力，金属流线合理，螺栓疲劳强度比车削的高。

渗碳，渗氮，碳氮共渗、氮化、喷丸处理都能提高螺栓疲劳强度。

&3..键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能轴上零件的轴向固定或轴向滑移的导向。

键连接可分为平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。

1 、平键连接平键按用途分有三种：普通平键、导向平键和滑键。

平键的两侧面为工作面，平键连接是靠键和键槽侧面挤压传递转矩，键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙。

平键连接具有结构简单、装拆方便、对中性好等优点，因而应用广泛。

普通平键用于轮毂与轴间无相对滑动的静连接。

按键的端部形状不同分为A型（圆头）、B 型（方头）、C型（单圆头）三种。

A型普通平键的轴上键槽用指状铣刀在立式铣床上铣出，槽的形状与键相同，键在槽中固定良好，工作时不松动，但轴上键槽端部应力集中较大。

B 型普通平键轴槽是用盘状铣刀在卧式铣床上加工，轴的应力集中较小，但键在轴槽中易松动，故对尺寸较大的键，宜用紧定螺钉将键压在轴槽底部。

C型普通平键常用于轴端的连接。

导向平键和滑键均用于轮毂与轴间需要有相对滑动的动连接。

导向平键用螺钉固定在轴上的键槽中，轮毂沿键的侧面作轴向滑动。

滑键则是将键固定在轮毂上，随轮毂一起沿轴槽移动。

导向平键用于轮毂沿轴向移动距离较小的场合，当轮毂的轴向移动距离较大时宜采用滑键连接。

2 、半圆键连接半圆键连接的工作原理与平键连接相同。

轴上键槽用与半圆键半径相同的盘状铣刀铣出，因此半圆键在槽中可绕其几何中心摆动以适应轮毂槽底面的斜度。

半圆键连接的结构简单，制造和装拆方便，但由于轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，故一般多用于轻载连接，尤其是锥形轴端与轮毂的连接中。

3 、楔键连接楔键的上下表面是工作面，键的上表面和轮毂键槽底面均具有1:100 的斜度。

装配后，键楔紧于轴槽和毂槽之间。

工作时，靠键、轴、毂之间的摩擦力及键受到的偏压来传递转矩，同时能承受单方向的轴向载荷。

楔键在传递有冲击和震动的较大转矩时，仍能保持连接的可靠性。

缺点是键楔紧后，轴和轮毂配合产生偏心和偏斜，主要用于毂类零件的定心精度要求不高和低转速的场合。

4 、切向键连接切向键由两个斜度为1:100 的普通楔键组成。

装配时两个楔键分别从轮毂一端打入，使其两个斜面相对，共同楔紧在轴与轮毂的键槽内。

其上、下两面（窄面）为工作面，其中一个工作面在通过轴心线的平面内，工作时工作面上的挤压力沿轴的切线作用。

因此，切向键连接的工作原理是靠工作面的挤压来传递转矩。

一个切向键只能传递单向转矩，若要传递双向转矩，必须用两个切向键，并错开120度-135度反向安装。

切向键连接主要用于轴径大于100mm 、对中性要求不高且载荷较大的重型机械中。

&4.带传动最大有效拉力与下列几个因素有关：初拉力、包角和摩擦系数。

1.最大有效拉力与之成正比。

越大，则带与带轮间的正压力越大，传动时的摩擦力就越大，也就越大。

但过大，将导致带的磨损加剧和带的拉应力增大，带的寿命将降低同时增大轴和轴承上的压力。

若过小，带的工作能力不能充分发挥，工作时易跳动和打滑。

2．最大有效拉力随它的增大而增大。

因为包角增大，将使带与带轮在整个接触弧上的摩擦力总和增加，从而可提高传动能力。

所以对于水平或近似水平布置的带传动，应将松边放在上边，以增大包角。

3．摩擦系数越大，摩擦力就越大，也就越大。

与带轮的材料、表面状况及工作条件等有关。

这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑动，称为弹性滑动。

这是带传动正常工作时固有的特性，是不可避免的。

弹性滑动引起的后果是：从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，产生了速度损失；降低了传动效率，增加带的磨损，缩短带的寿命；使带温升高。

当传递的工作载荷增大时，要求有效拉力也随之增大。

当达到一定数值时，带与小带轮在整个接触弧上的摩擦力将达到极限值。

若工作载荷超过这个极限值，带将沿整个接触弧滑动，这种现象称为打滑。

由于大带轮上的包角总是大于小带轮上的包角，所以打滑总是在小带轮上开始。

打滑是由于过载所引起的带在带轮上的全面滑动，打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应当避免。

&5.链传动中链节数取偶数,链轮齿数为奇数,最好互为质数,其原因是这样的组合能使滚子出现在每个链齿上，不会形成固定化因为奇数链轮齿数可避免同一链齿与同一链节重复啮合,可以达到均匀磨损的效果.增加使用的寿命.链节数选奇数时，需采用过渡链节。

由于过渡链节的链板要受附加弯矩的作用，使承载能力下降，所以在一般情况下最好不选用奇数链节链轮的齿数取与链节数互为质数的奇数时，在传动过程中每个链节与每个链轮齿都有机会啮合，这样可以使磨损均匀，反之，若两链轮的齿数为偶数，则链节与齿数之间存在公约数，由于传动具有周期性,只有少数的几个齿和链节经常啮合，造成受力磨损不均匀，有些部位提早失效，降低链传动的使用寿命。

&6.齿轮失效1、轮齿折断：当弯曲应力超过弯曲疲劳极限，轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐渐扩展，致使轮齿折断。

这种折断称为疲劳折断。

轮齿受到短时意外的严重过载或冲击载荷作用也易造成突然折断。

这种折断称为过载折断。

增大齿根处过渡圆角半径，提高齿面加工精度，可以降低应力集中。

在齿根处施以喷丸、辗压等冷作强化处理方法，都可以提高轮齿的抗折断能力。

2、齿面疲劳点蚀：轮齿工作时，当齿面接触应力超过材料的接触疲劳极限时，在载荷的多次重复作用下，齿面的表层会产生细微的疲劳裂纹，裂纹的蔓延、扩展，造成许多微粒从工作表面上脱落下来，在表面出现许多月牙形的浅坑，这使齿轮不能正常工作而失效。

这种失效称为齿面疲劳点蚀。

疲劳点蚀一般出现在齿根表面靠近节线处。

齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关。

齿面硬度越高，抗点蚀能力越强。

开式齿轮传动（齿轮外露、润滑不良的齿轮传动），由于磨损严重，一般不会出现点蚀。

提高齿面硬度和减少齿面粗糙度，采用粘度大的润滑油都有助于提高齿面接触疲劳强度，防止点蚀的发生。

3、齿面胶合：当齿面所受的压力很大且润滑效果差，或压力很大而速度很高时，由于发热大，瞬时温度高，相啮合的齿面发生粘联现象，此时两齿面有相对滑动，粘接的地方被撕裂。

这种胶合称为热胶合。

低速重载的齿轮，油膜遭破坏也发生胶合现象。

这时齿面温度无明显增高，这种胶合称为冷胶合。

为防止产生胶合现象，低速传动选用粘度大的润滑油，高速传动选用含抗胶合剂的润滑油。

此外，适当提高表面硬度及降低表面粗糙度也都是有效的方法。

4、齿面磨损：在载荷作用下，齿面会产生磨损，使齿侧间隙增大，齿根厚度减小，从而产生冲击和噪声。

对于开式齿轮传动，齿面磨损是它不可避免的失效形式。

采用闭式传动，保持润滑油的清洁，提高齿面硬度，减小齿面粗糙度，均可有效地减少齿面磨损。

5、齿面塑性变形：在重载作用下，当齿面硬度不够时，会产生一定的塑性变形。

在从动轮2齿面节线处出现凸棱，主动轮1齿面节线处出现凹沟，从而破坏齿廓形状，影响齿轮正常啮合。

适当提高齿面硬度，可防止或减轻齿面的塑性变形。

&7齿轮传动设计准则齿轮传动针对齿轮五种失效形式，应分别确立相应的设计准则。

但是对于齿面磨损、塑性变形等，由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据，所以目前设计齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。

对于高速大功率的齿轮传动（如航空发动机主传动、汽轮发电机组传动等），还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算。

至于抵抗其它失效能力，目前虽然一般不进行计算，但应采取的措施，以增强轮齿抵抗这些失效的能力。

1、闭式齿轮传动由实践得知，在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。

但对于齿面硬度很高、齿芯强度又低的齿轮（如用20、20Cr钢经渗碳后淬火的齿轮）或材质较脆的齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。

如果两齿轮均为硬齿面且齿面硬度一样高时，则视具体情况而定。

功率较大的传动，例如输入功率超过75kW的闭式齿轮传动，发热量大，易于导致润滑不良及轮齿胶合损伤等，为了控制温升，还应作散热能力计算。

2、开式齿轮传动齿轮传动开式（半开式）齿轮传动，按理应根据保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则进行计算，但如前所述，对齿面抗磨损能力的计算方法迄今尚不够完善，故对开式（半开式）齿轮传动，目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。