机械设计基础连接件的设计与计算
《机械设计基础》课程设计任务书
《机械设计基础》课程设计任务书一、课程设计的目的《机械设计基础》课程设计是机械类专业学生在学完《机械设计基础》课程后进行的一个重要的实践教学环节。
其目的在于：1、进一步巩固和加深学生所学的理论知识，通过实际设计，使学生初步掌握机械设计的一般方法和步骤，培养学生的工程设计能力和创新思维能力。
2、培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，提高学生的综合分析能力和动手能力。
3、使学生熟悉和掌握运用有关设计资料（如标准、规范、手册、图册等）进行设计计算和绘图的方法，提高学生的查阅资料和使用工具的能力。
4、通过课程设计，培养学生严谨的科学态度和认真负责的工作作风。
二、课程设计的任务设计一个简单的机械传动装置，如带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动等的组合，或者其他简单的机械结构。
具体的设计任务如下：1、设计题目根据给定的设计参数和工作条件，确定传动装置的类型和结构形式，并进行总体方案设计。
2、设计内容（1）传动装置的总体设计根据给定的工作条件和要求，确定传动装置的总体布局，选择合适的传动比，计算各轴的转速、功率和转矩。
（2）传动零件的设计计算根据总体设计方案，对主要传动零件（如带轮、齿轮、链轮、蜗杆蜗轮等）进行设计计算，确定其主要结构参数和尺寸。
（3）轴的设计计算根据各轴所传递的转矩和转速，对轴进行结构设计和强度计算，确定轴的直径、长度、键的尺寸等。
（4）轴承的选择和计算根据轴的受力情况，选择合适的轴承类型和型号，并进行寿命计算。
（5）连接件的选择和计算选择合适的联轴器、键等连接件，并进行强度计算。
（6）箱体及附件的设计设计箱体的结构和尺寸，选择合适的润滑和密封方式，确定附件（如观察孔、通气孔、放油孔等）的位置和尺寸。
3、设计要求（1）设计计算说明书一份设计计算说明书应包括设计任务、设计方案的选择和确定、主要零件的设计计算过程、设计结果的分析和讨论等内容。
说明书应书写工整、条理清晰、计算准确、图文并茂。
（2）装配图一张（A1 或 A0 图纸）装配图应能正确表达传动装置的工作原理、各零件的装配关系和结构形状，标注必要的尺寸、配合、公差和技术要求等。
连接件受力经验计算公式
连接件受力经验计算公式
1. 螺栓连接受力计算公式
- 轴向受力: F = π/4 * d^2 * σb
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
其中, d为螺栓直径, σb为螺栓材料的抗拉强度, τ为螺栓材料的剪切强度。
2. 焊缝受力计算公式
- 焊缝长度受力: F = a * l * σw
- 焊缝面积受力: F = a * σw
其中, a为焊缝面积或长度, l为焊缝长度, σw为焊缝材料的极限强度。
3. 键连接受力计算公式
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
- 压力受力: F = d * l * p
其中, d为键直径, l为键长度, τ为键材料的剪切强度, p为键与轴承的接触压力。
4. 铰链连接受力计算公式
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
- 压力受力: F = d * b * p
其中, d为铰链直径, b为铰链宽度, τ为铰链材料的剪切强度, p为铰链与轴承的接触压力。
以上公式是基于理想工况下的简化计算方法,实际应用中还需考虑安全系数、应力集中等影响因素进行修正。
此外,对于复杂的连接形式,可能需要采用有限元分析等数值计算方法。
机械设计基础带连接知识点
机械设计基础带连接知识点在机械设计中，连接是不可或缺的一环。
合理的连接设计可以确保机械装置的正常运行和性能表现。
本文将介绍机械设计中的一些基础连接知识点。
一、刚性连接刚性连接是通过固定连接剪力或者压力传递的一种连接方式。
常见的刚性连接方式包括焊接、螺纹连接等。
焊接是最常见的刚性连接方式，通过熔化和凝固的金属填充物将两个零件连接在一起。
螺纹连接则是通过螺纹的间隙摩擦实现连接。
二、非刚性连接非刚性连接是通过弹性变形或者摩擦力传递的一种连接方式。
常见的非刚性连接方式包括销销连接、键连接等。
销销连接是将一个销和两个孔配合使用，在销和孔之间产生摩擦力来传递力矩。
键连接则是通过在轴和轴套之间插入键来传递力矩。
三、轴与套的连接在机械设计中，轴与套的连接是非常常见的一种连接方式。
常见的轴与套的连接方式有以下几种：1. 尺寸配合连接：轴和套之间根据设计要求配合尺寸进行连接，如过盈配合、间隙配合等。
过盈配合要求轴的尺寸稍大于套的尺寸，以产生一定的压缩应力，使轴与套之间形成紧密连接。
间隙配合则要求轴和套之间有一定的间隙，方便装拆和调整位置。
2. 键连接：当轴需要承受较大的力矩时，常常采用键连接。
键连接是在轴和套之间插入一条键，使轴和套之间产生较大的摩擦力和咬合力，以传递力矩。
3. 锥形连接：锥形连接适用于需要随时拆卸的轴与套连接。
通过锥形的装配，可以实现紧固和拆卸的方便性。
常见的锥形连接方式有圆台形连接和棱台形连接。
四、联轴器的连接联轴器是机械传动系统中常用的连接装置。
它可以实现轴与轴之间的连接，具有传动可靠、防止轴间相对错位、减缓震动和吸收冲击的作用。
常见的联轴器包括齿轮联轴器、弹性联轴器、万向节联轴器等。
在联轴器的选择和设计中，需要根据具体的工作要求、转矩传递等参数来确定最适合的联轴器类型。
五、机械连接件的设计考虑因素在设计机械连接件时，需要考虑以下几个因素：1. 力传递和传递方式：根据所需的力传递特性，选择合适的连接方式。
机械设计基础 第十章 联接
§10—4 螺纹联接的基本类型及 螺纹紧固件
一、螺纹联结基本类型 二、螺纹紧固件
一、螺纹联接的基本类型
1、螺栓联接 a) 普通螺栓联接：
被连接件通孔不带螺纹，被联接件不太厚， 装拆方便。螺杆带钉头，螺杆穿过通孔与螺母配合 使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消 失，结构简单，可多次装拆，应用较广。
牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。
梯形螺纹特点： =2=30。比矩形螺纹效率略低。 牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母 可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。
有粗牙普通螺纹M10和M68，请说明在静载 荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f = 0.1~0.15） 查得： 解： 1、首先求螺纹升角λ 。
粗牙螺纹
细牙螺纹
2、管螺纹 特点：用于管件连接的三角螺纹，=55,螺纹面间 没有间隙，密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的 连接。管螺纹广泛用于水、汽、油管路联接中。
管螺纹除普通细牙螺纹外，还有60º 55º 、 的圆柱 管螺纹和60º 55º 、 的圆锥管螺纹。 管螺纹公称直径是管子的公称通径。
L=nP(n=2) L=nP(n=2) L=nP(n=2)
dd d dd 2 2 d2 dd 1 1 d1
P P P
d 1 1 d 1 d d 2 2 d 2 d d d d
hh h
LL L
4）螺 距 P — 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应 两点间的轴向距离。 5）导程（S）— 同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面 的母线上的对应两点间的轴向距离。 6）线数n —螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4。 螺距、导程、线数之间关系：S=nP
M10螺纹： 螺距P=1.5mm，中径d2=9.026mm； M68螺纹： 螺距P=6mm， 中径d2=64.103mm。 M10螺纹升角：
机械设计基础10+螺纹连接与键连接
螺钉无头，无螺母，直接拧入被连接 件中，通过拧紧使螺钉产生预紧力。
螺柱连接
由一端带孔的螺柱和两个螺母组成， 一个螺母固定在被连接件上，另一个 螺母拧紧使螺柱伸出端产生预紧力。
螺纹连接的预紧与防松
预紧
在装配时，通过拧紧螺母或螺钉 ，使螺栓、螺柱或螺钉产生预拉 力，以提高连接的刚性和紧密性 。
防松
为防止螺纹连接在承受外载荷时 松动，采取各种措施来阻止松动 。常用的防松方法有弹簧垫圈、 自锁螺母、开口销等。
坏或磨损现象。
润滑
定期对键连接进行润滑 ，以减少摩擦和磨损，
延长使用寿命。
紧固
对于松动的键连接，应 及时进行紧固，防止出
现意外事故。
更换
对于磨损严重的键连接 ，应及时进行更换，防
止出现安全事故。
05
螺纹连接与键连接的发展趋势
新型螺纹连接的开发与应用
自锁螺纹连接
这种新型螺纹连接具有自锁功能，能 够在无外力的情况下保持紧密，防止 松动。广泛应用于需要高稳定性的机 械装置。
02
键连接
键连接的类型与特点
平键连接
平键连接是最常见的键连接类型，主要用于传递扭矩和旋 转运动。它具有结构简单、工作可靠、装拆方便等优点， 但承受的载荷较小。
楔键连接
楔键连接主要用于固定轴的位置，并传递扭矩。楔键连接 具有较高的承载能力和定位精度，但装拆不太方便。
花键连接
花键连接是一种多齿的键连接，能够承受较大的载荷。花 键连接具有较高的承载能力和较高的效率，但制造较复杂 ，成本较高。
键连接在机械中的应用
固定轴与轮毂
键连接主要用于固定轴与轮毂之 间的连接，如汽车变速箱中的轴
和齿轮等。
传递扭矩
杨可桢《机械设计基础》课后习题及详解(连接)【圣才出品】
第10章连接10-1 试证明具有自锁性的螺旋传动，其效率恒小于50％。
证明：螺旋传动的效率，自锁时有螺旋升角小于等于当量摩擦角，即ψρ'≤，故有，则：其中，。
因此，。
命题得证。
10-2 试计算M120、M20×1.5螺纹的升角，并指出哪种螺纹的自锁性较好。
解：M20螺纹的螺距p＝2.5 mm，由于相同公称直径情况下，螺距小则螺纹升角小，因此M20×1.5的螺纹自锁性较好。
10-3 用12英寸扳手拧紧M8螺栓。
已知螺栓力学性能等级为4.8级，螺纹间摩擦系数f＝0.1，螺母与支承面间摩擦系数f0＝0.12，手掌中心至螺栓轴线的距离l＝240 mm。
试问当手掌施力125 N时，该螺栓所产生的拉应力为若干？螺栓会不会损坏？（由设计手册可查得M8螺母dw＝11.5 mm，d0＝9 mm）。
解：查取手册可知M8螺栓的有关几何参数：螺距p＝1.25 mm，中径d2＝7.188 mm，小径d1＝6.647 mm则其螺纹升角：当量摩擦角：拧紧螺母时力矩：，且T＝FL，代入数据可得此时的轴向载荷：根据已知螺栓等级可得，该螺栓的屈服极限为。
拉应力：因此螺栓会损坏。
10-4 一升降机构承受载荷Fa为100 kN，采用梯形螺纹，d＝70 mm，d2＝65 mm，P＝10 mm，线数n＝4。
支承面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用导向滚轮，它们的摩擦阻力近似为零。
试计算：（1）工作台稳定上升时的效率，已知螺旋副当量摩擦系数为0.10。
（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩。
（3）若工作台以800 mm／min的速度上升，试按稳定运转条件求螺杆所需转速和功率。
（4）欲使工作台在载荷Fa作用下等速下降，是否需要制动装置？加于螺杆上的制动力矩应为多少？图10-1解：（1）梯形螺纹的螺纹升角：当量摩擦角：故工作台稳定上升时的效率：。
（2）稳定上升时加于螺杆的力矩：。
（3）螺杆的转速：所需的功率：。
（4）由（1）可知螺纹升角＞当量摩擦角，该梯形螺旋副不具有自锁性。
机械设计基础 第3版 教学课件 ppt 作者 王大康 第七章：连接
b)
a) 矩形螺纹
b) 非矩形螺纹
矩形螺纹相当于平滑块与平斜面的作用，非矩形螺纹相 当于楔形滑块与楔形斜面的作用。可将摩擦力的增大视为摩 擦因数和摩擦角的增大。此摩擦角称为当量摩擦角。 f f arctan fv arctan fv v cos cos 2 2
二、螺纹参数（以圆柱螺纹为例）
1．d— 大径、螺纹的公称直径。
2．d1—小径、螺纹的危险剖面直径。
3． d2—中径、是确定螺纹的几何 参数及配合性质的直径。 4．n—线数、 单线螺纹 n=1，有自锁性，用于连接。 多线螺纹 n≥2，效率高，用于传动。为便于加工，n≤4。 5．P—螺距、螺纹相邻两牙在中径线上对应点之间的轴 向距离。
2．螺旋副的效率 拧紧螺母使其旋转一周的输入功：
W 2 T d F tan( ) 1 2Q
有效功：（相当于将重物FQ升举一个导程S）
W F S d F tan 2 Q 2 Q
效率：
W ta n 2 W ta n ( ) 1
当摩擦角ρ一定时，螺旋副的效率只取决于螺纹升角 ψ的大小。但过大的升角会造成加工困难，故ψ一般应不 大于20º ～25º 。
6．S—导程 螺纹上任一点沿螺旋线旋转一周所 移动的轴向距离。 单线螺纹: S=P 多线螺纹：S=nP 7．ψ—螺纹升角
螺旋线的切线与垂直螺 纹轴线平面间的夹角。各直 径处的ψ不同，ψ指螺纹中径 处的升角。 S arctan （7-1） d2
8．α—牙形角
s ψ
πd1 πd2 πd
通过螺纹轴线的平面内螺纹牙两侧边的夹角。
常用螺纹 1．三角螺纹 （1） 普通螺纹 普通螺纹是公制螺纹，α＝60o，自锁性好，牙根厚，强 度高，多用于连接。根据螺距大小可分为普通粗牙螺纹和普 通细牙螺纹。 1）粗牙螺纹： 一般连接多采用粗牙螺纹。 2）细牙螺纹： 螺距小，自锁性好，强度高； 但不耐磨，易滑扣，不宜经常装 拆。多用于仪器中的调整螺旋， 薄壁零件连接，受冲击及变载荷 的连接。
机械设计基础第10章
预紧力Fa →产生拉伸应力σ
Fa
0.5
∴ 强度条件为： 1.3Fa [ ] e 2 d1 4
d1
按第四强度理论，当量应 力： e 2 3 2 1.3
1、承受横向工作载荷的普通螺栓强度
工作原理：依靠预紧力作用下 在被连接件之间产生的摩擦力 承受横向工作载荷。 摩擦力： F f F0 fm 保证连接可靠，要求：
§10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件
一、螺纹连接的基本类型 1.螺栓连接： 普通螺栓连接：应用广泛，两被连接件不太厚， 便于从两边装配。 铰制孔用螺栓连接：受横向载荷。 2.双头螺栓连接：被连接件之一较厚，常拆卸。 3.螺钉连接：被连接件之一较厚,不常拆卸，且不易 做成通孔的场合。
4.紧定螺钉连接：用于固定两零件的相对位置，并可 传递不大的力和转矩。
—设计公式
d1—螺纹小径（mm） [σ]—许用拉应力 N/mm2 (MPa) Fa
二、紧螺栓连接
紧螺栓连接——承受横向工作载荷和承受轴向工作载荷两种情况
承受工作载荷前拧紧，在拧紧力矩T和轴向载荷Fa（预紧力F0 ） 作用下，螺栓发生拉扭变形，螺栓工作在复合应力状态。
1 2 d1 4 d2 Fa tan(ψ ' ) 螺纹摩擦力 Fa 2d 2 T1 2 tan(ψ ' ) 矩T1→产生 1 2 d1 WT d13 d1 剪应力τ 16 4
θ
一、受力分析
1、矩形螺纹
三点假设：
1.螺纹拧紧过程相当于滑块沿斜面上升的过程；
2.拧紧过程中螺纹各圈的变形量相等；
F Fa
3.力作用在螺纹中径上。
拧紧过程：
FR Fn
ρ
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机械设计基础连接件的设计与计算为了确保机械装置的稳定运行和可靠性，连接件在机械设计中起着至关重要的作用。
本文将讨论机械设计中常见的连接件类型，并介绍它们的设计与计算方法，以满足设计要求。
一、螺栓连接
螺栓连接是机械设计中最常见的连接方式之一，其设计与计算涉及到以下几个方面：
1. 材料选择：根据连接件所承受的载荷和工作环境的要求，选择合适的材料。
常见的螺栓材料有碳钢、合金钢等。
2. 螺栓类型选择：根据连接件的要求和工作环境，选择合适的螺栓类型，如普通螺栓、高强度螺栓等。
3. 预紧力计算：预紧力是螺栓连接中的重要参数，它直接影响到连接件的紧固性能。
预紧力的计算需要考虑连接件的材料、载荷和工作条件等因素。
4. 螺栓抗滑移计算：连接件在工作中可能会受到剪切力和转动力的作用，因此螺栓的抗滑移能力也需要进行计算。
二、销连接
销连接也是常用的连接方式之一，在机械设计中使用较多。
销连接涉及到以下几个方面的设计与计算：
1. 销的尺寸计算：首先需要确定销的材料，然后根据连接件的要求
和工作条件，计算销的直径和长度等尺寸。
2. 销的承载能力计算：根据连接件所承受的载荷和工作条件，计算
销的承载能力，确保连接的稳定性和可靠性。
3. 销连接的公差设计：公差设计是保证连接件质量的重要环节，需
要根据连接件的功能和工作要求，合理设定公差范围。
三、键连接
键连接是常见的传动连接方式，在机械设计中广泛应用。
键连接的
设计与计算包括以下几个方面：
1. 键的材料选择：根据连接件受力情况和工作环境，选择合适的键
材料，例如碳钢、不锈钢等。
2. 键的尺寸计算：根据连接件的要求和工作条件，计算键的宽度、
长度和高度等尺寸。
3. 键的承载能力计算：计算键在承受剪切力和转矩力时的承载能力，以确保连接的可靠性和稳定性。
四、焊接连接
焊接连接是机械设计中常用的连接方式之一，其设计与计算涉及到
以下几个方面：
1. 焊接材料选择：根据连接件的要求和工作条件，选择合适的焊接
材料，如焊条、焊丝等。
2. 焊接接头形式选择：根据连接件的形状和工作要求，选择合适的
焊接接头形式，如对接焊、角焊等。
3. 焊接强度计算：根据焊接材料和焊接方法，计算焊接接头的强度，以确保连接的可靠性和稳定性。
总结：
机械设计中的连接件设计与计算是确保机械装置稳定运行和可靠性
的关键环节。
本文介绍了螺栓连接、销连接、键连接和焊接连接的设
计与计算方法，希望对读者在机械设计中相关工作的进行提供一定的
指导和帮助。
通过合理的设计和计算，能够确保连接件的质量和可靠性，进而提高机械装置的工作效率和使用寿命。