螺纹连接件的材料和许用应力

机械设计基础课程教案

授课时间第14 周周第 28 节课次 2

授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验课□习题课□

其他□

课时

安排

2

授课题目：螺栓组连接

1.螺纹连接件的材料和许用应力

2.提高螺栓联接强度的措施

3.滑动螺旋传动简介螺纹联接的预紧和防松

主要教学方法与手段教学方法：

教学手段：多媒体教学，结合工程实际分组讨论

本课次教学目的、要求：

1.熟悉螺纹连接件的材料和许用应力

2.了解提高螺纹联接强度的常用措施和螺旋传动的设计

教学重点及难点：

重点：提高螺栓联接强度的措施。

难点：提高螺栓联接强度的措施。

教学基本内容及过程

一、螺纹连接件的材料和许用应力

1、螺纹连接件的材料

一般条件下，螺纹连接件的常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215、Q235、15、35和45钢，受冲击、振动和变载荷作用的螺纹连接件可采用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi和15CrVB等；有腐蚀、防磁、导电、耐高温等特殊要求时采用1Cr13、2Cr!3、CrNi2等。螺纹连接件的常用材料的力学性能见表7－7。

2、螺纹连接的许用应力

螺纹连接的许用应力见表7－8。

二、提高螺栓联接强度的措施

1、改善螺纹牙间载荷分布不均状况

a) 悬置螺母——强度↑40%（母也受拉，与螺栓变形协调，使载荷分布均匀）

b) 环槽螺母——强度↑30%（螺母接近支承面处受拉） c) 内斜螺母——强度↑20%（接触圈减少，载荷上移） d) （b ）(c)结合螺母——强度↑40% e) 不同材料匹配——强度↑40% 2、降低螺栓应力幅（a ）

3、减小应力集中

螺纹牙根、收尾、螺栓头部与螺栓杆的过渡处等均可能产生应力集中。 1）加大过渡处圆角

2）改用退刀槽↑20~40%（螺纹收尾处） 3）卸载槽 4）卸载过渡结构。 4、采用合理的制造工艺

1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度↑30~40%

2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等。可提高疲劳强度 3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度↑70~100%，此法具有优质、高产、低消耗功能。

4）控制单个螺距误差和螺距累积误差。

三、 滑动螺旋传动简介

螺旋传动是利用由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的，主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力的场合。 1、螺旋传动的类型

1）传力螺旋——举重器、千斤顶、加压螺旋。特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁

2）传导螺旋——机床进给汇杠—传递运动和动力，特点：速度高、连续工作、精度高 3）调整螺旋——机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。其特点是受力较小且不经常转动

按摩擦副的性质分：

1）滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁。

2）滚动螺旋传动——摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环，滚动螺旋两种。

3）静压螺旋——液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开。

7.7.2 螺旋传动的结构及材料

1、螺母结构

（1）整体螺母

（2）组合螺母

（3）对开螺母

2、螺杆结构

3、材料

螺杆材料的选用原则：（1）高精度传动时多选碳素工具钢。（2）需要较高硬度，如50～56HRC时，可采用铬锰合金钢；当需要硬度为35～45HRC时，采用65Mn钢。（3）一般情况下采用45、50钢。

小结：

1.螺纹连接件的材料和许用应力

2.提高螺栓联接强度的措施

3.滑动螺旋传动简介螺纹联接的预紧和防松

机械设计基础课程教案

授课时间第 15 周周第29 节课次 2

授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验课□习题课□

其他□

课时

安排

2

授课题目：键

1.键联接的类型、特点及应用

2.普通平键联接尺寸选择及强度校核

3.花键联接

主要教学方法与手段教学方法：

教学手段：采用多媒体教学（加动画演示），结合教具，提高学生的学习兴趣。

本课次教学目的、要求：1.了解键的类型、特点及应用

2.掌握键的选择与验算

教学重点及难点：键的选择与验算。

重点：

难点：

教学基本内容及过程

一、轴毂联接

轴毂联接：轴与轮状零件的毂间的联接。

主要类型：键联接、花键联接、过盈配合联接及销联接。

1、键联接

（一）键联接的类型和应用

键可分为平键、半圆键、楔键、切向键等多种类型，且已标准化。

1、平键联接平键的两侧面是工作面，与键槽配合，工作时靠键与键槽侧面互相挤压传递扭矩。

按用途可分为普通平键、导键、滑键。

普通平键用于静联接，即轴与轮毂间无相对轴向移动的联接。按端部形状可分为A型(圆

头)B型(方头)、C型(单圆头)三种。

导键和滑键都用于动联接，即轴与轮毂间有相对轴向移动的联接。导键适用于轴向移动距离不大的场合，如机床变速箱中的滑移齿轮。滑键用于轴上零件在轴上移动距离较大的场合，以免使用长导键。

滑键联接

2、半圆键联接键的两侧面为工作面。用于静联接，定心性好，装配方便，但键槽较深，对轴的强度削弱较大。主要用于轻载荷和锥形轴端。

3、楔键联接和切向键联接

楔键的上、下两面是工作面。仅适用于传动精度要求不高，载荷平稳和低速的场合。

楔键分普通楔键和钩头楔键两种。

切向键是由一对具有斜度1﹕100的楔键组成。切向键的上下两个相互平行的窄面为工作面。适用于对中要求不严，载荷很大，大直径轴的联接。

（二）键联接的类型选择和平键的强度验算 1、键联接的类型选择 2、平键的尺寸选择 3、平键联接的强度验算

其强度条件为

p p dhl T

][σσ≤=

4

式中 l －键的工作长度（㎜），圆头平键l =L-b ，方头平键l =L,单圆头平键l ＝

2b

L -

。

[]p σ－键联接中挤压强度最低的零件的许用挤压应力（对于动联接则以许用压强[p]

代替式中的

[]p σ（N/㎜2）

，查表13.6

2、 花键联接

花键联接由多个键齿构成，键齿沿轴和毂孔的周向均布。齿侧面为工作面，适用于静、动联接。

3、销联接

销联接主要用来固定零件之间的相互位置，也可用于轴和轮或其它零件的联接，并传递不大的载荷，有时还可用来作安全装置中的过载剪断元件。

圆柱销利用微量的过盈装配在铰光的销孔中，如果多次装拆，就会松动，失去定位的精确性和联接的紧固性。

圆锥销有1﹕50的锥度，在受横向力时可以自锁；装配在铰光的销孔中，可多次装拆而不影响定位的精确性。

定位销通常不受载荷或受很小的载荷，其尺寸根据经验从标准中选取。承受载荷的销(如承受剪切和挤压等)，一般先根据使用和结构要求选择其类型和尺寸，然后校核其强度。

开口销是一种防松零件，常用低碳钢丝制造。

小结：

1、键连接的类型、特点及应用。

2、键的选择与验算。

机械设计基础课程教案

授课时间第 15 周周第30 节课次 2

授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验课□习题课□

其他□

课时

安排

2

授课题目：联轴器、离合器、弹簧

1.联轴器

2.离合器

3.弹簧

主要教学方法与手段教学方法：采用多媒体教学（加动画演示），结合教具，提高学生的学习兴趣

教学手段：

本课次教学目的、要求：1.了解联轴器、离合器及弹簧的功用、类型、结构及应用

2.掌握联轴器的选择

教学重点及难点：

重点：常用联轴器和离合器的结构及应用。

难点：联轴器的选择。

教学基本内容及过程

一、联轴器

根据联轴器补偿两轴相对位移能力的不同可将其分为两大类：

1、刚性联轴器

2、挠性联轴器

1、刚性联轴器

常用的刚性联轴器有套筒联轴器和凸缘联轴器等。

1、套筒联轴器

2、凸缘联轴器

2、无弹性元件联轴器

常用的无弹性元件联轴器有：十字滑块联轴器、万向联轴器和齿式联轴器等。

1、十字滑块联轴器

2、万向联轴器

3、齿式联轴器

3、弹性联轴器

常用的弹性联轴器有：弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器等。 1、弹性套柱销联轴器

2、弹性柱销联轴器

4、 联轴器的选择 1、选联轴器类型

按载荷大小，转速高低，而轴对中性和工作特性（振动、冲击等） 2、定计算扭矩

计算转矩Tc 由下式求出：

[]n W

c T n

P K KT T ≤==9550

3、定型号

要求

]

[T T ca ≤

[T]——许用扭矩 4、校核转速

max

n n <——允许最高转速（r/min ）

5、协调轴孔直径

6、规定部件安装精度（根据联轴器允许的轴的相对偏移量）

7、必要校核。

二、离合器

1、 牙嵌式离合器

适于停车和低速（n<10r/min ）时接合 2、摩擦式离合器

2、 特殊功用离合器

1

、安全离合器

2、超越离合器

滚柱式超越离合器——可实现单向超越（或接合），接合比较平稳，无噪音。

自行车后轮轴中有棘轮式超越离合器。

3、离心式离合器

4、磁粉离合器

三、弹簧

1、概述

1、弹簧的功用

2、弹簧的类型

按外形分：为螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、盘弹簧和板簧

名 称

图

说 明

拉伸弹簧

承受拉力

压缩弹簧承受压力

圆锥螺旋

承受压力弹簧

扭转弹簧承受扭矩

弯曲弹簧

碟形弹簧承受压力

环形弹簧

板弹簧承受弯距

3、圆柱螺旋弹簧的结构

1、压缩弹簧

弹簧两端的端面圈与邻圈并紧，不参与弹簧变形，只起支承的作用，俗称死圈。

2、拉伸弹簧

4、圆柱螺旋弹簧的制造

弹簧的卷制方法有冷卷法和热卷法

5、圆柱螺旋弹簧的材料及许用应力

1、弹簧的材料

2、弹簧的许用应用

小结：

1、联轴器、离合器及弹簧的功用、类型、结构及应用。

2、掌握联轴器的选择。