作者：于惠力,冯新敏
出版社：机械工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
常见机械零件设计与实例试读：
前言
随着我国机械工业的快速发展，机械行业的工程技术人员数量不断增加。为使机械工程技术人员尤其是初、中级技术人员尽快提高最基本的机械设计能力，在最短时间内掌握机械零部件设计方法及新的设计标准，我们编写了本书。
常用机械零部件种类繁多，涉及的知识面广，设计内容多，设计方法也很复杂，尤其是近年来颁布的国家标准又提出了许多新的设计方法，例如圆柱螺旋弹簧的设计方法等。如何将众多的机械零件设计方法用浅显易懂的方式表达出来，使读者在最短时间内消化理解，是我们在编写过程中遇到的难题。本书的编写有如下特点：
1）编写内容方面突出实用的原则。本书在阐述每一个零件的设计理论和方法之后，紧接着有相关内容的设计实例，并且对设计实例按步骤进行了详细的解答，最后给出符合生产要求的、按最新国家标准绘制的零件工作图。
2）采用高度概括、精炼的编写方式。大部分机械零件的设计理论和方法都采用框图的方式进行了总结，使思路清晰、一目了然，便于读者掌握。
3）采用最新颁布的国家标准及规范。
本书包括机械工程中常见的连接零件、传动零件、轴系零部件及弹性元件四大类，具体包括螺纹连接件、螺旋传动件、键、销、V带、同步带、平带、链、齿轮、蜗轮、轴、滚动轴承、滑动轴承、联轴器、离合器、制动器、圆柱螺旋弹簧等零件。
本书由于惠力和冯新敏编写。在编写过程中参考了一些同行所编写的教材、文献等，在此一并表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，编写时间仓促，不妥之处在所难免，殷切希望广大读者对书中的错误和欠妥之处批评指正。编者
第1篇 连接零件设计及实例
第1章 螺纹连接
为了满足机器的制造、安装、运输、调整和维修等功能，必须将许多零部件通过一定的方式连接起来。连接分为可拆连接和不可拆连接两大类，可拆连接应用最广。利用螺纹零件构成的可拆连接称为螺纹连接。螺纹连接是可拆连接中应用最广、最重要的一种连接方式，因此设计者必须了解常用的螺纹连接的结构设计、受力分析及强度计算的基本理论和基本方法。
1.1 螺纹连接的结构设计及设计实例
1.1.1 螺纹连接的结构设计1.螺纹连接的类型及结构
螺纹连接根据其结构可分为四种基本类型和两种特殊类型。四种基本类型为螺栓连接、螺钉连接、双头螺柱连接和紧定螺钉连接，两种特殊类型为地脚螺栓与吊环螺钉。其结构型式、主要尺寸、特点和应用列于表1-1中。
2.工程上螺纹连接的结构设计
工程上螺纹连接的应用一般都是成组的螺栓，称螺栓组。螺栓组连接的结构设计原则是：
1）螺栓要尽量对称分布，螺栓组中心与形心重合。对于圆形构件，螺栓数目一定要取偶数，有利于分度、划线、钻孔。
2）一组螺栓设计成直径、长度、材料都相等，有利于加工和美观。
3）设计合理的螺栓间距和适当的边距，应满足扳手空间以利于用扳手装拆，尺寸可查机械设计手册。
4）装配时，对于紧螺栓连接，应尽量使每个螺栓预紧程度（预紧力）一致。1.1.2 螺纹连接的结构设计实例
螺纹连接的结构设计正误实例列于表1-2中。表1-1 螺纹连接的主要类型（续）表1-2 螺纹连接的结构设计正误实例（续）（续）
1.2 螺栓组连接的受力分析及强度计算
1.2.1 螺栓组连接的受力分析螺栓组连接受力分析的目的是求出一组螺栓中受力最大的螺栓所受的力，为强度计算提供条件。
假设：①被连接件为刚性体；
②各个螺栓的材料、直径、长度与预紧力相同；
③螺栓的应变在弹性范围内。
根据以上假设，进一步讨论当作用于一组螺栓的外载荷是轴向力、横向力、扭转力矩和翻倒力矩时，一组螺栓中受力最大的螺栓所受的力。图1-1 螺栓组连接受轴向载荷作用
1.螺栓组连接受轴向载荷F作用Q
如图1-1所示，作用于压力容器螺栓组几何形心的载荷为F，螺Q栓个数为Z，则每个螺栓所受的工作拉力为
2.螺栓组连接受横向载荷F作用R
一组螺栓受横向载荷作用时，如果采用受拉螺栓，则螺栓受拉而不受剪，如图1-2a所示，如果采用受剪螺栓，则螺栓有可能受剪切作用，如图1-2b所示。（1）采用受拉螺栓（普通螺栓） 如图1-2a所示，此时的螺栓在安装时每个螺栓受预紧力F′作用，而被连接件受夹紧力（正压力）作用，夹紧力产生的摩擦力与外载荷平衡，可得出螺栓受的预紧力为
式中 K——可靠系数，取1.1～1.3；f
μ——结合面间的摩擦因数；S
m——结合面数，两块板时m＝1。（2）采用受剪螺栓（铰制孔光螺栓） 如图1-2b所示，此时横向外载荷F直接作用在每个螺栓上，则每个螺栓所受的剪切力为R图1-2 螺栓组连接受横向载荷作用
3.螺栓组连接受扭转力矩T作用
如图1-3a所示，作用到一组螺栓几何形心的载荷是扭转力矩T，但是，对于每个螺栓而言，就相当于受横向力作用，因此与前面分析的情况相同，也分两种情况考虑：（1）设计成受拉螺栓（普通螺栓） 如图1-3b所示，此时靠摩擦传力，即扭转力矩被底板的摩擦力矩平衡，从而得出单个螺栓所受的预紧力为
式中 r——第i个螺栓中心到回转中心的距离（mm）。i（2）设计成受剪螺栓（铰制孔光螺栓） 此时靠剪切传力，如图1-3c所示，底板受力为扭转力矩T和螺栓给螺栓孔的反力矩。列出底板的受力平衡式以及变形协调条件，可求出一组螺栓中受力最大的螺栓所受的横向力为
式中 r——受力最大的螺栓中心到回转中心的距离（mm）。max图1-3 螺栓组连接受扭转力矩作用
4.螺栓组连接受翻倒力矩M作用
如图1-4所示，此时，因为翻倒力矩M的方向与螺栓的轴线平行，因此螺栓只能受拉而不能受剪。同时，为了接近实际并简化计算，又进行了重新假设：被连接件为弹性体，因此翻倒轴线为O—O而不是底板的右侧边。列出平衡式，可以得出一组螺栓中受力最大的螺栓所受的工作拉力为图1-4 螺栓组连接受翻倒力矩作用
式中 l——一组螺栓中受力最大的螺栓中心到翻倒轴线的垂直max距离（mm）；
l——第i个螺栓中心到翻倒轴线的垂直距离（mm）。i
一定注意要将外载荷移到螺栓组接缝面的几何形心后再进行计算。
螺栓组连接的受力分析可参考图1-5。1.2.2 螺栓组连接的强度计算
从图1-5可见，无论外载荷是轴向力、横向力、扭转力矩还是翻倒力矩，螺栓的受力只有两种情况，不是受拉就是受剪，因此强度计算只分两种情况讨论：受拉螺栓和受剪螺栓。图1-5 螺栓组连接的受力分析框图
1.受拉螺栓（1）受拉松连接螺栓 受拉松连接是指螺栓不拧紧，因此螺栓不受预紧力。图1-6所示的起重吊钩，当吊起重物时，螺栓相当于一个杆件受纯拉伸，因此强度条件为
设计式为
式中 d——螺栓的根径（小直径），mm；1
［σ］——许用拉应力（MPa），见表1-3。
设计出的根径应按螺纹标准取值，并标出螺纹的公称直径d（外径）。图1-6 松连接的起重吊钩图1-7 只受预紧力的紧螺栓连接（2）受拉紧连接螺栓
1）只受预紧力F′的紧连接螺栓。只受预紧力F′的紧连接螺栓是指一组螺栓当外载荷为横向力F或扭转力矩T时，设计成受拉螺栓，R靠摩擦传力，如图1-7所示。
对螺栓螺纹部分进行受力分析。因为螺栓受预紧力F′作用，所以螺栓受拉；同时拧紧螺母时，螺纹副之间有摩擦阻力矩，因此螺栓还受扭，可根据第四强度理论求出合成应力为
校核式为
设计式为
2）既受预紧力F′，又受工作拉力F作用的紧连接螺栓。既受预紧力F′，又受工作拉力F作用的紧连接螺栓，是指受拉螺栓在受预紧力后，又进一步受轴向拉（压）力或翻倒力矩作用。首先应该求出总拉力F，再进行强度计算。能否认为预紧力F′和工作拉力F方向相同，0而总拉力F等于二者直接相加呢？不能，由于螺栓与被连接件的弹性0变形，总拉力不等于预紧力F′加工作拉力F，即F≠F′＋F。由理论分0析得，总拉力F与预紧力F′、工作拉力F、螺栓刚度c、被连接件刚01度c有关，属于静不定问题，可利用静力平衡条件及变形协调条件求2得（推导过程略）：
式中 F″——残余预紧力（N）；
F——工作拉力（N）；——相对刚度，一般可根据垫片材料确定：金属垫或不用垫0.2～0.3，
皮革垫0.7，铜皮石棉板0.8，橡胶垫0.9。
式（1-11）表明：螺栓的总拉力等于预紧力加上工作载荷的一部分。当被连接件刚度c＞＞螺栓刚度c时，F≈F′；当被连接件刚度c2102＜＜螺栓刚度c时，F≈F′＋F。10
螺栓所受的工作拉力过大而出现缝隙是不允许的，因此应使残余预紧力F″＞0。残余预紧力F″可以参考以下的经验数据进行选择：当外载荷F不变时，取F″＝（0.2～0.6）F；当外载荷F变化时，取F″＝（0.6～1.0）F；对于紧密连接的压力容器，因气密性要求，可取F″＝（1.5～1.8）F。
此时螺栓的强度条件应该是：。考虑到螺栓工作时，个别螺栓可能松动，因此需要补充拧紧，螺栓任意截面受拉同时受扭，按第四强度理论，得出此时的强度条件为
上式适用于螺栓承受静载的情况，许用应力见表1-3。该式也适用于变载，但是，变载情况下需要验算应力幅，即
式中 ［σ］——许用应力幅，见表1-3。a表1-3 受拉螺栓连接的许用应力 （单位：MPa）（续）
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]