第9、10章螺纹和键9

机械设计基础习题参考答案机械设计基础课程组编武汉科技大学机械自动化学院第2章 平面机构的自由度和速度分析2-1画运动简图。

134522-2 图2-38所示为一简易冲床的初拟设计方案。

设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。

试绘出其机构运动简图，分析其运动是否确定，并提出修改措施。

43512 运动产生干涉解答：原机构自由度F=3⨯3- 2 ⨯4-1 = 0，不合理 ， 改为以下几种结构均可：2-3 试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。

b)a)A EMDFELKJIFBCCDBA解答：a) n=7; P l =9; P h =2，F=3⨯7-2 ⨯9-2 =1 L 处存在局部自由度，D 处存在虚约束b) n=5; P l =6; P h =2，F=3⨯5-2 ⨯6-2 =1 E 、B 处存在局部自由度，F 、C 处存在虚约束 2-4 试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。

BDCA(a)CDBA(b) 解答：a) n=4; P l =5; P h =1，F=3⨯4-2 ⨯5-1=1 A 处存在复合铰链b) n=6; P l =7; P h =3，F=3⨯6-2 ⨯7-3=1 B 、C 、D 处存在复合铰链2-5 先计算如图所示平面机构的自由度。

并指出图中的复合铰链、局部自由度和虚约束。

ABCDE解答： a) n=7; P l =10; P h =0，F=3⨯7-2 ⨯10 = 1C 处存在复合铰链。

b) n=7; P l =10; P h =0，F=3⨯7-2 ⨯10 = 1BDECAc) n=3; P l =3; P h =2，F=3⨯3 -2 ⨯3-2 = 1 D 处存在局部自由度。

d) n=4; P l =5; P h =1，F=3⨯4 -2 ⨯5-1 = 1A BCDEFGG'HA BDCEFGHIJe) n=6; P l=8; P h=1，F=3⨯6 -2 ⨯8-1 = 1 B处存在局部自由度，G、G'处存在虚约束。

螺纹知识大全螺纹在产品占有极其重要的位置, 就用途而言,目前公司产品中所用到的绝大部份螺纹属于连接用螺纹,它包括米制普通螺纹（公制螺纹）、惠氏螺纹、美国统一螺纹及“柱/柱”配合的管螺纹.而“柱/锥”和“锥/锥”配合的螺纹则同时具有连接和密封之双重功效.另外,我公司部份产品中所用的慢开阀芯(螺旋阀芯)的螺纹副则属于传动类螺纹,这类螺纹多为梯形螺纹、矩形螺纹或锯齿形螺纹,它们主要用于传动类用途,但也可用于连接用途. 今天我将简单介绍一下几类常用螺纹的基本知识及其相关的加工工艺。

因为本人才识有限，所编讲稿中必有一些错之处，希望各位能及时给予指出与纠正，谢谢！螺纹的分类方法1) 用途分类法分为:紧固螺纹、密封螺纹、管螺纹、传动螺纹、普通(或一般用途)螺纹、专用螺纹等.2) 牙型分类法分为:梯形螺纹、锯齿形螺纹、矩形螺纹、三角形螺纹、短(或矮)牙螺纹、60∘及55∘螺纹等.3) 配合性质或型式法分为:过渡配合螺纹、过盈配合螺纹、间隙配合螺纹、“锥/锥”配合螺纹、“柱/锥”配合螺纹、“柱/柱”配合螺纹等4) 螺距或直径大小分类法分为: 粗牙螺纹、细牙螺纹、超细牙螺纹、小螺纹等.5) 单位分类法分为: 英制螺纹和米制螺纹.6) 发明者姓氏或发明国分类法分为: 惠氏螺纹、美制螺纹、英制螺纹、统一螺纹等.上述六种分类法中,用途分类法为最基本的分类方法.卫浴行业常用螺纹汇总卫浴行业常用螺纹的标注形式举列第一章公制普通螺纹1.1 公制普通螺纹综述普通螺纹是联接螺纹的基本形式,其牙型呈三角形,牙型角为60∘,它是米制螺纹中应用最广的一种螺纹.公制普螺纹是销住欧洲、澳洲和国内产品中应用最为广泛的一种螺纹.中国的普通螺纹标准与ＩＳＯ标准基本相同,其它各国的米制普通螺纹标准也基本上与ＩＳＯ标准相同．我们在里介绍的就是中国的普通螺纹国家标准.其系列标准代号可在后面附录中查询.其它国家的公制普通螺纹标准如下英国BS 3643;德国DIN 13;法国NF E03-013;日本JIS B0205、JIS B0207;国际ISO 68、ISO 261、ISO 724、I 965/1~965/3.日常的设计工作中应依椐产品销售地的不同选择相应的标准进行设计和生产指导.在世界主要工业国中，德国和法国的普通螺纹使用米制而不用英寸制；日本的普通螺纹是米制和英寸制并存且以制为主；而美、英虽也颁布了米制普通螺纹国家标准,但美国实际使用却较少，他大量使用的是英寸制统一螺纹在英国米制普通螺纹的应用范围正逐渐扩大,大部分厂家现在同时使用米制普通螺纹和英寸制统一螺纹,早期的英寸制惠氏螺纹正逐步被淘汰.普通螺纹要素尺寸由直径和螺距二者所组成.普通螺纹将螺纹大径的基本尺寸作为代表螺纹尺寸的直径即公称直径.其直径分为三个系列,规定应优先选用第一系列,其次是第二系列,第三系列尽可能不用.普通螺纹有粗、细牙分,其中对小于和等于68mm的直径,可分为粗牙和细牙两种.对于大于68mm的螺纹,标准给定的所有规格全部为细螺纹.普通螺纹的螺纹代号是由字母“M”、“公称直径X螺距”及“旋向”所组成的.螺纹代号中普通螺纹的粗牙螺距标示但细牙螺距必标示,右旋普通螺纹在螺纹代号中其旋向“右”不标示, 但左旋必标示“左”. 如:M24 表示公称直径为24mm的粗牙右旋普通螺纹,其螺距为3mm. M24X1.5左表示公称直径为24mm、螺距为1.5mm、方向为左的细牙普通螺纹.普通螺纹中公差带的两个要素是公差等级(表示公差带大小)和基本尺寸偏差(表示公差带位置)(见表1-1和表1-2).表1-1 内、外螺纹各直径的公差等级螺纹直径公差等级内螺纹小径D1 4、 5、 6、 7、 8内螺纹中径D2 4、 5、 6、 7、 8外螺纹大径d 4、 6、 8外螺纹中径d2 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9表1-2内、外螺纹的基本偏差螺纹基本偏差公差带位置描述内螺纹 G、 H H的基本偏差是下偏差且为零 G的基本偏差为下偏差是正值外螺纹 e、 f、 g、 h h的基本偏差是上偏差且为零 e、f、g的基本偏差为上偏差是值考虑到旋合长度对螺纹的配合精度有一定影响,新国标将同一直径螺纹的旋合长度分为短、中、长三组,其螺纹旋长度代号列于表1-3中.一般情况下尽可能采用中等旋合长度.螺纹精度由公差带和旋合长度共同组合而定,可分精密、中等和粗糙三种.Q/GOBO JS006-2002 ~3~表1-3螺纹旋合长度分组短旋合长度中等旋合长度长旋合长度代号 S N L普通螺纹的螺纹公差带代号包括中径公差带代号与顶径(指外螺纹大径和内螺纹小径)公差带代号.中径或顶径公带代号由公差等级数字和公差位置字母所组成,数字在前,字母在后.1.2 公制普通螺纹公差带的选择为了减少量刃具的规格,对内、外螺纹规定了一些常用公差带作为选用公差带.同时按短、中、长三组旋合度给定了精密、中等、粗糙三种精度,见表1-4和表1-5.表1-4 内螺纹选用公差带(GB197-81)精度公差带位置G 公差带位置HS N L S N L精密 4H 4H5H 5H6H中等 (5G) (6G) (7G) *5H *6H *7H粗糙 (7G) 7H表1-5 外螺纹选用公差带(GB197-81)精度公差带位置e 公差带位置f 公差带位置g 公差带位置hS N L S N L S N L S N L精密 (3h4h) *4h (5h4h)中等 *6e *6f (5g6g) *6g (7g6g) (5h6h) *6h (7h6粗糙 8g (8h)精密级主要用于精密螺纹,当要求配合性质变动较小时采用;中等精度用于一般用途;粗糙级在对精度要求不高或制造比较困难时采用.内螺纹选用公差带共11种,外螺纹选用公差带共13种.其中的中等旋合长度下的6级公差带是最常用、最基本的差等级.选用公差带的原则(1) 带*的公差带应优先选用,不带*的公差带其次,括号内的公差带尽可能不用.(2) 大量生产的精制紧固件螺纹,推荐采用带方框的公差带.(3) 内、外螺纹的选用公差带可以任意组合,即并不一定要求所选内、外螺纹的公差带在表中所处的位置一一对应但为了保证足够的接触高度(即保证螺纹有足够的连接强度),完工后的零件最好组合成H/g、H/h或G/h的配合.直径小于和等于1.4mm的螺纹副,应采用5H/6h或更精密的配合.通常米制普通螺纹多组合成6H/6g和7H/8g,其6H/6g属中等精度用于一般要求的螺纹,而7H/8g属粗糙级用于精度要求不高的螺纹.对于不同配合要求的螺纹应择相适应的内、外螺纹公差带进行组合.特别是需要涂镀保护层的螺纹在组合选择中还应结合工厂镀前螺纹尺寸控制方式及镀后的合格率情况做出综合评估和选择.这一点目前在公司也算是一大难题,虽然属于加工工艺方面的难题,但产品结构设计人员也可在平时的工作中加以关注和研究.英国BS 5412和欧洲EN 817的水龙头标准中就明确规定起泡器产品上选公制普通细牙螺纹副M22X1-6H/6g M24X1-6H/6g或M28X1-6H/6g.可见在水龙头行业中,公制普通螺纹一般应组合成6H/6g.对于精度要求不高的非重要用途的螺纹副,从制造成本考虑可组合成7H/8g.卫浴配件产品上的公制螺纹一般均可组合成7H/8g.但对直径小于和等于1.4mm的螺纹副,应用5H/6h或更精密的配合,以保证其有足够的连接强度.1.3 公制普通螺纹的标记方法a.螺纹的完整标记由螺纹代号、螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号所组成.b.螺纹公差带代号包括中径公差带代号与顶径(指外螺纹大径和内螺纹小径)公差带代号.公差带代号是由表示其大小的公差等级数字和表示其位置的字母所组成,例如:6H、6g、7H、8g等.c.在一般情况下,不标注螺纹旋合长度,其螺纹公差带按中等旋合长度确定.必要时,在螺纹公差带代号之后加注旋合长度代号S或L,中间用“-”分开.例如: M10-5g6g-S M10-7H-L 普通螺纹标记示例如下:M10左-5g6g M10X1-6H顶径公差带代号中径公差带代号中径和顶径公差带代号(相同)螺纹代号螺纹代号d.内、外螺纹装配在一起,其公差带代号用斜线分开,左边表示内螺纹公差带代号,右边表示外螺纹公差带代号.例如:M20X2-6H/6g M10X2左-6H/5g6g目前,我公司产品资料中，对于公制普通螺纹大多只是标注了螺纹代号如:M4、M5和M12X1等,实际上这只是标注螺纹的规格，是一种不完整的标记,会给生产技术的准备工作带来不便,从而在一定程度上影响了产品的生产质量因此，在今后有必要时，R&D部会逐步规范螺纹的标注，使螺纹要求的途述更为完整。

10-1证明当升角与当量摩擦角符合时，螺纹副具有自锁性。

当时，螺纹副的效率所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于 50%。

10-2解由教材表10-1、表10-2查得，粗牙，螺距，中径螺纹升角，细牙，螺距，中径螺纹升角对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。

10-3解查教材表10-1得粗牙螺距中径小径螺纹升角普通螺纹的牙侧角，螺纹间的摩擦系数当量摩擦角拧紧力矩由公式可得预紧力拉应力查教材表 9-1得 35钢的屈服极限拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓将损坏。

10-4解（1）升角当量摩擦角工作台稳定上升时的效率：（ 2）稳定上升时加于螺杆上的力矩（ 3）螺杆的转速螺杆的功率（ 4）因，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷作用下等速下降，需制动装置。

其制动力矩为10-5解查教材表9-1得 Q235的屈服极限，查教材表 10-6得，当控制预紧力时，取安全系数由许用应力查教材表 10-1得的小径由公式得预紧力由题图可知，螺钉个数，取可靠性系数牵曳力10-6解此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆受到拉伸 ,故螺杆受到拉扭组合变形。

查教材表 9-1得，拉杆材料Q275的屈服极限，取安全系数，拉杆材料的许用应力所需拉杆最小直径查教材表 10-1，选用螺纹（）。

10-7解查教材表 9-1得，螺栓35钢的屈服极限，查教材表 10-6、10-7得螺栓的许用应力查教材表 10-1得，的小径螺栓所能承受的最大预紧力所需的螺栓预紧拉力则施加于杠杆端部作用力的最大值10-8解在横向工作载荷作用下，螺栓杆与孔壁之间无间隙，螺栓杆和被联接件接触表面受到挤压；在联接接合面处螺栓杆则受剪切。

假设螺栓杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的，且这种联接的预紧力很小，可不考虑预紧力和螺纹摩擦力矩的影响。

挤压强度验算公式为：其中；为螺栓杆直径。

螺栓杆的剪切强度验算公式其中表示接合面数，本图中接合面数。

第9章螺纹公差及检测9.1 普通螺纹的基本牙型和主要几何参数9.1.1 普通螺纹的基本牙型螺纹牙型是指在通过螺纹轴线的剖面上的螺纹轮廓形状，它由牙顶、牙底以及两牙侧构成。

将原始三角形（等边三角形）按规定的削平高度，截去顶部和底部所形成的螺纹牙型，称为基本牙型，如图9–1中粗实线所示。

该牙型具有螺纹的基本尺寸。

9.1.2 普通螺纹的主要几何参数由图9–1可见，普通螺纹的主要几何参数主要有：1. 大径D、d（major diameter）大径是与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱的直径。

大径是内、外螺纹的公称直径（代表螺纹尺寸的直径）。

相互结合的普通螺纹，内、外螺纹大径的基本尺寸是相等的。

2. 小径D1、d1（minor diameter）小径是与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱的直径。

相互结合的普通螺纹，内、外螺纹小径的基本尺寸也是相等的。

外螺纹的大径d和内螺纹的小径D1统称为顶径，外螺纹的小径d1和内螺纹的大径D统称为底径，如图9–2所示。

图9–2 普通螺纹的顶径和底径3. 中径D2、d2（pitch diameter）中径是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。

此假想圆柱称为中径圆柱，中径圆柱的母线称为中径线（见图9–2）。

相互结合的普通螺纹，内、外螺纹中径的基本尺寸也是相等的。

注意：普通螺纹的中径不是大径和小径的平均值。

4. 螺距P（pitch）和导程Ph（lead）螺距是相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

普通螺纹的螺距分为粗牙和细牙两种。

相同的公称直径，细牙螺纹的螺距要比粗牙螺纹的螺距小。

相互结合的普通螺纹，内、外螺纹螺距的基本尺寸也是相等的。

导程是同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

对于单线螺纹，导程与螺距相同；对于多线螺纹，导程等于螺距与螺纹线数的乘积。

5. 单一中径D2s、d2s（single pitch diameter）单一中径是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽宽度等于螺距基本尺寸一半的地方。