第11章-典型零部件设计及相关知识

·97·第11章典型零部件设计及相关知识在工业生产中，设备及产品的制造，一般都要先进行设计，画出其图样，然后根据图样进行加工和装配。

制造时需要一套完整的机械图样，包括装配图和零件图。

这种表达机器及其零部件的结构形状、尺寸、公差、材料及加工精度、检验、装配等技术要求的图样称为机械图样。

机械样图也是工程界进行技术交流的重要技术文件，所以有被喻为“工程界的技术语言”。

11.1普通螺栓联接设计螺纹紧固件联接的基本形式有螺栓连接、双头螺柱连接和螺钉连接，如图11-1所示。

（a）螺栓连接（b）双头螺柱连接（c）螺钉连接图11-1 螺纹紧固件连接11.1.1案例介绍及知识要点采用M16六角头螺栓（GB/T 5782-2000）连接两块厚度各为25mm的钢板，螺母与钢板间加装平垫圈(GB/T97.1-2002)，如图11-2所示。

图11-2普通螺栓联接装配示意图知识点✧ 螺纹基本概念 ✧ 普通螺栓联接设计11.1.2 设计过程1. 垫圈16 GB/T97.1-2002(1) 由GB/T97.1-2002中查得：规格为16的垫圈的内径171=d 、外径172=d 、厚度3=h ，如图11-3所示。

图11-3 垫圈(2) 垫圈造型过程见表11-1。

表11-1 垫圈造型过程·99·2. 螺母M16 GB/T6170-2000(1) 由GB/T6170-2000中查得：螺纹规格16=D 、六角头宽度24=S 、厚度8.14=m ，如图11-4所示。

图11-4 螺母(2) 螺母造型过程见表11-2。

表11-2 螺母造型过程3. 螺栓M16 GB/T5782-2000(1) 由GB/T6170-2000中查得：螺纹规格16=d 、六角头宽度24=S 、厚度10=k ，螺栓长度2.744.68.1432525)4.0~3.0(21=++++=++++=d m S L δδ，取75=L ，38=b ，如图11-5所示。

图11-5 螺栓(2) 螺栓造型过程见表11-3。

表11-3 螺栓造型过程4. 紧固件通孔和沉头座设计GB/T152.4-1988(1) 由GB/T152.4-1988中查得：通孔直径17=D ，沉头座直径32=D ，锪平。

(2) 平板造型过程见表11-4。

表11-4 平板造型过程5. 创建装配工程图 完成装配工程图见表11-5。

表11-5 装配工程图过程·101·11.1.3步骤点评步骤2：螺母毛坯创建采用多实体建模，求交，如图11-6所示。

图11-6螺母毛坯创建过程11.1.4 知识总结——螺纹的形成及其工艺结构在圆柱表面上沿着螺旋线所形成的，具有规定牙型的连续凸起和沟槽称为螺纹。

螺纹是零件上最常见的结构。

在圆柱外表面上形成的螺纹叫做外螺纹；在圆柱内表面上形成的螺纹叫做内螺纹。

1. 加工方法生产实际中螺纹通常是在车床上加工的，工件等速旋转，同时车刀沿轴向等速移动，即可加工出螺纹，如图11-7所示。

图11-7 车削加工螺纹(a) 加工外螺纹(b) 加工内螺纹用板牙或丝锥加工直径较小的螺纹，俗称套扣或攻丝，如图11-8所示。

图11-8 套扣或攻丝(a) 套扣(b) 攻丝2. 螺纹的基本要素螺纹由牙型、直径(大径、小径、中径)、螺距和导程、线数和旋向五要素确定。

（1）牙型通过螺纹轴线剖开，螺纹断面的轮廓形状称为螺纹牙型。

常见的螺纹牙型有三角形(60°、55°)、梯形、锯齿形、矩形等，如图11-9所示。

·103·图11-9 常用标准螺纹的牙型（2）直径 螺纹的直径如图11-10所示。

大径（D 或d ）：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱面的直径，内螺纹的大径D 表示，外螺纹的大径用d 表示。

小径（1D 或1d ）：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱面的直径，内螺纹的小径1D 表示，外螺纹的小径用1d 表示。

中径（2D 或2d ）：牙型上沟槽和凸起宽度相等的圆柱面的直径，内螺纹的中径2D 表示，外螺纹的中径用2d 表示。

注意：公称直径是代表螺纹尺寸的直径，指螺纹大径的基本尺寸。

（a ）外螺纹 （b ） 内螺纹图11-10 螺纹的直径（3） 线数形成螺纹的螺旋线条数称为线数，线数用字母n 表示。

沿一条螺旋线形成的螺纹称为单线螺纹，沿两条以上螺旋线形成的螺纹称为多线螺纹，如图11-11所示。

（a ） 单线 （b ） 双线图11-11 单线螺纹和双线螺纹（4） 螺距和导程相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离称为螺距，螺距用字母P 表示；同一螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离称为导程，导程用字母h P 表示，如图11-10所示。

线数n 、螺距P 和导程h P 的之间的关系为：n P P h ⨯=。

（5） 旋向螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹两种。

顺时针旋转时旋入的螺纹是右旋螺纹；逆时针旋转时旋入的螺纹是左旋螺纹，如图11-12所示；工程上常用右旋螺纹。

图11-12 螺纹的旋向3. 螺纹的标注螺纹的规定画法不能表达出螺纹的种类和螺纹的要素，因此在图中对标准螺纹需要进行正确的标注，规定标记注写在尺寸线或尺寸线的延长线上，尺寸线的箭头指在螺纹大径上。

（1）普通螺纹标注普通螺纹标注，如图11-13所示。

其标记格式为：M 公称直径×螺距P （或导程/线数）、旋向——公差带代号——旋合长度代号(a) (b) (c)图11-13普通螺纹的标注(a) 粗牙普通外螺纹，大径10，查表知螺距2.5，右旋，中径公差带代号5g ，顶径公差带代号6g ，短旋合长度。

(b) 细牙普通外螺纹，大径36，螺距2，右旋，中径公差带和顶径公差带均为6g ，中等旋合长度。

·105·(c) 细牙普通内螺纹，大径24，螺距1，右旋，中径公差带和顶径公差带均为6H ，中等旋合长度。

说明：粗牙螺纹不注螺距；右旋不注旋向，左旋注LH ；公差带代号中，中径公差带代号注在前，顶径公差带代号注在后，两者相同时只注一个；旋合长度分为短、中、长三组，代号分别为S 、N 、L ，其中中等旋合长度代号省略不注。

（2）管螺纹标注管螺纹标注，如图11-14所示。

其标记格式为： 特征代号、 尺寸代号——公差等级代号——旋向代号(a) (b)图11-14管螺纹的标注(a) 非螺纹密封的管螺纹，尺寸代号1，外螺纹的公差等级为A 级，右旋；外螺纹公差等级代号有A 、B 两种，内螺纹公差等级仅一种，而不标代号。

(b) 用螺纹密封的管螺纹，尺寸代号3/4，右旋，内、外螺纹均为圆锥螺纹。

注意：管螺纹的尺寸代号并不是指螺纹大径，也不是管螺纹本身任何一个直径，其大径和小径等参数可从有关标准中查出。

① 55°用于螺纹密封的管螺纹。

p R －－表示圆柱内管螺纹；1R ——表示与圆柱内管螺纹配合的圆锥外管螺纹；c R －－表示圆锥内管螺纹；2R －－表示圆锥内管螺纹配合的圆锥外管螺纹。

② 55°非螺纹密封的内外管螺纹特征代号为G 。

2/1G 表示圆柱内管螺纹；A G 2/1表示圆柱外管螺纹。

(3) 梯形螺纹梯形螺纹标注，如图11-15所示。

其标记格式为：Tr 公称直径×螺距P （或导程/线数）、旋向——公差带代号——旋合长度代号图11-15 梯形螺纹的标注梯形螺纹，公称直径为40，导程14，螺距7，双线，右旋，中径公差带代号为7H。

(4) 锯齿形螺纹锯齿形螺纹标注，如图11-16所示。

其标记格式为：B公称直径×螺距P（或导程/线数）、旋向——公差带代号——旋合长度代号图11-16 锯齿形螺纹的标注锯齿形螺纹，大径为32，螺距6，单线，左旋，中径公差带代号为7e。

11.1.5 知识总结——常用螺纹紧固件的种类和标记常用螺纹紧固件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母和垫圈。

它们的结构、尺寸都已分别标准化，称为标准件，使用或绘图时，可以从相应标准中查到所需的结构尺寸。

表11-6中列出了常用螺纹紧固件的种类与标记。

表11-6 螺纹紧固件的标记和画法·107·11.1.6随堂练习1. 用M16双头螺柱（GB/T 898-1988）连接厚度为25mm的钢板和一个很厚的铸铁零件，采用弹簧垫圈(GB/T93-1987)放松，如图11-17所示。

图11-17 双头螺柱联接2. 分别采用M16开槽盘头螺钉（GB/T 69-2000）和M16开槽沉头螺钉（GB/T 68-2000）联接厚度为25mm的钢板和一个很厚的铸铁零件，如图11-18所示。

·109·图11-18 螺钉连接的比例画法11.2 轴套类零件设计11.2.1案例介绍及知识要点铣刀头轴如图11-19所示，因轴的左端有销孔，其位置与键槽位置在一个公共对称面上，轴右端为了承受铣刀在工作中的强大扭矩，在轴的上下对称位置设有两个键槽。

图11-19 铣刀头轴知识点✧内外螺纹连接画法。

✧常用螺纹紧固件的画法。

✧螺钉连接画法。

✧装配图的一般画法。

11.2.2设计理念(1) 蜗轮轴径向主要尺寸和基准，如图11-20所示。

图11-20蜗轮轴径向主要尺寸和基准(2) 蜗轮轴轴向主要尺寸和基准。

图11-21蜗轮轴轴向主要尺寸和基准(3)根据设计和工艺的要求，这类零件常带有轴肩、键槽、螺纹、挡圈槽、退刀槽、中心孔等结构。

为去除金属锐边，并便于轴上零件装配，轴的两端均有倒角。

(4) 这类零件常在车床和磨床上加工，选择主视图时，多按加工位置将轴线水平放置。

主视图的投射方向垂直于轴线。

(5) 设计时一般将小直径的一端朝右，以符合零件最终加工位置；平键键槽朝前、半圆键键槽朝上，以利于形状特征的表达。

(6) 常用断面、局部剖视、局部视图、局部放大图等图样画法表示键槽、退刀槽和其他槽、孔等结构。

建模步骤见表11-7。

表11-7 轴类建模步骤·111·11.2.3 操作步骤1. 新建文件新建文件“Axis”。

2. A部分11.2.4 知识总结——轴类尺寸标注轴类零件大多都是回转体，因此主要是标注直径和轴向长度尺寸，标注尺寸时，应特别注意有配合关系的部分。

当各轴段直径有几段相同时，都应逐一标注不得省略。

即使是圆角和倒角，也应标注无遗，或者在技术要求中说明。

标注长度尺寸时首先应选取好基准面，并尽量使尺寸的标注反映加工工艺要求，不允许出现封闭的尺寸链，避免给机械加工造成困难。

标注轴向尺寸时应以工艺基准面作为标注轴向尺寸的主要基准面，如图11-1所示，其主要基准面选择在轴肩I-I处，它是大齿轮的轴向定位面，同时也影响其他零件在轴上的装配位置。

只要正确定出轴肩I-I的位置，各零件在轴上的位置就能得到保证。

图11-1 转轴图11-2所示为齿轮轴的实例，它的轴向尺寸主要基准面选择在轴肩I-I处，该处是滚L确定这个位置的。