第10章 联接.ppt

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1、第10章 联 接,1 总 论2 螺纹联接3 键 联 接,基本要求:了解螺纹联接的基本知识：类型、特性、标准、结构、应用场合及防松方法等掌握螺栓联接强度计算方法了解键联接的主要类型及应用特点掌握平键联接强度校核计算方法,机械设计基础联接,1 总 论,静联接,动联接运动副,机械设计基础联接,与动力源组合,零件,构件,机构,机器,静联接,动联接,(运动副),可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等,不可拆联接：铆接、焊接、胶接等,联接,2 螺纹联接,10-1 螺纹的主要参数10-2 螺旋副力学特性10-3 机械制造常用螺纹10-4 螺纹联接件主要类型10-5 螺纹联接预紧和防松10-6 螺栓联接的强度计

2、算10-7 螺栓材料和许用应力,机械设计基础联接,10-1 螺纹的主要参数,1 螺纹形成螺旋线形成：倾斜线绕在圆柱体上形成的曲线螺纹形成：平面图形沿螺旋线形成三角形、矩形、梯形、锯齿形、半圆形螺纹螺旋线的数目(线数):单线、多线,机械设计基础联接,旋向(螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋问题：旋向判断？粗牙螺纹 一般联接细牙螺纹 d1大、强度大、自锁性好，常用于变载,联接,传动,螺纹旋向判断,旋向(螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋旋向判断:(1)轴线垂直放，右边高右旋 左边高左旋,机械设计基础联接,(2)右手旋，前进右旋 左手旋，前进左旋,2 主要参数,大径d、D：最大直径公称直

3、径小径d1：外螺纹的危险剖面直径 强度直径中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽宽与牙的宽度相等 计算直径螺距P：相邻两牙轴向距离导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，S=nP,机械设计基础联接,升角y：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角牙型角a：螺纹两侧边的夹角,d1,D,d,10-2 螺旋副力学特性,螺旋副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动当螺杆和螺母之间受到轴向力Q时，拧动螺杆或螺母，螺旋面间将产生摩擦力1 斜面摩擦2 槽面摩擦3 矩形螺纹4 三角形螺纹,机械设计基础联接,1 斜面摩擦,分析使滑块等速运动所需要的水平力等速上升：平衡条件：驱动力：

4、等速下滑：平衡条件：维持力：,自锁条件：当y r时，F 0，原工作阻力F反向作用，作为驱动力时，滑块才能移动结论：当 y r 时，滑块自锁,机械设计基础联接,2 槽面摩擦,力分析：摩擦力：,当量摩擦角：,思考:与平面摩擦比较？结论：槽面的摩擦力大于平面的摩擦力,机械设计基础联接,3 矩形螺纹,螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动 滑块沿斜面运动假设：1)载荷分布在中线上;2)单面产生摩擦力,螺旋升角,拧紧力,拧紧力矩,防松力,防松力矩,自锁条件,y r,效率,机械设计基础联接,4 三角形螺纹,反力摩擦力当量摩擦角,Q,机械设计基础联接,拧紧力拧紧力矩,防松力防松力矩,三角形螺纹（续）,效 率自锁条件

5、,Q,y rv,思考：1.矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动？2.矩形螺纹和三角螺纹哪一种易自锁，宜用于联接？,机械设计基础联接,10-3机械制造常用螺纹,1.三角形螺纹(M)普通螺纹:60，f 大，易自锁 粗牙:牙高,d1小,大细牙:牙浅,d1大,小,更易自锁管螺纹:55，紧密,无径向间隙2.梯形螺纹(Tr)：30、153.锯齿形螺纹(S)：33、工34.矩形螺纹：,联接螺纹：普通三角螺纹、锥螺纹、管螺纹(英制)（小，单线，自锁好）传动螺纹：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹（小、大，多线，效率高）,机械设计基础联接,10-4 螺纹联接件主要类型,1 标准螺纹联接件螺栓普通螺栓 铰制孔螺栓

6、双头螺栓螺钉联接螺钉紧定螺钉、自攻螺钉螺母：六角螺母、圆螺母垫圈：平垫圈、斜垫圈,螺纹联接件通过组合形成螺纹联接,机械设计基础联接,2 螺纹联接的基本类型,螺栓联接普通螺栓联接铰制孔螺栓联接双头螺栓联接螺钉联接螺钉联接紧定螺钉、自攻螺钉联接其它联接：地脚螺栓、吊环螺钉,螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、装拆要求等进行选择,机械设计基础联接,螺栓联接,普通螺栓联接特点：孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：经常装拆的一般场合,铰制孔螺栓联接特点：孔与杆间无间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：承受横向载荷的场合,机械设计基础联接,双头螺栓、螺钉联接,双头螺栓联接特

7、点：孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：用于被联接件之一较厚、经常装拆的场合,螺钉联接特点：孔与杆间无间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：被联接件之一较厚，且不常装拆的场合,机械设计基础联接,紧定螺钉联接,适用场合：多用于轴上零件的固定，传递较小的力,锥端螺钉联接平端螺钉联接圆柱端螺钉联接,机械设计基础联接,其他联接,地脚螺栓联接、吊环螺栓联接、T形槽螺栓联接,机械设计基础联接,10-5 螺纹联接的预紧和防松,问题：为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法？静载荷：rv(自锁)+预紧后摩擦力防止松动动载荷：摩擦力减小、消失不可靠,螺纹联接防松的实质在于限制

8、螺旋副的相对转动螺纹联接防松的方法按工作原理可分为:1 摩擦防松2 机械防松3 其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）,机械设计基础联接,1 摩擦防松,使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩,弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母(双螺母)防松,机械设计基础联接,对顶螺母防松,使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩,对顶螺母防松,机械设计基础联接,2 机械防松,用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性,开口销、止动垫圈、串联钢丝防松,机械设计基础联接,螺栓,开槽螺母,开口销,装配图,止动垫圈防松,用机械装置把螺母和螺

9、栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性,机械设计基础联接,串联钢丝防松,机械设计基础联接,用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性,3 其它：破坏螺纹副关系,焊接,铆冲,机械设计基础联接,4 螺纹联接的拧紧力矩,目的：防止松动提高可靠性、强度、紧密性螺母拧紧时预紧力Fa,拧紧阻力矩 T 的大小：？螺旋副间的摩擦力矩 T1：螺母与支承面间摩擦力矩 T2：,机械设计基础联接,螺栓,预紧拉力Fa,被联接件,预紧压力Fa,施加在扳手上的力FT,T1,T2,控制拧紧力矩的扳手,定力矩扳手,测力矩扳手,机械设计基础联接,控制拧紧力臂,选择扳手长度,机械设计基础联接,10-6 螺栓

10、联接的强度计算,松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力紧螺栓联接：有预紧力，还有工作拉力,1 失效形式2 设计步骤3 松螺栓联接强度设计4 紧螺栓联接强度设计仅受预紧力的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接,机械设计基础联接,螺栓组联接,1 失效形式,失效形式：1.螺栓杆拉断（普通螺栓）2.螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）3.经常装拆因磨损而发生滑扣,普通螺栓主要为螺纹部分发生断裂受剪螺栓(铰制孔螺栓)主要为压溃和剪切,机械设计基础联接,2 设计步骤,一般设计步骤：螺栓组受力和失效分析找出受力最大的螺栓 单个螺栓受力分析和失效分析 单个螺栓强度计算确定螺栓的尺寸（直径、长度）,试算法：

11、先选定一个螺栓直径d 查计算d1。若d1与d1（假定的小径）相近，则合用；否则再选,机械设计基础联接,3 松螺栓联接强度设计,受载荷形式轴向拉伸(工作拉力F)失效形式螺栓拉断(静、疲劳)设计准则保证螺栓拉伸强度强度条件：ss 设计计算方法：校核式:,设计式:,机械设计基础联接,4 紧螺栓联接强度设计,(1)仅受预紧力的紧螺栓联接受载荷形式拧紧后:轴向拉伸(工作拉力Fa)拧紧过程中:轴向拉伸Fa、扭力T失效形式螺栓拉断(拉、扭综合作用)设计准则保证螺栓拉伸强度强度条件：ss 设计计算方法：,校核式:,机械设计基础联接,拧紧力矩T剪应力,预紧拉力Fa拉应力,设计式:,(2)受横向载荷的紧螺栓联接,

12、受载荷形式工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力 Fa作用（拧紧过程中:轴向拉伸Fa、扭力T）拧紧后:预紧力 Fa失效形式 相同否？,两种情况的工作原理不同！,机械设计基础联接,普通螺栓,铰制孔螺栓,受横向载荷的普通螺栓联接,受载荷形式拧紧过程中:轴向拉伸Fa、扭力T失效形式螺栓拉断(拉、扭综合作用)设计准则保证螺栓拉伸强度强度条件：ss 设计计算方法：,问题：预紧力Fa应满足的条件?与横向载荷F有何关系？依据：被联接件不滑移界面摩擦力F即：,机械设计基础联接,校核式:,设计式:,讨论：f=0.2时，Fa=?F,受横向载荷的铰制孔螺栓联接,受载荷形式拧紧过程中:轴向拉伸Fa、扭力T(预紧力小，计算时

13、可忽略)工作时：横向载荷F失效形式侧面压溃及螺栓剪切设计准则保证挤压、剪切强度强度条件：spsp、t t 设计计算方法：,挤压强度：剪切强度：,机械设计基础联接,讨论：,普通螺栓受横向载荷F时，为保证结合面不发生滑移，靠结合面的摩擦力抵抗F预紧力Fa的大小，根据接合面不发生滑移的条件确定,f=0.2时，Fa=6F结论：横向载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓宜采用铰制孔螺栓必须采用普通螺栓时，应配合减载销、键或减载套筒使用减载装置强度计算同铰制孔螺栓计算,机械设计基础联接,(3)受轴向载荷的紧螺栓联接,受载荷形式拧紧过程中:轴向拉伸F0、扭力T工作时，再承受工作载荷FE此时，螺栓所受的总拉力:F

14、a=F0+FE?,机械设计基础联接,须根据静力平衡方程和变形协调条件求解,受力和变形关系,变形协调条件:l1=lb=l,机械设计基础联接,FaFE+F0Fa=FE+FR,预紧F0,受载FE,螺栓,被联接件,拉力F0伸长l1,压力F0压缩lb,拉力Fa 伸长l1+l1,压力FR 压缩lb-lb,未预紧,未受力、无变形,未受力、无变形,FR：残余预紧力防止受载后接合面产生缝隙根据紧密性要求选取，见p147,受力和变形关系,机械设计基础联接,预紧F0,受载FE,螺栓,被联接件,拉力F0伸长l1,压力F0压缩lb,拉力Fa 伸长l1+l1,压力FR 压缩lb-lb,未预紧,未受力、无变形,未受力、无变

15、形,受轴向载荷螺栓强度计算,螺栓受到的总拉力Fa=FE+FR则螺栓强度计算公式：,机械设计基础联接,校核式:,设计式:,10-7 螺栓材料和许用应力,材料：一般用途：低碳钢或中碳钢(3545及Q235Q275)重要联接：合金钢（40Cr、30CrMnTi）国标(GB/T 3098.1_2000)规定螺栓按材料的力学性能分出十个等级：3.6,4.6,4.8,5.6,5.8,6.8,8.8,9.8,10.9,12.9规则：小数点前数字表示sB/100,小数点后数字表示10sS/sB如：5.8级：表示:sB=500MPa，sS=400MPa许用应力：表10-6、10-7,机械设计基础联接,计算螺栓小

16、径时采用试算法来选用,10-8 螺旋传动,（要求高效率梯形、锯齿形、矩形多线）螺旋副传动,一.类型:按传导螺旋传递运动为主,高的运动精度用传力螺旋传力为主,以小T大的轴向力Q途调整螺旋调整零件间相对位置,传递动力,调整零件间相对位置,实现,将回转运动直线运动,传导,传力,调整,按 滑动螺旋=0.30.4，简单，精度低摩擦滚动螺旋0.9，复杂高精度、高效性质静压螺旋,机械设计基础联接,二特点：1.降速比大 2.可具自锁性 3.机械利益大 1Fa tg()d2/2 4.结构简单,传动平稳,噪音低 5.磨损大,低,三 滑动螺旋传动的设计简介,1 耐磨性计算 滑动磨损耐磨性计算（限制工作面上的压力）基

17、本尺寸（d2）,机械设计基础联接,2 螺杆的强度计算 螺杆的受力类似紧螺栓（压力和扭矩），校核危险（牙根）截面的强度,4 螺母螺纹牙的强度计算螺母螺纹牙断齿挤压和弯曲强度计算,3 螺杆的稳定性计算 螺杆的长径比大受压力侧向弯曲不稳定,机械设计基础联接,3 键联接,一、键联接的分类及结构二、键的强度校核三、花键联接,机械设计基础联接,一、键联接的分类及结构,目的：键是用来实现轴与轴上零件的周向固定以传递转矩（静联接），或实现轴上零件的轴向固定或轴向移动（动联接）它是标准件分类：,机械设计基础联接,键联接,松联接,紧联接楔键（静联接，单向轴向固定）,平键,半圆键（静联接）,普通平键（静联接）,导向

18、平键（动联接）,花键,1 松联接,（1）平键联接结构:键两侧与键槽相配合(静联接为过渡配合,动联接为间隙配合),上端面与轮毂键槽底面有间隙工作原理:两侧面是工作面，靠两侧面挤压传递转矩,失效形式:静联接：工作面挤溃，键剪断动联接：工作面磨损特点：结构简单，装折方便，对中性好，承载能力大，应用广泛成对使用:承载能力不够时采用,按 180布置两个键。一对平键按1.5 个键计算,机械设计基础联接,平键分类,普通平键(圆头)型：立铣刀，键定位好，轴应力集中大(平头)型：盘铣刀，轴向键无定位，应力集中小(单圆头)型：立铣刀加工，用于轴端,导向平键键固定于轴上,滑移距离小,机械设计基础联接,(2)半圆键联

19、接,结构:工作原理:两侧面是工作面，侧面挤压传递转矩构造与加工:键:用圆钢切制或冲压后磨削键槽:盘状铣刀加工,失效形式:键剪断,工作面压溃特点:便于安装,对中好,用于锥形轴端,但对轴削弱大成对使用:承载能力不够时用,沿同一母线布置,机械设计基础联接,2 紧联接,楔键联接结构:键侧与键槽有间隙,上下面楔紧工作原理:上下面为工作面，靠摩擦力传递转矩方头楔键、钩头楔键、圆头楔键,失效形式:工作面压溃特点:简单,且可实现轮毂在轴上单向轴向固定楔紧产生偏心,对中性差,不适于高速及对中要求高的场合,机械设计基础联接,二、键的强度校核,1 键的选择键是标准零件：p156 表10-9材料多采用碳素钢键的类型选

20、择根据使用要求和工作条件:转矩、转速、载荷性质、是否移动、对中性键的尺寸选择（同时确定配合类型）:工作要求 键的种类按轴径d选键的b、h选键长L(标准;短于轮毂宽度),机械设计基础联接,2 键的强度校核,静联接:压溃挤压强度,键被剪断剪切强度,机械设计基础联接,圆头:ls=L-b平头:ls=L单圆头:ls=L-b/2,sp 查表10-10一般不会发生键的剪断，故一般不作剪断强度校核,三、花键联接,特点：受力较均匀，应力集中小，承载能力大对中性好，导向性好，精度高需专门设备和工具,成本高结构:轴及轮毂孔周向均布的多个键齿互相配合,构成花键联接,机械设计基础联接,工作原理:键侧是工作面，靠键侧面与

21、键槽挤压传递转矩,机械设计基础联接(课堂习题),1.键的剖面尺寸bh通常是根据_从标准中选取。A传递的转矩 B传递的功率 C轮毂的长度 D轴的直径 2.采用两个普通平键时，为使轴与轮毂对中良好，两键通常布置成_。A相隔180 B相隔120130 C相隔90 D在轴的同一母线上3.用于联接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹_。A牙根强度高，自锁性能好 B传动效率高 C防振性能好 D自锁性能差4.用于薄壁零件联接的螺纹，应采用_。A三角形细牙螺纹 B梯形螺纹 C锯齿形螺纹 D多线的三角形粗牙螺纹5.计算紧螺栓联接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的_倍。A1.1

22、B1.3 C1.25 D0.3,6.在螺栓联接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是_。A提高强度 B提高刚度 C防松 D减小每圈螺纹牙上的受力7.在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了_。A受力均匀 B便于装配 C外型美观 D降低成本8.预紧力为F的单个紧螺栓联接，受到轴向工作载荷F作用后，螺栓受到的总拉力F。_F+F。A大于 B等于 C小于 D大于或等于 9.平键联接工作时，是靠_和_侧面的挤压传递转矩的。10._键联接，既可传递转矩，又可承受单向轴向载荷，但容易破坏轴与轮毂的对中性。11.平键联接中的静联接的主要失效形式为_，动联接的主要失效形式为_；所以通常只进行键

23、联接的_强度或_计算,机械设计基础联接(课堂习题),12.半圆键的_为工作面，当需要用两个半圆键时，一般布置在轴的_，只适用于_（A、轻；B、重）载联接。13.三角形螺纹的牙型角_，适用于_，而梯形螺纹的牙型角_，适用于_（A、联接；B、传动）。14.螺旋副的自锁条件是_。15.常用螺纹的类型主要有_、_、_、_和_。16.螺纹联接防松的实质是_。17.普通紧螺栓联接，受横向载荷作用，则螺栓中受_应力和_应力作用。18.被联接件受横向载荷作用时，若采用普通螺栓联接时，则螺栓受_载荷作用，可能发生的失效形式为_。,机械设计基础联接(课堂习题),19.有一单个紧螺拴联接，已知所受预紧力为F0，轴向工作载荷为F，螺栓所受的总拉力Fa。若螺栓的螺纹小径为d1，螺栓材料的许用拉伸应力为，则其危险剖面的拉伸强度条件式为_。20.受轴向工作载荷F的紧螺栓联接，螺栓所受的总拉力F0等于_和_之和。21.螺纹联接防松，按其防松原理可分为_防松、_防松和_防松。22.螺栓强度等级为6.8级，其数字6.8代表。A.对螺栓材料的强度要求；B.对螺栓的制造精度要求；C.对螺栓材料的刚度要求；D.对螺栓材料的耐腐蚀性要求；,机械设计基础联接(课堂习题),