第10章连接08113.ppt

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1、第10章 连接,武汉科技大学专用,101 螺纹参数,102 螺纹副的受力分析、效率和自锁,103 机械制造常用螺纹,105 螺纹连接的预紧和防松,107 螺栓的材料和许用应力,108 提高螺栓连接强度的措施,109 螺旋传动,104 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,106 螺纹连接的强度计算,1010 滚动螺旋简介,1011 键连接和花键连接,1012 销连接,武汉科技大学专用,主要内容： 1. 螺纹连接的基本知识（类型、结构、标准、应用场合及有关的防松方法） 2. 键连接的类型、结构、特点 3. 键的主要失效形式及强度计算 重点： 1. 螺纹连接的基本类型及选用方法 2. 平键的基本类型及选

2、用方法,可拆连接：不须毁坏连接中的任何一个零件就可拆开的连接。例如：螺纹连接、销连接、键连接。,不可拆连接：至少毁坏连接中的一部分才能拆开的连接。例如：铆接、焊接、粘接等。,连接：被连接件与连接件的组合,10-1 螺纹参数,右旋、单头螺旋线,一、概述 1. 螺纹的形成 （1）螺旋线的形成：将一倾斜的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。,P,左旋、单头螺旋线,右旋、双头螺旋线,右旋单线三角螺纹的形成,右旋双线三角螺纹的形成,右旋双线矩形螺纹的形成,左旋双线矩形螺纹的形成,一、概述 1. 螺纹的形成 （2）螺纹的形成： 取一平面让它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。,潘存

3、云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,2. 螺纹的牙型,潘存云教授研制,潘存云教授研制,3.螺纹的旋向: (1) 右旋(常用); (2)左旋(特殊要求用)。 4.螺纹的线数: (1) 单线; (2) 多线。,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,5. 螺纹的分类,潘存云教授研制,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,

4、按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,一般: n 4,双线螺纹,单线螺纹,S = 2P,S =P,n线螺纹: S = n P,潘存云教授研制,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的

5、旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,连接螺纹 传动螺纹,螺旋传动,连接螺纹,传动螺纹,潘存云教授研制,潘存云教授研制,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,联接螺纹 传动螺纹,圆柱螺纹 圆锥螺纹,潘存云教授研制,圆柱螺纹,圆锥螺纹,潘存云教授研制,(3)中径d2: 也是一个假想圆柱

6、的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,(1)大径d ：与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。,(2) 小径 d1 ：与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。,(4) 螺距P: 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,二、螺纹的主要几何参数,(5) 导程S： 同一螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,S = nP,(6) 螺纹升角 ： 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。,(7)牙型角 ：轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。,牙侧角 ：牙型侧边与螺纹轴线的垂线的夹角。, = /2,潘存云教授研制,普通螺纹（牙型为等边三角

7、形，牙型角=60）以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。,粗牙螺纹应用最广,细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高。,细牙螺纹的缺点：不耐磨易滑扣。,细牙螺纹的应用：薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,梯形螺纹：,锯齿形螺纹:,= 15,= 3,粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。,螺纹的基本尺寸：,直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm,标记示例： M24(粗牙普通螺纹，直径24，螺距3),M241.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5),

8、潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,用螺纹密封的管螺纹,普通细牙螺纹,管螺纹,非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁 = 55）,用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁 = 55）,60圆锥管螺纹（圆锥管壁 = 60，米制）,公称直径-管子的公称通径。强调与普通螺纹不同,非螺纹密封的管螺纹,10-2 螺旋副的受力分 析、效率和自锁,一、矩形螺纹,传动螺纹,F相当于力矩T加在螺母上的水平驱动力,r2,R,Fa,F,表示置于螺杆螺 纹上的螺母,力矩M相当于加在螺母上 的水平驱动力,表示矩形螺杆,T=Fr2,使螺母上升的外加力矩,F=T/r2,r2,T,Fa,R,F,r2,T,Fa,R,F,r2

9、,T,Fa,R,F,r2,T,Fa,R,F,r2,T,Fa,R,F,r2,T,Fa,R,F,r2,T,Fa,R,F,r2,R,T,F,Fa,相当于滑块在斜面上运动,1.螺母上升,（1）受力分析,滑块上升Fa为阻力,滑块上升F为驱动力,Fn为法向反力,效率：,输入功：,输出功：,（2）效率,2螺母下降,（1）受力分析,滑块下降Fa为驱动力,滑块下降F为阻力,2螺母下降,（2）自锁条件,自锁：在轴向力作用下,螺旋副不会自动松脱象。,自锁条件：,二、非矩形螺纹,(0) 非矩形螺纹副包括三角形、梯形、锯齿形。,设 0：,Fn Fa,Ff f Fa,（略去螺纹升角的影响）,Fn Fa/cos,Ff f

10、Fa/cos,Fn Fa,Ff f Fa,Fn Fa/cos,Ff f Fa/cos,Fn Fa,Ff f Fa,当量摩擦系数,由于 总大于摩擦角，故三角形螺纹的摩擦最大、效率最低，易于发生自锁。, atan (f/cos ),当滑块沿非矩形螺纹等速上升时， 水平推力：,驱动力矩：,当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时， 水平推力：,驱动力矩：,自锁条件： F=Fatan( ) 当 时 F0 即不加支持力, 重物也不会沿斜面下滑。 所以,自锁条件:, ,螺纹自锁条件,螺旋副的效率,1. 公式,效率：,输入功：,输出功：,2.分析,得知: 1.当=45-,2.考虑制造问题,一 般不大于25。,时，效率最

11、高;,当量摩擦角一定，效率只是螺纹升角的函数。,（2）结论1：三角形螺纹用于连接， 其它螺纹用于传动。,（3）结论2：单线螺纹用于连接， 多线螺纹用于传动。,结论（记住）：,（1）记住上述4个公式；,，自锁性能好。,结论（记住）：,（4）结论3：三角形螺纹摩擦力增大是几何因素 造成的，而不是材料间的摩擦系数增大造成的。,10-3 机械制造常用螺纹,10-4 螺纹连接的基本类 型及螺纹紧固件,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,潘存云教授研制,一、 螺纹连接的基本类型,螺栓连接,基本类型,可承受横向载荷,螺纹余留长度l1,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,静载荷l1=(0.30.5)d;,变载荷l

12、1=0.75d;,冲击载荷或弯曲载荷l1 d;,铰制孔用螺栓l1 0;,螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到边缘的距离 e=d+(36) mm。,用于经常拆装易磨损之处。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,被连接件孔无螺纹,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,潘存云教授研制,一、 螺纹连接的基本类型,螺栓连接,基本类型,螺钉连接,座端拧入深度H，当螺孔材料为：,双头螺柱连接 连接件厚，允许拆装。,钢或青铜 H=d;,铸铁 H=(1.251.5)d；,铝合金 H=(1.52.5)d；,螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;,钻孔深度 H2=H1+(0.51)d。,参数l1 、e、a与螺栓

13、相同,结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,一、 螺纹连接的基本类型,螺栓连接,基本类型,螺钉连接,双头螺柱连接,紧定螺钉连接,潘存云教授研制,用来固定两零件的相对位置，并可传递不大的力和扭矩,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,潘存云教授研制,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,武汉科技大学专用,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,双头螺柱,螺栓,武汉科技大学专用,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺

14、栓,专用螺纹连接,T 型螺栓,武汉科技大学专用,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有六十余种不同结构的螺母,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹连接,武汉科技大学专用,垫圈,平垫圈,薄平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。,专用螺纹连接,105 螺纹连接的预紧和防松,预紧力：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力F0 。,预紧的目的：增强连接的可

15、靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。,一、概述,一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为其大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。,武汉科技大学专用,二、 拧紧力矩,T1克服螺纹副相对转动的阻力矩；,T2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；,设轴向力为Fa 或预紧力（不受轴向工作载荷）,fc摩擦系数； 无润滑时取： fc =0.15,rf支撑面摩擦半径。 rf =(dw+d0)/4 dw螺母支承面外径 d0螺栓孔直径,简化公式： 适用于M10M68的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15,T 0.2 F

16、a d,Fa是由连接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：,总力矩：,注意：对于重要的连接，应尽可能采用M12的螺栓。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,测力矩扳手,预紧力控制方法:,定力矩扳手,通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。,1)凭手感经验；,2)测力矩扳手；,3)定力矩扳手；,4)测定伸长量。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松

17、脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。,防松的方法：,1. 利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,防松-防止螺旋副相对转动。,三、螺纹连接的防松,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,潘存云教授研制,开口销与六 角开槽螺母,串联钢丝,2. 采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,潘存云教授研制,止动垫圈,武汉科技大学专用,3. 其他方法防松,涂粘合剂,武汉科技大学专用,例10-2 已知M12螺栓用碳素结构钢制成，其屈服极限为240MPa螺纹间的摩擦系数f=0.10，螺母与支承面间的摩擦系数fc=0.15，螺母支承面外径dw=16.6mm，螺栓孔直径d0=13mm，欲使螺母拧

18、紧后螺杆的拉应力达到材料屈服极限的50%，求应施加的拧紧力矩，并验算其能否自锁。,解： 1 求当量摩擦系数及当量摩擦角,2 求螺纹升角,查表10-1，M12螺纹有：P=1.75mm，d2=10.863mm， d1=10.106mm,武汉科技大学专用,3 求螺杆总拉力Fa（预紧力）,4 求拧紧力矩T 根据公式10-9可得：,故自锁,1011 键连接和花键连接,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩， 有些键还可实现零件的轴向固定或轴向移动。,一、键连接的类型,类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。,1. 平键连接,特点：定心好、装拆方便。,种类,普通平键,

19、导向平键,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,普通平键结构,单圆头(C型),圆头(A型),方头(B型),轴槽用指状铣刀加工，固定良好，应力集中大。,用盘形铣刀加工，轴的应力集中小。,用于轴端,普通平键应用最广。,薄型平键的高度为普通平键的6070%，也分圆头、方头、单圆头三种。传递扭矩能力低，常用于薄壁结构、空心轴等径向尺寸受限制的场合。,武汉科技大学专用,导向平键,零件可以在轴上移动，构成动连接。 滑移距离较大时，平键过长，制造困难，故可采用滑键。,结构特点：长度较长，需用螺钉固定。,为便于装拆，制有起键螺纹孔。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,双勾头滑键,结构特点：两端有勾头，键固定在轮毂

20、上，键短，槽长。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,单圆勾头滑键,结构特点：单圆勾头，嵌入轮毂中。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,表6-1 普通平键和键槽尺寸（GB1095-79、GB1096-79）,A型,B型,C型,标记实例： 圆头普通平键(A型): 键16100 GB/T 1096-2003,方头普通平键(B型): 键B16100 GB/T 1096-2003,单圆头普通平键(C型) : 键C16100 GB/T 1096-2003,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,2. 半圆键连接,优点：定心好，装配方便。 因半圆键

21、能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。,缺点：对轴的削弱较大，只适 用于轻载连接。,特别适用于锥形轴端的连接。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,3. 楔键连接和切向键连接,结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。,缺点：定心精度不高。,应用：只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的连接。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,类型：普通楔键、钩头楔键。 钩头是用来拆卸用的,在重型机械中常采用切向键一对楔键组成。,装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成1

22、20130 。,武汉科技大学专用,二、平键连接的强度校核,键的材料：B 600 MPa的碳素钢，常用45钢。,键的截面尺寸b、h应按轴径d查表选取，长度L参照轮毂长度从标准中选取。,键的主要失效形式：压溃、磨损(动连接)、剪断。,1)平键连接的强度,l=L-b,l=L,一般不会出现,挤压应力：,武汉科技大学专用,对于导向平键连接，计算依据是磨损，应限制压强：,2)半圆键连接强度计算,l近似为公称长度,用于静连接，失效形式为表面压溃,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,若强度不够，可采用双键连接。考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按1.5个键计算。,双键布置规则：,半圆键：同一条母线上,切向键：

23、 夹角成120 130,平键： 按180布置,武汉科技大学专用,三、花键连接,1)均匀受力；,结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。,组成： 外花键、内花键。,优点：,2)对轴的削弱程度小;,3)承载能力高;齿数多，总接触面积大,4)轴上零件与轴的对中性好；对高速及精密机器很重要,5)导向性好;对动连接很重要,6)可用磨削方法提高加工精度及连接质量。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,因齿槽浅，齿根应力集中小,轴和轮毂直接而均匀制出齿与槽,缺点：齿根仍有应力集中、需专 用设备制造，成本高。,1. 花键连接的类型、特点和应用,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,潘存云教授研制,应用：定心精度要

24、求高、载荷大或经常滑移的连接。,类型,-制造容易，应用最广。,-用于高强度连接。,-用于薄壁零件连接。,矩形花键,键开线花键,三角形花键,1）矩形花键,轻系列：轻系列的承载能力较小，多用于静连接和 轻载连接；,按齿高的不同，矩形花键的齿型尺寸在标准中规定了两个系列,中系列：中系列用于中等载荷的连接。,定心方式：小径定心-精度高，稳定性好。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,潘存云教授研制,2）渐开线花键,分为=30 ，=45 两种。,与渐开线齿轮相比，花键齿短，齿根宽。,定心方式：齿形定心-具有自动定心作用，受力均匀。,特点：制造工艺性好，精度高，齿根强度高，易于定心。常用于传递大扭矩和大轴径

25、的场合。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,设各齿压力的合力作用在平均半径rm处，取载荷不均匀系数K =0.70.8，则花键连接所能传递的扭矩为：,静连接： T =Kzhlrmp ,动连接： T =Kzhl rmp ,l为接触长度；,h为齿面工作高度；,h =(D d)/2 2C,rm=(D+d)/4,C为齿顶倒圆半径；,2. 花键连接强度计算,失效形式：工作面被压溃（静连接）； 工作面过度磨损（动连接）,一般只验算挤压强度和耐磨性。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,静连接：,动连接：,花键连接强度条件：,1012 销连接,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,作用：固定零件之间的相对位置，并可

26、传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,按形状分,定位销：用来固定零件之间的相对位置。通常不受载荷或只受很小的载荷，故不作强度校核计算，其直径按结构确定，数目一般不少于2个。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,连接销,按形状分,连接销：用来实现两零件之间的连接，可用来传递不大的载荷。其类型可根据工作要求选定，其尺寸可根据连接的结构特点按经验或规范确定。必要时再按剪切和挤压强度条件进行校核计算。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,安全销,连接销

27、,按形状分,安全销：作为安全装置中的过载剪切元件。安全销在过载时被剪断，因此，销的直径应按剪切条件确定。为了确保安全销被剪断而不提前发生挤压破坏，通常可在安全销上加一个销套。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,安全销,连接销,按形状分,圆柱销,特点：为过盈配合，经多次拆装后，定位精度会降低。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,潘存云教授研制,作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,安全销,连接销,按形状分,圆柱销,圆锥销,特点： 有1:50的锥度，可反复多次拆装。,螺母锁紧抗冲击,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,安全销,连接销,按形状分,圆柱销,圆锥销,槽销,不易松动，能承受振动和变载荷,不铰孔，可多次装拆。,武汉科技大学专用,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,按用途分,类型,定位销,安全销,连接销,按形状分,圆柱销,圆锥销,槽销,销轴,开口销,销轴用于两零件铰接处,构成铰链连接。,销的材料：35、45号钢。,武汉科技大学专用,THE END,作业： 10-2、10-14,