《《机械设计基础》第五版第10章连接.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《机械设计基础》第五版第10章连接.ppt（61页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第10章 连接,概述,任何机械均由若干零件按一定方式相互连接而成。如果相连接的零件其相对位置在工作时按一定的规律进行变化，此种连接称动连接 。如果相连接的零件在工作时其相对位置固定不变，此种连接称静连接。,例如：,静连接,动连接运动副,与动力 源组合,零件,构件,机构,机器,静连接,动连接,(运动副),可拆连接：,不可拆连接：,连接,不损坏连接中的任一零件便可拆卸的连接，如螺纹连接、键连接、销连接等。,至少必须损坏连接中的一个零件才能拆开的零件，如铆接、焊接、粘接等。,连接分类, 10-1 螺纹参数,一、螺纹形成,螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。
2、,螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。,螺纹,二、螺纹及其类型,外螺纹 内螺纹,圆柱螺纹 圆锥螺纹,圆锥螺纹,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,(2)右手旋，前进右旋 左手旋，前进左旋,判断：横截面有几个螺纹的出口线，就是几线的螺纹,红线是起始端头在后面，图示中没有画出来,三、 主要参数,大径d、D：最大直径公称直径 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
3、间的轴向距离，S = nP,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,螺纹的加工方法：,车外螺纹,车内螺纹,磨削螺纹,滚压螺纹,攻螺纹,10-3 机械制造常用螺纹,（一）机械设备中的常用螺纹及牙型,1、三角形螺纹,（2）管螺纹,（1）普通螺纹,牙型为等边三角形，牙型角= 60；分为粗牙和细牙两种，粗牙螺纹用于一般连接，细牙螺纹在相同公称直径时,螺距小,螺纹深度浅,导程和升角也小，自锁性能好，适合用于薄壁零件和微调装置。,专用于管件连接的特殊细牙三角形螺纹，牙型角= 55 特点：连接密封性好；,2、矩形螺纹,3、梯形螺纹,4、锯齿螺纹,牙型多为正方
4、形，牙型角= 0；传动效率高，但精加工困难，磨损后轴向间隙不易补偿。,牙型为梯形，牙型角=30；传动效率比矩形稍低，但制造工艺性好，牙根强度高，定心性好,牙侧角两边不等 ，工作边为3非工作边为30；综合了矩形螺纹的高效率和梯形螺纹牙根强度高的优点，适用于单向受载的传动螺旋。,二、常用螺纹的立体图,应用,10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,螺栓连接 普通螺栓连接 铰制孔螺栓连接 双头螺柱连接 螺钉连接 紧定螺钉 其它连接：地脚螺栓、吊环螺钉,螺纹连接类型主要根据受力、结构形式、装拆要求等进行选择,一、螺纹连接的基本类型,螺栓连接,普通螺栓连接 特点：孔与杆间有间隙、被连接件上无需切制螺纹、
5、装拆方便 适用场合：经常装拆的一般场合,铰制孔螺栓连接 特点：孔与杆间无间隙、被连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,双头螺柱连接,特点：螺杆两端均有螺纹，装配时一端旋入被连接件，另一端配以螺母；被连接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。 适用场合：用于被连接件之一较厚、经常装拆的场合,螺钉连接,特点：被连接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。只用螺钉，不用螺母，直接把螺钉拧进被连接件的螺纹孔中，装拆方便。 适用场合：被连接件之一较厚，载荷较轻，且不常装拆的场合。,紧定螺钉连接,适用场合： 多用于轴上零件的固定，传递较小的力,锥端螺钉连接 平端螺钉连接 圆柱端螺钉连接,特点：利用拧
6、入被连接件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面，以固定零件的相对位置。,其他连接,地脚螺栓连接、吊环螺栓连接、 T形槽螺栓连接,二、螺纹紧固件,1.螺栓,常用的标准螺纹连接件有螺栓、螺钉、双头螺柱、螺母、垫圈和防松零件等。这些零件的结构形式和尺寸已经标准化。,2、双头螺柱,3、螺钉、紧定螺钉,4.垫圈,5、特殊螺丝、螺母,新型螺丝和螺母,10-5 螺纹连接的预紧与防松,一般螺纹连接在装配时都必须拧紧预紧。 这个预加的作用力预紧力。,一、螺纹连接的预紧,1、预紧的目的 ：,1）提高连接的紧密性 2）防止连接松动 3）提高连接件强度,2、拧紧力矩的计算,拧紧力矩T是用以克服螺纹副相对转动的阻力矩T
7、1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2 ，它与预紧力Fa间的关系为：,对于M10-M68的粗牙螺纹,Fa值是由螺纹连接的要求来决定的。,3、控制T的方法,一般情况凭经验，拧紧即可。,方法：,定力矩扳手,测力矩扳手,冲击扳手,二、螺纹连接的防松,螺纹连接件一般采用：,单线粗牙的普通螺纹：能够满足自锁条件,但为什么还要防松？,能保证自锁的条件是：静载荷和工作温度变化不大的场合。 在冲击、振动或变载荷作用下，螺纹副间的摩擦力可能在瞬间减小或消失。 这种现象多次重复后，会使连接松脱。,防松的根本原理,防止螺旋副相对转动,摩擦防松,机械防松,破坏螺纹副的运动关系防松,3、防松的方法,摩擦防松,使螺纹接触面间始
8、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,对顶螺母,尼龙圈锁紧螺母,机械防松,用机械装置把螺母和螺栓连成一体，消除了它们之间相对转动的可能性,开口销,带翅垫片,止动垫片,其它：破坏螺纹副关系,冲点法,粘合法,焊点法,串连钢丝,10-6 螺栓连接的强度计算,螺栓连接强度计算的目的：是根据强度条件确定螺栓直径，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定。,螺栓的分类,螺栓的主要失效形式,1、螺栓杆拉断,2、螺纹的压溃和剪断,3、经常装拆导致滑扣,工作时，螺栓受纯拉伸，工作载荷为 Fa（N）。, 校核式, 设计式,一、松螺栓连接的强度计算,特点：,装配时，螺母不拧紧；,强度
9、条件：,式中：d1危险截面计算直径,许用拉应力,查手册，选螺栓,二、紧螺栓连接的强度计算,（1）仅承受预紧力的紧螺栓连接 普通螺栓连接（受拉螺栓连接）,特点：装配时，螺母需拧紧,螺栓受预紧力（预加锁紧力）F和螺纹阻力矩T1的作用。,特点：工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下，复合应力状态:,强度计算：要考虑到螺栓杆同时受拉应力和扭转剪应力的作用。,螺栓是塑性材料,应按第四强度理论求拉扭合成当量应力：,预紧力F 产生拉伸应力,螺纹摩擦力矩T1产生剪应力,系数 1.3的含义是 对于普通螺栓连接的标准螺栓来说，虽然同时受拉应力和扭转剪应力作用，但计算时可作为纯拉伸的情况处理，即只需将拉伸载荷加大30%以考
10、虑扭转剪应力的影响。, 校核式, 设计式,简化处理如下：对于M10M64的钢制普通螺栓 、 d2 /d1取统计平均值、 =arctan0.17, 0.5 ,因此，当量应力为：,其中：,(2) 受横向载荷的紧螺栓连接,如图所示的螺栓连接，承受垂直于螺栓轴线的横向工作载荷F，图中螺栓与孔之间留有间隙。工作时，若结合面内的摩擦力足够大，则被连接件之间不会发生相对滑动。因此螺栓所需的轴向压紧力（即预紧力）应满足:,式中：F0为预紧力；C为可靠性系数，通常取C=1.1-1.3；m为接合面数目；f为接合面摩擦系数。,强度计算:,校核式 :,讨论:,当f =0.15、C=1.2、 m =1时，F08F,即预
11、紧力应为横向工作载荷的8倍，所以螺栓连接靠摩擦力来承担横向载荷时，其尺寸是较大的。,为了避免上述缺点，可用键，套筒或销承担横向工作载荷时，而螺栓仅起连接作用。也可以采用螺杆与孔之间没有间隙的铰制孔用螺栓来承受横向载荷。这些减载装置中的键，套筒，销和铰制孔用螺栓可按受剪切和受挤压进行强度校核。,(3) 受轴向载荷的紧螺栓连接,受载荷形式拧紧过程中: 轴向总拉伸Fa 、扭力T 工作时，再承受工作载荷FE 此时，螺栓所受的总拉力: Fa = F0+FE ?,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,预紧F0,受载F,螺栓,被连接件,拉力F0，伸长b0,压力F0，压缩c0,拉力Fa, 伸长
12、b0 + ,压力FR, 压缩c0 - ,未预紧,未受力、无变形,未受力、无变形,变形协调条件: 1= 2= ,FaE +F0 FaE +FR,FR：残余预紧力,结论:当螺栓受到轴向外载荷FE的作用，被连接件则要产生回弹变形,预紧力F0要减小至FR。,在受轴向工作载荷的螺栓连接中，螺栓实际承受 的总拉伸载荷为:,连接不出现缝隙，应满足 FR 0,注意:,有紧密性要求的连接，取 FR =( 1.51.8 ) F 对不太重要的连接:若外载荷稳定，取FR=（0.20.6）F 若外载荷有变动，取FR=（0.61.0）F,强度计算:,校核式 :,设计式:,三、受剪螺栓连接,特点: 孔和杆之间无间隙，多用配
13、合尺寸，能精确定位，但加工精度要求高。 加横向载荷F后，靠挤压和剪切承担载荷。 主要失效形式为：压溃、剪断。,强度计算： 挤压强度条件： 剪切强度条件：,10-7 螺栓的材料和许用应力,材料： 一般用途：低碳钢或中碳钢 (3545及Q235Q275) 重要连接：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
14、=400MPa 许用应力：表10-6,10-8 提高螺栓连接强度的措施,螺栓连接承受轴向变载荷时，其损坏形式多为螺栓杆部分的疲劳断裂，通常都发生在应力集中较严重之处，即螺栓头部，螺纹收尾部和螺母支承平面所在处的螺纹。,影响连接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、螺纹牙间、载荷分布、应力幅度、机械性能等。,1、减少螺栓应力幅,当螺栓所受轴向工作载荷变化时，将引起螺栓的总拉力和应力变化。螺栓的最大应力一定时，应力幅越小，疲劳强度越高。,在工作载荷和剩余预紧力不变的情况下，减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度都能达到减小应力幅的目的。,工程上减小螺栓刚度的具体措施,采用细长杆螺栓,使用空心螺栓,利
15、用弹性元件,工程上增大被连接件刚度的方法,被连结件本身的刚度是较大的，但被连结件的接合面因需要密封而采用软垫片时将降低其刚度。若采用金属薄垫片或采用O形密封圈作为密封元件，则仍可保持被连结件原来的刚度。,2、改善螺纹牙间载荷分布不均匀状况,工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应力最大，其余各圈依次递减。,办法：降低螺母刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾,悬置螺母；环槽螺母；内斜螺母；组合螺母（环槽与内斜组合等）。,具体改善措施,3、减小应力集中,螺纹的牙根、螺栓头部与栓杆交接处，都有应力集中，是产生断裂的危险部位。其中螺纹牙根的应力集
16、中对螺栓的疲劳强度影响很大。,工程上具体措施,增大螺纹牙根的圆角半径,卸载过渡结构,切制卸载槽,4、避免或减小附加应力,由于设计、制造或安装上的疏忽，有可能使螺栓受到附加弯曲应力，这对螺栓疲劳强度的影响很大，应设法避免。,工程上具体措施,采用凸台或沉头座等结构,经切削加工后可获得平整的支承面,5、采用合理的制造工艺方法,1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高3040% 2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等可提高疲劳强度 3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度提高70100%，此法具有优质、高产、低消耗功能,1、螺旋传动的组成与功用,组成：螺旋传动是由螺杆与螺母构成的
17、,功用：将回转运动转变为直线运动,运动形式,10.9 螺旋传动,2二、螺旋传动的类型与特点,按照螺纹副的摩擦性质分类,滑动螺旋传动,滚动螺旋传动,静压螺旋传动,按照螺旋传动的用途分类,传力螺旋,传导螺旋,调整螺旋,优点：结构简单、制造方便、传动平稳、噪声小，可获得很大的减速比，从而能够承受较大的轴向载荷，并可实现自锁。 缺点：磨损大、效率低。,优点：摩擦损失比滑动螺旋小，故而效率高； 缺点：滚动体需要返回通道，体积大，制造成本高。,优点：传动摩擦损失和磨损都很小，效率很高； 缺点：需要有一套油路装置，结构复杂。,主要用来传递动力的螺旋传动.,主要用来传递运动的螺旋传动.,主要用于调整、固定零件位置的螺旋传动.,螺旋面间注入静压油，为液体摩擦状态。,螺旋面间装有滚动体的螺旋传动，为滚动摩擦状态.,螺杆与螺母直接接触，彼此间为滑动摩擦状态.,返回通道,螺旋传动应用螺旋启闭机,10-11 键连接和花键连接,小结,1.掌握常用螺纹的类型、特点、和主要参数； 2.掌握螺纹连接的预紧和防松； 3.掌握螺栓的失效形式单个螺栓连接的受力分析和强度计算； 4.了解螺纹连接件的材料和许用应力； 5.掌握提高螺纹连接强度的措施; 6.了解螺旋传动; 7.掌握键连接和花键连接,