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 1

2、0-6 螺栓联接的强度计算 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

3、左旋,2 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

4、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： 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

5、 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,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、15 3. 锯齿形螺纹(S)：33、工3 4. 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

6、，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 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

7、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、

8、 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

9、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

10、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

11、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：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,(

12、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,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

13、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

14、 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: Fa = 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+F0 Fa=FE+FR,预紧F0,受载FE,螺栓,被联

15、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

16、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

17、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（

18、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

19、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) 半圆键联接,结构: 工作原理: 两侧面是工作面，侧面挤压

20、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

21、用碳素钢 键的类型选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

22、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

23、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 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

24、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),