机械设计基础联结.ppt

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1、第第10章章 联联 结结联接分类联接分类静联接：固定，无相对运动。如螺纹联接、普通平键联接。静联接：固定，无相对运动。如螺纹联接、普通平键联接。动联接：彼此有相对运动。如花键、螺旋传动等。动联接：彼此有相对运动。如花键、螺旋传动等。1 1、按、按运动关系运动关系分分靠摩擦力（力闭合）：如受拉螺栓、过盈联接。靠摩擦力（力闭合）：如受拉螺栓、过盈联接。 非摩擦（形闭合）：靠联接零件的相互嵌合传载，如平键。非摩擦（形闭合）：靠联接零件的相互嵌合传载，如平键。材料锁合联接：利用附加材料分子间作用，如粘接、焊接。材料锁合联接：利用附加材料分子间作用，如粘接、焊接。2 2、按、按传载原理传载原理分分可拆联

2、接：如螺纹联接（最广泛的可拆联接）。可拆联接：如螺纹联接（最广泛的可拆联接）。不可拆联接：如焊接、铆接等。不可拆联接：如焊接、铆接等。3 3、按、按拆开时是否损坏零件拆开时是否损坏零件分分 直径大径d：公称直径。M20d=20mm小径d1：螺纹的最小直径。中径d2：齿厚=齿槽宽处直径，几何计算用。 一般取：d2=(d+d1)/2 螺距p 线数n：n=1时用于联接；n1时用于传动； n，但为便于制造n4 牙形角：螺纹牙两侧面夹角。1 1、螺纹的主要参、螺纹的主要参数数10-110-1螺纹参数螺纹参数42、螺纹的类型右旋左旋螺纹位置：内螺纹螺母；外螺纹螺钉。旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高则

3、为左旋，右边高则为右旋。螺纹旋向：左旋螺纹，右旋螺纹（常用）。思考： 中径升角：2arctandnp 导程s ：s=np联接：效率低、自锁性好。传动：效率高、自锁性差。螺纹牙形：三角形、矩形、梯形、锯齿形等3033060三角形梯形锯齿形矩形单线，用于联接双线或多线，常用于传动粗牙：一般情况下使用。细牙：d相同，p小， 小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。 用于变载荷场合。 联接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。螺纹线数：单线（联接）；多线（传动）。10-210-2 螺纹副的受力分析、效率和自锁螺纹副的受力分析、效率和自锁 当滑块沿斜面等速上升时，相当当滑块沿斜面等速上升时，相当于拧紧螺

4、母，驱动力为于拧紧螺母，驱动力为F F：相应驱动力矩相应驱动力矩tanaFFtan2222dFdFTa一、矩形螺纹一、矩形螺纹当滑块沿斜面等速下滑时，当滑块沿斜面等速下滑时，驱动力为驱动力为F F相应驱动力矩相应驱动力矩自锁条件自锁条件: :tanaFFtan2222dFdFTa二、非矩形螺纹二、非矩形螺纹当量摩擦角为当量摩擦系数：coscoscostgfffFafFaffFa2/ ) () (2tgFdTtgFFaa当滑块等速上升时：当滑块等速上升时：2/ ) () (2tgFdTtgFFaa当滑块等速下降时：当滑块等速下降时：)cos/(farctgarctgf 自锁条件：自锁条件：) (

5、tgtgtgtg) (上升效率：上升效率：下降效率：下降效率：10-3 10-3 机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹特点：螺纹的牙型角特点：螺纹的牙型角 =2 =60 ,螺纹牙根部的强度较高，当量摩螺纹牙根部的强度较高，当量摩擦角擦角 大，自锁性能好，用于联接。大，自锁性能好，用于联接。按螺距的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹。按螺距的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹。三角形螺纹三角形螺纹( (代号：代号：M GB 192-81) M GB 192-81) 细牙螺纹与粗牙螺纹的比较细牙螺纹与粗牙螺纹的比较粗牙粗牙：常用连接牙形：常用连接牙形细牙：细牙：用于薄壁零件的连接、用于薄壁零件的连接、受动载荷零件的连

6、接及微调受动载荷零件的连接及微调装置的调节螺纹装置的调节螺纹优点：升角小，小径大，自优点：升角小，小径大，自锁性能更好，强度高锁性能更好，强度高缺点：牙小，相同载荷下磨缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。损快，易脱扣。细牙细牙粗牙特点：特点： =0=0，其传动效率高，其传动效率高，多用于传动。但对中性差，多用于传动。但对中性差，牙根强度低，螺纹牙磨损牙根强度低，螺纹牙磨损后间隙难以补偿。使传动后间隙难以补偿。使传动精度降低，故已被梯形螺精度降低，故已被梯形螺纹所代替。纹所代替。 矩形螺纹矩形螺纹 梯形螺纹梯形螺纹( (代号：代号：T TGB 192-81)GB 192-81)特点：特点： =

7、2=2 =30=30 。比矩形螺纹效率略低，但工艺性好、牙根强。比矩形螺纹效率略低，但工艺性好、牙根强度高、对中性好。在螺旋传动中有广泛应用度高、对中性好。在螺旋传动中有广泛应用锯齿形螺纹锯齿形螺纹( (代号：代号：S JB 923-66)S JB 923-66)特点：工作边牙侧角特点：工作边牙侧角 = 3 = 3 ，非工作边牙侧角，非工作边牙侧角 = 30= 30 它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点, ,能承受较能承受较大的载荷大的载荷, ,但只能用于单向传动。但只能用于单向传动。管联结螺纹管联结螺纹10-4 10-4 螺纹联接的

8、基本类型和螺纹紧固件螺纹联接的基本类型和螺纹紧固件一、 螺纹联接的基本类型1、 螺栓联接1、螺栓联接受拉普通螺栓普通螺栓：无需在被联件上加工螺纹孔，装拆方便，用于两被联件均不太厚的场合。受剪铰制孔螺栓铰制孔螺栓：除起联接作用外，还起定位作用。2 2、螺钉联接、螺钉联接 用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。3 3、双头螺柱联接、双头螺柱联接 用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时只需拧下螺母即可。4 4 、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接螺钉末端顶住另一零件的表面或相应凹坑，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩。二、二、 螺纹紧固件螺纹紧固件10-5 螺纹联接的预紧和防松螺纹联

9、接的预紧和防松一、 螺纹联接的预紧预紧联接刚度防松能力紧密性受载之前拧紧螺母预紧力Fa、预紧力过大，会使整个联接的结构尺寸增大；也会使联接在装配时因过载而断裂。、预紧力不足，则又可能导致联接失效，重要的螺栓联接应控制预紧力。拧紧螺母时，要克服螺纹副的摩擦力矩T1和螺母与支持面间的摩擦力矩T2，因此拧紧力矩式中 fc 为螺母与被联接件支承表面间的摩擦系数。facarFftgdFTTT) (222140ddrwf rf支承面摩擦半径：dFTTTa2 . 021取fc=0.15，对于M10-M68，可简化为：严格控制预紧力时dM12-M16标准扳手长度L=15d，若拧紧力为F，则： T=FL=15d

10、F=0.2Fad Fa=75F若F=200N，则Fa=15000N。 小于M12，则易拉断。装配时控制预紧力的方法冲击扳手 采用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力，准确性较差，也不适用与大型的螺栓联接。为此，可以采用测量螺栓伸长量的方法来控制预紧力。测量螺栓伸长量测量螺栓伸长量1 1、螺纹联接按自锁条件设计、螺纹联接按自锁条件设计 v，静载下不会自行松脱。静载下不会自行松脱。2 2、松动原因、松动原因冲击、振动、变载荷冲击、振动、变载荷温度变化较大时温度变化较大时螺旋副摩擦力螺旋副摩擦力Ff 减小或瞬时消失减小或瞬时消失松动松动二、二、 螺纹联接的防松螺纹联接的防松3 3、防松方法、防松方法 防

11、止螺旋副相对转动。防止螺旋副相对转动。按防松原理不同，分为三类：按防松原理不同，分为三类：a a）摩擦防松摩擦防松 螺纹副中始终有不随联螺纹副中始终有不随联接载荷而变的压力，故存接载荷而变的压力，故存在摩擦力矩防止相对转动。在摩擦力矩防止相对转动。 压力可由纵向或横向压压力可由纵向或横向压紧产生。紧产生。开口方向：开口方向： 斜向右下方斜向右下方弹性增压弹性增压 尖端抵住尖端抵住 金属锁紧螺母金属锁紧螺母 利用螺母末端椭利用螺母末端椭圆口的弹性变形箍圆口的弹性变形箍紧螺栓，紧螺栓，横向横向压紧压紧螺纹螺纹 尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母 利用螺母末端的利用螺母末端的尼龙圈箍紧螺栓，尼龙圈箍紧螺栓

12、，横横向向压紧螺纹压紧螺纹 楔紧螺纹锁紧螺母楔紧螺纹锁紧螺母 利用楔紧螺纹，利用楔紧螺纹，使螺纹副使螺纹副纵横向纵横向压紧压紧a a）摩擦防松摩擦防松b b）机械防松（直接锁住）机械防松（直接锁住） 利用开口销使螺利用开口销使螺栓、螺母相互约束。栓、螺母相互约束。 串联金属丝串联金属丝 利用金属丝使一组螺钉利用金属丝使一组螺钉头部相互约束，有松动趋势头部相互约束，有松动趋势时，金属丝更加拉紧。时，金属丝更加拉紧。止动垫片止动垫片 垫片约束垫片约束螺母，自身螺母，自身又约束在被又约束在被联接件上联接件上10-610-6 螺栓联结的强度计算螺栓联结的强度计算螺栓联接受拉螺栓受剪螺栓松联接：不拧紧，

13、无预紧力Fa，仅受工作载荷FE紧联接：需拧紧仅受预紧力Fa同时受预紧力Fa和工作载荷FE一、受拉螺栓联接一、受拉螺栓联接对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。65%20%15%一、松螺栓联接一、松螺栓联接MPa 或mm 421adF aFd41式中： d1螺纹小径 mm;见137 Fa螺纹承受的轴向工作载荷 N 螺纹材料的许用应力 MPa强度条件：整理，得设计公式：二二 、紧螺栓联接、紧螺栓联接 此类螺栓联接中，螺栓除受预紧力Fa引起的拉应力作用外， 还受到螺纹副间摩擦力矩 T1 引起的剪切应力的作用。 213 . 143 . 1dFae 螺栓的危险截面处于拉伸和扭

14、转的复合应力状态，而螺栓通常是塑性的，因此按第四强度理论（最大变形能理论），螺栓联接的强度条件为：322e对于M10M68的普通螺纹钢制螺栓，可取5 . 0/3 . 141aFd或式中： 轴向力 N d1 螺纹小径 mm 螺纹材料的许用应力 MPa aF上式说明紧螺栓联接可按纯拉伸强度计算，但需将拉伸应力增大30%，以考虑扭剪应力的影响。1 1、受横向工作载荷的螺栓联结、受横向工作载荷的螺栓联结F0预紧力m结合面数目f结合面摩擦系数C可靠性系数，通常取C=1.11.3 若结合面的摩擦力足够大，若结合面的摩擦力足够大，则被联结面之间不会发生相则被联结面之间不会发生相对滑动，因此螺栓所需的轴对滑动

15、，因此螺栓所需的轴向力（预紧力）应为向力（预紧力）应为当取当取f=0.15、C=1.2、m=1，FF80mfCFFFa0铰制孔螺栓联接的强度计算铰制孔螺栓联接的强度计算强度条件：强度条件：式中：式中：F单个螺栓所受的横向载荷单个螺栓所受的横向载荷 Nd0螺栓剪切面直径螺栓剪切面直径 mm螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度 mm螺栓材料的许用剪切应力螺栓材料的许用剪切应力MPa（见（见148页）页）p螺栓和孔壁材料中弱者的许用挤压应力螺栓和孔壁材料中弱者的许用挤压应力 MPa4020ppdFdmF2 2、受预紧力、受预紧力F F0 0和轴向工作载荷和轴向工作载荷F FE E

16、的紧螺栓联接的紧螺栓联接zpDFE42变形受力过程：无变形 F0 b0c0 +FE b0 +1c0 -2变形协调条件：1= 2 =各力定义1、预紧力F0（拧紧螺母后，作用在螺栓上的拉力和被联件上压力）2、螺栓工作拉力Fa 总拉力3、工作载荷FE（对螺栓联接施加的外载荷）4、FR剩余预紧力。思考：图C中， Fa =？ 图c中， Fa = FE + F0 ？静力平衡条件： Fa = FE +FR即：螺栓总拉力等于工作载荷与剩余预紧力之和。同理，考虑扭转作用，强度条件为：校核式4/3 . 121dFac3 . 141aFdmm 设计式选择RF有密封性要求时 一般联接，载荷稳定时 一般联接，载荷不稳定时 地脚螺栓联接ERFF)8 . 15 . 1 (ERFF)6 . 02 . 0(ERFF)0 . 16 . 0(ERFF 三、三、 螺栓组联接的结构设计（补充）螺栓组联接的结构设计（补充）1 1 、联接接合面的设计、联接接合面的设计（一）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理（一）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理（1 1）对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心）对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心