機械基礎之連接.ppt

第7章聯(lián)接 7 1總論7 2螺紋聯(lián)接7 3鍵聯(lián)接 基本要求 了解螺紋聯(lián)接的基本知識 類型 特性 標準 結構 應用場合及防松方法等掌握螺栓聯(lián)接強度計算方法了解鍵聯(lián)接的主要類型及應用特點掌握平鍵聯(lián)接強度校核計算方法 機械設計基礎 聯(lián)接 7 1總論 靜聯(lián)接 動聯(lián)接 運動副 機械設計基礎 聯(lián)接 與動力源組合 零件 構件 機構 機器 靜聯(lián)接 動聯(lián)接 運動副 可拆聯(lián)接 螺紋聯(lián)接 鍵聯(lián)接 銷聯(lián)接等 不可拆聯(lián)接 鉚接 焊接 膠接等 聯(lián)接 7 2螺紋聯(lián)接 一 螺紋的主要參數(shù)二 螺旋副力學特性三 螺紋常用類型四 螺紋聯(lián)接件主要類型五 螺紋聯(lián)接防松裝置六 螺栓聯(lián)接的計算七 螺栓材料和許用應力 機械設計基礎 聯(lián)接 一 螺紋的主要參數(shù) 1螺紋形成螺旋線形成 傾斜線繞在圓柱體上形成的曲線螺紋形成 平面圖形沿螺旋線形成三角形 矩形 梯形 鋸齒形 半圓形螺紋螺旋線的數(shù)目 線數(shù) 單線 多線 機械設計基礎 聯(lián)接 旋向 螺旋線方向 常用右旋 特殊要求時用左旋問題 旋向判斷 粗牙螺紋 一般聯(lián)接細牙螺紋 d1大 強度大 自鎖性好 常用于變載 聯(lián)接 傳動 螺紋旋向判斷 旋向 螺旋線方向 常用右旋 特殊要求時用左旋旋向判斷 1 軸線垂直放 右邊高 右旋左邊高 左旋 機械設計基礎 聯(lián)接 2 右手旋 前進 右旋左手旋 前進 左旋 2主要參數(shù) 大徑d D 最大直徑 公稱直徑小徑d1 外螺紋的危險剖面直徑 強度直徑中徑d2 D2 假想直徑 牙型溝槽寬與牙的寬度相等 計算直徑螺距P 相鄰兩牙軸向距離導程S 同一條螺紋線的相鄰兩牙間的軸向距離 S nP 機械設計基礎 聯(lián)接 升角y 螺紋與其軸線的垂直平面所成的夾角牙型角a 螺紋兩側邊的夾角 d1 D d 二 螺旋副力學特性 螺旋副作為一種空間運動副 其接觸面為螺旋面螺紋在旋緊或松開過程中 螺紋之間相對移動當螺桿和螺母之間受到軸向力Q時 擰動螺桿或螺母 螺旋面間將產(chǎn)生摩擦力1斜面摩擦2槽面摩擦3矩形螺紋4三角形螺紋5螺紋聯(lián)接的擰緊力矩 機械設計基礎 聯(lián)接 1斜面摩擦 分析使滑塊等速運動所需要的水平力等速上升 平衡條件 驅動力 等速下滑 平衡條件 維持力 自鎖條件 當y r時 F 0 原工作阻力F 反向作用 作為驅動力時 滑塊才能移動結論 當y r時 滑塊自鎖 機械設計基礎 聯(lián)接 2槽面摩擦 力分析 摩擦力 當量摩擦角 思考 與平面摩擦比較 結論 槽面的摩擦力大于平面的摩擦力 機械設計基礎 聯(lián)接 3矩形螺紋 螺旋副 螺母與螺桿 的相對運動 滑塊沿斜面運動假設 1 載荷分布在中線上 2 單面產(chǎn)生摩擦力 螺旋升角 擰緊力 擰緊力矩 防松力 防松力矩 自鎖條件 y r 效率 機械設計基礎 聯(lián)接 4三角形螺紋 反力摩擦力當量摩擦角 Q 機械設計基礎 聯(lián)接 擰緊力擰緊力矩 防松力防松力矩 三角形螺紋 續(xù) 效率自鎖條件 Q y rv 思考 1 矩形螺紋和三角螺紋哪一種效率高 宜用于傳動 2 矩形螺紋和三角螺紋哪一種易自鎖 宜用于聯(lián)接 機械設計基礎 聯(lián)接 5螺紋聯(lián)接的擰緊力矩 目的 防止松動 提高可靠性 強度 緊密性螺母擰緊時 預緊力Fs 擰緊阻力矩T的大小 螺旋副間的摩擦力矩T1 螺母與支承面間摩擦力矩T2 機械設計基礎 聯(lián)接 螺栓 預緊拉力F0 被聯(lián)接件 預緊壓力F0 施加在扳手上的力FT T1 T2 控制擰緊力矩的扳手 定力矩扳手 測力矩扳手 機械設計基礎 聯(lián)接 控制擰緊力臂 選擇扳手長度 機械設計基礎 聯(lián)接 三 螺紋常用類型 1 三角形螺紋 M 普通螺紋 60 f 大 易自鎖粗牙 牙高 d1小 大細牙 牙淺 d1大 小 更易自鎖管螺紋 55 緊密 無徑向間隙2 梯形螺紋 Tr 30 15 3 鋸齒形螺紋 S 33 工 3 4 矩形螺紋 聯(lián)接螺紋 普通三角螺紋 錐螺紋 管螺紋 英制 小 單線 自鎖好 傳動螺紋 矩形螺紋 梯形螺紋 鋸齒螺紋 小 大 多線 效率高 機械設計基礎 聯(lián)接 四 螺紋聯(lián)接件主要類型 1標準螺紋聯(lián)接件螺栓普通螺栓鉸制孔螺栓雙頭螺栓螺釘聯(lián)接螺釘緊定螺釘 自攻螺釘螺母 六角螺母 圓螺母墊圈 平墊圈 斜墊圈 螺紋聯(lián)接件通過組合形成螺紋聯(lián)接 機械設計基礎 聯(lián)接 2螺紋聯(lián)接的基本類型 螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接雙頭螺栓聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接緊定螺釘 自攻螺釘聯(lián)接其它聯(lián)接 地腳螺栓 吊環(huán)螺釘 螺紋聯(lián)接類型主要根據(jù)受力 結構形式 裝拆要求等進行選擇 機械設計基礎 聯(lián)接 螺栓聯(lián)接 普通螺栓聯(lián)接特點 孔與桿間有間隙 被聯(lián)接件上無需切制螺紋 裝拆方便適用場合 經(jīng)常裝拆的一般場合 鉸制孔螺栓聯(lián)接特點 孔與桿間無間隙 被聯(lián)接件上無需切制螺紋 裝拆方便適用場合 承受橫向載荷的場合 機械設計基礎 聯(lián)接 雙頭螺栓 螺釘聯(lián)接 雙頭螺栓聯(lián)接特點 孔與桿間有間隙 被聯(lián)接件上無需切制螺紋 裝拆方便適用場合 用于被聯(lián)接件之一較厚 經(jīng)常裝拆的場合 螺釘聯(lián)接特點 孔與桿間無間隙 被聯(lián)接件上無需切制螺紋 裝拆方便適用場合 被聯(lián)接件之一較厚 且不常裝拆的場合 機械設計基礎 聯(lián)接 緊定螺釘聯(lián)接 適用場合 多用于軸上零件的固定 傳遞較小的力 錐端螺釘聯(lián)接平端螺釘聯(lián)接圓柱端螺釘聯(lián)接 機械設計基礎 聯(lián)接 其他聯(lián)接 地腳螺栓聯(lián)接 吊環(huán)螺栓聯(lián)接 T形槽螺栓聯(lián)接 機械設計基礎 聯(lián)接 五 螺紋聯(lián)接防松裝置 問題 為什么要防松 防松的原理 防松零件的裝配方法 靜載荷 rv 自鎖 預緊后摩擦力 防止松動動載荷 摩擦力減小 消失 不可靠 螺紋聯(lián)接防松的實質在于限制螺旋副的相對轉動螺紋聯(lián)接防松的方法按工作原理可分為 1摩擦防松2機械防松3其它 破壞螺紋副關系 鉚沖 粘接 焊接 機械設計基礎 聯(lián)接 1摩擦防松 使螺紋接觸面間始終保持一定的壓力 始終有阻止螺旋副轉動的摩擦阻力矩 彈簧墊圈防松 自鎖螺母防松 對頂螺母 雙螺母 防松 機械設計基礎 聯(lián)接 對頂螺母防松 使螺紋接觸面間始終保持一定的壓力 始終有阻止螺旋副轉動的摩擦阻力矩 對頂螺母防松 機械設計基礎 聯(lián)接 2機械防松 用機械裝置把螺母和螺栓聯(lián)成一體 消除了它們之間相對轉動的可能性 開口銷 止動墊圈 串聯(lián)鋼絲防松 機械設計基礎 聯(lián)接 螺栓 開槽螺母 開口銷 裝配圖 止動墊圈防松 用機械裝置把螺母和螺栓聯(lián)成一體 消除了它們之間相對轉動的可能性 機械設計基礎 聯(lián)接 串聯(lián)鋼絲防松 機械設計基礎 聯(lián)接 用機械裝置把螺母和螺栓聯(lián)成一體 消除了它們之間相對轉動的可能性 3其它 破壞螺紋副關系 焊接 鉚沖 機械設計基礎 聯(lián)接 六 螺栓聯(lián)接的計算 松螺栓聯(lián)接 無預緊力 只有工作拉力緊螺栓聯(lián)接 有預緊力 還有工作拉力 1失效形式2設計步驟3松螺栓聯(lián)接強度設計4緊螺栓聯(lián)接強度設計僅受預緊力的緊螺栓聯(lián)接受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接受偏心載荷的緊螺栓聯(lián)接 機械設計基礎 聯(lián)接 螺栓組聯(lián)接 1失效形式 失效形式 1 螺栓桿拉斷 普通螺栓 2 螺紋壓潰和剪斷 受剪螺栓 3 經(jīng)常裝拆因磨損而發(fā)生滑扣 普通螺栓主要為螺紋部分發(fā)生斷裂受剪螺栓 鉸制孔螺栓 主要為壓潰和剪切 機械設計基礎 聯(lián)接 2設計步驟 一般設計步驟 螺栓組受力和失效分析 找出受力最大的螺栓 單個螺栓受力分析和失效分析 單個螺栓強度計算 確定螺栓的尺寸 直徑 長度 試算法 先選定一個螺栓直徑d 查 計算d1 若d1與d1 假定的小徑 相近 則合用 否則再選 機械設計基礎 聯(lián)接 3松螺栓聯(lián)接強度設計 受載荷形式 軸向拉伸 工作拉力F 失效形式 螺栓拉斷 靜 疲勞 設計準則 保證螺栓拉伸強度強度條件 s s 設計計算方法 校核式 設計式 機械設計基礎 聯(lián)接 4緊螺栓聯(lián)接強度設計 1 僅受預緊力的緊螺栓聯(lián)接受載荷形式 擰緊后 軸向拉伸 工作拉力Fs 擰緊過程中 軸向拉伸Fs 扭力T失效形式 螺栓拉斷 拉 扭綜合作用 設計準則 保證螺栓拉伸強度強度條件 s s 設計計算方法 校核式 機械設計基礎 聯(lián)接 擰緊力矩T 剪應力 預緊拉力FS 拉應力 設計式 2 受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接 受載荷形式 工作載荷作用之前 螺栓已受預緊力FS作用 擰緊過程中 軸向拉伸FS 扭力T 擰緊后 預緊力Fs失效形式 相同否 兩種情況的工作原理不同 機械設計基礎 聯(lián)接 普通螺栓 鉸制孔螺栓 受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接 受載荷形式 擰緊過程中 軸向拉伸Fs 扭力T失效形式 螺栓拉斷 拉 扭綜合作用 設計準則 保證螺栓拉伸強度強度條件 s s 設計計算方法 問題 預緊力Fs應滿足的條件 與橫向載荷F有何關系 依據(jù) 被聯(lián)接件不滑移 界面摩擦力 F即 機械設計基礎 聯(lián)接 校核式 設計式 討論 f 0 2時 FS F 受橫向載荷的鉸制孔螺栓聯(lián)接 受載荷形式 擰緊過程中 軸向拉伸Fs 扭力T 預緊力小 計算時可忽略 工作時 橫向載荷F失效形式 側面壓潰及螺栓剪切設計準則 保證擠壓 剪切強度強度條件 sp sp t t 設計計算方法 擠壓強度 剪切強度 機械設計基礎 聯(lián)接 討論 普通螺栓受橫向載荷F時 為保證結合面不發(fā)生滑移 靠結合面的摩擦力抵抗F預緊力Fs的大小 根據(jù)接合面不發(fā)生滑移的條件確定 f 0 2時 FS 6F結論 橫向載荷過大的情況下 不適宜用普通螺栓宜采用鉸制孔螺栓必須采用普通螺栓時 應配合減載銷 鍵或減載套筒使用減載裝置強度計算同鉸制孔螺栓計算 機械設計基礎 聯(lián)接 3 受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接 受載荷形式 擰緊過程中 軸向拉伸Fs 扭力T工作時 再承受工作載荷F此時 螺栓所受的總拉力 F0 FS F 機械設計基礎 聯(lián)接 須根據(jù)靜力平衡方程和變形協(xié)調條件求解 受力和變形關系 變形協(xié)調條件 l1 lb l 機械設計基礎 聯(lián)接 F0 F FSF0 F F S 預緊FS 受載F 螺栓 被聯(lián)接件 拉力FS 伸長l1 壓力FS 壓縮lb 拉力F0 伸長l1 l1 壓力F S 壓縮lb lb 未預緊 未受力 無變形 未受力 無變形 受力變形線圖 應變與力關系 機械設計基礎 聯(lián)接 F S 殘余預緊力防止受載后接合面產(chǎn)生縫隙根據(jù)緊密性要求選取 見p97 受軸向載荷螺栓強度計算 螺栓受到的總拉力F0 F F S則螺栓強度計算公式 機械設計基礎 聯(lián)接 校核式 設計式 4 受偏心載荷的緊螺栓聯(lián)接 螺栓受到的總拉力除工作時總拉力外 還附加偏心彎矩作用 螺栓總拉應力大很多避免受偏心載荷方法 避免使用鉤頭螺栓 加工凸臺或凹臺使支撐面平整 機械設計基礎 聯(lián)接 七 螺栓材料和許用應力 材料 一般用途 低碳鋼或中碳鋼 35 45及Q235 Q275 重要聯(lián)接 合金鋼 40Cr 30CrMnTi 國標 GB T3098 1 2000 規(guī)定螺栓按材料的力學性能分出十個等級 3 6 4 6 4 8 5 6 5 8 6 8 8 8 9 8 10 9 12 9規(guī)則 小數(shù)點前數(shù)字表示sB 100 小數(shù)點后數(shù)字表示10sS sB如 5 8級 表示sB 500MPa sS 400MPa許用應力 表7 1 機械設計基礎 聯(lián)接 計算螺栓小徑時采用試算法來選用 7 3鍵聯(lián)接 一 鍵聯(lián)接的分類及結構二 鍵的強度校核三 花鍵聯(lián)接 機械設計基礎 聯(lián)接 一 鍵聯(lián)接的分類及結構 目的 鍵是用來實現(xiàn)軸與軸上零件的周向固定以傳遞轉矩 靜聯(lián)接 或實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動 動聯(lián)接 它是標準件分類 機械設計基礎 聯(lián)接 鍵聯(lián)接 松聯(lián)接 緊聯(lián)接 楔鍵 靜聯(lián)接 單向軸向固定 平鍵 半圓鍵 靜聯(lián)接 普通平鍵 靜聯(lián)接 導向平鍵 動聯(lián)接 花鍵 1松聯(lián)接 1 平鍵聯(lián)接結構 鍵兩側與鍵槽相配合 靜聯(lián)接為過渡配合 動聯(lián)接為間隙配合 上端面與輪轂鍵槽底面有間隙工作原理 兩側面是工作面 靠兩側面擠壓傳遞轉矩 失效形式 靜聯(lián)接 工作面擠潰 鍵剪斷動聯(lián)接 工作面磨損特點 結構簡單 裝折方便 對中性好 承載能力大 應用廣泛成對使用 承載能力不夠時采用 按180 布置兩個鍵 一對平鍵按1 5個鍵計算 機械設計基礎 聯(lián)接 平鍵分類 普通平鍵 圓頭 型 立銑刀 鍵定位好 軸應力集中大 平頭 型 盤銑刀 軸向鍵無定位 應力集中小 單圓頭 型 立銑刀加工 用于軸端 導向平鍵鍵固定于軸上 滑移距離小 機械設計基礎 聯(lián)接 2 半圓鍵聯(lián)接 結構 工作原理 兩側面是工作面 側面擠壓傳遞轉矩構造與加工 鍵 用圓鋼切制或沖壓后磨削鍵槽 盤狀銑刀加工 失效形式 鍵剪斷 工作面壓潰特點 便于安裝 對中好 用于錐形軸端 但對軸削弱大成對使用 承載能力不夠時用 沿同一母線布置 機械設計基礎 聯(lián)接 2緊聯(lián)接 楔鍵聯(lián)接結構 鍵側與鍵槽有間隙 上下面楔緊工作原理 上下面為工作面 靠摩擦力傳遞轉矩方頭楔鍵 鉤頭楔鍵 圓頭楔鍵 失效形式 工作面壓潰特點 簡單 且可實現(xiàn)輪轂在軸上單向軸向固定楔緊產(chǎn)生偏心 對中性差 不適于高速及對中要求高的場合 機械設計基礎 聯(lián)接 二 鍵的強度校核 1鍵的選擇鍵是標準零件 p109表7 2材料多采用碳素鋼鍵的類型選擇 根據(jù)使用要求和工作條件 轉矩 轉速 載荷性質 是否移動 對中性