機械基礎(chǔ)之連接ppt課件

1、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(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)、應(yīng)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(yīng)用特點 掌握平鍵聯(lián)接強度校核計算方法,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,1,7-1 總 論,靜聯(lián)接,動聯(lián)接運動副,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,與動力 源組合,零件,構(gòu)件,機構(gòu),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,2,7-2 螺紋聯(lián)接,一、螺紋的主要參數(shù) 二、螺旋副力學(xué)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

2、的計算 七、螺栓材料和許用應(yīng)力,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,3,一、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(shè)計基礎(chǔ)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(xì)牙螺紋 d1大、強度大、自鎖性好，常用于變載,聯(lián)接,傳動,4,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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,(2)右手旋，前進右旋 左手旋，前進左旋,5,2 主要參數(shù),

3、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(dǎo)程S：同一條螺紋線的相鄰兩牙間的軸向距離，S = nP,機械設(shè)計基礎(chǔ)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(cè)邊的夾角,d1,D, d,6,二、螺旋副力學(xué)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(dāng)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(shè)計基礎(chǔ)

4、聯(lián)接,7,1 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(qū)動力： 等速下滑： 平衡條件： 維持力：,自鎖條件： 當(dāng)y r時，F(xiàn) 0，原工作阻力F反向作用，作為驅(qū)動力時，滑塊才能移動 結(jié)論：當(dāng) y r 時，滑塊自鎖,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,8,2 槽面摩擦,力分析： 摩擦力：,當(dāng)量摩擦角：,思考: 與平面摩擦比較？ 結(jié)論：槽面的摩擦力大于平面的摩擦力,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,9,3 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(shè)：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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,10,

5、4 三角形螺紋,反力 摩擦力 當(dāng)量摩擦角,Q,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,擰緊力 擰緊力矩,防松力 防松力矩,11,三角形螺紋（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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,12,5 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(yù)緊力Fs,擰緊阻力矩 T 的大?。?？ 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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,螺栓,預(yù)緊拉力F0,被聯(lián)接件,預(yù)緊壓力F0,施加在扳手上的力FT,T1,T2,13,控制擰緊力矩的扳手,定力矩

6、扳手,測力矩扳手,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,14,控制擰緊力臂,選擇扳手長度,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,15,三、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(xì)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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,16,四、螺紋聯(lián)接件主要類型,1 標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件 螺栓 普通螺栓 鉸制孔螺栓 雙

7、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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,17,2 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(jié)構(gòu)形式、裝拆要求等進行選擇,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,18,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(shè)計基

8、礎(chǔ)聯(lián)接,19,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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,20,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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,21,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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,22,五、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) +

9、 預(yù)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(zhì)在于限制螺旋副的相對轉(zhuǎn)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(guān)系（鉚沖、粘接、焊接）,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,23,1 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(zhuǎn)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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,24,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(zhuǎn)動的摩擦阻力矩,對頂螺母防松,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,25,2 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(zhuǎn)動的可能性,開口銷、

10、止動墊圈、串聯(lián)鋼絲防松,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,螺栓,開槽螺母,開口銷,裝配圖,26,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(zhuǎn)動的可能性,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,27,串聯(lián)鋼絲防松,機械設(shè)計基礎(chǔ)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(zhuǎn)動的可能性,28,3 其它：破壞螺紋副關(guān)系,焊接,鉚沖,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,29,六、螺栓聯(lián)接的計算,松螺栓聯(lián)接：無預(yù)緊力，只有工作拉力 緊螺栓聯(lián)接：有預(yù)緊力，還有工作拉力,1 失效形式 2 設(shè)計步驟 3 松螺栓聯(lián)接強度設(shè)計 4 緊螺栓聯(lián)接強度設(shè)計 僅受預(yù)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

11、螺栓聯(lián)接,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,螺栓組聯(lián)接,30,1 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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,31,2 設(shè)計步驟,一般設(shè)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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,32,3 松螺栓聯(lián)接強度設(shè)計,受載荷形式軸向拉伸(工作拉力F) 失效形式螺栓拉斷

12、 (靜、疲勞) 設(shè)計準(zhǔn)則保證螺栓拉伸強度 強度條件： ss 設(shè)計計算方法： 校核式 :,設(shè)計式:,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,33,4 緊螺栓聯(lián)接強度設(shè)計,(1) 僅受預(yù)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(shè)計準(zhǔn)則保證螺栓拉伸強度 強度條件： ss 設(shè)計計算方法：,校核式 :,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,擰緊力矩T剪應(yīng)力,預(yù)緊拉力FS拉應(yīng)力,設(shè)計式:,34,(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(yù)緊力 FS作用 （擰緊過程中:軸向拉伸FS 、扭力T） 擰緊后: 預(yù)緊力 Fs 失效形式

13、相同否？,兩種情況的工作原理不同！,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,普通螺栓,鉸制孔螺栓,35,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(shè)計準(zhǔn)則保證螺栓拉伸強度 強度條件： ss 設(shè)計計算方法：,問題：預(yù)緊力Fs應(yīng)滿足的條件?與橫向載荷F有何關(guān)系？ 依據(jù)：被聯(lián)接件不滑移界面摩擦力F 即：,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,校核式 :,設(shè)計式:,討論：f=0.2時，F(xiàn)S=?F,36,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(yù)緊力小，計算時可忽略) 工作時：橫向載荷F 失效形式側(cè)面壓潰及螺栓剪切 設(shè)計準(zhǔn)則保證擠壓、剪切強度

14、強度條件： spsp、t t 設(shè)計計算方法：,擠壓強度： 剪切強度：,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,37,討論：,普通螺栓受橫向載荷F時，為保證結(jié)合面不發(fā)生滑移，靠結(jié)合面的摩擦力抵抗F 預(yù)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，F(xiàn)S=6F 結(jié)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(yīng)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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,38,(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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,

15、須根據(jù)靜力平衡方程和變形協(xié)調(diào)條件求解,39,受力和變形關(guān)系,變形協(xié)調(diào)條件: l1= lb = l,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,F0F+FS F0=F+FS,預(yù)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FS, 壓縮lb -lb,未預(yù)緊,未受力、無變形,未受力、無變形,40,受力變形線圖,應(yīng)變與力關(guān)系:,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,FS：殘余預(yù)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p97,41,受軸向載荷螺栓強度計算,螺栓受到的總拉力F0= F+ FS 則螺栓強度計算公式：,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,校核式 :,設(shè)計式:,42,(4) 受偏心載荷

16、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(yīng)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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,43,七、螺栓材料和許用應(yīng)力,材料： 一般用途：低碳鋼或中碳鋼 (3545及Q235Q275) 重要聯(lián)接：合金鋼（ 40Cr、30CrMnTi ） 國標(biāo)(GB/T 3098.1_2000)規(guī)定螺栓按材料的力學(xué)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=5

17、00MPa ，sS=400MPa 許用應(yīng)力：表7-1,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,計算螺栓小徑時采用試算法來選用,44,7-3 鍵聯(lián)接,一、鍵聯(lián)接的分類及結(jié)構(gòu) 二、鍵的強度校核 三、花鍵聯(lián)接,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,45,一、鍵聯(lián)接的分類及結(jié)構(gòu),目的： 鍵是用來實現(xiàn)軸與軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩（靜聯(lián)接），或?qū)崿F(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動（動聯(lián)接 ） 它是標(biāo)準(zhǔn)件 分類：,機械設(shè)計基礎(chǔ)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(dǎo)向平鍵 （動聯(lián)接）,花鍵,46,1 松聯(lián)接,（1）平鍵聯(lián)接 結(jié)構(gòu):鍵兩側(cè)與鍵槽相配合(靜聯(lián)接為過渡配合, 動聯(lián)接為間隙

18、配合), 上端面與輪轂鍵槽底面有間隙 工作原理:兩側(cè)面是工作面，靠兩側(cè)面擠壓傳遞轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡單，裝折方便，對中性好，承載能力大，應(yīng)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(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,47,平鍵分類,普通平鍵 (圓頭)型：立銑刀，鍵定位好，軸應(yīng)力集中大 (平頭)型：盤銑刀，軸向鍵無定位，應(yīng)力集中小 (單圓頭)型：立銑刀加工，用于軸端,導(dǎo)向平鍵 鍵固定于軸上, 滑移距離小,機械設(shè)計基礎(chǔ)聯(lián)接,48,(2) 半圓鍵聯(lián)接,結(jié)構(gòu): 工作原理: 兩側(cè)面是工作面，側(cè)面擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩 構(gòu)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,