第10章聯(lián)接(1)

1、第10章 聯(lián) 接 “聯(lián)接”是指用聯(lián)接零件將機(jī)械中的兩部分固定的裝配結(jié)構(gòu)。 一、機(jī)械中最常見的聯(lián)接形式 有螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接和銷聯(lián)接銷聯(lián)接。 二、常用的聯(lián)接零件 10-1 螺紋的形成、分類和參數(shù) 一、螺紋的形成 是刀具沿螺旋線進(jìn)刀，切出如三角形溝槽、梯形溝槽，即形成相應(yīng)的三角形螺紋、梯形螺紋。 二、螺紋的分類1. 按螺桿軸向剖面內(nèi)螺紋的形狀有： 三角形螺紋 矩形螺紋 鋸齒形螺紋 梯形螺紋2. 按螺旋線數(shù)分：?jiǎn)尉€螺紋、雙線螺紋和多線螺紋。 3. 按螺旋線繞行方向： 分左旋螺紋和右旋螺紋。 左、右旋螺紋的判斷方法：螺紋直立，螺旋線向右上升為右旋螺紋，向左上升為左旋螺紋。 4. 外螺紋與內(nèi)

2、螺紋5. 螺旋副 內(nèi)外螺紋旋合上緊稱作螺旋副（螺紋副）。 三、螺紋參數(shù)（見圖10-3） 標(biāo)準(zhǔn)中稱公稱直徑，是螺紋的標(biāo)注尺寸。如M8，表示d=8mm。 用于螺紋聯(lián)接強(qiáng)度設(shè)計(jì)的計(jì)算值。 是一個(gè)假想的圓柱直徑，用于計(jì)算螺紋的效率、升角、自鎖。 螺紋上相鄰兩牙對(duì)應(yīng)點(diǎn)間軸向距離。 任一點(diǎn)沿同一條螺紋線轉(zhuǎn)一周的軸向位移，s=np。在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。22tandnpds 牙形角 ：軸向剖面內(nèi)，螺紋牙形兩側(cè)邊的夾角。牙形斜角 ：軸向剖面內(nèi)，螺紋牙形一側(cè)邊與徑向直線間的夾角。 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自鎖 本節(jié)內(nèi)容的工程意義： 研究、解決螺紋副在工程中用于連接固

3、定、起重的可靠性（自鎖）。一、螺旋副的受力分析1. 矩形螺旋副( )01）上緊螺母的受力 可看作是滑塊在水平力F作用下沿螺旋面上升時(shí)的受力，如圖b）。受力分析得： 2）下拉螺母時(shí)的受力看作是滑塊在軸向載荷Fa作用下，沿斜面下滑。受力分析得：2. 非矩形螺紋副（ ） 受力關(guān)系式：0)( )( tgFFtgFFaa滑塊沿非矩形螺旋下滑滑塊沿非矩形螺旋上升1）法向力分析 如圖示：2）摩擦角 分析圖a) 摩擦力 Ff=fFn=fFa圖b) 摩擦力大小： cosanFF .coscosaaafFfFffFF為當(dāng)量摩擦系數(shù)。故稱/cos1fff.cos/tgftgff3）受力關(guān)系式 用 代替矩形螺紋副摩擦

4、角 ，得)( )( tgFFtgFFaa下滑滑塊沿非矩形螺旋等速上升滑塊沿非矩形螺旋等速二、螺紋的自鎖 內(nèi)容：研究旋合的螺母在軸向力作用下會(huì)不會(huì)松落下來？1. 自鎖分析 滑塊下滑時(shí)的受力：。自行下滑，即出現(xiàn)自鎖有多大，滑塊都不會(huì)向，否則，無論的方必須改變力表明：要使滑塊下滑是負(fù)號(hào)。則如aFFF,)(tgFFa2. 自鎖特定條件考慮到極限情況：)(2tgtgTSFa三、螺紋傳動(dòng)的效率知識(shí)點(diǎn)：因 為定值，螺紋效率與螺紋升角有關(guān)。)(2tgtgTSFa由圖10-6 知，過大的升角，效率增加不明顯。故螺紋升角一般不大于250。根據(jù) ，螺距相同，單線螺紋升角小，易于自鎖，故多用于聯(lián)接；多線螺紋升角大，效

5、率高，多用于傳動(dòng)。22dnpdStg10-3 機(jī)械制造常用螺紋最多的一種緊固螺紋。裝配中用的又稱普通螺紋，是機(jī)械的三角形米制螺紋，牙型角060) 110-4 螺紋聯(lián)接的基本類型及螺紋緊固件一、螺紋聯(lián)接的基本類型 1. 普通螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：光孔，有裝配間隙。用途：一般設(shè)備的緊固聯(lián)接。2. 鉸制孔螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：無裝配間隙，孔的精度高（鉆、鉸孔）。用途：用于兩被聯(lián)接件有位置精度要求或橫向受載聯(lián)接。 如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體與缸蓋聯(lián)接，連桿體與連桿蓋的聯(lián)接等。 如被聯(lián)接件有位置精度要求，而用普通螺栓連接時(shí)，則被聯(lián)接件上應(yīng)設(shè)計(jì)定位銷聯(lián)接。 如減速器的裝配： 3. 螺釘聯(lián)接 用于結(jié)構(gòu)中一薄一厚兩部分的聯(lián)接。 （

6、1） 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 在厚的被聯(lián)接件上加工螺紋孔，薄的被聯(lián)接件上鉆光孔。4. 特殊聯(lián)接： 緊定螺釘聯(lián)接、地腳螺栓聯(lián)接 , 吊環(huán)螺釘聯(lián)接。二、螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)尺寸及畫法 見教材P137及圖例。 三、螺紋緊固件 大多數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化，用戶無須自行設(shè)計(jì)加工，直接購(gòu)置。 詳見設(shè)計(jì)手冊(cè)。四、螺紋標(biāo)記的細(xì)牙螺紋。螺距為，表示公稱直徑為螺母的粗牙螺紋長(zhǎng)度為，表示公稱直徑為螺栓mmmmMmmmmM5 . 1,105 . 110.60,106010 10-5 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松一、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊預(yù)緊：擰緊螺母，稱作預(yù)緊。預(yù)緊后可防止聯(lián)接松動(dòng)。 1. 預(yù)緊力F/ 螺紋副預(yù)緊后，螺桿和被聯(lián)接件都要受軸向力F/作用， F/稱為

7、預(yù)緊力。u螺栓桿受力性質(zhì)：軸向拉伸。 u被聯(lián)接件受力性質(zhì)：軸向受壓。 2. 預(yù)緊力F/的控制一般機(jī)械裝配的螺紋聯(lián)接，預(yù)緊程度憑經(jīng)驗(yàn)。重要的螺紋聯(lián)接，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、壓力容器、連桿等，必須嚴(yán)格控制預(yù)緊力F/的大小。3. 控制預(yù)緊力F/方法：1）對(duì)聯(lián)接結(jié)構(gòu)受力分析2）建立強(qiáng)度條件式，求出F/3）按經(jīng)驗(yàn)式 T=0.2F/ Nmm，算出T，用測(cè)力矩扳手或定力矩扳手控制。二、螺紋聯(lián)接的防松 知識(shí)點(diǎn)： 螺紋副具有自鎖性，受靜載荷作用，螺紋聯(lián)接是不會(huì)松動(dòng)。在沖擊、振動(dòng)下，螺紋副間的壓力會(huì)減弱，摩擦力減小，螺紋副要出現(xiàn)松動(dòng)。 防松辦法：見表10-4。（1）雙螺母防松 （2）用彈簧墊圈防松 擰緊螺母后，彈簧墊圈被

8、壓平，其彈力使螺紋副間保持一定的軸向壓力而防松。彈簧墊圈（3）圓螺母與止動(dòng)墊圈防松 墊圈的內(nèi)舌插入螺桿的槽內(nèi)，外舌彎入圓螺母槽中，使螺桿與螺母不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 （4）串聯(lián)低碳鋼絲法 （5）開口銷與六角開槽螺母 10-6 螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 工程意義：重要的螺紋連接，螺紋公稱尺寸d的選用，是通過強(qiáng)度計(jì)算確定的。 螺紋連接設(shè)計(jì)的問題（內(nèi)容）：分析單個(gè)螺栓的受力及失效；建立強(qiáng)度條件，算出螺紋的小徑d1計(jì)算值；查標(biāo)準(zhǔn)，按d1標(biāo)準(zhǔn)d1計(jì)算值，選取相應(yīng)的螺紋公稱尺寸d。 一、松螺栓聯(lián)接 裝配不擰緊，螺栓只承受工作載荷。1. 單個(gè)螺栓受力及失效分析 1）軸向拉應(yīng)力MPadFa4212）建立強(qiáng)度條件 。淬火鋼取

9、，安全系數(shù)，未淬火鋼??；限，材料的屈服極；的許用拉應(yīng)力，螺栓材料螺紋小徑；式中：強(qiáng)度條件：）6 . 12 . 142121SMPaMPaSddFssa3）計(jì)算d1計(jì)算值，查標(biāo)準(zhǔn)， 按d1標(biāo)準(zhǔn)值d1計(jì)算值，選螺紋公稱直徑d。 )(41mmFda二、緊螺栓聯(lián)接 裝配時(shí)要預(yù)緊，螺栓桿受預(yù)緊力 作用。F1. 受橫向工作載荷FR作用的緊螺栓聯(lián)接1）單個(gè)螺栓受力分析 受軸向拉伸預(yù)緊力F/、擰緊力矩T1的聯(lián)合作用。在螺紋小徑截面上：預(yù)緊力F/產(chǎn)生拉應(yīng)力4/21dF擰緊力矩T1 產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力：4/)(216/2)(16/2112312311dFtgddddtgFdT 對(duì)于M10M68的普通螺栓，最后整理，得

10、： 受力分析的結(jié)論： 螺桿危險(xiǎn)斷面承受的工作應(yīng)力是拉應(yīng)力的1.3倍。5 . 03 . 1)5 . 0(332222e桿受的當(dāng)量應(yīng)力：按第四強(qiáng)度理論，螺栓2）建立強(qiáng)度條件式： 4/3 . 13 . 121dFe 設(shè)計(jì)計(jì)算式： 式中： 螺栓材料的許用應(yīng)力值，見10.7節(jié)。3）預(yù)緊力F/的計(jì)算 mmFd13 . 14 設(shè)工作載荷FR，則被聯(lián)接件結(jié)合面不產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)的平衡條件：mfZFCFFCmfFZFmfFZRRR或工程應(yīng)用式：理論分析式： 知識(shí)點(diǎn)： C可靠系數(shù)，考慮防滑，取C=1.11.3 mfZFCFFCmfFZRR 如取C=1.2, f=0.15, m=1, Z=1，算出：F/8Fa。 表明：

11、所需預(yù)緊力F/是外載荷Fa的8倍多。為減小螺栓桿尺寸，工藝上采用減載件減載件如用鍵、銷、套筒承受橫向載荷，螺栓僅起緊固作用，如圖10-19。 4）計(jì)算d1，查標(biāo)準(zhǔn)，按d1 手冊(cè) d1計(jì)算 ，取其對(duì)應(yīng)的公稱直徑d。2. 受軸向工作載荷FE作用的緊螺栓聯(lián)接 （1）對(duì)單個(gè)螺栓受力分析 設(shè)軸向總載荷Fa、擰緊力矩T 寫出在螺紋小徑截面上產(chǎn)生的當(dāng)量應(yīng)力：MPadFae213 . 14（2）強(qiáng)度條件 213 . 14dFaee 設(shè)計(jì)式：注意，式中軸向總載荷 mmFda3 . 141EaFFF0 （3）螺栓總載荷Fa的計(jì)算1）計(jì)算工作載荷 FEZDPFE4/22）根據(jù)對(duì)圖10-22的分析知： Fa= FE

12、+ FR 。 FR稱為殘余預(yù)緊力，按教材P144內(nèi)容確定。 （4）算出d1，查標(biāo)準(zhǔn)按。及粗牙螺距選取相應(yīng)的，取接近值，計(jì)算手冊(cè)tMddd11圖10-22的分析：a)聯(lián)接未預(yù)緊。b)預(yù)緊后，但還未加工作載荷FE 。1 12 2變形變形力力 c)聯(lián)接承受工作載荷FE 。 由圖知，F(xiàn)E 的作用使被聯(lián)接件所受預(yù)緊壓力由F0減小到FR, 故作用在螺栓上的總拉力 Fa= FE + FR 。 FR稱為殘余預(yù)緊力 例：圖示軸承蓋用4個(gè)螺釘固定于鑄鐵箱體上，已知作用于軸承蓋上的力FQ10.4kN，螺釘材料為Q235鋼，屈服極限為40Mpa，取剩余預(yù)緊力F為工作拉力的0.4倍，不控制預(yù)緊力，取安全系數(shù)為4，求螺釘

13、所需最小直徑。 許用拉應(yīng)力 4個(gè)螺釘，z4，每個(gè)螺釘?shù)墓ぷ鬏d荷剩余預(yù)緊力F0.4F=0.42600=1040 N 螺釘總拉力 按強(qiáng)度條件，螺栓小徑 SSMPaS240460FFF0260010403640 N ddF1041341336406010021().或cmm 10-8 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 知識(shí)點(diǎn)： 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算方法， FE是以靜載荷考慮的，保證的是螺桿的靜強(qiáng)度。若FE在0 FE變化，普通螺栓桿仍可能會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。重要螺栓聯(lián)接設(shè)計(jì)，除要保證靜強(qiáng)度 還要從螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝上進(jìn)行改進(jìn)，以提高螺桿的抗疲勞強(qiáng)度。 ， 如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體與缸蓋裝配用的螺栓桿結(jié)構(gòu)，就是如此。 一、降低螺

14、栓總拉伸載荷Fa的變化范圍 被聯(lián)接件的剛度螺栓的剛度；。，或使如使根據(jù)-,0cbacbcbbEakkFkkkkkFFF 減小螺桿剛度kb的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 增大被聯(lián)接件剛度kc的結(jié)構(gòu)： 關(guān)系式 的推導(dǎo)： 見教材P144。 .0cbbakkkFFFE 金屬受外力作用，先發(fā)生彈性變形，彈性變形程度用剛度表征。 彈性變形量作用力剛度的定義：Fk 關(guān)系式的推導(dǎo)：cbbakkkFFFE00000ccbbFkFk被聯(lián)接件的剛度：螺栓的剛度：。；由圖EcabFFkFFkc00).,.)0000cbbEabacbEcbcbEbaabkkkFFFkFFkkFkkFFFckFFFFk則有：再代入即又根據(jù)圖由二、改善螺紋

15、牙間的載荷分布（1）普通螺母預(yù)緊螺紋牙受載 見圖10-28：從螺母支承面算起，旋合第一圈受載最大。（2）采用懸置螺母 可使旋合的螺紋牙受載均勻。 （因螺母旋置段與螺栓桿均為拉伸變形） 注意：特殊結(jié)構(gòu)的螺母制造成本高，故只在重要的連接中使用。 三、減小螺栓桿應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)對(duì)頭部截面突變處倒成圓角；切制卸載槽，使應(yīng)力集中處不直接承載；在螺紋收尾處，加工出退刀槽，即卸載槽，使收尾處不直接受扭切應(yīng)力（擰緊）作用。 四、避免或減小附加應(yīng)力的結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)：螺紋牙根對(duì)彎曲應(yīng)力很敏感，牙根處易產(chǎn)生裂紋。產(chǎn)生附加應(yīng)力的原因（1）避免螺紋牙根受附加彎曲應(yīng)力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 五、采用合理的制造工藝1）采用鍛件螺栓（冷鐓螺栓

16、頭部）和輾制螺紋 因冷作硬化和合理的金屬流線，其疲勞強(qiáng)度比車制螺栓高30%40%。2）對(duì)螺栓桿進(jìn)行碳氮共滲、滲氮、噴丸處理 目的：提高表面硬度，阻止裂紋擴(kuò)展，以提高螺栓的抗疲勞強(qiáng)度。噴丸10-10 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械螺紋聯(lián)接，大多是成組使用，故螺紋聯(lián)接設(shè)計(jì)，還要考慮結(jié)合面的形式、螺栓的數(shù)目及排布。1.結(jié)合面形狀設(shè)計(jì) 1）采用軸對(duì)稱簡(jiǎn)單型面，使螺栓組的形心與結(jié)合面的形心重合2）采用環(huán)形或條狀結(jié)合面。 2. 分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目 規(guī)定：3、4、6、8、12等整數(shù)，便于分度畫線鉆孔。 3. 螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距，以方便用扳手裝拆。 4. 受旋轉(zhuǎn)力矩T作用的螺紋聯(lián)接 螺栓應(yīng)盡量遠(yuǎn)距旋轉(zhuǎn)中心布置，以使螺栓桿受剪力最小 。5. 裝配結(jié)合面處不能布置螺栓。 例題例題 一鋼制液壓油缸，油壓一鋼制液壓油缸，油壓 p=1.6MPa，D=160mm，D0=160mm，試設(shè)計(jì)其上蓋的螺栓聯(lián)接試設(shè)計(jì)其上蓋的螺栓聯(lián)接 。解解 (1) 確定螺栓工作載荷確定螺栓工作載荷Fe 暫取螺栓數(shù)z=8，則每個(gè)螺栓承受的平均軸向工作載荷： kN 02.4841606.1422EzDpF(2) 確定螺栓總拉伸載荷確定螺栓總拉伸載荷Fa 對(duì)于壓力容器取殘余預(yù)緊力FR=1.8FE，則有 (3