機(jī)械設(shè)計(jì)第11章-聯(lián)接

1、第11章 連 接教學(xué)要求、重點(diǎn)與難點(diǎn)11.1 連接概述11.2 螺紋的主要參數(shù)11.3 螺紋副的受力分析、效率和自鎖11.4 螺紋連接的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用11.5 螺紋連接的預(yù)緊和預(yù)緊力矩11.6 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算11.7 設(shè)計(jì)螺紋連接時(shí)應(yīng)注意的問題11.8 螺旋傳動(dòng)11.9 軸轂連接小 結(jié)作 業(yè)教學(xué)要求、重點(diǎn)與難點(diǎn) 一、教學(xué)要求 了解連接的類型和應(yīng)用；了解螺紋連接的類型和應(yīng)用；掌握螺旋副的受力分析、效率和自鎖，螺紋連接的防松裝置；掌握螺紋連接失效形式及強(qiáng)度計(jì)算；了解螺旋傳動(dòng)的受力情況及計(jì)算要點(diǎn)；了解軸轂連接的類型及應(yīng)用。 二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)：螺旋副的受力分析、效率和自鎖；螺紋連接失效形

2、式及強(qiáng)度計(jì)算。 難點(diǎn)：螺旋副的受力分析，效率和自鎖；螺栓連接的計(jì)算。 返回章目錄11.1 概述連接的類型 1.按照連接的性質(zhì)分 2.按照連接的工作原理分形鎖合連接：平鍵、銷、鉸制孔螺栓、鉚接。材料鎖合連接：焊接、膠接。力鎖合連接：過盈配合、普通螺栓。返回章目錄一、螺紋的形成11.2 螺紋的主要參數(shù) 1.按牙型: 三角形螺紋、管螺紋 連接螺紋； 矩形、梯形、鋸齒形螺紋傳動(dòng)螺紋。2.按位置： 內(nèi)螺紋在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋； 外螺紋在圓柱孔的外表面形成的螺紋。3.三角形螺紋：粗牙螺紋用于緊固件； 細(xì)牙螺紋同樣的公稱直徑下，螺距最小，自鎖性好，適于薄壁細(xì)小零件和沖擊變載等。二、螺紋的分類左旋 右旋

3、4.根據(jù)螺旋線繞行方向： 1) 左旋 2) 右旋5.根據(jù)螺旋線線數(shù)： 單線螺紋（n=1）用于連接 雙線螺紋（n=2）如右圖 多線螺紋（n2）用于傳動(dòng)6.根據(jù)形成螺紋的圖形分： 7.根據(jù)螺紋形成的表面分： 1）內(nèi)螺紋 2)外螺紋 8.根據(jù)形成螺紋的母體分： 1）圓柱螺紋 2)圓錐螺紋 1）外徑（大徑）d（D）與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱 面直徑，亦稱公稱直徑。2）內(nèi)徑（小徑）d1(D1) 與外螺紋牙底相重合的假想圓柱 面直徑。3）中徑d2 在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱 面的直徑，d20.5(d+d1)。三、螺紋的主要參數(shù)4）螺 距 p 相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間 的軸向距

4、離。5）導(dǎo)程（S）同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線 上的對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。6）線 數(shù) n 螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n4。 螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：s=np 7）螺旋升角中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋 線軸線的平面的夾角：8）牙型角 螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。9）牙型斜角螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角。返回章目錄11.3螺紋副的受力分析、效率和自鎖RannFf一、受力分析旋緊螺母所需的轉(zhuǎn)矩：螺紋副的效率 ： 二、螺紋副的效率1) 對(duì)于矩形螺紋，其效率 ：2) 對(duì)于非矩形螺紋，其效率 ： 螺紋副的自鎖條件為：螺旋升角不大于當(dāng)量摩擦角。即：三、螺紋副自鎖的條件

5、式中 ：四、影響效率和自鎖性能的幾何因素1.線數(shù)越多，螺距越大，升角越大 ，效率越高 。 3.在螺旋傳動(dòng)中，應(yīng)采用多線、大螺距的螺紋，以提高傳動(dòng)效率。 4.在螺紋連接中，應(yīng)采用單線、小螺距的螺紋，以提高自鎖性能。2.升角越大，自鎖性能越差 。 5.牙型斜角越大，則當(dāng)量摩擦角越大，效率越低，自鎖性能越好，所以在螺旋傳動(dòng)中，為了提高效率，采用牙型斜角小的螺紋，如矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋。 6.在螺紋連接中，為了提高自鎖性能，應(yīng)采用牙型斜角大的螺紋，如三角形螺紋。返回章目錄11.4 螺紋連接的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用 1. 普通螺栓連接 當(dāng)被連接件不太厚時(shí)，被連接件加工出通孔，不帶螺紋，螺桿穿過通孔與

6、螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，可多次裝拆，應(yīng)用較廣。一、螺紋連接的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合2. 鉸制孔用螺栓連接 裝配后無間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用，用基孔制配合的鉸制孔螺栓連接。3. 雙頭螺柱連接 螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時(shí)一端旋入被連接件，另一端配以螺母。適用于常拆卸而被連接件之一較厚的場(chǎng)合。折裝時(shí)只需拆螺母，而不將雙頭螺柱從被連接件中擰出。4. 螺釘連接 適用于被連接件之一較厚，不需經(jīng)常裝拆的地方。一端有螺釘頭，不需螺母，適合于受載較小場(chǎng)合。5.緊定螺釘連接 擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應(yīng)的缺口中以固定零件的相對(duì)位置?？蓚鬟f不大的

7、軸向力或扭矩。6.特殊連接 1) 地腳螺栓連接 2) 吊環(huán)螺釘連接返回章目錄 工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。 增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。 擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限ss的80%。1.預(yù)緊力：2.預(yù)緊的目的：3. 預(yù)緊力的確定原則： 11.5 螺紋連接的預(yù)緊和預(yù)緊力矩一、螺紋連接的預(yù)緊 利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。通?？刹捎脺y(cè)力矩扳手或定力矩扳手，對(duì)于重要的螺栓連接，也可以采用測(cè)定螺栓伸長(zhǎng)的方法來控制預(yù)緊力。4.預(yù)緊力的控制： 1)測(cè)力矩板手測(cè)出預(yù)緊力矩。 2) 定力矩板手達(dá)到固定的擰

8、緊力矩T時(shí)，彈簧受壓將自動(dòng)打滑。預(yù)緊力矩：T2是螺母端環(huán)形面與被連接 件間的摩擦力矩。 二、螺紋連接的預(yù)緊力矩上式中：T1是螺紋摩擦阻力矩。 返回章目錄失效形式：受拉螺栓螺栓桿和螺紋可能發(fā)生塑性變形或斷裂；受剪螺栓螺栓桿和孔壁間可能發(fā)生壓潰或被剪斷。工程中螺栓連接多數(shù)為疲勞失效。 受拉螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證螺栓的拉伸強(qiáng)度；受剪螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證螺栓的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。 設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則與思路：11.6 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算1、松螺栓連接 如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無預(yù)緊力，只有工作載荷F 起拉伸作用。一、普通螺栓的強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件為：驗(yàn)算用公式 設(shè)計(jì)用公式 式中： d1螺桿危險(xiǎn)截面直徑（mm） 許

9、用拉應(yīng)力 N/mm2 (MPa) ，查表1062、緊螺栓連接（1）只受預(yù)緊力作用的緊螺栓連接 靠摩擦力傳遞橫向載荷的普通螺栓連接。 RRFF 式中：可靠系數(shù)：預(yù)緊力 ：根據(jù)受力平衡：由于螺紋摩擦力矩產(chǎn)生剪應(yīng)力，按第四強(qiáng)度理論，得出：強(qiáng)度條件： 其中的系數(shù)1.3，是將外載荷提高30%，以考慮預(yù)緊力矩對(duì)螺栓連接強(qiáng)度的影響，這樣把拉扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)化為純拉伸來處理，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算手續(xù)，故又稱簡(jiǎn)化計(jì)算法。在只受預(yù)緊力作用的緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算中： （2）既受預(yù)緊力又受工作載荷的螺栓 剩余預(yù)緊力為： ； 2) 螺栓尚未擰緊，未受工作載荷時(shí)，螺栓受預(yù)緊力： ；1) 螺栓尚未擰緊時(shí)，螺栓不受力； 3) 工作

10、載荷F作用時(shí)，所以，總拉力： 4) 為了保證連接的緊密性，必須維持一定的剩余預(yù)緊力 。一般連接，外載荷穩(wěn)定時(shí)，?。划?dāng)外載荷有變化時(shí)，可取；有緊密性要求的螺栓連接，取。 根據(jù)強(qiáng)度理論，螺栓的強(qiáng)度條件：二、鉸制孔螺栓的強(qiáng)度計(jì)算1.剪切強(qiáng)度條件為：2.擠壓強(qiáng)度條件為： 式中： 是螺栓或被連接件中較弱者的許用擠壓應(yīng)力，MPa，查表106。三、螺栓的材料及許用應(yīng)力 1.螺栓的材料 普通螺栓的常用材料為：Q215、Q235、10、35和45鋼。 重要或有特殊用途的螺栓材料可采用15Cr、40Cr、30CrMnSi等高強(qiáng)度鋼。 2.螺栓材料的許用應(yīng)力 常用的螺栓材料的機(jī)械性能，查表10-5。 螺栓材料的許用

11、應(yīng)力及安全系數(shù)，查表10-6。例題11-1：解：總摩擦力F總：返回章目錄螺栓組連接設(shè)計(jì)的順序選布局、定數(shù)目、力分析、設(shè)計(jì)尺寸 。一、螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、布局要盡量對(duì)稱分布，栓組中心與連接結(jié)合面形心重合（有利于分度、劃線、鉆孔），同時(shí)螺栓受力均勻。2、不要在外載作用方向布置8個(gè)以上螺栓，以免受力太不均勻。但彎扭作用螺栓組，適當(dāng)靠接縫邊緣布局，否則受力不均。 3、合理間距，適當(dāng)邊距，便于裝拆。4、同一組螺栓材料、直徑、長(zhǎng)度相等。11.7 設(shè)計(jì)螺紋連接時(shí)應(yīng)注意的問題二、防松1.防松原理：消除（或限制）螺紋副之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或增大相對(duì)運(yùn)動(dòng)的難度。2.防松辦法及措施 ：1）摩擦防松 雙螺母、彈簧墊圈、

12、尼龍墊圈、自鎖螺母等。 彈簧墊圈 雙螺母 自鎖螺母：螺母一端做成非圓形收口，螺母擰緊后收口漲開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊開槽螺母與開口銷圓螺母與止動(dòng)墊圈串聯(lián)鋼絲2）機(jī)械防松 利用開槽螺母與開口銷、圓螺母與止動(dòng)墊圈、彈簧墊片，軸用帶翅墊片、止動(dòng)墊片、串聯(lián)鋼絲等進(jìn)行防松。3）破壞螺紋副的防松 有端鉚、沖點(diǎn)、點(diǎn)焊、粘合。 沖點(diǎn) 粘合 返回章目錄一、螺旋傳動(dòng)的分類 螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。 1.運(yùn)動(dòng)形式 a)螺桿轉(zhuǎn)螺母移 b)螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺平固定）用得多 c) 螺母轉(zhuǎn)螺桿移 d) 螺母又轉(zhuǎn)

13、又移（螺桿固定）用得少 11.8 螺旋傳動(dòng) （1）滑動(dòng)螺旋 構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比大，承載能力高，加工方便、傳動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠、易于自鎖。1) 按用途分： （1）傳力螺旋舉重器、千斤頂、加壓螺旋。 特點(diǎn)：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖。 （2）傳導(dǎo)螺旋機(jī)床進(jìn)給絲杠傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 特點(diǎn)：速度高、連續(xù)工作、精度高。 （3）調(diào)整螺旋機(jī)床、儀器及測(cè)試裝置中的微調(diào)螺旋。 特點(diǎn)：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng) 。2.螺旋傳動(dòng)類型2) 按摩擦副的性質(zhì)分： 特 點(diǎn) ：磨損快、壽命短，低速時(shí)有爬行現(xiàn)象（滑移），摩 擦損耗大，傳動(dòng)效率低（3040%）傳動(dòng)精度低。 （2）滾動(dòng)螺旋傳動(dòng) 摩擦性質(zhì)為滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)是在具

14、有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動(dòng)體（多用鋼球），當(dāng)傳動(dòng)工作時(shí)，滾動(dòng)體沿螺紋滾道滾動(dòng)并形成循環(huán)。按循環(huán)方式有：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)兩種。 優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高（可達(dá)90%），起動(dòng)力矩小，傳動(dòng)靈活平穩(wěn)，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆運(yùn)動(dòng)效率相同，可實(shí)現(xiàn)逆?zhèn)鲃?dòng)。 缺點(diǎn)：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高，成本較高。 （3）靜壓螺旋 液體摩擦，靠外部液壓系統(tǒng)提高壓力油，壓力油進(jìn)入螺桿與螺母螺紋間的油缸，促使螺桿、螺母、螺紋牙間產(chǎn)生壓力油膜而分隔開。 特點(diǎn)：摩擦系數(shù)小，效率高，工作穩(wěn)定，無爬行現(xiàn)象，定位精度高，磨損小，壽命長(zhǎng)。但螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜（需密封），需一穩(wěn)壓供油系統(tǒng)

15、、成本較高。適用于精密機(jī)床中進(jìn)給和分度機(jī)構(gòu)。 返回章目錄第九節(jié) 軸轂連接 軸轂連接有鍵連接、過盈配合連接、銷連接、型面連接等。 鍵連接有：平鍵、半圓鍵、楔鍵及花鍵連接等。一、鍵連接1.平鍵 平鍵有普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵等。1、鍵連接的類型與構(gòu)造 主要類型：平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵。1) 平鍵 (1)普通平鍵 用于靜連接，即軸與輪轂間無相對(duì)軸向移動(dòng)。 構(gòu)造：兩側(cè)面為工作面，靠鍵與槽的擠壓和鍵的剪切傳遞扭矩； 軸上的槽用盤銑刀或指狀銑刀加工； 輪轂槽用拉刀或插刀加工。 11.9 軸轂連接 軸轂連接有鍵連接、過盈配合連接、銷連接、型面連接等。一、鍵連接普通平鍵： 圓 頭 A型（常用）鍵頂上面與轂

16、不接觸有間隙 方 頭 B型常用螺釘固定半圓頭C型（端銑刀加工）用于軸端與輪轂連接 (2) 薄型平鍵鍵高約為普通平鍵的60%70%：圓頭、方頭、單圓頭。 用于薄臂結(jié)構(gòu)、空心軸等徑向尺寸受限制的連接。(3) 導(dǎo)向平鍵與滑鍵用于動(dòng)連接，即軸與輪轂之間有相對(duì)軸向移動(dòng)的連接 ?；I鍵隨輪轂移動(dòng)導(dǎo)向鍵鍵不動(dòng)，輪轂軸向移動(dòng)特點(diǎn)：裝拆方便，對(duì)零件對(duì)中性無影響，容易制造，作用可靠，多用于高精度連接。但只能圓周固定，不能承受軸向力 。2) 半圓鍵 軸槽用與半圓鍵形狀相同的銑刀加工，鍵能在槽中繞幾何中心擺動(dòng)，鍵的側(cè)面為工作面，工作時(shí)靠其側(cè)面的擠壓來傳遞扭矩。 特點(diǎn)：工藝性好，裝配方便，適用于錐形軸與輪轂的連接缺點(diǎn)：

17、軸槽對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大。只適宜輕載連接。 普通楔鍵：上、下面為工作表面，有1：100斜度（側(cè)面有間隙），工作時(shí)打緊，靠上下面摩擦傳遞扭矩，并可傳遞小部分單向軸向力。 特 點(diǎn) ：適用于低速輕載、精度要求不高。對(duì)中性較差，力有偏心。不宜高速和精度要求高的連接，變載下易松動(dòng)。鉤頭只用于軸端連接，如在中間用鍵槽應(yīng)比鍵長(zhǎng)2倍才能裝入。3) 楔鍵連接 兩個(gè)斜度為1：100的楔鍵連接，上、下兩面為工作面（打入）布置在圓周的切向。工作原理：靠工作面與軸及輪轂相擠壓來傳遞扭矩 。4) 切向鍵二、鍵連接的強(qiáng)度校核 失效形式：壓潰（靜連接鍵、軸、轂中較弱者） 磨損（動(dòng)連接） 鍵的剪斷（較少） 1、平鍵連接的強(qiáng)度校核

18、 a) 擠壓強(qiáng)度條件為： 允許傳遞的扭矩： T扭矩（Nmm）k工作高度 k=h/2 d軸徑（mm） l工作長(zhǎng)度 A型鍵：l=L-b B型鍵：l=L C型鍵：l=L-b/2 L公稱長(zhǎng)度 b）剪切強(qiáng)度條件 2、半圓鍵連接強(qiáng)度校核 強(qiáng)度不夠時(shí)，措施：1）雙鍵，180布置（按1.5個(gè)鍵計(jì)算）三鍵，120布置。 2）增大軸徑d。 3）增長(zhǎng)L，但輪轂長(zhǎng)受力不利。 4）改用花鍵。 花鍵連接是由多個(gè)鍵齒與鍵槽在軸和輪轂孔的周向均布而成?；ㄦI齒側(cè)面為工作面。適用于動(dòng)、靜連接。A、類型、特點(diǎn)和應(yīng)用 1、特點(diǎn)：1）齒較多、工作面積大、承載能力較高。2）鍵均勻分布，各鍵齒受力較均勻。三、花鍵連接 3）齒槽線、齒根應(yīng)力

19、集中小，對(duì)軸的強(qiáng)度削弱減少。4）軸上零件對(duì)中性好。5）導(dǎo)向性較好。6）加工需專用設(shè)備、制造成本高。2、花鍵類型 按齒形分： 矩形花鍵 矩形花鍵連接按新標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)徑定心，定心精度高，定心穩(wěn)定性好，配合面均要研磨，應(yīng)用廣泛。 漸開線花鍵 定心方式為齒形定心，當(dāng)齒受載時(shí)，齒上的徑向力能自動(dòng)定心，有利于各齒均載，應(yīng)用廣泛，優(yōu)先采用。 三角形花鍵齒數(shù)較多，齒較小，對(duì)軸強(qiáng)度削弱小。適于輕載、直徑較小時(shí)及軸與薄壁零件的連接應(yīng)用較少。B、花鍵連接的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)：選花鍵類型按軸徑定花鍵尺寸驗(yàn)算連接強(qiáng)度 失效形式：鍵齒的壓潰（靜連接）； 磨損（動(dòng)連接）； 齒根剪斷。 設(shè)：工作載荷沿鍵的工作長(zhǎng)度l均勻分布。且各齒面

20、上壓力的合力N作用在平均半徑dm處，如圖 擠壓強(qiáng)度條件： 耐磨性條件（動(dòng)連接）： T傳遞扭矩（N.m） Z花鍵齒數(shù) l 鍵齒工作長(zhǎng)度（mm）dm花鍵的平均直徑載荷分布不均系數(shù) h鍵齒側(cè)面工作高度（mm） 四、型面連接 軸和轂孔有柱形和圓錐形等。 特點(diǎn)：沒有應(yīng)力集中源，對(duì)中性好，承載能力強(qiáng)，裝拆方便，但加工不方便，需用專用設(shè)備，應(yīng)用較少。另外成形面還有方形、六邊形及切邊圓形等，但對(duì)中性較差。 五、脹緊連接 下圖為彈性環(huán)連接利用錐面貼合并擠緊在軸轂之間用摩擦力傳遞扭矩，有過載保護(hù)作用。彈性環(huán)的材料為高碳鋼或高碳合金鋼（65，70鋼）并經(jīng)熱處理。錐角一般為12.517，要求內(nèi)、外環(huán)錐面配合良好。特點(diǎn)：可傳遞較大扭矩和軸向力，無應(yīng)力集中，對(duì)中性好，但加工要求較高，應(yīng)用受限制。定位銷主要用于零件間位置定位，左圖，常用作組合加工和裝配時(shí)的主要輔助零件。連接銷主要用于零件間的連接或鎖定，中圖，可傳遞不大的載荷。安全銷主要用于安全保護(hù)裝置中的過載剪斷元件 ，右圖。六、銷連接 圓柱銷不能多于裝拆（否則定位精度下降）。圓錐銷1：50錐度，可自鎖，定位精度較高，允許多次裝拆，且便于拆卸。特殊型式銷帶螺紋錐銷，開尾錐銷（右圖）彈