機械設(shè)計基礎(chǔ) 教學(xué)課件 作者 李立機械設(shè)計基礎(chǔ)(13) 連接

在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：://教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187或者直接輸入下面地址：教學(xué)目標(biāo)重點難點教學(xué)內(nèi)容小結(jié)作業(yè)第十三章連接教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)：1.掌握螺紋連接的種類和特點及螺紋連接的預(yù)緊和防松方法；2.具有計算螺紋連接強度的能力；3.了解軸轂連接種類及各自的特點；4.掌握軸轂連接方法及應(yīng)用；5.掌握軸間連接類型及應(yīng)用；6.熟悉彈性連接的應(yīng)用；7.了解其他連接方法。首頁13.1螺紋連接13.2軸轂連接13.3軸間連接13.4彈性連接13.5其他連接首頁教學(xué)內(nèi)容重點：螺紋連接、軸間連接、軸轂連接、彈性連接的類型。難點：各類連接的應(yīng)用。首頁重點難點13.1螺紋連接返回螺紋連接13.1.1螺紋的種類和應(yīng)用各種螺紋都是根據(jù)螺旋線原理加工而成，根據(jù)螺旋線繞行方向分為左旋螺紋和右旋螺紋，如圖13-1所示，螺紋的旋向可按下面方法判別：沿著螺紋的軸線(通過端面圓心并且垂直端面的假想直線)看，螺旋線處于左低右高的為右旋螺紋，反之左高右低的為左旋螺紋，常用的螺紋多為右旋螺紋；根據(jù)螺紋所在零件外表的位置分為外螺紋和內(nèi)螺紋，如圖13-2所示；根據(jù)螺紋的牙型，可分為三角形、矩形、梯形、鋸齒形和圓弧形螺紋等，如圖13-3所示。螺紋連接圖13-1螺紋的旋向圖13-2螺紋的不同形式螺紋連接圖13-3螺紋的牙型螺紋連接三角形螺紋的牙型為等邊三角形，α=60°，應(yīng)用比較廣泛。按螺距大小分為粗牙螺紋和細牙螺紋。粗牙螺紋常用于一般連接，細牙螺紋自鎖性好，常用于細小零件、薄壁管件的連接。三角形管螺紋的牙型為等腰三角形，α=55°，應(yīng)用在流通氣體或液體的管接頭、旋塞、閥門及其他附件上，起著密封的作用。矩形螺紋的牙型為正方形，α=0°，其效率高，多用于傳動。但對中性差，牙根強度低，精確制造有困難。

螺紋連接梯形螺紋的牙型為等腰梯形，α=30°，其傳動效率雖略低于矩形螺紋，但加工方便，對中性好，牙根強度高，故廣泛用于傳動。鋸齒形螺紋的牙型為不等腰梯形，工作面的牙側(cè)角β1=3°，非工作面的牙側(cè)角β2=3°，其兼有矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙根強度高的優(yōu)點，但只能用于承受單向載荷的傳動。螺紋連接

13.1.2螺紋的主要參數(shù)圖13-5螺紋的升角與螺距的關(guān)系圖13-4螺紋的主要參數(shù)螺紋連接螺紋的主要參數(shù)圓柱普通螺紋的主要幾何參數(shù)如圖13-4所示。1、大徑d—螺紋的最大直徑，也是螺紋的公稱直徑2、小徑d1—螺紋的最小直徑，強度計算時常作為螺桿危險截面的計算直徑。3、中徑d2—螺紋牙寬度和牙槽寬度相等處的假想圓柱的直徑，近似等于螺紋的平均直徑：

螺紋連接4、螺距P—螺紋相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)點間的距離。5、線數(shù)n—螺紋線的條數(shù)，通常n=1～46、導(dǎo)程S

—螺紋上任一點沿同一條螺旋線運動一周所移動的軸向距離。導(dǎo)程與螺距的關(guān)系為：S

=nP，式中，n

為螺紋線數(shù)。7、升角λ—螺紋中徑圓柱面上螺旋線展開后與底面的夾角，如圖13-5所示，又稱導(dǎo)程角，其計算式為8、牙型角α—螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊間的夾角，如圖13-4所示。

螺紋連接13.1.3螺紋連接的種類和應(yīng)用圖13-6普通螺栓連接圖13-7鉸制孔用螺栓連接1、螺栓連接螺紋連接2.雙頭螺柱連接圖13-8雙頭螺柱連接圖13-9螺釘連接3.螺釘連接螺紋連接4.緊定螺釘連接

圖13-10緊定螺釘連接螺紋連接13.1.4螺紋連接的預(yù)緊與防松1.螺紋連接的預(yù)緊一般螺紋連接在裝配時都必須擰緊,使連接件在承受工作載荷之前預(yù)先受到力的作用,這個預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力F0。預(yù)緊的目的是增大連接的剛性，增強緊密性、可靠性和提高防松能力。對于受軸向拉力的螺栓連接還可以提高螺栓的疲勞強度，對于受橫向載荷的普通螺栓連接，有利于增大連接中結(jié)合面間的摩擦。螺紋連接預(yù)緊過緊，預(yù)緊力過大，螺桿靜載荷增大，降低螺桿本身強度；預(yù)緊過松，預(yù)緊力過小，工作不可靠。預(yù)緊力的大小是通過擰緊力矩來控制的。在擰緊螺栓連接的過程中，加于扳手上的擰緊力矩T,須克服螺紋副相對轉(zhuǎn)動的阻力矩T1

和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2

,如圖13-11所示。故擰緊力矩T=T1+T2T=0.2F0d螺紋連接代入相關(guān)數(shù)據(jù)，最后可得到：螺紋連接2.螺栓連接預(yù)緊力大小的控制圖13-12測力矩扳手圖13-13定力矩扳手螺紋連接3.螺紋連接的防松1〕摩擦力防松〔a〕彈簧墊圈防松〔b〕雙螺母防松(c)自鎖螺母防松圖13-14摩擦力防松螺紋連接2〕機械防松〔a〕單耳止動墊圈〔b〕圓螺母用止動墊圈圖13-15開口銷與槽形螺母防松

圖13-16止動墊圈防松螺紋連接3〕串聯(lián)鋼絲防松〔a〕沖點〔b〕焊接圖13-18不可拆防松方法

圖13-17串聯(lián)鋼絲防松法正確錯誤(c)粘接螺紋連接螺栓連接的強度計算這里主要討論單個螺栓連接的計算，它也適用于雙頭螺柱和螺釘?shù)倪B接。螺栓主要失效形式包括螺栓拉斷、螺紋的壓潰和剪斷。在靜載荷作用下，螺栓的螺紋局部出現(xiàn)塑性變形的斷裂；在變載荷作用下，螺栓有應(yīng)力集中部位，如螺紋局部，釘頭與柱體的過渡局部易發(fā)生疲勞斷裂現(xiàn)象。1.松螺栓連接強度計算松螺栓連接裝配時，螺母一般不需要擰緊。在承受工作載荷之前，螺栓不受力。例如拉桿、起重吊鉤等的螺紋連接均屬此類?，F(xiàn)以圖13-19所示的螺紋連接為例，說明松螺栓連接到強度計算方法。當(dāng)工作時，螺栓只承受軸向工作載荷F，那么螺栓危險截面的強度校核公式為螺紋連接那么松螺栓連接的設(shè)計公式為：螺紋連接式中，圖13-19松螺栓連接F—軸向工作載荷，N[σ]—螺栓材料的許用拉應(yīng)力，MPad2—螺栓危險截面小徑，mm2.受橫向工作載荷的緊螺栓連接強度計算如圖13-20所示的緊螺栓連接，在橫向工作載荷FS的作用下，被連接件的結(jié)合面之間有相對滑動傾向，為了防止被連接件產(chǎn)生滑移，預(yù)緊力F0產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于螺紋連接圖13-20受橫向載荷的緊螺栓連接或等于橫向載荷FS

即:引入可靠性系數(shù)C，整理后得根據(jù)第四強度理論，由上式可得出螺栓連接的強度校核公式為:

3.承受軸向工作載荷的緊螺栓連接螺紋連接如圖13-21所示，螺栓在工作載荷F作用下，結(jié)合面處所受的壓力為剩余預(yù)緊力F″,該預(yù)緊力也作用于螺栓上，此時螺栓所受總拉力為軸向工作載荷F與剩余預(yù)緊力F″之和即,圖13-21受軸向工作載荷的緊螺栓連接螺紋連接一般緊密連接預(yù)緊力F″=(1.5～1.8)F

，工作載荷無變化的緊固連接，預(yù)緊力F″=(0.2～0.6)F；工作載荷有變化的緊固連接，預(yù)緊力F″=(0.6～1.0)F,螺栓強度校核公式為:

螺紋連接4.承受工作剪力的緊螺栓連接強度計算如圖13-22所示，鉸制孔用螺栓連接的螺栓桿和孔壁之間無間隙，接觸面間受擠壓，其失效形式為螺栓桿被剪斷、螺栓桿或孔壁被壓潰，因此鉸制孔用螺栓連接需要進行剪切強度和擠壓強度計算。圖13-22承受剪力的緊螺栓連接螺栓桿的抗剪切強度條件為:螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為：

返回13.2軸轂連接返回軸轂連接鍵連接的類型

鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)件，鍵連接是由鍵、軸和輪轂所組成，它通常用于實現(xiàn)軸和輪轂的軸向固定并傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還兼作軸上零件的軸向固定和軸上移動的導(dǎo)向裝置。鍵連接主要類型有平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接、切向鍵連接。其中平鍵聯(lián)接和半圓鍵聯(lián)接為松鍵聯(lián)接，楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接為緊鍵聯(lián)接。

1.平鍵連接圖13-23鍵連接軸轂連接如圖13-23所示，平鍵的兩側(cè)面是工作面,上外表與輪轂上的鍵槽底部之間留有間隙，鍵的上、下外表為非工作面。工作時靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來傳遞扭矩。平鍵連接除具有鍵連接的優(yōu)點外，還具有結(jié)構(gòu)緊湊，對中性好等優(yōu)點，因而得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)用途可分為如下三種:圖13-24平鍵連接的類型軸轂連接〔1)普通平鍵〔2〕導(dǎo)向平鍵圖13-25導(dǎo)向平鍵圖13-26滑鍵〔3〕滑鍵2.半圓鍵連接半圓鍵連接屬于是靜連接，如圖13-27所示。半圓鍵的兩個側(cè)面為半圓形，工作時靠其兩側(cè)面受擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩。軸轂連接13-29切向鍵連接軸轂連接3.楔鍵連接圖13-27半圓鍵連接圖13-28楔鍵連接4.切向鍵連接軸轂連接平鍵連接的選擇與強度校核1.鍵的尺寸的選定平鍵的主要尺寸為鍵寬、鍵高和鍵長。設(shè)計時，根據(jù)軸的直徑從國家標(biāo)準(zhǔn)〔GB1096-1979〕中選擇平鍵的寬度和高度；鍵的長度略小于輪轂的長度〔一般比輪轂長度短5mm～10mm〕，并符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的長度系列。2.鍵的類型的選擇鍵在選擇鍵的類型時要考慮以下因素：傳遞轉(zhuǎn)矩的大?。粚χ行缘囊?；輪轂是否需要沿軸向滑移及滑移距離的大??；鍵在軸的中部或端部等。3.鍵的強度計算平鍵連接的主要失效形式是工作面被壓潰〔靜連接〕，過度磨損〔動連接〕和鍵的剪斷。靜連接通常是按照較弱零件的工作面上的擠壓應(yīng)力進行強度校核；動連接那么按工作面上的壓強進行強度計算，只有在過載的條件下，才需校核鍵的剪切強度。按照擠壓應(yīng)力或壓強進行強度校核的公式為：軸轂連接式中，T—傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·mm；d—軸的直徑，mml—鍵的工作長度，mm；h—鍵高，mm[σP]([p])—鍵連接的許用擠壓應(yīng)力〔或許用壓力[p]〕，MPa軸轂連接花鍵連接花鍵連接是將具有均勻分布的多個凸齒的軸置于輪轂相應(yīng)的凹槽中所構(gòu)成的可拆連接，如圖13-30所示。圖13-30花鍵連接花鍵連接齒形現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化,按齒形不同分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩種。1.矩形花鍵軸轂連接圖13-31矩形花鍵圖13-32漸開線花鍵2.漸開線花鍵13.2.4銷連接軸轂連接按銷的形狀，可分為圓柱銷和圓錐銷，如圖13-33所示?！瞐〕圓柱銷(b)圓錐銷圖13-33銷連接按照用途可分為定位銷、連接銷和平安銷。軸轂連接〔a〕定位銷〔b〕連接銷定位銷主要用于零件間位置定位，如圖13-34〔a〕所示，常用作組合加工和裝配時的主要輔助零件。連接銷主要用于零件間的聯(lián)接或鎖定，如圖13-34〔b〕所示，可傳遞不大的載荷平安銷主要用于平安保護裝置中的過載剪斷元件，如圖13-34〔c〕所示?！瞔〕平安銷圖13-34銷連接返回13.3軸間連接返回軸間連接聯(lián)軸器聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造、安裝誤差及機器運轉(zhuǎn)時零件受載變形，根底下沉，回轉(zhuǎn)零件的不平衡，溫度的變化和軸承的磨損等都會使兩軸線的位置不能嚴(yán)格對中，產(chǎn)生偏移。常見的偏移形式如圖13-35所示?！瞐〕軸向偏移〔d〕綜合偏移〔c〕角偏移〔b〕徑向偏移圖13-35兩軸偏移形式軸轂連接〔a〕普通螺栓連接〔b〕連接銷1.固定式聯(lián)軸器1〕凸緣聯(lián)軸器圖13-36

凸緣聯(lián)軸器軸轂連接2.可移式聯(lián)軸器1〕齒式聯(lián)軸器

2〕套筒聯(lián)軸器圖13-37套筒聯(lián)軸器軸轂連接圖13-38齒式聯(lián)軸器圖13-39十字滑塊聯(lián)軸器2)十字滑塊聯(lián)軸器軸轂連接3〕萬向聯(lián)軸器

圖13-41雙萬向聯(lián)軸器3.彈性聯(lián)軸器1〕彈性套柱銷聯(lián)軸器2〕彈性柱銷聯(lián)軸器圖13-40萬向聯(lián)軸器軸轂連接圖13-42彈性套柱銷聯(lián)軸器圖13-43彈性柱銷聯(lián)軸器軸轂連接13.3.2離合器離合器在機器運轉(zhuǎn)中可將連接的兩軸隨時別離和結(jié)合。對離合器的要求有：操作方便；運轉(zhuǎn)可靠；動作準(zhǔn)確；調(diào)整方便；維修容易。圖13-44牙嵌式離合器1.牙嵌式離合器

圖13-45單盤摩擦離合器2.摩擦式離合器軸轂連接3.平安離合器圖13-46平安離合器圖13-47超越離合器4.超越離合器返回

13.4彈性連接返回彈性連接是指依靠彈性零件實現(xiàn)被連接件間的動連接。機械設(shè)備中的各種類型的彈簧、儀表中形狀各異的簧片都是彈性零件。彈性零件受載后產(chǎn)生變形，卸載后立即恢復(fù)原有形狀和尺寸，彈簧因其具有剛度小，彈性大，承載后會產(chǎn)生彈性變形并且吸收能量等特性，是彈性連接中應(yīng)用最廣泛的。彈性連接彈簧的功用和類型1.彈簧的功用〔l〕控制機構(gòu)的運動，以適應(yīng)被連接件的工作位置變化?！?〕減振和緩沖，以改善被連接件的工作平穩(wěn)性?！?〕儲存及輸出能量，以提供被連接件運動所需的動力。〔4〕測量力和力矩的大小。彈性連接2.彈簧的類型圖13-48圓柱彈簧圖13-49圓錐彈簧圖13-50蝶形彈簧圖13-52盤彈簧圖13-51環(huán)形彈簧圖13-53板彈簧13.4.2彈簧的特性與材料1.彈簧特性線和剛度拉壓彈簧彈性連接圖13-54彈簧特性曲線2.彈簧的材料與制造(1)彈簧的材料為了使彈簧能夠可靠地工作，彈簧的材料應(yīng)具有高的彈性極限和疲勞極限，同時具有足夠的韌性和塑性和良好的熱處理性能。常用的彈簧材料有：碳素彈簧鋼〔如60、75、65Mn等〕、硅錳彈簧鋼〔如60Si2MnA〕、鉻釩彈簧鋼〔如50CrVA〕、不銹鋼〔如1Cr18Ni9〕及青銅〔如QBe2〕等。彈性連接(2)彈簧制造彈簧的制造包括卷制、端面的精加工、熱處理和工藝試驗及壓強處理。彈簧的卷繞方式有冷卷法和熱卷法，冷卷法用于經(jīng)預(yù)先熱處理后拉成的直徑的彈簧絲；直徑較大的彈簧絲制造時應(yīng)采用熱卷法。對于重要的壓縮彈簧，為使載荷作用線與彈簧軸線趨于重合，應(yīng)將端面圈在專用的磨床上磨平〔參見圖13-55〕，對于拉伸彈簧，兩端應(yīng)制有掛鉤〔參見圖13-56〕。彈性連接彈性連接〔a〕并緊且磨平〔b〕并緊且可磨平〔c〕并緊不磨平圖13-55圓柱螺旋彈簧的端面圈〔a〕半圓鉤環(huán)〔b〕圓鉤環(huán)〔c〕可調(diào)式〔d〕錐形閉合端圖13-56圓柱螺旋拉伸彈簧掛鉤的形式彈簧在完成上述工序后，要進行熱處理。冷卷后的彈簧只作回火處理，以消除卷制時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。熱卷后的彈簧須經(jīng)淬火及中溫回火處理。彈性連接圓柱螺旋彈簧結(jié)構(gòu)和幾何尺寸彈性連接圖13-57圓柱螺旋彈簧彈性連接返回

13.5其他連接返回13.5.1焊接其他連接連接方式除了前述的之外還有焊接、鉚接、膠接、過盈連接等其他連接方式，下面對這些連接方式作簡要介紹。焊接是利用局部加熱的方法將被連接件連接成為一個整體的一種不可拆連接。焊接具有節(jié)約金屬材料，施工簡便，生產(chǎn)率高，焊縫的緊密性好，不易滲漏、焊接本錢低等優(yōu)點。按照焊接的方法不同，焊接可以分為壓力焊和熔融焊兩大類，其中熔融焊包括氣焊、電弧焊及電渣焊等。目前在各種工業(yè)部門中以電弧焊應(yīng)用最廣。其他連接焊件經(jīng)焊接后形成的結(jié)合局部稱為焊縫。電弧焊形成的焊縫形式如圖13-58所示?！瞐〕正接角焊縫〔b〕搭接角焊縫〔c〕對接焊縫〔d〕卷邊焊縫圖13-58焊縫接頭形式其他連接目前焊接方法已到達百余種，釬焊就是應(yīng)用較廣泛的焊接方法之一。它是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現(xiàn)焊接的方法。釬焊時，通常要清楚焊件外表污物，增加釬料的潤濕性，這就需要采用釬劑。釬焊時也必須加熱熔化釬料。按熱源的不同分為火焰釬焊、感應(yīng)釬焊、電阻釬焊、鹽浴釬焊和電子束釬焊等。也可按釬料的熔點不同分為硬釬焊和軟釬焊兩類。釬焊時通常要進行保護，如抽真空，通保護其他和使用釬劑等。其他連接鉚接鉚接是使用很早的一種簡單的不可拆聯(lián)的機械連接，如圖13-59所示，它就是利用鉚釘將兩個或兩個以上的被連接件連接在一起的連接。

圖13-59鉚接其他連接鉚釘和被鉚接件構(gòu)成的連接局部稱為鉚接縫。按照鉚接的用途可將鉚接縫分為三類：以強度為根本要求的為強度鉚接縫，如飛機蒙皮與框架、房架、橋梁、起重設(shè)備的機架、建筑物的桁架等結(jié)構(gòu)上的鉚接縫；不但要求具有足夠的強度外還要保證足夠的緊密性的鉚接縫為強密鉚縫，如鍋爐、壓縮空氣罐等承受高壓器皿的鉚接縫；僅以緊密性為根本要求的鉚接縫為緊密鉚接縫，如水箱、油罐等的鉚接縫。按照被聯(lián)接件的相互位置又可將鉚接縫分為：搭接縫〔圖13-60a〕，單