機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第7章 連接2012-1

`教師(jiàoshī):曾鋼機(jī)電(jīdiàn)與信息工程學(xué)院機(jī)電(jīdiàn)工程系

緒論第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和

速度分析第二章平面連桿機(jī)構(gòu)第三章凸輪機(jī)構(gòu)第四章間隙運(yùn)動機(jī)構(gòu)第五章機(jī)械的調(diào)速和平衡第六章機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論

第七章連接第八章帶傳動和鏈傳動第九章齒輪傳動第十章蝸桿傳動第十一章輪系、減速器和無級變速傳動第十二章軸第十三章軸承第十四章聯(lián)軸器、離合器和制動器第十五章彈簧第十六章電力電氣設(shè)備零件第十七章現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法簡介200948學(xué)時精品資料

第七章連接(liánjiē)

7-1螺紋連接(liánjiē)(p.77)(聯(lián)結(jié))7-2鍵連接(liánjiē)精品資料

第七章連接(liánjiē)7-1螺紋(luówén)連接(p.77)

(一）螺紋及其主要參數(shù)（二）螺旋副的力的關(guān)系、效率和自鎖（三）機(jī)械制造中常用螺紋種類及標(biāo)準(zhǔn)(四）螺紋連接件的主要類型

(五）螺紋連接的防松裝置(六）螺拴連接的計(jì)算(七）螺拴的材料和許用應(yīng)力精品資料

第七章連接(liánjiē)

不可拆連接(liánjiē)：鉚、焊可拆連接(liánjiē)：螺紋、鍵、銷和楔機(jī)器連接分兩類：零件構(gòu)件部件機(jī)器連接連接連接連接靜連接動連接運(yùn)動副運(yùn)動副靜連接精品資料（一）螺紋(luówén)及其主要參數(shù)螺紋(luówén)連接是利用帶有螺紋(luówén)的零件構(gòu)成的可拆連接。

第七章連接

精品資料

第七章連接(liánjiē)

（一）螺紋(luówén)及其主要參數(shù)精品資料螺紋(luówén)連接(一)螺紋及其主要參數(shù)◆螺紋的形成如圖所示，將一底邊長度ab等于πd1的直角三角形abc繞在一直徑為d1的圓柱體上，并使底邊ab繞在圓柱體的底邊上，則它的斜邊ac在圓柱體上便形成一螺旋線。取任一平面圖形，使它的一邊靠在圓柱的母線上并沿螺旋線移動，移動時保持該圖形的平面通過圓柱體的軸線，就可以得到(dédào)相應(yīng)的螺紋。abca

●

螺旋線精品資料中國礦業(yè)大學(xué)(北京)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)a)三角形螺紋b)矩形(jǔxíng)螺紋c)梯形螺紋d)鋸齒形螺紋e)半圓形螺紋圖7－2按平面圖形(túxíng)的形狀，螺紋可分為：三角形螺紋（圖7-2a）矩形螺紋（圖7-2b）梯形螺紋（圖7-2c）鋸齒形螺紋（圖7-2d）半圓形螺紋（圖7-2e）螺紋連接圖7－1精品資料按螺旋線的數(shù)目(shùmù)分單線(dānxiàn)雙線三線多線螺紋旋向：左旋螺紋，右旋螺紋（常用）。精品資料(3)中徑d2d1d2d(1)大徑d(2)小徑d1(4)螺距(luójù)P(5)導(dǎo)程S(6)螺紋(luówén)升角ψ(7)牙型角

αtgψ=πd2

nP

αψS=nP螺紋的主要幾何參數(shù)SPP/2P/2精品資料按螺紋(luówén)的牙型分螺紋(luówén)的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋精品資料（二）螺旋(luóxuán)副中力的關(guān)系、效率和自鎖1矩形(jǔxíng)螺旋副為例(p.79)如圖所示，在外力（或外力矩）作用下，螺旋副的相對運(yùn)動，可看作推動滑塊沿螺紋表面運(yùn)動。一對內(nèi)、外螺紋零件構(gòu)成螺旋副。精品資料如圖所示，將矩形螺紋(luówén)沿中徑d2處展開，得一傾斜角為的斜面，斜面上的滑塊代表螺母，螺母與螺桿的相對運(yùn)動可看成滑塊在斜面上的運(yùn)動。精品資料如圖所示，當(dāng)滑塊沿斜面向上等速運(yùn)動(děnɡsùyùndònɡ)時，所受作用力包括軸向載荷FQ、水平推力F、斜面對滑塊的法向反力FN以及摩擦力Ff。 由力FR、F和FQ組成的力多邊形封閉圖得F=FQtan(

+r)

軸向載荷(zàihè)水平推力斜面對滑塊的法向反力摩擦力Ff合力FRFN與Ff的合力為FR，F(xiàn)f=fFN，f為摩擦系數(shù)，F(xiàn)R與FN的夾角為摩擦角r。精品資料 轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)螺紋所需的轉(zhuǎn)矩為舉升重物(zhònɡwù)所作有效功為W2=FQ×S=FQpd2tan。螺旋副的效率為螺母旋轉(zhuǎn)一周所需的輸入功為=精品資料效率h與螺紋升角和摩擦角r有關(guān).螺旋線的線數(shù)多、升角大，則效率高，反之亦然。

當(dāng)r一定時，對式求極值，可得當(dāng)升角40°時效率最高。螺紋升角過大，螺紋制造很困難，而且(érqiě)當(dāng)>25°后，效率增長不明顯，因此，通常升角不超過25°。精品資料如圖示，當(dāng)滑塊沿斜面等速下滑時，軸向載荷FQ變?yōu)轵?qū)動滑塊等速下滑的驅(qū)動力，F(xiàn)為阻礙滑塊下滑的支持力，摩擦力Ff的方向與滑塊運(yùn)動方向相反。由FR、F和FQ組成的力多邊形封閉圖得F=FQtan(

-r)

螺旋(luóxuán)副的自鎖精品資料螺母反轉(zhuǎn)一周時的輸入功為W1=FQS，輸出(shūchū)功為W2=Fpd2，則螺旋副的效率為由式可知，當(dāng)r時，h0，說明無論FQ力多大，滑塊（即螺母(luómǔ)）都不能運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為螺旋副的自鎖。h=0表明螺旋副處于臨界自鎖狀態(tài)。

r

因此螺旋副的自鎖條件是精品資料設(shè)計(jì)螺旋副時，對要求正反轉(zhuǎn)自由運(yùn)動的螺旋副，應(yīng)避免自鎖現(xiàn)象。工程中也可以應(yīng)用螺旋副的自鎖特性，如起重(qǐzhònɡ)螺旋做成自鎖螺旋，可以省去制動裝置。精品資料非矩形螺紋是指牙形角a不等于零的螺紋，包括三角形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。如圖所示，非矩形螺紋的螺母(luómǔ)與螺桿相對運(yùn)動時，相當(dāng)于非矩形斷面滑塊斜槽內(nèi)滑動。2三角形螺紋(luówén)副(p.81)精品資料非矩形螺紋的受力分析(fēnxī)與矩形螺紋的受力分析(fēnxī)過程一樣，而矩形螺紋與非矩形螺紋的不同之處在于，在相同軸向載荷FQ作用下，非矩形螺紋的法向力比矩形螺紋大。

不同(bùtónɡ)螺紋副間的受力螺母螺桿矩形三角形螺桿螺母精品資料F=FQtan(

+r’)

r’

自鎖條件(tiáojiàn)FN=FQ/

2sin

=FQ/

2cos

Ff=2f.FN=(f/

cos).FQ=f

’

.FQf’當(dāng)量(dāngliàng)摩擦系數(shù)三角形螺紋中的摩擦阻力大于矩形螺紋。由r’

=arctanf

’

=arctan(f/

cos)

螺旋副效率三角形螺紋看成楔形滑塊在斜槽內(nèi)滑動

摩擦力精品資料引入當(dāng)量摩擦系數(shù)f’和當(dāng)量摩擦角r’來考慮非矩形螺紋(luówén)法向力的增加量，即用當(dāng)量摩擦角r’代替r三角螺紋自鎖性能比矩形螺紋好，靜聯(lián)接螺紋要求自鎖，故多采用牙形角大的三角螺紋。傳動螺紋要求螺旋副的效率h要高，一般(yībān)采用牙形角較小的梯形螺紋。精品資料 螺紋(luówén)連接裝配時，一般都要擰緊螺紋(luówén)，使連接螺紋(luówén)在承受工作載荷之前，受到預(yù)先作用的力，這就是螺紋(luówén)連接的預(yù)緊，預(yù)先作用的力稱為預(yù)緊力。3螺紋連接(liánjiē)的擰緊力矩（p.82）螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接預(yù)的目的在于增加聯(lián)接的可靠性、緊密性和防松能力。精品資料如圖所示，在擰緊螺母時，螺栓受預(yù)緊力Fs，被連接件受預(yù)緊壓力Fs，需要克服(kèfú)螺紋副相對扭轉(zhuǎn)的阻力矩和螺母與支承面之間的摩擦阻力矩，即擰緊力矩T=T1+T2。LSFtD1擰緊螺母時的力矩(lìjǔ)計(jì)算精品資料精品資料——螺紋副間有效(yǒuxiào)圓周力精品資料（rm——支承面摩擦(mócā)半徑）L——扳手(bānshou)長度擰緊力矩精品資料T≈0.2Fsd

N·mm若螺紋連接的預(yù)緊力為Fs，螺栓直徑為d，則緊擰緊力矩T可以(kěyǐ)按近似公式計(jì)算精品資料螺紋(luówén)連接圖7－9(三)機(jī)械制造中常用螺紋種類(zhǒnglèi)及標(biāo)準(zhǔn)圖7-9表示了機(jī)械制造中常用螺紋的類型：圖a為三角形螺紋，圖b為管螺紋，圖c為矩形螺紋，圖d為梯形螺紋，圖e為鋸齒形螺紋。精品資料（三）常用螺紋(luówén)連接件類型(p.83)（1)普通螺紋普通螺紋以大徑d為公稱直徑，同一(tóngyī)公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細(xì)牙螺紋。60?粗牙螺紋應(yīng)用最廣。細(xì)牙螺紋的優(yōu)點(diǎn)：升角小、小徑大、自鎖性好、強(qiáng)度高缺點(diǎn)：不耐磨易滑扣。應(yīng)用：薄壁零件、受動載荷的聯(lián)接和微調(diào)機(jī)構(gòu)。Pd粗牙dP細(xì)牙dP細(xì)牙1三角形螺紋精品資料dd2d1P用螺紋(luówén)密封的管螺紋(luówén)普通(pǔtōng)細(xì)牙螺紋（2）管螺紋非螺紋密封管螺紋（圓柱管壁α=55?）用螺紋密封管螺紋（圓錐管壁α=55?）60?圓錐管螺紋公稱直徑----管子的公稱通徑（英制）。強(qiáng)調(diào)與普通螺紋不同55?55?非螺紋密封的管螺紋dd2d1Pφ2φ精品資料3梯形(tīxíng)螺紋：梯形鋸齒形30o3o30o為了減少摩擦和提高效率，這兩種螺紋的牙側(cè)角β比三角形螺紋的要小得多。用于剖分螺母時，梯形螺紋可消除因摩擦而產(chǎn)生的間隙，應(yīng)用較廣。鋸齒形螺紋的效率比矩形螺紋高，但只適合(shìhé)單向傳動。4鋸齒形螺紋:常用于傳動。β=15oβ=3o粗牙普通螺紋、細(xì)牙普通螺紋和梯形螺紋的基本尺寸見表（或查閱相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊）。螺紋的基本尺寸：2矩形螺紋：精品資料7-1螺紋(luówén)連接(p.77)

第七章連接(liánjiē)

(四）螺紋連接件的主要類型1螺栓2雙頭螺柱3螺釘4螺母5墊圈精品資料螺紋(luówén)連接為了使螺紋連接具有一定的自鎖能力，連接用的螺紋絕大多數(shù)都是單線(dānxiàn)的三角螺紋，螺紋升角ψ一般都在1.5o～5o之間。螺紋聯(lián)接件有螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母及墊圈等。1.螺栓螺栓的應(yīng)用最廣，它的一端有頭，另一端有螺紋。聯(lián)接時螺栓穿過被聯(lián)接件的孔（孔中無螺紋）與螺母配合使用，如圖7-11所示。如圖7-12所示，根據(jù)制造方法及精度不同，螺栓可分為普通六角頭螺栓(a)及絞制孔用六角頭螺栓(b)，具體的聯(lián)接見圖7-13。中國礦業(yè)大學(xué)(北京)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖7－11(a)(b)圖7-12精品資料(四)螺紋聯(lián)接件的主要類型為了使螺紋聯(lián)接具有一定的自鎖能力，聯(lián)接用的螺紋絕大多數(shù)都是單線的三角螺紋，螺紋升角ψ一般都在1.5o～5o之間。螺紋聯(lián)接件有螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母及墊圈。1.螺栓螺栓的應(yīng)用最廣，它的一端有頭，另一端有螺紋。聯(lián)接時螺栓穿過被聯(lián)接件的孔（孔中無螺紋）與螺母配合使用，如圖7-11所示。如圖7-12所示，根據(jù)制造方法及精度不同，螺栓可分為(fēnwéi)普通六角頭螺栓(a)及絞制孔用六角頭螺栓(b)，具體的聯(lián)接見圖7-13。圖7－11圖7－13精品資料螺栓是用光拉六角棒料車制成的。制造這種螺栓所用的材料有：Q235、Q275、35、45、35Cr、40Cr等。螺紋部分及所有表面均經(jīng)過加工。六角頭螺栓按產(chǎn)品質(zhì)量分為A，B，C三級。六角頭鉸制孔用螺栓用于受橫向載荷的聯(lián)接（圖7-13）。鉸制孔用螺栓的桿與孔多為基孔制過渡(guòdù)配合，它能夠精確地固定兩個零件的相對位置。附錄Ⅱ中的附表Ⅱ-2、附表Ⅱ-3列出了常用六角頭螺栓A級和B級、六角頭鉸制孔用螺栓A級和B級的基本尺寸。圖7－13精品資料螺紋(luówén)連接螺栓是用光拉六角棒料車制成的。制造這種螺栓所用的材料有：Q235、Q275、35、45、35Cr、40Cr等。螺紋部分及所有表面均經(jīng)過(jīngguò)加工。六角頭螺栓按產(chǎn)品質(zhì)量分為A，B，C三級。六角頭鉸制孔用螺栓用于受橫向載荷的聯(lián)接（圖7-13）。鉸制孔用螺栓的桿與孔多為基孔制過渡配合，它能夠精確地固定兩個零件的相對位置。附錄Ⅱ中的附表Ⅱ-2、附表Ⅱ-3列出了常用六角頭螺栓A級和B級、六角頭鉸制孔用螺栓A級和B級的基本尺寸。中國礦業(yè)大學(xué)(北京)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖7－13

螺栓聯(lián)接無需在被聯(lián)接件上加工出螺紋孔，裝卸方便，常用于被聯(lián)接件不太厚，并能從聯(lián)接件兩邊進(jìn)行裝配的場合。精品資料螺紋(luówén)連接螺栓也可用Q235及10～20號鋼沖制或鍛制而成。螺栓頭及螺栓桿都不加工，螺紋用切削或滾壓方法制成。這種螺栓因制造(zhìzào)精度較差，多用于土建、木結(jié)構(gòu)及農(nóng)業(yè)機(jī)械上。將機(jī)座或機(jī)架固定到地基上的螺栓稱為地腳螺栓，圖7-14為常用的地腳螺栓的型式。圖7－14精品資料2、雙頭螺柱聯(lián)接(liánjiē)被聯(lián)件之一較厚、不易做成通孔，需經(jīng)常(jīngcháng)拆卸處(四）螺紋連接件的基本類型

(p.85)精品資料3螺釘(luódīng)螺栓(luóshuān)聯(lián)接基本類型螺釘聯(lián)接aee雙頭螺柱聯(lián)接

聯(lián)接件厚，允許拆裝。l1l1HHH1H1H2H2結(jié)構(gòu)簡單，省了螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺孔而修復(fù)困難。d(四）螺紋連接件的基本類型(p.85)2雙頭螺柱精品資料被聯(lián)件之一較厚、不易(bùyì)做成通孔，不需經(jīng)常拆卸處3、螺釘(luódīng)聯(lián)接(四）螺紋連接件的基本類型(p.85)精品資料3、緊定螺釘(luódīng)聯(lián)接：固定兩零件(línɡjiàn)相對位置，可傳不大扭矩z平端緊定螺釘錐端緊定螺釘(四）螺紋連接件的基本類型(p.85)精品資料3螺釘(luódīng)應(yīng)用螺栓(luóshuān)聯(lián)接基本類型螺釘聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘(四）螺紋連接件的基本類型(p.85)精品資料螺紋連接(liánjiē)構(gòu)件末端結(jié)構(gòu)頭部結(jié)構(gòu)螺釘(luódīng)、緊定螺釘(luódīng)雙頭螺柱螺栓精品資料螺紋(luówén)緊固件起吊螺釘螺釘(luódīng)、緊定螺釘(luódīng)雙頭螺柱螺栓專用螺紋聯(lián)接T型螺栓精品資料六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圓螺母螺拴構(gòu)件(gòujiàn)用于經(jīng)常(jīngcháng)拆裝易磨損之處。國標(biāo)羅列有六十余種不同結(jié)構(gòu)的螺母用于尺寸受限制之處。4螺母（p.88）分普通螺母和開槽螺母精品資料5墊圈(diànquān)(p.89)彈簧墊圈保護(hù)被連接件的表面不被擦傷，增大(zēnɡdà)接觸面積開口方向：斜向右下方彈性增壓尖端抵住倒角型斜型斜型平墊圈精品資料7-1螺紋(luówén)連接

1利用(lìyòng)摩擦力（1）彈簧墊圈（2）雙螺母2機(jī)械方法防松(五）螺紋連接的防松裝置(p.89)（1）開口銷（2）止動墊圈精品資料螺紋連接(liánjiē)的防松裝置防松的方法(fāngfǎ)：（1）.利用附加摩擦力防松彈簧墊圈防松----防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。開口方向：斜向右下方彈性增壓尖端抵住彈簧墊圈彈簧墊圈精品資料對頂螺母摩擦(mócā)防松自鎖螺母精品資料開口銷與槽形螺母b）機(jī)械防松（直接鎖住）精品資料圓螺母用止動墊圈精品資料開口銷與六角開槽螺母串聯(lián)鋼絲（2）機(jī)械(jīxiè)防松圓螺母用止動墊圈止動墊圈精品資料（六）螺紋連接的設(shè)計(jì)(shèjì)計(jì)算一、設(shè)計(jì)(shèjì)計(jì)算內(nèi)容與步驟1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定螺栓布置形式、數(shù)量2、受力分析：確定螺栓組中受力最大螺栓和所受最大力

定螺栓危險(xiǎn)截面尺寸3、強(qiáng)度計(jì)算：按受力最大螺栓確定整組螺栓直徑精品資料（六）螺紋(luówén)連接的設(shè)計(jì)計(jì)算一、設(shè)計(jì)計(jì)算(jìsuàn)步驟受力分析與強(qiáng)度計(jì)算1、松螺栓連接（工作前不預(yù)緊，例：起重吊鉤）精品資料2、緊螺栓(luóshuān)連接（工作前預(yù)緊，工作中受力不變，例：普通設(shè)備蓋板）二、受力分析(fēnxī)與強(qiáng)度計(jì)算（1）受橫向載荷合成應(yīng)力：失效形式：螺栓塑變或拉斷注：受拉、剪應(yīng)力復(fù)合作用的螺栓，可按受純拉伸處理,將拉應(yīng)力加大30%計(jì)入剪應(yīng)力的影響。受預(yù)緊力普通螺栓QpQpTT精品資料2、只受預(yù)緊力的螺栓聯(lián)接（工作前預(yù)緊，工作中受力不變，例：普通設(shè)備(shèbèi)蓋板）二、受力分析(fēnxī)與強(qiáng)度計(jì)算只受預(yù)緊力普通螺栓QpQpTTf=0.2，F(xiàn)s=6F橫向載荷很大時，要采取減載措施。精品資料f=0.2，F(xiàn)s=6F橫向(hénɡxiànɡ)載荷很大時，要采取減載措施。減載鍵減載環(huán)絞制孔精品資料受預(yù)緊力Qp和工作載荷F作用(zuòyòng)的螺栓聯(lián)接（例：氣缸螺栓）（2）受軸向載荷(zàihè)的螺栓連接（p.95)壓力容器的頂蓋和凸緣1頂蓋2殼體3凸緣要保證強(qiáng)度及連接的緊密性精品資料受力分析(fēnxī)（2）受軸向載荷的螺栓(luóshuān)連接（p.95)Dp=D+2/3b擰緊前擰緊后承受工作載荷后精品資料受力分析(fēnxī)（2）受軸向載荷(zàihè)的螺栓連接（p.95)Dp=D+2/3b擰緊前擰緊后承受工作載荷后精品資料工作載荷F螺栓受載被聯(lián)接件受載預(yù)緊狀態(tài)F作用前預(yù)緊拉力QP預(yù)緊壓力QP工作狀態(tài)F作用后(拉力增加)總載荷

Q(壓力下降)殘余預(yù)緊力Q′P（2）受軸向載荷(zàihè)的螺栓連接（p.95)精品資料載荷螺栓變形被聯(lián)接件變形變形關(guān)系預(yù)緊狀態(tài)QP作用下伸長1壓縮bδL≠δF工作狀態(tài)QP、F共同作用伸長1+1’壓縮b’=b-1’ΔδL=ΔδF螺栓受總拉力:螺栓(luóshuān)拉力F0壓力(yālì)減到Fs’精品資料考慮(kǎolǜ)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時111