機(jī)械設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)連接零部件設(shè)計

機(jī)械設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)連接零部件設(shè)計聯(lián)接聯(lián)接的分類動聯(lián)接：靜聯(lián)接：機(jī)器工作時，零部件之間可以有相對運(yùn)動。例如：機(jī)械原理中，各種運(yùn)動副之間的聯(lián)接。在機(jī)器工作中，不允許零部件之間存在相對運(yùn)動的聯(lián)接。靜聯(lián)接可拆聯(lián)接：不須毀壞聯(lián)接中的任何一個零件就可拆開的聯(lián)接。例如：螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接。不可拆聯(lián)接：至少毀壞聯(lián)接中的一部分才能拆開的聯(lián)接。例如：鉚接、焊接等。過盈聯(lián)接第4.1章螺紋連接螺紋螺紋連接的基本類型螺紋連接的放松單個螺栓的強(qiáng)度計算螺栓組設(shè)計提高連接性能的設(shè)計螺紋圓柱螺旋的基本參數(shù)dd1d2PSgab螺紋的類型三角形、梯形、鋸齒形、圓弧形和矩形

普通螺紋管螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋螺紋連接的基本類型螺紋聯(lián)接的基本類型1.螺栓聯(lián)接：普通螺栓聯(lián)接，應(yīng)用廣泛；

鉸制孔用螺栓聯(lián)接；2.螺釘聯(lián)接：被聯(lián)接件之一較厚；3.雙頭螺栓聯(lián)接：常拆卸；4.緊定螺釘聯(lián)接：傳遞較小載荷。其它：地腳螺栓聯(lián)接；吊環(huán)螺栓聯(lián)接；

T型槽螺栓聯(lián)接

螺紋連接的基本類型1.普通螺栓聯(lián)接普通螺栓連接

鉸制孔用螺栓聯(lián)接螺紋連接的基本類型

2.雙頭螺柱聯(lián)接螺紋連接的基本類型

3.螺釘聯(lián)接螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型

螺釘擰入深度H:

鋼或青銅H≈d

鑄鐵H=(1.25∽1.5)d

鋁合金H=(1.5∽2.5)d3、螺釘聯(lián)接螺紋連接的基本類型

4.緊定螺釘聯(lián)接地腳螺栓吊環(huán)螺栓T形槽螺栓聯(lián)接螺紋連接的基本類型方便裝配平正加工螺紋連接的預(yù)緊與防松螺紋連接的預(yù)緊預(yù)緊的目的提高連接的緊密性防止連接松動提高連接的緊密性防止連接松動螺紋連接的預(yù)緊與防松螺紋連接的預(yù)緊控制預(yù)緊力的方法1.控制應(yīng)力、應(yīng)變或伸長量2.控制擰緊力矩3.控制擰緊力臂控制應(yīng)力、應(yīng)變或伸長量控制擰緊力矩控制擰緊力臂擰緊力矩與預(yù)緊力的關(guān)系:1Fp

:預(yù)緊力d2

:螺紋中徑ψ

:螺紋升角rv:螺紋當(dāng)量摩擦角rv=arctg(μ/cosβ)β:牙型半角=α/2

FPFPF擰緊力矩與預(yù)緊力的關(guān)系:2Fp:預(yù)緊力D0:支承面最大直徑d0:支承面最小直徑μ:支承面摩擦系數(shù)擰緊力矩與預(yù)緊力的關(guān)系d2≈0.9d;

=1o42’~3o2’rv≈acrtg(1.155μ);μ≈0.15D0≈1.7d;d0≈1.1d代入,整理：4.1.3螺紋連接的預(yù)緊與防松螺紋連接的防松防松的目的：防止松動失效防松的實質(zhì)：限制螺旋副的相對轉(zhuǎn)動。防松的方法螺紋聯(lián)接防松的方法按工作原理可分為摩擦防松機(jī)械防松破壞螺紋副關(guān)系摩擦防松彈簧墊圈防松螺紋連接的防松摩擦防松螺紋連接的防松自鎖螺母防松螺紋連接的防松摩擦防松對頂螺母防松螺紋連接的防松機(jī)械防松開口銷+開槽螺母防松機(jī)械防松螺紋連接的防松止動墊片防松機(jī)械防松螺紋連接的防松串聯(lián)鋼絲防松破壞螺紋副關(guān)系防松螺紋連接的防松單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單個普通螺栓的強(qiáng)度計算1、松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算2、僅受預(yù)緊力作用的緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算3、受預(yù)緊力和工作拉力作用的緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算4、受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算小結(jié)螺栓的失效分析失效分析普通螺栓主要為螺紋部分發(fā)生斷裂受剪螺栓主要為壓潰和剪切設(shè)計準(zhǔn)則對普通螺栓保證拉伸強(qiáng)度對鉸制孔螺栓保證擠壓和剪切強(qiáng)度單個螺栓的強(qiáng)度計算1、松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算受載荷形式:軸向拉伸(工作拉力F）失效形式:螺栓拉斷（靜、疲勞）設(shè)計準(zhǔn)則:保證螺栓拉伸強(qiáng)度

σ≤[σ]單個螺栓的強(qiáng)度計算1、松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算設(shè)計計算方法：校核公式螺栓材料及許用應(yīng)力[σ]，查表4-6；

查手冊，確定d單個螺栓的強(qiáng)度計算2.僅受預(yù)緊力的緊聯(lián)接螺栓的強(qiáng)度計算拉應(yīng)力扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力近似處理對M14-M64鋼制螺紋單個螺栓的強(qiáng)度計算2.僅受預(yù)緊力的緊聯(lián)接螺栓的強(qiáng)度計算應(yīng)力合成：強(qiáng)度條件：

設(shè)計公式：表4.－6物理意義單個螺栓的強(qiáng)度計算3.受軸向載荷F的緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計算單個螺栓的強(qiáng)度計算3.受軸向載荷F的緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計算分析受力和變形關(guān)系

F0==F+FP

開始擰緊擰緊后受力和變形關(guān)系受力變形線圖（P169

由圖可得：螺栓的剛度被聯(lián)接件的剛度

由圖可得：螺栓總拉力：

由圖可得：防止受載后接合面產(chǎn)生縫隙，殘余預(yù)緊力可取 ：緊密性載荷不穩(wěn)定載荷穩(wěn)定

1.5~1.8F0.6~1.0F0.2~0.6F表4-3預(yù)緊力用金屬墊片或無墊片時取0.2~0.3用軟墊片時取0.7~0.9單個螺栓的強(qiáng)度計算受力變形線圖（P169）為降低螺栓的受力，提高承載能力應(yīng)使螺栓的相對剛度值盡量小些，取較硬的墊片

螺栓拉伸強(qiáng)度條件設(shè)計公式：單個螺栓的強(qiáng)度計算

螺栓如受到變載荷：影響疲勞強(qiáng)度的主要因素為應(yīng)力幅單個螺栓的強(qiáng)度計算

螺栓如受到變載荷單個螺栓的強(qiáng)度計算表4-6單個螺栓的強(qiáng)度計算受工作剪力的普通螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算為保證接合面有足夠的摩擦，螺栓必須先預(yù)緊單個螺栓的強(qiáng)度計算受工作剪力的普通螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算保證接合面不滑移，預(yù)緊力為m:接合面數(shù)；Kn:可靠性系數(shù)取1.1~1.3，μ為摩擦系數(shù)，材料為鋼和鑄鐵時取0.10~0.154、受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算單個螺栓的強(qiáng)度計算預(yù)緊力很小，強(qiáng)度計算時可不考慮；失效形式：側(cè)面壓潰及螺栓剪切單個螺栓的強(qiáng)度計算受工作剪力的鉸制孔螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算螺栓與孔壁擠壓面最小高度δminm為接合面數(shù)單個螺栓強(qiáng)度計算小結(jié)鉸制孔螺栓強(qiáng)度計算普通螺栓強(qiáng)度計算1.松螺栓強(qiáng)度計算2.僅受預(yù)緊力的螺栓強(qiáng)度計算3.受預(yù)緊力和工作載荷的螺栓強(qiáng)度計算4.受剪螺栓的強(qiáng)度計算單個螺栓的強(qiáng)度計算螺紋聯(lián)接的材料螺紋聯(lián)接的材料滿足強(qiáng)度和塑性要求，P172表4-5螺紋聯(lián)接件的常用材料：低碳鋼Q215（原A2）、10號鋼；----一般聯(lián)接中碳鋼Q235（原A3）、35、45號鋼；----一般聯(lián)接低合金鋼或合金鋼15Cr、40Cr、30CrMnTi。----承受沖擊、振動載荷墊片材料：普通墊片：Q215、15、35號鋼；彈簧墊片：65Mn。：（需熱處理）單個螺栓的強(qiáng)度計算3.表4-5螺栓、螺釘、螺柱和螺母材料的力學(xué)性能等級P172表中強(qiáng)度等級6.8表示材料的4.螺紋連接件的許用應(yīng)力P172表4-6螺栓組設(shè)計螺栓組的受力分析螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計螺栓組連接的受力分析目的：找到受力最危險的螺栓幾點假設(shè)：同組螺栓的材料、直徑、預(yù)緊力相同被連接件為剛體，受載后連接面仍為平面螺栓組形心與連接接合面的形心重合螺栓的變形在彈性范圍內(nèi)xzyFzFxFyoTzMy3個方向，6種載荷：橫向力：FxFY軸向力：Fz翻轉(zhuǎn)力矩：Mx，MY轉(zhuǎn)矩：TzMx螺栓組連接的受力分析螺栓組受力分析螺栓組受力分析將一個零件加以固定，其實質(zhì)就是約束該零件在空間的六個自由度。螺栓組設(shè)計螺栓組的受力分析1、受橫向力的螺栓組聯(lián)接絞制孔螺栓普通螺栓2、受扭矩的螺栓組聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接3、受預(yù)緊力和軸向載荷的螺栓組聯(lián)接4、受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接螺栓組連接的受力分析1、受橫向力的螺栓組聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接為保證接合面有足夠的摩擦，螺栓必須先預(yù)緊m:接合面數(shù)；Kn:可靠性系數(shù)取1.1~1.3，u為摩擦系數(shù)，材料為鋼和鑄鐵時取0.10~0.15保證接合面不滑移，預(yù)緊力為螺栓組連接的受力分析1、受橫向力的螺栓組聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接

2、受扭矩的螺栓組聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接螺栓組連接的受力分析螺栓組連接受力分析2、受扭矩的螺栓組聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接由接合面的摩擦力距平衡接合面不發(fā)生滑移，單個螺栓的預(yù)緊力為螺栓組連接的受力分析2、受扭矩的螺栓組聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接忽略預(yù)緊和摩擦的作用，轉(zhuǎn)矩T由螺栓受的剪切載荷對形心的力矩平衡，變形量越大則工作剪力越大螺栓組連接受力分析2、受扭矩螺栓組聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接

變形協(xié)調(diào)條件螺栓組連接的受力分析3、受預(yù)緊力和軸向載荷的螺栓組聯(lián)接既受預(yù)緊力，又受工作拉力后螺栓的總載荷計算，見單個螺栓的強(qiáng)度計算螺栓組連接受力分析4、受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接假定底板為剛體，翻轉(zhuǎn)力矩作用在螺栓組的聯(lián)接形心受載后，繞O—O轉(zhuǎn)動仍保持平面螺栓組連接受力分析受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接螺栓組平衡條件：變形協(xié)調(diào)條件：失效分析緊螺栓受拉扭；底板左側(cè)出現(xiàn)間隙；底板右側(cè)壓潰。右側(cè)不壓潰左側(cè)不分離：

xzyFzFxFyoTzMy3個方向，6種載荷：橫向力：FxFY軸向力：Fz翻轉(zhuǎn)力矩：Mx，MY轉(zhuǎn)矩：TzMx螺栓組連接的受力分析螺栓組受力分析受復(fù)合載荷的螺栓組聯(lián)接橫向載荷+軸向載荷+翻轉(zhuǎn)力矩受復(fù)合載荷的螺栓組聯(lián)接橫向載荷+旋轉(zhuǎn)力矩受復(fù)合載荷的螺栓組聯(lián)接計算時應(yīng)求出受力最大螺栓的受力例題：已知P=260N,結(jié)合面摩擦系數(shù)f=0.15

確定螺栓的材料和直徑解：將力向結(jié)合面的形心中心簡化每個螺栓的受力，分析最危險螺栓的受力螺栓的預(yù)緊力選螺栓材料為Q235,安全系數(shù)取3則選M10螺栓，d1=8.376mm

例：如圖鋼板厚度用兩個鉸制孔用螺栓固定在機(jī)架上，F(xiàn)=5000N，其它尺寸如圖。板和機(jī)架材料均為Q235。試：（1）分析鉸制孔用螺栓的失效形式；（2）分析鉸制孔用螺栓的受力（3）按強(qiáng)度設(shè)計鉸制孔用螺栓的直徑（4）若用普通螺栓，計算螺栓的直徑（f=0.2，Kn=1.1）解：1.鉸制孔用螺栓的失效形式為剪切和擠壓失效；2.受力分析：將載荷F向形心O簡化后，每個螺栓的受力3.按剪切強(qiáng)度計算螺栓的直徑，.粗選d=10，d0=4.1mm的六角頭鉸制孔用螺栓，螺母d=10，H=8。根據(jù)機(jī)架，板厚及螺母H選用l=100（l3=82，l2=18）選用兩個100GB27--88六角頭鉸制孔用螺栓。按擠壓強(qiáng)度校核式中由結(jié)構(gòu)確定.4.改用普通螺栓每個螺栓的預(yù)緊力選用兩個M30（d1=26.21）的六角螺栓。小結(jié)：受復(fù)合載荷螺栓，其合力按向量相加；