機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課件 第11章 連接

第11章連接聯(lián)接的分類動(dòng)聯(lián)接：機(jī)器工作時(shí)，零部件之間可以有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如：機(jī)械原理中，各種運(yùn)動(dòng)副之間的聯(lián)接。靜聯(lián)接：在機(jī)器工作中，不允許零部件之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(gè)零件就可拆開(kāi)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(kāi)的聯(lián)接。例如：鉚接、焊接等。本章只討論可拆聯(lián)接。

在機(jī)械制造中，聯(lián)接是指被聯(lián)接件與聯(lián)接件的組合。被聯(lián)接件有軸與軸上零件、箱體與箱蓋等。聯(lián)接件又稱緊固件，如螺栓、螺母、銷等。11.1螺紋一、螺紋的形成d2螺旋線：將一傾斜角為ψ的直線繞在圓柱體上便形成一條螺旋線。螺紋：一平面圖形沿螺旋線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)保持該圖形通過(guò)圓柱體的軸線，就得到螺紋。螺紋

大徑（D）

螺紋的公稱直徑。

小徑（D1）

用于強(qiáng)度計(jì)算。

中徑(D2)

用于幾何尺寸計(jì)算。

線數(shù)

也稱頭數(shù)，螺紋的螺旋線數(shù)目。

=l，2，3，4，

=l，自鎖性好，用于聯(lián)接；

=2，3，4效率高，用于傳動(dòng)。

螺距螺紋相鄰兩牙在中徑上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。

導(dǎo)程

螺紋上任一點(diǎn)沿同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動(dòng)的軸向距離。

升角

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。

牙型角

螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。

牙型斜角

軸向剖面內(nèi)，螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。對(duì)三角形、梯形等對(duì)稱牙型，。2、基本參數(shù)二、常用的螺紋牙型、特點(diǎn)及應(yīng)用梯形螺紋結(jié)構(gòu)：牙形角＝特點(diǎn)：效率較高、牙根強(qiáng)度較大、工藝性好應(yīng)用：用于傳動(dòng)

矩形螺紋結(jié)構(gòu)：牙形角＝性能：效率較高、牙根強(qiáng)度小、工藝性差應(yīng)用：用于傳動(dòng)

矩齒形螺紋結(jié)構(gòu)：工作面的牙型斜角為3°

非工作面的牙型斜角為30°性能：效率較高、牙根強(qiáng)度較大、工藝性好應(yīng)用：用于單向傳動(dòng)

結(jié)構(gòu)：牙形角＝特點(diǎn)：聯(lián)接緊密，內(nèi)外螺紋無(wú)間隙應(yīng)用：密封性要求較高的場(chǎng)合

管螺紋結(jié)構(gòu)：牙形角＝性能：自鎖性好,牙根強(qiáng)度高，工藝性好應(yīng)用：用于聯(lián)接

三角形螺紋三、螺紋聯(lián)接的類型和螺紋聯(lián)接件普通螺紋聯(lián)接的類型2.雙頭螺柱聯(lián)接3.螺釘聯(lián)接4.緊定螺釘聯(lián)接1.螺栓聯(lián)接

常用的螺紋聯(lián)接件有：螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母和墊片等。這些零件都是標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸都制定有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。常見(jiàn)螺紋聯(lián)接件圓螺母帶翅墊片墊圈六角螺母緊定螺釘螺釘雙頭螺柱常見(jiàn)螺紋聯(lián)接件圖六角頭螺栓1.螺栓聯(lián)接

在被聯(lián)接件上開(kāi)有通孔，被聯(lián)接件孔中不加工螺紋。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，使用時(shí)不受被聯(lián)接件材料的限制，應(yīng)用極

廣

。

普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接

①普通螺栓聯(lián)接

螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁之間有間隙。通孔加工精度低，成本低，應(yīng)用最廣。②鉸制孔用螺栓聯(lián)接

螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁之間無(wú)間隙?？缀吐菟U多采用基孔制過(guò)渡配合(H7／m6、H7／n6)，能精確定位，能承受橫向載荷被聯(lián)接件需鉆孔、鉸孔，成本高。2.雙頭螺柱聯(lián)接3.螺釘聯(lián)接3.螺釘聯(lián)接

被聯(lián)接件之一為光孔、另一個(gè)為螺紋孔。只用螺釘，不用螺母，直接把螺釘擰進(jìn)被聯(lián)接件的螺釘孔中。

適用于載荷較輕，且不經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。

螺釘聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接2.雙頭螺柱聯(lián)接

用兩頭均有螺紋的螺柱和螺母把被聯(lián)接件聯(lián)接起來(lái),被聯(lián)接件之一為光孔、另一個(gè)為螺紋孔。適用于被聯(lián)接件之一厚度很大，而又不宜鉆通孔，但又經(jīng)常拆卸的地方。4.緊定螺釘聯(lián)接

利用擰入被聯(lián)接件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件的表面，以固定零件的相對(duì)位置，可傳遞不大的力或扭矩。四、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松預(yù)緊力：大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力F0。預(yù)緊的目的：增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性，防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。1、概述

對(duì)于重要的螺紋聯(lián)接，應(yīng)控制其預(yù)緊力，因?yàn)榇笮?duì)螺紋聯(lián)接的可靠性，強(qiáng)度和密封均有很大影響。四、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松1．螺紋聯(lián)接的預(yù)緊

擰緊的目的②防松方法

1.摩擦防松（保證螺紋副間有足夠的軸向壓力和摩擦力矩）

對(duì)頂螺母，彈簧墊圈。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。

2.機(jī)械防松（在聯(lián)接中加入其它機(jī)械元件)

開(kāi)口銷、止動(dòng)墊圈，串聯(lián)鐵絲等。

適用于沖擊振動(dòng)載荷，重要場(chǎng)合使用，成本高。3.永久防松粘、鉚、焊等。2．螺紋聯(lián)接的防松

限制螺旋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；以防止聯(lián)接的松動(dòng)，影響正常工作。1.提高聯(lián)接的緊密性2.防止聯(lián)接松動(dòng)3.提高聯(lián)接件強(qiáng)度①防松的實(shí)質(zhì)對(duì)頂螺母防松自鎖螺母防松彈簧墊圈防松1.摩擦防松止動(dòng)墊片防松2.機(jī)械防松串聯(lián)鋼絲防松

焊接鉚沖3.不可拆卸防松11.2螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算概述1．松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算2．緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算①只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接②既受預(yù)緊力又受軸向工作拉力的緊螺栓聯(lián)接③受橫向載荷的鉸制孔用螺栓聯(lián)接1、概述步驟：根據(jù)失效形式和相應(yīng)的強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則，計(jì)算螺紋小徑d1或光桿直徑d0

，按標(biāo)準(zhǔn)選取公稱直徑d。失效形式失效形式受剪螺栓失效部位失效分析及計(jì)算準(zhǔn)則受拉螺栓靜載荷下，失效形式主要為螺紋牙的塑性變形和斷裂。變載荷下，失效形式為應(yīng)力集中處的疲勞斷裂。滿足螺栓的拉伸強(qiáng)度條件。

計(jì)算準(zhǔn)則螺桿或通孔孔壁的壓潰或螺桿被剪斷。計(jì)算準(zhǔn)則滿足螺栓的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度條件。

安裝時(shí)，不受力。工作時(shí)，軸向拉伸。如右圖。1．松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算為螺紋小徑，mm；螺栓材料的許用拉應(yīng)力，MPa。起重釣鉤末端螺栓聯(lián)接螺栓受由預(yù)緊力產(chǎn)生的拉應(yīng)力M10～M64普通螺紋的鋼制螺栓，可取

①只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接

螺栓材料為塑性，根據(jù)第四強(qiáng)度理論可求出計(jì)算應(yīng)力得強(qiáng)度條件為結(jié)論：扭轉(zhuǎn)的影響可用增大拉伸力的30％來(lái)考慮，不再單獨(dú)考慮扭矩。

緊螺栓聯(lián)接裝配時(shí)，螺母需要擰緊擰緊力矩T螺栓受螺紋副間的摩擦力矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（危險(xiǎn)截面）由此可得（摩擦副的當(dāng)量摩擦角）②既受預(yù)緊力又受軸向工作拉力的緊螺栓聯(lián)接工作前（預(yù)緊力F0

）載荷及變形情況

螺栓伸長(zhǎng)量λb，被聯(lián)接件壓縮量λm

工作時(shí)（工作拉力）載荷及變形情況

螺栓總伸長(zhǎng)量為λb＋λb

被聯(lián)接件剩余變形量為λm－λm，

且

λm＝

λb＝

λ剩余預(yù)緊力為F1

螺栓中總拉力

F2=F0+F=F1

+F螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為對(duì)于有密封性要求的聯(lián)接，一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定時(shí)：工作載荷不穩(wěn)定時(shí)：擠壓強(qiáng)度條件剪切強(qiáng)度條件③受橫向載荷的鉸制孔用螺栓聯(lián)接

螺栓所受的工作剪力；螺栓剪切面的直徑(可取螺栓孔的直徑)；螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度；螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力；螺栓材料許用剪切應(yīng)力。例1如圖11-11示，一鋼制液壓油缸，已知油壓p=1.6N/mm2，D=160mm，采用8個(gè)4.8級(jí)螺栓，試計(jì)算其缸蓋聯(lián)接螺栓的直徑和螺栓分布圓直徑D0

。螺紋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)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。

傳動(dòng)形式：

a)螺桿轉(zhuǎn)螺母移

b)螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺母固定）——用得多

c)螺母轉(zhuǎn)螺桿移

d)螺母又轉(zhuǎn)又移（螺桿固定）——用得少11.3螺紋傳動(dòng)一、螺旋傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)螺旋傳動(dòng)按其用途，受力情況不同，可分為以下三種類型:1）傳力螺旋——舉重器、千斤頂、加壓螺旋用途：傳遞動(dòng)力，以小轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生大軸向力，要求自鎖特點(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)給絲杠用途：傳遞運(yùn)動(dòng)，要求有較高精度特點(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。

（機(jī)床卡盤，壓力機(jī)，車床尾座的調(diào)整螺旋）用途：調(diào)整和固定零件間的相互位置特點(diǎn)：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)這些螺旋傳動(dòng)一般采用梯形螺紋，單向受力也可采用鋸齒形螺紋。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)無(wú)噪音，便于制造，易于自鎖，但傳動(dòng)效率低，摩擦和磨損大。二、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦性質(zhì)為滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)是在具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)特點(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。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。

螺紋：矩形，梯形，鋸齒形螺桿上螺旋副數(shù)目：?jiǎn)温菪齻鲃?dòng)；雙螺旋傳動(dòng)一、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1、單螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1）螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺母固定）(傳力螺旋)螺旋千斤頂，螺旋式壓力機(jī)。要求強(qiáng)度和自鎖性能滑動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋靜壓螺旋螺旋傳動(dòng)按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為：2）螺桿轉(zhuǎn)螺母移

(傳導(dǎo)螺旋)傳遞運(yùn)動(dòng)，要求精度和效率（多線螺紋）2、雙螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（調(diào)整螺旋）螺桿上有不同螺距的螺紋，分別與兩個(gè)螺母組成兩個(gè)螺旋副螺桿又轉(zhuǎn)又移，螺母一個(gè)固定另一移動(dòng)1）差動(dòng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（微調(diào)機(jī)構(gòu)）兩個(gè)螺旋副旋向相同2）復(fù)式螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（快速調(diào)整或移動(dòng)）兩個(gè)螺旋副旋向相反滑動(dòng)螺旋特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比大，工做連續(xù)，傳動(dòng)平穩(wěn)、加工方便、工作可靠、承載能力高、傳動(dòng)精度高、易于自鎖。缺點(diǎn)：磨損快、壽命短，摩擦損耗大，傳動(dòng)效率低（30~40%）傳動(dòng)精度低。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器工作過(guò)程11.4鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接的類型和結(jié)構(gòu)

1.平鍵聯(lián)接工作面為側(cè)面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，對(duì)中性好，不能承受軸向力。

①普通平鍵②導(dǎo)向鍵與滑鍵

2.半圓鍵聯(lián)接

3.楔鍵

4.切向鍵二、平鍵的選擇和平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算三、花鍵聯(lián)接普通平鍵1.普通平鍵圓頭（A型）方頭（B型）

用于靜聯(lián)接，按鍵端形狀分為三種

單圓頭（C型）導(dǎo)向鍵聯(lián)接滑鍵聯(lián)接導(dǎo)向鍵與滑鍵用于動(dòng)聯(lián)接2.半圓鍵聯(lián)接工作面圓頭楔鍵聯(lián)接

平頭楔鍵聯(lián)接

鉤頭楔鍵聯(lián)接

3.楔鍵工作面為上下兩面，靠摩擦傳動(dòng)，適用于對(duì)中精度要求低的靜載。4.切向鍵

兩楔鍵擠壓后的上下面為工作面，沿軸的切線方向楔緊；只能傳遞單方向扭矩。適用于大載荷，對(duì)中要求不嚴(yán)的場(chǎng)合。二、平鍵的選擇和平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算1.選擇①根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件選擇鍵的類型。②根據(jù)軸的直徑從標(biāo)準(zhǔn)中選出鍵的截面尺寸b×h③根據(jù)輪轂寬度確定鍵的長(zhǎng)度L，導(dǎo)向平鍵按滑動(dòng)距離確定L

。2.失效形式

①靜聯(lián)接：工作面被壓潰②動(dòng)聯(lián)接：工作面過(guò)度磨損。3.校核計(jì)算①靜聯(lián)接：擠壓強(qiáng)度

②動(dòng)聯(lián)接：工作面壓強(qiáng)三、花鍵聯(lián)接1．花鍵聯(lián)接的特點(diǎn)

承載能力高，對(duì)軸的削弱小，應(yīng)力集中小，定