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1、第二篇 联 接,为了便于机器的制造、安装、运输、维修等原因，广泛使用各种联接。-螺纹联接、焊接、铆钉等。（讲课学时14学时）,联接的类型： 根据机器工作时被联接零件之间有无相对运动分 - 机械联接静联接：被联接件间相互固定、不能相对运动的 动联接：能按一定的运动形式作相对运动的。,机械静联接可拆联接：拆开时不破坏连接中的零件,重新安装 - 有螺纹联接、键联接和销联接等。,联接类型的选择：以使用要求及经济要求为根据的。 采用不可拆联接 - 多系由于制造及经济上的原因； 采用可拆联接 - 多系由于结构、安装、运输、维修上的原因,不可拆联接：拆开时要破坏联接中的某一零件， 不能继续使用- 铆钉、焊接
2、和胶联接等。 可拆或不可拆：过盈联接的过盈量决定。,螺纹联接和螺旋传动都是利用螺纹零件紧固和传动的。 螺纹联接 - 作为紧固件用，要求保证联接强度；动画演示 螺旋传动 - 作为传动件用，要求保证传动精度、效率和磨损寿命等。动画演示,第五章 螺纹联接和螺旋传动,5-1 螺 纹,（一）螺纹的类型和应用 有外螺纹和内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。螺纹加工,常用螺纹类型：表5-1 联接螺纹有：1)普通螺纹2)圆柱管螺纹3)圆锥管螺纹4)圆锥螺纹 传动螺纹有：1)矩形螺纹 2）梯形螺纹 3）锯齿形螺纹。,（二）螺纹的主要参数,7）螺纹升角螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。用d2计算 8）牙型角
3、 螺纹轴向平面内，螺纹牙型两侧边的夹角。 9）接触高度h 内外螺纹旋合后的接触面的径向高度。,5）螺距P 螺纹相邻两个牙型上对应点间的距离。 6）导程S 螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的距离。单线螺纹S = P；多线S = nP。,1）大径d、D 螺纹的最大直径。 2）小径d1、D1 - 螺纹的最小直径。 3）中径d2、D2- 通过螺纹轴向截面内牙型上的沟槽和凸起宽度相等处的假想圆柱面的直径。 4）线数n 螺旋线数目。,5-2 螺纹联接的类型和标准联接件,（一）螺纹联接的基本类型：螺栓、螺钉、双头螺柱和紧定螺钉联接。,1、螺栓联接： 普通螺栓联接 - 通孔和螺栓杆间有间隙。特点 - 通
4、孔的加工精度要求低,结构简单,装拆方便不受被联接件材料限制。 铰制孔用螺栓联接孔和螺栓杆用基孔制配合。特点 能精确固定被联接件的相对位置，并能承受横向载荷，但孔的加工精度要求高。,2、双头螺柱联接： 被连接件之一太厚不宜制成通孔,材料又比较软,且需要经常拆装时采用。,3、螺钉联接： 特点 直接拧入被联接件的螺纹孔中，不用螺母,结构上比双头简单、紧凑。应用双头相似,但不宜经常装拆的联接,以免损坏螺纹孔。,4、紧定螺钉联接： 利用螺钉的末端顶住另一零件的表面,以固定两个零件的相对位置,可传递不大的力或转矩。,特殊结构的联接：地脚螺栓、吊环螺栓等。,螺纹联接动画演示图 1）普通螺栓联接：,2）铰制孔
5、螺栓联接,3）双头螺柱联接,4）螺钉联接,5）紧定螺钉联接,（二）标准螺纹联接件： 在机械制造中常见的螺纹联接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母和垫圈等。 这类零件的结构形式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用。表5-2常用标准螺纹联接件 。,5-3 螺纹联接的预紧,在拧紧过程中可控制预紧力。常用方法有: 1)使用测力矩扳手；2)定力矩扳手； 3)控制拧紧力矩。,预紧力F0：螺纹联接在装配时都必须拧紧，使联接在承受工作载荷之前,预先受到力的作用。这个预加作用力称为预紧力。 目的：为了增加连接的刚性，增加紧密性和可靠性，提高防松能力。,优点：受轴向力的螺栓联接有利于提高疲劳强度； 受横向载荷的
6、普通螺栓-有利于增大接合面的摩擦力。,通常，F0 0.08s 。 碳素钢螺栓 F0 (0.60.7)sA1 。 合金钢螺栓 F0 (0.50.6)sA1 。,对于M10-M64粗牙普通螺纹 T0.2F0d,5-4 螺纹联接的防松,螺纹联接出现松脱 - 会影响机器正常运行，或造成严重事故。因此，设计时必须采取有效的防松措施。,在静载荷和工作温度变化不大时，如果联接螺纹满足自锁条件V时，不会出现自动松动。 但在冲击、振动和变载荷的作用下，可能松脱。高温的螺纹连接，由于温度变形等差异等原因，也可能发生松脱。,防松原理- 防止螺纹副的相对转动。根据工作原理分- 利用摩擦、直接锁住和破坏螺纹副关系三种。
7、表5-3常用防松方法,1）摩擦防松,2）直接锁住 - 机械防松,3）破坏螺纹副,5-5 螺纹联接的强度计算,失效：普通螺栓：受轴向力-塑性变形或拉断； 铰制孔螺栓：受横向力-杆或孔接触面挤压破坏或剪断.,设计准则 对于受拉螺栓：保证螺栓的拉伸强度； 对于受剪螺栓：保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度。,螺栓组联接的强度计算：先进行螺栓组的受力分析，找出其中受力最大的螺栓及其所受的力，作为强度计算依据。,受力分析：整体构件-可能受轴向、横向、弯矩和转矩，但对其中每一个螺栓 不外乎是受轴向力或横向力。,受拉螺栓破坏形式: 根据统计分析，在静载荷下螺栓联接很少发生破坏，严重过载时才发生。 破坏性质而言
8、，约有90%属于疲劳破坏。疲劳断裂常发生在螺纹根部。,强度条件为：,螺栓联接的强度计算方法： 1）确定螺栓的受力- 根据联接的类型、装配情况、载荷状态等条件； 2）按相应强度条件计算螺栓危险截面直径d1或校核强度； 3）其他部分不需计算，可按螺纹公称直径由标准中选定。,（一）松螺栓联接强度计算 松螺栓联接装配时不需要把螺母拧紧，在受工作载荷F 之前，螺栓不受力。,如图所示起重吊环。工作时危险截面A1的拉伸强度条件为：,危险截面的拉伸强度条件为：,螺栓材料为塑性时,根据第四强度条件： 当量力矩：,（二）紧螺栓联接强度计算 根据所受拉力不同，只受预紧力、受预紧力和静工作拉力和变工作拉力三类。,1）
9、只受预紧力F0的紧螺栓联接强度计算 受横向载荷的普通螺栓联接：螺纹受拉应力外，螺纹摩擦力矩T1。- 螺栓处于复合应力状态。,或设计公式：,F0为预紧力，根据联接面不滑移条件确定，即摩擦力 F。 m为接合面。,动画演示,降低普通螺栓联接的横向载荷措施：,F F0 ,预紧力过大降低螺栓强度，联接件可靠性降低。,为此常采用减载零件来承担横向载荷，由减载零件承受工作载荷。,单个螺栓分析受力： 图a：不产生变形 图b：受F0 - 螺栓伸长变形 - 被连接件压缩 -,图c：受F0和工作拉力F下 螺栓：拉力增大F2,增量为 F2-F0，伸长增量 联接件：放松压力减小F1(残余预紧力)压缩减量,紧螺栓变形动画
10、演示 根据静力平衡条件： 总拉力为 F2 = F1+ F。,2）承受预紧力F0和工作拉力F的紧螺栓联接： 1、承受静F：压力容器的普通螺栓联接时螺纹受预紧力F0和静工作F。一般情况下，由于弹性变形螺栓的总拉力 F2F0+F。,用线图表示螺栓联接的受力与变形关系：不受工作拉力F时，螺栓的拉力和被联接件的压力都= F0。 为分析方便两变形图合并。,为了保证联接紧密性，以防止结合面产生缝隙，应使F10.,推荐F1：有密封性要求，F1=（1.51.8）F；对于一般联接，工作载荷稳定，F1=（0.20.6）F；工作载荷不稳定，F1=（0.61.0）F；对于地脚螺栓F1F。,受F时 螺栓：总拉力为F2，总
11、伸长量 = b+； 被联接件：残余预紧力F1,总压缩量m=m-。 可知，F2 = F1+ F 。,由图几何关系推出： 式中，Cb、Cm分别为螺栓和被联接件的刚度，均为定值。,又得：,螺栓的预紧力：,螺栓的总拉力为：,式中: 称为螺栓的相对刚度，其大小与螺栓和被联接件的结构尺寸、材料以及垫片、工作载荷的作用位置等因素有关，其值在01之间变动。实验确定。,若被联接件的刚度很大Cm，而螺栓刚度很小时Cb，相对刚度0，此时，F作用后F2增加很少。反之F2增大较大。 因此，为降低螺栓的受力，提高螺栓联接的承载能力应使相对刚度值小些。一般设计时，使用的垫片材料不同，推荐相对刚度值：金属垫片0.2-0.3；
12、皮革0.7；铜皮石棉0.8。,强度条件为： 或设计公式：,设计螺栓联接时： a）求F - 根据受载情况；b）确定F1 根据工作要求；c）由公式计算 F2；d）进行强度计算或设计。,2、预紧力F0和变工作拉力的紧螺栓联接： 螺栓的总拉力将在 F0F2之间变化。内燃机的气缸盖螺栓联接。,螺栓的最大应力计算安全系数为：,螺栓杆抗剪切强度条件: 栓杆或孔壁挤压强度条件： 式中，d0抗剪面直径;m抗剪面数目;h挤压面最小高度。,3）受剪螺栓联接的强度计算,铰制孔用螺栓联接是用螺栓抗剪切来承受F。螺栓杆与孔壁之间无间隙,其接触表面受挤压,在接合面处,螺栓杆受剪切。 损坏可能形式：螺栓被剪断，栓杆或孔壁被压
13、溃等。预紧力和摩擦力忽略。应以剪切和挤压强度条件计算。,5-6 螺栓组联接的设计(Design of Bolt Group Connection),螺栓组联接的设计主要内容有： 1）结构设计 用途和被联接件的结构,选定螺栓数目和布置 2）受力分析 根据布置和载荷情况,求受力最大螺栓所受力 3）强度计算 对受力最大的螺栓进行单个螺栓的强度计算.,（一）螺栓组联接的结构设计 结构设计目的：合理确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求使螺栓和接合面间受力均匀，便于加工和装配。 (1)联接接合面的几何形状 - 轴对称。,(2)分布 同一圆周上取偶数,便于分度和画线,同组同类螺栓,(3)螺栓的布置
14、应使各螺栓的受力合理。,(4)螺栓排列应有合理的空间。,(5)避免承受附加弯曲载荷触的支承面平整,与轴线垂直。,(6)对压力容器等有紧密性要求的重要联接,螺栓间距不易太大。,（二）螺栓组联接的受力分析 目的：根据联接的结构和受载情况，确定受力最大的螺栓和求出其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。 为了简化计算,假设:(1) 被联接件为刚性； (2) 各螺栓的性能（材料、直径、长度）及预紧力都相同； (3) 螺栓应变不超出弹性范围。,受力分析的类型：,1）普通螺栓联接(受拉)图A: 靠接合面摩擦力传递载荷 根据板平衡条件：,1、受横向载荷的螺栓组联接 横向载荷作用线与螺栓轴线垂直,并通过螺栓组
15、的对称中心.,式中，f摩擦系数;i为接合面数;Z螺栓数目;Ks防滑系数1.1-1.3.,强度校核：,2）铰制孔螺栓联接(受剪)图B。 靠螺栓受剪和螺栓与被联接件相互挤压时的变形来传递载荷,螺栓杆抗剪切强度条件:,预紧力和摩擦力忽略不计，则由力平衡关系可得：,f 接合面摩擦系数； ri第i个螺栓轴线到旋转中心的距离； Z 螺栓数目； Kf 防滑系数。,2、受旋转力矩的螺栓组联接 假设在T作用下底板有绕过螺栓组形心的轴线转动的趋势，每个螺栓均受横向力。为防止转动可用普通或铰制孔螺栓联接。,1) 用普通螺栓联接 假设各螺栓联接接合面的摩擦力相等并集中在螺栓中心处,与螺栓中心至底板旋转中心O垂直，则根
16、据底板的静力平衡条件得:,强度校核：,联立上两式求得,最大工作剪力为：,根据螺栓的变形协调条件，各螺栓的剪切变形量与其中心线至底板旋转中心的距离成正比。因为螺栓剪切刚度相同，所以各螺栓的剪力也与这个距离成正比，,2) 用铰制孔螺栓联接 各螺栓的工作载荷与螺栓中心至底板旋转中心O垂直，忽略预紧力和摩擦力，则根据底板的静力平衡条件得:,于是就有：,螺栓杆抗剪切强度条件:,3、受轴向力的螺栓组联接 汽缸盖螺栓连接，其载荷通过螺栓组形心，并与螺栓轴线平行。,受力分析： 这种联接通常采用普通螺栓，在外载荷F作用下，每个螺栓所受的工作拉力相等，螺栓数目为Z，则 F = F /Z。,螺栓还受有预紧力时, 螺栓的总拉力为：,强度条件为： 或设计公式：,假设被联接件是弹性体，接合面始终保持为平面，且在M作用下底板有绕
