东北大学考研机械PPT 第二章 联接讲解

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1、第二章 联 接 东北大学国家工科机械基础课程教学基地 2 2-0概述 2-1螺纹联接 2-2螺纹联接类型和标准联接件 2-3螺纹联接的预紧和防松 目录 2-4螺纹联接的设计计算 2-5键联接 3 一、联接的作用 零件构件部件机器 联接联接联接 二、联接的分类 1、动联接：被联接零件可相对运动运动副 2、静联接：被联接零件无相对运动构件 （1）可拆联接：螺纹、键、销、成型联接 （2）不可拆联接：铆接、焊接、胶结 （3）过盈配合：温差法装入可拆 压如法装入不可拆 2-0概述 4 2-1螺纹联接 一、螺纹联接的基础知识 1、螺旋线与螺纹 （1）定义：动点绕定轴匀速圆周运动 ， 并沿轴线方向匀速 上升

2、，动点轨迹为螺旋线 。 一、螺纹联接的基础知识 （2）直观：直角三角形斜边与圆柱体表面的交线 2、螺纹分类 （1）螺纹位置：内、外螺纹 （2）母体形状：圆柱、圆锥螺纹 （3）牙型：三角形、矩形、梯形、矩齿形 （4）旋向：左、右 5 2-1螺纹联接 大径d公称直径（查标准） 小径d1计算直径（强度计算） 中径d2几何直径（几何计算） 螺距P相邻螺牙对应点间轴向距离 导程S同一螺线相邻螺牙对应点间 轴向距离 S=nP（n-线数） 升角螺旋线的切线与垂直于螺纹 轴线的平面间的夹角 牙型角螺纹轴截面内，牙型两侧边的夹角 牙型半角螺纹轴截面内，牙型侧边与横截面的夹角 3、普通螺纹的主要参数 一、螺纹联接

3、的基础知识 6 2-1螺纹联接二、螺纹副的受力、效率与自锁 二、螺纹副的受力、效率与自锁 1、拧紧螺母时的圆周力和力矩 2、拧紧螺母时的效率 3、自锁条件 7 2-1螺纹联接 三、常用螺纹的种类、特点和应用 三、常用螺纹的种类、特点和应用 1、联接螺纹：要求自锁三角形螺纹 （1）普通螺纹（=60） 粗牙：常用的联接螺纹 细牙：用于薄壁件或密封处 （2）管螺纹（=55） （英制） 一般管路联接 圆柱：螺纹中线与管轴线平行 牙顶圆角，旋合后无隙，密封性好 圆锥：螺纹中线与管子轴线不平行，自密封性好 普通螺纹管螺纹 8 2-1螺纹联接 三、常用螺纹的种类、特点和应用 2、传动螺纹：要求效率高 （1）

4、矩形螺纹（=0） 效率高，牙根强度差，磨损难补偿 （2）梯形螺纹（=30） 效率较高，牙根强，对中好， 磨损后用剖分螺母补偿间隙常用 （3）矩齿形螺纹（ 工=3 、非工=30） 兼备矩形、梯形螺纹的优点， 非工作面牙根圆角大，强度高 矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 三角形矩形 梯形矩齿形 9 2-2螺纹联接的类型与标准联接件 一、螺纹联接类型 1、螺栓联接被联件较薄、易做成通孔处，可经常拆卸 。 （1）普通螺栓：被联件孔与螺栓杆有间隙，可传横向、轴向外载 （2）铰制孔螺栓：被联件孔与螺栓杆过渡配合，只传横向外载 普通螺栓铰制孔螺栓 杆孔间隙 过渡配合面 10 2-2螺纹联接的类型与标准联接件 11

5、 螺栓联接：两被联接零件较薄，可做成通孔场合 2-2螺纹联接的类型与标准联接件 12 2-2螺纹联接的类型与标准联接件 被联件之一较厚、不易做成通孔，不需经常拆卸处 2、螺钉联接 13 2-2螺纹联接的类型与标准联接件 3、双头螺柱联接 被联件之一较厚、不易做成通孔，需经常拆卸处 14 2-2螺纹联接的类型与标准联接件 3、紧定螺钉联接 ：固定两零件相对位置，可传不大扭矩 平端紧定螺钉锥端紧定螺钉 15 2-2螺纹联接的类型与标准联接件 二、标准联接件 1、螺纹联接件均为标准件，设计中根据需要按工程尺寸选用 2、螺纹联接件等级 GB3103.1-82规定：螺纹联接件分A、B、C三级 A级：精密

6、配合，防振场合 B级：受载较大，常拆卸调整、变载场合 C级：一般联接 16 2-3螺纹联接的预紧与防松 一、预紧工作前拧紧 1、目的：增加螺纹联接刚度、紧密性和防松能力 3、预紧力控制方法 （3）测螺栓伸长量 2、要求：装配时控制预紧力在规定范围内 （1）测力矩扳手（2）定力矩扳手 一、预紧 17 2-3螺纹联接的预紧与防松 二、防松 1、目的：防止螺杆与螺母相对转动 3、防松方法 2、原因：设计条件下v，静载、恒温条件不会松脱 变载、振动、温差大引起螺牙间摩擦力瞬时消失松脱 （1）、摩擦防松利用辅助元件（结构）防止螺纹副间摩擦力消失 a、弹簧垫圈 b、双螺母防松c、椭圆口自锁螺母d、横向切口

7、螺母 二、防松 18 2-3螺纹联接的预紧与防松 （2）、机械防松利用防松元件约束螺纹副相对运动-冲击、变载场合 止动垫片 开口销与开槽螺母 二、防松 19 2-3螺纹联接的预紧与防松 （2）、机械防松利用防松元件约束螺纹副相对运动-冲击、变载场合 圆螺母止动垫片 二、防松 20 2-3螺纹联接的预紧与防松 （3）、破坏螺纹副防松防松可靠，冲击振动大、重要联接 冲点法：冲坏螺纹副 端焊法：端部焊死 粘结法：拧紧时涂胶 二、防松 21 2-4螺纹联接的设计计算 一、设计计算内容与步骤 1、结构设计：确定螺栓布置形式、数量 2、受力分析：确定螺栓组中受力最大螺栓和所受最大力 3、强度计算：按受力最

8、大螺栓确定整组螺栓直径 一、设计计算步骤 二、受力分析与强度计算 （一）普通螺栓联接传递轴向外力 1、只受工作载荷作用的螺栓联接（工作前不预紧，例：起重吊钩） 22 2-4螺纹联接的设计计算 2、只受预紧力的螺栓联接（工作前预紧，工作中受力不变，例：普通设备盖板） 二、受力分析与强度计算 （1）受力分析 合成应力 ： （2）失效形式：螺栓塑变或拉断 注：受拉、剪应力复合作用的螺栓，可按受纯拉伸处理, 将拉应力 加大30%计入剪应力的影响。 只受预紧力普通螺栓 Qp Qp T T 23 2-4螺纹联接的设计计算 3、受预紧力Qp和工作载荷F作用的螺栓联接（例：气缸螺栓） （2）受力分析 工作载载

9、荷F螺栓受载载被联联接件受载载 预紧预紧 状 态态 F作用前预紧预紧 拉力QP预紧压预紧压 力QP 工作状态态F作用后(拉力增加) 总载总载 荷 Q (压压力下降) 残余预紧预紧 力QP F 螺母未拧紧螺母已拧紧受工作载荷F 二、受力分析与强度计算 24 2-4螺纹联接的设计计算 a.总载荷Q=?; 残余预紧力Qp= ？ 载载荷螺栓变变形被联联接件变变形变变形关系 预紧预紧 状态态QP作用下伸长长L压缩压缩 FL F 工作状态态QP 、F共同作用伸长长L +L压缩压缩 F - F L =F 由图得总载荷 : 二、受力分析与强度计算 25 2-4螺纹联接的设计计算 b. F =？ 由图知: 螺栓

10、刚度: 被联接件刚度 ： 二、受力分析与强度计算 26 2-4螺纹联接的设计计算 讨论 ： 结论：为减小螺栓总载荷，被联接件刚度不宜太小； （3）失效形式：a:被联件结合面出缝隙； b:螺栓塑变或被拉断 二、受力分析与强度计算 27 2-4螺纹联接的设计计算 （4）设计准则 ： a:保证被联件结合面不出缝隙 二、受力分析与强度计算 28 2-4螺纹联接的设计计算 b:保证螺栓不拉断或塑变 I:F为静载荷（考虑工作时需要补充拧紧，应计入螺纹力矩的影响 ） II:F为变载荷 （按应力幅校核螺杆疲劳强度 ） 二、受力分析与强度计算 29 2-4螺纹联接的设计计算 （二）普通螺栓传递横向外力 （1）工

11、作原理：结合面摩擦力平衡横向外力 二、受力分析与强度计算 （2）受力分析：螺栓受预紧拉力：QP 被联件受预紧压力：QP （3）失效形式： （1）螺栓塑变、拉断 （2）被联件相对滑移 （4）设计准则 ： （1）螺栓不塑变、不拉断（只受预紧力） （2）被联接件不相对滑移 注：普螺联接传横向力，螺栓受拉装拆放便， 但所需螺栓直径大，冲击、振动时摩擦传力不可靠。 30 2-4螺纹联接的设计计算 （三）普通螺栓传递扭矩 1、工作原理：摩擦传扭矩 二、受力分析与强度计算 2、受力分析：螺栓受预紧拉力：QP 被联件受预紧压力：QP 3、失效形式：（1）螺栓塑变、拉断 （2）被联件相对滑移（转动） 4、设计准

12、则： （1）螺栓不塑变、不拉断（只受预紧力） 普螺传递力矩 31 2-4螺纹联接的设计计算二、受力分析与强度计算 （2）被联接件不相对滑动（转动） 保证不滑动，单个螺栓所需预紧力 32 2-4螺纹联接的设计计算 （四）铰制孔螺栓传递横向外力 1、工作原理：杆孔挤压、螺杆受剪传递横向力 二、受力分析与强度计算 2、失效形式：（1）杆孔结合面压溃 （2）螺杆剪断 3、设计准则： （1）杆孔不压溃 铰制孔螺拴传递横向力 （2）螺杆不剪断 33 2-4螺纹联接的设计计算 （五）铰制孔螺栓传递扭矩 1、工作原理：杆孔挤压、螺杆受剪传递扭矩 二、受力分析与强度计算 2、失效形式：（1）杆孔结合面压溃 （2

13、）螺杆剪断 3、受力分析： （1）距回转中心最远螺栓受力最大 （2）螺栓所受最大力铰制孔螺拴传递扭矩 34 2-4螺纹联接的设计计算 4、设计准则： 二、受力分析与强度计算 （1）杆孔不压溃 （2）螺杆不剪断 35 2-4螺纹联接的设计计算 (六)普通螺栓组承受倾翻 力矩 二、受力分析与强度计算 1、基本假定 （1）螺栓、地基为弹性体； （2）M作用在z-z平面内， 机座在M作用下绕O-O转动 （3）机座刚性较大，变形后与 基础的接触面仍为平面 2、受力分析 螺栓接合面 左侧 螺栓 右侧 螺栓 左侧右侧 预紧 状态 拉拉压压 工作 状态 被联接件受力 螺栓受力 36 2-4螺纹联接的设计计算

14、2、受力分析 二、受力分析与强度计算 力平衡条件 (1)代入(2) 变形协调条件 37 2-4螺纹联接的设计计算 左侧螺栓所受最大力： 二、受力分析与强度计算 右侧螺栓所受最小力： 3、失效形式 （1）螺栓被拉断 （2）机座与地基的接合面被压溃或出缝隙 38 2-4螺纹联接的设计计算 4、设计准则 二、受力分析与强度计算 （1）保证螺栓不塑变、不被拉断 （2）左侧不出缝隙 （3）右侧不被压溃 39 2-4螺纹联接的设计计算 三、螺纹联接件的材料性能与许用应力 三、螺纹联接件的材料性能与许用应力 1、螺纹联接件的材料与性能等级 （1）常用材料： 碳 钢：Q215-A、Q235-A、35、45一般

15、联接 合金钢：15Cr、20Cr、30CrMnSi等重要联接 （2）螺栓、螺母材料性能等级（表2-7） a、螺栓材料性能等级：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9 b、螺母的性能等级：4，5，6，8，9，10，12 螺母性能等级表示可与该螺母相配最高性能等级螺栓抗拉强度的1/100 40 2-4螺纹联接的设计计算 2、螺纹联接件得许用应力 三、螺纹联接件的材料性能与许用应力 （1）许用应力影响因素： 载荷性质：静、变载荷 材料质量：性能等级 结构尺寸：尺寸系数 装配质量：载荷控制准确性 （2）许用应力安全系数 普通螺栓联联接许许用应应力与安全系数(

16、表2-8a) 螺栓受载载情况静载载变载变载 许许用应应力 按最大应应力按应应力幅 控制预紧预紧 力时时 的安全系数s 1.21.51.21.51.52.5 41 2-4螺纹联接的设计计算 (2)、许用应力与安全系数 三、螺纹联接件的材料性能与许用应力 铰铰制孔螺栓联联接许许用应应力与安全系数(表2-9) 载载荷 性质质 材料螺杆剪切杆孔挤压挤压 许许用应应力安全系数S许许用应应力安全系数S 静载载钢钢2.51.25 铸铁铸铁22.5 变载变载钢钢3.55按静载载降低20%30% 铸铁铸铁 42 2-4螺纹联接的设计计算 四、提高螺栓联接强度的措施 四、提高螺栓联接强度的措施 普通螺栓损坏情况统计如图 1、改善螺纹牙间的载荷分配 螺牙间变形不协调，导致牙间载荷分配不均 旋合螺纹受力变形图 螺杆受拉 螺距增大 螺母受压 螺距减小 43 2-4螺纹联接的设计计算 （1）均载螺母 四、提高螺栓联接强度的措施 悬置螺母