《机械设计基础第3版教学配套课件作者朱龙英授课教案 第11章 连接》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础第3版教学配套课件作者朱龙英授课教案 第11章 连接（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第11章 连接基本要求：了解连接的类型和应用；了解螺纹连接的类型和应用；掌握螺旋副的受力分析、效率和自锁，螺纹连接的防松装置；掌握螺纹连接失效形式及强度计算；了解螺旋传动的受力情况及计算要点；了解轴毂连接的类型及应用。重 点：螺旋副的受力分析、效率和自锁；螺纹连接失效形式及强度计算。难 点：螺旋副的受力分析，效率和自锁；螺栓连接的计算。学 时：课堂讲授：8学时。教学方法：多媒体结合板书。11.1 连接概述一部机器通常都是由成百上千个零件所组成的，但这些零件并不是随意罗列在一起的，由于使用、结构、制造、装配、运输等原因，机器中有许多零件需要按照一定的要求和方式它们连接起来，而构成一个整体。零件的
2、连接方式有多种：被连接件间相互固定、不能作相对运动的称为静连接；能按一定运动形式作相对运动的称为动连接。通常所谓的连接主要是指静连接。静连接的分类见表10-1。 螺纹连接 键连接 可拆的连接 销连接 弹性环连接 连接 成形连接 夹紧连接 焊接 不可拆的连接 铆接 粘接 过盈配合在这些连接方式中尤其是以螺纹连接应用最为广泛，各种类型的机器设备中都有这种连接方式，如：自行车等。螺纹连接的主要特点：1)构造简单，形式繁多；2)连接可靠，具有良好的自锁性能；3)装拆方便；4）能够承受较大的载荷，如起重设备中的连接；5)容易制造：手工板牙、丝锥； 机械车制、碾制、铣制、磨制；6）价格低廉，选用方便，标准
3、件。11.2 螺纹的主要参数11.2.1 螺纹的形成如图11-1所示，将一倾斜角为的直角三角形绕在直径为d2的圆柱体上，其三角形的斜边，便形成一条螺旋线任取一平面图形，使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。 图11-1 螺纹的形成11.2.2 螺纹的类型和分类1.按照平面图形的形状：螺纹分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等。2.按照螺旋线的旋向：螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时，才采用左旋螺纹。3.按照螺旋线的数目：螺纹还分为单线螺纹和多线螺纹，为了制造方便，螺纹的线数一般不超过4。4.按功能：连接螺纹；传动螺纹，调节
4、螺纹，阻塞螺纹等5.按标准：公制螺纹，英制螺纹6.螺纹有内螺纹和外螺纹之分，两者旋合组成螺旋副或称螺纹副。7.按照母体形状，螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。11.2.3 螺纹的基本参数以圆柱螺纹为例，大径d、D中径d2、D2小径d1、D1线数n螺距P导程S SnP螺纹升角牙型角牙型斜角（牙侧角）工作高度H11.3 螺旋副的受力分析、效率和自锁11.3.1 矩形螺纹图11-2 螺纹副受力简化螺旋副在力矩和轴向载荷作用下的相对运动，可看成作用在中径的水平力F推动滑块（重物）沿螺纹运动。如图11-2所示。1、当滑块沿斜面等速上升时：由力的平衡条件可知，FR、F和Fa三力组成力多边形，由图可得作用在螺旋副
5、上的相应驱动力矩 2.当滑块沿斜面等速下滑时轴向载荷Fa变为驱动力，而F变为维持滑块等速运动所需的平衡力，由力多边形可得 作用在螺旋副上的相应力矩 3.当滑块沿斜面等速下滑时求出的 F值可为正，也可为负。1)当斜面倾角大于摩擦角时，滑块在重力作用下有向下加速的趋势。这时由式求出的平衡力 F为正，方向如图所示。它阻止滑块加速以便保持等速下滑，故F是阻力（支持力）2)当斜面倾角小于摩擦角时，滑块不能在重力作用下自行下滑，即处于自锁状态，这时由式求出的平衡力F为负，其方向与图相反（即F与运动方向成锐角）F为驱动力。它说明在自锁条件下，必须施加驱动力F才能使滑块等速下滑。11.3.2 非矩形螺纹 非矩
6、形螺纹是指牙侧角0的三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。由对比图11-3可知， 图11-3 矩形螺纹与非矩形螺纹受力比较若略去螺纹升角的影响，在轴向载荷Fa作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹的大。若把法向力的增加看作摩擦系数的增加，则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为式中f为当量摩擦系数，即 式中为当量摩擦角；为牙侧角。因此，f改为 f、改为，就可像矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。1当滑块沿非矩形螺纹等速上升时，可得水平椎力相应的驱动力矩2.当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时，可得可得相应的力矩为与矩形螺纹分析相同，若螺纹升角小于当量摩擦角，则螺旋具有自锁特性，如不施加驱动力矩，无论轴向驱动力Fa多大
7、，都不能使螺旋副相对运动。考虑到极限情况，非矩形螺纹的自锁条件可表示为为了防止螺母在轴向力作用下自动松开，用于连接的紧固螺纹必须满足自锁条件。 以上分析适用于各种螺旋传动和螺纹连接。归纳起来就是：当轴向载荷为阻力，阻止螺旋副相对运动时：相当于滑块沿斜面等速上升例如车床丝杆走刀时，切削力阻止刀架轴向移动；螺纹连接拧紧螺母时，材料变形的反弹力阻止螺母轴向移动；螺旋千斤顶举升重物时，重力阻止螺杆上升。当轴向载荷为驱动力，与螺旋副相对运动方向一致时：相当于滑块沿斜面等速下滑例如旋松螺母时，材料变形的反弹力与螺母移动方向一致；用螺旋千斤顶降落重物时，重力与下降方向一致。螺旋副的效率：是有效功与输人功之比
8、。若按螺旋转动一圈计算，输人功为2T，此时升举滑块（重物）所作的有效功为FaS，故螺旋副的效率为：由上式可知，当量摩擦角 一定时，效率只是螺纹升角的函数。11.4 螺纹连接的类型、特点及应用11.4.1 基本类型1、螺栓连接拧紧的螺栓连接称为紧连接，不拧紧的称为松连接。特点和应用：无需在被连接件上切制螺纹，使用不受被连接件材料的限制。构造简单，装拆方便，应用最广。用于通孔的场合。根据受力状况可分为：1）受拉螺栓连接：制造和装拆方便，应用广泛；2）铰制孔螺栓连接：螺栓受剪多用于板状件的连接，有时兼起定位作用。2、双头螺柱连接特点和应用：双头螺柱连接座端旋人并紧定在被连接件之一的螺纹孔中，用于被连
9、接件之一较厚或受结构限制而不能用螺栓或希望连接结构较紧凑的场合。3、螺钉连接特点和应用： 螺钉连接不用螺母，而且能有光整的外露表面，应用与双头螺柱连接相似，但不宜用于时常装拆的连接，以免损坏被连接件的螺纹孔。4、紧定螺钉连接特点和应用：旋入被连接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被连接件的表面或顶入相应的坑中，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或转矩。11.4.2 螺纹紧固件 标准件螺纹紧固件的品种很多，大都已标准化，其规格、型号均已系列化，可直接到五金商店购买。1螺栓 螺栓的头部形状很多，最常用的有六角头和小六角头两种。2双头螺柱 双头螺柱，旋入被连接件螺纹孔的一端称为座端，另一端为螺
10、母端，其公称长度为L。3螺钉、紧定螺钉 螺钉、紧定螺钉的头部有内六角头、十字槽头等多种形式，以适应不同的拧紧程度。紧定螺钉末端要顶住被连接件之一的表面或相应的凹坑，其末端具有平端、锥端、圆尖端等各种形状。4螺母 螺母的形状有六角形、圆形等。六角螺母有三种不同厚度，薄螺母用于尺寸受到限制的地方，厚螺母用于经常装拆易于磨损之处。圆螺母常用于轴上零件的轴向固定。5垫圈 垫圈的作用是增加被连接件的支承面积以减小接触处的压强（尤其当被连接件材料强度较差时）和避免拧紧螺母时擦伤被连接件的表面。普通垫圈呈环状，有防松作用的垫圈为弹性垫圈。普通用的螺纹紧固件，按制造精度分为粗制、精制两类。粗制的螺纹紧固件多用
11、于建筑，国家标准规定螺纹紧固件按机械性能分级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级11.5 螺纹连接的预紧和预紧力矩11.5.1 螺栓连接的拧紧对于大多数螺纹连接来说，螺纹连接在装配时都必须拧紧，将螺母拧紧（预紧）。预紧后产生的拉（压）力称为预紧力Fo预紧力的大小对螺纹连接的影响：拧紧连接能增强连接的刚性、紧密性和防松能力；对于受拉螺栓连接，还可提高螺栓的疲劳强度；对于受剪螺栓连接，有利于增大连接中的摩擦力。1、拧紧力矩（扳手力矩）拧紧螺母时，需要克服螺纹副的螺纹力矩T1和螺母的承压面力矩T2，因此拧紧力矩 T= T1 T22、拧紧力矩的控制拧紧是连接的需要，但拧的过紧也是不适当的。如：用长度为
12、直径15倍的扳手，在20公斤力的作用下，产生的拧紧力是1500 kg。 所以小直径的螺栓装配时应施加小的拧紧力矩，否则就容易将螺栓杆拉断。因此：对重要的有强度要求的螺栓连接，如无控制拧紧力矩的措施，不宜采用小于M12的螺栓。控制拧紧力矩方法：通常螺纹连接拧紧的程度是凭工人经验来决定的。为了能保证装配质量，重要的螺纹连接应按计算值控制拧紧力矩。例如：使用测力矩扳手或定力矩扳手，如图11-4所示。图11-4 测力矩扳手和定力矩扳手11.5.2 螺纹连接的防松在静载荷下，螺纹连接能满足的自锁条件为。螺母、螺栓头部等承压面处的摩擦也有防松作用。但在冲击、振动或变载荷下，或当温度变化大时，连接有可能松动，甚至松开，这就容易发生事故。所以在设计螺纹连接时，必须考虑防松问题。防松的根本问题在于防止螺纹副相对转动。具体的防松装置或方法很多，就工作原理来看，可分为：1)利用摩擦防松；2)机械防松；3)破坏螺纹副。11.6 螺纹连接的强度计算螺纹失效形式：
