《浙大机械设计考研辅导课件第二章 联接》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浙大机械设计考研辅导课件第二章 联接（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章联接 2 1螺纹联接 2 2键联接 花键联接和成形联接 2 3销联接 2 4铆接 焊接和粘接 2 5过盈联接 一 螺纹的形成 12 1螺纹联接 螺旋线 一动点在一圆柱体的表面上 一边绕轴线等速旋转 同时沿轴向作等速移动的轨迹 螺纹 一平面图形沿螺旋线运动 运动时保持该图形通过圆柱体的轴线 就得到螺纹 螺纹 按螺纹的牙型分 螺纹的分类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 螺纹的牙型 按螺纹的牙型分 螺纹的分类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹
2、三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 按螺纹的牙型分 螺纹的分类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹多线螺纹 一般 n 4 双线螺纹 单线螺纹 S 2P S P n线螺纹 S nP 按螺纹的牙型分 螺纹的分类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹多线螺纹 外螺纹内螺纹 按螺纹的牙型分 螺纹的分类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分
3、按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹多线螺纹 外螺纹内螺纹 联接螺纹传动螺纹 螺旋传动 联接螺纹 传动螺纹 按螺纹的牙型分 螺纹的分类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹多线螺纹 外螺纹内螺纹 联接螺纹传动螺纹 圆柱螺纹圆锥螺纹 圆柱螺纹 圆锥螺纹 管螺纹 3 中径d2也是一个假想圆柱的直径 该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等 1 大径d与外螺纹牙顶 或内螺纹牙底 相重合的假想圆柱体的直径 2 小径d1与外螺纹牙底
4、或内螺纹牙顶 相重合的假想圆柱体的直径 4 螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 5 导程S 6 螺纹升角 中径d2圆柱上 螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角 7 牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角 牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角 牙侧角 S nP 同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P 二 螺纹的主要几何参数 一 矩形螺纹 0 三 螺旋副的受力分析 效率和自锁 展开中径d2圆柱面得一斜面 螺旋副在轴向载荷Fa作用下相对运动 可看作在中径的水平力F推动滑块 重物 沿螺纹运动 F 水平推力 Fn 法向反力 Fa 轴向载荷 F fFn 摩擦力 f 摩擦系数
5、摩擦角 螺纹的拧松 螺母在F和Fa的联合作用下 顺着Fa等速向下运动 螺纹的拧紧 螺母在F和Fa的联合作用下 逆着Fa等速向上运动 FR 总反力 FR 滑块在F FR Fa三力作用下处于平衡状态 d2 作力多边形 得 F Fatg 驱动力矩 列出力平衡方程 FRFa FR 1 f Fn Fa 为阻力 F为驱动力 摩擦力F 沿斜面朝下 当螺纹拧紧 滑块上升 时 Fa 为驱动力 F成为阻力 摩擦力F 沿斜面朝上 当螺纹拧松 滑块下滑 时 FRFa 滑块在F FR Fa三力作用下处于平衡状态 作力多边形可得 F Fatg 驱动力矩 列出力平衡方程 若 则T为正值 其方向与螺母运动方向相反 是阻力 若
6、 则T为负值 方向相反 其方向与预先假定的方向相反 而与螺母运动方向相同 成为放松螺母所需外加的驱动力矩 提问 当 时 若没有力矩T 螺母在Fa的作用下会运动吗 不会 这种现象称为自锁 二 非矩形螺纹 0 矩形螺纹忽略升角的影响时有 Fn Fa 当 0 时 摩擦力为 摩擦系数为f的非矩形螺纹所产生的摩擦力与摩擦系数为f 的矩形螺纹所产生的摩擦力相当 称 为当量摩擦角 故称f 为当量摩擦系数 引入参数f 和 就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析 滑块上升 滑块下降 非矩形螺旋的自锁条件 对于联接螺纹必须满足自锁条件 定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比 当 一定时 效率只是螺纹升角的函数
7、由此可以绘出效率曲线 当 一定时 在 45 2处效率曲线有极大值 对于传动螺旋 一般取 对于联接螺纹 必须取 升角过大 制造困难 且效率增高也不明显 5 7 螺旋转动一圈时 有效功为FaS 输入功为2 T f tg 0 1 25 四 机械制造中的常用螺纹 三角形螺纹 普通螺纹 60 管螺纹 55 普通螺纹以大径d为公称直径 同一公称直径可以有多种螺距 其中螺距最大的称为粗牙螺纹 其余的统称为细牙螺纹 粗牙螺纹应用最广 细牙螺纹的优点 升角小 小径大 自锁性好 强度高 缺点 不耐磨易滑扣 应用 薄壁零件 受动载荷的联接和微调机构 用螺纹密封的管螺纹 普通细牙螺纹 管螺纹 非螺纹密封管螺纹 圆柱管
8、壁 55 用螺纹密封管螺纹 圆锥管壁 55 60 圆锥管螺纹 公称直径 管子的公称通径 强调与普通螺纹不同 非螺纹密封的管螺纹 梯形螺纹 为了减少摩擦和提高效率 这两种螺纹的牙侧角 比三角形螺纹的要小得多 用于剖分螺母时 梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙 应用较广 锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高 但只适合单向传动 锯齿形螺纹 15 3 粗牙普通螺纹的基本尺寸见P135表10 1后面有图 螺纹的基本尺寸 细牙普通螺纹的基本尺寸见P136表10 2 梯形螺纹的基本尺寸见P136表10 3 表12 1直径与螺距 粗牙普通螺纹基本尺寸mm 标记示例 M24 粗牙普通螺纹 直径24 螺距3 M24X1 5
9、 细牙普通螺纹 直径24 螺距1 5 表12 3梯形螺纹基本尺寸mm 标记示例 Tr48X8 梯形螺纹 直径48 螺距8 一 螺纹联接的基本类型 螺栓联接 基本类型 螺钉联接 双头螺柱联接 紧定螺钉联接 五 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件 二 螺纹紧固件 螺栓 螺纹紧固件 螺栓的结构形式 双头螺柱 二 螺纹紧固件 螺栓 螺纹紧固件 螺钉 紧定螺钉 双头螺柱 二 螺纹紧固件 螺栓 螺纹紧固件 末端结构 头部结构 螺母 螺钉 紧定螺钉 双头螺柱 二 螺纹紧固件 螺栓 螺纹紧固件 用于经常拆装易磨损之处 用于尺寸受限制之处 国标罗列有六十余种不同结构的螺母 其它螺母 其它螺母 垫圈 平垫圈 薄平垫圈
10、 螺母 螺钉 紧定螺钉 双头螺柱 二 螺纹紧固件 螺栓 螺纹紧固件 斜垫圈 弹簧垫圈 圆螺母用止动垫圈 作用 增加支撑面积以减小压强 避免拧紧螺母擦伤表面 防松 一 拧紧力矩 一般螺纹联接在装配时都必须拧紧 这时螺纹联接受到预紧力的作用 对于重要的螺纹联接 应控制其预紧力 因为的大小对螺纹联接的可靠性 强度和密封均有很大影响 T1 克服螺纹副相对转动的阻力矩 T2 克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩 设轴向力为Fa或预紧力 不受轴向载荷 fc 摩擦系数 无润滑时取 fc 0 15 rf 支撑面摩擦半径 rf dw d0 4 简化公式 适用于M10 M60的粗牙螺纹 f 0 15 fc 0 15 T
11、0 2Fad 预紧应力 0 5 0 7 s 六 螺纹联接的预紧和防松 Fa是由联接要求决定的 为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧可靠 应取 通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的 重要螺栓则必须预紧力进行精确控制 总力矩 测力矩扳手 工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小 二 螺纹联接的防松 联接用三角形螺纹都具有自锁性 在静载荷和工作温度变化不大时 不会自动松脱 但在冲击 振动和变载条件下 预紧力可能在某一瞬时消失 联接仍有可能松动 高温下的螺栓联接 由于温度变形差异等 也可能发生松脱现象 如高压锅 因此设计时必须考虑防松 即防止相对转动 防松的方法 1 利用附加摩擦力防松 弹簧
12、垫圈 对顶螺母 定力矩扳手 开口销与六角开槽螺母 串联钢丝 2 采用专门防松元件防松 圆螺母用止动垫圈 止动垫圈 3 其他方法防松 涂粘合剂 七 螺栓联接的强度计算 螺栓联接的主要失效形式 螺栓拉断 螺纹压溃或剪断 滑扣因经常拆装 螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的 采用标准件时 这些部分都不需要进行强度计算 所以 螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1 然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等 一 松螺栓联接装配时不须要拧紧 强度条件 式中 d1 螺纹小径 mm 二 紧螺栓联接装配时须要拧紧 在工作状态下可能还需要补充拧紧 螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T的双重作用
13、 拉应力 力除以面积 切应力 对于M10 M68的普通螺纹 取d1 d2和 的平均值 并取 tg f 0 15 得 0 5 当量应力 强度条件 分母为抗剪截面系数 1 受横向工作载荷的螺栓强度 螺栓与孔之间有间隙 工作时预紧力Fa导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F C 可靠性系数 常取C 1 1 1 3 预紧力Fa f 摩擦系数 对钢与铸铁 取 f 0 1 0 15 m 结合面数上图m 1 下图m 2 若取f 0 15 C 1 2 m 1 则 Fa 8F 结构尺寸大 2 受轴向工作载荷的螺栓强度 改进措施 1 采用键 套筒 销承担横向工作载荷 螺栓仅起连接作用 2 采用无间隙的铰制孔螺栓
14、 设流体压强为p 螺栓数目为Z 则缸体周围每个螺栓的平均载荷为 特别注意 轴向载荷 Fa F0 FE 加预紧力后 螺栓受拉伸长 b0 被联接件受压缩短 C0 加载FE后 螺栓总伸长量增加为 总拉力为 被联接件压缩量减少为 残余预紧力减少为 FR 很显然 FR F0 b0 C0 被联接件放松了 FE Fb Fc kb kc FR F0 FE F0 kc Fa F0 Fb F0 kb 代入得 八 提高螺栓联接强度的措施 承受轴向变载荷时 螺栓的损坏形式 疲劳断裂 容易断裂部位 1 降低螺栓总拉伸载荷的Fa变化范围 轴向工作载荷FE的变化范围 0 FE 总拉伸载荷的Fa变化范围 kb 或kc Fa变
15、化范围 提高螺栓联接强度的措施 1 采用柔性结构 2 有密封要求时 采用金属薄垫片 3 或者采用O形密封圈 宜采取措施 因密封采用软垫片将降低被联接件的刚度 这时可采用 2 改善螺纹牙间的载荷分布 措施 采用悬置螺母 加厚螺母不能提高联接强度 F F1 F2 F3 F4 F5 F1 F2 F3 F4 F5 螺母体 假设螺母为刚体 则螺纹牙变形与普通螺木相同 但实际上螺母也是弹性体 受载也被拉长 变形螺纹牙产生回弹 从而减小两者螺距变化 使受载均匀 10圈以后 螺母牙几乎不承受载荷 支承面不平 3 减小应力集中 1 增大过渡圆角 2 切制卸载槽 4 避免或减小附加应力 采用凸台或沉孔结构 5 采
16、用特殊制造工艺 冷镦头部 辗压螺纹 表面处理 氰化 氮化也能提高疲劳强度 2 2键联接和花键联接和成形联接 作用 用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩 或实现零件的轴向固定或移动 一 键联接的类型 类型 平键 半圆键 楔键 切向键等 1 平键联接 特点 定心好 装拆方便 种类 普通平键 导向平键 普通平键结构 单圆头 C型 圆头 A型 方头 B型 用指状铣刀加工 固定良好 轴槽应力集中大 用盘铣刀加工 轴的应力集中小 用于轴端 普通平键应用最广 导向平键 零件可以在轴上移动 构成动联接 结构特点 长度较长 需用螺钉固定 为便于装拆 制有起键螺孔 表12 4普通平键和键槽尺寸 GB1095 79 GB1096 79 A型 B型 C型 标记实例 圆头普通平键 A型 键16 100GB1096 79 方头普通平键 B型 键B16 100GB1096 79 单圆头普通平键 C型 键C16 100GB1096 79 2 半圆键联接 优点 定心好 装配方便 因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面 缺点 对轴的削弱较大 只适用于轻载联接 特别适用于锥形轴端的联接 3 楔键联接和切向键联接 结构特
