机械设计第二篇联接培训课件

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1、第二篇联接,螺纹 螺纹联接的类型和标准联接件 螺纹联接的预紧和防松 螺纹联接的强度计算 螺栓组联接的设计 提高螺纹联接强度的措施 螺旋传动 键联接和花键联接 其它联接,联接的目的 便于机器的制造、安装、运输、维修以及提高劳动生产率。 学习目标 熟悉机器联接中常用的各种联接件的结构、类型、性能和应用场合，掌握设计理论和选用方法。,联接的分类,动联接：,静联接：,机器工作时，零部件之间可以有相对 运动。例如：机械原理中，各种运动 副之间的联接。,在机器工作中，不允许零部件之间存 在相对运动的联接。,静联接,可拆联接：不需毁坏联接中的任何一个零件就可拆 开的联接。例如：螺纹联接、键联接。,不可拆联接

2、：至少毁坏联接中的一部分才能拆开 的联接。例如：铆接、焊接等。,过盈联接,第五章 螺纹联接和螺旋传动,本章重点 螺纹联接基本类型 螺栓联接的受力分析及强度计算,螺纹及螺纹联接基本类型 螺纹联接的预紧和防松 螺栓联接的强度计算及许用应力 螺栓组联接的设计及受力分析 螺旋传动,主 要 内 容,本章难点 螺栓组联接的受力分析,1 螺纹,一、螺纹的类型和应用(62页表5-1） 螺纹有外螺纹和内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。 按其作用分为： 联接螺纹：如普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹； 传动螺纹：梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹。 按使用单位制分为： 英制螺纹：如管螺纹（螺距以每英寸牙数表示）； 米制：其余

3、均为米制.,二、螺纹的主要参数 （1）大径d（公称直径） （2）小径d1 （3）中径d2 （4）线数n 单线螺纹 多线螺纹 （5）牙型角 （6）接触高度h 注： 常用的联接螺纹要求自锁性，故多采用单线螺纹；传动螺纹要求传动效率高，故采用双线或三线螺纹。为了便于制造，一般线数n4。,（7）螺距P （8）导程S 单线螺纹S=P；多线螺纹S=nP。 （9）螺纹升角 （10）螺纹旋向 左旋螺纹，右旋螺纹（常用） 旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋， 右边高则为右旋。,2 螺纹联接的类型和标准联接件,一、螺纹联接的基本类型 螺栓联接：普通螺栓联接 铰制孔用螺栓联接(基孔制过度配合） 双头螺栓

4、联接 螺钉联接 紧定螺钉联接 其它：地脚螺栓联接、吊环螺栓联接、T型槽螺栓联接,螺纹紧固件大都为标准 件，常用的有螺栓双头 螺柱、螺钉、紧定螺钉、 螺母和垫圈等。 1.普通螺栓联接 特点：工作时受拉，无 需在被联件上加工螺纹 孔，装拆方便，用于两 被联件均不太厚的场合。,2.铰制孔用螺栓联接 特点：工作时受剪，除起联接作用外，还起定位作用。,3.双头螺柱联接 特点：用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时只需拧下螺母即可。,4.螺钉联接 螺钉拧入深度H 钢或青铜 Hd 铸铁H=(1.251.5)d 铝合金 H=(1.5 2.5)d 特点：用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。,5.紧定

5、螺钉联接 特点：螺钉末端顶住另一零件的表面或相应凹坑，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩。,紧定螺钉联接主要用于轴与轮毂的联接，通过拧紧紧定螺钉可以实现轴与轮毂之间的轴向和周向定位，可以传递较小的扭矩和轴向力。,地脚螺栓联接 吊环螺栓联接,地脚螺栓联接用于机器的机座与地基的联接，地脚螺栓 不是标准零件。,T形槽螺栓联接,T形槽螺栓通常用于机床及其他工装设备上对被加工工件进行固定。 由于螺栓可在设备上T形沿槽移动，适应于不同尺寸工件固定。,二、 标准螺纹联接件（教材页）,一、螺纹联接的预紧 绝大部分螺纹联接需要在螺纹联接件承受工作载荷前将其拧紧 ，通过预紧使螺纹联接件受到的载荷称为

6、预紧力。 、预紧的目的 受载之前拧紧螺母预紧力F0 a.提高联接的紧密性 b.防止联接松动 c.提高联接件强度,3 螺纹联接的预紧,防止联接松动,很多螺纹联接是确定并保持两个或多个被联接件之间的相对位置， 拧紧后使被联接件之间产生压力，在机器工作时如果有切向力作用 于被联接件之间，则会在被联接件之间的界面上产生摩擦力，他会 阻碍被联接件之间的相对移动，实现联接的目的。,提高联接的紧密性,二、控制预紧力的方法 原因：T F 拉断、滑扣 T不能满足工作要求 方法： 1.控制应力或应变 2.控制拧紧力矩 3.控制拧紧力臂 4.测量螺栓伸长量,控制应力或应变,设备较复杂，成本也较高，应用较少，只在非常

7、重要的应用场合 及科学研究中使用,控制拧紧力矩,控制拧紧力臂,采用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力，准确性较差，也不适用与大型的螺栓联接。为此，可以采用测量螺栓伸长量的方法来控制预紧力。,三、拧紧力矩与预紧力的关系 以螺母分析：T=T1+T2 T1螺母支承面间的摩擦阻力矩 T2螺纹副间的摩擦力矩,F0预紧力； d2螺纹中径； 螺纹升角； v当量摩擦角； c螺母与被联接件承压面间的摩擦系数； D1，d0分别为承压面的外径和内径。,拧紧力矩与预紧力的关系,d2 0.9d ; y=142=32 vacrtg(1.155f);f0.1-0.2 c0.15;D1 1.5d ;d0 1.1d 代入整理：

8、注：不控制预紧力时，不宜采取M12以下的螺栓。, 螺纹联接的防松 一、螺纹联接按自锁条件设计 v。 静载下不会自行松脱。 二、松动原因 冲击、振动、变载荷下；温度变化较大时螺旋副摩擦力Ff减小或瞬时消失 松动 三、螺纹联接防松的实质： 在于限制螺旋副的相对转动。 四、螺纹联接防松的方法按工作原理可分为 摩擦防松 机械防松 其它：破坏螺纹副关系（焊接、铆冲、粘接）,摩擦防松：弹簧垫圈防松,开口方向： 斜向右下方,弹性增压 尖端抵住,弹簧垫圈防松方法是使用最广泛的一种防松方法， 这种方法结构简单，价格便宜，操作方便,摩擦防松：自锁螺母防松,螺母制成后上端开口，并收口，螺母拧紧后由于螺母上端的开口

9、处涨开，产生弹性变形，抱紧外螺纹，是内外螺纹间的摩擦力更大.,摩擦防松：对顶螺母防松,机械防松开口销开槽螺母防松,开口销与槽形螺母,机械防松：止动垫片防松,机械防松：止动垫片防松,机械防松：串联钢丝防松,其它：破坏螺纹副关系防松,5-5 螺栓组联接的设计,设计内容及方法 1螺栓组联接的结构设计 确定结合面的几何形状及螺栓的布置方式和个数； 2根据联接受载情况，进行受力分析； 3根据螺栓受力进行螺栓强度计算。,一、 螺栓组联接的结构设计 1目的：合理解决联接结合面的几何形状，确定螺 栓布置方式及个数； 2螺栓组联接的结构设计应考虑的问题 被联接件形状应简单对称； 根据载荷的类型合理布置螺栓位置；

10、,布置螺栓应留有合理的间距； 扳手空间尺寸、压力容器的螺栓间距 同一圆周上的螺栓数量应为偶数，同组螺栓的直径、长度、材料应相同； 避免螺栓偏心承载。,结构上：凸台、沉头座、斜面垫圈、球面垫圈,二、螺栓组联接的受力分析 1目的：找出受力最大的螺栓为强度计算提供依据； 2假设： 被联接件为刚体，不会在载荷作用下变形，结合面保持为平面； 一组螺栓的直径、长度、材料和预紧力相同（即拉伸刚度、剪切刚度相同）； 螺栓组的对称中心与结合面的形心重合。,几种典型受力形式 1、受横向载荷F的螺栓组联接 (a)对于普通螺栓联接： 承受横向力时，靠联接预紧后，在结合面间产生的摩擦力 来抵抗横向载荷。根据联接不产生相

11、对滑动，可确定螺栓 的预紧力F0。 或 式中 ks为防滑系数，ks=1.11.3；i为结合面数；z为螺栓数目。,(b)铰制孔螺栓联接： 承受横向载荷时，靠螺栓的挤压、剪切承受外载，每个 螺栓所受的横向工作剪力为 Ft=F/z 式中 z为螺栓数目,2、受旋转力矩T的螺栓组联接 （a）普通螺栓联接 假定由F0在结合面内产生的摩擦力为集中力，且该力 与螺栓中心和该组螺栓中心的连线相垂直。 根据各力对底板的静力平衡，可求得F0，即,（b）采用铰制孔螺栓联接 各螺栓所受横向工作剪力的方向与它的轴心和螺栓组对称中心O的连线（即力臂ri）相垂直。假设底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面，忽略联接中的预紧力和

12、摩擦力。根据底板静力平衡条件得： 根据变形协调条件： 则受力最大的螺栓的工作剪力为：,3、受轴向载荷F的螺栓组联接 压力容器螺栓组联接，轴向载荷F作用线与螺栓轴线平 行，并通过螺栓组的对称中心。设螺栓数目为z，各螺栓 平均受载，则每个螺栓所受的轴向工作载荷F为 F=F/z,4、受翻转力矩M的螺栓组联接 假设M作用在通过x-x轴并垂直 于联接接合面的对称平面内。 力的分析： M未作用时，每个螺栓均受F0 作用（拉力），受M作用时， 左侧螺栓拉力加大，右侧减少。,单个螺栓地基的受力变形分为简便起见，地基与底板间的 分布力用各螺栓中心的集中力表 示。图中，斜线O1A表示螺栓的 受力变形线；斜线O2A

13、表示地 基的受力变形线。,力的计算：根据各力对底板的静力平衡 根据螺栓变形协调条件： 则 式中Fmax代表最大的工作载荷， 根据预紧力F0、最大工作载荷Fmax可确定受力最大的螺 栓的总拉力F，则可进行强度计算。,失效分析：紧螺栓受拉扭；底板左侧出现间隙； 底板右侧压溃。,强度计算,螺栓的强度： 右侧不压溃： 左侧不分离：,受复合载荷的螺栓组联接 横向载荷+轴向载荷,横向载荷+旋转力矩,计算时应求出受力最大螺栓的受力,5-6 螺纹联接的强度计算,方法：受力分析确定失效形式建立计算准则建立强度计算公式。,一、受拉螺栓联接 受力情况：轴向拉力 失效形式：断裂 静力断裂：静载荷，且严重过载。 疲劳断

14、裂：变载荷，多数属此，且疲劳断裂常发生在 螺纹根部，即截面面积较小，并有缺口应力集中的部 位，有时也发生在螺栓头与光杆的交接处。 计算准则：抗拉强度准则，即 。,1、受拉松螺栓联接（不受预紧力） 松联接：联接在装配时不拧紧螺母，在承受工作载荷之前，螺栓不受力。（比较少见，拉杆、起重吊钩等的螺纹联接属此类。） 校核公式 设计公式,2、受拉紧螺栓联接 紧联接：联接在装配时拧紧螺母，在承受工作载荷之 前，螺栓有预紧力F0的作用。 （1）仅受预紧力F0作用的紧联接 螺栓受力：拉力和扭转（由螺纹摩擦力矩T1引起）。 螺栓危险截面的拉伸应力： 螺栓危险截面的扭转切应力：,对于M10-68普通螺纹的钢制螺栓

15、，一般可取T0.5。 由于螺栓材料是塑性的，根据第四强度理论，螺栓预紧状态下的计算应力 校核公式 设计公式,说 明 （1）受F0作用的紧联接，按拉伸强度进行计算，但是应把F0加大 30%，来考虑螺纹摩擦力矩（扭转）的影响。 （2）靠摩擦力抵抗工作载荷的紧联接，其螺栓仅承受F0作用，且 F0不受工作载荷的影响，由于摩擦力变化较大，此联接不宜用于载 荷突然变化的场合（振动、冲击或变载荷）。 （3）靠摩擦力抵抗工作载荷的紧螺栓联接，螺栓直径较大。因为 F0FR/f，若f=0.2时，则F05FR，结果必然使螺栓的结构尺寸增 加。 通常采用减载零件的紧螺栓联接，其强度按减载零件的剪切、挤压 强度条件计算，而螺纹联接只是保证联接，不再承受工作载荷，因 此预紧力不必很大，但这种联接增加了结构和工艺上的复杂性。,（a）减载销 （b）减载套筒 （c）减载键,(2) 受F0及轴向工作拉力F作用的紧联接,A、工作要求：螺栓强度，联接紧密性； B、受力和变形分析：,（a）开始拧紧 （b）拧紧后 （c）受工作载荷时（d）工作载荷过大时 螺栓和被联接件的受力与变形图,（a）拧紧时 （b）两图合并 （c）受工作载荷时 螺栓和被联接件的受力变形线图,螺栓的总拉力F2=F1+F F1：残余预紧力 为保证联接的紧密性，应使F10。 对于有紧密性要求的联接：F1=(1.51.8)F； 一般联接，若