《[工学]机械设计课件05第二篇 联接第五、六章chengyi》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[工学]机械设计课件05第二篇 联接第五、六章chengyi（83页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机器是由许多零部件按一定工作要求，用不同连接方法组合而成的。,静连接-连接件与被连接件间无相对运动的连接,动连接-连接件与被连接件间有相对运动的连接,通常所说的连接主要指静连接,静连接,可拆的连接多次装拆，无损使用,不可拆连接拆后至少损坏一个零件,联接组成,举例,第二篇 连 接,第五章 螺纹连接和螺旋传动,了解螺纹连接件的类型、特性、标准、结构及应用场合 了解螺纹连接的预紧、防松及提高螺纹连接强度的措施 掌握单个螺栓连接的强度计算及螺栓组连接的受力分析 了解螺纹连接件材料的性能等级 了解螺纹连接件的许用应力的计算,本章学习要求：,1螺纹的形成 螺旋线的形成：将直角三角形(直角底边长d2)绕到直
2、径为d2的圆柱体上，其斜边即在圆柱体上形成螺旋线。,螺纹的形成：取一通过圆柱体轴线的平面图形(三角形、矩形、梯形等)沿螺旋线运动，该图形在空间形成的体形即为螺纹。,一、螺纹的类型和应用,（螺纹连接是利用带螺纹的零件构成的可拆连接）,5-1 螺纹,按平面图形的形状分：,按螺旋线数目分： 单线（n=1）,多线（n=2、3、）,按形成情况分： 外螺纹、内螺纹,按母体形状分： 圆柱螺纹、圆锥螺纹,（图片）,三角形,矩形,梯形,锯齿形,管螺纹,2.螺纹的种类,5-1 螺 纹,各种螺纹的特点:,起连接作用称连接螺纹三角形螺纹 起传动作用称传动螺纹,矩形 梯形 锯齿形,5-1 螺 纹,二、螺纹的主要参数,大
3、径 公称直径 小径d1 计算直径 中径d2 配合或几何计算 接触高度,径向参数,轴向参数,线数n 螺距 导程： S=nP,螺纹升角 牙型角 牙侧角,角度参数,5-1 螺 纹,5-2 螺纹连接的类型和标准件连接件,一、螺纹连接的基本类型,1.螺栓连接： 普通螺栓：通孔和螺栓杆之间有间隙，结构简单，加工精度低。,普通螺栓连接,铰制孔用螺栓连接,铰制孔用螺栓：基孔制过渡配合，承受横向载荷，加工精度高。,适用场合：常用于轻金属薄壁零件，可经常装卸。,5-2 螺纹连接的类型和标准件连接,结构特点：螺钉直接拧入被连接件的螺纹孔。 适用场合：用于受力不大，或不需要经常拆装的场合。,结构：螺柱两端有螺纹，被连
4、接件 之一用通孔。 适用场合：被连接件之一厚度较大，且需要经常拆装的场合。,2.双头螺柱连接：,3.螺钉连接：,5-2 螺纹连接的类型和标准件联接件,4.紧钉螺钉连接：固定两零件的位置，传递不大的力或力矩。,特殊连接：地脚螺栓连接 , 吊环螺钉连接等,5-2 螺纹连接的类型和标准件连接件,二、标准螺纹连接件,螺纹连接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹连接件的结构型式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。,5-3 螺纹连接的预紧,1.预紧力的概念：螺纹连接在承受工作载荷之前，预先受到的力。,2.预紧目的：增强连接的紧密型和可靠性,防止受载后被连接件间 出现缝隙或发生相对滑移。,控制方法
5、： 测力矩扳手 定力矩扳手 测定螺栓的伸长量,3. 预紧力的控制：,预紧力的大小：,4.预紧力和拧紧力矩的关系：,5-3 螺纹连接的预紧,T1：螺旋副间的摩擦阻力矩 T2：螺母环形端面和被连接件（或垫圈）支承面间的摩擦阻力矩,注意：对于重要的连接，应尽 可能不采用直径过小（例如小 于M12）的螺栓。,5-4 螺纹连接的防松,1.螺纹连接的自锁条件：,2.连接松脱的原因：冲击、振动或变载荷作用，使摩擦力 减小或瞬间消失；高温材料蠕变使摩擦力预紧力减小。,3.防松的根本问题：防止螺旋副在受载时发生相对转动。,4.防松的方法：摩擦防松、机械防松、铆冲防松,原理 使螺旋副中存在着不随连接载荷而变的压力
6、，因而始终有摩擦力矩防止相对转动。,特点 防松简单、方便，但不够可靠用于一般场合。,类型,1) 双螺母防松,2) 弹簧垫圈,3) 金属锁紧螺母,4) 尼龙圈锁螺母,摩擦防松,螺母拧紧后，收口胀开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧,5-4 螺纹连接的防松,机械防松,原理 利用可更换的金属元件来约束螺旋副,特点 防松可靠，常用于变载、有振动，冲击等重要场合。,1) 开口销及槽型螺母,2) 止动垫片,4) 串联金属丝,3) 圆螺母,5-4 螺纹连接的防松,破坏螺纹副的关系,原理 把螺纹副转化为非运动副从而消除有相对转动的可能。 特点 工作可靠，但不可拆。 类型 焊、点冲、粘合。,5-4 螺纹连接的防松
7、,5-5 螺纹组连接的设计,一、螺栓组连接的结构设计,螺栓组连接设计的顺序选布局、定数目、力分析、设计尺寸,设计时应考虑的问题：,同一分布圆上的螺栓应取偶数，便于钻孔时分度画线 螺母及螺栓头的支承面应光洁、平整,接合面应设计成轴对称的简单几何形状,合理布置螺栓，使其受力均匀,合理确定螺栓的间距和边距，保证足够的扳手空间,5-5 螺纹组连接的设计,二、螺栓组连接的受力分析,1、受横向载荷的螺栓组连接,（载荷作用线与螺栓轴线垂直）,假设：(1) 各螺栓的拉伸刚度或剪切刚度及预紧力都相同 (各螺栓材料、长度、直径相同)； (2) 被连接件是刚体，接合面在受载荷前后始终保持为平面； (3) 螺栓的应变
8、（变形）在弹性范围内，符合虎克定律。,每个螺栓所受横向载荷,5-5 螺纹组连接的设计,f接合面摩擦系数 i接合面数 Ks防滑系数，Ks1.11.3,普通螺栓连接：靠结合面摩擦传力，保证接合面不产生滑移,或,5-5 螺纹组联接的设计,2、受轴向载荷的螺栓组连接,普通螺栓各螺栓工作载荷为：,（只能用普通螺栓）,轴向载荷通过螺栓组的形心，并平行于螺栓轴线,注意：各个螺栓除了受工作载荷，还受到预紧力0的作用,F,5-5 螺纹组联接的设计,普通螺栓： 按轴向载荷确定其工作拉力F 按横向载荷确定联接的预紧力F0,总结：,5-6 螺纹连接的强度计算,一、螺栓失效形式及计算准则,二、计算步骤,受拉螺栓：轴向力
9、,受剪螺栓：横向力,断裂,压溃,剪断,根据工况，分析失效形式； 强度校核，结构设计。,5-6 螺纹连接的强度计算,三、松螺栓连接强度计算,螺栓受力：轴向工作载荷F,工况：螺母无需拧紧,结构设计式：,强度校核式：,（装配时,不拧紧螺母F0=0 ）,5-6 螺纹连接的强度计算,四、紧螺栓连接强度计算,1、仅承受预紧力的紧螺栓连接,受力：预紧力F0与扭转力矩T1复合作用,F0引起的拉伸应力：,T1引起的切应力：,计算应力：,（装配时, 拧紧螺母F00 ）,5-6 螺纹连接的强度计算,结构设计式：,强度校核式：,系数1.3的含义：将螺栓所受的拉力增大30考虑扭转的影响,受横向力F 的普通螺栓连接,受力
10、特点：载荷与螺栓轴线垂直,靠被联接件间的摩擦力传递。螺栓受载前需预紧,受载前后受力相同。,5-6 螺纹连接的强度计算,强度校核式：,结构设计式：,5-6 螺纹连接的强度计算,预紧力必须满足的条件：F0Ff（f=0.2），即F05F ,d1 ,承受横向载荷的减载零件：,减载销 减载套筒 减载键,d1 ,5-6 螺纹连接的强度计算,2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接,受力特点：载荷方向与螺栓轴线一致,螺栓受载前需预紧, 受载前后受力不同。,总拉力=工作拉力预紧力,p,（a）螺母未拧紧,（b）螺母已拧紧,（c）承受工作载荷,b图：螺栓受预紧力F0，伸长量为b 被联接件受压力F0，压缩量为m。,c图
11、：螺栓受拉力F2，伸长量为b+ 被联接件受压力F1（残余预紧力），压缩量为m 。,(a),(b),(c),螺栓刚度：,被联接 件刚度：,螺栓总拉力残余预紧力+工作拉力,螺栓,被联接件,5-6 螺纹连接的强度计算,强度校核式：,结构设计式：,注意：对于普通螺栓连接，无论连接是受横向工作载荷还是轴向工作载荷，螺栓本身总是受拉力作用,重要零件还应进行疲劳强度校核：,为了保证连接的紧密性，应使：,F1 0,5-6 螺纹连接的强度计算,3、承受工作剪力的紧螺栓连接,工况：铰制孔用螺栓连接承受横向载荷的情况,工作原理：通过挤压和剪切传递横向载荷,挤压强度条件：,剪切强度条件：,5-7 螺纹连接件的材料及许
12、用应力,一、螺纹连接件的材料,螺栓、螺柱、螺钉：性能等级分为十级3.612.9,小数点前的数字为:B /100 , B公称抗拉强度,小数点后的数字为：10S /B , S公称屈服强度,二个数字相乘的10倍即为材料S,常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215、Q235、15、35、45等。,受变载荷、冲击等重要联接可用合金钢,如20Cr、40Cr、30CrMnSi等。,螺母：性能等级分为七级412,min/100,原则：螺母的性能等级不低于与其相配螺栓的性能等级,4.6级,4,6,5-7 螺纹连接件的材料及许用应力,5-7 螺纹连接件的材料及许用应力,二、螺纹连接件的许用应力,许用拉应力：,许用切应
13、力：,许用挤 压应力：,钢：,铸铁：,5-8 提高螺纹连接强度的措施,一、降低影响螺栓疲劳的应力幅,Cb ，Cm同时适当增加F0，以保证F1不变,a.采用柔性螺栓 b.在螺母下装弹性元件,1)减少螺栓刚度,2)增大被联接件刚度cm 采用刚性较大垫片 a.金属垫片 b.密封环,5-8 提高螺纹连接强度的措施,二、改善螺纹牙间载荷分布不均状况,通过减少螺栓、螺母的螺距变化差,可改善这种载荷分布不均现象。,措施：尽可能将螺母制成受拉伸的结构,内斜螺母,环槽螺母,悬置螺母,上述为均载螺母，加工复杂，只适用于重要或大型联接处。,螺栓上的螺纹(特别是螺纹的收尾)螺栓头和螺栓杆的过渡处以及螺栓横剖面积发生变
14、化的部位等，都要产生应力集中。,常用方法： 增大过渡圆角，加卸载槽； 辗压代切削螺纹，可提高疲劳强度30%。,三、减小应力集中的影响,5-8 提高螺纹连接强度的措施,若被连接件刚性差、螺母支承面歪斜，装配不良或采用钩头螺钉都会使螺栓受偏心载荷，产生附加弯曲应力，严重降低了螺栓的疲劳强度。,改善措施： 1) 避免采用钩头螺栓； 2) 采用球面垫圈,腰环螺栓； 3) 锻、铸件等支承面制成凸台或沉头座。,四、避免或减小附加应力,5-8 提高螺纹连接强度的措施,五、采用合理的制造工艺,采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法，可以显著提高螺栓的疲劳强度。,5-8 提高螺纹连接强度的措施,例题：,如图所示，
15、一铸铁底座与底板用普通螺栓相连，已知F=4800 N，=50，设计此螺栓组。,图示结构，z4，对称布置,轴向力：,横向力：,2）Fh作用下：,解：1.螺栓组结构设计,2.螺栓受力分析,1）分解F：,各螺栓受轴向工作载荷,Fh,Fv,3） Fv作用下：保证底板接合面不滑移,由P76表5-5查得f=0.16，取 取Ks1.2，则各螺栓所需的预紧力为：,4） 螺栓所受总拉力F2：,3.确定螺栓直径,选择螺栓材料为Q235，性能等级为4.6 s240MPa，按控制预紧力计算，由表5-10取S1.5，,螺栓危险截面的直径为：,按粗牙螺纹标准（GB19681），选用d12mm（d110.106mm8.3mm)。,4.校核螺栓所需预紧力是否合适,对于碳素钢螺栓：,F06520N，0.6SA1=11550.8N 满足要求,作业：5-8（教材） 思考题： 5-9 （教材） 5-7 5-9 5-10 5-12 5-15 5-16,第六章键、花键、无键连接和销连接,本章学习要求：,了解键连接的主要类型及应用特点； 掌握键连接的类型及尺寸的选择方法，并能对平键连接进行强度校核计算； 了解花键连接的类型、特点和应用及其强度校核方法 了解了解销连接的类型、特点及应用。,6-1 键连接,6-3 无键连接,6-2 花键连接,6-4 销连接,第六章键、花键、无键连接和销连接,6-1 键连
