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1、螺纹紧固件连接的设计计算,在受力分析、失效分析的基础上，通过强度计算，确定螺栓的小径，螺纹牙其它尺寸根据等强度原则，由标准给出。,一、螺栓组受外力的几种情况,螺栓联接常成组使用，为使机械具有良好的结构工艺性，减少螺栓的规格，采用相同的螺栓。 每个螺栓所受载荷的大小不一定相同。按组内受载最大的螺栓来设计，把螺栓组的设计转化为单个螺栓的设计。,(1)螺栓组受横向外载荷R,单个螺栓受横向外载荷F:,n螺栓个数,单个螺栓受横向外载荷F:,(2)螺栓组受转矩 T,联轴器,凸缘联轴器,用两半联轴器的端面止口配合对中，联接两半联轴器的是普通螺栓。 它是靠拧紧螺栓后在结合面上产生的摩擦力来传递转矩。,(3)螺
2、栓组受轴向外载荷F,单个螺栓受轴向外载荷F:,二、单个螺栓的设计,2、铰制孔螺栓联接,1、普通螺栓联接,1、松螺栓联接,强度公式：,Mpa,设计公式：,mm,受力分析 受轴向外载荷 失效形式 拉断或塑变,2、受横向外载荷普通螺栓联接,外力：横向外载荷F 螺栓杆受力： 1、轴向预紧力Fs 2、拧紧螺母时产生的扭矩T1 失效形式： 1、预紧力产生的摩擦力不足而滑动； 2、受拉、扭联合作用而断裂或塑变； 为防止失效： 摩擦力 f Fs F,F,F,Fs,Fs,m=2,F,F/2,F/2,摩擦力 mf Fs c F m产生摩擦力的接触面数; c防滑安全系数 , 1.11.3;,螺杆的拉应力,拧紧螺母时
3、产生的扭矩,扭转剪应力,d1：小径,材料的许用拉应力,对M16M68的螺纹 , 取d2，d1，的平均值，并取tg=0.15，得： 0.44 按第四强度理论： 当量应力： 1.3是考虑拧紧螺母时扭转剪应力的影响.,强度条件,M pa,设计公式,m m,横向外载荷越大所需预紧力越大螺栓尺寸越大 为此可以采用铰制孔螺栓联接,ds,d,F,F,ds为有效挤压面积,=螺栓长螺纹长板厚,3、受横向外载荷铰制孔螺栓联接,利用铰制孔用螺栓联接来实现两轴的对中，靠螺栓杆部承受剪切和挤压来传递转矩。 传递的转矩较大。,外力：横向外载荷F 螺栓杆受力： 在ds处受挤压和剪切 失效形式： ds处挤坏或剪断 剪切强度条
4、件： 螺栓杆材料的许用剪应力 挤压强度条件： -最小接触长度 ds有效挤压面积 p薄弱材料的许用挤压应力,1.螺纹紧固件的材料 （书P145）,一般用途的螺纹紧固件： 普通碳素钢：Q235等 优质碳素钢：35、45等 重要用途的螺纹紧固件：40Cr等。,四 螺纹紧固件的材料和许用应力,受拉螺栓联接的许用应力,松连接螺栓安全系数SS =1.2-1.7,10-7,为材料的强度极限,为材料的屈服极限,Mpa,Mpa,受剪螺栓联接的许用应力,10-8,定力矩板手达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑，,测力矩板手测出预紧力矩,例题：联轴器通过6个螺栓联接，接合面摩擦系数f=0.15，螺栓材料为45
5、钢，联轴器材料为HT250。若联轴器最大扭矩为1.5kNm(静载)，试确定： (1)螺栓的规格； (2)若采用六角头铰制孔用螺栓，则螺栓的规格又如何？,1.单个螺栓所受的力,2.使用普通螺栓时，单个螺栓所受预紧力,式中： c =1.1-1.3 取c =1.2 m =1 f =0.15,由螺栓的材料45,(表7-2),SS= 2.5 (表10-7),确定螺栓直径,L =120.15d0.8d0.3d = 30+30+(0.150.80.3)22 = 87.6 将L圆整为标准螺栓系列长度90,螺栓 M2290 GB5782-2000,由手册查得： M20：d1=17.294mm M22：d1=19
6、.294mm M24：d1=20.752mm,取M22,3. 采用铰制孔螺栓,1)剪切条件,(表7-2),(表10-8),由手册查得M6 GB27-88 dS7,L =120.15d0.8d0.3d = 30+30+(0.150.80.3)6 = 66.9 将L圆整为标准螺栓系列长度70,螺栓 M670,标准GB/T27-1988 中没有这个螺栓。,重新选取螺栓的直径和长度,dS9,螺栓 M870 GB/T27-1988,2)挤压强度,由联轴器材料HT250,(表10-8),(表7-2),由手册查得： L0 =15,强度满足。,弹簧垫圈防松,拧紧螺母时，弹簧垫圈被压平，而产生一定的弹力，用于保
7、持螺纹间有一定的压紧力。 垫圈切口处的尖角也有阻止螺母松脱的作用，所以要注意切口方向。,螺纹联接的防松,在冲击，振动和变载荷下，螺纹间的压力瞬间减小消失，产生松动现象,双螺母防松,螺母拧紧后，在两螺母之间的一段螺栓内产生附加拉力，即使外载荷消失，该拉力仍存在，阻止松脱。,圆螺母用止退垫圈防松,将垫圈内翅插入轴上槽内，将垫圈外翅弯折入螺母槽中,开口销防松,螺栓上钻孔，开口销通过螺母槽插入螺栓孔中。,金属丝防松,在螺栓头部钻孔，再用金属丝捆扎。 注意金属丝的穿绕方向，即某一螺栓要自松时，金属丝将其余螺栓旋紧。,单耳止动垫圈防松,将垫圈一侧折弯贴在被联接件侧面上，将垫圈另一侧折弯贴在螺母上,外舌止动
8、垫圈防松,将外舌插入被联接件预钻孔中，将垫圈另一侧折弯贴在螺母上,10-2 键 联 接,功用：实现轴与轮毂的周向固定，传递扭矩,平键,半圆键 适用于锥形轴 与轮毂联接,楔键,花键 是平键联接在 数目上的发展,一、键联接的类型应用和画法,平键联接,平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键的上、下表面为非工作面。 工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，故定心性较好。,按轴,毂与键是否有相对运动,分为: 1)普通平键,A 型 l =L-b B 型 l =L C 型 l =L-b/2,l键的有效工作长度,平键联接的标准、尺寸和公差,1、（d-t）和（d+t）两组组合尺寸的偏差按相
9、应的t和t1偏差选取， 但（d-t）偏差应取负号； 2、键的长度系列：6、8、10、12、14、15、18、20、22、25、28、32、36、40、45、51、56、63、70、80、90、100、 110、125、140、160、180、200、220、250、320、360mm。,2)导向平键 轮毂可以在轴上滑动，键用紧定螺钉固定在轴槽中，两侧面较松动。,标注： GB/T 1096-2003 键 B 12850 （bhL） B、C型平键应标注B 或 C,键槽的画法和标注,平键联接,s8,平键联接,键的选择 （1）根据轴径d查标准选择平键的公称尺寸b （2）根据轮毂长度B 查标准选择平键的
10、长度L L比B小5-10mm,（二）键联接的选择和强度校核,求：查表(P90)确定键的尺寸，画出轴槽和孔槽，标注键槽尺寸； 解：由直径35查出键 b10，h8 轴t5，孔t13.3 根据轮毂长度查标准选择平键的长度 36,轴,齿轮,已知:齿轮与轴以A型平键联接，轴与孔的直径为35,轮毂长度为44.,44,38.3,键的强度校核,键的受力状态是两侧面受压，所以键的失效形式主要是压潰和出现剪断。 进行挤压强度计算时，要选择键，轴，轮毂三者中材料最弱的作为计算的对象。,A 型 l=L-b键的有效工作长度 mm k=h/2,挤压强度:,Mpa,剪切强度:,T: 转矩 Nmm d: 轴的直径 mm F:
11、 轴侧面所受压力 N b: 键宽 mm k: 键与轴毂的接触高 k=h/2 h:键高 l-键的有效工作长度 mm,键的许用剪应力 Mpa,键联接中最弱材料的许用挤压应力 Mpa,Mpa,F,F,T,k,键的许用应力,键一般用45钢,安装两个平键,一个轴上的零件用两个平键时，要求较高的加工精度,错误,正确,某轴如图所示。已知轴的材料是45钢，齿轮的材料是40Cr。确定所使用的普通A型平键，该轴可以传递的最大转矩，将键装上，并画出A-A断面图。,50,36,轴,A,A,轴承,轴承,齿轮,套筒,1.确定普通A型平键,1)由轴径36确定平键的尺寸bh 为108 2)根据轮毂宽度B查标准选择平键的长度
12、轮毂宽度B50mm 取键长度L=40mm 3)键的规定标记： 键 10840 GB/T 1096-2003,2.按挤压强度计算转矩,钢,键工作长度 l=L-b=40-10=30mm,k=h/2=8/2=4mm,强度条件,取160MPa,3. 按剪切强度计算转矩,强度条件,该输出轴可以传递的最大转矩为180Nm,轻微冲击,4.画出键连接和A-A 断面图,A,A,轴t5，孔t13.3,楔键联接,工作原理：靠上、下面来传递扭矩,应用：由于同轴度差，楔键用于精度要求不高， 载荷平稳和低速的场合。,花键联接,1）安装：由轴上的几个突起的齿和轮毂上相应的 齿槽构成的联接。,2）工作原理： 靠齿的侧面传递扭矩,3）应用及特点： 承载能力高，对轴的削弱少，定心好和导向好。 但加工花键需要专用设备，加工成本高。,销联接,（一）功用 主要用于固定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷。 还可以作为安全装置中的过载切断元件。 （二）常见的类型和标记,P71 30 32 34,作业,轴材料Q235，许用挤压应力 =120MPa; 键和轮毂的材料均为45，许用挤压应力 =160MPa、许用剪切应力 =100MPa. 求：该键能承受的最大转矩是多少？,10-15,轴孔直径25mm，键宽b=8，键高h=7，键长L=28 A型键,
