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第十章连接 静联接 动联接 运动副 与动力源组合 零件 构件 机构 机器 静联接 动联接 运动副 可拆联接 螺纹联接 键联接 销联接等 不可拆联接 铆接 焊接 胶接等 联接 螺纹联接 10 1 螺纹参数10 2 螺旋副的受力分析 效率和自锁10 3 机械制造常用螺纹10 4 螺纹联接基本类型及螺纹紧固件10 5 螺纹联接的预紧和防松10 6 螺栓联接的强度计算10 7 螺栓的材料和许用应力10 8 提高螺纹连接强度的措施 10 1 螺纹参数 螺旋线形成 倾斜线绕在圆柱体上形成的曲线螺旋线参数 线数 旋向 螺距 升程 螺旋角 螺纹形成 平面图形沿螺旋线形成的轨迹三角形 矩形 梯形 锯齿形 半圆形螺纹 螺纹旋向判断 1 轴线垂直放右边高 右旋左边高 左旋 2 右手旋 前进 右旋左手旋 前进 左旋 螺纹旋向判定 螺纹线数判定 螺纹主要参数 大径d 最大直径 公称直径小径d1 危险剖面直径 计算直径中径d2 假想直径 牙型沟槽宽与牙的宽度相等螺距P 相邻两牙轴向距离导程S 同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离 S nP 升角y 螺纹与其轴线的垂直面的夹角 按中径计算 牙型角a 螺纹两侧边的夹角 斜面受力分析 分析使滑块等速运动所需要的水平力 等速上升 平衡条件 驱动力 等速下滑 平衡条件 维持力 10 2 螺旋副的受力分析 效率和自锁 自锁条件 当y r时 F 0 原工作阻力F 反向作用 作为驱动力时 滑块才能移动结论 当y r时 滑块自锁 一 矩形螺纹 拧紧力 拧紧力矩 防松力 防松力矩 自锁条件 y r 效率 二 非矩形形螺纹槽面摩擦 分析推动V型滑块所需的力 fv当量摩擦系数 比较平面摩擦 拧紧力拧紧力矩 防松力防松力矩 效率自锁条件 y rv 当 V不变时 与 的关系如图 取 得 45 V 常取25 左右 太大会引起制造困难 且效率增高也不显著 当量摩擦角 10 3 机械制造常用螺纹 从压形划分 1 三角形螺纹 M 普通螺纹 60 fV大 易自锁粗牙 牙高 d1小 大细牙 牙浅 d1大 小 更易自锁管螺纹 55 紧密 无径向间隙2 梯形螺纹 Tr 30 15 3 锯齿形螺纹 S 33 工 3 4 矩形螺纹 从使用划分 联接螺纹 普通三角螺纹 锥螺纹 管螺纹 英制 小 单线 自锁好 传动螺纹 矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿螺纹 小 大 多线 效率高 10 4 螺纹联接基本类型及螺纹紧固件 一 标准螺纹联接件螺栓 普通螺栓铰制孔螺栓双头螺栓螺钉 联接螺钉紧定螺钉自攻螺钉 螺母 六角螺母圆螺母垫圈 平垫圈弹簧垫片斜垫圈止动垫圈 螺纹联接件通过组合形成螺纹联接 二 螺纹联接的基本类型 普通螺栓联接特点 孔与杆间有间隙 被联接件上无需切制螺纹 装拆方便适用场合 经常装拆的一般场合 铰制孔螺栓联接特点 孔与杆间无间隙 被联接件上无需切制螺纹 装拆方便适用场合 承受横向载荷的场合 1 螺栓联接 2 双头螺栓联接 特点 孔与杆间有间隙 被联接件上无需切制螺纹 装拆方便适用场合 用于被联接件之一较厚 经常装拆的场合 机械设计基础 联接 3 螺钉联接 特点 孔与杆间无间隙 被联接件上无需切制螺纹 装拆方便适用场合 被联接件之一较厚 且不常装拆的场合 4 紧定螺钉联接 适用场合 多用于轴上零件的固定 传递较小的力 锥端螺钉联接平端螺钉联接圆柱端螺钉联接 5 其他联接 地脚螺栓联接 吊环螺栓联接 T形槽螺栓联接 一 拧紧力矩 拧紧力矩T 螺旋副间的摩擦力矩T1螺母与支承面间摩擦力矩T2 施加在扳手上的力FT 10 5 螺纹联接的预紧和防松 控制拧紧力矩的扳手 定力矩扳手 测力矩扳手 二 螺纹联接的防松 为什么要防松 静载荷 rv 自锁 预紧后摩擦力 防止松动动载荷 摩擦力减小 消失 不可靠 防松的实质 限制螺旋副的相对转动分类 按工作原理分 摩擦防松机械防松其它 破坏螺纹副关系 铆冲 粘接 焊接 1 摩擦防松 使螺纹接触面间始终保持一定的压力 始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩 弹簧垫圈尼龙圈锁紧螺母 对顶螺母防松 2 机械防松 用机械装置把螺母和螺栓联成一体 消除了它们之间相对转动的可能性 开口销 螺栓 开槽螺母 开口销 装配图 止动垫片 带翘垫片防松 串联钢丝防松 3 其它 焊接 铆冲 粘结 10 6 螺栓联接的强度计算 松螺栓联接 无预紧力 只有工作拉力紧螺栓联接 有预紧力 还有工作拉力 螺栓组联接 失效形式 1 螺栓杆拉断 普通螺栓主要失效形式 2 螺纹压溃和剪断 受剪螺栓主要失效形式 3 经常装拆因磨损而发生滑扣 一 松螺栓联接 受载形式 轴向拉伸 工作拉力Fa 失效形式 螺栓拉断 静 疲劳 设计准则 保证螺栓拉伸强度强度条件 s s 设计计算方法 校核式 设计式 Fa 二 紧螺栓联接强度设计 1 受横向工作载荷的紧螺栓联接1 普通螺栓受载形式 预紧力Fa 扭矩T失效形式 螺栓拉断 拉 扭综合作用 设计准则 保证螺栓拉伸强度强度条件 se s 设计计算方法 校核式 预紧拉力FS 拉应力 由第四强度理论 设计式 拧紧力矩T 剪应力 对M10到M68 预紧力Fa应为多大 被联接件不滑移 界面摩擦力 F C可靠性系数C 1 1 1 3 多板多螺栓时 预紧力Fs应为多大 设螺栓数目为Nb 接合面数为Ni 讨论 横向载荷过大时 不宜用普通螺栓 必须采用普通螺栓时 应配合 减载销键或减载套筒 2 铰制孔螺栓 受载荷形式 拧紧过程中 Fa T 计算时可忽略 工作时 横向载荷F失效形式 侧面压溃及螺栓剪切设计准则 保证挤压 剪切强度强度条件 sp sp t t 设计计算方法 挤压强度 剪切强度 2 受轴向载荷的紧螺栓联接 受载荷形式 拧紧过程中 预紧力F0 扭力T工作时 再承受工作载荷FE螺栓所受的总拉力 Fa F0 FE 受力和变形关系 变形协调条件 l1 lb l Fa FE FR FR 残余预紧力 防止受载后接合面产生缝隙具体数值根据紧密性要求选取 见p147 强度计算 螺栓受到的总拉力Fa FE FR 校核式 设计式 10 7 螺栓的材料和许用应力 材料 一般用途 低碳钢或中碳钢 35 45及Q235 Q275 重要联接 合金钢 40Cr 30CrMnTi 性能等级 国标 GB T3098 1 2000 规定螺栓按材料的力学性能分出十个等级 3 6 4 6 4 8 5 6 5 8 6 8 8 8 9 8 10 9 12 9规则 小数点前数字表示sB 100 小数点后数字表示10sS sB如 5 8级 表示sB 500MPa sS 400MPa 许用应力 s SS 安全系数 控制预紧力 表10 6 不控制预紧力 表10 7 试算法 先选定一个螺栓直径d 查 计算d1 若d1与d1 假定的小径 相近 则合用 否则再选 1 减小螺栓的应力变化幅度 为减少螺栓应力变化幅度 1 减小螺栓刚度 a 柔性螺栓 b 弹性元件 10 8 提高螺纹连接强度的措施 2 增大被联接件刚度 a 金属垫片 b 密封环 2 改善螺纹牙间的载荷分配 内斜螺母 环槽螺母 悬置螺母 3 减小应力集中 4 避免附加弯曲应力 10 11键联接 一 键联接的类型二 平键连接的强度校核三 花键联接 一 键联接的类型 目的 用来实现轴与轴上零件的周向固定以传递转矩 实现轴上零件的轴向固定实现轴上零件轴向移动它是标准件分类 键联接 松联接 紧联接 楔键 平键 半圆键 普通平键 导向平键 花键 松联接1 平键 结构 安装 静联接为过渡配合 动联接间隙配合工作原理 两侧面是工作面 失效形式 静联接 工作面挤溃 键剪断动联接 工作面磨损特点 结构简单 装折方便 对中性好 承载能力大 应用广泛成对使用 承载能力不够时采用 按180 布置两个键 一对平键按1 5个键计算 分类 普通平键 圆头 型 立铣刀 键定位好 轴应力集中大 平头 型 盘铣刀 轴向键无定位 应力集中小 单圆头 型 立铣刀加工 用于轴端 导向平键 键固定于轴上 滑移距离小 2 半圆键联接 结构 工作原理 两侧面是工作面 侧面挤压传递转矩 失效形式 键剪断 工作面压溃特点 便于安装 对中好 用于锥形轴端 但对轴削弱大成对使用 承载能力不够时用 沿同一母线布置 紧联接1 楔键联接 结构 安装 键侧与键槽有间隙 上下面楔紧工作原理 上下面为工作面 靠摩擦力传递转矩分类 方头楔键 钩头楔键 圆头楔键 失效形式 工作面压溃特点 简单 且可实现轮毂在轴上单向轴向固定楔紧产生偏心 不适于高速及对中要求高的场合 二 平键连接的强度校核 1 平键的选择材料 多采用碳素钢尺寸 平键是标准零件 表10 9按d选b h 选键长L 短于轮毂宽度 2 键的强度校核 静联接 压溃 挤压强度 圆头 ls L b平头 ls L单圆头 ls L b 2 sp 查表10 10一般不会发生键的剪断 故一般不作剪断强度校核 动联接 磨损 压强 p 查表10 10 三 花键联接 结构特点 沿周向均布多个键齿 齿侧为工作面 组成 外花键 内花键 潘存云教授研制 潘存云教授研制 1 均匀受力 优点 2 对轴的削弱程度小 3 载能力高 4 轴上零件与轴的对中性好 5 导向性好 6 可用磨削方法提高加工精度及联接质量 缺点 齿根仍有应力集中 需专用设备制造 成本高 应用 定心精度要求高 载荷大 或经常滑移的联接 类型 制造容易 应用最广 用于高强度联接 用于薄壁零件联接 矩形花键 键开线花键 三角形花键 静联接 动联接 花键联接强度条件 K 载荷不均匀系数Z 齿数h l 键高及接触长度rm 平均半径 6 4销联接 作用 固定零件之间的相对位置 并可传递不大的载荷 按用途分 类型 定位销 联接销 按形状分 6 4销联接 作用 固定零件之间的相对位置 并可传递不大的载荷 按用途分 类型 定位销 安全销 联接销 按形状分 6 4销联接 作用 固定零件之间的相对位置 并可传递不大的载荷 按用途分 类型 定位销 安全销 联接销 按形状分 圆柱销