《常用联接》PPT课件.ppt

华东交通大学专用作者 潘存云教授 第8章联接 可拆联接 8 1 1螺纹联接 8 1 2键联接 8 1 4销联接 8 1 3花键联接 华东交通大学专用作者 潘存云教授 1 螺纹的形成 1 螺纹参数 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 8 1 1螺纹联接 华东交通大学专用作者 潘存云教授 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 螺纹的牙型 华东交通大学专用作者 潘存云教授 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 华东交通大学专用作者 潘存云教授 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 螺旋传动 华东交通大学专用作者 潘存云教授 联接螺纹 传动螺纹 华东交通大学专用作者 潘存云教授 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 圆柱螺纹 圆锥螺纹 管螺纹 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 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 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 2 螺纹的主要几何参数 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 tg F Fn 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 一 矩形螺纹 0 3 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 FR 总反力 tg 1f 摩擦角 fFn Fn f 定角 由材料确定 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 设计 潘存云 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 阻力 F 驱动力 当螺纹拧紧 滑块上升 时 F 摩擦力 沿斜面朝下 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 设计 潘存云 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 Fa 驱动力 F 阻力 F 摩擦力 沿斜面朝上 华东交通大学专用作者 潘存云教授 若 则T为正值 其方向与螺母运动方向相反 是阻力 若 则T为负值或为零 如T为负值则方向相反 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 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 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 4 机械制造常用螺纹 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 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 螺纹的基本尺寸 华东交通大学专用作者 潘存云教授 表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 细牙普通螺纹 直径24 螺距1 5 华东交通大学专用作者 潘存云教授 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 表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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 1 螺栓联接 2 螺纹联接的基本类型及标准联接件 华东交通大学专用作者 潘存云教授 2 双头螺柱联接 华东交通大学专用作者 潘存云教授 3 螺钉联接 华东交通大学专用作者 潘存云教授 4 紧定螺钉联接 华东交通大学专用作者 潘存云教授 5 标准螺纹联接件 1 螺栓 螺柱 螺钉联接件 华东交通大学专用作者 潘存云教授 2 紧定螺钉 螺母 华东交通大学专用作者 潘存云教授 3 垫圈 华东交通大学专用作者 潘存云教授 其它螺母 华东交通大学专用作者 潘存云教授 其它螺母 华东交通大学专用作者 潘存云教授 3 螺纹联接的预紧和防松 一般螺纹联接在装配的时候都必须拧紧 以增强联接的可靠性 紧密性和防松能力 1 螺栓联接的预紧 对于一般联接 可凭经验来控制预紧力F0的大小 但对于重要的联接就要严格控制其预紧力 T T1 T2 KF0d 拧紧时扳手力矩为 T可由测力矩扳手测定 式中K为拧紧力矩系数 可查表 华东交通大学专用作者 潘存云教授 2 螺栓联接的防松 联接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击 震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象 螺纹联接防松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动 常用的防松方法 摩擦防松 机械防松 其他防松 弹簧垫圈 对顶螺母 尼龙圈锁紧螺母 开口销 带翅垫片 止动垫片 华东交通大学专用作者 潘存云教授 4 单个螺栓联接强度计算 单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础 根据联接的的工作情况 可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓 两者失效形式是不同的 设计准则 针对具体的失效形式 通过对螺栓的相应部位进行相应强度条件的设计计算 或强度校核 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的公称直径 大径 d等 华东交通大学专用作者 潘存云教授 一 受拉螺栓联接 1 松螺栓联接 强度条件 设计公式 式中 为松联接螺栓材料的许用拉应力 MPa d1计算出后 再按标准查选螺纹的公称直径 华东交通大学专用作者 潘存云教授 2 紧螺栓联接 只受预紧力的紧螺栓联接 螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的复合应力状态 螺栓危险界面上的拉伸应力为 螺栓危险界面上的扭转剪切应力为 华东交通大学专用作者 潘存云教授 对于常用的单线 三角形螺纹的普通螺栓 取fv tanjv 0 17 简化处理的t 0 5s 根据第四强度理论 可求出计算应力sca为 因此 强度条件为 即 设计公式为 华东交通大学专用作者 潘存云教授 受横向外载荷的紧螺栓联接 螺栓仅受预紧力 载荷与螺栓轴向垂直 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 螺栓内部危险截面上既有轴向预紧力F0形成的拉应力s 又有因螺栓与螺纹牙面间的摩擦力矩T1而形成的扭转剪应力t 受力特点 螺栓预紧力 当f 0 15 c 1 2 m 1时 可得 此结构 要使联接不发生滑动 螺栓要承受8倍于横向外载荷的预紧力 结构笨重 不经济 因此要避免这种结构 而采用新结构 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 设计 潘存云 设计 潘存云 设计 潘存云 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 承受轴向静载荷的紧螺栓联接 载荷方向与螺栓轴向一致 螺栓受载前需预紧 受载前后受力不同 螺栓内部危险截面上同样既有拉应力s 又有扭转剪应力t 受力特点 强度条件 设计公式 式中F2为螺栓受载后所受的轴向总拉力 N 通过受载前对螺栓的预紧 和受载后螺栓轴向拉力的分析 可知 这里F为单个螺栓的轴向载荷 F2 F0 F 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 设计 潘存云 设计 潘存云 加预紧力后 螺栓受拉伸长 b 被联接件受压缩短 m 加载F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 F1 很显然 F1 F0被联接件放松了 b m 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 F Fb Fc Cb Cm F1 F0 Fc F0 Cm F2 F0 Fb F0 Cb 代入得 华东交通大学专用作者 潘存云教授 二 受剪切螺栓联接 受力特点 螺栓受载前后不需预紧 横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递 挤压强度条件 剪切强度条件 华东交通大学专用作者 潘存云教授 5 螺纹联接件的材料和许用应力 1 螺纹联接件的材料 其它对螺纹有特殊要求 如防腐 耐高温 时 应选择有特殊性能的材料 一般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢 如Q215 Q235 15 35 45等 受冲击 振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢 如15Cr 40Cr 30CrMnSi 15CrVB等 华东交通大学专用作者 潘存云教授 螺栓材料的许用拉应力按下式确定 式中S为安全系数 紧联接螺栓若不控制预紧力 则S大小与螺栓直径和载荷性质有关 此时设计螺栓联接时 常用试算法确定S 即先预估螺栓直径 再与计算出的螺栓直径作比较后 对S作调整和计算 华东交通大学专用作者 潘存云教授 6 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 一 降低螺栓总拉伸载荷的F2变化范围 轴向工作载荷F的变化范围 0 F 总拉伸载荷的F2变化范围 Cb 如Cm F2变化范围 提高螺栓联接强度的措施 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 设计 潘存云 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 设计 潘存云 设计 潘存云 二 改善螺纹牙间的载荷分布 措施 采用悬置 均载 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 设计 潘存云 设计 潘存云 设计 潘存云 支承面不平 三 减小应力集中 1 增大过渡圆角 2 切制卸载槽 四 避免或减小附加应力 采用凸台或沉孔结构 华东交通大学专用作者 潘存云教授 五 采用特殊制造工艺 冷镦头部 辗压螺纹 表面处理 氰化 氮化也能提高疲劳强度 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 8 1 2键联接 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 薄型平键 滑键 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 表10 9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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 设计 潘存云 设计 潘存云 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 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 3 楔键联接和切向键联接 结构特点 键的上表面有1 100的斜度 轮毂槽的底面也有1 100的斜度 缺点 定心精度不高 应用 可传递较大转矩 只能应用于定心精度不高 载荷平稳和低速的联接 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 设计 潘存云 类型 普通楔键 圆头 平头 单圆头 钩头楔键 钩头是用来拆卸用的 在重型机械中常采用切向键 一对楔键组成 装配时将两楔键楔紧 键的窄面是工作面 所产生的压力沿切向方向分布 当双向传递扭矩时 需要两对切向键分布成120 130 设计 潘存云 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 二 平键联接的强度校核 键的材料 B 370MPa的碳素钢 常用45钢 键的截面尺寸b h按轴径d查表选取 长度L参照轮毂长度从标准中选取 键的主要失效形式 压溃 磨损 动联接 剪断 挤压强度条件 l L b l L 一般不会出现 华东交通大学专用作者 潘存云教授 对于导向平键联接 计算依据是磨损 应限制压强 若强度不够时 可采用两个平键按180布置 考虑到载荷分布的不均匀性 校核强度时按1 5个键计算 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 设计 潘存云 设计 潘存云 8 1 3花键联接 1 结构特点 沿周向均布多个键齿 齿侧为工作面 优点 承载能力高 对轴的削弱程度小 定心好 导向性好 类型 矩形花键 渐开线花键 制造容易最常用 用于高强度联接 华东交通大学专用作者 潘存云教授 设计 潘存云 静联接 动联接均可 一般只验算挤压强度和耐磨性 设各齿压力的合力作用在平均半径rm处 取不均匀系数K 0 7 0 8 则花键联接所能传递的扭矩为 静联接 T Kzhl rm p 动联接 T Kzhl rm p