《机械设计第五章》PPT课件

第二篇联接,一、联接的作用,二、联接的分类,1、动联接：被联接零件可相对运动运动副,2、静联接：被联接零件无相对运动构件（1）可拆联接：螺纹、键、销、成型联接（2）不可拆联接：铆接、焊接、胶结（3）过盈配合：温差法装入可拆压入法装入不可拆,第五章螺纹连接与螺旋传动,基本概念：螺纹连接是利用螺纹零件构成的连接。,特点：构造简单，拆装方便，工作可靠，,标准件，应用广。,螺纹的基本知识,螺纹的分类,矩形螺纹,联接螺纹为三角螺纹,d-螺纹大径d1-螺纹小径d2-螺纹中径p-螺距n-线数S-导程y-螺纹升角，牙型角-牙侧角旋向,一、螺纹的主要参数,5.1螺纹,螺纹的线数和旋向,二、螺纹副的受力关系、效率和自锁,圆周力：拧紧时,松开时,效率：拧紧时,松开时,自锁条件,式中:-当量摩擦角,-当量摩擦系数,F-轴向力,Nf-摩擦系数,2-1螺纹联接,二、螺纹副的受力、效率与自锁,二、螺纹副的受力、效率与自锁,1、拧紧螺母时的圆周力和力矩,2、拧紧螺母时的效率,3、自锁条件,三、常用螺纹的特点和应用,对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性联接螺纹：自锁管螺纹：紧密性、气密性传动螺纹：效率高调整螺纹：精度高起重螺纹：效率高、自锁性好,螺纹的分类：按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹,1、普通螺纹(代号：MGB192-81),特点：螺纹的牙型角=2=60。因牙侧角大，所以当量摩擦系数大，自锁性能好，主要用于连接。,细牙螺纹与粗牙螺纹的比较,粗牙：常用,细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。,细牙：自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中。,2、矩形螺纹,特点：牙形为正方形，=0，所以效率高，用于传动,牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。,3、梯形螺纹(代号：T,特点：=2=30。比矩形螺纹效率略低。牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。,rGB192-81),4、锯齿形螺纹(代号：SJB923-66),特点：工作边=3，非工作边=30，便于加工。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。,5、圆柱管螺纹,特点：用于管件连接的三角螺纹，=55螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的连接。,6、圆锥螺纹,特点：螺纹均布在锥度为1:16的管上,=55或60螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适用于高温、高压的连接。,7、其它螺纹,主要用于金属薄板的连接,螺纹联接件等级GB3103.1-82规定：螺纹联接件分A、B、C三级A级：精密配合，防振场合B级：受载较大，常拆卸调整、变载场合C级：一般联接,普通螺栓连接绞制孔螺栓连接,普通螺栓连接螺栓和孔壁有间隙，孔的加工精度低。绞制孔螺栓连接螺杆与孔用过渡配合，承受轴向载荷孔需精制。可起定位作用。,5.2螺纹连接的基本类型与标准螺纹连接件,一、螺纹连接的基本类型,1、螺栓连接,特点：被连接件不宜做成通孔。不宜经常拆卸。拧入深度：铜或青铜：H=d铸铁：H=1.251.5d铝合金：H=1.52.5d,2、螺钉连接,特点：被连接件不宜做成通孔又需要经常拆卸或用螺钉无法安装。,拧入深度：铜或青铜：H=d铸铁：H=1.251.5d铝合金：H=1.52.5d,3、双头螺柱连接,4、紧定螺钉连接旋入被连接件的螺纹孔中，顶住另一被连接件的表面或凹坑。固定两个零件或传递不大的力矩。,5、其它特殊结构的螺纹连接,地脚螺栓,吊环螺钉,T型槽螺栓,二、标准螺纹连接件,各种螺栓,双头螺柱,各种螺钉,各种螺钉,紧定螺钉的头部和末端,各种螺母与垫片,三、螺纹连接零件常用材料和机械性能等级,1、常用材料：普通连接：低碳钢，中碳钢，如:Q215、Q235和10、15、35、45号钢。变载荷或有冲击、振动的重要连接：合金钢，如:40Cr、15MnVB、30CrMnSi。螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低2040HBS。,2、螺栓、螺钉、螺柱、螺母性能等级,5.3螺纹连接的预紧,1、预紧的作用：预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力F的作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙或横向滑移。预紧也可以防松。,2、控制预紧力的目的：预紧力过大，会使连接超载。预紧力不足，可能导致连接失效。重要的螺栓应控制预紧力。,拧紧螺母时的力矩和预紧力,3、拧紧力矩和预紧力的计算,螺纹副摩擦力矩,螺母与被连件摩擦力矩,拧紧力矩,当钢制螺纹M10M68时，由螺纹几何关系和摩擦系数可得：,故：,拧紧力矩系数,4、装配时控制预紧力的方法,测力矩扳手,定力矩扳手,5.4螺纹连接的防松,一、摩擦防松,1、双螺母在螺母和螺栓之间形成内力，保证摩擦力。结构简单、使用方便。可靠性不高。用于平稳、低速、重载。,2、弹簧垫圈弹力保持一定压力切口尖端逆向。,3、锁紧螺母镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中椭圆口螺母。,二、机械防松,1、开口销与六角开槽螺母,2、止动垫圈,止动垫圈,3、串联钢丝,三、永久防松,焊接冲点涂胶,受拉螺栓联接主要失效形式：,精度低或时常装拆时：滑扣。,静载：,螺纹部分的塑性变形和断裂。,变载：,栓杆部分的疲劳断裂。,5.5单个螺栓联接的强度计算,设计计算内容与步骤：,1、结构设计：确定螺栓布置形式、数量2、受力分析：确定螺栓组中受力最大螺栓和所受最大力3、强度计算：按受力最大螺栓确定整组螺栓直径,一、松螺栓连接,只能承受轴向静载,工作时不预紧；,特点：,MPa,mm,强度条件或许用应力,MPa,二、紧螺栓联接1、受横向载荷的紧螺栓联接,（1）普通螺栓联接,靠接合面的摩擦力传递外力螺栓既受拉应力又受扭剪应力,对于常用的M10M68的普通螺栓,拉应力,剪应力,螺栓的当量应力（第四强度理论）,螺栓的强度条件为：,MPa,校核公式：,设计公式：,当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，采用套筒、键、销来承受横向载荷。,（2）铰制孔螺栓联接,螺栓杆的剪切强度条件为:,螺栓与孔壁的挤压强度条件为：,MPa,MPa,螺栓抗剪面直径，mm,式中,m螺栓抗剪面数目,螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度mm，设计时应使,螺栓的许用剪切应力，MPa,螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，MPa,复习,一、螺纹连接零件常用材料和机械性能等级二、螺纹连接的预紧1.预紧的作用2.控制预紧力的目的：3.拧紧力矩,三、螺纹连接的防松：方法：摩擦防松、机械防松、永久防松。四、单个螺栓联接的强度计算1.松螺栓联接2.紧螺栓联接（1）受横向载荷的紧螺栓联接1）普通螺栓联接2）铰制孔螺栓联接,例题：一受拉螺栓联接预紧时,预紧力F=2000N,螺栓的直径d1为8.376mm,已知,2、受轴向工作载荷的紧螺栓联接,汽缸盖的连接,螺栓和被联接件都是弹性体，各零件受力属于静不定问题，螺栓总拉力应根据静力平衡条件和变形协调条件确定。,静力平衡条件：,变形协调条件：,（1）受力分析,螺栓受力：,被联接件受力：,螺栓总拉力F2：,b,m,螺栓的相对刚度,剩余预紧力,被联接钢板间所用垫片,（2）静强度计算,MPa,mm,式中,紧螺栓联接的许用拉应力,校核公式：,设计公式：,（3）疲劳强度计算,对于受变载荷的螺栓联接，按静强度设计尺寸后，还需进行疲劳强度校核。,图517承受轴向变载荷的紧螺栓联接,螺栓的最大应力计算安全系数：,式中：-螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限，MPa。-试件的材料常数；-拉压疲劳综合影响系数；-安全系数。,疲劳强度条件为,受拉紧螺栓联接,螺栓受力,只预紧,三、螺栓联接的许用应力,螺栓许用剪应力及许用挤压应力,5.6螺栓组联接设计,(一)螺栓组联接的结构设计,1）联接接合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状,结构设计目的：确定合理的接合面的几何形状及螺栓的布置形式，以求各螺栓受力均匀，且便于加工装配。,2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理,3）螺栓的排列应有合理的间距、边距,扳手空间,4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取4,6,8等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线,5）避免螺栓承受偏心载荷,产生偏心载荷的原因,斜垫圈的应用,凸面和沉头座的应用,避免偏载的结构,(二)螺栓组联接的受力分析,假设：1）螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合，受载后联接接合面仍保持为平面。2）各螺栓的拉伸刚度或剪切刚度（材料、直径、长度）和预紧力都相同；3）螺栓的应变在弹性范围内。,分析各螺栓受力，求出受载最大螺栓所受载荷，进而进行强度计算。,受力分析的目的：,1、受轴向载荷的螺栓组联接,设定有z个螺栓则：单个螺栓受外力,F,例：已知汽缸工作压力在0MPa0.5MPa之间变化，工作温度90时,当90时,对于40的螺杆不用校核,当85时,对于淬火钢螺杆:,当85时,式中:l-螺杆的最大工作长度-螺杆长度系数I-螺杆危险截面的轴惯性矩i-螺杆危险截面的惯性半径E-螺杆材料的弹性模量,滚动螺旋传动特点：滚