机械设计第五章1

2020/6/6,1,机械设计基础II（零件）,电子科技大学凌丹,第二篇连接,连接在机器中的作用,便于机器的制造、安装、运输、维修。,2020/6/6,SchoolofMechatronicsEngineering,UESTC,3,连接的类型,动连接：滑键连接、导向键连接静连接：螺纹连接、平键连接可拆连接：螺纹连接不可拆连接：铆接、胶接等形锁合连接：无键连接摩擦锁合连接：螺纹连接、平键连接,第五章螺纹连接和螺旋传动,本章内容,螺纹的类型及其应用螺纹连接的类型及其应用螺纹连接的防松单个螺栓连接的强度计算螺栓组连接的受力分析螺旋传动简介,6,螺纹连接的工程应用,汽车轮胎,机床,螺纹连接的工程应用,8,飞机机翼,螺纹连接的工程应用,化工管道,螺纹连接的工程应用,锁紧螺母,螺纹连接的工程应用,第一节螺纹,螺纹副类型,内螺纹外螺纹,螺纹类型,一、螺纹的类型和应用,螺纹的牙型,1.普通螺纹,普通螺纹：牙型角为60，内、外螺纹旋合有径向间隙。粗牙螺纹：用于一般联接。细牙螺纹：用于细小零件、薄壁零件、微调螺纹,2.非螺纹密封的管螺纹,圆柱管螺纹（英制螺纹）：牙顶有较大圆角，内、外螺纹旋合后无径向间隙，保证联接的紧密性。用于管接头、阀门等，需要在密封面间添加密封物。,3.螺纹密封的管螺纹,英制螺纹：螺纹分布在圆锥管壁上，螺纹旋合后，靠自身变形保证联接的紧密性，不需要填料。,4.米制锥螺纹,米制螺纹：牙型角60，螺纹分布在圆锥管壁上，用于气体或液体管路系统，是依靠螺纹密封的联接螺纹。,5.矩形螺纹,矩形螺纹：牙型为正方形，传动效率比另外两种传动螺纹高，牙根强度弱，磨损间隙难以补偿。,6.梯形螺纹,梯形螺纹：牙型为等腰梯形，传动效率比矩形螺纹略低，牙根强度高，磨损间隙可以补偿，最常用的传动螺纹。,7.锯齿形螺纹,锯齿形螺纹：牙型为不等腰梯形，内、外螺纹旋合后大径处无径向间隙。兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点，用于单向受力的螺旋传动。,21,二、螺纹的主要参数,大径d即螺纹的公称直径。小径d1常用于联接的强度计算。中径d2常用于联接的几何计算。螺距P螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。牙型角a螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。升角螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。线数n螺纹的螺旋线数目。导程S螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离，S=nP。,2020/6/6,22,螺纹线数,Single-threadedscrew,Double-threadedscrew,Multiple-threadedscrew,Amultiple-threadedscrewadvancesanut（螺母）morerapidlythanasingle-threadedscrewofthesamepitch.,左旋螺纹与右旋螺纹,Left-handedscrew,Right-handedscrew,第二节螺纹连接的类型和标准连接件,螺栓连接普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接,一、螺纹连接的类型,1.螺栓连接,普通螺栓连接被连接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不允许消失，结构简单，装拆方便，可多次装拆，应用较广。,Commonboltjoints,2020/6/6,铰制孔螺栓连接：装配后螺栓光杆部分与被联接件孔壁之间无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合。,Fittedboltjoints,2.双头螺柱连接,双头螺柱连接：螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被连接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。,Studjoints,3.螺钉联接,适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况。,Capscrewjoints,4.紧定螺钉联接,拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。,Setscrewjoints,5.其它螺纹联接,地脚螺栓联接吊环螺钉联接,二、标准连接件,六角头螺栓双头螺柱螺钉紧定螺钉自攻螺钉六角螺母圆螺母垫圈,Bolt,Stud,CapScrew,Setscrew,Nut,Washer,threadedfastener,1.六角头螺栓,普通螺栓六角头，小六角头，标准六角头，大六角头，内六角铰制孔螺栓螺纹部分直径较小。,2.双头螺柱,3.螺钉,4.紧定螺钉,末端形状有锥端、平端和圆柱端，锥端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；平端接触面积大，不伤零件表面，用于定紧硬度较大的表面，或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于紧定空心轴上的零件位置。,5.自攻丝螺钉,被联接件多位金属薄板、轻合金或塑料制品。被联接件可不预先制出螺纹，在联接时利用螺钉直接攻出螺纹。,6.六角螺母和圆螺母,2020/6/6,SchoolofMechatronicsEngineering,UESTC,41,圆螺母常用来轴向固定轴上零件,7.垫圈,放置在螺母和被连接件之间，保护支承表面，防止螺纹连接松动。,第三节螺纹联接的预紧,BoltTighteningandPreload,多数联接在装配时必须拧紧螺母，使螺纹联接在承受工作载荷之前受到预紧力的作用紧联接；在受载之前不需拧紧的联接松联接。预紧的目的：增加联接的刚度、紧密性和提高防松能力。对重要的螺栓联接，在装配时要控制预紧力。（预紧力要适度）,松联接实例,在承受工作载荷之前，螺栓不受力（除自重）。,Whenwetightenabolt,(a)weapplytorquetothenut,(b)thenutturns,(c)theboltstretches,(d)creatingpreload.,紧连接预紧力,拧紧力矩,拧紧力矩,螺旋副间的摩擦阻力矩,螺母环形端面与被连接件支承面之间的摩擦阻力矩。,预紧力F0,预紧力的控制,对于重要的或有特殊要求的螺栓联接，预紧力的数值应在装配图上做出技术说明。受变载荷的螺栓联接的预紧力应比受静载荷的螺栓预紧力大。预紧力的数值应根据载荷性质、联接刚度等具体条件确定。控制预紧力的方法有：测力矩扳手定力矩扳手,测力矩扳手,刻度表直接显示拧紧力矩的大小,定力矩扳手,当拧紧力矩超过规定值，卡盘与圆柱销之间打滑，调整弹簧压紧力可调整预紧力。,测量螺栓伸长量,通过测量螺栓的伸长量来控制预紧力，较为精确。,第四节螺纹连接的防松Preventinglooseningofscrewjoints,防松的目的：联接用螺纹可以实现自锁，支承面间的摩擦力也可以阻止螺母的旋转和松脱。在静载或温度变化不大时，螺纹不会自动松脱；在冲击、振动或变载下，或温度变化较大时，螺纹副间和支承面间的摩擦阻力可能减小或瞬间消失。这种情况多次重复，会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。,防松方法,螺纹联接防松的实质是：防止螺纹副的相对转动。摩擦防松使螺纹副中产生附加的摩擦力机械防松采用专门的防松元件约束螺纹副的相对运动破坏螺纹副的关系如果螺纹副很少被拆开，把螺纹副转变为非运动副。,摩擦防松对顶螺母,两螺母对顶拧紧，螺栓旋合段受拉而螺母受压，两螺母的相互作用力使旋合段的螺纹面上产生附加摩擦力。用于低速、重载的联接。,Twonuts,摩擦防松弹簧垫圈,利用拧紧螺母把垫圈压平后产生的弹性反力来保持螺纹副间有一定的附加摩擦力。用于不太重要的联接。,Springwasher,摩擦防松自锁螺母,螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收口。,摩擦防松横向切口螺母,拧紧螺母上的螺钉时，切口上下两部分变形靠拢，使螺纹副压紧。,机械防松开口销与槽形螺母,六角槽形螺母拧紧后，把开口销插入螺母槽与螺栓尾部孔内，将开口销尾部掰开，阻止了螺母与螺栓的相对运动。由于槽数少，栓杆销孔不易与螺母最佳锁紧位置时的槽口吻合，装配困难。,机械防松止动垫圈（单耳或双耳）,止动垫圈的一边上弯贴在螺母的侧面上，另一边下弯贴紧在被联接件的侧面上。只能用于联接部分有容纳弯耳的场合。防松较为可靠。,机械防松串联钢丝,将钢丝穿入各螺钉头部的孔内，使其相互制约。防松可靠，但装拆不便，仅适用于螺钉组联接。,冲点法防松,焊接防松,破坏螺纹副方法,思考题,螺纹连接有哪些基本类型？各适用于什么场合？连接用螺纹是什么形状？传动用螺纹是什么形状？螺纹的公称直径是什么？强度计算时的危险截面面积用哪一直径计算？螺纹连接预紧的目的是什么？控制预紧力有哪些方法？螺纹连接防松的本质是什么？有哪些常用的防松措施？摩擦防松的原理是什么？,螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的受力分析,第五节螺栓组连接的设计,2020/6/6,67,螺栓组联接结构设计的任务,选定螺栓的数目及布置形式确定螺栓连接的结构尺寸对于不重要连接采用类比法重要连接应根据工作载荷分析各螺栓的受力情况，找出受力最大的螺栓进行校核。,一、螺栓组连接的结构设计,目的合理确定连接接合面的形状和螺栓的布置形式，力求使各螺栓和连接接合面受力均匀，便于加工和装配。应考虑的问题接合面形状使螺栓组的分布中心与联接接合面的形心重合。螺栓的布置应使各螺栓受力合理。螺栓的排列应有合理的间距、边距。分布在同一圆周的螺栓数目，宜取偶数。同一组螺栓材料、尺寸均应相同。避免螺栓承受偏心载荷。,便于加工制造和对称布置螺栓；保证连接结合面受力均匀。,1.使螺栓组的分布中心与连接接合面的形心重合，接合面设计成轴对称图形。,圆环,圆形,三角形,矩形框,矩形,一、螺栓组连接的结构设计,2.螺栓的布置应使各螺栓受力合理。,承受转矩或翻转力矩的时，尽量使螺栓靠近连接接合面的边缘。,铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向成排布置8个以上的螺栓。,3.螺栓的排列应有合理的间距、边距。,足够的扳手空间,有密封性要求时要控制t0,4.分布在同一圆周的螺栓数目，宜取偶数。,以便在圆周上钻孔时，分度和划线。,5.避免螺栓承受偏心载荷。,保证接合面平整,二、螺栓组连接的受力分析,目的：根据连接的结构和受载情况，找出受力最大的螺栓并求出其所受的力，以便进行强度计算。,横向载荷,扭转力矩,轴向载荷,翻转力矩,四种基本载荷,几点假设,所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受载后连接接合面仍保持为平面。,1.受横向载荷的螺栓组连接,外载荷特点：横向载荷的作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组的对称中心。,或,Ks为防滑系数，设计中可取Ks=1.11.3。i为接合面数，z为螺栓个数。,（1）采用受拉普通螺栓连接时：,2020/6/6,SchoolofMechatronicsEngineering,UESTC,78,连接的载荷,螺栓的受力,（2）采用受剪铰制孔用螺栓联接时：,螺栓受到剪切和挤压，被连接件受到挤压。,连接处破坏的形式,剪切破坏沿螺栓杆的剪切面剪断。,挤压破坏螺栓杆和孔壁的挤压破坏。,拉伸破坏被连接件因螺栓连接，在通孔处截面受到削弱，应力增大，易被拉断。,（2）采用受剪铰制孔用螺栓连接时：,2.受扭转力矩的螺栓组连接,在T作用下，底板有绕通过螺栓组中心的轴线OO旋转的趋势，每个螺栓连接都受有横向力。两种连接方式：受拉普通螺栓连接受剪铰制孔用螺栓连接,假设：各螺栓连接的预紧力相同，接合面的摩擦力集中作用在各螺栓中心处，与螺栓中心至底板旋转中心的连线垂直。,（1）采用受拉普通螺栓连接时：,12345,109876,根据平衡条件及防止接触面滑移条件：,假设底板为刚体，各螺栓的工作载荷与其中心至底板旋转中心的连线垂直，各螺栓的剪切刚度相同。忽略连接中的预紧力和摩擦力。,（2）采用受剪铰制孔用螺栓连接时：,12345,109876,超静定问题,底板不变形，仅螺栓产生剪切变形。,距离中心O越远，螺栓的剪切变形越大，螺栓的剪切变形量与螺栓轴线到旋转中心的距离成正比。,3.受轴向载荷的螺栓组连联接,外部总载荷与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心。各螺栓平均受载，每个螺栓的轴向外载