第11章联接与弹簧

1、湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 第第11章章 连连 接接 与与 弹弹 簧簧111 螺纹连接及螺旋传动螺纹连接及螺旋传动112 键、花键、销连接键、花键、销连接113 其他连接其他连接114 弹簧弹簧湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 本本 章章 概概 要要( (1) )螺纹的类型和主要参数以及螺纹联接的基本类型螺纹的类型和主要参数以及螺纹联接的基本类型( (2) )螺纹联接的预紧，防松和螺旋传动的特点、类型螺纹联接的预紧，防松和螺旋传动的特点、类型( (3) ) 键、花键、销连接的类型及应用键、花键、销连接的类型及应用( (4) )掌握各种联接方式的工作原理和强度计算方法掌握各种联接方

2、式的工作原理和强度计算方法湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 基基 本本 概概 念念连接：被连接件与连接件的组合。连接：被连接件与连接件的组合。如轴与轴上零件，箱体箱盖、焊接的钢板等如轴与轴上零件，箱体箱盖、焊接的钢板等连接件（紧固件）：螺栓、螺母、销、铆钉等。连接件（紧固件）：螺栓、螺母、销、铆钉等。但有些连接没有专门的紧固件。如过盈连接、焊接、粘结等但有些连接没有专门的紧固件。如过盈连接、焊接、粘结等连接件也称之为紧固件。连接件也称之为紧固件。连接的分类：连接的分类：可拆卸连接：允许多次拆装而不损坏组成零件使用性能可拆卸连接：允许多次拆装而不损坏组成零件使用性能如螺纹连接、键连接、销连接

3、如螺纹连接、键连接、销连接不可拆卸连接：不损坏零件就不能拆开的连接不可拆卸连接：不损坏零件就不能拆开的连接如焊接、粘结与铆接如焊接、粘结与铆接湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 一、螺纹的形成与类型一、螺纹的形成与类型1 111 螺纹连接及螺旋传动螺纹连接及螺旋传动d2螺旋线螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴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。等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图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。形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹湖南科技大学

4、专用 作者： 潘存云教授 按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 螺纹的牙型螺纹的牙型矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹1530330湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内

5、外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹 一

6、般一般: n 4双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹PSS = 2PPSPS =P导程导程=螺距螺距n线螺纹线螺纹: S = n P湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺纹副螺纹副湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云外螺纹外

7、螺纹内螺纹内螺纹湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹螺旋传动螺旋传动湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分

8、螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹管螺纹管螺纹湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云(3)中径中径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

9、起宽度相等。设计：潘存云d1d2d(1)大径大径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) 导程导程S(6) 螺纹升角螺纹升角 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)牙型角牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。tan=d2 nP 牙侧角牙侧角 d2SS = nP n螺纹的螺纹的 线数线数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离二、圆柱螺纹的主要几何参数二、圆柱螺纹的主要几何参数SPP/2P/

10、2牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云vFd2Stan =F/FnFFaFFa螺纹的拧松螺纹的拧松螺母在螺母在F和和Fa的联合作用下，顺着的联合作用下，顺着Fa等速等速向下运动。向下运动。螺纹的拧紧螺纹的拧紧螺母在螺母在F和和Fa的联合作用下，逆着的联合作用下，逆着Fa等速等速向上运动。向上运动。1、矩形螺纹、矩形螺纹= 0三三 螺旋副的受力分析和自锁螺旋副的受力分析和自锁展开中径展开中径d2 圆柱面得一斜面圆柱面得一斜面.螺纹副在力矩和轴向载荷Fa作用下相对运动，可看成作用在中径上的水平力F推动滑块(重物)沿螺纹运动F 水平推力水平推力Fn 法

11、向反力法向反力Fa 轴向载荷轴向载荷F=f Fn 摩擦力摩擦力f 摩擦系数摩擦系数d2FR 总反力总反力v =tan-1 f 摩擦角摩擦角=f Fn/Fn =f FnFR定角-由材料确定F阻力驱动力湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云 + FnFRvFd2S滑块在F、FR 、Fa三力作用下处于平衡状态d2FFaFFa 作力多边形作力多边形得：得： F=Fatan(+ + ) 驱动力矩：驱动力矩：FaFFR)+tan(2=2aFd22dFT 列出力平衡方程：列出力平衡方程：FR + Fa + +F =0 FRFa = + + FR =(1 + + f ) Fn+ +Fa

12、 阻力，阻力，F 驱动力驱动力当螺纹拧紧当螺纹拧紧(滑块上升滑块上升)时：时：FR = Fn + +F FF 摩擦力摩擦力, 沿斜面朝下。沿斜面朝下。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云- FRvFRFa当当螺纹拧松螺纹拧松(滑块下滑滑块下滑)时：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：作力多边形可得： F=Fatan(- - ) 驱动力矩：驱动力矩：22dFT )-tan(2=2aFdd2FFaFFnF- - 列出力平衡方程：列出力平衡方程：FR + Fa + +F =0 F Fa 驱动力，驱动力，F 阻力，阻力，F

13、摩擦力摩擦力, 沿斜面朝上。沿斜面朝上。FFa湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 若若 ，则则F F为正值，其方向与螺为正值，其方向与螺 母运动方向相反，是母运动方向相反，是阻力阻力；若若 ，则则F F为负值，方向相反，其为负值，方向相反，其方向与预先假定的方向相反，而与螺母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运动方向相同，成为放松螺母所需外加的的驱动力。驱动力。这种情况下，若不施加一反向的水平这种情况下，若不施加一反向的水平拉力拉力F,F,滑块不会自行下滑现象称为滑块不会自行下滑现象称为自锁。自锁。T Td2FaFFd2FaFFT TF=Fa tan(- )

14、即不论有多大的轴向载荷，螺纹都不会自行松脱。即不论有多大的轴向载荷，螺纹都不会自行松脱。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 螺母螺母螺杆螺杆轴轴线线轴线轴线螺杆螺杆螺母螺母FnFa2、 非矩形螺纹非矩形螺纹 0矩形螺纹忽略升角的影响时有：矩形螺纹忽略升角的影响时有：Fn=Fa当当 0 时，摩擦力为：时，摩擦力为：nFfFaFfcosaFf tan=cos=ff摩擦系数为摩擦系数为f 的非矩形螺纹所产生的非矩形螺纹所产生的摩擦力与摩擦系数为的摩擦力与摩擦系数为f 的矩形的矩形螺纹所产生的摩擦力相当。螺纹所产生的摩擦力相当。称称 为当量摩擦角为当量摩擦角FaFnFa故称故称 f 为当量摩擦系数。

15、为当量摩擦系数。非矩形螺纹的法向力增大，非矩形螺纹的法向力增大，看成摩擦系数的增加看成摩擦系数的增加湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 引入参数引入参数f 和和 就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。行力的分析。 滑块上升：滑块上升：) +tan(2=:) +tan(=:2aaFdTFF驱动力矩水平推力 滑块下降：滑块下降：) tan(2) tan(2aaFdTFF非矩形非矩形螺旋的自锁条件：螺旋的自锁条件： 对于联接螺纹必须满足自锁条件湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 四四 螺纹制造工艺及装备螺纹制造工艺及装备加工方法加工方法及设备及设备攻丝和套丝

16、：手工方法、机械加工方法攻丝和套丝：手工方法、机械加工方法螺纹车削加工：车床加工大尺寸螺纹螺纹车削加工：车床加工大尺寸螺纹螺纹滚压加工：搓丝机和滚丝机螺纹滚压加工：搓丝机和滚丝机 滚压滚压 磨具，工件塑性变形。大批量生产标准件磨具，工件塑性变形。大批量生产标准件螺纹数控加工：数控机床，特别适于铣削螺纹数控加工：数控机床，特别适于铣削湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云1 1、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型eaal1 1l1 1可承受横向载荷。螺纹余留长度螺纹余留长度l1 铰制孔螺栓铰制孔螺栓孔与螺杆之孔与螺杆之间留有间隙间留有间

17、隙静载荷静载荷l1=(0.30.5)d;变载荷变载荷l1=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷冲击载荷或弯曲载荷l1 d;铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓l1 0;螺纹伸出长度螺纹伸出长度a=(0.20.3)d; 螺栓轴线到边缘的距离螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36) mm用于经常拆装易磨损之处。d五五 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件d湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云1 1、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺钉联接座端拧入深度座端拧入深度H，当螺孔材料为：，当螺孔材料为：ae ee e双头螺柱联接双头

18、螺柱联接 联接件厚，允许拆装。五五 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件钢或青铜钢或青铜 H=d;铸铁铸铁 H=(1.251.5)d铝合金铝合金 H=(1.52.5)d螺纹孔深度螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;钻孔深度钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;参数参数l1 、e、a与螺栓相同与螺栓相同 l1 1l1 1H HH HH H1 1H H1 1H H2 2H H2 2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。d湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云1、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺

19、钉联接双头螺柱联接双头螺柱联接紧定螺钉联接紧定螺钉联接五五 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件紧定螺钉紧定螺钉湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 2、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件LL0d六角头六角头LdL0小六角头小六角头湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 双头螺柱双头螺柱2、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件设计：潘存云dL0L1LL1 -座端长度座端长度L0 -螺母端长度螺母端长度湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱2、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件末端末端结构结

20、构头部头部结构结构湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 螺母螺母六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母设计：潘存云圆螺母圆螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱2、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有六十余种不同结构的螺母轴上零件的 轴向固定湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 垫圈垫圈平垫圈平垫圈薄平垫圈薄平垫圈A型平垫圈型平垫圈B型平垫圈型平垫圈螺母螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱2、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件斜垫圈斜垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母

21、用止动垫圈作用：作用：增加支撑面积以减增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。伤表面、防松。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 facarFftgdFTTT)(2221)+tan(2=+=221dFTTTa1 1、 拧紧力矩拧紧力矩一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为其大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。21TTTT T1 1 克服螺纹副相对转动的阻力矩；克服螺纹副相对转动的阻力矩；T T2 2 克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设轴向力为设轴向力为F F

22、a a 或预紧力F0 （不受轴向载荷） fc c 摩擦系数。摩擦系数。 无润滑时取：无润滑时取： fc c = =0.15rf f 支撑面摩擦半径。支撑面摩擦半径。 rf =( =(dw w+ +d0 0)/)/4dd0dwT简化公式：简化公式：T 0.2 F Fa a d预紧应力：预紧应力： =(=(0.50.7) s s六六 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松F Fa a为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。总力矩：总力矩：湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云测力矩扳手测力矩扳手工程上常采

23、用工程上常采用测力矩扳手测力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手来控制预紧力来控制预紧力的大小。的大小。2 2、 螺纹联接的防松螺纹联接的防松联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。防松的方法防松的方法A. 利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母F F弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母定力矩扳手定力矩扳手设计：潘存云注意方向注意方向湖南科技大学专用 作者： 潘存云

24、教授 开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母串联钢丝串联钢丝B. 采用专门防松元件防松采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈潘存云教授研制止动垫圈止动垫圈潘存云教授研制潘存云教授研制湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 C. 其他方法防松其他方法防松11.5P用冲头冲用冲头冲23点点冲点防松法冲点防松法粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 七七 螺栓联接的设计与强度计算螺栓联接的设计与强度计算螺栓联接螺栓联接的主要失的主要失效形式：效形式：螺栓拉断螺栓拉断螺纹压溃或剪断螺纹压溃或剪断滑扣滑扣 因经常拆装螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然

25、后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。 1、松螺栓联接、松螺栓联接 装配时不须要拧紧强度条件：强度条件：4/21dFa式中式中:d1 螺纹小径，螺纹小径， mm2、紧螺栓联接、紧螺栓联接 装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩和摩擦力矩T的双重作用。的双重作用。4/21dFa拉应力：拉应力：FaFa湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 4/3 . 121dFa切应力：切应力：16/3111dTWTT16/2) +tan(=312ddFa4/) +tan(2=2112dFdda对于对于M10M68的普通螺纹，取的普通螺纹，取d1、d2和和的平

26、均值，的平均值，并取：并取： tan = f =0.15 得：得： 0.5 当量应力：当量应力：223c22)5 . 0( 3强度条件：强度条件：3 .1分母为抗剪截面系数湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云A. 受横向工作载荷的螺栓强度受横向工作载荷的螺栓强度螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力Fa( F0)导致接合导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。C 可靠性系数，常取可靠性系数，常取C=1.11.3mfCFFa预紧力预紧力Fa ： f 摩擦系数，对钢与铸铁，取摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.1

27、0.15m 结合面数结合面数 上图m=1,下图m=2若取若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 则：则：Fa 8F结构尺寸大结构尺寸大FFFF/2F/2FaFaFaFa湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云FF/2F/2B. 受轴向工作载荷的螺栓强度受轴向工作载荷的螺栓强度改进措施：改进措施： 1. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。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。采用无间隙的铰制孔螺栓。设流体压强为设流体压强为p，螺栓数目为，螺栓数目为Z，则，则缸体周围

28、每个螺栓的平均载荷为：缸体周围每个螺栓的平均载荷为：p D2/4FE = =Z设计：潘存云pFEFE设计：潘存云D湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云松弛松弛状态状态受载受载变形变形特别注意，轴向载荷：特别注意，轴向载荷：Fa F0+FE加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b0被联接件受压缩短被联接件受压缩短C0加载加载 FE 后后:螺栓总伸长量增加为螺栓总伸长量增加为: 总拉力为：总拉力为：被联接件压缩量减少为：被联接件压缩量减少为： 残余预紧力减少为：残余预紧力减少为： FR 很显然很显然: FRF0 被联接件放松了 + b0C0

29、- - 预紧预紧状态状态b0F0F0C0F0F0FEFEFE FE设计：潘存云FEFEFaFaFa=FE+FRFRFR 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 因此，为保证因此，为保证FR0，根据经验确定：，根据经验确定：FR=A FE 根据不同条件根据不同条件,A=0.21.8 然后，求出然后，求出 Fa，再计算螺栓强度再计算螺栓强度 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 3 螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力一般螺栓一般螺栓 Q215 Q235 10 35 45 重要螺栓重要螺栓15Cr 40Cr 30Cr MnSi 紧螺栓联接的受载情况紧螺栓联接的受载情况 许用应力许用应力 受轴向载

30、荷受轴向载荷, 横向载荷横向载荷铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓受受 横向载荷横向载荷静载荷静载荷变载荷变载荷控制预先紧力时控制预先紧力时S=1.21.5不能严格控制预紧力时查不能严格控制预紧力时查表表被联接件为钢被联接件为钢被联接件为铸铁被联接件为铸铁p按静载荷按静载荷p值降低值降低20%30%1.25Sp =3.55=S22.5Bp =2.5S =SS =表表 螺栓的许用应力螺栓的许用应力湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 表表 螺栓联接的安全系数螺栓联接的安全系数S(不能严格控制预紧力时不能严格控制预紧力时)碳素钢碳素钢 43 32 106.5 6.5 M6M16 M10M30 M6M16 M

31、10M30合金钢合金钢 54 42.5 7.65 5静载荷静载荷 变载荷变载荷材材 料料湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 八八 螺旋传动螺旋传动作用作用: : 将回转运动转变为直线移动将回转运动转变为直线移动. .分类分类: :传力螺旋传力螺旋传导螺旋传导螺旋调整螺旋调整螺旋传递动力传递动力, , 千斤顶千斤顶, , 压力机压力机压力机压力机传递运动传递运动, ,要求精度高要求精度高. .进给机构进给机构. .调整相对位置调整相对位置. .千斤顶千斤顶湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云调整螺旋调整螺旋调整螺旋调整螺旋湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 对螺旋传

32、动的要求对螺旋传动的要求: : 强度足够强度足够, , 耐磨耐磨, , 摩擦系数小摩擦系数小. .螺杆材料螺杆材料: : Q257、45、50钢，或钢，或T12、40Cr、65Mn螺母材料螺母材料: : ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl10Fe3.失效形式失效形式: : 磨损磨损 通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺纹各主要参数，而后对可能发生的其他失效一一校核。1 1、耐磨性计算、耐磨性计算校核公式：校核公式：影响磨损的原因很多，目前还没有完善的计算方法，通常是限制螺纹接触处的压强。p = p MPa MPa d2 hzFaFa为轴向力；为轴

33、向力； z z为参加接触的螺纹圈数；为参加接触的螺纹圈数； d2为螺纹中为螺纹中径；径；h h为螺纹的工作高度；为螺纹的工作高度； p p 为许用压强。为许用压强。速度速度v12 m/min 47 710 1013低速，如人力驱动等低速，如人力驱动等 1018 1525 -表表10-8 螺旋副的许用压强螺旋副的许用压强许用许用压强压强配配 对对 材材 料料 钢对铸铁钢对铸铁 钢对青铜钢对青铜 淬火钢对青铜淬火钢对青铜铸造锡青铜湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 令令 =H/ d2 , H为螺母高度为螺母高度又又 z =H / P, h=0.5P 梯形螺纹的工作高度梯形螺纹的工作高度 h=0.

34、75P 锯齿形螺纹的工作高度。锯齿形螺纹的工作高度。p = p d2 hzFa代入上式得螺纹中径的计算公式：代入上式得螺纹中径的计算公式：锯齿形螺纹：锯齿形螺纹：梯形螺纹梯形螺纹: p Fad2 0.8 mm p Fad2 0.65 mm=1.22.5 整体式螺母整体式螺母2.53.5 剖分式螺母剖分式螺母一般取：一般取：z10z10求得螺纹中径后，应按标准选取相应的公称直径d和螺距P为了设计方便 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 2、螺杆强度校核、螺杆强度校核螺杆在轴向力和扭矩的作用下，产生拉或压应力及扭螺杆在轴向力和扭矩的作用下，产生拉或压应力及扭切应力。切应力。强度校核条件：强度校核

35、条件：223eMPadTdFa16/34221221 为螺杆的许用应力，为螺杆的许用应力，d d1 1为螺纹小径；为螺纹小径；对碳素钢对碳素钢, , =5080 MPa湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 3、螺杆的稳定性校核、螺杆的稳定性校核细长螺杆受较大轴向压力时，可能失稳，其临界载荷细长螺杆受较大轴向压力时，可能失稳，其临界载荷F Fc c与材料、螺杆长细比与材料、螺杆长细比=l / i 有关。有关。（1）当）当100100时：临界载荷为：时：临界载荷为：Fc = N(l)22EIi 螺杆危险截面的惯性半径，螺杆危险截面的惯性半径，l 为螺杆的最大工作长度；为螺杆的最大工作长度；为长度系

36、数，为长度系数，= =2 一端固定，一端自由；一端固定，一端自由；1 两端铰支；两端铰支；0.75 一端固定，一端铰支；一端固定，一端铰支；E为螺杆的弹性模量为螺杆的弹性模量, ,对于钢对于钢 E=2.06E=2.0610105 5 MPaMPa湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 （2）当）当4040 100100时：时：Fc = (304- -1.12) N4d12对对B 370 Mpa的碳素钢，取的碳素钢，取:Fc = (461- -2.57) N4d12对对B 470 Mpa的优质碳素钢（如的优质碳素钢（如35、40号钢），取号钢），取:（3）当）当4040时，不必进行稳定性校核。时，

37、不必进行稳定性校核。稳定性校核的条件：稳定性校核的条件：Fa SFc为稳定性校核的安全系数，取：为稳定性校核的安全系数，取：S=2.54当不满足条件时，应增大螺纹小径当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 4、螺纹牙强度的校核、螺纹牙强度的校核防止沿螺母螺纹牙根部剪断的校核公式为：防止沿螺母螺纹牙根部剪断的校核公式为： = MPa MPaDbzFab b为螺纹牙根部的宽度，为螺纹牙根部的宽度， b= b= 0.65P 梯形螺纹梯形螺纹;若对螺杆螺纹牙根部进行校核时，若对螺杆螺纹牙根部进行校核时， 有：有： = MPa MPad1 bzFa40 MPa 铸铁螺母

38、铸铁螺母;=0.74P 锯齿形螺纹。锯齿形螺纹。3040 MPa 青铜螺母。青铜螺母。4、自锁性校核、自锁性校核 当量摩擦角 对于有自锁性要求的螺纹。与材料有关湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云1 112 键、花键、销连接键、花键、销连接作用：作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭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。矩，或实现零件的轴向固定或移动。一、键联接一、键联接类型：类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。平键、半圆键、楔键、切向键等。1. 平键平键联接联接工作面工作面特点：特点：定心好、装拆方便。定心好、装拆方便。种类种类普通平键普

39、通平键导向平键导向平键间隙间隙轴轴湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云普通普通平键平键结构结构单圆头单圆头(C型型)圆头圆头(A型型)方头方头(B型型)用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。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。用盘铣刀加工，轴的应力集中小。用于轴端用于轴端普通平键应用最广。普通平键应用最广。A型型B型型C型型盘铣刀盘铣刀 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云起键螺孔起键螺孔导向平键导向平键固定螺钉固定螺钉零件可以在轴上移动，构成动联接。零件可以在轴上移动，构成动联接。结构特点：结构特点：长度较长，需用螺钉固定。

40、长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆，制有起键螺孔。为便于装拆，制有起键螺孔。起键螺孔起键螺孔固定螺钉固定螺钉湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 表表11-6 普通平键和键槽尺寸（普通平键和键槽尺寸（GB1095-79、GB1096-79） A型型B型型C型型bhR=b/2C 45或或r1LLLbhbtd- -tbt1d+t1标记实例：标记实例： 圆头普通平键圆头普通平键(A型型): 键键16100 GB1096-79 方头普通平键方头普通平键(B型型): 键键B16100 GB1096-79单圆头普通平键单圆头普通平键(C型型) : 键键C16100 GB1096-79d湖南科技大学专用 作

41、者： 潘存云教授 设计：潘存云d b h C或或r L t t1 半径半径r 续表续表11-6键的尺寸键的尺寸键键 槽槽轴的直径轴的直径自自 68 2 2 620 1.2 1810 3 3 0.160.25 636 1.8 1.4 0.080.16 1012 4 4 845 2.5 1.81217 5 5 1056 3.0 2.31722 6 6 0.250.4 1470 3.5 2.8 0.160.252230 8 7 1890 4.0 3.33038 10 8 22110 5.0 3.33844 12 8 28140 5.0 3.34450 14 9 0.40.6 36160 5.5 3.

42、8 0.250.45058 16 10 45180 6.5 4.35865 18 11 50200 7.0 4.46575 20 12 56220 7.5 4.97585 22 14 63250 9.0 5.40.60.8 0.40.6湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云2. 半圆键半圆键联接联接优点：优点：定心好，装配方便。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：缺点：对轴的削弱较大，只适对轴的削弱较大，只适 用于轻载联接。用于轻载联接。特别适用于锥形轴端的联接。特别适用于锥形轴端的联接。工作面工作面湖南科技大学专用 作者： 潘存

43、云教授 设计：潘存云3. 楔键楔键联接和切向键联接联接和切向键联接结构特点：结构特点：键的上表面有键的上表面有1:100的斜度，的斜度， 轮毂槽的底面也有轮毂槽的底面也有1:100的斜度。的斜度。缺点：缺点：定心精度不高。定心精度不高。应用：应用：只能应用于定心精度不高，载荷只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的联接。平稳和低速的联接。安装时用安装时用力打入力打入工作面工作面湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云dd类型：类型：普通楔键、钩头楔键。普通楔键、钩头楔键。钩头是用来拆卸用的拆卸空间拆卸空间斜度斜度1：100120 130 在重型机械中常采用在重型机械中常

44、采用切向键切向键一对楔键组成。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120130 。窄面窄面工作面工作面设计：潘存云湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云bA型型d4、平键联接的强度校核、平键联接的强度校核键的材料：键的材料：B 370 Mpa的碳素钢，常用的碳素钢，常用45钢。钢。键的截面尺寸键的截面尺寸b、h查表选取，长度查表选取，长度L参照轮毂长度参照轮毂长度从标准中选取。从标准中选取。键的主要失效形式：键的主要失效形式：压溃、磨损压溃、磨损(动联接动联接)、剪断。剪断。Lbh/2挤压强度条件：挤

45、压强度条件：p =SFt(d/2)(h/2)lT=p MPa MPa d h l4T=l=L-bl=LbB型型一般不会出现ld湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 p d h l4Tp=对于导向平键联接，计算依据是磨损，应限制压强：对于导向平键联接，计算依据是磨损，应限制压强：钢钢 125150 100120 6090表表10-10 键联接的许用压强键联接的许用压强许用值许用值 轮毂材料轮毂材料静载荷静载荷 轻微冲击轻微冲击 冲冲 击击载载 荷荷 性性 质质铸铁铸铁 7080 5060 3045钢钢 50 40 30 p p 若强度不时，可采用两个键按若强度不时，可采用两个键按180布置。布置

46、。考虑到载荷分布的不均匀性，校核强考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按度时按1.5个键计算。个键计算。湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云二、花键联接二、花键联接结构特点：结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。优点：优点：承载能力高、对轴的削弱程度小、定心好、承载能力高、对轴的削弱程度小、定心好、 导向性好。导向性好。类型：类型：矩形花键、键开线花键、三角形花键。矩形花键、键开线花键、三角形花键。制造容易制造容易最常用最常用用于高强用于高强度联接度联接用于薄壁用于薄壁零件联接零件联接湖南科技大学专用 作者： 潘存云

47、教授 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云三三 销联接销联接作用：作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。类型类型圆柱销圆柱销圆锥销圆锥销-经多次拆装后，定位精度会降低；经多次拆装后，定位精度会降低；有有1:501:50的锥度，可反复多次拆装。的锥度，可反复多次拆装。拆装方便拆装方便用于盲孔用于盲孔螺母锁紧螺母锁紧抗冲击抗冲击不易松动，不易松动，能承受振动能承受振动和变载荷和变载荷, ,不铰孔，可不铰孔，可多次装拆。多次装拆。带槽圆柱销带槽圆柱销湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云113 其他连接其他连接可不讲可不

48、讲一、过盈连接：一、过盈连接：相互配合的零件间的装配过盈相互配合的零件间的装配过盈二、铆接：二、铆接：带钉杆和预制头的铆钉，穿过被连带钉杆和预制头的铆钉，穿过被连接接 件的预置孔，再铆合。件的预置孔，再铆合。 冷铆和热铆冷铆和热铆装配方式装配方式：压入法、温差法压入法、温差法三、焊接：三、焊接：利用局部加热的方法把被连接件连利用局部加热的方法把被连接件连接接 成一个整体。不可拆。成一个整体。不可拆。四、粘接：四、粘接：利粘接剂粘接。有机和无机粘接剂利粘接剂粘接。有机和无机粘接剂湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 工作特点：工作特点：弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形，弹簧在外力作用下能产生

49、较大的弹性变形， 在机械设备中被广泛用作弹性元件。在机械设备中被广泛用作弹性元件。功用：功用：1. 控制机构运动或零件的位置控制机构运动或零件的位置; 如凸轮机构、离合器、阀门等；11-4 弹簧弹簧可不讲可不讲3. 存储能量存储能量; 如钟表仪器中的弹簧；4. 测量力的大小测量力的大小 。如弹簧秤中的弹簧螺旋螺旋弹簧弹簧 圆柱形圆柱形 截锥形截锥形 按形状分按形状分 按受载分按受载分 拉伸弹簧拉伸弹簧 压缩弹簧压缩弹簧 扭转弹簧扭转弹簧 类型类型：分类分类2. 缓冲吸振缓冲吸振; 如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧5. 用作灵敏元件用作灵敏元件; 弹簧和千分表或百分表中的游丝、继电器中的接触片簧等包括力封闭作用：如凸轮机构中的压紧弹簧包括力封闭作用：如凸轮机构中的压紧弹簧一、弹簧的特性、类型及应用一、弹簧的特性、类型及应用湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 本章内容本章内容分类分类螺旋弹簧螺旋弹簧 圆柱形圆柱形 截锥形截锥形 按形状分按形状分 按受载分按受载分 拉伸弹簧拉伸弹簧 压缩弹簧压缩弹簧 扭转弹簧扭转弹簧 环形弹簧环形弹簧 平面涡圈弹簧平面涡圈弹簧 仪表中储能用板弹簧板弹簧 碟形弹簧碟形弹簧 湖南科技大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云