第10章联接设计_机械设计(华中科技大学)

1、电渣焊电渣焊第十章第十章 联接设计联接设计一、联接的类型一、联接的类型铆钉铆钉 被联接件被联接件(1) 熔焊熔焊1.1.铆接铆接 电焊条与被焊接件形成电路电焊条与被焊接件形成电路2.2.焊接焊接电焊机低压电流熔融金属填充接缝电焊机低压电流熔融金属填充接缝电弧熔电弧熔激光焊接激光焊接联接联接不可拆联接不可拆联接 ( 铆接、焊接铆接、焊接)可拆联接可拆联接 ( 销联接、键联接、螺纹联接销联接、键联接、螺纹联接)大厚度的焊件大厚度的焊件薄板焊接薄板焊接(2) 钎焊钎焊钎料熔化填充到被联接件的间隙内钎料熔化填充到被联接件的间隙内焊接加热温度低、对被联接件影响小焊接加热温度低、对被联接件影响小3.3.胶

2、接胶接胶粘剂胶粘剂4.4.过盈配合联接过盈配合联接压入法：压入法：包容件：包容件：过盈量或尺寸较小过盈量或尺寸较小加温包容件或冷却被包容件加温包容件或冷却被包容件液压拆卸液压拆卸 高压油涨大包容件内径高压油涨大包容件内径5.5.销联接销联接用于用于定位定位联接联接圆柱销圆柱销圆锥销圆锥销6.6.键联接键联接(1) 平键平键静联接静联接 侧面压溃侧面压溃挤压应力挤压应力动联接动联接 工作面磨损工作面磨损比压比压42/2PPdlhTlhdT4pdlhTp主要失效形式主要失效形式设计准则设计准则(2) 花键花键主要失效与平键相同主要失效与平键相同键的剖面尺寸键的剖面尺寸b、h 按轴直径按轴直径 d

3、从标准中选取从标准中选取键的长度键的长度 l 根据轮毂宽度确定根据轮毂宽度确定7.7.螺纹联接螺纹联接(1) 螺栓联接螺栓联接(2) 双头螺栓联接双头螺栓联接(3) 螺釘联接螺釘联接(4) 紧定螺釘联接紧定螺釘联接被联接件上被联接件上无需切制螺纹无需切制螺纹装拆方便装拆方便被联接件之一被联接件之一较厚较厚且经常装拆且经常装拆被联接件之一被联接件之一较厚较厚且不常装拆且不常装拆用于固定两零用于固定两零件相对位置件相对位置传递不大转矩传递不大转矩二、螺纹副的受力分析二、螺纹副的受力分析1.1.螺纹副的受力螺纹副的受力拧紧螺母拧紧螺母1TF螺栓上产生轴向力螺栓上产生轴向力螺纹副螺纹副力学模型力学模型

4、施加施加1TF螺母承受螺母承受等速上升等速上升F将将集中于小块集中于小块A2d螺旋沿中径螺旋沿中径展开展开小块小块A受力：受力：F轴向力轴向力可得可得旋紧旋紧圆周力圆周力tF摩擦力摩擦力Nfv正压力正压力Nvvftgarc)(vttgFF反作用力反作用力RF2.2.螺纹副的效率螺纹副的效率螺母转一圈所做总功螺母转一圈所做总功有用功有用功 ( 无摩擦时的功无摩擦时的功 )效率效率讨论：讨论：)(22222211vttgFddFTAtgFdA222)(vtgtg矩形螺纹矩形螺纹其他牙形其他牙形将楔形面上的摩擦状况将楔形面上的摩擦状况转为平面上的摩擦状况转为平面上的摩擦状况FN fFfNcosFNF

5、fFffNvcos(1)矩形螺纹矩形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹梯形螺纹梯形螺纹三角形螺纹三角形螺纹cosftgarcvftgarcv 0ftgarcv001. 130ftgarcv035. 1150ftgarcv155. 1300三角形螺纹效率低、用于联接三角形螺纹效率低、用于联接其余三种用于传动其余三种用于传动v(2)2dnptgn螺纹线数螺纹线数加工困难加工困难多头螺纹用于传动多头螺纹用于传动3.3.螺纹的自锁条件螺纹的自锁条件力学模型：螺母等速下降力学模型：螺母等速下降小块小块 A 受力受力松开松开为驱动力为驱动力F为阻力为阻力tF)(vttgFF当当时，时，v0tF要使螺母下降，必须改变

6、要使螺母下降，必须改变方向方向tF否则螺母会在斜面任意位置停下否则螺母会在斜面任意位置停下v自锁条件自锁条件32n常用常用讨论：讨论：(1) 三角形螺纹三角形螺纹最大，自锁性好最大，自锁性好v用于联接用于联接(2) 由由知知 细牙螺纹螺距细牙螺纹螺距2dnptg小，升角小，升角p小小易满足自锁条件易满足自锁条件自锁性较粗牙好自锁性较粗牙好三、单个螺栓联接的强度计算三、单个螺栓联接的强度计算受横向载荷的普通螺栓联接受横向载荷的普通螺栓联接受轴向载荷的普通螺栓联接受轴向载荷的普通螺栓联接受横向载荷的铰制孔螺栓联接受横向载荷的铰制孔螺栓联接失效形式失效形式拉断拉断剪切剪切螺栓受载情况螺栓受载情况挤压

7、挤压1.1.受横向载荷的普通螺栓联接受横向载荷的普通螺栓联接(1) 螺栓的当量拉力螺栓的当量拉力螺栓受力螺栓受力拧紧力矩拧紧力矩1T螺栓预紧力螺栓预紧力F受受产生拉应力产生拉应力F受受产生剪应力产生剪应力1T当量拉力当量拉力3 . 1 FFv联接面间摩擦力联接面间摩擦力(2) 保证联接面不滑移的螺栓预紧力保证联接面不滑移的螺栓预紧力FRKmzFfmzRKFf)()3 . 1 (44/2121MPadFdFv拧紧力矩拧紧力矩1T预紧力预紧力FR平衡横向力平衡横向力加大加大30%考虑考虑1T的影响的影响(3) 强度条件强度条件)()3 . 1 (41mmFd摩擦系数摩擦系数螺栓数螺栓数接合面数接合

8、面数3 . 11 . 1fK可靠性系数可靠性系数d2d1d单个螺栓的预紧力单个螺栓的预紧力2.2.受轴向载荷的普通螺栓联接受轴向载荷的普通螺栓联接拧紧拧紧F工作时工作时F总拉力总拉力FFF0？(1) 螺栓和被联接件的受力与变形螺栓和被联接件的受力与变形未拧紧未拧紧螺栓：螺栓：被联件：被联件：未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形拧紧后拧紧后工作前工作前螺栓：螺栓：被联件：被联件：伸长伸长受受F拉拉1缩短缩短受受F压压2工作时工作时螺栓：螺栓：被联件：被联件：再加再加F总伸长总伸长)(1联接面间受压联接面间受压F总压缩量总压缩量)(2对应拉力对应拉力0F螺栓所受总拉力螺栓所受总

9、拉力F0 = 工作拉力工作拉力F + 剩余预紧力剩余预紧力F”(2) 各力的关系式各力的关系式螺栓刚度螺栓刚度BDFC11)(21CCCDBDF被联件刚度被联件刚度CDFC2221CCF总拉力总拉力FCCCFBDFF2110剩余预紧力剩余预紧力FCCCFCDFF212螺栓相对刚度螺栓相对刚度被联件相对刚度被联件相对刚度若工作拉力变化：若工作拉力变化：F0则总拉力：则总拉力：FCCCFF211总拉力变化幅度减小总拉力变化幅度减小在在和和相同情况下相同情况下FF减少减少1C增大增大2C采用空心螺栓采用空心螺栓或加长螺栓或加长螺栓采用薄金属垫片、采用薄金属垫片、O形密封圈形密封圈避免用软垫片避免用软

10、垫片总拉力总拉力FCCCFBDFF2110(3) 强度条件强度条件考虑在工作载荷下拧紧螺母考虑在工作载荷下拧紧螺母故故03 . 1 FFv强度条件同受横向载荷的普通螺栓联接强度条件同受横向载荷的普通螺栓联接)()3 . 1 (44/21021MPadFdFv)()3 . 1 (401mmFd(4) 保证联接的紧密性保证联接的紧密性剩余预紧力剩余预紧力0F单个螺栓所受总载荷单个螺栓所受总载荷联接是否出现间隙联接是否出现间隙 ？21105 . 1 FFCCCFF)3 . 1 (4210dF若若预紧力为预紧力为F21CC F工作载荷工作载荷 预紧力预紧力F在满足强度条件时，最大工作载荷是多少？在满足

11、强度条件时，最大工作载荷是多少？总拉力：总拉力：强度条件计算：强度条件计算：联接紧密联接紧密剩余预紧力：剩余预紧力：05 . 0212FFCCCFF0212FCCCFF2FF分析分析总拉力总拉力FCCCFF2110剩余预紧力剩余预紧力FCCCFF212总拉力总拉力FFF03.3.受横向载荷的铰制孔螺栓联接受横向载荷的铰制孔螺栓联接螺杆承受剪力螺杆承受剪力SFF拧紧力矩拧紧力矩和预紧力和预紧力可忽略可忽略1T420mdFSRFzS螺栓数螺栓数强度条件强度条件杆受剪：杆受剪：受剪面数受剪面数螺杆直径螺杆直径杆与壁受挤压：杆与壁受挤压：0PSPhdF杆与壁材料较差者杆与壁材料较差者受挤压的最小轴向长

12、度受挤压的最小轴向长度单个螺杆所受剪力单个螺杆所受剪力1.1.螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计(1) 结合面力求简单、对称结合面力求简单、对称四、螺栓组联接的设计四、螺栓组联接的设计圆形、环形、矩形、框形、三角形圆形、环形、矩形、框形、三角形(2) 螺栓布置使各螺栓受力合理螺栓布置使各螺栓受力合理减少螺栓受力减少螺栓受力不合理不合理合理合理(3) 分部在同一圆周上的螺栓数目成偶数分部在同一圆周上的螺栓数目成偶数便于钻孔时分度或画线便于钻孔时分度或画线减少螺栓预紧力减少螺栓预紧力支承面应平整且与螺栓轴线垂直支承面应平整且与螺栓轴线垂直(5) 避免螺栓承受附加的弯曲载荷避免螺栓承受附加的弯

13、曲载荷(4) 螺栓排列的间距、边距合理螺栓排列的间距、边距合理留有板手空间留有板手空间2.2.螺纹联接的防松装置螺纹联接的防松装置(1) 摩擦防松摩擦防松(2) 机械防松机械防松对顶螺母对顶螺母弹簧垫圈弹簧垫圈金属锁紧螺母金属锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母开口销开口销止动垫片止动垫片金属丝串金属丝串冲点法防松冲点法防松 焊住防松焊住防松(3) 破坏螺纹副关系防松破坏螺纹副关系防松3.3.螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析(1) 受横向载荷的螺栓组联接受横向载荷的螺栓组联接普通螺栓普通螺栓铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓普通螺栓普通螺栓铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓单个螺栓所受的工作载荷单个螺栓所

14、受的工作载荷ZRF RKmzFfmzRKFf)()3 . 1 (44/2121MPadFdFvzRKmFf求预紧力求预紧力强度校核强度校核(2) 受转矩的螺栓组联接受转矩的螺栓组联接 采用普通螺栓时采用普通螺栓时每个螺栓的预紧力相同，均为每个螺栓的预紧力相同，均为FTKrFrFrFfZ.21ZiifrTKF1求预紧力求预紧力螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离)()3 . 1 (44/2121MPadFdFv强度校核强度校核 采用铰制孔用螺栓时采用铰制孔用螺栓时各螺栓的剪切变形量与各螺栓的剪切变形量与 r 成正比成正比(螺栓变形协调条件螺栓变形协调条件)maxmax22

15、11.rFrFrFrFiiiirFFrmaxmaxTrFrFrFZZ.2211max2max22max21max.rTrFrFrFZ求工作剪力求工作剪力ZiiSrrTFF12maxmax强度校核强度校核420mdFS0PSPhdF(3) 受轴向载荷的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接求每个螺栓的工作载荷求每个螺栓的工作载荷)()3 . 1 (44/21021MPadFdFv求单个螺栓所受总载荷求单个螺栓所受总载荷FCCCFF2110FCCCFF212FFF0zQF 强度校核强度校核(4) 受倾覆力矩的螺栓组联接受倾覆力矩的螺栓组联接 求最大工作拉力求最大工作拉力MLFLFLFZZ.2211螺栓变

16、形协调条件：拉伸变形量与距离螺栓变形协调条件：拉伸变形量与距离L成正比成正比maxmax2211.LFLFLFZiiLLMF12maxmax 求结合面应力求结合面应力预紧力预紧力F 产生的挤压应力产生的挤压应力AFzF翻转弯矩翻转弯矩M 产生的挤压应力产生的挤压应力WMM 保证结合面不压溃保证结合面不压溃maxPMFPFMminPmaxP 保证结合面不出现间隙保证结合面不出现间隙0minMFP 螺栓的强度校核螺栓的强度校核 最大工作拉力最大工作拉力maxF 预紧力预紧力F由由单个螺栓的总载荷单个螺栓的总载荷0F)3 . 1 (4210dFF预紧力预紧力F预紧力预紧力AFF2压应力压应力0622

17、abPLAPAFP拉力拉力APF拉应力拉应力6/2abPLM弯曲应力弯曲应力M弯矩弯矩bPLPbF26预紧力预紧力分析分析联接右端不出现间隙时联接右端不出现间隙时应满足的条件应满足的条件F预紧力预紧力分析分析普通螺栓联接两个方案，普通螺栓联接两个方案， 哪个合理？哪个合理？(1) 将将 P 向中心简化向中心简化TP(2) 单个螺栓的受载单个螺栓的受载4PFS由由P产生的横向载荷产生的横向载荷由由T产生的横向载荷产生的横向载荷PT141rTFm242rTFm方案一方案一方案二方案二(3) 方案比较方案比较11RFFmS、22RFFmS、力的合成力的合成方案一中，螺栓方案一中，螺栓1 1的合力的合

18、力R1 最大最大方案二中，螺栓方案二中，螺栓1 1的合力的合力R2 最大最大cos212121mSmSFFFFR22mSFFR21mmFF12RR 方案一较合理方案一较合理分析分析托架上的普通螺栓联接托架上的普通螺栓联接RQM(1) 将将 P 向中心简化向中心简化(2) 螺栓组受载螺栓组受载横向载荷横向载荷 R轴向载荷轴向载荷 Q倾覆力矩倾覆力矩 M(3) 可能的失效可能的失效在在 R 作用下，托架移动作用下，托架移动在在 Q 和和 M 作用下，结合面上部分离作用下，结合面上部分离在在 Q 和和 M 作用下，结合面下部压溃作用下，结合面下部压溃受力最大的螺栓拉断或塑变受力最大的螺栓拉断或塑变R

19、QM(4) 确定受力最大螺栓的轴向工作载荷确定受力最大螺栓的轴向工作载荷 F在在 Q 作用下，每个螺栓的轴向拉力作用下，每个螺栓的轴向拉力zQF 1在在 M 作用下，受力最大螺栓的轴向拉力作用下，受力最大螺栓的轴向拉力ZiiLLMF12max2受力最大螺栓的轴向工作载荷受力最大螺栓的轴向工作载荷21FFF(5) 确定螺栓的预紧力确定螺栓的预紧力 F满足托架不下滑条件满足托架不下滑条件RKFmzf注意：注意：此时为剩余预紧力。预紧后又受此时为剩余预紧力。预紧后又受Q作用作用求出求出FaF 满足结合面上部不分离条件满足结合面上部不分离条件0minWMAQAzFP求出求出bF 满足结合面下部不压溃条

20、件满足结合面下部不压溃条件maxPPWMAQAzF求出求出cF 从从cFbFaF、中，确定合适的中，确定合适的F(6) 受力最大螺栓的强度计算受力最大螺栓的强度计算0F螺栓总拉力螺栓总拉力由由轴向工作载荷轴向工作载荷F预紧力预紧力F设计设计校核校核)3 . 1 (4210dF)3 . 1 (401Fd五、螺旋传动五、螺旋传动1.1.螺旋传动的类型和特点螺旋传动的类型和特点(1) 类型类型传力螺旋传力螺旋传导螺旋传导螺旋调整螺旋调整螺旋千斤顶千斤顶刀架进给机构刀架进给机构差动螺旋机构差动螺旋机构微调镗刀杆微调镗刀杆(2) 特点特点能获得微小位移能获得微小位移右旋右旋导程导程 SA右旋右旋导程导程

21、 SB螺杆转螺杆转)(vttgFF2ASh螺杆右移螺杆右移2)(BASSh螺母相对机架右移螺母相对机架右移若螺杆两段螺纹旋向相反若螺杆两段螺纹旋向相反2)(BASSh快速移动快速移动单杠钢索调整装置单杠钢索调整装置增力效果显著增力效果显著04751 . 04848000vvvftgarcfNF若若NFt547则则)(vtgtgv当当、可使螺旋机构自锁、可使螺旋机构自锁效率低效率低提高效率提高效率的途径的途径采用多线螺旋采用多线螺旋采用滚动螺旋采用滚动螺旋nSv传动效率高传动效率高制造工艺复杂制造工艺复杂刚度较滑动螺旋差刚度较滑动螺旋差2.2.螺旋传动的计算螺旋传动的计算主要失效主要失效 螺纹的磨损螺纹的磨损耐磨性计算确定耐磨性计算确定螺杆直径螺杆