华中科技大学机械设计5联接.ppt

1、第五章 连接设计,连 接,可 拆 连 接： 不可拆连接：,螺纹连接、键及花键连接、销连接,焊接、铆接、粘接,重点讨论 螺纹连接、键连接,5-1 键连接和花键连接,作用对轴上回转零件作周向固定并传递转矩,一、键和花键连接的类型,键连接,平 键,半圆键,楔 键,花键连接,普通平键,导向平键（短距离）,滑 键（长距离 ）,动连接,第五章 连接键连接的类型,静连接,轴上键槽加工,重点介绍平键连接的设计,矩形花键,渐开线花键,切向键,二、键和花键连接的选择,设计时先选择类型、尺寸，再进行校核计算,类型选择,静连接 普通平键、半圆键、楔键、切向键、花键,动连接 导向平键、滑键、花键,尺寸选择,根据轴径 d

2、 查标准(GB1095),确定键宽 b、键高 h,根据轮毂宽度或工作行程,确定键长 L（标准值）,三、平键连接的校核,平键连接的失效形式：,1、工作面压溃静连接,2、工作面磨损动连接,第五章 连接键连接的选择与校核,对于普通平键，L轮毂宽度B,每个工作面的受力：,挤压应力：,l 键的工作长度：对于A型键 l = L - b 对于B型键 l = L 对于C型键 l = L- b/2,强度条件：,防止压溃,防止磨损,用于静连接（普通平建）,用于动连接（导键或滑键）,第五章 连接平键连接的校核,查表 5-1,平键连接的校核计算：,选择平键连接类型,按静或动连接校核计算,取决于强度较弱的那种材料, 增

3、大键长,设计步骤,根据轴径、毂宽查标准确定键的尺寸,设计时注意：,许用应力p、p,强度不够时,不同轴段的键槽应开在同一方位，以便加工, 同一截面采用双键连接（按1.5个键计算）,第五章 连接平键连接的校核,螺纹的形成原理,第五章 连接螺纹连接,5-2 销连接及无键连接（自学）,一、螺纹参数,螺纹牙型,三角螺纹,普通螺纹,矩形螺纹,锯齿型螺纹,梯形螺纹,管 螺 纹,d (D) 螺纹大径，公称直径,d1 (D1) 螺纹小径,d2 (D2) 螺纹中径,z 螺纹线数,p 螺距,S 导程，S = zp, 螺纹升角( d2 圆周上), 牙型角,牙侧角,5-3 螺纹连接设计,螺纹旋向 常用右旋，特殊要求时用

4、左旋,粗牙螺纹 一般连接 细牙螺纹 d1大、强度大、自锁性好,二、螺旋副的受力分析、效率和自锁,1、矩形螺纹（= 0),螺旋副受力分析,F = Fatan( +）,摩擦角 = arctan f,第五章 连接螺纹参数,滑块匀速上升,M16,M161.5,T也是螺旋副阻力矩,螺旋副的效率,由此可见，增加效率提高,另一方面，当滑块匀速下滑时,F = Fatan( -）,若 ，,第五章 连接螺旋副效率,则F 0，,自锁条件：,此时螺旋副具有自锁性,0.5, 对于连接螺纹，必须具有自锁性，以防螺母松脱。,第五章 连接螺旋副效率, 对于某些传力螺旋，要求自锁。, 对于传递运动的螺旋副，要求效率高，不需自锁

5、。,螺旋千斤顶,2、三角螺纹（30o）或其他非矩形螺纹,比较矩形螺纹和三角螺纹的受力（忽略升角的影响）,三角螺纹的摩擦力：,当量摩擦系数：,v 当量摩擦角,用 f v 、 v 代替 f 、，得到三角螺纹的受力及效率公式：,螺纹阻力矩：,螺旋副效率：,自锁条件： v,第五章 连接螺旋副效率,v ，故自锁性好,这就是三角螺纹常用于连接的原因,如何控制F的大小？,三、螺纹连接的预紧和防松,1、螺纹连接的预紧,预紧的目的,防止连接松脱，增强可靠性,使被连接件接合面具有足够的紧密性,使接合面产生摩擦力，以承受横向载荷,F 预紧力,拧紧力矩 T ：,T = T1+T2,T1 螺纹阻力矩 T2 螺母支承面摩

6、擦阻力矩,对于M10M68的普通粗牙螺纹： 取 f v =tanv=0.15 fc=0.15,第五章 连接螺纹连接的预紧和防松,据此控制 T，以达到控制F 的的目的。,支承面 摩擦系数,测力矩扳手,摩擦环 平均半径,定力矩扳手,2、螺纹连接的防松,了解：1）为什么要防松？ 2）防松的原理摩擦防松及机械防松； 3）防松零件的装配方法。,第五章 连接螺栓连接的强度,摩擦防松,机械防松,四、螺栓连接的强度计算,螺栓连接,普通螺栓连接,铰制孔用螺栓连接,工作载荷,横向工作载荷,轴向工作载荷,第五章 连接螺栓连接的强度,螺纹连接的四种类型：1）螺栓连接； 2）双头螺柱连接； 3）螺钉连接； 4）紧定螺钉

7、连接。,不拧紧，无预紧力 F,1、螺栓连接的失效形式,对于普通螺栓连接：螺栓杆在制有螺纹的部分被拉断,对于铰制孔用螺栓连接：工作面被压溃或剪断,2、松螺栓连接的强度计算,螺栓所受拉力,工作载荷 F,=,危险截面的强度条件：,F拉力；A危险截面面积；,设计式：,d1螺纹小径,根据计算所得的d1，查标准（GB196）确定螺栓的公称直径 d,第五章 连接螺栓连接的强度,屈服极限 查表55,装配时要拧紧，工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力 F作用,3、紧螺栓连接的计算,1）受横向工作载荷 R 时：,普通螺栓连接（受拉螺栓）,螺栓受 F和 T1 作用,F引起的拉应力：,T1 引起的扭剪应力：,第五章 连接

8、螺栓连接的强度,靠摩擦力承受R,S为安全系数,拉、扭联合作用时，按材料力学第四强度理论：,当量拉应力：,强度条件：,设计式：,许用应力 查表57：,第五章 连接螺栓连接的强度,注意“1.3”的含义,控制预紧力时：S1.21.5,不控制预紧力时，S 查表56,先估取 d，设计后再比较d 是否与原假定值相符。,S 与 d 有关,应使接合面摩擦力大于工作载荷R,m 接合面对数 fc 接合面摩擦系数 Kf 可靠性系数，1.11.3 R 横向工作载荷,当 m =1、fc = 0.15、 Kf = 1.2 时: F 8 R 故螺栓尺寸大。,预紧力F应满足的条件？,摩擦力：,m fc F,R,Kf,第五章

9、连接螺栓连接的强度,应将总工作载荷 R 均匀分配到每个螺栓上,若连接有 z 个螺栓，且各螺栓受载均匀,则摩擦力：,m fc F,R/z,Kf,第五章 连接螺栓连接的强度,则单个螺栓所受到的横向工作载荷等于,z 螺栓数,单个螺栓所需的预紧力,由 d1 查标准确定 d,若各螺栓受载不均，则应找出受载最大的螺栓，对其进行强度计算。,铰制孔用螺栓连接（受剪螺栓）,螺栓杆受挤压应力和剪切应力作用。 此类螺栓预紧力小，计算时可忽略,强度条件：,d 0 螺栓杆受剪面直径,min 同方向最小挤压高度,设计时，按上述公式分别计算出 d 0 ，取大值,第五章 连接螺栓连接的强度,min min(12)，3,、p

10、查表57。,若是均匀受载的螺栓组连接，处理方法同前,铰制孔用螺栓 d0 d,R直接作用在螺栓上,m为接合面对数,2）受轴向工作载荷 F 时(普通螺栓)：,螺栓所受的总拉力：,F0 = F+ F,?,此时，连接中各零件的受力关系属静不定问题,未知力有两个：,F0 总拉力,F 残余预紧力,须根据静力平衡条件和变形协调条件求解,第五章 连接螺栓连接的强度,静力平衡条件：,F0 = F + F,第五章 连接螺栓连接的强度,变形协调条件：,螺栓 总拉力,残余 预紧力,轴向 外载荷,12,未拧紧,1 = 2 = ,第五章 连接螺栓连接的强度,螺栓,被连接件,螺栓刚度: C1 = F/1=tan1,被连接件

11、刚度: C2 = F/2=tan2,KC 查表54,设计式：,强度条件：,残余预紧力应满足下列要求：,1）无特殊要求时 F =（0.20.6) F,2）变载作用时 F =（0.61.0) F,3）有紧密性要求时 F =（1.51.8) F,五、螺栓材料及其许用应力,一般用途：碳素钢； 重要连接：合金钢,许用应力：见表5-6、表5-7,第五章 连接螺栓连接的强度,基本要求： F 0,螺栓性能级别如：,4.6,B4100MPa,S0.6B MPa,螺母可能需补充拧紧,或,强度计算归纳如下：,松螺栓：,第五章 连接螺栓连接的强度,螺栓所受拉力等于工作载荷,紧螺栓：,普通螺栓连接：,受横向工作载荷,受

12、轴向工作载荷,铰制孔用螺栓连接：,螺钉连接及双头螺柱连接的分析计算与普通螺栓连接相同。,该连接是普通螺栓还是铰制孔用螺栓？ 是受横向工作载荷还是轴向工作载荷？,第五章 连接例题,例：两个半联轴器用六个普通螺栓连接,传递转矩 T 1000N.m，螺栓分布圆直径为 D300mm，接合面摩擦系数 fc0.15，求螺栓直径。装配时不控制预紧力。,解：,1）此连接的工作载荷是转矩T，但每个螺栓受横向工作载荷，即：,2）螺栓均匀分布，每个螺栓所受的横向工作载荷相等，即：,第五章 连接例题,3）每个螺栓所需的预紧力：,4）按单个螺栓的进行强度计算，即,确定许用应力：,选螺栓材料为Q235，由表55选性能级别

13、为 4.6 级。,B4100400MPa,因不控制预紧力，由表56，初估螺栓公称直径为M16，,则 S43，取S3，,则 S/S240/380 MPa,S0.6B 0.6400 240MPa,Kf 1.11.3 取 Kf 1.2,接合面数 m 1,第五章 连接例题,则所需的螺栓小径：, 80 MPa,代入,得：,查GB19681，可选M16 螺纹，,大于所需的直径，故满足强度要求。,选择6个M16的普通螺栓可满足使用要求。,结论：,M16 螺纹的小径 d113.835mm，,本 章 小 结, 键连接的选择与校核,类型选择，尺寸选择（平键的截面尺寸按轴径查标准）；普通平键校核挤压强度（静连接），导键或滑键应防止磨损（动连接）；键的工作长度不一定等于键长；普通平键的键长应小于轮毂宽度。,第五章 连接小结, 各种螺纹的应用,三角螺纹效率低、自锁性好，用于连接；,其余螺纹效率高，用于传动。, 螺纹副的受力分析及效率,将螺母抽象成沿斜面滑移的滑块；,自锁条件： v, 螺栓连接的类型及所受工作载荷,普通螺栓和铰制孔用螺栓；横向和轴向工作载荷,普通螺栓连接：可承受横向工作载荷（利用摩擦力）和轴向工作载荷；,第五章 连接小结, 普通螺栓连接的强度计算,强度条件：,不管是横向还是轴向工作载荷，普通螺栓总是