机械设计-联接.ppt

1、,联接,机械设计,内容提要,教学要求,重点难点,问题思考,工程应用,任何机械均由若干零件按一定 方式相互联接而成。如果相连接的 零件其相对位置在工作时按一定的 规律进行变化，此种联接称动联接 。如果相联接的零件在工作时其相 对位置固定不变，此种联接称静联 接。根据是否可拆卸，联接还可分 为可拆联接和不可拆联接。本部分 主要介绍螺纹连接。 现将联接分类如下：,退出,总目录,下一页,联接类型,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,内容提要,螺纹联接类型及其拧紧和防松,螺栓联接的受力分析及强度计算,螺栓组的结构设计及受力分析,键联接的类型及结构,销联接的类型及结构,其它联接,机械设计,返回,上一页

2、,下一页,花键联接的类型、结构及定心方式,一、螺 纹,螺纹的类型,机械设计,返回,上一页,下一页,矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,普通螺纹 管螺纹 锥螺纹,联接螺纹,传动螺纹,机械设计,返回,上一页,下一页,螺纹的参数,大径 d 小径 d1 中径 d2 线数 n 螺距 P 导程 S S=nP 升角 tan =S/d2 牙型角 ,二、螺纹联接的类型,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺纹联接的类型,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺纹联接的类型,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺纹联接的类型,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,三、螺纹联接的拧紧,拧紧联接能增强联接的刚

3、度、紧密性和防松能力。对于 受拉螺栓联接，还可提高螺栓的疲劳强度；对于受剪螺栓联 接，有利于增大联接中的摩擦力。但拧紧程度要适度。,控制拧紧力矩常用的扳手：,为防止将螺栓拧断，对于要求拧紧的强度螺栓联接应严格 控制其适度的拧紧力，并不宜用小于M12 M16的螺栓。,测力矩扳手,定力矩扳手,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,拧紧过程,=,=,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,由于拧紧力矩T的作用，使螺栓和被联接件之间产生预紧力F，T=T1+T2=ktFd 一般kt=0.2 则T=0.2Fd,四、螺纹联接的防松,防松目的：防止螺纹联接在冲击、振动、变载或 温升的作用下，自动松脱。,常用

4、方法,利用摩擦,直接锁住,破坏螺纹副,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,防松方法,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,防松方法,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,防松方法,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,返回,上一页,分目录,防松方法,下一页,机械设计,五、螺栓联接的受力分析及强度计算,主要失效形式：,受拉螺栓一螺栓杆螺纹部分发生断裂 受剪螺栓一螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断,设计准则,保证受拉螺栓的静力或疲劳拉伸强度；保证受剪螺栓联接的 挤压强度和螺栓的剪切强度。,螺栓强度计算时，螺栓螺纹部分危险截面的面积要用计算直 径dc ，其经验公式：,上一页,返回

5、,分目录,下一页,机械设计,失效形式,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,1、受拉螺栓联接,1） 受拉松螺栓联接,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,受拉螺栓联接,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,2）只受预紧力的紧螺栓联接,要平衡横向力R需要足够的预紧力F来产生摩擦力，,所需拧紧力矩：,由于拧紧螺栓受拉伸应力,由于拧紧螺栓受扭转切应力,化简得：,合成后的计算应力为：,强度条件为：,受拉螺栓联接,3）受预紧力和工作载荷的螺栓联接,未拧紧螺母前：螺栓与被联接件都不受力，没有变形（图a）。,拧紧螺母后：螺栓受预紧拉力F , 伸长量为1，被联接件受 其反作用力，即预紧压力F ，压缩量为

6、2（图b）。,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,联接承受工作载荷 F ：螺栓总拉力F 0，拉力增量为 F 0 - F ，伸长增量为1；被联接件随之放松，其压力减小为残余预 紧力 F，压力减量为 F -F，压缩减量为2 （图c） 。,根据螺栓的静力平衡条件得： F 0 = F + F,即螺栓总拉力为工作载荷与被联接件给它的残余预紧力之和。,（图a）,（图b）,（图c）,（图d）,受预紧力和工作载荷的螺栓联接,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,受预紧力和工作载荷的螺栓联接,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,受预紧力和工作载荷的螺栓联接,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,工作

7、载荷F 无变化时： F=（0 .2 0.6）F 工作载荷F 有变化时： F=（0 .6 1.0）F 压力容器的紧密联接： F=（1 .5 1.8）F，且应保 证密封面的残余预紧力大于压力容器的工作压力。,受预紧力和工作载荷的螺栓联接,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,为保证结合面压紧，必须保持一定的残余预紧力F.,螺栓螺纹部分的强度条件：,受预紧力和工作载荷的螺栓联接,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,若受变载，工作载荷在F1与F2之间变化，则螺栓受力在F01与F02之间变化,螺栓的拉力变幅为：,强度条件：,a螺栓变载时的许用应力幅。,2、 受剪螺栓联接,上一页,返回,分目录,下一

8、页,机械设计,螺栓杆的剪切强度条件为：,i受剪面数； 螺栓许用切应力,螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：,hmin 螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度,p螺栓或孔的许用挤压应力,受剪螺栓联接,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,受横向载荷的减载措施,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,课堂小结,1、螺纹联接的类型： 螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接、紧定螺钉联接,2、螺纹联接的预紧和防松 目的、常用方法、要求,3、螺纹联接的强度计算 受拉螺栓（松联接、紧联接、预紧后又加工作载荷） 受剪螺栓,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,六、螺栓组受力分析,上一页

9、,返回,分目录,下一页,机械设计,螺栓组受力分析,1.受轴向力的螺栓组联接,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺栓组受力分析,f接合面磨擦系数； i接合面数； ks防滑系数 ks=1.11.3,用受拉螺栓联接时：,2.受横向力的螺栓组联接,用受剪螺栓时：,假设各螺栓所受工作载荷均为FS,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺栓组受力分析,螺栓组受力分析,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺栓组受力分析,3.受旋转力矩的螺栓 组联接（受拉螺栓）,各螺栓所需要的预紧力为：,ri螺栓的轴线到螺栓组对称中心的距离； ks防滑系数。,上一页,返回,

10、分目录,下一页,机械设计,螺栓组受力分析,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺栓组受力分析,3.受旋转力矩的螺栓 组联接（受剪螺栓）,根据板的静力平衡条件得：,根据变形协调条件得：,受力最大的螺栓的工作剪力为：,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺栓组受力分析,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺栓组受力分析,4.受翻转力矩的螺栓组联接,根据板的静力平衡条件得：,根据变形协调条件得：,受力最大的螺栓的工作载荷为：,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺栓组受力分析,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,七、螺栓组的结构设计,1. 联接结合面形状应通常设计成轴对称的简单几

11、何形状。,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺栓组的结构设计,2. 螺栓的布置应使各螺栓受力合理。,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺栓组的结构设计,3. 螺栓的排列应有合理的间距、边距。,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺栓组的结构设计,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。在同一圆周的螺栓组中， 螺栓的材料、直径和长度均应相同。,螺栓间距t0,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺栓组的结构设计,5. 避免螺栓承受偏心载荷。,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,八、提高螺栓联接强度的措施,改善螺纹牙上载荷分布不均,上一页,

12、返回,分目录,下一页,机械设计,提高螺栓联接强度的措施,改善螺纹牙受力状态的螺母结构,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,提高螺栓联接强度的措施,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,提高螺栓联接强度的措施,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,提高螺栓联接强度的措施,减小螺栓刚度的措施,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,例6.1 已知气缸工作压力p在01MPa间变化，气缸内径D2=250 mm,螺栓中心分布直径D1=350mm,试设计此联接。,2、计算螺栓受力,求气缸盖最大载荷FQ； 求螺栓工作载荷的最小值和最大值F1、F2； 选定残余预紧力F”； 求螺栓最大拉力F02；最小拉

13、力F01；,4、校核螺栓的疲劳强度 求最大应力、最小应力 应力幅 校核安全系数,1、试选螺栓个数和螺栓材料,3、按螺栓静强度要求计算螺栓尺寸,5、校核螺栓的间距,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,例题：分析螺栓受力，保证联接安全的条件,1、螺栓组受力分析,工作载荷,轴向力 P 横向力 H 翻转力矩M=Hh-Pl,P作用下每个螺栓所受轴向载荷：F1=P/z,M作用下左面螺栓载荷增大：Fmax=Ml1/4(l22+l12),H作用下按接合面不滑移条件知：,螺栓所受总拉力：,P R H,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,例题：分析螺栓受力，保证联接安全的条件,2、接合面的工作能力,保证接

14、合面右端不致于压碎,保证接合面左端不产生间隙,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,课堂小结,1、单个螺栓联接的 受力分析及强度计算：,2、螺栓组联接的受力 分析：,3、螺栓组联接的结构设计,作业：5-8、 5-10 思考：5-4,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺纹联接小结：,3、单个螺栓联接的 受力分析及强度计算：,4、螺栓组联接的受力分析：,5、螺栓组联接的结构设计,1、螺纹联接的类型,2、螺纹联接的预紧和防松,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺纹联接结构分析示例：,例1：试分析图示螺纹联接中结构错误,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,螺纹联接结构分析示例：,例2

15、：试比较图示几种螺钉联接布置方案,a) b) c),上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,工程应用,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,工程应用,桑塔纳轿车,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,工程应用,机床,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,工程应用,摩托车,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,工程应用,飞机机翼,工程应用,发动机气缸,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,化工管道,工程应用,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,自行车,工程应用,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,锁紧螺母,工程应用,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,汽车轮胎,工程应用,上

16、一页,返回,分目录,下一页,机械设计,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,键联接的类型和结构,键主要用于轴和轮毂零件，实现周向固定以传 递转矩的轴毂联接。有的还能实现轴上零件的轴向 固定或轴向滑动的导向。,键联接的功能、分类、结构型式及应用,主要类型,平键联接,半圆键联接,楔键联接,切向键联接,松联接,紧联接,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,平键联接,平键联接：键的侧面是工作面。工作时，靠键与键槽侧面的 挤压来传递转矩。,平键联接,普通平键,导向平键,滑动平键,动联接,静联接,薄型平键,普通平键,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,平键联接,平键键槽的加工,上一页,返回,分目录

17、,下一页,机械设计,平键联接,导向平键和滑键,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,平键联接,平键联接具有结构简单，拆装方便、对中性较好等优点， 因而得到广泛的应用。但这种键不能起轴向固定的作用。,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,半圆键联接,半圆键联接,轴上键槽用尺寸与半圆键相同 的半圆键槽铣刀铣出，因而键在槽 中能绕其几何中心摆动以适应轮毂 中键槽的斜度。工作时，键靠侧面 来传递转矩。该联接的优点是工艺 性较好，装配方便，尤其适用于锥 形轴端与轮毂的联接。缺点是轴上 键槽较深。主要用于载荷较轻的联 接。,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,楔键联接,楔键联接,键的上下两面是工作

18、面， 键的上表面和与它相配合的轮 毂槽底面均具有 1 ：100 的斜 度。装配后，键楔紧在轴和轮 毂的键槽里。工作时，靠键的 楔紧作用来传递转矩，也能传 递单向的轴向力。但对中性较 差，主要用于毂类零件定心精 度要求不高和低转速的场合。,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,楔键联接,(圆头楔键） （平头楔键）,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,切向键联接,切向键联接,有两个斜度为 1：100 的楔键组成。装配后，两楔键以 其斜面相互贴合，共同楔紧在轴毂之间。切向键的上下两面 是工作面，键在联接中必须有一个工作面处于包含轴心线的 平面之内。这样联接在工作时，工作面上的挤压力沿轴的切 相作用，而靠挤压力传递转矩。如转矩要变向，需用两个切 向键，两者间的夹角为120 130。,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,键联接的尺寸选择及强度计算,1、选择键联接的类型,2、选择键联接的尺寸：,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,键的长度确定,键联接的尺寸选择及强度计算,上一页,返回,分目录,下一页,机械设计,键联接的尺寸选择及强度计算,3、键联接的强度计算：,T传递的转矩（Nm） k键与轮毂键槽的接触高度， k0.5h (mm) p键、轴、