第10章联接(1)

1、第10章 联 接 “联接”是指用联接零件将机械中的两部分固定的装配结构。 一、机械中最常见的联接形式 有螺纹联接螺纹联接、键联接键联接和销联接销联接。 二、常用的联接零件 10-1 螺纹的形成、分类和参数 一、螺纹的形成 是刀具沿螺旋线进刀，切出如三角形沟槽、梯形沟槽，即形成相应的三角形螺纹、梯形螺纹。 二、螺纹的分类1. 按螺杆轴向剖面内螺纹的形状有： 三角形螺纹 矩形螺纹 锯齿形螺纹 梯形螺纹2. 按螺旋线数分：单线螺纹、双线螺纹和多线螺纹。 3. 按螺旋线绕行方向： 分左旋螺纹和右旋螺纹。 左、右旋螺纹的判断方法：螺纹直立，螺旋线向右上升为右旋螺纹，向左上升为左旋螺纹。 4. 外螺纹与内

2、螺纹5. 螺旋副 内外螺纹旋合上紧称作螺旋副（螺纹副）。 三、螺纹参数（见图10-3） 标准中称公称直径，是螺纹的标注尺寸。如M8，表示d=8mm。 用于螺纹联接强度设计的计算值。 是一个假想的圆柱直径，用于计算螺纹的效率、升角、自锁。 螺纹上相邻两牙对应点间轴向距离。 任一点沿同一条螺纹线转一周的轴向位移，s=np。在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。22tandnpds 牙形角 ：轴向剖面内，螺纹牙形两侧边的夹角。牙形斜角 ：轴向剖面内，螺纹牙形一侧边与径向直线间的夹角。 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 本节内容的工程意义： 研究、解决螺纹副在工程中用于连接固

3、定、起重的可靠性（自锁）。一、螺旋副的受力分析1. 矩形螺旋副( )01）上紧螺母的受力 可看作是滑块在水平力F作用下沿螺旋面上升时的受力，如图b）。受力分析得： 2）下拉螺母时的受力看作是滑块在轴向载荷Fa作用下，沿斜面下滑。受力分析得：2. 非矩形螺纹副（ ） 受力关系式：0)( )( tgFFtgFFaa滑块沿非矩形螺旋下滑滑块沿非矩形螺旋上升1）法向力分析 如图示：2）摩擦角 分析图a) 摩擦力 Ff=fFn=fFa图b) 摩擦力大小： cosanFF .coscosaaafFfFffFF为当量摩擦系数。故称/cos1fff.cos/tgftgff3）受力关系式 用 代替矩形螺纹副摩擦

4、角 ，得)( )( tgFFtgFFaa下滑滑块沿非矩形螺旋等速上升滑块沿非矩形螺旋等速二、螺纹的自锁 内容：研究旋合的螺母在轴向力作用下会不会松落下来？1. 自锁分析 滑块下滑时的受力：。自行下滑，即出现自锁有多大，滑块都不会向，否则，无论的方必须改变力表明：要使滑块下滑是负号。则如aFFF,)(tgFFa2. 自锁特定条件考虑到极限情况：)(2tgtgTSFa三、螺纹传动的效率知识点：因 为定值，螺纹效率与螺纹升角有关。)(2tgtgTSFa由图10-6 知，过大的升角，效率增加不明显。故螺纹升角一般不大于250。根据 ，螺距相同，单线螺纹升角小，易于自锁，故多用于联接；多线螺纹升角大，效

5、率高，多用于传动。22dnpdStg10-3 机械制造常用螺纹最多的一种紧固螺纹。装配中用的又称普通螺纹，是机械的三角形米制螺纹，牙型角060) 110-4 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件一、螺纹联接的基本类型 1. 普通螺栓联接结构特点：光孔，有装配间隙。用途：一般设备的紧固联接。2. 铰制孔螺栓联接结构特点：无装配间隙，孔的精度高（钻、铰孔）。用途：用于两被联接件有位置精度要求或横向受载联接。 如发动机缸体与缸盖联接，连杆体与连杆盖的联接等。 如被联接件有位置精度要求，而用普通螺栓连接时，则被联接件上应设计定位销联接。 如减速器的装配： 3. 螺钉联接 用于结构中一薄一厚两部分的联接。 （

6、1） 结构特点： 在厚的被联接件上加工螺纹孔，薄的被联接件上钻光孔。4. 特殊联接： 紧定螺钉联接、地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接。二、螺纹联接的结构尺寸及画法 见教材P137及图例。 三、螺纹紧固件 大多数已标准化，用户无须自行设计加工，直接购置。 详见设计手册。四、螺纹标记的细牙螺纹。螺距为，表示公称直径为螺母的粗牙螺纹长度为，表示公称直径为螺栓mmmmMmmmmM5 . 1,105 . 110.60,106010 10-5 螺纹联接的预紧和防松一、螺纹联接的预紧预紧：拧紧螺母，称作预紧。预紧后可防止联接松动。 1. 预紧力F/ 螺纹副预紧后，螺杆和被联接件都要受轴向力F/作用， F/称为

7、预紧力。u螺栓杆受力性质：轴向拉伸。 u被联接件受力性质：轴向受压。 2. 预紧力F/的控制一般机械装配的螺纹联接，预紧程度凭经验。重要的螺纹联接，如发动机缸体、压力容器、连杆等，必须严格控制预紧力F/的大小。3. 控制预紧力F/方法：1）对联接结构受力分析2）建立强度条件式，求出F/3）按经验式 T=0.2F/ Nmm，算出T，用测力矩扳手或定力矩扳手控制。二、螺纹联接的防松 知识点： 螺纹副具有自锁性，受静载荷作用，螺纹联接是不会松动。在冲击、振动下，螺纹副间的压力会减弱，摩擦力减小，螺纹副要出现松动。 防松办法：见表10-4。（1）双螺母防松 （2）用弹簧垫圈防松 拧紧螺母后，弹簧垫圈被

8、压平，其弹力使螺纹副间保持一定的轴向压力而防松。弹簧垫圈（3）圆螺母与止动垫圈防松 垫圈的内舌插入螺杆的槽内，外舌弯入圆螺母槽中，使螺杆与螺母不能相对转动。 （4）串联低碳钢丝法 （5）开口销与六角开槽螺母 10-6 螺栓联接的强度计算 工程意义：重要的螺纹连接，螺纹公称尺寸d的选用，是通过强度计算确定的。 螺纹连接设计的问题（内容）：分析单个螺栓的受力及失效；建立强度条件，算出螺纹的小径d1计算值；查标准，按d1标准d1计算值，选取相应的螺纹公称尺寸d。 一、松螺栓联接 装配不拧紧，螺栓只承受工作载荷。1. 单个螺栓受力及失效分析 1）轴向拉应力MPadFa4212）建立强度条件 。淬火钢取

9、，安全系数，未淬火钢取；限，材料的屈服极；的许用拉应力，螺栓材料螺纹小径；式中：强度条件：）6 . 12 . 142121SMPaMPaSddFssa3）计算d1计算值，查标准， 按d1标准值d1计算值，选螺纹公称直径d。 )(41mmFda二、紧螺栓联接 装配时要预紧，螺栓杆受预紧力 作用。F1. 受横向工作载荷FR作用的紧螺栓联接1）单个螺栓受力分析 受轴向拉伸预紧力F/、拧紧力矩T1的联合作用。在螺纹小径截面上：预紧力F/产生拉应力4/21dF拧紧力矩T1 产生的扭剪应力：4/)(216/2)(16/2112312311dFtgddddtgFdT 对于M10M68的普通螺栓，最后整理，得

10、： 受力分析的结论： 螺杆危险断面承受的工作应力是拉应力的1.3倍。5 . 03 . 1)5 . 0(332222e杆受的当量应力：按第四强度理论，螺栓2）建立强度条件式： 4/3 . 13 . 121dFe 设计计算式： 式中： 螺栓材料的许用应力值，见10.7节。3）预紧力F/的计算 mmFd13 . 14 设工作载荷FR，则被联接件结合面不产生相对移动的平衡条件：mfZFCFFCmfFZFmfFZRRR或工程应用式：理论分析式： 知识点： C可靠系数，考虑防滑，取C=1.11.3 mfZFCFFCmfFZRR 如取C=1.2, f=0.15, m=1, Z=1，算出：F/8Fa。 表明：

11、所需预紧力F/是外载荷Fa的8倍多。为减小螺栓杆尺寸，工艺上采用减载件减载件如用键、销、套筒承受横向载荷，螺栓仅起紧固作用，如图10-19。 4）计算d1，查标准，按d1 手册 d1计算 ，取其对应的公称直径d。2. 受轴向工作载荷FE作用的紧螺栓联接 （1）对单个螺栓受力分析 设轴向总载荷Fa、拧紧力矩T 写出在螺纹小径截面上产生的当量应力：MPadFae213 . 14（2）强度条件 213 . 14dFaee 设计式：注意，式中轴向总载荷 mmFda3 . 141EaFFF0 （3）螺栓总载荷Fa的计算1）计算工作载荷 FEZDPFE4/22）根据对图10-22的分析知： Fa= FE

12、+ FR 。 FR称为残余预紧力，按教材P144内容确定。 （4）算出d1，查标准按。及粗牙螺距选取相应的，取接近值，计算手册tMddd11图10-22的分析：a)联接未预紧。b)预紧后，但还未加工作载荷FE 。1 12 2变形变形力力 c)联接承受工作载荷FE 。 由图知，FE 的作用使被联接件所受预紧压力由F0减小到FR, 故作用在螺栓上的总拉力 Fa= FE + FR 。 FR称为残余预紧力 例：图示轴承盖用4个螺钉固定于铸铁箱体上，已知作用于轴承盖上的力FQ10.4kN，螺钉材料为Q235钢，屈服极限为40Mpa，取剩余预紧力F为工作拉力的0.4倍，不控制预紧力，取安全系数为4，求螺钉

13、所需最小直径。 许用拉应力 4个螺钉，z4，每个螺钉的工作载荷剩余预紧力F0.4F=0.42600=1040 N 螺钉总拉力 按强度条件，螺栓小径 SSMPaS240460FFF0260010403640 N ddF1041341336406010021().或cmm 10-8 提高螺栓联接强度的措施 知识点： 螺杆的强度计算方法， FE是以静载荷考虑的，保证的是螺杆的静强度。若FE在0 FE变化，普通螺栓杆仍可能会发生疲劳断裂。重要螺栓联接设计，除要保证静强度 还要从螺杆的结构设计、制造工艺上进行改进，以提高螺杆的抗疲劳强度。 ， 如发动机缸体与缸盖装配用的螺栓杆结构，就是如此。 一、降低螺

14、栓总拉伸载荷Fa的变化范围 被联接件的刚度螺栓的刚度；。，或使如使根据-,0cbacbcbbEakkFkkkkkFFF 减小螺杆刚度kb的结构设计： 增大被联接件刚度kc的结构： 关系式 的推导： 见教材P144。 .0cbbakkkFFFE 金属受外力作用，先发生弹性变形，弹性变形程度用刚度表征。 弹性变形量作用力刚度的定义：Fk 关系式的推导：cbbakkkFFFE00000ccbbFkFk被联接件的刚度：螺栓的刚度：。；由图EcabFFkFFkc00).,.)0000cbbEabacbEcbcbEbaabkkkFFFkFFkkFkkFFFckFFFFk则有：再代入即又根据图由二、改善螺纹

15、牙间的载荷分布（1）普通螺母预紧螺纹牙受载 见图10-28：从螺母支承面算起，旋合第一圈受载最大。（2）采用悬置螺母 可使旋合的螺纹牙受载均匀。 （因螺母旋置段与螺栓杆均为拉伸变形） 注意：特殊结构的螺母制造成本高，故只在重要的连接中使用。 三、减小螺栓杆应力集中的结构对头部截面突变处倒成圆角；切制卸载槽，使应力集中处不直接承载；在螺纹收尾处，加工出退刀槽，即卸载槽，使收尾处不直接受扭切应力（拧紧）作用。 四、避免或减小附加应力的结构知识点：螺纹牙根对弯曲应力很敏感，牙根处易产生裂纹。产生附加应力的原因（1）避免螺纹牙根受附加弯曲应力的结构设计 五、采用合理的制造工艺1）采用锻件螺栓（冷镦螺栓

16、头部）和辗制螺纹 因冷作硬化和合理的金属流线，其疲劳强度比车制螺栓高30%40%。2）对螺栓杆进行碳氮共渗、渗氮、喷丸处理 目的：提高表面硬度，阻止裂纹扩展，以提高螺栓的抗疲劳强度。喷丸10-10 螺栓组联接的结构设计 机械螺纹联接，大多是成组使用，故螺纹联接设计，还要考虑结合面的形式、螺栓的数目及排布。1.结合面形状设计 1）采用轴对称简单型面，使螺栓组的形心与结合面的形心重合2）采用环形或条状结合面。 2. 分布在同一圆周上的螺栓数目 规定：3、4、6、8、12等整数，便于分度画线钻孔。 3. 螺栓的排列应有合理的间距、边距，以方便用扳手装拆。 4. 受旋转力矩T作用的螺纹联接 螺栓应尽量远距旋转中心布置，以使螺栓杆受剪力最小 。5. 装配结合面处不能布置螺栓。 例题例题 一钢制液压油缸，油压一钢制液压油缸，油压 p=1.6MPa，D=160mm，D0=160mm，试设计其上盖的螺栓联接试设计其上盖的螺栓联接 。解解 (1) 确定螺栓工作载荷确定螺栓工作载荷Fe 暂取螺栓数z=8，则每个螺栓承受的平均轴向工作载荷： kN 02.4841606.1422EzDpF(2) 确定螺栓总拉伸载荷确定螺栓总拉伸载荷Fa 对于压力容器取残余预紧力FR=1.8FE，则有 (3