机械设计基础第五版第十章1

1、第十章 联 接联接：指被联接件与联接件的组合联接件（紧固件）： 螺栓、螺母、销、键、铆钉等。 被联接件：轴与轴上零件（齿轮、飞轮） 轮圈与轮心 箱体与箱盖 焊接零件中钢板与型钢等 可拆卸联接：螺纹联接、键联接、销联接联接 不可拆卸联接：焊接、粘接、铆接10-1 螺纹参数一. 螺纹形成：二、分类： 三角形螺纹平面图形形状 梯形螺纹 锯齿形螺纹螺旋线的方向 右旋螺纹（常用） 左旋螺纹（特殊要求时采用）螺旋线数目 单线螺纹 多线螺纹（ 4便于制造）用途 圆柱螺纹母体形状 圆锥螺纹联接螺纹 传动螺纹三、螺纹的主要几何参数：1. 大径 d（D）：与外螺纹牙顶（或内螺纹牙底） 重合的假想圆柱体的直径。2.

2、小径d1（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3. 中径 d2（D2）：是一个假想圆柱的直径，该圆柱母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。4. 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 S：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。S = nPn螺旋线数6. 螺旋升角：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。dnptg27. 牙型角 ：轴向截面内，相邻两牙侧的夹角。牙侧与螺纹轴线的垂线间夹角牙侧角210-2 螺纹副的受力分析、效率和自锁一、矩形螺纹：（ =0 ）螺纹副在力矩和轴向载荷的作用下相对运动，可看作滑块沿斜面运动

3、。滑块沿斜面等速上升：F 水平推力（驱动力）Fa轴向载荷（阻力）Fn法向反力Ff 摩擦力 Ff =f FnFR总反力 摩擦角FFavFnFfFR由力的平衡条件可知， FR、 F、 Fa三力组成力多边形FRFFa+F= Fa tg(+)d2F作用在螺旋副上的驱动力矩：)(2222tgFTdFdaFFavFnFfFR)(2222tgFTdFdaT拧紧螺母时，螺旋千斤顶抬起重物时， 所需驱动力矩。当滑块沿斜面等速下滑时：FFavFnFfFRFa 变为驱动力F 变为平衡力FRFFa由多边形得：F= Fa tg()作用在螺旋副上的力矩：)(2222tgFTdFda)(2222tgFTdFdaT旋松螺母时

4、，螺旋千斤顶降落重物时， 所需力矩。讨论：F= Fa tg()（1）当 时，F为正，方向如上图，它阻止 滑块加速使它等速下滑。（2）当 时，F为负，方向与上图相反，滑块 不能在重力作用下自行下滑，即处于自锁状态。 须施加驱动力 F 才能使滑块等速下滑。FFavFnFfFR二、非矩形螺纹：指 的三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。 0不计螺纹升角，在轴向载荷 Fa 的作用下，非矩形螺纹所受的法向力比矩形螺纹大。螺杆螺母FaFn= FaFaFncosFFan非矩形螺纹的摩擦阻力：f当量摩擦系数FFFaaafffcoscostgffcos当量摩擦角 牙侧角非矩形螺纹受力分析：可以象矩形螺纹那样进行受力

5、分析，只是将 f改为 f 、 改为 。当滑块沿非矩形螺纹等速上升时：水平推力：F= Fa tg(+)驱动力矩：)(2222tgFTdFdaT拧紧螺母时，螺旋千斤顶抬起重物时， 所需驱动力矩。当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时：F= Fa tg()(2222tgFTdFda讨论： 螺纹具有自锁性，无论Fa多大都不能使螺纹副产生相对运动。用于联接的紧固螺纹必须满足自锁条件T旋松螺母时，螺旋千斤顶降落重物时， 所需力矩。螺纹副的效率：TSFa2升举滑块所做有效功输入功)()(2222tgtgtgtgdFdFaa25取过大的螺旋升角加工困难，且效率增高不明显10-3 机械制造常用螺纹1.普通螺纹：牙型为等边

6、三角形，牙型角=60， 公称直径为螺纹大径。2. 管螺纹： 非螺纹密封的管螺纹：牙型为等腰三角形，=55用螺纹密封的管螺纹：牙型为等腰三角形，=55螺纹分布在锥度为 1:16 的圆锥管壁上。3. 米制锥螺纹：管螺纹的公称直径为管子的公称通径(内径)，用于水、煤气、液压传动等管路系统中。4. 矩形螺纹：牙型为正方形，牙型角=0牙型角=60，螺纹分布在锥度为 1:16 的圆锥管壁上。5. 梯形螺纹： 牙型为等腰梯形， =306. 锯齿形螺纹：牙型为不等腰梯形，工作面牙侧角 3，非工作面牙侧角 30普通螺纹、管螺纹、米制锥螺纹主要用于联接，矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹主要用于传动。10-4 螺纹联

7、接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型：螺栓联接： 特点：被联接件的孔中不切制螺纹，装拆方便普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接2. 螺钉联接：优点：螺钉直接拧入被联接件的螺纹孔中，省去了螺母，结构简单。缺点：不易经常装拆3.双头螺柱联接：适用于较厚的联接件，或采用盲孔的联接。优点：允许多次装拆4. 紧定螺钉联接：可用于固定两个零件的相对位置，传递不大的力或力矩。二. 螺纹紧固件（联接件）1. 螺栓六角头螺栓小六角头螺栓小六角头螺栓：不易用于装拆频繁、被联接件强度低的地方。2. 双头螺柱：3.螺钉、紧定螺钉：头部有内六角头、十字槽头等多种形式。紧定螺钉的末端有平端、锥端等各种形状。4. 螺母：常用

8、螺母六角螺母圆螺母标准螺母薄螺母标准螺母：用于经常装拆易于磨损处。薄螺母：用于受剪力的螺栓上或空间尺寸受限的地方。用于轴上零件的轴向定位5. 垫圈：常用的有：普通垫圈、防松垫圈、弹簧垫圈普通垫圈：主要起保护支承面的作用。10-5 螺纹联接的预紧和防松预紧的目的：1.提高联接的紧密性2.防止联接松动3.提高联接件强度 一. 拧紧力矩：rFfdFTTfacatgT)(222T1 螺纹副相对转动的阻力矩T2 螺母支承面上的摩擦阻力矩Fa 轴向力d2 螺纹中径fc 螺母与被联接件支承 面间的摩擦系数rf 支承面摩擦半径40ddrwf对于 M10M68 的粗牙螺纹，若取15.0tgf15.0fCmmNd

9、TFa2 .0d螺纹公称直径，mmFa预紧力，N通常螺纹联接拧紧的程度凭工人经验决定。重要的螺纹联接应控制拧紧力矩测力矩扳手定力矩扳手卡盘销弹性元件二. 螺纹联接的防松联接用的三角形螺纹都具有自锁性。1、摩擦防松弹簧垫圈防松 自锁螺母防松利用弹簧反弹力使螺纹间保持压紧力和摩擦力对顶螺母防松使螺栓始终受到附加的拉力和附加的摩擦力。尼龙圈锁紧螺母防松拧紧后尼龙圈内孔被胀大，箍紧螺栓。尼龙圈2.机械放松螺栓装配图开槽螺母开口销槽形螺母和开口销带翅垫片防松内翅外翅圆螺母止动垫片防松止动垫片防松串联钢丝防松正确错误3. 不可拆卸防松焊接 铆冲冲点法防松粘合法防松10-6 螺栓联接的强度计算螺栓的主要失效

10、形式：断裂、磨损滑扣、螺纹的压溃和剪断。v一、松螺栓联接装配时不需要拧紧，承受载荷前联接不受力。受载荷形式轴向拉伸失效形式螺栓拉断 212144dFdFaa41Fad 设计式：v一、松螺栓联接d1螺栓小径，mm许用拉应力，MPa-校核式v二、紧螺栓联接装配时需要拧紧，螺纹承受轴向拉力 Fa ，力矩 T1。42)tan(16)tan(2162112312311dFddddFaadT所受切应力：421dFa螺纹所受拉应力：42)tan(2112dFdda所受切应力：对于 M10M68 的普通螺纹，取08.104.1,05.0tan,17.0tan12dd5 .03 . 1)5 . 0(33,222

11、2e当量应力：根据第四强度理论43 . 1:1aFd 设计式43 . 1:21dFa校核式-螺栓许用应力 3 . 1强度条件：e1、受横向工作载荷的螺栓：mfCFFFa0螺栓所受轴向力：F0-预紧力C-可靠性系数， C=1.11.3m-接合面数目f-接合面摩擦系数 钢、铸铁 f=0.10.1543 .1:21mfdCF校核式mfCFd43 . 1:1设计式求出 Fa 值后，可按式（10-12）计算螺栓强度当 f=0.15，C=1.2，m=1时，F0=8F 即预紧力为横向工作载荷的 8倍 螺栓尺寸较大mfCFFFa0螺栓所受轴向力：措施：1. 用键、套筒、销承受工作载荷2. 用铰制孔用螺栓承受横

12、向载荷2. 受轴向工作载荷的螺栓(1) 每个螺栓所承受的轴向工作载荷：ZpDFE42P-流体压强Z-螺栓数(2)螺栓承受的总拉伸载荷：F0F00bF0F00CFEFEFRFRFaFaFFFREa残余预应力FR受力变形线图 总拉力螺栓刚度：00bbFk被联接件刚度：00ccFkFFFREa两图合并：力变形F00b0CFEFaFRFbFcbcFFFREa（3）FR的确定：总结：总结：一般计算中，先根据工作要求规定 FR 利用 求出 Fa 按式（10-12）计算螺栓强度。FFFREaFFER)6 . 02 . 0(载荷 FE 没有变化时，可取FFER)8 . 15 . 1 (有紧密性要求的联接FFE

13、R) 16 . 0(当 FE 有变化时，可取力变形F00b0CFEFaFRFbFcbc（4）各力之间关系：kFFFFbba00kFFFFccR00kkFFFcbcbEkkFFFcbcbEkFFFFbba00kFFFFccR00cbEkkFcbbEakkkFFF0)1 (0cbbERkkkFFF螺栓相对刚度系数cbbkkk10-7 螺栓材料及许用应力螺纹联接件的常用材料：低碳钢Q215（原A2）、10号钢；-一般联接中碳钢Q235（原A3）、35、45号钢；-一般联接合金钢40Cr、30CrMnTi。-承受 冲击、振动载荷垫片材料 ：普通垫片： Q215、 15、35号钢； 弹簧垫片：65Mn（需热处理）10-8 提高螺栓联接强度的措施螺栓的总拉力与螺栓和被联接件的刚度有关，减小螺栓刚度或增大被联接件刚度都能降低应力幅。一、降低应