机械设计课件濮良贵5课件

1、 机械零件机械零件 ( (制造单元制造单元) )构件构件 ( (运动单元运动单元) ) 机构机构机器机器静联接静联接动联接动联接零件零件 机械机械静静联接联接机械机械动动联接联接制造制造 安装安装 搬运搬运 维修维修联接分类联接分类可拆联接可拆联接 螺纹、键、销螺纹、键、销不可拆联接不可拆联接焊、粘、铆焊、粘、铆运动副运动副螺纹形成螺纹形成：一平面图形在螺旋线上绕制而成。一平面图形在螺旋线上绕制而成。51 螺螺 纹纹一螺纹的形成一螺纹的形成按截面形状分按截面形状分三角形、矩形、梯形、锯齿形和三角形、矩形、梯形、锯齿形和 半圆形半圆形右旋左旋判断方法旋向顺时针旋进右旋以轴线为基准单头联接多头传动

2、线数判断方法n=1n=2n=3(大径标准直径) ；1(小径) ； 2(中径)； (导程): n p (螺旋线数) p (螺距);(升角)：2S牙型角;牙侧角;=n p2tandnp二二螺纹参数螺纹参数三三. . 螺纹的类型及应用螺纹的类型及应用 表51 普通螺纹普通螺纹 60，大，易自锁 管螺纹管螺纹60、55紧密 粗牙粗牙 牙高、d1小、大 细牙细牙 牙浅、d1大、小，更易自锁1.1.联接螺纹（三角形）联接螺纹（三角形） (M)矩形螺纹 梯形螺纹 （Tr ） 30 15锯齿形螺纹（S） 33工3非302.2.传动螺纹传动螺纹 小、大、多线、效率高一螺纹联接基本类型一螺纹联接基本类型52 52

3、 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件1 螺栓联接螺栓联接 普通螺栓联接普通螺栓联接：孔与杆间有间隙有间隙，方便，多用铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接：孔与杆间无间隙无间隙，成本高3 3 双头螺柱联接双头螺柱联接用于被联接件之一较厚,可以经常装拆的场合。2 螺钉联接螺钉联接用于被联接件之一较厚,受力不大，不需常拆的场合。4 紧定螺钉联接紧定螺钉联接多用于轴上零件的固定，传递较小的力。5 其它其它地脚螺栓 吊环螺钉二螺纹联接件二螺纹联接件 表52 螺栓螺栓；螺钉；双头螺柱；紧定螺钉 螺母六角螺母；圆螺母；槽型螺母 垫片 垫片；弹簧垫片；斜垫片；球形垫片53 53 螺纹联接的预紧螺

4、纹联接的预紧目的目的：防止松动提高可靠性、强度、紧密性F0拧紧阻力矩 T T 的大小的大小： 拧紧时预紧力预紧力F F0 0螺纹阻力矩螺纹阻力矩 T T1 1 : : 螺母支持面上的摩擦阻力矩螺母支持面上的摩擦阻力矩T T2 2: : 因 F0 =5T/d 若d小，则F0很大 对于重要的联接，不宜采用对于重要的联接，不宜采用M12M12以下的螺栓以下的螺栓螺栓螺栓预紧拉力预紧拉力 被联接件被联接件预紧压力预紧压力T2 fc F0 r m21TTTdFTTT0212 . 0T)tan(222021vdFdFT54 54 螺纹联接的防松螺纹联接的防松 螺栓联接靠摩擦力自锁，因冲击、震动、变载靠摩擦

5、力自锁，因冲击、震动、变载不可靠不可靠 要防松要防松防松的根本问题防松的根本问题：摩擦防松摩擦防松使螺纹接触面间始终保持一定的压力 始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩机械防松机械防松利用便于更换的金属元件来约束螺旋副不可拆防松不可拆防松焊、铆冲、涂粘合剂阻止螺旋副相对转动v(自锁)防松？拧紧不可拆防松不可拆防松焊、铆冲、涂粘合剂螺栓组联接结构设计的目的：螺栓组联接结构设计的目的： 接合面形状接合面形状对称对称 螺栓布置螺栓布置合理，间距合理，间距 、边距、边距、 扳手空间扳手空间 接合面与螺栓接合面与螺栓受力均匀受力均匀 加工安装加工安装方便，螺栓材料、直径、方便，螺栓材料、直径、 长度相同长度

6、相同一一 螺栓组联接结构设计螺栓组联接结构设计55 55 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计二二 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析螺栓组所受载荷类型螺栓组所受载荷类型 螺栓组联接受力分析的目的：找出受力最大的螺栓螺栓组联接受力分析的目的：找出受力最大的螺栓并求出其所受力的大小并求出其所受力的大小横向载荷横向载荷轴向载荷轴向载荷转矩（扭矩）转矩（扭矩）倾覆力矩倾覆力矩平衡条件： 螺栓本身受剪切和挤压螺栓本身受剪切和挤压各螺栓受力为： 1）铰制孔用螺栓联接）铰制孔用螺栓联接1 受横向载荷受横向载荷F的螺栓组联接的螺栓组联接 螺栓本身受预紧拉力F0 拧紧产生夹紧力接合面间的摩擦力承受载荷横向载

7、荷(垂直螺栓轴心线）2）普通螺栓联接）普通螺栓联接FKzifFs0fziFKFs0Ks防滑系数 Ks=1.11.3 i接合面的数目f接合面的摩擦系数zFFz螺栓数目i=2i=2 讨论讨论: 若 f =0.2, z=1, i=1, Ks =1.2 ,则 1 1）受横向载荷普通螺栓受力比铰制孔用螺栓的大，）受横向载荷普通螺栓受力比铰制孔用螺栓的大， 此时宜采用后者此时宜采用后者 2 2）若要采用普通螺栓，靠利用减载键销或减载套筒）若要采用普通螺栓，靠利用减载键销或减载套筒FFfziFKFs6112 . 02 . 10减载键减载键减载销减载销减载套筒减载套筒螺栓受剪切和挤压来平衡载荷，各螺栓受力为螺

8、栓受剪切和挤压来平衡载荷，各螺栓受力为F Fi i1）铰制孔用螺栓联接）铰制孔用螺栓联接2 2 受转矩受转矩T T的螺栓组联接的螺栓组联接分析分析：受载后接合面仍为平面，螺栓的剪切变形与其到中心的距受载后接合面仍为平面，螺栓的剪切变形与其到中心的距 离成正比离成正比, ,螺栓刚度相同，故其受剪力螺栓刚度相同，故其受剪力F Fi i也与其到中心的距离也与其到中心的距离r ri i成成正比。假设此剪力方向垂直其到中心的向径正比。假设此剪力方向垂直其到中心的向径 即：zirFrFii.,3,2,1maxmax力矩平衡条件：TrFizii1受力最大的螺栓的工作剪力：21maxmaxizirTrF2）普

9、通螺栓联接）普通螺栓联接螺栓本身受预紧拉力螺栓本身受预紧拉力F F0 0，各螺栓要拧紧产生相同的夹紧力，各螺栓要拧紧产生相同的夹紧力2）普通螺栓联接）普通螺栓联接分析分析：各螺栓预紧拉力均为各螺栓预紧拉力均为F F0 0，各螺栓联接处产生相同的，各螺栓联接处产生相同的 摩擦力，并假设此摩擦力集中作用螺栓中心处摩擦力，并假设此摩擦力集中作用螺栓中心处, , 且方向垂直其到中心的向径。且方向垂直其到中心的向径。z螺栓数目ri 螺栓的向径Ks防滑系数ziiszsrfTKrrrfTKF1210.力矩平衡条件：力矩平衡条件：各螺栓所需受预紧拉力：各螺栓所需受预紧拉力：TKrfFrfFrfFsz02010

10、螺栓受拉力为：螺栓受拉力为：3 3 受轴向载荷受轴向载荷F F的螺栓组联接的螺栓组联接轴向载荷平行螺栓轴心线，各螺栓平均受力轴向载荷平行螺栓轴心线，各螺栓平均受力：此时螺栓除了受工作拉力此时螺栓除了受工作拉力F F外，外， 还受预紧力还受预紧力F F0 0作用作用zFFpDF42总轴向载荷：F F分析：分析：M作用前：各螺栓受作用前：各螺栓受预紧力预紧力F0 M作用后：一侧螺栓拉力增大，作用后：一侧螺栓拉力增大， 一侧螺栓拉力减少一侧螺栓拉力减少4 4 受倾覆力矩受倾覆力矩M M的螺栓组联接的螺栓组联接iziiLFM1平衡条件：1 1）螺栓的受力）螺栓的受力ziiziiLMLFLLFM12ma

11、xmax1max2maxmaxmaxLFLFii即：为平面）变形协调条件（底板仍受力最大的螺栓所受工作载荷为受力最大的螺栓所受工作载荷为 Li螺栓轴线到底板 轴线oo的距离2）被联接件和底板）被联接件和底板防止接合面被压溃：防止接合面被压溃：防止接合面出现缝隙：防止接合面出现缝隙：0 0min0maxmaxWMAzFWMAzFWMpppp则而 p查表57W抗弯截面系数maxmaxppp0maxminpp单个普通螺栓联接单个铰制孔用螺栓联接横向力横向力轴向力轴向力螺栓本身受拉伸螺栓本身受拉伸螺栓本身受剪切螺栓本身受剪切横向力横向力受拉螺栓受拉螺栓受剪螺栓受剪螺栓受力分析：受力分析：失效形式：受拉

12、螺栓 螺栓杆螺纹部分发生断裂 受剪螺栓 螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃 或螺栓杆被剪断设计准则： 受拉螺栓保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度受剪螺栓保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度56 56 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算螺栓联接螺栓联接一一 松螺栓联接强度计算松螺栓联接强度计算 （无（无0 0 ）紧紧螺栓联接 有预紧力，还有工作拉力有预紧力，还有工作拉力松松螺栓联接 无预紧力，只有工作拉力无预紧力，只有工作拉力 FddF4412156 56 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算校核设计紧螺栓联接紧螺栓联接二二 紧螺栓联接强度计算紧螺栓联接强度计算 （有（有0 ） M10M64的螺栓：预紧状态的

13、应力：有预紧力，还有工作拉力有预紧力，还有工作拉力只有预紧力，无工作拉力只有预紧力，无工作拉力 21043 . 1dFca紧螺栓紧螺栓拧紧拧紧拧紧力矩拧紧力矩剪应力剪应力拧紧拧紧预紧拉力预紧拉力拉应力拉应力1只有预紧力紧螺栓联接只有预紧力紧螺栓联接F0的大小与横向载荷有关3 . 1322ca5 . 02 2 受预紧力受预紧力0 0和工作拉力紧螺栓联接强度和工作拉力紧螺栓联接强度 紧螺栓紧螺栓拧紧预紧拉力加载工作拉力总拉力总拉力F2 0 += ？F F2 2 受预紧力受预紧力0 0和工作拉力紧螺栓联接强度和工作拉力紧螺栓联接强度 拧紧拧紧 伸长伸长 b F0 缩短缩短 m F0 FCCCFmbb

14、 螺栓螺栓 被联接件被联接件受载受载 再伸长再伸长 F2 放松放松 F1 变形协调条件：变形协调条件： 相同相同被联接件所受的压力，即残余预紧力即残余预紧力螺栓刚度螺栓刚度 螺栓的总拉力： bbFC0mmFC0FFFFF012FCCCFFmbm01被联接件刚度被联接件刚度变形力F0FF1 FF2mbm螺栓的相对刚度螺栓的相对刚度：1）要降低要降低F2，只有减少螺栓的相对刚度，只有减少螺栓的相对刚度， 即即Cm ， Cb 2）为保证联接的紧密性，为保证联接的紧密性， 应保证应保证F1 0（1）静强度公式：F不变不变mbbCCC 212123 . 1443 . 1FddF设计步骤：1）求工作载荷F

15、2）选定残余预紧力F13）求总拉力F24）强度计算（2）疲劳强度公式：F在在0F之间变化之间变化SSdFCCCcambba21minmax22因因F在在0F之间变化，则之间变化，则F2在在F0 F2之间变，应力在之间变，应力在max min之间变之间变210min212max44dFdF详见P85页变形力F0F1 FF2F时间 3 承受工作剪力的紧螺栓联接承受工作剪力的紧螺栓联接 204dF铰制孔用螺栓，承受剪切和挤压来平衡（横向）载荷铰制孔用螺栓，承受剪切和挤压来平衡（横向）载荷FppLdFmin0螺栓杆与孔壁的挤压强度：螺栓杆与孔壁的挤压强度：螺栓杆的剪切强度：螺栓杆的剪切强度：1）d0是

16、螺栓剪切面直径 2）Lmin螺栓杆与孔壁挤压 面的最小高度 3）p取两者之弱者 螺纹联接件材料的力学性能螺栓、螺钉、螺柱的性能等级，共十级见表5-8和表5-9如：4.8 表示：表示：B=400Mpa ，s=320Mpa 一一 螺纹联接件的材料螺纹联接件的材料57 螺纹联接件的材料及许用应力螺纹联接件的材料及许用应力二二 螺纹联接件的许用应力螺纹联接件的许用应力S、S、Sp安全系数 见表510：查表时不控制预紧力的联接要试算查表时不控制预紧力的联接要试算 （铸铁）钢）pBpsssSSSSpp ( mmFd06.246 .68240002 . 52 . 501R解解: 每个联接受横向载荷 F=R/

17、2=3000N1. 求预紧力F02.螺栓不断求d1取d=30mm, d1=26.21124.06 合适。 S=3.5 合适 KS=1.11.3, 取KS =1.2 F0 KS F/(fi)=1.23000/(0.151)=24000N :取4.6钢, 不严格控制预紧力S=240Mpa, S=3.5 , =S /S = 240 /3.5 = 68.6MpaP.87手册p.105例1.用两个普通螺栓固定一牵引钩, 已知R=6000N, (静载荷) f=0.15, 试求螺栓直径。KNZDpF02. 4841606 . 14/222(2)定残余预紧力F1 求F2 P.83(1)求单个联接的工作载荷F:

18、有紧密要求 , F1=1.51.8 F 取F1=1.8F (3) 螺栓强度计算(4)结构设计取5.8级, S=400Mpa (表5-8) 暂取S=4(不严格控制预紧力,静) =S/S = 100 Mpa p.87C1eD1D2取取Z=8例2:F2 = FF1 = 2.8 F = 11.3kN 一钢制液压油缸, 油缸壁厚为10mm, 油压p=1.6 Mpa , D2=160mm, 试计算其上盖的螺栓联接和螺栓分布圆直径D1。解:2525取d=16mm, 其d1=13.835mm13.7mm 合适取S=4 (表5-10) (不严格控制预紧力) 合适 mmFd7 . 143

19、 . 1421D1=D2+2C1+210=224mm取C1min=22mm 手册p.21螺栓间距 : t0=D1/Z=224/8 88mm 7d=716=112mm (表5-4 p.73) 满足要求手册p.105(4)结构设计:(螺栓分布圆直径D1图5-24 P.80)C1eD1D22525螺栓长度:L=225+10+16.4+0.316 =80mm 手册p.118、116螺栓联接的受力分析螺栓联接的受力分析指出图中受力最大的螺栓指出图中受力最大的螺栓TFA点螺栓受力最大点螺栓受力最大 A、B点螺栓受力最大点螺栓受力最大左左侧螺栓拉力侧螺栓拉力增大增大，右右侧螺栓拉力侧螺栓拉力减少减少作业:

20、p98-995-6(求出受力最大的螺栓所受力的大小）5-85-95-10 (Z=12; 严格控制预紧力 ;只计静强度)一一 降低影响螺栓疲劳强度的应力幅降低影响螺栓疲劳强度的应力幅58 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施降低螺栓的刚度：降低螺栓的刚度： 增加螺栓长度增加螺栓长度 采用腰状杆螺栓或空心螺栓采用腰状杆螺栓或空心螺栓增大被联接件的刚度：不用垫片或采用增大被联接件的刚度：不用垫片或采用 刚度较大的垫刚度较大的垫片片二二 改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象原因：原因：螺母与螺栓的变形性质不同螺母与螺栓的变形性质不同 螺母与螺栓的刚度不同螺母与螺栓的刚度不同改善措施改善措施：采用均载螺母（悬置螺母、内斜螺母采用均载螺母（悬置螺母、内斜螺母等）使螺母受拉或改变螺母牙受载位置等）使螺母受拉或改变螺母牙受载位置 采用钢丝螺套，利用其弹性来均载采用钢丝螺套，利用其弹性来均载三三 减少应力集中的影响减少应力集中的影响采用冷镦和滚压方法，提高疲劳强度措施：采用大圆角、卸载槽，加工措施：采用大圆角、卸载槽，加工 支承面、加球面垫圈支承面、加球面垫圈四四 采用合理的制造工艺方法采用合理的制造工艺方法凸台凹坑鱼眼坑57 螺螺 旋旋 传传 动动（要求高效率梯形、锯齿形、矩形多线） 螺旋副螺旋副传动一一. 类型类型:按按传导传