《机械设计基础》课件－+联接

1、1第8章 联 接第一节 键联接第二节 销和过盈联接第三节 螺纹联接联接的分类动联接：机器工作时，零部件之间可以有相对运动。 例如：机械原理中，各种运动副之间的联接。静联接：在机器工作中，不允许零部件之间存在相对运动的联接。静联接可拆联接：不须毁坏联接中的任何一个零件就可拆开的联接。 例如：螺纹联接、键联接。不可拆联接：至少毁坏联接中的一局部才能拆开的联接。 例如：铆接、焊接等。本章总结2第一节 键联接一、键联接的类型和结构功能：键主要用于零件与轴之间的周向固定以传递转矩。 转矩使零件产生转动的一个力矩,是外力矩 键标准件 设计键的主要任务选用和强度计算1.平键联接 靠键与轴槽、毂槽两侧面的挤压

2、以及键本身受剪切传递转矩。 工作面为侧面，承载能力大，结构简单，拆装方便，同心性好两零件中 心重合的性能，但不能承受轴向力。 普通平键 导向键与滑键 2.半圆键联接 3.楔键 4.切向键二、平键的选择和平键联接的强度计算三、花键联接3普通平键 普通平键圆头A型方头B型 用于静联接，按键端部形状分为三种: 单圆头C型4 导向键与滑键 用于动联接导向键联接滑键联接5 2.半圆键联接工作面工作原理：同平键工作面：两侧面装配方便，但键槽对轴的削弱较大。用于轻载联接。6 圆头楔键联接 平头楔键联接 钩头楔键联接 3.楔键分普通楔键、钩头楔键工作面：上、下两面。工作原理：靠上、下两个面上的摩擦力传递转矩。

3、承载能力小，轴上零件的同心性不好。适用于对中精度要求低的静载。7斜度1：100 装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120130 。窄面工作面4.切向键一对楔键组成 两楔键挤压后的上下面为工作面，沿轴的切线方向楔紧；只能传递单方向扭矩。适用于大载荷，同心性要求不严的场合。在重型机械中常采用。8二、平键的选择和平键联接的强度计算1.选择根据联接的结构特点、使用要求和工作条件选择键的类型；根据轴的直径从标准中选出键的截面尺寸bh；根据轮毂宽度确定键的长度L，导向平键按滑动距离确定L 。材料：用抗拉强度b600MPa的碳钢，用的最多

4、的45钢。(P123)P156标记实例： 圆头普通平键(A型): 键16100 GB/T1096-2003 (b=16,L=100)方头普通平键(B型): 键B16100 GB/T1096-2003单圆头普通平键(C型) : 键C16100 GB/T1096-2003平键的标记： P1569二、平键的选择和平键联接的强度计算2.失效形式 静联接 ：工作面被压溃动联接 ：工作面过度磨损。3. 校核计算静联接：按挤压强度 动联接：按工作面压强 假设强度不够时，可采用两个键按180布置。考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按1.5个键计算。特别注意：式中 l工作长度，不是键长L。10三、花键联接1花

5、键联接的特点 承载能力高，对轴的削弱小，应力集中小，定心好，导向性能好； 加工需专用机床，本钱高； 常用于汽车、拖拉机和机床中需换挡的轴毂联接中。2花键联接的类型和结构3、强度计算主要失效形式： 压溃静联接 磨损动联接一般进行挤压强度 或耐磨性计算。11矩形花键联接小径定心。定心精度高，稳定性好，常用于中、轻载情况下。渐开线花键联接齿形定心，有自动平衡定心功能，各齿均匀受载。承载能力大、使用寿命长、定心精度高、工艺性好，宜用于载荷大、尺寸也较大的联接。30，ha*=0.5 zmin=4花键联接的类型和结构图齿根较厚，强度高；加工同齿轮，精度高。12第二节 销和过盈联接一、销联接1. 用途定位销

6、: 用来固定零件之间的相对位置，如剖分式减速器箱体定位销。联接销: 组合加工和装配时的重要辅助零件。平安销：平安装置中的过载剪断元件。2. 根本形式普通圆柱销 普通圆锥销 带螺纹的圆锥销开尾圆锥销 小端带外螺纹圆锥销二、过盈联接 13销联接图定位销平安销联接销 开尾圆锥销 带螺纹的圆锥销14二、过盈联接 1. 概念 过盈联接是利用零件间的过盈配合形成的联接，其配合外表常为圆柱面 。2. 装配方法 压入法、温差法或液压等方法装配。3. 工作原理 靠配合面间的压力产生的摩擦力传递转矩或轴向力。4. 特点 结构简单,定心性好,承载能力高,承受变载和冲击的性能好,还可防止零件因开键槽而被削弱。缺点是配

7、合面加工精度要求较高,装拆不便。15第三节 螺纹联接一、螺纹及根本参数 二、螺旋副受力分析、效率与自锁三、机械制造常用螺纹四、螺纹联接的类型和螺纹联接件五、螺纹联接的预紧和防松六、螺纹联接的强度计算七、螺纹联接件的材料及许用应力16螺纹的形成一、螺纹及根本参数d2螺旋线-将直角三角形ABC AB d2 、 BCS卷在直径为d2圆柱体上，并使AB边绕在圆柱体底面上，那么斜边 AC在圆柱体上就形成螺旋线。螺纹-任取一平面图形( 如三角形、矩形、梯形) 使其一边紧靠在圆柱体母线上，将该图形沿螺旋线移动，并保持平面图形始终通过圆柱体轴线，即可形成螺纹。螺纹d4线螺纹单线螺纹P22P1717按螺纹的旋向

8、分按回转体的内外外表分按螺旋的作用分按母体形状分按螺旋线数目，螺纹分单线螺纹与多线螺纹， 线数一般不超过4。图示按螺旋线旋向，螺纹分左旋螺纹与右旋螺 纹，一般采用右旋螺纹。螺纹有内、外螺纹之分，两者旋合组成螺 旋副或称螺纹副。一、螺纹及根本参数右旋 左旋内螺纹外螺纹18 按应用可分： 联接螺纹：普通三角形；管螺纹 传动螺纹：梯形；锯齿形；矩形。 一、螺纹及根本参数1、常用的螺纹牙型、特点及应用2、根本参数矩形螺纹三角形螺纹30梯形螺纹15锯齿形螺纹303联接与传动螺纹管螺纹19圆柱螺纹圆锥螺纹管螺纹返回20联接螺纹传动螺纹返回211、常用的螺纹牙型、特点及应用梯形螺纹结构：牙形角特点：效率较高

9、、牙根强度较大、工艺性好 应用：用于传动 矩形螺纹 结构：牙形角性能：效率较高、牙根强度小、工艺性差 应用：用于传动 矩齿形螺纹 结构：工作面的牙型斜角为3 非工作面的牙型斜角为30 性能：效率较高、牙根强度较大、工艺性好 应用：用于单向传动 结构：牙形角特点：联接紧密，内外螺纹无间隙 应用：密封性要求较高的场合 管 螺 纹结构：牙形角性能：自锁性好,牙根强度高，工艺性好 应用：用于联接 三角形螺纹22 大径D 螺纹的公称直径。 小径D1 用于强度计算。 中径 (D2 ) 用于几何尺寸计算。 线数 也称头数，螺纹的螺旋线数目。 = l，2，3，4， = l，自锁性好，用于联接； = 2，3，4

10、 效率高，用于传动。 螺距 螺纹相邻两牙在中径 上对应两点 间的轴向距离。 导程 螺纹上任一点沿同一条螺旋线转 一周所移动的轴向距离。S=nP 升角 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。 牙型角 螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边 的夹角。 牙侧角 轴向剖面内，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的 垂线间的夹角。对三角形、梯形等对称牙型， 。2、根本参数螺距与导程23二、螺旋副受力分析、效率与自锁一矩形螺纹 简化：1将螺母简化成一滑块(重块)； 2滑块沿螺纹运动看成滑块沿螺纹中径d2展开的斜面的运动。 1、拧紧螺纹时，滑块沿斜面等速上升2、松开螺纹时，滑块沿斜面等速下滑 结论：滑块

11、在重力作用下，有向下加速运动趋势；滑块不能在重力作用下自行下滑，即处于自锁状态。即：再大的Fa都不能使滑块下滑。教材P133Fa轴向载荷；F作用于中径处的水平推力。24 二、螺旋副受力分析、效率与自锁二非矩形螺纹 三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹引入当量摩擦角 ，就可将矩形螺纹的受力分析用于非矩形螺纹。 与矩形螺纹分析相同，当 ，螺旋具有自锁特性，如不施加驱动力矩，无论轴向驱动力Fa多大，都不能使螺旋副相对运动。考虑极限情况，非矩形螺纹自锁条件为：用于连接的螺纹必须满足自锁条件。牙侧角当量摩擦角 25 二、螺旋副受力分析、效率与自锁螺旋副的效率螺旋副的效率为：有效功与输入功之比。按螺旋转动一圈

12、计算，输入功为 ，此时升举滑块重块所作的有效功为FaS，故螺旋副效率为：当 一定时，效率只是 的函数， 增加n可提高效率。但n过多，加工困难，n一般不超过4。一般 不大于25，过大的 ，加工困难且效率增大不显著。教材P135式(108)26 三、机械制造常用螺纹1、连接用螺纹连接用螺纹，要求自锁性好。 要大，因 要大，即 要大，也即 要大，因此，多采用三角形螺纹普通螺纹、管螺纹。1三角形螺纹普通螺纹 牙型角分：粗牙螺纹螺距最大的和细牙螺纹。 对细牙螺纹，d相同下，d1大，强度高； P小、d2大， 小，自锁性好。 单线普通螺纹在静载荷下均能自锁。2管螺纹 密封性较好，主要用于水、煤气管路连接中。

13、27 三、机械制造常用螺纹 2、传动用螺纹 传动用螺纹，要求效率高。因为： 所以 要小， 要小，即 要小，也即 要小，因此，多采用梯形螺纹 和锯齿形螺纹。 1梯形螺纹 2锯齿形螺纹 工作面 ，只适用于承受单方向的轴 向载荷。 螺纹根本尺寸与标记，见P136138 ，表101、表102、表103。 如M24， M241.528四、螺纹联接的类型和螺纹联接件普通螺纹联接的类型 2.双头螺柱联接3.螺钉联接4.紧定螺钉联接1.螺栓联接291.螺栓联接 在被联接件上开有通孔，被联接件孔中不加工螺纹。结构简单，装拆方便，使用时不受被联接件材料的限制，应用极广。普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接普通螺栓联接 螺

14、栓杆与被联接件孔壁之间有间隙。通孔加工精度低，本钱低，应用最广。铰制孔用螺栓联接 螺栓杆与被联接件孔壁之间无间隙。孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合(H7m6、H7n6)，能精确定位，能承受横向载荷，被联接件需钻孔、铰孔，本钱高。301.螺栓联接312.双头螺柱联接3.螺钉联接3.螺钉联接 被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。只用螺钉，不用螺母，直接把螺钉拧进被联接件的螺钉孔中。适用于载荷较轻，且不经常装拆的场合。 螺钉联接双头螺柱联接2.双头螺柱联接 用两头均有螺纹的螺柱和螺母把被联接件联接起来, 被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。适用于被联接件之一厚度很大，而又不宜钻通孔，但又经常拆卸的地方

15、。324.紧定螺钉联接 利用拧入被联接件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的外表，以固定零件的相对位置，可传递不大的力或转矩。33四、螺纹联接的类型和螺纹联接件 常用的螺纹联接件有：螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母和垫片等。 这些零件都是标准件，结构、形状、尺寸都制定有国家标准，设计时可根据有关标准选用。图1 图2 图3 图4 图5常见螺纹联接件34返回35返回36返回37返回38返回39五、螺纹联接的预紧和防松1螺纹联接的预紧 拧紧的目的 防松方法 1.摩擦防松 保证螺纹副间有足够的轴向压力和摩擦力矩 对顶螺母，弹簧垫圈 。 结构简单、使用方便。2.机械防松 在联接中参加其它机械元件) 开口销、止动垫

16、圈，串联铁丝等。 适用于冲击振动载荷，重要场合使用，本钱高。3.永久防松 粘、铆、焊等。2螺纹联接的防松 限制螺旋副的相对转动，以防止联接的松动，影响正常工作。1.提高联接的紧密性2.防止联接松动3.提高联接件强度防松的实质拧紧力矩T=T1+T2T1螺纹副相对转动的阻力矩；T2 螺母支承面上的摩擦阻力矩。T0.2Fad P141 (10-10)式螺纹连接拧紧程度凭工人经验，对重要的螺纹连接，控制T,可采用测力矩扳手或控制拧紧前后螺栓的伸长量。40返回411. 摩擦防松对顶螺母防松弹簧垫圈防松42止动垫片防松2.机械防松43焊接 铆冲3.不可拆卸防松44六、螺纹联接的强度计算概述1松螺栓联接强度

17、计算2紧螺栓联接强度计算 只受预紧力的紧螺栓联接 既受预紧力又受轴向工作拉力的紧螺栓联接 受横向载荷的紧螺栓联接45概述步骤： 根据失效形式和相应的强度计算准那么，计算螺纹小径d1或光杆直径d0 ，按标准选取公称直径d 。 螺栓与螺母的螺纹牙及其他各局部尺寸是根据等强度原那么及使用经验规定的。采用标准件时，这些局部都不需要进行强度计算。 所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。 46失效分析及计算准那么受拉螺栓 静载荷下，失效形式主要为螺纹牙的塑性变形 和断裂。 变载荷下，失效形式为应力集中处的疲劳断裂。 计算准那么满足螺栓的拉伸强度条件。 螺杆或

18、通孔孔壁的压溃 或螺杆被剪断。 计算准那么 满足螺栓的挤压强度和剪切强度条件。概述失效形式失效形式受剪螺栓失效部位47 安装时，不受力。 工作时，轴向拉力 。如右图。1松螺栓联接强度计算为螺纹小径，mm。螺栓材料的许用拉应力，Mpa；起重钓钩末端螺栓联接a48螺栓受由预紧力 产生的拉应力对于M10M68普通螺纹的钢制螺栓，取 和 的平均值，并取 只受预紧力的紧螺栓联接 螺栓材料为塑性材料，根据第四强度理论可求出计算应力：得强度条件为：结论：扭转的影响可用增大拉应力的30来考虑，不再单独考虑扭矩。 紧螺栓联接装配时，螺母需要拧紧。拧紧力矩T螺栓受螺纹副间的摩擦力矩产生的扭转剪应力危险截面由此可得：49F0F既受预紧力又受轴向工作拉力的紧螺栓联接工作前预紧力F0载荷及变形情况 螺栓伸长量 ，被联接件压缩量工作时工作拉力FE载荷及变形情况 螺栓总伸长量为 ，被联接件剩余变形量为 ，剩余预紧力为FR 螺栓中总拉力 Fa = FE + FR Fa FE + F0FR与螺栓刚度、被连接件刚度、预紧力F0及工作载荷FE有关，详见相关文献。螺栓危险截面的拉伸强度条件为：对于有密封性要求的联接：一般联接，工作载荷稳定时： 工作载荷不稳定时：例题 P148 例104刚度单位变形所需的力50返回51 螺栓与螺栓孔间有间隙，靠安装时拧紧螺栓，在两板之间