机械基础之连接

1、机械基础之连接第1页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四7-1 总 论静联接动联接运动副机械设计基础联接与动力源组合零件构件机构机器静联接动联接(运动副)可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等不可拆联接：铆接、焊接、胶接等联接第2页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四7-2 螺纹联接一、螺纹的主要参数二、螺旋副力学特性三、螺纹常用类型四、螺纹联接件主要类型五、螺纹联接防松装置六、螺栓联接的计算七、螺栓材料和许用应力机械设计基础联接第3页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四一、螺纹的主要参数1 螺纹形成螺旋线形成：倾斜线绕在圆柱体上形成的曲线螺

2、纹形成：平面图形沿螺旋线形成三角形、矩形、梯形、锯齿形、半圆形螺纹螺旋线的数目(线数):单线、多线机械设计基础联接旋向(螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋问题：旋向判断 ？粗牙螺纹 一般联接细牙螺纹 d1大、强度大、自锁性好，常用于变载d2SP联接传动第4页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四螺纹旋向判断旋向(螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋旋向判断:(1)轴线垂直放，右边高右旋 左边高左旋机械设计基础联接(2)右手旋，前进右旋 左手旋，前进左旋第5页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四d22 主要参数大径d、D：最大直径公称直径小径d1：外螺

3、纹的危险剖面直径 强度直径中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽宽与牙的宽度相等 计算直径螺距P：相邻两牙轴向距离导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，S = nP机械设计基础联接升角y ：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角牙型角a ：螺纹两侧边的夹角d1D, dSP第6页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四二、螺旋副力学特性螺旋副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动当螺杆和螺母之间受到轴向力Q时，拧动螺杆或螺母，螺旋面间将产生摩擦力1 斜面摩擦2 槽面摩擦3 矩形螺纹4 三角形螺纹5 螺纹联接的拧紧力矩机械设计基础联接第7页，共53页

4、，2022年，5月20日，2点49分，星期四1 斜面摩擦分析使滑块等速运动所需要的水平力等速上升：平衡条件：驱动力：等速下滑：平衡条件：维持力：自锁条件：当y r时，F 0，原工作阻力F反向作用，作为驱动力时，滑块才能移动结论：当 y r 时，滑块自锁yyFQR21y+r v12QFN21F21v12FQyrR21R21QFN21F21rR21r机械设计基础联接第8页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四2 槽面摩擦力分析：摩擦力：当量摩擦角：12Q2rvQ思考: 与平面摩擦比较？结论：槽面的摩擦力大于平面的摩擦力机械设计基础联接1111Pv121R21N21F21Q第9页，共

5、53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四3 矩形螺纹螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动 滑块沿斜面运动假设：1)载荷分布在中线上; 2)单面产生摩擦力螺旋升角Qd2dd1ys =z pv12rR21nnFQy拧紧力拧紧力矩防松力防松力矩自锁条件y r效率机械设计基础联接第10页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四4 三角形螺纹反力摩擦力当量摩擦角QN/2N/2QNN900-900-机械设计基础联接拧紧力拧紧力矩防松力防松力矩第11页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四三角形螺纹（续）效 率自锁条件QN/2N/2QNN900-900-y rv思考：1.

6、矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动？2. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种易自锁，宜用于联接？机械设计基础联接第12页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四5 螺纹联接的拧紧力矩目的：防止松动提高可靠性、强度、紧密性螺母拧紧时预紧力Fs拧紧阻力矩 T 的大小： ？螺旋副间的摩擦力矩 T1 ：螺母与支承面间摩擦力矩 T2 ：机械设计基础联接螺栓预紧拉力F0被联接件预紧压力F0施加在扳手上的力FTTFsFsT1T2第13页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四控制拧紧力矩的扳手定力矩扳手测力矩扳手机械设计基础联接第14页，共53页，2022年，5月20日，2点49分

7、，星期四控制拧紧力臂选择扳手长度机械设计基础联接第15页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四三、螺纹常用类型1. 三角形螺纹 (M)普通螺纹:60，f 大，易自锁 粗牙:牙高, d1小, 大细牙:牙浅, d1大, 小, 更易自锁管螺纹:55，紧密 , 无径向间隙2. 梯形螺纹 (Tr)：30、153. 锯齿形螺纹(S)：33、工34. 矩形螺纹 ：联接螺纹：普通三角螺纹、锥螺纹、管螺纹(英制) （小，单线，自锁好）传动螺纹：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹（小、大，多线，效率高）机械设计基础联接第16页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四四、螺纹联接件主要类型1

8、 标准螺纹联接件螺栓普通螺栓 铰制孔螺栓双头螺栓螺钉联接螺钉紧定螺钉、自攻螺钉螺母：六角螺母、圆螺母垫圈：平垫圈、斜垫圈螺纹联接件通过组合形成螺纹联接机械设计基础联接第17页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四2 螺纹联接的基本类型螺栓联接普通螺栓联接铰制孔螺栓联接双头螺栓联接螺钉联接螺钉联接紧定螺钉、自攻螺钉联接其它联接：地脚螺栓、吊环螺钉螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、装拆要求等进行选择机械设计基础联接第18页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四螺栓联接普通螺栓联接特点：孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：经常装拆的一般场合铰制

9、孔螺栓联接特点：孔与杆间无间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：承受横向载荷的场合机械设计基础联接第19页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四双头螺栓、螺钉联接双头螺栓联接特点：孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：用于被联接件之一较厚、经常装拆的场合螺钉联接特点：孔与杆间无间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：被联接件之一较厚，且不常装拆的场合机械设计基础联接第20页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四紧定螺钉联接适用场合：多用于轴上零件的固定，传递较小的力锥端螺钉联接平端螺钉联接圆柱端螺钉联接机械设计基础联接第21

10、页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四其他联接地脚螺栓联接、吊环螺栓联接、 T形槽螺栓联接机械设计基础联接第22页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四五、螺纹联接防松装置问题：为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法？静载荷：rv(自锁) + 预紧后摩擦力防止松动动载荷：摩擦力减小、消失不可靠螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动螺纹联接防松的方法按工作原理可分为:1 摩擦防松2 机械防松3 其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）机械设计基础联接第23页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四1 摩擦防松使螺纹接触面间始终保持一定的压

11、力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母(双螺母)防松机械设计基础联接第24页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四对顶螺母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对顶螺母防松机械设计基础联接第25页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四2 机械防松用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性开口销、止动垫圈、串联钢丝防松机械设计基础联接螺栓开槽螺母开口销装配图第26页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四止动垫圈防松用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对

12、转动的可能性机械设计基础联接第27页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四串联钢丝防松机械设计基础联接用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性第28页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四3 其它：破坏螺纹副关系焊接铆冲机械设计基础联接第29页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四六、螺栓联接的计算松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力紧螺栓联接：有预紧力，还有工作拉力1 失效形式2 设计步骤3 松螺栓联接强度设计4 紧螺栓联接强度设计仅受预紧力的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接受偏心载荷的紧螺栓联接机械设

13、计基础联接螺栓组联接第30页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四1 失效形式失效形式： 1. 螺栓杆拉断（普通螺栓） 2. 螺纹压溃和剪断（受剪螺栓） 3. 经常装拆因磨损而发生滑扣普通螺栓主要为螺纹部分发生断裂受剪螺栓(铰制孔螺栓)主要为压溃和剪切机械设计基础联接第31页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四2 设计步骤一般设计步骤：螺栓组受力和失效分析找出受力最大的螺栓 单个螺栓受力分析和失效分析 单个螺栓强度计算确定螺栓的尺寸（直径、长度）试算法：先选定一个螺栓直径d 查计算d1。若d1与d1（假定的小径）相近，则合用；否则再选机械设计基础联接第32页，

14、共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四3 松螺栓联接强度设计受载荷形式轴向拉伸(工作拉力F)失效形式螺栓拉断 (静、疲劳)设计准则保证螺栓拉伸强度强度条件： ss 设计计算方法：校核式 :设计式:机械设计基础联接F第33页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四4 紧螺栓联接强度设计(1) 仅受预紧力的紧螺栓联接受载荷形式拧紧后:轴向拉伸(工作拉力Fs) 拧紧过程中:轴向拉伸Fs 、扭力T失效形式螺栓拉断 (拉、扭综合作用)设计准则保证螺栓拉伸强度强度条件： ss 设计计算方法：校核式 :机械设计基础联接TFsFs拧紧力矩T剪应力预紧拉力FS拉应力设计式:第34页，

15、共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四(2) 受横向载荷的紧螺栓联接受载荷形式工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力 FS作用 （拧紧过程中:轴向拉伸FS 、扭力T） 拧紧后: 预紧力 Fs失效形式 相同否？两种情况的工作原理不同！机械设计基础联接普通螺栓铰制孔螺栓第35页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四受横向载荷的普通螺栓联接受载荷形式拧紧过程中:轴向拉伸Fs 、扭力T失效形式螺栓拉断 (拉、扭综合作用)设计准则保证螺栓拉伸强度强度条件： ss 设计计算方法：问题：预紧力Fs应满足的条件?与横向载荷F有何关系？依据：被联接件不滑移界面摩擦力F即：机械设计基础联接

16、FSFSFFTFSFS校核式 :设计式:讨论：f=0.2时，FS=?F第36页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四受横向载荷的铰制孔螺栓联接受载荷形式拧紧过程中:轴向拉伸Fs 、扭力T(预紧力小，计算时可忽略) 工作时：横向载荷F失效形式侧面压溃及螺栓剪切设计准则保证挤压、剪切强度强度条件： spsp、t t 设计计算方法：挤压强度：剪切强度：机械设计基础联接第37页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四讨论：普通螺栓受横向载荷F时，为保证结合面不发生滑移，靠结合面的摩擦力抵抗F预紧力Fs的大小，根据接合面不发生滑移的条件确定f=0.2时，FS=6F结论：横向

17、载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓宜采用铰制孔螺栓必须采用普通螺栓时，应配合减载销、键或减载套筒使用减载装置强度计算同铰制孔螺栓计算机械设计基础联接FSFsFFT第38页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四(3) 受轴向载荷的紧螺栓联接受载荷形式拧紧过程中: 轴向拉伸Fs 、扭力T工作时，再承受工作载荷F此时，螺栓所受的总拉力:F0 = FS+F ?机械设计基础联接TFSFSFFF0F0须根据静力平衡方程和变形协调条件求解第39页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四受力和变形关系变形协调条件:l1= lb = l机械设计基础联接F0F+FSF0=F+FS1b

18、D1DbTFSFSFFF0F0FsFsFsFs预紧FS受载F螺栓被联接件拉力FS，伸长l1压力FS，压缩lb拉力F0, 伸长l1+ l1压力FS, 压缩lb -lb未预紧未受力、无变形未受力、无变形FF第40页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四受力变形线图应变与力关系:机械设计基础联接FS：残余预紧力防止受载后接合面产生缝隙根据紧密性要求选取，见p97预紧FS受载F螺栓被联接件拉力FS，伸长l1压力FS，压缩lb拉力F0, 伸长l1+ l压力FS, 压缩lb -l未预紧未受力、无变形未受力、无变形形变力F1bFSFF0FS被联接件螺栓b第41页，共53页，2022年，5月2

19、0日，2点49分，星期四受轴向载荷螺栓强度计算螺栓受到的总拉力F0= F+ FS则螺栓强度计算公式：机械设计基础联接校核式 :设计式:第42页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四(4) 受偏心载荷的紧螺栓联接螺栓受到的总拉力除工作时总拉力外，还附加偏心弯矩作用，螺栓总拉应力大很多避免受偏心载荷方法：避免使用钩头螺栓；加工凸台或凹台使支撑面平整机械设计基础联接第43页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四七、螺栓材料和许用应力材料：一般用途：低碳钢或中碳钢 (3545及Q235Q275)重要联接：合金钢（ 40Cr、30CrMnTi ）国标(GB/T 3098.

20、1_2000)规定螺栓按材料的力学性能分出十个等级：3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9规则：小数点前数字表示sB/100, 小数点后数字表示10sS/sB如：5.8级：表示sB=500MPa ，sS=400MPa许用应力：表7-1机械设计基础联接计算螺栓小径时采用试算法来选用第44页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四7-3 键联接一、键联接的分类及结构二、键的强度校核三、花键联接机械设计基础联接第45页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四一、键联接的分类及结构目的：键是用来实现轴与轴上零件的

21、周向固定以传递转矩（静联接），或实现轴上零件的轴向固定或轴向移动（动联接 ）它是标准件分类：机械设计基础联接键联接松联接紧联接楔键（静联接，单向轴向固定）平键半圆键 （静联接）普通平键 （静联接）导向平键 （动联接）花键第46页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四1 松联接（1）平键联接结构:键两侧与键槽相配合(静联接为过渡配合, 动联接为间隙配合), 上端面与轮毂键槽底面有间隙工作原理:两侧面是工作面，靠两侧面挤压传递转矩失效形式:静联接：工作面挤溃，键剪断动联接：工作面磨损特点：结构简单，装折方便，对中性好，承载能力大，应用广泛成对使用:承载能力不够时采用, 按 180布置两个键。一对平键按1.5 个键计算机械设计基础联接第47页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四平键分类普通平键(圆头)型：立铣刀，键定位好，轴应力集中大(平头)型：盘铣刀，轴向键无定位，应力集中小(单圆头)型：立铣刀加工，用于轴端导向平键键固定于轴上, 滑移距离小机械设计基础联接第48页，共53页，2022年，5月20日，2点49分，星期四(2) 半圆键联接结构: 工作原理: 两侧面是工作面，侧面挤压传递转矩构造与加工:键: 用圆钢切制或冲压后磨削键槽