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文档简介
`教师(jiàoshī):曾钢机电(jīdiàn)与信息工程学院机电(jīdiàn)工程系
绪论第一章平面机构的自由度和
速度分析第二章平面连杆机构第三章凸轮机构第四章间隙运动机构第五章机械的调速和平衡第六章机械零件设计和计算概论
第七章连接第八章带传动和链传动第九章齿轮传动第十章蜗杆传动第十一章轮系、减速器和无级变速传动第十二章轴第十三章轴承第十四章联轴器、离合器和制动器第十五章弹簧第十六章电力电气设备零件第十七章现代机械设计方法简介200948学时精品资料
第七章连接(liánjiē)
7-1螺纹连接(liánjiē)(p.77)(联结)7-2键连接(liánjiē)精品资料
第七章连接(liánjiē)7-1螺纹(luówén)连接(p.77)
(一)螺纹及其主要参数(二)螺旋副的力的关系、效率和自锁(三)机械制造中常用螺纹种类及标准(四)螺纹连接件的主要类型
(五)螺纹连接的防松装置(六)螺拴连接的计算(七)螺拴的材料和许用应力精品资料
第七章连接(liánjiē)
不可拆连接(liánjiē):铆、焊可拆连接(liánjiē):螺纹、键、销和楔机器连接分两类:零件构件部件机器连接连接连接连接静连接动连接运动副运动副静连接精品资料(一)螺纹(luówén)及其主要参数螺纹(luówén)连接是利用带有螺纹(luówén)的零件构成的可拆连接。
第七章连接
精品资料
第七章连接(liánjiē)
(一)螺纹(luówén)及其主要参数精品资料螺纹(luówén)连接(一)螺纹及其主要参数◆螺纹的形成如图所示,将一底边长度ab等于πd1的直角三角形abc绕在一直径为d1的圆柱体上,并使底边ab绕在圆柱体的底边上,则它的斜边ac在圆柱体上便形成一螺旋线。取任一平面图形,使它的一边靠在圆柱的母线上并沿螺旋线移动,移动时保持该图形的平面通过圆柱体的轴线,就可以得到(dédào)相应的螺纹。abca
●
螺旋线精品资料中国矿业大学(北京)机械设计基础a)三角形螺纹b)矩形(jǔxíng)螺纹c)梯形螺纹d)锯齿形螺纹e)半圆形螺纹图7-2按平面图形(túxíng)的形状,螺纹可分为:三角形螺纹(图7-2a)矩形螺纹(图7-2b)梯形螺纹(图7-2c)锯齿形螺纹(图7-2d)半圆形螺纹(图7-2e)螺纹连接图7-1精品资料按螺旋线的数目(shùmù)分单线(dānxiàn)双线三线多线螺纹旋向:左旋螺纹,右旋螺纹(常用)。精品资料(3)中径d2d1d2d(1)大径d(2)小径d1(4)螺距(luójù)P(5)导程S(6)螺纹(luówén)升角ψ(7)牙型角
αtgψ=πd2
nP
αψS=nP螺纹的主要几何参数SPP/2P/2精品资料按螺纹(luówén)的牙型分螺纹(luówén)的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹精品资料(二)螺旋(luóxuán)副中力的关系、效率和自锁1矩形(jǔxíng)螺旋副为例(p.79)如图所示,在外力(或外力矩)作用下,螺旋副的相对运动,可看作推动滑块沿螺纹表面运动。一对内、外螺纹零件构成螺旋副。精品资料如图所示,将矩形螺纹(luówén)沿中径d2处展开,得一倾斜角为的斜面,斜面上的滑块代表螺母,螺母与螺杆的相对运动可看成滑块在斜面上的运动。精品资料如图所示,当滑块沿斜面向上等速运动(děnɡsùyùndònɡ)时,所受作用力包括轴向载荷FQ、水平推力F、斜面对滑块的法向反力FN以及摩擦力Ff。 由力FR、F和FQ组成的力多边形封闭图得F=FQtan(
+r)
轴向载荷(zàihè)水平推力斜面对滑块的法向反力摩擦力Ff合力FRFN与Ff的合力为FR,Ff=fFN,f为摩擦系数,FR与FN的夹角为摩擦角r。精品资料 转动(zhuàndòng)螺纹所需的转矩为举升重物(zhònɡwù)所作有效功为W2=FQ×S=FQpd2tan。螺旋副的效率为螺母旋转一周所需的输入功为=精品资料效率h与螺纹升角和摩擦角r有关.螺旋线的线数多、升角大,则效率高,反之亦然。
当r一定时,对式求极值,可得当升角40°时效率最高。螺纹升角过大,螺纹制造很困难,而且(érqiě)当>25°后,效率增长不明显,因此,通常升角不超过25°。精品资料如图示,当滑块沿斜面等速下滑时,轴向载荷FQ变为驱动滑块等速下滑的驱动力,F为阻碍滑块下滑的支持力,摩擦力Ff的方向与滑块运动方向相反。由FR、F和FQ组成的力多边形封闭图得F=FQtan(
-r)
螺旋(luóxuán)副的自锁精品资料螺母反转一周时的输入功为W1=FQS,输出(shūchū)功为W2=Fpd2,则螺旋副的效率为由式可知,当r时,h0,说明无论FQ力多大,滑块(即螺母(luómǔ))都不能运动,这种现象称为螺旋副的自锁。h=0表明螺旋副处于临界自锁状态。
r
因此螺旋副的自锁条件是精品资料设计螺旋副时,对要求正反转自由运动的螺旋副,应避免自锁现象。工程中也可以应用螺旋副的自锁特性,如起重(qǐzhònɡ)螺旋做成自锁螺旋,可以省去制动装置。精品资料非矩形螺纹是指牙形角a不等于零的螺纹,包括三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。如图所示,非矩形螺纹的螺母(luómǔ)与螺杆相对运动时,相当于非矩形断面滑块斜槽内滑动。2三角形螺纹(luówén)副(p.81)精品资料非矩形螺纹的受力分析(fēnxī)与矩形螺纹的受力分析(fēnxī)过程一样,而矩形螺纹与非矩形螺纹的不同之处在于,在相同轴向载荷FQ作用下,非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹大。
不同(bùtónɡ)螺纹副间的受力螺母螺杆矩形三角形螺杆螺母精品资料F=FQtan(
+r’)
r’
自锁条件(tiáojiàn)FN=FQ/
2sin
=FQ/
2cos
Ff=2f.FN=(f/
cos).FQ=f
’
.FQf’当量(dāngliàng)摩擦系数三角形螺纹中的摩擦阻力大于矩形螺纹。由r’
=arctanf
’
=arctan(f/
cos)
螺旋副效率三角形螺纹看成楔形滑块在斜槽内滑动
摩擦力精品资料引入当量摩擦系数f’和当量摩擦角r’来考虑非矩形螺纹(luówén)法向力的增加量,即用当量摩擦角r’代替r三角螺纹自锁性能比矩形螺纹好,静联接螺纹要求自锁,故多采用牙形角大的三角螺纹。传动螺纹要求螺旋副的效率h要高,一般(yībān)采用牙形角较小的梯形螺纹。精品资料 螺纹(luówén)连接装配时,一般都要拧紧螺纹(luówén),使连接螺纹(luówén)在承受工作载荷之前,受到预先作用的力,这就是螺纹(luówén)连接的预紧,预先作用的力称为预紧力。3螺纹连接(liánjiē)的拧紧力矩(p.82)螺纹连接的预紧螺纹连接预的目的在于增加联接的可靠性、紧密性和防松能力。精品资料如图所示,在拧紧螺母时,螺栓受预紧力Fs,被连接件受预紧压力Fs,需要克服(kèfú)螺纹副相对扭转的阻力矩和螺母与支承面之间的摩擦阻力矩,即拧紧力矩T=T1+T2。LSFtD1拧紧螺母时的力矩(lìjǔ)计算精品资料精品资料——螺纹副间有效(yǒuxiào)圆周力精品资料(rm——支承面摩擦(mócā)半径)L——扳手(bānshou)长度拧紧力矩精品资料T≈0.2Fsd
N·mm若螺纹连接的预紧力为Fs,螺栓直径为d,则紧拧紧力矩T可以(kěyǐ)按近似公式计算精品资料螺纹(luówén)连接图7-9(三)机械制造中常用螺纹种类(zhǒnglèi)及标准图7-9表示了机械制造中常用螺纹的类型:图a为三角形螺纹,图b为管螺纹,图c为矩形螺纹,图d为梯形螺纹,图e为锯齿形螺纹。精品资料(三)常用螺纹(luówén)连接件类型(p.83)(1)普通螺纹普通螺纹以大径d为公称直径,同一(tóngyī)公称直径可以有多种螺距,其中螺距最大的称为粗牙螺纹,其余的统称为细牙螺纹。60˚粗牙螺纹应用最广。细牙螺纹的优点:升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点:不耐磨易滑扣。应用:薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。Pd粗牙dP细牙dP细牙1三角形螺纹精品资料dd2d1P用螺纹(luówén)密封的管螺纹(luówén)普通(pǔtōng)细牙螺纹(2)管螺纹非螺纹密封管螺纹(圆柱管壁α=55˚)用螺纹密封管螺纹(圆锥管壁α=55˚)60˚圆锥管螺纹公称直径----管子的公称通径(英制)。强调与普通螺纹不同55˚55˚非螺纹密封的管螺纹dd2d1Pφ2φ精品资料3梯形(tīxíng)螺纹:梯形锯齿形30º3º30º为了减少摩擦和提高效率,这两种螺纹的牙侧角β比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时,梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙,应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高,但只适合(shìhé)单向传动。4锯齿形螺纹:常用于传动。β=15ºβ=3º粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见表(或查阅相关机械设计手册)。螺纹的基本尺寸:2矩形螺纹:精品资料7-1螺纹(luówén)连接(p.77)
第七章连接(liánjiē)
(四)螺纹连接件的主要类型1螺栓2双头螺柱3螺钉4螺母5垫圈精品资料螺纹(luówén)连接为了使螺纹连接具有一定的自锁能力,连接用的螺纹绝大多数都是单线(dānxiàn)的三角螺纹,螺纹升角ψ一般都在1.5o~5o之间。螺纹联接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母及垫圈等。1.螺栓螺栓的应用最广,它的一端有头,另一端有螺纹。联接时螺栓穿过被联接件的孔(孔中无螺纹)与螺母配合使用,如图7-11所示。如图7-12所示,根据制造方法及精度不同,螺栓可分为普通六角头螺栓(a)及绞制孔用六角头螺栓(b),具体的联接见图7-13。中国矿业大学(北京)机械设计基础图7-11(a)(b)图7-12精品资料(四)螺纹联接件的主要类型为了使螺纹联接具有一定的自锁能力,联接用的螺纹绝大多数都是单线的三角螺纹,螺纹升角ψ一般都在1.5o~5o之间。螺纹联接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母及垫圈。1.螺栓螺栓的应用最广,它的一端有头,另一端有螺纹。联接时螺栓穿过被联接件的孔(孔中无螺纹)与螺母配合使用,如图7-11所示。如图7-12所示,根据制造方法及精度不同,螺栓可分为(fēnwéi)普通六角头螺栓(a)及绞制孔用六角头螺栓(b),具体的联接见图7-13。图7-11图7-13精品资料螺栓是用光拉六角棒料车制成的。制造这种螺栓所用的材料有:Q235、Q275、35、45、35Cr、40Cr等。螺纹部分及所有表面均经过加工。六角头螺栓按产品质量分为A,B,C三级。六角头铰制孔用螺栓用于受横向载荷的联接(图7-13)。铰制孔用螺栓的杆与孔多为基孔制过渡(guòdù)配合,它能够精确地固定两个零件的相对位置。附录Ⅱ中的附表Ⅱ-2、附表Ⅱ-3列出了常用六角头螺栓A级和B级、六角头铰制孔用螺栓A级和B级的基本尺寸。图7-13精品资料螺纹(luówén)连接螺栓是用光拉六角棒料车制成的。制造这种螺栓所用的材料有:Q235、Q275、35、45、35Cr、40Cr等。螺纹部分及所有表面均经过(jīngguò)加工。六角头螺栓按产品质量分为A,B,C三级。六角头铰制孔用螺栓用于受横向载荷的联接(图7-13)。铰制孔用螺栓的杆与孔多为基孔制过渡配合,它能够精确地固定两个零件的相对位置。附录Ⅱ中的附表Ⅱ-2、附表Ⅱ-3列出了常用六角头螺栓A级和B级、六角头铰制孔用螺栓A级和B级的基本尺寸。中国矿业大学(北京)机械设计基础图7-13
螺栓联接无需在被联接件上加工出螺纹孔,装卸方便,常用于被联接件不太厚,并能从联接件两边进行装配的场合。精品资料螺纹(luówén)连接螺栓也可用Q235及10~20号钢冲制或锻制而成。螺栓头及螺栓杆都不加工,螺纹用切削或滚压方法制成。这种螺栓因制造(zhìzào)精度较差,多用于土建、木结构及农业机械上。将机座或机架固定到地基上的螺栓称为地脚螺栓,图7-14为常用的地脚螺栓的型式。图7-14精品资料2、双头螺柱联接(liánjiē)被联件之一较厚、不易做成通孔,需经常(jīngcháng)拆卸处(四)螺纹连接件的基本类型
(p.85)精品资料3螺钉(luódīng)螺栓(luóshuān)联接基本类型螺钉联接aee双头螺柱联接
联接件厚,允许拆装。l1l1HHH1H1H2H2结构简单,省了螺母,不宜经常拆装,以免损坏螺孔而修复困难。d(四)螺纹连接件的基本类型(p.85)2双头螺柱精品资料被联件之一较厚、不易(bùyì)做成通孔,不需经常拆卸处3、螺钉(luódīng)联接(四)螺纹连接件的基本类型(p.85)精品资料3、紧定螺钉(luódīng)联接:固定两零件(línɡjiàn)相对位置,可传不大扭矩z平端紧定螺钉锥端紧定螺钉(四)螺纹连接件的基本类型(p.85)精品资料3螺钉(luódīng)应用螺栓(luóshuān)联接基本类型螺钉联接双头螺柱联接紧定螺钉联接紧定螺钉(四)螺纹连接件的基本类型(p.85)精品资料螺纹连接(liánjiē)构件末端结构头部结构螺钉(luódīng)、紧定螺钉(luódīng)双头螺柱螺栓精品资料螺纹(luówén)紧固件起吊螺钉螺钉(luódīng)、紧定螺钉(luódīng)双头螺柱螺栓专用螺纹联接T型螺栓精品资料六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圆螺母螺拴构件(gòujiàn)用于经常(jīngcháng)拆装易磨损之处。国标罗列有六十余种不同结构的螺母用于尺寸受限制之处。4螺母(p.88)分普通螺母和开槽螺母精品资料5垫圈(diànquān)(p.89)弹簧垫圈保护被连接件的表面不被擦伤,增大(zēnɡdà)接触面积开口方向:斜向右下方弹性增压尖端抵住倒角型斜型斜型平垫圈精品资料7-1螺纹(luówén)连接
1利用(lìyòng)摩擦力(1)弹簧垫圈(2)双螺母2机械方法防松(五)螺纹连接的防松装置(p.89)(1)开口销(2)止动垫圈精品资料螺纹连接(liánjiē)的防松装置防松的方法(fāngfǎ):(1).利用附加摩擦力防松弹簧垫圈防松----防止螺旋副相对转动。开口方向:斜向右下方弹性增压尖端抵住弹簧垫圈弹簧垫圈精品资料对顶螺母摩擦(mócā)防松自锁螺母精品资料开口销与槽形螺母b)机械防松(直接锁住)精品资料圆螺母用止动垫圈精品资料开口销与六角开槽螺母串联钢丝(2)机械(jīxiè)防松圆螺母用止动垫圈止动垫圈精品资料(六)螺纹连接的设计(shèjì)计算一、设计(shèjì)计算内容与步骤1、结构设计:确定螺栓布置形式、数量2、受力分析:确定螺栓组中受力最大螺栓和所受最大力
定螺栓危险截面尺寸3、强度计算:按受力最大螺栓确定整组螺栓直径精品资料(六)螺纹(luówén)连接的设计计算一、设计计算(jìsuàn)步骤受力分析与强度计算1、松螺栓连接(工作前不预紧,例:起重吊钩)精品资料2、紧螺栓(luóshuān)连接(工作前预紧,工作中受力不变,例:普通设备盖板)二、受力分析(fēnxī)与强度计算(1)受横向载荷合成应力:失效形式:螺栓塑变或拉断注:受拉、剪应力复合作用的螺栓,可按受纯拉伸处理,将拉应力加大30%计入剪应力的影响。受预紧力普通螺栓QpQpTT精品资料2、只受预紧力的螺栓联接(工作前预紧,工作中受力不变,例:普通设备(shèbèi)盖板)二、受力分析(fēnxī)与强度计算只受预紧力普通螺栓QpQpTTf=0.2,Fs=6F横向载荷很大时,要采取减载措施。精品资料f=0.2,Fs=6F横向(hénɡxiànɡ)载荷很大时,要采取减载措施。减载键减载环绞制孔精品资料受预紧力Qp和工作载荷F作用(zuòyòng)的螺栓联接(例:气缸螺栓)(2)受轴向载荷(zàihè)的螺栓连接(p.95)压力容器的顶盖和凸缘1顶盖2壳体3凸缘要保证强度及连接的紧密性精品资料受力分析(fēnxī)(2)受轴向载荷的螺栓(luóshuān)连接(p.95)Dp=D+2/3b拧紧前拧紧后承受工作载荷后精品资料受力分析(fēnxī)(2)受轴向载荷(zàihè)的螺栓连接(p.95)Dp=D+2/3b拧紧前拧紧后承受工作载荷后精品资料工作载荷F螺栓受载被联接件受载预紧状态F作用前预紧拉力QP预紧压力QP工作状态F作用后(拉力增加)总载荷
Q(压力下降)残余预紧力Q´P(2)受轴向载荷(zàihè)的螺栓连接(p.95)精品资料载荷螺栓变形被联接件变形变形关系预紧状态QP作用下伸长1压缩bδL≠δF工作状态QP、F共同作用伸长1+1’压缩b’=b-1’ΔδL=ΔδF螺栓受总拉力:螺栓(luóshuān)拉力F0压力(yālì)减到Fs’精品资料考虑(kǎolǜ)扭转切应力时111
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