机械设计基础 第7章 连接2012-2

`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201248学时精品资料

第七章连接(liánjiē)

7-1螺纹(luówén)连接(p.77)(联结)7-2键连接精品资料

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(bùkě)拆连接：铆、焊可拆连接：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)及其主要参数螺纹连接是利用(lìyòng)带有螺纹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(一）螺纹(luówén)及其主要参数将一底边长d2的直角三角形abc缠绕在一直径(zhíjìng)为d2的圆柱上，底边ab绕在圆柱底边，斜边ac在圆柱体上形成螺旋线。abac7精品资料螺纹(luówén)的类型及分类右旋左旋旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，右边高则为右旋。螺纹旋向：左旋螺纹，右旋螺纹（常用）。思考？(一）螺纹(luówén)及其主要参数螺纹位置：内螺纹——螺母；外螺纹——螺钉。8精品资料按螺旋线的数目(shùmù)分单线(dānxiàn)双线三线多线精品资料(3)中径d2βd1d2d(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

牙侧角

β

αβψS=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按螺纹(luówén)的牙型分螺纹(luówén)的分类按螺纹的旋向分按回转体的内外表面分外螺纹内螺纹螺纹副精品资料外螺纹内螺纹螺纹(luówén)副精品资料如图所示，在外力（或外力矩）作用下，螺旋副的相对运动(xiānɡduìyùndònɡ)，可看作推动滑块沿螺纹表面运动。（二）螺旋(luóxuán)副中力的关系、效率和自锁1矩形螺旋副为例(p.79)精品资料如图所示，将矩形螺纹沿中径d2处展开，得一倾斜角为的斜面，斜面上的滑块代表螺母(luómǔ)，螺母(luómǔ)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。FN与Ff的合力(hélì)为FR，Ff=fFN，f为摩擦系数，FR与FN的夹角为摩擦角r。 由力FR、F和FQ组成(zǔchénɡ)的力多边形封闭图得F=FQtan(

+r)

轴向载荷水平推力斜面对滑块的法向反力摩擦力Ff合力FR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W1=2T1=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，而且当>25°后，效率增长(zēngzhǎng)不明显，因此，通常升角不超过25°。如前图示，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(fāngxiàng)与滑块运动方向(fāngxiàng)相反。由FR、F和FQ组成的力多边形封闭图得F=FQtan(

-r)

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）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(línjiè)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(yùndòng)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(bāokuò)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(jǔxíng)螺纹的受力分析与矩形(jǔxíng)螺纹的受力分析过程一样，而矩形(jǔxíng)螺纹与非矩形(jǔxíng)螺纹的不同之处在于，在相同轴向载荷FQ作用下，非矩形(jǔxíng)螺纹的法向力比矩形(jǔxíng)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/

con).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/

con)

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(dāngliàng)摩擦系数f’和当量(dāngliàng)摩擦角r’来考虑非矩形螺纹法向力的增加量，即用当量(dāngliàng)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(chuándòng)螺纹要求螺旋副的效率h要高，一般采用牙形角较小的梯形螺纹。精品资料 螺纹联接装配时，一般都要拧紧螺纹，使联接螺纹在承受工作载荷之前，受到预先(yùxiān)作用的力，这就是螺纹联接的预紧，预先(yùxiān)作用的力称为预紧力。3螺纹(luówén)连接的拧紧力矩（p.82）螺纹联接的预紧螺纹联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，需要克服螺纹(luówén)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(luówén)副间有效圆周力精品资料（rm——支承面摩擦(mócā)半径）L——扳手(bānshou)长度公式可简化为拧紧力矩d为公称直径精品资料对于一般(yībān)联接用的钢制普通螺栓联接，其预紧力Q0大小按下式计算式，ss为螺栓材料的屈服极限，N/mm2；A为螺栓危险截面(jiémiàn)的面积，A≈pd2/4，mm2。Q0=(0.5~0.7)ssANT=0.2Q0d

N·mm对于M10~M64的粗牙普通螺栓，若螺纹联接的预紧力为Q0，螺栓直径为d，则紧拧紧力矩T可以按近似公式计算精品资料（三）常用螺纹(luówén)连接件类型(p.83)（1)普通螺纹(luówén)普通螺纹(luówén)以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹(luówén)，其余的统称为细牙螺纹(luówén)。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(jiànxì)，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。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垫圈精品资料一、螺纹联接(liánjiē)类型1、螺栓联接—被联件较薄、易做成通孔处，可经常(jīngcháng)拆卸。(四）螺纹连接件的主要类型(p.85)（1）普通螺栓：被联件孔与螺栓杆有间隙，可传横向、轴向外载（2）铰制孔螺栓：被联件孔与螺栓杆过渡配合，只传横向外载普通螺栓铰制孔螺栓杆孔间隙过渡配合面精品资料螺栓(luóshuān)螺栓(luóshuān)连接构件螺栓的结构形式LL0d六角头LdL0小六角头精品资料(四）螺纹连接件的基本(jīběn)类型(p.85)螺栓联接(liánjiē)特点eaal1l1可承受横向载荷。应用很广铰制孔螺栓孔与螺杆之间留有间隙一端有头，一端有螺纹分六角头和绞制孔用螺栓用六角棒料车制用于经常拆装易磨损之处。dd绞制孔用螺栓中螺杆与钉孔为基孔制过盈配合精品资料地脚螺栓1螺栓(luóshuān)应用(四）螺纹(luówén)连接件的基本类型(p.85)精品资料(四）螺纹(luówén)连接件的基本类型(p.85)1螺栓(luóshuān)副构件精品资料(四）螺纹(luówén)连接件的基本类型(p.85)精品资料2、双头螺柱联接(liánjiē)被联件之一较厚、不易(bùyì)做成通孔，需经常拆卸处(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、不易做成通孔，不需经常(jīngcháng)拆卸处3、螺钉(luódīng)联接(四）螺纹连接件的基本类型(p.85)精品资料螺纹(luówén)连接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3、紧定螺钉(luódīng)联接：固定两零件相对位置(wèizhi)，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(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，增大接触(jiēchù)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双螺母弹簧垫圈精品资料对顶螺母防松方法(fāngfǎ)——防止(fángzhǐ)螺旋副相对转动。按防松原理不同，分为：a）摩擦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）螺栓(luóshuān)连接的计算（P.91）一、松螺栓(luóshuān)连接二、紧螺栓连接精品资料只受工作载荷作用的螺栓联接（工作前不预紧，例：起重(qǐzhònɡ)吊钩）一、松螺栓(luóshuān)连接;;][][4

32121NFMpadF工作载荷F工作载荷螺栓许用应力）强度条件：（或拉断）失效形式：螺栓塑变（）受力分析：（--£=ssps1d：螺纹小径精品资料（六）螺栓连接(liánjiē)的计算二、紧螺栓(luóshuān)连接1、受横向载荷的螺栓连接2、受轴向载荷的螺栓连接3、受偏心载荷的紧螺栓连接精品资料螺栓杆拉扭合成应力：失效形式(xíngshì)：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(jìrù)剪应力的影响。只受预紧力普通螺栓QpQpTT（1）受横向载荷FsFsF:横向载荷紧螺栓联接：装配时预紧，工作前承受预紧力为使连接件不滑动，且可靠精品资料受横向(hénɡxiànɡ)载荷的紧螺栓联接只受预紧力普通螺栓QpQpTT如f=0.2，Fs=6F当横向(hénɡxiànɡ)载荷F很大时，需要的Fs也很大，需要采取减载措施。已知Fs、材料属性，求d1——螺栓设计问题精品资料f=0.2，Fs=6F采取减载措施(cuòshī)（减小横向载荷F)。减载键减载环绞制孔螺栓减载装置强度(qiángdù)计算：P.93注意受力部位（图7-23）精品资料P.94例题(lìtí)：设计问题凸缘联轴器，4个螺栓(luóshuān)连接。已知转矩T(N.mm)，试确定螺栓(luóshuān)直径。可靠工作：4f*Fs=1.2F∑F∑=2T/D0=（N)Fs

=8000N

注意单位统一设计准则：£=sdF][4

3.121'spsmm——设计式试算：先选材料，查手册，S、[]求得d1,查手册,得d,选螺栓精品资料（2）受轴向载荷的螺栓(luóshuān)连接（p.95)例：压力容器的顶盖和凸缘(tūyuán)1顶盖2壳体3凸缘工作要求：要保证强度及连接的紧密性受预紧力Qp和工作载荷F作用的螺栓联接精品资料受力分析(fēnxī)（2）受轴向载荷(zàihè)的螺栓连接：凸缘结构示意Dp=D+2/3b

拧紧前

拧紧后承受工作载荷后b:垫片宽度。先确定螺栓

分布跨距t

Dp：受压面直径设计一个即可精品资料工作载荷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)

拧紧前

拧紧后承受工作载荷后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F0FFs’11’1+1’b螺栓受总拉力:螺栓(luóshuān)被连接件设计(shèjì)问题：已知力和材料属性，求d1精品资料（2）受轴向载荷(zàihè)的螺栓连接（p.95)例：压力容器的螺栓直径(zhíjìng)设计1顶盖2壳体3凸缘工作要求：要保证强度及连接的紧密性受预紧力Qp和工作载荷F作用的螺栓联接条件：已知：容器内最大压力。垫片、壳体尺寸精品资料钩头(ɡōutóu)螺栓（3）受偏心载荷(zàihè)的紧螺栓连接（p.98)总拉力F0弯矩F0e偏心载荷凸台鱼眼坑精品资料（七）螺纹联接件的材料(cáiliào)性能与许用应力1、螺纹(luówén)联接件的材料与性能等级（1）常用材料：碳钢：Q215-A、Q235-A、35、45—一般联接合金钢：15Cr、20Cr、40Cr等—重要联接（2）螺栓、螺母材料性能等级（表）

直径越小，许用应力越低计算小径时，可采用试算法。冲击扳手精品资料直径材料碳钢注:σs为螺栓材料的屈服极限,N/mm20.20σs(0.13~0.20)σs0.4σs(0.25~0.40)σs(0.20~0.25)σs合金钢0.15σs(0.10~0.15)σs(0.50~0.77)σs(0.33~0.50)σs(0.25~0.33)σsM16~M30M6~M16M30~M60M16~M30M6~M16变载荷静载荷载荷性质不严格控制预紧力的紧联接(0.6~0.8)σs严格控制预紧力的紧联接σs松连接表螺栓连接的许用拉应力[σ]精品资料由表可知，不严格控制预紧力的紧螺栓联接的许用拉应力与螺栓直径(zhíjìng)有关。在设计时，通常螺栓直径(zhíjìng)是未知的，因此要用试算法：先假定一个公称直径(zhíjìng)d，根据此直径(zhíjìng)查出螺栓联接的许用拉应力，按式或式计算出螺栓小径d1，由d1查取公称直径(zhíjìng)d，若该公称直径(zhíjìng)与原先假定的公称直径(zhíjìng)相差较大时，应进行重算，直到两者相近。精品资料例如图示，一钢制液压油缸，已知油压p=1.6N/mm2，D=160mm，采用(cǎiyòng)8个4.8级螺栓，试计算其缸盖联接螺栓的直径和螺栓分布圆直径D。QFQ