机械设计机械系统连接零部件设计

机械设计机械系统连接零部件设计联接联接的分类动联接：静联接：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。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部分才能拆开的联接。例如：铆接、焊接等。过盈联接第4.1章螺纹连接螺纹螺纹连接的基本类型螺纹连接的放松单个螺栓的强度计算螺栓组设计提高连接性能的设计螺纹圆柱螺旋的基本参数dd1d2PSgab螺纹的类型三角形、梯形、锯齿形、圆弧形和矩形

普通螺纹管螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹螺纹连接的基本类型螺纹联接的基本类型1.螺栓联接：普通螺栓联接，应用广泛；

铰制孔用螺栓联接；2.螺钉联接：被联接件之一较厚；3.双头螺栓联接：常拆卸；4.紧定螺钉联接：传递较小载荷。其它：地脚螺栓联接；吊环螺栓联接；

T型槽螺栓联接

螺纹连接的基本类型1.普通螺栓联接普通螺栓连接

铰制孔用螺栓联接螺纹连接的基本类型

2.双头螺柱联接螺纹连接的基本类型

3.螺钉联接螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型

螺钉拧入深度H:

钢或青铜H≈d

铸铁H=(1.25∽1.5)d

铝合金H=(1.5∽2.5)d3、螺钉联接螺纹连接的基本类型

4.紧定螺钉联接地脚螺栓吊环螺栓T形槽螺栓联接螺纹连接的基本类型方便装配平正加工螺纹连接的预紧与防松螺纹连接的预紧预紧的目的提高连接的紧密性防止连接松动提高连接的紧密性防止连接松动螺纹连接的预紧与防松螺纹连接的预紧控制预紧力的方法1.控制应力、应变或伸长量2.控制拧紧力矩3.控制拧紧力臂控制应力、应变或伸长量控制拧紧力矩控制拧紧力臂拧紧力矩与预紧力的关系:1Fp

:预紧力d2

:螺纹中径ψ

:螺纹升角rv:螺纹当量摩擦角rv=arctg(μ/cosβ)β:牙型半角=α/2

FPFPF拧紧力矩与预紧力的关系:2Fp:预紧力D0:支承面最大直径d0:支承面最小直径μ:支承面摩擦系数拧紧力矩与预紧力的关系d2≈0.9d;

=1º42’~3º2’rv≈acrtg(1.155μ);μ≈0.15D0≈1.7d;d0≈1.1d代入,整理：4.1.3螺纹连接的预紧与防松螺纹连接的防松防松的目的：防止松动失效防松的实质：限制螺旋副的相对转动。防松的方法螺纹联接防松的方法按工作原理可分为摩擦防松机械防松破坏螺纹副关系摩擦防松弹簧垫圈防松螺纹连接的防松摩擦防松螺纹连接的防松自锁螺母防松螺纹连接的防松摩擦防松对顶螺母防松螺纹连接的防松机械防松开口销+开槽螺母防松机械防松螺纹连接的防松止动垫片防松机械防松螺纹连接的防松串联钢丝防松破坏螺纹副关系防松螺纹连接的防松单个螺栓连接的强度计算单个普通螺栓的强度计算1、松螺栓联接的强度计算2、仅受预紧力作用的紧螺栓联接的强度计算3、受预紧力和工作拉力作用的紧螺栓联接的强度计算4、受工作剪力的紧螺栓联接的强度计算小结螺栓的失效分析失效分析普通螺栓主要为螺纹部分发生断裂受剪螺栓主要为压溃和剪切设计准则对普通螺栓保证拉伸强度对铰制孔螺栓保证挤压和剪切强度单个螺栓的强度计算1、松螺栓联接的强度计算受载荷形式: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

σ≤[σ]单个螺栓的强度计算1、松螺栓联接的强度计算设计计算方法：校核公式螺栓材料及许用应力[σ]，查表4-6；

查手册，确定d单个螺栓的强度计算2.仅受预紧力的紧联接螺栓的强度计算拉应力扭转剪应力近似处理对M14-M64钢制螺纹单个螺栓的强度计算2.仅受预紧力的紧联接螺栓的强度计算应力合成：强度条件：

设计公式：表4.－6物理意义单个螺栓的强度计算3.受轴向载荷F的紧螺栓联接强度计算单个螺栓的强度计算3.受轴向载荷F的紧螺栓联接强度计算分析受力和变形关系

F0==F+FP

开始拧紧拧紧后受力和变形关系受力变形线图（P169

由图可得：螺栓的刚度被联接件的刚度

由图可得：螺栓总拉力：

由图可得：防止受载后接合面产生缝隙，残余预紧力可取 ：紧密性载荷不稳定载荷稳定

1.5~1.8F0.6~1.0F0.2~0.6F表4-3预紧力用金属垫片或无垫片时取0.2~0.3用软垫片时取0.7~0.9单个螺栓的强度计算受力变形线图（P169）为降低螺栓的受力，提高承载能力应使螺栓的相对刚度值尽量小些，取较硬的垫片

螺栓拉伸强度条件设计公式：单个螺栓的强度计算

螺栓如受到变载荷：影响疲劳强度的主要因素为应力幅单个螺栓的强度计算

螺栓如受到变载荷单个螺栓的强度计算表4-6单个螺栓的强度计算受工作剪力的普通螺栓联接的强度计算为保证接合面有足够的摩擦，螺栓必须先预紧单个螺栓的强度计算受工作剪力的普通螺栓联接的强度计算保证接合面不滑移，预紧力为m:接合面数；Kn:可靠性系数取1.1~1.3，μ为摩擦系数，材料为钢和铸铁时取0.10~0.154、受工作剪力的紧螺栓联接的强度计算单个螺栓的强度计算预紧力很小，强度计算时可不考虑；失效形式：侧面压溃及螺栓剪切单个螺栓的强度计算受工作剪力的铰制孔螺栓联接的强度计算螺栓与孔壁挤压面最小高度δminm为接合面数单个螺栓强度计算小结铰制孔螺栓强度计算普通螺栓强度计算1.松螺栓强度计算2.仅受预紧力的螺栓强度计算3.受预紧力和工作载荷的螺栓强度计算4.受剪螺栓的强度计算单个螺栓的强度计算螺纹联接的材料螺纹联接的材料满足强度和塑性要求，P172表4-5螺纹联接件的常用材料：低碳钢Q215（原A2）、10号钢；----一般联接中碳钢Q235（原A3）、35、45号钢；----一般联接低合金钢或合金钢15Cr、40Cr、30CrMnTi。----承受冲击、振动载荷垫片材料：普通垫片：Q215、15、35号钢；弹簧垫片：65Mn。：（需热处理）单个螺栓的强度计算3.表4-5螺栓、螺钉、螺柱和螺母材料的力学性能等级P172表中强度等级6.8表示材料的4.螺纹连接件的许用应力P172表4-6螺栓组设计螺栓组的受力分析螺栓组结构设计螺栓组连接的受力分析目的：找到受力最危险的螺栓几点假设：同组螺栓的材料、直径、预紧力相同被连接件为刚体，受载后连接面仍为平面螺栓组形心与连接接合面的形心重合螺栓的变形在弹性范围内xzyFzFxFyoTzMy3个方向，6种载荷：横向力：FxFY轴向力：Fz翻转力矩：Mx，MY转矩：TzMx螺栓组连接的受力分析螺栓组受力分析螺栓组受力分析将一个零件加以固定，其实质就是约束该零件在空间的六个自由度。螺栓组设计螺栓组的受力分析1、受横向力的螺栓组联接绞制孔螺栓普通螺栓2、受扭矩的螺栓组联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接3、受预紧力和轴向载荷的螺栓组联接4、受翻转力矩的螺栓组联接螺栓组连接的受力分析1、受横向力的螺栓组联接普通螺栓联接为保证接合面有足够的摩擦，螺栓必须先预紧m:接合面数；Kn:可靠性系数取1.1~1.3，u为摩擦系数，材料为钢和铸铁时取0.10~0.15保证接合面不滑移，预紧力为螺栓组连接的受力分析1、受横向力的螺栓组联接铰制孔用螺栓联接

2、受扭矩的螺栓组联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接螺栓组连接的受力分析螺栓组连接受力分析2、受扭矩的螺栓组联接普通螺栓联接由接合面的摩擦力距平衡接合面不发生滑移，单个螺栓的预紧力为螺栓组连接的受力分析2、受扭矩的螺栓组联接铰制孔用螺栓联接忽略预紧和摩擦的作用，转矩T由螺栓受的剪切载荷对形心的力矩平衡，变形量越大则工作剪力越大螺栓组连接受力分析2、受扭矩螺栓组联接铰制孔用螺栓联接

变形协调条件螺栓组连接的受力分析3、受预紧力和轴向载荷的螺栓组联接既受预紧力，又受工作拉力后螺栓的总载荷计算，见单个螺栓的强度计算螺栓组连接受力分析4、受翻转力矩的螺栓组联接假定底板为刚体，翻转力矩作用在螺栓组的联接形心受载后，绕O—O转动仍保持平面螺栓组连接受力分析受翻转力矩的螺栓组联接螺栓组平衡条件：变形协调条件：失效分析紧螺栓受拉扭；底板左侧出现间隙；底板右侧压溃。右侧不压溃左侧不分离：

xzyFzFxFyoTzMy3个方向，6种载荷：横向力：FxFY轴向力：Fz翻转力矩：Mx，MY转矩：TzMx螺栓组连接的受力分析螺栓组受力分析受复合载荷的螺栓组联接横向载荷+轴向载荷+翻转力矩受复合载荷的螺栓组联接横向载荷+旋转力矩受复合载荷的螺栓组联接计算时应求出受力最大螺栓的受力例题：已知P=260N,结合面摩擦系数f=0.15

确定螺栓的材料和直径解：将力向结合面的形心中心简化每个螺栓的受力，分析最危险螺栓的受力螺栓的预紧力选螺栓材料为Q235,安全系数取3则选M10螺栓，d1=8.376mm

例：如图钢板厚度用两个铰制孔用螺栓固定在机架上，F=5000N，其它尺寸如图。板和机架材料均为Q235。试：（1）分析铰制孔用螺栓的失效形式；（2）分析铰制孔用螺栓的受力（3）按强度设计铰制孔用螺栓的直径（4）若用普通螺栓，计算螺栓的直径（f=0.2，Kn=1.1）解：1.铰制孔用螺栓的失效形式为剪切和挤压失效；2.受力分析：将载荷F向形心O简化后，每个螺栓的受力3.按剪切强度计算螺栓的直径，.粗选d=10，d0=4.1mm的六角头铰制孔用螺栓，螺母d=10，H=8。根据机架，板厚及螺母H选用l=100（l3=82，l2=18）选用两个100GB27--88六角头铰制孔用螺栓。按挤压强度校核式中由结构确定.4.改用普通螺栓每个螺栓的预紧力选用两个M30（d1=26.21）的六角螺栓。小结：受复合载荷螺栓，其合力按向量相加；