機(jī)械基礎(chǔ)之連接.ppt

第7章聯(lián)接 7 1總論7 2螺紋聯(lián)接7 3鍵聯(lián)接 基本要求 了解螺紋聯(lián)接的基本知識(shí) 類型 特性 標(biāo)準(zhǔn) 結(jié)構(gòu) 應(yīng)用場(chǎng)合及防松方法等掌握螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算方法了解鍵聯(lián)接的主要類型及應(yīng)用特點(diǎn)掌握平鍵聯(lián)接強(qiáng)度校核計(jì)算方法 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 7 1總論 靜聯(lián)接 動(dòng)聯(lián)接 運(yùn)動(dòng)副 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 與動(dòng)力源組合 零件 構(gòu)件 機(jī)構(gòu) 機(jī)器 靜聯(lián)接 動(dòng)聯(lián)接 運(yùn)動(dòng)副 可拆聯(lián)接 螺紋聯(lián)接 鍵聯(lián)接 銷聯(lián)接等 不可拆聯(lián)接 鉚接 焊接 膠接等 聯(lián)接 7 2螺紋聯(lián)接 一 螺紋的主要參數(shù)二 螺旋副力學(xué)特性三 螺紋常用類型四 螺紋聯(lián)接件主要類型五 螺紋聯(lián)接防松裝置六 螺栓聯(lián)接的計(jì)算七 螺栓材料和許用應(yīng)力 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 一 螺紋的主要參數(shù) 1螺紋形成螺旋線形成 傾斜線繞在圓柱體上形成的曲線螺紋形成 平面圖形沿螺旋線形成三角形 矩形 梯形 鋸齒形 半圓形螺紋螺旋線的數(shù)目 線數(shù) 單線 多線 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 旋向 螺旋線方向 常用右旋 特殊要求時(shí)用左旋問題 旋向判斷 粗牙螺紋 一般聯(lián)接細(xì)牙螺紋 d1大 強(qiáng)度大 自鎖性好 常用于變載 聯(lián)接 傳動(dòng) 螺紋旋向判斷 旋向 螺旋線方向 常用右旋 特殊要求時(shí)用左旋旋向判斷 1 軸線垂直放 右邊高 右旋左邊高 左旋 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 2 右手旋 前進(jìn) 右旋左手旋 前進(jìn) 左旋 2主要參數(shù) 大徑d D 最大直徑 公稱直徑小徑d1 外螺紋的危險(xiǎn)剖面直徑 強(qiáng)度直徑中徑d2 D2 假想直徑 牙型溝槽寬與牙的寬度相等 計(jì)算直徑螺距P 相鄰兩牙軸向距離導(dǎo)程S 同一條螺紋線的相鄰兩牙間的軸向距離 S nP 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 升角y 螺紋與其軸線的垂直平面所成的夾角牙型角a 螺紋兩側(cè)邊的夾角 d1 D d 二 螺旋副力學(xué)特性 螺旋副作為一種空間運(yùn)動(dòng)副 其接觸面為螺旋面螺紋在旋緊或松開過程中 螺紋之間相對(duì)移動(dòng)當(dāng)螺桿和螺母之間受到軸向力Q時(shí) 擰動(dòng)螺桿或螺母 螺旋面間將產(chǎn)生摩擦力1斜面摩擦2槽面摩擦3矩形螺紋4三角形螺紋5螺紋聯(lián)接的擰緊力矩 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 1斜面摩擦 分析使滑塊等速運(yùn)動(dòng)所需要的水平力等速上升 平衡條件 驅(qū)動(dòng)力 等速下滑 平衡條件 維持力 自鎖條件 當(dāng)y r時(shí) F 0 原工作阻力F 反向作用 作為驅(qū)動(dòng)力時(shí) 滑塊才能移動(dòng)結(jié)論 當(dāng)y r時(shí) 滑塊自鎖 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 2槽面摩擦 力分析 摩擦力 當(dāng)量摩擦角 思考 與平面摩擦比較 結(jié)論 槽面的摩擦力大于平面的摩擦力 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 3矩形螺紋 螺旋副 螺母與螺桿 的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 滑塊沿斜面運(yùn)動(dòng)假設(shè) 1 載荷分布在中線上 2 單面產(chǎn)生摩擦力 螺旋升角 擰緊力 擰緊力矩 防松力 防松力矩 自鎖條件 y r 效率 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 4三角形螺紋 反力摩擦力當(dāng)量摩擦角 Q 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 擰緊力擰緊力矩 防松力防松力矩 三角形螺紋 續(xù) 效率自鎖條件 Q y rv 思考 1 矩形螺紋和三角螺紋哪一種效率高 宜用于傳動(dòng) 2 矩形螺紋和三角螺紋哪一種易自鎖 宜用于聯(lián)接 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 5螺紋聯(lián)接的擰緊力矩 目的 防止松動(dòng) 提高可靠性 強(qiáng)度 緊密性螺母擰緊時(shí) 預(yù)緊力Fs 擰緊阻力矩T的大小 螺旋副間的摩擦力矩T1 螺母與支承面間摩擦力矩T2 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 螺栓 預(yù)緊拉力F0 被聯(lián)接件 預(yù)緊壓力F0 施加在扳手上的力FT T1 T2 控制擰緊力矩的扳手 定力矩扳手 測(cè)力矩扳手 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 控制擰緊力臂 選擇扳手長度 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 三 螺紋常用類型 1 三角形螺紋 M 普通螺紋 60 f 大 易自鎖粗牙 牙高 d1小 大細(xì)牙 牙淺 d1大 小 更易自鎖管螺紋 55 緊密 無徑向間隙2 梯形螺紋 Tr 30 15 3 鋸齒形螺紋 S 33 工 3 4 矩形螺紋 聯(lián)接螺紋 普通三角螺紋 錐螺紋 管螺紋 英制 小 單線 自鎖好 傳動(dòng)螺紋 矩形螺紋 梯形螺紋 鋸齒螺紋 小 大 多線 效率高 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 四 螺紋聯(lián)接件主要類型 1標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件螺栓普通螺栓鉸制孔螺栓雙頭螺栓螺釘聯(lián)接螺釘緊定螺釘 自攻螺釘螺母 六角螺母 圓螺母墊圈 平墊圈 斜墊圈 螺紋聯(lián)接件通過組合形成螺紋聯(lián)接 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 2螺紋聯(lián)接的基本類型 螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接雙頭螺栓聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接緊定螺釘 自攻螺釘聯(lián)接其它聯(lián)接 地腳螺栓 吊環(huán)螺釘 螺紋聯(lián)接類型主要根據(jù)受力 結(jié)構(gòu)形式 裝拆要求等進(jìn)行選擇 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 螺栓聯(lián)接 普通螺栓聯(lián)接特點(diǎn) 孔與桿間有間隙 被聯(lián)接件上無需切制螺紋 裝拆方便適用場(chǎng)合 經(jīng)常裝拆的一般場(chǎng)合 鉸制孔螺栓聯(lián)接特點(diǎn) 孔與桿間無間隙 被聯(lián)接件上無需切制螺紋 裝拆方便適用場(chǎng)合 承受橫向載荷的場(chǎng)合 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 雙頭螺栓 螺釘聯(lián)接 雙頭螺栓聯(lián)接特點(diǎn) 孔與桿間有間隙 被聯(lián)接件上無需切制螺紋 裝拆方便適用場(chǎng)合 用于被聯(lián)接件之一較厚 經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合 螺釘聯(lián)接特點(diǎn) 孔與桿間無間隙 被聯(lián)接件上無需切制螺紋 裝拆方便適用場(chǎng)合 被聯(lián)接件之一較厚 且不常裝拆的場(chǎng)合 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 緊定螺釘聯(lián)接 適用場(chǎng)合 多用于軸上零件的固定 傳遞較小的力 錐端螺釘聯(lián)接平端螺釘聯(lián)接圓柱端螺釘聯(lián)接 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 其他聯(lián)接 地腳螺栓聯(lián)接 吊環(huán)螺栓聯(lián)接 T形槽螺栓聯(lián)接 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 五 螺紋聯(lián)接防松裝置 問題 為什么要防松 防松的原理 防松零件的裝配方法 靜載荷 rv 自鎖 預(yù)緊后摩擦力 防止松動(dòng)動(dòng)載荷 摩擦力減小 消失 不可靠 螺紋聯(lián)接防松的實(shí)質(zhì)在于限制螺旋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋聯(lián)接防松的方法按工作原理可分為 1摩擦防松2機(jī)械防松3其它 破壞螺紋副關(guān)系 鉚沖 粘接 焊接 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 1摩擦防松 使螺紋接觸面間始終保持一定的壓力 始終有阻止螺旋副轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦阻力矩 彈簧墊圈防松 自鎖螺母防松 對(duì)頂螺母 雙螺母 防松 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 對(duì)頂螺母防松 使螺紋接觸面間始終保持一定的壓力 始終有阻止螺旋副轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦阻力矩 對(duì)頂螺母防松 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 2機(jī)械防松 用機(jī)械裝置把螺母和螺栓聯(lián)成一體 消除了它們之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的可能性 開口銷 止動(dòng)墊圈 串聯(lián)鋼絲防松 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 螺栓 開槽螺母 開口銷 裝配圖 止動(dòng)墊圈防松 用機(jī)械裝置把螺母和螺栓聯(lián)成一體 消除了它們之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的可能性 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 串聯(lián)鋼絲防松 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 用機(jī)械裝置把螺母和螺栓聯(lián)成一體 消除了它們之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的可能性 3其它 破壞螺紋副關(guān)系 焊接 鉚沖 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 六 螺栓聯(lián)接的計(jì)算 松螺栓聯(lián)接 無預(yù)緊力 只有工作拉力緊螺栓聯(lián)接 有預(yù)緊力 還有工作拉力 1失效形式2設(shè)計(jì)步驟3松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度設(shè)計(jì)4緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度設(shè)計(jì)僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接受偏心載荷的緊螺栓聯(lián)接 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 螺栓組聯(lián)接 1失效形式 失效形式 1 螺栓桿拉斷 普通螺栓 2 螺紋壓潰和剪斷 受剪螺栓 3 經(jīng)常裝拆因磨損而發(fā)生滑扣 普通螺栓主要為螺紋部分發(fā)生斷裂受剪螺栓 鉸制孔螺栓 主要為壓潰和剪切 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 2設(shè)計(jì)步驟 一般設(shè)計(jì)步驟 螺栓組受力和失效分析 找出受力最大的螺栓 單個(gè)螺栓受力分析和失效分析 單個(gè)螺栓強(qiáng)度計(jì)算 確定螺栓的尺寸 直徑 長度 試算法 先選定一個(gè)螺栓直徑d 查 計(jì)算d1 若d1與d1 假定的小徑 相近 則合用 否則再選 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 3松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度設(shè)計(jì) 受載荷形式 軸向拉伸 工作拉力F 失效形式 螺栓拉斷 靜 疲勞 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 保證螺栓拉伸強(qiáng)度強(qiáng)度條件 s s 設(shè)計(jì)計(jì)算方法 校核式 設(shè)計(jì)式 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 4緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1 僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接受載荷形式 擰緊后 軸向拉伸 工作拉力Fs 擰緊過程中 軸向拉伸Fs 扭力T失效形式 螺栓拉斷 拉 扭綜合作用 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 保證螺栓拉伸強(qiáng)度強(qiáng)度條件 s s 設(shè)計(jì)計(jì)算方法 校核式 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 擰緊力矩T 剪應(yīng)力 預(yù)緊拉力FS 拉應(yīng)力 設(shè)計(jì)式 2 受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接 受載荷形式 工作載荷作用之前 螺栓已受預(yù)緊力FS作用 擰緊過程中 軸向拉伸FS 扭力T 擰緊后 預(yù)緊力Fs失效形式 相同否 兩種情況的工作原理不同 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 普通螺栓 鉸制孔螺栓 受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接 受載荷形式 擰緊過程中 軸向拉伸Fs 扭力T失效形式 螺栓拉斷 拉 扭綜合作用 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 保證螺栓拉伸強(qiáng)度強(qiáng)度條件 s s 設(shè)計(jì)計(jì)算方法 問題 預(yù)緊力Fs應(yīng)滿足的條件 與橫向載荷F有何關(guān)系 依據(jù) 被聯(lián)接件不滑移 界面摩擦力 F即 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 校核式 設(shè)計(jì)式 討論 f 0 2時(shí) FS F 受橫向載荷的鉸制孔螺栓聯(lián)接 受載荷形式 擰緊過程中 軸向拉伸Fs 扭力T 預(yù)緊力小 計(jì)算時(shí)可忽略 工作時(shí) 橫向載荷F失效形式 側(cè)面壓潰及螺栓剪切設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 保證擠壓 剪切強(qiáng)度強(qiáng)度條件 sp sp t t 設(shè)計(jì)計(jì)算方法 擠壓強(qiáng)度 剪切強(qiáng)度 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 討論 普通螺栓受橫向載荷F時(shí) 為保證結(jié)合面不發(fā)生滑移 靠結(jié)合面的摩擦力抵抗F預(yù)緊力Fs的大小 根據(jù)接合面不發(fā)生滑移的條件確定 f 0 2時(shí) FS 6F結(jié)論 橫向載荷過大的情況下 不適宜用普通螺栓宜采用鉸制孔螺栓必須采用普通螺栓時(shí) 應(yīng)配合減載銷 鍵或減載套筒使用減載裝置強(qiáng)度計(jì)算同鉸制孔螺栓計(jì)算 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 3 受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接 受載荷形式 擰緊過程中 軸向拉伸Fs 扭力T工作時(shí) 再承受工作載荷F此時(shí) 螺栓所受的總拉力 F0 FS F 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 須根據(jù)靜力平衡方程和變形協(xié)調(diào)條件求解 受力和變形關(guān)系 變形協(xié)調(diào)條件 l1 lb l 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 F0 F FSF0 F F S 預(yù)緊FS 受載F 螺栓 被聯(lián)接件 拉力FS 伸長l1 壓力FS 壓縮lb 拉力F0 伸長l1 l1 壓力F S 壓縮lb lb 未預(yù)緊 未受力 無變形 未受力 無變形 受力變形線圖 應(yīng)變與力關(guān)系 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 F S 殘余預(yù)緊力防止受載后接合面產(chǎn)生縫隙根據(jù)緊密性要求選取 見p97 受軸向載荷螺栓強(qiáng)度計(jì)算 螺栓受到的總拉力F0 F F S則螺栓強(qiáng)度計(jì)算公式 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 校核式 設(shè)計(jì)式 4 受偏心載荷的緊螺栓聯(lián)接 螺栓受到的總拉力除工作時(shí)總拉力外 還附加偏心彎矩作用 螺栓總拉應(yīng)力大很多避免受偏心載荷方法 避免使用鉤頭螺栓 加工凸臺(tái)或凹臺(tái)使支撐面平整 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 七 螺栓材料和許用應(yīng)力 材料 一般用途 低碳鋼或中碳鋼 35 45及Q235 Q275 重要聯(lián)接 合金鋼 40Cr 30CrMnTi 國標(biāo) GB T3098 1 2000 規(guī)定螺栓按材料的力學(xué)性能分出十個(gè)等級(jí) 3 6 4 6 4 8 5 6 5 8 6 8 8 8 9 8 10 9 12 9規(guī)則 小數(shù)點(diǎn)前數(shù)字表示sB 100 小數(shù)點(diǎn)后數(shù)字表示10sS sB如 5 8級(jí) 表示sB 500MPa sS 400MPa許用應(yīng)力 表7 1 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 計(jì)算螺栓小徑時(shí)采用試算法來選用 7 3鍵聯(lián)接 一 鍵聯(lián)接的分類及結(jié)構(gòu)二 鍵的強(qiáng)度校核三 花鍵聯(lián)接 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 一 鍵聯(lián)接的分類及結(jié)構(gòu) 目的 鍵是用來實(shí)現(xiàn)軸與軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩 靜聯(lián)接 或?qū)崿F(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動(dòng) 動(dòng)聯(lián)接 它是標(biāo)準(zhǔn)件分類 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 鍵聯(lián)接 松聯(lián)接 緊聯(lián)接 楔鍵 靜聯(lián)接 單向軸向固定 平鍵 半圓鍵 靜聯(lián)接 普通平鍵 靜聯(lián)接 導(dǎo)向平鍵 動(dòng)聯(lián)接 花鍵 1松聯(lián)接 1 平鍵聯(lián)接結(jié)構(gòu) 鍵兩側(cè)與鍵槽相配合 靜聯(lián)接為過渡配合 動(dòng)聯(lián)接為間隙配合 上端面與輪轂鍵槽底面有間隙工作原理 兩側(cè)面是工作面 靠兩側(cè)面擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩 失效形式 靜聯(lián)接 工作面擠潰 鍵剪斷動(dòng)聯(lián)接 工作面磨損特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 裝折方便 對(duì)中性好 承載能力大 應(yīng)用廣泛成對(duì)使用 承載能力不夠時(shí)采用 按180 布置兩個(gè)鍵 一對(duì)平鍵按1 5個(gè)鍵計(jì)算 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 平鍵分類 普通平鍵 圓頭 型 立銑刀 鍵定位好 軸應(yīng)力集中大 平頭 型 盤銑刀 軸向鍵無定位 應(yīng)力集中小 單圓頭 型 立銑刀加工 用于軸端 導(dǎo)向平鍵鍵固定于軸上 滑移距離小 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 2 半圓鍵聯(lián)接 結(jié)構(gòu) 工作原理 兩側(cè)面是工作面 側(cè)面擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩構(gòu)造與加工 鍵 用圓鋼切制或沖壓后磨削鍵槽 盤狀銑刀加工 失效形式 鍵剪斷 工作面壓潰特點(diǎn) 便于安裝 對(duì)中好 用于錐形軸端 但對(duì)軸削弱大成對(duì)使用 承載能力不夠時(shí)用 沿同一母線布置 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 2緊聯(lián)接 楔鍵聯(lián)接結(jié)構(gòu) 鍵側(cè)與鍵槽有間隙 上下面楔緊工作原理 上下面為工作面 靠摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩方頭楔鍵 鉤頭楔鍵 圓頭楔鍵 失效形式 工作面壓潰特點(diǎn) 簡(jiǎn)單 且可實(shí)現(xiàn)輪轂在軸上單向軸向固定楔緊產(chǎn)生偏心 對(duì)中性差 不適于高速及對(duì)中要求高的場(chǎng)合 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 聯(lián)接 二 鍵的強(qiáng)度校核 1鍵的選擇鍵是標(biāo)準(zhǔn)零件 p109表7 2材料多采用碳素鋼鍵的類型選擇 根據(jù)使用要求和工作條件 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 載荷性質(zhì) 是否移動(dòng) 對(duì)中性