第10章聯(lián)接設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)華中科技大學(xué)-ppt課件

1、電渣焊電渣焊第十章第十章 聯(lián)接設(shè)計(jì)聯(lián)接設(shè)計(jì)一、聯(lián)接的類型一、聯(lián)接的類型鉚釘鉚釘 被聯(lián)接件被聯(lián)接件(1) 熔焊熔焊1.1.鉚接鉚接 電焊條與被焊接件構(gòu)成電路電焊條與被焊接件構(gòu)成電路2.2.焊接焊接電焊機(jī)低壓電流熔融金屬填充接縫電焊機(jī)低壓電流熔融金屬填充接縫電弧熔電弧熔激光焊接激光焊接聯(lián)接聯(lián)接不可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接 ( 鉚接、焊接鉚接、焊接)可拆聯(lián)接可拆聯(lián)接 ( 銷聯(lián)接、鍵聯(lián)接、螺紋聯(lián)接銷聯(lián)接、鍵聯(lián)接、螺紋聯(lián)接)大厚度的焊件大厚度的焊件薄板焊接薄板焊接(2) 釬焊釬焊釬料熔化填充到被聯(lián)接件的間隙內(nèi)釬料熔化填充到被聯(lián)接件的間隙內(nèi)焊接加熱溫度低、對被聯(lián)接件影響小焊接加熱溫度低、對被聯(lián)接件影響小3.3.膠

2、接膠接膠粘劑膠粘劑4.4.過盈配合聯(lián)接過盈配合聯(lián)接壓入法：壓入法：包容件：包容件：過盈量或尺寸較小過盈量或尺寸較小加溫包容件或冷卻被包容件加溫包容件或冷卻被包容件液壓裝配液壓裝配 高壓油漲大包容件內(nèi)徑高壓油漲大包容件內(nèi)徑5.5.銷聯(lián)接銷聯(lián)接用于用于定位定位聯(lián)接聯(lián)接圓柱銷圓柱銷圓錐銷圓錐銷6.6.鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接(1) 平鍵平鍵靜聯(lián)接靜聯(lián)接 側(cè)面壓潰側(cè)面壓潰擠壓應(yīng)力擠壓應(yīng)力動(dòng)聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接 任務(wù)面磨損任務(wù)面磨損比壓比壓42/2PPdlhTlhdT4pdlhTp主要失效方式主要失效方式設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么(2) 花鍵花鍵主要失效與平鍵一樣主要失效與平鍵一樣鍵的剖面尺寸鍵的剖面尺寸b、h 按軸直徑按軸直徑

3、d 從規(guī)范中選取從規(guī)范中選取鍵的長度鍵的長度 l 根據(jù)輪轂寬度確定根據(jù)輪轂寬度確定7.7.螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接(1) 螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接(2) 雙頭螺栓聯(lián)接雙頭螺栓聯(lián)接(3) 螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接(4) 緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接被聯(lián)接件上被聯(lián)接件上無需切制螺紋無需切制螺紋裝拆方便裝拆方便被聯(lián)接件之一被聯(lián)接件之一較厚較厚且經(jīng)常裝拆且經(jīng)常裝拆被聯(lián)接件之一被聯(lián)接件之一較厚較厚且不常裝拆且不常裝拆用于固定兩零用于固定兩零件相對位置件相對位置傳送不大轉(zhuǎn)矩傳送不大轉(zhuǎn)矩二、螺紋副的受力分析二、螺紋副的受力分析1.1.螺紋副的受力螺紋副的受力擰緊螺母擰緊螺母1TF螺栓上產(chǎn)生軸向力螺栓上產(chǎn)生軸向力螺紋副螺紋副力學(xué)模型力學(xué)

4、模型施加施加1TF螺母接受螺母接受等速上升等速上升F將將集中于小塊集中于小塊A2d螺旋沿中徑螺旋沿中徑展開展開小塊小塊A受力：受力：F軸向力軸向力可得可得旋緊旋緊圓周力圓周力tF摩擦力摩擦力Nfv正壓力正壓力Nvvftgarc)(vttgFF反作用力反作用力RF2.2.螺紋副的效率螺紋副的效率螺母轉(zhuǎn)一圈所做總功螺母轉(zhuǎn)一圈所做總功有用功有用功 ( 無摩擦?xí)r的功無摩擦?xí)r的功 )效率效率討論：討論：)(22222211vttgFddFTAtgFdA222)(vtgtg矩形螺紋矩形螺紋其他牙形其他牙形將楔形面上的摩擦情況將楔形面上的摩擦情況轉(zhuǎn)為平面上的摩擦情況轉(zhuǎn)為平面上的摩擦情況FN fFfNcosF

5、NFfFffNvcos(1)矩形螺紋矩形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋梯形螺紋梯形螺紋三角形螺紋三角形螺紋cosftgarcvftgarcv 0ftgarcv001. 130ftgarcv035. 1150ftgarcv155. 1300三角形螺紋效率低、用于聯(lián)接三角形螺紋效率低、用于聯(lián)接其他三種用于傳動(dòng)其他三種用于傳動(dòng)v(2)2dnptgn螺紋線數(shù)螺紋線數(shù)加工困難加工困難多頭螺紋用于傳動(dòng)多頭螺紋用于傳動(dòng)3.3.螺紋的自鎖條件螺紋的自鎖條件力學(xué)模型：螺母等速下降力學(xué)模型：螺母等速下降小塊小塊 A 受力受力松開松開為驅(qū)動(dòng)力為驅(qū)動(dòng)力F為阻力為阻力tF)(vttgFF當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，v0tF要使螺母下降，必需

6、改動(dòng)要使螺母下降，必需改動(dòng)方向方向tF否那么螺母會(huì)在斜面恣意位置停下否那么螺母會(huì)在斜面恣意位置停下v自鎖條件自鎖條件32n常用常用討論：討論：(1) 三角形螺紋三角形螺紋最大，自鎖性好最大，自鎖性好v用于聯(lián)接用于聯(lián)接(2) 由由知知 細(xì)牙螺紋螺距細(xì)牙螺紋螺距2dnptg小，升角小，升角p小小易滿足自鎖條件易滿足自鎖條件自鎖性較粗牙好自鎖性較粗牙好三、單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算三、單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接受軸向載荷的普通螺栓聯(lián)接受軸向載荷的普通螺栓聯(lián)接受橫向載荷的鉸制孔螺栓聯(lián)接受橫向載荷的鉸制孔螺栓聯(lián)接失效方式失效方式拉斷拉斷剪切剪切螺栓受載情況螺栓受載

7、情況擠壓擠壓1.1.受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接(1) 螺栓的當(dāng)量拉力螺栓的當(dāng)量拉力螺栓受力螺栓受力擰緊力矩?cái)Q緊力矩1T螺栓預(yù)緊力螺栓預(yù)緊力F受受產(chǎn)生拉應(yīng)力產(chǎn)生拉應(yīng)力F受受產(chǎn)生剪應(yīng)力產(chǎn)生剪應(yīng)力1T當(dāng)量拉力當(dāng)量拉力3 . 1 FFv聯(lián)接面間摩擦力聯(lián)接面間摩擦力(2) 保證聯(lián)接面不滑移的螺栓預(yù)緊力保證聯(lián)接面不滑移的螺栓預(yù)緊力FRKmzFfmzRKFf)()3 . 1 (44/2121MPadFdFv擰緊力矩?cái)Q緊力矩1T預(yù)緊力預(yù)緊力FR平衡橫向力平衡橫向力加大加大30%思索思索1T的影響的影響(3) 強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件)()3 . 1 (41mmFd摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)螺栓數(shù)螺栓數(shù)接合

8、面數(shù)接合面數(shù)3 . 11 . 1fK可靠性系數(shù)可靠性系數(shù)d2d1d單個(gè)螺栓的預(yù)緊力單個(gè)螺栓的預(yù)緊力2.2.受軸向載荷的普通螺栓聯(lián)接受軸向載荷的普通螺栓聯(lián)接擰緊擰緊F任務(wù)時(shí)任務(wù)時(shí)F總拉力總拉力FFF0？(1) 螺栓和被聯(lián)接件的受力與變形螺栓和被聯(lián)接件的受力與變形未擰緊未擰緊螺栓：螺栓：被聯(lián)件：被聯(lián)件：未受力、無變形未受力、無變形未受力、無變形未受力、無變形擰緊后擰緊后任務(wù)前任務(wù)前螺栓：螺栓：被聯(lián)件：被聯(lián)件：伸長伸長受受F拉拉1縮短縮短受受F壓壓2任務(wù)時(shí)任務(wù)時(shí)螺栓：螺栓：被聯(lián)件：被聯(lián)件：再加再加F總伸長總伸長)(1聯(lián)接面間受壓聯(lián)接面間受壓F總緊縮量總緊縮量)(2對應(yīng)拉力對應(yīng)拉力0F螺栓所受總拉力螺

9、栓所受總拉力F0 = 任務(wù)拉力任務(wù)拉力F + 剩余預(yù)緊力剩余預(yù)緊力F(2) 各力的關(guān)系式各力的關(guān)系式螺栓剛度螺栓剛度BDFC11)(21CCCDBDF被聯(lián)件剛度被聯(lián)件剛度CDFC2221CCF總拉力總拉力FCCCFBDFF2110剩余預(yù)緊力剩余預(yù)緊力FCCCFCDFF212螺栓相對剛度螺栓相對剛度被聯(lián)件相對剛度被聯(lián)件相對剛度假設(shè)任務(wù)拉力變化：假設(shè)任務(wù)拉力變化：F0那么總拉力：那么總拉力：FCCCFF211總拉力變化幅度減小總拉力變化幅度減小在在和和一樣情況下一樣情況下FF減少減少1C增大增大2C采用空心螺栓采用空心螺栓或加長螺栓或加長螺栓采用薄金屬墊片、采用薄金屬墊片、O形密封圈形密封圈防止用

10、軟墊片防止用軟墊片總拉力總拉力FCCCFBDFF2110(3) 強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件思索在任務(wù)載荷下擰緊螺母思索在任務(wù)載荷下擰緊螺母故故03 . 1 FFv強(qiáng)度條件同受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接強(qiáng)度條件同受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接)()3 . 1 (44/21021MPadFdFv)()3 . 1 (401mmFd(4) 保證聯(lián)接的嚴(yán)密性保證聯(lián)接的嚴(yán)密性剩余預(yù)緊力剩余預(yù)緊力0F單個(gè)螺栓所受總載荷單個(gè)螺栓所受總載荷聯(lián)接能否出現(xiàn)間隙聯(lián)接能否出現(xiàn)間隙 ？21105 . 1 FFCCCFF)3 . 1 (4210dF假設(shè)假設(shè)預(yù)緊力為預(yù)緊力為F21CC F任務(wù)載荷任務(wù)載荷 預(yù)緊力預(yù)緊力F在滿足強(qiáng)度條件時(shí)，最大任務(wù)

11、載荷是多少？在滿足強(qiáng)度條件時(shí)，最大任務(wù)載荷是多少？總拉力：總拉力：強(qiáng)度條件計(jì)算：強(qiáng)度條件計(jì)算：聯(lián)接嚴(yán)密聯(lián)接嚴(yán)密剩余預(yù)緊力：剩余預(yù)緊力：05 . 0212FFCCCFF0212FCCCFF2FF分析分析總拉力總拉力FCCCFF2110剩余預(yù)緊力剩余預(yù)緊力FCCCFF212總拉力總拉力FFF03.3.受橫向載荷的鉸制孔螺栓聯(lián)接受橫向載荷的鉸制孔螺栓聯(lián)接螺桿接受剪力螺桿接受剪力SFF擰緊力矩?cái)Q緊力矩和預(yù)緊力和預(yù)緊力可忽略可忽略1T420mdFSRFzS螺栓數(shù)螺栓數(shù)強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件桿受剪：桿受剪：受剪面數(shù)受剪面數(shù)螺桿直徑螺桿直徑桿與壁受擠壓：桿與壁受擠壓：0PSPhdF桿與壁資料較差者桿與壁資料較差者

12、受擠壓的最小軸向長度受擠壓的最小軸向長度單個(gè)螺桿所受剪力單個(gè)螺桿所受剪力1.1.螺栓組聯(lián)接的構(gòu)造設(shè)計(jì)螺栓組聯(lián)接的構(gòu)造設(shè)計(jì)(1) 結(jié)合面力求簡單、對稱結(jié)合面力求簡單、對稱四、螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)四、螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)圓形、環(huán)形、矩形、框形、三角形圓形、環(huán)形、矩形、框形、三角形(2) 螺栓布置使各螺栓受力合理螺栓布置使各螺栓受力合理減少螺栓受力減少螺栓受力不合理不合理合理合理(3) 分部在同一圓周上的螺栓數(shù)目成偶數(shù)分部在同一圓周上的螺栓數(shù)目成偶數(shù)便于鉆孔時(shí)分度或畫線便于鉆孔時(shí)分度或畫線減少螺栓預(yù)緊力減少螺栓預(yù)緊力支承面應(yīng)平整且與螺栓軸線垂直支承面應(yīng)平整且與螺栓軸線垂直(5) 防止螺栓接受附加的彎曲載荷防

13、止螺栓接受附加的彎曲載荷(4) 螺栓陳列的間距、邊距合理螺栓陳列的間距、邊距合理留有板手空間留有板手空間2.2.螺紋聯(lián)接的防松安裝螺紋聯(lián)接的防松安裝(1) 摩擦防松摩擦防松(2) 機(jī)械防松機(jī)械防松對頂螺母對頂螺母彈簧墊圈彈簧墊圈金屬鎖緊螺母金屬鎖緊螺母尼龍圈鎖緊螺母尼龍圈鎖緊螺母開口銷開口銷止動(dòng)墊片止動(dòng)墊片金屬絲串金屬絲串沖點(diǎn)法防松沖點(diǎn)法防松 焊住防松焊住防松(3) 破壞螺紋副關(guān)系防松破壞螺紋副關(guān)系防松3.3.螺栓組聯(lián)接的受力分析螺栓組聯(lián)接的受力分析(1) 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接普通螺栓普通螺栓鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓普通螺栓普通螺栓鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓單個(gè)螺栓所受的

14、任務(wù)載荷單個(gè)螺栓所受的任務(wù)載荷ZRF RKmzFfmzRKFf)()3 . 1 (44/2121MPadFdFvzRKmFf求預(yù)緊力求預(yù)緊力強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核(2) 受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接 采用普通螺栓時(shí)采用普通螺栓時(shí)每個(gè)螺栓的預(yù)緊力一樣，均為每個(gè)螺栓的預(yù)緊力一樣，均為FTKrFrFrFfZ.21ZiifrTKF1求預(yù)緊力求預(yù)緊力螺栓軸線到螺栓組對稱中心的間隔螺栓軸線到螺栓組對稱中心的間隔)()3 . 1 (44/2121MPadFdFv強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核 采用鉸制孔用螺栓時(shí)采用鉸制孔用螺栓時(shí)各螺栓的剪切變形量與各螺栓的剪切變形量與 r 成正比成正比(螺栓變形協(xié)調(diào)條件螺栓變形協(xié)調(diào)條件

15、)maxmax2211.rFrFrFrFiiiirFFrmaxmaxTrFrFrFZZ.2211max2max22max21max.rTrFrFrFZ求任務(wù)剪力求任務(wù)剪力ZiiSrrTFF12maxmax強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核420mdFS0PSPhdF(3) 受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接求每個(gè)螺栓的任務(wù)載荷求每個(gè)螺栓的任務(wù)載荷)()3 . 1 (44/21021MPadFdFv求單個(gè)螺栓所受總載荷求單個(gè)螺栓所受總載荷FCCCFF2110FCCCFF212FFF0zQF 強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核(4) 受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接 求最大任務(wù)拉力求最大任務(wù)拉力MLFLFLFZ

16、Z.2211螺栓變形協(xié)調(diào)條件：拉伸變形量與間隔螺栓變形協(xié)調(diào)條件：拉伸變形量與間隔L成正比成正比maxmax2211.LFLFLFZiiLLMF12maxmax 求結(jié)合面應(yīng)力求結(jié)合面應(yīng)力預(yù)緊力預(yù)緊力F 產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力AFzF翻轉(zhuǎn)彎矩翻轉(zhuǎn)彎矩M 產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力WMM 保證結(jié)合面不壓潰保證結(jié)合面不壓潰maxPMFPFMminPmaxP 保證結(jié)合面不出現(xiàn)間隙保證結(jié)合面不出現(xiàn)間隙0minMFP 螺栓的強(qiáng)度校核螺栓的強(qiáng)度校核 最大任務(wù)拉力最大任務(wù)拉力maxF 預(yù)緊力預(yù)緊力F由由單個(gè)螺栓的總載荷單個(gè)螺栓的總載荷0F)3 . 1 (4210dFF預(yù)緊力預(yù)緊力F預(yù)緊力預(yù)緊力AFF2壓

17、應(yīng)力壓應(yīng)力0622abPLAPAFP拉力拉力APF拉應(yīng)力拉應(yīng)力6/2abPLM彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力M彎矩彎矩bPLPbF26預(yù)緊力預(yù)緊力分析聯(lián)接右端不出現(xiàn)間隙時(shí)分析聯(lián)接右端不出現(xiàn)間隙時(shí)應(yīng)滿足的條件應(yīng)滿足的條件F預(yù)緊力預(yù)緊力分析普通螺栓聯(lián)接兩個(gè)方案，分析普通螺栓聯(lián)接兩個(gè)方案， 哪個(gè)合理？哪個(gè)合理？(1) 將將 P 向中心簡化向中心簡化TP(2) 單個(gè)螺栓的受載單個(gè)螺栓的受載4PFS由由P P產(chǎn)生的橫向載荷產(chǎn)生的橫向載荷由由T T產(chǎn)生的橫向載荷產(chǎn)生的橫向載荷PT141rTFm242rTFm方案一方案一方案二方案二(3) 方案比較方案比較11RFFmS、22RFFmS、力的合成力的合成方案一中，螺栓方案

18、一中，螺栓1 1的合力的合力R1 R1 最大最大方案二中，螺栓方案二中，螺栓1 1的合力的合力R2 R2 最大最大cos212121mSmSFFFFR22mSFFR21mmFF12RR 方案一較合理方案一較合理分析托架上的普分析托架上的普通螺栓聯(lián)接通螺栓聯(lián)接RQM(1) 將將 P 向中心簡化向中心簡化(2) 螺栓組受載螺栓組受載橫向載荷橫向載荷 R軸向載荷軸向載荷 Q傾覆力矩傾覆力矩 M(3) 能夠的失效能夠的失效在在 R 作用下，托架挪動(dòng)作用下，托架挪動(dòng)在在 Q 和和 M 作用下，結(jié)合面上部分離作用下，結(jié)合面上部分離在在 Q 和和 M 作用下，結(jié)合面下部壓潰作用下，結(jié)合面下部壓潰受力最大的螺

19、栓拉斷或塑變受力最大的螺栓拉斷或塑變RQM(4) 確定受力最大螺栓的軸向任務(wù)載荷確定受力最大螺栓的軸向任務(wù)載荷 F在在 Q 作用下，每個(gè)螺栓的軸向拉力作用下，每個(gè)螺栓的軸向拉力zQF 1在在 M 作用下，受力最大螺栓的軸向拉力作用下，受力最大螺栓的軸向拉力ZiiLLMF12max2受力最大螺栓的軸向任務(wù)載荷受力最大螺栓的軸向任務(wù)載荷21FFF(5) 確定螺栓的預(yù)緊力確定螺栓的預(yù)緊力 F滿足托架不下滑條件滿足托架不下滑條件RKFmzf留意：此時(shí)為剩余預(yù)緊力。預(yù)緊后又受留意：此時(shí)為剩余預(yù)緊力。預(yù)緊后又受Q作用作用求出求出FaF 滿足結(jié)合面上部不分別條件滿足結(jié)合面上部不分別條件0minWMAQAzF

20、P求出求出bF 滿足結(jié)合面下部不壓潰條件滿足結(jié)合面下部不壓潰條件maxPPWMAQAzF求出求出cF 從從cFbFaF、中，確定適宜的中，確定適宜的F(6) 受力最大螺栓的強(qiáng)度計(jì)算受力最大螺栓的強(qiáng)度計(jì)算0F螺栓總拉力螺栓總拉力由由軸向任務(wù)載荷軸向任務(wù)載荷F預(yù)緊力預(yù)緊力F設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)校核校核)3 . 1 (4210dF)3 . 1 (401Fd五、螺旋傳動(dòng)五、螺旋傳動(dòng)1.1.螺旋傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)螺旋傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)(1) 類型類型傳力螺旋傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋傳導(dǎo)螺旋調(diào)整螺旋調(diào)整螺旋千斤頂千斤頂?shù)都苓M(jìn)給機(jī)構(gòu)刀架進(jìn)給機(jī)構(gòu)差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)微調(diào)鏜刀桿微調(diào)鏜刀桿(2) 特點(diǎn)特點(diǎn)能獲得微小位移能獲得微小位移

21、右旋右旋導(dǎo)程導(dǎo)程 SA右旋右旋導(dǎo)程導(dǎo)程 SB螺桿轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn))(vttgFF2ASh螺桿右移螺桿右移2)(BASSh螺母相對機(jī)架右移螺母相對機(jī)架右移假設(shè)螺桿兩段螺紋旋向相反假設(shè)螺桿兩段螺紋旋向相反2)(BASSh快速挪動(dòng)快速挪動(dòng)單杠鋼索調(diào)整安裝單杠鋼索調(diào)整安裝增力效果顯著增力效果顯著04751 . 04848000vvvftgarcfNF假設(shè)假設(shè)NFt547那么那么)(vtgtgv當(dāng)當(dāng)、可使螺旋機(jī)構(gòu)自鎖、可使螺旋機(jī)構(gòu)自鎖效率低效率低提高效率提高效率的途徑的途徑采用多線螺旋采用多線螺旋采用滾動(dòng)螺旋采用滾動(dòng)螺旋nSv傳動(dòng)效率高傳動(dòng)效率高制造工藝復(fù)雜制造工藝復(fù)雜剛度較滑動(dòng)螺旋差剛度較滑動(dòng)螺旋差2.2.螺旋傳動(dòng)的計(jì)算螺旋傳動(dòng)的計(jì)算主要失效主要失效 螺紋的磨損螺紋的磨損耐磨性計(jì)算確定耐磨性計(jì)算確定螺桿直