機械設(shè)計基礎(chǔ) 第7章 連接2012-2

`教師(jiàoshī):曾鋼機電(jīdiàn)與信息工程學(xué)院機電(jīdiàn)工程系

緒論第一章平面機構(gòu)的自由度和

速度分析第二章平面連桿機構(gòu)第三章凸輪機構(gòu)第四章間隙運動機構(gòu)第五章機械的調(diào)速和平衡第六章機械零件設(shè)計和計算概論

第七章連接第八章帶傳動和鏈傳動第九章齒輪傳動第十章蝸桿傳動第十一章輪系、減速器和無級變速傳動第十二章軸第十三章軸承第十四章聯(lián)軸器、離合器和制動器第十五章彈簧第十六章電力電氣設(shè)備零件第十七章現(xiàn)代機械設(shè)計方法簡介201248學(xué)時精品資料

第七章連接(liánjiē)

7-1螺紋(luówén)連接(p.77)(聯(lián)結(jié))7-2鍵連接精品資料

第七章連接(liánjiē)7-1螺紋(luówén)連接(p.77)

(一）螺紋及其主要參數(shù)（二）螺旋副的力的關(guān)系、效率和自鎖（三）機械制造中常用螺紋種類及標準(四）螺紋連接件的主要類型

(五）螺紋連接的防松裝置(六）螺拴連接的計算(七）螺拴的材料和許用應(yīng)力精品資料

第七章連接(liánjiē)

不可(bùkě)拆連接：鉚、焊可拆連接：螺紋、鍵、銷和楔機器連接分兩類：零件構(gòu)件部件機器連接連接連接連接靜連接動連接運動副運動副靜連接精品資料（一）螺紋(luówén)及其主要參數(shù)螺紋連接是利用(lìyòng)帶有螺紋的零件構(gòu)成的可拆連接。

第七章連接

精品資料

第七章連接(liánjiē)

（一）螺紋(luówén)及其主要參數(shù)精品資料(一）螺紋(luówén)及其主要參數(shù)將一底邊長d2的直角三角形abc纏繞在一直徑(zhíjìng)為d2的圓柱上，底邊ab繞在圓柱底邊，斜邊ac在圓柱體上形成螺旋線。abac7精品資料螺紋(luówén)的類型及分類右旋左旋旋向判定：順著軸線方向看，可見側(cè)左邊高則為左旋，右邊高則為右旋。螺紋旋向：左旋螺紋，右旋螺紋（常用）。思考？(一）螺紋(luówén)及其主要參數(shù)螺紋位置：內(nèi)螺紋——螺母；外螺紋——螺釘。8精品資料按螺旋線的數(shù)目(shùmù)分單線(dānxiàn)雙線三線多線精品資料(3)中徑d2βd1d2d(1)大徑d(2)小徑d1(4)螺距(luójù)P(5)導(dǎo)程S(6)螺紋(luówén)升角ψ(7)牙型角

αtgψ=πd2

nP

牙側(cè)角

β

αβψS=nP螺紋的主要幾何參數(shù)SPP/2P/2精品資料按螺紋(luówén)的牙型分螺紋(luówén)的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋精品資料按螺紋(luówén)的牙型分螺紋(luówén)的分類按螺紋的旋向分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分外螺紋內(nèi)螺紋螺紋副精品資料外螺紋內(nèi)螺紋螺紋(luówén)副精品資料如圖所示，在外力（或外力矩）作用下，螺旋副的相對運動(xiānɡduìyùndònɡ)，可看作推動滑塊沿螺紋表面運動。（二）螺旋(luóxuán)副中力的關(guān)系、效率和自鎖1矩形螺旋副為例(p.79)精品資料如圖所示，將矩形螺紋沿中徑d2處展開，得一傾斜角為的斜面，斜面上的滑塊代表螺母(luómǔ)，螺母(luómǔ)與螺桿的相對運動可看成滑塊在斜面上的運動。精品資料如圖所示，當滑塊沿斜面向上等速運動時，所受作用力包括軸向載荷FQ、水平推力F、斜面對滑塊的法向反力FN以及摩擦力Ff。FN與Ff的合力(hélì)為FR，F(xiàn)f=fFN，f為摩擦系數(shù)，F(xiàn)R與FN的夾角為摩擦角r。 由力FR、F和FQ組成(zǔchénɡ)的力多邊形封閉圖得F=FQtan(

+r)

軸向載荷水平推力斜面對滑塊的法向反力摩擦力Ff合力FR精品資料 轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)螺紋所需的轉(zhuǎn)矩為舉升重物(zhònɡwù)所作有效功為W2=FQ×S=FQpd2tan。螺旋副的效率為螺母旋轉(zhuǎn)一周所需的輸入功為W1=2T1=精品資料效率h與螺紋升角和摩擦角r有關(guān).螺旋線的線數(shù)多、升角大，則效率高，反之亦然。

當r一定時，對式求極值，可得當升角40°時效率最高。螺紋升角過大，螺紋制造很困難，而且當>25°后，效率增長(zēngzhǎng)不明顯，因此，通常升角不超過25°。如前圖示，當滑塊沿斜面等速下滑時，軸向載荷FQ變?yōu)轵?qū)動滑塊等速下滑的驅(qū)動力，F(xiàn)為阻礙滑塊下滑的支持力，摩擦力Ff的方向(fāngxiàng)與滑塊運動方向(fāngxiàng)相反。由FR、F和FQ組成的力多邊形封閉圖得F=FQtan(

-r)

精品資料螺母反轉(zhuǎn)一周時的輸入功為W1=FQS，輸出(shūchū)功為W2=Fpd2，則螺旋副的效率為由式可知，當r時，h0，說明無論FQ力多大，滑塊（即螺母）都不能運動，這種現(xiàn)象稱為螺旋副的自鎖。h=0表明螺旋副處于臨界(línjiè)自鎖狀態(tài)。

r

因此螺旋副的自鎖條件是精品資料設(shè)計螺旋副時，對要求正反轉(zhuǎn)自由運動(yùndòng)的螺旋副，應(yīng)避免自鎖現(xiàn)象。工程中也可以應(yīng)用螺旋副的自鎖特性，如起重螺旋做成自鎖螺旋，可以省去制動裝置。精品資料非矩形螺紋是指牙形角a不等于零的螺紋，包括(bāokuò)三角形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。如圖所示，非矩形螺紋的螺母與螺桿相對運動時，相當于非矩形斷面滑塊斜槽內(nèi)滑動。2三角形螺紋(luówén)副(p.81)精品資料非矩形(jǔxíng)螺紋的受力分析與矩形(jǔxíng)螺紋的受力分析過程一樣，而矩形(jǔxíng)螺紋與非矩形(jǔxíng)螺紋的不同之處在于，在相同軸向載荷FQ作用下，非矩形(jǔxíng)螺紋的法向力比矩形(jǔxíng)螺紋大。

不同(bùtónɡ)螺紋副間的受力螺母螺桿矩形三角形螺桿螺母精品資料F=FQtan(

+r’)

r’

自鎖條件(tiáojiàn)FN=FQ/

2sin

=FQ/

2cos

Ff=2f.FN=(f/

con).FQ=f

’

.FQf’當量(dāngliàng)摩擦系數(shù)三角形螺紋中的摩擦阻力大于矩形螺紋由r’

=arctanf’

=arctan(f/

con)

螺旋副效率三角形螺紋看成楔形滑塊在斜槽內(nèi)滑動

摩擦力精品資料引入當量(dāngliàng)摩擦系數(shù)f’和當量(dāngliàng)摩擦角r’來考慮非矩形螺紋法向力的增加量，即用當量(dāngliàng)摩擦角r’代替r三角螺紋自鎖性能比矩形螺紋好，靜聯(lián)接螺紋要求自鎖，故多采用牙形角大的三角螺紋。傳動(chuándòng)螺紋要求螺旋副的效率h要高，一般采用牙形角較小的梯形螺紋。精品資料 螺紋聯(lián)接裝配時，一般都要擰緊螺紋，使聯(lián)接螺紋在承受工作載荷之前，受到預(yù)先(yùxiān)作用的力，這就是螺紋聯(lián)接的預(yù)緊，預(yù)先(yùxiān)作用的力稱為預(yù)緊力。3螺紋(luówén)連接的擰緊力矩（p.82）螺紋聯(lián)接的預(yù)緊螺紋聯(lián)接預(yù)的目的在于增加聯(lián)接的可靠性、緊密性和防松能力。精品資料如圖所示，在擰緊螺母時，螺栓受預(yù)緊力Fs，被連接件受預(yù)緊壓力Fs，需要克服螺紋(luówén)副相對扭轉(zhuǎn)的阻力矩和螺母與支承面之間的摩擦阻力矩，即擰緊力矩T=T1+T2。LSFtD1擰緊螺母時的力矩(lìjǔ)計算精品資料精品資料——螺紋(luówén)副間有效圓周力精品資料（rm——支承面摩擦(mócā)半徑）L——扳手(bānshou)長度公式可簡化為擰緊力矩d為公稱直徑精品資料對于一般(yībān)聯(lián)接用的鋼制普通螺栓聯(lián)接，其預(yù)緊力Q0大小按下式計算式，ss為螺栓材料的屈服極限，N/mm2；A為螺栓危險截面(jiémiàn)的面積，A≈pd2/4，mm2。Q0=(0.5~0.7)ssANT=0.2Q0d

N·mm對于M10~M64的粗牙普通螺栓，若螺紋聯(lián)接的預(yù)緊力為Q0，螺栓直徑為d，則緊擰緊力矩T可以按近似公式計算精品資料（三）常用螺紋(luówén)連接件類型(p.83)（1)普通螺紋(luówén)普通螺紋(luówén)以大徑d為公稱直徑，同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋(luówén)，其余的統(tǒng)稱為細牙螺紋(luówén)。60?粗牙螺紋應(yīng)用最廣。細牙螺紋的優(yōu)點：升角小、小徑大、自鎖性好、強度高缺點：不耐磨易滑扣。應(yīng)用：薄壁零件、受動載荷的聯(lián)接和微調(diào)機構(gòu)。Pd粗牙dP細牙dP細牙1三角形螺紋精品資料dd2d1P用螺紋(luówén)密封的管螺紋(luówén)普通(pǔtōng)細牙螺紋（2）管螺紋非螺紋密封管螺紋（圓柱管壁α=55?）用螺紋密封管螺紋（圓錐管壁α=55?）60?圓錐管螺紋公稱直徑----管子的公稱通徑（英制）。強調(diào)與普通螺紋不同55?55?非螺紋密封的管螺紋dd2d1Pφ2φ精品資料3梯形(tīxíng)螺紋：梯形鋸齒形30o3o30o為了減少摩擦和提高效率，這兩種螺紋的牙側(cè)角β比三角形螺紋的要小得多。用于剖分螺母時，梯形螺紋可消除因摩擦而產(chǎn)生的間隙(jiànxì)，應(yīng)用較廣。鋸齒形螺紋的效率比矩形螺紋高，但只適合單向傳動。4鋸齒形螺紋:常用于傳動。β=15oβ=3o粗牙普通螺紋、細牙普通螺紋和梯形螺紋的基本尺寸見表（或查閱相關(guān)機械設(shè)計手冊）。螺紋的基本尺寸：2矩形螺紋：精品資料7-1螺紋(luówén)連接(p.77)

第七章連接(liánjiē)

(四）螺紋連接件的主要類型1螺栓2雙頭螺柱3螺釘4螺母5墊圈精品資料一、螺紋聯(lián)接(liánjiē)類型1、螺栓聯(lián)接—被聯(lián)件較薄、易做成通孔處，可經(jīng)常(jīngcháng)拆卸。(四）螺紋連接件的主要類型(p.85)（1）普通螺栓：被聯(lián)件孔與螺栓桿有間隙，可傳橫向、軸向外載（2）鉸制孔螺栓：被聯(lián)件孔與螺栓桿過渡配合，只傳橫向外載普通螺栓鉸制孔螺栓桿孔間隙過渡配合面精品資料螺栓(luóshuān)螺栓(luóshuān)連接構(gòu)件螺栓的結(jié)構(gòu)形式LL0d六角頭LdL0小六角頭精品資料(四）螺紋連接件的基本(jīběn)類型(p.85)螺栓聯(lián)接(liánjiē)特點eaal1l1可承受橫向載荷。應(yīng)用很廣鉸制孔螺栓孔與螺桿之間留有間隙一端有頭，一端有螺紋分六角頭和絞制孔用螺栓用六角棒料車制用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。dd絞制孔用螺栓中螺桿與釘孔為基孔制過盈配合精品資料地腳螺栓1螺栓(luóshuān)應(yīng)用(四）螺紋(luówén)連接件的基本類型(p.85)精品資料(四）螺紋(luówén)連接件的基本類型(p.85)1螺栓(luóshuān)副構(gòu)件精品資料(四）螺紋(luówén)連接件的基本類型(p.85)精品資料2、雙頭螺柱聯(lián)接(liánjiē)被聯(lián)件之一較厚、不易(bùyì)做成通孔，需經(jīng)常拆卸處(四）螺紋連接件的基本類型

(p.85)精品資料3螺釘(luódīng)螺栓(luóshuān)聯(lián)接基本類型螺釘聯(lián)接aee雙頭螺柱聯(lián)接

聯(lián)接件厚，允許拆裝。l1l1HHH1H1H2H2結(jié)構(gòu)簡單，省了螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺孔而修復(fù)困難。d(四）螺紋連接件的基本類型(p.85)2雙頭螺柱精品資料被聯(lián)件之一較厚、不易做成通孔，不需經(jīng)常(jīngcháng)拆卸處3、螺釘(luódīng)聯(lián)接(四）螺紋連接件的基本類型(p.85)精品資料螺紋(luówén)連接構(gòu)件末端結(jié)構(gòu)頭部結(jié)構(gòu)螺釘(luódīng)、緊定螺釘(luódīng)雙頭螺柱螺栓精品資料3、緊定螺釘(luódīng)聯(lián)接：固定兩零件相對位置(wèizhi)，可傳不大扭矩z平端緊定螺釘錐端緊定螺釘(四）螺紋連接件的基本類型(p.85)精品資料3螺釘(luódīng)應(yīng)用螺栓(luóshuān)聯(lián)接基本類型螺釘聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘(四）螺紋連接件的基本類型(p.85)精品資料螺紋(luówén)緊固件起吊螺釘螺釘(luódīng)、緊定螺釘(luódīng)雙頭螺柱螺栓專用螺紋聯(lián)接T型螺栓精品資料六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圓螺母螺拴構(gòu)件(gòujiàn)用于經(jīng)常(jīngcháng)拆裝易磨損之處。國標羅列有六十余種不同結(jié)構(gòu)的螺母用于尺寸受限制之處。4螺母（p.88）分普通螺母和開槽螺母精品資料5墊圈(diànquān)(p.89)彈簧墊圈保護被連接件的表面不被擦傷，增大接觸(jiēchù)面積開口方向：斜向右下方彈性增壓尖端抵住倒角型斜型斜型平墊圈精品資料7-1螺紋(luówén)連接

1利用(lìyòng)摩擦力（1）彈簧墊圈（2）雙螺母2機械方法防松(五）螺紋連接的防松裝置(p.89)（1）開口銷（2）止動墊圈精品資料螺紋連接(liánjiē)的防松裝置防松的方法(fāngfǎ)：（1）.利用附加摩擦力防松彈簧墊圈防松----防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。開口方向：斜向右下方彈性增壓尖端抵住彈簧墊圈雙螺母彈簧墊圈精品資料對頂螺母防松方法(fāngfǎ)——防止(fángzhǐ)螺旋副相對轉(zhuǎn)動。按防松原理不同，分為：a）摩擦防松自鎖螺母精品資料開口銷與槽形螺母b）機械防松（直接鎖?。┚焚Y料圓螺母用止動墊圈精品資料開口銷與六角開槽螺母串聯(lián)鋼絲（2）機械(jīxiè)防松圓螺母用止動墊圈止動墊圈精品資料（六）螺栓(luóshuān)連接的計算（P.91）一、松螺栓(luóshuān)連接二、緊螺栓連接精品資料只受工作載荷作用的螺栓聯(lián)接（工作前不預(yù)緊，例：起重(qǐzhònɡ)吊鉤）一、松螺栓(luóshuān)連接;;][][4

32121NFMpadF工作載荷F工作載荷螺栓許用應(yīng)力）強度條件：（或拉斷）失效形式：螺栓塑變（）受力分析：（--￡=ssps1d：螺紋小徑精品資料（六）螺栓連接(liánjiē)的計算二、緊螺栓(luóshuān)連接1、受橫向載荷的螺栓連接2、受軸向載荷的螺栓連接3、受偏心載荷的緊螺栓連接精品資料螺栓桿拉扭合成應(yīng)力：失效形式(xíngshì)：螺栓塑變或拉斷注：受拉、剪應(yīng)力復(fù)合作用的螺栓，可按受純拉伸處理,將拉應(yīng)力加大30%計入(jìrù)剪應(yīng)力的影響。只受預(yù)緊力普通螺栓QpQpTT（1）受橫向載荷FsFsF:橫向載荷緊螺栓聯(lián)接：裝配時預(yù)緊，工作前承受預(yù)緊力為使連接件不滑動，且可靠精品資料受橫向(hénɡxiànɡ)載荷的緊螺栓聯(lián)接只受預(yù)緊力普通螺栓QpQpTT如f=0.2，F(xiàn)s=6F當橫向(hénɡxiànɡ)載荷F很大時，需要的Fs也很大，需要采取減載措施。已知Fs、材料屬性，求d1——螺栓設(shè)計問題精品資料f=0.2，F(xiàn)s=6F采取減載措施(cuòshī)（減小橫向載荷F)。減載鍵減載環(huán)絞制孔螺栓減載裝置強度(qiángdù)計算：P.93注意受力部位（圖7-23）精品資料P.94例題(lìtí)：設(shè)計問題凸緣聯(lián)軸器，4個螺栓(luóshuān)連接。已知轉(zhuǎn)矩T(N.mm)，試確定螺栓(luóshuān)直徑?？煽抗ぷ鳎?f*Fs=1.2F∑F∑=2T/D0=（N)Fs

=8000N

注意單位統(tǒng)一設(shè)計準則：￡=sdF][4

3.121'spsmm——設(shè)計式試算：先選材料，查手冊，S、[]求得d1,查手冊,得d,選螺栓精品資料（2）受軸向載荷的螺栓(luóshuān)連接（p.95)例：壓力容器的頂蓋和凸緣(tūyuán)1頂蓋2殼體3凸緣工作要求：要保證強度及連接的緊密性受預(yù)緊力Qp和工作載荷F作用的螺栓聯(lián)接精品資料受力分析(fēnxī)（2）受軸向載荷(zàihè)的螺栓連接：凸緣結(jié)構(gòu)示意Dp=D+2/3b

擰緊前

擰緊后承受工作載荷后b:墊片寬度。先確定螺栓

分布跨距t

Dp：受壓面直徑設(shè)計一個即可精品資料工作載荷F螺栓受載被聯(lián)接件受載預(yù)緊狀態(tài)F作用前預(yù)緊拉力QP預(yù)緊壓力QP工作狀態(tài)F作用后(拉力增加)總載荷

Q(壓力下降)殘余預(yù)緊力Q′P（2）受軸向載荷(zàihè)的螺栓連接（p.95)

擰緊前

擰緊后承受工作載荷后精品資料載荷螺栓變形被聯(lián)接件變形變形關(guān)系預(yù)緊狀態(tài)QP作用下伸長1壓縮bδL≠δF工作狀態(tài)QP、F共同作用伸長1

+1’壓縮b’=b-1’ΔδL=ΔδF螺栓受總拉力:螺栓(luóshuān)拉力F0壓力(yālì)減到Fs’精品資料F0FFs’11’1+1’b螺栓受總拉力:螺栓(luóshuān)被連接件設(shè)計(shèjì)問題：已知力和材料屬性，求d1精品資料（2）受軸向載荷(zàihè)的螺栓連接（p.95)例：壓力容器的螺栓直徑(zhíjìng)設(shè)計1頂蓋2殼體3凸緣工作要求：要保證強度及連接的緊密性受預(yù)緊力Qp和工作載荷F作用的螺栓聯(lián)接條件：已知：容器內(nèi)最大壓力。墊片、殼體尺寸精品資料鉤頭(ɡōutóu)螺栓（3）受偏心載荷(zàihè)的緊螺栓連接（p.98)總拉力F0彎矩F0e偏心載荷凸臺魚眼坑精品資料（七）螺紋聯(lián)接件的材料(cáiliào)性能與許用應(yīng)力1、螺紋(luówén)聯(lián)接件的材料與性能等級（1）常用材料：碳鋼：Q215-A、Q235-A、35、45—一般聯(lián)接合金鋼：15Cr、20Cr、40Cr等—重要聯(lián)接（2）螺栓、螺母材料性能等級（表）

直徑越小，許用應(yīng)力越低計算小徑時，可采用試算法。沖擊扳手精品資料直徑材料碳鋼注:σs為螺栓材料的屈服極限,N/mm20.20σs(0.13~0.20)σs0.4σs(0.25~0.40)σs(0.20~0.25)σs合金鋼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變載荷靜載荷載荷性質(zhì)不嚴格控制預(yù)緊力的緊聯(lián)接(0.6~0.8)σs嚴格控制預(yù)緊力的緊聯(lián)接σs松連接表螺栓連接的許用拉應(yīng)力[σ]精品資料由表可知，不嚴格控制預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接的許用拉應(yīng)力與螺栓直徑(zhíjìng)有關(guān)。在設(shè)計時，通常螺栓直徑(zhíjìng)是未知的，因此要用試算法：先假定一個公稱直徑(zhíjìng)d，根據(jù)此直徑(zhíjìng)查出螺栓聯(lián)接的許用拉應(yīng)力，按式或式計算出螺栓小徑d1，由d1查取公稱直徑(zhíjìng)d，若該公稱直徑(zhíjìng)與原先假定的公稱直徑(zhíjìng)相差較大時，應(yīng)進行重算，直到兩者相近。精品資料例如圖示，一鋼制液壓油缸，已知油壓p=1.6N/mm2，D=160mm，采用(cǎiyòng)8個4.8級螺栓，試計算其缸蓋聯(lián)接螺栓的直徑和螺栓分布圓直徑D。QFQ