機(jī)械設(shè)計(jì)-聯(lián)接

第十章連接靜聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接——運(yùn)動(dòng)副與動(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)接螺紋聯(lián)接10-1、螺紋參數(shù)10-2、螺旋副的受力分析、效率和自鎖10-3、機(jī)械制造常用螺紋10-4、螺紋聯(lián)接基本類型及螺紋緊固件10-5、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松10-6、螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算10-7、螺栓的材料和許用應(yīng)力10-8、提高螺紋連接強(qiáng)度的措施10-1、螺紋參數(shù)螺旋線形成：傾斜線繞在圓柱體上形成的曲線螺旋線參數(shù):線數(shù)、旋向、螺距、升程、螺旋角d2SP螺紋形成：平面圖形沿螺旋線形成的軌跡三角形、矩形、梯形、鋸齒形、半圓形螺紋螺紋旋向判斷：

(1)軸線垂直放

右邊高—右旋

左邊高—左旋

(2)右手旋，前進(jìn)—右旋

左手旋，前進(jìn)—左旋螺紋旋向判定螺紋線數(shù)判定螺紋主要參數(shù)：大徑d：最大直徑—公稱直徑小徑d1：危險(xiǎn)剖面直徑—計(jì)算直徑中徑d2：假想直徑，牙型溝槽寬與牙的寬度相等螺距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升角y

：螺紋與其軸線的垂直面的夾角（按中徑計(jì)算）牙型角a：螺紋兩側(cè)邊的夾角d1dαd2斜面受力分析：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：yyFQRy+r

vQFNfNvF’Qy–rR’R’QF’N’fN’rRr10-2、螺旋副的受力分析、效率和自鎖自鎖條件：當(dāng)yr時(shí)，F(xiàn)’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)yr

時(shí)，滑塊自鎖yvR’QF’N’fN’r一、

矩形螺紋Fad2dd1ys=npvrFRnnFFay擰緊力擰緊力矩防松力防松力矩自鎖條件yr效率二、非矩形形螺紋

槽面摩擦：分析推動(dòng)V型滑塊所需的力fv當(dāng)量摩擦系數(shù)：122Fv1FfQ比較平面摩擦：QFvNFfQN/2N/2QN’N’900-900-擰緊力擰緊力矩防松力防松力矩效率自鎖條件y

rv當(dāng)V不變時(shí)，η與ψ的關(guān)系如圖。?。旱茫害?45o-V

ψ常取25o左右。ψ太大會(huì)引起制造困難，且效率增高也不顯著。QN’N’900-900-當(dāng)量摩擦角?10-3、機(jī)械制造常用螺紋從壓形劃分：1.三角形螺紋(M)

普通螺紋:α＝60°，fV大，易自鎖粗牙:牙高,d1小,ψ大細(xì)牙:牙淺,d1大,ψ小,更易自鎖管螺紋:α＝55°，緊密,無徑向間隙2.梯形螺紋(Tr)：α＝30°、β＝15°3.鋸齒形螺紋(S)：α＝33、β工＝3°4.矩形螺紋

：α＝０°從使用劃分：聯(lián)接螺紋：普通三角螺紋、錐螺紋、管螺紋(英制)（ψ小，單線，自鎖好）傳動(dòng)螺紋：矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒螺紋（α小、ψ大，多線，效率高）10-4、螺紋聯(lián)接基本類型及螺紋緊固件一、

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：平墊圈彈簧墊片斜墊圈止動(dòng)墊圈螺紋聯(lián)接件通過組合形成螺紋聯(lián)接二、螺紋聯(lián)接的基本類型普通螺栓聯(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1、螺栓聯(lián)接2、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)合機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——聯(lián)接3、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4、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5、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)接一、擰緊力矩?cái)Q緊力矩T：

？螺旋副間的摩擦力矩T1

螺母與支承面間摩擦力矩T2

施加在扳手上的力FTT1T210-5、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松控制擰緊力矩的扳手定力矩扳手測(cè)力矩扳手二、螺紋聯(lián)接的防松為什么要防松:

靜載荷：ψ<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→不可靠防松的實(shí)質(zhì):

限制螺旋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)分類(按工作原理分):

摩擦防松 機(jī)械防松 其它：破壞螺紋副關(guān)系（鉚沖、粘接、焊接）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尼龍圈鎖緊螺母對(duì)頂螺母防松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)的可能性開口銷螺栓開槽螺母開口銷裝配圖止動(dòng)墊片、帶翹墊片防松串聯(lián)鋼絲防松3、其它：焊接鉚沖粘結(jié)10-6、螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(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，還有工作拉力螺栓組聯(lián)接失效形式：

1.螺栓桿拉斷（普通螺栓主要失效形式）

2.螺紋壓潰和剪斷（受剪螺栓主要失效形式）

3.經(jīng)常裝拆因磨損而發(fā)生滑扣一、松螺栓聯(lián)接受載形式——軸向拉伸(工作拉力Fa)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:FaFa二、緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度設(shè)計(jì)1、受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接1）普通螺栓受載形式—預(yù)緊力

Fa

、扭矩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：

se≤[s]FaFFTFaFa設(shè)計(jì)計(jì)算方法：校核式:預(yù)緊拉力FS→拉應(yīng)力σ，由第四強(qiáng)度理論：設(shè)計(jì)式:擰緊力矩T→剪應(yīng)力τ，對(duì)M10到M68：預(yù)緊力Fa應(yīng)為多大？被聯(lián)接件不滑移——界面摩擦力≥FFaFaFFTFaFaC可靠性系數(shù)C=1.1-1.3多板多螺栓時(shí)，預(yù)緊力Fs應(yīng)為多大？

設(shè)螺栓數(shù)目為Nb,接合面數(shù)為Ni討論：橫向載荷過大時(shí)，不宜用普通螺栓；必須采用普通螺栓時(shí)，應(yīng)配合： 減載銷 鍵或減 載套筒FaFaFFT2）鉸制孔螺栓受載荷形式—

擰緊過程中:

Fa、T(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：2、

受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接受載荷形式—

擰緊過程中:預(yù)緊力

F0

、扭力T

工作時(shí)：再承受工作載荷FE

螺栓所受的總拉力:Fa=F0+FE?

TF0F0FEFEFaFaFEFEF0F0受力和變形關(guān)系—變形協(xié)調(diào)條件:l1=lb=lFa=FE+FR1bD1DbTF0F0FEFEFaFaF0F0FRFRFR—?dú)堄囝A(yù)緊力：防止受載后接合面產(chǎn)生縫隙具體數(shù)值根據(jù)緊密性要求選取，見p147強(qiáng)度計(jì)算—螺栓受到的總拉力Fa=FE+FR校核式:設(shè)計(jì)式:10-7、螺栓的材料和許用應(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

）性能等級(jí)： 國(guó)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：

[]=s/SS—安全系數(shù)控制預(yù)緊力：表10-6不控制預(yù)緊力：表10-7螺栓直徑6--1616--3030--606--1616--30碳素鋼4-33-210-6.56.5合金鋼5-44-2.57.6-55載荷類型靜載荷變載荷材料表10-7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1、減小螺栓的應(yīng)力變化幅度為減少螺栓應(yīng)力變化幅度：

（1）減小螺栓剛度a.柔性螺栓b.彈性元件10-8、提高螺紋連接強(qiáng)度的措施（2）增大被聯(lián)接件剛度a.金屬墊片b.密封環(huán)2、改善螺紋牙間的載荷分配內(nèi)斜螺母環(huán)槽螺母懸置螺母3、減小應(yīng)力集中4、避免附加彎曲應(yīng)力10-11鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接的類型二、平鍵連接的強(qiáng)度校核三、花鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接的類型目的： 用來實(shí)現(xiàn)軸與軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩；實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定實(shí)現(xiàn)軸上零件軸向移動(dòng)它是標(biāo)準(zhǔn)件分類：鍵聯(lián)接松聯(lián)接緊聯(lián)接—楔鍵平鍵半圓鍵普通平鍵導(dǎo)向平鍵花鍵松聯(lián)接

1、平鍵 結(jié)構(gòu):

安裝：靜聯(lián)接為過渡配合,動(dòng)聯(lián)接間隙配合 工作原理:兩側(cè)面是工作面

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)算分類：普通平鍵——

Ａ(圓頭)型：立銑刀，鍵定位好，軸應(yīng)力集中大 Ｂ(平頭)型：盤銑刀，軸向鍵無定位，應(yīng)力集中小 Ｃ(單圓頭)型：立銑刀加工，用于軸端

導(dǎo)向平鍵——

鍵固定于軸上,滑移距離小起鍵螺孔固定螺釘潘存云教授研制起鍵螺孔固定螺釘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。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,沿同一母線布置緊聯(lián)接

1、楔鍵聯(lián)接 結(jié)構(gòu):

安裝：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

分類：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,不適于高速及對(duì)中要求高的場(chǎng)合二、平鍵連接的強(qiáng)度校核1、平鍵的選擇

材料：多采用碳素鋼

尺寸：

平鍵是標(biāo)準(zhǔn)零件，表10-9按d選b、h；

選鍵長(zhǎng)L(短于輪轂寬度)2、

鍵的強(qiáng)度校核靜聯(lián)接:

壓潰→擠壓強(qiáng)度圓頭:

ls=L-b平頭:

ls=L單圓頭:

ls=L-b/2[sp]查表10-10

一般不會(huì)發(fā)生鍵的剪斷，故一般不作剪斷強(qiáng)度校核Lls動(dòng)聯(lián)接:

磨損→壓強(qiáng)[p]查表10-10三、花鍵聯(lián)接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：沿周向均布多個(gè)鍵齒。齒側(cè)為工作面。組成：外花鍵、內(nèi)花鍵。潘存云教授研制潘存云教授研制1)均勻受力；優(yōu)點(diǎn)：2)對(duì)軸的削弱程度小;3)載能力高;4)軸上零件與軸的對(duì)中性好；5)導(dǎo)向性好;6)可用磨削方法提高加工精度及聯(lián)接質(zhì)量。缺點(diǎn)：齒根仍有應(yīng)力集中、需專用設(shè)備制造，成本高。應(yīng)用：定心精度要求高、載荷大、或經(jīng)常滑移的聯(lián)接。類型