機械設計-聯(lián)接

第十章連接靜聯(lián)接動聯(lián)接——運動副與動力源組合零件構(gòu)件機構(gòu)機器靜聯(lián)接動聯(lián)接(運動副)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)接的預緊和防松10-6、螺栓聯(lián)接的強度計算10-7、螺栓的材料和許用應力10-8、提高螺紋連接強度的措施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—右旋

左手旋，前進—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：危險剖面直徑—計算直徑中徑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：分析使滑塊等速運動所需要的水平力等速上升：平衡條件：驅(qū)動力：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yr時，F(xiàn)’0，原工作阻力F’反向作用，作為驅(qū)動力時，滑塊才能移動結(jié)論：當yr

時，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V型滑塊所需的力fv當量摩擦系數(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V不變時，η與ψ的關系如圖。?。旱茫害?45o-V

ψ常取25o左右。ψ太大會引起制造困難，且效率增高也不顯著。QN’N’900-900-當量摩擦角?10-3、機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、

標準螺紋聯(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：孔與桿間有間隙、被聯(lián)接件上無需切制螺紋、裝拆方便適用場合：經(jīng)常裝拆的一般場合鉸制孔螺栓聯(lián)接特點：孔與桿間無間隙、被聯(lián)接件上無需切制螺紋、裝拆方便適用場合：承受橫向載荷的場合1、螺栓聯(lián)接2、雙頭螺栓聯(lián)接特點：孔與桿間有間隙、被聯(lián)接件上無需切制螺紋、裝拆方便適用場合：用于被聯(lián)接件之一較厚、經(jīng)常裝拆的場合機械設計基礎——聯(lián)接3、螺釘聯(lián)接特點：孔與桿間無間隙、被聯(lián)接件上無需切制螺紋、裝拆方便適用場合：被聯(lián)接件之一較厚，且不常裝拆的場合4、緊定螺釘聯(lián)接適用場合：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、擰緊力矩擰緊力矩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)接的預緊和防松控制擰緊力矩的扳手定力矩扳手測力矩扳手二、螺紋聯(lián)接的防松為什么要防松:

靜載荷：ψ<rv(自鎖)+預緊后摩擦力→防止松動 動載荷：摩擦力減小、消失→不可靠防松的實質(zhì):

限制螺旋副的相對轉(zhuǎn)動分類(按工作原理分):

摩擦防松 機械防松 其它：破壞螺紋副關系（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)動的摩擦阻力矩彈簧墊圈尼龍圈鎖緊螺母對頂螺母防松2、機械防松用機械裝置把螺母和螺栓聯(lián)成一體，消除了它們之間相對轉(zhuǎn)動的可能性開口銷螺栓開槽螺母開口銷裝配圖止動墊片、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)接的強度計算松螺栓聯(lián)接：無預緊力，只有工作拉力緊螺栓聯(lián)接：有預緊力，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)設計準則——保證螺栓拉伸強度強度條件：

s≤[s]設計計算方法：校核式:設計式:FaFa二、緊螺栓聯(lián)接強度設計1、受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接1）普通螺栓受載形式—預緊力

Fa

、扭矩T失效形式—螺栓拉斷(拉、扭綜合作用)設計準則—保證螺栓拉伸強度強度條件：

se≤[s]FaFFTFaFa設計計算方法：校核式:預緊拉力FS→拉應力σ，由第四強度理論：設計式:擰緊力矩T→剪應力τ，對M10到M68：預緊力Fa應為多大？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，預緊力Fs應為多大？

設螺栓數(shù)目為Nb,接合面數(shù)為Ni討論：橫向載荷過大時，不宜用普通螺栓；必須采用普通螺栓時，應配合： 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(計算時可忽略)

工作時：橫向載荷F失效形式—側(cè)面壓潰及螺栓剪切設計準則—保證擠壓、剪切強度強度條件：sp≤[sp]、t≤[t]設計計算方法：擠壓強度：剪切強度：2、

受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接受載荷形式—

擰緊過程中:預緊力

F0

、扭力T

工作時：再承受工作載荷FE

螺栓所受的總拉力:Fa=F0+FE?

TF0F0FEFEFaFaFEFEF0F0受力和變形關系—變形協(xié)調(diào)條件:l1=lb=lFa=FE+FR1bD1DbTF0F0FEFEFaFaF0F0FRFRFR—殘余預緊力：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強度計算—螺栓受到的總拉力Fa=FE+FR校核式:設計式:10-7、螺栓的材料和許用應力材料：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： 國標(GB/T3098.1_2000)規(guī)定螺栓按材料的力學性能分出十個等級：

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)點前數(shù)字表示sB/100,小數(shù)點后數(shù)字表示10sS/sB

如：5.8級：表示sB=500MPa，sS=400MPa許用應力：

[]=s/SS—安全系數(shù)控制預緊力：表10-6不控制預緊力：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：先選定一個螺栓直徑d——查[]——計算d1。若d1與d1’（假定的小徑）相近，則合用；否則再選1、減小螺栓的應力變化幅度為減少螺栓應力變化幅度：

（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、減小應力集中4、避免附加彎曲應力10-11鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接的類型二、平鍵連接的強度校核三、花鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接的類型目的： 用來實現(xiàn)軸與軸上零件的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩；實現(xiàn)軸上零件的軸向固定實現(xiàn)軸上零件軸向移動它是標準件分類：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 動聯(lián)接：工作面磨損 特點：結(jié)構(gòu)簡單，裝折方便，對中性好，承載能力大，應用廣泛成對使用:承載能力不夠時采用,按180°布置兩個鍵。一對平鍵按1.5個鍵計算分類：普通平鍵——

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

導向平鍵——

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:

便于安裝,對中好,用于錐形軸端,但對軸削弱大成對使用:

承載能力不夠時用,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:

簡單,且可實現(xiàn)輪轂在軸上單向軸向固定

楔緊產(chǎn)生偏心,不適于高速及對中要求高的場合二、平鍵連接的強度校核1、平鍵的選擇

材料：多采用碳素鋼

尺寸：

平鍵是標準零件，表10-9按d選b、h；

選鍵長L(短于輪轂寬度)2、

鍵的強度校核靜聯(lián)接:

壓潰→擠壓強度圓頭:

ls=L-b平頭:

ls=L單圓頭:

ls=L-b/2[sp]查表10-10

一般不會發(fā)生鍵的剪斷，故一般不作剪斷強度校核Lls動聯(lián)接:

磨損→壓強[p]查表10-10三、花鍵聯(lián)接結(jié)構(gòu)特點：沿周向均布多個鍵齒。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：2)對軸的削弱程度小;3)載能力高;4)軸上零件與軸的對中性好；5)導向性好;6)可用磨削方法提高加工精度及聯(lián)接質(zhì)量。缺點：齒根仍有應力集中、需專用設備制造，成本高。應用：定心精度要求高、載荷大、或經(jīng)常滑移的聯(lián)接。類型