机械设计基础课件!联接

2019/8/7编制：吕亚清1机械设计基础主讲：吕亚清机电工程学院机械设计研究室2019/8/7编制：吕亚清2第十章连接总论螺纹联接键联接和花键联接销联接2019/8/7编制：吕亚清3总论静联接动联接——运动副与动力源组合零件构件机构机器静联接动联接(运动副)可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等不可拆联接：铆接、焊接、胶接等联接2019/8/7编制：吕亚清4螺纹联接§10－1螺纹参数§10－2螺旋副的受力分析、效率和自锁§10－3机械制造常用螺纹§10－4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件§10－5螺纹联接的预紧和防松§10－6螺纹联接的强度计算§10－7螺栓的材料和许用应力§10－8提高螺栓联接的强度措施2019/8/7编制：吕亚清5§10－1螺纹参数1.螺纹形成螺旋线形成：把底边等于d2的直角三角形绕于直径为d2的圆柱体上，并使底边与圆柱体的底边对齐，则它的斜边在圆柱表面上便形成一条螺旋线。旋向(螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋问题：旋向判断？d2SP联接传动螺纹形成：平面图形沿螺旋线形成三角形、矩形、梯形、锯齿形螺纹螺旋线的数目(线数):单线、多线说明2019/8/7编制：吕亚清630°梯形3°30°锯齿形矩形60°普通牙型:α=60°β＝30°α=30°β＝15°β工＝3°,β非＝30°α=0°β＝0°矩形非矩形牙α=60°型α=30°α=33°α=0°→2019/8/7编制：吕亚清7螺纹旋向判断旋向(螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋旋向判断:（1）轴线垂直放，右边高—右旋左边高—左旋（2）右手旋，前进—右旋左手旋，前进—左旋2019/8/7编制：吕亚清8螺内螺纹纹外螺纹螺旋副→螺纹联接(静联接→构件)螺旋传动(动联接→机构)2019/8/7编制：吕亚清9螺内螺纹纹外螺纹螺旋副→螺纹联接(静联接→构件)螺旋传动(动联接→机构)2019/8/7编制：吕亚清102.主要参数大径d、D：最大直径—公称直径小径d1：外螺纹的危险剖面直径——强度直径中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽宽与牙的宽度相等——计算直径2019/8/7编制：吕亚清112.主要参数螺距P：相邻两牙轴向距离导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，S=nP升角：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角牙型角a：螺纹两侧边的夹角2019/8/7编制：吕亚清12→在轴向载荷下相对运动2dS(np)内螺纹外螺纹拧紧、加载、顶起重物相对运动→联接传动→螺旋副FFa→将螺旋线沿中径展开§10-2螺旋副的受力分析、效率和自锁→滑块(重物)在斜面运动2019/8/7编制：吕亚清13分析:1.当匀速上升:ρFaFFnFRFfφFaFFRφ+ρFR与Fn夹角→摩擦角ρ:tgρ＝f＝Ff/Ｆn∴ＦR与Ｆa夹角＝φ＋ρ→加载Ｆa(轴向力,自重,阻力)作用在螺旋副上的驱动力矩：2)(222dtgFdFTa∴Ｆ＝Ｆa·tg(φ＋ρ)→合反力FR∵(滑块)合力＝０→法向反力Fn(⊥斜面)→施加水平推力Ｆ→摩擦阻力:f·Fn=Ff二.矩形螺纹2019/8/7编制：吕亚清14→施加水平支持力Ｆ(匀速下滑)当Ｆ＝０→Ｆ＜０→自锁条件：滑块在斜面运动状态不变作用力Ｆ与假设力的方向相反→推力Ｆ≤０→φ≤ρ2)(222dtgFdFTaρFaFFnFRFfφFaFFRφ－ρ)(tgFFa→无论Ｆa多大，滑块不会自动下滑→自锁2.当匀速下降:2019/8/7编制：吕亚清15二.非矩形螺纹反力摩擦力当量摩擦角FａN/2N/2FａN’N’900-900-ａａFcosF'2vffffNFａFcos'2Ncosarctanarctanffvv2019/8/7编制：吕亚清16→将ρ→ρ′(当量摩擦角)tgρ′＝f/cosβ=f′(当量摩擦系数)α(β)↑ρ′↑→φ↑→匀速上升:Ｆ＝Ｆa·tg(φ＋ρ′)匀速下降:Ｆ＝Fa·tg(φ－ρ′)2)(222dtgFdFTa2)(222dtgFdFTa自锁条件：φ≤ρ′αβ要自锁好→α(β)↑,φ↓(单头)自锁性↑自锁性↓二.非矩形螺纹2019/8/7编制：吕亚清17)(tgtg2dS要效率高→max2/45过大，制造困难25max/\ρ′－当量摩擦角,φ－升角η＝有效功／输入功＝Ｆa·Ｓ／（Ｆπｄ2）＝Ｆa·πｄ2tgφ/[Ｆa·tg(φ＋ρ′)πｄ2]要自锁好→α↑φ↓(单);要效率高→α↓φ↑(多)→α↓,φ↑(多头)φ↑,ρ′↓φη当匀速上升:2/45三.效率2019/8/7编制：吕亚清18联接(可靠)→→要自锁传动→效率高螺旋副ρ′↑→α↑φ↓→单线ｎ=1ρ′↓→α↓φ↑→多线ｎ＞１§10-3机械制造常用螺纹1.三角形螺纹(M)普通螺纹:α＝60°，f’大，易自锁一．粗牙:牙高,d1小,ψ大二．细牙:牙浅,d1大,ψ小,更易自锁管螺纹:α＝55°，紧密,无径向间隙2019/8/7编制：吕亚清192.梯形螺纹(Tr)：α＝30°、β＝15°3.锯齿形螺纹(S)：α＝33、β工＝3°4.矩形螺纹：α＝０°联接螺纹：普通三角螺纹、锥螺纹、管螺纹(英制)（ψ小，单线，自锁好）传动螺纹：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹（α小、ψ大，多线，效率高）2019/8/7编制：吕亚清20管螺纹及特点：2019/8/7编制：吕亚清21§10-4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺栓联接普通螺栓联接铰制孔螺栓联接双头螺栓联接螺钉联接螺钉联接紧定螺钉、自攻螺钉联接螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、装拆要求等进行选择2019/8/7编制：吕亚清22螺栓联接普通螺栓联接特点：孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：经常装拆的一般场合铰制孔螺栓联接特点：孔与杆间无间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：承受横向载荷的场合2019/8/7编制：吕亚清23双头螺栓、螺钉联接双头螺栓联接特点：采用盲孔,允许多次装拆。适用场合：用于被联接件之一较厚、经常装拆的场合螺钉联接特点：省去了螺母，不宜经常装拆。适用场合：被联接件之一较厚，且不常装拆的场合2019/8/7编制：吕亚清24紧定螺钉联接适用场合：多用于轴上零件的固定，传递较小的力锥端螺钉联接平端螺钉联接圆柱端螺钉联接2019/8/7编制：吕亚清25其他联接地脚螺栓联接、吊环螺栓联接、T形槽螺栓联接2019/8/7编制：吕亚清26螺栓一．普通螺栓二．铰制孔螺栓双头螺栓螺钉一．联接螺钉二．紧定螺钉、自攻螺钉螺母：六角螺母、圆螺母垫圈：平垫圈、斜垫圈螺纹联接件通过组合形成螺纹联接二.螺纹紧固件2019/8/7编制：吕亚清27预紧目的：防止松动→提高可靠性、紧密性、防松能力螺母拧紧时→预紧力Fａ拧紧阻力矩T的大小：？螺旋副间的摩擦力矩T1：螺母与支承面间摩擦力矩T2：螺栓预紧拉力F0被联接件预紧压力F0施加在扳手上的力FT21TTT)tan(221vdFTａmzrFfTａ2TFａFａLFTTTT21T1T2§10-4螺纹联接的预紧和防松2019/8/7编制：吕亚清28控制拧紧力矩的扳手定力矩扳手测力矩扳手2019/8/7编制：吕亚清29控制拧紧力臂选择扳手长度2019/8/7编制：吕亚清30二、螺纹联接的防松问题：为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法？静载荷：ψv(自锁)+预紧后摩擦力→防止松动动载荷：摩擦力减小、消失→不可靠螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动螺纹联接防松的方法按工作原理可分为:1摩擦防松2机械防松3其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）2019/8/7编制：吕亚清311.摩擦防松使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母(双螺母)防松2019/8/7编制：吕亚清32对顶螺母防松使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩对顶螺母防松2019/8/7编制：吕亚清332.机械防松用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性开口销、止动垫圈、串联钢丝防松螺栓开槽螺母开口销装配图2019/8/7编制：吕亚清34止动垫圈防松用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性2019/8/7编制：吕亚清35串联钢丝防松正确错误用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性2019/8/7编制：吕亚清363.其它：破坏螺纹副关系焊接铆冲2019/8/7编制：吕亚清37§10-4螺栓联接的强度计算松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力紧螺栓联接：有预紧力，还有工作拉力一．失效形式二．设计步骤三．松螺栓联接强度设计四．紧螺栓联接强度设计1.仅受预紧力的紧螺栓联接2.受横向载荷的紧螺栓联接3.受轴向载荷的紧螺栓联接螺栓组联接2019/8/7编制：吕亚清38一.失效形式失效形式：1.螺栓杆拉断（普通螺栓）2.螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）3.经常装拆因磨损而发生滑扣普通螺栓主要为螺纹部分发生断裂受剪螺栓(铰制孔螺栓)主要为压溃和剪切2019/8/7编制：吕亚清39二.设计步骤一般设计步骤：螺栓组受力和失效分析→找出受力最大的螺栓→单个螺栓受力分析和失效分析→单个螺栓强度计算→确定螺栓的尺寸（直径、长度）试算法：先选定一个螺栓直径d——查[]——计算d1。若d1与d1’（假定的小径）相近，则合用；否则再选2019/8/7编制：吕亚清40三.松螺栓联接强度设计受载荷形式——轴向拉伸(工作拉力F)失效形式——螺栓拉断(静、疲劳)设计准则——保证螺栓拉伸强度强度条件：≤[]设计计算方法：校核式:设计式:214dFAFａａ][41ａFd2019/8/7编制：吕亚清41四.紧螺栓联接强度设计1.仅受预紧力的紧螺栓联接受载荷形式—拧紧后:轴向拉伸(轴向拉力Fａ)拧紧过程中:轴向拉伸Fａ、扭力T失效形式—螺栓拉断(拉、扭综合作用)设计准则—保证螺栓拉伸强度强度条件：’≤[]设计计算方法：校核式:TFａFａ拧紧力矩T→剪应力τ预紧拉力Fａ→拉应力σ5.03.1)5.0(33'2222][4/3.1'21dFａ][x1.341ａFd设计式:2019/8/7编制：吕亚清422.受横向载荷的紧螺栓联接受载荷形式—工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力F0作用（拧紧过程中:轴向拉伸Fａ、扭力T）拧紧后:预紧力F0失效形式—相同否？两种情况的工作原理不同！普通螺栓铰制孔螺栓2019/8/7编制：吕亚清43受横向载荷的普通螺栓联接受载荷形式—拧紧过程中:轴向拉伸Fａ、扭力T失效形式—螺栓拉断(拉、扭综合作用)设计准则—保证螺栓拉伸强度强度条件：σ’≤[σ]设计计算方法：问题：预紧力Fs应满足的条件?与横向载荷F有何关系？依据：被联接件不滑移——界面摩擦力≥F即：FａFａFFTFａFａ校核式:][4/3.1'21dFａ][x1.341ａFd设计式:FfFS2.1fFFS2.1讨论：f=0.2时，FS=?F2019/8/7编制：吕亚清44受横向载荷的铰制孔螺栓联接受载荷形式—拧紧过程中:轴向拉伸Fａ、扭力T(预紧力小，计算时可忽略)工作时：横向载荷F失效形式—侧面压溃及螺栓剪切设计准则—保证挤压、剪切强度强度条件：σp≤[σp]、≤[]设计计算方法：挤压强度：剪切强度：][min0ppLdF][420dF2019/8/7编制：吕亚清45讨论：普通螺栓受横向载荷F时，为保证结合面不发生滑移，靠结合面的摩擦力抵抗F预紧力Fs的大小，根据接合面不发生滑移的条件确定f=0.2时，FS=6F结论：横向载荷过大的情况下，不适宜