第10章联接设计_机械设计(华中科技大学)

电渣焊第十章联接设计一、联接的类型铆钉被联接件(1)熔焊1.铆接电焊条与被焊接件形成电路2.焊接电焊机低压电流熔融金属填充接缝电弧熔激光焊接联接不可拆联接(铆接、焊接…)可拆联接(销联接、键联接、螺纹联接…)大厚度的焊件薄板焊接(2)钎焊钎料熔化填充到被联接件的间隙内焊接加热温度低、对被联接件影响小3.胶接胶粘剂4.过盈配合联接压入法：包容件：过盈量或尺寸较小加温包容件或冷却被包容件液压拆卸高压油涨大包容件内径5.销联接用于定位联接圆柱销圆锥销6.键联接(1)平键静联接侧面压溃挤压应力动联接工作面磨损比压][42//2PPdlhTlhdT][4pdlhTp主要失效形式设计准则(2)花键主要失效与平键相同键的剖面尺寸b、h按轴直径d从标准中选取键的长度l根据轮毂宽度确定7.螺纹联接(1)螺栓联接(2)双头螺栓联接(3)螺釘联接(4)紧定螺釘联接被联接件上无需切制螺纹装拆方便被联接件之一较厚且经常装拆被联接件之一较厚且不常装拆用于固定两零件相对位置传递不大转矩二、螺纹副的受力分析1.螺纹副的受力拧紧螺母1TF螺栓上产生轴向力螺纹副力学模型施加1TF螺母承受等速上升F将集中于小块A2d螺旋沿中径展开小块A受力：F轴向力可得旋紧圆周力tF摩擦力Nfv正压力Nvvftgarc)(vttgFF反作用力RF2.螺纹副的效率螺母转一圈所做总功有用功(无摩擦时的功)效率讨论：)(22222211vttgFddFTAtgFdA222)(vtgtg矩形螺纹其他牙形将楔形面上的摩擦状况转为平面上的摩擦状况FNfFfNcosFNFfFffNvcos(1)矩形螺纹锯齿形螺纹梯形螺纹三角形螺纹cosftgarcvftgarcv0ftgarcv001.130ftgarcv035.1150ftgarcv155.1300三角形螺纹效率低、用于联接其余三种用于传动v(2)2dnptgn螺纹线数加工困难多头螺纹用于传动3.螺纹的自锁条件力学模型：螺母等速下降小块A受力松开为驱动力F为阻力tF)(vttgFF当时，v0tF要使螺母下降，必须改变方向tF否则螺母会在斜面任意位置停下v自锁条件3~2n常用讨论：(1)三角形螺纹最大，自锁性好v用于联接(2)由知细牙螺纹螺距2dnptg小，升角p小易满足自锁条件自锁性较粗牙好三、单个螺栓联接的强度计算受横向载荷的普通螺栓联接受轴向载荷的普通螺栓联接受横向载荷的铰制孔螺栓联接失效形式拉断剪切螺栓受载情况挤压1.受横向载荷的普通螺栓联接(1)螺栓的当量拉力螺栓受力拧紧力矩1T螺栓预紧力'F受产生拉应力'F受产生剪应力1T当量拉力'3.1FFv联接面间摩擦力(2)保证联接面不滑移的螺栓预紧力'FRKmzFf'mzRKFf')(][)3.1(44/21'21MPadFdFv拧紧力矩1T预紧力'FR平衡横向力加大30%考虑1T的影响(3)强度条件)(][)3.1(4'1mmFd摩擦系数螺栓数接合面数3.1~1.1fK可靠性系数d2d1d单个螺栓的预紧力2.受轴向载荷的普通螺栓联接拧紧F工作时'F总拉力FFF'0？(1)螺栓和被联接件的受力与变形未拧紧螺栓：被联件：未受力、无变形未受力、无变形拧紧后工作前螺栓：被联件：伸长受'F拉1缩短受'F压2工作时螺栓：被联件：再加F总伸长)(1联接面间受压F总压缩量)(2对应拉力0F螺栓所受总拉力F0=工作拉力F+剩余预紧力F”(2)各力的关系式螺栓刚度BDFC1'1)(21CCCDBDF被联件刚度CDFC2'221CCF总拉力FCCCFBDFF211''0剩余预紧力FCCCFCDFF212''螺栓相对刚度被联件相对刚度若工作拉力变化：F~0则总拉力：FCCCFF211''~总拉力变化幅度减小在和相同情况下FF减少1C增大2C采用空心螺栓或加长螺栓采用薄金属垫片、O形密封圈避免用软垫片总拉力FCCCFBDFF211''0(3)强度条件考虑在工作载荷下拧紧螺母故03.1FFv强度条件同受横向载荷的普通螺栓联接)(][)3.1(44/21021MPadFdFv)(][)3.1(401mmFd(4)保证联接的紧密性剩余预紧力0F单个螺栓所受总载荷联接是否出现间隙？'211'05.1FFCCCFF][)3.1(4210dF若预紧力为'F21CCF工作载荷＝预紧力'F在满足强度条件时，最大工作载荷是多少？总拉力：强度条件计算：联接紧密剩余预紧力：05.0'212'FFCCCFF0212'FCCCFF'2FF分析总拉力FCCCFF211'0剩余预紧力FCCCFF212'总拉力FFF03.受横向载荷的铰制孔螺栓联接螺杆承受剪力SF'F拧紧力矩和预紧力可忽略1T][420mdFSRFzS螺栓数强度条件杆受剪：受剪面数螺杆直径杆与壁受挤压：][0PSPhdF杆与壁材料较差者受挤压的最小轴向长度单个螺杆所受剪力1.螺栓组联接的结构设计(1)结合面力求简单、对称四、螺栓组联接的设计圆形、环形、矩形、框形、三角形(2)螺栓布置使各螺栓受力合理减少螺栓受力不合理合理(3)分部在同一圆周上的螺栓数目成偶数便于钻孔时分度或画线减少螺栓预紧力支承面应平整且与螺栓轴线垂直(5)避免螺栓承受附加的弯曲载荷(4)螺栓排列的间距、边距合理留有板手空间2.螺纹联接的防松装置(1)摩擦防松(2)机械防松对顶螺母弹簧垫圈金属锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母开口销止动垫片金属丝串冲点法防松焊住防松(3)破坏螺纹副关系防松3.螺栓组联接的受力分析(1)受横向载荷的螺栓组联接普通螺栓铰制孔用螺栓普通螺栓铰制孔用螺栓单个螺栓所受的工作载荷ZRFRKmzFf'mzRKFf')(][)3.1(44/21'21MPadFdFvzRKmFf'求预紧力强度校核(2)受转矩的螺栓组联接�采用普通螺栓时每个螺栓的预紧力相同，均为'FTKrFrFrFfZ'...''21ZiifrTKF1'求预紧力螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离)(][)3.1(44/21'21MPadFdFv强度校核�采用铰制孔用螺栓时各螺栓的剪切变形量与r成正比(螺栓变形协调条件)maxmax2211...rFrFrFrFiiiirFFrmaxmaxTrFrFrFZZ...2211max2max22max21max...rTrFrFrFZ求工作剪力ZiiSrrTFF12maxmax强度校核][420mdFS][0PSPhdF(3)受轴向载荷的螺栓组联接求每个螺栓的工作载荷)(][)3.1(44/21021MPadFdFv求单个螺栓所受总载荷FCCCFF211'0FCCCFF212'FFF0zQF强度校核(4)受倾覆力矩的螺栓组联接�求最大工作拉力MLFLFLFZZ...2211螺栓变形协调条件：拉伸变形量与距离L成正比maxmax2211...LFLFLFZiiLLMF12maxmax�求结合面应力预紧力F`产生的挤压应力AFzF'翻转弯矩M产生的挤压应力WMM�保证结合面不压溃][maxPMFPFMminPmaxP�保证结合面不出现间隙0minMFP�螺栓的强度校核最大工作拉力maxF预紧力'F由单个螺栓的总载荷0F][)3.1(4210dF'F预紧力'F预紧力AFF'2压应力0622'abPLAPAFP拉力APF拉应力6/2abPLM弯曲应力M弯矩bPLPbF26'预紧力分析联接右端不出现间隙时应满足的条件'F预紧力分析普通螺栓联接两个方案，哪个合理？(1)将P向中心简化TP(2)单个螺栓的受载4PFS由P产生的横向载荷由T产生的横向载荷PT141rTFm242rTFm方案一方案二(3)方案比较11RFFmS、22RFFmS、力的合成方案一中，螺栓1的合力R1最大方案二中，螺栓1的合力R2最大cos212121mSmSFFFFR22mSFFR21mmFF12RR方案一较合理分析托架上的普通螺栓联接RQM(1)将P向中心简化(2)螺栓组受载横向载荷R轴向载荷Q倾覆力矩M(3)可能的失效在R作用下，托架移动在Q和M作用下，结合面上部分离在Q和M作用下，结合面下部压溃受力最大的螺栓拉断或塑变RQM(4)确定受力最大螺栓的轴向工作载荷F在Q作用下，每个螺栓的轴向拉力zQF1在M作用下，受力最大螺栓的轴向拉力ZiiLLMF12max2受力最大螺栓的轴向工作载荷21FFF(5)确定螺栓的预紧力F’满足托架不下滑条件RKFmzf注意：此时为剩余预紧力。预紧后又受Q作用求出FaF'满足结合面上部不分离条件0'minWMAQAzFP求出bF'满足结合面下部不压溃条件]['maxPPWMAQAzF求出cF'从cFbFaF'''、、中，确定合适的'F(6)受力最大螺栓的强度计算0F螺栓总拉力由轴向工作载荷F预紧力'F设计校核][)3.1(4210dF][)3.1(401Fd五、螺旋传动1.螺旋传动的类型和特点(1)类型传力螺旋传导螺旋调整螺旋千斤顶刀架进给机构差动螺旋机构微调镗刀杆(2)特点能获得微小位移右旋导程SA右旋导程SB螺杆转)(vttgFF2ASh螺杆右移2)(BASSh螺母相对机架右移若螺杆两段螺纹旋向相反2)(BASSh快速移动单杠钢索调整装置增力效果显著'0'4751.04848000vvvftgarcfNF若NFt547则)(vtgtgv当、可使螺旋机构自锁效率低提高效率的途径采用多线螺旋采用滚动螺旋nSv传动效率高制造工艺复杂刚度较滑动螺旋差2.螺旋传动的计算主要失效——螺纹的磨损耐磨性计算确定螺杆直径d2螺母高度H传力较大时螺杆强度校核要求自锁时螺纹牙强度校核校核自锁条件受压细长螺杆校核稳定性螺纹轴向间隙的调整3.耐磨性计算螺纹接触处比压：)(][22MPapHhdPFzhdFp承载螺纹的圈数一圈螺纹的承载面积螺母高度螺距令2dH设计式：)(][2mmhPpFd[注](1)的选择整体螺母剖分螺母5.1~2.15.3~5.2(2)螺纹牙接触高度Ph5.0h对梯形和矩形螺纹对锯齿形螺纹Ph75.0(3)设计步骤H确定螺母高度10PHz要求螺纹圈数2d计算查标准：Pd螺距公称直径4.螺杆强度校核轴向力F螺母材料比螺杆差、校核螺母的螺纹)(][)16/(3)4/(323122122MPadTdFca)(][66//22MPazDbFlDblzFbb5.螺纹牙的强度校核力学模型：将螺母的一圈螺纹牙展开——悬臂梁螺纹牙受弯：螺纹牙受剪：转矩T)(][/MPaDbzFDbzF)(5.02DDll为弯曲力臂为螺纹根部宽度bPb5.0矩形螺纹Pb65.0梯形螺纹Pb75.0锯齿形螺纹