機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件第10章聯(lián)接

第10章聯(lián)接基本要求:

1、了解聯(lián)接的類型和應(yīng)用；了解螺紋聯(lián)接的基本類型及螺紋緊固件；２、掌握螺紋聯(lián)接的受力分析、效率和自鎖、螺紋副當(dāng)量摩擦系數(shù)；３、掌握平鍵聯(lián)接的選用和校核。重點(diǎn)與難點(diǎn):重點(diǎn)：1）螺紋聯(lián)接的受力分析、效率和自鎖、螺紋副當(dāng)量摩擦系數(shù)；

2）平鍵聯(lián)接的選用和校核。難點(diǎn)：螺紋聯(lián)接的受力析、效率和自鎖、螺紋副當(dāng)量摩擦系數(shù)。

§10－1

螺紋參數(shù)§10－2螺旋副的受力分析、效率與自鎖第10章聯(lián)接§10－3螺旋副的受力分析、效率與自鎖

§10－4螺紋聯(lián)接的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螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算

§10－7螺栓材料和許用應(yīng)力

§10－8

提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施

§10－9螺旋傳動(dòng)

§10－12銷聯(lián)接

§10－11鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接

螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)都是利用螺紋零件工作的，但兩者的工作性質(zhì)不同。螺紋聯(lián)接是作為緊固件用，要求聯(lián)接可靠，保證足夠的聯(lián)接強(qiáng)度、剛度和自鎖性能（有時(shí)還要求緊密性）；后者用作傳動(dòng)件使用，主要是傳遞運(yùn)動(dòng)和力。

§10－1

螺紋參數(shù)一、螺紋的形成鋸齒形螺紋梯形螺紋三角形螺紋二、螺紋的分類１．按形成平面圖形的形狀分２．按螺旋線旋向分左旋、右旋——常用3．按螺旋線的數(shù)分單線螺紋、雙線和多線螺紋。單線螺紋多用于聯(lián)接，多線螺紋多用于傳動(dòng)。螺紋分為內(nèi)螺紋和外螺紋。大徑d——螺紋的公稱直徑。小徑d1——常用于聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。中徑d2——常用于聯(lián)接的幾何計(jì)算。螺距P——相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。導(dǎo)程S——同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離，S=nP。螺旋升角y——在中徑圓柱面上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。牙型角a－螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩邊的夾角。三、螺紋的主要參數(shù)

（以圓柱螺紋為例）

§10－2螺旋副的受力分析、效率和自鎖πd2lyFFFaFa

一、矩形螺紋

擰緊螺母(滑塊沿斜面等速上升)2）螺桿與螺母間作用力Fa集中作用在一小段螺紋上，可將螺旋副的摩擦問題轉(zhuǎn)化為斜面摩擦問題。1）螺桿與螺母間作用力集中作用在其中徑d2的圓柱面上。因螺桿的螺紋可視為由一斜面卷繞在圓柱體上而形成的。Rann水平驅(qū)動(dòng)力F＝Fa

tg(y

＋)擰緊力矩

FRFaF+

放松螺母(滑塊沿斜面等速下滑)annR擰松螺母時(shí)所需力矩為滑塊沿斜面等速下滑，所需的平衡力F＝Fa

tg(y

-)當(dāng)<時(shí)，F(xiàn)<0，其方向與螺母運(yùn)動(dòng)方向相同，它是放松螺母所需外加的驅(qū)動(dòng)力矩，這表明要使螺母松退，必須加一個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩T，否則無論在多大力Fa作用下，螺母不會(huì)松退，即發(fā)生自鎖。當(dāng)=時(shí)，F(xiàn)=0，表明無需放松力矩，螺母在力Fa的作用下正好等速松退。螺旋副反行程自鎖的條件：

。FFRFa-擰緊螺母(滑塊沿非矩形螺紋等速上升)水平驅(qū)動(dòng)力F＝Fa

tg(y

＋’)擰緊力矩?cái)Q松螺母(滑塊沿非矩形螺紋等速下滑)水平平衡力F＝Fa

tg(y-’)螺旋副的效率

§10-3

機(jī)械制造常用螺紋類型牙型圖特點(diǎn)和應(yīng)用普通螺紋

牙型為牙型角=60°的等邊三角形，內(nèi)、外螺紋旋合后留有徑向間隙。牙根較厚，牙根強(qiáng)度較高。當(dāng)量摩擦因數(shù)較大。同一公稱直徑按螺距大小分為粗牙和細(xì)牙兩種，應(yīng)用最為廣泛，主要用于聯(lián)接。一般情況下用粗牙；細(xì)牙螺紋自鎖性好，對(duì)螺紋零件的強(qiáng)度削弱小，但易滑扣，故用于薄壁零件或受動(dòng)載荷的聯(lián)接，還用于液壓系統(tǒng)內(nèi)的一些聯(lián)接以及微調(diào)機(jī)構(gòu)的調(diào)整圓柱管螺紋牙型為牙型角

=55°的等腰三角形，牙頂呈圓弧。內(nèi)、外螺紋旋合后無徑向間隙，緊密性好。公稱直徑近似為管子孔徑，以英寸為單位。多用于壓力在1.57MPa以下的管子聯(lián)接

圓錐管螺紋牙型為牙型角

=55°的等腰三角形，與圓柱管螺紋相似，但螺紋分布在1：16的圓錐表面上，內(nèi)、外螺紋旋合后無間隙，緊密性更好。通常用于高溫、高壓條件下工作的管子聯(lián)接。當(dāng)與內(nèi)圓柱管螺紋配用時(shí)，在1MPa壓力下已足夠緊密

梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙型角α=30°。傳動(dòng)效率比矩形螺紋低，但可避免矩形螺紋的缺點(diǎn)。廣泛用于傳動(dòng)鋸齒形螺紋牙型為不等腰梯形，

工作面的牙邊傾斜角為3°，非工作面的牙邊傾斜角為30°。綜合了矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙根強(qiáng)度高的特點(diǎn)。但只能用于單向受力的傳動(dòng)

§10-4螺紋聯(lián)接的基本類型及螺紋緊固件鉸孔螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接

一、 螺紋聯(lián)接基本類型

二、 螺紋緊固件1.六角頭螺栓2.雙頭螺

柱3.螺釘

4.螺母

5.墊圈預(yù)緊力和擰緊力矩（T）之間的關(guān)系：T1——螺旋副間的摩擦阻力矩T2——螺母環(huán)形面與被聯(lián)接件支承面間的摩擦力矩。Fa

§10-5螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)都必須擰緊螺母，使被聯(lián)接件受到壓縮，同時(shí)螺紋聯(lián)接件受到拉伸。預(yù)緊力——使聯(lián)接在承受工作載荷之前預(yù)先所受到的力。預(yù)緊目的：增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。一、擰緊力矩對(duì)于M10～M68的粗牙螺紋螺栓，

取f’=tg’，fc=0.15，則T≈0.2Fad

注意：1）擰緊后螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊應(yīng)力一般可達(dá)材料的屈服極限ss的50%~70%。2）可憑工人的經(jīng)驗(yàn)來控制扳手的擰緊力矩。重要的聯(lián)接可利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。通常可采用測力矩扳手或定力矩扳手的方法來控制預(yù)緊力。3）通常標(biāo)準(zhǔn)扳手的長度L15d，若擰緊力為F，T≈

FL，

Fa≈

75F

。如F=200N,Fa≈

15000N，足以擰斷M12以下的螺栓。對(duì)于重要的聯(lián)，應(yīng)盡可能不采用直徑過小(＜M12)的螺栓。且對(duì)于要求擰緊的螺栓，應(yīng)精確控制預(yù)緊力。二、螺紋聯(lián)接的防松

聯(lián)接螺紋都能滿足自鎖的條件（ψ<’

）在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)，螺紋聯(lián)接不會(huì)自動(dòng)松脫。在振動(dòng)、沖擊或變載荷的作用下，會(huì)使聯(lián)接松脫。防松——防止螺旋副在受載時(shí)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松按其工作原理分為：摩擦防松和機(jī)械防松。常用防松裝置的原理和結(jié)構(gòu)防松方法防松裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用摩擦防松對(duì)頂螺母兩螺母對(duì)頂擰緊后，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用。工作載荷有變動(dòng)時(shí)，該摩擦力仍然存在。結(jié)構(gòu)簡單，適用于平穩(wěn)、低速和重載的固定裝置上的聯(lián)接彈簧墊圈彈簧墊圈材料為彈簧鋼，螺母擰緊后，靠墊圈壓平而產(chǎn)生的彈性反力使旋合螺紋間壓緊。同時(shí)墊圈斜面的刃口抵住螺母與被聯(lián)接件的支承面也有防松作用。結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。但由于墊圈的彈力不均，在沖擊、振動(dòng)的工作條件下，其防松效果較差，一般用于不甚重要的聯(lián)接自鎖螺母螺母一端制成非圓形收口或開縫后徑向收口。當(dāng)螺母擰緊后，收口脹開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。結(jié)構(gòu)簡單，防松可靠，可多次裝拆而不降低防松性能

機(jī)械防松開槽螺母與開口銷六角開槽螺母擰緊后，將開口銷穿過螺栓尾部小孔和螺母的槽，并將開口銷尾部掰開與螺母側(cè)面貼緊。也可用普通螺母擰緊后再配鉆開口銷孔。適用于較大沖擊、振動(dòng)的高速機(jī)械中運(yùn)動(dòng)部件的聯(lián)接圓螺母用止動(dòng)墊片將止動(dòng)墊片的內(nèi)舌放入螺栓（軸）的槽內(nèi)，待螺母擰緊后，把止動(dòng)墊片的外舌之一折嵌入到螺母的一個(gè)槽內(nèi)，使螺栓螺母相互約束起到放松作用。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，防松可靠，應(yīng)用較廣串聯(lián)鋼絲用低碳鋼絲穿入各螺釘頭部的孔內(nèi)，將一組螺釘串聯(lián)起來，使其相互約束，當(dāng)有松動(dòng)趨勢時(shí)，鋼絲被更加拉緊。使用時(shí)必須注意鋼絲的穿入方向。適用于螺釘組聯(lián)接，防松可靠，但裝拆不便其它的防松方法

§10-6

螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算聯(lián)接的失效形式：主要是指螺紋聯(lián)接件的失效。受拉螺栓：失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂。受剪螺栓：失效形式可能是螺栓桿被剪斷或螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰。螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算，主要是根據(jù)聯(lián)接的類型、聯(lián)接的裝配情況（是否預(yù)緊）和受載狀態(tài)等條件，選擇相應(yīng)的強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則，計(jì)算螺栓危險(xiǎn)截面的尺寸（確定螺紋小徑d1或d0

、校核其強(qiáng)度。其他部分均可根據(jù)公稱直徑d直接按螺紋聯(lián)接件的標(biāo)準(zhǔn)確定。一、松螺栓聯(lián)接特點(diǎn)：聯(lián)接裝配時(shí)螺母不需擰緊，不承受工作載荷時(shí)，螺栓不受力。強(qiáng)度條件：二、緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算預(yù)緊力引起的拉應(yīng)力：螺紋矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：根據(jù)第四強(qiáng)度理論，當(dāng)量應(yīng)力:強(qiáng)度條件：緊螺栓聯(lián)接在裝配時(shí)，螺母需擰緊，在承受工作載荷前，螺栓在擰緊力矩的作用下已受到預(yù)緊Fa和螺紋力矩T1

的聯(lián)合作用。

當(dāng)聯(lián)接承受較大的橫向載荷F時(shí)，f=0.15，C=1.2，m=1，F(xiàn)0≥8F

，因而需要大幅度地增加螺栓直徑。為減小螺栓直徑的增加，可采用減載措施。1.受橫向工作載荷的螺栓強(qiáng)度基本假設(shè)：1）同一組螺栓的直徑、長度、材料和預(yù)緊力均相同；2）被聯(lián)接件為剛體，即受載后接合面保持為平面；3）螺栓組的對(duì)稱中心與聯(lián)接結(jié)合面的形心重合。（1）普通螺栓聯(lián)接或C——可靠性系數(shù)，通常取C=1.1~1.3。（2）鉸孔制螺栓聯(lián)接這種螺栓聯(lián)接是靠螺栓桿受剪切和擠壓來抵抗橫向載荷。螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁接觸表面的擠壓強(qiáng)度條件為螺栓桿的抗剪強(qiáng)度條件為式中：F——螺栓所受的工作剪力，單位為N；

d0——螺栓剪切面的直徑（可取螺栓孔直徑），單位為mm；

Lmin——螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為mm；設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使

Lmin≥1.25d0m——螺栓桿受剪面的數(shù)目。2．受軸向工作載荷的螺栓強(qiáng)度Fa——總拉力

FE_——工作載荷

F0——預(yù)緊力

FR——?dú)堄囝A(yù)緊力Fa

=？

F0

+FEa)螺母未擰緊b0=0c0=0F0=0FE=0b)螺母擰緊栓：F0（拉）b0

FE=0

F0

≠

0被：F0（壓）c0

b0≠C0c)螺母擰緊栓：F0→

Fa

b0+F0

≠

0FE

≠

0被：F0→FR

C0-變形力變形

力單個(gè)緊螺栓聯(lián)接受力變形圖螺栓受工作載荷時(shí)，螺栓總載荷：螺栓剛度：被聯(lián)接件剛度：變形

力為保證受載后接合面聯(lián)接的緊密性，應(yīng)使殘余預(yù)緊力FR>0。有緊密性要求的聯(lián)接：

FR=（1.5~1.8）FE工作載荷穩(wěn)定：FR=（0.2~0.6）FE工作載荷不穩(wěn)定：FR=（0.6~1.0）FE校核公式強(qiáng)度條件：設(shè)計(jì)公式

§10-7

螺栓材料和許用應(yīng)力

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了螺紋聯(lián)接件的性能等級(jí)。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為10級(jí)，螺母的性能等級(jí)分為7級(jí)。在一般用途的設(shè)計(jì)中，通常選用4.8級(jí)左右的螺栓，在重要的或有特殊要求設(shè)計(jì)中的螺紋聯(lián)接件，要選用高的性能等級(jí)，如在壓力容器中常采用8.8級(jí)的螺栓。螺栓級(jí)別:

點(diǎn)前數(shù)字為σB/100點(diǎn)后數(shù)字為10σs/σB螺母級(jí)別:

σB/100

σB——抗拉強(qiáng)度極限σS——屈服極限一、螺紋聯(lián)接件材料

常用的螺紋聯(lián)接件材料為Q215、Q235、35、45等碳素鋼。當(dāng)強(qiáng)度要求高時(shí)，還可采用合金鋼，如15Cr、40Cr等。二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力（被聯(lián)接件為鋼）（被聯(lián)接件為鑄鐵）受軸向載荷、橫向載荷的許用拉應(yīng)力鉸孔制螺栓受橫向載荷的許用剪應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力靜載荷變載荷有緊密性要求的聯(lián)接

取FR=1.8FE解：（1）計(jì)算FE（2）計(jì)算Fa（3）求Ｍd螺栓選用45鋼，s=360N/mm，S=3取M16螺栓，d1=13.835mm，查表10-7所取S=3正確。（4）確定Ｄ０e螺栓間距l(xiāng)

§10-8

提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施一、降低螺栓總拉伸載荷的變化范圍二、改善螺紋牙間載荷分布三、減小應(yīng)力集中四、避免和減小附加應(yīng)力

§10-9

螺旋傳動(dòng)(自學(xué))按用途分三類：(1)傳力螺旋舉重器、千斤頂、加壓螺旋特點(diǎn)：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自(2)傳導(dǎo)螺旋機(jī)床進(jìn)給匯杠—傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特點(diǎn)：速度高、連續(xù)工作、精度高(3)調(diào)整螺旋機(jī)床、儀器及測試裝置中的微調(diào)螺旋。特點(diǎn)：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞動(dòng)力。螺旋機(jī)構(gòu)在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、起重設(shè)備、鍛壓機(jī)械、測量儀器、工具、夾具、玩具及其他工業(yè)裝備中有著廣泛的應(yīng)用。

§10-11鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接

類型：平鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接。一、鍵聯(lián)接的類型

作用:

鍵可實(shí)現(xiàn)軸與軸上零件之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。也可實(shí)現(xiàn)軸向固定或軸向移動(dòng)。平鍵的兩側(cè)面是工作面，上表面與輪轂