機械設(shè)計基礎(chǔ) 課件 第11章 連接

第11章連接聯(lián)接的分類動聯(lián)接：機器工作時，零部件之間可以有相對運動。例如：機械原理中，各種運動副之間的聯(lián)接。靜聯(lián)接：在機器工作中，不允許零部件之間存在相對運動的聯(lián)接。靜聯(lián)接可拆聯(lián)接：不須毀壞聯(lián)接中的任何一個零件就可拆開的聯(lián)接。例如：螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接。不可拆聯(lián)接：至少毀壞聯(lián)接中的一部分才能拆開的聯(lián)接。例如：鉚接、焊接等。本章只討論可拆聯(lián)接。

在機械制造中，聯(lián)接是指被聯(lián)接件與聯(lián)接件的組合。被聯(lián)接件有軸與軸上零件、箱體與箱蓋等。聯(lián)接件又稱緊固件，如螺栓、螺母、銷等。11.1螺紋一、螺紋的形成d2螺旋線：將一傾斜角為ψ的直線繞在圓柱體上便形成一條螺旋線。螺紋：一平面圖形沿螺旋線運動，運動時保持該圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。螺紋

大徑（D）

螺紋的公稱直徑。

小徑（D1）

用于強度計算。

中徑(D2)

用于幾何尺寸計算。

線數(shù)

也稱頭數(shù)，螺紋的螺旋線數(shù)目。

=l，2，3，4，

=l，自鎖性好，用于聯(lián)接；

=2，3，4效率高，用于傳動。

螺距螺紋相鄰兩牙在中徑上對應(yīng)兩點間的軸向距離。

導(dǎo)程

螺紋上任一點沿同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動的軸向距離。

升角

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

螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。

牙型斜角

軸向剖面內(nèi)，螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。對三角形、梯形等對稱牙型，。2、基本參數(shù)二、常用的螺紋牙型、特點及應(yīng)用梯形螺紋結(jié)構(gòu)：牙形角＝特點：效率較高、牙根強度較大、工藝性好應(yīng)用：用于傳動

矩形螺紋結(jié)構(gòu)：牙形角＝性能：效率較高、牙根強度小、工藝性差應(yīng)用：用于傳動

矩齒形螺紋結(jié)構(gòu)：工作面的牙型斜角為3°

非工作面的牙型斜角為30°性能：效率較高、牙根強度較大、工藝性好應(yīng)用：用于單向傳動

結(jié)構(gòu)：牙形角＝特點：聯(lián)接緊密，內(nèi)外螺紋無間隙應(yīng)用：密封性要求較高的場合

管螺紋結(jié)構(gòu)：牙形角＝性能：自鎖性好,牙根強度高，工藝性好應(yīng)用：用于聯(lián)接

三角形螺紋三、螺紋聯(lián)接的類型和螺紋聯(lián)接件普通螺紋聯(lián)接的類型2.雙頭螺柱聯(lián)接3.螺釘聯(lián)接4.緊定螺釘聯(lián)接1.螺栓聯(lián)接

常用的螺紋聯(lián)接件有：螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母和墊片等。這些零件都是標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸都制定有國家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。常見螺紋聯(lián)接件圓螺母帶翅墊片墊圈六角螺母緊定螺釘螺釘雙頭螺柱常見螺紋聯(lián)接件圖六角頭螺栓1.螺栓聯(lián)接

在被聯(lián)接件上開有通孔，被聯(lián)接件孔中不加工螺紋。結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，使用時不受被聯(lián)接件材料的限制，應(yīng)用極

廣

。

普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接

①普通螺栓聯(lián)接

螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁之間有間隙。通孔加工精度低，成本低，應(yīng)用最廣。②鉸制孔用螺栓聯(lián)接

螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁之間無間隙。孔和螺栓桿多采用基孔制過渡配合(H7／m6、H7／n6)，能精確定位，能承受橫向載荷被聯(lián)接件需鉆孔、鉸孔，成本高。2.雙頭螺柱聯(lián)接3.螺釘聯(lián)接3.螺釘聯(lián)接

被聯(lián)接件之一為光孔、另一個為螺紋孔。只用螺釘，不用螺母，直接把螺釘擰進(jìn)被聯(lián)接件的螺釘孔中。

適用于載荷較輕，且不經(jīng)常裝拆的場合。

螺釘聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接2.雙頭螺柱聯(lián)接

用兩頭均有螺紋的螺柱和螺母把被聯(lián)接件聯(lián)接起來,被聯(lián)接件之一為光孔、另一個為螺紋孔。適用于被聯(lián)接件之一厚度很大，而又不宜鉆通孔，但又經(jīng)常拆卸的地方。4.緊定螺釘聯(lián)接

利用擰入被聯(lián)接件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件的表面，以固定零件的相對位置，可傳遞不大的力或扭矩。四、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松預(yù)緊力：大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力F0。預(yù)緊的目的：增強聯(lián)接的可靠性和緊密性，防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對移動。1、概述

對于重要的螺紋聯(lián)接，應(yīng)控制其預(yù)緊力，因為大小對螺紋聯(lián)接的可靠性，強度和密封均有很大影響。四、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松1．螺紋聯(lián)接的預(yù)緊

擰緊的目的②防松方法

1.摩擦防松（保證螺紋副間有足夠的軸向壓力和摩擦力矩）

對頂螺母，彈簧墊圈。結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。

2.機械防松（在聯(lián)接中加入其它機械元件)

開口銷、止動墊圈，串聯(lián)鐵絲等。

適用于沖擊振動載荷，重要場合使用，成本高。3.永久防松粘、鉚、焊等。2．螺紋聯(lián)接的防松

限制螺旋副的相對轉(zhuǎn)動；以防止聯(lián)接的松動，影響正常工作。1.提高聯(lián)接的緊密性2.防止聯(lián)接松動3.提高聯(lián)接件強度①防松的實質(zhì)對頂螺母防松自鎖螺母防松彈簧墊圈防松1.摩擦防松止動墊片防松2.機械防松串聯(lián)鋼絲防松

焊接鉚沖3.不可拆卸防松11.2螺紋聯(lián)接的強度計算概述1．松螺栓聯(lián)接強度計算2．緊螺栓聯(lián)接強度計算①只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接②既受預(yù)緊力又受軸向工作拉力的緊螺栓聯(lián)接③受橫向載荷的鉸制孔用螺栓聯(lián)接1、概述步驟：根據(jù)失效形式和相應(yīng)的強度計算準(zhǔn)則，計算螺紋小徑d1或光桿直徑d0

，按標(biāo)準(zhǔn)選取公稱直徑d。失效形式失效形式受剪螺栓失效部位失效分析及計算準(zhǔn)則受拉螺栓靜載荷下，失效形式主要為螺紋牙的塑性變形和斷裂。變載荷下，失效形式為應(yīng)力集中處的疲勞斷裂。滿足螺栓的拉伸強度條件。

計算準(zhǔn)則螺桿或通孔孔壁的壓潰或螺桿被剪斷。計算準(zhǔn)則滿足螺栓的擠壓強度和剪切強度條件。

安裝時，不受力。工作時，軸向拉伸。如右圖。1．松螺栓聯(lián)接強度計算為螺紋小徑，mm；螺栓材料的許用拉應(yīng)力，MPa。起重釣鉤末端螺栓聯(lián)接螺栓受由預(yù)緊力產(chǎn)生的拉應(yīng)力M10～M64普通螺紋的鋼制螺栓，可取

①只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接

螺栓材料為塑性，根據(jù)第四強度理論可求出計算應(yīng)力得強度條件為結(jié)論：扭轉(zhuǎn)的影響可用增大拉伸力的30％來考慮，不再單獨考慮扭矩。

緊螺栓聯(lián)接裝配時，螺母需要擰緊擰緊力矩T螺栓受螺紋副間的摩擦力矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（危險截面）由此可得（摩擦副的當(dāng)量摩擦角）②既受預(yù)緊力又受軸向工作拉力的緊螺栓聯(lián)接工作前（預(yù)緊力F0

）載荷及變形情況

螺栓伸長量λb，被聯(lián)接件壓縮量λm

工作時（工作拉力）載荷及變形情況

螺栓總伸長量為λb＋λb

被聯(lián)接件剩余變形量為λm－λm，

且

λm＝

λb＝

λ剩余預(yù)緊力為F1

螺栓中總拉力

F2=F0+F=F1

+F螺栓危險截面的拉伸強度條件為對于有密封性要求的聯(lián)接，一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定時：工作載荷不穩(wěn)定時：擠壓強度條件剪切強度條件③受橫向載荷的鉸制孔用螺栓聯(lián)接

螺栓所受的工作剪力；螺栓剪切面的直徑(可取螺栓孔的直徑)；螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度；螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力；螺栓材料許用剪切應(yīng)力。例1如圖11-11示，一鋼制液壓油缸，已知油壓p=1.6N/mm2，D=160mm，采用8個4.8級螺栓，試計算其缸蓋聯(lián)接螺栓的直徑和螺栓分布圓直徑D0

。螺紋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動將直線運動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動，同時傳遞運動或動力。

傳動形式：

a)螺桿轉(zhuǎn)螺母移

b)螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺母固定）——用得多

c)螺母轉(zhuǎn)螺桿移

d)螺母又轉(zhuǎn)又移（螺桿固定）——用得少11.3螺紋傳動一、螺旋傳動的類型和特點螺旋傳動按其用途，受力情況不同，可分為以下三種類型:1）傳力螺旋——舉重器、千斤頂、加壓螺旋用途：傳遞動力，以小轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生大軸向力，要求自鎖特點：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖2）傳導(dǎo)螺旋——機床進(jìn)給絲杠用途：傳遞運動，要求有較高精度特點：速度高、連續(xù)工作、精度高3）調(diào)整螺旋——機床、儀器及測試裝置中的微調(diào)螺旋。

（機床卡盤，壓力機，車床尾座的調(diào)整螺旋）用途：調(diào)整和固定零件間的相互位置特點：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動這些螺旋傳動一般采用梯形螺紋，單向受力也可采用鋸齒形螺紋。特點：結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)無噪音，便于制造，易于自鎖，但傳動效率低，摩擦和磨損大。二、滾動螺旋傳動機構(gòu)摩擦性質(zhì)為滾動摩擦。滾動螺旋傳動是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動體（多用鋼球），當(dāng)傳動工作時，滾動體沿螺紋滾道滾動并形成循環(huán)特點：傳動效率高（可達(dá)90%），起動力矩小，傳動靈活平穩(wěn)，低速不爬行，同步性好，定位精度高。缺點：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高，成本較高。

螺紋：矩形，梯形，鋸齒形螺桿上螺旋副數(shù)目：單螺旋傳動；雙螺旋傳動一、滑動螺旋傳動機構(gòu)1、單螺旋傳動機構(gòu)1）螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺母固定）(傳力螺旋)螺旋千斤頂，螺旋式壓力機。要求強度和自鎖性能滑動螺旋滾動螺旋靜壓螺旋螺旋傳動按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，又可分為：2）螺桿轉(zhuǎn)螺母移

(傳導(dǎo)螺旋)傳遞運動，要求精度和效率（多線螺紋）2、雙螺旋傳動機構(gòu)（調(diào)整螺旋）螺桿上有不同螺距的螺紋，分別與兩個螺母組成兩個螺旋副螺桿又轉(zhuǎn)又移，螺母一個固定另一移動1）差動螺旋傳動機構(gòu)（微調(diào)機構(gòu)）兩個螺旋副旋向相同2）復(fù)式螺旋傳動機構(gòu)（快速調(diào)整或移動）兩個螺旋副旋向相反滑動螺旋特點：優(yōu)點：構(gòu)造簡單、傳動比大，工做連續(xù)，傳動平穩(wěn)、加工方便、工作可靠、承載能力高、傳動精度高、易于自鎖。缺點：磨損快、壽命短，摩擦損耗大，傳動效率低（30~40%）傳動精度低。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器工作過程11.4鍵聯(lián)接一、鍵聯(lián)接的類型和結(jié)構(gòu)

1.平鍵聯(lián)接工作面為側(cè)面，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，對中性好，不能承受軸向力。

①普通平鍵②導(dǎo)向鍵與滑鍵

2.半圓鍵聯(lián)接

3.楔鍵

4.切向鍵二、平鍵的選擇和平鍵聯(lián)接的強度計算三、花鍵聯(lián)接普通平鍵1.普通平鍵圓頭（A型）方頭（B型）

用于靜聯(lián)接，按鍵端形狀分為三種

單圓頭（C型）導(dǎo)向鍵聯(lián)接滑鍵聯(lián)接導(dǎo)向鍵與滑鍵用于動聯(lián)接2.半圓鍵聯(lián)接工作面圓頭楔鍵聯(lián)接

平頭楔鍵聯(lián)接

鉤頭楔鍵聯(lián)接

3.楔鍵工作面為上下兩面，靠摩擦傳動，適用于對中精度要求低的靜載。4.切向鍵

兩楔鍵擠壓后的上下面為工作面，沿軸的切線方向楔緊；只能傳遞單方向扭矩。適用于大載荷，對中要求不嚴(yán)的場合。二、平鍵的選擇和平鍵聯(lián)接的強度計算1.選擇①根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點、使用要求和工作條件選擇鍵的類型。②根據(jù)軸的直徑從標(biāo)準(zhǔn)中選出鍵的截面尺寸b×h③根據(jù)輪轂寬度確定鍵的長度L，導(dǎo)向平鍵按滑動距離確定L

。2.失效形式

①靜聯(lián)接：工作面被壓潰②動聯(lián)接：工作面過度磨損。3.校核計算①靜聯(lián)接：擠壓強度

②動聯(lián)接：工作面壓強三、花鍵聯(lián)接1．花鍵聯(lián)接的特點

承載能力高，對軸的削弱小，應(yīng)力集中小，定