《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 》課件-項(xiàng)目三 常用連接

任務(wù)一臺(tái)式鉆床中立柱螺紋連接的設(shè)計(jì)任務(wù)情景鉆床指用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工精度相對(duì)較低,可鉆通孔、盲孔,更換特殊刀具,可擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工。鉆床由頭部、主軸、工作臺(tái)、立柱和底座等組成,如圖311所示。電動(dòng)機(jī)用螺栓固定在頭部,并用三角皮帶驅(qū)動(dòng)主軸,通過(guò)三角皮帶從皮帶輪的一階傳到另一階的方法使主軸獲得3~5個(gè)不同的速率。主軸為轉(zhuǎn)動(dòng)部分,在套筒中轉(zhuǎn)動(dòng)及上下運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)麻花鉆頭進(jìn)刀或從工件中拉出。工作臺(tái)支持在鉆床的立柱上,它可做垂直及水平運(yùn)動(dòng)到所需的工作位置,也可繞軸旋轉(zhuǎn)。底座是全鉆床構(gòu)造的支持件,它是一個(gè)帶有孔或槽的鑄件,立柱與底座之間用螺栓連接,而底座與地面之間采用螺柱連接。任務(wù)提出與任務(wù)分析1.任務(wù)提出如圖311所示,臺(tái)式鉆床立柱用四個(gè)螺栓與底座連接,已知載荷FQ=25kN,試分析其受力情況并設(shè)計(jì)螺栓的直徑尺寸。2.任務(wù)分析螺栓連接實(shí)際上是螺紋連接的一種常見(jiàn)形式,本任務(wù)首先要明確螺紋的類型、螺紋的主要參數(shù)、螺紋連接件的材料和許用應(yīng)力,其次要明確螺栓連接的受力情況及強(qiáng)度計(jì)算要求,最后進(jìn)行螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。掌握以上知識(shí)后,才能設(shè)計(jì)出符合要求螺栓的直徑尺寸。相關(guān)知識(shí)3.1.1螺紋連接的基本知識(shí)1.螺紋的形成及類型1)螺紋的形成如圖312所示,將一底邊長(zhǎng)度CB等于πd2的直角三角形△ACB繞在一直徑為d2的圓柱體上,并使底邊CB繞在圓柱體的底邊上,則斜邊AB在圓柱體上便形成一條螺旋線。取一平面圖形(三角形、梯形或矩形),使它的一邊靠在圓柱體的母線上并沿螺旋線移動(dòng),移動(dòng)時(shí)始終保持該圖形位于圓柱體的軸截面內(nèi),即可得到相應(yīng)的螺紋。2)螺紋的類型(1)根據(jù)母體形狀,螺紋分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。(2)根據(jù)牙型不同(見(jiàn)圖313),螺紋分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋和圓弧形螺紋。其中三角形螺紋主要用于連接,梯形、鋸齒形和矩形螺紋主要用于傳動(dòng),圓弧形螺紋多用于排污設(shè)備、水閘閘門等的傳動(dòng)螺旋及玻璃器皿的瓶口螺旋。(3)根據(jù)螺旋線的繞行方向(見(jiàn)圖314(a)、(b)),可分為左旋螺紋和右旋螺紋。螺紋的旋向判斷方法為:規(guī)定將螺桿直立時(shí)螺旋線向右上升為右旋螺紋,向左上升為左旋螺紋?；蛘卟捎米笥沂侄▌t:用左(右)手握住螺桿,將螺桿豎立,從螺桿前方向后看,若左(右)手大拇指?jìng)?cè)的螺紋線較高,則為左(右)旋螺紋。機(jī)械制造中一般采用右旋螺紋,有特殊要求時(shí),才采用左旋螺紋,比如煤氣罐等危險(xiǎn)設(shè)備中使用的螺紋。(4)根據(jù)螺旋線的數(shù)目(見(jiàn)圖315(a)、(b)),可分為單線螺紋(n=1)和等距排列的多線螺紋(n≥2)。為了制造方便,螺紋一般不超過(guò)4線。(5)根據(jù)螺紋所處位置,可分為內(nèi)螺紋和外螺紋。在圓柱或圓錐外表面形成的螺紋稱為外螺紋,在其內(nèi)表面上形成的螺紋為內(nèi)螺紋。(6)根據(jù)用途不同,螺紋可分為連接螺紋和傳動(dòng)螺紋。2.螺紋的主要參數(shù)下面以圖316所示的圓柱普通螺紋為例說(shuō)明螺紋的主要幾何參數(shù)。3.1.2螺紋連接1.螺紋連接及其連接件螺紋連接的主要類型有螺栓連接、雙頭螺柱連接、螺釘連接和緊定螺釘連接。1)螺栓連接螺栓連接是將螺栓穿過(guò)被連接件上的光孔并用螺母鎖緊,這種連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、應(yīng)用廣泛。螺栓連接按螺栓受力情況可分為普通螺栓連接和鉸制孔用螺栓連接兩種。普通螺栓連接用于被連接件厚度不大并開(kāi)有通孔,通孔和螺栓桿之間留有間隙的場(chǎng)合,如圖317(a)所示。鉸制孔用螺栓連接的被連接件上為鉸制孔,螺栓桿和通孔之間為過(guò)渡配合,可對(duì)被連接件進(jìn)行準(zhǔn)確的定位,主要用于傳遞橫向載荷,如圖317(b)所示。2)螺紋連接件螺紋連接件的類型很多,在機(jī)械制造中常見(jiàn)的螺紋連接件有螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母和墊圈等。這類零件大多已標(biāo)準(zhǔn)化,設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。下面介紹標(biāo)準(zhǔn)螺栓連接件的圖例、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用。(1)六角螺栓。螺栓頭部多為六角形,螺栓桿部有部分螺紋和全螺紋兩種,如圖318所示。螺紋有A、B、C三個(gè)精度等級(jí),A級(jí)精度最高,常用C級(jí)。(2)六角螺母。螺母的形狀有六角形、圓形、方形等,其中六角螺母最常用,如圖319所示。按螺母的厚度不同又可分為普通螺母、薄螺母和厚螺母。螺母的制造精度同螺栓制造精度對(duì)應(yīng),有A、B、C三級(jí),分別與同級(jí)螺栓配用。(3)墊圈。墊圈放置在螺母和被連接件之間,起保護(hù)支承表面等作用,常用的有平墊圈、彈簧墊圈和斜墊圈,如圖3110所示。平墊圈可增加被連接件的支承面積,減小接觸處壓強(qiáng),防止旋緊螺母時(shí)損傷被連接件表面;彈簧墊圈還兼有防松的作用;斜墊圈用于傾斜面的支承。2.螺紋連接件的預(yù)緊與防松1)螺紋連接件的預(yù)緊螺紋連接件在進(jìn)行裝配時(shí),一般都要擰緊螺紋,使連接螺紋在承受工作載荷之前,受到預(yù)先作用的力,這就是螺紋連接的預(yù)緊,預(yù)先作用的力稱為預(yù)緊力。螺紋連接預(yù)緊的目的在于增加連接的可靠性、緊密性和防松能力。如圖3111所示,在擰緊螺母時(shí),需要克服螺紋副相對(duì)扭轉(zhuǎn)的阻力矩T1和螺母與支承面之間的摩擦阻力矩T2,即擰緊力矩T=T1+T2。對(duì)于M10~M64的粗牙普通螺栓,若螺紋連接的預(yù)緊力為Q0,螺栓直徑為d,則擰緊力矩T可以按以下近似公式計(jì)算:T≈0.2Q0d(N·mm)預(yù)緊力的控制方法有多種。對(duì)于一般的普通螺栓連接,預(yù)緊力憑裝配經(jīng)驗(yàn)控制;對(duì)于較重要的普通螺栓連接,可用測(cè)力矩扳手(見(jiàn)圖3112)或者定力矩扳手(見(jiàn)圖3113)來(lái)控制預(yù)緊力的大小;對(duì)于預(yù)緊力控制有精確要求的螺栓連接,可采用測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)的變形量來(lái)控制預(yù)緊力的大小;而對(duì)于高強(qiáng)度螺栓連接,可以采用測(cè)量螺母轉(zhuǎn)角的方法來(lái)控制預(yù)緊力的大小。一般規(guī)定,擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊力不得超過(guò)其材料屈服極限δs的80%。2)螺紋連接件的防松螺紋連接防松的實(shí)質(zhì)就是防止螺紋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。(1)防松的原因。①在沖擊、振動(dòng)和變載的作用下,螺紋之間的摩擦力可能突然消失而影響正常工作。②在高溫或溫度變化較大時(shí),螺栓與被連接件因溫度不同而存在變形差異或材料的蠕變,也可能導(dǎo)致連接的松脫。(2)螺紋連接件的防松措施及方法。螺紋連接后,可以根據(jù)具體情況,選用合理的防松措施和防松方法。常用的防松方法如下:①摩擦防松。摩擦防松是采用各種結(jié)構(gòu)措施使螺旋副元素間的摩擦力不隨連接的外載荷波動(dòng)而變化,保持較大的摩擦力。②機(jī)械防松。機(jī)械防松是利用便于更換的元件來(lái)約束螺旋副,使之不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3117所示為圓螺母用帶翅止動(dòng)墊圈,將墊片內(nèi)翅嵌入螺母軸的內(nèi)槽中,待螺母擰緊后,再將墊片的外翅之一嵌入圓螺母的缺口中,即可防止螺母松脫,常用于軸上螺紋的防松。③破壞螺紋副的不可拆防松。如圖3119所示,在螺母擰緊后,采用焊接、黏合、沖點(diǎn)等方法防松。3.其他螺紋連接1)其他類型的螺紋連接(1)雙頭螺栓連接。如圖3120所示,將螺栓一端旋入被連接件的螺紋孔中,另一端穿過(guò)另一被連接件的通孔后,再與螺母配合來(lái)完成連接。其特點(diǎn)是兩被連接件中,有一個(gè)被連接件上需切制螺紋孔,另一被連接件上切制通孔。它適用于一個(gè)被連接件很厚或一端無(wú)足夠的安裝操作空間又需經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。(2)螺釘連接。如圖3121所示,螺釘連接的特點(diǎn)與雙頭螺栓相似,只是不需要螺母。螺釘直接穿過(guò)一個(gè)被連接件的通孔,旋入另一個(gè)被連接件的螺紋孔中。這種連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,外觀較整齊美觀,適用于被連接件之一較厚或另一端不能裝螺母的場(chǎng)合。但經(jīng)常拆裝會(huì)使螺紋孔磨損,導(dǎo)致被連接件過(guò)早失效,所以不適用于經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。(3)緊定螺釘連接。如圖3122所示,利用緊定螺釘?shù)穆菁y部分旋入一個(gè)被連接件的螺紋孔中,以尾部頂在另外一個(gè)被連接件的表面上或凹坑中,來(lái)固定兩個(gè)被連接件之間的位置。這種連接的特點(diǎn)是可以傳遞較小的軸向或周向載荷。緊定螺釘?shù)亩瞬坑衅蕉恕㈠F端和柱端等。2)其他螺紋連接件(1)雙頭螺柱。雙頭螺柱的兩端都制有螺紋,兩端螺紋可相同或不同,有A型和B型兩種結(jié)構(gòu),如圖3123所示。螺柱的一端旋入被連接件螺紋孔中,旋入后即不拆卸;另一端用于安裝螺母以固定其他零件。(2)螺釘頭部形狀有圓頭、扁圓頭、六角頭、圓柱頭和沉頭等,以適應(yīng)不同的裝配要求,頭部起字槽有一字槽、十字槽和內(nèi)六角孔等形式,如圖3124所示。(3)圓螺母。圓螺母與止退墊圈(見(jiàn)圖3125)配用,裝配時(shí)墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽內(nèi),外舌嵌入螺母槽內(nèi),螺母即被鎖緊,可防螺母松脫,常用于滾動(dòng)軸承軸向固定。(4)緊定螺釘。用末端頂住被連接件,頭部為一字槽的緊定螺釘最常用。尾部的多種形狀中,平端用于高硬度表面或經(jīng)常拆卸處,圓柱端壓入空心軸上的凹坑以緊定零件位置,錐端用于低硬度表面或不經(jīng)常拆卸處,如圖3126所示。3.1.3螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算1.螺栓連接的失效形式及強(qiáng)度計(jì)算依據(jù)螺栓連接通常是成組使用的,稱為螺栓組。在進(jìn)行螺栓組的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),首先要確定螺栓的數(shù)目和布置,再進(jìn)行螺栓受載分析,從螺栓組中找出受載最大的螺栓,計(jì)算該螺栓所受的載荷。螺栓組的強(qiáng)度計(jì)算,實(shí)際上是計(jì)算螺栓組中受載最大的單個(gè)螺栓的強(qiáng)度。由于螺紋連接件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,各部分結(jié)構(gòu)尺寸是根據(jù)等強(qiáng)度原則及經(jīng)驗(yàn)確定的,所以,螺栓連接的設(shè)計(jì)只需根據(jù)強(qiáng)度理論進(jìn)行計(jì)算確定其螺紋直徑即可,其他部分尺寸可查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。螺栓連接中的單個(gè)螺栓受力分為軸向載荷(受拉螺栓)和橫向載荷(受剪螺栓)兩種。受拉力作用的普通螺栓連接,其主要失效形式是螺紋部分的塑性變形或斷裂,經(jīng)常裝拆時(shí)也會(huì)因磨損而發(fā)生滑扣,其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是保證螺栓的靜力或者疲勞拉伸強(qiáng)度;受剪切作用的鉸制孔用螺栓連接,其主要失效形式是螺桿被剪斷,螺桿或者被連接件的孔壁被壓潰,故其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證螺栓和被連接件具有足夠的剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度。2.受拉螺栓連接1)松螺栓連接松螺栓連接在裝配時(shí)不擰緊螺母,螺栓不受預(yù)緊力的作用,工作時(shí)螺紋只受軸向工作載荷F的作用。這種連接在拉桿裝置、起重吊鉤、定滑輪等裝置中應(yīng)用。如圖3127所示起重機(jī)吊鉤尾部的松螺栓連接,螺栓工作時(shí)受軸向力F的作用,其強(qiáng)度計(jì)算條件為由式(313)可得設(shè)計(jì)公式為2)緊螺栓連接(1)只受預(yù)緊力的緊螺栓連接。如圖3128所示,在橫向工作載荷F的作用下,被連接件的結(jié)合面間有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)。為了防止滑動(dòng),由預(yù)緊力FP所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于或等于橫向工作載荷F,即FPfm≥F。引入可靠性系數(shù)Kf,整理得擰緊螺母時(shí),螺母受到預(yù)緊力FP產(chǎn)生的拉應(yīng)力和螺紋副摩擦力矩產(chǎn)生的扭矩切應(yīng)力的同時(shí)作用,根據(jù)材料力學(xué)的第四強(qiáng)度理論,可知相當(dāng)應(yīng)力σca≈1.3σ,所以受橫向載荷作用的普通螺栓連接的強(qiáng)度校核與設(shè)計(jì)計(jì)算公式分別為(2)承受軸向靜載荷的緊螺栓連接。這種承載形式在緊螺栓連接中比較常見(jiàn),也是最重要的一種螺栓連接形式。汽缸與汽缸蓋螺栓組連接就是這種連接的典型例子。在這種連接中,螺栓實(shí)際承受的總拉力FΣ并不等于預(yù)緊力F0和軸向工作載荷F之和。圖3129所示為汽缸端蓋的螺栓組,其每個(gè)螺栓承受的平均軸向工作載荷為圖3130為汽缸蓋螺栓組中一個(gè)螺栓連接的受力情況。假定所有零件材料都服從胡克定律,零件中的應(yīng)力沒(méi)有超過(guò)比例極限。圖3130(a)所示為螺栓未被擰緊,螺栓與被連接件均不受力時(shí)的情況。圖3130(b)所示為螺栓被擰緊后,螺栓受預(yù)緊力F0,被連接件受預(yù)緊壓力F0的作用而產(chǎn)小壓縮變形δ1的情況。圖3130(c)所示為螺栓受到軸向外載荷(由汽缸內(nèi)壓力而引起的)F作用時(shí)的情況,螺栓被拉伸,變形增量為δ2,根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件,δ2即等于被連接件壓縮變形的減少量。此時(shí)被連接件受到的壓縮力將減小為F'0,稱為殘余預(yù)緊力。顯然,為了保證被連接件間密封可靠,應(yīng)使F'0>0,即δ1>δ2。此時(shí)螺栓所受的軸向總拉力FΣ應(yīng)為其所受的工作載荷F與殘余預(yù)緊力F'0之和,即不同的應(yīng)用場(chǎng)合,對(duì)殘余頸緊力F'0有著不同的要求,一般可參考以下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定:對(duì)于一般的連接,若工作載荷穩(wěn)定,取F'0=(0.2~0.6)F;若工作載荷不穩(wěn)定,取F'0=(0.6~1.0)F;對(duì)于汽缸、壓力容器等有緊密性要求的螺栓連接,取F'0=(1.5~1.8)F。當(dāng)選定殘余預(yù)緊力F'0后,即可按式(319)求出螺栓所受的總拉力F,同時(shí)考慮到可能需要補(bǔ)充擰緊及扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的作用,將FΣ增加30%,則螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為設(shè)計(jì)公式為3.受剪螺栓連接如圖3131所示,這種連接在裝配時(shí)螺桿與孔壁間采用過(guò)渡配合,無(wú)間隙,螺母不必?cái)Q得很緊。工作時(shí)螺栓連接承受橫向載荷FR,螺栓在連接接合面處受剪切力的作用,螺栓桿與孔壁間相互擠壓。因此,應(yīng)分別按擠強(qiáng)度和壓剪切強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。螺栓桿與孔壁之間的擠壓強(qiáng)度為螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為3.1.4螺紋連接件的材料和許用應(yīng)力1.螺紋連接件的材料螺栓的常用材料有Q215、Q235、15、35和45鋼等,重要和有特殊要求的場(chǎng)合可采用15Cr、40Cr、30CrMnSi和15MnVB等機(jī)械性能較高的合金鋼。有防蝕或?qū)щ娨髸r(shí),也可采用銅及其合金以及其他有色金屬。2.螺紋連接件的許用應(yīng)力和安全系數(shù)螺栓的許用應(yīng)力及安全系數(shù)見(jiàn)表314。不控制預(yù)緊力的緊螺栓連接中,安全系數(shù)S的選擇與螺栓直徑d有關(guān),d越小,S越大,許用應(yīng)力[σ]也就越低。這是因?yàn)?如果不控制預(yù)緊力,螺栓直徑越小,擰緊時(shí)螺桿因過(guò)載而損壞的可能性就越大。在設(shè)計(jì)時(shí),因d未知,而S的選擇與d有關(guān),因此要用試算法,即根據(jù)經(jīng)驗(yàn),先假定一個(gè)螺栓直徑,再根據(jù)這個(gè)直徑查取S,然后根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算出d1值,若d1的計(jì)算值與所假定的直徑相對(duì)應(yīng),則可將假定值作為設(shè)計(jì)結(jié)果,否則必須重算。3.1.5螺紋連接件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題1.螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器中多數(shù)螺紋連接件一般都是成組使用的,其中螺栓組連接最具有典型性。1)形狀簡(jiǎn)單連接接合面的幾何形狀通常設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀,同時(shí)應(yīng)和機(jī)器的結(jié)構(gòu)形狀相適應(yīng),如圓形、環(huán)形、矩形、框形和三角形等,如圖3132所示。這樣不但便于加工制造,而且便于對(duì)稱布置螺栓,使螺栓組的對(duì)稱中心和連接接合面的形心重合,從而保證連接接合面受力比較均勻。2)使螺栓受力均勻螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。對(duì)于鉸制孔用螺栓連接,不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置8個(gè)以上的螺栓,以免載荷分布過(guò)于不均。當(dāng)螺栓連接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí),應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近連接接合面的邊緣,盡量使螺栓布置在遠(yuǎn)離形心的地方,以減小螺栓的受力,如圖3133所示。若螺栓組同時(shí)承受較大的橫向、軸向載荷,應(yīng)采用銷、套筒、鍵等零件來(lái)承受橫向載荷,以減小螺栓的尺寸結(jié)構(gòu),如圖3134所示。3)便于分度分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目,應(yīng)取成4、6、8等偶數(shù),以便在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫線。同一螺栓組中螺栓的材料、直徑和長(zhǎng)度均應(yīng)相同,如圖3135(a)所示。4)盡量減少加工面接合面較大時(shí)應(yīng)采用環(huán)狀結(jié)構(gòu),如圖3-1-35(b)所示。采用3-1-35(c)所示的條狀結(jié)構(gòu)或凸臺(tái)結(jié)構(gòu)可以減少加工面,且能提高連接的平穩(wěn)性和連接剛度。5)螺栓的排列應(yīng)有合理的間距和邊距為了裝配方便和保證支承強(qiáng)度,螺栓的各軸線之間以及螺栓軸線和機(jī)體壁之間應(yīng)有合理的間距和邊距,間距和邊距的最小尺寸根據(jù)扳手空間確定,如圖3136所示,其尺寸請(qǐng)查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。對(duì)于壓力容器等緊密性要求較高的連接,螺栓間距t不得大于表316所推薦的數(shù)值。6)避免螺栓承受偏心載荷避免螺栓承受偏心載荷,應(yīng)減小載荷相對(duì)于螺栓軸心線的偏距,保證螺母與螺栓頭部支承面平整并與螺栓軸線相垂直。對(duì)于鑄件、鐓件、焊件等零件的粗糙表面,應(yīng)加工成凸臺(tái)(見(jiàn)圖3137(a))或沉頭座(見(jiàn)圖3137(b));支承面傾斜時(shí)應(yīng)采用斜面墊圈(見(jiàn)圖3138(a))或球面墊圈(見(jiàn)圖3138(b))。這樣可使螺栓軸線垂直于支承面,避免承受偏心載荷。2.提高螺栓連接強(qiáng)度的措施1)改善螺紋牙間的載荷分配實(shí)驗(yàn)表明,螺栓所受載荷約1/3集中在螺母與被連接件接觸面處的第一圈螺紋上,以后各圈受載逐漸遞減,第八圈以后的螺紋牙幾乎不受載。為改善各牙受力分布不均勻的情況,可采用下述方法。(1)懸置螺母。懸置螺母的旋合部分全部受拉,其變形性質(zhì)與螺栓相同,從而可以減小兩者的螺距變化差,使螺紋牙上的載荷分布趨于均勻,如圖3139(a)所示。(2)內(nèi)斜螺母。內(nèi)斜螺母下端(螺栓旋入端)受力大的幾圈螺紋處制成10°~15°的斜角,使螺栓螺紋牙的受力面由上而下逐漸外移。這樣,螺栓旋合段下部的螺紋牙在載荷作用下容易變形,而載荷將向上轉(zhuǎn)移使載荷分布趨于均勻,如圖3139(b)所示。(3)環(huán)槽螺母。這種結(jié)構(gòu)可以使螺母內(nèi)緣下端(螺栓旋入端)局部受拉,其作用和懸置螺母相似,但載荷均布的效果不及懸置螺母,如圖3132(c)所示。2)減小螺栓的應(yīng)力變化幅度對(duì)于受變載荷作用的螺栓,其應(yīng)力也在一定的幅度內(nèi)變動(dòng),減小螺栓剛度或增大被連接件剛度等皆可使螺栓的應(yīng)力變化幅度減小。為減輕這種影響,可采用彈性元件和金屬墊片等,如圖3140所示。3)減小應(yīng)力集中螺紋的牙根、螺栓頭部與栓桿鉸接處,都有應(yīng)力集中,是產(chǎn)生斷裂的危險(xiǎn)部位。其中螺紋牙根的應(yīng)力集中對(duì)螺栓的疲勞強(qiáng)度影響很大。適當(dāng)增大螺紋牙根過(guò)渡處圓角半徑、在螺紋結(jié)束部位采用退刀槽等,都能使截面變化均勻,減小應(yīng)力集中,提高螺栓的疲勞強(qiáng)度,如圖3141所示。4)避免附加應(yīng)力當(dāng)被連接件、螺母或螺栓頭部的支承面粗糙(見(jiàn)圖3142(a))、被連接件因剛度不夠而彎曲(見(jiàn)圖3142(b))、鉤頭螺栓(見(jiàn)圖3142(c))以及裝配不良等都會(huì)使螺母與支承面的接觸點(diǎn)偏離螺栓軸線,使螺栓承受偏心載荷,從而使螺栓產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力。這種情況應(yīng)盡量避免,具體措施如圖3137、圖3138及圖3141所示。任務(wù)二減速器中齒輪與軸鍵連接的設(shè)計(jì)任務(wù)情景通過(guò)單級(jí)減速器的拆裝實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生觀察減速器輸出軸上的所有零部件,并對(duì)各零部件的拆卸和裝配順序及技巧進(jìn)行思考。任務(wù)提出與任務(wù)分析1.任務(wù)提出首先讓學(xué)生完成單級(jí)減速箱的拆裝實(shí)驗(yàn),如圖321(a)所示,在拆裝過(guò)程中對(duì)齒輪減速箱的輸出軸(見(jiàn)圖321(b))進(jìn)行觀察并思考:該輸出軸上有哪些零部件?它們是怎樣安裝上去的,又是怎樣拆卸的?輸出軸、齒輪與鍵(見(jiàn)圖321(c))之間是怎樣定位及設(shè)計(jì)的?設(shè)計(jì)任務(wù):設(shè)計(jì)選用圖322所示的減速器輸出軸與齒輪的鍵連接形式。已知軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T=600N·m,載荷有輕微沖擊,軸、鍵的材料均為鋼,齒輪的材料為鑄鋼。2.任務(wù)分析鍵連接是常用的軸轂連接方式,要正確選用鍵連接的類型和尺寸,首先應(yīng)熟悉鍵連接的類型及特點(diǎn),還應(yīng)掌握有關(guān)鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算方法以便對(duì)鍵進(jìn)行強(qiáng)度校核。相關(guān)知識(shí)3.2.1鍵連接的類型、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)鍵主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。有些類型的鍵還可以實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動(dòng)。鍵連接是可拆連接,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、裝拆方便,并且鍵已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,不必自行設(shè)計(jì),只需根據(jù)使用要求和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用,所以生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,是軸上零件周向固定最常用的方法。鍵連接按參與工作的表面不同分為兩大類:一類是以鍵的兩側(cè)面為工作面,如平鍵連接、半圓鍵連接;另一類是以鍵的上下面為工作面,如楔鍵連接、切向鍵連接。1.平鍵連接如圖323(a)所示,平鍵的上下兩面和兩個(gè)側(cè)面都互相平行,平鍵的下面與軸上鍵槽切緊,上面與輪轂鍵槽頂面留有間隙。工作時(shí)靠鍵與鍵槽側(cè)面的擠壓來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩,故平鍵的兩個(gè)側(cè)面是工作面。因此,平鍵連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、裝拆方便、對(duì)中性好。但它不能承受軸向力,對(duì)軸上零件不能起到軸向固定的作用,常用于傳動(dòng)精度要求較高的場(chǎng)合。平鍵按用途不同分為普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵三種。(1)普通平鍵連接。普通平鍵連接用于靜連接,根據(jù)鍵頭部形狀不同,可分為圓頭A型、方頭B型和單圓頭C型鍵三種,如圖323(b)、(c)、(d)所示。(2)導(dǎo)向平鍵和滑鍵連接。導(dǎo)向平鍵和滑鍵連接用于動(dòng)連接。當(dāng)零件需要做軸向移動(dòng)時(shí),可采用導(dǎo)向平鍵連接,如圖324所示。2.半圓鍵連接圖326所示為半圓鍵連接,半圓鍵的工作面也是鍵的兩個(gè)側(cè)面。軸上鍵槽用與半圓鍵尺寸相同的鍵槽銑刀銑出,半圓鍵可在槽中繞其幾何中心擺動(dòng)以適應(yīng)轂槽底面的傾斜。這種鍵連接的特點(diǎn)是工藝性好、裝配方便,尤其適用于錐形軸端與輪轂的連接;但鍵槽較深,對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大,一般用于輕載靜連接。若用兩個(gè)半圓鍵,應(yīng)布置在軸的同一條母線上。3.楔鍵連接圖327所示為楔鍵連接,楔鍵的上、下兩面為工作面。楔鍵的上表面和與它相配合的輪轂鍵槽底面均有1∶100的斜度。裝配時(shí)將楔鍵打入,使楔鍵楔緊在軸和輪轂的鍵槽中,楔鍵的上、下表面受擠壓,工作時(shí)靠這個(gè)擠壓產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩。如圖327所示,楔鍵分為普通楔鍵和鉤頭楔鍵兩種。鉤頭楔鍵的鉤頭是為了便于拆卸的。普通楔鍵也分為A、B、C三種形式。4.切向鍵連接切向鍵由兩個(gè)斜度為1∶100的普通楔鍵組成,如圖328所示,裝配時(shí)將切向鍵沿軸切線方向楔緊在軸與輪轂之間。其上下面為工作面,壓力沿軸切線方向作用,能傳遞很大轉(zhuǎn)矩。用一對(duì)切向鍵時(shí),