東北大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)電子教案第二章聯(lián)接.ppt

1、第二章 聯(lián) 接,東北大學(xué)國(guó)家工科機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)基地,2-0概述,2-1螺紋聯(lián)接,2-2螺紋聯(lián)接類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件,2-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松,目錄,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,2-5鍵聯(lián)接,一、聯(lián)接的作用,二、聯(lián)接的分類(lèi),1、動(dòng)聯(lián)接：被聯(lián)接零件可相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副,2、靜聯(lián)接：被聯(lián)接零件無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件 （1）可拆聯(lián)接：螺紋、鍵、銷(xiāo)、成型聯(lián)接 （2）不可拆聯(lián)接：鉚接、焊接、膠結(jié) （3）過(guò)盈配合：溫差法裝入可拆 壓如法裝入不可拆,2-0概述,2-1螺紋聯(lián)接,一、螺紋聯(lián)接的基礎(chǔ)知識(shí),1、螺旋線與螺紋,（1）定義：動(dòng)點(diǎn)繞定軸勻速圓周運(yùn)動(dòng)， 并沿軸線方向勻速 上升，動(dòng)點(diǎn)軌跡為螺旋線。,一、螺紋聯(lián)接的基礎(chǔ)知識(shí),

2、（2）直觀：直角三角形斜邊與圓柱體表面的交線,2、螺紋分類(lèi),（1）螺紋位置：內(nèi)、外螺紋 （2）母體形狀：圓柱、圓錐螺紋 （3）牙型：三角形、矩形、梯形、矩齒形 （4）旋向：左、右,2-1螺紋聯(lián)接,大徑d公稱(chēng)直徑（查標(biāo)準(zhǔn)） 小徑d1計(jì)算直徑（強(qiáng)度計(jì)算） 中徑d2幾何直徑（幾何計(jì)算） 螺距P相鄰螺牙對(duì)應(yīng)點(diǎn)間軸向距離 導(dǎo)程S同一螺線相鄰螺牙對(duì)應(yīng)點(diǎn)間 軸向距離 S=nP（n-線數(shù)） 升角螺旋線的切線與垂直于螺紋 軸線的平面間的夾角 牙型角螺紋軸截面內(nèi)，牙型兩側(cè)邊的夾角 牙型半角螺紋軸截面內(nèi)，牙型側(cè)邊與橫截面的夾角,3、普通螺紋的主要參數(shù),一、螺紋聯(lián)接的基礎(chǔ)知識(shí),2-1螺紋聯(lián)接,二、螺紋副的受力、效率與

3、自鎖,二、螺紋副的受力、效率與自鎖,1、擰緊螺母時(shí)的圓周力和力矩,2、擰緊螺母時(shí)的效率,3、自鎖條件,2-1螺紋聯(lián)接,三、常用螺紋的種類(lèi)、特點(diǎn)和應(yīng)用,三、常用螺紋的種類(lèi)、特點(diǎn)和應(yīng)用,1、聯(lián)接螺紋：要求自鎖三角形螺紋,（1）普通螺紋（=60） 粗牙：常用的聯(lián)接螺紋 細(xì)牙：用于薄壁件或密封處 （2）管螺紋（=55） （英制） 一般管路聯(lián)接 圓柱：螺紋中線與管軸線平行 牙頂圓角，旋合后無(wú)隙，密封性好 圓錐：螺紋中線與管子軸線不平行，自密封性好,2-1螺紋聯(lián)接,三、常用螺紋的種類(lèi)、特點(diǎn)和應(yīng)用,2、傳動(dòng)螺紋：要求效率高,（1）矩形螺紋（=0） 效率高，牙根強(qiáng)度差，磨損難補(bǔ)償 （2）梯形螺紋（=30） 效

4、率較高，牙根強(qiáng)，對(duì)中好， 磨損后用剖分螺母補(bǔ)償間隙常用 （3）矩齒形螺紋（ 工=3 、非工=30） 兼?zhèn)渚匦?、梯形螺紋的優(yōu)點(diǎn)， 非工作面牙根圓角大，強(qiáng)度高,2-2螺紋聯(lián)接的類(lèi)型與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件,一、螺紋聯(lián)接類(lèi)型,1、螺栓聯(lián)接被聯(lián)件較薄、易做成通孔處，可經(jīng)常拆卸。,（1）普通螺栓：被聯(lián)件孔與螺栓桿有間隙，可傳橫向、軸向外載 （2）鉸制孔螺栓：被聯(lián)件孔與螺栓桿過(guò)渡配合，只傳橫向外載,2-2螺紋聯(lián)接的類(lèi)型與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件,螺栓聯(lián)接：兩被聯(lián)接零件較薄，可做成通孔場(chǎng)合,2-2螺紋聯(lián)接的類(lèi)型與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件,2-2螺紋聯(lián)接的類(lèi)型與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件,被聯(lián)件之一較厚、不易做成通孔，不需經(jīng)常拆卸處,2、螺釘聯(lián)接,2-2螺紋聯(lián)接的

5、類(lèi)型與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件,3、雙頭螺柱聯(lián)接,被聯(lián)件之一較厚、不易做成通孔，需經(jīng)常拆卸處,2-2螺紋聯(lián)接的類(lèi)型與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件,3、緊定螺釘聯(lián)接,：固定兩零件相對(duì)位置，可傳不大扭矩,平端緊定螺釘,錐端緊定螺釘,2-2螺紋聯(lián)接的類(lèi)型與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件,二、標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件,1、螺紋聯(lián)接件均為標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)中根據(jù)需要按工程尺寸選用,2、螺紋聯(lián)接件等級(jí) GB3103.1-82規(guī)定：螺紋聯(lián)接件分A、B、C三級(jí) A級(jí)：精密配合，防振場(chǎng)合 B級(jí)：受載較大，常拆卸調(diào)整、變載場(chǎng)合 C級(jí)：一般聯(lián)接,2-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松,一、預(yù)緊工作前擰緊,1、目的：增加螺紋聯(lián)接剛度、緊密性和防松能力,3、預(yù)緊力控制方法,（3）測(cè)螺栓伸長(zhǎng)量,2、要求

6、：裝配時(shí)控制預(yù)緊力在規(guī)定范圍內(nèi),（1）測(cè)力矩扳手,（2）定力矩扳手,一、預(yù)緊,2-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松,二、防松,1、目的：防止螺桿與螺母相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),3、防松方法,2、原因：設(shè)計(jì)條件下v，靜載、恒溫條件不會(huì)松脫 變載、振動(dòng)、溫差大引起螺牙間摩擦力瞬時(shí)消失松脫,（1）、摩擦防松利用輔助元件（結(jié)構(gòu)）防止螺紋副間摩擦力消失,二、防松,2-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松,（2）、機(jī)械防松利用防松元件約束螺紋副相對(duì)運(yùn)動(dòng)-沖擊、變載場(chǎng)合,止動(dòng)墊片,開(kāi)口銷(xiāo)與開(kāi)槽螺母,二、防松,2-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松,（2）、機(jī)械防松利用防松元件約束螺紋副相對(duì)運(yùn)動(dòng)-沖擊、變載場(chǎng)合,圓螺母止動(dòng)墊片,二、防松,2-3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與

7、防松,（3）、破壞螺紋副防松防松可靠，沖擊振動(dòng)大、重要聯(lián)接,沖點(diǎn)法：沖壞螺紋副 端焊法：端部焊死 粘結(jié)法：擰緊時(shí)涂膠,二、防松,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,一、設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容與步驟,1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定螺栓布置形式、數(shù)量 2、受力分析：確定螺栓組中受力最大螺栓和所受最大力 3、強(qiáng)度計(jì)算：按受力最大螺栓確定整組螺栓直徑,一、設(shè)計(jì)計(jì)算步驟,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,（一）普通螺栓聯(lián)接傳遞軸向外力,1、只受工作載荷作用的螺栓聯(lián)接（工作前不預(yù)緊，例：起重吊鉤）,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,2、只受預(yù)緊力的螺栓聯(lián)接（工作前預(yù)緊，工作中受力不變，例：普通設(shè)備蓋板）,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,（1）受力分析,合成應(yīng)力：

8、,（2）失效形式：螺栓塑變或拉斷,注：受拉、剪應(yīng)力復(fù)合作用的螺栓，可按受純拉伸處理, 將拉應(yīng)力加大30%計(jì)入剪應(yīng)力的影響。,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,3、受預(yù)緊力Qp和工作載荷F作用的螺栓聯(lián)接（例：氣缸螺栓）,（2）受力分析,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,a.總載荷Q=?; 殘余預(yù)緊力Qp=？,由圖得總載荷:,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,b. F =？,由圖知:,螺栓剛度:,被聯(lián)接件剛度：,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,討論：,結(jié)論：為減小螺栓總載荷，被聯(lián)接件剛度不宜太??；,（3）失效形式：a:被聯(lián)件結(jié)合面出縫隙； b:螺栓塑變或被

9、拉斷,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,（4）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：,a:保證被聯(lián)件結(jié)合面不出縫隙,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,b:保證螺栓不拉斷或塑變,I:F為靜載荷（考慮工作時(shí)需要補(bǔ)充擰緊，應(yīng)計(jì)入螺紋力矩的影響）,II:F為變載荷 （按應(yīng)力幅校核螺桿疲勞強(qiáng)度）,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,（二）普通螺栓傳遞橫向外力,（1）工作原理：結(jié)合面摩擦力平衡橫向外力,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,（2）受力分析：螺栓受預(yù)緊拉力：QP 被聯(lián)件受預(yù)緊壓力：QP,（3）失效形式： （1）螺栓塑變、拉斷 （2）被聯(lián)件相對(duì)滑移,（4）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：,（1）螺栓不塑變、不拉

10、斷（只受預(yù)緊力）,（2）被聯(lián)接件不相對(duì)滑移,注：普螺聯(lián)接傳橫向力，螺栓受拉裝拆放便， 但所需螺栓直徑大，沖擊、振動(dòng)時(shí)摩擦傳力不可靠。,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,（三）普通螺栓傳遞扭矩,1、工作原理：摩擦傳扭矩,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,2、受力分析：螺栓受預(yù)緊拉力：QP 被聯(lián)件受預(yù)緊壓力：QP,3、失效形式：（1）螺栓塑變、拉斷 （2）被聯(lián)件相對(duì)滑移（轉(zhuǎn)動(dòng)）,4、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：,（1）螺栓不塑變、不拉斷（只受預(yù)緊力）,普螺傳遞力矩,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,（2）被聯(lián)接件不相對(duì)滑動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)）,保證不滑動(dòng)，單個(gè)螺栓所需預(yù)緊力,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,（四）鉸制孔螺栓傳遞橫向外力

11、,1、工作原理：桿孔擠壓、螺桿受剪傳遞橫向力,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,2、失效形式：（1）桿孔結(jié)合面壓潰 （2）螺桿剪斷,3、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：,（1）桿孔不壓潰,鉸制孔螺拴傳遞橫向力,（2）螺桿不剪斷,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,（五）鉸制孔螺栓傳遞扭矩,1、工作原理：桿孔擠壓、螺桿受剪傳遞扭矩,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,2、失效形式：（1）桿孔結(jié)合面壓潰 （2）螺桿剪斷,3、受力分析：,（1）距回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)螺栓受力最大,（2）螺栓所受最大力,鉸制孔螺拴傳遞扭矩,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,4、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,（1）桿孔不壓潰,（2）螺桿不剪斷,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,(六)普通螺栓

12、組承受傾翻 力矩,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,1、基本假定 （1）螺栓、地基為彈性體； （2）M作用在z-z平面內(nèi)， 機(jī)座在M作用下繞O-O轉(zhuǎn)動(dòng) （3）機(jī)座剛性較大，變形后與 基礎(chǔ)的接觸面仍為平面,2、受力分析,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,2、受力分析,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,力平衡條件,(1)代入(2),變形協(xié)調(diào)條件,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,左側(cè)螺栓所受最大力：,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,右側(cè)螺栓所受最小力：,3、失效形式 （1）螺栓被拉斷 （2）機(jī)座與地基的接合面被壓潰或出縫隙,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,4、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,二、受力分析與強(qiáng)度計(jì)算,（1）保證螺栓不塑變、不被拉斷,（2）左側(cè)不出縫隙,（

13、3）右側(cè)不被壓潰,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,三、螺紋聯(lián)接件的材料性能與許用應(yīng)力,三、螺紋聯(lián)接件的材料性能與許用應(yīng)力,1、螺紋聯(lián)接件的材料與性能等級(jí),（1）常用材料： 碳 鋼：Q215-A、Q235-A、35、45一般聯(lián)接 合金鋼：15Cr、20Cr、30CrMnSi等重要聯(lián)接,（2）螺栓、螺母材料性能等級(jí)（表2-7） a、螺栓材料性能等級(jí)：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9,b、螺母的性能等級(jí)：4，5，6，8，9，10，12 螺母性能等級(jí)表示可與該螺母相配最高性能等級(jí)螺栓抗拉強(qiáng)度的1/100,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,2、螺紋聯(lián)接件得許用應(yīng)力,三

14、、螺紋聯(lián)接件的材料性能與許用應(yīng)力,（1）許用應(yīng)力影響因素： 載荷性質(zhì)：靜、變載荷 材料質(zhì)量：性能等級(jí) 結(jié)構(gòu)尺寸：尺寸系數(shù) 裝配質(zhì)量：載荷控制準(zhǔn)確性,（2）許用應(yīng)力安全系數(shù),2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,(2)、許用應(yīng)力與安全系數(shù),三、螺紋聯(lián)接件的材料性能與許用應(yīng)力,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,四、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,四、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,普通螺栓損壞情況統(tǒng)計(jì)如圖,1、改善螺紋牙間的載荷分配,螺牙間變形不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致牙間載荷分配不均,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,（1）均載螺母,四、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,（2）鋼絲螺套,四、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,2、減小螺栓中應(yīng)力幅,

15、2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,降低螺栓剛度CL、提高被聯(lián)接件剛度CF對(duì)螺栓應(yīng)力幅影響分析,四、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,降低螺栓剛度CL措施：,四、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,采用柔性螺栓： 增加螺栓長(zhǎng)度、 減小螺栓光桿部分的直徑（圖2-35）、 采用空心螺栓桿（圖2-35） 在螺母下安裝彈性元件（圖2-36）,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,提高被聯(lián)接件剛度CF措施：,四、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,采用剛度大的墊片 用密封環(huán)代替密封軟墊片,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,3、減小螺栓本身應(yīng)力集中圖2-38,四、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,a 加大圓角,b 卸荷槽,b 卸載過(guò)渡結(jié)構(gòu),2-4螺紋聯(lián)

16、接的設(shè)計(jì)計(jì)算,4、避免或減少附加應(yīng)力,四、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,(保證螺母支撐面平整、螺栓孔正),圖2-39 螺栓的附加應(yīng)力,圖2-40避免附加彎應(yīng)力的措施,2-4螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算,5、采用合理制造工藝,四、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,冷墩頭部、滾壓螺紋有利于提高螺栓疲勞強(qiáng)度,2-5鍵聯(lián)接,一、鍵聯(lián)接作用,一、鍵聯(lián)接的作用,軸及軸上零件的（如：齒輪、聯(lián)軸器等）的周向、軸向定位，傳遞扭矩,二、平鍵聯(lián)接,1、工作原理：鍵側(cè)擠壓、鍵剪切傳扭矩 2、平鍵類(lèi)型： （1）普通平鍵：（靜聯(lián)接）周向定位,2-5鍵聯(lián)接,（2）導(dǎo)向平鍵與滑鍵：,二、平鍵聯(lián)接,(動(dòng)聯(lián)接)周向定位、零件軸向滑移,導(dǎo)向平鍵： 鍵定軸上

17、，滑移距離短,滑鍵： 鍵定轂上，滑移距離長(zhǎng),3、鍵聯(lián)接設(shè)計(jì)內(nèi)容 (1)選擇類(lèi)型：工作要求、轉(zhuǎn)矩大小、對(duì)中要求 (2)尺寸選擇：按軸徑d選鍵的截面尺寸bh(查標(biāo)準(zhǔn)) (3)鍵長(zhǎng)選擇：L=輪轂長(zhǎng)-（510）mm（查標(biāo)準(zhǔn)） (4)強(qiáng)度校核：,2-5鍵聯(lián)接,4、失效形式,二、平鍵聯(lián)接,靜聯(lián)接：鍵及鍵槽側(cè)面壓潰 動(dòng)聯(lián)接：工作面過(guò)度磨損,5、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,6、標(biāo)注方法,鍵 (A）bL GB1096-79,2-5鍵聯(lián)接,三、半圓鍵,三、半圓鍵,1、工作原理：鍵側(cè)擠壓、鍵剪切傳扭矩 2、特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：鍵在槽中可擺動(dòng)，適應(yīng)輪轂槽底斜度 對(duì)中性好、裝配方便、適應(yīng)錐形軸端 缺點(diǎn)：鍵槽深，對(duì)軸削弱大 3、應(yīng) 用：輕載、錐

18、形軸端聯(lián)接,半圓鍵聯(lián)接,2-5鍵聯(lián)接,四、楔鍵,四、楔鍵,1、工作原理： 鍵上表（轂槽底）面為1：100斜度斜面 鍵上、下表面工作，擠壓楔緊、摩擦傳扭 2、特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：軸上零件的軸向定位，承受較小軸向力 缺點(diǎn)：楔鍵破壞軸上零件對(duì)中性 3、應(yīng)用：對(duì)中精度要求不高、載荷平穩(wěn)、低速場(chǎng)合,2-5鍵聯(lián)接,五、切向鍵,五、切向鍵,1、工作原理：切向鍵由兩個(gè)1：100斜度的楔鍵組成 組合后上、下平行表面工作，其中之一在軸截面內(nèi)， 工作面擠壓、軸與輪轂間的摩擦傳扭矩 2、特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：傳遞載荷大 缺點(diǎn)：切向鍵破壞軸上零件對(duì)中性 3、應(yīng)用：對(duì)中精度要求不高、載荷大的重型機(jī)械中， 如：大型飛輪、礦用卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒等,2-5鍵聯(lián)接,六、花鍵聯(lián)接,六、花鍵聯(lián)接,1、工作原理： （花鍵軸、花鍵孔組成）鍵側(cè)工作、擠壓傳