机械设计第11章-联接.ppt
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1、第11章 连 接教学要求、重点与难点教学要求、重点与难点11.1 连接概述连接概述11.2 螺纹的主要参数螺纹的主要参数11.3 螺纹副的受力分析、效率和自锁螺纹副的受力分析、效率和自锁11.4 螺纹连接的类型、特点及应用螺纹连接的类型、特点及应用11.5 螺纹连接的预紧和预紧力矩螺纹连接的预紧和预紧力矩11.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算11.7 设计螺纹连接时应注意的问题设计螺纹连接时应注意的问题11.8 螺旋传动螺旋传动11.9 轴毂连接轴毂连接小小 结结作作 业业教学要求、重点与难点 一、教学要求 了解连接的类型和应用;了解螺纹连接的类型和应了解连接的类型和应用;了解螺纹连接
2、的类型和应用;掌握螺旋副的受力分析、效率和自锁,螺纹连接的防用;掌握螺旋副的受力分析、效率和自锁,螺纹连接的防松装置;掌握螺纹连接失效形式及强度计算;了解螺旋传松装置;掌握螺纹连接失效形式及强度计算;了解螺旋传动的受力情况及计算要点;了解轴毂连接的类型及应用。动的受力情况及计算要点;了解轴毂连接的类型及应用。二、教学重点与难点 重点:重点:螺旋副的受力分析、效率和自锁;螺纹连接失效螺旋副的受力分析、效率和自锁;螺纹连接失效形式及强度计算。形式及强度计算。难点:难点:螺旋副的受力分析,效率和自锁;螺栓连接的计螺旋副的受力分析,效率和自锁;螺栓连接的计算。算。返回章目录返回章目录可动连接运动副可拆
3、连接:螺纹连接键连接连接销连接等不可动连接不可拆联接:焊接粘接铆接等11.1 概述连接的类型连接的类型 1.按照连接的性质分按照连接的性质分 2.按照连接的工作原理分按照连接的工作原理分形锁合连接:平键、销、铰制孔螺栓、铆接。形锁合连接:平键、销、铰制孔螺栓、铆接。材料锁合连接:焊接、胶接。材料锁合连接:焊接、胶接。力锁合连接:过盈配合、普通螺栓。力锁合连接:过盈配合、普通螺栓。返回章目录返回章目录一、螺纹的形成一、螺纹的形成11.2 螺纹的主要参数 1.1.按牙型按牙型:三角形螺纹、管螺纹三角形螺纹、管螺纹 连接螺纹;连接螺纹;矩形、梯形、锯齿形螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹。传动螺纹。
4、2.2.按位置:按位置:内螺纹内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹;在圆柱孔的内表面形成的螺纹;外螺纹外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹。在圆柱孔的外表面形成的螺纹。3.3.三角形螺纹:粗牙螺纹三角形螺纹:粗牙螺纹用于紧固件;用于紧固件;细牙螺纹细牙螺纹同样的公称直径下,螺距最同样的公称直径下,螺距最小,自锁性好,适于薄壁细小零件和冲击变小,自锁性好,适于薄壁细小零件和冲击变载等。载等。二、螺纹的分类二、螺纹的分类左旋左旋 右旋右旋4.4.根据螺旋线绕行方向:根据螺旋线绕行方向:1)1)左旋左旋 2)2)右旋右旋5.5.根据螺旋线线数:根据螺旋线线数:单线螺纹(单线螺纹(n=1n=1)用于连接用于连
5、接 双线螺纹(双线螺纹(n=2n=2)如右图如右图 多线螺纹(多线螺纹(n2n2)用于传动用于传动6.6.根据形成螺纹的图形分:根据形成螺纹的图形分:7.7.根据螺纹形成的表面分:根据螺纹形成的表面分:1 1)内螺纹)内螺纹 2)2)外螺纹外螺纹 8.8.根据形成螺纹的母体分:根据形成螺纹的母体分:1 1)圆柱螺纹)圆柱螺纹 2)2)圆锥螺纹圆锥螺纹 锯齿形螺纹锯齿形螺纹梯形螺纹梯形螺纹三角形螺纹三角形螺纹矩形螺纹矩形螺纹1)外径(大径)d(D)与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径,亦称公称直径。2)内径(小径)d1(D1)与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径。3)中径d2 在轴向剖面内牙厚与
6、牙间宽相等处的假想圆柱 面的直径,d20.5(d+d1)。三、螺纹的主要参数三、螺纹的主要参数4)螺 距 p 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离。5)导程(S)同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线 上的对应两点间的轴向距离。6)线 数 n 螺纹螺旋线数目,一般为便于制造n4。螺距、导程、线数之间关系:s=np 7)螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角:8)牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角。9)牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角。22tandnpds返回章目录返回章目录11.3螺纹副的受力分析、效率和自锁Ranntan()tFQf
7、arctan FftFtFRRnRQQ0tFQR摩擦角一、受力分析一、受力分析arctan()f2)tan(222dQdFTt旋紧螺母所需的转矩:旋紧螺母所需的转矩:螺纹副的效率螺纹副的效率:)tan(tan)tan(tanv arctan()arctan()cosvvff二、螺纹副的效率二、螺纹副的效率1)对于矩形螺纹,其效率对于矩形螺纹,其效率:2)对于非矩形螺纹,其效率对于非矩形螺纹,其效率:螺纹副的自锁条件为:螺旋升角不大于螺旋升角不大于当量摩擦角。即:当量摩擦角。即:v三、螺纹副自锁的条件三、螺纹副自锁的条件式中式中:arctan()arctan()cosvvff四、影响效率和自锁性
8、能的几何因素四、影响效率和自锁性能的几何因素1.线数越多,螺距越大,升角越大线数越多,螺距越大,升角越大,效率越高,效率越高。)tan(tanv 3.在螺旋传动中,应采用多线、大螺距的螺纹,以提高在螺旋传动中,应采用多线、大螺距的螺纹,以提高传动效率。传动效率。4.在螺纹连接中,应采用单线、小螺距的螺纹,以提高在螺纹连接中,应采用单线、小螺距的螺纹,以提高自锁性能。自锁性能。2.升角越大,自锁性能越差升角越大,自锁性能越差。5.牙型斜角越大,则当量摩擦角越大,效率越低,自锁牙型斜角越大,则当量摩擦角越大,效率越低,自锁性能越好,所以在螺旋传动中,为了提高效率,采用牙型性能越好,所以在螺旋传动中
9、,为了提高效率,采用牙型斜角小的螺纹,如矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。斜角小的螺纹,如矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。6.在螺纹连接中,为了提高自锁性能,应采用牙型斜角在螺纹连接中,为了提高自锁性能,应采用牙型斜角大的螺纹,如三角形螺纹。大的螺纹,如三角形螺纹。返回章目录返回章目录dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)11.4 螺纹连接的类型、特点及应用 1.普通螺栓连接普通螺栓连接 当被连接件不太厚时,被连接件加工出通孔,不带螺纹,螺被连接件不太厚时,被连接件加工出通孔,不带螺纹,螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙。结
10、构简杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙。结构简单,装拆方便,可多次装拆,应用较广。单,装拆方便,可多次装拆,应用较广。一、螺纹连接的类型、特点及应用场合一、螺纹连接的类型、特点及应用场合dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)2.铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接 装配后无间隙,主要承受横向载荷,也可作定装配后无间隙,主要承受横向载荷,也可作定位用,用基孔制配合的铰制孔螺栓连接。位用,用基孔制配合的铰制孔螺栓连接。(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l13.双头螺柱连接双头螺柱连接 螺杆两端无钉头
11、,但均有螺纹,装配时一端旋入螺杆两端无钉头,但均有螺纹,装配时一端旋入被连接件,另一端配以螺母。适用于常拆卸而被连接被连接件,另一端配以螺母。适用于常拆卸而被连接件之一较厚的场合。折装时只需拆螺母,而不将双头件之一较厚的场合。折装时只需拆螺母,而不将双头螺柱从被连接件中拧出。螺柱从被连接件中拧出。(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l14.螺钉连接螺钉连接 适用于被连接件之一较厚,不需经常装拆的地方。适用于被连接件之一较厚,不需经常装拆的地方。一端有螺钉头,不需螺母,适合于受载较小场合。一端有螺钉头,不需螺母,适合于受载较小场合。5.紧定螺钉连接紧定螺钉连接 拧
12、入后,利用杆末端顶住另一零件表面拧入后,利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。(a)(b)(a)(b)6.特殊连接特殊连接 1)地脚螺栓连接地脚螺栓连接 2)吊环螺钉连接吊环螺钉连接(a)(b)(a)(b)二、螺纹紧固件二、螺纹紧固件、螺栓、螺栓1、双头螺柱、双头螺柱2、螺钉、紧定螺钉、螺钉、紧定螺钉3、螺母、螺母4、垫圈、垫圈5返回章目录返回章目录 工作载荷之前,预先受到力的作用,这个预加作用力称为预紧力。增强连接的可靠性和紧密性,以防止受载后被连接件间出现缝隙或发
13、生相对移动。拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。1.预紧力:预紧力:2.预紧的目的:预紧的目的:3.预紧力的确定原则:预紧力的确定原则:11.5 螺纹连接的预紧和预紧力矩一、螺纹连接的预紧一、螺纹连接的预紧 利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可采用常可采用测力矩扳手测力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手,对于重要的螺栓连,对于重要的螺栓连接,也可以采用接,也可以采用测定螺栓伸长测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。的方法来控制预紧力。4.预紧力的控制:预紧力的控制:1)1)测力矩板手测力矩板手测出预紧力矩。测出预紧力矩。
14、12图4-12 测力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手1234 2)2)定力矩板手定力矩板手达到固定的拧紧力矩达到固定的拧紧力矩T T时,弹时,弹簧受压将自动打滑簧受压将自动打滑。预紧力矩:预紧力矩:T2是螺母端环形面与被连接 件间的摩擦力矩。21tan()2dTF21TTTrFfT2401dDr二、螺纹连接的预紧力矩二、螺纹连接的预紧力矩上式中:T1是螺纹摩擦阻力矩。返回章目录返回章目录失效形式:失效形式:受拉螺栓螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂;受剪螺栓螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断。工程中螺栓连接多数为疲劳失
15、效。受拉螺栓:设计准则为保证螺栓的拉伸强度;受剪螺栓:设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度。设计计算准则与思路:设计计算准则与思路:11.6 螺纹连接的强度计算1、松螺栓连接F 如吊钩螺栓,工作前不拧紧,无预紧力,只有工作载荷F 起拉伸作用。一、普通螺栓的强度计算一、普通螺栓的强度计算强度条件为:强度条件为:421ssdF41sFd 验算用公式 设计用公式 式中:d1螺杆危险截面直径(mm)许用拉应力 N/mm2(MPa)nS/ss,查表1062、紧螺栓连接F0F0FF(1)只受预紧力作用的紧螺栓连接)只受预紧力作用的紧螺栓连接 靠摩擦力传递横向载荷的普通螺栓连接。RRFF mFfFRmFf
16、KFRfmKFFR式中:可靠系数:5.11.1K预紧力:根据受力平衡:由于螺纹摩擦力矩产生剪应力,按第四强度理论,得出:强度条件:22111.34 1.3 4vFFddss 211.34vFds 其中的其中的系数系数1.3,是将外载荷提高,是将外载荷提高30%,以考虑预紧力,以考虑预紧力矩对螺栓连接强度的影响,这样把拉扭的复合应力状态矩对螺栓连接强度的影响,这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理,大大简化了计算手续,故又称简简化为纯拉伸来处理,大大简化了计算手续,故又称简化计算法。化计算法。在只受预紧力作用的紧螺栓连接强度计算中:在只受预紧力作用的紧螺栓连接强度计算中:(2)既受预紧力又受
17、工作载荷的螺栓)既受预紧力又受工作载荷的螺栓 PDpQpQpQpQpQpQpQpQpFbmbmFFFF F F121FFF 0 F F剩余预紧力为:;2)螺栓尚未拧紧,未受工作载荷时,螺栓受预紧力:;1)螺栓尚未拧紧时,螺栓不受力;F3)工作载荷F作用时,F 所以,总拉力:F4)为了保证连接的紧密性,必须维持一定的剩余预紧力。一般连接,外载荷稳定时,取;当外载荷有变化时,可取;有紧密性要求的螺栓连接,取。FF)6.02.0(FF)0.16.0(FF)8.15.1(根据强度理论,根据强度理论,螺栓的强度条件:螺栓的强度条件:3.14210ssdFvQpQpRRRRLmind0二、铰制孔螺栓的强度
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