机械设计第5章螺纹联接和螺旋传动课件.ppt
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- 机械设计 螺纹 联接 螺旋 传动 课件
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1、第二篇第二篇 连连 接接 机械设计人员必须熟悉常用的连接方法及连机械设计人员必须熟悉常用的连接方法及连接件的结构、类型、性能、适用场合,掌握它接件的结构、类型、性能、适用场合,掌握它们的设计理论或选用方法。们的设计理论或选用方法。连接对于机器的制造、安装、维修必不可少。连接对于机器的制造、安装、维修必不可少。1.1.动连接动连接2.2.静连接静连接 可拆连接可拆连接 不可拆连接不可拆连接提问:提问:有没有既是可拆连接又是不可拆连接的连接形式有没有既是可拆连接又是不可拆连接的连接形式?机械连接的分类:机械连接的分类:如如:各种运动副各种运动副-如如:螺纹、键、销连接等螺纹、键、销连接等-铆、焊、
2、粘接等铆、焊、粘接等(永久连接)(永久连接)-被连接的零件间可以有相对运动的连接被连接的零件间可以有相对运动的连接-被连接件之间不许产生相对运动的连接被连接件之间不许产生相对运动的连接(一)过盈连接的特点及应用(一)过盈连接的特点及应用 特点:特点:利用零件间的配合过盈来达到连接目的利用零件间的配合过盈来达到连接目的过过 盈盈 连连 接接 简简 介介过盈连接过盈连接 -干涉配合连接或紧配合连接干涉配合连接或紧配合连接(一)过盈连接的特点及应用(一)过盈连接的特点及应用 特点:特点:利用零件间的配合过盈来达到连接目的利用零件间的配合过盈来达到连接目的应用:应用:主要用于轴与毂、轮圈与轮芯、滚动轴
3、承与轴主要用于轴与毂、轮圈与轮芯、滚动轴承与轴 或座孔的连接等。或座孔的连接等。AAA-A曲轴过盈连接组件曲轴过盈连接组件d过过 盈盈 连连 接接 简简 介介AAA-A曲轴过盈连接组件曲轴过盈连接组件d过过 盈盈 连连 接接 简简 介介(二)过盈连接的工作原理(二)过盈连接的工作原理 工作原理工作原理 轴与孔配合中,轴的实际尺寸大轴与孔配合中,轴的实际尺寸大于孔,于孔,轴的尺寸减去孔的尺寸轴的尺寸减去孔的尺寸-过盈量过盈量 d FF d p p Mf T 当连接承受当连接承受轴向力轴向力F或或转矩转矩T时,时,配合面上便产生摩擦阻力或摩擦阻配合面上便产生摩擦阻力或摩擦阻力矩以抵抗和传递外载荷。
4、力矩以抵抗和传递外载荷。p p 在装配后的配合面上,便产在装配后的配合面上,便产生了一定的径向正压力。生了一定的径向正压力。装配方法:装配方法:(二)过盈连接的工作原理(二)过盈连接的工作原理压入法压入法温差法温差法冷却被包容件冷却被包容件(尺寸(尺寸)加热包容件加热包容件(尺寸(尺寸)本篇重点掌握第五章和第六章本篇重点掌握第五章和第六章第五章第五章 螺纹连接和螺旋传动螺纹连接和螺旋传动51 螺纹螺纹52 螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件53 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧55 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算57 螺纹连接件的材料及许用应力螺纹连接件的材料及许用应力58
5、 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施54 螺纹连接的防松螺纹连接的防松56 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计本章主要内容有:本章主要内容有:1 1螺纹连接的基本知识:螺纹连接的基本知识:螺纹和螺纹连接件的类型、结构、特点,应用场合及螺纹和螺纹连接件的类型、结构、特点,应用场合及选用原则,要特别注意普通螺栓连接与铰制孔用螺栓连接选用原则,要特别注意普通螺栓连接与铰制孔用螺栓连接在传力、失效形式、结构及强度计算准则上的不同;在传力、失效形式、结构及强度计算准则上的不同;2 2螺纹连接的强度计算,主要是紧螺栓连接的强度计算。要螺纹连接的强度计算,主要是紧螺栓连接的强度计算。要求掌握紧螺栓连
6、接力与变形之间的关系、提高螺栓连接强求掌握紧螺栓连接力与变形之间的关系、提高螺栓连接强度的措施;度的措施;3 3螺纹连接的防松原理及防松装置;螺纹连接的防松原理及防松装置;4 4螺栓组的受力分析、失效分析及强度计算方法;螺栓组的受力分析、失效分析及强度计算方法;本章的重点及难点:本章的重点及难点:受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接强度计算,多受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接强度计算,多种受力状态下螺栓组连接的设计计算。种受力状态下螺栓组连接的设计计算。外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹潘存云教授研制外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺旋副螺旋副(一)螺纹的类型和应用(一)螺纹的类型和应用5-1 螺螺 纹纹按螺纹
7、的旋向分按螺纹的旋向分右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹右旋右旋左旋左旋请判断下列螺纹的旋向?请判断下列螺纹的旋向?左旋左旋右旋右旋按螺旋线的数目分按螺旋线的数目分 单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹作用分按螺纹作用分连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹 圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹-用于一般的连接和传动用于一般的连接和传动-主要用于管道连接主要用于管道连接按母体形状分按母体形状分圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分303矩形螺纹矩形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹梯形螺纹梯形螺纹30
8、普通螺纹普通螺纹60管螺纹管螺纹55按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分普通螺纹普通螺纹管螺纹管螺纹矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹用于传动用于传动用于连接用于连接常用螺纹的类型、特点和应用,见表常用螺纹的类型、特点和应用,见表 5-15-1 螺螺 纹纹 中径中径 d2d1d2d 小径小径 d1(二)螺纹的主要参数(二)螺纹的主要参数-在标准中定为公称直径在标准中定为公称直径 大径大径 d-强度计算中常作为螺杆危险截面的强度计算中常作为螺杆危险截面的 计算直径计算直径 三三径径d1d2d 导程导程(升距)(升距)S(二)螺纹的主要参数(二)螺纹的主要参数 螺距螺距 PSP二二距距n
9、-螺纹的线数螺纹的线数单线螺纹单线螺纹:S=P 多线螺纹多线螺纹:S=nPd1d2dSP 牙型角牙型角 牙侧角牙侧角 d2S 螺纹升角螺纹升角二二角角tan=d2 S d2 nP=中径中径 d2d1d2d 小径小径 d1 导程导程(升距)(升距)SS=nP(二)螺纹的主要参数(汇总)(二)螺纹的主要参数(汇总)h 大径大径 d 螺距螺距 PSP 牙型角牙型角 牙侧角牙侧角 d2S 螺纹升角螺纹升角二二角角tan=d2 S d2 nP=三三径径二二距距 线数(头数)线数(头数)n-螺纹的螺旋线数目螺纹的螺旋线数目单线螺纹单线螺纹 自锁性好自锁性好 多用于连接多用于连接;多线螺纹多线螺纹 传动效率
10、高传动效率高 多用于传动。多用于传动。为了便于制造,一般螺纹的线数为了便于制造,一般螺纹的线数 n44复习:复习:螺旋副的自锁条件:螺旋副的自锁条件:arctancosarctanvvff螺旋副的效率:螺旋副的效率:)tan(tanvtan=d2 nP Sd2=(二)螺纹的主要参数(二)螺纹的主要参数自锁性能好,连接可靠自锁性能好,连接可靠 普通螺纹普通螺纹细牙细牙粗牙粗牙 普通螺纹同一公称直径可以有多种螺距,其中螺普通螺纹同一公称直径可以有多种螺距,其中螺距最大的称为距最大的称为粗牙螺纹粗牙螺纹,其余的统称为,其余的统称为细牙螺纹细牙螺纹。(一)基本常识(一)基本常识1.螺纹连接螺纹连接-螺
11、纹零件螺纹零件-可拆连接可拆连接2.普通螺纹普通螺纹=30,当量摩擦系数,当量摩擦系数 ,v ,fcos=fv5-2 螺纹连接的类型和标准连接件螺纹连接的类型和标准连接件 arctancosarctanvvff缺点:缺点:不耐磨易滑扣。不耐磨易滑扣。应用:应用:薄壁零件、受变载荷的连接和微调机构。薄壁零件、受变载荷的连接和微调机构。Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙tg=d2 nP 自锁性更好、连接更可靠;且螺纹深度自锁性更好、连接更可靠;且螺纹深度浅,强度高。浅,强度高。细牙螺纹细牙螺纹 v P P ,由于制造简单,一般连接常用。由于制造简单,一般连接常用。p ,优点:优点:粗牙螺纹粗牙螺
12、纹5-2 螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件(二)螺纹连接的基本类型(二)螺纹连接的基本类型1.1.螺栓连接螺栓连接铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接孔与螺杆之间孔与螺杆之间留有间隙留有间隙d0dd0普通螺栓连接普通螺栓连接结构简单,装拆结构简单,装拆方便,应用最广方便,应用最广多用于承受横多用于承受横向载荷的场合向载荷的场合受拉螺栓 受剪螺栓1.螺栓连接螺栓连接3.螺钉连接螺钉连接2.双头螺柱连接双头螺柱连接结构简单,省了螺母,不宜经常拆装,以免损坏螺孔而修复困难。d思考:这两种连接适用在什么场合?各有何特点?思考:这两种连接适用在什么场合?各有何特点?双头螺柱是如何拧入、拧
13、出的?双头螺柱是如何拧入、拧出的?-不宜经常拆卸不宜经常拆卸-可经常拆装可经常拆装用于盲孔用于盲孔的连接的连接(二)螺纹连接的基本类型(二)螺纹连接的基本类型5-2 螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件潘存云教授研制4.紧定螺钉连接紧定螺钉连接紧定螺钉紧定螺钉1.螺栓连接螺栓连接2.螺钉连接螺钉连接3.双头螺柱连接双头螺柱连接5-2 螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件(二)螺纹连接的基本类型(二)螺纹连接的基本类型二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件螺栓的结构形式螺栓的结构形式LL0d六角头六角头LdL0小六角头小六角头5-2 螺纹连接的类
14、型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件dL0L1LL1-座端长度座端长度L0-螺母端长度螺母端长度二、螺纹紧固件二、螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓5 5-2 螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件末端末端结构结构头部头部结构结构螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件地脚螺栓地脚螺栓 起吊螺钉起吊螺钉 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓专用螺纹连接专用螺纹连接T 型螺栓型螺栓 六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺
15、母圆螺母圆螺母二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有六十余种不同结构的螺母螺母螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓专用螺纹连接专用螺纹连接潘存云教授研制其它螺母:其它螺母:潘存云教授研制其它螺母:其它螺母:垫圈垫圈 螺母螺母 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件平垫圈平垫圈薄平垫圈薄平垫圈A型平垫圈型平垫圈B型平垫圈型平垫圈斜垫圈斜垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈作用:作用:增加支撑面积以减小增加支撑面积以减小压强,避免拧紧螺母
16、擦压强,避免拧紧螺母擦伤表面、防松。伤表面、防松。专用螺纹连接专用螺纹连接5-3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧 预紧力预紧力F0:螺纹连接在承受工作载荷之前,预先受螺纹连接在承受工作载荷之前,预先受 到的作用力到的作用力 预紧的目的:预紧的目的:增强连接的可靠性和紧密性,以防止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生相对移动。受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧力的确定原则:预紧力的确定原则:(一一)概述概述碳素钢螺栓:碳素钢螺栓:F0(0.6(0.60.7)s A1合金钢螺栓:合金钢螺栓:F0(0.5(0.50.6)s A1A1-危险截面积,危险截面积,A1 d
17、d2 21 1/4/4测力矩扳手测力矩扳手 预紧力控制方法预紧力控制方法:F F定力矩扳手定力矩扳手通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的,重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。L LS S1)1)凭手感经验;凭手感经验;2)2)测力矩扳手;测力矩扳手;3)3)定力矩扳手;定力矩扳手;4)4)测定伸长量。测定伸长量。L LM ML LS S操作简单操作简单,但准确性较差但准确性较差5-3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧(二二)拧紧力矩拧紧力矩T的计算的计算T5 5-3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧装配时,装配时,F0的大小通过拧紧力矩的大小通过拧紧力矩T来控制。来控制。拧紧力矩 T 愈大则预紧力 F
18、0 也愈大,那么两者之间有何关系呢?F F0 0d0dD0拧紧力矩:拧紧力矩:T 0.2 F 0.2 F0 d标准扳手长度标准扳手长度 L15 d,设:拧紧力为设:拧紧力为F,则,则 T=FL FL=F15 d=0.2 F F0 dF F0=75F若:若:F=200N则:则:F0 15000 N 若用这个预紧力拧若用这个预紧力拧M12以下的钢制螺栓,则很可能以下的钢制螺栓,则很可能因过载而被拧断。因过载而被拧断。对于重要的连接,不宜采用对于重要的连接,不宜采用 M12 的螺栓。的螺栓。T 0.2 F 0.2 F0 dFLd(一)防松的目的(一)防松的目的思考:连接螺纹一般具有自锁性,为何还要防
19、松?思考:连接螺纹一般具有自锁性,为何还要防松?(二)防松的方法(二)防松的方法具体方法有三种:具体方法有三种:5 5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松 (自学自学)1、摩擦防松:、摩擦防松:双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母2、机械防松:、机械防松:开口销、止动垫片、串连钢丝开口销、止动垫片、串连钢丝3、永久防松:、永久防松:焊、粘、冲焊、粘、冲具体内容见表具体内容见表 5-3 QuestionQuestion:表表5-3中串连钢丝防松方法图中串连钢丝防松方法图 b b)不正确的原因何在?)不正确的原因何在?防松的根本问题防松的根本问题 是防止螺纹副发生相对转动是防止螺纹副
20、发生相对转动防松的方法:防松的方法:1.利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母5 5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松防松防松-防止螺旋副相对转动防止螺旋副相对转动 开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母串连钢丝串连钢丝2.采用专门防松元件防松采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈潘存云教授研制止动垫圈止动垫圈3.其他方法防松其他方法防松11.5P用冲头冲用冲头冲23点点冲点防松法冲点防松法粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂5 5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松设计步骤:设计步骤:定出螺栓的尺寸定出螺栓的尺寸5-5
21、螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计结构设计结构设计受力分析受力分析(单单)强度计算强度计算确定确定d 1确定螺栓的数确定螺栓的数目及布置形式目及布置形式找出受力最找出受力最 大的螺栓大的螺栓 对不重要的螺栓连接,可用类比法确定,不再进行强度校核。对不重要的螺栓连接,可用类比法确定,不再进行强度校核。(一)螺栓组连接的结构设计(一)螺栓组连接的结构设计 基本原则:基本原则:1.1.连接结合面的几何形状常设计成连接结合面的几何形状常设计成:轴对称的简单几何形状轴对称的简单几何形状 圆形圆形 圆环形圆环形 矩形矩形 矩形框矩形框 三角形三角形 设计目的:设计目的:确定接合面的几何形状和螺栓的布置形式,
22、力求各确定接合面的几何形状和螺栓的布置形式,力求各螺栓和接合面受力均匀、便于加工装配。螺栓和接合面受力均匀、便于加工装配。5-5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计2.螺栓的布置应使各螺栓的受力合理螺栓的布置应使各螺栓的受力合理F FF FA)对铰制孔用螺栓连接,不要在平行于工作载荷的方向上成对铰制孔用螺栓连接,不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓,以免载荷分布过于不均;排地布置个以上的螺栓,以免载荷分布过于不均;合理不合理!B)当螺栓连接受弯矩或转矩作用时,应使螺栓的位置靠近当螺栓连接受弯矩或转矩作用时,应使螺栓的位置靠近接合面的边缘,以减少螺栓的受力。接合面的边缘,以减少螺栓的
23、受力。dhD3.螺栓的排列应有合理的间距、边距,以保证扳手空间螺栓的排列应有合理的间距、边距,以保证扳手空间C)若同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时,应采用抗剪零若同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时,应采用抗剪零 件来承受横向载荷。件来承受横向载荷。60CCEE60AB键键套筒套筒销销 对压力容器等紧密性要求较高的重要连接,螺栓的对压力容器等紧密性要求较高的重要连接,螺栓的间距间距 t t0 0 不大于表不大于表5-4所推荐的数值。所推荐的数值。4.为便于在圆周上钻孔时的分度和画线,分布在同为便于在圆周上钻孔时的分度和画线,分布在同一圆周上的螺栓数目,应取成一圆周上的螺栓数目,应取成:4、6、
24、8 等偶数。等偶数。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。螺栓间距螺栓间距 t0工作压力(MPa)7d 4.5d 4.5d 4d 3.5d 3d t0(mm)1.6 1.6 4 4 10 10 16 16 20 20 30 d表表5-45-4t05.5.避免螺栓承受附加的弯曲载荷避免螺栓承受附加的弯曲载荷采用斜垫圈采用斜垫圈螺栓组的结构设计,还包括合理地选择螺栓组的防松装置。螺栓组的结构设计,还包括合理地选择螺栓组的防松装置。支承面不平支承面不平采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构切削加工支承面切削加工支承面支承面倾斜支承面倾斜(二二)螺栓组连
25、接的受力分析螺栓组连接的受力分析目的:目的:求出受力最大的螺栓及其所受的力,求出受力最大的螺栓及其所受的力,以便进行螺栓以便进行螺栓连接的强度计算。连接的强度计算。假设:假设:1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同;所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同;2)螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合;螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合;3)受载后连接接合面仍保持为平面。受载后连接接合面仍保持为平面。5-5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 典型的螺栓组受载情况:典型的螺栓组受载情况:M受横向载荷受横向载荷FF受转矩受转矩潘存云教授研制OTpD受轴向载荷受轴向载荷F受倾覆力矩受倾覆力矩
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