联接 机械设计基础教学PPT课件PPT格式课件下载.ppt

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当时，若没有力矩T，螺母在Fa的作用下会运动吗？

这种现象称为自锁。

二、非矩形螺纹0,矩形螺纹忽略升角的影响时有：

Fn=Fa,当0时，摩擦力为：

摩擦系数为f的非矩形螺纹所产生的摩擦力与摩擦系数为f，与矩形螺纹所产生的摩擦力相当。

故称f为当量摩擦系数。

称为当量摩擦角,引入参数f和就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。

滑块上升：

滑块下降：

非矩形螺旋的自锁条件：

对于联接螺纹必须满足自锁条件,0,10,20,30,40,50,20,40,60,80,100,效率%,定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：

当一定时，效率是螺纹升角的函数，由此可以绘出效率曲线.,在=45-/2处效率曲线有极大值。

对于传动螺旋，一般取：

对于联接螺纹，必须取：

升角过大,制造困难，且效率增高也不明显。

螺旋转动一圈时，有效功为FaS,输入功为2T。

f=tg=0.1,25,10-3机械制造中的常用螺纹,三角形螺纹,普通螺纹=60,管螺纹=55,普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。

其中粗牙螺纹应用最广,细牙螺纹的优点：

升角小、小径大、自锁性好、强度高,缺点：

不耐磨易滑扣。

应用：

薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。

用螺纹密封的管螺纹,普通细牙螺纹,管螺纹,非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁=55）,用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁=55）,60圆锥管螺纹,公称直径：

管子的公称通径。

55,非螺纹密封的管螺纹,梯形螺纹：

为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。

用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。

锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。

锯齿形螺纹:

=15,=3,粗牙普通螺纹的基本尺寸见P136表10-1,螺纹的基本尺寸：

细牙普通螺纹的基本尺寸见P136表10-2,梯形螺纹的基本尺寸见P136表10-3,表10-1直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸mm,标记示例：

M24（粗牙普通螺纹、直径24、螺距3）,M24X1.5（细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5）,表10-3梯形螺纹基本尺寸mm,标记示例：

Tr48X8（梯形螺纹，直径48，螺距8）,有粗牙普通螺纹M10和M68，请说明在静载荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f=0.10.15）,例题1,1、首先求螺纹升角。

解：

M10螺纹：

M68螺纹：

由P135表10-1查得：

螺距P=1.5mm，中径d2=9.026mm；

螺距P=6mm，中径d2=64.103mm。

M10螺纹升角：

M68螺纹升角：

2、求当量摩擦角。

则当量摩擦角为：

普通螺纹牙型角=,60o,牙侧角=,30o,摩擦系数f取为：

0.1,因为:

同理:

10=3.03o，所以能够自锁。

68=1.707o，所以能够自锁。

一、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,可承受横向载荷,螺纹余留长度l1,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,静载荷l1=（0.30.5）d;

变载荷l1=0.75d;

冲击载荷或弯曲载荷l1d;

铰制孔用螺栓l10;

螺纹伸出长度a=（0.20.3）d;

螺栓轴线到边缘的距离e=d+（36）mm,用于经常拆装易磨损之处。

10-4螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,一、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,座端拧入深度H，当螺孔材料为：

双头螺柱联接联接件厚，允许拆装。

钢或青铜H=d;

铸铁H=（1.251.5）d,铝合金H=（1.52.5）d,螺纹孔深度H1=H+（22.5）P;

钻孔深度H2=H1+（0.51）d;

参数l1、e、a与螺栓相同,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。

一、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,双头螺柱联接,紧定螺钉联接,特殊联接：

地脚螺栓联接,吊环螺钉联接,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,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,其它螺母：

其它螺母：

垫圈,平垫圈,薄平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,作用：

增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。

一、拧紧力矩,T1:

克服螺纹副相对转动的阻力矩；

T2:

克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；

设轴向力为Fa或预紧力（不受轴向载荷）,Fc:

摩擦系数。

无润滑时取：

fc=0.15,rf支撑面摩擦半径。

rf=（dw+d0）/4,简化公式：

T0.2Fad,预紧应力：

=（0.50.7）s,10-5螺纹联接的预紧和防松,适用于M10M60的粗牙螺纹f=0.15,fc=0.15,Fa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧可靠，应取：

总力矩：

测力矩扳手,工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。

二、螺纹联接的防松,1.利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,定力矩扳手,开口销与六角开槽螺母,串联钢丝,2.采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,止动垫圈,3.其他方法防松,涂粘合剂,10-6螺栓联接的强度计算,主要失效形式,螺栓拉断,螺纹压溃或剪断,滑扣,一、松螺栓联接,强度条件：

式中:

d1-螺纹小径，mm,螺栓所受拉力=,工作载荷,工作时不需要将螺母拧紧。

如吊钩螺栓.,例题,如下图所示，起重吊钩的起吊重量是25kN，吊钩材料为35钢，许用应力为60MPa，求吊钩尾部螺纹直径。

根据：

有,解：

查出的d1比根据强度计算求得的d1值略大，强度合适。

故吊钩尾部螺纹可采用M27。

d=27mm时，d1=23.752mm,d1=23.033mm,二、紧螺栓联接,拉应力：

螺栓在工作前拧紧，受到预紧力Fa和螺纹摩擦力矩T1的作用。

预紧力F0,产生拉伸应力：

螺纹摩擦力矩T1,产生剪应力,切应力：

对于M10M68的普通螺纹，取d1、d2和的平均值，并取：

tg=f=0.15,得：

0.5,强度条件：

根据第四强度理论，计算当时应力：

1.受横向工作载荷的螺栓强度,螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力Fa导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。

C-可靠性系数，常取C=1.11.3,预紧力Fa：

f-摩擦系数，对钢与铸铁，取:

f=0.10.15,m-结合面数上图m=1,下图m=2,若取f=0.15，C=1.2,m=1,则：

Fa8F,结构尺寸大,改进措施：

1.采用键、套筒、销承担横向工作载荷。

2.采用无间隙的铰制孔螺栓。

绞制孔螺栓受横向载荷的螺栓破坏形式,受剪切破坏,受挤压破坏,螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷F进行工作,铰制孔螺栓联接强度,螺栓的剪切强度条件为：

m螺栓剪切面数螺栓许用剪应力，MPa,特点：

螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：

铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工精度较高，成本较高,F横向载荷（N）d0螺栓剪切面直径（mm）螺栓杆与被联接件孔壁间接触受压的最小轴向长度（mm）,2.受轴向工作载荷的螺栓强度,设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：

特别注意，轴向载荷：

FaF0+FE,加预紧力后螺栓受拉伸长b0,被联接件受压缩短C0,加载FE后螺栓总伸长量增加为:

总拉力为：

被联接件压缩量减少为：

残余预紧力减少为：

FR,很显然:

FRF0,+b0,C0-,Fb,螺栓变形,Fa,FR,F0,C0,F0,b0,C0,FE=Fb+Fc,=（kb+kc）,FR=F0-FE,=F0-kc,Fa=F0+Fb,=F0+kb,kb+kc,FE,=,代入得：

载荷无变化时，取：

FR=（0.20.6）FE载荷变化时，取：

FR=（0.61.0）FE有紧密性要求时，取：

FR=（1.51.8）FE设计过程：

FEFRFa螺栓强度计算,螺栓联接的失效及设计准则,联接（紧）螺栓,设计准则:

螺栓杆拉溃螺纹牙的压溃和剪断螺纹牙磨损滑扣,主要失效,松、滑,在联接不松滑的前提下,螺栓杆不破坏,失效形式,S安全系数表10-6,7P.145S屈服极限表9-1P.123,许用应力:

材料:

2.铰制孔螺栓联接联接受挤压,螺栓受剪切,1）按剪切强度,2）按挤压强度:

许用应力与材料（钢、铸铁）,应力（静、变）有关。

表10-6,1.普通螺栓联接,碳素钢:

Q215,Q235力学性质优质碳素钢:

10,35,45表9-1P.123合金钢:

15Cr,40Cr,30CrMnSi,10-6螺栓的材料和许用应力,解:

每个联接承受的横向载荷F=R/2=2000N,1.联接不松求预紧力F0,2.螺栓不断求d1,取d=27mm,d1=23.75223.38合适。

S=6.5合适,C=1.11.3,取C=1.2F0CF/（fm）=1.22000/（0.151）=16000N,取35钢,不严格控制预紧力s=315Mpa,S=6.5,=s/S=315/6.5=48.5Mpa,例题.,用普通螺栓固定一牵引钩,已知R=4000N,（变载荷）f=0.15,试求螺栓直径。

用铰制孔螺栓联接固定牵引钩（HT250）,板厚h=10mm,已知R=4000N（变载荷）,试求螺栓直径。

解:

每个联接受横向载荷F=R/2=2000N,1.按剪切强度,2.按挤压强度:

P=B/2.20.8=240/2.20.8=87.3Mpa（S=2.2）,Lmin=h=10mm,取l=25mm,l0=12mm,取d=6mm,d0=76.03mm,=S/4.5=315/4.5=70Mpa,例题.,M625合适,10-7提高螺栓联接强度的措施,承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：

疲劳断裂,容易断裂部位：

一、降低螺栓总拉伸载荷的Fa变化范围,轴向工作载荷FE的变化范围:

0FE,kb+kc,kb,F0F0+FE,总拉伸载荷的Fa变化范围:

kb或kc,Fa变化范围,提高螺栓联接强度的措施,1.采用柔性结构,2.有密封要求时，采用金属薄垫片,3.或者采用O形密封圈,宜采取措施:

二、改善螺纹牙间的载荷分布,措施:

采用悬置螺母。

加厚螺母不能提高联接强度。

F=F1+F2+F3+F4+F5,F1F2F3F4F5,螺母体,假设螺母为刚体，则螺纹牙变形与普通螺木相同。

但实际上螺母也是弹性体，受载也被拉长，变形螺纹牙产生回弹，从而减小两者螺距变化，使受载均匀。

10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。

支承面不平,三、减小应力集中,1.增大过渡圆角,2.切制卸载槽,四、避免或减小附加应力,采用凸台或沉孔结构,五、采用特殊制造工艺,冷镦头部、辗压螺纹,表面处理：

氰化、氮化也能提高疲劳强度。

10-8键联接和花键联接,作用：

用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或移动。

一、键联接的类型,类型：

平键、半圆键、楔键、切向键等。

1.平键联接,特点：

定心好、装拆方便。

种类,普通平键,导向平键,普通平键结构,单圆头（C型）,圆头（A型）,方头（B型）,用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。

用盘铣刀加工，轴的应力集中小。

用于轴端,普通平键应用最广。

导向平键,零件可以在轴上移动，构成动联接。

结构特点：

长度较长，需用螺钉固定。

为便于装拆，制有起键螺孔。

表10-4普通平键和键槽尺寸（GB1095-79、GB1096-79）,A型,B型,C型,标记实例：

圆头普通平键（A型）:

键16100GB1096-79,方头普通平键（B型）:

键B16100GB1096-79,单圆头普通平键（C型）:

键C16100GB1096-79,2.半圆键联接,优点：

定心好，装配方便。

因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。

缺点：

对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。

特别适用于锥形轴端的联接。

3.楔键联接和切向键联接,结构特点：

键的上表面有1:

100的斜度，轮毂槽的底面也有1:

100的斜度。

定心精度不高。

只能应用于定心精度不高，载荷平稳和低速的联接。

类型：

普通楔键、钩头楔键。

钩头是用来拆卸用的,在重型机械中常采用切向键-一对楔键组成。

装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120130。

二、平键联接的强度校核,键的材料：

B370Mpa的碳素钢，常用45钢。

键的截面尺寸b、h查表选取，长度L参照轮毂长度从标准中选取。

键的主要失效形式：

压溃、磨损（动联接）、剪断。

挤压强度条件：

l=L-b,l=L,对于导向平键联接，计算依据是磨损，应限制压强：

若强度不时，可采用两个键按180布置。

考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按1.5个键计算。

三、花键联接,结构特点：

沿周向均布多个键齿。

齿侧为工作面。

优点：

承载能力高、对轴的削弱程度小、定心好、导向性好。

矩形花键、键开线花键、三角形花键。

制造容易最常用,用于高强度联接,用于薄壁零件联接,静联接、动联接均可。

一般只验算挤压强度和耐磨性。

设各齿压力的合力作用在平均半径rm处，取不均匀系数K=0.70.8，则花键联接所能传递的扭矩为：

静联接：

T=Kzhlrmp,动联接：

T=Kzhlrmp,l为接触长度；

h为齿面工作高度；

h=（Dd）/22C,rm=（D+d）/4,C为齿顶倒圆半径；

花键材料：

B600Mpa的碳素钢制造，大多进行热处理。

10-9销联接,作用：

固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。

类型,圆柱销,圆锥销,-经多次拆装后，定位精度会降低；

有1:

50的锥度，可反复多次拆装。

拆装方便用于盲孔,螺母锁紧抗冲击,不易松动，能承受振动和变载荷,不铰孔，可多次装拆。

带槽圆柱销,装配前、后,10-10螺旋传动,作用:

将回转运动转变为直线移动.,分类:

传力螺旋,传导螺旋,调整螺旋,传递动力,千斤顶,压力机,传递运动,要求精度高.进给机构.,调整相对位置.,调整螺旋,调整螺旋,对螺旋传动的要求:

强度足够,耐磨,摩擦系数小.,螺杆材料:

Q257、45、50钢，或T12、40Cr、65Mn,螺母材料:

ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3.,失效形式:

磨损,一、耐磨性计算,校核公式：

Fa为轴向力；

z为参加接触的螺纹圈数；

d2为螺纹中径；

h为螺纹的工作高度；

p为许用压强。

令=H/d2,H为螺母高度,又z=H/P,h=0.5P-梯形螺纹的工作高度h=0.75P-锯齿形螺纹的工作高度。

代入上式得螺纹中径的计算公式：

锯齿形螺纹：

梯形螺纹:

=,1.22.5整体式螺母,2.53.5剖分式螺母,一般取：

z10,二、螺杆强度校核,螺杆在轴向力和扭矩的作用下，产生拉或压应力及扭切应力。

强度校核条件：

为螺杆的许用应力，,d1为螺纹小径；

对碳素钢,=5080MPa,三、螺杆的稳定性校核,细长螺杆受较大轴向压力时，可能失稳，其临界载荷Fc与材料、螺杆长细比=l/i有关。

系数含义随后解释,

（1）当100时：

临界载荷为：

i螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=d12/4,l为螺杆的最大工作长度；

为长度系数，=,2-一端固定，一端自由；

1-两端铰支；

0.75-一端固定，一端铰支；

E为螺杆的弹性模量,对于钢E=2.06105MPa,

（2）当40100时：

对B370Mpa的碳素钢，取:

I为危险截面惯性距,I=d14/64,对B470Mpa的优质碳素钢（如35、40号钢），取:

（3）当40时，不必进行稳定性校核。

稳定性校核的条件：

为稳定性校核的安全系数，取：

S=2.54,当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。

四、螺纹牙强度的校核,防止沿螺母螺纹牙根部剪断的校核公式为：

b为螺纹牙根部的宽度，b=,0.65P-梯形螺纹;

若对螺杆螺纹牙根部进行校核时，有：

40MPa-铸铁螺母;

=,0.74P-锯齿形螺纹。

3040MPa-青铜螺母。

本章重点,

（1）了解螺纹的类型和主要参数以及螺纹联接的基本类型。

（2）了解螺栓联接的预紧，防松和螺旋传动的特点、类型。

（3）掌握各种联接方式的工作原理和强度计算方法，能根据工程实际问题正确选用相应的联接类型并进行强度计算。