《机械设计基础-第7章联接-精品文档整理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础-第7章联接-精品文档整理.ppt（56页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室一、螺纹的形成一、螺纹的形成d2螺旋线：一直角三角形两直角边长分别为d2和s，绕于直径为d2的圆柱体上，则其斜边即为一螺旋线。s螺旋线sd2上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室螺纹螺纹：螺纹：一平面图形沿螺旋线运动，并保持该图形始一平面图形沿螺旋线运动，并保持该图形始终通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。终通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。d2s上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室二、螺纹类型二、螺纹类型矩形螺纹三角形螺
2、纹梯形螺纹锯齿形螺纹15303301. 按螺纹的牙型分类上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室2. 按螺纹的旋向分类3. 按螺旋线数分类右旋螺纹（常用）左旋螺纹PS单线螺纹（S =P）PSP双线螺纹（ S = 2P ）n线螺纹: S = n P一般：n 4上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室4. 按母体形状分类圆柱螺纹圆锥螺纹上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室联接螺纹传动螺纹5. 按螺纹用途分类工程上联接螺纹为：三角形、单线、右旋螺纹。上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室三、螺纹的主
3、要几何参数三、螺纹的主要几何参数(1)大径d与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。P/2P/2d(2)小径d1与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。d1(3)中径d2也是一个假想圆柱的直径，该圆柱母线上牙厚与牙槽宽度相等。d2一般，螺纹大径为公称直径，主要用于标注；螺纹小径用于强度计算；螺纹中径用于几何尺寸计算。上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室(4)螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)导程S同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(6)螺纹升角中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角
4、。 (7)牙型角轴向截面内螺纹牙相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角称牙侧角。tan=d2 nP d2SS = nPSPd2上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室一、普通一、普通螺纹螺纹普通螺纹以大径d为公称直径，牙型角 = 60，普通螺纹已标准化。60Pd粗牙dP细牙dP细牙1. 粗牙螺纹联接用三角形螺纹包括普通螺纹和管螺纹。某一公称直径下螺距最大的螺纹称粗牙螺纹，应用广泛。上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室2. 细牙螺纹除螺距最大以外的其余螺纹统称细牙螺纹。优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高。缺点：不耐磨、易滑扣。应
5、用：薄壁零件或受动载荷的联接。二、管二、管螺纹螺纹以管子内径为公称直径（英制），一般牙型角= 55。管螺纹上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm3 0.5 2.675 2.459 3 0.5 2.675 2.459 公称直径（大径） 粗 牙 细 牙 D d D d 螺距螺距P P 中径中径 D D2 2 d d2 2 小径小径 D D2 2 d d2 2 螺距螺距P P 4 0.7 3.545 3.242 4 0.7 3.545 3.242 5 0.8 3.545 4.1345 0.8 3.545 4.1340.350.350.5
6、0.56 1 5.350 4.918 6 1 5.350 4.918 8 1.25 7.188 6.6478 1.25 7.188 6.647 10 1.5 9.026 8.376 1.25, 1 0.75 10 1.5 9.026 8.376 1.25, 1 0.75 12 1.75 10.863 10.106 1.5, 1.25 0.5 12 1.75 10.863 10.106 1.5, 1.25 0.5 (14) 2 12.701 11.835 (14) 2 12.701 11.835 1.5, 11.5, 116 2 14.701 13.835 16 2 14.701 13.835
7、(18) 2.5 16.376 15.294 (18) 2.5 16.376 15.294 20 2.5 18.376 17.294 20 2.5 18.376 17.294 (20) 2.5 20.376 19.294 (20) 2.5 20.376 19.294 24 3 22.052 20.752 24 3 22.052 20.752 (27) 3 25.052 23.752(27) 3 25.052 23.752 30 3.5 27.727 26.211 30 3.5 27.727 26.211 2, 1.5, 12, 1.5, 1注：括号内的公称直径为第二系列注：括号内的公称直径为第
8、二系列 上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室一、螺纹联接的基本类型一、螺纹联接的基本类型1. 螺栓联接铰制孔用螺栓联接可承受较大的横向载荷，对中性好。普通螺栓联接装拆方便，应用广泛上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室2. 双头螺柱联接与普通螺栓联接类似，承载能力大。用于一被联接件壁厚较大、不宜制通孔的场合。3. 螺钉联接用于载荷不大、一被联接件壁厚较大、制成盲孔的场合。d上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室4. 紧定螺钉联接紧定螺钉用于轴上零件的定位。上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教
9、研室1. 螺栓LL0d六角头LdL0小六角头螺栓的结构形式二、螺纹紧固件二、螺纹紧固件最常用为六角头螺栓。上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室2. 双头螺柱dL0L1LL1 -座端长度座端长度L0 -螺母端长度螺母端长度上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室3. 螺钉、紧定螺钉末端结构头部结构上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室4. 螺母六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圆螺母上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室5. 垫圈平垫圈薄平垫圈A型平垫圈B型平垫圈斜垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈作用：
10、增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母时擦伤表面、防松。上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室2. 拧紧力矩一般螺纹联接在装配时拧紧（即预紧），以增加联接的可靠性和紧密性。设轴向力为F0dd0dwT拧紧力矩： T 0.2 F0 d预紧应力： =(0.50.7) sF0一、螺纹联接的预紧一、螺纹联接的预紧1. 预紧目的拧紧螺母时，螺栓受轴向载荷预紧力F0作用。上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室总力矩：21TTTfacarFftgdF)(22T1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；fc摩擦系数。 无润滑时取： fc =
11、0.15rf支撑面摩擦半径。rf =(dw+d0)/4对于M10M68的粗牙螺纹，化简后得：T 0.2 Fa d上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室测力矩扳手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、螺纹联接的防松二、螺纹联接的防松1. 利用附加摩擦力防松尼龙圈锁紧螺母F弹簧垫圈对顶螺母定力矩扳手定力矩扳手上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室开口销与六角开槽螺母串联钢丝2. 采用防松元件防松圆螺母用止动垫圈止动垫圈上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室3. 其他方法防松11.5P用冲头冲
12、23点冲点防松法粘合法防松涂粘合剂上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室一、螺栓联接的主要失效形式一、螺栓联接的主要失效形式1. 螺栓断裂2. 螺纹牙压溃或螺栓杆剪断3. 螺纹牙磨损疲劳断裂或静强度不足而断裂经常装拆后，造成螺纹牙过度磨损，也称滑扣。上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室MPa4/21dFaFaFa一、松螺栓联接一、松螺栓联接强度条件：d1螺纹小径， mm二、紧螺栓联接二、紧螺栓联接装配时拧紧螺母。工作中螺栓受轴向载荷Fa和摩擦力矩T1的双重作用。装配时不拧紧螺母。只能承受轴向工作载荷。Fa轴向工作载荷，N上海海事大学机械原理
13、与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室拉应力：4/21dFa5 . 0223c剪应力：螺栓采用塑性材料，由第四强度理论，当量应力：22)5 . 0( 33 .1强度条件： MPa4/3 . 121dFac式中：系数1.3考虑剪应力的影响。许用应力，MPa设计计算： mmFda3 . 141上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室16/311dT16/2) (312ddtgFa4/) (22112dFtgdda对于M10M68的普通螺纹，取d1、d2和的平均值，并取：tg = f =0.15 扭剪应力：化简得：5 . 0上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机
14、械原理与设计教研室1. 受横向工作载荷的螺栓受力计算工作时靠接合面上的摩擦力承担横向载荷F；螺栓只受预紧力F0（即为轴向力Fa）作用。C可靠性系数，常取C=1.11.3mfCFFFa0为保证联接可靠性，需满足： f摩擦系数，对钢与铸铁，取： f =0.10.15m结合面数FFFF/2F/2FaFaFaFa上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室FF/2F/2减载措施： 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。采用无间隙的铰制孔螺栓。采用普通螺栓联接时，若取 f =0.15、C=1.2、m=1，则：Fa 8F结构尺寸大【计算举例】上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械
15、原理与设计教研室2. 受轴向工作载荷的螺栓受力计算设流体压强为p，螺栓数目为z，则每个螺栓所受的平均工作载荷为：p D2/4FE =zDFEFEp例：压力容器的缸盖与缸体之间的螺栓联接。D为缸体内径。螺栓所受总载荷为：REaFFFFFR残余预紧力，按要求确定。【计算举例】上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室松弛状态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 + b0C0 b0C0FaFaFa=FE+FRFRFR 螺栓所受总载荷确定：F0F0F0F0预紧状态FEFE工作状态（利用
16、力变形曲线推导）上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室b0被联接件变形力螺栓变形力FbFc变形力FaFRFEF0F0C0F0b0C0arctgkbarctgkc力与变形关系曲线上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室力螺栓变形arctgkb相对刚度系数FE= Fb +Fc=(kb +kc ) kb +kckbFa = F0 +FEkb +kckbFR = F0 FE 1-FR= F0- Fc= F0 - kc F a= F0 + Fb= F0 + kb kb +kcFE=FEFaFbF0代入得：FcFR上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大
17、学机械原理与设计教研室紧螺栓联接的受载情况 许用应力 受轴向载荷、横向载荷铰制孔用螺栓受横向载荷静载荷变载荷控制预先紧力时S=1.21.5不能严格控制预紧力时查表10-7被联接件为钢被联接件为铸铁p按静载荷p值降低20%30%1.25Sp =3.55=S22.5Bp =2.5S = =SS = = 螺栓的许用应力上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室 螺栓联接的安全系数S(不能严格控制预紧力时)碳素钢 43 32 106.5 6.5 M6M16 M10M30 M6M16 M10M30合金钢 54 42.5 7.65 5静载荷 变载荷材 料上海海事大学机械原理与设计教研
18、室上海海事大学机械原理与设计教研室承受轴向变载荷的螺栓，其主要的损坏形式为：疲劳断裂一、降低螺栓总拉伸载荷一、降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围的变化范围轴向工作载荷FE的变化范围：0 FEkb +kckbF0 F0 +FE总拉伸载荷的Fa变化范围：kb kc 减小载荷变幅，可有效提高螺栓疲劳强度。 Fa变化范围上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室d0.8d0.7dd 减小螺栓光杆直径或采用空心螺栓 有密封要求时，采用金属薄垫片 或者采用O形密封圈减载措施：上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室二、二、改善螺纹牙间的载荷分布改善螺纹牙间的载荷
19、分布措施：减小螺距变化差加厚螺母不能提高联接强度。普通螺母加厚螺母拧紧螺母后，由于螺栓与螺母受载性质不同、变形不同，产生螺距变化差，使旋合的各圈螺纹牙受力不均。采用悬置螺母采用环槽螺母上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室三、减小应力集中三、减小应力集中1. 增大过渡圆角2.切制卸载槽r四、避免或减小附加应力四、避免或减小附加应力采用凸台或沉头座结构凸台沉头座切削加工支承面上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室五、采用特殊制造工艺五、采用特殊制造工艺冷镦头部、辗压螺纹疲劳强度提高30%表面处理：氰化、氮化也能提高疲劳强度。上海海事大学机械原理
20、与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室用来联接轴与轴上旋转的零件，实现周向固定并传递扭矩；有的键也可实现零件的轴向固定或移动导向。一、键的主要功用一、键的主要功用二、键的类型二、键的类型1. 平键特点：定心好、装拆方便。间隙轴工作方式：以两侧面为工作面，依靠挤压和剪切承担工作载荷。工作面上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室普通平键零件与轴静联接，应用广泛单圆头(C型)圆头(A型)方头(B型)键槽用指状铣刀加工，应力集中大。键槽用盘铣刀加工，应力集中小。用于轴端A型B型C型上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室起键螺孔导向平键零件与轴构
21、成动联接固定螺钉结构特点：长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆，制有起键螺孔。起键螺孔固定螺钉上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室2. 半圆键联接工作方式与平键相同优点：定心好，装配方便。缺点：对轴的削弱较大，只适用于轻载联接。常用于锥形轴端的联接。工作面上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室3. 楔键特点：键的上表面和轮毂键槽的底面有1:100的斜度。可受单向轴向力。安装后轴与轮毂偏心。应用：只能应用于定心精度不高，载荷平稳和低速的联接。安装时用力打入工作面工作方式：上下表面为工作面，依靠摩擦力承担载荷。上海海事大学机械原理与设计教研室上海
22、海事大学机械原理与设计教研室类型：普通楔键、钩头楔键。拆卸空间上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室dd120130 窄面工作面斜度1：1004. 切向键一对楔键组成。工作方式：窄面为工作面，主要依靠摩擦和挤压承担载荷。应用：常用于重型机械。上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室bA型三、平键联接的选择计算三、平键联接的选择计算平键已标准化。键的截面尺寸bh根据轴径d查表选取，长度L参照轮毂宽度从标准中选取。键的主要失效形式是工作面的压溃（静联接）、磨损(动联接)或键的剪断。Lb静联接只需校核挤压强度：l=L-bl=LbB型ld1. 平键的选
23、择2. 强度校核MPa42/12PtPdhlTlhdTAFdFt/2Ft/2Th上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室对于导向平键联接（动联接），计算依据是磨损，应限制压强：钢 125150 100120 6090 键联接计算的许用值许用值 轮毂材料静载荷 轻微冲击 冲 击载 荷 性 质铸铁 7080 5060 3045钢 50 40 30p p 若强度不足时，可采用两个键间隔1800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。 MPa4pdhlTp上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室三、花键联接三、花键联接结构特点：沿周向
24、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。类型：矩形花键、渐开线花键、三角形花键。易制造，常用高强度联接薄壁零件联接花键轴上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室155232315如图一凸缘联轴器（材料为HT250），允许传递的最大转矩T=1.5KNm，联接螺栓的分布圆直径D0=155mm。若分别采用4个均布的M16普通/铰制孔用螺栓联接，试计算联接强度是否满足？（注：d1=13.835mm，d0=17mm，f=0.15，C=1.2。螺栓材料采用45钢，许用应力为=120MPa，=145MPa，p=100MPa）。上海海事大学机械
25、原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室解：确定单个螺栓所受横向工作载荷FRFR=2T/(D*n)=2*1.5*106/(155*4)=4838.7N普通螺栓联接时强度计算螺栓所受轴向载荷Fa=C*FR/f=1.2*4838.7/0.15=38710N螺栓所受拉应力=4*1.3Fa/(d12)=4*1.3*38710/(*13.8352) =334.7483MPa=120MPa螺栓强度不满足。铰制孔用螺栓联接时强度计算（挤压强度和螺栓杆剪切强度）p=FR/(d0*)=4838.7/(17*15)=18.9753MPa p=100MPa=4FR/(d02)=4*4838.7/(*172)
26、=21.3177MPa=145MPa螺栓强度满足。上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室图示一钢制液压油缸，油压p=3MPa，缸径D=160mm，螺栓分布圆直径D0=210mm。为满足气密性要求，取残余预紧力FR=1.8FE，并要求螺栓间距不大于100mm。试确定最少螺栓个数n和相应的螺纹直径d。（注：n取偶数，螺栓许用应力=120MPa） 上海海事大学机械原理与设计教研室上海海事大学机械原理与设计教研室解：依题意： D0/n100 n D0/100= *210/100=6.6，取nmin=8（个）单个螺栓所受工作载荷 FE：FE=(pD2/4)/nmin=3*1602/(4*8)=7539.8N单个螺栓所受总载荷Fa：Fa=FR+FE=2.8FE=2.8*7539.8=21111.5N计算螺纹小径d1：查螺纹标准，选M20的普通螺栓（d1=17.294mm）。结论：需用8个M20的普通螺栓。 mmFda06.171205 .211113 . 1443 . 11