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1、第十四章联接本讲稿第一页，共五十一页本讲稿第二页，共五十一页本讲稿第三页，共五十一页第七章第七章 联联 接接 可拆联接（螺纹、键等）可拆联接（螺纹、键等）联接联接 不可拆联接（焊接、铆接等）不可拆联接（焊接、铆接等）本讲稿第四页，共五十一页71 螺纹联接螺纹联接 一、螺纹及其主要参数一、螺纹及其主要参数螺纹的形成螺纹的形成本讲稿第五页，共五十一页根据螺旋线头数：根据螺旋线头数：单头螺纹（单头螺纹（n=1n=1）用于联接用于联接 双头螺纹（双头螺纹（n=2n=2）如图如图 多线螺纹（多线螺纹（n2n2）用于传动用于传动按牙型按牙型:三角形螺纹三角形螺纹联接螺纹联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹矩形
2、、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹传动螺纹按位置：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根据螺旋线绕行方向：根据螺旋线绕行方向：左旋左旋如图如图 右旋右旋常用常用本讲稿第六页，共五十一页1）大径）大径d(D)：公称直径：公称直径2）小径）小径d1(D1)：计算强度：计算强度3）中径）中径d2=(d+d1)/2螺纹的主要参数：螺纹的主要参数：4）螺距）螺距P 5）导程）导程S6）线数）线数n：S=nP 7）升角）升角 tan=nP/d28）牙型角）牙型角本讲稿第七页，共五十一页二、螺旋副中力的关系、效率和
3、自锁二、螺旋副中力的关系、效率和自锁1.矩形螺纹矩形螺纹已知：升角已知：升角 ，摩擦系数，摩擦系数f，载荷载荷FQ求：求：A等速上升等速上升(下降下降)时，水平力时，水平力F(F)的大小，的大小，沿斜面上升的效率及其自锁条件沿斜面上升的效率及其自锁条件解：解：滑块上升滑块上升 考虑考虑A的平衡的平衡：本讲稿第八页，共五十一页滑块下降滑块下降 滑块上升时输入功：滑块上升时输入功：滑块上升的有效功：滑块上升的有效功：滑块上升时的效率：滑块上升时的效率：本讲稿第九页，共五十一页滑块下降滑块下降时：时：若若 ，则，则 F 0，不加支持力不加支持力F，滑块在，滑块在FQ的作用下不会自动下滑的作用下不会自
4、动下滑自锁自锁滑块上升时，滑块上升时，越大则效率越高，越大则效率越高，当当=45-/2时时，效率最高，但升，效率最高，但升角过大加工太困难，一般角过大加工太困难，一般 2025自锁条件：自锁条件：2、三角螺纹三角螺纹 相当于楔形滑块与楔形槽的作用相当于楔形滑块与楔形槽的作用 本讲稿第十页，共五十一页三角螺纹摩擦大，效率低，应用于联接的螺旋三角螺纹摩擦大，效率低，应用于联接的螺旋 方螺纹应用于传递运动和动力的螺旋方螺纹应用于传递运动和动力的螺旋 当量摩擦系数当量摩擦系数力的关系：力的关系：自锁条件：自锁条件：效效 率：率：本讲稿第十一页，共五十一页扳手拧紧力矩扳手拧紧力矩拧紧螺母时拧紧力矩拧紧螺
5、母时拧紧力矩 ：T=T1+T2 T1螺纹摩擦阻力矩螺纹摩擦阻力矩 T2螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩FL作用于手柄上的力作用于手柄上的力，L扳手长度扳手长度 3、螺纹联接的拧紧力矩螺纹联接的拧紧力矩 近似取螺纹的公称直径带入有关参数近似取螺纹的公称直径带入有关参数Fs螺栓锁紧力螺栓锁紧力本讲稿第十二页，共五十一页预紧力预紧力Fs的控制：的控制：测力矩扳手测力矩扳手测出预紧力矩，如上图测出预紧力矩，如上图定力矩扳手定力矩扳手达到固定的拧紧力矩达到固定的拧紧力矩T T时，弹簧受压将自时，弹簧受压将自动打滑，如下图动打滑，如下图测量预紧前后螺栓伸长量测量预紧前后
6、螺栓伸长量精度较高精度较高 本讲稿第十三页，共五十一页具体见具体见图图7-9三、机械制造中常用螺纹种类及标准三、机械制造中常用螺纹种类及标准四、螺纹联接件的主要类型四、螺纹联接件的主要类型1、螺栓、螺栓用于被联接件不太厚，经常装拆的场合用于被联接件不太厚，经常装拆的场合a)普通螺栓联接普通螺栓联接b)绞制孔用螺栓联接绞制孔用螺栓联接螺纹的标记螺纹的标记字母字母公称直径公称直径导程导程线数线数左旋左旋（M或或T）（粗牙，单线时不标）（粗牙，单线时不标）（单线（单线时时不标）（右旋不标）不标）（右旋不标）本讲稿第十四页，共五十一页2 2、双头螺栓联接、双头螺栓联接用用于常于常拆卸而被联接件之一较拆
7、卸而被联接件之一较厚时厚时3 3、螺钉联接、螺钉联接用于被联接件之一用于被联接件之一较厚，不需经常装拆场合较厚，不需经常装拆场合本讲稿第十五页，共五十一页特殊联接：地脚螺栓联特殊联接：地脚螺栓联接接,吊环螺钉联接吊环螺钉联接4 4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接可传递不大的轴向力或扭矩可传递不大的轴向力或扭矩。本讲稿第十六页，共五十一页5 5、螺母、螺母与螺栓和双头螺柱配合使用与螺栓和双头螺柱配合使用圆螺母圆螺母+止退垫圈止退垫圈六角螺母：标准，扁，厚六角螺母：标准，扁，厚 本讲稿第十七页，共五十一页6 6、垫圈、垫圈保护被联接件的表面，增大接触面积，遮掩不保护被联接件的表面，增大接触面积，遮掩不
8、平表面平表面五、螺纹联接的防松装置五、螺纹联接的防松装置1 1、防松目的、防松目的外外载载荷荷有有振振动动、冲冲击击时时，会会造造成成螺螺纹纹副副中中正正压压力力及及摩摩擦擦力力在在某某一一瞬瞬间间减减小小或或消消失失，从从而而使使螺螺纹纹联联接接松松动动，如如经经反反复复作作用用，螺螺纹纹联联接接就会松驰而失效。就会松驰而失效。本讲稿第十八页，共五十一页2 2、防松原理、防松原理消消除除（或或限限制制）螺螺纹纹副副之之间间的的相相对对运运动动，或或增增大大相相对对运运动动的难度。的难度。3 3、防松办法及措施、防松办法及措施 1 1）摩擦防松）摩擦防松 双螺母、弹簧垫圈、尼龙双螺母、弹簧垫圈
9、、尼龙垫圈、自锁螺母等垫圈、自锁螺母等 本讲稿第十九页，共五十一页2 2）机械防松：）机械防松：3 3）永久防松：端铆、冲点、点焊、粘合）永久防松：端铆、冲点、点焊、粘合 开槽螺母开槽螺母与开口销与开口销止动垫圈止动垫圈串联钢丝串联钢丝圆螺母止动垫圈圆螺母止动垫圈本讲稿第二十页，共五十一页1、松螺栓联接、松螺栓联接如如吊吊钩钩螺螺栓栓，工工作作前前不不拧拧紧紧，只只有有工工作作载载荷荷F F起起拉伸作用拉伸作用强度条件为：强度条件为：验算用验算用 设计用设计用 d d1 1螺杆危险截面直径（螺杆危险截面直径（mmmm）许用拉应力许用拉应力 N/mm N/mm2 2(MPa)(MPa)六、螺栓联
10、接的计算六、螺栓联接的计算本讲稿第二十一页，共五十一页1 1、横向载荷的紧螺栓联接计算、横向载荷的紧螺栓联接计算主要防止被联接件错动主要防止被联接件错动 靠产生的摩擦力来传递外载荷靠产生的摩擦力来传递外载荷二、紧螺栓联接二、紧螺栓联接工作前有预紧力工作前有预紧力Fs普通螺栓联接普通螺栓联接在拧紧力矩作用下：在拧紧力矩作用下：预紧力预紧力Fs 产生拉伸应力产生拉伸应力螺纹摩擦力矩螺纹摩擦力矩T产生剪应力产生剪应力 复合应力状态复合应力状态:接第四强度理论：接第四强度理论：本讲稿第二十二页，共五十一页强度条件验算公式：强度条件验算公式：设计公式：设计公式：式式中中：1.31.3系系数数将将外外载载
11、荷荷提提高高30%30%，以以考考虑虑螺螺纹纹力力矩矩对对螺螺栓栓联联接接强强度度的的影影响响，这这样样把把拉拉扭扭的的复复合合应应力力状状态态简简化化为纯拉伸来处理为纯拉伸来处理本讲稿第二十三页，共五十一页分分析析：由由上上式式可可知知，当当f=0.2,f=0.2,则则Q QP P=6R=6R，说说明明这这种种联联接接螺螺栓栓直直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠 为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力可采用如下减载装置：可采用如下减载装置：a)a)减载销减载销 b)b)减载套筒减载套筒 c)c)减载
12、键减载键本讲稿第二十四页，共五十一页铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接螺杆直接承受挤压、剪切传递外载荷螺杆直接承受挤压、剪切传递外载荷螺栓的剪切强度条件为：螺栓的剪切强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：，铰铰制制孔孔螺螺栓栓能能承承受受较较大大的的横横向向载载荷荷，但但被被加加工工件件孔孔壁壁加加工工精精度度较较高高，成本较高成本较高本讲稿第二十五页，共五十一页2 2、轴向载荷紧螺栓联接强度计算、轴向载荷紧螺栓联接强度计算工作特点：工作前拧紧，有工作特点：工作前拧紧，有FsFs；工作后加上工作载荷；工作后加上工作载荷F F 工作前、工作中载荷变化工作前
13、、工作中载荷变化工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F解决问题：解决问题：a)a)保证安全可靠的工作，保证安全可靠的工作，Fs=Fs=？b)b)工作时螺栓总载荷，工作时螺栓总载荷，Q=Q=？分析：分析：图图1 1，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态 本讲稿第二十六页，共五十一页 图，图，拧紧拧紧预紧状态预紧状态 凸缘凸缘受压受压m Fs 栓杆栓杆受拉受拉b Fs Fs 本讲稿第二十七页，共五十一页 图图3 3，加载加载F F后后工作状态工作状态栓杆栓杆继续拉继续拉凸缘凸缘 放松放松 残余预紧力残余预紧力 总载总载变形协调条件：变形协调条件：本讲稿
14、第二十八页，共五十一页 作图作图单个紧螺栓联接受力变形图单个紧螺栓联接受力变形图 左图左图拧紧螺母时拧紧螺母时,螺螺栓与被联接件的力与变形栓与被联接件的力与变形 右右图图将将上上两两图图合合并并，并施加工作载荷并施加工作载荷F螺栓受工作载荷螺栓受工作载荷F F时，螺栓时，螺栓总载荷：总载荷：本讲稿第二十九页，共五十一页轴向静力紧螺栓联接强度计算轴向静力紧螺栓联接强度计算 工作载荷工作载荷F不变，总载荷不变，总载荷Q为静力为静力强度条件验算公式：强度条件验算公式：设计公式：设计公式：3 3、受偏心载荷的紧螺栓联接、受偏心载荷的紧螺栓联接图图 7-38 7-38有附加的弯矩，总拉应力要增大许多有附
15、加的弯矩，总拉应力要增大许多应避免应避免措施措施:接触表面加工平整，凸台，凹坑接触表面加工平整，凸台，凹坑本讲稿第三十页，共五十一页螺栓组的计算：螺栓组的计算：（1 1）各螺栓受力相同时：任一单个螺栓进行计算）各螺栓受力相同时：任一单个螺栓进行计算（2 2）各螺栓受力不同时：按受力最大的螺栓（危险螺栓）进行计）各螺栓受力不同时：按受力最大的螺栓（危险螺栓）进行计算算 本讲稿第三十一页，共五十一页七、螺栓材料与许用应力计算七、螺栓材料与许用应力计算 1 1、材料、材料 螺栓材料一般采用低碳钢和中碳钢螺栓材料一般采用低碳钢和中碳钢 Q235Q275 3545 合金钢合金钢 15Cr 40Cr 30
16、CrMnSi 2 2、许用应力、许用应力 查表查表7-1 与与d 有关有关 d d 重要的螺栓联接中不宜采用直径小于重要的螺栓联接中不宜采用直径小于mm的螺栓的螺栓此外：设计时，先假设此外：设计时，先假设d，进行试算，选取一许用应力进行计算，进行试算，选取一许用应力进行计算，计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直径所属范围计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直径所属范围内即可，否则需重新进行估算。内即可，否则需重新进行估算。试算法试算法本讲稿第三十二页，共五十一页八、螺旋传动八、螺旋传动1、应用、应用 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋
17、副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动与直线运动之间的变化，同时传递运动或它主要用于将回转运动与直线运动之间的变化，同时传递运动或动力。动力。分类：分类：传力螺旋传力螺旋 传导螺旋传导螺旋 调整螺旋调整螺旋 2、分类与材料、分类与材料材料：材料：螺杆螺杆一般传动一般传动Q235、45、50 重要传动重要传动40Cr、65Mn螺母螺母青铜铸铁青铜铸铁螺纹：矩形、梯形、锯齿形，自锁螺纹：矩形、梯形、锯齿形，自锁本讲稿第三十三页，共五十一页3、滑动螺旋的设计计算、滑动螺旋的设计计算 以千斤顶为例，分析受力以千斤顶为例，分析受力轴向受力轴向受力FQ 扭矩扭矩To=T1+T2螺纹副阻力矩托杯与螺杆摩擦
18、阻力矩螺纹副阻力矩托杯与螺杆摩擦阻力矩 千斤顶典型结构千斤顶典型结构）由内螺纹强度定公称直径）由内螺纹强度定公称直径d2）定螺纹的种类）定螺纹的种类）验算自锁性）验算自锁性）压杆稳定性计算）压杆稳定性计算本讲稿第三十四页，共五十一页）耐磨性确定螺纹圈数及螺母高度）耐磨性确定螺纹圈数及螺母高度）螺纹牙剪切强度校核）螺纹牙剪切强度校核）确定螺母外径）确定螺母外径Do 本讲稿第三十五页，共五十一页一、键联接的分类及其结构型式一、键联接的分类及其结构型式 主要类型：平键、半圆键、主要类型：平键、半圆键、楔键、切向键楔键、切向键1、松联接、松联接 1）普通平键）普通平键 用于静联接，即轴与轮毂间无相对轴
19、向移动用于静联接，即轴与轮毂间无相对轴向移动 72 键联接键联接 本讲稿第三十六页，共五十一页普通平键：普通平键：圆圆 头头 A型（常用）型（常用）键顶上面与毂不接触有间隙键顶上面与毂不接触有间隙 方方 头头 B型型常用螺钉固定常用螺钉固定半圆头半圆头C型（端铣刀加工）型（端铣刀加工）用于轴端与轮毂联接用于轴端与轮毂联接 2）薄型平键）薄型平键3）导向平键与滑键）导向平键与滑键滑键滑键键随轮毂移动键随轮毂移动导向键导向键键不动，轮毂轴向移动键不动，轮毂轴向移动本讲稿第三十七页，共五十一页4）半圆键）半圆键 松联接优点：松联接优点：1 对中性好；对中性好；2 装拆方便。装拆方便。缺点：缺点：不能
20、承受轴向力，仅能传递扭矩。不能承受轴向力，仅能传递扭矩。应用：应用：1 用于高速、精密机器中；用于高速、精密机器中；2 附加螺钉、定位轴环固定零件的轴向位置。附加螺钉、定位轴环固定零件的轴向位置。本讲稿第三十八页，共五十一页3、紧联接、紧联接楔键楔键 工作原理：键的上下两面是工作面，键、轴、轮毂之间的工作原理：键的上下两面是工作面，键、轴、轮毂之间的 摩擦来传摩擦来传递扭矩。递扭矩。特点：楔键打入时，使轴和轴上零件偏心；特点：楔键打入时，使轴和轴上零件偏心；可承受轴向力（单向）和扭矩可承受轴向力（单向）和扭矩应用：同心度不高，转速较低、载荷平稳，很少应用。应用：同心度不高，转速较低、载荷平稳，
21、很少应用。注意：钩头楔键需加防护装置以免发生危险。注意：钩头楔键需加防护装置以免发生危险。本讲稿第三十九页，共五十一页 b）剪切强度条件）剪切强度条件 强度不够时，措施：强度不够时，措施：1）双键，）双键，180布置（按布置（按1.5个键计算）三个键计算）三键，键，120布置布置 2）增大轴径）增大轴径d 3）增长）增长L，但轮毂长，但轮毂长受力不利受力不利 4）改用花键）改用花键 本讲稿第四十页，共五十一页多多个个键键齿齿与与键键槽槽在在轴轴和和轮轮毂毂孔孔的的周周向向均均布布而而成成，侧侧面面为为工工作面作面适用于动、静联接适用于动、静联接 三、花键联接三、花键联接1、特点：、特点：1）齿
22、较多、工作面积大、承载能力较高）齿较多、工作面积大、承载能力较高2）键均匀分布，各键齿受力较均匀）键均匀分布，各键齿受力较均匀本讲稿第四十一页，共五十一页3）齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少）齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少4）轴上零件对中性好）轴上零件对中性好5）导向性较好）导向性较好6）加工需专用设备、制造成本高）加工需专用设备、制造成本高2、花键类型、花键类型 按齿形分：按齿形分：矩形花键矩形花键 矩形花键联接按新标准为矩形花键联接按新标准为内径定心，定心精度高，定心内径定心，定心精度高，定心稳定性好，配合面均要研磨，稳定性好，配合面均要研磨，磨削消除热处理后变形，应
23、用磨削消除热处理后变形，应用广泛广泛本讲稿第四十二页，共五十一页 渐开线花键渐开线花键定定心心方方式式为为齿齿形形定定心心，当当齿齿受受载载时时，齿齿上上的的径径向向力力能能自自动动定心，有利于各齿均载，应用广泛，优先采用定心，有利于各齿均载，应用广泛，优先采用 本讲稿第四十三页，共五十一页61 铆铆 接接利用铆钉把两个以上的被铆件联接在一起的不可拆联接利用铆钉把两个以上的被铆件联接在一起的不可拆联接一、铆缝一、铆缝 铆钉和被铆件铆合部分一起构成铆缝。强固铆缝、强密铆缝、紧密铆缝铆钉和被铆件铆合部分一起构成铆缝。强固铆缝、强密铆缝、紧密铆缝 a 搭接缝搭接缝 b 单盖板对接缝单盖板对接缝 c
24、双盖板对接缝双盖板对接缝 本讲稿第四十四页，共五十一页二、铆缝的受力及破坏形式、设计计算要点二、铆缝的受力及破坏形式、设计计算要点（a）铆钉被剪断）铆钉被剪断（b）板边被剪坏）板边被剪坏（c）钉孔接触面被压坏）钉孔接触面被压坏（d）板沿钉孔被拉断）板沿钉孔被拉断（e）板边被撕裂）板边被撕裂 本讲稿第四十五页，共五十一页62 焊焊 接接焊接焊接利用局部加热的方法将被联接件联接成为一个整体的一种不可利用局部加热的方法将被联接件联接成为一个整体的一种不可拆联接拆联接一、焊接的类型、特点及应用一、焊接的类型、特点及应用 焊接可以分为两大类：焊接可以分为两大类：压力焊；压力焊；熔融焊熔融焊 二、焊接件常
25、用材料及焊条二、焊接件常用材料及焊条 焊接的金属结构常用材料为焊接的金属结构常用材料为Q215、Q235、Q255焊接的零件则常用焊接的零件则常用Q275、1550号碳钢，以及号碳钢，以及50Mn、50Mn2、50SiMn2等合金钢等合金钢 三、焊缝的受力及破坏形式三、焊缝的受力及破坏形式 焊接时形成的接缝叫做焊缝焊接时形成的接缝叫做焊缝 本讲稿第四十六页，共五十一页（a）正接角焊缝）正接角焊缝 （b）搭接角焊缝）搭接角焊缝 （c）对接焊缝）对接焊缝（d）卷）卷 边边 焊焊 缝缝 （e）塞焊缝）塞焊缝 本讲稿第四十七页，共五十一页对接焊缝主要用来承受作用于被焊件所在平面内的拉（压）力或弯对接焊
26、缝主要用来承受作用于被焊件所在平面内的拉（压）力或弯矩，其正常的破坏形式是沿焊缝断裂，如左图矩，其正常的破坏形式是沿焊缝断裂，如左图 正正焊焊缝缝通通常常只只用用来来承承受受拉拉力力，侧侧焊焊缝缝及及混混合合焊焊缝缝可可用用来来承承受受拉拉力力或或弯矩，它的正常破坏形式均认为是由于剪切而破坏的，如右图。弯矩，它的正常破坏形式均认为是由于剪切而破坏的，如右图。本讲稿第四十八页，共五十一页四、焊接件的工艺及设计注意要点四、焊接件的工艺及设计注意要点 焊缝的长度应按实际结构的情况尽可能取得短些或分段进行焊接，焊缝的长度应按实际结构的情况尽可能取得短些或分段进行焊接，并应避免焊缝交叉并应避免焊缝交叉应
27、在焊接工艺上采取措施，使构件在冷却时能有微小自由移应在焊接工艺上采取措施，使构件在冷却时能有微小自由移动的可能动的可能焊后应经热处理（如退火），以消除残余应力焊后应经热处理（如退火），以消除残余应力在焊接厚度不同的对接板件时，应将较厚的板件沿对接部位平滑辗在焊接厚度不同的对接板件时，应将较厚的板件沿对接部位平滑辗薄，以利焊缝金属匀称熔化和承载时的力流得以平滑过渡薄，以利焊缝金属匀称熔化和承载时的力流得以平滑过渡 本讲稿第四十九页，共五十一页本章重点本章重点螺纹的分类、防松螺纹的分类、防松螺纹联接件螺纹联接件螺栓、螺栓组强度计算螺栓、螺栓组强度计算松键和紧键的区别松键和紧键的区别键大小的选择键大小的选择平键的挤压和剪切强度校核平键的挤压和剪切强度校核,强度不足时的措施强度不足时的措施花键的优缺点、类型花键的优缺点、类型本讲稿第五十页，共五十一页第七章结束本讲稿第五十一页，共五十一页