第六章 联接PPT讲稿.ppt
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1、第六章 联接第1页,共108页,编辑于2022年,星期三1.1.螺纹的类型、参数及应用;螺纹的类型、参数及应用;2.2.螺纹副的效率与自锁;螺纹副的效率与自锁;3.3.螺纹联结及其预紧和防松;螺纹联结及其预紧和防松;4.4.单个螺栓联结的强度计算单个螺栓联结的强度计算5.5.螺栓联结;螺栓联结;6.提高螺栓连接强度的措施;提高螺栓连接强度的措施;7.键联结。键联结。1.1.螺纹的类型、参数及应用;螺纹的类型、参数及应用;2.2.螺纹联结及其预紧和防松;螺纹联结及其预紧和防松;3.3.提高螺栓连接强度的措施;提高螺栓连接强度的措施;本章主要教学内容本章主要教学内容本章教学重点本章教学重点基本要求
2、基本要求了解机械连接的类型、特点及应用;了解机械连接的类型、特点及应用;掌握螺纹联接和平键联接的设计计算;掌握螺纹联接和平键联接的设计计算;学会销联接和联轴器、离合器的选用学会销联接和联轴器、离合器的选用第2页,共108页,编辑于2022年,星期三第3页,共108页,编辑于2022年,星期三在机械中,为了便于机器的制造安装、运输、维修等,广泛的应在机械中,为了便于机器的制造安装、运输、维修等,广泛的应用各种链接联接。用各种链接联接。机机械械静静联联接接又又分分为为可拆联接可拆联接不可拆联接不可拆联接螺纹联接螺纹联接键联接(平键、花键和楔键)键联接(平键、花键和楔键)销销弹性环弹性环成形成形夹紧
3、联接夹紧联接动联接;动联接;静联接;静联接;焊接焊接铆接铆接粘结粘结过盈配合过盈配合机械中的联接分为两大类:机械中的联接分为两大类:第4页,共108页,编辑于2022年,星期三 1、螺纹的形成、螺纹的形成如图所示,将直角三角形如图所示,将直角三角形ABC绕到直径为绕到直径为d的圆柱体上,并使一直的圆柱体上,并使一直角边与圆柱体底面圆周重合,则斜边就在圆柱体表面形成一条螺旋角边与圆柱体底面圆周重合,则斜边就在圆柱体表面形成一条螺旋线。线。如用车刀沿螺旋线切制出近似于三角形的沟槽,便得到三角形螺纹图如用车刀沿螺旋线切制出近似于三角形的沟槽,便得到三角形螺纹图(a)。同理,也可切制出矩形螺纹图同理,
4、也可切制出矩形螺纹图(b)和梯形螺纹图和梯形螺纹图(c)。6.1 螺纹螺纹一、一、螺纹的形成和类型及主要参数螺纹的形成和类型及主要参数第5页,共108页,编辑于2022年,星期三1)按螺纹所在表面分为)按螺纹所在表面分为内内螺纹和螺纹和外外螺纹;螺纹;2)按螺纹的头数分为)按螺纹的头数分为单线单线螺纹、螺纹、双线双线螺纹和螺纹和多线多线螺纹;螺纹;3)按螺纹的旋向可分为)按螺纹的旋向可分为左旋左旋螺纹和螺纹和右旋右旋螺纹,常用右旋螺纹;螺纹,常用右旋螺纹;4)按螺纹的直径是否变化分为)按螺纹的直径是否变化分为圆柱圆柱螺纹和螺纹和圆锥圆锥螺纹;螺纹;5)按单位不同又可分为)按单位不同又可分为米制
5、米制和和英制英制螺纹;螺纹;6)按所起的作用的不同分为)按所起的作用的不同分为联接螺纹联接螺纹和和传动螺纹传动螺纹等。等。常用的螺常用的螺纹主要有纹主要有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普通螺纹普通螺纹管螺纹管螺纹主要用于联接主要用于联接主要用于传动主要用于传动普通螺纹普通螺纹粗牙螺纹粗牙螺纹细牙螺纹细牙螺纹2、螺纹的类型、螺纹的类型第6页,共108页,编辑于2022年,星期三按轴向剖面形状(螺纹的牙型)三角形螺纹:三角形螺纹:常用于联接常用于联接梯形螺纹:梯形螺纹:常用于传动常用于传动锯齿形螺纹:锯齿形螺纹:常用于传动,单向受载常用于传动,单向受载第7页,共108页,编辑
6、于2022年,星期三按螺旋线数目单头螺纹:用于联接,易自锁单头螺纹:用于联接,易自锁多头螺纹:多头螺纹:用于传动,效率高用于传动,效率高第8页,共108页,编辑于2022年,星期三按螺旋线绕行方向分左旋右旋(常用)左旋右旋第9页,共108页,编辑于2022年,星期三第10页,共108页,编辑于2022年,星期三第11页,共108页,编辑于2022年,星期三3、螺纹的主要参数螺纹的主要参数包括螺纹的大径包括螺纹的大径d、小径小径d1、中径、中径d2、螺距、螺距P、导程导程S、升角升角、牙型角、牙型角a 、牙型斜角、牙型斜角;第12页,共108页,编辑于2022年,星期三1 1)螺纹的大径)螺纹的
7、大径d d:与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径:与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径,该直径该直径为螺纹的公称直径为螺纹的公称直径2)小径)小径d1:与外螺纹牙底相重合的假想圆柱:与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径(计算用)体直径(计算用)3)中径)中径d2:一假想圆柱的直径,该圆柱:一假想圆柱的直径,该圆柱母线上的沟槽和凸起宽度相等。母线上的沟槽和凸起宽度相等。4)螺距)螺距P:相邻两牙在中径线上对应两:相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离。点的轴向距离。5)导程)导程S :同一条螺线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向:同一条螺线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离距离 s=nP。第13
8、页,共108页,编辑于2022年,星期三6)升角)升角:在:在 d2 圆柱上,螺线切线与垂直于螺线轴线平面间圆柱上,螺线切线与垂直于螺线轴线平面间的夹角的夹角8)牙型半角)牙型半角:牙型侧边与螺纹轴线垂线间的夹角称为牙:牙型侧边与螺纹轴线垂线间的夹角称为牙 型半角型半角。7)牙型角)牙型角:轴向剖面内牙型相邻两侧边的夹角,称为牙:轴向剖面内牙型相邻两侧边的夹角,称为牙 型角型角。第14页,共108页,编辑于2022年,星期三4、螺纹的应用螺纹的应用 螺纹的用途主要是螺纹的用途主要是传动传动和和联接。联接。1、由螺纹实现的传动又称为螺旋传动,一般用来将旋转运动、由螺纹实现的传动又称为螺旋传动,一
9、般用来将旋转运动 转变为直线运动,要求传动的效率较高。转变为直线运动,要求传动的效率较高。2、由螺纹实现的联接称为螺纹联接,效率较低。螺纹联接是、由螺纹实现的联接称为螺纹联接,效率较低。螺纹联接是 应用最广的可拆联接。特点是结构简单、拆装方便、成本应用最广的可拆联接。特点是结构简单、拆装方便、成本 低廉。低廉。第15页,共108页,编辑于2022年,星期三二、二、螺纹联接的主要类型螺纹联接的主要类型(一)常用螺纹联接件(一)常用螺纹联接件1、螺栓:、螺栓:有六角头螺栓、有六角头螺栓、T型螺栓和地型螺栓和地脚螺栓。脚螺栓。2、双头螺柱、双头螺柱双头螺柱没有头部。其两端均加双头螺柱没有头部。其两端
10、均加工有螺纹。工有螺纹。第16页,共108页,编辑于2022年,星期三3、螺钉、螺钉螺钉头部有多种形状,如螺钉头部有多种形状,如图图8.11。4、螺母、螺母常用的螺母有六角形的,常用的螺母有六角形的,也有圆形的。也有圆形的。根据厚度的不同又有标根据厚度的不同又有标准、厚、薄等三种。准、厚、薄等三种。5、垫圈、垫圈目的是增加被联接件的支目的是增加被联接件的支承面积。承面积。常用的垫圈有常用的垫圈有平平垫圈与垫圈与斜斜垫圈、垫圈、止动止动垫圈及垫圈及弹簧弹簧垫圈等。垫圈等。第17页,共108页,编辑于2022年,星期三螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫圈都是标准件第18页,共108页,编辑于2022年
11、,星期三1、螺栓联接、螺栓联接螺栓联接有螺栓联接有普通普通螺栓联接和螺栓联接和铰制孔铰制孔螺栓联接两种螺栓联接两种。普通螺栓联接:普通螺栓联接:在工作时主要承受在工作时主要承受轴向轴向载荷。特点是在螺栓与被联载荷。特点是在螺栓与被联接件上的通孔之间留有接件上的通孔之间留有间隙间隙。对孔的加工精度要求较低,一般用于被。对孔的加工精度要求较低,一般用于被联接的两个零件之间厚度不大、且易于钻出通孔,可从两边装配的场联接的两个零件之间厚度不大、且易于钻出通孔,可从两边装配的场合。合。铰制孔螺栓联接:铰制孔螺栓联接:螺栓杆与螺栓孔之间螺栓杆与螺栓孔之间没有间隙没有间隙,对孔的加工精度要对孔的加工精度要求
12、较高。该类螺栓适用于承受垂直于螺栓轴线方向的横向载荷,或需要求较高。该类螺栓适用于承受垂直于螺栓轴线方向的横向载荷,或需要精确固定被联接件的相互位置。精确固定被联接件的相互位置。(二)螺纹联接的主要类型(二)螺纹联接的主要类型第19页,共108页,编辑于2022年,星期三第20页,共108页,编辑于2022年,星期三第21页,共108页,编辑于2022年,星期三2、螺钉联接、螺钉联接螺钉联接多用于被联接的两个零件之一较螺钉联接多用于被联接的两个零件之一较厚、受力不大且不经常拆卸的场合。厚、受力不大且不经常拆卸的场合。3、双头螺柱联接、双头螺柱联接双头螺柱联接由双头螺柱联接由双头螺柱、螺母和双头
13、螺柱、螺母和垫圈垫圈组成。多用于被联接的两个零组成。多用于被联接的两个零件之一件之一较薄较薄,而另一零件,而另一零件较厚不能钻较厚不能钻成通孔成通孔,或为了结构紧凑,或为了结构紧凑不允许钻不允许钻成通孔的盲孔成通孔的盲孔联接。这种联接允许联接。这种联接允许多次拆卸而不会损坏被联接件上的螺多次拆卸而不会损坏被联接件上的螺纹孔。纹孔。第22页,共108页,编辑于2022年,星期三工作原理:工作原理:螺栓承受外载为拉力。螺栓承受外载为拉力。应用:应用:一被联件较厚,但不常拆卸处。一被联件较厚,但不常拆卸处。工作原理工作原理:螺栓受拉力,承受外载螺栓受拉力,承受外载应用应用:被联接件较厚,且常拆卸处被
14、联接件较厚,且常拆卸处第23页,共108页,编辑于2022年,星期三第24页,共108页,编辑于2022年,星期三4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接紧定螺钉联接大多用于轮毂与轴之间的固定,可传递不大的力或转矩。紧定螺钉联接大多用于轮毂与轴之间的固定,可传递不大的力或转矩。通常在轴上加工出小凹坑。通常在轴上加工出小凹坑。第25页,共108页,编辑于2022年,星期三应用:应用:薄壁件联接薄壁件联接第26页,共108页,编辑于2022年,星期三双头螺柱联接螺钉联接螺栓联接紧定螺钉联接第27页,共108页,编辑于2022年,星期三三、螺纹副的受力分析、效率和自锁三、螺纹副的受力分析、效率和自锁矩形螺纹副
15、的受力情况如图所示矩形螺纹副的受力情况如图所示螺母上移时的力学模型螺母上移时的力学模型则圆周力则圆周力Ft为:为:驱动螺母的力矩:驱动螺母的力矩:1、滑块上移的情况、滑块上移的情况此时螺纹副效率为:此时螺纹副效率为:第28页,共108页,编辑于2022年,星期三矩形螺纹的自锁条件为:矩形螺纹的自锁条件为:螺母下降时的力学模型螺母下降时的力学模型2、滑块下降的情况、滑块下降的情况则圆周力则圆周力Ft为:为:驱动螺母的力矩:驱动螺母的力矩:此时螺纹副效率为:此时螺纹副效率为:当当 则:则:Ft 0第29页,共108页,编辑于2022年,星期三三角形螺纹副的受力情况如图所示三角形螺纹副的受力情况如图
16、所示驱动力为:驱动力为:驱动力矩为:驱动力矩为:其中其中第30页,共108页,编辑于2022年,星期三 螺纹联接在装配时一般需要拧紧,使联接件在承受载荷之前,预先受到螺纹联接在装配时一般需要拧紧,使联接件在承受载荷之前,预先受到力的作用,这个力称为力的作用,这个力称为预紧力预紧力。目的:目的:是为了增强连接的刚性,提高紧密性和防止松脱。预紧力的是为了增强连接的刚性,提高紧密性和防止松脱。预紧力的大小对螺纹连接的可靠性、强度和密封性均有很大影响。大小对螺纹连接的可靠性、强度和密封性均有很大影响。6.2 螺纹联接的预紧与防松螺纹联接的预紧与防松对于对于M10M68的普通粗牙螺纹,的普通粗牙螺纹,无
17、润滑时,作用在螺母上的拧紧力无润滑时,作用在螺母上的拧紧力矩可取矩可取 M0.2Fd一、螺纹联接的柠紧一、螺纹联接的柠紧第31页,共108页,编辑于2022年,星期三 为了保证装配质量,重要的螺纹连接应严格控制拧紧力矩。控为了保证装配质量,重要的螺纹连接应严格控制拧紧力矩。控制拧紧力矩的方法,可以采用制拧紧力矩的方法,可以采用测力矩扳手测力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手来拧紧螺纹。来拧紧螺纹。要求较精确控制时,则可采用要求较精确控制时,则可采用测量螺栓伸长变形量测量螺栓伸长变形量等方法来拧紧螺等方法来拧紧螺纹。纹。第32页,共108页,编辑于2022年,星期三 连接用螺纹一般采用单线普通螺纹,
18、其螺纹升角较小,能满足连接用螺纹一般采用单线普通螺纹,其螺纹升角较小,能满足自锁条件。此外,拧紧以后的螺母和螺栓头部与支承面间的摩擦自锁条件。此外,拧紧以后的螺母和螺栓头部与支承面间的摩擦力也有防松的作用。所以在静载荷和工作温度变化不大时,螺纹力也有防松的作用。所以在静载荷和工作温度变化不大时,螺纹连接不会自动松脱。连接不会自动松脱。防松的原因:防松的原因:1、在冲击、振动或变载荷的作用下,螺纹副间的摩擦力可能、在冲击、振动或变载荷的作用下,螺纹副间的摩擦力可能 减小或瞬时消失,连接就可能松脱。减小或瞬时消失,连接就可能松脱。2、高温下工作的螺纹连接,由于温度、变形等原因,也可能、高温下工作的
19、螺纹连接,由于温度、变形等原因,也可能 产生松脱。因此,设计时必须考虑螺纹连接的防松。产生松脱。因此,设计时必须考虑螺纹连接的防松。螺纹防松的根本问题:螺纹防松的根本问题:在于防止螺纹副的相对转动。防松方法很多,在于防止螺纹副的相对转动。防松方法很多,常用的防松方法主要有以下几种:常用的防松方法主要有以下几种:1、利用摩擦力防松:、利用摩擦力防松:主要有主要有弹簧垫圈、对顶螺母、尼龙圈锁紧螺母等。特点是特点是:简便,但不可靠。简便,但不可靠。二、螺纹联接的防松二、螺纹联接的防松第33页,共108页,编辑于2022年,星期三第34页,共108页,编辑于2022年,星期三第35页,共108页,编辑
20、于2022年,星期三2、机械防松、机械防松:开口销开口销、止动垫片止动垫片、串联钢丝、串联钢丝第36页,共108页,编辑于2022年,星期三3、破坏螺纹副:、破坏螺纹副:可靠,但不能拆卸可靠,但不能拆卸4、涂粘合剂防松:、涂粘合剂防松:简单可靠,防松效果好。简单可靠,防松效果好。第37页,共108页,编辑于2022年,星期三弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺母测力矩扳手第38页,共108页,编辑于2022年,星期三开口销带翅垫片止动垫片冲点法第39页,共108页,编辑于2022年,星期三焊点法串联钢丝粘合法第40页,共108页,编辑于2022年,星期三三、螺纹联接的材料和精度1、性能等级:按机械性能
21、分10级(螺母等级低于螺栓)常用低碳钢和中碳钢变载、冲击用合金钢(特殊场合用有色金属)2、螺纹公差和精度螺纹公差和精度内螺纹 G、H外螺纹 e、f、g、h3、精度:中等 一般用途粗糙:精度要求低精密 精度要求高1、螺纹的材料螺纹的材料2、公差:、公差:第41页,共108页,编辑于2022年,星期三第42页,共108页,编辑于2022年,星期三6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算螺栓联接的主要失效形式是:螺栓联接的主要失效形式是:螺栓杆部拉断;螺纹的压溃和剪螺栓杆部拉断;螺纹的压溃和剪断;因磨损而产生的滑扣。断;因磨损而产生的滑扣。设计准则:设计准则:针对具体的失效形式,通过对螺栓的相应针对
22、具体的失效形式,通过对螺栓的相应部位进行相应部位进行相应强度条件的设计计算(或强度校核)强度条件的设计计算(或强度校核)螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1,然后按照,然后按照标准选定螺纹的公标准选定螺纹的公称直径(大径)称直径(大径)d d 等。等。单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。螺栓联接的单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。螺栓联接的形式不同,计算的方式也不同。形式不同,计算的方式也不同。第43页,共108页,编辑于2022年,星期三受拉螺栓按工作前拧紧否按受力情况紧联接松联接受拉螺栓(受轴向载荷)受剪螺栓(受横向载荷)受横向载荷)根据联
23、接的的工作情况根据联接的的工作情况第44页,共108页,编辑于2022年,星期三1、松螺栓联接强度计算强度条件:一、普通螺栓联接强度计算式中 为松联接螺栓的许用拉应力(MPa)(6-10)设计公式:设计公式:第45页,共108页,编辑于2022年,星期三2、紧螺栓联接的强度计算由由M1产生的切应力为:产生的切应力为:1)只受预紧力作用的螺栓)只受预紧力作用的螺栓紧螺栓连接时需要预紧,螺杆所受轴向为紧螺栓连接时需要预紧,螺杆所受轴向为Fa预紧力和拧紧力矩预紧力和拧紧力矩M1的作用。的作用。由由预紧力作预紧力作产生的拉应力为:产生的拉应力为:第46页,共108页,编辑于2022年,星期三如右图所示
24、的汽缸盖螺栓联接,螺如右图所示的汽缸盖螺栓联接,螺栓预紧后,再承受轴向工作载荷。栓预紧后,再承受轴向工作载荷。螺栓联接螺栓联接和被连接件的弹和被连接件的弹性变形,螺栓所受的总载性变形,螺栓所受的总载荷并不等于预紧力和轴向荷并不等于预紧力和轴向工作载荷之和。其大小取工作载荷之和。其大小取决于预紧力、轴向工作载决于预紧力、轴向工作载荷、螺栓和被连接件的刚荷、螺栓和被连接件的刚度。度。2)承受预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接)承受预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接第47页,共108页,编辑于2022年,星期三(1)受力变形图(伸长量)(压缩量)a:螺栓未预紧b:螺栓预紧c:螺栓受工作载荷被联接件不受载螺栓
25、不受载螺栓被联接件F(拉力)(压力)(压缩量)螺栓被联接被联接件件(拉力)(压力)1(伸长量)(伸长量)第48页,共108页,编辑于2022年,星期三由1=2 可得:式中:称相对刚度第49页,共108页,编辑于2022年,星期三为了联接紧固和具有紧密性,残余预紧力为了联接紧固和具有紧密性,残余预紧力F 应大于零。下列数据应大于零。下列数据可作选取可作选取F时的参考;时的参考;选定选定F后,可按相关公式求得螺栓总载荷。考虑到这种螺栓工作时后,可按相关公式求得螺栓总载荷。考虑到这种螺栓工作时可能需要补充拧紧,为安全起见,仍按式可能需要补充拧紧,为安全起见,仍按式(9-11)的强度条件进行计算,的强
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