機械設(shè)計基礎(chǔ)第五版第十章1

1、第十章 聯(lián) 接聯(lián)接：指被聯(lián)接件與聯(lián)接件的組合聯(lián)接件（緊固件）： 螺栓、螺母、銷、鍵、鉚釘?shù)取?被聯(lián)接件：軸與軸上零件（齒輪、飛輪） 輪圈與輪心 箱體與箱蓋 焊接零件中鋼板與型鋼等 可拆卸聯(lián)接：螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接聯(lián)接 不可拆卸聯(lián)接：焊接、粘接、鉚接10-1 螺紋參數(shù)一. 螺紋形成：二、分類： 三角形螺紋平面圖形形狀 梯形螺紋 鋸齒形螺紋螺旋線的方向 右旋螺紋（常用） 左旋螺紋（特殊要求時采用）螺旋線數(shù)目 單線螺紋 多線螺紋（ 4便于制造）用途 圓柱螺紋母體形狀 圓錐螺紋聯(lián)接螺紋 傳動螺紋三、螺紋的主要幾何參數(shù)：1. 大徑 d（D）：與外螺紋牙頂（或內(nèi)螺紋牙底） 重合的假想圓柱體的直徑。2.

2、小徑d1（D1）：與外螺紋牙底（或內(nèi)螺紋牙頂） 相重合的假想圓柱體的直徑3. 中徑 d2（D2）：是一個假想圓柱的直徑，該圓柱母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。4. 螺距 P：相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。5. 導(dǎo)程 S：同一條螺旋線上的相鄰兩牙，在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。S = nPn螺旋線數(shù)6. 螺旋升角：中徑 d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。dnptg27. 牙型角 ：軸向截面內(nèi)，相鄰兩牙側(cè)的夾角。牙側(cè)與螺紋軸線的垂線間夾角牙側(cè)角210-2 螺紋副的受力分析、效率和自鎖一、矩形螺紋：（ =0 ）螺紋副在力矩和軸向載荷的作用下相對運動，可看作滑塊沿斜面運動

3、。滑塊沿斜面等速上升：F 水平推力（驅(qū)動力）Fa軸向載荷（阻力）Fn法向反力Ff 摩擦力 Ff =f FnFR總反力 摩擦角FFavFnFfFR由力的平衡條件可知， FR、 F、 Fa三力組成力多邊形FRFFa+F= Fa tg(+)d2F作用在螺旋副上的驅(qū)動力矩：)(2222tgFTdFdaFFavFnFfFR)(2222tgFTdFdaT擰緊螺母時，螺旋千斤頂抬起重物時， 所需驅(qū)動力矩。當(dāng)滑塊沿斜面等速下滑時：FFavFnFfFRFa 變?yōu)轵?qū)動力F 變?yōu)槠胶饬RFFa由多邊形得：F= Fa tg()作用在螺旋副上的力矩：)(2222tgFTdFda)(2222tgFTdFdaT旋松螺母時

4、，螺旋千斤頂降落重物時， 所需力矩。討論：F= Fa tg()（1）當(dāng) 時，F(xiàn)為正，方向如上圖，它阻止 滑塊加速使它等速下滑。（2）當(dāng) 時，F(xiàn)為負，方向與上圖相反，滑塊 不能在重力作用下自行下滑，即處于自鎖狀態(tài)。 須施加驅(qū)動力 F 才能使滑塊等速下滑。FFavFnFfFR二、非矩形螺紋：指 的三角形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋。 0不計螺紋升角，在軸向載荷 Fa 的作用下，非矩形螺紋所受的法向力比矩形螺紋大。螺桿螺母FaFn= FaFaFncosFFan非矩形螺紋的摩擦阻力：f當(dāng)量摩擦系數(shù)FFFaaafffcoscostgffcos當(dāng)量摩擦角 牙側(cè)角非矩形螺紋受力分析：可以象矩形螺紋那樣進行受力

5、分析，只是將 f改為 f 、 改為 。當(dāng)滑塊沿非矩形螺紋等速上升時：水平推力：F= Fa tg(+)驅(qū)動力矩：)(2222tgFTdFdaT擰緊螺母時，螺旋千斤頂抬起重物時， 所需驅(qū)動力矩。當(dāng)滑塊沿非矩形螺紋等速下滑時：F= Fa tg()(2222tgFTdFda討論： 螺紋具有自鎖性，無論Fa多大都不能使螺紋副產(chǎn)生相對運動。用于聯(lián)接的緊固螺紋必須滿足自鎖條件T旋松螺母時，螺旋千斤頂降落重物時， 所需力矩。螺紋副的效率：TSFa2升舉滑塊所做有效功輸入功)()(2222tgtgtgtgdFdFaa25取過大的螺旋升角加工困難，且效率增高不明顯10-3 機械制造常用螺紋1.普通螺紋：牙型為等邊

6、三角形，牙型角=60， 公稱直徑為螺紋大徑。2. 管螺紋： 非螺紋密封的管螺紋：牙型為等腰三角形，=55用螺紋密封的管螺紋：牙型為等腰三角形，=55螺紋分布在錐度為 1:16 的圓錐管壁上。3. 米制錐螺紋：管螺紋的公稱直徑為管子的公稱通徑(內(nèi)徑)，用于水、煤氣、液壓傳動等管路系統(tǒng)中。4. 矩形螺紋：牙型為正方形，牙型角=0牙型角=60，螺紋分布在錐度為 1:16 的圓錐管壁上。5. 梯形螺紋： 牙型為等腰梯形， =306. 鋸齒形螺紋：牙型為不等腰梯形，工作面牙側(cè)角 3，非工作面牙側(cè)角 30普通螺紋、管螺紋、米制錐螺紋主要用于聯(lián)接，矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋主要用于傳動。10-4 螺紋聯(lián)

7、接的基本類型及螺紋緊固件1螺紋聯(lián)接的基本類型：1. 螺栓聯(lián)接： 特點：被聯(lián)接件的孔中不切制螺紋，裝拆方便普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接2. 螺釘聯(lián)接：優(yōu)點：螺釘直接擰入被聯(lián)接件的螺紋孔中，省去了螺母，結(jié)構(gòu)簡單。缺點：不易經(jīng)常裝拆3.雙頭螺柱聯(lián)接：適用于較厚的聯(lián)接件，或采用盲孔的聯(lián)接。優(yōu)點：允許多次裝拆4. 緊定螺釘聯(lián)接：可用于固定兩個零件的相對位置，傳遞不大的力或力矩。二. 螺紋緊固件（聯(lián)接件）1. 螺栓六角頭螺栓小六角頭螺栓小六角頭螺栓：不易用于裝拆頻繁、被聯(lián)接件強度低的地方。2. 雙頭螺柱：3.螺釘、緊定螺釘：頭部有內(nèi)六角頭、十字槽頭等多種形式。緊定螺釘?shù)哪┒擞衅蕉恕㈠F端等各種形狀。4. 螺

8、母：常用螺母六角螺母圓螺母標(biāo)準(zhǔn)螺母薄螺母標(biāo)準(zhǔn)螺母：用于經(jīng)常裝拆易于磨損處。薄螺母：用于受剪力的螺栓上或空間尺寸受限的地方。用于軸上零件的軸向定位5. 墊圈：常用的有：普通墊圈、防松墊圈、彈簧墊圈普通墊圈：主要起保護支承面的作用。10-5 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松預(yù)緊的目的：1.提高聯(lián)接的緊密性2.防止聯(lián)接松動3.提高聯(lián)接件強度 一. 擰緊力矩：rFfdFTTfacatgT)(222T1 螺紋副相對轉(zhuǎn)動的阻力矩T2 螺母支承面上的摩擦阻力矩Fa 軸向力d2 螺紋中徑fc 螺母與被聯(lián)接件支承 面間的摩擦系數(shù)rf 支承面摩擦半徑40ddrwf對于 M10M68 的粗牙螺紋，若取15.0tgf15.0fC

9、mmNdTFa2 .0d螺紋公稱直徑，mmFa預(yù)緊力，N通常螺紋聯(lián)接擰緊的程度憑工人經(jīng)驗決定。重要的螺紋聯(lián)接應(yīng)控制擰緊力矩測力矩扳手定力矩扳手卡盤銷彈性元件二. 螺紋聯(lián)接的防松聯(lián)接用的三角形螺紋都具有自鎖性。1、摩擦防松彈簧墊圈防松 自鎖螺母防松利用彈簧反彈力使螺紋間保持壓緊力和摩擦力對頂螺母防松使螺栓始終受到附加的拉力和附加的摩擦力。尼龍圈鎖緊螺母防松擰緊后尼龍圈內(nèi)孔被脹大，箍緊螺栓。尼龍圈2.機械放松螺栓裝配圖開槽螺母開口銷槽形螺母和開口銷帶翅墊片防松內(nèi)翅外翅圓螺母止動墊片防松止動墊片防松串聯(lián)鋼絲防松正確錯誤3. 不可拆卸防松焊接 鉚沖沖點法防松粘合法防松10-6 螺栓聯(lián)接的強度計算螺栓的

10、主要失效形式：斷裂、磨損滑扣、螺紋的壓潰和剪斷。v一、松螺栓聯(lián)接裝配時不需要擰緊，承受載荷前聯(lián)接不受力。受載荷形式軸向拉伸失效形式螺栓拉斷 212144dFdFaa41Fad 設(shè)計式：v一、松螺栓聯(lián)接d1螺栓小徑，mm許用拉應(yīng)力，MPa-校核式v二、緊螺栓聯(lián)接裝配時需要擰緊，螺紋承受軸向拉力 Fa ，力矩 T1。42)tan(16)tan(2162112312311dFddddFaadT所受切應(yīng)力：421dFa螺紋所受拉應(yīng)力：42)tan(2112dFdda所受切應(yīng)力：對于 M10M68 的普通螺紋，取08.104.1,05.0tan,17.0tan12dd5 .03 . 1)5 . 0(33

11、,2222e當(dāng)量應(yīng)力：根據(jù)第四強度理論43 . 1:1aFd 設(shè)計式43 . 1:21dFa校核式-螺栓許用應(yīng)力 3 . 1強度條件：e1、受橫向工作載荷的螺栓：mfCFFFa0螺栓所受軸向力：F0-預(yù)緊力C-可靠性系數(shù)， C=1.11.3m-接合面數(shù)目f-接合面摩擦系數(shù) 鋼、鑄鐵 f=0.10.1543 .1:21mfdCF校核式mfCFd43 . 1:1設(shè)計式求出 Fa 值后，可按式（10-12）計算螺栓強度當(dāng) f=0.15，C=1.2，m=1時，F(xiàn)0=8F 即預(yù)緊力為橫向工作載荷的 8倍 螺栓尺寸較大mfCFFFa0螺栓所受軸向力：措施：1. 用鍵、套筒、銷承受工作載荷2. 用鉸制孔用螺

12、栓承受橫向載荷2. 受軸向工作載荷的螺栓(1) 每個螺栓所承受的軸向工作載荷：ZpDFE42P-流體壓強Z-螺栓數(shù)(2)螺栓承受的總拉伸載荷：F0F00bF0F00CFEFEFRFRFaFaFFFREa殘余預(yù)應(yīng)力FR受力變形線圖 總拉力螺栓剛度：00bbFk被聯(lián)接件剛度：00ccFkFFFREa兩圖合并：力變形F00b0CFEFaFRFbFcbcFFFREa（3）FR的確定：總結(jié)：總結(jié)：一般計算中，先根據(jù)工作要求規(guī)定 FR 利用 求出 Fa 按式（10-12）計算螺栓強度。FFFREaFFER)6 . 02 . 0(載荷 FE 沒有變化時，可取FFER)8 . 15 . 1 (有緊密性要求的聯(lián)

13、接FFER) 16 . 0(當(dāng) FE 有變化時，可取力變形F00b0CFEFaFRFbFcbc（4）各力之間關(guān)系：kFFFFbba00kFFFFccR00kkFFFcbcbEkkFFFcbcbEkFFFFbba00kFFFFccR00cbEkkFcbbEakkkFFF0)1 (0cbbERkkkFFF螺栓相對剛度系數(shù)cbbkkk10-7 螺栓材料及許用應(yīng)力螺紋聯(lián)接件的常用材料：低碳鋼Q215（原A2）、10號鋼；-一般聯(lián)接中碳鋼Q235（原A3）、35、45號鋼；-一般聯(lián)接合金鋼40Cr、30CrMnTi。-承受 沖擊、振動載荷墊片材料 ：普通墊片： Q215、 15、35號鋼； 彈簧墊片：65Mn（需熱處理）10-8 提高螺栓聯(lián)接強度的措施螺栓的總拉力與螺栓和被聯(lián)接件的剛度有關(guān)，減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度都能降低應(yīng)力幅。一、降低