機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件-第八章聯(lián)接

可拆：螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接不可拆：焊接、粘接、鉚接過(guò)盈聯(lián)接（配合）：介于二者之間聯(lián)接§8-1螺紋的基本知識(shí)一、基本概念螺紋：平面圖形繞螺旋線切削而成αd

d2d1

S

αdd2d1

S

牙型：三角形（60°常用）、梯形（30°）、鋸齒形、矩形等；線數(shù)：?jiǎn)尉€、多線（n<4）；旋向：左、右旋形狀：圓柱、圓錐螺紋hdd2d1S

S

πd1πd2πdp1)普通螺紋(粗、細(xì)牙)細(xì)牙升角小，d1大，自鎖性好，強(qiáng)度高，不耐磨，易滑扣；適于薄壁零件聯(lián)接，受動(dòng)載的聯(lián)接、微調(diào)機(jī)構(gòu)。普通細(xì)牙55°圓柱管螺紋：非螺紋密封55°圓錐管螺紋：用螺紋密封60°圓錐管螺紋：用螺紋密封圓錐管螺紋用于密封性好的管道中2)管螺紋

—公稱直徑為管子的公稱通徑水、煤氣、液壓系統(tǒng)管路中2.傳動(dòng)螺紋：梯形、鋸齒形，α比聯(lián)接螺紋小，效率

高，梯形螺紋應(yīng)用較廣，但效率比鋸齒形低§8-2螺旋副的受力分析、效率和自鎖一、矩形螺紋（β=0°）在軸向載荷Fa作用下，螺旋副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可看作推動(dòng)滑塊（重物）沿螺紋運(yùn)動(dòng)，矩形螺紋沿d2展開的一斜面分析：Fa

—軸向載荷F—作用于中徑處的水平推動(dòng)力

Fn

—法向反力，ρ—摩擦角F

Fa

tan(

)支持力阻力矩

T

F

d2

/2

Fa

d2

/2

tan(

)注：F為等速放松螺母的力等速上升驅(qū)動(dòng)力（保證等速上升）F

Fa

tan(

)驅(qū)動(dòng)力矩T

F

d2

/

2

Fa

d2

/

2

tan(

)注：F實(shí)際為擰緊螺母的力（等速擰緊）等速下滑驅(qū)動(dòng)力Fa，F(xiàn)—支持力F

Fa

tan(

)1)ψ>ρ,F>0,方向與螺母運(yùn)動(dòng)方向相反，為阻抗力（支持力），產(chǎn)生阻抗力矩，阻礙螺母快速松動(dòng)。2）ψ<ρ,F<0，與螺母運(yùn)動(dòng)方向相同，對(duì)應(yīng)的力矩T將是放松螺母需外加的驅(qū)動(dòng)力矩?；瑝K不能在重力（軸向載荷）作用下自行下滑（處于自鎖狀態(tài)）。F為驅(qū)動(dòng)力，說(shuō)明自鎖條件下必須施加驅(qū)動(dòng)力F，才可等速下滑。二、非矩形螺紋牙側(cè)角（牙型斜角）β≠0的三角形、梯形、鋸齒形螺紋。略去升角ψ，非矩形螺紋Fn大于矩形螺紋FnFn=Fa/cosβFaFaaF

F

Fn

acosFn

Fa非矩形螺紋→矩形螺紋摩擦阻力Fa

f

FaFf

fFn

fFa

fcos

cos

tgfcos

f

等速上升驅(qū)動(dòng)F

Fa

tan(

')驅(qū)力動(dòng)力矩T

F

d2

/2

Fa

d2

/2

tan(

')(T克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物）η=有用功/輸入功

F2aTS

tan(tan

)(S

d2

tan

)等速下滑F(xiàn)

Fatg(

-

)維持滑塊等速下滑時(shí)的支持力表明要使滑塊下滑，必須改變F方向。即施加驅(qū)動(dòng)力。否則無(wú)論Fa多大，滑塊均不會(huì)下滑（自鎖）自鎖條件（self-locking)：

2）

F>0

阻抗力（支持力）維持等速下滑需加之力1）

F<0

驅(qū)動(dòng)力§

基本類型、預(yù)緊和防松一、基本類型螺栓聯(lián)接{普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接（承受橫向載荷）雙頭螺栓聯(lián)接螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接1.1dd圖5-02螺栓聯(lián)接(0.3~1.0)d(0.2~0.3)dl2

l3d0

H

l1c)

正確否？圖5-04緊定螺釘聯(lián)接a)b)二、螺紋緊固件（fastener)螺栓、雙頭螺柱、螺釘、緊定螺釘、螺母、墊圈制造精度{粗制：建筑、木結(jié)構(gòu)等精制：機(jī)械設(shè)備等三、預(yù)緊與防松1、擰緊力矩T克服螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2。T

T1

T2

Fad2

tg(

)/2

fc

FarfM10

~

M68fc

=

0.15f

tg

0.15T

0.2Fa

d

N

mmFa

預(yù)緊力

N2、防松防止螺紋副的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)利用附加摩擦力防松：彈簧墊圈、對(duì)頂螺母等采用防松元件：止動(dòng)墊圈等其他:

沖點(diǎn)法、粘合法等§8-4螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算一、失效形式受拉螺栓靜載荷：螺紋部分、塑性變形、斷裂變載荷：疲勞斷裂（螺栓頭部、收尾、螺母支承面處）受拉螺栓的失效形式：65%20%15%2、受剪螺栓（橫向載荷）壓潰與剪斷總結(jié)⑴螺栓桿拉斷⑵螺紋的壓潰、剪斷⑶滑扣等面：d1面

[

]

[

]

p

[

p

]斷裂

——

靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度壓潰、剪斷

——

擠壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、松螺栓聯(lián)接

[

]4

1d

2

Fa螺栓的總載荷：軸向工作載荷:

Fad1

—螺紋小徑[

]—許用拉應(yīng)力三、緊螺栓聯(lián)接拉應(yīng)力扭應(yīng)力N/mm2

1.3第四強(qiáng)度理論（最大變形能理論）e

2

32

2

3(0.5

)

2

0.521d

/

4Fa

211d

/

431d

/16T1Fad

2d2

tan(

)21

[

]d

/

4

1.3Faca1、受橫向工作載荷的螺栓強(qiáng)度普通螺栓聯(lián)接：靠預(yù)緊后，在接合面產(chǎn)生的摩擦力來(lái)抵抗Fz

fF0

m

CFmm4

1.3Fa[

]1設(shè)計(jì)公式

：d

F

F

CF

a

04

1zmf

[

]

d

2

1.3Faca當(dāng)f=0.15,c=1.2,m=1,Z=1

時(shí)F0

≥8F靠摩擦力來(lái)承擔(dān)F，其尺寸較大，采用鍵、套筒、銷承受或鉸制孔用螺栓（圖10-20）減載結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中，螺栓不承受橫向工作載荷！補(bǔ)充：承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算螺桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度p0

minpd

LF

螺桿剪切強(qiáng)度0

d24

F

鉸制孔螺栓聯(lián)接承受橫向載荷時(shí)，螺栓受擠壓與剪切FFLmind0配合！a)未擰緊

λ'mb)已擰緊FEF0λm

ΔλF0FRλbλb+ΔλΔλFEFRFRFEc)受工作載荷FEFRFR

FRFR

FR螺栓(聯(lián)接件)被聯(lián)接件未擰緊*

0變形0*

0變形0加F0后F0δb0F0δc0繼續(xù)FEF0Fδb0+ΔδF0FRδc0-Δδ2、受軸向工作載荷的螺栓強(qiáng)度*F變形FEFRb0c0kbkcFEFa

FE

FRkb

F0

/

b0

kc

F0

/

c0Ecbkbk

k

F

F0Fa

FE

FR

F0

FE21cad /

4

[

]

1.3Fa分析：⑴

Fa

F⑵

FE

=

const.caFa

=

FE

+

FR

=

const.0Fa

=

F0

+FE

=

FR

+

FEkbkb+kcFR

=

F0

–

FE

(1-)kb+kckb失效形式：螺栓桿拉斷21cad /

4

[

]

1.3Fa—靜應(yīng)力~⑶

0

FE周期變化螺栓所受載荷：F0~Fa

之間變化失效形式：疲勞破壞但校核a

[a

]—變應(yīng)力ca

[

]2d1

/

4aca驗(yàn)算公式：

1.3F四、螺栓常用材料、許用應(yīng)力[σ]]、安全系數(shù)1、螺栓常用材料SsS

spspS

如9·8級(jí)螺栓，其強(qiáng)度極限σB＝a×10=9×100＝900

MPa其屈服極限σS＝

a×b×10= 900

×

8／10=720Mpa*

螺栓、螺母只標(biāo)注性能等級(jí)，不必標(biāo)注材料牌號(hào)。2、許用應(yīng)力、安全系數(shù)安全系數(shù)P145表10-6、10-7低碳鋼

Q215、10

中碳鋼Q235、35、45合金鋼見(jiàn)表9—1性能等級(jí)：a

bB15Cr

、40Cr （重要、特殊用途用），100

B

10

S§8-5提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施一、降低螺栓總拉伸載荷Fa的變化范圍kbkbkcF0

F0

FEkb減小或kc增加疲勞強(qiáng)度增加k

b

減小光桿直徑減小或空心螺桿，有時(shí)螺栓長(zhǎng)度增加剛度降低剛度不降低（或金屬薄墊片）二、改善螺紋牙間的載荷懸置（受拉）螺母三、減小應(yīng)力集中的影響截面變化均勻，增大過(guò)渡處圓角，退刀槽等四、避免或減小附加彎曲應(yīng)力凸臺(tái)或沉頭座底五、合理制造工藝?yán)溏咁^部，輾壓螺紋、化、氮化§8—6鍵聯(lián)接和花鍵聯(lián)接一、類型平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵1.平鍵兩側(cè)面為工作面，定心性較好。裝拆方便普通平鍵導(dǎo)向平鍵2.半圓鍵兩側(cè)面為工作面，定心性較好，可擺動(dòng)，裝拆方便，對(duì)軸削弱較大3.楔鍵上下面為工作面，上表面有斜度，定心性差4.切向鍵一對(duì)楔鍵組成，裝配時(shí)將兩鍵楔緊二、平鍵聯(lián)接強(qiáng)度較核失效形式：工作面的壓