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文檔簡介

1、第二章 聯(lián) 接,東北大學國家工科機械基礎課程教學基地,2-0概述,2-1螺紋聯(lián)接,2-2螺紋聯(lián)接類型和標準聯(lián)接件,2-3螺紋聯(lián)接的預緊和防松,目錄,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,2-5鍵聯(lián)接,一、聯(lián)接的作用,二、聯(lián)接的分類,1、動聯(lián)接:被聯(lián)接零件可相對運動運動副,2、靜聯(lián)接:被聯(lián)接零件無相對運動構件 (1)可拆聯(lián)接:螺紋、鍵、銷、成型聯(lián)接 (2)不可拆聯(lián)接:鉚接、焊接、膠結 (3)過盈配合:溫差法裝入可拆 壓如法裝入不可拆,2-0概述,2-1螺紋聯(lián)接,一、螺紋聯(lián)接的基礎知識,1、螺旋線與螺紋,(1)定義:動點繞定軸勻速圓周運動, 并沿軸線方向勻速 上升,動點軌跡為螺旋線。,一、螺紋聯(lián)接的基礎知識,

2、(2)直觀:直角三角形斜邊與圓柱體表面的交線,2、螺紋分類,(1)螺紋位置:內(nèi)、外螺紋 (2)母體形狀:圓柱、圓錐螺紋 (3)牙型:三角形、矩形、梯形、矩齒形 (4)旋向:左、右,2-1螺紋聯(lián)接,大徑d公稱直徑(查標準) 小徑d1計算直徑(強度計算) 中徑d2幾何直徑(幾何計算) 螺距P相鄰螺牙對應點間軸向距離 導程S同一螺線相鄰螺牙對應點間 軸向距離 S=nP(n-線數(shù)) 升角螺旋線的切線與垂直于螺紋 軸線的平面間的夾角 牙型角螺紋軸截面內(nèi),牙型兩側(cè)邊的夾角 牙型半角螺紋軸截面內(nèi),牙型側(cè)邊與橫截面的夾角,3、普通螺紋的主要參數(shù),一、螺紋聯(lián)接的基礎知識,2-1螺紋聯(lián)接,二、螺紋副的受力、效率與

3、自鎖,二、螺紋副的受力、效率與自鎖,1、擰緊螺母時的圓周力和力矩,2、擰緊螺母時的效率,3、自鎖條件,2-1螺紋聯(lián)接,三、常用螺紋的種類、特點和應用,三、常用螺紋的種類、特點和應用,1、聯(lián)接螺紋:要求自鎖三角形螺紋,(1)普通螺紋(=60) 粗牙:常用的聯(lián)接螺紋 細牙:用于薄壁件或密封處 (2)管螺紋(=55) (英制) 一般管路聯(lián)接 圓柱:螺紋中線與管軸線平行 牙頂圓角,旋合后無隙,密封性好 圓錐:螺紋中線與管子軸線不平行,自密封性好,2-1螺紋聯(lián)接,三、常用螺紋的種類、特點和應用,2、傳動螺紋:要求效率高,(1)矩形螺紋(=0) 效率高,牙根強度差,磨損難補償 (2)梯形螺紋(=30) 效

4、率較高,牙根強,對中好, 磨損后用剖分螺母補償間隙常用 (3)矩齒形螺紋( 工=3 、非工=30) 兼?zhèn)渚匦巍⑻菪温菁y的優(yōu)點, 非工作面牙根圓角大,強度高,2-2螺紋聯(lián)接的類型與標準聯(lián)接件,一、螺紋聯(lián)接類型,1、螺栓聯(lián)接被聯(lián)件較薄、易做成通孔處,可經(jīng)常拆卸。,(1)普通螺栓:被聯(lián)件孔與螺栓桿有間隙,可傳橫向、軸向外載 (2)鉸制孔螺栓:被聯(lián)件孔與螺栓桿過渡配合,只傳橫向外載,2-2螺紋聯(lián)接的類型與標準聯(lián)接件,螺栓聯(lián)接:兩被聯(lián)接零件較薄,可做成通孔場合,2-2螺紋聯(lián)接的類型與標準聯(lián)接件,2-2螺紋聯(lián)接的類型與標準聯(lián)接件,被聯(lián)件之一較厚、不易做成通孔,不需經(jīng)常拆卸處,2、螺釘聯(lián)接,2-2螺紋聯(lián)接的

5、類型與標準聯(lián)接件,3、雙頭螺柱聯(lián)接,被聯(lián)件之一較厚、不易做成通孔,需經(jīng)常拆卸處,2-2螺紋聯(lián)接的類型與標準聯(lián)接件,3、緊定螺釘聯(lián)接,:固定兩零件相對位置,可傳不大扭矩,平端緊定螺釘,錐端緊定螺釘,2-2螺紋聯(lián)接的類型與標準聯(lián)接件,二、標準聯(lián)接件,1、螺紋聯(lián)接件均為標準件,設計中根據(jù)需要按工程尺寸選用,2、螺紋聯(lián)接件等級 GB3103.1-82規(guī)定:螺紋聯(lián)接件分A、B、C三級 A級:精密配合,防振場合 B級:受載較大,常拆卸調(diào)整、變載場合 C級:一般聯(lián)接,2-3螺紋聯(lián)接的預緊與防松,一、預緊工作前擰緊,1、目的:增加螺紋聯(lián)接剛度、緊密性和防松能力,3、預緊力控制方法,(3)測螺栓伸長量,2、要求

6、:裝配時控制預緊力在規(guī)定范圍內(nèi),(1)測力矩扳手,(2)定力矩扳手,一、預緊,2-3螺紋聯(lián)接的預緊與防松,二、防松,1、目的:防止螺桿與螺母相對轉(zhuǎn)動,3、防松方法,2、原因:設計條件下v,靜載、恒溫條件不會松脫 變載、振動、溫差大引起螺牙間摩擦力瞬時消失松脫,(1)、摩擦防松利用輔助元件(結構)防止螺紋副間摩擦力消失,二、防松,2-3螺紋聯(lián)接的預緊與防松,(2)、機械防松利用防松元件約束螺紋副相對運動-沖擊、變載場合,止動墊片,開口銷與開槽螺母,二、防松,2-3螺紋聯(lián)接的預緊與防松,(2)、機械防松利用防松元件約束螺紋副相對運動-沖擊、變載場合,圓螺母止動墊片,二、防松,2-3螺紋聯(lián)接的預緊與

7、防松,(3)、破壞螺紋副防松防松可靠,沖擊振動大、重要聯(lián)接,沖點法:沖壞螺紋副 端焊法:端部焊死 粘結法:擰緊時涂膠,二、防松,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,一、設計計算內(nèi)容與步驟,1、結構設計:確定螺栓布置形式、數(shù)量 2、受力分析:確定螺栓組中受力最大螺栓和所受最大力 3、強度計算:按受力最大螺栓確定整組螺栓直徑,一、設計計算步驟,二、受力分析與強度計算,(一)普通螺栓聯(lián)接傳遞軸向外力,1、只受工作載荷作用的螺栓聯(lián)接(工作前不預緊,例:起重吊鉤),2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,2、只受預緊力的螺栓聯(lián)接(工作前預緊,工作中受力不變,例:普通設備蓋板),二、受力分析與強度計算,(1)受力分析,合成應力:

8、,(2)失效形式:螺栓塑變或拉斷,注:受拉、剪應力復合作用的螺栓,可按受純拉伸處理, 將拉應力加大30%計入剪應力的影響。,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,3、受預緊力Qp和工作載荷F作用的螺栓聯(lián)接(例:氣缸螺栓),(2)受力分析,二、受力分析與強度計算,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,a.總載荷Q=?; 殘余預緊力Qp=?,由圖得總載荷:,二、受力分析與強度計算,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,b. F =?,由圖知:,螺栓剛度:,被聯(lián)接件剛度:,二、受力分析與強度計算,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,討論:,結論:為減小螺栓總載荷,被聯(lián)接件剛度不宜太小;,(3)失效形式:a:被聯(lián)件結合面出縫隙; b:螺栓塑變或被

9、拉斷,二、受力分析與強度計算,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,(4)設計準則:,a:保證被聯(lián)件結合面不出縫隙,二、受力分析與強度計算,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,b:保證螺栓不拉斷或塑變,I:F為靜載荷(考慮工作時需要補充擰緊,應計入螺紋力矩的影響),II:F為變載荷 (按應力幅校核螺桿疲勞強度),二、受力分析與強度計算,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,(二)普通螺栓傳遞橫向外力,(1)工作原理:結合面摩擦力平衡橫向外力,二、受力分析與強度計算,(2)受力分析:螺栓受預緊拉力:QP 被聯(lián)件受預緊壓力:QP,(3)失效形式: (1)螺栓塑變、拉斷 (2)被聯(lián)件相對滑移,(4)設計準則:,(1)螺栓不塑變、不拉

10、斷(只受預緊力),(2)被聯(lián)接件不相對滑移,注:普螺聯(lián)接傳橫向力,螺栓受拉裝拆放便, 但所需螺栓直徑大,沖擊、振動時摩擦傳力不可靠。,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,(三)普通螺栓傳遞扭矩,1、工作原理:摩擦傳扭矩,二、受力分析與強度計算,2、受力分析:螺栓受預緊拉力:QP 被聯(lián)件受預緊壓力:QP,3、失效形式:(1)螺栓塑變、拉斷 (2)被聯(lián)件相對滑移(轉(zhuǎn)動),4、設計準則:,(1)螺栓不塑變、不拉斷(只受預緊力),普螺傳遞力矩,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,二、受力分析與強度計算,(2)被聯(lián)接件不相對滑動(轉(zhuǎn)動),保證不滑動,單個螺栓所需預緊力,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,(四)鉸制孔螺栓傳遞橫向外力

11、,1、工作原理:桿孔擠壓、螺桿受剪傳遞橫向力,二、受力分析與強度計算,2、失效形式:(1)桿孔結合面壓潰 (2)螺桿剪斷,3、設計準則:,(1)桿孔不壓潰,鉸制孔螺拴傳遞橫向力,(2)螺桿不剪斷,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,(五)鉸制孔螺栓傳遞扭矩,1、工作原理:桿孔擠壓、螺桿受剪傳遞扭矩,二、受力分析與強度計算,2、失效形式:(1)桿孔結合面壓潰 (2)螺桿剪斷,3、受力分析:,(1)距回轉(zhuǎn)中心最遠螺栓受力最大,(2)螺栓所受最大力,鉸制孔螺拴傳遞扭矩,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,4、設計準則:,二、受力分析與強度計算,(1)桿孔不壓潰,(2)螺桿不剪斷,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,(六)普通螺栓

12、組承受傾翻 力矩,二、受力分析與強度計算,1、基本假定 (1)螺栓、地基為彈性體; (2)M作用在z-z平面內(nèi), 機座在M作用下繞O-O轉(zhuǎn)動 (3)機座剛性較大,變形后與 基礎的接觸面仍為平面,2、受力分析,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,2、受力分析,二、受力分析與強度計算,力平衡條件,(1)代入(2),變形協(xié)調(diào)條件,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,左側(cè)螺栓所受最大力:,二、受力分析與強度計算,右側(cè)螺栓所受最小力:,3、失效形式 (1)螺栓被拉斷 (2)機座與地基的接合面被壓潰或出縫隙,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,4、設計準則,二、受力分析與強度計算,(1)保證螺栓不塑變、不被拉斷,(2)左側(cè)不出縫隙,(

13、3)右側(cè)不被壓潰,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,三、螺紋聯(lián)接件的材料性能與許用應力,三、螺紋聯(lián)接件的材料性能與許用應力,1、螺紋聯(lián)接件的材料與性能等級,(1)常用材料: 碳 鋼:Q215-A、Q235-A、35、45一般聯(lián)接 合金鋼:15Cr、20Cr、30CrMnSi等重要聯(lián)接,(2)螺栓、螺母材料性能等級(表2-7) a、螺栓材料性能等級:3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9,b、螺母的性能等級:4,5,6,8,9,10,12 螺母性能等級表示可與該螺母相配最高性能等級螺栓抗拉強度的1/100,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,2、螺紋聯(lián)接件得許用應力,三

14、、螺紋聯(lián)接件的材料性能與許用應力,(1)許用應力影響因素: 載荷性質(zhì):靜、變載荷 材料質(zhì)量:性能等級 結構尺寸:尺寸系數(shù) 裝配質(zhì)量:載荷控制準確性,(2)許用應力安全系數(shù),2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,(2)、許用應力與安全系數(shù),三、螺紋聯(lián)接件的材料性能與許用應力,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施,四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施,普通螺栓損壞情況統(tǒng)計如圖,1、改善螺紋牙間的載荷分配,螺牙間變形不協(xié)調(diào),導致牙間載荷分配不均,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,(1)均載螺母,四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,(2)鋼絲螺套,四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施,2、減小螺栓中應力幅,

15、2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,降低螺栓剛度CL、提高被聯(lián)接件剛度CF對螺栓應力幅影響分析,四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,降低螺栓剛度CL措施:,四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施,采用柔性螺栓: 增加螺栓長度、 減小螺栓光桿部分的直徑(圖2-35)、 采用空心螺栓桿(圖2-35) 在螺母下安裝彈性元件(圖2-36),2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,提高被聯(lián)接件剛度CF措施:,四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施,采用剛度大的墊片 用密封環(huán)代替密封軟墊片,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,3、減小螺栓本身應力集中圖2-38,四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施,a 加大圓角,b 卸荷槽,b 卸載過渡結構,2-4螺紋聯(lián)

16、接的設計計算,4、避免或減少附加應力,四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施,(保證螺母支撐面平整、螺栓孔正),圖2-39 螺栓的附加應力,圖2-40避免附加彎應力的措施,2-4螺紋聯(lián)接的設計計算,5、采用合理制造工藝,四、提高螺栓聯(lián)接強度的措施,冷墩頭部、滾壓螺紋有利于提高螺栓疲勞強度,2-5鍵聯(lián)接,一、鍵聯(lián)接作用,一、鍵聯(lián)接的作用,軸及軸上零件的(如:齒輪、聯(lián)軸器等)的周向、軸向定位,傳遞扭矩,二、平鍵聯(lián)接,1、工作原理:鍵側(cè)擠壓、鍵剪切傳扭矩 2、平鍵類型: (1)普通平鍵:(靜聯(lián)接)周向定位,2-5鍵聯(lián)接,(2)導向平鍵與滑鍵:,二、平鍵聯(lián)接,(動聯(lián)接)周向定位、零件軸向滑移,導向平鍵: 鍵定軸上

17、,滑移距離短,滑鍵: 鍵定轂上,滑移距離長,3、鍵聯(lián)接設計內(nèi)容 (1)選擇類型:工作要求、轉(zhuǎn)矩大小、對中要求 (2)尺寸選擇:按軸徑d選鍵的截面尺寸bh(查標準) (3)鍵長選擇:L=輪轂長-(510)mm(查標準) (4)強度校核:,2-5鍵聯(lián)接,4、失效形式,二、平鍵聯(lián)接,靜聯(lián)接:鍵及鍵槽側(cè)面壓潰 動聯(lián)接:工作面過度磨損,5、設計準則,6、標注方法,鍵 (A)bL GB1096-79,2-5鍵聯(lián)接,三、半圓鍵,三、半圓鍵,1、工作原理:鍵側(cè)擠壓、鍵剪切傳扭矩 2、特點: 優(yōu)點:鍵在槽中可擺動,適應輪轂槽底斜度 對中性好、裝配方便、適應錐形軸端 缺點:鍵槽深,對軸削弱大 3、應 用:輕載、錐

18、形軸端聯(lián)接,半圓鍵聯(lián)接,2-5鍵聯(lián)接,四、楔鍵,四、楔鍵,1、工作原理: 鍵上表(轂槽底)面為1:100斜度斜面 鍵上、下表面工作,擠壓楔緊、摩擦傳扭 2、特點: 優(yōu)點:軸上零件的軸向定位,承受較小軸向力 缺點:楔鍵破壞軸上零件對中性 3、應用:對中精度要求不高、載荷平穩(wěn)、低速場合,2-5鍵聯(lián)接,五、切向鍵,五、切向鍵,1、工作原理:切向鍵由兩個1:100斜度的楔鍵組成 組合后上、下平行表面工作,其中之一在軸截面內(nèi), 工作面擠壓、軸與輪轂間的摩擦傳扭矩 2、特點:優(yōu)點:傳遞載荷大 缺點:切向鍵破壞軸上零件對中性 3、應用:對中精度要求不高、載荷大的重型機械中, 如:大型飛輪、礦用卷揚機卷筒等,2-5鍵聯(lián)接,六、花鍵聯(lián)接,六、花鍵聯(lián)接,1、工作原理: (花鍵軸、花鍵孔組成)鍵側(cè)工作、擠壓傳

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