《学习情境9联接》PPT课件.ppt

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1、温故而知新,传力螺旋,较小的转矩产生较大的轴向力,传动螺旋,以传递运动为主,调整螺旋,调整零件间的相对位置,第10章 联接,知识目标：1、掌握螺纹联接的类型和结构设计方法；2、了解平键联接的基本知识，掌握其强度校核方法。能力目标：1、能正确的分析螺纹联接结构，并能够进行初步的选择和设计；2、能正确地选用平键联接。3、能进行螺栓联接的强度计算。素质目标：1、养成多思考、多阅读的习惯；2、提高观察、分析问题的能力。,教学重点和难点：螺纹副的效率和自锁螺纹联接及其预紧与防松单个螺栓联接的强度计算螺栓组联接平键联接的强度计算,本节具体任务：,通过学习理解和掌握以下内容：1.螺纹的类型2.导程与螺距3.

2、公称直径、强度直径4.三角形螺纹与梯形螺纹5.常用于连接的螺纹，常用于传动的螺纹6.锯齿形螺纹的牙型角和牙型斜角7.判断螺纹旋向和螺纹线数8.联接类型9.螺柱的应用场合10.螺钉的应用场合,情景导入,右图为一减速器上的部分联接件。螺纹联接用于联接轴承端盖与箱体，减速器上、下箱体，减速器与地基等。螺纹还将吊环、放油塞与箱体联接在一起。而键则将轴与齿轮联接在了一起。,联接将两个或两个以上的零件连成一体的结构。一般说来，零件与零件之间，部件与部件之间都需要可靠的联接以保证机器的正常工作。联接有多种形式，包括螺纹联接，键联接，花键联接，销钉联接，焊接，粘接，铆接，联轴器联接，离合器联接等。联接分类 按

3、照拆卸性质分：,螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆卸联接，其结构简单，装拆方便，成本低廉，广泛应用在各类设备中。,一、螺纹的形成,螺旋线：一点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。（或将直角三角形的斜边绕在圆柱体表面形成的。）螺纹：用刀具沿螺旋线切出的沟槽。,1.大径（外螺纹d，内螺纹D）：与外螺纹牙顶（或内螺纹牙底）相重合 的假想圆柱体的直径。一般又称为螺纹的公称直径（管螺纹例外）。2.小径(外d1内D1)：与外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）相重合的假想圆柱体 的直径。是螺栓杆上的最小直径，常用作连接强度的计算直径。3.中径(外d2内D2)：螺纹轴向剖面内，牙厚等于牙间

4、宽处的假想圆柱体 的直径，d20.5(d+d1),二、螺纹的主要参数,4、螺距P 相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。5、线数n 沿一条螺旋线形成的螺纹为单线螺纹；沿n条等距。6、导程S 同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距 离。设螺纹线数为n，则有S=nP。7、升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平 面间的夹角。,才,8、牙型角 螺纹轴向剖面内螺纹牙两侧边的夹角。9、牙型斜角 牙型侧边与螺纹轴线垂线间的夹角，对于对称牙型=2。,2、按照螺旋线绕行方向不同：左旋螺纹和右旋螺纹（规定将螺纹直立时螺旋线向右上升为右旋螺纹，向左上升为左旋螺纹）。机械制造中一般采用右旋

5、螺纹，有特殊要求时，才采用左旋螺纹。,二者共同组成螺纹副用于连接和传动。,三、螺纹的类型,1、按分布于回转体的内外表面螺纹分为:,看一看这两个分别是何种旋向？,3.按照螺旋线数目不同：单线螺纹和多线螺纹（为了制造方便，螺纹一般不超过4线。）,想一想：这三种螺纹各自的螺距P和导程S的关系？,4、按照螺纹牙轴向剖面的形状：,分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹、圆弧螺纹。,管螺纹（英制螺纹）：牙形角55，连接螺纹。圆弧螺纹：牙形角36未标准化，连接螺纹。,1、三角形螺纹（又称普通螺纹）：牙型角60，有细牙和粗牙螺纹之分。一般联接多用粗牙螺纹。当量摩擦系数大，牙根强度高，因自锁性能

6、好，用于紧固连接 注意：细牙和粗牙螺纹的区别（同一公称直径下螺距最大的为粗牙，其余为细牙。）,四.几种常用螺纹的特点和应用,2、矩 形：牙型角0，传动效率高，但牙根强度低，加工难度大，传动螺纹，未标准化。如千斤顶。,3、梯 形：牙型角30，牙根强度比矩形螺纹高，但传动效率比矩形螺纹低。传动螺纹。如机床丝杠。,4、锯齿形螺纹牙型角33，工作面牙型斜角3，非工作面牙型斜角30，综合了矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点，单向传动螺纹。如螺旋压力机。,总结：,三角形（普通螺纹）矩形梯形锯齿形,主要用于连接,多用于传动,1.螺栓联接（两种：普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接）,普通螺栓联接，被联接

7、件的孔中不切制螺纹，螺栓与孔之间有间隙，装拆方便。由于加工简便，成本低，所以应用最广。b为铰制孔用螺栓联接，被联接件上孔用高精度铰刀加工而成，螺栓杆与孔之间一般采用过渡配合，主要用于需要螺栓承受横向载荷或需靠螺杆精确固定被联接件相对位置的场合。,五、普通螺纹连接的类型,2、双头螺柱联接 适于常拆卸而被联接件之一较厚时。,使用两端均有螺纹的螺柱，一端旋入并紧定在较厚被联接件的螺纹孔中，另一端穿过较薄被联接件的通孔。适用于被联接件之一较厚，要求结构紧凑和经常拆装的场合。,3、螺钉联接 适于被联接件之一较厚，不需经常装拆时。,螺钉直接旋入被联接件的螺纹孔中，结构较简单，适用于被联接件之一较厚，或另一

8、端不能装螺母的场合。但经常拆装会使螺纹孔磨损，导致被联接件过早失效，所以不适用于经常拆装的场合。,4、紧定螺钉联接 可传递不大的轴向力或扭矩。,将紧定螺钉拧入一零件的螺纹孔中，其末端顶住另一零件的表面或顶入相应的凹坑中，如图所示。常用于固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。紧定螺钉的端部有平端、柱端和锥端等。,特殊联接：地脚螺栓联接,吊环螺钉联接,看一看这些分别是哪种联接？,任务完成：,1.螺纹的类型2.导程与螺距3.公称直径、强度直径4.三角形螺纹与梯形螺纹5.常用于连接的螺纹，常用于传动的螺纹6.锯齿形螺纹的牙型角和牙型斜角7.判断螺纹旋向和螺纹线数8.联接类型9.螺柱的应用场合

9、10.螺钉的应用场合,六、常用螺纹联接件,1、六角头螺栓 杆部可以全部是螺纹或只有一段螺纹，螺纹精度分ABC三级，常用C级。,2、双头螺柱两端都带螺纹，两端螺纹可以相同或不同。螺柱可带退刀槽或制成全螺纹。,3、螺钉,按头部形状分：a）六角头 b）圆柱头 c）扁圆头 d）沉头螺钉 e）圆柱头f）盘头按起子槽分：b）c）d）一字槽 f）十字槽e）内六角孔a）六角头螺钉 b）一字开槽圆柱头螺钉 c）扁圆头螺钉 d）沉头螺钉 e）圆柱头内六角孔螺钉 f）十字槽盘头螺钉,4、紧定螺钉（锥端 平端 圆柱端）,a）一字槽 b）平端 c）圆柱端 d）锥端,5、六角螺母（按照厚度不同，分为标准、厚、薄三种。螺纹

10、精度分ABC三级，与同级别的螺栓配用）,6、圆螺母，常与止动垫圈配用。,圆螺母常用作轴上零件（如滚动轴承）的轴向固定，并配有止退垫圈。,7、垫圈,垫圈的主要作用是增加被联接件的支承面积或避免拧紧螺母时擦伤被联接件的表面。常用的有平垫圈和斜垫圈。当被联接件表面有斜度时，应使用斜垫圈。,1、螺旋副的受力分析2、效率和自锁3、螺纹联接的预紧和防松,本节任务,以矩形螺纹为例。根据螺纹的形成原理，螺母旋紧时，可看做推动滑块沿螺旋线向上运动，沿中径面展开得一斜面机构。受力分析如下：F-作用在垂直于轴线的平面内且与中径圆相切的旋紧螺母的力，Q-螺母施加给螺杆的轴向载荷，N-接触面正压力，fN-摩擦力，f-摩

11、擦系数。当匀速旋紧螺母时相当于推滑块匀速上升，则由力的平衡方程可得：,F=Qtg(+),-摩擦角，是全反力和正压力之间的夹角。tg=fN/N=f-螺纹的升角当匀速旋松螺母时相当于推滑块匀速下降，则由力的平衡方程可得：,F=Qtg(-),一、矩形螺纹的受力分析,螺旋副的受力分析、效率和自锁,分析：当 时,F 0,表示在此情况下,需加上与图示旋紧力方向相反的力才能旋松,否则无论Q多大,也不会松动，这种情况称为自锁。二、自锁条件为螺旋升角v,对于三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹，当旋紧或旋松螺母时，可看做推动楔形滑块沿螺旋线向上或向下运动。经过推导可得：上升:下降：,F=Qtg(+v),F=Qtg(

12、-v),v 当量摩擦角，v=arctg(f/cos)-牙型斜角三角形：30梯形：15锯齿形：3矩形：0,同样推出：自锁条件为 v越大，v越小，越 容易实现自锁，故三角形螺纹用于连接。,三、非矩形螺纹的受力分析,四、螺旋副的效率,螺旋副的效率定义为输出的有效功与输入功之比,可知：越小或v越大（即牙型角越大），越 小，越容易自锁。故三角螺纹宜用于联接；矩形、梯形、锯齿形螺纹用于传动。,螺纹连接的预紧、防松及结构设计,一、螺栓连接的预紧（一般螺纹连接在装配的时候都必须拧紧，称为预紧）,对于一般连接，可凭经验来控制预紧力F0的大小，但对于重要的连接就要严格控制其预紧力，常用测力矩扳手来控制，所控制的力

13、矩可直接在刻度上读出。,T=T1+T2=KF0d,拧紧时扳手力矩为,T可由测力矩扳手测定,式中d-螺纹公称直径，K为拧紧力矩系数,可查表,预紧目的：增加联接的可靠性与紧密性，防止受载后被联接件间出现缝隙与相对滑移。保持正常工作。预紧力F0：承受工作载荷以前所受的轴向作用力（拉力）,F0的确定：合金钢螺栓：F0（）sA1碳素钢螺栓：F0（）sA1s-材料的屈服极限A1-螺纹小径截面积,二、螺栓连接的防松,连接中常用的单线普通螺纹和管螺纹都能满足自锁条件，但在冲击、震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象。,螺纹连接放松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。,常用的防松方法:,（1）弹簧垫圈 弹簧垫圈

14、用弹簧钢制成，装配后垫圈被压平，其反弹力能使螺纹间产生压紧力和摩擦力，能防止联接松脱。,1.摩擦力防松（利用在螺旋副中始终产生摩擦力实现防松。）,（2）弹性圈锁紧螺母 螺母一端制成径向收口，收口中嵌有尼龙圈，拧上后尼龙圈被胀大而箍紧螺栓，增加摩擦。,（3）双螺母 利用两螺母的对顶作用使螺栓始终受到附加拉力，致使两螺母与螺栓的螺纹间保持压紧和摩擦力。,2、机械防松（利用金属元件约束螺纹连接件，限制其相对转动，实现防松。）（1）槽形螺母与开口销 槽形螺母拧紧后，用开口销穿过螺母上的槽和螺栓端部的销孔，使螺母与螺栓不能相对转动。,（2）止退垫圈与圆螺母 将垫片的内翅嵌入螺栓（轴）的槽内，拧紧螺母后再

15、将垫圈的一个外翅折嵌入螺母的一个槽内，螺母即被锁住。,（3）串联钢丝 用低碳钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺钉串联起来，使其相互制动。使用时必须注意钢丝的穿入方向（上图正确，下图错误）。,3.其它方法防松（破坏性防松，装配后不可拆卸。）,（1）冲点 螺母拧紧后，用冲头在螺栓末端与螺母的旋合缝处打冲23个冲点。防松可靠，适用于不需要拆卸的特殊联接。,（2）粘合防松 在旋合的螺纹表面涂以粘合剂，防松效果良好，但不便拆卸。,三、螺栓组连接的结构设计,1、螺栓布置尽量对称，使结合面受力均匀，通常将结合面设计成轴对称的几何形状。,螺纹连接件通常成组使用，其中螺栓组连接最具有典型性。,在一组螺栓中，应使各

16、个螺栓均匀的承受载荷。设计螺栓组连接时，首先确定的是螺栓组连接的结构，即设计被连接件结合面的结构、形状，选定螺栓的数量和布置形式，确定螺栓连接的结构尺寸和选用防松装置等。然后分析单个螺栓所受载荷，然后进行强度计算，计算出小径d1,结构设计原则：,2、螺栓的布置应使螺栓的受力合理,3、螺栓的布置应有合理的间距、边距,要注意留有扳手扳动的必要空间，否则就无法装拆。,注：压力容器等紧密性要求高的连接，螺栓间距另有规定。,4、避免螺栓承受偏心载荷,若被联接件支承表面不平或倾斜，螺栓将受到偏心载荷作用，产生附加弯曲应力，从而使螺栓剖面上的最大拉应力可能比没有偏心载荷时的拉应力大得多。所以必须注意支承表面

17、的平整问题。凸台和凹坑都是经过切削加工而成的支承平面。对于型钢等倾斜支承面，则应采用斜垫圈。,5、同一圆周上的螺栓数目尽量取3、4、6、8等易等分的数，以便于加工。,6、同一组螺栓连接中各螺栓的直径和材料均应相同，以便于安装。,1、一般螺栓常用的材料为低碳钢和中碳钢，如Q215，Q235，35 和45等钢。2、对于承受冲击、振动或变载荷的螺纹联接件，可采用低合金钢、合金钢，如15Cr，40Cr，30CrMnsi等材料制造。3、对于特殊用途的螺纹联接件，可采用不锈钢、铜合金、铝合金等材料制造。注意：选择螺母的材料时，应使螺母材料的强度低于螺栓材料的强度。螺母便宜，所以就先牺牲它吧！,四、螺栓联接

18、件的材料,单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础，找出螺栓组中受力最大的螺栓进行计算。,根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。,设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位进行相应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d1,然后按照标准选定螺纹的公称直径（大经）d等。,螺栓联接的强度计算,一、受拉螺栓联接,1.松螺栓联接,强度条件：,设计公式：,式中s为松联接螺栓的许用拉应力（MPa）,查表,d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。,2、紧螺栓联接,只受预紧力紧螺栓联接,螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应

19、力状态。,螺栓危险界面上的拉伸应力为,螺栓危险界面上的扭转剪切应力为,对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，取fv=tanjv=0.15，简化处理的t=0.5s,.根据第四理论，可求出当量应力se为,因此，强度条件为：,即,设计公式为,受横向外载荷的紧螺栓联接,载荷与螺栓轴向垂直,靠被联接件间的摩擦力传递.螺栓受载前需预紧,受载前后受力相同.螺栓内部危险截面上既有轴向预紧力F0形成的拉应力s,又有因螺栓与螺纹牙面间的摩擦力矩T1而形成的扭转剪应力t,受力特点,螺栓预紧力,当f=0.15、Kf=1.1、m=1时，可得,此结构，要使联接不发生滑动，螺栓要承受7倍于横向外载荷的预紧力。结构笨重、不经

20、济。因此要避免这种结构，而采用新结构。,承受轴向静载荷的紧螺栓联接,载荷方向与螺栓轴向一致,螺栓受载前需预紧,受载前后受力不同.螺栓内部危险截面上同样既有拉应力s,又有扭转剪应力t.,受力特点,强度条件:,设计公式:,式中FS为螺栓受载后所受的轴向总拉力(N),通过受载前对螺栓的预紧,和受载后螺栓轴向拉力的分析,可知,这里F为单个螺栓的轴向载荷,F0为残余轴向预紧力,FS=F+F0,二、受剪切螺栓联接,受力特点：螺栓受载前后不需预紧，横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。,挤压强度条件,剪切强度条件,三、螺纹连接件的材料和许用应力,螺栓材料的许用拉应力按下表确定:,式中S为安全系数。紧

21、连接螺栓若不控制预紧力，则S大小与螺栓直径和载荷性质有关，此时设计螺栓连接时，常用试算法确定S。即先预估螺栓直径，再与计算出的螺栓直径作比较后，对S作调整和计算。,例题分析,四、提高螺栓连接强度的措施,螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，提高螺栓强度有以下几种措施：,1、改善螺纹牙间的载荷分配,内斜螺母,环槽螺母,悬置螺母,1、改善螺纹牙间载荷分配关系,加厚螺母,普通螺母,2、减小螺栓的应力变化幅度,受变载荷作用的螺栓，其应力也在一定的幅度内变动，减小螺栓刚度或增大被连接件刚度等皆可以使螺栓的应力变化幅度减小。,减小螺栓刚度的方法,a.柔性螺栓,b.弹性元件,增大被连接件刚度的方法,a.金属垫

22、片,b.密封环,3、减小应力集中,4、避免附加弯曲应力,10.6 键联接,10.6.1 键联接的类型及应用10.6.2 平键联接的强度计算,10.6 键联接,键的主要用途是将轴类零件与孔类零件在圆周向进行联接，用于传递圆周方向的运动及传递转矩。有些类型的键还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。,10.6.1 键联接的类型及应用,平键联接平键联接如图所示，平键的剖面为矩形。键的两个侧面是工作面。在工作的时候，靠键与键槽的挤压来传递运动和转矩。,图 普通平键联接,10.6.1 键联接的类型及应用,图导向平键,常用的平键有普通平键和导向平键两种。如图所示，在工作过程中，若轴上的传动零件沿轴线作相对

23、滑动，则采用导向平键能够起到导向的作用，实现轴上零件的轴向移动，构成动联接。如汽车变速箱中的滑移齿轮采用的就是导向平键。,10.6.1 键联接的类型及应用,图8.40 半圆键联接图,半圆键联接半圆键联接如图8.40所示。半圆键的侧面呈半圆形，轴上加工出的键槽也呈半圆形。与平键的工作原理一样，半圆键也是以键的两个侧面为工作面。在工作的时候，半圆键能在轴槽中能绕其几何中心摆动，可以适应轮毂上键槽底面的斜度。半圆键用于静联接，具有适应性较好，装配较为方便的优点。尤其适于锥形轴端与轮毂的联接，如图8.41所示。,10.6.1 键联接的类型及应用,8.41 锥形轴端处的半圆键联接,10.6.1 键联接的

24、类型及应用,图8.42 楔键联接,楔键联接楔键的上表面和轴毂的键槽底面均有1：100的斜度。楔键的上、下表面是工作面，与槽底没有间隙。而键的两个侧面是非工作面，与键槽的两个侧面应留有间隙，如图8.42所示。楔键分为普通楔键和钩头楔键两种，如图8.43所示。,10.6.1 键联接的类型及应用,图8.43 楔键的类型,10.6.2 平键联接的强度计算,在设计联接时候，平键的选择和计算一般应按如下步骤进行：(1)选择平键的类型。根据传动的情况和工作要求，按照各类键的结构形式和应用特点选择平键的类型。(2)确定键的截面尺寸。根据轴的直径d，从国家标准中查取键的相应的截面尺寸bh,见表11-1。,(3)

25、确定键的长度。按照轴的结构设计的结果，根据轮毂的长度L1 来确定键的长度L，并按照标准系列值选取相近的标准值。(4)校核平键联结的强度。必要时，应进行平键的强度校核。在静连接中，普通平键联结的主要失效形式是连接工作面上的压溃。实践表明，压溃一般发生在较弱的轮毂键槽的工作表面。除非有严重过载，一般不会发生键被剪断的现象。,10.6.2 平键联接的强度计算,图 普通平键联接的受力情况,普通平键联结的受力情况如图所示，假设载荷沿工作面为均匀分布，则普通平键联结的挤压强度条件为,如果键联结的强度不够，在结构允许的时候，可以适当增加轮毂的长度和键的长度，或者采用两个键相隔180布置，如图所示。考虑到载荷

26、分布的不均匀性，在双键联结的强度计算中，只能按1.5个键进行计算。,图 双键联结,10.6.3 花键联接,轴与轮毂孔周向均布的多个键齿构成的联接称为花键联接。花键齿的侧面是工作面。1.花键联接的特点由于是多齿传递载荷，所以花键联接比平键联接具有承载能力高，对轴削弱程度小，定心好和导向性能好等优点。它适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的联接。花键联接按其齿形不同，可分为矩形花键（图8.45a）、渐开线花键（图8.45b）和三角形花键（图8.45c）。2.花键连接的强度计算花键联接可以做成静联接，也可以做成动联接，静联接一般只验算挤压，而动联接一般只验算耐磨性。,10.7 花键联接,图8.45

27、花键联接的类型,10.7 销联接,销是标准件，可用于两零件之间的定位和联接。1.根据销联接的功能分类根据销联接的功能，销可分为定位销、联接销和安全销等。定位销一般不承受载荷或只能承受很小的载荷，用于固定两个零件之间的相对位置。定位销一般成对使用，并安装在两个零件接合面的对角处，以加大两销之间的距离，增加定位的精度。如图8.46所示。2.按照销的形状分类按照销的形状，销可分为圆柱销、圆锥销和开口销等。图8.47a是带槽的圆柱销，在销上加工有三条纵向沟槽，将带槽的圆锥销打入销孔之后，它的沟槽产生收缩变形，使得销与孔壁压紧，不容易松脱。,10.7 销联接,图8.46 定位销,10.7 销联接,图8.47 几种特殊形式的圆柱销,3.销联接的选择和计算 销是标准件。在设计销联接的时候，可先根据联接的结构特点和工作要求来选择销的类型和尺寸，必要时再作强度校核。定位销通常不做强度校核，其直径按结构确定。联接销的直径可按结构特点按经验确定，必要时应校核其挤压和剪切强度。当用销进行连接或定位的时候，两个零件上的销孔必须是在装配时一起加工出来的，即同时钻孔和铰孔。在工艺上，称为配作。,