第六章联接.ppt
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1、第二篇 联 接,动联接: 机器工作时,被联接的零件间可以有相对运动的联接。 静联接:机器工作时,被联接件间不允许产生相对运动的联接。 可拆联接:不需毁坏联接中的任一零件就可拆开的联接。 不可拆联接:至少必须毁坏联接中的某一部分才能拆开的联接。,表2 轴毂联接的比较,表3 铆接、焊接、胶接的比较,螺纹,梯形,锯齿形,第6章 螺纹联接,一、螺纹的类型和应用,牙型角,三角形,常用螺纹,三角螺纹,普通螺纹,矩形螺纹,锯齿型螺纹,梯形螺纹,管螺纹,螺纹旋向常用右旋,特殊要求时用左旋,米制锥螺纹,(1)大径d (外径):与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。,螺纹的最大直径,标准中定为公称
2、直径。,(2)小径d1(内径): 与外螺纹牙底(或内螺纹牙项)相重合的假想圆柱体的直径。,螺纹的最小直径,在强度计算中作为螺栓危险剖面的计算直径。,(3)中径d2:假想圆,该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,确定螺纹几何参数和配合性质的直径。,(4)线数n :螺纹的螺旋线数目。n 4 (5)螺距p :相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 (6)导程s :同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 s = np,(7)螺纹升角 :中圆柱上,螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。,(8)牙型角 :轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。,螺纹紧固件按机械性能分为十级: 3.6
3、 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9,点前数字为 ,点后数字为,例如 3.6 表示,根据螺栓、螺柱和螺钉的材料: 3.6低碳钢 4.66.8低碳钢或中碳钢 8.8、9.8中碳钢或低碳合金钢 10.9中碳钢、低碳或中碳合金钢 12.9合金钢,螺母 性能等级: m0.8D 4 5 6 8 9 10 12,6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度,螺栓联接:用于被联接件不太厚、装拆方便的场合。,普通螺栓联接 (受拉螺栓联接) 螺栓和孔壁有间隙孔的加工精度低 铰制孔螺栓联接(受剪螺栓联接) 螺杆与孔用过渡配合,承受轴向载荷孔需精制。 可起定位作用,1、螺栓联接,普
4、通螺栓联接,受剪螺栓联接,双头螺柱联接:适用于被联接件之一较厚、不便加工通孔,但需经常拆卸的场合或用螺钉无法安装。,2、双头螺柱联接,拧入深度: 铜或青铜:H=d 铸 铁:H=1.251.5d 铝 合 金: H=1. 52.5d,双头螺柱联接,螺钉联接:多用于受力不太大,被联接件不宜做成通孔,又不需要经常拆装的场合。,3、螺钉联接,拧入深度: 铜或青铜:H=d 铸 铁:H=1.251.5d 铝 合 金: H=1. 52.5d,螺钉联接,紧定螺钉联接 旋入被联接件的螺纹孔中,顶住另一被联接件的表面或凹坑。 固定两个零件或传递不大的力矩。,4 、紧定螺钉联接,紧定螺钉联接,标准螺纹联接件,6.2
5、螺纹联接的拧紧和防松,6.2.1螺纹联接的拧紧,预紧的目的,防止联接松脱,增强可靠性,被联接件接合面具有足够的紧密性,使接合面产生摩擦力,以承受横向载荷,F 预紧力,拧紧力矩 T:,T = T1+T2,T1 螺纹阻力矩 T2 螺母支承面摩擦阻力矩,承压面直径,T0.2 Fd,L15d,T=FL,F75F,假定F=250N,F18750N,碳素钢螺栓 F(0.60.7)SA,合金钢螺栓 F(0.50.6)SA,现需拧紧M12、强度级别为4.6的钢制螺栓,F 18990N,为防止将螺栓拧断,对于要求预紧的强度螺栓联接应严格控制其适度的预紧力,并不宜用小于M12 M16的螺栓。,控制预紧力的目的:
6、预紧力过大,会使联接超载 预紧力不足,可能导致联接失效 重要的螺栓应控制预紧力,6.2.2 螺纹联接的防松,防 松 的 原 因,1、冲击、振动或变载荷作用下,螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬时消失。,2、在高温或温度变化较大的情况下,由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松弛,使联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小。,防 松 的 根 本 问 题,防止螺纹副相对转动。,防 松 的 原 理,利用摩擦、直接锁住、破坏螺纹副关系。,一 、利用摩擦防松,1 、对顶螺母,在螺母和螺栓之间形成内力,保证摩擦力。 结构简单、使用方便 可靠性不高 用于平稳、低速、重载,2 、弹簧垫圈,弹力保持一定压力 切口尖端逆向
7、,3 、锁紧螺母,螺母末端椭圆口的弹性变形箍紧螺栓,横向压紧螺纹副,4、尼龙圈锁紧螺母,螺母末端的尼龙圈箍紧螺栓,横向压紧螺纹副,5、楔紧螺纹锁紧螺母,利用楔紧螺纹,使螺纹副纵、横压紧,二、 直接锁住,1 、开口销与六角开槽螺母,2 、止动垫圈,3 、串联钢丝,三、破坏螺纹副关系,涂胶,焊接,螺栓联接,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,工作载荷,横向工作载荷 (横向剪力),轴向工作载荷 (轴向拉力),6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算,塑性变形、断裂,轴向拉力,保证螺栓的疲劳拉伸强度。,横向剪力,压溃、剪断,保证联接的挤压强度、保证螺栓的剪切强度。,螺栓所受拉力,工作载荷,=,危险截面的强
8、度条件:,F拉力;A危险截面面积;,设计式:,dc计算直径,6.3.1 受拉螺栓联接 1、 受拉松螺栓联接(承受静载荷) 工作前螺栓不受力,工作后螺栓受拉伸载荷。,装配时要拧紧,工作载荷作用之前,螺栓已受预紧力 F作用。,普通螺栓联接,F引起的拉应力:,T1 引起的切应力:,2、受拉紧螺栓联接(承受静、变载荷),1) 只受预紧力的紧螺栓联接,螺栓受力,螺纹力矩 T1,切应力,预紧力 F,拉应力,复合应力状态,拉、扭联合作用时,按第四强度理论:,当量拉应力:,强度条件:,设计式:,螺栓虽受转矩和预紧力的联合作用,但强度计算以受拉伸进行,仅将螺栓所受的轴向拉伸载荷增大30%来考虑切应力的影响。,2
9、)受预紧力和工作载荷的紧螺栓联接,螺栓所受的总拉力:,总拉力F0 =预紧力F+工作拉力F,?,此时,联接中各零件的受力关系属静不定问题,未知力有两个:,F0 总拉力,F 剩余预紧力,须根据静力平衡方程和变形协调条件求解,F0F、F、C1、C2。,受力变形分析,螺栓,被联接件,a)图,不受力,不受力,b)图,F,F,伸长量,压缩变形量,螺栓,被联接件,c)图,承受工作载荷,FF0,FF,拉伸增量F0-F,总伸长量1+1,总压缩量2-2,压缩减量F- F,变形协调条件: 1 = 2= ,静力平衡条件: F0 = F + F,螺栓 总拉力,剩余 预紧力,轴向 外载荷,(a),(b),(c),螺栓刚度
10、: c1= F/ 1=tg 1,被联接件刚度: c2 = F/ 2 =tg 2,当c2 c1时, 相对刚度系数0, F0 F,当c2 c1时,相对刚度系数1, F0 F+F,强度条件:,注意:对于普通螺栓联接,无论联接是受横向工作载荷还是轴向工作载荷,螺栓本身总是受轴向拉力作用。,剩余预紧力应满足下列要求:,1)无特殊要求时 F =(0.20.6) F,2)变载作用时 F =(0.61.0) F,3)有紧密性要求时 F =(1.51.8) F,为了保证联接的紧密性,防止联接受载后接合面产生间隙,应使 。,铰制孔用螺栓联接,螺栓杆受挤压应力和剪切应力作用。 此类螺栓预紧力小,计算时可忽略,6.3
11、.2受剪螺栓联接,螺栓杆与孔壁之间无间隙,接触表面受挤压。 在联接结合面处,螺栓杆则受剪切。,螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为:,螺栓杆的剪切强度条件为:,式中:F螺栓所受的工作剪力,单位为N; d0螺栓剪切面的直径(可取螺栓孔直径),单位为mm; Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度,单位为mm;设计时 应使Lmin1.25d0,表6.3 受拉螺栓联接的许用应力,表6.4 受剪螺栓联接的许用应力,合理确定螺栓组的布置方式及接合面的几何形状; 使各螺栓受力均匀,便于加工、装配。,6.4 螺栓组联接的受力分析,螺栓组联接的结构设计目的:,1.联接接合面形状应和机器的结构形状相适应且设计成轴对称的简单
12、几何形状。,2.螺栓的布置应使各螺栓受力合理,受力合理,受力不合理,3.螺栓的排列应有合理的间距、边距,螺栓间距t0,4.同一分布圆上的螺栓应取偶数,便于钻孔时分度划线。同一螺栓组,螺栓材料、规格相同,5.螺母及螺栓头的支承面应光洁、平整,避免螺栓承受偏心载荷 。,采用球面垫圈,采用斜垫圈,采用凸台,采用沉头座,注意:对于螺栓组联接,应首先对螺栓组进行受力分析,找出受载最大的螺栓,然后对该螺栓进行强度计算。,假设:,1)被联接件为刚体;,2)各螺栓的拉伸和剪切刚度相同;,3)各螺栓的预紧力相同;,4)螺栓的变形在弹性范围内。,6.4.1 受轴向力FQ的螺栓组联接,单个螺栓所受轴向工作载荷:,强
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