第7章连接.ppt

第7章 联 接,§71 螺纹联接,§72 键联接,§73 铆接,§74 焊接,第七章 联 接,在机械制造中，联接是指被联接件与联接件的组合。,被联接件有轴与轴上零件（齿轮、飞轮）、轮圈与轮心、箱体与箱盖、焊接零件中的钢板与型钢等。 联接件又称为紧固件，如螺栓、螺母、销、铆钉等。有些联接没有专门的紧固件，如过盈联接、焊接和粘接等。,联接分可拆的和不可拆的。 可拆联接：需要多次装拆而无须损坏任何零件的连接（螺纹联接、键联接、楔连接和销联接）。 不可拆联接：当拆开时必须至少要损坏联接中一个零件的连接（焊接、铆接、粘接和过盈联接等）。,1、螺纹的形成及分类,§71 螺纹联接,螺旋线一动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。,螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。,螺纹,一、螺纹及其主要参数,第七章 联 接,§71 螺 纹 联 接,螺纹联接是利用带有螺纹的零件构成的可拆联接。,（一）螺纹及其主要参数,图71所示，将一倾角为的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。,*螺旋线的形成,*螺纹的形成,取一平面图形（图72），使它沿着螺旋线运动，运动时保持此图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。 按平面图形的形状，螺纹分为三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹和半圆形螺纹等。,§71 螺 纹 联 接,（一）螺纹及其主要参数,根据螺旋线的绕行方向，分为左旋螺纹（图73b）和右旋螺纹（图73a）。最常用的是右旋螺纹。,根据螺旋线的数目，分为： 单线（图73a） 、双线（图73b） 、 三线（图73c） 或多线螺纹,螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。,螺纹按工作性质分为联接用螺纹和传动用螺纹。,联接用螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠联接；摩擦系数较大。,传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。摩擦系数较小。,§71 螺 纹 联 接,（一）螺纹及其主要参数,§71 螺 纹 联 接,（一）螺纹及其主要参数,螺纹的主要参数（图74）,大径 d（D）：公称直径 小径 d1（D1）：在强度计算时为螺杆危险截面的计算直径 中径 d2： （D2）是确定螺纹几何参数和配合性质的直径 线数 n ：螺纹螺旋线的数目 螺距 P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 导程 ：同一螺旋线上的相邻两牙中径线上对应两点间的轴向距离在S = nP 螺纹升角,牙型角：轴向截面内，螺纹牙型相邻两侧边的夹角,§71 螺 纹 联 接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,若螺旋副中承受的轴向载荷为FQ，则当螺母在螺纹上旋转时，均可视为一重量为FQ的物体沿着螺纹斜面移动（图75）,1、矩形螺纹,将矩形螺纹沿中径d2展开可得一斜面（图76a）,§71 螺 纹 联 接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,1、矩形螺纹,图中 为升角； FQ-轴向载荷； F为水平分力； FN法向力； fFN-摩擦力； f-摩擦系数； -摩擦角。,当滑块沿斜面等速上升时，由平衡条件可知,FR、F、FQ三力组成力多边形，由图得,§71 螺 纹 联 接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,1、矩形螺纹,同理，当滑块沿斜面等速下滑时（图76b），由力多边形可得,由上式可知，当时，F 0，F的方向与图76b所标方向相反，即F为驱动力。说明不加支持力F，重物在FQ的作用下不会自动下滑。在这种情况下，则称该螺纹副具有自锁作用。,效率,§71 螺 纹 联 接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,当拧紧螺母时，螺母旋转一周所需输入的功为,当升角 45。/2时，效率最高。但是过大的升角会引起加工工艺上的困难，故一般取不大于20。25。,设计：潘存云,定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：,当一定时，效率只是螺纹升角的函数，由此可以绘出效率曲线.,当一定时，在=45-/2 处效率曲线有极大值。,对于传动螺旋，一般取：,对于联接螺纹，必须取：,升角过大, 制造困难，且效率增高也不明显。,= 5.7, ,f =tan =0.1,25,2、三角螺纹的效率和自锁,§71 螺 纹 联 接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,图77，三角螺纹的运动可以看成是楔形滑块在斜槽内运动，若楔形块以等速沿垂直于图面的方向移动时，摩擦力： Ff=2fFN,三角螺纹的摩擦阻力大于矩形螺纹的摩擦阻力,§71 螺 纹 联 接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,2、三角螺纹的效率和自锁,将当量摩擦系数和当量摩擦角代入矩形螺纹中分析的公式，即可得三角螺纹中力的关系、自锁条件和效率：,§71 螺 纹 联 接,（二）螺旋副中的关系、效率和自锁,3、螺纹联接的拧紧力矩,测力矩扳手,工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。,连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。,定力矩扳手,一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。,§71 螺 纹 联 接,（三）机械制造中常用螺纹种类及标准,机械制造中常用螺纹的类型（图79）：三角螺纹（图a)、管螺纹（图b）、矩形螺纹（图c)、梯形螺纹(图d）、锯齿螺纹（图e）等。,除矩形螺纹外，其他都已标准化了。,§71 螺 纹 联 接,（三）机械制造中常用螺纹种类及标准,（1）普通螺纹(附表71普通螺纹基本尺寸）,细牙普通螺纹的抗拉强度高，联接的自锁性也比较可靠，一般适用于薄壁件及受冲击零件的连接。但不耐磨，易滑扣,不宜常装拆。,1、三角螺纹,广泛使用粗牙普通螺纹,§71 螺 纹 联 接,（三）机械制造中常用螺纹种类及标准,1、三角螺纹,（2）管螺纹,管螺纹是一种螺纹深度较浅的特殊细牙螺纹，是专门用来连接管子的。常用的管螺纹有非螺纹密封的和用螺纹密封的。它的尺寸代号为英寸表示，其公称直径为管子的孔径。,§71 螺 纹 联 接,（三）机械制造中常用螺纹种类及标准,2、矩形螺纹,矩形螺纹效率高，但精加工困难，螺纹磨损后无法补偿，螺母与螺杆对中的精度较差以及螺纹根部较弱，应用较少。,§71 螺 纹 联 接,（三）机械制造中常用螺纹种类及标准,3、梯形螺纹,梯形螺纹的效率比矩形螺纹的低，但可避免矩形螺纹的弱点，应用很广，如车床丝杆和起重螺旋。,锯齿形螺纹只适于单向传动，受力的是倾斜角为3。的一边。用于受载很大的超重螺旋和螺旋压力机。,§71 螺 纹 联 接,（三）机械制造中常用螺纹种类及标准,4、锯齿形螺纹,三角螺纹用于连接，其它种类用于传动。,§71 螺 纹 联 接,（四）螺纹联接件的主要类型,为了使螺纹联接具有一定的自锁性，联接用螺纹大多是单线的三角螺纹，螺纹升角在1.5。5。,部分联接件的基本尺寸见附表2至附表9,螺纹联接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹联接件的结构型式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。,设计：潘存云,设计：潘存云,一、 螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,基孔制过渡配合， 可承受横向载荷。,螺纹余留长度l1,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,静载荷l1=(0.30.5)d;,变载荷l1=0.75d;,冲击载荷或弯曲载荷l1 d;,铰制孔用螺栓l1 0;,螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到边缘的距离 e=d+(36) mm,用于经常拆装易磨损之处。,地脚螺栓,设计：潘存云,设计：潘存云,一、 螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,座端拧入深度H，当螺孔材料为：,双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。,钢或青铜 H=d;,铸铁 H=(1.251.5)d,铝合金 H=(1.52.5)d,螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;,钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;,参数l1 、e、a与螺栓相同,结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。,设计：潘存云,一、 螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,双头螺柱联接,紧定螺钉联接,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,六角头 圆柱头 半圆头 十字槽平圆头 沉头 开槽,平端、圆柱端、锥端,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有六十余种不同结构的螺母,0.8d,0.6d,(1.2-1.6)d,其它螺母：,其它螺母：如开槽螺母,垫圈,平垫圈,薄平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。,§71 螺 纹 联 接,（五）螺栓联接的防松装置,螺纹联接一般都能满足自锁条件不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹联接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致联接失效。,防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。按工作原理的不同，防松方法分为摩擦防松、机械防松等。此外还有一些特殊的防松方法，例如铆冲防松、在旋合螺纹间涂胶防松等。,一、 拧紧力矩,一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。,T1 克服螺纹副相对转动的阻力矩；,T2 克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；,设轴向力为Fa 或预紧力（不受轴向载荷）,fc 摩擦系数。 无润滑时取： fc =0.15,rf 支撑面摩擦半径。 rf =(dw+d0)/4,简化公式： 适用于M10M60的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15,T 0.2 Fa d,预紧应力：,=(0.50.7) s,五 螺纹联接的预紧和防松,Fa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：,通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。,总力矩：,设计：潘存云,测力矩扳手,工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。,二、 螺纹联接的防松,联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。,防松的方法,1. 利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,定力矩扳手,设计：潘存云,开口销与六 角开槽螺母,串联钢丝,2. 采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,潘存云教授研制,单耳止动垫圈,3. 其他方法防松,涂粘合剂,联接的失效形式：主要是指螺纹联接件的失效。对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。,§71 螺 纹 联 接,（六）螺栓联接的计算,螺栓联接强度计算的目的是根据强度条件确定螺栓直径，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定。,螺栓联接的强度计算主要与联接的装配情况（预紧或不预紧）、外载荷的性质和材料性能等有关。,1、松螺栓联接强度计算,螺栓联接的主要失效形式：,螺栓杆拉断,螺纹压溃或剪断,滑扣 因经常拆装,螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，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公称直径d及螺距P等。,一、松螺栓联接 装配时不须要拧紧,强度条件：,式中:d1 螺纹小径， mm,二、紧螺栓联接 装配时须要拧紧，在工作状态之前可能还 需要补充拧紧，螺栓受一定的预紧力。,力除以面积,图729,§71 螺 纹 联 接,（六）螺栓联接的计算,2、紧螺栓联接强度计算,（1）受横向载荷的螺栓联接,图730，用普通螺栓组联接。 为了使被联接件零件不出现相对滑动以及联接可靠，一般取摩擦力比外载荷F大20。图中只有一对接触面，则,f0.150.2（铸铁和钢）,螺杆同时承受拉应力及扭转切应力，而螺杆又是塑性材料，根据第四强度理论求出当量应力,切应力：,对于M10M68的普通螺纹，取d1、d2和的平均值， 并取： tan = f =0.15,得： 0.5 ,当量应力：,强度条件：,分母为抗剪 截面系数,第四强度理论,拉应力：,当联接承受较大的横向载荷F时，由于要求FS1.2Ff（f=0.2），即FS6F ，因而需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径的增加，可采用减载措施。(图731a减载键，b为减载环，螺栓只起联接压紧作用。也可用图732铰制孔用螺栓。,§71 螺 纹 联 接,（六）螺栓联接的计算,2、紧螺栓联接强度计算,（1）受横向载荷的螺栓联接,螺栓的强度条件为,§71 螺 纹 联 接,（六）螺栓联接的计算,2、紧螺栓联接强度计算,（1）受横向载荷的螺栓联接,减载装置受剪切和挤压,图732结构中,h取F的作用长度两者的小值,§71 螺 纹 联 接,例题一(p94),已知：4个普通螺栓联接 D0=180mm T=4.8×105Nmm 确定螺栓直径。,解：圆周力：,预紧力：,注意1： 查表71，由表可知， 与材料和直径有关。而直径未设计出来，故要先选材料（Q235）和假定一个直径（d=16mm)。则0.33s， s查表61。 注意2：计算出的d1要查螺纹标准附表1，取标准公称直径（d=16mm),再回头检查与前面假设是否一致。最后得结论（可采用M16螺栓）,§71 螺 纹 联 接,（2）受轴向载荷的螺栓联接,2、紧螺栓联接强度计算,（六）螺栓联接的计算,图734压力容器，其凸缘联接是受轴向载荷的螺栓联接。图735是凸缘部分的结构图。,设气体压强为p（MPa),则：,§71 螺 纹 联 接,（六）螺栓联接的计算,2、紧螺栓联接强度计算,（2）受轴向载荷的螺栓联接,螺栓在没受工作载荷F之前已受预紧力FS的作用。那么螺栓在受工作载荷F之后，所承受的总拉伸载荷F0是否等于预紧力FS与工作载荷F之和？,结论：在受轴向工作载荷的螺栓联接中，螺栓实际总拉伸载荷F0不等于预紧力FS与工作载荷F之和。 说明如下，见图736,§71 螺 纹 联 接,（2）受轴向载荷的螺栓联接,（六）螺栓联接的计算,图736a是螺母刚好拧到和被联接件相接触，但尚未拧紧。螺栓和被联接件都不受力，因而也不产生变形。 图736b是螺母已拧紧(Fs)，但尚未承受工作载荷。 螺栓受预紧力Fs的拉伸作用，其伸长量为1。 被联接件则在FS的压缩作用下，其压缩量为b。,§71 螺 纹 联 接,（2）受轴向载荷的螺栓联接,（六）螺栓联接的计算,图7385c是承受工作载荷时的情况。 螺栓承受工作载荷F后，因所受的拉力由Fs增至F0 （总拉力）而继续伸长，其伸长量增加1 ，总伸长量为1+ 1 。 被联接件被放松，其压缩变形的减小量应等于螺栓拉伸变形的增加量。因而总压缩量为b=b- 1 。而被联接件的压缩力由F0减至Fs。 Fs称为残余预紧力。,故总拉力为,§71 螺 纹 联 接,（六）螺栓联接的计算,（2）受轴向载荷的螺栓联接,图737为螺栓联接的力变形图,图737a、b为螺栓和被联接件在未受工作载荷时的力变形图。 此时，螺栓的拉力和被联接件的压缩力都等于预紧力FS，变形量分别为1、 b。两图合并为图737C,承受工作载荷后，螺栓的总伸长量等于1+ 1 ，总载荷为F0 被联接件的压缩量减为b- 1 ，压力减为Fs，称为残余预紧力。,§71 螺 纹 联 接,（六）螺栓联接的计算,（2）受轴向载荷的螺栓联接,对于重要的和要求紧密性的联接，取Fs(1.51.8)F；对于不太重要的联接，Fs0.25F；,考虑扭转应力的影响，按第四强度理论，得螺栓小径的设计式,（7-19）,§71 螺 纹 联 接,例题二 （P98）图734,已知：螺栓数为Z=8 D=300mm p=1MPa b=20mm 要求设计螺栓直径,解：计算作用在每个螺栓上的外载荷F,§71 螺 纹 联 接,例题二 图734,残余预紧力Fs(有紧密性要求） 取Fs(1.51.8)F,总拉力F0,螺栓的小径d1,§71 螺 纹 联 接,例题二 图734,注意1： 查表71，由表可知， 与材料和直径有关。而直径未设计出来，故要先选材料（35号钢正火）和假定一个直径（d=20mm)。则0.43 s， s查表61。 注意2：计算出的d1要查螺纹标准（附表1），取标准公称直径（d=20mm),再回头检查与前面假设是否一致。最后得结论（可采用8个M20螺栓）,(3)受偏心载荷的紧螺栓联接,§71 螺 纹 联 接,（六）螺栓联接的计算,图738为钩头螺栓联接 工作时螺栓受到总拉力F0，由于偏心e的关系，螺栓受到附加弯矩的作用，其弯矩等于F0e。故应避免使用钩头螺栓。,当支承表面不平、倾斜或螺母端面倾斜时，都有可能产生偏心载荷（图739a)。,被联接件的支承面应平整（图739b、c）,§71 螺 纹 联 接,(3)受偏心载荷的紧螺栓联接,（六）螺栓联接的计算,螺栓组联接的计算,§71 螺 纹 联 接,（六）螺栓联接的计算,预先规定螺栓的数目及分布； 根据联接工作情况及载荷进行分析； 找出其中受力最大的螺栓和它的工作载荷，再按单个螺栓计算方法求出所需的尺寸；其它受力小的螺栓，考虑制造及装配的方便性，也采用相同的尺寸。,§71 螺 纹 联 接,（七）螺栓的材料及许用应力,1、螺纹联接件材料,国家标准规定了螺纹联接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级，螺母的性能等级分为 7级。在一般用途的设计中，通常选用4.8级左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹联接件，要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。,常用的螺纹联接件材料为低碳钢和中碳钢Q215、Q235、35、45等碳素钢。当强度要求高时，还可采用合金钢，如15Cr、40Cr等。,螺栓的许用应力与材料、载荷性质、尺寸及装配方法等因素有关。,§71 螺 纹 联 接,（七）螺栓的材料及许用应力,2、螺栓联接件的许用应力,对于一般机器中的紧螺栓联接，可根据螺栓的公称直径和材料，从表71查出许用应力。螺栓的直径越小，许用应力越小，因易产生过载应力。在重要的场合不宜采用直径小于16mm的螺栓。,对于承受横向载荷的铰制孔螺栓或减载装置,静载荷,变载荷,将对应的许用应力降低(30%40%)和(20%30%),§71 螺 纹 联 接,(八) 螺 旋,1、螺旋传动的类型和应用,传力螺旋 传导螺旋 调整螺旋,螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为：,滑动螺旋 滚动螺旋 静压螺旋,螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递动力。,螺旋传动按其用途不同，可分为以下三种类型:,螺旋机构在机床的进给机构、起重设备、锻压机械、测量仪器、工具、 夹具、玩具及其他工业装备中有着广泛的应用。,螺旋传动常见的运动形式有：螺杆转动，螺母移动或螺母固定，螺杆 转动并移动。,传力螺旋,(八) 螺 旋,传导螺旋,(八) 螺 旋,2、滑动螺旋的结构和材料,§71 螺 纹 联 接,(八) 螺 旋,A滑动螺旋的结构,滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系。,整体螺母,组合螺母,剖分螺母,螺母结构:,B滑动螺旋的材料,螺杆的材料要有足够的强度和耐磨性。 螺杆用Q275，35，45 钢制成，螺纹可以是矩形、梯形或锯齿形的，要求有自锁性。 螺母的材料除了要有足够的强度外，还要求在与螺杆材料相配合时摩擦系数小和耐磨。螺母用铸铁(HT150、HT200)或青铜(ZCuSn5PbZn5)。,§71 螺 纹 联 接,(八) 螺 旋,3、滑动螺旋传动的设计计算,主要失效形式: 螺牙的磨损,设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距； 校核螺杆、螺母强度等。,设计方法和步骤：,A螺杆的强度计算,图740，手柄上的力矩T0等于托杯底部与螺杆端面的摩擦阻力矩T2和螺母与螺杆间螺纹阻力矩T1之和，即,§71 螺 纹 联 接,(八) 螺 旋,3、滑动螺旋传动的设计计算,A螺杆的强度计算,对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度理论求出危险截面的计算应力：,§71 螺 纹 联 接,(八) 螺 旋,3、滑动螺旋传动的设计计算,B螺杆的稳定性计算,对于长径比较大的受压螺杆，需要校核压杆的稳定性，要求螺杆的工作压力FQ要小于临界载荷Fc,（721）,临界载荷Fc与螺杆的材料、螺杆长细比 有关,为长度系数， 一般支承时 1 一端固定一端自由时2,i为螺杆危险截面惯性半径,E为螺杆的弹性模量,式（721）适用于100。,§71 螺 纹 联 接,(八) 螺 旋,3、滑动螺旋传动的设计计算,B螺杆的稳定性计算,当100时，B=370MPa的碳钢，取 Fc(304-1.12),当100时，B=470MPa的碳钢，取 Fc(461-257),当40时，不必进行压杆稳定性校核。,§71 螺 纹 联 接,(八) 螺 旋,3、滑动螺旋传动的设计计算,确定了螺杆螺纹小径d1，即可选择螺纹种类并确定各部分尺寸。 说明：梯形及锯齿形螺纹可按标准选取。 矩形螺纹未标准化，可取螺距（图741） P=d1/42H1,对有自锁性要求的螺旋传动，应校核自锁条件：,通常tg=f=0.1,§71 螺 纹 联 接,(八) 螺 旋,3、滑动螺旋传动的设计计算,螺母高度HZP Z-螺母的圈数 P-螺距,§71 螺 纹 联 接,(八) 螺 旋,3、滑动螺旋传动的设计计算,C. 耐磨性计算,滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，其强度条件：,考虑到螺纹间载荷分布的不均匀性，所以z应小于10 当螺杆材料为钢，螺母材料为铸铁时，p=4.56.0MPa 螺母材料为青铜时，p=812MPa,§71 螺 纹 联 接,(八) 螺 旋,3、滑动螺旋传动的设计计算,D螺母螺牙的强度计算,为防止沿螺母螺纹牙根部剪断，还需进行螺纹牙的剪切强度校核。,b为螺纹牙根部的宽度。对梯形螺纹，b=0.65P 对锯齿形螺纹，b=0.74P,对铸铁螺母，40Mpa； 对青铜螺母，3040Mpa；,§71 螺 纹 联 接,(八) 螺 旋,3、滑动螺旋传动的设计计算,D螺母螺牙的强度计算,螺母受到拉伸和扭转的作用，其外径D0可按下式近似计算,铸铁螺母，b4555MPa 青铜螺母，b4060MPa,螺母的台肩外径D3可取为(1.3-1.4)D0 螺母台肩的高度a可取为H/3,§72 键 联 接,键联接是一种可拆联接，多用来联接轴和轴上的转动零件（如带轮、齿轮、飞轮、凸轮等）。 键及其联接已经标准化。,（一）键联接的分类、结构型式及应用,按照在工作前键联接中是否存在预紧力，将键联接分为松联接和紧联接。,1、松联接,松联接是由平键或半圆键与轴、轮毂所组成。,§72 键 联 接,平键联接,（一）键联接的分类、结构型式及应用,1、松联接,平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙，键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，故定心性较好。,根据用途，平键又可分为 普通平键（图740） 导向平键（图741） 滑键,图741 导向平键,导向平键如变速器的滑移齿轮。 用螺钉固定，并有起键螺纹孔。 键的长度比毂的长度大，适于 轴上零件沿键轴向移动。,§72 键 联 接,普通平键与轮毂上键槽的配合较紧，属静联接。 导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松，属动联接。,普通平键应用极为广泛。 轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工（图747），轮毂上的键槽可用插削或拉削。,平键联接,§72 键 联 接,半圆键联接,键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的键槽中绕其圆心摆动， 以适应轮毂上键槽的斜度，安装方便。常用与锥形轴端与轮毂的联接。（图746）,2、紧联接,楔键联接,楔键的上、下表面为工作面，两侧面 为非工作面。键的上表面与轮毂键槽底面 均有1:100 的斜度。工作时，键的上下两 工作面分别与轮毂和轴的键槽工作面压紧， 靠其摩擦力和挤压传递扭矩。,定心较好，键槽对轴的强度削弱较大，适于轻载连接。,§72 键 联 接,切向键,由两个斜度为1:100的楔键组成。一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互成120°130°角的两个键。 键的窄面为工作面，工作面上的压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。,由于楔键打入时，产生偏心，仅用于定心精度要求不高， 载荷平稳，和低速的连接。,楔键分为普通楔键（圆头和平头、图7-44）和钩头楔键。 钩头楔键的钩头是为便于拆键用的。 钩头楔键轴端安装时，应加防护装置，以免发生事故、图7-46。,设计：潘存云,结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。,缺点：定心精度不高。,应用：只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的联接。,定心精度不高,设计：潘存云,设计：潘存云,类型：普通楔键、钩头楔键。 钩头是用来拆卸用的,在重型机械中常采用切向键一对楔键组成。,装配时将两楔键楔紧，键的窄面是工作面，所产生的压力沿切向方向分布，当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120130 。,设计：潘存云,（二）键的选择及其强度校核,§72 键 联 接,1键的尺寸选择（表72）,b×h根据轴径d由标准中查得，键的长度参考轮毂的长度确定，一般应略短于轮毂长，并符合标准中规定的尺寸系列。,平键的尺寸主要是键的截面尺寸b×h及键长L。,2平键联接的失效和强度校核,对于普通平键联接（静联接），其主要失效形式是工作面的压溃，有时也会出现键的剪断，但一般只作联接的挤压强度校核。,对于导向平键联接和滑键联接，其主要失效形式是工作面的过度磨损，通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。,表 普通平键和键槽尺寸（GB1095-79、GB1096-79）,A型,B型,C型,标记实例： 圆头普通平键(A型): 键16×100 GB1096-79,方头普通平键(B型): 键B16×100 GB1096-79,单圆头普通平键(C型) : 键C16×100 GB1096-79,b×L,设计：潘存云,§72 键 联 接,平键是根据它的剪切强度及挤压强度来验算的（图751）,2平键联接的失效和强度校核,圆周力,P-轴所传递的功率（KW) n-轴的转速（r/min) d-轴的直径（mm),挤压强度条件,§72 键 联 接,挤压强度条件,（圆头平键）,（平头平键）,（单圆头平键）,sp 为许用挤压应力（表73）,当强度不足时，可适当增加键长或采用两个键按180º布置。考虑到两个键的载荷分布不均匀性，在强度校核中可按1.5个键计算。,为许用剪应力。当用Q275或45钢时，工作情况平稳取120MPa、轻微冲击取90MPa、冲击载荷取60MPa.,(三）花键联接,§72 键 联 接,花键联接是将具有均布的多个凸齿的轴置于轮毂相应的凹槽中所构成的联接。其工作面是键齿侧。,花键联接是多齿传递载荷，故比平键联接的承载能力高，定心性和导向性好，对轴的削弱小(齿浅、应力集中小)；,花键联接一般用于定心精度要求高和载荷较大的地方。,花键加工需用专门的设备和工具，成本较高。,花键联接按齿形不同，可分为矩形花键和渐开线花键两类，且均已标准化。,轴上的花键可用成型铣刀或滚刀加工，轮毂上的花键槽可用插削或拉削。,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,三、花键联接,结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。,优点：承载能力高、对轴的削弱程度小、定心好、 导向性好。,类型：矩形花键、渐开线花键、三角形花键。,制造容易最常用,用于高强度联接,用于薄壁零件联接,设计：潘存云,静联接、动联接均可。一般只验算挤压强度和耐磨性。,设各齿压力的合力作用在平均半径rm处，取不均匀系数K=0.70.8，则矩形花键联接所能传递的扭矩为：,静联接： T = Kzhlrmp ,动联接： T = Kzhl rmp ,l为接触长度；,h为齿面工作高度；,h =(D d)/2 2C,rm=(D+d)/4,C为齿顶倒圆半径；,花键材料： B 500 Mpa的碳素钢或合金钢制造，大多进行热处理。在载荷下频繁移动，增大强度以抗磨损。,型面联接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相同轮廓的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆联接，它是无键联接的一种型式。,在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、注塑零件。要注塑出各种各样的非圆形孔是毫无困难的，故型面联接的应用获得了发展。应用较多的是带切口圆形和正六边形型面。,由于型面联接要用到非圆形孔，以前因其加工困难，限制了型面联接的应用。,一、型面联接,无 键 联 接,无 键 联 接,胀紧联接是在毂孔与轴之间装入胀紧联接 套（简称胀套），在轴向力作用下，同时胀紧 轴与毂而构成的一种静联接。,各型胀套已标准化，选用时可根据轴、毂 尺寸及传递载荷大小，从标准中选择合适的型 号和尺寸。,二、胀紧联接,当一个胀套不满足要求时，可用两个以上的胀套串联使用，此时总的额 定载荷为：,销 联 接,根据销的用途不同，一般有：定位销、联接销、安全销。,根据销的结构形式有：圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等。,销联接主要用于确定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷。也可 用于轴和轮毂或其他零件的联接。,销联接,销的材料为35、45钢（开口销为低碳钢），许用应力t=80MPa，许用 挤压应力sp与键联接的挤压应力相同。,§73 铆 接,一、概述,铆接是将铆钉穿过被联接件的预制孔中经铆合而成的联接方式。其联接部分称为铆缝。,1按接头型式分有：搭接缝、单盖板对接缝 和双盖板对接缝。,铆接具有工艺设备简单，工艺过程比较容易控制，质量稳定，铆接结 构抗振、耐冲击，联接牢固可靠等特点。因此，在承受严重冲击和振动载 荷的金属结构的联接中，如桥梁、建筑、造船、重型机械及飞机制造等工 业部门中得到应用。,2按铆钉的排数分有：单排、双排和多排。,铆缝的结构通常以下面三个方面来分类：,3按铆缝性能分有：,以强度为基本要求的强固铆缝。,要求有足够的强度和足够紧密性的强密铆缝。,要求有足够的紧密性的紧密铆缝。,铆钉有空心的和实心的两大类，且大部分都以标准化。 铆接分冷铆和热铆。,二、铆钉的主要类型,钉杆直径 d12mm 的钢制铆钉，通常是将铆钉加热后进行铆接。 钉杆直径 d10mm 的钢制铆钉和塑性较好的有色金属、轻金属及其合金 制成的铆钉一般在常温下进行冷铆。,§73 铆 接,§74 焊 接,焊接是利用局部加热(或加压)的方法使被联接件接头处的材料熔融联接成一体。,一、概述,与铆接相比较，焊接结构重量轻，节约金属材料，施工方便，生产率高， 易实现自动化，且焊接结构的成本低，应用很广。,在机械制造中最常用的是电弧焊。电弧焊是 利用焊条与焊件间产生电弧热将金属加热并熔化 的焊接方法。,焊接可分为：,电弧焊、气焊、电渣焊。,电阻焊、摩擦焊、爆炸焊。,锡焊、铜焊。,二、电弧焊缝的基本形式,焊接件经焊接后形成的结合部分叫做焊缝。电弧焊常见的焊缝有： 对接焊缝和角焊缝两类。,在机械制造中，最常用的被焊件材料是低碳钢和低合金钢(如Q215、 Q235、15、20、16Mn等) 。焊条的材料最好与被焊件的材料相同。,三、焊接件常用材料,四、 焊缝的受力及破坏形式,1对接焊缝,2搭接角焊缝,通常正面角焊缝只用来承受拉力；侧面角焊缝和混合角焊缝可用来承 受拉力或弯矩。实践证明，在静载荷作用下，搭接角焊缝的破裂通常从沿 着与垂直平分线重合的最小剖面上开始。,对接焊缝主要用来承受作用于被焊件所在平面内的拉（压）力或弯矩，对接焊缝的破坏形式是沿焊缝断裂；,§74 焊 接,§74 焊 接,1焊缝应按被焊件厚度制成相应坡口，或进行一般的侧棱、修边工艺。 在焊接前，应对坡口进行清洗整理；,五、焊接件的工艺及设计注意要点,2在满足强度条件下，焊缝的长度应按实际结构的情况尽可能地取得短 些或分段进行焊接，并应避免焊缝交叉；,3在焊接工艺上采取措施，使构件在冷却时能有微小自由移动的可能；,4焊缝在焊后应经热处理（如退火），消除残余应力；,5在焊接厚度不同的对接板件时，应使对接部位厚度一致，以利于焊缝 金属均匀熔化；,6设计焊接件时，注意恰当选择母体材料和焊条；,7合理布置焊缝及长度；,8对于那些有强度要求的重要焊缝，必须按照有关行业的强度规范进行 焊缝尺寸校核，明确工艺要求和技术条件，并在焊后仔细进行质量检验。,六、焊接在机器零件中的应用,焊接的减速箱体,焊接的齿轮结构,由于焊接具有强度高、工艺简单、因联接而增加的质量小等特点，焊接 技术的应用日益广泛。 在技术革新、单件生产、新产品试制等情况下，采用焊接制造箱体、机 架等，一般比较经济。 随着焊接技术的发展，许多零件已改变了它们的传统制造方法。一向是 铸造出的机座、机壳、大齿轮等零件，已有很大一部分改用了焊接。,§74 焊 接,本 章 重 点,(1) 了解螺纹的类型和主要参数以及螺纹联接的基本类型。 (2) 了解螺栓联接的预紧，防松和螺旋传动的特点、 类型。 (3) 掌握各种联接方式的工作原理和强度计算方法， 能根据工程实际问题正确选用相应的联接类型 并进行强度计算。,