机械设计_联接（PPT96页)

机械设计内容提要教学要求重点难点问题思考工程应用任何机械均由若干零件按一定方式相互联接而成。如果相连接的零件其相对位置在工作时按一定的规律进行变化，此种联接称动联接。如果相联接的零件在工作时其相对位置固定不变，此种联接称静联接。根据是否可拆卸，联接还可分为可拆联接和不可拆联接。本部分主要介绍螺纹连接。现将联接分类如下：退出总目录下一页联接类型上一页返回分目录下一页机械设计内容提要螺纹联接类型及其拧紧和防松螺栓联接的受力分析及强度计算螺栓组的结构设计及受力分析键联接的类型及结构销联接的类型及结构其它联接机械设计返回上一页下一页花键联接的类型、结构及定心方式一、螺纹螺纹的类型机械设计返回上一页下一页矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹普通螺纹管螺纹锥螺纹联接螺纹传动螺纹机械设计返回上一页下一页螺纹的参数大径d小径d1中径d2线数n螺距P导程SS=nP升角tan=S/d2牙型角二、螺纹联接的类型上一页返回分目录下一页机械设计螺纹联接的类型上一页返回分目录下一页机械设计螺纹联接的类型上一页返回分目录下一页机械设计螺纹联接的类型上一页返回分目录下一页机械设计三、螺纹联接的拧紧拧紧联接能增强联接的刚度、紧密性和防松能力。对于受拉螺栓联接，还可提高螺栓的疲劳强度；对于受剪螺栓联接，有利于增大联接中的摩擦力。但拧紧程度要适度。控制拧紧力矩常用的扳手：为防止将螺栓拧断，对于要求拧紧的强度螺栓联接应严格控制其适度的拧紧力，并不宜用小于M12~M16的螺栓。测力矩扳手定力矩扳手上一页返回分目录下一页机械设计拧紧过程==上一页返回分目录下一页机械设计由于拧紧力矩T的作用，使螺栓和被联接件之间产生预紧力F′，T=T1+T2=ktF′d一般kt=0.2则T=0.2F′d四、螺纹联接的防松防松目的：防止螺纹联接在冲击、振动、变载或温升的作用下，自动松脱。常用方法利用摩擦直接锁住破坏螺纹副上一页返回分目录下一页机械设计防松方法上一页返回分目录下一页机械设计防松方法上一页返回分目录下一页机械设计防松方法上一页返回分目录下一页机械设计返回上一页分目录防松方法下一页机械设计五、螺栓联接的受力分析及强度计算主要失效形式：受拉螺栓一螺栓杆螺纹部分发生断裂受剪螺栓一螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断设计准则保证受拉螺栓的静力或疲劳拉伸强度；保证受剪螺栓联接的挤压强度和螺栓的剪切强度。螺栓强度计算时，螺栓螺纹部分危险截面的面积要用计算直径dc，其经验公式：61HddcpH8660.1d螺纹小径，H螺纹牙形的三角形高度，普通螺纹上一页返回分目录下一页机械设计失效形式上一页返回分目录下一页机械设计1、受拉螺栓联接1）受拉松螺栓联接上一页返回分目录下一页机械设计受拉螺栓联接上一页返回分目录下一页机械设计2）只受预紧力的紧螺栓联接要平衡横向力R需要足够的预紧力F′来产生摩擦力，所需拧紧力矩：2)tan(2'1vdFT2'4cdF3116cdT5.03.1322ca由于拧紧螺栓受拉伸应力由于拧紧螺栓受扭转切应力化简得：合成后的计算应力为：强度条件为：][3.142'cdF受拉螺栓联接3）受预紧力和工作载荷的螺栓联接未拧紧螺母前：螺栓与被联接件都不受力，没有变形（图a）。拧紧螺母后：螺栓受预紧拉力F′,伸长量为δ1，被联接件受其反作用力，即预紧压力F′，压缩量为δ2（图b）。上一页返回分目录下一页机械设计联接承受工作载荷F：螺栓总拉力F0，拉力增量为F0-F′，伸长增量为△δ1；被联接件随之放松，其压力减小为残余预紧力F″，压力减量为F′-F〞，压缩减量为△δ2（图c）。根据螺栓的静力平衡条件得：F0=F+F″〞即螺栓总拉力为工作载荷与被联接件给它的残余预紧力之和。或：FCCCFF211'0螺栓总拉力为预紧力加上部分工作载荷（图a）（图b）（图c）（图d）受预紧力和工作载荷的螺栓联接上一页返回分目录下一页机械设计受预紧力和工作载荷的螺栓联接上一页返回分目录下一页机械设计受预紧力和工作载荷的螺栓联接上一页返回分目录下一页机械设计工作载荷F无变化时：F〃=（0.2~0.6）F工作载荷F有变化时：F〃=（0.6~1.0）F压力容器的紧密联接：F〃=（1.5~1.8）F，且应保证密封面的残余预紧力大于压力容器的工作压力。受预紧力和工作载荷的螺栓联接上一页返回分目录下一页机械设计为保证结合面压紧，必须保持一定的残余预紧力F〃.螺栓螺纹部分的强度条件：20314cdF.静载时的许用应力见表。受预紧力和工作载荷的螺栓联接上一页返回分目录下一页机械设计若受变载，工作载荷在F1与F2之间变化，则螺栓受力在F01与F02之间变化螺栓的拉力变幅为：21112010222cccFFFFFa强度条件：][)(2211212accaacccdFFAF[a]——螺栓变载时的许用应力幅。2、受剪螺栓联接上一页返回分目录下一页机械设计螺栓杆的剪切强度条件为：][42idRi——受剪面数；[]——螺栓许用切应力螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：][minppdhRhmin——螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度[p]——螺栓或孔的许用挤压应力受剪螺栓联接上一页返回分目录下一页机械设计受横向载荷的减载措施上一页返回分目录下一页机械设计上一页返回分目录下一页机械设计课堂小结1、螺纹联接的类型：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接、紧定螺钉联接2、螺纹联接的预紧和防松目的、常用方法、要求3、螺纹联接的强度计算受拉螺栓（松联接、紧联接、预紧后又加工作载荷）受剪螺栓上一页返回分目录下一页机械设计六、螺栓组受力分析上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组受力分析1.受轴向力的螺栓组联接上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组受力分析f——接合面磨擦系数；i——接合面数；ks——防滑系数ks=1.1～1.3用受拉螺栓联接时：fizFkFFkizfFRsRs''或2.受横向力的螺栓组联接用受剪螺栓时：假设各螺栓所受工作载荷均为FSzFFFzFRSRS或上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组受力分析螺栓组受力分析上一页返回分目录下一页机械设计上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组受力分析3.受旋转力矩的螺栓组联接（受拉螺栓）TkrfFrfFrfFsz'''21各螺栓所需要的预紧力为：)('21zsrrrfTkFri——螺栓的轴线到螺栓组对称中心的距离；ks——防滑系数。上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组受力分析上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组受力分析3.受旋转力矩的螺栓组联接（受剪螺栓）根据板的静力平衡条件得：TrFrFrFzszss2211根据变形协调条件得：zSZSSrFrFrF2211受力最大的螺栓的工作剪力为：22221maxmaxzsrrrTrF上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组受力分析上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组受力分析4.受翻转力矩的螺栓组联接根据板的静力平衡条件得：MrFrFrFzz2211根据变形协调条件得：zZrFrFrF2211受力最大的螺栓的工作载荷为：22221maxmaxzrrrMrF上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组受力分析上一页返回分目录下一页机械设计七、螺栓组的结构设计1.联接结合面形状应通常设计成轴对称的简单几何形状。上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组的结构设计2.螺栓的布置应使各螺栓受力合理。上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组的结构设计3.螺栓的排列应有合理的间距、边距。上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组的结构设计4.分布在同一圆周的螺栓数目,宜取偶数,以便在圆周上钻孔时,分度和划线。在同一圆周的螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同。螺栓间距t0上一页返回分目录下一页机械设计螺栓组的结构设计5.避免螺栓承受偏心载荷。上一页返回分目录下一页机械设计八、提高螺栓联接强度的措施改善螺纹牙上载荷分布不均上一页返回分目录下一页机械设计提高螺栓联接强度的措施改善螺纹牙受力状态的螺母结构上一页返回分目录下一页机械设计提高螺栓联接强度的措施上一页返回分目录下一页机械设计提高螺栓联接强度的措施上一页返回分目录下一页机械设计提高螺栓联接强度的措施减小螺栓刚度的措施上一页返回分目录下一页机械设计例6.1已知气缸工作压力p在0~1MPa间变化，气缸内径D2=250mm,螺栓中心分布直径D1=350mm,试设计此联接。2、计算螺栓受力求气缸盖最大载荷FQ；求螺栓工作载荷的最小值和最大值F1、F2；选定残余预紧力F”；求螺栓最大拉力F02；最小拉力F01；4、校核螺栓的疲劳强度求最大应力、最小应力应力幅校核安全系数1、试选螺栓个数和螺栓材料3、按螺栓静强度要求计算螺栓尺寸][3.14202cdF5、校核螺栓的间距上一页返回分目录下一页机械设计例题：分析螺栓受力，保证联接安全的条件1、螺栓组受力分析工作载荷轴向力P横向力H翻转力矩M=Hh-PlP作用下每个螺栓所受轴向载荷：F1=P/zM作用下左面螺栓载荷增大：Fmax=Ml1/4(l22+l12)H作用下按接合面不滑移条件知：HkPCCCzFfs)(212'螺栓所受总拉力：)(max1211'211'0FFCCCFFCCCFFPRH上一页返回分目录下一页机械设计例题：分析螺栓受力，保证联接安全的条件2、接合面的工作能力保证接合面右端不致于压碎ppWMPCCCzFA][)(1212'max保证接合面左端不产生间隙0)(1212'minWMPCCCzFAp上一页返回分目录下一页机械设计课堂小结1、单个螺栓联接的受力分析及强度计算：2、螺栓组联接的受力分析：3、螺栓组联接的结构设计作业：5-8、5-10思考：5-4受拉松螺栓、只受预紧力的螺栓、受预紧力和工作载荷的螺栓、受剪螺栓受轴向力的螺栓组、受横向力的螺栓组、受旋转力矩的螺栓组、受翻转力矩的螺栓组上一页返回分目录下一页机械设计螺纹联接小结：3、单个螺栓联接的受力分析及强度计算：4、螺栓组联接的受力分析：5、螺栓组联接的结构设计螺栓联接双头螺柱联接螺钉联接紧定螺钉联接受轴向力的螺栓组受横向力的螺栓组受旋转力矩的螺栓组受翻转力矩的螺栓组1、螺纹联接的类型受拉松螺栓只受预紧力的螺栓受预紧力和工作载荷的螺栓受剪螺栓2、螺纹联接的预紧和防松上一页返回分目录下一页机械设计螺纹联接结构分析示例：例1：试分析图示螺纹联接中结构错误上一页返回分目录下一页机械设计螺纹联接结构分析示例：例2：试比较图示几种螺钉联接布置方案a)b)c)上一页返回分目录下一页机械设计工程应用上一页返回分目录下一页机械设计工程应用桑塔纳轿车上一页返回分目录下一页机械设计工程应用机床上一页返回分目录下一页机械设计工程应用摩托车上一页返回分目录下一页机械设计工程应用飞机机翼工程应用发动机气缸上一页返回分目录下一页机械设计化工管道工程应用上一页返回分目录下一页机械设计自行车工程应用上一页返回分目录下一页机械设计锁紧螺母工程应用上一页返回分目录下一页机械设计汽车轮胎工程应用上一页返回分目录下一页机械设计上一页返回分目录下一页机械设计键联接的类型和结构键主要用于轴和轮毂零件，实现周向固定以传递转矩的轴毂联接。有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键联接的功能、分类、结构型式及应用主要类型平键联接半圆键联接楔键联接切向键联接松联接紧联接上一页返回分目录下一页机械设计平键联接平键联接：键的侧面是工作面。工作时，靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩。平键联接普通平键导向平键滑动平键动联接静联接薄型平键普通平键上一页返回分目录下一页机械设计平键联接平键键槽的加工上一页返回分目录下一页机械设计平键联接导向平键和滑键上一页返回分目录下一页机械设计平键联接平键联接具有结构简单，拆装方便、对中性较好等优点，因而得到广泛的应用。但这种键不能起轴向固定的作用。上一页返回分目录下一页机械设计半圆键联接半圆键联接轴上键槽用尺