太原理工大学机械零件教研室

太 原 理 工 大 学 机 械 零 件 教 研 室第 二 篇 联 接 联 接 ： 为 了 便 于 制 造 、 安 装 、 运 输 、 维 修 ， 机 器 不 可 能 被 制造 成 一 个 整 体 ， 而 是 由 许 多 零 件 、 部 件 组 成 。 要 把 这 些 零 部件 组 装 成 一 台 机 器 ， 需 要 用 一 定 的 方 式 将 它 们 联 接 起 来动 联 接 ： 机 器 工 作 时 ， 零 部 件 之 间 可 以 有 相 对 运 动 。 例 如 ： 机 械 原 理 中 ， 各 种 运 动 副 之 间 的 联 接 。静 联 接 ： 在 机 器 工 作 中 ， 不 允 许 零 部 件 之 间 存 在 相 对 运 动 的 联 接 。根 据 联 结 可否 运 动 分静 联 接 可 拆 联 接 ： 不 须 毁 坏 联 接 中 的 任 何 一 个 零 件 就 可 拆 开 的 联 接 。 例 如 ： 螺 纹 联 接 、 键 联 接 、 过 盈 联 结 。不 可 拆 联 接 ： 至 少 毁 坏 联 接 中 的 一 部 分 才 能 拆 开 的 联 接 。 例 如 ： 铆 接 、 焊 接 、 胶 接 等 根 据 工 作原 理 分 摩 擦 ： 靠 联 接 配 合 面 间 的 摩 擦 传 递 载 荷 ， 如 ： 过 盈 联 结非 摩 擦 ： 通 过 零 件 的 嵌 合 来 传 递 载 荷 。 例 如 ： 平 键共 同 作 用 ： 同 时 靠 摩 擦 和 嵌 合 传 递 载 荷 。 如 ： 楔键 第 六 章 螺 纹 联 接 基 本 要 求 及 重 点 、 难 点 螺 纹 及 螺 纹 联 接 的 基 本 知 识 ； 螺 栓 组 联 接 的 设 计 ， 包 括 单 个 螺 栓 联 接 的 拧 紧 、强 度 计 算 、 螺 栓 组 结 构 设 计 、 受 力 分 析 及 提 高 螺 栓 联 接 强 度 的 措 施 等 ； 滑 动 螺旋 传 动 的 设 计 计 算 方 法 。 基 本 要 求 : 1) 掌 握 螺 纹 的 基 本 知 识 螺 纹 的 基 本 参 数 、 常 用 螺 纹 的 种 类 、 特 性 及 其 应 用 。 2) 掌 握 螺 纹 联 接 的 基 本 知 识 螺 纹 联 接 的 基 本 类 型 、 结 构 特 点 及 其 应 用 ， 螺纹 联 接 标 准 件 ， 螺 纹 联 接 的 拧 紧 与 防 松 。 3) 掌 握 螺 栓 组 联 接 设 计 的 基 本 方 法 螺 栓 组 联 接 的 结 构 设 计 ， 受 力 分 析 ， 螺栓 联 接 的 强 度 计 算 理 论 与 方 法 。 4) 掌 握 提 高 螺 纹 联 接 强 度 的 各 种 措 施 。 5) 掌 握 滑 动 螺 旋 传 动 的 常 用 设 计 方 法 。 难 点 ： 1) 螺 纹 联 接 的 结 构 设 计 与 表 达 。 2) 受 倾 覆 力 矩 作 用 的 螺 栓 组 联 接 受 力 分 析 。 3) 复 杂 受 力 状 态 下 的 螺 栓 组 联 接 受 力 分 析 。 4) 受 预 紧 力 和 轴 向 工 作 载 荷 作 用 时 ， 单 个 螺 栓 联 接 的 螺 栓 总 拉 力 的 确 定 6.1 螺 纹 联 接 的 主 要 类 型 、 材 料 和 精 度 6.1.1 主 要 类 型 （ 螺 纹 联 结 件 一 般 为 标 准 件 、 各 种 类 型 的 特 点 见 表 6.1） 螺 栓 ： 用 于 通 孔 ， 应 用 广 泛 ， 包 括 普 通 螺 栓 （ 受 拉 ） 和 铰 制 孔 用 螺 栓 （ 受 剪 ） 两 种 双 头 螺 柱 ： 用 于 常 拆 卸 的 场 合 螺 钉 ： 用 于 被 连 接 件 之 一 较 厚 、 不 常 拆 卸 的 情 况 紧 定 螺 钉 ： 用 于 定 位 普 通 螺 栓 铰 制 孔 螺 栓 6.1.2 螺 纹 紧 固 件 的 性 能 等 级 和 材 料性 能 等 级 分 十 级 （ P101） ， 如 3.6; 4.6; 4.8等 ， 小 数 点 前 数 字 表 示Bmin/100， 点 后 数 字 为 10(Smin/Bmin)材 料 根 据 性 能 等 级 选 取 低 碳 钢 、 中 碳 钢 、 合 金 钢 等螺 母 性 能 等 级 按 螺 母 高 度 分 两 大 类 6.1.3 螺 纹 公 差 和 精 度公 差 ： 内 螺 纹 的 公 差 带 为 G和 H， 外 螺 纹 采 用 e、 f、 g、 h， G的 基 本偏 差 为 正 ， efg的 基 本 偏 差 为 负 ， 内 外 配 合 最 好 用 G/h， H/g， H/h精 度 等 级 分 精 密 (46级 )、 中 等 （ 7级 ） 和 粗 糙 （ 78级 ） 三 种 6.2 螺 栓 联 结 的 拧 紧 和 防 松 6.2.1 螺 栓 联 结 的 拧 紧拧 紧 （ 予 紧 ） 的 目 的 ： 增 强 联 结 的 紧 密 性 、 可 靠 性 ， 防 止 出 现 间 隙 ， 增 强 联 结 的 刚 性 。 对 受 拉 螺 栓 ， 还 可 提 高 螺 栓 的 疲 劳 强 度拧 紧 力 矩 的 计 算 T=T1(螺 纹 力 矩 )+T2（ 螺 母 支 撑 面 摩 擦 力 矩 ） dd dD ddvc 1.117.0tan 7.1;2.01.0 9.0,23241 002 对 普 通 螺 栓 ： 2020 30302 31 dD dDFT pc )211(32)tan(21 2020 30302 dFdD dDdddT pcv pF)(221 vptgFdT )311(25.015.0211 dFT p） （） 式 ：代 入 （ 予 紧 方 法 ： 测 力 扳 手 、 定 力 矩 扳 手例 题 ： 已 知 扳 手 力 臂 L=15d， 板 动 力 F=200N， 求 予 紧 力 F解 ： T=FL=15dFT=0.2Fd15dF=0.2FdF=15F/0.2=1.5吨 6.2.2 螺 纹 联 接 的 防 松 (表 6.2)# 螺 纹 联 接 防 松 的 实 质 在 于 限 制 螺 旋 副 的 相 对 转 动 。 以 防 止 联 接 的 松 动 影 响 正 常 工作 。 螺栓装配图开槽螺母开口销 正 确错 误 焊 住 冲 点 6.3 单 个 螺 栓 联 接 的 受 力 分 析 和 强 度 计 算 6.3.1 受 拉 螺 栓 联 接 螺 栓 为 标 准 件 ， 故 一 般 仅 仅 计 算 螺 栓 强 度 ， 螺 母 、 垫 圈 等 直 接 从 标 准 中 选定 失 效 形 式 ： 塑 性 变 形 、 断 裂 、 疲 劳 、 滑 扣 等 危 险 截 面 的 确 定 :dc=d1-H/6 1.受 拉 松 螺 栓 联 接 4F/d c2 2.受 拉 紧 螺 栓 联 接 只 受 予 紧 力 的 紧 螺 栓 联 接 （ 靠 摩 擦 力 传 递 载 荷 ） 受 予 紧 力 和 螺 纹 力 矩 共 同 作 用 ， 故 应 用 第 四 强 度 理 论 得 4x1.3F/ dc2 受 予 紧 力 和 工 作 载 荷 的 紧 螺 栓 联 接 F0F+F F0=F+F”在 受 工 作 载 荷 前 被 联 接 件 和 螺 栓 受 相 等 都 为 F,螺 栓 伸 长 量1=F/C1, 2=F/C2 受 工 作 载 荷 后 ， 在 被 联 接 件 出 现 缝 隙 前 ， 所 受 力 不 同 ， 但 伸 长 和 缩 减 增量 相 同 ， 故 可 得 ： F” =F - F（ c2/c1+c2） F =F” +F（ c2/c1+c2） F0=F +F（ c1/c1+c2）由 上 式 可 知 ， F0与 相 对 刚 度 系 数 c1/c1+c2有 关 ， 采 用 刚 度 较 大 得 被 联 接件 ， 有 助 于 减 小 F0 被 联 接 件 为 钢 铁 件 时 ， 根 据 垫 片 可 采 用 ： 金 属 0.20.3； 皮 革 0.7； 铜 皮 石 棉 0.8； 橡 胶 0.9 予 紧 力 F”应 大 大 于 ， 其 中 F无 变 化 化 时 ， F”=(0.20.6)F， 有 变 化 时F”=(0.6-1)F， 压 力 容 器 及 其 它 紧 密 联 结 F”=(1.51.8)F 强 度 计 算 公 式 ： 4x1.3F/ dc2 变 载 荷 作 用 时 ， 应 力 幅 为 主 要 因 素 ， 计 算 公 式 和 说 明 见 （ P108和 P110表6.3） 6.3.2 受 剪 螺 栓 联 接 （ 铰 制 孔 螺 栓 联 接 ） 失 效 形 式 为 剪 断 、 压 溃 等 剪 切 强 度 条 件 ： 4xFs/ md2 压 溃 强 度 条 件 ： Fsdhp 例 题 6.1 P110 6.4 螺 栓 组 联 接 的 受 力 分 析 同 一 组 螺 栓 应 尽 量 采 用 相 同 的 螺 栓 螺 栓 组 要 有 合 适 的 间 距 、 边 距 ， 要 考 虑 扳 手 空 间 方 便 装 配 螺 栓 组 受 力 分 析 的 目 标 就 是 找 出 其 中 受 力 最 大 的 螺 栓 和 载 荷 ， 然 后 应 用 单 个螺 栓 强 度 计 算 方 法 计 算 在 螺 栓 组 分 析 时 采 用 的 一 些 理 想 化 的 假 设 有 ： 被 联 结 体 为 刚 体 、 各 个 螺 栓 的 刚 度 和 予 紧 力 相 同 、 螺 栓 应 变 在 弹 性 范 围 内 6.4.1 受 轴 向 力 FQ的 螺 栓 组 联 接 工 作 载 荷 均 分 F= F Q/Z 6.4.2 受 横 向 力 FR的 螺 栓 组 联 接 用 受 拉 螺 栓 联 接 时 ， 仅 靠 予 紧 力 产 生 的 摩 擦 面 间 的 摩 擦 力 传 递 载 荷 ； F=kfFR/smz， 这 种 方 法 的 主 要 缺 点 时 予 紧 力 很 大 ， 一 般 是 横 向 载 荷 的 很多 倍 用 受 剪 螺 栓 联 接 时 ， 通 过 螺 栓 受 剪 和 螺 栓 与 被 联 接 件 挤 压 来 传 递 载荷 ;Fs=FR/z 6.4.3 受 旋 转 力 矩 T的 螺 栓 组 联 接 用 普 通 受 拉 螺 栓 联 接 时 （ 各 个 螺 栓 摩 擦 力 相 同 ） k fT= sFr1+sFr2+sFr3+.+sFrn 用 受 剪 螺 栓 联 接 时 ： T= Fs1r1+Fs2r2+Fs3r3+.+Fsnrn Fs1/r1=Fs2/r2=Fs3/r3=.=Fsn/rn 各 个 螺 栓 受 剪 力 与距 离 成 正 比 通 过 求 解 以 上 公 式 可 得 ： )711(22221 maxmax nrrr TrF受 力 最 大 螺 栓 ： 受 翻 转 力 矩 M得 螺 栓 联 接 M= F1r1+F2r2+F3r3+.+Fnrn F1/r1=F2/r2=F3/r3=.=Fn/rn各 个 螺 栓 得 变 形 量 与 距 离 成 正 比 ， 也 就 是 工 作 拉 力 与距 离 成 正 比 nrrr MRF .21 maxmax 6.5 提 高 螺 栓 联 接 强 度 的 措 施改 善 螺 纹 牙 载 荷 分 布 不 均 的 现 象 ， 第 一 圈 螺 纹 承 担 约 三 分 之 一 的 载 荷， 为 均 衡 载 荷 ， 可 以 采 用 悬 置 螺 母 、 内 斜 螺 母 、 环 槽 螺 母 、 低 弹 性模 量 螺 母 、 钢 丝 螺 套 等 （ 图 6.14,6.15,6.16）减 少 附 加 应 力 (图 6.17,6.18)减 轻 应 力 集 中 (加 大 牙 根 圆 角 半 径 )降 低 应 力 幅 ， 采 用 柔 性 螺 栓 、 保 持 被 联 接 件 的 刚 度选 择 恰 当 的 予 紧 力 并 保 持 不 减 退改 善 制 造 工 艺 、 提 高 制 造 质 量 例 题 1： 图 示 轴 承 盖 用 4个 螺 钉 固 定 于 铸 铁 箱 体 上 ， 已 知 作用 于 轴 承 盖 上 的 力 FQ 10.4kN， 螺 钉 材 料 为 Q235钢 ， 屈服 极 限 为 240Mpa， 取 剩 余 预 紧 力 F为 工 作 拉 力 的 0.4倍 ，不 控 制 预 紧 力 ， 取 安 全 系 数 为 4， 求 螺 栓 所 需 最 小 直 径 。 许 用 拉 应 力 4个 螺 钉 ， z 4， 每 个 螺 钉 的 工 作 载 荷 剩 余 预 紧 力 F 0.4F=0.42600=1040 N 故 得 螺 钉 中 总 拉 力 按 强 度 条 件 ， 螺 栓 小 径 SS MPaS 2404 60F Fz Q 2600 N104004F F F 0 2600 1040 3640 N d d F1 04 13 4 13 364060 10021( ) . . .或 c mm 例 题 2： 设 螺 栓 刚 度 为 被 联 接 件 刚 度 的 3倍 ，当 螺 栓 的 预 紧 力 为 60kN， 轴 向 工 作 载 荷 在40kN至 10kN之 间 交 替 变 化 时 ， 试 计 算 作 用在 螺 栓 上 对 应 的 拉 力 变 化 幅 值 范 围 。kN)705.62()4010(4160 )4010(360 11 121 10 CC CFCCCFF 例 题 3： 如 图 所 示 起 重 机 卷 筒 ， 钢 丝 绳 起 重 量W 60000N， 利 用 双 头 螺 柱 夹 紧 产 生 的 摩 擦力 矩 使 转 矩 由 齿 轮 传 到 卷 筒 上 。 8个 螺 柱 均 匀分 布 在 直 径 的 圆 周 上 。 联 接 件 接 触 面 摩擦 系 数 =0.12， 为 了 安 全 ， 希 望 摩 擦 力 矩 比计 算 值 大 20 ， 螺 柱 材 料 为 6.8级 ， 45钢 。 控 制 预 紧 力 ， 取 安 全 系 数 试 求 螺 柱 所需 最 小 直 径 （ 或 计 算 直 径 ） 。D1 500 mm S MPa480 SS 2 T W D 2 60000 4002 12000000 N mm SS MPaS 4802 240 F K Tz Df N 12 12 120000008 012 5002 60000. . d d F1 04 13 4 13 60000240 20342( ) . . .或 c mm 转 矩许 用 拉 应 力每 个 螺 柱 所 需 预 紧 力由 强 度 条 件 ， 螺 柱 小 径 Fmax 10kNCC12 13例 题 ： 用 绳 索 通 过 吊 环 螺 钉 起 重 ， 绳 索 受 最 大 拉 力,螺 钉 刚 度 与 被 联 接 件 刚 度 之 比， 试 求 ：1） 为 使 螺 钉 头 与 重 物 接 触 面 不 离 缝 ， 螺 钉 的 最 小 预 紧 力 ；2） 若 预 紧 力 为 10kN， 工 作 螺 钉 的 剩 余 预 紧 力 为 多 少 ？ F F CC C F 21 2 0 F CC C F CC C F 21 2 11 13 3 34 10000 7500max N F F CC C F CC C F21 2 11 110000 3 310000 34 10000 2500 maxN1） 螺 钉 头 与 重 物 接 触 面 不 离 缝 ， 应 使 剩 余 预 紧 力故 得 螺 钉 最 小 预 紧 力2） 预 紧 力 F 10 kN， 则 工 作 螺 钉 剩 余 预 紧 力 MPa06板 A用 5个 普 通 螺 钉 固 定 在 机 座 B上 ， 已 知 板 与 机 座 间 摩 擦 系 数 =0.15，防 滑 系 数 （ 可 靠 性 系 数 ） Kf=1.2， 螺 钉 许 用 应 力， 试 指 出 哪 个 螺 钉 是 危 险 螺 钉 ？ 并 按 强 度 计 算 该 螺 钉 联 接 中 螺 钉 所 需 的小 径 （ 或 计 算 直 径 ） 尺 寸 。 1） 将 力 向 形 心 简 化 ： FQ 2000N；M F Q N mm 900 2000 900 18 1052） FQ使 每 一 个 螺 钉 产 生 作 用 力 F FR Q N1 5 2000 5 400 / / M使 每 个 螺 钉 产 生 作 用 力 F M rR2 N / /( )4 18 10 4 150 30005方 向 如 图 （ 中 间 螺 钉 FR2 03） 第 2个 螺 钉 受 力 最 大 ， 为 危 险 螺 钉 ， 设 其 受 力 为 FRF F FR R1 R2 N 400 3000 3400 F K F f R 015 12 3400. . F F 27200N4）， 13 4 12. /F d 4 13 27200 6012 . /d d 1 2739 . mm end