第十章-联接详解课件

第十章第十章 连接连接10-1 10-1 螺纹参数螺纹参数按牙型：三角形、梯形、锯齿形按牙型：三角形、梯形、锯齿形按选向：左旋、右旋按选向：左旋、右旋按螺旋线数目：单线、多线按螺旋线数目：单线、多线螺纹的线数和旋向螺纹的线数和旋向d-螺纹大径螺纹大径d1 1-螺纹小径螺纹小径d2-螺纹中径螺纹中径p-螺距螺距n-线数线数S S-导程导程y y -螺纹升角螺纹升角，牙型角，牙型角-牙侧角牙侧角旋向旋向10-2 10-2 螺纹副的受力分析、效率和自锁螺纹副的受力分析、效率和自锁 圆周力：拧紧时圆周力：拧紧时松开时松开时考虑牙侧角考虑牙侧角后：后：圆周力：拧紧时圆周力：拧紧时松开时松开时自锁条件自锁条件拧紧时效率拧紧时效率：对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性联接螺纹：自锁联接螺纹：自锁管管 螺螺 纹：密封性纹：密封性传动螺纹：效率高传动螺纹：效率高调整螺纹：精度高调整螺纹：精度高起重螺纹：效率高、自锁性好起重螺纹：效率高、自锁性好螺纹的分类：螺纹的分类：按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹纹、管螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹10-3 10-3 机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹特点特点：螺纹的牙型角：螺纹的牙型角=2=60。因牙侧角。因牙侧角 大，所以当大，所以当量摩擦系数大，自锁性能好，主要用于连接。量摩擦系数大，自锁性能好，主要用于连接。大径为公称直径，同样的公称直径下，螺距大径为公称直径，同样的公称直径下，螺距最大的为粗牙，其他细牙。最大的为粗牙，其他细牙。细牙螺纹与粗细牙螺纹与粗 牙螺纹的比较牙螺纹的比较粗牙粗牙：常用：常用细牙的缺点细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。细牙细牙：自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变载：自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变载荷、薄壁零件上及微调装置中。荷、薄壁零件上及微调装置中。矩形螺纹矩形螺纹特点：特点：牙形为正方形，牙形为正方形，=0=0，所以效率高，用于传动，所以效率高，用于传动,牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。梯形螺纹梯形螺纹特点：特点：=2=2=30=30。比矩形螺纹效率略低。比矩形螺纹效率略低。牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。锯齿形螺纹锯齿形螺纹特点：特点：工作边工作边=3=3，非工作边，非工作边=30=30，便于加工。，便于加工。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。但只能用于单向传动。管螺纹管螺纹 特点：特点：用于管件连接的三角螺纹，用于管件连接的三角螺纹，=55=55 螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在1.6MPa1.6MPa以下的连接。以下的连接。圆锥管螺纹圆锥管螺纹特点：特点：螺纹均布在锥度为螺纹均布在锥度为1:161:16的管上的管上,=55=55 或或60 60 螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适用于高温、高压的连接。适用于高温、高压的连接。其它螺纹其它螺纹主要用于金属薄板的连接主要用于金属薄板的连接10-4 10-4 螺纹联接的基本类型及螺纹防松螺纹联接的基本类型及螺纹防松普通螺栓连接普通螺栓连接 螺栓和孔壁有间隙孔螺栓和孔壁有间隙孔,加工精度低。加工精度低。铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接螺杆与孔用过渡配合，螺杆与孔用过渡配合，承受横向载荷。承受横向载荷。可起定位作用。可起定位作用。一、螺纹联结的基本类型一、螺纹联结的基本类型1 1、螺栓连接螺栓连接 特点：特点：被连接件不宜做成通孔。被连接件不宜做成通孔。不宜经常拆卸。不宜经常拆卸。拧入深度：拧入深度：铜或青铜：铜或青铜：H H=d d铸铸 铁：铁：H H=1.25-1.5=1.25-1.5d d铝铝 合合 金：金：H H=1.5-2.5=1.5-2.5d d 2 2、螺钉连接螺钉连接特点：特点：被连接件不宜做成通被连接件不宜做成通孔又需要经常拆卸。孔又需要经常拆卸。拧入深度：拧入深度：铜或青铜：铜或青铜：H H=d d铸铸 铁：铁：H H=1.25-1.5=1.25-1.5d d铝铝 合合 金：金：H H=1.5-2.5=1.5-2.5d d3 3、双头螺柱连接、双头螺柱连接 4 4、紧定螺钉连接、紧定螺钉连接旋入被连接件的螺纹旋入被连接件的螺纹孔中，顶住另一被连孔中，顶住另一被连接件的表面或凹坑。接件的表面或凹坑。固定两个零件或传递固定两个零件或传递不大的力矩。不大的力矩。5 5、其它特殊结构的螺纹连接、其它特殊结构的螺纹连接地脚螺栓地脚螺栓吊环螺钉吊环螺钉T T型槽螺栓型槽螺栓二二 、标准螺纹连接件、标准螺纹连接件各种螺栓各种螺栓双头螺柱双头螺柱各种螺钉各种螺钉各种螺钉各种螺钉紧定螺钉的头部紧定螺钉的头部和末端和末端各种螺母与垫片各种螺母与垫片10-5 螺纹联结的预紧和防松1 1、预紧的作用：、预紧的作用：预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力FF的作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙的作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙或横向滑移。预紧也可以防松。或横向滑移。预紧也可以防松。2 2、控制预紧力的目的：、控制预紧力的目的：预紧力过大，会使连接超载。预紧力过大，会使连接超载。预紧力不足，可能导致连接失效。预紧力不足，可能导致连接失效。重要的螺栓应控制预紧力。重要的螺栓应控制预紧力。一、拧紧力矩拧紧螺母时的力矩和预紧力拧紧螺母时的力矩和预紧力3 3、拧紧力矩和预紧力的计算、拧紧力矩和预紧力的计算螺纹副摩擦力矩螺纹副摩擦力矩螺母与被连件摩擦力矩螺母与被连件摩擦力矩拧紧力矩拧紧力矩 当钢制螺纹当钢制螺纹M10M68时，由螺纹几时，由螺纹几何关系和摩擦系数可得：何关系和摩擦系数可得：4 4、装配时控制预紧力的方法、装配时控制预紧力的方法测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手二、二、螺纹连接的防松螺纹连接的防松1 1）摩擦防松）摩擦防松1 1、双螺母、双螺母在螺母和螺栓之间形成内在螺母和螺栓之间形成内力，保证摩擦力。力，保证摩擦力。结构简单、使用方便。结构简单、使用方便。可靠性不高。可靠性不高。用于平稳、低速、重载。用于平稳、低速、重载。2 2、弹簧垫圈、弹簧垫圈弹力保持一定压力弹力保持一定压力切口尖端逆向。切口尖端逆向。3 3、锁紧螺母、锁紧螺母镶嵌弹性环或尼龙圈挤镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中椭圆口螺母。入螺纹中椭圆口螺母。2 2）机械防松）机械防松 1 1、开口销与六角开槽螺母、开口销与六角开槽螺母2 2、止动垫圈、止动垫圈止动垫圈止动垫圈3 3、串联钢丝、串联钢丝三、三、永久防松永久防松焊接焊接 冲点冲点 涂胶涂胶10-6 10-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算一一 、松螺栓连接（不需拧紧）、松螺栓连接（不需拧紧）主要失效形式：螺栓杆拉断、剪断（铰制孔），螺纹压溃、主要失效形式：螺栓杆拉断、剪断（铰制孔），螺纹压溃、剪断，脱扣。剪断，脱扣。MPamm强度条件强度条件 或或注意：载荷单位注意：载荷单位N N二二 、紧螺栓连接、紧螺栓连接螺栓既受拉应力又受扭切应力螺栓既受拉应力又受扭切应力?拉应力拉应力剪应力剪应力螺栓的当量应力（第四强度理论）螺栓的当量应力（第四强度理论）螺栓的强度条件为：螺栓的强度条件为：MPa校核设计公式校核设计公式对于常用的对于常用的M10M68M10M68的普通螺栓的普通螺栓（1 1）普通螺栓连接普通螺栓连接靠接合面的摩擦力传靠接合面的摩擦力传递外力递外力1 1、受横向载荷的紧螺栓连接、受横向载荷的紧螺栓连接!当当 f=0.15,C=1.2,m=1时，时，F08F当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，采用套筒、键、销来承受横向载荷。采用套筒、键、销来承受横向载荷。（2 2）铰制孔螺栓连接）铰制孔螺栓连接 螺栓杆的剪切强度条件为螺栓杆的剪切强度条件为:螺栓与孔壁的挤压强度条件为螺栓与孔壁的挤压强度条件为：MPaMPa螺栓抗剪面直径，螺栓抗剪面直径，mm式中式中m 螺栓抗剪面数目螺栓抗剪面数目螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度 mm，设计时应使设计时应使螺栓的许用剪切应力，螺栓的许用剪切应力，MPa 螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，MPa2 2、受轴向工作载荷的紧螺栓连接、受轴向工作载荷的紧螺栓连接汽缸盖的连接汽缸盖的连接交变载荷下，相对刚交变载荷下，相对刚度越大，螺栓的应力度越大，螺栓的应力幅越大，对螺栓的抗幅越大，对螺栓的抗疲劳能力越不利！疲劳能力越不利！10-7 10-7 螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力10-8 10-8 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施螺栓联接承受轴向变载荷时，失效形式为螺栓杆的螺栓联接承受轴向变载荷时，失效形式为螺栓杆的疲劳断裂，多发生在应力集中处，变载荷下螺栓强疲劳断裂，多发生在应力集中处，变载荷下螺栓强度与哪些因素有关？如何改善？度与哪些因素有关？如何改善？一、降低螺栓杆交变载荷幅度一、降低螺栓杆交变载荷幅度减小螺栓刚度，增大被联接件刚度都可以减小螺栓刚度，增大被联接件刚度都可以减小相对刚度，从而减小应力幅减小相对刚度，从而减小应力幅二、改善螺纹牙间的载荷分布二、改善螺纹牙间的载荷分布均载螺母均载螺母1三、减小应力集中三、减小应力集中四、避免或减小附加应力四、避免或减小附加应力10-9 10-9 螺旋传动螺旋传动螺旋传动按其类型可分为：螺旋传动按其类型可分为：调整螺旋：如机床进给的微调螺旋调整螺旋：如机床进给的微调螺旋 传力螺旋：如千斤顶传力螺旋：如千斤顶 传导螺旋：如机床丝杠传导螺旋：如机床丝杠螺旋千斤顶螺旋千斤顶螺旋传动的应用螺旋传动的应用螺旋传动的应用螺旋传动的应用螺旋传动的应用螺旋传动的应用立式加工中心立式加工中心螺旋受力：螺旋受力：传动螺旋工作时，螺杆承受轴向载荷和转矩；螺传动螺旋工作时，螺杆承受轴向载荷和转矩；螺杆和螺母的螺纹牙承受挤压、弯曲和剪切。杆和螺母的螺纹牙承受挤压、弯曲和剪切。传动螺旋的失效形式有：传动螺旋的失效形式有：螺纹磨损螺纹磨损螺杆断裂螺杆断裂受压螺杆很长时还可能失稳受压螺杆很长时还可能失稳螺纹牙根剪断螺纹牙根剪断一、耐磨性计算一、耐磨性计算耐磨性计算主要是限制螺纹工作表面的压耐磨性计算主要是限制螺纹工作表面的压强，以防止过度磨损。强，以防止过度磨损。设螺旋的轴向载荷为设螺旋的轴向载荷为FaFa，螺母旋合高度为螺母旋合高度为H H、螺距为螺距为P P，螺，螺纹旋合圈数为纹旋合圈数为Z=H/PZ=H/P、螺纹工作高度为螺纹工作高度为h h，螺纹工作面上的，螺纹工作面上的压强为压强为 p p则螺纹的耐磨性条件为：则螺纹的耐磨性条件为：MPa若按耐磨性条件设计螺纹中若按耐磨性条件设计螺纹中径径d d2 2时，可引入系数时，可引入系数以消去以消去H Hmm对于矩形和梯形螺纹，对于矩形和梯形螺纹，h h=0.5P,=0.5P,则则对于锯齿形螺纹，对于锯齿形螺纹，h h=0.75=0.75p p,则则系数系数的值：的值：可根据螺母结构选定，可根据螺母结构选定，整体式螺母，磨损后间隙不能调整，取整体式螺母，磨损后间隙不能调整，取=1.22.5;剖分式螺母剖分式螺母:=2.53.5;对于传动精度较高时对于传动精度较高时,允许允许=4由于旋合各圈受力不均由于旋合各圈受力不均,应使应使Z 10计算出计算出d2后后,应选为标准值应选为标准值,螺纹的其它参数根据螺纹的其它参数根据d2 按标准选取。按标准选取。二、二、螺杆强度的校核螺杆强度的校核螺杆危险截面的强度条件为螺杆危险截面的强度条件为（第四强度理论）（第四强度理论）:起重螺旋起重螺旋:矩形和锯齿螺纹矩形和锯齿螺纹 梯形螺纹梯形螺纹式中式中:d1-螺杆螺纹小径螺杆螺纹小径,mm -螺杆材料许用应力螺杆材料许用应力 F-螺杆所受轴向力螺杆所受轴向力,N T-螺杆所受转矩螺杆所受转矩,N.mm三、螺杆稳定性校核三、螺杆稳定性校核细长螺杆受轴向压力时，可能失稳，其临界细长螺杆受轴向压力时，可能失稳，其临界载荷与材料、螺杆长细比有关载荷与材料、螺杆长细比有关四、螺纹牙强度的校核螺纹牙根部的剪切强度计算螺纹牙根部的剪切强度计算:10-10 10-10 滚动螺旋简介滚动螺旋简介滚动螺旋传动滚动螺旋传动特点：特点：滚动摩擦、效率高滚动摩擦、效率高克服爬行现象。克服爬行现象。原理：原理：外循环：径向尺寸大外循环：径向尺寸大内循环：本圈内循环内循环：本圈内循环一、键连接的种类一、键连接的种类1、平键联接、平键联接工作原理：工作原理：平键的两侧是工作面，上表面与轮毂键槽底平键的两侧是工作面，上表面与轮毂键槽底面间有间隙（如图），工作时靠轴槽、键及毂槽的侧面面间有间隙（如图），工作时靠轴槽、键及毂槽的侧面受挤压来传递转矩。受挤压来传递转矩。常用的平键有普通常用的平键有普通平键和导向平键。平键和导向平键。键联接主要是实现轴和轴上零件的周向固定以传递转键联接主要是实现轴和轴上零件的周向固定以传递转距距,有时还可同时实现轴向固定。有时还可同时实现轴向固定。10-11 键联接和花键联接普通平键普通平键基本结构：基本结构：普通平键用于静连接普通平键用于静连接,设计时设计时,普通平键的宽度普通平键的宽度b及高度及高度h按轴径按轴径d从标准中查得从标准中查得,长度长度L按轮毂长度从标准中按轮毂长度从标准中查得查得,但应比轮毂长略短些。但应比轮毂长略短些。A键B键C键键与轴导向平键连接导向平键连接导向平键用于动连接导向平键用于动连接导向平键连接主要失效形式是工作面的磨损导向平键连接主要失效形式是工作面的磨损起键螺孔2、半圆键连接、半圆键连接键的侧面为工作面，键的上表面与毂键的侧面为工作面，键的上表面与毂槽底面间有间隙。槽底面间有间隙。定心较好，装配方便，但键槽对轴的定心较好，装配方便，但键槽对轴的削弱较大，适用于轻载。削弱较大，适用于轻载。强度计算方法与平键相似。强度计算方法与平键相似。3、楔键连接、楔键连接楔键的上下面分别与毂和轴上的键楔键的上下面分别与毂和轴上的键槽的底面贴合，为工作面。槽的底面贴合，为工作面。定心不好，适用于低速轻载。定心不好，适用于低速轻载。二、平键连接的强度校核二、平键连接的强度校核主要失效形式主要失效形式是键、轴槽、和是键、轴槽、和毂槽三者中强度最弱的工作面毂槽三者中强度最弱的工作面被压溃。被压溃。强度条件为（挤压应力）：强度条件为（挤压应力）：MPa三、花键连接三、花键连接 花键连接由具有多个沿周向均布的凸齿的外花键和有花键连接由具有多个沿周向均布的凸齿的外花键和有对应凹槽的内花键组成。齿的侧面是工作面。花键按其齿对应凹槽的内花键组成。齿的侧面是工作面。花键按其齿型分为矩形花键和渐开线花键两种。型分为矩形花键和渐开线花键两种。优点：定心好，导向性能好，承载能力强优点：定心好，导向性能好，承载能力强外外花键花键内花键内花键齿轮内花键齿轮内花键花键可以是静联接也可以是动联接，一般只校核挤压强度和耐磨性10-12 销联接销联接用于固定零件之间的相互位置，可以传递不大的载荷。