《常用联接》PPT课件.ppt

华东交通大学专用 作者：潘存云教授,第8章 联 接(可拆联接),8.1.1 螺纹联接,8.1.2 键联接,8.1.4 销联接,8.1.3 花键联接,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,1)、螺纹的形成,1.螺纹参数,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,8.1.1 螺纹联接,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,螺纹的牙型,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,联接螺纹传动螺纹,螺旋传动,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,联接螺纹,传动螺纹,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,联接螺纹传动螺纹,圆柱螺纹圆锥螺纹,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,圆柱螺纹,圆锥螺纹,管螺纹,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,(3)中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,(1)大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。,(2)小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。,(4)螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,(5)导程S,(6)螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角,(7)牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。,牙侧角,S=nP,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P,2)螺纹的主要几何参数,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,tg=F/Fn,螺纹的拧松-螺母在F和Fa的联合作用下，顺着Fa等速向下运动。,螺纹的拧紧-螺母在F和Fa的联合作用下，逆着Fa等速向上运动。,一、矩形螺纹=0,3)螺旋副的受力分析、效率和自锁,展开中径d2 圆柱面得一斜面.,螺旋副在轴向载荷Fa作用下相对运动，可看作在中径的水平力F推动滑块(重物)沿螺纹运动,F-水平推力,Fn-法向反力,Fa-轴向载荷,F=f Fn-摩擦力,f-摩擦系数,FR-总反力,=tg-1 f-摩擦角,=f Fn/Fn,=f,定角-由材料确定,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,FR,滑块在F、FR、Fa三力作用下处于平衡状态,d2,作力多边形,得：F=Fatg(+),驱动力矩：,列出力平衡方程：,FRFa=+,FR=(1+f)Fn,Fa-阻力，F-驱动力，,当螺纹拧紧(滑块上升)时：,F-摩擦力,沿斜面朝下。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,当螺纹拧松(滑块下滑)时：,FRFa=-,滑块在F、FR、Fa三力作用下处于平衡状态,作力多边形可得：,F=Fatg(-),驱动力矩：,列出力平衡方程：,Fa-驱动力，F-阻力，,F-摩擦力,沿斜面朝上。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,若，则T为正值，其方向与螺 母运动方向相反，是阻力；,若，则T为负值或为零，如T为负值则方向相反，其方向与预先假定的方向相反，而与螺母运动方向相同，成为放松螺母所需外加的驱动力矩。,提问：当时，若没有力矩T，螺母在Fa的作用下会运动吗？,不会！,-这种现象称为自锁。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,引入参数f 和 就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。,滑块上升：,滑块下降：,非矩形螺旋的自锁条件：,对于联接螺纹必须满足自锁条件,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,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,螺旋转动一圈时，有效功为FaS,输入功为2T。,f=tg=0.1,25,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,4)机械制造常用螺纹,三角形螺纹,普通螺纹=60,管螺纹=55,普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。,粗牙螺纹应用最广。,细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高，,缺点：不耐磨易滑扣。,应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,用螺纹密封的管螺纹,普通细牙螺纹,管螺纹,非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁=55）,用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁=55）,60圆锥管螺纹,公称直径-管子的公称通径。强调与普通螺纹不同,非螺纹密封的管螺纹,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,梯形螺纹：,为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。,锯齿形螺纹:,=15,=3,螺纹的基本尺寸：,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,表 1 直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm,标记示例：M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3),M24X1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5),华东交通大学专用 作者：潘存云教授,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,表 3 梯形螺纹基本尺寸 mm,标记示例：Tr48X8(梯形螺纹，直径48，螺距8),华东交通大学专用 作者：潘存云教授,1).螺栓联接,2.螺纹联接的基本类型及标准联接件,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,2).双头螺柱联接,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,3).螺钉联接,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,4).紧定螺钉联接,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,5)标准螺纹联接件,1.螺栓、螺柱、螺钉联接件,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,2.紧定螺钉、螺母,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,3.垫圈,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,其它螺母：,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,其它螺母：,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,3.螺纹联接的预紧和防松,一般螺纹联接在装配的时候都必须拧紧，以增强联接的可靠性、紧密性和防松能力。,1)螺栓联接的预紧,对于一般联接，可凭经验来控制预紧力F0的大小，但对于重要的联接就要严格控制其预紧力。,T=T1+T2=KF0d,拧紧时扳手力矩为,T可由测力矩扳手测定!,式中K为拧紧力矩系数,可查表,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,2)螺栓联接的防松,联接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象。,螺纹联接防松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。,常用的防松方法:,摩擦防松,机械防松:,其他防松,弹簧垫圈,对顶螺母,尼龙圈锁紧螺母,开口销,带翅垫片,止动垫片,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,4.单个螺栓联接强度计算,单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。,根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。,设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。,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的公称直径（大径）d等。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,一.受拉螺栓联接,1).松螺栓联接,强度条件：,设计公式：,式中为松联接螺栓材料的许用拉应力（MPa）,d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,2).紧螺栓联接,只受预紧力的紧螺栓联接,螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的复合应力状态。,螺栓危险界面上的拉伸应力为,螺栓危险界面上的扭转剪切应力为,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，取fv=tanjv=0.17，简化处理的t=0.5s,.根据第四强度理论，可求出计算应力sca为,因此，强度条件为：,即,设计公式为:,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,受横向外载荷的紧螺栓联接(螺栓仅受预紧力),载荷与螺栓轴向垂直,靠被联接件间的摩擦力传递.螺栓受载前需预紧,受载前后受力相同.螺栓内部危险截面上既有轴向预紧力F0形成的拉应力s,又有因螺栓与螺纹牙面间的摩擦力矩T1而形成的扭转剪应力t,受力特点,螺栓预紧力,当f=0.15、c=1.2、m=1时，可得,此结构，要使联接不发生滑动，螺栓要承受8倍于横向外载荷的预紧力。结构笨重、不经济。因此要避免这种结构，而采用新结构。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,改进措施：1.采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用,2.采用无间隙的铰制孔螺栓。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,承受轴向静载荷的紧螺栓联接,载荷方向与螺栓轴向一致,螺栓受载前需预紧,受载前后受力不同.螺栓内部危险截面上同样既有拉应力s,又有扭转剪应力t.,受力特点,强度条件:,设计公式:,式中F2为螺栓受载后所受的轴向总拉力(N),通过受载前对螺栓的预紧,和受载后螺栓轴向拉力的分析,可知,这里F为单个螺栓的轴向载荷,F2 F0+F,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,加预紧力后螺栓受拉伸长b,被联接件受压缩短m,加载 F 后:,螺栓总伸长量增加为:,总拉力为：,被联接件压缩量减少为：,残余预紧力减少为：F1,很显然:F1F0 被联接件放松了,+b,m-,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,F=Fb+Fc,=(Cb+Cm),F1=F0-Fc,=F0-Cm,F2=F0+Fb,=F0+Cb,代入得：,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,二.受剪切螺栓联接,受力特点：螺栓受载前后不需预紧，横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。,挤压强度条件,剪切强度条件,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,5.螺纹联接件的材料和许用应力,1)螺纹联接件的材料,其它对螺纹有特殊要求（如防腐、耐高温）时，应选择有特殊性能的材料。,一般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215、Q235、15、35、45等,受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB等,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,螺栓材料的许用拉应力 按下式确定:,式中S为安全系数。紧联接螺栓若不控制预紧力，则S大小与螺栓直径和载荷性质有关，此时设计螺栓联接时，常用试算法确定S。即先预估螺栓直径，再与计算出的螺栓直径作比较后，对S作调整和计算。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,6.提高螺栓联接强度的措施,承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：,疲劳断裂,容易断裂部位：,一、降低螺栓总拉伸载荷的F2变化范围,轴向工作载荷F的变化范围:0 F,总拉伸载荷的F2变化范围:,Cb 如 Cm,F2变化范围,提高螺栓联接强度的措施,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,1.采用柔性结构,2.有密封要求时，采用金属薄垫片,3.或者采用O形密封圈,宜采取措施:,因密封采用软垫片将降低被联接件的刚度，这时可采用,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,二、改善螺纹牙间的载荷分布,措施:采用悬置(均载)螺母。,加厚螺母不能提高联接强度。,F=F1+F2+F3+F4+F5,F1F2F3F4F5,螺母体,假设螺母为刚体，则螺纹牙变形与普通螺木相同。但实际上螺母也是弹性体，受载也被拉长，变形螺纹牙产生回弹，从而减小两者螺距变化，使受载均匀。,10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,支承面不平,三、减小应力集中,1.增大过渡圆角,2.切制卸载槽,四、避免或减小附加应力,采用凸台或沉孔结构,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,五、采用特殊制造工艺,冷镦头部、辗压螺纹,表面处理：氰化、氮化也能提高疲劳强度。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,键联接,作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或移动。,一、键联接的类型,类型：平键、半圆键、楔键、切向键等。,1.平键联接,特点：定心好、装拆方便。,种类,普通平键,导向平键,薄型平键,滑键,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,普通平键结构,单圆头(C型),圆头(A型),方头(B型),用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。,用盘铣刀加工，轴的应力集中小。,用于轴端,普通平键应用最广。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,表10-9 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16100 GB1096-79,方头普通平键(B型):键B16100 GB1096-79,单圆头普通平键(C型):键C16100 GB1096-79,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,2.半圆键联接,优点：定心好，装配方便。因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。,缺点：对轴的削弱较大，只适 用于轻载联接。,特别适用于锥形轴端的联接。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,3.楔键联接和切向键联接,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：可传递较大转矩,只能应用于定心精度不高，载荷平稳和低速的联接。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,类型：普通楔键（圆头、平头、单圆头）、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,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,二、平键联接的强度校核,键的材料：B 370 MPa的碳素钢，常用45钢。,键的截面尺寸b、h按轴径d查表选取，长度L参照轮毂长度从标准中选取。,键的主要失效形式：压溃、磨损(动联接)、剪断。,挤压强度条件：,l=L-b,l=L,一般不会出现,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,对于导向平键联接，计算依据是磨损，应限制压强：,若强度不够时，可采用两个平键按180布置。考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时按1.5个键计算。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,8.1.3 花键联接,1.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。,制造容易最常用,用于高强度联接,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,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 600 MPa的碳素钢制造，大多进行热处理。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,销联接,作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。,类型,圆柱销,圆锥销,-经多次拆装后，定位精度会降低；,有1:50的锥度，可反复多次拆装。,拆装方便用于盲孔,螺母锁紧抗冲击,不易松动，能承受振动和变载荷,不铰孔，可多次装拆。,带槽圆柱销,装配前、后,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,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。(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。,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,螺栓联接,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,双头螺柱联接,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,螺钉联接,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,紧定螺钉联接,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,弹簧垫圈,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,对顶螺母,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,尼龙圈锁紧螺母,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,开口销,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,带翅垫片,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,止动垫片,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,冲点法,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,粘合法,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,焊点法,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,串联钢丝,华东交通大学专用 作者：潘存云教授,螺栓预紧前的受力分析,螺栓加载后的受力分析,