《机械设计》课件：5联接.ppt

1、第五章第五章联接设计联接设计联联 接接可拆联接可拆联接不可拆联接不可拆联接键联接键联接、销联接、销联接、螺纹联接螺纹联接焊接、铆接、胶接焊接、铆接、胶接花键花键本章内容本章内容 5-1键和花键联接键和花键联接 键联接主要类型键联接主要类型 平键联接的强度校核平键联接的强度校核 花键联接花键联接 5-2销联接及无键联接销联接及无键联接 5-3螺纹联接设计螺纹联接设计 5-4铆接、焊接及胶接简铆接、焊接及胶接简介介 螺纹的类型及主要参数螺纹的类型及主要参数 螺旋副的受力分析、效率螺旋副的受力分析、效率和自锁和自锁 螺纹联接的基本类型和螺螺纹联接的基本类型和螺纹紧固件纹紧固件 螺纹联接的预紧和防松螺

2、纹联接的预紧和防松 螺纹联接的失效形式和设螺纹联接的失效形式和设计准则计准则 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算 螺纹联接的材料和许用应螺纹联接的材料和许用应力力键联接键联接作用：对轴上旋转零件作作用：对轴上旋转零件作周向固定周向固定，并，并传递转矩传递转矩键联接键联接平键平键半圆键半圆键斜键斜键普通平键普通平键静联接静联接导向平键（短距离）导向平键（短距离）滑键（长距离滑键（长距离 ）动联接动联接标准件标准件设计时先设计时先选择类型、尺寸选择类型、尺寸，再进行，再进行校核计算校核计算键联接的选择键联接的选择静联接静联接动联接动联接类型选择类型选择普通平键、半圆键、普通平键、半圆键、花键花键

3、导向平键、滑键导向平键、滑键尺寸选择尺寸选择根据轴径根据轴径 d 查标准，确定查标准，确定 b、h根据轮毂宽度，确定键长根据轮毂宽度，确定键长 L失效形式失效形式工作面压溃工作面压溃工作面磨损工作面磨损校核计算校核计算挤压强度挤压强度压强压强每个工作面的受力：每个工作面的受力：dTP2挤压应力：挤压应力：hldTlhPklPp4)2/(l 键的工作长度：对于键的工作长度：对于A型键型键 l = L - b 对于对于B型键型键 l = L 对于对于C型键型键 l = L - b/2强度条件强度条件静联接，防止压溃静联接，防止压溃MPahldTpp4动联接，防止磨损动联接，防止磨损MPaphldT

4、p4平键联接的校核计算平键联接的校核计算许用应力许用应力取决于键、取决于键、轴、轮毂三者中轴、轮毂三者中强度强度最弱最弱的那种材料的那种材料强度不够时：增大键强度不够时：增大键长长； 同一截面采用双同一截面采用双键联接（按键联接（按1.5个键计个键计算）算）螺纹牙型螺纹牙型三角螺纹三角螺纹普通螺纹普通螺纹矩形螺纹矩形螺纹锯齿型螺纹锯齿型螺纹梯形螺纹梯形螺纹管螺纹管螺纹管路联接管路联接一般联接一般联接传递运动或传力传递运动或传力螺纹参数螺纹参数d 螺纹大径，公称直径螺纹大径，公称直径d1 螺纹小径螺纹小径d2 螺纹中径螺纹中径p 螺距螺距 牙型角牙型角 牙侧角牙侧角螺纹参数螺纹参数n 螺纹线数螺

5、纹线数s 导程，导程，s = np 升角升角螺纹旋向螺纹旋向常用右旋，特殊要求时用左旋常用右旋，特殊要求时用左旋粗牙螺纹粗牙螺纹一般联接一般联接细牙螺纹细牙螺纹d1大、强度大、自锁性好，常用于变载大、强度大、自锁性好，常用于变载1、矩形螺纹（、矩形螺纹（ = 0o)(22221tgQddFTF = Qtg(+）摩擦角摩擦角 = arctg fFRQ+ 螺旋副的受力分析螺旋副的受力分析QFd2NRfNvs 输入功输出功)(2222tgQdtgdQ12 TQs)(tgtg增加增加效率提高效率提高当滑块等速下滑时当滑块等速下滑时QFd2RfNvs N FRQ- F = Qtg( -）QsdF2tgt

6、g)(若若，则，则 0。自锁条件：。自锁条件： 螺旋副的效率和自锁螺旋副的效率和自锁2、三角螺纹（、三角螺纹（ 0o)比较矩形螺纹和三角螺纹的受力（忽略升角比较矩形螺纹和三角螺纹的受力（忽略升角的影响）的影响）三角螺纹的摩擦力：三角螺纹的摩擦力：fNFfQfvcosQf 牙型斜角牙型斜角fv 当量摩擦系数，当量摩擦系数，vvtgffcosv 当量摩擦角当量摩擦角用用 fv、 v代替代替 f 、，得到三角螺纹的受力及效率公式：得到三角螺纹的受力及效率公式：螺纹力矩：螺纹力矩：)(221vtgQdT螺纹副效率：螺纹副效率：)(vtgtg自锁条件：自锁条件： v三角螺纹的效率与自锁三角螺纹的效率与自

7、锁三角螺纹当量摩擦角大，易三角螺纹当量摩擦角大，易自锁，用于联接。矩形、梯自锁，用于联接。矩形、梯形、锯齿形螺纹效率较高，形、锯齿形螺纹效率较高，用于传动。用于传动。预紧的目的预紧的目的 被联接件接合面具有足够的紧密性被联接件接合面具有足够的紧密性 使接合面产生摩擦力，以承受横向载荷使接合面产生摩擦力，以承受横向载荷F 预紧力预紧力拧紧力矩拧紧力矩 T：T = T1+T2T1 螺纹阻力矩螺纹阻力矩T2 螺母支承面摩擦阻力矩螺母支承面摩擦阻力矩)(22vtgdF)4( 01dDFfc).(2.0mmNdF对于对于M10M68的的普通粗牙螺纹：普通粗牙螺纹：取取 fv=tgv=0.15 fc=0.

8、15螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧 防止联接松脱，增强可靠性防止联接松脱，增强可靠性螺栓联接螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接工作载荷工作载荷横向工作载荷横向工作载荷轴向工作载荷轴向工作载荷外载方向垂直于螺栓轴线外载方向垂直于螺栓轴线外载方向平行于螺栓轴线外载方向平行于螺栓轴线用于用于轴向或横向轴向或横向工作载荷工作载荷用于用于横向横向工作载荷工作载荷单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算螺栓联接类型螺栓联接类型是否预紧是否预紧载荷类型载荷类型1普通螺栓联接普通螺栓联接否否轴向载荷轴向载荷2普通螺栓联接普通螺栓联接是是横向载荷横向载荷3普通螺栓联接普通螺栓联接

9、是是轴向载荷轴向载荷4铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接是是横向载荷横向载荷普通螺栓普通螺栓受拉受拉螺栓：螺栓杆在制有螺纹的部分被拉断螺栓：螺栓杆在制有螺纹的部分被拉断铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓受剪受剪螺栓：工作面被压溃或剪断螺栓：工作面被压溃或剪断螺栓联接的失效形式螺栓联接的失效形式松螺栓联接的计算松螺栓联接的计算螺栓所受拉力螺栓所受拉力工作载荷工作载荷=危险截面的强度条件：危险截面的强度条件：AF2141dFMPaF拉力；拉力；A危险截面面积；危险截面面积；设计式：设计式：mmFd41d1螺纹小径螺纹小径装配时要拧紧，工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力装配时要拧紧，工作载荷作用之前，螺栓已受预紧

10、力 F作用作用FFRRTT1FF螺栓受螺栓受 F和和 T1 作用作用 F引起的拉应力：引起的拉应力：AF 2141dF T1 引起的扭剪应力：引起的扭剪应力：)(212vtgdd16/311dT4/)(22112dFtgddv.50普通螺栓联接受横向工作载荷普通螺栓联接受横向工作载荷m 接合面对数接合面对数f 摩擦系数摩擦系数Kf 可靠性系数可靠性系数R 横向工作载荷横向工作载荷当当 m =1、f = 0.15、Kf = 1.2 时，时， F 8 R拉、扭联合作用时，按第四强度理论：拉、扭联合作用时，按第四强度理论：当量拉应力：当量拉应力：223e22)5 . 0(3强度条件：强度条件：MPa

11、dFe4/3.13.121设计式：设计式：预紧力预紧力F 应满足的条件？应满足的条件？摩擦力：摩擦力： m f FRKfNmfRKFf:则3 . 1mmFd3.141应使接合面摩擦力大于工作载荷应使接合面摩擦力大于工作载荷RFFFFTFFF0FFF0螺栓所受的总拉力：螺栓所受的总拉力：F0 = F+ F? 此时，联接中各零件的受力关系此时，联接中各零件的受力关系属属静不定静不定问题问题未知力有两个：未知力有两个：F0 总拉力总拉力F 残余预紧力残余预紧力须根据须根据静力平衡方程静力平衡方程和和变形协调变形协调条件条件求解求解普通螺栓联接受轴向工作载荷普通螺栓联接受轴向工作载荷FFFFFFF0F

12、FF0c0b0bcT变形协调条件：变形协调条件： b = c = 静力平衡条件：静力平衡条件： F0 = F + F螺栓螺栓总拉力总拉力残余残余预紧力预紧力轴向轴向外载荷外载荷变形变形力力力力力力变形变形b0c0b0c0FFF0FFbc(a)(b)(c)F螺栓刚度螺栓刚度: kb = F/ b0=tg b被联接件刚度被联接件刚度: kc = F/ c0 =tg cFFFkb FFkccbkFFkFFFFkkkFFcbb)1(FkkkFFFFcbb0当当kc kb时，时，相对刚度系数相对刚度系数0， F0 F反之，当反之，当kc kb时，相对刚时，相对刚度系数度系数1， F0 F+F相对刚度系数

13、相对刚度系数强度条件：强度条件：MPadFe4/3.13.1210注意：对于注意：对于普通螺栓联接普通螺栓联接，无论联接是受横向工作，无论联接是受横向工作载荷还是轴向工作载荷，螺栓本身总是载荷还是轴向工作载荷，螺栓本身总是受拉受拉力作用力作用残余预紧力残余预紧力应满足下列要求：应满足下列要求：1）无特殊要求时）无特殊要求时 F =（0.20.6) F2）变载作用时）变载作用时 F =（0.61.0) F3）有紧密性要求时）有紧密性要求时 F =（1.51.8) F螺栓杆受挤压应力和剪切应力作用。螺栓杆受挤压应力和剪切应力作用。此类螺栓预紧力小，计算时可忽略此类螺栓预紧力小，计算时可忽略强度条件

14、：强度条件：MPadmR4/20MPadRpp0d 0 螺栓杆受剪面直径螺栓杆受剪面直径 最小挤压高度最小挤压高度设计时，按上述公式分别计算出设计时，按上述公式分别计算出d 0 ，取大值，取大值铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接类型类型载荷载荷是否预紧是否预紧螺栓的受力螺栓的受力与失效形式与失效形式强度计算公式强度计算公式普通螺普通螺栓联接栓联接轴向载轴向载荷荷松螺栓联接松螺栓联接受拉螺栓：受拉螺栓：断裂断裂紧螺栓联接紧螺栓联接注意：注意：1.3倍的倍的由来由来横向载横向载荷荷铰制孔铰制孔用螺栓用螺栓联接联接受剪螺栓：受剪螺栓：剪断或工作剪断或工作面压溃面压溃 421dF cfcamfRKFdF

15、 43 . 121 FCCCFFFFdFca211021043 . 1 ppdRdmR min0204/单个螺栓强度计算单个螺栓强度计算螺栓材料和强度级别螺栓材料和强度级别许用应力许用应力小结小结 平键联接的作用是什么？工作面是哪里？平键联接的作用是什么？工作面是哪里？静联接的主要失效形式是什么？根据什么静联接的主要失效形式是什么？根据什么选择键的参数？选择键的参数？ 螺纹联接的效率与自锁。螺纹联接的效率与自锁。 螺纹联接的强度计算，特别是受轴向载荷螺纹联接的强度计算，特别是受轴向载荷或横向载荷的紧普通螺栓联接。或横向载荷的紧普通螺栓联接。作业作业 5-10 普通螺栓联接，预紧，横向载荷普通螺栓联接，预紧，横向载荷 M10，d1=8.376mm 5-15 普通螺栓联接，预紧，轴向载荷普通螺栓联接，预紧，轴向载荷dM10M12M14M16d d18.37610.10611.83513.835普通平键联接普通平键联接