1、机机 械械 设设 计计 基基 础础 任务一联轴器的设计 任务二螺栓的设计学习情境六 输送机轴端连接装置设计学习情境六 输送机轴端连接装置设计情境描述情境描述如图6-1所示的带式输送机传动示意图中，虚线框部分为输送机轴端连接装置。齿轮减速器输出轴与输送机滚筒主轴采用联轴器连接，两半联轴器间用螺栓组连接。图6-1 带式输送机传动示意图学习情境六 输送机轴端连接装置设计情境描述情境描述本学习情境主要解决图6-2所示的轴间连接中联轴器及螺栓的设计与选用问题。图6-2 输送机轴端连接装置任务一 联轴器的设计任务描述任务描述如图6-2所示，已知减速器输出功率P24.8 kW,输出轴的转速n2=94.5 r
2、/min，减速器输出轴直径d2=50 mm，轴头长度L2110 mm；工作机卷筒外伸轴直径d3=45 mm，轴头长度L384 mm。载荷平稳，工作中无相对位移。试选择减速器输出轴与工作机卷筒间的连接方式、联轴器的类型，确定其型号并写出标记。任务一 联轴器的设计任务分析任务分析完成本设计任务，通过对输送机传动装置中减速器输出轴的轴端联轴器的设计与选用，了解联轴器的类型、使用特点和应用场合，掌握常用联轴器的类型、型号选用和结构尺寸确定的方法。学会查阅机械设计手册或联轴器标准手册确定联轴器的型号，并能进行有关尺寸设计和正确标记联轴器。任务一 联轴器的设计知识资讯知识资讯联轴器通常用来连接两轴并在其间
3、传递运动和动力，有时也可作为一种安全装置用来防止被连接机件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。采用联轴器连接轴，机器运转时不能分离，只有在机器停止并将连接拆开后，两轴才能分离。任务一 联轴器的设计知识资讯知识资讯联轴器所连接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形及温度变化等影响，往往存在着某种程度的相对位移，如图6-3所示。因此，设计联轴器时要从结构上采取各种不同的措施，使联轴器具有补偿偏移量的性能，否则就会在轴、联轴器、轴承中引起附加载荷，导致工作情况的恶化。图6-3 联轴器所连接两轴的偏移形式任务一 联轴器的设计 联轴器的类型及应用 一、根据联轴器补偿两轴位移能力的不同可将其分为两大类，
4、即刚性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器不能补偿两轴的偏移，适用于两轴能严格对中并在工作中不发生相对位移的场合；挠性联轴器具有一定的补偿两轴偏移的能力。根据挠性联轴器补偿位移方法的不同又可将其分为无弹性元件挠性联轴器和有弹性元件挠性联轴器。任务一 联轴器的设计图6-4 普通联轴器的分类任务一 联轴器的设计 1.刚性联轴器刚性联轴器不具有补偿被连接两轴轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减振性能，但结构简单，价格便宜。只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被连接两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。在发达国家，刚性联轴器已淘汰不用。常见的刚性联轴器有套筒联轴器和凸缘联轴器。任务一 联轴器的设计（1
5、）套筒联轴器。套筒联轴器是最简单的联轴器，由连接两轴轴端的套筒和连接零件构成，其结构简单，径向尺寸小，但对两轴的轴线偏移无补偿作用，且对安装条件要求高，无缓冲吸振功能。任务一 联轴器的设计如图6-5所示，套筒联轴器由套筒和连接零件（键或销）组成，多用于两轴对中严格、低速轻载、工作平稳的场合。当用图6-5(b)所示的圆锥销做连接零件时，若按过载时圆锥销被剪断进行设计，则可用作安全联轴器。图6-5 套筒联轴器任务一 联轴器的设计（2）凸缘联轴器。凸缘联轴器是应用最广泛的一种固定式刚性联轴器。它结构简单，使用方便，传递较大转矩，装拆较方便，可以连接不同直径的两轴，也可连接圆锥形轴伸。任务一 联轴器的
6、设计如图6-6所示，凸缘联轴器由两个带凸缘的半联轴器和一组螺栓组成。这类联轴器按对中方式不同又可分为两种结构形式。图66 凸缘联轴器任务一 联轴器的设计一种形式为两半联轴器用铰制孔用螺栓对中并实现连接，如图6-6(a)所示，此种联轴器装拆较方便，且能传递较大转矩；另一种形式为有对中榫的凸缘联轴器，靠一个半联轴器的凸肩与另一个半联轴器上的凹槽相配合而对中，用普通螺栓实现连接，如图6-6(b)所示，依靠接合面间的摩擦力传递转矩，对中精度高。装拆时，轴必须做轴向移动。任务一 联轴器的设计凸缘联轴器结构简单，价格低廉，能传递较大的转矩，但不能补偿两轴线的相对位移，也不能缓冲减振，故只适用于连接的两轴能
7、严格对中、载荷平稳的场合。这种联轴器已经标准化（GB/T 58432003）。任务一 联轴器的设计 2.挠性联轴器任务一 联轴器的设计十字滑块联轴器。如图6-7所示，十字滑块联轴器由两个端面开有凹槽的半联轴器和一个两端都具有互相垂直凸块的十字滑块构成。凸牙可在凹槽中滑动，因此可补偿安装及运动时两轴间的相对位移和偏心。图6-7 十字滑块联轴器1、3半联轴器；2十字滑块任务一 联轴器的设计由于半联轴器与中间盘组成移动副，不能相对转动，故主动轴与从动轴的角速度相等。但在两轴间有偏移的情况工作时，中间盘会产生很大的离心力，因此十字滑块联轴器易磨损，适合低速、轴的刚性较大、冲击小的场合。十字轴式万向联轴
8、器。十字轴式万向联轴器的两轴线能成任意角度，而且在机器运转时，夹角发生改变后仍可正常传动。但角越大，传动效率越低，所以一般角最大不超过3545。任务一 联轴器的设计如图6-8所示，十字轴式万向联轴器结构紧凑、维护方便，广泛应用于汽车、拖拉机、组合机床等机械的传动系统中。小型十字轴式万向联轴器已标准化，设计时可按标准选用。图6-8 十字轴式万向联轴器1、3轴；2中间十字形连接件任务一 联轴器的设计这种联轴器的缺点是当主动轴角速度为常数时，从动轴的角速度并不是常数，而是在一定范围内变化，这在传动中会引起附加载荷。所以常将两个万向联轴器成对使用。任务一 联轴器的设计双万向联轴器。使用双万向联轴器时，
9、应使主、从动轴和中间轴位于同一平面内，两个叉形接头也位于同一平面内，而且使主、从动轴与连接轴所成夹角相等（见图6-9），这样才能使主、从动轴同步转动，避免动载荷的产生。图6-9 双万向联轴器的原理图示任务一 联轴器的设计（2）有弹性元件挠性联轴器。常用的有弹性元件挠性联轴器有弹性套柱销联轴器和弹性柱销联轴器等。任务一 联轴器的设计弹性套柱销联轴器。如图6-10所示，弹性套柱销联轴器的构造与凸缘联轴器相似，只是用套有弹性套的柱销代替了连接螺栓，利用弹性套的弹性变形来补偿两轴的相对位移。这种联轴器重量轻、结构简单，但弹性套易磨损，寿命较短，用于冲击载荷小、起动频繁的中小功率传动中。弹性套柱销联轴器
10、已标准化（GB/T 43232002）。图6-10 弹性套柱销联轴器1、4半联轴器；2柱销；3弹性套任务一 联轴器的设计弹性柱销联轴器。如图6-11所示，弹性柱销联轴器的结构与弹性套柱销联轴器相似，主要区别在于其用尼龙柱销代替了橡胶圈柱销。它传递转矩的能力更大，结构更简单，更换柱销方便，有一定的吸振能力，但补偿偏移量不大。一般用于轴向窜动较大、轻载、双向运转、起动频繁、转速较高的场合。图6-11 弹性柱销联轴器1、4半联轴器；2柱销；3盖板任务一 联轴器的设计 联轴器轴孔形式、轴孔键槽形式及标记方法 二、1.联轴器轴孔的主要形式及代号、轴孔键槽的主要形式及代号（GB/T 38522008）任务
11、一 联轴器的设计续 表任务一 联轴器的设计任务一 联轴器的设计续 表任务一 联轴器的设计 2.联轴器的标记方法任务一 联轴器的设计J型轴孔，B1型键槽，d=22 mm，L=38 mm，如图6-12所示。图6-12 联轴器的标记方法任务一 联轴器的设计 联轴器的选择 三、常用联轴器多已标准化，选用时，首先应根据工作条件选择合适的类型，然后再按转矩、轴径及转速选择联轴器的型号、尺寸，必要时应对个别薄弱零件进行强度核算。任务一 联轴器的设计 1.类型选择根据机器的使用要求和工作条件选择合理的类型。如果要求两轴能精确对中、轴本身刚性较好，可选用凸缘联轴器；对中困难，轴的刚性差时，可选用具有补偿偏移能力
12、的联轴器；两轴成一定夹角时，可选用十字轴式万向联轴器；转速高，要求能吸振和缓冲的，可采用弹性联轴器。由于类型选择涉及因素较多，一般要参考以往使用联轴器的经验进行选择。任务一 联轴器的设计 1.型号（尺寸）选择类型确定以后，根据轴的直径、工作转矩和转速查机械设计手册或有关标准选择具体的型号、尺寸。选择时应满足：计算转矩不超过联轴器的公称转矩；工作转速不超过联轴器的许用最高转速；轴径在所选型号的孔径范围内。联轴器的计算转矩可按下式计算：TC=KT （6-1）任务一 联轴器的设计式中，TC为轴的计算转矩，Nm；K为工况系数，见表6-3；T为轴的名义转矩，Nm；P为联轴器传递的功率，kW；n为联轴器的
13、转速，r/min。任务一 联轴器的设计 任务实施 1.类型选择带式输送机载荷平稳，无冲击，减速器输出轴刚性好，转速低，传递转矩大，工作过程中无相对位移，所以可以选择刚性联轴器。本任务选择最常用的凸缘联轴器。任务一 联轴器的设计 2.型号选择已知P2=4.8 kW，n2=94.5 r/min，查表6-3得到工况系数K=1.5，根据式（6-1）、式（6-2）得根据机械设计手册选GYS6型凸缘联轴器，见表6-4。任务一 联轴器的设计续 表任务一 联轴器的设计轴孔直径d范围为4050 mm，轴孔长度L112 mm，而减速器输出轴直径d2=50 mm，轴头长度L2110 mm，工作机卷筒外伸轴直径d3=
14、45 mm，轴头长度L384 mm，符合使用要求。任务一 联轴器的设计 3.校核转矩和转速 TCTn（公称转矩）=900 Nm n=94.5 r/minn=6 800 r/min 可知满足使用要求。任务一 联轴器的设计 4.联轴器标记任务一 联轴器的设计 任务总结任务一 联轴器的设计 任务总结任务一 联轴器的设计 任务总结任务一 联轴器的设计 任务总结任务一 联轴器的设计 任务总结任务一 联轴器的设计知识拓展知识拓展离合器的基本知识离合器用来连接两轴，使其一起转动并传递转矩，在机器运转过程中可以随时进行接合或分离。通常用于机械传动系统的起动、停止、换向及变速等操作。另外，离合器也可用于过载保护
15、等。离合器工作可靠，接合平稳，分离迅速而彻底，动作准确，调节和维修方便，结构简单。离合器的种类很多，按实现两轴接合和分离的操作手段可分为操纵离合器、自动离合器；按离合的工作原理可分为牙嵌式离合器、摩擦式离合器等。这里只介绍几种常见离合器。任务一 联轴器的设计1.牙嵌式离合器 牙嵌式离合器是由两个端面带牙的套筒所组成的。如图6-13所示，半离合器紧配在轴上，半离合器可以沿导向平键在另一根轴上移动。利用操纵杆移动拨叉可使两个半离合器接合或分离。为便于对中，装有对中环。图6-13 牙嵌式离合器任务一 联轴器的设计牙嵌式离合器结构简单，外廓尺寸小，连接后两轴不会发生相对滑转，能传递较大的转矩，故应用较
16、多。但牙嵌离合器只宜在两轴不回转或转速差很小时进行接合，否则牙齿可能因受撞击而折断。2.摩擦式离合器 摩擦式离合器是利用主、从动半离合器摩擦盘接触面间的摩擦力传递转矩。为提高传递转矩的能力，通常采用多盘摩擦式离合器。它能在不停车或两轴有较大转速差时进行平稳接合，而且可在过载时因摩擦盘间打滑而起到过载保护作用。任务一 联轴器的设计图6-14 多盘摩擦式离合器1主动轴；2外鼓轮；3从动轴；4套筒；5外摩擦盘；6内摩擦盘；7滑环；8曲臂压杆；9调节螺母；10压板任务一 联轴器的设计3.超越离合器 超越离合器是利用主动件和从动件的转速变化或回转方向变换而自动接合和脱开的一种离合器。当主动件带动从动件一
17、起转动时，称为接合状态；当主动件和从动件脱开以各自的速度回转时，称为超越状态。超越离合器有滚珠式、楔块式等多种形式，主要用于速度转换、防止逆转、间歇运动等。任务一 联轴器的设计图6-15所示为一种滚柱超越离合器，它由星轮、外圈、滚柱、顶杆和弹簧组成，星轮和外圈都可以做主动件。现在以星轮做主动件来分析，当星轮顺时针转动时，滚柱就楔紧在槽内，带动外圈一起转动，离合器接合；当星轮逆时针转动时，滚柱退入宽槽部位，外圈则不动，离合器分离。若外圈为主动件时，情况正好相反。图6-15 滚柱超越离合器1星轮；2外圈；3滚柱；4顶杆；5弹簧 任务一 联轴器的设计超越离合器常用于汽车、机床等的传动装置中。这种离合
18、器接合平稳，但传递转矩较小，寿命以接合次数计，可达5106次，超越时极限转速可达1 0003 000 r/min。任务一 联轴器的设计知识拓展知识拓展制动器的基本知识 制动器是用来降低机械的运转速度或迫使机械停止运转的机械装置。大多数制动器采用的是摩擦制动方式。它广泛应用在机械设备的减速、停止和位置控制的过程中。下面介绍两种常见的基本结构形式。任务一 联轴器的设计1.盘式制动器 盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘，称为制动盘。盘式制动器又称碟式制动器，主要由制动盘、制动钳、制动摩擦片、分泵、油管等部分构成。盘式制动器通过液压系统把压力施加到制动钳上，使制动摩擦片与随车轮转动的制
19、动盘发生摩擦，从而达到制动的目的，如图6-16所示。盘式制动器散热快，重量轻，构造简单，调整方便，特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，能够在冬季和恶劣路况下行车。任务一 联轴器的设计图6-16 盘式制动器任务一 联轴器的设计2.鼓式制动器 鼓式制动器是利用制动传动机构使制动蹄将制动摩擦片压紧在制动鼓内侧，从而产生制动力，根据需要使车轮减速或在最短的距离内停车，以确保行车安全，并保障汽车停放可靠而不能自动滑移。如图6-17所示。鼓式制动器不是敞开式的，制动过程中产生的热量不能很快散去，制动效能不如盘式制动器。图6-17 鼓式制动器任务二 螺栓的设计任务描述任务描述如图6-
20、2所示为GYS6型凸缘联轴器。已知联轴器螺栓材料选用35钢，力学性能等级为4.8级，螺栓中心分布在直径为120 mm的圆周上，且安装时不控制预紧力，传递的转矩为728 Nm（静载荷），两半联轴器间的摩擦系数f=0.15，连接的安全系数C=1.2。确定连接螺栓的规格。任务二 螺栓的设计任务分析任务分析完成本设计，需要掌握螺纹连接的相关知识，正确查阅机械设计手册，并能熟练进行螺栓组的简单选用与计算。普通螺栓连接的失效形式一般为螺栓杆的螺纹部分的塑性变形或断裂，所以一般进行拉伸强度计算。该设计任务需要根据强度条件计算螺栓直径，再根据各连接件的厚度确定螺栓的长度。任务二 螺栓的设计知识资讯知识资讯在机
21、械制造中，螺纹连接是应用最广泛的一种可拆连接。它具有结构简单、拆装方便、工作可靠等优点。绝大多数螺纹紧固件已标准化，并由专业工厂大批量生产，故其质量可靠、价格低廉、供应充足。螺纹是在圆柱表面上并沿螺旋线切制出具有相同截面（三角形、梯形、锯齿形等）的连续凸起和沟槽而形成的。加工在零件外表面的螺纹称为外螺纹，加工在零件内表面的螺纹称为内螺纹。把内、外螺纹旋合在一起，可起到连接作用。任务二 螺栓的设计 螺纹的类型 一、（1）按螺旋线的旋向，螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹，如图6-18所示，一般采用右旋螺纹。（2）按螺旋线的数目，螺纹可分为单线螺纹见图6-18（a）和多线螺纹沿两条或两条以上等距螺旋线形成
22、的螺纹，见图6-18（b）。单线螺纹自锁性能好，常用于连接；多线螺纹常用于传动。图6-18 单线左旋螺纹和多线右旋螺纹任务二 螺栓的设计（3）按母体的形状，螺纹可分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。（4）按螺纹牙型断面形状的不同，螺纹可分为普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和管螺纹等，如图6-19所示。图6-19 螺纹牙型任务二 螺栓的设计 常用螺纹 二、（1）普通螺纹的牙型为等边三角形，内外螺纹旋合后留有径向间隙。同一公称直径按螺距大小，可分为粗牙和细牙。细牙螺纹螺距小，自锁性能较好，强度高，但不耐磨。一般连接多用粗牙螺纹，细牙螺纹常用于细小零件、薄壁管件或受冲击、振动和变载荷的连接中。（2）矩形
23、螺纹的牙型为正方形，其传动效率较其他螺纹高，但牙根强度低，螺旋副磨损后的间隙难以补偿，使传动精度降低，目前已逐渐被梯形螺纹所代替。任务二 螺栓的设计（3）梯形螺纹的牙型为等腰梯形，传动效率略低于矩形螺纹，但加工容易，对中性好，牙根强度高，采用剖分螺母时，磨损后的轴向间隙可以调整，是广泛应用的一种传动螺纹，如车床丝杠等。（4）锯齿形螺纹的牙型为非等腰梯形，它兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点，但只能用于单向受力的螺纹连接和螺旋传动中，如螺旋压力机。（5）管螺纹属于英制螺纹，牙型为等腰三角形，牙型角=55，公称直径为管子的内径。管螺纹可分为圆柱管螺纹和圆锥管螺纹。前者用于低压场合，后
24、者用于高温高压或密封性要求较高的管连接。任务二 螺栓的设计 螺纹的主要几何参数 三、图6-20 螺纹的主要几何参数任务二 螺栓的设计（2）小径d1。小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱或圆锥的直径。（1）大径d。大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱或圆锥的直径。标准规定它为公称直径。（3）中径d2。中径是指牙型上沟槽和凸起宽度相等处的假想圆柱或圆锥的直径，是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。任务二 螺栓的设计（5）导程S。导程是指同一条螺旋线上最邻近的两同名牙侧与中径线相交两点间的轴向距离。设螺旋线数为n，则S=nP。（4）螺距P。螺距是指相邻两牙体上的对应牙侧与中径线相交
25、两点间的轴向距离。（6）螺纹升角。螺纹升角是指在中径圆柱或中径圆锥上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线平面间的夹角。任务二 螺栓的设计（7）牙型角、牙侧角。牙型角是指在螺纹牙型上两相邻牙侧间夹角，牙侧角是指牙型侧边与垂直于螺纹轴线平面间的夹角，对称牙型则有=/2，如图6-19所示。图6-19 螺纹牙型任务二 螺栓的设计 螺纹连接的基本类型 四、1.螺栓连接螺栓连接是将螺栓穿过被连接件上的光孔并用螺母锁紧。螺栓连接无须在被连接件上切制螺纹孔，结构简单，装拆方便，易于更换，应用广泛，适用于两个零件都不太厚并能钻成通孔的场合。螺栓连接分为普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接。任务二 螺栓的设计（1）普通螺栓连
26、接。由于普通螺栓连接中孔和杆之间留有间隙，可以补偿各孔之间的位置误差，且加工简单，装拆方便，故得到广泛的应用，如图6-21（a）所示。图6-21 螺栓连接的基本类型 任务二 螺栓的设计（2）铰制孔用螺栓连接。铰制孔用螺栓连接多采用基孔制过渡配合，螺杆与通孔加工精度高。由于孔与杆之间是过渡配合，具有定位作用，可以承受横向载荷，但是加工成本高，如图6-21(b)所示。任务二 螺栓的设计 2.双头螺柱连接双头螺柱连接时，一个被连接件上制有螺纹孔，其他被连接件上则为通孔。这种连接主要用于被连接件较厚或受到空间位置尺寸限制，而又需要经常拆卸的情况。拆卸时，只需要把螺母拧下即可，而螺柱留在原位，以免因多次
27、拆卸使内螺纹损坏（磨损失效），如图6-21（c）所示。任务二 螺栓的设计 3.螺钉连接螺钉连接是在一个被连接件上加工有螺纹孔，装配时螺钉直接拧入螺纹孔中，不需要螺母。这种连接主要用在空间位置受到限制，而且连接不需要经常拆卸的场合，如图6-21(d)所示。任务二 螺栓的设计 4.紧定螺钉连接紧定螺钉连接主要用来固定被连接件的相对位置及传递扭矩。通常为防止轴向窜动加设紧定螺钉，如图6-21(e)所示。任务二 螺栓的设计此外，还有吊环螺钉连接（见图6-22）和地脚螺栓连接（见图6-23）。吊环螺钉安装在机器外壳上，便于起吊、运输。地脚螺栓把机座固定在混凝土基础上，其埋入基础的一端具有特殊的形状。图6
28、-22 吊环螺钉连接图6-23 地脚螺栓连接任务二 螺栓的设计 标准螺纹连接件 五、螺纹连接件品种繁多，已标准化，按加工精度分为A、B、C三个等级（加工精度依次降低），使用时可按标准选择。常见的螺纹连接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫圈等，如图6-24所示。图6-24 常见的螺纹连接件任务二 螺栓的设计 螺纹连接的应用 六、一般情况下，大多数螺纹都是成组使用的，其中螺栓组连接最具有典型性。设计螺栓组连接时，首先确定螺栓组连接的结构，即设计被连接件接合面的结构、形状，选定螺栓的数目和布置形式等。任务二 螺栓的设计 1.螺栓组连接的结构设计（1）尽量使连接接合面的几何形状对称、简单，如圆形、环形
29、、矩形、框形、三角形等，使螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合，从而使连接接合面受力比较均匀，如图6-25所示。图6-25 常用连接接合面的几何形状任务二 螺栓的设计间距、边距合理。螺栓的排列应有合理的间距、边距。根据扳手空间尺寸来确定各螺栓中心的间距及螺栓轴线到机体壁面间的最小距离，留有的扳手空间应使扳手的最小转角不小于60。（2）同一螺栓组连接中各螺栓的直径和材料均应相同。分布在同一圆周上的螺栓数目应取4、6、8等偶数，以便加工孔时分度与画线。（3）任务二 螺栓的设计 2.螺纹连接的预紧与防松大部分螺纹连接在装配时必须拧紧。螺纹连接在未加工作载荷时预先拧紧螺母，称为预紧。预紧的目的是增强
30、连接的刚性、紧密性、可靠性和防松能力。连接件在承受工作载荷之前就预加上的作用力称为预紧力。对于普通场合使用的螺栓连接，预紧力的大小通常由工人用普通扳手凭经验决定。对于重要连接，可由测力矩扳手或定力矩扳手来控制，如图6-26 所示。图6-26 控制预紧力的方法任务二 螺栓的设计一般连接螺纹具有一定的自锁性，在静载荷条件下并不会自动松脱。但由于连接的工作条件千变万化，不可避免地存在冲击、振动、变载荷作用。在这些工况下，螺纹副之间的摩擦力会出现瞬时消失或减小；同时，在高温或温度变化较大的场合，材料会发生蠕变和应力松弛，也会使摩擦力减小。在多次作用下，就会造成连接的逐渐松脱。机械中连接的失效（松脱），
31、轻者会造成工作不正常，重者会引起严重事故。任务二 螺栓的设计因此，螺纹连接的防松是工程中必须考虑的问题。防松的关键是消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。常用的防松方法见表6-5。任务二 螺栓的设计任务二 螺栓的设计 螺栓连接的强度计算 七、对于重要或特殊场合，螺栓连接在应用时应进行强度校核。从螺栓受力情况看，螺栓连接主要包括松螺栓连接（装配时不需要预紧）和紧螺栓连接（装配时需预紧）两种。任务二 螺栓的设计 1.松螺栓连接强度计算松螺栓连接应用较少，起重滑轮、起重吊钩（见图6-27）的螺纹连接属此类。由于装配时没有预紧，所以承受工作载荷前，螺栓不受力，而只承受轴向工作静载荷
32、F。图6-27 起重吊钩任务二 螺栓的设计故螺栓强度的计算以螺纹小径d1为危险剖面直径，按轴向拉伸条件进行计算。式中，d1为螺纹小径，mm，查表6-6；F为螺栓承受的轴向工作载荷，N；为松螺栓连接的拉应力，MPa或N/mm2；为许用拉应力，N/mm2，查表6-7、表6-8计算。任务二 螺栓的设计任务二 螺栓的设计任务二 螺栓的设计任务二 螺栓的设计 2.受横向力作用的紧螺栓连接紧螺栓连接与松螺栓连接相比，在装配时需要拧紧螺母的应用场合会更多。例如，内燃机连杆体和连杆盖的连接、工业上广泛使用的压力容器盖的螺栓连接（见图6-28），这些螺栓连接都属于紧螺栓连接。图6-28 压力容器盖的螺栓连接任务
33、二 螺栓的设计图6-29所示为只受预紧力的紧螺栓连接。这种连接的螺栓与被连接件的孔壁间有间隙。拧紧螺母后，依靠螺栓的预紧力F使被连接件相互压紧，当被连接件受到横向工作载荷R作用时见图6-29（a）。图6-29 只受预紧力的紧螺栓连接 任务二 螺栓的设计由预紧力产生的接合面间的摩擦力，将抵抗横向力R而阻止摩擦面间产生相对滑动。因此，这种连接正常工作的条件为被连接件彼此不产生相对滑动，即 FzfmCR （6-4）式中，f为被连接件接合面间的摩擦系数，钢或铸铁零件干燥表面取f0.100.16；m为被连接件接合面的对数；z为连接螺栓的数目；C为连接的可靠性系数，通常取C=1.11.3。图6-29（b）
34、所示受转矩作用的紧螺栓连接的预紧力按式（6-4）计算时，应将转矩转化为横向载荷R，R2 000T/D0，其中，T为传递的转矩，Nm；D0为螺栓所分布圆周的直径，mm。任务二 螺栓的设计预紧螺栓连接在拧紧螺母时，螺栓杆除沿轴向受预紧力F的拉伸作用外，还受螺纹力矩T1的扭转作用。F和T1将分别使螺纹部分产生拉应力及扭转切应力，由于一般螺栓采用塑性材料,故可用第四强度理论求其应力和。螺纹部分的强度条件为 式中，F为螺栓承受的预紧力，N；d1为螺纹小径，mm；为紧螺栓连接的应力和，N/mm2；为许用拉应力，查表6-7、表6-8计算。比较式（6-3）和式（6-5）可知，考虑扭转剪应力的影响，相当于把螺栓
35、的轴向拉力增大30%后按纯拉伸来计算螺栓的强度。任务二 螺栓的设计 3.受轴向力作用的紧螺栓连接这种连接比较常见，图6-30所示的气缸盖螺栓连接就是典型的实例。由于螺栓和被连接件都是弹性体，在受有预紧力F的基础上，因受到两者弹性变形的相互制约，故总拉力F0并不等于预紧力F与工作拉力F之和，而是等于工作拉力F与剩余预紧力F之和，即 F0=F+F （6-6）图6-30 气缸盖螺栓连接受力情况任务二 螺栓的设计为保证连接的紧固性与紧密性，剩余预紧力F应大于零，否则连接将失效，表6-10为剩余预紧力的推荐值。任务二 螺栓的设计考虑到螺栓工作时可能被补充拧紧，在螺纹部分产生扭转剪应力，将总拉力F0增大3
36、0%作为计算载荷，则受拉螺栓螺纹部分的强度条件为式中，各符号意义同前。任务二 螺栓的设计对于受有预紧力F及工作拉力F作用的螺栓连接，其设计步骤为：根据螺栓受载情况，求出单个螺栓所受的工作拉力F；根据连接的工作要求，选定剩余预紧力F，并按式（6-4）求得所需的预紧力F；按式（6-6）计算螺栓的总拉力F0；按式（6-8）计算螺栓小径d1，查阅螺纹标准，确定螺纹公称直径d。任务二 螺栓的设计 4.铰制孔用螺栓连接如图6-31所示，铰制孔用螺栓连接是将螺栓穿过与被连接件上的铰制孔并与之过渡配合。其受力形式为：螺栓杆表面与孔壁之间受挤压；在被连接件的接合面处螺栓杆受剪切。因此，应分别按挤压强度和剪切强度
37、计算。图6-31 铰制孔用螺栓连接受力情况任务二 螺栓的设计这种连接所受的预紧力很小，所以在计算中不考虑预紧力和螺纹摩擦力矩的影响。螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为 式中，FS为单个螺栓所受的横向工作载荷，N；d0为螺栓剪切面的直径，mm；为螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，mm；p为螺栓或孔壁材料中较弱者的许用挤压应力，N/mm2，查表6-7、表6-8；m为螺栓受剪面数；为螺栓材料的许用切应力，N/mm2，查表6-7、表6-8。任务二 螺栓的设计 任务实施 1.求螺栓所受预紧力该连接属于受横向工作载荷的紧螺栓连接，每个螺栓所受的横向工作载荷为 任务二 螺栓的设计 2.确定许用应力已知螺栓材料为35钢，查表6-7得s=320 MPa；查表6-8，当不控制预紧力时，=s/S,再根据表6-9，材料为碳钢，估算螺栓直径为M16M30，故取安全系数S=2.5，许用应力为 任务二 螺栓的设计 3.计算螺栓的直径根据式（6-5）得查表6-6，若取d=20 mm，d1=17.294 mm，不合适，故取d=24 mm，d1=20.752 mm。任务二 螺栓的设计 4.确定螺栓的规格任务二 螺栓的设计 任务总结任务二 螺栓的设计 任务总结Thank you for time
