华中科技大学机械设计基础ppt课件讲义.ppt

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1、可拆联接可拆联接不可拆联接不可拆联接键联接、销联接、螺纹联接键联接、销联接、螺纹联接焊接、铆接、粘接焊接、铆接、粘接重点讨论重点讨论键联接、螺纹联接键联接、螺纹联接13-1 键联接键联接作用作用对轴上旋转零件作周向固定，并传递转矩对轴上旋转零件作周向固定，并传递转矩一、键联接的类型一、键联接的类型键联接键联接平键平键半圆键半圆键斜键斜键花键花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 ）动联接动联接二、键联接的选择二、键联接的选择设计时先选择类型、尺寸，再进行校核计算设计时先选择类型、尺寸，再进行校核计算类型选择类型选择静联接静联接 普通平键、半

2、圆键、花键普通平键、半圆键、花键动联接动联接 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三、平键联接的校核三、平键联接的校核平键联接的失效形式：平键联接的失效形式：1、工作面压溃、工作面压溃静联接静联接2、工作面磨损、工作面磨损动联接动联接每个工作面的受力：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

3、条件：静联接，防静联接，防止压溃止压溃MPahldTpp4动联接，防动联接，防止磨损止磨损MPaphldTp4平键联接的校核计算：平键联接的校核计算：选择平键选择平键联接类型联接类型按静或动联按静或动联接校核强度接校核强度取决于键、轴、轮毂三者中强度最弱的那种材料取决于键、轴、轮毂三者中强度最弱的那种材料 增大键长增大键长设计步骤设计步骤根据轴径、毂宽查根据轴径、毂宽查标准确定键的尺寸标准确定键的尺寸设计时注意：设计时注意：许用应力许用应力强度不够时强度不够时不同轴段的键槽应开在同一母线上不同轴段的键槽应开在同一母线上 同一截面采用双键联接（按同一截面采用双键联接（按1.5个键计算）个键计算）

4、13-2 螺纹联接螺纹联接一、螺纹参数一、螺纹参数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锯齿型螺纹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n 螺纹线数螺纹线数p 螺距螺距s 导程，导程，s = np 升角升角 牙型角牙型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，常用于变大、强度大、自锁性好，常用于变载载二、螺旋副的受力分析、效率

5、和自锁二、螺旋副的受力分析、效率和自锁1、矩形螺纹（、矩形螺纹（ = 0o)螺纹受力分析螺纹受力分析)(22221tgQddFTF = Qtg(+）摩擦角摩擦角 = arctg fQFd2NRfNvsFRQ+ 螺旋副的效率螺旋副的效率输入功输出功)(2222tgQdtgdQ12 TQs)(tgtg由此可见，由此可见， 增加增加效率提高效率提高另一方面，当滑块等速下滑时另一方面，当滑块等速下滑时QFd2RfNvs N FRQ- F = Qtg( -）QsdF2tgtg)(若若，则，则 0。自锁条件：。自锁条件： 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

6、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、螺纹联接的预紧和防松三、螺纹联接的预紧和防松1、螺纹联接的预紧、螺纹联接的预紧预紧的目的预紧的目的 防止联接松脱，增强可靠性防止联接松脱，增强可靠性 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

7、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=0.152、螺纹联接的防松、螺纹联接的防松了解：了解：1）为什么要防松？）为什么要防松？ 2）防松的原理；）防松的原理； 3）防松零件的装配方法）防松零件的装配方法四、单个螺栓联接的强度计算四、单个螺栓联接的强度计算螺栓联接螺栓联接普通螺栓联接

8、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轴向或横向工作载荷用于轴向或横向工作载荷用于横向工作载荷用于横向工作载荷1、螺栓联接的失效形式、螺栓联接的失效形式对于普通螺栓：螺栓杆在制有螺纹的部分被拉断对于普通螺栓：螺栓杆在制有螺纹的部分被拉断对于铰制孔用螺栓：工作面被压溃或剪断对于铰制孔用螺栓：工作面被压溃或剪断2、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：AF214

9、1dFMPaF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，螺栓已受预紧力 F作用作用3、紧螺栓联接的计算、紧螺栓联接的计算1）受横向工作载荷时：）受横向工作载荷时： 普通螺栓联接普通螺栓联接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.50m 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

10、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：MPadFe4/3.13.121mmFd3.141 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 . 1 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接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

11、略此类螺栓预紧力小，计算时可忽略 强度条件：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2）受轴向工作载荷时：）受轴向工作载荷时：FFFFTFFF0FFF0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静不定问题属静不定问题未知力有两个：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静力平衡方程和变形协调须根据静力平衡方程和变形协调条件求解条件求解FFFFFFF0

12、FFF0c0b0bcT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

13、数相对刚度系数强度条件：强度条件：MPadFe4/3.13.1210注意：注意：对于普通螺栓联接，无论联接是受横向工作对于普通螺栓联接，无论联接是受横向工作载荷还是轴向工作载荷，螺栓本身总是受拉力作用载荷还是轴向工作载荷，螺栓本身总是受拉力作用残余预紧力应满足下列要求：残余预紧力应满足下列要求：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五、螺栓材料及其许用应力五、螺栓材料及其许用应力一般用途：碳素钢；一般用途：碳素钢； 重要联接：合金钢重要联接：合金钢许用应力：见

14、表许用应力：见表13-2、13-3、13-4六、螺栓组的结构设计六、螺栓组的结构设计目的：合理确定螺栓组的布置形式及接合面的几何形状；目的：合理确定螺栓组的布置形式及接合面的几何形状； 使各螺栓受力均匀，便于加工、装配使各螺栓受力均匀，便于加工、装配1、接合面应设计成轴对称的简单几何形状、接合面应设计成轴对称的简单几何形状2、合理布置螺栓，使其受力均匀、合理布置螺栓，使其受力均匀3、合理确定螺栓的间距和边距，保证足够的扳手空间、合理确定螺栓的间距和边距，保证足够的扳手空间4、同一分布圆上的螺栓应取偶数，便于钻孔时分度画线、同一分布圆上的螺栓应取偶数，便于钻孔时分度画线5、同一螺栓组，螺栓材料、

15、规格相同、同一螺栓组，螺栓材料、规格相同6、螺母及螺栓头的支承面应光洁、平整、螺母及螺栓头的支承面应光洁、平整注意：注意：对于螺栓组联接，应首先对螺栓组进行受力分析，对于螺栓组联接，应首先对螺栓组进行受力分析， 找出受载最大的螺栓，然后对该螺栓进行强度计算。找出受载最大的螺栓，然后对该螺栓进行强度计算。七、提高螺栓联接强度的措施七、提高螺栓联接强度的措施1、减小螺栓总拉力、减小螺栓总拉力F0的变化幅度以减小应力幅的变化幅度以减小应力幅螺牙间载荷分布螺牙间载荷分布3、避免或减小附加应力、避免或减小附加应力4、减小应力集中、减小应力集中减小螺栓刚度减小螺栓刚度kb ；增大被联接件刚度增大被联接件刚度kc ；2、改善螺牙间载荷分布不均现象、改善螺牙间载荷分布不均现象采用悬置螺母或环槽螺母采用悬置螺母或环槽螺母