联接设计机械设计华中科技大学.ppt

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1、电渣焊电渣焊第十章第十章 联接设计联接设计一、联接的类型一、联接的类型铆钉铆钉 被联接件被联接件(1)熔焊熔焊1.1.铆接铆接 电焊条与被焊接件形成电路电焊条与被焊接件形成电路2.2.焊接焊接电焊机低压电流熔融金属填充接缝电焊机低压电流熔融金属填充接缝电弧熔电弧熔激光焊接激光焊接联接联接不可拆联接不可拆联接(铆接、焊接铆接、焊接)可拆联接可拆联接(销联接、键联接、螺纹联接销联接、键联接、螺纹联接)大厚度的焊件大厚度的焊件薄板焊接薄板焊接(2)钎焊钎焊钎料熔化填充到被联接件的间隙内钎料熔化填充到被联接件的间隙内焊接加热温度低、对被联接件影响小焊接加热温度低、对被联接件影响小3.3.胶接胶接胶粘剂

2、胶粘剂4.4.过盈配合联接过盈配合联接压入法：压入法：包容件：包容件：过盈量或尺寸较小过盈量或尺寸较小加温包容件或冷却被包容件加温包容件或冷却被包容件液压拆卸液压拆卸 高压油涨大包容件内径高压油涨大包容件内径5.5.销联接销联接用于用于定位定位联接联接圆柱销圆柱销圆锥销圆锥销6.6.键联接键联接(1)平键平键静联接静联接 侧面压溃侧面压溃挤压应力挤压应力动联接动联接 工作面磨损工作面磨损比压比压主要失效形式主要失效形式设计准则设计准则(2)花键花键主要失效与平键相同主要失效与平键相同键的剖面尺寸键的剖面尺寸b、h 按轴直径按轴直径 d 从标准中选取从标准中选取键的长度键的长度 l 根据轮毂宽度

3、确定根据轮毂宽度确定7.7.螺纹联接螺纹联接(1)螺栓联接螺栓联接(2)双头螺栓联接双头螺栓联接(3)螺釘联接螺釘联接(4)紧定螺釘联接紧定螺釘联接被联接件上被联接件上无需切制螺纹无需切制螺纹装拆方便装拆方便被联接件之一被联接件之一较厚较厚且经常装拆且经常装拆被联接件之一被联接件之一较厚较厚且不常装拆且不常装拆用于固定两零用于固定两零件相对位置件相对位置传递不大转矩传递不大转矩二、螺纹副的受力分析二、螺纹副的受力分析1.1.螺纹副的受力螺纹副的受力拧紧螺母拧紧螺母螺栓上产生轴向力螺栓上产生轴向力螺纹副螺纹副力学模型力学模型施加施加螺母承受螺母承受等速上升等速上升将将集中于小块集中于小块A螺旋沿

4、中径螺旋沿中径展开展开小块小块A受力：受力：轴向力轴向力可得可得旋紧旋紧圆周力圆周力摩擦力摩擦力正压力正压力反作用力反作用力2.2.螺纹副的效率螺纹副的效率螺母转一圈所做总功螺母转一圈所做总功有用功有用功(无摩擦时的功无摩擦时的功)效率效率讨论：讨论：矩形螺纹矩形螺纹其他牙形其他牙形将楔形面上的摩擦状况将楔形面上的摩擦状况转为平面上的摩擦状况转为平面上的摩擦状况(1)矩形螺纹矩形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹梯形螺纹梯形螺纹三角形螺纹三角形螺纹三角形螺纹效率低、用于联接三角形螺纹效率低、用于联接其余三种用于传动其余三种用于传动(2)螺纹线数螺纹线数加工困难加工困难多头螺纹用于传动多头螺纹用于传动3.

5、3.螺纹的自锁条件螺纹的自锁条件力学模型：螺母等速下降力学模型：螺母等速下降小块小块 A 受力受力松开松开为驱动力为驱动力为阻力为阻力当当时，时，要使螺母下降，必须改变要使螺母下降，必须改变方向方向否则螺母会在斜面任意位置停下否则螺母会在斜面任意位置停下自锁条件自锁条件常用常用讨论：讨论：(1)三角形螺纹三角形螺纹最大，自锁性好最大，自锁性好用于联接用于联接(2)由由知知 细牙螺纹螺距细牙螺纹螺距小，升角小，升角小小易满足自锁条件易满足自锁条件自锁性较粗牙好自锁性较粗牙好三、单个螺栓联接的强度计算三、单个螺栓联接的强度计算受横向载荷的普通螺栓联接受横向载荷的普通螺栓联接受轴向载荷的普通螺栓联接

6、受轴向载荷的普通螺栓联接受横向载荷的铰制孔螺栓联接受横向载荷的铰制孔螺栓联接失效形式失效形式拉断拉断剪切剪切螺栓受载情况螺栓受载情况挤压挤压1.1.受横向载荷的普通螺栓联接受横向载荷的普通螺栓联接(1)螺栓的当量拉力螺栓的当量拉力螺栓受力螺栓受力拧紧力矩拧紧力矩螺栓预紧力螺栓预紧力受受产生拉应力产生拉应力受受产生剪应力产生剪应力当量拉力当量拉力联接面间摩擦力联接面间摩擦力(2)保证联接面不滑移的螺栓预紧力保证联接面不滑移的螺栓预紧力拧紧力矩拧紧力矩预紧力预紧力平衡横向力平衡横向力加大加大30%考虑考虑的影响的影响(3)强度条件强度条件摩擦系数摩擦系数螺栓数螺栓数接合面数接合面数可靠性系数可靠性

7、系数d2d1d单个螺栓的预紧力单个螺栓的预紧力2.2.受轴向载荷的普通螺栓联接受轴向载荷的普通螺栓联接拧紧拧紧工作时工作时总拉力总拉力？(1)螺栓和被联接件的受力与变形螺栓和被联接件的受力与变形未拧紧未拧紧螺栓：螺栓：被联件：被联件：未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形拧紧后拧紧后工作前工作前螺栓：螺栓：被联件：被联件：伸长伸长受受拉拉缩短缩短受受压压工作时工作时螺栓：螺栓：被联件：被联件：再加再加总伸长总伸长联接面间受压联接面间受压总压缩量总压缩量对应拉力对应拉力螺栓所受总拉力螺栓所受总拉力F0=工作拉力工作拉力F+剩余预紧力剩余预紧力F”(2)各力的关系式各力的关系式螺

8、栓刚度螺栓刚度被联件刚度被联件刚度总拉力总拉力剩余预紧力剩余预紧力螺栓相对刚度螺栓相对刚度被联件相对刚度被联件相对刚度若工作拉力变化：若工作拉力变化：则总拉力：则总拉力：总拉力变化幅度减小总拉力变化幅度减小在在和和相同情况下相同情况下减少减少增大增大采用空心螺栓采用空心螺栓或加长螺栓或加长螺栓采用薄金属垫片、采用薄金属垫片、O形密封圈形密封圈避免用软垫片避免用软垫片总拉力总拉力(3)强度条件强度条件考虑在工作载荷下拧紧螺母考虑在工作载荷下拧紧螺母故故强度条件同受横向载荷的普通螺栓联接强度条件同受横向载荷的普通螺栓联接(4)保证联接的紧密性保证联接的紧密性剩余预紧力剩余预紧力单个螺栓所受总载荷单

9、个螺栓所受总载荷联接是否出现间隙联接是否出现间隙？若若预紧力为预紧力为工作载荷工作载荷 预紧力预紧力在满足强度条件时，最大工作载荷是多少？在满足强度条件时，最大工作载荷是多少？总拉力：总拉力：强度条件计算：强度条件计算：联接紧密联接紧密剩余预紧力：剩余预紧力：分析分析总拉力总拉力剩余预紧力剩余预紧力总拉力总拉力3.3.受横向载荷的铰制孔螺栓联接受横向载荷的铰制孔螺栓联接螺杆承受剪力螺杆承受剪力拧紧力矩拧紧力矩和预紧力和预紧力可忽略可忽略螺栓数螺栓数强度条件强度条件杆受剪：杆受剪：受剪面数受剪面数螺杆直径螺杆直径杆与壁受挤压：杆与壁受挤压：杆与壁材料较差者杆与壁材料较差者受挤压的最小轴向长度受挤

10、压的最小轴向长度单个螺杆所受剪力单个螺杆所受剪力1.1.螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计(1)结合面力求简单、对称结合面力求简单、对称四、螺栓组联接的设计四、螺栓组联接的设计圆形、环形、矩形、框形、三角形圆形、环形、矩形、框形、三角形(2)螺栓布置使各螺栓受力合理螺栓布置使各螺栓受力合理减少螺栓受力减少螺栓受力不合理不合理合理合理(3)分部在同一圆周上的螺栓数目成偶数分部在同一圆周上的螺栓数目成偶数便于钻孔时分度或画线便于钻孔时分度或画线减少螺栓预紧力减少螺栓预紧力支承面应平整且与螺栓轴线垂直支承面应平整且与螺栓轴线垂直(5)避免螺栓承受附加的弯曲载荷避免螺栓承受附加的弯曲载荷(4)螺

11、栓排列的间距、边距合理螺栓排列的间距、边距合理留有板手空间留有板手空间2.2.螺纹联接的防松装置螺纹联接的防松装置(1)摩擦防松摩擦防松(2)机械防松机械防松对顶螺母对顶螺母弹簧垫圈弹簧垫圈金属锁紧螺母金属锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母开口销开口销止动垫片止动垫片金属丝串金属丝串冲点法防松冲点法防松 焊住防松焊住防松(3)破坏螺纹副关系防松破坏螺纹副关系防松3.3.螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析(1)受横向载荷的螺栓组联接受横向载荷的螺栓组联接普通螺栓普通螺栓铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓普通螺栓普通螺栓铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓单个螺栓所受的工作载荷单个螺栓所受的工作载荷求预紧力求预

12、紧力强度校核强度校核(2)受转矩的螺栓组联接受转矩的螺栓组联接 采用普通螺栓时采用普通螺栓时每个螺栓的预紧力相同，均为每个螺栓的预紧力相同，均为求预紧力求预紧力螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离强度校核强度校核 采用铰制孔用螺栓时采用铰制孔用螺栓时各螺栓的剪切变形量与各螺栓的剪切变形量与 r 成正比成正比(螺栓变形协调条件螺栓变形协调条件)求工作剪力求工作剪力强度校核强度校核(3)受轴向载荷的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接求每个螺栓的工作载荷求每个螺栓的工作载荷求单个螺栓所受总载荷求单个螺栓所受总载荷强度校核强度校核(4)受倾覆力矩的螺栓组联接受倾覆力矩的螺栓组联接

13、 求最大工作拉力求最大工作拉力螺栓变形协调条件：拉伸变形量与距离螺栓变形协调条件：拉伸变形量与距离L成正比成正比 求结合面应力求结合面应力预紧力预紧力F 产生的挤压应力产生的挤压应力翻转弯矩翻转弯矩M 产生的挤压应力产生的挤压应力 保证结合面不压溃保证结合面不压溃 保证结合面不出现间隙保证结合面不出现间隙 螺栓的强度校核螺栓的强度校核 最大工作拉力最大工作拉力 预紧力预紧力由由单个螺栓的总载荷单个螺栓的总载荷预紧力预紧力预紧力预紧力压应力压应力拉力拉力拉应力拉应力弯曲应力弯曲应力弯矩弯矩预紧力预紧力分析分析联接右端不出现间隙时联接右端不出现间隙时应满足的条件应满足的条件预紧力预紧力分析分析普通

14、螺栓联接两个方案，普通螺栓联接两个方案，哪个合理？哪个合理？(1)将将 P 向中心简化向中心简化TP(2)单个螺栓的受载单个螺栓的受载由由P产生的横向载荷产生的横向载荷由由T产生的横向载荷产生的横向载荷PT方案一方案一方案二方案二(3)方案比较方案比较力的合成力的合成方案一中，螺栓方案一中，螺栓1 1的合力的合力R1 最大最大方案二中，螺栓方案二中，螺栓1 1的合力的合力R2 最大最大方案一较合理方案一较合理分析分析托架上的普通螺栓联接托架上的普通螺栓联接RQM(1)将将 P 向中心简化向中心简化(2)螺栓组受载螺栓组受载横向载荷横向载荷 R轴向载荷轴向载荷 Q倾覆力矩倾覆力矩 M(3)可能的

15、失效可能的失效在在 R 作用下，托架移动作用下，托架移动在在 Q 和和 M 作用下，结合面上部分离作用下，结合面上部分离在在 Q 和和 M 作用下，结合面下部压溃作用下，结合面下部压溃受力最大的螺栓拉断或塑变受力最大的螺栓拉断或塑变RQM(4)确定受力最大螺栓的轴向工作载荷确定受力最大螺栓的轴向工作载荷 F在在 Q 作用下，每个螺栓的轴向拉力作用下，每个螺栓的轴向拉力在在 M 作用下，受力最大螺栓的轴向拉力作用下，受力最大螺栓的轴向拉力受力最大螺栓的轴向工作载荷受力最大螺栓的轴向工作载荷(5)确定螺栓的预紧力确定螺栓的预紧力 F满足托架不下滑条件满足托架不下滑条件注意：注意：此时为剩余预紧力。

16、预紧后又受此时为剩余预紧力。预紧后又受Q作用作用求出求出满足结合面上部不分离条件满足结合面上部不分离条件求出求出满足结合面下部不压溃条件满足结合面下部不压溃条件求出求出从从中，确定合适的中，确定合适的(6)受力最大螺栓的强度计算受力最大螺栓的强度计算螺栓总拉力螺栓总拉力由由轴向工作载荷轴向工作载荷预紧力预紧力设计设计校核校核五、螺旋传动五、螺旋传动1.1.螺旋传动的类型和特点螺旋传动的类型和特点(1)类型类型传力螺旋传力螺旋传导螺旋传导螺旋调整螺旋调整螺旋千斤顶千斤顶刀架进给机构刀架进给机构差动螺旋机构差动螺旋机构微调镗刀杆微调镗刀杆(2)特点特点能获得微小位移能获得微小位移右旋右旋导程导程

17、SA右旋右旋导程导程 SB螺杆转螺杆转螺杆右移螺杆右移螺母相对机架右移螺母相对机架右移若螺杆两段螺纹旋向相反若螺杆两段螺纹旋向相反快速移动快速移动单杠钢索调整装置单杠钢索调整装置增力效果显著增力效果显著若若则则当当、可使螺旋机构自锁、可使螺旋机构自锁效率低效率低提高效率提高效率的途径的途径采用多线螺旋采用多线螺旋采用滚动螺旋采用滚动螺旋传动效率高传动效率高制造工艺复杂制造工艺复杂刚度较滑动螺旋差刚度较滑动螺旋差2.2.螺旋传动的计算螺旋传动的计算主要失效主要失效 螺纹的磨损螺纹的磨损耐磨性计算确定耐磨性计算确定螺杆直径螺杆直径 d2螺母高度螺母高度 H传力较大时传力较大时螺杆强度校核螺杆强度校

18、核要求自锁时要求自锁时螺纹牙强度校核螺纹牙强度校核校核自锁条件校核自锁条件受压细长螺杆受压细长螺杆校核稳定性校核稳定性螺纹轴向间隙的调整螺纹轴向间隙的调整3.3.耐磨性计算耐磨性计算螺纹接触处比压：螺纹接触处比压：承载螺纹的圈数承载螺纹的圈数一圈螺纹的承载面积一圈螺纹的承载面积螺母高度螺母高度螺距螺距令令设计式：设计式：注注(1)的选择的选择整体螺母整体螺母剖分螺母剖分螺母(2)螺纹牙接触高度螺纹牙接触高度 对梯形和矩形螺纹对梯形和矩形螺纹对锯齿形螺纹对锯齿形螺纹(3)设计步骤设计步骤确定螺母高度确定螺母高度要求螺纹圈数要求螺纹圈数计算计算查标准：查标准：螺距螺距公称直径公称直径4.4.螺杆强度校核螺杆强度校核轴向力轴向力螺母材料比螺杆差、校核螺母的螺纹螺母材料比螺杆差、校核螺母的螺纹5.5.螺纹牙的强度校核螺纹牙的强度校核力学模型：将螺母的一圈螺纹牙展开力学模型：将螺母的一圈螺纹牙展开悬臂梁悬臂梁螺纹牙受弯：螺纹牙受弯：螺纹牙受剪：螺纹牙受剪：转矩转矩为弯曲力臂为弯曲力臂为螺纹根部宽度为螺纹根部宽度矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹