机械设计基础课件联接.ppt

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1、机械设计基础主讲：吕亚清机电工程学院机械设计研究室第一页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/161编制：吕亚清第十章 连接 总总 论论 螺纹联接螺纹联接 键联接和花键联接键联接和花键联接 销联接销联接第二页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/162编制：吕亚清总论总论静联接静联接动联接动联接运动副运动副与动力与动力源组合源组合零件零件构件构件机构机构机器机器静联接静联接动联接动联接(运动副运动副)可拆联接：可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等螺纹联接、键联接、销联接等不可拆联接不可拆联接：铆接、焊接、胶接等：铆接、焊接、胶接等联联接接第三页，编辑于星期五：十一点 三十八

2、分。2023/5/163编制：吕亚清螺纹联接101螺纹参数螺纹参数102螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁103机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹104螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件105螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松106螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算107螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力108提高螺栓联接的强度措施提高螺栓联接的强度措施第四页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/164编制：吕亚清 101螺纹参数螺纹参数1.1.螺纹形成螺纹形成螺旋线形成：螺旋线形成：把底边等于把底边等于 d2d2的直的直角

3、三角形绕于直径为角三角形绕于直径为d2d2的圆柱体上，的圆柱体上，并使底边与圆柱体的底边对齐，则并使底边与圆柱体的底边对齐，则它的斜边在圆柱表面上便形成一条它的斜边在圆柱表面上便形成一条螺旋线。螺旋线。旋向旋向(螺旋线方向螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋常用右旋，特殊要求时用左旋问题：问题：旋向判断旋向判断？d2SP联接联接传动传动 u螺纹形成：螺纹形成：平面图形沿螺旋线形成三角形、矩形、平面图形沿螺旋线形成三角形、矩形、梯形、锯齿形螺纹梯形、锯齿形螺纹u螺旋线的数目螺旋线的数目(线数线数):):单线、多线单线、多线说明第五页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/165编制：

4、吕亚清30 梯形梯形330 锯齿形锯齿形矩形矩形60 普通普通牙型:=60 30=30 15工工3,非非30=0 0矩形矩形非非矩矩形形牙牙 =60 型型 =30 =33 =0 第六页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/166编制：吕亚清螺纹旋向判断螺纹旋向判断u旋向旋向(螺旋线方向螺旋线方向)：常用右旋，特常用右旋，特殊要求时用左旋殊要求时用左旋u旋向判断旋向判断:（1）轴线垂直放，右边高轴线垂直放，右边高右旋右旋 左左边高边高左旋左旋（2）右手右手旋，前进旋，前进右旋右旋 左左手手旋，前进旋，前进左旋左旋第七页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/167编制：吕亚清螺

5、螺 内螺纹内螺纹 纹纹 外螺纹外螺纹螺旋副螺旋副螺纹联接螺纹联接(静联接静联接构件构件)螺旋传动螺旋传动(动联接动联接机构机构)第八页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/168编制：吕亚清螺螺 内螺纹内螺纹 纹纹 外螺纹外螺纹螺旋副螺旋副螺纹联接螺纹联接(静联接静联接构件构件)螺旋传动螺旋传动(动联接动联接机构机构)第九页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/169编制：吕亚清2 2.主主要要参参数数u大径大径d、D：最大直径最大直径公称直径公称直径u小径小径d1：外螺纹的危险剖面直径外螺纹的危险剖面直径强度直径强度直径u中径中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽宽与牙的宽度

6、相等假想直径，牙型沟槽宽与牙的宽度相等 计算直径计算直径第十页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1610编制：吕亚清2 2.主主要要参参数数u螺距螺距P：相邻两牙轴向距离相邻两牙轴向距离u导程导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，S=nPu升角升角y y：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角u牙型角牙型角a a：螺纹两侧边的夹角螺纹两侧边的夹角第十一页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1611编制：吕亚清在轴向载荷下相对运动在轴向载荷下相对运动S(n p)内螺纹内螺纹 外螺纹外螺纹拧紧、加载拧紧、

7、加载、顶起重物顶起重物相对运动相对运动联接联接传动传动螺旋副螺旋副FFa将螺旋线沿中径展开将螺旋线沿中径展开10-2 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁滑块滑块(重物重物)在斜面运动在斜面运动第十二页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1612编制：吕亚清 分析分析:1.当匀速上升当匀速上升:FaFFnFRFfFaFFR+FR与与Fn夹角夹角摩擦角摩擦角:tg f Ff /n R与与a 夹角夹角加载加载a(轴向力轴向力,自重自重,阻力阻力)作用在螺旋副上的驱动力矩：作用在螺旋副上的驱动力矩：atg()合反力合反力FRV(滑块滑块)合力合力法向反力法向

8、反力Fn(斜面)施加水平推力施加水平推力摩擦阻力摩擦阻力:f Fn=Ff二二.矩形螺纹矩形螺纹第十三页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1613编制：吕亚清施加施加水平支持力水平支持力 (匀速下滑匀速下滑)当当 自锁条件自锁条件：滑块在斜面运动状态不变滑块在斜面运动状态不变 作用力与假设力的方向相反作用力与假设力的方向相反推力推力 FaFFnFRFfFaFFR无论无论a多大，滑块不会自动下滑多大，滑块不会自动下滑自锁自锁2.2.当匀速下降当匀速下降:第十四页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1614编制：吕亚清二二.非矩形螺纹非矩形螺纹u反力反力u摩擦力摩擦力u当量

9、摩擦角当量摩擦角F FN/2N/2FNN 900-900-第十五页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1615编制：吕亚清 将将 (当量摩擦角当量摩擦角)tgf/cos =f (当量摩擦系数当量摩擦系数)()匀速上升匀速上升:atg()匀速下降匀速下降:Fatg()自锁条件自锁条件：要自锁好要自锁好 (),(单头单头)自锁性自锁性自锁性自锁性二二.非矩形螺纹非矩形螺纹第十六页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1616编制：吕亚清S要效率高要效率高过大，制造困难过大，制造困难/当量摩擦角当量摩擦角 ,升角升角有效功输入功有效功输入功 a a（2 2）a a2 2 tg/

10、tg/a atg(tg()2 2 要自锁好要自锁好 (单单);要效率高要效率高(多多),(多头多头),当匀速上升当匀速上升:三三.效率效率第十七页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1617编制：吕亚清联接联接(可靠可靠)要自锁要自锁传动传动效率高效率高螺螺旋旋副副 单线单线=1 多线多线10-3 10-3 机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹 1.1.三角形螺纹三角形螺纹 (M)(M)u普通螺纹普通螺纹:6060，f f 大，易自锁大，易自锁 1 1粗牙粗牙:牙高牙高,d,d1 1小小,大大2 2细牙细牙:牙浅牙浅,d,d1 1大大,小小,更易自锁更易自锁u管螺纹管螺纹:5555，紧

11、密，紧密,无径向间隙无径向间隙第十八页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1618编制：吕亚清2.2.梯形螺纹梯形螺纹(Tr)(Tr)：3030、15153.3.锯齿形螺纹锯齿形螺纹(S)(S)：3333、工工334.4.矩形螺纹矩形螺纹 ：联接螺纹：联接螺纹：普通三角螺纹、锥螺纹、管螺纹普通三角螺纹、锥螺纹、管螺纹(英制英制)（小，单线，自锁好）小，单线，自锁好）传动螺纹：传动螺纹：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹（小、小、大，多线，效率高）大，多线，效率高）第十九页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1619编制：吕亚清管螺纹及特点：第二十页

12、，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1620编制：吕亚清10-4 螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件u螺栓联接螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接u双头螺栓联接双头螺栓联接u螺钉联接螺钉联接螺钉联接螺钉联接紧定螺钉紧定螺钉、自攻螺钉联接、自攻螺钉联接u螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、装拆要求等进行选择装拆要求等进行选择第二十一页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1621编制：吕亚清螺栓联接螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接特点：特点：孔与杆间有间隙、被孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装联接件上无需切制螺

13、纹、装拆方便拆方便适用场合：适用场合：经常装拆的一般经常装拆的一般场合场合铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接特点：特点：孔与杆间无间隙、孔与杆间无间隙、被联接件上无需切制螺纹、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便装拆方便适用场合：适用场合：承受横向载荷承受横向载荷的场合的场合第二十二页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1622编制：吕亚清双头螺栓、螺钉联接双头螺栓联接双头螺栓联接特点：特点：采用盲孔采用盲孔,允许多次装允许多次装拆。拆。适用场合：适用场合：用于被联接件之用于被联接件之一较厚、经常装拆的场合一较厚、经常装拆的场合螺钉联接特点：特点：省去了螺母，不宜经省去了螺母，不宜经常装拆。

14、常装拆。适用场合：适用场合：被联接件之一较被联接件之一较厚，且不常装拆的场合厚，且不常装拆的场合第二十三页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1623编制：吕亚清紧定螺钉联接适用场合：适用场合：多用于轴上零件的固定，多用于轴上零件的固定，传递较小的力传递较小的力锥端螺钉联接锥端螺钉联接平端螺钉联接平端螺钉联接圆柱端螺钉联接圆柱端螺钉联接第二十四页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1624编制：吕亚清其他联接其他联接u地脚螺栓联接、吊环螺栓联接、T形槽螺栓联接第二十五页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1625编制：吕亚清u螺栓螺栓1 1普通螺栓普通螺栓

15、2 2铰制孔螺栓铰制孔螺栓u双头螺栓双头螺栓u螺钉螺钉1 1联接螺钉联接螺钉2 2紧定螺钉、自攻螺钉紧定螺钉、自攻螺钉u螺母螺母：六角螺母、圆螺母：六角螺母、圆螺母u垫圈垫圈：平垫圈、斜垫圈：平垫圈、斜垫圈螺纹联接件通过组合形成螺纹联接螺纹联接件通过组合形成螺纹联接二.螺纹紧固件第二十六页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1626编制：吕亚清u预紧目的：预紧目的：防止松动防止松动提高可提高可靠性、紧密性、防松能力靠性、紧密性、防松能力u螺母拧紧时螺母拧紧时预紧力预紧力F Fu拧紧阻力矩拧紧阻力矩 T 的大小：的大小：？u螺旋副间的摩擦力矩螺旋副间的摩擦力矩 T1：u螺母与支承面间

16、摩擦力矩螺母与支承面间摩擦力矩 T2：螺栓预紧拉力预紧拉力F F0 0被联接件预紧压力F0u施加在扳手上的力施加在扳手上的力FTTFFT1T210-4 螺纹联接的预紧和防松第二十七页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1627编制：吕亚清控制控制拧紧力矩的扳手拧紧力矩的扳手u定力矩扳手u测力矩扳手第二十八页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1628编制：吕亚清控制控制拧紧力臂拧紧力臂u选择扳手长度第二十九页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1629编制：吕亚清二、螺纹联接的防松二、螺纹联接的防松问题：问题：u为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法？

17、为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法？u静载荷：静载荷：r rv(自锁自锁)+预紧后摩擦力预紧后摩擦力防止松动防止松动u动载荷：动载荷：摩擦力减小、消失摩擦力减小、消失不可靠不可靠u螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动u螺纹联接防松的方法按工作原理可分为螺纹联接防松的方法按工作原理可分为:1 摩擦防松摩擦防松2 机械防松机械防松3其它：其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）第三十页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1630编制：吕亚清1.1.摩擦防松摩擦防松u使螺纹接触面间始终保持一定的压

18、力，始终有阻使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩止螺旋副转动的摩擦阻力矩u弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母对顶螺母(双螺母双螺母)防松防松第三十一页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1631编制：吕亚清对顶螺母防松对顶螺母防松u使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩副转动的摩擦阻力矩u对顶螺母防松对顶螺母防松第三十二页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1632编制：吕亚清2.机械防松u用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们用机

19、械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性之间相对转动的可能性u开口销、止动垫圈、串联钢丝防松螺栓螺栓开槽螺母开槽螺母开口销开口销装配图装配图第三十三页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1633编制：吕亚清止动垫圈止动垫圈防松防松u用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性第三十四页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1634编制：吕亚清串联钢丝防松串联钢丝防松u用机械装用机械装置把螺母置把螺母和螺栓联和螺栓联成一体，成一体，消除了它消除了它们之间相们之间相对转动的对转动的可能性可能性第三十五页，编辑于星期五：十一点 三十八分。20

20、23/5/1635编制：吕亚清3.3.其它：破坏螺纹副关系其它：破坏螺纹副关系u焊接u铆冲第三十六页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1636编制：吕亚清10-4螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算松螺栓联接：松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力无预紧力，只有工作拉力紧螺栓联接：紧螺栓联接：有预紧力，还有工作拉力有预紧力，还有工作拉力失效形式失效形式设计步骤设计步骤松螺栓联接强度设计松螺栓联接强度设计紧螺栓联接强度设计紧螺栓联接强度设计1仅受预紧力仅受预紧力的紧螺栓联接的紧螺栓联接2受横向载荷受横向载荷的紧螺栓联接的紧螺栓联接3受轴向载荷受轴向载荷的紧螺栓联接的紧螺栓联接螺栓组联接

21、第三十七页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1637编制：吕亚清一一.失效形式失效形式失效形式：失效形式：u 1.螺栓杆拉断（普通螺栓）螺栓杆拉断（普通螺栓）u 2.螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）u 3.经常装拆因磨损而发生滑扣经常装拆因磨损而发生滑扣u普通螺栓主要为普通螺栓主要为螺纹部分发生断裂螺纹部分发生断裂u受剪螺栓受剪螺栓(铰制孔螺栓铰制孔螺栓)主要为压溃和剪切主要为压溃和剪切第三十八页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1638编制：吕亚清二二.设计步骤设计步骤一般设计步骤：一般设计步骤：螺栓组受力和失效分析螺栓组受力和失效分析找出受力

22、最大的螺栓找出受力最大的螺栓 单单个螺栓受力分析和失效分析个螺栓受力分析和失效分析 单个螺栓强度计算单个螺栓强度计算确定螺栓的尺寸（直径、长度）确定螺栓的尺寸（直径、长度）试算法：试算法：先选定一个螺栓直径先选定一个螺栓直径d 查查 计算计算d1。若若d1与与d1（假定的小径）相近，则合用；否则再选（假定的小径）相近，则合用；否则再选第三十九页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1639编制：吕亚清三三.松螺栓联接强度设计松螺栓联接强度设计u受载荷形式受载荷形式轴向拉伸轴向拉伸(工作拉力工作拉力F)u失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断(静、疲劳静、疲劳)u设计准则设计准则保证螺栓拉伸

23、强度保证螺栓拉伸强度u强度条件：强度条件：u设计计算方法：设计计算方法：校核式校核式:设计式:第四十页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1640编制：吕亚清四.紧螺栓联接强度设计1.仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接受载荷形式受载荷形式拧紧后拧紧后:轴向拉伸轴向拉伸(轴向拉力轴向拉力F)拧紧过程中拧紧过程中:轴向拉伸轴向拉伸F、扭力、扭力T失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断(拉、扭综合作用拉、扭综合作用)设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度强度条件：强度条件：设计计算方法：设计计算方法：校核式:TFF拧紧力矩拧紧力矩T T剪应力剪应力预紧拉力预紧拉力F F拉应

24、力拉应力设计式设计式:第四十一页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1641编制：吕亚清2.2.受横向载荷的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接u受载荷形式受载荷形式工作载荷作用之前工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力，螺栓已受预紧力 F0作用作用 （拧紧过程中拧紧过程中:轴向拉伸轴向拉伸F、扭力、扭力T）拧紧后拧紧后:预紧力预紧力 F0u失效形式失效形式 相同否相同否？两种情况的工作原理不同两种情况的工作原理不同！普通螺栓普通螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓第四十二页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1642编制：吕亚清受横向载荷的普通螺栓联接受横向载荷的普通螺栓联接u受载荷形式拧

25、紧过程中:轴向拉伸F、扭力Tu失效形式螺栓拉断(拉、扭综合作用)u设计准则保证螺栓拉伸强度u强度条件：u设计计算方法：u问题：预紧力Fs应满足的条件?与横向载荷F有何关系？u依据：被联接件不滑移界面摩擦力F即：FFFFTFF校核式:设计式设计式:讨论：讨论：f=0.2时，时，FS=?F第四十三页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1643编制：吕亚清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u受载荷形式受载荷形式拧紧过程中拧紧过程中:轴向拉伸轴向拉伸F F 、扭、扭力力T(T(预紧力小，计算时可忽略预紧力小，计算时可忽略)工作时：工作时：横向载荷横向载荷F Fu失效形式失

26、效形式侧面压溃及螺栓剪切侧面压溃及螺栓剪切u设计准则设计准则保证挤压、剪切强度保证挤压、剪切强度u强度条件强度条件：p pp p、t t t t u设计计算方法：设计计算方法：挤压强度：剪切强度：第四十四页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1644编制：吕亚清讨论：讨论：u普通螺栓受横向载荷F时，为保证结合面不发生滑移，靠结合面的摩擦力抵抗Fu预紧力Fs的大小，根据接合面不发生滑移的条件确定uf=0.2时，FS=6Fu结论：横向载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓宜采用铰制孔螺栓必须采用普通螺栓时，应配合减载销、键或减载套筒使用减载装置强度计算同铰制孔螺栓计算FSFsFFT第四十五

27、页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1645编制：吕亚清3.3.受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接u受载荷形式受载荷形式拧紧过程中拧紧过程中:轴向拉伸轴向拉伸F F0 0 、扭力、扭力T Tu工作时，工作时，再承受再承受工作载荷工作载荷F FE Eu此时，螺栓所受的总拉力此时，螺栓所受的总拉力:uF F =F=F0 0+F+FE E?TF0F0FEFEFFu须根据静力平须根据静力平衡方程和变形衡方程和变形协调条件求解协调条件求解第四十六页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1646编制：吕亚清轴向载荷平行螺栓轴心线，各螺栓平均受力轴向载荷平行螺栓轴心线，各螺

28、栓平均受力螺栓间距螺栓间距l与与p有关有关 (P.143倒倒2)常见常见 压力压力 容器容器各螺栓受拉力为：各螺栓受拉力为：FE=F Z单个螺栓上受到的工作载荷单个螺栓上受到的工作载荷第四十七页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1647编制：吕亚清螺栓预紧后力与变形的关系第四十八页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1648编制：吕亚清受力和变形关系受力和变形关系变形协调条件:l1=lb=lFFE+F0F=FE+FR 1 b 1 bF0F0FEFEFFF0F0FRFR预紧预紧F0受载受载FE螺栓螺栓被联接件被联接件拉力拉力F0，伸长，伸长 1压力压力F0，压缩，压缩

29、b拉力拉力F,伸长伸长 1 1+1 1压力压力FR,压缩压缩 b-b未预紧未预紧未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形第四十九页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1649编制：吕亚清受力变形线图受力变形线图F FR R：残余预紧力：残余预紧力防止受载后接合面产生缝隙防止受载后接合面产生缝隙根据紧密性要求选取，根据紧密性要求选取，p144p144形变形变 力力F 1 bFRFEFF0被联接件被联接件螺栓螺栓 b第五十页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1650编制：吕亚清螺栓受载后力与变形的关系第五十一页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5

30、/1651编制：吕亚清 Fb FCFEFRFa力变形F0C0b0力变形F0b0tg1kb力变形F0C0tg1kCk=F/刚度刚度=载荷载荷/变形变形进一步分析：进一步分析：第五十二页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1652编制：吕亚清kb/(kb+kc)相对刚度 查表查表10-5 P.145螺栓总拉力螺栓总拉力:工件残余工件残余 预紧力预紧力:第五十三页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1653编制：吕亚清受轴向载荷螺栓强度计算受轴向载荷螺栓强度计算u螺栓受到的总拉力螺栓受到的总拉力F F=F=FE E+F+FR Ru则螺栓强度计算公式：则螺栓强度计算公式：校核式

31、:设计式设计式:第五十四页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1654编制：吕亚清 107螺栓材料和许用应力螺栓材料和许用应力u材料：材料：一般用途：一般用途：低碳钢或中碳钢低碳钢或中碳钢(3545及及Q235Q275)重要联接：重要联接：合金钢（合金钢（40Cr、30CrMnTi）u国标国标(GB/T 3098.1_2000)规定螺栓按材料的力学性能分出十规定螺栓按材料的力学性能分出十个等级：个等级：u3.6,4.6,4.8,5.6,5.8,6.8,8.8,9.8,10.9,12.9u规则：规则：小数点前数字表示小数点前数字表示 B/100,小数点后数字表示小数点后数字表示10

32、S/Bu如：如：5.8级：表示级：表示 B=500MPa，S=400MPau许用应力：许用应力：u计算螺栓小径时采用试算法来选用计算螺栓小径时采用试算法来选用第五十五页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1655编制：吕亚清(2)定残余预紧力定残余预紧力FR (1)求单个联接的工作载荷求单个联接的工作载荷FE:有紧密要求有紧密要求,FR=1.51.8 FE 取取FR=1.8FE(3)求求Fa螺栓强度计算螺栓强度计算(4)结构设计取取45钢钢,S=355Mpa (表表9-1)暂取暂取S=3(不严格控不严格控制预紧力制预紧力,静静)=S/S=118 Mpa p.145C1eD0D取取Z

33、=8例10-4:Fa=FEFR=2.8 FE=11.3kN 一钢制液压油缸一钢制液压油缸,油缸壁厚为油缸壁厚为10mm,油压油压p=1.6 Mpa,D=160mm,试计算其上盖的螺栓试计算其上盖的螺栓联接和螺栓分布圆直径联接和螺栓分布圆直径D0 (p.143、P.145)解解:第五十六页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1656编制：吕亚清取取d=16mm,其其d1=13.835mm12.6mm 合适合适取取S=3 (表表10-7)(不严格控制预紧力不严格控制预紧力)合适合适作业作业:10-11 P.158(油缸壁厚为油缸壁厚为16mm)D0=D+2C1+210=224mm(与书

34、不同与书不同220)取取C1min=22mm 手册手册p.17螺栓间距螺栓间距L=D0/Z=224/8 88mm 7d=716=112mm (P.143页的脚注页的脚注)满足要求满足要求C1eD0D教材p.135(4)结构设计结构设计:(螺栓分布圆直径螺栓分布圆直径D0图图10-9a P.137)第五十七页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1657编制：吕亚清螺栓螺栓静载荷静载荷 变载荷变载荷1降低螺栓总拉伸载荷降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围的变化范围2改善螺纹牙间的载荷分布改善螺纹牙间的载荷分布3 减小应力集中减小应力集中4 采用提高强度的工艺措施采用提高强度的工艺措施较少破

35、坏较少破坏疲劳破坏疲劳破坏截面小、且应力集中截面小、且应力集中大大破坏位置破坏位置 652015 108提高螺栓联接强度措施第五十八页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1658编制：吕亚清当当FE由由(0FE)要使akb/(kb+kC)kbkCu减小减小kbu增大增大kC减小螺栓光杆直径减小螺栓光杆直径,空心螺杆空心螺杆 不宜用软垫片不宜用软垫片1.减小减小kb/(kbkC)但但FR减小减小不利密封不利密封2.减小减小kb/(kbkC)增大增大F0 a，FR不减小不减小Fa由由(F0 )变化变化一.降低螺栓总拉伸载荷Fa 的变化范围aFR=F0FEkC/(kbkC)第五十九页，编

36、辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1659编制：吕亚清螺栓应力变化幅度第六十页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1660编制：吕亚清二.改善螺纹牙间的载荷分布 现象现象:螺纹牙间的载荷分布不均螺纹牙间的载荷分布不均螺栓螺母受力性螺栓螺母受力性 质不同质不同1/3载荷集中在第一圈牙上载荷集中在第一圈牙上第第810牙牙 不受力不受力增厚螺母无效。增厚螺母无效。使受压螺母使受压螺母受拉螺母受拉螺母 改善螺纹牙间的载荷分布改善螺纹牙间的载荷分布65破坏发生在螺母支承面处破坏发生在螺母支承面处原因原因:措施措施:652015第六十一页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5

37、/1661编制：吕亚清支承面平行支承面平行加工加工 球形垫片球形垫片凸台凸台凹坑凹坑鱼眼坑鱼眼坑1.减小应力集中：减小应力集中：2.减少联接附加减少联接附加 弯曲应力弯曲应力增大过渡圆角增大过渡圆角螺纹收尾螺纹收尾退刀槽退刀槽(卸载槽卸载槽)三.减小应力集中:第六十二页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1662编制：吕亚清减小应力集中第六十三页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1663编制：吕亚清四四.采用提高强度的工艺措施采用提高强度的工艺措施:1.冷镦螺栓头部和滚压螺纹冷镦螺栓头部和滚压螺纹 疲劳强度疲劳强度(应力集中应力集中,纤维未切断纤维未切断,冷作冷作)材

38、料利用率材料利用率,成本成本2.氰化氰化,氮化氮化,喷丸处理喷丸处理疲劳强度疲劳强度第六十四页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1664编制：吕亚清10-11 10-11 键联接和花键联接键联接和花键联接 （一）键联接分类介绍（一）键联接分类介绍 （二）（二）键的选择及平键的强度校核键的选择及平键的强度校核 （三）（三）花键联接花键联接键键 联联 接接 和和 花花 键键 联联 接接 第六十五页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1665编制：吕亚清10-11 10-11 键联接和花键联接键联接和花键联接 （静静联接）联接）（动动联接联接）（静静联接）联接）(静静联接，

39、单向轴向固定联接，单向轴向固定)(静静联接联接,单向传递转矩单向传递转矩)平键平键 半圆键半圆键普通平键普通平键导向平键导向平键功用功用:分类分类:紧联接紧联接松联接松联接楔键楔键切向键切向键主要实现零件在轴上的周向固定并传递转矩主要实现零件在轴上的周向固定并传递转矩（静联接），还可实现轴上零件的轴向固定或（静联接），还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动（动联接轴向移动（动联接）。）。第六十六页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1666编制：吕亚清（一）键联接分类介绍（一）键联接分类介绍 ：两侧面是工作面，靠键：两侧面是工作面，靠键两侧面与键槽的两侧面与键槽的挤压挤压传递转矩。传

40、递转矩。u工作原理工作原理u结构结构u分类与加工分类与加工 :键两侧与键槽相配合键两侧与键槽相配合(静联接为静联接为 过渡配合过渡配合,动联接为间隙配合动联接为间隙配合),上端面与轮毂键槽底面有间隙。上端面与轮毂键槽底面有间隙。一一.平键联接平键联接:u失效形式失效形式静联接静联接:动联接动联接:结构简单结构简单,装折方便装折方便,对中性对中性好好,承载能力大承载能力大,应用广泛。应用广泛。工作面挤溃，键剪断工作面挤溃，键剪断工作面磨损。工作面磨损。承载能力不够时采用承载能力不够时采用,按按 180布布置。置。u特点特点：u成对使用成对使用:第六十七页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023

41、/5/1667编制：吕亚清 1.静联接静联接(普通平键普通平键)分类与加工分类与加工(圆头圆头)：(平头平头)：(单圆头单圆头)：立铣刀立铣刀,键定位好键定位好,轴应力集中大轴应力集中大盘铣刀盘铣刀,轴向键无定位轴向键无定位,应力集中小应力集中小立铣刀加工立铣刀加工,用于轴端用于轴端 导向平键导向平键：滑移距离小滑移距离小,键固定于轴上。键固定于轴上。滑键滑键：键固定于轮毂上键固定于轮毂上,滑移距离大。滑移距离大。2.动联接动联接第六十八页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1668编制：吕亚清二二.半圆键半圆键:键为半圆板键为半圆板,键两侧与键槽配合键两侧与键槽配合,键上端面键上

42、端面与轮毂键槽底面有间隙与轮毂键槽底面有间隙,键在轴上键槽中能键在轴上键槽中能 绕其圆心转动。绕其圆心转动。同平键同平键键剪断键剪断,工作面压溃。工作面压溃。便于安装便于安装,对中好对中好,用于用于锥形轴端锥形轴端,但对轴削弱大但对轴削弱大轻载联接。轻载联接。承载能力不够时用承载能力不够时用,沿同一母线布置。沿同一母线布置。u结构结构:键：用圆钢切制或冲压后磨削键：用圆钢切制或冲压后磨削键槽键槽:盘状铣刀加工盘状铣刀加工u构造与加工构造与加工:u失效形式失效形式:u特点特点:u成对使用成对使用:u工作原理工作原理:第六十九页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1669编制：吕亚清三

43、.楔键:工作面工作面压溃压溃 简单简单,且可实现轮毂在轴上单向轴向固定且可实现轮毂在轴上单向轴向固定;但楔但楔紧产生偏心紧产生偏心,对中性差对中性差,不适于高速及对中要求高的场不适于高速及对中要求高的场合合u结构结构:u工作原理工作原理:u失效形式失效形式:u构成与加工构成与加工:u特点特点:1.键的上表面及轮毂键槽底面有键的上表面及轮毂键槽底面有1:100 斜度斜度2.键侧与键槽有间隙键侧与键槽有间隙,上下面楔紧上下面楔紧3.可实现单向轴向固定。可实现单向轴向固定。(轴上键槽轴上键槽):圆头圆头:立铣刀立铣刀;先置键先置键,后楔入轮毂后楔入轮毂平头、钩头楔键平头、钩头楔键:盘铣刀盘铣刀,轮毂

44、先装再楔入键。轮毂先装再楔入键。靠上下面挤紧的靠上下面挤紧的摩擦力摩擦力传递转矩传递转矩,上下面为工作面上下面为工作面动画第七十页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1670编制：吕亚清四.切向键:1.:1.一对楔键组成一对楔键组成,上下窄面为工作面上下窄面为工作面 2.2.只能单向传递转矩只能单向传递转矩T:两对切向键两对切向键(120130分布分布)双向传递双向传递结构结构:承载力大承载力大重型机械重型机械特点特点动画第七十一页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1671编制：吕亚清(二)键的选择及平键的强度校核 Mpa (10-27)二二.平键的强度校核平键的强度

45、校核 压溃压溃挤压强度挤压强度磨损压强一一.键的选择键的选择1.静联接静联接2.动联接动联接T转矩转矩Nmm，键的工作长度键的工作长度mmbdTh/2 (工作要求工作要求)键的种类键的种类按轴径按轴径 d选键选键的的b、h选键长选键长L(标准标准;短于轮毂寛度短于轮毂寛度)表表10-9(按强度弱者按强度弱者)查表查表10-10 P.155圆头圆头:=Lb平头平头:=L单圆头单圆头:=Lb/2第七十二页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1672编制：吕亚清5分类分类6.花键花键联接的强度校核的强度校核(三)花键联接 键侧是工作面，靠键侧面与键槽键侧是工作面，靠键侧面与键槽挤压挤压传

46、递转矩传递转矩。1结构结构:2工作原理：工作原理：3特点特点4失效形式失效形式:对中、导向性好。对中、导向性好。各键齿承载均匀，承载力大各键齿承载均匀，承载力大,键槽浅，对轴损伤较小。键槽浅，对轴损伤较小。加工要用专用设备，成本高。加工要用专用设备，成本高。静联接静联接:齿面压溃。齿面压溃。动联接动联接:工作面磨损。工作面磨损。由轴及轮毂孔周向均布的多个键齿互相配合由轴及轮毂孔周向均布的多个键齿互相配合构成花键联接构成花键联接,可视为平键在数量上的发展。可视为平键在数量上的发展。第七十三页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1673编制：吕亚清5.5.分类分类：(三角形花键三角形花

47、键)轻载轻载,小直径簿壁件联接小直径簿壁件联接制造方便，应用最广制造方便，应用最广。键齿强度高，承载力大键齿强度高，承载力大,工工艺性好，易获较高精度。艺性好，易获较高精度。矩形花键矩形花键(小径定心小径定心):渐开线花键渐开线花键(齿形定心齿形定心):=30=45第七十四页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1674编制：吕亚清1)静联接静联接:2)动联接动联接:DdC6.6.花键联接的强度校核花键联接的强度校核:P,p 表表10-11 p.156K载荷不均匀系数载荷不均匀系数,K=0.70.8 ;h齿面工作高度齿面工作高度h=(Dd)/22CD、d大小径；大小径；C齿顶倒圆半径

48、齿顶倒圆半径;Z齿数齿数L齿的接触长度；齿的接触长度；rm平均半径平均半径 手册手册p.141 rm=(D+d)/4第七十五页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1675编制：吕亚清一一.功用功用:二二.分类分类:按形状圆柱销圆柱销 图图10-41,a圆锥销圆锥销 图图10-41,b,c,d特殊形状销特殊形状销 图图10-42固定零件间的相对位置固定零件间的相对位置传递不大的转矩传递不大的转矩,并兼作安全元件并兼作安全元件按作用圆柱销圆锥销圆锥销圆锥销开尾销槽销10-12 10-12 销联接销联接 第七十六页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1676编制：吕亚清定位销

49、定位销:固定零件间的相对位置固定零件间的相对位置联接销联接销:联接联接传递不大的传递不大的T安全销安全销:安全保护安全保护联接销联接销:安全销安全销按作用定位销定位销第七十七页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1677编制：吕亚清定义：连杆机构由若干个构件通过低副连接而组成，又称为低副机构。定义：连杆机构由若干个构件通过低副连接而组成，又称为低副机构。共同特点：共同特点：原动件原动件1的运动经过不与机架直接相连的中间构件的运动经过不与机架直接相连的中间构件2传传递到从动件递到从动件3上。中间构件称为连杆。上。中间构件称为连杆。构件多呈杆状构件多呈杆状简称为杆简称为杆根据杆数命根据杆数命名，例如：名，例如：四杆机构四杆机构动画动画动画动画动画动画 1 11 1连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点 第七十八页，编辑于星期五：十一点 三十八分。2023/5/1678编制：吕亚清