1、同济大学机械设计JXSJ 28第二篇联接一 联接的作用构件 机构需要联接-运动副零件 构件需要联接二 分类1.动联接：两构件之间的联接，构成运动副。2.静联接：同一构件上零件之间的联接。可拆联接 例：螺 纹、键、花键 、销等静联接 不可拆联接 例：铆 接、焊接、 胶接过盈配合联接3.联接类型的选用第五章 螺纹联接第 0 节 概述一 螺纹的形成二 螺纹的基本参数1.大径 d-例：公称直径 M162.小径 d13.中径 d24.螺距 t5.升角四 螺纹类型：1.按旋向分：左旋和右旋。见形成2.按配对分：内螺纹和外螺纹。3.按轴剖面形状分：1)三角螺纹a.粗牙螺纹b.细牙螺纹2)管螺纹a.圆柱管螺纹
2、b.圆锥管 螺纹3)矩形 螺纹4)梯形螺纹5)锯齿形螺纹dd2d1t同济大学机械设计JXSJ 29FF第 1 节 螺纹联接的主要类型、材料一 螺纹联接的基本类型1.螺栓联接1)受拉（普通 ）螺栓联接.2)受剪（铰制孔）螺栓联接2.双头螺柱联接3.螺钉 联接4.紧定螺钉联接二 螺纹紧固件的性能等级和材料国标规定螺纹紧固件机械性能分级1. 螺栓、螺柱、螺 钉 的性能分为十级：精度等级 3.64.6、4.8 、5.6、5.8、6.88.8、9.8 10.9 12.9常用材料 低碳钢 低碳钢或 中碳钢中碳钢或低碳合金钢中碳钢或低碳合金钢 合金钢2. 机械强度与性能等级关系：Bmin=100点前数字 s
3、min=10(点前数字点后数字 )例：3.6 级螺栓：Bmin=100点前数字=1003=300(Mpa)smin=10(点前数字点后数字)=10(36)=180(Mpa)3. 螺母性能等级：根据螺母高度 m 不同，分为两类螺母高 性能等级m0.8D 4、5、6、8、9、10、120.5Dm02.对密封有要求 F=(1.51.8)F3.一般联接、载荷平稳 F=(0.20.6)F4.载荷不平稳 F=(0.61.0)FF0=F+F1=2(F0-F)/c1=(F-F)/c2解得： F=F-(c 2/(c1+c2)F 已知 F、F 求 FF=F+(c2/(c1+c2)F 已知 F、F 求 FF0=F+
4、(c1/(c1+c2)F 已知 F、F 求 F0F=F0-(c1/(c1+c2)F 已知 F0、F 求 Fc1/(c1+c2)称为 螺栓相 对刚度Fd0T1TT2F/2 F/2F/2F/2D0同济大学机械设计JXSJ 32 强度计算 静强度计算拉应力： 0=4F0/d12剪应力： 等效应力： ca=41.3F0/d12 校核式d1(41.3F 0/)1/2 设计式 疲劳强度计算工作载荷：F=F 1F 2力幅：F a=(F02-F01)/2=(c1/(c1+c2)(F2-F1)/2疲劳强度：a=Fa/A二 受剪螺栓 联接1. 工作原理2. 失效形式1).螺杆剪切面被剪断2)强度较弱的螺杆或孔被压
5、溃3. 条件性强度计算螺栓剪切强度：4F s/d2m挤压强度：F s/dhmin P例题 已知汽缸工作压力 p=00.5Mpa，工作温度.各螺栓预紧力相同。2.各螺栓材料、直径、长度相同。3.螺栓组中心和结合面中心重合。4.受载后结合面仍为平面。1. 受轴向力 FQ的螺栓组联接每个螺栓受工作载荷：F=FQ/z （ F0=F+F）2. 受横向载荷的螺栓组联接受力分析1) 受拉螺栓联接a)力分析力平衡： s Fm z=kfFR预紧力：F= k fFR /smz式中：k f-可靠性系数s-摩擦系数b)强度计算ca=41.3F /d12 2) 受剪螺栓联接a)力分析由力平衡：zF s=FR有：F s=
6、FR/Zb)强度计算（略）3. 受旋转力矩的螺栓组联接1) 受拉螺栓联接sFr1+sFri+sFrz=kfTF=kfT/s(ri)2) 受剪螺栓联接 a)力矩平衡Fs1r1+ Fsiri+Fszrz=Tb)由变形协调条件：Fs1/r1=Fsi/ri= =Fsz/rz= Fsmax/rmax代入得：F smax=Trmax/ri2Fsi=(Fsmax/rmax) riFQFRFRFSri sFTFR/2FR/2FRFsFF同济大学机械设计JXSJ 354. 受翻转力矩的螺栓组联接a)力矩平衡F1r1+Firi+Fzrz=Mb) 变形协调条件F1/r1=Fi/ri=Fz/rz=Fmax/rmax解
7、得：Fmax=Mrmax/ri25. 受复杂力系的螺栓组联接方法：将力系向结合面形心分解成轴向、横向、旋转、反转等简单力系。例题：已知 P=4800N， 结合面尺寸如图， 设计螺栓组联接。解：1. 结构设计略2. 螺栓受力分析1)将力向形心简化轴向力P1=Psin=4800sin500=3677(N)横向力P2=Pcos=4800cos500=3085(N)翻转力矩M=P1160+P2150=3677160+3085150=1051070(N)2)在 P1作用下各螺栓所受工作拉力F1=P1/z=3677/4=919(N)3)在 M 作用下上边螺栓受力Fmax=Mrmax/ri2=1051070
8、140/(41402)=1877(N)4)在 P2作用下结合面不滑移条件求 拧紧力szF-c2/(c1+c2)p1=kfP2s=0.16，k f=1.2取： c1/(c1+c2)=0.2 则：c2/(c1+c2)=1-c1/(c1+c2)=0.8F=kfP2/s +c2/(c1+c2)p1/z=1.23085/+0.83677/4=6520(N)MF右F 右F左F 左变形力FFM150220340150280160 PP1P2钢铸铁同济大学机械设计JXSJ 365)螺栓受总拉力工作拉力：F=F1+Fmax=919+1877=2796(N)总拉力：F0=F+(c1/(c1+c2)F=6520+0
9、.22796=7079(N)3. 确定螺栓直径1)许用应力选材：A3；螺栓强度级别： 4.6；许用应力： s=240MPa，s=1.5，=s/s=/1.5=160(MPa)2)螺栓直径d1(41.3F 0/)1/2=(41.37079/1603.14)1/2=8.6(mm)查手册： d=10mm 时，d1=8.376mmd1min 满足强度4. 校核被联接件结合面的工作能力1)校核下端挤压pmax=(zF-c2/(c1+c2)P1)/A+M/W =(46520-0.86377)/(150(340-220)+1051070/2107059=1.78(Mpa)由许用挤 压安全系数：s p=2.5由
10、手册：s B=250Mpap=B/sp=/2.5=100Mpapmax0不会出现缝隙第 4 节 提高螺栓联接强度的措施一 均匀螺纹牙受力分配螺 纹牙 受力不均原因：一般的螺栓联接，由于螺杆受拉，螺距变大；螺母受压，螺距变小。措施：使螺母 受拉。二 减小附加应力例：螺栓受附加应力措施：三 减小应力集中bhhW=b(h-h)3/6h=150(3403-2203)/6340=2107059mm3抗弯截面模量 W退刀槽同济大学机械设计JXSJ 37FF减小螺栓刚度、增大预紧力变形力FF减小螺栓刚度、增大预紧力变形力d2t1h四 降低应力幅增大被联接件刚度、降低螺栓刚度、适当增大预紧力。降低螺栓刚度措施
11、：增长螺栓长度、减小螺栓直径或作成空心螺栓。五 改善制造工艺第 5 节 螺旋传动一 作用将转动变为移动，传递运动和动力。例：二 分类按摩擦分：1.滑动螺旋：结构简单、加工方便、易自锁；效率底、磨损快。2.滚动摩擦：3. 静压螺旋： 效率高、结构复杂、成本高。三 滑动螺旋传动设计1. 选材螺杆：受力复杂，用优质碳钢及合金钢。螺母：铜合金、铸铁等2. 失效形式1) 螺纹磨损2) 螺杆或螺纹断裂3) 自锁4) 压杆稳定性3. 设计计算1) 螺旋副耐磨性计算条件性计算F/d2hzp用螺母高 H和螺距表示得校核式：p-螺距，p-许用比压对矩形和梯形螺纹 h=0.5p；锯齿形螺纹，h=0.75p取 H/d
12、2=，整理得设计式：2) 螺纹牙强度（螺母材料强度低，故按螺母校核）a)剪切强度b)弯曲强度3) 螺杆强度4) 自锁性校核v5) 压杆稳定性hHdF2hFd 21zdt321bbtFh23121.04dTdca45.2Fca同济大学机械设计JXSJ 36第六章小结螺纹类型、应用螺纹联接的类型螺纹概述预紧、防松问题1.摩擦防松2.机械防松3.破坏螺旋副受拉松螺栓联接受拉紧螺栓联接单个螺栓联接强度计算受剪螺栓联接1.只受预紧力2.受预紧力和工作载荷受轴向载荷 受拉螺栓联接受横向载荷受旋转载荷 受拉/受剪螺栓联接受翻转载荷 受拉螺栓联接设计计算螺栓组设计受复杂力系 受拉/受剪螺栓联接1.c1、c 2
13、、F 2.受拉螺母螺纹联接提高螺栓联接强度措施：3. 附加载荷思考题1.三角形螺纹有何特点？主要用途？2.螺纹联接有哪几种类型？受拉螺栓和受剪螺栓联接有何不同？它们的画法有何不同？载荷是怎样传递的？3.双头螺柱和螺钉联接哪一种不宜用在经常装拆的场合？4.强度级别为 5.8 的螺栓， B=?， S=?5.防松的根本问题是什么？有哪些防松措施？6.弹簧垫片开口旋向是左旋还是右旋？串联钢丝防松时，金属丝的方向如何？7.松螺栓联接如何进行强度计算？8.只受拧紧力的紧螺栓联接的等效应力与拉应力有何关系？9.既受拧紧力又受工作载荷的紧螺栓联接 F、F、F、F 0 之间的关系？什么是螺栓的相对刚度系数？10
14、. 受拉螺栓联接的失效形式是什么？受剪螺栓联接呢？11. 导出受轴向力、横向力、旋转力矩、翻转力矩的螺栓联接中受力最大的螺栓所受最大力。12. 受拉螺栓既受拧紧力又受工作载荷时，如果工作载荷在 0F 之间变化，在图上标出螺栓最大变形量1max、受工作载荷 F 后变形量增量 1；标出被联接件最大变形量 2max、受工作载荷 F 后变形量增量 2；标出拧紧力 F、最小总拉力 F0min、最大总拉力 F0max、力变化幅 Fa、剩余拧紧力 F。13. 改变螺栓的相对刚度和拧紧力是如何提高疲劳强度的？14. 受拉紧螺栓联接，螺杆受拉应力=50Mpa，许用应力=60Mpa ，该螺杆是否满足强度条件？F力变形37 1/237 2/2
