项目四螺纹连接及设计

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1、1 机 械 设 计 基 础 联 接任 务 ：能 根 据 客 户 给 定 的 条 件 设 计 螺 纹 1 制 定 螺 纹 设 计 的 设 计 方 案 。 2 合 理 选 用 材 料 。 3 采 用 估 算 法 设 计 螺 纹 直 径 ， 并 进 行 强 度 校 核 。 2 v 能 力 目 标 ：v A2. 能 够 运 用 技 术 资 料 （ 如 国 家 标 准 、 相 关 设 计 手 册 、 图 册 ） ， 会 选 用标 准 零 件 ；v A3. 能 根 据 客 户 要 求 ， 用 现 代 方 法 -CAD进 行 通 用 零 件 、 专 用 机 械 零 部 件的 设 计 ； v A4. 能 够

2、对 设 计 的 通 用 零 件 进 行 强 度 校 核 计 算 ；v A5 具 备 机 械 设 备 使 用 、 维 护 管 理 和 故 障 分 析 的 能 力 ；v 知 识 目 标 ：v K2. 熟 悉 常 用 机 构 的 工 作 原 理 、 组 成 、 分 类 、 特 点 及 应 用 场 合 ；v K3. 掌 握 常 用 机 构 设 计 的 基 本 方 法 ；v K4. 理 解 有 关 机 械 设 计 计 算 的 基 本 理 论 ； v K5. 掌 握 机 构 的 结 构 、 运 动 特 性 、 机 械 动 力 学 的 基 础 知 识 ；v K6. 掌 握 通 用 零 件 的 工 作 原 理

3、 、 特 点 、 组 成 、 分 类 及 应 用 场 合 ；v 其 他 素 质 ：v Q1. 领 悟 并 执 行 7S管 理 ， 使 学 生 具 备 职 业 素 养v Q2. 具 有 主 动 参 与 、 积 极 进 取 、 崇 尚 科 学 、 实 事 求 是 的 学 习 态 度 和 思 想意 识v Q3. 具 有 的 科 学 态 度 和 辩 证 思 维 能 力 和 创 新 精 神v Q4. 培 养 良 好 的 职 业 道 德 和 正 确 的 设 计 思 维 方 式v Q5. 培 养 创 新 意 识 和 解 决 实 际 问 题 的 能 力v Q6. 具 有 良 好 的 团 队 合 作 精 神 与

4、 竞 争 意 识 3静 联 接动 联 接 运 动 副 机 械 设 计 基 础 联 接 与 动 力源 组 合零 件 构 件 机 构 机 器静 联 接 动 联 接(运 动 副 )可 拆 联 接 ： 螺 纹 联 接 、 键 联 接 、 销 联 接 等不 可 拆 联 接 ： 铆 接 、 焊 接 、 胶 接 等联接 4 一 、 螺 纹 的 主 要 参 数1 螺 纹 形 成v 螺 旋 线 形 成 ： 倾 斜 线 绕 在 圆 柱 体 上形 成 的 曲 线v 螺 纹 形 成 ： 平 面 图 形 沿 螺 旋 线 形 成三 角 形 、 矩 形 、 梯 形 、 锯 齿 形 、 半 圆 形 螺 纹v 螺 旋 线 的

5、数 目 (线 数 ):单 线 、 多 线机 械 设 计 基 础 联 接v 旋 向 (螺 旋 线 方 向 )： 常 用 右 旋 ， 特 殊 要 求 时 用 左 旋 v 问 题 ： 旋 向 判 断 ？v 粗 牙 螺 纹 一 般 联 接v 细 牙 螺 纹 d1大 、 强 度 大 、 自 锁 性 好 ， 常 用 于 变 载 d2S P联 接 传 动 5 螺 纹 旋 向 判 断v 旋 向 (螺 旋 线 方 向 )： 常 用 右 旋 ， 特 殊要 求 时 用 左 旋v 旋 向 判 断 :(1)轴 线 垂 直 放 ， 右 边 高 右 旋 左 边 高 左 旋机 械 设 计 基 础 联 接v (2)右 手 旋

6、， 前 进 右 旋 v 左 手 旋 ， 前 进 左 旋 6d2 2 主 要 参 数v 大 径 d、 D： 最 大 直 径 公 称 直 径v 小 径 d1： 外 螺 纹 的 危 险 剖 面 直 径v 强 度 直 径v 中 径 d2、 D2： 假 想 直 径 ， 牙 型 沟 槽宽 与 牙 的 宽 度 相 等 计 算 直 径v 螺 距 P： 相 邻 两 牙 轴 向 距 离v 导 程 S： 同 一 条 螺 纹 线 的 相 邻 两 牙 间的 轴 向 距 离 ， S = nP机 械 设 计 基 础 联 接 v 升 角 ： 螺 纹 与 其 轴 线 的 垂 直 平 面 所 成 的 夹 角v 牙 型 角 a ：

7、 螺 纹 两 侧 边 的 夹 角 d1D, d S P 7 用 于 联 接 三 角 形 螺 纹 ： 普 通 螺 纹 （ 紧 固 联 接 ） 管 螺 纹 （ 紧 密 联 接 ）用 于 传 动 梯 形 螺 纹 锯 齿 形 螺 纹二 、 机 械 制 造 常 用 螺 纹 8 普 通 螺 纹 我 国 国 家 标 准 中 ， 把 牙 型 角 60o的 三 角 形 米 制 螺 纹 称为 普 通 螺 纹 。粗 牙 螺 纹 和 细 牙 螺 纹 同 一 公 称 直 径 的 螺 纹 可 以 有 多 种 螺 距 ， 其 中 螺距 最 大 的 称 为 粗 牙 螺 纹 ， 其 余 都 称 为 细 牙 螺 纹 。 一 般

8、情 况 下 的 联 接 都 应 选 择 粗 牙 螺 纹 。 9细 牙 螺 纹 的 特 点 小 径 大 ,螺 距 小 ,螺 纹 升 角 小 ,所 以 自 锁 性 好 ,强 度 高 ,但 不 耐磨 ,易 滑 扣 。 它 适 用 于 薄 壁 零 件 、 受 动 载 荷 的 联 接 、 微 调 机 构 及管 道 密 封 。 粗 牙 螺 纹 与 细 牙 螺 纹 的 区 别 ： 10 管 螺 纹 用 于 需 要 密 封 气 、 液 管 道 。管 螺 纹 分 类 非 螺 纹 密 封 的 管 螺 纹 （ 55o） 螺 纹 密 封 的 管 螺 纹 （ 55o） 60o圆 锥 管 螺 纹 （ 60o） 11 梯

9、形 螺 纹 一 般 用 于 传 动 . 55o。 效 率 较 低 ,但 克 服 了 矩 形 螺纹 的 缺 点 ， 应 用 广 泛 。 锯 齿 形 螺 纹 一 般 用 于 传 动 .效 率 高 ,强 度 大 ,单 向 传 动 。矩 形 螺 纹 ： 实 际 中 很 少 使 用 。 12 1. 螺 纹 联 接 的 基 本 类 型v 螺 栓 联 接普 通 螺 栓 联 接铰 制 孔 螺 栓 联 接v 双 头 螺 栓 联 接v 螺 钉 联 接v紧 定 螺 钉v 其 它 联 接 ： 地 脚 螺 栓 、 吊 环 螺 钉v 螺 纹 联 接 类 型 主 要 根 据 受 力 、 结 构 形 式 、装 拆 要 求 等

10、 进 行 选 择机 械 设 计 基 础 联 接四 、 螺 纹 联 接 件 主 要 类 型 13 螺 栓 联 接普 通 螺 栓 联 接v 特 点 ： 孔 与 杆 间 有 间 隙 、 被 联 接件 上 无 需 切 制 螺 纹 、 装 拆 方 便v 适 用 场 合 ： 经 常 装 拆 的 一 般 场 合 铰 制 孔 螺 栓 联 接v 特 点 ： 孔 与 杆 间 无 间 隙 、 被 联 接件 上 无 需 切 制 螺 纹 、 装 拆 方 便v 适 用 场 合 ： 承 受 横 向 载 荷 的 场 合机 械 设 计 基 础 联 接 14 双 头 螺 栓 、 螺 钉 联 接双 头 螺 栓 联 接v 特 点 ：

11、 孔 与 杆 间 有 间 隙 、 被 联 接件 上 无 需 切 制 螺 纹 、 装 拆 方 便v 适 用 场 合 ： 用 于 被 联 接 件 之 一 较厚 、 经 常 装 拆 的 场 合 螺 钉 联 接v 特 点 ： 孔 与 杆 间 有 间 隙 、 被 联 接件 上 无 需 切 制 螺 纹 、 装 拆 方 便v 适 用 场 合 ： 被 联 接 件 之 一 较 厚 ，且 不 常 装 拆 的 场 合机 械 设 计 基 础 联 接 15 紧 定 螺 钉 联 接适 用 场 合 ：v 多 用 于 轴 上 零 件 的 固 定 ，传 递 较 小 的 力 v 锥 端 螺 钉 联 接v 平 端 螺 钉 联 接v

12、 圆 柱 端 螺 钉 联 接机 械 设 计 基 础 联 接 16 其 他 联 接v 地 脚 螺 栓 联 接 、 吊 环 螺 栓 联 接 、 T形 槽 螺 栓 联 接机 械 设 计 基 础 联 接 17 2.标 准 螺 纹 联 接 件v 螺 栓普 通 螺 栓 铰 制 孔 螺 栓v 双 头 螺 栓v 螺 钉联 接 螺 钉紧 定 螺 钉 、 自 攻 螺 钉v 螺 母 ： 六 角 螺 母 、 圆 螺 母v 垫 圈 ： 平 垫 圈 、 斜 垫 圈螺 纹 联 接 件 通 过 组 合 形 成 螺 纹 联 接机 械 设 计 基 础 联 接 181. 螺 栓 联 接 一 、 螺 纹 连 接 的 类 型 7.2螺

13、 纹 联 接 预 紧 与 防 松 19 拧 紧 目 的 ： 提 高 螺 栓 联 接 刚性 、 紧 密 性 、 紧 固 性 要 求 ； 以及 防 松拧 紧 力 矩 和 预 紧 力预 紧 ： 安 装 时 将 螺 母 拧 紧 ， 使 联 接 受 到 一 定 的 预 紧 力 。F螺 纹 间 摩 擦 力 矩支 承 面 处 与 螺 母 间 摩 擦 力 矩拧 紧 力 矩 T螺 纹 连 接 的 预 紧 及 其 控 制 螺 纹 连 接)(221 tgdFT T 2 = fc F rf所 以 ： T=T1+T2=KFd 20 F/预 紧 力 ;d2螺 纹 中 径 ; /当 量 摩 擦 角 ; fc螺 母 与 被

14、联 接 件 支 承 面 间 摩 擦 系 数 ,无 润 滑 时取 fc 0.15；rf支 承 面 摩 擦 半 径 rf (D1+d0)/4 ；式 中 D1、 d0螺 母 支 承 面 的 外 径 、 内 径 。 螺 纹 连 接注 意 ： 对 于 重 要 的 联 接 ， 尽 可 能 不 采 用直 径 过 小 ( M12)的 螺 栓 。简 化 计 算 ： 对 M10 M68的 粗 牙 普 通 螺 纹 取 f /=tg / =0.15 ， fc 0.15得 ： T 0.2F d N.mm 21 控 制 拧 紧 力 矩 方 法 1） 拧 紧 程 度 通 常 由 经 验 控 制2） 重 要 联 接 根 据

15、联 接 要 求 决 定 计 算 出 T的 值 。 在 拧 紧 时 用 侧 力 矩 扳 手 或 定 力矩 扳 手 控 制 T 按 T计 算 式 螺 纹 连 接 22 使 用 测 力 矩 扳 手 测 力 矩 扳 手 原 理 ： 利 用 弹 性件 的 变 形 量 正 比 于 拧 紧 力 矩 的 原理 ， 借 助 手 柄 上 的 指 针 指 示 刻 度扳 上 拧 紧 力 矩 值 ,以 控 制 F 。 使 用 定 力 矩 扳 手 定 力 矩 扳 手 原 理 ： 当 拧 紧 力矩 超 过 规 定 值 时 ， 弹 簧 压 缩 ， 卡盘 与 圆 柱 销 之 间 打 滑 ， 如 果 继 续转 动 手 柄 ， 卡

16、 盘 不 再 回 转 ， 拧 紧力 矩 的 大 小 可 用 螺 钉 调 整 弹 簧 压力 来 加 以 控 制 。 螺 纹 连 接 23 1、 螺 纹 联 接 多 采 用 单 线 普 通 螺 纹 ， 一 般 都 具 有 自 锁 性 ；2、 在 静 载 荷 和 工 作 环 境 温 度 变 化 不 大 的 情 况 下 不 会 自 动 松脱 。 但 在 振 动 、 冲 击 、 变 载 荷 或 温 度 变 化 很 大 时 ，3、 联 接 就 有 可 能 松 脱 。 为 保 证 联 接 安 全 可 靠 ， 设 计 时 必 须考 虑 放 松 问 题 。防 松 方 法 ： 摩 擦 防 松 机 械 防 松 永

17、久 止 动螺 纹 连 接 的 防 松 螺 纹 连 接 24 4.2螺 纹 联 接 预 紧 与 防 松v 螺 纹 联 接 防 松 的 实 质 在 于 限 制 螺 旋 副 的 相 对 转 动v 螺 纹 联 接 防 松 的 方 法 按 工 作 原 理 可 分 为 :1 摩 擦 防 松2 机 械 防 松3 其 它 ： 破 坏 螺 纹 副 关 系 （ 铆 冲 、 粘 接 、 焊 接 ）机 械 设 计 基 础 联 接 25 1 摩 擦 防 松v 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v 弹 簧 垫 圈 防 松 、 对

18、 顶 螺 母 (双 螺 母 )防 松机 械 设 计 基 础 联 接 26 对 顶 螺 母 防 松v 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v 对 顶 螺 母 防 松机 械 设 计 基 础 联 接 27 2 机 械 防 松v 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v 开 口 销 、 止 动 垫 圈 、 串 联 钢 丝 防 松机 械 设 计 基 础 联 接螺 栓 开 槽 螺 母 开 口 销 装 配 图 28 止 动 垫 圈 防

19、松v 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 性机 械 设 计 基 础 联 接 29 串 联 钢 丝 防 松机 械 设 计 基 础 联 接 正 确错 误v 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 30 3 其 它 ： 破 坏 螺 纹 副 关 系v 焊 接 v 铆 冲机 械 设 计 基 础 联 接 31 一 次 性 使 用 的 方 法 32 4.3 螺 栓 联 接 的 强 度 计 算松 螺 栓 联 接 ： 无 预 紧 力 ， 只 有 工 作 拉 力紧

20、 螺 栓 联 接 ： 有 预 紧 力 ， 还 有 工 作 拉 力1 失 效 形 式2 设 计 步 骤3 松 螺 栓 联 接 强 度 设 计4 紧 螺 栓 联 接 强 度 设 计仅 受 预 紧 力 的 紧 螺 栓 联 接 受 横 向 载 荷 的 紧 螺 栓 联 接受 轴 向 载 荷 的 紧 螺 栓 联 接受 偏 心 载 荷 的 紧 螺 栓 联 接 机 械 设 计 基 础 联 接螺 栓 组 联 接 33 1 失 效 形 式v 失 效 形 式 ：v 1. 螺 栓 杆 拉 断 （ 普 通 螺 栓 ）v 2. 螺 纹 压 溃 和 剪 断 （ 受 剪 螺 栓 ）v 3. 经 常 装 拆 因 磨 损 而 发

21、 生 滑 扣v 普 通 螺 栓 主 要 为 螺 纹 部 分 发 生 断 裂v 受 剪 螺 栓 (铰 制 孔 螺 栓 )主 要 为 压 溃 和 剪 切机 械 设 计 基 础 联 接 34 2 设 计 步 骤一 般 设 计 步 骤 ：v 螺 栓 组 受 力 和 失 效 分 析 找 出 受 力 最 大 的 螺 栓 单 个 螺 栓受 力 分 析 和 失 效 分 析 单 个 螺 栓 强 度 计 算 确 定 螺 栓 的 尺寸 （ 直 径 、 长 度 ）v 试 算 法 ： 先 选 定 一 个 螺 栓 直 径 d 查 计 算 d1。v 若 d 1与 d1（ 假 定 的 小 径 ） 相 近 ， 则 合 用 ；

22、否 则 再 选 机 械 设 计 基 础 联 接 35 3 松 螺 栓 联 接 强 度 设 计v 受 载 荷 形 式 轴 向 拉 伸 (工 作 拉 力 F)v 失 效 形 式 螺 栓 拉 断 (静 、 疲 劳 )v 设 计 准 则 保 证 螺 栓 拉 伸 强 度v 强 度 条 件 ： v 设 计 计 算 方 法 ：v 校 核 式 : v 设 计 式 :机 械 设 计 基 础 联 接 214dFAF 41 Fd F 36 例 题已 知 ： 吊 钩 上 的 载 荷 Fa = 25kN,材 料 为 35钢 ,许 用拉 应 力 = 60 N/mm2。 确 定 螺 纹解 : mmFd a 033.2360

23、 10254 4 31 查 表 得 出 ： 螺 纹 M27 的 d=27mm,d1=23.752mm， 略 大 于 所求 的 小 径 ， 合 适 。 因 此 吊 钩 的 螺 纹 可 用 M27。根 据 设 计 公 式 37 4 紧 螺 栓 联 接 强 度 设 计(1) 仅 受 预 紧 力 的 紧 螺 栓 联 接v 受 载 荷 形 式 拧 紧 后 :轴 向 拉 伸 (工 作 拉 力 Fs)v 拧 紧 过 程 中 :轴 向 拉 伸 Fs 、 扭 力 Tv 失 效 形 式 螺 栓 拉 断 (拉 、 扭 综 合 作 用 )v 设 计 准 则 保 证 螺 栓 拉 伸 强 度v 强 度 条 件 ： v 设

24、 计 计 算 方 法 ： v 校 核 式 : 机 械 设 计 基 础 联 接 TF sFs拧 紧 力 矩 T剪 应 力 预 紧 拉 力 FS拉 应 力 5.0 3.1)5.0(33 2222 4/3.1 21 dFS x1.341 SFd v 设 计 式 : 38 （ 2） 受 横 向 载 荷 的 螺 栓 联 接A 普 通 螺 栓 联 接抵 抗 横 向 载 荷 的 作 用 力 结 合 面 内 的 摩 擦 力决 定 摩 擦 力 的 因 素 螺 栓 的 预 紧 力 、 接 合 面 摩 擦 系 数 39 mF0f CF F0 CF/mf其 中 m： 接 合 面 C： 可 靠 性 系 数 （ C=1.

25、1 - 1.3) f:摩 擦 系 数 （ 0.15 - 0.2）针 对 常 用 材 料 的 计 算当 f=0.15， C=1.2， m=1 时 F 0 7F 只 靠 摩 擦 力 来 承 担 横 向 载 荷 时 ， 要 求 予 紧 力 相 当 大 ， 螺栓 尺 寸 也 将 较 大 ， 不 可 靠 ， 所 以 我 们 应 避 免 采 用 此 机 构 。 一 般 采 用 减 载 装 置 。 加 装 键 、 销 或 套 筒 承 担 横 向 载 荷 。 40 减 荷 措 施 减 荷 销 减 荷 套 筒 减 荷 键螺 栓 起 联 接 作 用 ， 载 荷 由 减 荷 销 、 套 筒 、 键 承 担减 荷 销

26、 、 套 筒 、 键 的 计 算 按 剪 切 和 挤 压 进 行 强 度 核 算 （ 材 料 力 学 ） 41 (3) 受 轴 向 静 载 荷 的 紧 螺 栓 联 接v 受 载 荷 形 式 拧 紧 过 程 中 : 轴 向 拉 伸 Fs 、扭 力 Tv 工 作 时 ， 再 承 受 工 作 载 荷 Fv 此 时 ， 螺 栓 所 受 的 总 拉 力 :v F0 = FS+F ?机 械 设 计 基 础 联 接 TFSF S FFF0 F0v 须 根 据 静 力 平 衡 方 程 和 变 形 协 调 条 件 求 解 42 受 力 和 变 形 关 系 变 形 协 调 条 件 :l 1 lb l 机 械 设

27、计 基 础 联 接 F0F+FSF0=F+FSl1lb l1lbT FSFS FFF0F0FsFs FsFs预 紧 FS受 载 F 螺 栓 被 联 接 件拉 力 FS， 伸 长 l1 压 力 FS， 压 缩 lb拉 力 F0, 伸 长 l1 l1 压 力 FS, 压 缩 lb -lb未 预 紧 未 受 力 、 无 变 形 未 受 力 、 无 变 形 FF 43 一 般 要 求 F s=(0.2-1.8)F紧 螺 栓 联 接 对 残 余 预 紧 力 FR的 要 求 : 保 证 被 联 接 件 的 接 合 面 不 出 现 缝 隙 。 当 F没 有 变 化 时 ， Fs (O.2 - 0.6)F；

28、当 F有 变 化 时 ， Fs (0.6 - 1.0)F； 有 紧 密 性 要 求 的 联 接 (如 压 力 容 器 )， Fs (1.5 - 1.8)F。 44 受 轴 向 静 载 荷 螺 栓 强 度 计 算v 螺 栓 受 到 的 总 拉 力 F0= F+ FSv 则 螺 栓 强 度 计 算 公 式 ：机 械 设 计 基 础 联 接v校 核 式 : 4/3.1 21 0 d F x1.34 01 Fd v设 计 式 : 45 （ 4） 受 剪 螺 栓 连 接铰 制 孔 用 螺 栓 的 计 算 按 剪 切 和 挤 压 进 行 强 度 核 算 。 46其 中 p、 和 S表 7.8 减 载 装

29、置 的 强 度 计 算 公 式 与 铰 制 孔 的 螺 栓 其强 度 相 同 。剪 切 强 度 挤 压 强 度 Sdm FAF Saa 4 0螺 栓 受 剪 切 力 和 挤 压 力 SdFAF Spaap 0 47螺 栓 组 联 接 的 基 本 受 载 类 型 ：2受横向载荷FS FS 4受倾覆力矩OM3受转矩 riO T1受轴向载荷F FS假 设 ： 所 有 螺 栓 的 刚 度 和 预 紧 力 均 相 同 ； 被 联 接 件 为 刚 体 ； 各 零 件 的 变 形 在 弹 性 范 围 内 。 4.4 螺 栓 组 连 接 的 受 力 分 析 与 设 计 48 5-4 螺 栓 组 联 接 受 力

30、 分 析一 、 承 受 轴 向 载 荷 的 螺 栓 组 连 接 如 图 所 示 为 压 力 容 器 的 螺 栓 组连 接 ， 所 受 轴 向 总 载 荷 FQ通 过 螺 栓组 形 心 ， 螺 栓 组 各 螺 栓 所 受 的 工 作载 荷 相 等 。F 24 QF D p 螺 栓 数 目注 ： 如 FQ不 通 过 螺 栓 组 的 形 心 ， 应 向 形 心 平 移 后 再 计 算 。 螺 栓 组 连 接 的 设 计 QFF z 轴 向 外 载 荷 受 轴 向 载 荷 的 螺 栓 组 连 接 49 受 横 向 载 荷 1二 、 承 受 横 向 载 荷 的 螺 栓 组 连 接 .普 通 螺 栓 连

31、接 螺 栓 预 紧 后 在 被 联 接 件 的 接触 面 上 产 生 正 压 力 ， 靠 由 此 产 生的 摩 擦 力 承 受 。SsF 保 证 被 联 接 件 不 相 对 滑 动 ，须 满 足 ： S ss KFmzF 则 所 需 预 紧 力 为 mzKFF ss S式 中 ： K 可 靠 性 系 数 结 合 面 的 摩 擦 因 数m 结 合 面 数s 螺 栓 组 连 接 的 设 计 受 横 向 载 荷 的 螺 栓 组 连 接 50 受 横 向 载 荷 2 . 受 铰 制 孔 螺 栓 连 接各 螺 栓 承 受 的 横 向 力 相 等 。sFzFF ss S分 别 进 行 剪 切 强 度 和

32、挤 压 强度 计 算 。 螺 栓 组 连 接 的 设 计三 、 承 受 转 矩 T 的 螺 栓 组 连 接连 接 受 载 后 有 绕 螺 栓 组形 心 转 动 的 趋 势 ， 螺 栓受 力 情 况 与 承 受 横 向 工作 载 荷 的 螺 栓 连 接 类 似 承 受 转 矩 的 螺 栓 组 连 接 51 承 受 转 矩 T 时 1 .普 通 螺 栓 连 接 靠 结 合 面 上 的 摩 擦 力 承 受 T 。 保 证 底 板 在 T 作 用 下 不 转动 ， 须 满 足 zsss rFrFrF 21 KT则 所 需 预 紧 力 F )( 21 zs rrr KT 螺 栓 组 连 接 的 设 计

33、r1、 r2、 rz各 螺 栓 中 心 与 螺 栓 组 形 心 间 的 距 离 。 52 承 受 转 矩 T 时 2 . 铰 制 孔 螺 栓 连 接 各 螺 栓 所 受 的 工 作 剪 力 与 其 中 心 到 底 板 中 心 的 距 离 成 正 比 。 siFir底 板 的 静 力 平 衡 方 程 为 TrFrFrF zszss 2211联 立 两 式 求 解 ， 得 最 大 工 作 剪 力 22221 maxmax zs rrr TrF zszss rFrFrF 2211即 螺 栓 组 连 接 的 设 计 53 受 翻 转 力 矩 M时 1四 、 承 受 倾 翻 力 矩 M 的 螺 栓 组

34、连 接 在 M 作 用 下 ， 底 板 有 绕 通 过 螺栓 组 形 心 的 轴 线 O 转 动 的 趋 势 。 在 前 述 假 设 下 ， 各 螺 栓 所受 的 工 作 拉 力 与 其 中 心 到 翻转 轴 线 的 距 离 成 正 比 。iFil max1 21 2 maxzz FF F Fl l l l 底 板 的 静 力 平 衡 方 程 为 MrFrFrF zz 2211联 立 两 式 求 解 ， 得 最 大 工 作 拉 力 22221 maxmax zrrr MrF 螺 栓 组 连 接 的 设 计 54 受 翻 转 力 矩 M时 20minP WMAFz为 防 止 结 合 面 受 压

35、最 小 处 出 现 间 隙 ， 要 求：maxP PWMAFz 为 防 止 结 合 面 受 压 最 大 处 被 压 溃 ， 要 求 ：式 中 ： A 结 合 面 的 面 积 （ mm2）W 结 合 面 的 抗 弯 截 面 模 量 （ mm3） 许 用 挤 压 应 力 （ Mpa） p实 际 中 ， 螺 栓 组 往 往 同 时 承 受 两 种 或两 种 以 上 的 载 荷 。 螺 栓 组 连 接 的 设 计 工 作 时 承 受 外 载 荷 FP 轴 向 载 荷 FV横 向 载 荷 FH 翻 转 力 矩 M 55 4.5螺 栓 材 料 和 许 用 应 力v 材 料 ：一 般 用 途 ： 低 碳 钢

36、 或 中 碳 钢 (3545及 Q235Q275)重 要 联 接 ： 合 金 钢 （ 40Cr、 30CrMnTi ）v 国 标 (GB/T 3098.1_2000)规 定 螺 栓 按 材 料 的 力 学 性 能 分 出 十 个 等 级 ：v 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9v 规 则 ： 小 数 点 前 数 字 表 示 B/100, 小 数 点 后 数 字 表 示 10S/Bv 如 ： 5.8级 ： 表 示 B=500MPa ， S=400MPav 许 用 应 力 ： 表 7-1机 械 设 计 基 础 联 接 v 计 算 螺

37、 栓 小 径 时 采 用 试 算 法 来 选 用 s s 56 已 知 ： 一 钢 制 液 压 油缸 ， 油 缸 壁 厚 t为 10mm，油 压 P=1.6MPa，D=160mm， 计 算 螺 栓 联接 和 螺 栓 分 布 圆 直 径 。解 ：1 计 算 工 作 载 荷 FE， 取 螺 栓 Z=8。 KNZDpFE 02.484 )160(6.14 22 57 2 求 总 拉 力 Fa=FE+FR=FE+1.8FE=2.8FE =2.84.02=11.3kN3 求 螺 栓 直 径 s=355MPa (选 取 45号 钢 ) S=3 (装 配 时 不 要 求 严 格 控 制 预 紧 力 ) =s

38、/S=355/3=118MPa 计 算 出 螺 栓 小 径 mmFd a 6.12118 103.113.143.14 31 查 附 表 7-1(P108)M=16， 再 查 表 7.9(P96)，S=3是 正 确 的 . 58mmZDl 4.8682200 由 P143注 释 可 知 ， 当 p1.6MPa时 ,要 求 l7d，可 知 取 的 D0和 Z是 合 适 的 . 4 确 定 螺 栓 的 分 布 圆 直 径 : 从 P137图 10-9可 得 螺 栓 轴 线 到 边 缘 的 距 离 e=d+(3-6)=19-22 螺 栓 的 分 布 圆 直 径 D0=D+2t+2e=160+210+

39、2(19-22)=218-224 取 D0=220mm螺 栓 间 距 59 4.6 提 高 螺 栓 联 接 强 度 的 措 施 降 低 螺 栓 总 拉 伸 载 荷 Fa的 变 化 范 围 ； 改 善 螺 纹 牙 间 的 载 荷 分 布 ； 减 少 应 力 集 中 ； 避 免 或 减 少 附 加 应 力 ； 采 用 塑 性 加 工 工 艺 。 60 一 、 降 低 螺 栓 总 拉 伸 载 荷 Fa措 施1 从 减 少 螺 栓 的 刚 度 的 角 度 减 小 螺 栓 光 杆 部 分 直 径 ； 采 用 空 心 螺 杆 ； 增 加 螺 栓 的 长 度 。2 从 增 大 被 联 接 件 的 刚 度 的

40、 角 度 密 封 时 采 用 金 属 薄 垫 片 ； 采 用 O形 密 封 圈 。 61 二 改 善 螺 纹 牙 间 的 载 荷 分 布 采 用 普 通 螺 母 时 ， 轴 向 载 荷 在 旋 合 螺 纹 各 圈 间 的 分 布 是不 均 匀 的 。 第 一 圈 受 载 最 大 ； 以 后 各 圈 递 减 ； 到 第 8-10圈 以后 ， 螺 纹 几 乎 不 受 载 荷 。 错 误 ： 采 用 圈 数 多 的 厚 螺 母 提 高 联 接 强 度 62 改 善 螺 纹 牙 间 的 载 荷 不 均 匀 分 布 的 措 施 采 用 悬 置 (受 拉 )螺 母 （ 螺 母 锥 形 悬 置 段 与 螺

41、栓 杆 为 一 起 变 形 ） 采 用 环 槽 螺 母 63 三 减 少 应 力 集 中 增 大 过 渡 处 园 角 ； 切 制 卸 载 槽 。 64 四 避 免 或 减 少 附 加 应 力 不 平 整 的 表 面 ； 被 联 接 件 刚 度 不 足 ； 偏 心 钩 头 螺 栓 。 65 措 施 ： 支 承 面 加 工 凸 台 、 沉 孔 ； 采 用 斜 垫 片 ； 加 垫 块 或 套 筒 。 66 五 采 用 塑 性 加 工 工 艺 采 用 冷 镦 头 部 和 辗 压 螺 纹 ； 采 用 表 面 硬 化 处 理 （ 如 碳 化 、 氮 化 和 氰化 ） 。 67 4.7 螺 旋 传 动 螺

42、旋 传 动 主 要 是 把 螺 旋 运 动 改 变 成 为 直 线 运动 。螺 旋 传 动 的 分 类 传 力 螺 旋 、 传 导 螺 旋 、 调 整 螺 旋 68 1 传 力 螺 旋 以 传 递 动 力 为 主 ，要 求 用 较 小 的 力 矩 转 动螺 杆 (或 螺 母 )而 使 螺 母(或 螺 杆 )产 生 轴 向 运 动和 较 大 的 轴 向 力 。典 型 应 用 如 起 重 和 加 压 设 备 。 69 2 传 导 螺 族 以 传 递 运 动 为 主 ， 要 求 有 很 高 的 运 动 精 度 。 典型 应 用 机 床 刀 架 或 工 作 台 的 进 给 机 构 。 70 3 调 整

43、 螺 旋 调 整 并 固 定 零 件 或 部 件之 间 的 相 对 位 置 。典 型 应 用 调 整 带 传 动 的 初 拉 力 。 71 螺 杆 和 螺 母 的 材 料 螺 杆 一 般 可 用 Q275、 45、 50； 重 要 的 用 T12、 40Cr、 65Mn， 要 热 处 理 ； 螺 母 铸 造 锡 青 铜 ZCuSn10P1、 ZCuSn5Pb1Zn5； 重 载 低 速 用 高 强 度 铸 铝 青 铜 ZCuAl10Fe3； 低 速 轻 载 可 用 铸 铁 。 72 螺 旋 传 动 的 失 效 形 式 主 要 是 螺 杆 螺 纹 磨 损 。 还 可 能 有 螺 杆 在 拉 压 塑

44、 性 变 形 、 螺 杆 失 稳 、螺 纹 牙 剪 断 。螺 旋 传 动 的 设 计 过 程 1 设 计 螺 杆 的 直 径 和 螺 母 高 度 (耐 磨 性 计 算 ) 2 螺 杆 强 度 校 核 3 螺 杆 的 稳 定 性 校 核 4 螺 纹 牙 强 度 校 核 73 1 耐 磨 性 计 算 通 常 限 制 压 强 p。校 核 公 式 MPaphzdFp a 2 引 入 系 数 2dH设 计 公 式梯 形 螺 纹锯 齿 形 螺 纹 mmpFd a8.02 mmpFd a65.0 2 74 2 螺 杆 强 度 校 核 受 拉 、 受 扭 要 根 据 第 四 强 度 理 论 校 核 MPadT

45、dFae 23122122 16/343 75 3 螺 杆 的 稳 定 性 校 核根 据 柔 度 计 算 临 界 载 荷ill 其 中 ： l 螺 杆 的 最 大 工 作 长 度 ， 长 度系 数 ， I 螺 杆 危 险 截 面 惯 性 半 径l 100时 NlEIF C 2240 l 100时 NdFC 4)12.1304( 21l NdFC 4)57.2461( 21l 470MPa的 优 质 碳 素 钢 370MPa的 碳 素 钢l 40时 ， 不 要 进 行 稳 定 性 校 核 76 校 核 公 式 SFF Ca 四 、 螺 纹 牙 强 度 校 核校 核 公 式 MPaDbzF a 7

46、7 一 、 键 联 接 的 分 类 及 结 构二 、 键 的 强 度 校 核三 、 花 键 联 接机 械 设 计 基 础 联 接 78 一 、 键 联 接 的 分 类 及 结 构v 目 的 ：v 键 是 用 来 实 现 轴 与 轴 上 零 件 的 周 向 固 定 以 传 递 转 矩 （ 静 联接 ） ， 或 实 现 轴 上 零 件 的 轴 向 固 定 或 轴 向 移 动 （ 动 联 接 ）v 它 是 标 准 件v 分 类 ：机 械 设 计 基 础 联 接键联接 松 联 接紧 联 接 楔 键 （ 静 联 接 ， 单 向 轴 向 固 定 ）平 键半 圆 键 （ 静 联 接 ）普 通 平 键 （ 静

47、 联 接 ）导 向 平 键 （ 动 联 接 ）花 键 79 1 松 联 接（ 1） 平 键 联 接v 结 构 :键 两 侧 与 键 槽 相 配 合 (静 联 接 为 过 渡配 合 , 动 联 接 为 间 隙 配 合 ), 上 端 面 与 轮 毂键 槽 底 面 有 间 隙v 工 作 原 理 :两 侧 面 是 工 作 面 ， 靠 两 侧 面 挤压 传 递 转 矩v 失 效 形 式 :v 静 联 接 ： 工 作 面 挤 溃 ， 键 剪 断 v 动 联 接 ： 工 作 面 磨 损v 特 点 ： 结 构 简 单 ， 装 折 方 便 ， 对 中 性 好 ， 承 载 能 力 大 ， 应 用 广 泛v 成 对

48、 使 用 :v 承 载 能 力 不 够 时 采 用 , 按 180 布 置 两 个 键 。 一 对 平 键 按 1.5 个 键 计 算机 械 设 计 基 础 联 接 80 平 键 分 类v 普 通 平 键v (圆 头 )型 ： 立 铣 刀 ， 键 定 位 好 ， 轴 应 力 集 中 大v (平 头 )型 ： 盘 铣 刀 ， 轴 向 键 无 定 位 ， 应 力 集 中 小v (单 圆 头 )型 ： 立 铣 刀 加 工 ， 用 于 轴 端v 导 向 平 键v 键 固 定 于 轴 上 , 滑 移 距 离 小机 械 设 计 基 础 联 接 81 (2) 半 圆 键 联 接v 结 构 : v 工 作 原

49、 理 : v 两 侧 面 是 工 作 面 ， 侧 面挤 压 传 递 转 矩v 构 造 与 加 工 :v 键 : 用 圆 钢 切 制 或 冲 压后 磨 削v 键 槽 : 盘 状 铣 刀 加 工v 失 效 形 式 : 键 剪 断 , 工 作 面 压 溃 v 特 点 : 便 于 安 装 , 对 中 好 , 用 于 锥 形 轴 端 , 但 对 轴 削 弱 大v 成 对 使 用 : 承 载 能 力 不 够 时 用 , 沿 同 一母 线 布 置机 械 设 计 基 础 联 接 82 2 紧 联 接v 楔 键 联 接v 结 构 : 键 侧 与 键 槽 有 间 隙 , 上 下 面 楔 紧v 工 作 原 理 :

50、上 下 面 为 工 作 面 ， 靠 摩 擦 力 传递 转 矩v 方 头 楔 键 、 钩 头 楔 键 、 圆 头 楔 键 v 失 效 形 式 : 工 作 面 压 溃v 特 点 : 简 单 , 且 可 实 现 轮 毂 在 轴 上 单 向 轴 向 固 定v 楔 紧 产 生 偏 心 , 对 中 性 差 , 不 适 于 高 速 及 对 中 要 求 高 的 场 合机 械 设 计 基 础 联 接 83 二 、 键 的 强 度 校 核v 1 键 的 选 择v 键 是 标 准 零 件 ： p109 表 7-2v 材 料 多 采 用 碳 素 钢v 键 的 类 型 选 择 根 据 使 用 要 求 和 工 作 条 件

51、 :v 转 矩 、 转 速 、 载 荷 性 质 、 是 否 移 动 、 对 中 性v 键 的 尺 寸 选 择 （ 同 时 确 定 配 合 类 型 ） :v 工 作 要 求 键 的 种 类 按 轴 径 d选 键 的 b 、 h选 键 长 L(标准 ; 短 于 轮 毂 宽 度 ) 机 械 设 计 基 础 联 接 84 2 键 的 强 度 校 核v 静 联 接 :v 压 溃 挤 压 强 度v 键 被 剪 断 剪 切 强 度机 械 设 计 基 础 联 接 psp dklT 2 圆 头 : ls=L-b平 头 : l s=L单 圆 头 : ls=L-b/2p 查 表 7-3一 般 不 会 发 生 键 的 剪 断 ， 故 一 般 不 作 剪 断 强 度 校 核 dblTs2 Lls 85 三 、 花 键 联 接v 特 点 ：v 受 力 较 均 匀 ， 应 力 集中 小 ， 承 载 能 力 大v 对 中 性 好 ， 导 向 性 好 ，精 度 高v 需 专 门 设 备 和 工 具 , 成 本 高v 结 构 : v 轴 及 轮 毂 孔 周 向 均 布的 多 个 键 齿 互 相 配 合 , 构 成 花 键 联 接机 械 设 计 基 础 联 接 v 工 作 原 理 : v 键 侧 是 工 作 面 ， 靠键 侧 面 与 键 槽 挤 压传 递 转 矩