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第二篇 连 接,机械设计人员必须熟悉常用的连接方法及连接件的结构、类型、性能、适用场合,掌握它们的设计理论或选用方法。,连接对于机器的制造、安装、维修必不可少。,1.动连接,2.静连接, 可拆连接, 不可拆连接,机械连接的分类:,如:各种运动副,-如: 螺纹、键、销连接等,-铆、焊、粘接等,(永久连接),-被连接的零件间可以有相对运动的连接,-被连接件之间不许产生相对运动的连接,提问:,有没有既是可拆连接又是不可拆连接的连接形式 ?,(一)过盈连接的特点及应用,特点: 利用零件间的配合过盈来达到连接目的。,过 盈 连 接 简 介,过盈连接 - 干涉配合连接或紧配合连接,(一)过盈连接的特点及应用,特点: 利用零件间的配合过盈来达到连接目的,应用:主要用于轴与毂、轮圈与轮芯、滚动轴承与轴 或座孔的连接等。,曲轴过盈连接组件,过 盈 连 接 简 介,曲轴过盈连接组件,过 盈 连 接 简 介,曲臂,主轴颈,连杆轴颈,(二)过盈连接的工作原理, 工作原理 轴与孔配合中,轴的实际尺寸大于孔,在装配后的配合面上,便产生了一定的径向正压力。,轴的尺寸减去孔的尺寸-过盈量,当连接承受轴向力F或转矩T时,配合面上便产生摩擦阻力或摩擦阻力矩以抵抗和传递外载荷。, 装配方法:,(二)过盈连接的工作原理,冷却被包容件(尺寸),加热包容件(尺寸),本篇重点掌握第五章和第六章,第五章 螺纹连接和螺旋传动,51 螺纹,52 螺纹连接的类型及标准连接件,53 螺纹连接的预紧,55 螺纹连接的强度计算,57 螺纹连接件的材料及许用应力,58 提高螺纹连接强度的措施,54 螺纹连接的防松,56 螺栓组连接的设计,本章主要内容有: 螺纹连接的基本知识: 螺纹和螺纹连接件的类型、结构、特点,应用场合及选用原则,要特别注意普通螺栓连接与铰制孔用螺栓连接在传力、失效形式、结构及强度计算准则上的不同; 螺纹连接的强度计算,主要是紧螺栓连接的强度计算。要求掌握紧螺栓连接力与变形之间的关系、提高螺栓连接强度的措施; 螺纹连接的防松原理及防松装置; 螺栓组的受力分析、失效分析及强度计算方法; 本章的重点及难点: 受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接强度计算,多种受力状态下螺栓组连接的设计计算。,潘存云教授研制,外螺纹 内螺纹,(一)螺纹的类型和应用,5 -1 螺 纹,按螺纹的旋向分,右旋螺纹,左旋螺纹,请判断下列螺纹的旋向?,按螺旋线的数目分,单线螺纹 多线螺纹,双线螺纹,单线螺纹,连接螺纹,传动螺纹,潘存云教授研制,潘存云教授研制,按螺纹作用分,连接螺纹 传动螺纹,圆柱螺纹,圆锥螺纹,-用于一般的连接和传动,-主要用于管道连接,按母体形状分,圆柱螺纹 圆锥螺纹,按螺纹的牙型分,按螺纹的牙型分,普通螺纹 管螺纹 矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,用于传动,用于连接,常用螺纹的类型、特点和应用,见表 5 - 1, 中径 d2, 小径 d1,(二)螺纹的主要参数,-在标准中定为公称直径,-强度计算中常作为螺杆危险截面的 计算直径,三径, 导程(升距)Ph,(二)螺纹的主要参数,二距,n-螺纹的线数,单线螺纹: S = P,多线螺纹: S = nP, 牙型角 ,牙侧角 ,二角, 中径 d2, 小径 d1, 导程(升距)S,S = nP,(二)螺纹的主要参数(汇总), 牙型角 ,牙侧角 ,二角,三径,二距, 线数(头数)n -螺纹的螺旋线数目,单线螺纹 自锁性好 多用于连接;,多线螺纹 传动效率高 多用于传动。,为了便于制造,一般螺纹的线数 n4,复习:,螺旋副的自锁条件:,螺旋副的效率:,(二)螺纹的主要参数, 接触高度h -内、外螺纹旋合后的接触面的径向高度,自锁性能好,连接可靠,(一)基本常识,1. 螺纹连接-螺纹零件-可拆连接,2.普通螺纹,5-2 螺纹连接的类型和标准连接件,A级,B级,C级,公差小,精度最高,用于配合精确,防振动等场合;,受载较大且经常拆卸,调整或承受变载荷的联接;,用于一般联接,最常用。,螺纹的精度等级,普通螺纹以大径d为公称直径,同一公称直径可以有多种螺距,其中螺距最大的称为粗牙螺纹,其余的统称为细牙螺纹。,粗牙螺纹应用最广,细牙螺纹的优点:升角小、小径大、自锁性好、强度高,缺点:不耐磨易滑扣。,应用:薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。,(二)螺纹连接的基本类型,1.螺栓连接,铰制孔用螺栓连接,孔与螺杆之间留有间隙,普通螺栓连接,受拉螺栓,受剪螺栓,3. 螺钉连接,2. 双头螺柱连接,结构简单,省了螺母,不宜经常拆装,以免损坏螺孔而修复困难。,思考:这两种连接适用在什么场合?各有何特点?,双头螺柱是如何拧入、拧出的?,-不宜经常拆卸,-可经常拆装,潘存云教授研制,4. 紧定螺钉连接,二、螺纹紧固件,螺纹紧固件,双头螺柱,螺栓,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,螺纹紧固件,地脚螺栓,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹连接,T 型螺栓,螺纹紧固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有六十余种不同结构的螺母,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹连接,潘存云教授研制,其它螺母:,潘存云教授研制,其它螺母:,垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,螺纹紧固件,作用: 增加支撑面积以减小压强,避免拧紧螺母擦伤表面、防松。,专用螺纹连接,5-3 螺纹连接的预紧, 预紧力F0 :螺纹连接在承受工作载荷之前,预先受 到的作用力。, 预紧的目的:增强连接的可靠性和紧密性,以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。, 预紧力的确定原则:,(一) 概述,A1 -危险截面积, A1 d21/4,测力矩扳手, 预紧力控制方法:,定力矩扳手,通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的,重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。,1)凭手感经验;,2)测力矩扳手;,3)定力矩扳手;,4)测定伸长量。,(二) 拧紧力矩T的计算,装配时,F0的大小通过拧紧力矩T来控制。,拧紧力矩 T 愈大则预紧力 F0 也愈大,那么两者之间有何关系呢?,拧紧力矩:,T1克服螺纹副相对转动的阻力矩;,T2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩;,总力矩:,标准扳手长度 L15 d, 设:拧紧力为F ,则 T = FL,若: F = 200N,则: F0 15000 N,若用这个预紧力拧M12以下的钢制螺栓,则很可能因过载而被拧断。,对于重要的连接,不宜采用 M12 的螺栓。,(一)防松的目的,思考:连接螺纹一般具有自锁性,为何还要防松?,(二)防松的方法,具体方法有三种:, 5-4 螺纹连接的防松 (自学),1、摩擦防松:双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母,2、机械防松:开口销、止动垫片、串连钢丝,3、永久防松:焊、粘、冲,具体内容见表 5 - 3,防松的方法:,1. 利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,防松-防止螺旋副相对转动,开口销与六 角开槽螺母,串连钢丝,2. 采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,潘存云教授研制,止动垫圈,3. 其他方法防松,涂粘合剂,试指出下列图中的错误结构,并画出正确的结构图。,a)螺钉连接 b)双头螺柱连接 c)铰制孔用螺栓连接,内容回顾,1.螺纹按牙型分为哪几种?应用?,2.螺纹连接的基本类型及应用。,3.螺纹连接的防松。,4.螺栓组连接的结构设计。,设计步骤:,5-5 螺栓组连接的设计,结构设计,对不重要的螺栓连接,可用类比法确定,不再进行强度校核。,(一)螺栓组连接的结构设计, 基本原则:, 设计目的:,确定接合面的几何形状和螺栓的布置形式,力求各螺栓和接合面受力均匀、便于加工装配。,2. 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理,A) 对铰制孔用螺栓连接,不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓,以免载荷分布过于不均;等等。,合理,不合理!,B) 当螺栓连接受弯矩或转矩作用时,应使螺栓的位置靠近接合面的边缘,以减少螺栓的受力。,3. 螺栓的排列应有合理的间距、边距,以保证扳手空间,C) 若同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时,应采用抗剪零 件来承受横向载荷。,键,套筒,销,对压力容器等紧密性要求较高的重要连接,螺栓的间距 t0 不大于表5-4所推荐的数值。,4. 为便于在圆周上钻孔时的分度和画线,分布在同一圆周上的螺栓数目,应取成: 4、6、8 等偶数。,同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。,5. 避免螺栓承受附加的弯曲载荷,螺栓组的结构设计,还包括合理地选择螺栓组的防松装置。,(二) 螺栓组连接的受力分析,目的: 求出受力最大的螺栓及其所受的力,以便进行螺栓连接的强度计算。, 假设: 1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同; 2)螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合; 3)受载后连接接合面仍保持为平面。, 典型的螺栓组受载情况:,1受横向载荷的螺栓组连接,铰制孔用螺栓连接,普通螺栓连接,Question:在横向载荷的作用下被连接件之间有何运动趋势?,载荷的特点:,载荷作用线与螺栓轴线垂直,并通过螺栓组的对称中心。,(二) 螺栓组连接的受力分析,A 若采用普通螺栓连接,工作原理: 靠螺栓预紧后在接合面上产生摩擦力来抵抗外载荷F,预紧后接合面间所产生 的最大摩擦力横向载荷:,本题:i =2,预紧后接合面间所产生的最大摩擦力横向载荷:,进一步分析:,当 f = 0.2,KS =1.2 , Z=1,i =1 时,,F0 6F,采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。,2受转矩的螺栓组连接,在转矩T作用下,被连接件底板将绕通过螺栓组对称中心O并与接合面相垂直的轴线转动。,根据作用在底板上的力矩平衡条件:,潘存云教授研制,B 若采用铰制孔用螺栓连接,每个螺栓所受工作剪力为:,工作原理: 依靠螺栓杆受剪切和受挤压来抵抗横向载荷F。,B. 采用铰制孔用螺栓,-靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。,各螺栓的剪切变形量与其轴线到对称中心O的距离成正比。,(亦即螺栓离O越远,变形量越大,所受的工作剪力也越大),采用铰制孔用螺栓,是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。,据作用在底板上的力矩平衡条件:,联立求解得:,受力最大螺栓所受的工作剪力,可见,距旋转中心O点最远的螺栓承受的工作剪力最大。,图示凸缘连轴器,是承受转矩的螺栓组连接的典型部件。,铰制孔用螺栓,注意:对承受转矩的螺栓组连接,1、若采用普通螺栓,则要确定的是:,预紧力F0,2、若采用铰制孔用螺栓,则要确定的是:,工作剪力Fmax,3受轴向载荷的螺栓组连接,轴向总载荷F 作用线与螺栓轴线平行,并通过螺栓组的对称中心。,载荷特点:,因螺栓均匀分布,则各个螺栓受载相同。,每个螺栓所受轴向工作载荷:,总拉力:,此时,被连接件有分离的趋势。一般多用普通螺栓连接。,注意:,各螺栓除承受轴向载荷F之外,还受有预紧力F0的作用,4受倾覆力矩的螺栓组连接,O,O,x,x,载荷特点:倾覆力矩 M 作用在通过x-x轴并垂直于连接接合面的 一个对称平面内。,为阻止底板翻转,作用在底板两侧的作用力,对0-0轴形成一个力矩,这个力矩应与外加的M相平衡。,(即:左侧螺栓以及右侧支承面对0-0轴线的反力矩应与M相平衡),底板的平衡条件为:,根据螺栓的拉伸变形量与其轴线到00轴之距成正比:,受力最大的螺栓所受的工作拉力,显然,距OO轴线最左侧的两个螺栓受力最大。,?,受M作用的螺栓组连接,除要保证螺栓有足够的强
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