联接 机械设计基础教学PPT课件.ppt
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机械设计基础,机电工程学院河海大学,第10章联接,10-1螺纹参数,10-2螺旋副的受力分析、效率和自锁,10-3机械制造常用螺纹,10-4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件,10-5螺纹联接的预紧和防松,10-6螺纹联接的强度计算,10-7提高螺栓联接强度的措施,10-8键联接和花键联接,10-9销联接,10-10螺旋传动,连接的概念,一、螺纹的形成,101螺纹参数,螺旋线:
一动点在一圆柱体的表面上,一边绕轴线等速旋转,同时沿轴向作等速移动的轨迹。
螺纹:
一平面图形沿螺旋线运动,运动时保持该图形通过圆柱体的轴线,就得到螺纹。
螺纹,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,螺纹的牙型,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,1、将螺纹轴线竖直放置,螺旋线自左向右逐渐升高的是右旋螺纹。
反之也成立。
2、从端部沿轴线看去,当螺纹顺时针方向旋转为旋进时,此螺纹为右旋螺纹。
旋向判断方法:
按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,一般:
n4,双线螺纹,单线螺纹,S=2P,S=P,n线螺纹:
S=nP,双线螺纹,单线螺纹,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,外螺纹,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,联接螺纹传动螺纹,螺旋传动,联接螺纹,传动螺纹,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺旋的作用分,按母体形状分,矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹多线螺纹,外螺纹内螺纹,联接螺纹传动螺纹,圆柱螺纹圆锥螺纹,圆柱螺纹,圆锥螺纹,管螺纹,(3)中径d2也是一个假想圆柱的直径,该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。
(1)大径d与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。
(2)小径d1与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。
(4)螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
二、螺纹的主要几何参数,(5)导程S,(6)螺纹升角中径d2圆柱上,螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角,(7)牙型角轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。
牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。
牙侧角,S=nP,同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P,二、螺纹的主要几何参数,一、矩形螺纹=0,10-2螺旋副的受力分析、效率和自锁,展开中径d2圆柱面得一斜面.,螺旋副在轴向载荷Fa作用下相对运动,可看作在中径的水平力F推动滑块(重物)沿螺纹运动,F-水平推力,Fn-法向反力,Fa-轴向载荷,F=fFn-摩擦力,f-摩擦系数,-摩擦角,螺纹的拧松-螺母在F和Fa的联合作用下,顺着Fa等速向下运动。
螺纹的拧紧-螺母在F和Fa的联合作用下,逆着Fa等速向上运动。
FR-总反力,FR,d2,作力多边形得,F=Fatg(+),驱动力矩:
列出力平衡方程:
FRFa=+,FR=(1+f)Fn,Fa为阻力,F为驱动力,摩擦力F斜向下,当螺纹拧紧(滑块上升)时:
Fa为驱动力,F成为阻力,摩擦力F沿斜面朝上。
当螺纹拧松(滑块下滑)时:
FRFa=-,作力多边形可得:
F=Fatg(-),驱动力矩:
列出力平衡方程:
若,则T为正值,其方向与螺母运动方向相反,是阻力;,若,则T为负值,方向相反,其方向与预先假定的方向相反,而与螺母运动方向相同,成为放松螺母所需外加的驱动力矩。
提问:
当时,若没有力矩T,螺母在Fa的作用下会运动吗?
这种现象称为自锁。
二、非矩形螺纹0,矩形螺纹忽略升角的影响时有:
Fn=Fa,当0时,摩擦力为:
摩擦系数为f的非矩形螺纹所产生的摩擦力与摩擦系数为f,与矩形螺纹所产生的摩擦力相当。
故称f为当量摩擦系数。
称为当量摩擦角,引入参数f和就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。
滑块上升:
滑块下降:
非矩形螺旋的自锁条件:
对于联接螺纹必须满足自锁条件,0,10,20,30,40,50,20,40,60,80,100,效率%,定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比:
当一定时,效率是螺纹升角的函数,由此可以绘出效率曲线.,在=45-/2处效率曲线有极大值。
对于传动螺旋,一般取:
对于联接螺纹,必须取:
升角过大,制造困难,且效率增高也不明显。
螺旋转动一圈时,有效功为FaS,输入功为2T。
f=tg=0.1,25,10-3机械制造中的常用螺纹,三角形螺纹,普通螺纹=60,管螺纹=55,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。
其中粗牙螺纹应用最广,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。
用螺纹密封的管螺纹,普通细牙螺纹,管螺纹,非螺纹密封管螺纹(圆柱管壁=55),用螺纹密封管螺纹(圆锥管壁=55),60圆锥管螺纹,公称直径:
管子的公称通径。
55,非螺纹密封的管螺纹,梯形螺纹:
为了减少摩擦和提高效率,这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。
用于剖分螺母时,梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙,应用较广。
锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高,但只适合单向传动。
锯齿形螺纹:
=15,=3,粗牙普通螺纹的基本尺寸见P136表10-1,螺纹的基本尺寸:
细牙普通螺纹的基本尺寸见P136表10-2,梯形螺纹的基本尺寸见P136表10-3,表10-1直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸mm,标记示例:
M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3),M24X1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5),表10-3梯形螺纹基本尺寸mm,标记示例:
Tr48X8(梯形螺纹,直径48,螺距8),有粗牙普通螺纹M10和M68,请说明在静载荷下这两种螺纹能否自锁(已知摩擦系数f=0.10.15),例题1,1、首先求螺纹升角。
解:
M10螺纹:
M68螺纹:
由P135表10-1查得:
螺距P=1.5mm,中径d2=9.026mm;螺距P=6mm,中径d2=64.103mm。
M10螺纹升角:
M68螺纹升角:
2、求当量摩擦角。
则当量摩擦角为:
普通螺纹牙型角=,60o,牙侧角=,30o,摩擦系数f取为:
0.1,因为:
同理:
10=3.03o,所以能够自锁。
68=1.707o,所以能够自锁。
一、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,可承受横向载荷,螺纹余留长度l1,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,静载荷l1=(0.30.5)d;,变载荷l1=0.75d;,冲击载荷或弯曲载荷l1d;,铰制孔用螺栓l10;,螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36)mm,用于经常拆装易磨损之处。
10-4螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,一、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,座端拧入深度H,当螺孔材料为:
双头螺柱联接联接件厚,允许拆装。
钢或青铜H=d;,铸铁H=(1.251.5)d,铝合金H=(1.52.5)d,螺纹孔深度H1=H+(22.5)P;,钻孔深度H2=H1+(0.51)d;,参数l1、e、a与螺栓相同,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。
一、螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,双头螺柱联接,紧定螺钉联接,特殊联接:
地脚螺栓联接,吊环螺钉联接,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,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,其它螺母:
其它螺母:
垫圈,平垫圈,薄平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,二、螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,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。
一、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;,设轴向力为Fa或预紧力(不受轴向载荷),Fc:
摩擦系数。
无润滑时取:
fc=0.15,rf支撑面摩擦半径。
rf=(dw+d0)/4,简化公式:
T0.2Fad,预紧应力:
=(0.50.7)s,10-5螺纹联接的预紧和防松,适用于M10M60的粗牙螺纹f=0.15,fc=0.15,Fa是由联接要求决定的,为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧可靠,应取:
总力矩:
测力矩扳手,工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。
二、螺纹联接的防松,1.利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,定力矩扳手,开口销与六角开槽螺母,串联钢丝,2.采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,止动垫圈,3.其他方法防松,涂粘合剂,10-6螺栓联接的强度计算,主要失效形式,螺栓拉断,螺纹压溃或剪断,滑扣,一、松螺栓联接,强度条件:
式中:
d1-螺纹小径,mm,螺栓所受拉力=,工作载荷,工作时不需要将螺母拧紧。
如吊钩螺栓.,例题,如下图所示,起重吊钩的起吊重量是25kN,吊钩材料为35钢,许用应力为60MPa,求吊钩尾部螺纹直径。
根据:
有,解:
查出的d1比根据强度计算求得的d1值略大,强度合适。
故吊钩尾部螺纹可采用M27。
由P135表10-1查得:
d=27mm时,d1=23.752mm,d1=23.033mm,二、紧螺栓联接,拉应力:
螺栓在工作前拧紧,受到预紧力Fa和螺纹摩擦力矩T1的作用。
预紧力F0,产生拉伸应力:
螺纹摩擦力矩T1,产生剪应力,切应力:
对于M10M68的普通螺纹,取d1、d2和的平均值,并取:
tg=f=0.15,得:
0.5,强度条件:
根据第四强度理论,计算当时应力:
1.受横向工作载荷的螺栓强度,螺栓与孔之间有间隙,工作时预紧力Fa导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。
C-可靠性系数,常取C=1.11.3,预紧力Fa:
f-摩擦系数,对钢与铸铁,取:
f=0.10.15,m-结合面数上图m=1,下图m=2,若取f=0.15,C=1.2,m=1,则:
Fa8F,结构尺寸大,改进措施:
1.采用键、套筒、销承担横向工作载荷。
2.采用无间隙的铰制孔螺栓。
绞制孔螺栓受横向载荷的螺栓破坏形式,受剪切破坏,受挤压破坏,螺杆与孔间紧密配合,无间隙,由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷F进行工作,铰制孔螺栓联接强度,螺栓的剪切强度条件为:
m螺栓剪切面数螺栓许用剪应力,MPa,特点:
螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为:
铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷,但被加工件孔壁加工精度较高,成本较高,F横向载荷(N)d0螺栓剪切面直径(mm)螺栓杆与被联接件孔壁间接触受压的最小轴向长度(mm),2.受轴向工作载荷的螺栓强度,设流体压强为p,螺栓数目为Z,则缸体周围每个螺栓的平均载荷为:
特别注意,轴向载荷:
FaF0+FE,加预紧力后螺栓受拉伸长b0,被联接件受压缩短C0,加载FE后螺栓总伸长量增加为:
总拉力为:
被联接件压缩量减少为:
残余预紧力减少为:
FR
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