,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,机械设计,第五章 连接设计,连 接,可 拆 连 接：,不可拆连接：,螺纹连接、键及花键连接、销连接,焊接、铆接、粘接,重点讨论,螺纹连接、键连接,第五章 连接设计连 接可 拆 连 接：螺纹连接、键及花,5,-,1,键连接和花键连接,作用,对轴上回转零件作,周向固定,并,传递转矩,一、键和花键连接的类型,键连接,平 键,半圆键,楔 键,花键连接,普通平键,导向平键（短距离）,滑 键（长距离）,动连接,第五章 连接键连接的类型,静连接,轴上键槽加工,重点介绍平键连接的设计,矩形花键,渐开线花键,切向键,5-1 键连接和花键连接作用对轴上回转零件作周向固定,二、键和花键连接的选择,设计时先选择类型、尺寸，再进行校核计算,类型选择,静连接 普通平键、半圆键、楔键、切向键、花键,动连接 导向平键、滑键、花键,尺寸选择,根据,轴径,d,查标准,(,GB1095,),确定键宽,b,、键高,h,根据,轮毂宽度或工作行程,确定键长,L,（标准值）,三、平键连接的校核,平键连接的失效形式：,1,、工作面压溃,静连接,2,、工作面磨损,动连接,第五章 连接键连接的选择与校核,对于普通平键，,L,轮毂宽度,B,二、键和花键连接的选择设计时先选择类型、尺寸，再进行校核计算,d,每个工作面的受力：,挤压应力：,l,键的工作长度：对于,A,型键,l,=,L,-,b,对于,B,型键,l,=,L,对于,C,型键,l,=,L,-,b,/2,强度条件：,防止压溃,防止磨损,用于静连接（普通平建）,用于动连接（导键或滑键）,第五章 连接平键连接的校核,查表,5,-,1,平键连接的校核计算：,d每个工作面的受力：挤压应力：l 键的工作长度：对于A型键,选择平键连接类型,按静或动连接校核计算,取决于强度较弱的那种材料,增大键长,设计步骤,根据轴径、毂宽查标准确定键的尺寸,设计时注意：,许用应力,p,、,p,强度不够时,不同轴段的键槽应开在同一方位，以便加工,同一截面采用,双键连接,（按,1.5,个键计算）,第五章 连接平键连接的校核,A,？,B,？还是,C,型？以便确定,l,选择平键连接类型按静或动连接校核计算取决于强度较弱的那种材料,螺纹的形成原理,第五章 连接螺纹连接,5,-,2,销连接及无键连接（自学）,一、螺纹参数,螺纹牙型,三角螺纹,普通螺纹,矩形螺纹,锯齿型螺纹,梯形螺纹,管 螺 纹,管路连接,一般连接,效率高，用于传动,d,(,D,),螺纹大径，公称直径,d,1,(,D,1,),螺纹小径,d,2,(,D,2,),螺纹中径,z,螺纹线数,p,螺距,S,导程，,S,=,zp,螺纹升角,(,d,2,圆周上,),牙型角,牙侧角,s=zp,(,z=2,),5,-,3,螺纹连接设计,螺纹的形成原理第五章 连接螺纹连接5-2 销连接及无键连,螺纹旋向,常用右旋，特殊要求时用左旋,粗牙螺纹,一般连接,细牙螺纹,d,1,大、强度大、自锁性好,二、螺旋副的受力分析、效率和自锁,1,、,矩形螺纹,（,=,=,0),螺旋副受力分析,F,=,F,a,tan(,+,）,摩擦角,=arctan,f,F,a,F,d,2,N,R,f N,v,s,F,R,F,a,+,第五章 连接螺纹参数,滑块匀速上升,M16,M161.5,T,也是螺旋副阻力矩,螺纹旋向 常用右旋，特殊要求时用左旋粗牙螺纹,螺旋副的效率,由此可见，,增加效率提高,另一方面，当滑块匀速下滑时,F,a,F,d,2,R,f N,v,s,N,F,R,F,a,-,F,=,F,a,tan(,-,）,若,，,第五章 连接螺旋副效率,则,F,0,，,自锁条件：,此时螺旋副具有自锁性,0.5,螺旋副的效率由此可见，增加效率提高另一方面，当滑块匀速下,对于连接螺纹，必须具有自锁性，以防螺母松脱。,第五章 连接螺旋副效率,对于某些传力螺旋，要求自锁。,对于,传递运动的螺旋副,，要求效率高，不需自锁。,螺旋千斤顶,对于连接螺纹，必须具有自锁性，以防螺母松脱。第五章 连接,2,、三角螺纹（,30,o,）或其他非矩形螺纹,比较矩形螺纹和三角螺纹的受力（忽略升角,的影响）,三角螺纹的摩擦力：,当量摩擦系数：,v,当量摩擦角,用,f,v,、,v,代替,f,、,，,得到三角螺纹的受力及效率公式：,螺纹阻力矩：,螺旋副效率：,自锁条件：,v,第五章 连接螺旋副效率,v,，故自锁性好,这就是三角螺纹常用于连接的原因,2、三角螺纹（30o）或其他非矩形螺纹比较矩形螺纹和三角,如何控制,F,的大小？,三、螺纹连接的预紧和防松,1,、螺纹连接的预紧,预紧的目的,防止连接松脱，增强可靠性,使被连接件接合面具有足够的紧密性,使接合面产生摩擦力，以承受横向载荷,F,预紧力,拧紧力矩,T,：,T=T,1,+T,2,T,1,螺纹阻力矩,T,2,螺母支承面摩擦阻力矩,对于,M10M68,的普通粗牙螺纹：,取,f,v,=tan,v,=0.15,f,c,=0.15,第五章 连接螺纹连接的预紧和防松,据此控制,T,，以达到控制,F,的的目的。,支承面 摩擦系数,测力矩扳手,摩擦环 平均半径,定力矩扳手,如何控制F的大小？三、螺纹连接的预紧和防松1、螺纹连接的预,2,、螺纹连接的防松,了解：,1,）为什么要防松？,2,）防松的原理摩擦防松及机械防松；,3,）防松零件的装配方法。,第五章 连接螺栓连接的强度,摩擦防松,机械防松,2、螺纹连接的防松了解：1）为什么要防松？第五章 连接螺栓,四、螺栓连接的强度计算,螺栓连接,普通螺栓连接,铰制孔用螺栓连接,工作载荷,横向工作载荷,轴向工作载荷,外载方向垂直于螺栓轴线,外载方向平行于螺栓轴线,用于轴向或横向工作载荷,用于横向工作载荷,第五章 连接螺栓连接的强度,螺纹连接的四种类型：,1,）螺栓连接；,2,）双头螺柱连接；,3,）螺钉连接；,4,）紧定螺钉连接。,四、螺栓连接的强度计算螺栓连接普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接工,不拧紧，无预紧力,F,1,、螺栓连接的失效形式,对于普通螺栓连接：螺栓杆在制有螺纹的部分被拉断,对于铰制孔用螺栓连接：工作面被压溃或剪断,2,、松螺栓连接的强度计算,螺栓所受拉力,工作载荷,F,=,危险截面的强度条件：,F,拉力；,A,危险截面面积,；,设计式：,d,1,螺纹小径,根据计算所得的,d,1,，查标准,（,GB196,）,确定螺栓的公称直径,d,第五章 连接螺栓连接的强度,屈服极限 查表,5,5,不拧紧，无预紧力 F1、螺栓连接的失效形式对于普通螺栓连,装配时要拧紧，工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力,F,作用,3,、紧螺栓连接的计算,1,）受横向工作载荷,R,时：,普通螺栓连接（受拉螺栓）,R,螺栓受,F,和,T,1,作用,F,引起的拉应力：,T,1,引起的扭剪应力：,第五章 连接螺栓连接的强度,F,F,T,F,F,R,靠摩擦力承受,R,f,c,F,f,c,F,T,1,对于,M10,M68,的螺纹，取平均近似值：,0.5,装配时要拧紧，工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力 F作用3、,S,为安全系数,拉、扭联合作用时，按材料力学第四强度理论：,当量拉应力：,强度条件：,设计式：,许用应力,查表,5,7,：,第五章 连接螺栓连接的强度,注意“,1.3”,的含义,控制预紧力时：,S,1.2,1.5,不控制预紧力时，,S,查表,5,6,先估取,d,，设计后再比较,d,是否与原假定值相符。,S,与,d,有关,S为安全系数拉、扭联合作用时，按材料力学第四强度理论：当量拉,应使接合面摩擦力大于工作载荷,R,m,接合面对数,f,c,接合面摩擦系数,K,f,可靠性系数，,1.11.3,R,横向工作载荷,当,m,=1,、,f,c,=0.15,、,K,f,=,1.2,时,:,F,8,R,故螺栓尺寸大。,预紧力,F,应满足的条件？,摩擦力：,m f,c,F,R,K,f,第五章 连接螺栓连接的强度,F,F,R,R,F,F,f,c,F,f,c,F,m,=1,应使接合面摩擦力大于工作载荷Rm 接合面对数当 m=,应将总工作载荷,R,均匀分配到每个螺栓上,若连接有,z,个螺栓，且各螺栓受载均匀,则摩擦力：,m f,c,F,R,/,z,K,f,第五章 连接螺栓连接的强度,则单个螺栓所受到的横向工作载荷等于,z,螺栓数,单个螺栓所需的预紧力,F,F,由,d,1,查标准确定,d,若各螺栓受载不均，则应找出受载最大的螺栓，对其进行强度计算。,应将总工作载荷 R 均匀分配到每个螺栓上若连接有 z 个螺栓,铰制孔用螺栓连接（受剪螺栓）,螺栓杆受挤压应力和剪切应力作用。,此类螺栓预紧力小，计算时可忽略,强度条件：,d,0,螺栓杆受剪面直径,min,同方向最小挤压高度,设计时，按上述公式分别计算出,d,0,，取大值,第五章 连接螺栓连接的强度,min,min(,1,2,),，,3,、,p,查表,5,7,。,若是均匀受载的螺栓组连接，处理方法同前,铰制孔用螺栓,d,0,d,R,直接作用在螺栓上,m,为接合面对数,铰制孔用螺栓连接（受剪螺栓）螺栓杆受挤压应力和剪切应力作用,2,）受轴向工作载荷,F,时,(,普通螺栓,),：,F,F,螺栓所受的总拉力：,F,0,=,F,+,F,?,此时，连接中各零件的受力关系属静不定问题,未知力有两个：,F,0,总拉力,F,残余预紧力,须根据静力平衡条件和变形协调条件求解,第五章 连接螺栓连接的强度,T,F,0,F,0,F,F,F,F,F,F,2）受轴向工作载荷 F 时(普通螺栓)：FF螺栓所受的总,静力平衡条件：,F,0,=,F,+,F,第五章 连接螺栓连接的强度,2,1,1,2,T,变形协调条件：,螺栓 总拉力,残余 预紧力,轴向 外载荷,1,2,F,F,F,0,未拧紧,F,F,F,F,F,0,F,0,F,F,F,F,1,=,2,=,静力平衡条件：F0=F+F第五章 连接螺栓连接,第五章 连接螺栓连接的强度,变形,力,力,力,变形,1,2,1,2,F,F,F,0,F,F,1,2,螺栓,被连接件,F,螺栓刚度,:,C,1,=,F,/,1,=tan,1,被连接件刚度,:,C,2,=,F,/,2,=tan,2,相对刚度系数,K,C,K,C,查表,5,4,第五章 连接螺栓连接的强度变形力力力变形1212,设计式：,强度条件：,残余预紧力应满足下列要求：,1,）无特殊要求时,F,=,（,0.20.6),F,2,）变载作用时,F,=,（,0.61.0),F,3,）,有紧密性要求时,F,=,（,1.51.8),F,五、螺栓材料及其许用应力,一般用途：碳素钢；重要连接：合金钢,许用应力：见,表,5,-,6,、,表,5,-,7,第五章 连接螺栓连接的强度,基本要求：,F,0,螺栓性能级别如：,4.6,B,4100MPa,S,0.6,B,MPa,螺母可能需补充拧紧,或,设计式：强度条件：残余预紧力应满足下列要求：1）无特殊要求时,强度计算归纳如下：,松螺栓：,第五章 连接螺栓连接的强度,螺栓所受拉力等于工作载荷,紧螺栓：,普通螺栓连接：,受横向工作载荷,受轴向工作载荷,铰制孔用螺栓连接：,螺钉连接及双头螺柱连接的分析计算与普通螺栓连接相同。,强度计算归纳如下：松螺栓：第五章 连接螺栓连接的强度螺栓所,该连接是普通螺栓还是铰制孔用螺栓？,是受横向工作载荷还是轴向工作载荷？,T,R,D,第五章 连接例题,例：,两个半联轴器用六个普通螺栓连接,传递转矩,T,1000N.m,，螺栓分布圆直径为,D,300mm,，接合面摩擦系数,f,c,0.15,，求螺栓直径。装配时不控制预紧力。,解：,1,）此连接的工作载荷是转矩,T,，但每个螺栓受横向工作载荷，即：,2,）螺栓均匀分布，每个螺栓所受的横向工作载荷相等，即：,该连接是普通螺栓还是铰制孔用螺栓？TRD第五章 连接例题,第五章 连接例题,3,）每个螺栓所需的预紧力