太原理工大學(xué)機(jī)械零件教研室

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1、太 原 理 工 大 學(xué) 機(jī) 械 零 件 教 研 室第 二 篇 聯(lián) 接 聯(lián) 接 ： 為 了 便 于 制 造 、 安 裝 、 運(yùn) 輸 、 維 修 ， 機(jī) 器 不 可 能 被 制造 成 一 個(gè) 整 體 ， 而 是 由 許 多 零 件 、 部 件 組 成 。 要 把 這 些 零 部件 組 裝 成 一 臺(tái) 機(jī) 器 ， 需 要 用 一 定 的 方 式 將 它 們 聯(lián) 接 起 來動(dòng) 聯(lián) 接 ： 機(jī) 器 工 作 時(shí) ， 零 部 件 之 間 可 以 有 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 。 例 如 ： 機(jī) 械 原 理 中 ， 各 種 運(yùn) 動(dòng) 副 之 間 的 聯(lián) 接 。靜 聯(lián) 接 ： 在 機(jī) 器 工 作 中 ， 不 允 許 零 部

2、 件 之 間 存 在 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 的 聯(lián) 接 。根 據(jù) 聯(lián) 結(jié) 可否 運(yùn) 動(dòng) 分靜 聯(lián) 接 可 拆 聯(lián) 接 ： 不 須 毀 壞 聯(lián) 接 中 的 任 何 一 個(gè) 零 件 就 可 拆 開 的 聯(lián) 接 。 例 如 ： 螺 紋 聯(lián) 接 、 鍵 聯(lián) 接 、 過 盈 聯(lián) 結(jié) 。不 可 拆 聯(lián) 接 ： 至 少 毀 壞 聯(lián) 接 中 的 一 部 分 才 能 拆 開 的 聯(lián) 接 。 例 如 ： 鉚 接 、 焊 接 、 膠 接 等 根 據(jù) 工 作原 理 分 摩 擦 ： 靠 聯(lián) 接 配 合 面 間 的 摩 擦 傳 遞 載 荷 ， 如 ： 過 盈 聯(lián) 結(jié)非 摩 擦 ： 通 過 零 件 的 嵌 合 來 傳 遞 載 荷

3、 。 例 如 ： 平 鍵共 同 作 用 ： 同 時(shí) 靠 摩 擦 和 嵌 合 傳 遞 載 荷 。 如 ： 楔鍵 第 六 章 螺 紋 聯(lián) 接 基 本 要 求 及 重 點(diǎn) 、 難 點(diǎn) 螺 紋 及 螺 紋 聯(lián) 接 的 基 本 知 識(shí) ； 螺 栓 組 聯(lián) 接 的 設(shè) 計(jì) ， 包 括 單 個(gè) 螺 栓 聯(lián) 接 的 擰 緊 、強(qiáng) 度 計(jì) 算 、 螺 栓 組 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 、 受 力 分 析 及 提 高 螺 栓 聯(lián) 接 強(qiáng) 度 的 措 施 等 ； 滑 動(dòng) 螺旋 傳 動(dòng) 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 方 法 。 基 本 要 求 : 1) 掌 握 螺 紋 的 基 本 知 識(shí) 螺 紋 的 基 本 參 數(shù) 、 常 用 螺 紋

4、的 種 類 、 特 性 及 其 應(yīng) 用 。 2) 掌 握 螺 紋 聯(lián) 接 的 基 本 知 識(shí) 螺 紋 聯(lián) 接 的 基 本 類 型 、 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 及 其 應(yīng) 用 ， 螺紋 聯(lián) 接 標(biāo) 準(zhǔn) 件 ， 螺 紋 聯(lián) 接 的 擰 緊 與 防 松 。 3) 掌 握 螺 栓 組 聯(lián) 接 設(shè) 計(jì) 的 基 本 方 法 螺 栓 組 聯(lián) 接 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) ， 受 力 分 析 ， 螺栓 聯(lián) 接 的 強(qiáng) 度 計(jì) 算 理 論 與 方 法 。 4) 掌 握 提 高 螺 紋 聯(lián) 接 強(qiáng) 度 的 各 種 措 施 。 5) 掌 握 滑 動(dòng) 螺 旋 傳 動(dòng) 的 常 用 設(shè) 計(jì) 方 法 。 難 點(diǎn) ： 1) 螺 紋 聯(lián) 接

5、 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 與 表 達(dá) 。 2) 受 傾 覆 力 矩 作 用 的 螺 栓 組 聯(lián) 接 受 力 分 析 。 3) 復(fù) 雜 受 力 狀 態(tài) 下 的 螺 栓 組 聯(lián) 接 受 力 分 析 。 4) 受 預(yù) 緊 力 和 軸 向 工 作 載 荷 作 用 時(shí) ， 單 個(gè) 螺 栓 聯(lián) 接 的 螺 栓 總 拉 力 的 確 定 6.1 螺 紋 聯(lián) 接 的 主 要 類 型 、 材 料 和 精 度 6.1.1 主 要 類 型 （ 螺 紋 聯(lián) 結(jié) 件 一 般 為 標(biāo) 準(zhǔn) 件 、 各 種 類 型 的 特 點(diǎn) 見 表 6.1） 螺 栓 ： 用 于 通 孔 ， 應(yīng) 用 廣 泛 ， 包 括 普 通 螺 栓 （ 受 拉

6、 ） 和 鉸 制 孔 用 螺 栓 （ 受 剪 ） 兩 種 雙 頭 螺 柱 ： 用 于 常 拆 卸 的 場(chǎng) 合 螺 釘 ： 用 于 被 連 接 件 之 一 較 厚 、 不 常 拆 卸 的 情 況 緊 定 螺 釘 ： 用 于 定 位 普 通 螺 栓 鉸 制 孔 螺 栓 6.1.2 螺 紋 緊 固 件 的 性 能 等 級(jí) 和 材 料性 能 等 級(jí) 分 十 級(jí) （ P101） ， 如 3.6; 4.6; 4.8等 ， 小 數(shù) 點(diǎn) 前 數(shù) 字 表 示Bmin/100， 點(diǎn) 后 數(shù) 字 為 10(Smin/Bmin)材 料 根 據(jù) 性 能 等 級(jí) 選 取 低 碳 鋼 、 中 碳 鋼 、 合 金 鋼 等螺

7、母 性 能 等 級(jí) 按 螺 母 高 度 分 兩 大 類 6.1.3 螺 紋 公 差 和 精 度公 差 ： 內(nèi) 螺 紋 的 公 差 帶 為 G和 H， 外 螺 紋 采 用 e、 f、 g、 h， G的 基 本偏 差 為 正 ， efg的 基 本 偏 差 為 負(fù) ， 內(nèi) 外 配 合 最 好 用 G/h， H/g， H/h精 度 等 級(jí) 分 精 密 (46級(jí) )、 中 等 （ 7級(jí) ） 和 粗 糙 （ 78級(jí) ） 三 種 6.2 螺 栓 聯(lián) 結(jié) 的 擰 緊 和 防 松 6.2.1 螺 栓 聯(lián) 結(jié) 的 擰 緊擰 緊 （ 予 緊 ） 的 目 的 ： 增 強(qiáng) 聯(lián) 結(jié) 的 緊 密 性 、 可 靠 性 ， 防

8、 止 出 現(xiàn) 間 隙 ， 增 強(qiáng) 聯(lián) 結(jié) 的 剛 性 。 對(duì) 受 拉 螺 栓 ， 還 可 提 高 螺 栓 的 疲 勞 強(qiáng) 度擰 緊 力 矩 的 計(jì) 算 T=T1(螺 紋 力 矩 )+T2（ 螺 母 支 撐 面 摩 擦 力 矩 ） dd dD ddvc 1.117.0tan 7.1;2.01.0 9.0,23241 002 對(duì) 普 通 螺 栓 ： 2020 30302 31 dD dDFT pc )211(32)tan(21 2020 30302 dFdD dDdddT pcv pF)(221 vptgFdT )311(25.015.0211 dFT p） （） 式 ：代 入 （ 予 緊 方 法

9、 ： 測(cè) 力 扳 手 、 定 力 矩 扳 手例 題 ： 已 知 扳 手 力 臂 L=15d， 板 動(dòng) 力 F=200N， 求 予 緊 力 F解 ： T=FL=15dFT=0.2Fd15dF=0.2FdF=15F/0.2=1.5噸 6.2.2 螺 紋 聯(lián) 接 的 防 松 (表 6.2)# 螺 紋 聯(lián) 接 防 松 的 實(shí) 質(zhì) 在 于 限 制 螺 旋 副 的 相 對(duì) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 以 防 止 聯(lián) 接 的 松 動(dòng) 影 響 正 常 工作 。 螺栓裝配圖開槽螺母開口銷 正 確錯(cuò) 誤 焊 住 沖 點(diǎn) 6.3 單 個(gè) 螺 栓 聯(lián) 接 的 受 力 分 析 和 強(qiáng) 度 計(jì) 算 6.3.1 受 拉 螺 栓 聯(lián) 接 螺

10、 栓 為 標(biāo) 準(zhǔn) 件 ， 故 一 般 僅 僅 計(jì) 算 螺 栓 強(qiáng) 度 ， 螺 母 、 墊 圈 等 直 接 從 標(biāo) 準(zhǔn) 中 選定 失 效 形 式 ： 塑 性 變 形 、 斷 裂 、 疲 勞 、 滑 扣 等 危 險(xiǎn) 截 面 的 確 定 :dc=d1-H/6 1.受 拉 松 螺 栓 聯(lián) 接 4F/d c2 2.受 拉 緊 螺 栓 聯(lián) 接 只 受 予 緊 力 的 緊 螺 栓 聯(lián) 接 （ 靠 摩 擦 力 傳 遞 載 荷 ） 受 予 緊 力 和 螺 紋 力 矩 共 同 作 用 ， 故 應(yīng) 用 第 四 強(qiáng) 度 理 論 得 4x1.3F/ dc2 受 予 緊 力 和 工 作 載 荷 的 緊 螺 栓 聯(lián) 接 F

11、0F+F F0=F+F”在 受 工 作 載 荷 前 被 聯(lián) 接 件 和 螺 栓 受 相 等 都 為 F,螺 栓 伸 長(zhǎng) 量1=F/C1, 2=F/C2 受 工 作 載 荷 后 ， 在 被 聯(lián) 接 件 出 現(xiàn) 縫 隙 前 ， 所 受 力 不 同 ， 但 伸 長(zhǎng) 和 縮 減 增量 相 同 ， 故 可 得 ： F” =F - F（ c2/c1+c2） F =F” +F（ c2/c1+c2） F0=F +F（ c1/c1+c2）由 上 式 可 知 ， F0與 相 對(duì) 剛 度 系 數(shù) c1/c1+c2有 關(guān) ， 采 用 剛 度 較 大 得 被 聯(lián) 接件 ， 有 助 于 減 小 F0 被 聯(lián) 接 件 為

12、鋼 鐵 件 時(shí) ， 根 據(jù) 墊 片 可 采 用 ： 金 屬 0.20.3； 皮 革 0.7； 銅 皮 石 棉 0.8； 橡 膠 0.9 予 緊 力 F”應(yīng) 大 大 于 ， 其 中 F無 變 化 化 時(shí) ， F”=(0.20.6)F， 有 變 化 時(shí)F”=(0.6-1)F， 壓 力 容 器 及 其 它 緊 密 聯(lián) 結(jié) F”=(1.51.8)F 強(qiáng) 度 計(jì) 算 公 式 ： 4x1.3F/ dc2 變 載 荷 作 用 時(shí) ， 應(yīng) 力 幅 為 主 要 因 素 ， 計(jì) 算 公 式 和 說 明 見 （ P108和 P110表6.3） 6.3.2 受 剪 螺 栓 聯(lián) 接 （ 鉸 制 孔 螺 栓 聯(lián) 接 ）

13、失 效 形 式 為 剪 斷 、 壓 潰 等 剪 切 強(qiáng) 度 條 件 ： 4xFs/ md2 壓 潰 強(qiáng) 度 條 件 ： Fsdhp 例 題 6.1 P110 6.4 螺 栓 組 聯(lián) 接 的 受 力 分 析 同 一 組 螺 栓 應(yīng) 盡 量 采 用 相 同 的 螺 栓 螺 栓 組 要 有 合 適 的 間 距 、 邊 距 ， 要 考 慮 扳 手 空 間 方 便 裝 配 螺 栓 組 受 力 分 析 的 目 標(biāo) 就 是 找 出 其 中 受 力 最 大 的 螺 栓 和 載 荷 ， 然 后 應(yīng) 用 單 個(gè)螺 栓 強(qiáng) 度 計(jì) 算 方 法 計(jì) 算 在 螺 栓 組 分 析 時(shí) 采 用 的 一 些 理 想 化 的

14、假 設(shè) 有 ： 被 聯(lián) 結(jié) 體 為 剛 體 、 各 個(gè) 螺 栓 的 剛 度 和 予 緊 力 相 同 、 螺 栓 應(yīng) 變 在 彈 性 范 圍 內(nèi) 6.4.1 受 軸 向 力 FQ的 螺 栓 組 聯(lián) 接 工 作 載 荷 均 分 F= F Q/Z 6.4.2 受 橫 向 力 FR的 螺 栓 組 聯(lián) 接 用 受 拉 螺 栓 聯(lián) 接 時(shí) ， 僅 靠 予 緊 力 產(chǎn) 生 的 摩 擦 面 間 的 摩 擦 力 傳 遞 載 荷 ； F=kfFR/smz， 這 種 方 法 的 主 要 缺 點(diǎn) 時(shí) 予 緊 力 很 大 ， 一 般 是 橫 向 載 荷 的 很多 倍 用 受 剪 螺 栓 聯(lián) 接 時(shí) ， 通 過 螺 栓

15、受 剪 和 螺 栓 與 被 聯(lián) 接 件 擠 壓 來 傳 遞 載荷 ;Fs=FR/z 6.4.3 受 旋 轉(zhuǎn) 力 矩 T的 螺 栓 組 聯(lián) 接 用 普 通 受 拉 螺 栓 聯(lián) 接 時(shí) （ 各 個(gè) 螺 栓 摩 擦 力 相 同 ） k fT= sFr1+sFr2+sFr3+.+sFrn 用 受 剪 螺 栓 聯(lián) 接 時(shí) ： T= Fs1r1+Fs2r2+Fs3r3+.+Fsnrn Fs1/r1=Fs2/r2=Fs3/r3=.=Fsn/rn 各 個(gè) 螺 栓 受 剪 力 與距 離 成 正 比 通 過 求 解 以 上 公 式 可 得 ： )711(22221 maxmax nrrr TrF受 力 最 大 螺

16、 栓 ： 受 翻 轉(zhuǎn) 力 矩 M得 螺 栓 聯(lián) 接 M= F1r1+F2r2+F3r3+.+Fnrn F1/r1=F2/r2=F3/r3=.=Fn/rn各 個(gè) 螺 栓 得 變 形 量 與 距 離 成 正 比 ， 也 就 是 工 作 拉 力 與距 離 成 正 比 nrrr MRF .21 maxmax 6.5 提 高 螺 栓 聯(lián) 接 強(qiáng) 度 的 措 施改 善 螺 紋 牙 載 荷 分 布 不 均 的 現(xiàn) 象 ， 第 一 圈 螺 紋 承 擔(dān) 約 三 分 之 一 的 載 荷， 為 均 衡 載 荷 ， 可 以 采 用 懸 置 螺 母 、 內(nèi) 斜 螺 母 、 環(huán) 槽 螺 母 、 低 彈 性模 量 螺 母

17、、 鋼 絲 螺 套 等 （ 圖 6.14,6.15,6.16）減 少 附 加 應(yīng) 力 (圖 6.17,6.18)減 輕 應(yīng) 力 集 中 (加 大 牙 根 圓 角 半 徑 )降 低 應(yīng) 力 幅 ， 采 用 柔 性 螺 栓 、 保 持 被 聯(lián) 接 件 的 剛 度選 擇 恰 當(dāng) 的 予 緊 力 并 保 持 不 減 退改 善 制 造 工 藝 、 提 高 制 造 質(zhì) 量 例 題 1： 圖 示 軸 承 蓋 用 4個(gè) 螺 釘 固 定 于 鑄 鐵 箱 體 上 ， 已 知 作用 于 軸 承 蓋 上 的 力 FQ 10.4kN， 螺 釘 材 料 為 Q235鋼 ， 屈服 極 限 為 240Mpa， 取 剩 余 預(yù)

18、 緊 力 F為 工 作 拉 力 的 0.4倍 ，不 控 制 預(yù) 緊 力 ， 取 安 全 系 數(shù) 為 4， 求 螺 栓 所 需 最 小 直 徑 。 許 用 拉 應(yīng) 力 4個(gè) 螺 釘 ， z 4， 每 個(gè) 螺 釘 的 工 作 載 荷 剩 余 預(yù) 緊 力 F 0.4F=0.42600=1040 N 故 得 螺 釘 中 總 拉 力 按 強(qiáng) 度 條 件 ， 螺 栓 小 徑 SS MPaS 2404 60F Fz Q 2600 N104004F F F 0 2600 1040 3640 N d d F1 04 13 4 13 364060 10021( ) . . .或 c mm 例 題 2： 設(shè) 螺 栓

19、 剛 度 為 被 聯(lián) 接 件 剛 度 的 3倍 ，當(dāng) 螺 栓 的 預(yù) 緊 力 為 60kN， 軸 向 工 作 載 荷 在40kN至 10kN之 間 交 替 變 化 時(shí) ， 試 計(jì) 算 作 用在 螺 栓 上 對(duì) 應(yīng) 的 拉 力 變 化 幅 值 范 圍 。kN)705.62()4010(4160 )4010(360 11 121 10 CC CFCCCFF 例 題 3： 如 圖 所 示 起 重 機(jī) 卷 筒 ， 鋼 絲 繩 起 重 量W 60000N， 利 用 雙 頭 螺 柱 夾 緊 產(chǎn) 生 的 摩 擦力 矩 使 轉(zhuǎn) 矩 由 齒 輪 傳 到 卷 筒 上 。 8個(gè) 螺 柱 均 勻分 布 在 直 徑 的

20、 圓 周 上 。 聯(lián) 接 件 接 觸 面 摩擦 系 數(shù) =0.12， 為 了 安 全 ， 希 望 摩 擦 力 矩 比計(jì) 算 值 大 20 ， 螺 柱 材 料 為 6.8級(jí) ， 45鋼 。 控 制 預(yù) 緊 力 ， 取 安 全 系 數(shù) 試 求 螺 柱 所需 最 小 直 徑 （ 或 計(jì) 算 直 徑 ） 。D1 500 mm S MPa480 SS 2 T W D 2 60000 4002 12000000 N mm SS MPaS 4802 240 F K Tz Df N 12 12 120000008 012 5002 60000. . d d F1 04 13 4 13 60000240 203

21、42( ) . . .或 c mm 轉(zhuǎn) 矩許 用 拉 應(yīng) 力每 個(gè) 螺 柱 所 需 預(yù) 緊 力由 強(qiáng) 度 條 件 ， 螺 柱 小 徑 Fmax 10kNCC12 13例 題 ： 用 繩 索 通 過 吊 環(huán) 螺 釘 起 重 ， 繩 索 受 最 大 拉 力,螺 釘 剛 度 與 被 聯(lián) 接 件 剛 度 之 比， 試 求 ：1） 為 使 螺 釘 頭 與 重 物 接 觸 面 不 離 縫 ， 螺 釘 的 最 小 預(yù) 緊 力 ；2） 若 預(yù) 緊 力 為 10kN， 工 作 螺 釘 的 剩 余 預(yù) 緊 力 為 多 少 ？ F F CC C F 21 2 0 F CC C F CC C F 21 2 11 13

22、 3 34 10000 7500max N F F CC C F CC C F21 2 11 110000 3 310000 34 10000 2500 maxN1） 螺 釘 頭 與 重 物 接 觸 面 不 離 縫 ， 應(yīng) 使 剩 余 預(yù) 緊 力故 得 螺 釘 最 小 預(yù) 緊 力2） 預(yù) 緊 力 F 10 kN， 則 工 作 螺 釘 剩 余 預(yù) 緊 力 MPa06板 A用 5個(gè) 普 通 螺 釘 固 定 在 機(jī) 座 B上 ， 已 知 板 與 機(jī) 座 間 摩 擦 系 數(shù) =0.15，防 滑 系 數(shù) （ 可 靠 性 系 數(shù) ） Kf=1.2， 螺 釘 許 用 應(yīng) 力， 試 指 出 哪 個(gè) 螺 釘 是

23、 危 險(xiǎn) 螺 釘 ？ 并 按 強(qiáng) 度 計(jì) 算 該 螺 釘 聯(lián) 接 中 螺 釘 所 需 的小 徑 （ 或 計(jì) 算 直 徑 ） 尺 寸 。 1） 將 力 向 形 心 簡(jiǎn) 化 ： FQ 2000N；M F Q N mm 900 2000 900 18 1052） FQ使 每 一 個(gè) 螺 釘 產(chǎn) 生 作 用 力 F FR Q N1 5 2000 5 400 / / M使 每 個(gè) 螺 釘 產(chǎn) 生 作 用 力 F M rR2 N / /( )4 18 10 4 150 30005方 向 如 圖 （ 中 間 螺 釘 FR2 03） 第 2個(gè) 螺 釘 受 力 最 大 ， 為 危 險(xiǎn) 螺 釘 ， 設(shè) 其 受 力 為 FRF F FR R1 R2 N 400 3000 3400 F K F f R 015 12 3400. . F F 27200N4）， 13 4 12. /F d 4 13 27200 6012 . /d d 1 2739 . mm end