机械设计基础第十章-连接资料讲解
合集下载
机械设计基础10联接(螺纹联接)
基本原理
螺纹联接的基本原理是通过螺纹的咬合来实现连接 和紧固。
设计要求
螺纹联接的设计要考虑螺纹的类型、尺寸、加工精 度、连接长度等因素。
螺纹联接的计算和选取方法
计算方法
螺纹联接的计算方法需要考虑载荷情况、材料性能、 螺纹类型等因素。
选取方法
螺纹联接的选取应考虑加载情况、工作环境、连接 性能要求等因素。
螺纹联接的制造和装术包括螺纹加工、表面处理等环节。
2
装配技术
螺纹联接的装配技术要注意正确的装配顺序、力矩控制等。
3
检测技术
螺纹联接的检测技术包括外观检查、力矩测试等方法。
螺纹联接的常见问题和解决方法
常见问题
螺纹联接中常见的问题包括松动、脱螺纹、过紧等。
解决方法
解决螺纹联接问题的方法包括增加紧固力、正确选择螺纹类型、使用螺纹锁紧剂等。
机械设计基础10联接(螺 纹联接)
欢迎来到机械设计基础系列第十讲！本讲将介绍螺纹联接，包括定义、分类、 特点、优点、应用领域、基本原理、设计要求等内容。
螺纹联接的定义和概念
螺纹联接是一种常用的紧固连接方式，通过螺纹的互相嵌合实现连接和紧固。 它由一个内螺纹和一个外螺纹构成，通过旋转使螺纹互相咬合达到紧固的效 果。
螺纹联接的分类和特点
分类
螺纹联接可以分为内螺纹联接和外螺纹联接两种 类型。
特点
螺纹联接具有承载能力强、可重复使用、连接牢 固等特点。
螺纹联接的优点和应用领域
1 优点
2 应用领域
提供均匀的紧固力、承载能力高、便于拆卸、 可重复使用等。
广泛应用于机械制造、汽车工程、航空航天、 建筑等领域。
螺纹联接的基本原理和设计要求
机械基础第十章连接.
机械设计基础——过盈连接的倒角
液压拆装的圆锥面过盈连接
p 靠螺母压紧的圆锥面过盈连接
机械设计基础——联接
过盈连接的装配要求
❖ 配合表面应具有良好的表面粗糙度，零件经加 热或冷却后要将配合面擦净。
❖ 压合前，配合表面处理干净并涂以润滑油，以 免装配中擦伤配合面。
❖ 压入过程应连续，不宜过快；压入速度一般为 2～4mm/s（不宜超过10mm/s），并应准确控 制压入行程。
② 渐开线花键 定心方式为齿形定心，当齿 受载时，齿上的径向力能自 动定心，有利于各齿均载， 应用广泛，优先采用
三角形花键——齿数较多，齿较小，对轴强度削弱小。适 于轻载、直径较小时及轴与薄壁零件的联 接应用较少
df
机械设计基础——联接
二、花键联接的设计计算
设计：选花键类型→按轴径定花键尺寸→验算联接强度
❖ 压合时，应始终保持轴和孔同轴线，不许偏斜 ；应经常用角尺检查校正。
❖ 对于细长的薄壁件，更要细心检查其过盈量和 形状偏差，装配时尽可能垂直压入，以防变形 。
机械设计基础——联接
过盈连接的装配方法
❖ 压入配合法 可用手锤加垫块敲击压入，也可采用 各类压力机压入。
❖ 热胀配合法 又称红套，是利用金属材料热胀冷缩 的物理特性，在套与轴有一定过盈时，将套加热， 使孔胀大，然后将轴装入胀大的孔中，待冷却后， 轴与套孔就获得了传递轴向力、扭矩或轴向力与扭 矩同时作用的结合体。
粗牙：常用 细牙：螺距小，自锁 性能更好。常用于承 受冲击、振动及变载 荷、或空心、薄壁零 件上及微调装置中。
细牙缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。
机械设计基础——联接
2) 矩形螺纹
特点：牙形为正方形，=0，
机械设计基础课件第十章 联 接
第五节 螺纹联接的预紧和防松
解 1、求当量摩擦系数和摩擦角
2、求螺纹升角ψ 由表10-1查M12螺纹，P=1.75mm，d2=10.863mm， d1=10.106mm
第五节 螺纹联接的预紧和防松
3、求螺杆总拉力（预紧力）Fa
4、求拧紧力矩
第六节 螺栓联接的强度计算
螺栓的主要失效形式有：⑴螺栓 杆拉断；⑵螺纹的压溃和剪断； ⑶经常装拆时会因磨损而发生滑 扣现象。 一、松螺栓联接 松螺栓联接装配时不需要拧紧， 承载前不受力，工作时只受轴向 静载荷（拉应力破坏）。其强度 条件： 许用应力，MPa
第五节 螺纹联接的预紧和防松
第五节 螺纹联接的预紧和防松
第五节 螺纹联接的预紧和防松
例10-2 已知M12螺栓用碳素钢制成，螺纹间的摩擦 系数f=0.10，螺母与支撑面间的摩擦系数fc=0.15， 螺母支撑面外径dw=16.6mm，螺栓孔直径d0=13mm， 欲使螺母拧紧后螺杆的拉应力达到材料屈服极的 50%，求施加的拧紧力矩，并验算其能否自锁。
例10-1 试计算粗牙普通螺纹M10和M30的螺旋升 角，并说明在静载荷下这两种螺纹能否自锁（已知 摩擦系数f=0.1~0.15）。 解 (1)螺旋升角 由表10-1查得M10的螺距 P=1.5mm，中径d2=9.026mm；M30的螺距 P=3.5mm，d2=27.727mm。 对于M10
对于M30
第六节 螺栓联接的强度计算
2、受轴向工作载荷的螺栓强度 在图10-21所示的压力容器端盖 螺栓联接中，设压力容器内压为 p，z个相同直径的螺栓均布在直 径为D0的圆周上，每个螺栓平均 承受的轴向工作载荷
在受轴向工作载荷的螺栓联接中，螺栓实际承受的总 拉伸载荷Fa并不等于预紧力F0与FE之和。
机械设计基础_第十章_连接
普通平键连接属于静连接
（2）导向平键连接
导向平键连接属于动连接
返回
2 半圆键连接
特点：键的侧面为工作面，键的上表面与毂槽底
面间有间隙。但键槽较深，应力集中较大，对轴 的强度削弱较大，适于轻载、锥形轴端的连接。
半圆键实例
3 楔键连接
特点：楔键的上下面分别与毂和轴上的键槽的
底面贴合，为工作面，靠摩擦力传递转矩。
粗牙：常用 细牙：自锁性能更好。 常用于承受冲击、振 动及变载荷、或空心、 薄壁零件上及微调装 置中。
细牙缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。
2) 矩形螺纹
特点：牙形为正方形，=0，
所以效率高，用于传动。
3) 梯形螺纹
特点： =2=30。比矩形
螺纹效率略低，在螺旋传动 中有广泛应用。
4) 锯齿形螺纹
楔键连接
1. 平键连接
特点：平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂键槽
底面间有间隙，定心性好。
类型：常用的平键有普通平键和导向平键。
（1）普通平键
1、类型：A型（圆头)、B型（方头）、C型（单圆头）。 2、轴上键槽加工方法：指状铣刀（A、C型）或盘铣
刀（B型）。
3、毂上键槽加工方法：插削或拉削。
普通楔键和钩头楔键
平键的选用和强度校核 1 平键的选用 （1）键的尺寸选择
断面尺寸 b×h： 根据轴径 d 查标准确定。 键长 L：应略短于轮毂的宽度，并符合标准尺寸系列。
附：键的长度系列：
10 12 14 16 18 20 22 25 32 36 40 45 50 63 70 80 90 100 110 125 140 160 …..
0.16~0.25 0.25~0.4 0.4~0.6
（2）导向平键连接
导向平键连接属于动连接
返回
2 半圆键连接
特点：键的侧面为工作面，键的上表面与毂槽底
面间有间隙。但键槽较深，应力集中较大，对轴 的强度削弱较大，适于轻载、锥形轴端的连接。
半圆键实例
3 楔键连接
特点：楔键的上下面分别与毂和轴上的键槽的
底面贴合，为工作面，靠摩擦力传递转矩。
粗牙：常用 细牙：自锁性能更好。 常用于承受冲击、振 动及变载荷、或空心、 薄壁零件上及微调装 置中。
细牙缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。
2) 矩形螺纹
特点：牙形为正方形，=0，
所以效率高，用于传动。
3) 梯形螺纹
特点： =2=30。比矩形
螺纹效率略低，在螺旋传动 中有广泛应用。
4) 锯齿形螺纹
楔键连接
1. 平键连接
特点：平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂键槽
底面间有间隙，定心性好。
类型：常用的平键有普通平键和导向平键。
（1）普通平键
1、类型：A型（圆头)、B型（方头）、C型（单圆头）。 2、轴上键槽加工方法：指状铣刀（A、C型）或盘铣
刀（B型）。
3、毂上键槽加工方法：插削或拉削。
普通楔键和钩头楔键
平键的选用和强度校核 1 平键的选用 （1）键的尺寸选择
断面尺寸 b×h： 根据轴径 d 查标准确定。 键长 L：应略短于轮毂的宽度，并符合标准尺寸系列。
附：键的长度系列：
10 12 14 16 18 20 22 25 32 36 40 45 50 63 70 80 90 100 110 125 140 160 …..
0.16~0.25 0.25~0.4 0.4~0.6
2024《机械设计基础》第十章联接
contents •联接概述与分类•螺纹联接与紧固件•键和花键联接技术•销、铆和焊接等其他联接方式•弹性环联接与过盈配合•新型联接技术发展趋势目录01联接概述与分类联接定义及功能联接定义功能作用常见联接类型介绍01020304螺纹联接键联接销联接过盈联接选择适当联接方法根据使用要求选择根据机械系统的使用要求，如传递的扭矩、定位精度等，选择适当的联接方法。
考虑制造与装配在选择联接方法时，需要考虑零部件的制造精度和装配工艺性。
经济性分析在满足使用要求的前提下，应选择成本较低的联接方法。
强度校核精度控制定期检查与维护避免过度紧固设计与应用注意事项02螺纹联接与紧固件螺纹基本知识与参数螺纹的主要参数螺纹的形成和分类包括大径、小径、中径、螺距、导程、牙型角、螺纹升角等，这些参数决定了螺纹的基本尺寸和形状。
螺纹的旋向与配合螺纹紧固件类型及特点螺栓螺柱螺钉紧定螺钉螺纹联接预紧与防松措施预紧的目的预紧力的控制防松措施强度计算及优化方法强度计算准则01应力分析02优化方法0303键和花键联接技术键联接基本概念及分类键联接定义键的分类平键、半圆键、楔键、切向键等，根据截面形状、工作原理和应用场景不同而区分。
平键、半圆键和楔键特点比较平键特点半圆键特点楔键特点花键联接原理及应用场景花键联接原理应用场景强度校核与失效分析强度校核根据键联接的受力情况和材料力学性质，对键联接进行强度计算和校核，以确保其安全可靠地工作。
失效分析键联接常见的失效形式有压溃、磨损和剪切破坏等。
通过对失效原因的分析，可以提出相应的改进措施，提高键联接的承载能力和使用寿命。
04销、铆和焊接等其他联接方式销及其应用场景介绍销的基本概念和分类01销的应用场景02销的选用原则03铆接原理、分类及操作要点铆接原理铆接是利用铆钉将两个或多个零件联接在一起的方法，通过铆钉的塑性变形或断裂来实现零件的联接。
铆接分类根据铆接方式的不同，可分为普通铆接、密封铆接、干涉铆接等。
机械设计基础第10章
预紧力Fa →产生拉伸应力σ
Fa
0.5
∴ 强度条件为： 1.3Fa [ ] e 2 d1 4
d1
按第四强度理论，当量应 力： e 2 3 2 1.3
1、承受横向工作载荷的普通螺栓强度
工作原理：依靠预紧力作用下 在被连接件之间产生的摩擦力 承受横向工作载荷。 摩擦力： F f F0 fm 保证连接可靠，要求：
§10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件
一、螺纹连接的基本类型 1.螺栓连接： 普通螺栓连接：应用广泛，两被连接件不太厚， 便于从两边装配。 铰制孔用螺栓连接：受横向载荷。 2.双头螺栓连接：被连接件之一较厚，常拆卸。 3.螺钉连接：被连接件之一较厚,不常拆卸，且不易 做成通孔的场合。
4.紧定螺钉连接：用于固定两零件的相对位置，并可 传递不大的力和转矩。
—设计公式
d1—螺纹小径（mm） [σ]—许用拉应力 N/mm2 (MPa) Fa
二、紧螺栓连接
紧螺栓连接——承受横向工作载荷和承受轴向工作载荷两种情况
承受工作载荷前拧紧，在拧紧力矩T和轴向载荷Fa（预紧力F0 ） 作用下，螺栓发生拉扭变形，螺栓工作在复合应力状态。
1 2 d1 4 d2 Fa tan(ψ ' ) 螺纹摩擦力 Fa 2d 2 T1 2 tan(ψ ' ) 矩T1→产生 1 2 d1 WT d13 d1 剪应力τ 16 4
θ
一、受力分析
1、矩形螺纹
三点假设：
1.螺纹拧紧过程相当于滑块沿斜面上升的过程；
2.拧紧过程中螺纹各圈的变形量相等；
F Fa
3.力作用在螺纹中径上。
拧紧过程：
FR Fn
ρ
机械设计基础(第六版)第10章 连接
按螺旋的作用分
按母体形状分
螺旋线旋向：
V母 ω母
左旋（特殊时用）
右旋（常用） 左右手法则：
V母 ω母
右旋
V母
V母
ω母
左旋
ω母
螺母旋入
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
纹 的
按螺旋线的根数分
单线螺纹 n线螺纹: S = n P 多线螺纹 一般: n ≤ 4
联接的基本物理原理：
1、形锁合（如：普通平键、销等） 2、摩擦锁合（如过盈配合、楔键等） 3、材料锁合（如：焊接）
联接的分类：
静联接（被联接件间相对固定）
动联接（被联接间能按一定运动形式作相对运动）
可拆联接：指联接拆开时，不破坏联接中的零件，重新安装， 可继续使用的联接（键联接、销联接、螺栓联接）。
Fa 螺母
Fn=Fa 当β≠ 0º时，摩擦力为：
F'
f
Fn
f
cos
Fa
螺杆 Fn
f 'Fa
轴
摩擦系数为 f 的非矩形螺纹所产 线
生的摩擦力与摩擦系数为 f ’ ，的
β
螺母 Fa
α
矩形螺纹所产生的摩擦力相当。 故称 f ’ 为当量摩擦系数。
β 螺杆 Fn Fa
f ' f tg' cos
(于(67螺))纹牙螺轴型线纹的角平升面角α的夹ψ轴角向中截径面d内2t圆g螺ψ柱纹上=牙，型πn螺相dP旋邻2 线两的侧切边线的与夹垂角直。牙
型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。
牙侧角 β
S
ψ
《机械设计基础》第10章轴及轴毂联接PPT课件
光轴
阶梯轴
②按轴的轴线形状可分为:直轴、曲轴、挠性轴
直轴
曲轴
挠性钢丝轴
③按轴功用和承载情况，可分为三种类型： 转轴—既传递扭矩又承受弯矩 心轴—只承受弯矩 传动轴—只传递扭矩
自行车前轴--心轴
汽车的传动轴
减速器轴—转轴 此外，轴还可以分为实心轴和空心轴。
二、轴的材料
1.选择轴的材料时应主要考虑的因素： （1）轴的强度、刚度及耐磨性要求； （2）轴的热处理方法及机加工工艺性的要求； （3）轴的材料来源和经济性等。 2.轴的常用材料
⑺刚度校核计算（略） ❖5.绘制轴的工作图。
10.5 轴毂连接
轴毂连接：实现轴和轴上零件周向固定的连接。 轴毂连接的主要形式：键连接和花键连接。
一、键连接、花键和销连接
（2）实例：
圆轴表面上任意一点A在任一瞬时的弯曲正应力为：
AM Iz yAM Iz Rsint
应力循环（或周期）：交变应力从最大变到最小、 再从最小变到最大的变化过程。
(3)交变应力的参数
①最大应力σmax ②最小应力σmin
③循环特征系数 r min max
④平均应力
max min 2 m
➢截面C右侧的合成弯矩为：
M C 2 M h 2 C M v 2 2 C 9 . 6 2 3 8 2 . 1 2 1 1 8 . 9 2 N m 2 3
⑸绘制扭矩图 ➢齿轮与联轴器之间的扭矩为：
T 95P 4 995 1 4 0 9 4.7 7N 2 3 m
n 2
202
⑹确定危险截面，强度校核计算 ➢绘制当量弯矩图（图11.6.15f）因为轴为单向转动， 所以扭矩为脉动循环，折合系数为α=0.6，危险截 面C处的弯矩为 ：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
原因: 螺纹牙间的载荷分布不均←螺栓螺母受力性 质不同→1/3载荷集中在第一圈牙上→第8～10牙 不受力→增厚螺母无效。
措施: 使受压螺母→受拉螺母
65％
→改善螺纹牙间的载荷分布
20％
15％
2020/9/27
编制：吕亚清
24
三. 减小应力集中:
1.减小应力集中： ┌增大过渡圆角 └螺纹收尾→退刀槽(卸载槽)
弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母(双螺母)防松
对顶螺母防松
➢ 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
➢ 对顶螺母防松
螺栓连接强度 ┌螺栓 └被连接件
→螺栓强度→措施
螺栓┌静载荷→ 较少破坏ห้องสมุดไป่ตู้截面小、且应力集中
└变载荷→ 疲劳破坏→ 大→破坏位置 图10-24
2.减少连接附加 弯曲应力
支承面平行→加工 球形垫片
2020/9/27
凸台
编制：吕亚清
凹坑→鱼眼坑
25
前 言:
连接 被连接件
连接件（紧固件）
可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接等
静连接 连 接
不可拆连接：铆接、焊接、胶接等
动连接——运动副
1 .螺纹形成
螺旋线形成：把底边等于d2的直角三角形绕于
直径为d2的圆柱体上，并使底边与圆柱体的底边
对齐，则它的斜边在圆柱表面上便形成一条螺旋
线。
平面图形沿螺旋线形成三角 形、矩形、梯形、锯齿形螺 纹
旋向(螺旋线方向)：常用右 旋，特殊要求时用左旋
• 大径d：最大直径—公称直径
• 小径d1：外螺纹的危险剖面直 径—强度直径
• 中径d2：假想直径，牙型沟槽宽 与牙的宽度相等—计算直径
• 螺距P ：相邻两牙轴向距离
• 导程Ph：同一条螺纹线的相邻两 牙间的轴向距离，Ph= nP，其中n 为螺旋线数
件上无需切制螺纹、装拆方便
件上无需切制螺纹、装拆方便
➢ 适用场合：用于被联接件之一较 ➢ 适用场合：被联接件之一较厚，
厚、经常装拆的场合
且不常装拆的场合
紧定螺钉连接
适用场合： 多用于轴上零件的固
定，传递较小的力
2020/9/27
编制：吕亚清
垫圈
螺母
双头螺柱
六头角螺栓
螺钉
1 摩擦防松
➢ 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
1.减小kb/(kb＋kC)
→kb↓kC↑
1)减小kb→ 减小螺栓光杆直径, 空心螺杆(图10-25)
2)增大kC→ 不宜用软垫片 →但FR减小→不利密封 FR=F0－FE·kC/(kb＋kC)
2.减小kb/(kb＋kC)＋增大F0 → σa↓，FR不减小
图10-27
二. 改善螺纹牙间的载荷分布
现象: 65％破坏发生在螺母支承面处
R21 y+r Q
yQ
➢ 等速下滑：
平衡条件：
F'Q
R'21
0
维持力： F' Q tan(y r)
自锁条件：
N21’
R21’ r
v12
F21’ F’
yQ
F’
y–r
R21’
Q
➢ 当y≤r时，F’ ≤0，原工作阻力F’反向作用，作为驱动力
时，滑块才能移动
➢ 结论：当 y≤r时，滑块自锁
二. 非矩形螺纹 →将ρ→ρ′ (当量摩擦角)
• 螺纹升角φ：螺旋线的切线与垂直 于螺纹轴线的平面的夹角
• 牙型角α ：轴向截面内螺纹牙型 相邻两侧边的夹角称为牙型角
• 牙侧角β
1 斜面摩擦 力学模型
R21
分析使滑块等速运动所需要的水平力
N21 r
v12
F
➢
等速上升： 平衡条件：
F
Q
R21
0
驱动力：F Q tan(y r)
F21
F
普通螺纹:α＝60°,同一种公称直径可以有多种螺距的螺纹，其中螺距最大 的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹
粗牙:牙高, d1小, ψ大
细牙:牙浅, d1大, ψ小, 更易自锁
管螺纹连接：普通洗牙螺纹、非螺纹密封的管螺纹、用螺纹密
封的管螺纹、60度圆锥管螺纹
双头螺栓、螺钉联接
双头螺栓联接
螺钉联接
➢ 特点：孔与杆间有间隙、被联接 ➢ 特点：孔与杆间无间隙、被联接
((一二))降 改低 善螺 螺栓 纹总 牙拉间伸的载载荷荷分Fa的布变化范6围5％
(三). 减小应力集中
20％
(四) 采用提高强度的工艺措施
15％
(一)降低螺栓总拉伸载荷Fa 的变化范围→σa↓
当FE由(0～FE)→
a
kb 2(kb
kC
)Fa由FAE(F→0～要使F0σa↓→kbkkbb/(kkCb+FkEC))↓变化
tanρ′＝f / cos β = f ′ (当量摩擦系数)
T 匀速上F 升d2: 2Ｆ＝ＦFaa·tatna(φn＋(ρ′)
r)
d2
2
匀速下降: Ｆ＝Fa·tan(φ－ρ ′)
T
F
d2
2
Fa
tan(
r)
d2
2
自锁条件： φ ≤ρ′
(10-7)
ρ′ ↑ → 自锁性↑ φ ↑ → 自锁性↓
1. 三角形螺纹