第十章-联接2PPT课件
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差的许用挤压应力。P148表10-6
2. 受轴向工作载荷的螺栓强度 FE
充气前螺栓预紧力为F0
FF0R
充气后螺栓继续受拉变长，
接合面间作用力减小到FR FR——残余预紧力
FE
F
FF0R
P D
压力 F P D2
4 每个螺栓分担的轴向外载荷为:
螺栓受轴向总载荷： Fa
Fa=FE+FR
FE
F z
残余预紧力的确定：
1）工作载荷无变化： FR=(0.2～0.6)FE
2）工作载荷有变化： FR=(0.6～1)FE
3）有紧密性要求： FR=(1.5～1.8)FE
强度条件：
1.3Fa
d12 / 4
[
]
三、螺栓材料 1. 螺栓材料 Q235、35、45、40Cr 螺栓分不同力学性能等级，国标规定：
螺栓 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9 螺母 4 5 6 8 9 10 12
止动垫圈
圆螺母用止动垫圈 串联钢丝
Байду номын сангаас
3. 其他方法防松
用冲头冲2~3点
涂粘合剂
1~1.5P 冲点防松法
粘合法防松
§10－6 螺栓连接的强度计算
螺栓拉断
失效形式 螺纹压溃或剪断
Fa
滑扣
一、松螺栓连接
强度条件：
Fa
d12 / 4
[ ]
式中: d1----螺纹小径， mm
Fa
二、紧螺栓连接 螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T的双重作用。
应用：只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的连接。
类型：普通楔键、钩头楔键。
钩头是用来拆卸用的
楔键工作面：上、下面
工作面 拆卸空间
在重型机械中常采用切向键----一对楔键组成。
特点：能单向传递大转矩。 当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120˚ ～ 130 ˚
切向键工作面：窄面（相互平行）
➢ 铰制孔螺栓连接
• 剪切应力
F
4
d
2 0
mz
[ ]
d0——螺栓孔直径 [τ] ——许用切应力
F/2 F
F/2
• 挤压应力
F
p zd0 hmin [ p ]
F/2
h1
F
h2
h3
F/2
hmin——螺栓与孔壁间挤压面的最小高度
hmin=min{h1+h3 ,h2} [σp]——螺栓与被连接件中材料机械性能
§10－5 螺纹连接的预紧和防松
一、 螺纹连接的预紧 工作载荷作用前，使螺杆受到预紧力的作用。
1. 预紧的目的 1）增加连接的刚度 2）增加紧密性 3）提高防松能力
2. 拧紧力矩 设预紧力为 Fa
拧紧力矩：T T1 T2 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； 对于M10～M60的粗牙螺纹 简化公式： T ≈ 0.2 Fa d
D0 =340mm
例2：一钢制液压油缸，油压P=3MPa，油缸内径 D=160mm，为保证气密性要求，用10个M12 性能6.8级的螺栓连接，控制预紧力，试校核 螺栓的强度？
P
D
§10－11 键连接和花键连接
作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭 矩，或实现零件的轴向固定或移动。
一、键连接的类型 平键、半圆键、楔键、切向键等。
拉应力： 切应力：
Fa
d12 / 4
[
]
T1 WT
Fatg( ' ) d1 d13 /16
2
2d2 d1
tg (
'
)
Fa
d12 /
4
对于M10~M68的普通螺纹，取d1、d2和ψ的平均值，
并取： tgρ’ = f ’ =0.15
得： τ ≈ 0.5 σ
当量应力： c 2 3 2 2 3(0.5 )2
120˚ ~130˚
d
d
窄面 工作面
斜度1：100
二、平键连接的强度校核
平键的主要失效形式：压溃、磨损(动联接)、剪断。
1. 普通平键挤压强度条件：
σp =
F S
T
4T
= (d/2)(h/2)l = d h l
T
d
d0
Fa
dw
3. 控制预紧力的方法 1）靠装配工人的经验 2）采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。
F
测力矩扳手
定力矩扳手
二、 螺纹连接的防松 阻止螺纹副相对反转。
1. 防松的方法 1）利用附加摩擦力防松（摩擦防松）
弹簧垫圈
对顶螺母
尼龙圈锁紧螺母
2. 采用专门防松元件防松(机械防松) 开口销与六角槽形螺母
2. 螺栓等级的意义： 第一数字：表示螺栓材料σb 的1/100 σb =第一数字×100
第二数字： 表示螺栓材料的σs 与σb 比值的10倍
σs =第一数字×第二数字×10 例：4.6级螺栓 σb=4×100=400MPa σs=4×6×10=240MPa
例1：一刚性凸缘联轴器用6个M24的普通螺栓连接， 其性能等级为 5.6级，联轴器材料为HT200，允许 传 递 最 大 转 矩 T = 5 0 0 0 N ·m ， 接 合 面 摩 擦 系 数 f=0.15，安装时要求控制预紧力，C=1.2，试校核 螺栓强度。
1. 平键连接
间隙
特点：定心好、装拆方便。
工作面
工作面：两侧面
普通平键
轴
种类
导向平键
普通 平键 结构
圆头(A型) 用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大 方头(B型) 用盘铣刀加工，轴的应力集中小。 单圆头(C型) 用于轴端
A型
B型
C型
普通平键用于静连接。
普通平键的尺寸标记
A型 C× 45˚或r1
B型
C型
h R=b/2
b L
L
L
标记实例： 圆头普通平键(A型): 键16×100 GB1096-79 方头普通平键(B型): 键B16×100 GB1096-79 单圆头普通平键(C型) : 键C16×100 GB1096-79
导向平键 结构特点：长度较长，需用螺钉固定。 为便于装拆，制有起键螺孔。 零件可以在轴上移动，构成动连接。
1.3
强度条件：
1.3Fa
d12 / 4
[
]
1. 受横向工作载荷的螺栓强度
➢ 普通螺栓连接
预紧力F0 ：F0
CF fmz
F/2
F0
F0
F
F0
F/2
C---可靠性系数，常取C=1.1~1.3 m---结合面数 f---摩擦系数
z---螺栓个数
强度条件：
1.3Fa
d12 / 4
[
]
其中：Fa =F0
固定螺钉
起键螺孔
2. 半圆键连接 优点：定心好，装配方便。
因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。
缺点：对轴的削弱较大，只适
用于轻载连接。
特别适用于锥形轴端的连接。
工作面：两侧面
工作面
3. 楔键连接和切向键连接
结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。
缺点：定心精度不高。
2. 受轴向工作载荷的螺栓强度 FE
充气前螺栓预紧力为F0
FF0R
充气后螺栓继续受拉变长，
接合面间作用力减小到FR FR——残余预紧力
FE
F
FF0R
P D
压力 F P D2
4 每个螺栓分担的轴向外载荷为:
螺栓受轴向总载荷： Fa
Fa=FE+FR
FE
F z
残余预紧力的确定：
1）工作载荷无变化： FR=(0.2～0.6)FE
2）工作载荷有变化： FR=(0.6～1)FE
3）有紧密性要求： FR=(1.5～1.8)FE
强度条件：
1.3Fa
d12 / 4
[
]
三、螺栓材料 1. 螺栓材料 Q235、35、45、40Cr 螺栓分不同力学性能等级，国标规定：
螺栓 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9 螺母 4 5 6 8 9 10 12
止动垫圈
圆螺母用止动垫圈 串联钢丝
Байду номын сангаас
3. 其他方法防松
用冲头冲2~3点
涂粘合剂
1~1.5P 冲点防松法
粘合法防松
§10－6 螺栓连接的强度计算
螺栓拉断
失效形式 螺纹压溃或剪断
Fa
滑扣
一、松螺栓连接
强度条件：
Fa
d12 / 4
[ ]
式中: d1----螺纹小径， mm
Fa
二、紧螺栓连接 螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T的双重作用。
应用：只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的连接。
类型：普通楔键、钩头楔键。
钩头是用来拆卸用的
楔键工作面：上、下面
工作面 拆卸空间
在重型机械中常采用切向键----一对楔键组成。
特点：能单向传递大转矩。 当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120˚ ～ 130 ˚
切向键工作面：窄面（相互平行）
➢ 铰制孔螺栓连接
• 剪切应力
F
4
d
2 0
mz
[ ]
d0——螺栓孔直径 [τ] ——许用切应力
F/2 F
F/2
• 挤压应力
F
p zd0 hmin [ p ]
F/2
h1
F
h2
h3
F/2
hmin——螺栓与孔壁间挤压面的最小高度
hmin=min{h1+h3 ,h2} [σp]——螺栓与被连接件中材料机械性能
§10－5 螺纹连接的预紧和防松
一、 螺纹连接的预紧 工作载荷作用前，使螺杆受到预紧力的作用。
1. 预紧的目的 1）增加连接的刚度 2）增加紧密性 3）提高防松能力
2. 拧紧力矩 设预紧力为 Fa
拧紧力矩：T T1 T2 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； 对于M10～M60的粗牙螺纹 简化公式： T ≈ 0.2 Fa d
D0 =340mm
例2：一钢制液压油缸，油压P=3MPa，油缸内径 D=160mm，为保证气密性要求，用10个M12 性能6.8级的螺栓连接，控制预紧力，试校核 螺栓的强度？
P
D
§10－11 键连接和花键连接
作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭 矩，或实现零件的轴向固定或移动。
一、键连接的类型 平键、半圆键、楔键、切向键等。
拉应力： 切应力：
Fa
d12 / 4
[
]
T1 WT
Fatg( ' ) d1 d13 /16
2
2d2 d1
tg (
'
)
Fa
d12 /
4
对于M10~M68的普通螺纹，取d1、d2和ψ的平均值，
并取： tgρ’ = f ’ =0.15
得： τ ≈ 0.5 σ
当量应力： c 2 3 2 2 3(0.5 )2
120˚ ~130˚
d
d
窄面 工作面
斜度1：100
二、平键连接的强度校核
平键的主要失效形式：压溃、磨损(动联接)、剪断。
1. 普通平键挤压强度条件：
σp =
F S
T
4T
= (d/2)(h/2)l = d h l
T
d
d0
Fa
dw
3. 控制预紧力的方法 1）靠装配工人的经验 2）采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。
F
测力矩扳手
定力矩扳手
二、 螺纹连接的防松 阻止螺纹副相对反转。
1. 防松的方法 1）利用附加摩擦力防松（摩擦防松）
弹簧垫圈
对顶螺母
尼龙圈锁紧螺母
2. 采用专门防松元件防松(机械防松) 开口销与六角槽形螺母
2. 螺栓等级的意义： 第一数字：表示螺栓材料σb 的1/100 σb =第一数字×100
第二数字： 表示螺栓材料的σs 与σb 比值的10倍
σs =第一数字×第二数字×10 例：4.6级螺栓 σb=4×100=400MPa σs=4×6×10=240MPa
例1：一刚性凸缘联轴器用6个M24的普通螺栓连接， 其性能等级为 5.6级，联轴器材料为HT200，允许 传 递 最 大 转 矩 T = 5 0 0 0 N ·m ， 接 合 面 摩 擦 系 数 f=0.15，安装时要求控制预紧力，C=1.2，试校核 螺栓强度。
1. 平键连接
间隙
特点：定心好、装拆方便。
工作面
工作面：两侧面
普通平键
轴
种类
导向平键
普通 平键 结构
圆头(A型) 用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大 方头(B型) 用盘铣刀加工，轴的应力集中小。 单圆头(C型) 用于轴端
A型
B型
C型
普通平键用于静连接。
普通平键的尺寸标记
A型 C× 45˚或r1
B型
C型
h R=b/2
b L
L
L
标记实例： 圆头普通平键(A型): 键16×100 GB1096-79 方头普通平键(B型): 键B16×100 GB1096-79 单圆头普通平键(C型) : 键C16×100 GB1096-79
导向平键 结构特点：长度较长，需用螺钉固定。 为便于装拆，制有起键螺孔。 零件可以在轴上移动，构成动连接。
1.3
强度条件：
1.3Fa
d12 / 4
[
]
1. 受横向工作载荷的螺栓强度
➢ 普通螺栓连接
预紧力F0 ：F0
CF fmz
F/2
F0
F0
F
F0
F/2
C---可靠性系数，常取C=1.1~1.3 m---结合面数 f---摩擦系数
z---螺栓个数
强度条件：
1.3Fa
d12 / 4
[
]
其中：Fa =F0
固定螺钉
起键螺孔
2. 半圆键连接 优点：定心好，装配方便。
因半圆键能在轴槽中摆动以适应轮毂槽底面。
缺点：对轴的削弱较大，只适
用于轻载连接。
特别适用于锥形轴端的连接。
工作面：两侧面
工作面
3. 楔键连接和切向键连接
结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。
缺点：定心精度不高。