机械设计2螺栓连接.ppt

第二章 螺纹连接,2-1 概 述,在通用机械中，连接件占总零件数的2050%。如Boeng747中有250万个紧固连接件。,一、连接(joint)分类,1. 按运动关系分,2. 按传载原理分,3. 按拆开时是否损坏零件分,二、螺纹基本知识,1) 直径,4) 螺距P,2) 线数 n：n =1时用于连接；n1时用于传动； n，但为便于制造n4,3) 牙形角：螺纹牙两侧面夹角,1. 螺纹的主要参数,5) 升角,连接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。,三角形螺纹,2. 螺纹的类型,2-2 螺纹连接的类型和材料性能等级,1. 螺栓连接,装拆方便，成本低，打通孔，应用最广。,铰制孔螺栓,普通螺栓,一、螺纹连接主要类型,2. 双头螺柱连接,螺柱不用拆下，用于被连接件之一较厚（盲孔）或材料较软，且经常拆装的场合。,3. 螺钉连接,无螺母，结构紧凑，经常拆装时，容易损伤螺纹孔。多用于受力不大或无需经常拆装的场合。,4. 紧定螺钉连接,螺钉末端顶住另一零件的表面或相应凹坑，以固定 两个零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩。,二、螺纹连接件的材料性能等级,螺栓（钉、柱）的力学性能等级(GB/T3098.1-2000, 3098.2-2000),2-3 螺纹连接的预紧和防松,一、预紧,受载之前,预紧目的,二、防松,实质是防止螺纹副发生相对转动。,怎么会发生松动？,2-4 螺栓连接的强度计算,螺栓连接,一、松连接（不受预紧力）,二、紧连接（受预紧力）,（1）承受横向工作载荷的普通螺栓连接,失效形式：接合面发生滑移,螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于或等于横向静载荷。,问：公式中的系数1.3是何用意？,强度条件：,上式中：F0 单个螺栓的轴向预紧力，N F0 KSF/fZi 计算时取 F0 = KSF /fZi KS 可靠系数(防滑系数)，1.11.3 F 横向静载荷，N Z 螺栓数目 i 接合面数 f 接合面摩擦系数,1.3系数将提高30%，以考虑螺纹力矩对连接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，简化了计算。,例：某普通螺栓组连接，已知横向静载荷F=30kN，结合面摩擦系数f =0.15，结合面数i =1，可靠系数KS=1.2，共有六个螺栓，不控制预紧力，螺栓材料为碳钢，性能等级4.8，试确定螺栓规格。,解：单个螺栓预紧力F0,由于不控制预紧力，采用估计法确定安全系数S， 由表5-10,1. 选M24，S = 3.14(插值计算), = s/S = 320/3.14 MPa,M24的d1=20.752mm，估计偏小，不适用。,2. 选M30，S = 2.5, = s/S = 320/2.5 =128 MPa,M30的d1=26.211mm，所以符合要求。,（2）受预紧力F0和轴向工作载荷F 的紧螺栓连接,预紧状态,工作状态 F是工作拉力,变形受力过程：,无变形 F0 , +F ,变形协调条件： b= m = ,各力定义要明确,1. 预紧力F0（拧紧螺母后，作用在螺栓上的拉力和被连件上的压力） 2. 螺栓总拉力F2 F2 = F1+F 3. 工作拉力F（对螺栓连接施加的轴向外载荷） 4. 残余预紧力F1 F1 F0,螺栓刚度：Cb=tanb =F0 / b,被连接件刚度：Cm=tanm =F0 / m,由合成图分析,F0=F1+(F - F ), 检查残余预紧力F1的大小?,显然：螺栓的总拉力F2(用于计算强度),讨论：,1.,螺栓相对刚度,当F0 、 F 一定时，,为螺栓受力, 应使,强度条件：,例：有一受预紧力F0=1000N和轴向工作拉力F=1000N作用的紧螺栓连接。已知螺栓刚度Cb和被连接件刚度Cm相等，试计算： （1）螺栓所受的总拉力F2和剩余预紧力F1。 （2）为保证被连接件不出现缝隙，该螺栓的轴向工作拉力F极限值为多少？,解：（1）,（2）要求F10,熟记公式，灵活应用,例：,某压力容器采用螺栓连接，已知“力-变形”线图。试求： （1） 螺栓受到的预紧力F0的大小； （2） 为满足紧密性要求，取剩余预紧力为20000N，此时螺栓承受的工作拉力F的大小； （3） 若螺栓选用M30规格，而且已知d1=26.211mm, =106MPa，校核螺栓连接强度； （4） 螺栓承受的总拉力F2达到多少时，容器将漏气？,解：（1）,预紧力F0=30000N,（2）工作拉力F =35000-20000 =15000N,（3）校核,螺栓连接强度足够。,( 4 ) 被连接件变形为0时，容器则漏气，由图可知 F2 = 45000N,2-5 螺栓组连接的设计,1. 接合面几何形状力求简单（矩、圆、三角），且螺栓组的对称中心与接合面形心重合，接合面受力均匀。,2. 螺栓组受力合理：螺栓布置应尽量远离对称中心，铰制孔螺栓组8个；同时承受轴向、横向载荷时，