螺纹连接与螺纹传动ppt课件.ppt

第四章螺纹连接与螺纹传动 1 一 螺纹连接的基本知识1 螺纹的类型与应用2 螺纹的主要参数二 螺纹连接及标准件三 螺纹连接的预紧和防松四 单个螺栓连接的强度计算五 螺栓组连接设计及强度计算六 提高螺栓连接强度的措施七 螺旋传动性能及设计计算方法 第四章主要内容 1螺纹的分类 一 螺纹连接的基本知识 1 按回转体内外表面分 2 按螺纹旋向分 3 按螺纹用途分 4 按螺旋线线数分 5 按母体形状分 6 按尺寸单位制分 7 按螺纹牙型分 3 1螺纹的分类 一 螺纹连接的基本知识 1 按回转体内外表面分 内螺纹 外螺纹 4 1螺纹的分类 一 螺纹连接的基本知识 2 按螺纹旋向分 左旋螺纹 反扣 右旋螺纹 正扣 顺时针旋转时旋入的螺纹称为右旋螺纹 反之 逆时针旋转时旋入的螺纹称为左旋螺纹 右旋 常用 左旋 注意 只有上述各要素完全相同的内 外螺纹才能旋合在一起 1螺纹的分类 一 螺纹连接的基本知识 3 按螺纹用途分 连接螺纹 传动螺纹 连接螺纹 传动螺纹 连接用螺纹的当量摩擦角较大 有利于实现可靠连接 传动用螺纹的当量摩擦角较小 有利于提高传动的效率 6 1螺纹的分类 一 螺纹连接的基本知识 4 按螺旋线线数分 单线螺纹 多线螺纹 单线螺纹 n 1 多线螺纹 n 4 导程S nP 单线 常用 7 1螺纹的分类 一 螺纹连接的基本知识 5 按母体形状分 圆柱螺纹 圆锥螺纹 圆柱螺纹 圆锥螺纹 8 1螺纹的分类 一 螺纹连接的基本知识 6 按尺寸单位制分 米制螺纹 英制螺纹 7 按螺纹牙型分 三角形螺纹 管螺纹 梯形螺纹 矩形螺纹 锯齿形螺纹 螺纹的类型与特点1 牙型 大径 螺距等符合国家标准的螺纹称为标准螺纹 矩形螺纹未标准化 查看教材中P34页表4 1 普通螺纹 牙形角为60 三角形米制圆柱螺纹 10 粗牙 常用于连接牙型细牙 细牙螺纹螺距小 在相同的螺纹长度上 旋入的牙数更多 即可以起到降低流体泄露的作用 因此用在需要密封的场合 一 螺纹连接的基本知识 11 2螺纹的主要参数 以圆柱普通外螺纹为例 一 螺纹连接的基本知识 1 螺纹的大径 小径和中径 大径d 螺纹最大直径 小径d1 螺纹最小直径 中径d2 一个假想圆柱的直径 该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方 螺纹的类型与特点1 12 2螺纹的主要参数 以圆柱普通外螺纹为例 一 螺纹连接的基本知识 2 螺纹线数n n 4 沿一条螺旋线形成的螺纹叫做单线螺纹 沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹叫做多线螺纹 螺纹的类型与特点1 单线螺纹 双线螺纹 13 2螺纹的主要参数 以圆柱普通外螺纹为例 一 螺纹连接的基本知识 3 螺距P和导程S 螺距P 螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离P称为螺距 导程S 同一条螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离S称为导程 螺纹的类型与特点1 单线螺纹 S P 多线螺纹 S P n 导程 14 2螺纹的主要参数 以圆柱普通外螺纹为例 一 螺纹连接的基本知识 4 螺旋升角 导程角 中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角 螺纹的类型与特点1 升角 的计算式为 螺纹升角增大效率会提高 15 2螺纹的主要参数 以圆柱普通外螺纹为例 一 螺纹连接的基本知识 螺纹的类型与特点1 16 2螺纹的主要参数 以圆柱普通外螺纹为例 一 螺纹连接的基本知识 螺纹的类型与特点1 大径d 即螺纹的公称直径 小径d1 常用于连接的强度计算 中径d2 常用于连接的几何计算 螺距P 螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离 牙型角a 螺纹轴向截面内 螺纹牙型两侧边的夹角 牙型斜角 在轴向截面内 螺纹牙型一侧边与螺纹轴线的垂线之间的夹角线数n 螺纹的螺旋线数目 导程S 螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离 S nP 升角 螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角 17 1螺纹连接基本类型 二 螺纹连接及标准件 螺纹的类型与特点1 螺栓连接 双头螺柱连接 螺钉连接 被连接件不太厚 能制成通孔的场合 被连接件之一较厚或较软 需经常拆装 被连接件之一较厚 无需经常拆装 18 1螺纹连接基本类型 二 螺纹连接及标准件 螺纹的类型与特点1 19 2螺纹连接标准件 二 螺纹连接及标准件 螺纹的类型与特点1 螺纹连接的类型很多 在机械制造中常见的螺纹连接件的结构型式和尺寸都已经标准化 设计时可以根据有关标准选用 20 2螺纹连接标准件 二 螺纹连接及标准件 螺纹的类型与特点1 1 螺栓 六角螺栓 内六角螺栓 多种头部 杆部形式 21 22 2螺纹连接标准件 二 螺纹连接及标准件 螺纹的类型与特点1 2 螺母 3 垫片 23 1螺纹连接预紧 三 螺纹连接的预紧和防松 螺纹的类型与特点1 大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧 使之在承受工作载荷之前 预先受到力的作用 这个预加作用力称为预紧力 预紧的目的 增强连接的可靠性和紧密性 以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动 预紧力的确定原则 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80 24 1螺纹连接预紧 三 螺纹连接的预紧和防松 螺纹的类型与特点1 对于一般连接用的钢制螺栓连接的预紧力F0 推荐按下列关系确定 碳素钢螺栓 F0 0 6 0 7 sA1 合金钢螺栓 F0 0 5 0 6 sA1 式中 s 螺栓材料的屈服极限 单位MPa A1 螺栓危险截面的面积 单位mm2 A1 d12 4 25 三 螺纹连接的预紧和防松 利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小 通常可采用测力矩扳手或定力矩扳手 预紧力的控制 测力矩扳手 定力矩扳手 注意 对于重要的连接 不宜采用直径过小 M12 的螺栓 预紧力和预紧力矩之间的关系 26 三 螺纹连接的预紧和防松 注意 对于重要的连接 不宜采用直径过小 M12 的螺栓 预紧力和预紧力矩之间的关系 T1为螺旋副间的摩擦力矩T2为螺母与支承面间的摩擦力矩 27 2螺纹连接的防松 三 螺纹连接的预紧和防松 防松的目的 防止螺旋副的相对转动 螺纹连接一般都能满足自锁条件不会自动松脱 但在冲击 振动或变载荷作用下 或在高温或温度变化较大的情况下 螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失 导致连接失效 防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动 按工作原理的不同 防松方法分为摩擦防松 机械防松 永久防松等 28 2螺纹连接的防松 三 螺纹连接的预紧和防松 摩擦防松 对顶螺母 弹簧垫圈 自锁螺母 尼龙圈锁紧螺母等 结构简单 可用于低速重载 但需加长螺栓和螺纹部分 不够经济 使用方便 但垫圈弹力不均 不太可靠 用于不重要的连接 对顶螺母 弹簧垫圈 29 2螺纹连接的防松 三 螺纹连接的预紧和防松 摩擦防松 对顶螺母 弹簧垫圈 自锁螺母 尼龙圈锁紧螺母等 结构简单 放松可靠 多次拆装不降低防松性能 弹性自锁螺母 30 2螺纹连接的防松 三 螺纹连接的预紧和防松 机械防松 开口销 带翅垫片 止动垫片 串连钢丝等 弹性自锁螺母 开口销与开槽螺母 31 2螺纹连接的防松 三 螺纹连接的预紧和防松 机械防松 开口销 带翅垫片 止动垫片 串连钢丝等 带翅垫片 32 2螺纹连接的防松 三 螺纹连接的预紧和防松 机械防松 开口销 带翅垫片 止动垫片 串连钢丝等 止动垫片 33 2螺纹连接的防松 三 螺纹连接的预紧和防松 机械防松 开口销 带翅垫片 止动垫片 串连钢丝等 串联钢丝 钢丝穿接方向的使得螺栓的拧紧与钢丝拉紧方向相一致 使其连接不能松动 钢丝拉紧 螺栓拧紧方向一致 34 2螺纹连接的防松 三 螺纹连接的预紧和防松 永久防松 铆冲防松 在旋合螺纹间涂胶防松等 35 一 螺纹连接的基本知识1 螺纹的类型与应用2 螺纹的主要参数二 螺纹连接及标准件三 螺纹连接的预紧和防松 本次课主要内容 36 扩展内容 螺纹紧固件的标注方法 非常实用 1 螺栓标记 螺栓标准号螺纹规格 有效长度 例 螺纹规格d M12 公称长度L 80 的六角头螺栓 螺栓GB T5780 2000M12 80 扩展内容 螺纹紧固件的标注方法 非常实用 2 螺母标记 螺母标准号螺纹规格 例 螺纹规格D M12 六角螺母 螺母GB T6170 2000M12 扩展内容 螺纹紧固件的标注方法 非常实用 3 垫圈标记 垫圈标准号公称直径 例 标准系列 公称尺寸d 8 性能等级为140HV 不经表面处理的平垫圈垫圈GB T97 1 20008 一字螺钉 六角螺栓 十字螺钉 内六角螺栓 紧定螺钉 自攻螺钉 翼形螺钉 圆头螺钉 六角螺母 盖形螺母 开槽六角螺母 翼形螺母 1 常见的联接螺纹的螺旋线线数和绕行方向是哪一种 A 单线右旋 B 双线右旋 C 三线右旋 D 单线左旋2 试说明图示螺纹的线数和旋绕方向 A 单线右旋 B 双线左旋 C 三线右旋 D 双线右旋3 普通米制螺纹的牙形角为多少 A 30 B 45 C 55 D 60 4 管螺纹的牙形角为多少 A 60 B 55 C 50 D 30 5 双线螺纹的螺距P和导程S的比值为多少 A 2 B 1 2 C 2 3 D 3 2 41 6 用于薄壁零件联接的螺纹 应采用哪一种螺纹 A 三角形细螺纹 B 三角形粗螺纹 C 梯形螺纹 D 锯齿形螺纹7 螺钉联接一般应用在什么场合 A 用于经常拆装的联接 B 用于被联接件不太厚并能从被联接件两边进行装配的场合 C 用于被联接件之一太厚且不经常拆装场合 D 用于受结构限制或希望结构紧凑且要经常拆装的场合8 普通螺栓联接的主要特点是什么 A 按结构需要在较厚的联接件上制出盲孔 多次装拆不损坏被联接件 B 需要在被联接件上钻出比螺纹直径略大的孔 装拆不受被联接件材料的限制 C 适用于被联接件较厚且不需要经常拆装的场合 D 用于轴与轴上零件的联接 42 9 铸造铝合金ZL104的箱体与箱盖用螺纹联接 箱体被联接处厚度较大 要求联接结构紧凑 且需要经常拆装箱盖进行修理 一般采用哪一种联接 A 螺钉联接 B 螺栓联接 C 双头螺柱联接 D 紧定螺钉联接10 试按1 螺栓联接2 螺钉联接3 双头螺柱联接4 紧定螺钉联接的顺序 排列图示a b c d四种螺纹联接 A a b c d B b c d a C c a d b D d a b c 43 11 图示螺钉联接有几处错误 此平面应该为加工表面 孔壁与杆之间有间隙 螺钉螺纹部分过短 此处为螺纹孔 44 12 图示螺纹联接防松装置中 哪一种是靠摩擦力防松的 带翅垫片 机械式 开口销与开槽螺母 机械式 对顶螺母 摩擦力 冲点 不可拆卸 45 1螺纹连接基本类型 二 螺纹连接及标准件 螺纹的类型与特点1 螺栓连接 双头螺柱连接 螺钉连接 被连接件不太厚 能制成通孔的场合 被连接件之一较厚或较软 需经常拆装 被连接件之一较厚 无需经常拆装 46 四 单个螺栓连接强度计算 普通螺栓连接 铰制孔螺栓连接 F F F F 1螺栓连接失效形式和计算准则 失效形式 螺栓杆或螺纹拉断 塑性变形设计准则 保证拉伸强度 失效形式 螺栓杆剪断设计准则 保证剪切 挤压强度 两种连接用途不一样 47 四 单个螺栓连接强度计算 2受拉螺栓连接的强度计算 1 松螺栓连接强度计算 F0 0 d1 危险截面直径 小径 48 四 单个螺栓连接强度计算 2受拉螺栓连接的强度计算 2 紧螺栓连接强度计算 F0 0 a 仅受预紧力F0b 受预紧力F0和轴向工作拉力F 仅受预紧力 受预紧力和轴向工作拉力 49 四 单个螺栓连接强度计算 螺栓只受预紧力 螺栓连接受横向载荷 预紧力如何确定 50 四 单个螺栓连接强度计算 2受拉螺栓连接的强度计算 2 紧螺栓连接强度计算 F0 0 b 受预紧力F0和轴向工作拉力F总拉力F总 F F0 在F的作用下F0会变小 51 四 单个螺栓连接强度计算 螺栓组 52 四 单个螺栓连接强度计算 2 受拉螺栓连接的强度计算小结 做一做课后习题4 6 1 3的含义 危险截面在小径d1处 计算求得d1后应查标准d1 然后确定大径d 注意 53 在设计普通螺栓联接时 螺栓的直径是根据什么确定的 A 螺栓螺纹部分的拉伸强度 B 螺纹根部的弯曲强度 C 螺纹工作表面的挤压强度 D 螺纹的剪切强度 54 某气缸缸体与缸盖间用10个M20 d1 17 294mm 的普通螺栓联接 缸体内径D 250mm 缸内工作压力p为0 1MPa之间变化 螺栓的屈服极限 S 340MPa 安全系数取S 2 1 若结合面上的残余预紧力F 为工作载荷的1 5倍 试校核该螺栓的静强度 2 仍按上述条件 计算汽缸工作时螺栓危险剖面上的最大应力 最小应力 已知螺栓的相对刚度0 5 55 校核该螺栓的静强度 螺栓总拉力 应力 计入切应力 安全 56 螺栓受力在F总与F0之间波动 57 58 为什么上述螺栓联接的强度计算仅对螺栓杆进行 当工作载荷为变载荷时 强度计算如何进行 受轴向变载荷 工作拉力 作用的紧螺栓联接的强度计算 不仅要进行静强度计算 还要进行疲劳强度计算 问题 螺母和螺栓是等强度的 而螺栓的小径更小 所以主要讨论螺栓的连接强度 59 四 单个螺栓连接强度计算 d0 螺栓杆直径m 螺栓受剪切面数 min 螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度 铰制孔螺栓连接 螺栓组 60 四 单个螺栓连接强度计算 4螺纹连接常用材料及许用应力 联接件材料 常用Q235103545 冲击振动时15Cr40Cr30CrMnTi 性能等级 例如 4 6 抗拉强度极限400MPa 屈服极限与抗拉强度极限之比为0 6 可知屈服极限为 61 四 单个螺栓连接强度计算 4螺纹连接常用材料及许用应力 62 四 单个螺栓连接强度计算 4螺纹连接常用材料及许用应力 许用应力有 s t s p三种 一般而言螺栓与螺母的性能要相配 见教材P46页 63 64 作业1 P62页 4 6作业2 某气缸缸体与缸盖间用10个M20 d1 17 294mm 的普通螺栓联接 缸体内径D 250mm 缸内工作压力p为0 1MPa之间变化 螺栓的屈服极限 S 340MPa 安全系数取S 2 1 若结合面上的残余预紧力F 为工作载荷的1 5倍 试校核该螺栓的静强度 2 仍按上述条件 计算汽缸工作时螺栓危险剖面上的最大应力 最小应力 已知螺栓的相对刚度0 5 65 分析变形情况 66 螺栓F0 F F 螺栓预紧力F0 F 被连接件F0 F 施加外力F后 螺栓预紧力变化 且螺栓与被连接件所受力不再相等 返回 螺栓只受预紧力 螺栓连接受横向载荷 预紧力如何确定 返回 70 返回 螺栓组 F0 100N z 3 f 0 15 Ks 1 2 求F 不滑移条件 普通螺栓连接 71 72 一 螺纹连接的基本知识1 螺纹的类型与应用2 螺纹的主要参数二 螺纹连接及标准件三 螺纹连接的预紧和防松四 单个螺栓连接的强度计算五 螺栓组连接设计及强度计算六 提高螺栓连接强度的措施七 螺旋传动性能及设计计算方法 第四章主要内容 五 螺栓组连接的设计与受力分析 1螺栓组连接结构设计即关于螺栓的布置 要尽可能保证连接结合面受力均匀 1 对称分布 74 五 螺栓组连接的设计与受力分析 1螺栓组连接结构设计 2 使螺栓受力合理 a 对于铰制孔用螺栓连接 不要在平行于工作载荷的方向上成排布置8个螺栓以上 以免载荷分布过于不均 在垂直于工作载荷的方向上也要避免排布过密 以免对被连接件的强度削弱过大 75 五 螺栓组连接的设计与受力分析 1螺栓组连接结构设计 2 使螺栓受力合理 返回力矩分析 b 当螺栓连接承受弯矩或转矩时 应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘 以减小螺栓的受力 76 五 螺栓组连接的设计与受力分析 1螺栓组连接结构设计 2 使螺栓受力合理 c 当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时 采用抗剪零件来承受横向载荷 以减小螺栓预紧力 减小螺栓连接结构尺寸 Why 77 五 螺栓组连接的设计与受力分析 1螺栓组连接结构设计 3 有合理间距 边距 考虑安装空间 间距越大越好 78 五 螺栓组连接的设计与受力分析 1螺栓组连接结构设计 3 有合理间距 边距 考虑安装空间 对于压力容器等紧密性要求高的重要连接 螺栓的间距t0不得大于表中所推荐的数值 79 五 螺栓组连接的设计与受力分析 1螺栓组连接结构设计 3 有合理间距 边距 考虑安装空间 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线 通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4 6 8等偶数 80 五 螺栓组连接的设计与受力分析 1螺栓组连接结构设计 4 同一组螺栓连接中各螺栓的规格 材料一致 5 避免受偏心载荷 保证支撑面平整 81 五 螺栓组连接的设计与受力分析 2螺栓组连接受力分析 查看 查看 查看 先计算出单个螺栓受到的载荷 平均 再应用4 4节中单个螺栓连接的强度计算 每个螺栓贡献的力量不一样 不平均 82 五 螺栓组连接的设计与受力分析 3 受旋转力矩的螺栓组连接 两种情况 A 采用普通螺栓联接 不发生转动 通过由预紧力F0所产生的结合面上的摩擦力矩来平衡外载荷T 每个螺栓预紧力皆为F0 摩擦力也相等 但由于距离旋转中心距离不等 故每个螺栓集合面产生的摩擦力矩不相等 ri越大 所需F0就越小 所以应远距离分布 83 五 螺栓组连接的设计与受力分析 3 受旋转力矩的螺栓组连接 两种情况 B 采用铰制孔用螺栓联接 不发生转动 通过剪切力F所产生的力矩来平衡外载荷T 由于此时由于螺栓的位置不同 因此每个螺栓的受力不相等 关键是找受力最大的螺栓所受到的力Fmax 84 五 螺栓组连接的设计与受力分析 3 受旋转力矩的螺栓组连接 两种情况 B 采用铰制孔用螺栓联接 不发生转动 如何校核 85 五 螺栓组连接的设计与受力分析 2螺栓组连接受力分析 先计算出单个螺栓受到的载荷 平均 再应用4 4节中单个螺栓连接的强度计算 每个螺栓贡献的力量不一样 不平均 求F0 求FMAX 86 五 螺栓组连接的设计与受力分析 4 受倾覆力矩的螺栓组连接 普通螺栓联接 假设底板为刚性 基座 螺栓为弹性体 在倾覆力矩的作用下饶中心轴线O O的旋转趋势 左边螺栓进一步拉伸 且受拉力增大 拉力增大 右侧螺栓被放松 地面压力增大 87 五 螺栓组连接的设计与受力分析 4 受倾覆力矩的螺栓组连接 普通螺栓联接 Li是各螺栓轴线到螺栓组对称中心的垂直距离 Li与ri含义不同 88 五 螺栓组连接的设计与受力分析 4 受倾覆力矩的螺栓组连接 普通螺栓联接 为防止左边结合面被压溃 右边结合面出现缝隙 还需校验结合面处的压应力 89 五 螺栓组连接的设计与受力分析 2螺栓组连接受力分析 求F0 求FMAX 求FMAX 90 五 螺栓组连接的设计与受力分析 2螺栓组连接受力分析 练习题1 课后习题4 7 91 五 螺栓组连接的设计与受力分析 练习题2 思路 预防滑移预防倾覆 92 五 螺栓组连接的设计与受力分析 用防滑移条件算预紧力 用总拉力设计螺栓小径 93 图示为两个半联轴器用6个普通的螺栓联接 已知接合面之间的摩擦系数f 0 15 螺栓中心圆直径D0 200mm 轴传递转矩T 180N m 为了使联接可靠 摩擦力矩应大于转矩的20 则每个螺栓所需的预紧力为多少 A 2000N B 2400N C 12000N D 14500N 94 课后作业 P62 63页4 7 4 10 95 六 提高螺栓连接强度的措施 以螺栓连接为例 螺栓连接的强度主要取决于螺栓