江苏大学机械原理及设计第五章 螺纹联接和螺旋传动.ppt

机械原理及设计 第二篇联接 2020年1月27日 联接的分类和意义 联接的选择 根据使用要求与经济要求来选择 根据联接的加工条件和被联接零件的材料 形状和尺寸等 联接的设计要求 1 强度条件 等强度条件 2 经济性 3 刚度条件或紧密性条件 机械设计 第五章螺纹联接和螺旋传动 2020年1月27日 第五章螺纹联接和螺旋传动 5 1螺纹 5 2螺纹联接的类型和标准联接件 5 3螺纹联接的预紧 5 4螺纹联接的防松 5 5单个螺栓联接的强度计算 5 6螺栓组联接的设计 5 7提高螺纹联接强度的措施 一 常用螺纹 5 1螺纹 A 联接螺纹 二 螺纹参数 大径d 公称直径中径d2 几何与配合小径d1 危险截面 线数n n 4螺距P导程S S n P 旋向 左 右旋 牙型角 牙侧角 升角 5 2螺纹联接的类型和标准联接件 一 基本类型 请掌握各联接的特点及适用场合 1 螺栓联接 2 双头螺柱联接 常拆场合 3 螺钉联接 不常拆场合 4 紧定螺钉联接 图例见下页 普通螺栓既可用来承担轴向载荷也可用来承担横向载荷 但铰制孔用螺栓一般用来承担横向载荷 普通螺栓联接 受拉螺栓联接 铰制孔用螺栓联接 受剪螺栓联接 双头螺柱联接 螺钉联接 二 标准联接件 1 精度等级 A B C 精度由高 低 A类用于要求配合精确 防止振动的重要场合B类用于受载大且常拆 调整或变载荷的场合C类用于一般的螺纹联接的场合 2 常用的标准螺纹联接件 具体见书上表格P64 65 一 预紧目的 1 增加联接可靠性 2 增加联接紧密性 5 3螺纹联接的预紧 二 拧紧力矩T do 预紧力QP 书上为F0 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 三 控制方法 控制预紧力QP的大小 一般 p 0 8 sA1 测力矩扳手 定力矩扳手 测量伸长量 QP l Cb 一 防松目的 防松根本问题 防止螺旋副的相对转动 二 防松方法 有三种 图例见下页 1 摩擦防松 2 机械防松 3 铆冲防松 破坏螺纹副 5 4螺纹联接的防松 摩擦防松 机械防松 串联钢丝 一 普通螺栓联接的强度计算 D0 Qp Qp 2 5 5单个螺栓联接的强度计算 QP 失效形式 螺纹部分的塑变或断裂 危险截面为螺纹小径d1所对应的面积A d21 4 设计准则 保证静强度或疲劳强度 一 松螺栓联接的强度计算 螺母不需要拧紧 在承受工作载荷前 螺栓不受力 强度条件 式中d1 螺纹小径 mm 螺栓材料的许用拉应力 MPaF 轴向工作载荷 N 二 紧螺纹联接的强度计算 螺母需要拧紧 承受工作载荷前 螺栓受预紧力QP 1 仅受预紧力时紧螺栓联接 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 如何求出预紧力Qp 实际中何种情况使用上述公式 问 注意 2 受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接 A 单个螺栓受力变形图 B 单个螺栓受力变形线图 Q Qp F 掌握变形协调图 提示 求总拉力Q的二种情况 1 由Q Q p F求 当有刚性或紧密性要求时不产生缝隙至少Q p 0推荐 受轴向变载荷 工作拉力 作用的紧螺栓联接的计算 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 二 铰制孔用螺栓联接的强度计算 A 失效形式 1 螺栓杆剪断2 螺栓杆与被联接件孔壁的压溃 1 剪切强度条件 螺杆的 2 挤压强度条件 联接的 公式的解释见下页 B 强度条件 如何正确理解联接的挤压强度公式 问 注意 取Lmin及 p小者代入计算 投影面积A d0 Lmin 三 性能等级及许用应力 联接件材料 常用Q235103545 冲击振动时15Cr40Cr30CrMnTi 性能等级 螺栓 例如 4 65 66 8 螺母 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 一 螺栓组联接的结构设计 1 宜对称 2 受力合理 3 有合理的间距 边距 4 尽量取偶数 且规格相同 5 避免偏心 5 6螺栓组联接的设计 避免偏心 二 螺栓组联接的受力分析 目的 找到受力最大的螺栓及其所受的力 假设 各螺栓规格相同 各螺栓预紧力相同 螺栓组中心与接合面形心重合 各螺栓在弹性限度内工作 1 受横向载荷时 分两种情况 A采用普通螺栓联接时 结合面不滑移 通过由预紧力QP所产生的结合面上的摩擦力来平衡外载荷F 因此每个螺栓中受力相等 皆为QP B 采用铰制孔用螺栓联接 结合面不滑移 通过剪切力F来平衡外载荷F 因此每个螺栓中受力相等 皆为F 问题 受横向载荷时螺栓联接的强度如何进行计算 1 采用普通螺栓联接时按仅受预紧力时的紧螺栓联接的强度计算方法计算 2 采用铰制孔用螺栓联接时按铰制孔用螺栓联接的强度计算方法计算 2 受旋转力矩时 分两种情况 A 采用普通螺栓联接 不发生转动 通过由预紧力QP所产生的结合面上的摩擦力矩来平衡外载荷T 因此每个螺栓中受力相等 皆为QP ri越大 所需 p就越小 所以应远距离分布 讨论 问题 受旋转力矩时普通螺栓联接的强度如何进行计算 采用普通螺栓联接时按仅受预紧力时的紧螺栓联接的强度计算方法计算 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 变形协调条件 每个螺栓受到的剪切力与其到中心点的距离成正比 由变形协调条件可知 问题 受旋转力矩时铰制孔用螺栓联接的强度如何进行计算 采用铰制孔用螺栓联接时首先找受力最大的螺栓所受到的力Fmax 然后按铰制孔用螺栓联接的强度计算方法计算 3 受轴向载荷时 普通螺栓联接 根据假设可知 每个螺栓所承担的工作拉力皆相等为F 即 问题 受轴向载荷时普通螺栓联接的强度如何进行计算 求出工作拉力F后按受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接的强度计算方法计算 4 受倾覆力矩时 普通螺栓联接 通过左右两侧螺栓与地基间所产生的力F形成的力偶来平衡外载荷M 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 变形协调条件 每个螺栓受到的工作拉力与其到中心点的距离成正比 A 轴向工作载荷F 式中Li 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 由变形协调条件可知 B 总拉力Q 问题 受倾覆力矩时普通螺栓联接的强度如何进行计算 首先找受力最大的螺栓所受到的力Fmax然后按受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接的强度计算方法计算 C 接合面可靠工作条件 在实际使用中 螺栓组所受的载荷是以上四种简单受力状态的不同组合 但不论如何复杂 都可以将其简化成上述简单受力状态 从而分别计算每个螺栓的工作载荷 然后将其进行向量迭加得到每个螺栓的总的工作载荷 对普通螺栓可按轴向载荷以及倾覆力矩来确定螺栓的工作拉力 按横向载荷以及转矩来确定联接所需的预紧力 最后求出螺栓的总拉力Q 对受力最大的螺栓进行强度计算 对铰制孔用螺栓按横向载荷以及转矩来确定螺栓的工作剪力 对受剪力最大的螺栓进行强度计算 说明 一 降低应力幅 1 降低cb 2 增大cm 方法 增加螺栓长度腰状杆螺栓或空心螺栓螺母下装弹性元件 方法 采用刚度较大的金属垫片或密封环 3 同时降低cb 增大cm和Qp 5 7提高螺纹联接强度的措施 1 降低cb 2 增大cm 3 同时降低cb 增大cm和Qp 二