机械设计基础10联接(螺纹联接)

第十章联接(螺纹联接)p.131,机械零件,(制造单元),构件(运动单元),机构,机器,静联接,动联接,零件,联接,前言:,10-1螺纹参数p.131,(一)螺纹的形成：,顺时针旋进右旋,以轴线为基准(外),判断方法,二螺纹参数：,n=1,n=2,n=3,=?,(大径标准直径);1(小径);2(中径);p(螺距)；(螺旋线数);(导程);np;（牙型角）;(牙側角);（升角）,(二)螺纹参数：P.132,S(np),tgnp2(101),牙型:,=6030,=3015,工3,非30,=00,矩形,非矩形,在轴向载荷下相对运动图(104,a),拧紧、加载、顶起重物,将螺旋线沿中径展开,10-2螺旋副的受力分析、效率和自锁p.132,滑块(重物)在斜面运动,分析:1.当匀速上升:,Fa,F,Fn,FR,Ff,Fa,F,FR,+,图(104,b),FR与Fn夹角摩擦角:tgfFf/nR与a夹角,加载a(轴向力,自重,阻力),作用在螺旋副上的驱动力矩：,(10-2b),atg()(102a),合反力FR,(滑块)合力,法向反力Fn(斜面),施加水平推力,摩擦阻力:fFn=Ff,一矩形螺纹:(=0),施加水平支持力(匀速下滑),当,自锁条件：,滑块在斜面运动状态不变,作用力与假设力的方向相反推力,(10-3b),Fa,F,Fn,FR,Ff,Fa,F,FR,无论a多大，滑块不会自动下滑自锁,2.当匀速下降:图(104,c),将(当量摩擦角)tgf/cos=f(10-4)(当量摩擦系数),(),匀速上升:atg()(10-5a),匀速下降:Fatg()(10-6a),(10-6b),(10-5b),自锁条件：(10-7),要自锁好(),(单头),自锁性,自锁性,二非矩形螺纹,(10-8),要效率高,过大，制造困难,/,当量摩擦角,升角,有效功输入功a（2）a2tg/atg()2,要自锁好(单);要效率高(多),(多头),三.效率:,当匀速上升:,联接(可靠)要自锁传动效率高,1.三角形普通螺纹(M)螺纹(联接)管螺纹,60、55紧密,梯形螺纹Tr30,15锯齿形螺纹S工3,非30矩形螺纹,小、大多线,60,=30,2.传动螺纹效率高,10-3机械制造常用螺纹及标准p.134,紧固联接(单线、大)(粗,细),作业：P16110-2,主要内容：螺旋副的受力分析、效率和自锁,10-4螺纹联接基本类型及螺纹联接件p.137,普通螺栓图(109,a),铰制孔用螺栓联接图(109,b),一螺纹联接基本类型,螺栓联接螺钉联接图(1010,a)双头螺柱联接图(1010,b)紧定螺钉联接图(1011),螺栓螺栓；螺钉；双头螺柱；紧定螺钉螺母六角螺母；圆螺母；糟型螺母垫片垫片；弹簧垫片；斜垫片；球形垫片,二螺纹联接件p.138,目的：防止松动提高可靠、强度、紧密性,T0的大小:拧紧时,螺纹阻力矩T1:(10-5b),螺母支持面上的摩擦阻力矩T2,T2fcFarf(10-10)T0T1T20.2FadNmm,(一)拧紧力矩T0,012,T0,控制、不严格控制S(少测力矩板手；多风板机),10-5螺纹联接的预紧和防松P.140,螺栓轴向拉力被联接件轴向压力,1Fd2/2Fatg()d2/2,（二）螺纹联接的防松p.142,螺旋副联接(可靠)拧紧自锁防松？,靠摩擦力自锁不可靠,防松,防松方法：关键,摩擦防松,阻止螺旋副相对转动,机械防松不可拆防松,弹簧垫片,锁紧螺母,对顶螺母,使螺纹接触面间始终保持一定的压力(纵向、横向)始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩。,机械防松利用便于更换的金属元件来约束螺旋副。,不可拆防松焊、铆冲、涂粘合剂,槽形螺母和开口销,圆螺母用带翅垫片,止动垫片,10-7螺栓的材料和许用应力P.147,S安全系数表10-6,7P.148S屈服极限表9-1P.123,许用应力:,材料:,2.铰制孔螺栓联接联接受挤压,螺栓受剪切,1)按剪切强度,2)按挤压强度:,许用应力与材料(钢、铸铁),应力(静、变)有关。表10-6,1.普通螺栓联接,作业：P16110-3,主要内容：螺纹联接的预紧和防松,10-6螺栓联接的强度计算(静)p.144,可靠,自锁,确定螺纹小径d1,(一)螺栓联接的失效及设计准则(二)螺栓联接的强度计算,横向载荷,轴向载荷横向载荷,轴向载荷,联接(紧)螺栓,设计准则:,螺栓杆拉溃螺纹牙的压溃和剪断螺纹牙磨损滑扣,主要失效,松、滑,在联接不松滑的前提下,螺栓杆不破坏,(一)螺栓联接的失效及设计准则,松螺栓联接:,(10-11),装配时不预紧螺栓不受力图10-16,二.紧螺栓联接:,d1:螺纹小径mm;:许用拉应力Mpa,例10-3p.144(自学),工作时受轴向载荷Fa,(二)螺栓联接的强度计算(按受力形式)p.144,第四强度理论,拉应力(Fa),(10-12),强度条件:,装配拧紧后联接可受横向(F)或轴向载荷(FE),拉Fa,扭T1,复合应力,e当量应力,扭剪应力(T1),二.紧螺栓联接:p.145,1.受横向工作载荷F的螺栓强度(预紧)图10-18,可靠性系数CC=1.11.3,不松不滑预紧力F0(轴)足够大,Ff=F0fmCFFa=F0CF/mf,不断不溃定螺栓d1,m=2,当C=1.11.3,f=0.10.15,m=1F08F,普通螺栓联接受横向工作载荷需预紧力大,且可靠性差,图10-19,图10-20,d,F0CF/mf,分析:,宜加减载措施加键,套筒，销挤压采用铰制孔螺栓联接剪切,解:每个联接受横向载荷F=R/2=2000N,1.联接不松求预紧力F0,2.螺栓不断求d1,取M27螺栓，d=27mm,d1=23.75223.38合适。S=6.5合适,C=1.11.3,取C=1.2F0CF/fm=1.22000/(0.151)=16000N,取35钢,不严格控制预紧力s=315Mpa,S=6.5,=s/S=315/6.5=48.5Mpa,P.145,例1.,用普通螺栓（35钢）固定一牵引钩,已知R=4000N,(变载荷)f=0.15,试求螺栓直径。,作业:10-5,P.157,用铰制孔螺栓联接固定牵引钩(HT250),板厚h=10mm,已知R=4000N(变载荷),试求螺栓直径。,解:每个联接受横向载荷F=R/2=2000N,1.按剪切强度,P.145,2.按挤压强度:,P=B/2.20.8=240/2.20.8=87.3Mpa(S=2.2),Lmin=h=10mm,取l=25mm,l0=12mm,取d=6mm,d0=76.03mm,=S/4.5=315/4.5=70Mpa,例2.,M625合适,轴向载荷平行螺栓轴心线，各螺栓平均受力,螺栓间距l与p有关(P.143倒2),常见压力容器,Z=2(3)2n,各螺栓受拉力为：F=FZ,2.受轴向载荷FE的螺栓强度(预紧后)p.143,：此时螺栓受预紧力F0后又受工作拉力FE,?,常见(压力容器),Fa=F0FE;FR=F0FE,受轴向载荷FE,未预紧,预紧,受FE,伸长b0,缩短C0,又伸长,压缩量减少,变形协调条件：b=C=,螺栓伸长:b0工件压缩:C0,单个联接受力分析:图10-21,螺载荷栓变形,FE=Fb+FC=kb+kC;=FE/(kb+kC),0,0,0,0,预紧,受轴向载荷FE,Fb(+),b(+),FC(+),C(+),总载荷变形,Fa=F0+Fb,工载荷件变形,b0+,FR=F0FC,C0,分析,kbkC,b=C=,b0C0,FbFC,螺栓强度,渗漏,FR0,F0(+),b0(+),F0(-),C0(-),单个联接受力分析:变形=F/k(刚度),未预紧,kb/(kb+kc)相对刚度查表10-5P.145,螺栓总拉力:,工件残余预紧力:,(10-16),(10-17),Fb,FC,FE,FR,Fa,k=F/刚度=载荷/变形,单个联接载荷与变形线图:图10-23p.144,设计步骤:,联接松弛FR=0螺栓拉溃,失效形式:,FR0P.144第12,设计准则,(1)求单个联接的工作载荷FE(2)定残余预紧力FR(按工作要求)P.144第12(3)求Fa螺栓强度计算(定d)Fa=FRFE(4)结构设计,失效形式及设计计算:,(2)定残余预紧力FRP.144第12,(1)求单个联接的工作载荷FE:,有紧密要求,FR=1.51.8FE取FR=1.8FE,(3)求Fa螺栓强度计算,(4)结构设计,取45钢,S=355Mpa(表9-1)暂取S=3(不严格控制预紧力,静)=S/S=118Mpap.145,C1,e,D0,D,取Z=8,例10-4:,Fa=FEFR=2.8FE=11.3kN,一钢制液压油缸,油缸壁厚为10mm,油压p=1.6Mpa,D=160mm,试计算其上盖的螺栓联接和螺栓分布圆直径D0(p.143、P.145)解:,取d=16mm,其d1=13.835mm12.6mm合适取S=3(表10-7)(不严格控制预紧力)合适,作业:10-11P.158(油缸壁厚为18mm),D0=D+2C1+210=224mm(与书不同220),取C1min=22mm手册p.17,螺栓间距L=D0/Z=224/888mm7d=716=112mm(P.143页的脚注)满足要求,手册p.126,(4)结构设计:,(螺栓分布圆直径D0图10-9aP.137),1.松螺栓联接:装配时不预紧联接不受力工作时受轴向载荷Fa,2.紧螺栓联接复合应力(拉、扭),1)受横向工作载荷F不松不滑预紧力F0(轴)足够大F0CF/mf不断不溃定螺栓d1,普通螺栓联接:,2)受轴向工作载荷FE:螺栓总拉力Fa:Fa=F0+Kb/(Kb+KC)FE工件残余预紧力FR:FR=F0KC/(Kb+KC)FE0,求FE定FR求Fa强度定d结构设计,已知F求d:求F0(不滑)定d(强度),已知d求F:求F0(强度)定F(不滑),小结：,1.按剪切强度,2.按挤压强度:,2.许用应力与应力(静、变)有关;P与材料(钢、铸铁)有关。表106p.145,联接受挤压,螺栓受剪切,注意：1.d0光杆直径，d0dLmin杆孔最小接触长度,铰制孔螺栓联接,10-8提高螺栓联接强度的措施P.146,前言:螺栓联接强度,螺栓静载荷变载荷,(一)降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围(二)改善螺纹牙间的载荷分布(三).减小应力集中(四)采用提高强度的工艺措施,较少破坏,疲劳破坏,截面小、且应力集中大破坏位置图10-24,螺栓强度措施,螺栓被联接件,当FE由(0FE),要使akb/(kb+kC)kbkC,1)减小kb2)增大kC,减小螺栓光杆直径,空心螺杆(图10-25),不宜用软垫片,图10-27,1.减小kb/(kbkC),但FR减小不利密封,2.减小kb/(kbkC)增大F0a，FR不减小,Fa由(F0)变化,(一)降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围a,FR=F0FEkC/(kbkC),(二)改善螺纹牙间的载荷分布P.146,现象:,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810牙不受力增厚螺母无效。,使受压螺母受拉螺母图10-28改善螺纹牙间的载荷分布,65破坏发生在螺母支承面处,原因:,措施:,凸台,凹坑鱼眼坑,1.减小应力集中：,2.减少联接附加弯曲应力,增大过渡圆角螺纹收尾退刀槽(卸载槽),(三).减小应力集中:P.147(图10-29图10-31),(四)采用提高强度的工艺措施:p.148第2,1.冷镦螺栓头部和滚压螺纹疲劳强度(应力集中,纤维未切断,冷作)材料利用率,成本2.氰化,氮化,喷丸处理疲劳强度,10-9螺旋传动:P.148,（要求高效率梯形、锯齿形、矩形多线）,传递动力,调整零件间相对位置,螺旋副传动实现,将回转运动直线运动,传导,传力,调整,按传导螺旋传递运动为主,高的运动精度用传力螺旋传力为主,以小T大的轴向力Fa途调整螺旋调整零件间相对位置细牙M,按滑动螺旋=0.30.4，简单，精度低摩擦滚动螺旋0.9，复杂高精度、高效性质静压螺旋,1.降速比大2.可具自锁性3.机械利益大1Fatg()d2/24.结构简单,传动平稳,噪音低,5.磨损大,低,一.类型:,二特点：,小结:1.螺纹主要参数及分类，螺纹联接基本类型。2.螺旋副联接(可靠)、传动(效率高)参数、牙型的选择。自锁条件、效率计算及影响因素。3.螺纹联接的拧紧目的及防松方法。4.螺栓联接的强度计算(普通)5.提高螺栓联接强度的措施,1.螺旋副的用途,自锁条件及影响因素,2.螺纹联接基本类型,联接(可靠)、传动(效率高),效率计算及影响因素,(大、小单线),螺纹牙型及选择,(小、大多线),(M联