《螺纹联接设计新》PPT课件

,第十六章螺纹联接设计,16-1螺纹的主要参数及类型,16-2螺旋副的分析、效率和自锁,16-3螺纹联接和螺纹联接件,16-4螺栓联接的强度计算,16-5螺纹联接的结构设计,*.螺纹连接用螺纹联接件（螺栓，螺钉）将两个以上零件联成一体。,*.本章的主要内容,1.螺纹类型及主要参数;螺纹联接的主要类型、特点及应用;,2.螺旋副的受力、效率及自锁,预紧和防松;,3.螺栓的强度计算;,4.螺栓组的结构设计.,16-1螺纹的主要参数及类型,一.螺纹形成原理,将一倾斜角为的直线绕在圆柱体上就形成一条螺旋线。取一平面图形使其沿螺旋线运动，该平面图形在空间的轨迹即为螺纹。,二常用螺纹类型,左旋螺纹自右下方向左上方绕行的螺纹,右旋螺纹自左下方向右上方绕行的螺纹,左旋,右旋,外螺纹在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓、螺钉,内螺纹在圆柱空内壁上形成的螺纹，如螺母,公制螺纹mm,英制螺纹扣/in,按螺纹牙的牙型分类:,普通螺纹牙型角=60，当量摩擦系数较大，自锁性能好，主要用于连接。,圆柱管螺纹牙型角=55，用于压力p1.57MPa的管子连接,矩形螺纹牙型角=0，当量摩擦系数小，效率高，用于传动,梯形螺纹牙型角=30，牙根强度高，效率较高，易保证加工精度，广泛用于传动。,锯齿形螺纹牙型斜角两边不相等，工作面=3,非工作面=30，效率较三角形螺纹高，只能用于单向传动。,单线螺纹Z=1，效率低，自锁性好，易加工,三线螺纹Z=3，效率高，自锁性差，难加工,双线螺纹Z=2，效率较Z=1高,单线螺纹,双线螺纹,三线螺纹,1.大径d：外、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径（管螺纹除外）,2.小径d1：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱上面的直径。在强度计算中常用作危险截面的计算直径。,3.中径d2：处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。,4.螺距P：相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。5.导程Ph：螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。Ph=zP。,6.升角：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，通常用中径处的升角表示。其计算式为：,7.牙型角：在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角。螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角。对于三角形、梯形螺纹等对称牙型，=/2。,1.大径d：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的圆柱直径，规定为螺纹的公称直径（管螺纹除外）。,2.小径d1：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相相切圆柱体直径。在强度计算中常用作危险截面的计算直径。,3.中径d2：处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。,4.螺距P：相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,5.导程Ph：螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。Ph=zP。,7.牙型角：在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角。螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角。对于三角形、梯形螺纹等对称牙型，=/2。,6.升角：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，通常用中径处的升角表示。其计算式为：,二、螺旋副的受力关系、效率和自锁,（一）矩形螺纹副（牙型角=0）的受力关系及效率,1）拧紧螺母时相当相当于滑块沿斜面等速上升运动,效率：,2）松脱螺母时相当于滑块沿斜面等速下降,当滑块在FQ作用下沿斜面等速下降时，滑块上的摩擦力Ff沿斜面向上，斜面对滑块的总反力FR与FQ之间夹角为-，由力三角形可的水平力：,3）螺旋副的自锁条件,由松脱螺母时的水平力计算式可知，若，则Ft为负值。表明要使滑块在FQ作用下沿斜面等速下滑，必须加一反方向的水平力Ft，否则不论FQ力有多大，滑块都不会在其作用下自行下滑，即螺母不会在轴向载荷FQ作用下自行松脱此现象称为自锁。,螺旋副的自锁条件：,（二）非矩形螺纹副（牙型角0）的受力关系及效率,矩形螺纹副,非矩形螺纹副,1）矩形螺纹：FRn=FQFf=FRnf=FQf摩擦角=arctanf,2）非矩形螺纹：FRn=FQ/cosFf=FRnf=FQf/cos=FQfv摩擦角v=arctanfv,效率：,非矩形螺旋副的自锁条件：v,一）螺栓联接螺栓联接是利用螺栓穿过被联接件的孔，拧上螺母，将被联接件联成一体。其被联接件的孔内不切制螺纹，使用方便。通常用被联接件不太厚，能从被联接件两边进行装配的场合。,16-2螺纹联接,一.螺纹联接的基本类型,结构特点：被联接件通孔和螺栓间有间隙故通孔加工精度要求较低，其结构简单、装拆方便，应用广泛。,普通螺栓联接,1.普通螺栓（即受拉螺栓）联接,受力特点：,联接承受外载荷时，螺栓受拉力作用,化工管道,2.铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）联接。,结构特点：被联接件孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合（H7/m6，H7/n6）。用于要求精确固定被联接件相对位置，并能承受横向载荷，但孔的加工精度要求较高。,铰制孔用螺栓联接,普通螺栓联接,受力特点：联接借助螺栓杆承受横向外载荷，螺栓受剪力作用。,特点是：将螺栓一端旋紧在一被联接件的螺纹孔内，另一端穿过另一被联接件的孔，旋上螺母，从而将被联接件联成一体。,二）双头螺柱联接,应用：用于被联接件之一太厚不便穿孔，且需经常装拆或结构上受限制不能采用螺栓联接的场合。,注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制,d,发动机缸体,特点：螺钉联接不用螺母，而是直接将螺钉拧入被联接件之一的螺纹孔内，从而实现联接。,三）螺钉联接,应用：用于被联接件之一较厚的场合，不经常装拆联接的场合。,注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制,特点：紧定螺钉联接，是利用紧定螺钉旋入一零件，并以其末端顶紧另一零件（或该零件的的凹坑内）来固定两零件之间的相互位置,四）紧定螺钉联接,应用：可用于传递不大的力及转矩，多用于轴和轴上零件的联接。,二.螺纹联接件,紧定螺钉联接,一）螺栓,六角头螺栓,二）双头螺栓两端均制有螺纹，两端螺纹可相同（均为粗牙）也可不同（一端为粗牙，另一端为细牙）。,六角头铰制孔用螺栓,三）地脚螺栓是将机座固定在地基上一种特殊螺栓。,四）螺钉、紧定螺钉螺钉头部、紧定螺钉末端有多种结构型式,地脚螺栓,螺钉头部结构型式,外六角头,内六角头,一字槽沉头,十字槽沉头,十字槽半圆头,锥端,平端,圆柱端,尖锥端,紧定螺钉末端结构,五）螺母,六角薄螺母,六角厚螺母,六角槽形螺母,圆螺母,六）垫圈,平垫圈,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用带翘垫圈,16-2螺纹联接,二.螺纹联接的预紧,1、预紧的目的：为了增大连接的刚性、紧密性提高放松能力和抗疲劳强度。即工作之前将螺纹联接拧紧加预紧力F。,一般预紧力F产生的应力不超过材料的屈服极限的80%碳素钢F（0.60.7）sA1合金钢F（0.50.6）sA1,2、预紧的方法,F不容易控制，一般采用,1)凭手感经验（不准确）；,2)测力矩扳手；,3)定力矩扳手；,4)测定伸长量。,测定伸长量,测力矩扳手,定力矩扳手,拧紧力矩大小,如图所示，在拧紧螺母时，需要克服螺纹副相对扭转的阻力矩T1和螺母与支承面之间的摩擦阻力矩T2，即拧紧力矩T=T1+T2,拧紧力矩,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；,设预紧力为F,rf支撑面摩擦半径。rf=(dw+d0)/4,T0.2Fd,总力矩：,fc摩擦系数。无润滑时取：fc=0.15,16-2螺纹联接,三.螺纹联接防松,防松的根本目的在于防止螺纹副间的相对转动。防松的措施很多，按工作原理可分为如下三类。,1摩擦防松这类防松措施是使拧紧的螺纹之间不因外载荷变化而失去压力，即始终有摩擦阻力防止联接松脱。这种方法不十分可靠，故多用于冲击和振动不剧烈场合。常用的有如下几种：,弹簧垫圈,双螺母,2.机械防松,机械防松的措施是，利用各种止动零件，以阻止拧紧的螺纹零件产生相对转动。这类防松方法相当可靠，应用很广。常用的方法有：,槽形螺母和开口销,串联钢丝,正确结构,错误结构,止动垫圈,3.粘合和破坏螺纹副防松,将粘合剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后，粘合剂能自行固化，防松效果良好。,利用焊、冲点的方法，排除了螺母相对螺栓转动的可能。如右图,16-3单个螺栓联接的强度计算,一.螺栓联接强度计算的目的：是确定螺栓的公称直径d,二.螺栓联接的失效形式及计算准则,2.受剪螺栓（受横向载荷的铰制孔螺栓）主要破坏形式为螺栓杆与孔壁间压溃或螺栓杆被剪断，计算准则应是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度，其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性的作用。,1.受拉螺栓（受轴向载荷或横向载荷的普通螺栓）主要破坏形式为螺栓杆和螺纹部分可能发生塑性变形或断裂，其计算准则是：保证螺栓的静力（或疲劳）拉伸强度。,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,吊环螺栓联接（松）,气缸盖螺栓联接（紧）,三.螺栓联接的强度计算,松螺栓联接装配时不需拧紧螺母如吊环螺栓联接,紧螺栓联接装配时必须将螺母拧紧，应用广泛。如气缸盖螺栓联接等。,一）受轴向载荷（力作用线与螺栓轴线平行）的螺栓连接,螺栓危险剖面的抗拉强度条件为：,1.松螺栓联接,工作载荷前，螺栓并不受力,工作时受拉力F（由外加载荷产生）,MPa,校核计算式：,d1螺栓危险剖面直径，即螺纹小径，mm；,螺栓的公称直径d确定：根据d1d1ca的原则查普通螺纹基本尺寸（GB196-81）机械设计课程设计表11-1，确定螺栓的公称直径d。,松螺栓联接的许用应力，Mpa，,螺栓材料的屈服极限,S松松螺栓联接的安全系数，S=1.21.7,14,11.835,2、紧螺栓联接装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。,1)只受预紧力作用的紧螺栓联接,螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力F导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷FR。,预紧力F,Kf可靠性系数，常取Kf=1.11.3,m结合面数图示m=1,f摩擦系数，对钢与铸铁，取:f=0.10.15,若取f=0.15，C=1.2,m=1,则：,Fa8F,结构尺寸大,改进措施：1.采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用,2.采用无间隙的铰制孔螺栓。,螺栓受预紧力F和摩擦力矩T的双重作用。,拉应力：,强度计算,切应力：,分母为抗剪截面系数,对于M10M68的普通螺纹，取d1、d2和的平均值，并取：tanV=fV=0.15,得：0.5,当量应力：,强度条件：,设计式,依所得d1靠标准直径d,设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：,2)受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接,此时,螺栓受总拉力F0=F+F吗?,特别注意，轴向总载荷F0：,F0F+F,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,分析加载过程：,加预紧力后螺栓受拉伸长1,被联接件受压缩短2,加载F后:,螺栓总伸长量增加为:,总拉力为：,被联接件压缩量减少为：,残余预紧力减少为：F,很显然:FF2F3F4F5,螺母体,假设螺母为刚体，则螺纹牙变形与普通螺木相同。但实际上螺母也是弹