《螺纹连接》PPT课件

第二篇联接,联接的功用（why）便于制造、安装、运输、维修、提高劳动生产率分类应用实例,主要内容螺纹连接学习要求掌握螺纹的类型、主要参数、螺纹连接的类型及应用场合、预紧和防松方法、单个螺栓连接的强度计算方法、螺栓组连接设计的内容、受力最大螺栓的确定方法；,重点1.螺纹、螺纹连接的基本知识2.单个螺栓连接的强度计算3.螺栓组连接的受力分析、综合计算难点1.螺纹连接的结构设计与表达2.受预紧力和轴向工作载荷作用的单个紧螺栓连接的螺栓总拉力的确定3.复杂受力状态下螺栓组连接受力分析4.受倾覆力矩作用的螺栓组连接受力分析,第四章螺纹连接,本章知识点框图,本章知识点,41螺纹1.形成,4种螺纹动画,2.类型按牙型分：三角形矩形梯形矩齿形,圆柱螺纹,圆锥螺纹,按用途分：连接螺纹、传动螺纹按螺旋方向分：左旋右旋按螺旋线数目分：单线多线按单位制分：米制、英制（管螺纹）按可见性分：内螺纹、外螺纹*互动话题：三角形螺纹是否存在多线螺纹？分析原因。3.螺纹的主要参数d、d1、d2、p、s、n、,螺纹的几何参数动画,千斤顶,42螺纹连接的类型和标准联接件,1.螺纹连接的定义,设计：潘存云,2.螺纹连接的特点3.联接螺纹分类粗牙、细牙4.螺纹标注MdXp，如：M24，M24X2,5.螺纹连接的类型（1）螺栓连接（hexbolts）,普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接,（2）双头螺栓连接(studs）,（3）螺钉连接(hexheadcapscrew）,（4）紧定螺钉连接(setscrews)（5）特殊螺纹连接,6、螺纹连接件,2）双头螺柱两端带螺纹A型有退刀槽B型无退刀槽,1）螺栓普通螺栓六角头，小六角头，标准六角头，大六角头,内六角铰制孔螺栓螺纹部分直径较小,4）紧定螺钉锥端适于零件表面硬度较低不常拆卸场合平端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置、轻材料和金属薄板*互动：是否见过其它结构的螺钉？若见过，说说其特点？,3）螺钉与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹,5）螺母（六角头标准，薄、圆螺母+止退垫圈）,6）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹,7）垫圈,互动1：你在何种机器上见过使用圆螺母和止动垫片？想一想它们是如何装配的？互动2：从创新的角度考虑，是否应存在课本以外的连接件结构？,圆螺母用止动垫圈,平垫圈,薄平垫圈,斜垫圈,弹簧垫圈,7、材料,螺母、螺栓强度级别（见表4-1、表4-2）：,1）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此乃强度级别,2）所依据机械性能为抗拉强度极限B和屈服极限S,螺栓级别（十级：3.612.9）:,带点数字表示，点前数字为,点后数字为,螺母级别(七级，412）:,注意：螺母的强度级别应不低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB）,螺纹联接件：低碳钢（Q215、10）、中碳钢（Q235、35、45）、合金钢（15Cr、40Cr、30CrMnSi），铜，铝，塑料，钛合金等垫圈：Q235、15、35、65Mn（弹簧垫圈）,8、许用应力,许用拉应力：,*互动话题：从安全系数表5-10中，你发现在什么情况下螺栓联接的安全系数大小与螺栓直径有关？想一想原因是什么？设计策略是什么？（显然S、与d有关。设计时，先假设d，进行试算，选取一安全系数进行计算，计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直径所属范围内即可，否则需重新进行估算。试算法）,许用切应力：,许用挤压应力：,各安全系数见表4-3,安全系数表,43螺纹连接的预紧和防松,一、预紧,2.目的,1.定义,3.预紧力确定规范测量方法：,预紧力上限,拧紧力矩,测力矩扳手动画,定力矩扳手动画,测量螺栓伸长量,二、螺纹防松,1、防松目的,2、防松原理3、防松方法*互动：从创新角度提出一些简易的新防松方法？分析其可行性。,防松方法动画,4.预紧力与预紧力矩的关系5.新型技术设备-预应力设备,*互动：预应力设备的优势是什么？,4-4螺栓组连接设计,设计过程结构设计受力分析强度计算1.螺栓组连接的结构设计a.目的合理确定结合面的几何形状、螺栓的数目和布置方式，力求各螺栓和结合面间受力均匀，便于加工和装配。b.考虑问题尽量设计为轴对称的简单几何形状（如圆形、环形、矩形、框形、三角形等)，便于加工制造和对称布置螺栓同一圆周上的螺栓数目取3、4、6、8、12等易于分度的数目，同一组螺栓材料、直径、长度尽量相同，以简化结构和便于加工装配螺栓排列应有合理的钉距、边距，留足够的扳手空间,求受力最大的螺栓,按受力最大的螺栓进行计算,扳手空间,矩形,圆形,环形,框形,螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。铰制孔用螺栓，平行于载荷方向上不能布置8个以上螺栓（受力均匀）；受弯、扭矩的螺栓连接应靠近连接结合面的边缘（载荷小）；同时受轴向载荷和较大的横向载荷，应采用减载元件避免螺栓承受弯曲载荷,合理,不合理,减载销,减载套筒,减载键,凸台,沉头,斜垫,2.受力分析假设：各螺栓的拉伸刚度、剪切刚度、预紧力大小相等；被连接件为刚体，受载后连接结合面仍保持为平面；螺栓的应变在弹性范围内。2.1受横向载荷的螺栓组连接（1）普通螺栓组连接a.失效结合面滑移、螺栓拉断b.原理预紧力摩擦力抵抗外载防滑c.计算公式f为结合面间的摩擦因数，对钢制零件，结合面干燥时，f=0.10.16；结合面有油时，f=0.060.1；m为结合面对数（图中m=2）；z为螺栓数目；为可靠性系数，。,F,F,Ks,Ks=1.11.3,b.铰制孔用螺栓组连接a.失效结合面压溃、螺栓剪断b.原理栓杆剪力抵抗外载c.计算公式,F,F,2.2受扭转力矩T的螺栓组连接受拉的普通螺栓组连接a.失效结合面滑移、螺栓拉断b.原理预紧力摩擦力抵抗外载防滑c.计算公式,*按只受预紧力的紧螺栓进行设计,应用实例,铰制孔螺栓组连接a.失效结合面压溃、螺栓剪断b.原理栓杆剪力抵抗外载c.计算公式根据变形协调条件知：各螺栓的剪切变形量与其中心至底板旋转中心距离成正比，因此,静力平衡条件：,按螺栓抗剪切和挤压条件进行设计,2.3受倾覆力矩的螺栓组连接,单个地基变形,受力平衡条件：变形协调条件：,不压溃条件：,不离缝条件：,地基结合面上的附加挤压应力：,预紧力在地基结合面上产生的挤压应力：,地基结合面应力分析,表4-4,2.4受轴向载荷的螺栓组连接a.失效螺栓拉断b.螺栓受力计算公式假设各螺栓均匀受载,Z为螺栓的数目,螺栓组联接设计计算小节,外载荷向螺栓组接合面形心简化按照螺栓组所受的工作载荷（轴向力、横向力、倾覆力矩、旋转力矩）运用变形协调条件和静力平衡条件进行载荷分配，求出各螺栓对应情况下所受的工作载荷矢量叠加求出受力最大螺栓所受的最大工作载荷按单个螺栓联接进行强度计算*互动话题：螺栓组设计的主要任务是什么？是否需要考虑防松？,45单个螺栓连接的强度计算,一、失效形式和原因,受拉螺栓螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断,b）失效原因：应力集中,a）失效形式,工程中螺栓联接多数为疲劳失效,受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度,二、设计计算准则,65%,20%,15%,三、松螺栓联接,1.结构特点及失效形式,2.强度条件为：,或,d1螺杆危险截面直径（mm）许用拉应力N/mm2(MPa),s材料屈服极限MPa表5-8S安全系数，表5-10,四、仅受预紧力F0紧螺栓联接（1）普通螺栓,1.受力特点,2.应力特点,3.计算理论-第四强度理论,4.强度条件：,5.预紧力的获取,防滑系数KS=1.11.3,*互动：上述连接会导致螺栓尺寸增大，如何解决？,减载零件,(2)、铰制孔紧螺栓联接,1.结构及受力特点,2.失效及强度条件,或,d0为螺杆或孔的直径（mm），Lmin为被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm，1.25d0以上），为螺栓许用剪应力，MPa，,为螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，MPa,注意：铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工精度较高，成本较高,五、受轴向载荷紧螺栓联接强度计算,1.工作特点：工作前拧紧，有F0；工作后加上工作载荷F工作前、工作中载荷变化,2.工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F,3.解决问题：a)保证安全可靠的工作，F0=？b)工作时螺栓总载荷，F2=？,4.分析：,单个螺栓受力变形动画,栓杆继续拉,总载荷,被连接件放松,残余预紧力,从图线可看出，螺栓受工作载荷F时，螺栓总载荷：,式中-螺栓的相对刚度，与螺栓和被连接件的结构尺寸、材料、垫片、工作载荷的作用位置等因素有关。通常：金属（或无垫片）时：0.2-0.3；皮革垫片：0.7；铜皮石棉垫片：0.8；橡胶垫片：0.9。,设计过程：,按受预紧力的紧螺栓计算,变载荷（F=0Fmax）：总拉力在F0F2间变化，则,知识点滴：,安全系数公式参数,螺栓疲劳强度校核,互动1：结合实际分析活塞式空气压缩机汽缸盖联接螺栓在工作时的受力情况，它的最大应力、最小应力如何得出？当汽缸内的最高压力提高时，它的最大最大应力、最小应力如何变化？互动2：画出受轴向工作载荷的紧螺栓联接工作时的受力变形图，并回答（1）螺栓刚度、被连接件刚度变化对螺栓受力的影响；（2）定性回答预紧力不变时，工作载荷最大为多少？互动3：紧螺栓联接所受的轴向载荷在0F间变化，如预紧力不变，改变螺栓或被连接件的刚度，对螺栓疲劳强度和连接的紧密性有何影响？,4-6提高螺纹连接疲劳强度的措施,螺栓强度的影响因素螺纹牙间的载荷分配，应力变化幅度，应力集中，附加应力，材料的机械性能和制造工艺1.改善螺纹牙间的载荷分配螺栓受拉外螺纹螺距螺母受压内螺纹螺距约1/3的载荷第一圈承受,旋合螺纹,改进措施：（1）悬置螺母（2）环槽螺母（3）内斜螺母（4）组合结构（5）钢丝螺套,均载螺母,2.降低螺栓的应力幅,降低疲劳强度应力幅