机械设计3课件VIP

第二篇连接,机械动连接,运动副,机械静连接,焊接、,胶接、,铆接,螺纹连接,、键连接,销连接等,第3章螺纹连接,3-1螺纹,一、螺纹的类型和应用,类型：,普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹,单线、右旋螺纹,双线、右旋螺纹,大径d公称直径,小径强度计算直径,二、螺纹的主要参数,三、螺纹特点及应用:,三角形螺纹自锁性好，用于连接。,矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动。,四、螺纹的精度:,螺纹代号-公差带代号-旋合长度代号,M105g6gS,M1017HLH,M2025H/5g6g,Left-Hand,3-2螺纹连接的类型及应用,1、螺栓连接,装拆方便,螺栓受拉力,普通螺栓连接,一、螺纹连接的基本类型(四种),铰制孔螺栓连接,螺栓受剪切、挤压,用于横向载荷且要求定位的连接,2、双头螺柱连接,用于被连接件较厚，不宜制成通孔，且经常装拆的场合,双头螺柱受拉力,3、螺钉连接,用于不经常装拆的场合,螺钉受拉力,4、紧定螺钉连接,二、标准螺纹连接件,螺栓、螺钉、螺母、垫圈等,螺栓,二、标准螺纹连接件,螺母,二、标准螺纹连接件,螺钉,二、标准螺纹连接件,螺钉,二、标准螺纹连接件,紧定螺钉,二、标准螺纹连接件,习题：,1、在螺纹连接中最常用的螺纹牙型是_。（a）矩形螺纹（b）梯形螺纹（c）三角形螺纹（d）锯齿形螺纹,2、用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹_。（a）传动效率高；（b）牙根强度高，自锁性能好；（c）防振性能好；（d）稳定性好。,3当两个被连接件之一较厚，不宜制成通孔，且螺栓需要经常拆装时，往往采用_。（a）螺栓连接；（b）螺钉连接；（c）双头螺柱连接；（d）紧定螺钉连接。,4当两个被连接件之一太厚，不宜制成通孔，且连接不需要经常拆装时，往往采用_。（a）螺栓连接;（b）螺钉连接;（c）双头螺柱连接;（d）紧定螺钉连接.,3-3螺纹连接的预紧和防松,螺旋副阻力矩,螺母和支承面上的摩擦阻力矩,一、螺纹连接的预紧保证可靠性、紧密性,螺旋副阻力矩,螺母和支承面上的摩擦阻力矩,预紧方法：测力矩扳手（图3-15）定力矩扳手（图3-16）,二、螺纹连接的防松,1、摩擦防松,螺纹升角=1o423o2,v=6.5o10.5o,垫圈动画,自锁螺母,2、机械防松,串联钢丝,防松的根本问题：防止螺旋副的相对转动,3、其他防松,3-4螺栓组连接的设计,一、螺栓组连接的结构设计,1、连接接合面的几何形状要有对称性；,2、螺栓的排列应有合理的间距和边距；,车轮子,3、分布在圆周上的螺栓数目多为偶数；,4、减小螺栓受力，尽量受力均匀。,螺栓布置靠近边缘,螺栓排数不宜过多,深圳世界之窗埃菲尔铁塔,二、螺栓组连接的受力分析,螺栓组受力分析的目的：,分析螺栓组中各螺栓的受力情况，找出受力最大的螺栓，以便进行强度计算。,螺栓组受的外载在情况：,几点假设：（1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；（2）螺栓组的对称中心与连接结合面的形心重合；（3）受载后连接结合面仍保持为平面。,1、受横向载荷的螺栓组连接,铰制孔用螺栓连接,螺栓受剪力,z螺栓的数目,用普通螺栓连接,用普通螺栓连接,连接的不滑移条件：,预紧力：,Fp=1000N,z=3,f=0.15,Ks=1.2,求F=?,不滑移条件：,若用铰制孔用螺栓连接,螺栓受剪力F,2、受转矩的螺栓组连接,a.用普通螺栓连接,连接的不转动条件：,T=100Nm,z=6,f=0.15,Ks=1.2。求Fp=?,r1,r2,不转动条件：,r1=60mm,r2=100mm,b.采用铰制孔螺栓连接,受载最大的螺栓所受剪力,T=100Nm,z=6,求Fmax=?F1=?,r1,r2,3、受轴向力的紧螺栓组连接,总工作拉力,4、受倾覆力矩M的螺栓组连接,绕轴y-y受倾覆力矩M=100Nm,求Fmax=?,Lmax=L=80,若绕轴x-x受倾覆力矩M=100Nm,求Fmax=?,一、受拉螺栓连接的强度计算,3-5单个螺栓连接的强度计算,1、仅受预紧力,1.3系数是考虑扭转切应力的影响。,设计式,验算式,减载销；减载键；减载套筒。,1.3,例1：普通螺栓连接，3个螺栓,=200MPa,f=0.15,Ks=1.2,F=15000N,求所需螺栓的直径d1？,1)不滑移条件：,=20000N,2)强度条件：,=12.86mm,查标准:,2、受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接强度计算,工作拉力,预紧力FP,螺栓承受的总拉力,？,？,再受工作载荷,螺栓所受的总拉力,残余预紧力,螺栓受力与变形,被连接件受力与变形,静强度计算,当工作拉力F变化时，应验算疲劳强度安全系数公式（2-17）,1.3,静强度条件：,相对刚度,总拉力,表3-5,按min=C，判定极限应力点,验算疲劳强度安全系数。,例2:图示气缸盖用6个普通螺栓连接,已知气缸内压力p=2MPa，D=80mm,取试求:1、螺栓小径d1；（F-工作拉力）2、安装时预紧力,解：1、求工作拉力F,2、求总拉力FQ,3、求螺栓小径,4、求螺栓的预紧力,二、受剪螺栓连接的强度计算视频,剪切强度:,失效形式：,挤压强度:,注意：-螺栓材料；p-螺栓或孔壁较弱的材料,铰制螺栓,普通螺栓,强度表达式,例3：一横板用两个普通螺栓连在立柱上，已知P=4000N，L=200mm，D=100mm,f=0.15,Ks=1.2,s=300MPa。试求螺栓小径Fp、d1,解:1、将外力P向螺栓组形心简化。,螺栓组受载:,横向力：P=4000N转矩：T=PL=800000Nmm,2、分析在各载荷作用下，每个螺栓处受力。(产生的摩擦力),=8000N,3、求合力摩擦力,4、求螺栓的预紧力,不滑移条件：,5、求螺栓小径d1,6、讨论1）其他条件不变，使普通螺栓之间的距离D由100增至200mm,对连接有何影响？,L=200,D,P=4000,6、讨论1）其他条件不变，使螺栓之间的距离D由100增至200mm,对连接有何影响？,合力：,结论：受转矩和倾覆力矩作用的螺栓组，螺栓应远离螺栓组中心或旋转轴线。,2)当两个普通螺栓水平布置时,求预紧力Fp=?,f=0.15,Ks=1.2,如果采用铰制孔螺栓?,=8000N,总剪切力:,铰制孔螺栓受剪切,如果采用铰制孔螺栓?,=8000N,F,F,总剪切力:,铰制孔螺栓受剪切,P,螺栓组受力分析的步骤:,1.把螺栓组承受的载荷向螺栓组的形心简化；,2.确定螺栓组所承受的载荷(四种基本)；（横向力，轴向力，转矩，倾覆力矩）,3.求出各载荷作用下，螺栓的受载；,4.对载荷进行迭加，求单个螺栓的最大载荷。,横向载荷P倾覆力矩,3、按不滑移条件求预紧力Fp,不滑移条件：,4、求总拉力FQ,5、求螺栓小径,6、接合面是否出现间隙？,例3-1：P54图示支座用4个螺钉连接,已知P=4800N，夹角a=50o,h=340mm,b=150mm,取摩擦系数f=0.15,防滑系数Ks=1.2,试设计螺栓连接.,P1作用下每个螺栓工作拉力：,M作用下螺栓工作拉力：,工作拉力,不滑移条件:M作用对摩擦力没有影响,一、降低应力幅,3-6提高螺纹连接强度的措施,1、减小螺栓刚度（空心螺栓、加长螺栓）,2、增大被连接件刚度（金属垫片）,3、减小螺栓刚度、增大被连接件刚度，同时增加预紧力,残余预紧力不变,二、改善螺纹牙间的载荷分布,环槽螺母,内斜螺母,10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。,螺母体,均载螺母均载原理,螺母和螺杆均为拉伸变形，有助于减小两者螺距变化，使受载均匀。,三、减小应力集中视频1视频2（加大圆角和卸载结构）,四、避免附加弯曲应力,1.冷镦螺栓头，滚压螺纹；滚压螺纹视频2.采用氮化、氰化、喷丸处理。,五、采用合理的制造方法,3-7螺纹连接件的材料及其许用应力,螺栓性能等级：（表3-7）3.6，4.6，4.8，5.6，5.86.8，8.8，9.8，10.9，12.9,5.6级螺栓,低碳钢、中碳钢、中碳钢合金钢,屈服极限s0.6b,强度极限b500MPa,许用拉应力：,许用剪应力：,许用挤压应力：,螺母性能等级：（表3-10）4，5，6，8，9，10，12,5级螺母,强度极限b500MPa,螺母与螺栓性能等级要匹配,螺母的强度极限螺栓的强度极限,螺母性能等级：4556891012,螺栓性能等级：3.6，4.6，4.8(d16)3.6，4.6，4.8(d16)5.6，5.86.88.89.8(d16)10.912.9,思考题,1、普通螺纹其径为公称直径，其径作为强度计算时危险截面直径。2、拧紧螺纹的力矩包括_力矩和_力矩。3、螺纹连接防松的本质在于。,4、开口销与六角开槽螺母组成的防松，依据的是防松的原理。5、一组螺栓连接中，螺栓的个数一般应取成数。6、进行螺栓组受力分析的目的是。7、螺栓组采用普通螺栓连接，承受横向外载荷，则螺栓本身所受的载荷是。8、为提高受轴向载荷螺栓连接的强度，应螺栓的刚度，被连接件的刚度，,F=1000N,z=6,f=0.15,Ks=1.2.求Fp=?,r1=60mm,r2=100mm,T=200Nm,1)横向力作用下摩擦力F1,167N,2)转矩T作用下