螺纹参数计算ppt课件

第十章连接，内容10-1螺纹参数10-2螺纹副应力分析，效率和自锁(键)10-3机械制造螺纹的基本类型10-4常用螺纹连接和螺纹紧固件的预紧和防松10-5螺纹连接(键)螺纹连接的强度计算10-6(键)螺纹10-7的材料和提高螺栓连接强度的措施10-8 10-9螺旋传动10-10滚动螺旋简介10-11键连接和花键连接(键，机器中的许多部件需要相互连接。连接类型第十章连接螺纹的形成：一条倾角为的直线缠绕在一个圆形物体上，形成一条螺旋线。如果平面图形三角形K沿着螺旋线移动，并且K平面总是通过圆柱体的轴线，则得到三角形螺纹。也取平面图K的形状，如右上角的任何图形，以获得矩形、梯形、锯齿形、管螺纹等。10-1螺纹参数，动画，动画，10-1螺纹参数，螺纹分类：一般分类：外螺纹和内螺纹；圆柱形螺纹，圆锥形螺纹；左手螺纹和右手螺纹。根据齿形，可分为三角螺纹和普通螺纹：效率低，易自锁，多用于连接。矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹：效率高，主要用于螺旋传动。管螺纹：主要用于管道连接。根据螺旋线的数量：单线(n=1)和双线(n=2)连接；传输用多线程(n2)。一般不超过4个。10-1螺纹参数，10-1螺纹参数，螺纹直径d的主要参数是螺纹的公称直径，以及与外螺纹(或内螺纹底部)的牙顶重合的假想圆柱的直径。小直径d1通常用于强度计算，是与外螺纹底部(或内螺纹顶部)重合的假想圆柱体的直径。中值直径d2通常用于几何计算。假想圆柱的直径等于圆柱母线上齿形槽和突起的宽度。中心线上对应点处两个相邻螺距螺纹之间的轴向距离。行数N:螺纹的螺旋线数。导程S:螺纹上沿同一螺旋线移动一圈的轴向距离，S=nP。螺纹上升角:螺旋线的切线与圆柱上垂直于螺纹轴的平面之间的夹角，中间直径为d2，如上图所示。齿形角a:轴向截面中螺纹齿形两侧之间的夹角。侧面角:螺纹轮廓一侧与轴向截面中垂直于螺纹轴线的夹角。10-1螺纹参数，螺旋副的特性：作为空间运动副，螺旋副的接触面是螺旋面；在旋拧或拧松螺纹的过程中，螺纹相对运动；当轴向力Fa施加在螺杆和螺母之间时，当螺杆或螺母被拧紧时，在螺旋表面之间将产生摩擦力。10-2力分析，螺旋副的效率和自锁，几个补充概念：机械效率：输入功与输出功之比。自锁：机械装置无论受到多大的驱动力都不能移动的现象。总反作用力：运动副中法向反作用力和摩擦力的合力称为运动副中的总反作用力。摩擦角：总反作用力和法向反作用力之间的角度。其尺寸为：受力分析，10-2螺纹副的效率和自锁，矩形螺纹的受力分析(包角=0)，基本假设：载荷分布在中线；摩擦力在一侧产生。机械模型：由内螺纹和外螺纹拧在一起形成的螺纹副，在拧紧或松开时，由于作用在中间直径上的水平推力推动滑块在沿中间直径形成的斜面上移动，驱动扭矩和轴向载荷作用下的相对运动可以简化。力分析，10-2螺纹副的效率和自锁，拧紧力矩：力分析，10-2螺纹副的效率和自锁，1。t如果把法向力的增加看作摩擦系数的增加，那么非矩形螺纹的摩擦阻力可以写成10-2螺旋副的力分析、效率和自锁。1.当滑块沿非矩形螺纹匀速上升时，可获得水平推力：F=Fatg()，相应的拧紧力矩；2.当滑块松开时，可以得到相应的松开力矩：F=Fatg(-)，10-2螺杆副的受力分析、效率和自锁。如果螺纹提升角小于等效摩擦角，则螺钉具有自锁特性。如果不施加驱动扭矩，无论轴向驱动力Fa有多大，螺旋副都不能相对移动。考虑到极限情况，非矩形螺纹的自锁条件可表示为。为了防止螺母在轴向力的作用下自动松开，用于连接的紧固螺纹必须满足自锁条件。10-2螺纹副的受力分析、效率和自锁。螺旋副的效率螺旋副的效率是有效功与输入功之比。如果输入功为2T，根据螺杆的一次旋转计算，提升滑块所做的有效功为FaS，那么螺杆副的效率，从上面的公式可以看出，当等效摩擦角不变时，效率只是螺纹提升角的函数。效率曲线如图10-6所示。当=45-/2时，通过使d/d=0可以获得最高的效率。10-2螺纹副的受力分析、效率和自锁，10-2螺纹副的受力分析、效率和自锁，动画，机械制造中常用的10-4螺纹连接和螺纹紧固件的基本类型，除上述基本类型外，还有其他特殊连接，如地脚螺栓、吊环螺栓等。螺纹连接的基本类型，螺栓连接的基本类型，10-4螺纹连接的基本类型和螺纹紧固件，普通螺栓连接的特点：孔和杆之间有间隙，不需要在连接件上切螺纹，易于组装和拆卸。适用场合：一般频繁拆装的场合。10-4螺纹连接和螺纹紧固件的基本类型，螺纹连接的特点：孔和杆之间有间隙，需要在连接件上切割螺纹，安装和拆卸方便。适用场合：其中一个连接器相对较厚，通常不组装或拆卸。10-4螺纹连接和螺纹紧固件的基本类型，螺柱连接的特点：孔和杆之间有间隙，需要在连接的零件上切割螺纹，安装和拆卸方便。适用场合：用于其中一个连接器较厚且经常拆装的场合。10-4螺纹连接和螺纹紧固件的基本类型，固定螺钉连接的应用：主要用于将零件固定在轴上和传递小的力。其他连接锚栓连接、吊环螺栓连接、丁字槽螺栓连接、基本类型的10-4螺纹连接和螺纹紧固件。螺纹紧固件有多种类型，包括适用范围广、使用量大的通用螺纹紧固件，以及满足特定需求的特殊结构的特殊螺纹紧固件。通用螺纹紧固件已经标准化。常用的有螺栓、螺柱、螺钉、定位螺钉、螺母和垫圈等。这些部件的结构类型和尺寸已经标准化，可以在设计过程中根据相关标准进行选择。10-4螺纹连接和螺纹紧固件的基本类型、10-4螺纹连接和螺纹紧固件的基本类型、动画、10-5螺纹连接的预紧和防松、基本概念预紧：螺纹连接通常在装配期间被拧紧，这被称为预紧。拧紧螺栓连接：组装时预拧紧螺栓连接。螺栓连接松动：螺栓连接无预紧力。预紧的目的是增加连接的刚度和紧密度，防止螺纹连接松动。拧紧螺母时，应克服螺纹副的阻力扭矩和螺母轴承表面之间的摩擦扭矩。对于紧密螺栓连接，组装时需要预紧。预紧的目的是为了提高连接的可靠性和紧密性，从而防止连接器之间的间隙或相对滑动拧紧力矩拧紧力矩t:是用于克服螺旋副相对转动的阻力力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力力矩T2。它与预紧力F0的关系如下：其中：rf为轴承面摩擦半径，RF d0/4，其中dw为螺母轴承面外径，d0为螺栓孔直径(如图所示)。图10-15 10-5螺纹连接的轴承面摩擦阻力矩、预紧力和防松力。对于粗螺纹M10M68，预紧力F0值的确定取决于螺纹连接的要求。为了充分发挥紧固件的工作能力，保证预紧的可靠性，螺纹紧固件拧紧后的预紧应力一般可达到材料屈服极限S的50% 70%，但不得超过S的80%.对于普通连接钢螺栓，预紧力可参照以下公式确定：10-5个螺纹连接的预紧和防松，螺纹直径大，螺纹的危险横截面积。对于承受轴向工作载荷的重要连接和有特殊要求的螺栓，应根据其使用实践确定预紧力，并在装配图上标出预紧力和拧紧力矩，以便安装时控制。预紧力控制QP:扭矩测量扳手测量预紧扭矩。当固定扭矩扳手达到固定拧紧扭矩T时，弹簧将在压力下自动滑动。预紧前后测量螺栓伸长率的精度相对较高。10-5螺纹连接的预紧和防松、防松1和螺纹连接的防松目的(原因):用于连接的三角螺纹具有自锁性能，当静载荷和工作温度变化不大时不会自动松开。但是，(1)在冲击、振动和可变载荷的作用下，预紧力可能在某一时刻消失，连接仍可能松动。(2)在高温或温度变化较大的情况下，由于温度变形差等原因，连接可能会松动。一旦螺栓连接松动，较轻的会影响机器的正常运行，较重的会造成重大事故。因此，为了保证可靠的连接，必须采取有效的防松措施。10-5螺纹连接的预紧和防松，防松原理(防松的本质和根本问题)防止螺纹副的相对转动。防松方法螺纹连接的防松方法可分为： (1)摩擦防松：弹簧垫圈、沉头螺母、尼龙环锁紧螺母、开口销和槽形螺母、圆形螺母的翅片垫圈、止动垫圈，(2)机械防松：3)其他：打破螺纹对关系(铆接、粘接和焊接)，消除螺母相对于螺栓旋转的可能性。系列线、自锁螺母、10-5螺纹连接的预紧和防松、拉伸螺栓的失效模式：螺栓杆的塑性变形或断裂。请参见受损零件及其百分比的正确数字。剪切螺栓的失效模式：螺栓杆在螺栓杆和孔壁之间被挤压或螺栓杆被剪切。10-6螺栓连接强度计算(重点)、螺栓应力、螺栓失效模式、螺栓连接设计方法根据约束强度条件确定螺栓(或螺栓、螺柱)的大直径。根据螺栓连接的受力情况，通过分析确定螺栓连接的类型，然后计算出应力最大的螺栓的拉力或剪力，从而根据强度情况计算出螺栓的小直径d1(或螺栓杆直径d0)。基于计算的d1或d0，可以根据标准找到相应的螺栓主直径D。根据标准，通过螺栓的大直径D找出所有螺纹接头的尺寸和相应的代码。完成设计。10-6螺栓连接强度计算(重点)，松动螺栓连接，承受轴向工作载荷Fa(N)时，其强度条件为：设计公式：d1计算后，根据标准检查和选择螺纹公称直径。10-6螺栓连接强度计算(重点)、分析、紧螺栓连接、拉应力、e-等效应力、扭转剪应力、第四强度理论、10-6螺栓连接应力也就是说，预紧力应为横向工作载荷的8倍，因此当螺栓连接通过摩擦承受横向载荷时，其尺寸较大。为了避免上述缺点，可以使用键、套筒或销来承受横向工作载荷，而螺栓仅起连接作用，如下图所示。10-6螺栓连接的强度计算也可采用铰孔螺栓，螺钉与孔之间无间隙，以承受横向载荷。根据表10-6所示的剪切和挤压，这些减载装置中的键、套筒、销和铰孔螺栓可以进行强度计算、容许剪切应力和容许挤压应力p。铰孔螺栓的受力特点：螺栓受力前后不需要预紧，横向载荷通过螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。挤压强度条件：剪切强度条件：10-6螺栓连接的强度计算(重点)，下图所示的气缸盖上的连接就是这种类型。假设气缸中的流体压力为p，螺栓的数量为z，由气缸周围的每个螺栓承受的平均轴向工作载荷为，尽管该螺栓受到基于预紧力F0的工作张力FE。然而，螺栓的总拉力fa F0 Fe。为什么？螺栓在轴向工作载荷下的强度，下面通过预紧力F0和工作张力有限元进行分析。螺栓在运行过程中应力与变形的关系。10-6螺栓连接的强度计算(重点)、10-6螺栓连接的强度计算(重点)、动画、工作载荷有限元和残余预紧力FR一起作用于螺栓，因此螺栓的总拉伸载荷为fa=fefr，10-6螺栓连接的强度计算(重点)、单紧螺栓连接的力变形图、螺栓刚度：kb=F0/b(应力与变形之比)由连接器刚度：KC=F0/c0在接受工作载荷后， 螺栓和连接件都变形，并满足变形协调条件：b=c=FB=kb，fc=kc和Fe=FBfc=kbkc，10-6螺栓连接的强度计算(强调)，总螺栓张力：工件的残余预紧力：以及螺栓的相对刚度：10-6螺栓连接的强度计算(强调)的材料、尺寸和连接件。 设计步骤：(1)求出工作载荷FE(2)根据工作要求确定剩余预紧力fr，(3)求出fa: fa=fr FE (4)根据螺栓强度计算d1，查表确定d，(5)结构设计，10-6螺栓连接强度计算(重点)。 注：如果轴向工作载荷Fe在0和Fe之间周期性变化，螺栓承受的总拉伸载荷应在F0和fa之间变化。螺栓在可变载荷下的粗略计算可根据总拉伸载荷Fa进行，其强度条件仍为公式(10-12)。不同之处在于，应根据表10-6和10-7检查可变载荷项目中的容许应力。10-6螺栓连接强度计算(重点)，10-7螺栓材料及许用应力，螺栓常用材料有Q215、Q235、10、35和45钢，重要和特殊用途的螺纹连接可采用15Cr、40Cr、30CrMnSi等机械性能高的合金钢。这些材料的机械性能如表9-1所示。螺纹连接的许用应力和安全系数见表10-6和表10-7。螺纹连接的性能等级如下表所示。10-7螺栓材料和许用应力、10-7螺栓材料和许用应力、10-8提高螺栓连接强度的措施、螺栓失效模式：拉伸时塑性变形和断裂、剪切时压碎或剪切。螺栓连接在承受轴向变载荷时，其损伤形式主要是螺栓杆部的疲劳断裂，通常发生在应力集中严重的地方，即螺栓头、螺纹端和螺母支撑面的螺纹处。螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，有几种提高螺栓强度的措施：1。减小螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围。当螺栓的轴向工作载荷在0和0之间变化时，螺栓的总拉伸载荷Fa的变化