第二章机械零件的疲劳强度设计2-1.ppt

联接综述,一、联接分类,二、联接的类型选择和要求,1.联接的类型选择根据联接的具体工作情况和被联接件的材料、形状、尺寸等。,2.联接的基本要求联接牢固；零件强度足够；良好工艺性和经济性；其它要求。,螺纹联接,螺纹螺纹联接的类型拧紧与防松单个螺栓的强度计算螺栓组联接的受力分析提高螺纹联接强度的措施螺旋传动,第一节螺纹,一、螺纹形成原理及主要参数,螺旋线,将一倾斜角为直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。,螺纹,沿着螺旋线做出具有相同剖面的连续凸起和沟槽就是螺纹。,外螺纹,内螺纹,主要参数,1)大径d、D,2)小径d1、D1,3)中径d2、D2,4)牙型角,5)牙型斜角,6)高度h,7)螺距P,8)导程（s）Ph,10)升角,9)线数n,二、常用螺纹,1.螺纹位置：内螺纹；外螺纹。,2.螺纹旋向：左旋螺纹，右旋螺纹（常用）。,3.螺纹线数：单线（联接）；多线（传动）,4.螺纹牙形：三角形、矩形、梯形、锯齿形等,粗牙：一般情况下使用。,细牙：p小，小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。,光孔，间隙，方便，不厚，受拉,光孔，过渡，紧凑，不厚，受剪,第二节螺纹联接的类型、拧紧和防松,1.螺栓联接,普通螺栓联接,铰制孔用,一光孔，一螺纹孔一较厚，经常拆卸,一光孔，一螺纹孔一较厚，不经常拆卸,2.螺柱联接,3.螺钉联接,4、紧定螺钉联接,螺钉末端顶住另一零件的表面或相应凹坑，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩。,二、性能等级,1、螺栓等：十个性能等级，如：3.6、4.6、4.8、,或smin=(68)10=480MPa,2、螺母：七个等级，与螺栓性能相配。（自学）,二、螺栓联接的拧紧,1.预紧,联接刚度防松能力紧密性,（rf支承面摩擦半径）,kt拧紧力矩系数，一般取kt=0.2,重要的联接，不宜采用小于M12M16mm的螺栓。,2、控制T的方法,一般情况凭经验，拧紧即可。,定力矩扳手,测力矩扳手,冲击扳手,测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力，准确性较差，不适用与大型螺栓联接。,测量螺栓伸长量,三、螺栓联接的防松,1.螺纹联接按自锁条件设计：v。静载下不会自行松脱。,2.松动原因,冲击、振动、变载荷下,温度变化较大时,3.防松方法,防止螺旋副相对转动,对顶螺母,弹簧垫圈,1）摩擦防松,开口销与槽形螺母,2）机械防松（直接锁住）,串联金属丝,3）破坏螺纹副关系,胶接,第三节单个螺栓联接的强度计算,一、受拉螺栓联接,失效形式主要是螺纹部分的塑性变形、断裂和螺杆的疲劳断裂。,1.松螺栓联接,仅受轴向工作拉力F失效：拉断,强度条件：,MPa校核式,许用应力，=sS。,2.紧螺栓联接,（1）只受预紧力F,F拉应力,T1产生T,对钢制M10M68mm螺栓：,强度条件：,紧联接时，将拉应力增大30%以考虑拧紧力矩的影响。,（2）受预紧力F和轴向工作载荷F的紧螺栓联接,螺栓刚度,被联件刚度,螺栓总拉力等于预紧力加上部分工作载荷。,讨论：,当F、F一定时，,为螺栓受力,同时考虑扭转作用，强度条件为：,校核式,若工作载荷为变载荷：,当工作载荷在F1F2变化时，螺栓总拉力在F01F02之间变化,变载荷下螺栓失效：Fa作用下的疲劳拉断,Fa拉力变幅：,应力幅：,即：变载荷下螺栓，应力幅越小，疲劳强度越高。,二、受剪螺栓联接,1、失效形式：,剪断、接触表面压溃。,2、螺栓剪切强度条件,d杆抗剪面直径m抗剪面数目许用剪应力,3、挤压强度条件,h对象受压高度；p许用挤压应力，表6.4，取弱者计算；,5螺栓组联接的受力分析,一、思路,联接结构形式、外载荷类型,螺栓受力,找出受载最大螺栓,按单个螺栓联接的计算方法计算,二、基本假定,1、各螺栓刚度相同；2、各螺栓F相同；3、变形在弹性范围内；4、被联件为刚体；,三、四种典型受载情况时的受力分析,1、受轴向载荷的螺栓组联接,特点：载荷与螺栓轴线平行，并通过螺栓组对称中心。,各螺栓组平均受载：,F=FQ/z,螺栓还受FF0,工作条件：F”0,2、受横向载荷的螺栓组联接,（1）特点：横向载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组对称中心。,（2）承载方式：,形闭合：受剪螺栓（靠杆的剪切与挤压承载）,（3）受力分析,a、受拉螺栓,工作条件：,式中：s结合面的摩擦系数；z螺栓个数；m结合面数目，图中m=2；kf可靠系数（防滑系数），kf=1.11.5；,b、受剪螺栓,假定每个螺栓受载相同，则,工作条件：,3、受旋转力矩T的螺栓组联接,特点：在转矩T作用下，底板有绕螺栓组形心轴线O-O旋转的趋势。,摩擦力承载，各螺栓处产生相等的摩擦力,（1）受拉螺栓联接,工作条件：,（2）受剪螺栓联接,靠剪切和挤压承载，各螺栓在T作用下受横向力Fs。,问题：Fs1=Fs2=Fsz？,即Fsi与ri成正比：,或,工作条件：Fs1r1+Fs2r2+Fszrz=T,变形协调条件：底板视为刚体，ri,剪切变形量,Fsi,代入工作条件中：,4、受翻转力矩M（倾覆力矩）的螺栓组联接,特点：在M作用下，底板有绕螺栓组形心轴翻转的趋势。,作用M后：左侧：F拉(不均匀)，右侧：F压(不均匀)F,工作条件：,变形协调条件：,其它条件：,讨论：设计时，如何布置螺栓更合理？,远离对称中心,RiFmax,左侧不出现缝隙右侧边缘不压溃,6提高螺纹联接强度的措施,1、机理,螺母受压，p,一、改善螺纹牙间受力分配,第一圈：p最大，受力最大第810圈后几乎不受力,采用加高螺母不能提高联接强度。,二、减小附加弯曲应力,螺纹牙根,弯曲应力,断裂,螺纹孔不正、被联件表面不平、发生变形等。,引起附加弯曲应力因素：,措施：垫圈、凸台、沉孔等。,思考：采用凸台、沉孔的目的？,三、减轻应力集中,收尾：退刀槽；,增大牙根处过渡圆角半径。,四、降低应力幅a,max一定时：a疲劳强度,措施：1）螺栓长度2）光杆直径,3）采用柔性螺栓,措施：不宜采用刚度小的垫片。,五、改善制造工艺,1、加工方法：碾制较车制强度30%；2、表面处理：喷丸、氮化等。,7螺栓组结构设计要点,1、结合面几何形状力求简单（矩、圆、三角），且螺栓组的对称中心与结合面形心重合，结合面受力均匀。,3、分布在同一圆周上的z