章机械设计之连接汇总PPT课件

1、螺纹连接 概述 螺纹连接的基本类型和标准螺纹连接件 螺纹连接的拧紧和防松 单个螺栓连接的强度计算 螺栓组连接的受力分析 提高螺栓连接强度的措施Chapter 2 Screw Joints第1页/共51页2.1 概述2.1.1 螺纹的形成Chapter 2 Screw Joints第2页/共51页2.1.2 螺纹的分类Chapter 2 Screw Joints联接：效率低、自锁性好。传动：效率高、自锁性差。螺纹牙形：三角形、矩形、梯形、锯齿形等3033060三角形梯形锯齿形矩形单线，用于联接粗牙：一般情况下使用。细牙：d相同，p小， 小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。 用于变载荷场合。 第

2、3页/共51页Chapter 2 Screw Joints螺纹位置：内螺纹螺母；外螺纹螺钉。旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，右边高则为右旋。螺纹旋向：左旋螺纹，右旋螺纹（常用）。思考：第4页/共51页n=1 n=2Chapter 2 Screw Joints螺纹线数：单线（联接）；双线；多线（传动）。 （头数）第5页/共51页Chapter 2 Screw Joints2.1.3 螺纹的主要参数 螺距p 线数n：n=1时用于联接；n1时用于传动； n，但为便于制造n4 牙形角 ：螺纹牙两侧面夹角。 直径大径d：公称直径。M20d=20mm小径d1：螺纹的最小直径。中径d2：齿厚

3、=齿槽宽处直径，几何计算用。 一般取：d2=(d+d1)/2 牙形斜角：牙型侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角。 对于对称牙型：=/2 第6页/共51页Chapter 2 Screw Joints 中径升角 ：2arctandnp 导程s：s = n p第7页/共51页Chapter 2 Screw Joints2.2 2.2 螺纹连接的主要类型和标准螺纹连接件螺纹连接的主要类型和标准螺纹连接件2.2.1 2.2.1 主要类型主要类型（注意各图的画法注意各图的画法）1、螺栓连接受拉普通螺栓普通螺栓：无需在被连件上加工螺纹 孔，装拆方便，用于两被 联件均不太厚的场合。受剪铰制孔螺栓铰制孔螺栓：除起连

4、接作用外， 还起定位作用。第8页/共51页Chapter 2 Screw Joints2、双头螺柱连接 用于有一连接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时只需拧下螺母即可。3、螺钉连接 用于有一连接件较厚，且不需经常装拆的场合。第9页/共51页Chapter 2 Screw Joints4、紧定螺钉连接 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。第10页/共51页2.2.2 标准螺纹连接件 螺栓、螺钉、双头螺柱、螺母、垫圈Chapter 2 Screw Joints第11页/共51页Chapter 2 Screw Joints第12页/共51页Chapt

5、er 2 Screw Joints1、螺栓、螺柱、螺钉：10个性能等级，如：3.6、4.6、4.8、性能等级材料性能如：6.8Bmin/100=6Bmin=600MPa10(smin/Bmin)=8smin=480MPa或smin=(68)10=480MPa低碳钢或中碳钢2、螺母：七个等级，与螺栓性能相配。（见表2.1，P18）2.2.3 2.2.3 螺纹紧固件的力学性能等级螺纹紧固件的力学性能等级第13页/共51页2.3 2.3 螺栓连接的拧紧螺栓连接的拧紧2.3.1 2.3.1 拧紧的目的、实质及预紧力拧紧的目的、实质及预紧力F 受载之前拧紧螺母预紧力F 预紧连接刚度防松能力紧密性2.3.

6、2 2.3.2 拧紧力矩拧紧力矩T的计算的计算 T =？螺母支承面间的摩擦阻力矩以螺母分析：T=T1+T2螺纹副间的摩擦力矩Chapter 2 Screw Joints第14页/共51页221dFTt)tan(vtFF螺纹副间有效圆周力2)tan(2dFva)螺母所 受转矩b)螺栓所 受转矩c)螺栓转 矩图T1T2T1TTTT434T3T1Chapter 2 Screw Joints第15页/共51页dFkTTTt 21kt拧紧力矩系数，一般取kt=0.220213031231dDdDFTChapter 2 Screw Joints第16页/共51页2、控制T的方法T F 拉断、滑扣T不能满足

7、工作要求控制T的大小一般情况凭经验，拧紧即可。方法：测量螺栓伸长量（大型螺栓连接）定力矩扳手测力矩扳手冲击扳手Chapter 2 Screw Joints第17页/共51页3、对不控制预紧力的受拉螺栓连接d M12M16标准扳手长度L=15d，若拧紧力为F，则： T = FL = 15dF = 0.2Fd F=75F若F=200N，则F=15000N。 小于M12，则易拉断。Chapter 2 Screw Joints第18页/共51页2.4 2.4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松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螺旋副摩擦力F

8、f减小或瞬时消失松动Chapter 2 Screw Joints第19页/共51页下螺母上螺母螺栓对顶螺母3、防松方法防止螺旋副相对转动。按防松原理不同，分为三类：a ）摩擦防松Chapter 2 Screw Joints弹簧垫圈开口方向：斜向右下方第20页/共51页开口销与槽形螺母b ）机械防松（直接锁住）Chapter 2 Screw Joints自锁螺母第21页/共51页Chapter 2 Screw Joints第22页/共51页Chapter 2 Screw Joints第23页/共51页正确不正确注意金属丝穿入方向串联金属丝Chapter 2 Screw Joints第24页/共5

9、1页c ）破坏螺纹副关系不可拆连接胶接冲点焊住Chapter 2 Screw Joints第25页/共51页2.6 2.6 单个螺栓连接的受力分析和强度计算单个螺栓连接的受力分析和强度计算螺栓连接受拉螺栓受剪螺栓松联接：不拧紧，无预紧力F，仅受工作载荷F紧联接：需拧紧仅受预紧力F同时受预紧力F和工作载荷F一、受拉螺栓连接一、受拉螺栓连接对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。65%20%15%危险截面面积由计算直径dc确定：dcd1Chapter 2 Screw Joints第26页/共51页1、松连接如：起重滑轮螺栓仅受轴向工作拉力F失效：拉断强度条件：4/21dF

10、MPa 校核式式中：d1危险截面计算直径许用应力， = sS，见表2.3（P30）。41Fd mm 设计式查手册，选螺栓Chapter 2 Screw Joints第27页/共51页2、紧连接（1）只受预紧力F的紧联接外载荷FR对螺栓为横向力靠摩擦力传递a. FR作用下，板不滑移：FRFf，而FfF。b. 按F计算： F为螺栓轴向负荷拉应力4/21dFc. 拧紧过程中，在T1作用下螺栓受扭产生T4/)tan(216/2/)tan(21123121dFddddFWTvvTT对钢制M10M68螺栓：T0.5。d. 危险截面上受复合应力（ 、 T）作用强度准则螺栓为塑性材料第四强度理论。Chapte

11、r 2 Screw Joints第28页/共51页3 . 1322Tc校核式即：4/3 . 12ccdF1.3意义：紧连接时，将拉应力增大30%以考虑拧紧力矩的影响。3 . 141Fdmm 设计式（2）受预紧力F和轴向工作载荷F的紧螺栓联接a、未拧状态b、拧紧状态Fc、工作状态F变形受力过程：2F 1 +F 1+12-2变形协调条件：1= 2 =Chapter 2 Screw Joints第29页/共51页各力定义1、预紧力F（拧紧螺母后，作用在螺栓上的拉力和被连件上压力）2、螺栓工作拉力F0 总拉力3、工作载荷F（对螺栓连接施加的外载荷）4、F”残余预紧力。思考：图b中，F0=？ 图c中，F

12、0=F+F？静力平衡条件： F0=F+F”即：螺栓总拉力等于工作载荷与剩余预紧力之和。 上述过程还可通过力变形图表示1 12 2变形变形力力力力 1 1 2 21 12 2变形变形力力Chapter 2 Screw Joints第30页/共51页螺栓刚度：11/Fc22/Fc被连件刚度：在合并图中：1101cFFFcFF 22cFF FcccFF 212FcccFFFF 2110检查F”的大小求总拉力即：螺栓总拉力等于预紧力加上部分工作载荷。由于21两图合并1 12 21 12 2变形变形力力Chapter 2 Screw Joints第31页/共51页讨论：1、211ccc螺栓相对刚度系数当

13、F、F一定时，2110cccF为螺栓受力选择不同垫片211ccc应使2、0 F：不出现缝隙。(由FcccFF 212验算) (P32)同理，考虑扭转作用，强度条件为：校核式4/3 . 1210dF3 . 1401Fdmm 设计式Chapter 2 Screw Joints第32页/共51页Chapter 2 Screw JointsF1o时间o工作载荷变化2力F变形螺栓拉力变化c1+c2c1Fc2c1+c2F2F1F2F12F02-F01F01F02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：2111201

14、0222CCCFFFFFa)(2211212acaCCCdFF应力幅：螺栓许用应力幅（P30）表2.3降低C1或增大C2，疲劳强度提高。第33页/共51页1、失效形式：2、螺栓剪切强度条件4/2dmFsd杆抗剪面直径m抗剪面数目许用剪应力3、挤压强度条件psphdFh对象受压高度；p许用挤压应力，表2.4，取弱者计算；Chapter 2 Screw JointshhFR12d21剪断破坏挤压破坏被连接件FRa)受剪螺栓联接b)螺栓被挤压二、受剪螺栓连接二、受剪螺栓连接剪断、接触表面压溃。第34页/共51页2.5 2.5 螺栓组连接的受力分析螺栓组连接的受力分析一、思路一、思路连接结构形式、外载

15、荷类型 螺栓受力 找出受载最大螺栓按单个螺栓连接的计算方法计算二、基本假定二、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、被连件为刚体；三、四种典型受载情况时三、四种典型受载情况时 的受力分析的受力分析1、受轴向载荷的螺栓组联接Chapter 2 Screw Joints第35页/共51页特点：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F F0 3 . 1420CdF2、受横向载荷的螺栓组连接FRFRa)用受拉螺栓联接FFFFFFFR/2FR/2Chapter 2 Screw Joints第36页/共51页（1）特点：横向载荷

16、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）力闭合：受拉螺栓（由F在结合面产生的摩擦力承载）（3）受力分析a 、受拉螺栓工作条件：RfsFkzmF zmFkFsRf按仅受F的紧联接计算。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。Chapter 2 Screw Joints第37页/共51页FRFRb)用受剪螺栓联接Fs/2Fs/2Fs/2FsFs/2FsFR/2FR/2b、受剪螺栓假定每个螺栓受载相同，则工作条件：RsFFzzFFRS/剪切计算挤压计算Cha

17、pter 2 Screw Joints第38页/共51页3、受旋转力矩T的螺栓组连接特点：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。横向力受拉螺栓受剪螺栓摩擦力承载，各螺栓处产生相等的摩擦力Fs（1）受拉螺栓联接工作条件：TkrFrFrFfzsss21ziisfzsfrTkrrrTkF121)(第39页/共51页（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：zszssrFrFrF2211或isisrFrFmaxmax工作条件： Fs1r1+ Fs2r2+ + Fszrz= T变形协调条件：底板视为

18、刚体，ri剪切变形量 FsiChapter 2 Screw Joints第40页/共51页maxmaxrrFFissi代入工作条件中：ziizsrTrrrrTrF12max22221maxmax4、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前：各螺栓受相同F作用M后：左侧：F拉(不均匀)， 右侧：F压(不均匀) FChapter 2 Screw Joints第41页/共51页工作条件：MrFrFrFzz2211变形协调条件：maxmax2211rFrFrFrFzzziizrrMrrrrMF12max22221maxmax其它条件：附加校核讨论

19、：设计时，如何布置螺栓更合理？远离对称中心riFmax实际应用可转化为上述四种状态的不同组合：分别计算 迭加横向载荷和旋转力矩F轴向载荷和翻转力矩F0F强度计算左侧不出现缝隙右侧边缘不压溃Chapter 2 Screw Joints第42页/共51页 螺栓组结构设计要点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应取偶数（4、6、8），便于分度划线。4、 避免附加弯曲载荷：凸台、沉孔、斜垫圈等。5、 螺栓排列应有合理间距、边距、扳手空间。6、 合理防松方法。2、 螺栓组受力合理：螺栓布置应尽量远离对称中心，铰制孔螺栓组8个；同时承受轴向、横向载荷时，可采用抗剪元件承受横向力，d。Chapter 2 Screw Joints第43页/共51页2.7 2.7