机械设计基础第七章螺纹连接

常用连接方式第七章螺纹连接主要内容：1.螺纹连接的基本知识2.螺纹连接的预紧和防松3.单个螺栓连接的强度计算(重点)4.螺栓组连接的设计计算与实例分析(难点)5.提高螺栓连接强度的措施二、螺纹联接件主要类型2013-4-12机械设计基础——联接二、螺纹联接件主要类型标准螺纹联接件铰制孔螺栓铰制孔螺栓2.双头螺栓联接螺钉2013螺纹联接件通过组合形成螺纹联接1.螺栓联接2013-4-122013-4-12螺纹连接工作原理；螺栓受拉力，承受外载被联接件较厚，且常拆卸处2013-4-122013-4-12螺栓受拉承受外载一被联件较厚，但不常拆卸处2013-4-12螺纹连接4.紧定螺钉联接螺纹连接的预紧F的作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙2、控制预紧力的目的：在于增加连接的可靠性、紧123、拧紧力矩和预紧力的计算2013-4-12螺母与被连件摩擦力矩拧紧力矩2013-4-12机械设计基础2013-4-12当钢制螺纹M10~M68时，由螺纹几何关系和摩擦系数可得：度的80%。2013-4-12机械设计基础机械设计基础——联接定力矩扳手螺纹连接的防松(一)、摩擦防松在螺母和螺栓之间形成内力，保证摩擦力。结构简单、使用方便。可靠性不高。用于平稳、低速、重载。 不十分可靠，用于不太重要的镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中椭圆口螺2、止动垫圈0-02013-4-12机械设计基2013-4-12(三)、永久防松(a)焊接冲点冲点涂胶2013-4-12252013-4-12252013-4-12机械设计基础26机械设计基础——联接螺栓组联接松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力紧螺栓联接：有预紧力，还有工作拉力1失效形式2设计步骤3松螺栓联接强度设计4紧螺栓联接强度设计仅受预紧力的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接1.螺栓杆拉断(普通螺栓)2.螺纹压溃和剪断(受剪螺栓)2013-4-12%20%65%152设计步骤一般设计步骤：螺栓组受力和失效分析→找出受力最大的螺栓→单个螺栓受力分析和失效分析→单个螺栓强度计算→确定螺栓的尺寸(直径、长度)试算法：先选定一个螺栓直径d——查[a]——计算d.若d,与d,(假定的小径)相近，则合用；否则再选2013-4-12机械设计基础29机械设计基础——联接3松螺栓联接强度设计受载荷形式轴向拉伸(工作拉力F)失效形式——螺栓拉断(静、疲劳)设计准则——保证螺栓拉伸强度设计计算方法：2013-4-12机械设计基础拧紧过程中：轴向拉伸Fo、扭力T失效形式—螺栓拉断(拉、扭综合作用)设计计算方法：校核式：设计基础1)普通螺栓联接：特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力(Fo)产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠(不产生相对滑移)的K防滑系数(可靠性系数)K=1.1~1.332分析：由上式可知，当Fx=0.15,m分析：由上式可知，当Fx=0.15,mFoFg为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力a)减载销b)减载套筒c)减载键2013度计算π[a.机械设计基础——联接(3)承受轴内静载荷的紧螺检联接(3)承受轴内静载荷的紧螺检联接这种受力形式的紧媒检联接应用最广，也是最重要的一种螺校联接形式。图7.14所示为气缸端盖的螺检细，其每个螺检承受的平均轴向工作载荷为式中p为缸内气压、D为缸粒，,为螺栓数。面7.15螺称的受力与变形①工作特点：工作前拧紧，有F;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图1,螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态，螺栓与被连接件均不受力。拧紧—预紧状态图7.15b所示为螺栓被拧紧后，螺栓受预紧力F。,被联接件受预紧压力F,的作用而产生压缩变形δ1的情况。图3,加载F后→工作状态图7.15c所示为螺栓受到轴向外载荷(因气缸内压力而引起的)F作用时的情况，螺栓被拉伸，变形增量为8,根据变接件压缩变形的减少量。此时被联接件受到的压缩力将减小此时螺栓所受的轴向总拉力F,不同的应用场合，对残余预紧力有着不同的要求，不同的应用场合，对残余预紧力有着不同的要求，一般可参考以下经验数据来确定；对于一般的联接，若工作载荷稳定，取F6={0.2～0.6)F,若工作鞭荷不稳定，取F-(0.6～1.0)F;对于气缸，压力容器等有紧密性要求的螺检联接，取F6=(1.5～1,8)F。2013-4-12机械设计基础2013-4-12设计公式为或中各符号的含文同前F-Pi+(1-2013-4-12机械设计基础2013-4-12.C.C重要联接：合金钢(40Cr、30CrMnTi)许用应力：表7-1变载荷6-16碳素钢合金钢2913计算螺栓小径时采用试算法来选用43螺栓组连接的设计螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的受力分析与计算1、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状2013-4-12机械设计基础2013-4-122、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理2013-4-12机械设计基础2013-4-124、分布在同一圆周上的螺栓数目，应取4,6,8等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线5、5、避免螺栓承受偏心载荷产生偏心载荷的原因避免偏载的结构凸面和沉头座的应用斜垫圈的应用2013-4-12螺栓组连接的受力分析与设计各零件的变形在弹性范围内。1.受轴向载荷2.受横向载荷螺栓组连接的设计3.受转矩4.受倾覆力矩2013-4-12522013-4-1252一、承受轴向载荷的螺栓组连接如图所示为压力容器的螺栓组连接，所受轴向总载荷F通过螺栓组形心，螺栓组各螺栓所受的工作 201注。如Fo不通过螺栓组的形!癌向形心平移后再计算，53二、承受横向载荷的螺栓组连接1.普通螺栓连接螺栓预紧后在被联接件的接触面上产生正压力，靠由此产生的摩擦力承受Fa则所需预紧力为式中：Ⅱ-可靠性系数H₅-结合面的摩擦因数m-结合面数受横向载荷的螺栓组连接螺栓组连接的设计2013-4-12机械设计基础螺栓组连接的设计保证底板在T作用下不转动，须满足F²2013-4-12机械设计基础2.铰制孔螺栓连接与其中心到底板中心的距离即底板的静力平衡方程为联立两式求解，得最大工作剪力2013-4-12机械设计基础四、承受倾翻力矩M的螺栓组连接栓组形心的轴线0转动的趋势。2013-4-12为防止结合面受压最大处被压溃，要求：为防止结合面受压最小处出现间隙，要求：式中：A-结合面的面积(mm2)W=结合面的抗弯截面模量(mm³)[σ,]-许用挤压应力(Mpa)实际中，螺栓组往往同时承受两种或两种以上的载荷。2013-4-12改善螺纹牙间的载荷分配减小螺纹的应力副减小附加弯曲应力2013-4-12机械设计基础2013-4-12改善螺纹牙间的载荷分配设计螺栓组连接时，通常是先进行结构设计，即确定结合面的形状、螺栓布置方式和数目，然后按螺栓组的结构和承载状况进行受力分析，改善螺纹牙间的载荷分配工作中，螺栓受拉，螺母受压，从而产生螺距差，导致旋合的各圆螺纹牙受载不均。螺栓受拉伸，其螺纹的螺距增大；螺母受压缩，其螺纹的螺距减小。约有1/3的载荷集中作用在第一圈，第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷螺杆与悬置螺母同时受拉力，使两者变形协调，可使旋合螺纹牙的载荷均匀分配。环槽螺母和螺栓在支承面处的变形性质相同(均受拉),从而改善了旋合圈螺纹的受载状况。使螺栓受力较大的螺纹圈之受力点外移，螺栓疲劳强度可提高约20%。减小螺栓的应力幅减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度，都能使应力幅减小增加螺栓的长度措施减小无螺纹部分螺杆的直径措施螺杆制成中空结构(柔性螺栓)在螺母下安装弹性元件提高螺栓连接强度的措施减小附加弯曲应力球面垫圈带环腰的螺栓球面垫圈采用合理的制造工艺。冷镦、碾压、氮化、喷丸等工艺均可提高螺栓的强度。2013-4-12机械设计基础65机械设计基础——联接配合，动联接为间隙配合),上端面与轮毂工作原理；两侧面是工作面，靠两侧面挤失效形式：静联接；工作面挤溃，键剪断动联接：工作面磨损成对使用：能力大，应用广泛对平键按1.5个键计算(2)半圆键联接工作原理：两侧面是工作面，侧面挤压传递转矩构造与加工；后磨削失效形式：键剪断，工作面压溃但对轴削弱大成对使用：承载能力不够时用，沿同一机械设计基础——联接2紧联接楔键联接结构：键侧与键槽有间隙