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文档简介
1、千斤顶为什么不会自动向下滑动?,螺纹连接如受力作用,螺纹尺寸有何要求?,螺旋副的受力分析、 效率和自锁,以矩形螺纹为例:把螺母和重物简化为滑块FQ,螺母处受推力Ft的作用,假想在螺纹中径处展开,得一斜面,Ft为作用在中 径处的水平推力。,1)受力分析,FQ轴向力,由FN和fFN合力构成的总反力FR, FR与FN之间夹角 称为摩擦角。, 仅与摩擦系数f有关,FN 支反力,fFN 摩擦力 f 摩擦系数,V,FQ,Ft,fFN,FN,FR,FR,Ft,FQ,Ft旋转螺母的水平推力,由平衡条件可知:,螺纹力矩:,由此可以看出,螺纹力矩 T 随工作载荷 FQ 、螺纹升角 和摩擦角 的增大而增大。,当滑块
2、上升时, FR与FQ的夹角是+, 则:,自锁:即指没有外力作用时,物体自己不会下滑。 螺旋副自锁:无论轴向载荷FQ多大,如无外力矩作用,螺母和螺杆都不会产生相对轴向移动。 当千斤顶举重物到一定的高度,螺母停止转动,释去力矩T,螺母仍停在原处,而不因重物下滑。这种现象称为自锁。,2)自锁,滑块在FQ力作用下有下滑趋势时,摩擦力fN将反向。,V,FQ,Ft,fFN,FN,FR,FR,Ft,FQ,滑块在FQ力作用下有下滑趋势时,摩擦力fFN将反向,此时Ft变为支持力。 由平衡条件可知:,当 = 时,自锁条件:,当 时,由此可见,细牙螺纹比粗牙螺纹的自锁性能好。,输入功,输出功一部分举起重物,另一部分
3、克服摩擦力,有用功,则效率,3)效率,当螺母旋转一周,滑块沿力Ft的方向移动了d2的距离。,当不变时,效率 是 的函数。,对求导 =0,得,此时,效率 最大,但升角过大,制造困难,一般取 25,要满足自锁条件 ,则,一般取=6,为了保证自锁,可取 4.5,故50%,所以自锁螺纹的效率较低。,效率分析,摩擦力:,FN,FN,4)方牙螺纹受力分析,方牙螺纹受力的情况:,三角型楔面的法向反力:,摩擦力:,令,当量摩擦系数,当量摩擦角,FN,FN,FN1,1,5)三角螺纹受力分析,三角螺纹斜角,三角螺纹、梯型螺纹螺旋副中力的关系式:,螺纹力矩:,自锁条件:,效率:,当量摩擦系数越小,力矩T就越小,越省
4、力;当量摩擦系数 越小,效率就越高; 当量摩擦系数 与牙型角有关,牙型角越小,效率就越高,越省力,但自锁性能降低; 螺旋升角 越小,力矩T就越小,越省力,但效率 降低; 线数n 越少,则螺旋升角 越小,自锁性能好,但效率 降低。,6)三角螺纹受力分析讨论,常用螺纹紧固件联接 的设计计算,螺栓紧固件设计是通过强度计算来确定联接件中的螺栓直径尺寸。在设计时,首先应考虑结构设计问题。 (1)布置要对称,受力要均匀; (2)不要使被联接件强度削弱太多; (3)螺母和螺栓头部支撑面应平整(凸台、凹坑); (4)注意扳手空间和装拆方便; (5)同一机器上的螺纹规格尽可能少。,1、结构设计问题,以吊钩为例:
5、 松螺栓联接装配时,不需把螺栓拧紧,螺栓在承受载荷前螺栓不受力。 此时,一般按最大载荷计算确定螺栓的直径或校核危险截面的强度。,2、 松螺栓联接的受力分析,FQ0,强度公式:,Mpa,设计公式:,mm,FQO :最大载荷 N;,材料的许用应力 Mpa;,d1: 螺栓的最小直径 mm。,FQ0,3、受横向力普通螺栓联接受力分析,受横向力普通螺栓联接受力分析,用普通螺栓联接时,承受横向载荷,靠拧紧螺母时足够的预紧力FQO,被联接件间产生足够的摩擦力,使被联接件间不产生相对滑动。 此时在FQO的作用下,产生的拉伸应力为:,Mpa,f:摩擦系数 c:防滑安全系数c=1.1-1.3 m:接触面数。 当摩
6、擦面增加时,摩擦力为mFQOf,在螺栓受拉的同时,为了拧紧螺母,螺栓受到克服螺纹之间的相对转动阻力矩(螺纹力矩)M1的作用。,由此产生的扭转剪应力,d1:危险截面的直径,一般为螺纹小径。,对于M10-M68的普通螺纹,按第四强度理论,受横向载荷时的强度条件:,Mpa,在危险截面上既有拉应力又有扭转剪应力,强度条件,Mpa,: 材料的许用应力Mpa,FQ0 : 预紧力 N d1 : 螺纹小径 mm,设计公式,mm,从受横向力载荷的普通螺栓联接,当f=0.15,c=1.2, m=1时,,即预紧力是横向载荷的8倍,在工程中常用铰制孔螺栓承受联接横向载荷,此时螺栓无需预紧力,螺栓受剪切应力和挤压应力。,4、受横向力铰制孔螺栓联接受力分析,剪切应力,Mpa,挤压应力,d0:铰制孔螺栓光杆直径mm;,螺栓杆与被联接件孔壁间接 触受力最小轴向长度 mm;,:许用剪切应力Mpa;,计算中较弱材料的许用挤压 应力Mpa。,Mpa,螺纹紧固件的材料一般为Q235A、10、35、45钢和合金钢。,4、螺
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