第8章：螺纹连接.ppt

1、第八章,引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动,螺纹联接,第一节,引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动,标准件,尺寸、结构、材料、精度、公差配合以及制图要求等具有统一标准的零部件，如螺栓、螺钉、螺母、垫圈、铆钉、销、键等连接件以及滚动轴承、联轴器等部件 标准件是机械产品中使用数量大的零部件 标准件由专业厂按照标准进行大批量生产，可降低成本、保证质量和可靠性、提高互换性

2、,联接,与动力 源组合,零件,构件,机构,机器,静联接,动联接 (运动副),联接件与被联接件的组合,第二节,引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动,螺纹的形成,螺纹联接件表面形状为螺纹 倾斜线绕在圆柱体上形成螺旋线 平面图形沿螺旋线形成螺纹,螺纹的类型(1),用途,固定螺纹 联接螺纹 测量螺纹 传动螺纹,螺纹的类型(2),螺旋线方向（旋向）,右旋螺纹：常用 左旋螺纹：特殊要求,旋向判断,(1)轴线垂直时， 右边高右旋 左边高左旋 (2)右手旋，前进右旋 左手旋，前进左旋,螺纹的类型

3、(2),补充（左旋螺纹应用）,螺纹的类型(3),螺旋线数目,单头螺纹：易自锁,多头螺纹：传动能力强,螺纹的类型(4),轴向剖面形状（螺纹牙型）,三角形螺纹：常用于联接 矩形螺纹：用于传动 梯形螺纹：常用于传动 锯齿形螺纹：常用于传动，单向受载,螺纹的类型(5),公（外）螺纹与母（内）螺纹，组合称为螺纹联接,螺纹的类型(5),补充（加工方法）,碾制,Header blank,Moving die plate,Fixed die plate,螺纹的类型(6),圆柱螺纹与圆锥螺纹,母体形状,螺纹的主要参数,大径d、D：最大直径公称直径 小径d1：外螺纹的危险剖面直径 强度直径 中径d2、D2：假想直

4、径，牙型沟槽宽与牙的宽度相等 计算直径 螺距P：相邻两牙轴向距离 导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，S = nP,升角y ：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角 牙型角a ：螺纹两侧边的夹角,M8,第三节,引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动,螺纹副（螺旋副）的力学特性,螺纹副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面 螺纹在旋紧或松开过程中，螺纹之间相对移动 当螺杆和螺母之间受到轴向力Q时，拧动螺杆或螺母，螺旋面间将产生摩擦力 螺纹副的受力决定其效率和自锁条件,矩形螺纹副的受力

5、、效率及自锁,螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动 滑块沿斜面运动 假设：1)载荷分布在中线上; 2)单面产生摩擦力,螺旋升角,拧紧力,拧紧力矩,防松力,防松力矩,自锁条件,y r,效率,三角螺纹副的受力、效率及自锁,反力 摩擦力 当量摩擦角,拧紧力 拧紧力矩,防松力 防松力矩,效 率 自锁条件,y re,1. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动？ 2. 矩形螺纹和三角螺纹哪一种易自锁，宜用于联接？,第四节,引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动,常用螺纹紧固件的类型,螺栓 双头

6、螺柱 螺钉 螺母 垫圈,标准化,常用螺纹紧固件的材料和精度,性能等级与材料,按机械性能分10级（螺母等级低于螺栓） 常用低碳钢和中碳钢 变载、冲击用合金钢（特殊场合用有色金属）,螺纹公差和精度,公差：内螺纹 G、H,外螺纹 e、f、g、h,精度：精密,中等 一般用途,粗糙 精度要求低,螺纹联接的基本类型（1）,螺栓联接,普通螺栓（受拉螺栓）,工作原理：螺栓受拉承受外载荷 应用：被联接件不太厚的常拆卸处,受剪螺栓,工作原理：侧壁受挤压、杆横截面受剪承受外载 应用：需精确固定两被联接件的相对位置,螺纹联接的基本类型（2）,双头螺柱联接,工作原理：螺栓受拉承受外载 应用：被联接件较厚，且常拆卸处,螺

7、纹联接的基本类型（3）,螺钉联接,工作原理：螺钉受拉承受外载 应用：一被联接件较厚，但不常拆卸处,螺纹联接的基本类型（4）,紧定螺钉联接,工作原理 螺钉依赖摩擦力承受外载 应用 定位、传递力、,螺纹联接的基本类型（5）,其它螺纹联接,螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、装拆要求等进行选择,地脚螺栓联接 吊环螺栓联接 T形槽螺栓联接,螺纹联接的画法,第五节,引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动,螺纹联接的预紧（拧紧）,拧紧力矩T,T1：螺纹阻力矩 T2：摩擦力矩,0.2Fd,12,

8、螺栓轴向拉力 被联接件轴向压力,预紧力,目的：提高螺纹联接刚性、紧密性、紧固性；以及防松 原理：预紧力和拧紧力矩,拧紧力矩的控制,测力矩扳手：,手柄易变形，而 稳定作刻度。手柄变形与T成正比,定力矩扳手：给钢球足够的压紧力,螺纹联接的防松,问题：冲击、震动、 变化 副间 急剧下降,目的：防止螺旋副间的相对转动。,摩擦防松：简便，但不可靠,机械防松：增加元件，可靠,破坏螺纹副：可靠，一次性,弹簧垫圈,对顶螺母,尼龙圈锁紧螺母,开口销,带翅垫片,止动垫片,温度变化，材料蠕变 联接松脱,措施：,其他防松,弹簧垫圈,对顶螺母,尼龙圈锁紧螺母,开口销,带翅垫片,止动垫片,冲点法,粘合法,焊点法,螺纹联接

9、的防松,第六节,引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动,螺纹联接的主要失效形式和设计准则,松动：螺纹紧固件、被联接件 拉断：螺纹紧固件（螺栓、螺钉） 压溃：螺纹紧固件与被联接件的螺纹牙 剪断：螺纹紧固件 滑扣：螺纹紧固件与被联接件的螺纹牙磨损,在联接不松滑的条件下，通过强度计算确定螺纹紧固件的直径，避免拉断,螺纹联接设计的内容,选择适当的螺纹联接形式 选择螺纹紧固件的材料和精度 确定螺纹紧固件的公称尺寸 确定防松和拧紧方法,松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力 紧螺栓联接：有预紧力，

10、还有工作拉力,松螺栓联接的强度设计,校核,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 强度条件： ,无其它载荷的紧螺栓联接的强度设计,受载荷形式轴向拉伸（预紧力F）、扭力T 失效形式螺栓拉断 (拉、扭综合作用) 设计准则保证螺栓拉伸强度 强度条件： e 设计计算方法：,螺纹力矩T剪应力,预紧拉力F拉应力,校核式 :,设计式:,受横向载荷的紧螺栓联接的强度设计,普通螺栓（受拉螺栓）,铰制孔螺栓（受剪螺栓）,普通螺栓与绞制孔螺栓的失效形式是否相同？,受横向载荷的紧螺栓联接的强度设计,问题：预紧力F应满足的条件? 依据：被联接件不滑移界面摩擦力F

11、R,受载荷形式轴向拉伸（预紧力F）、 扭力T、横向载荷FR 失效形式螺栓拉断 (拉扭综合作用) 设计准则保证螺栓拉伸强度 强度条件： e 设计计算方法：,普通螺栓,横向载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓。为何？,受横向载荷的紧螺栓联接的强度设计,绞制螺栓,受载荷形式拧紧过程中:轴向拉伸F 、扭力T(预紧力小，计算时可忽略) 工作时：横向载荷FR 失效形式侧面压溃及螺栓剪切 设计准则保证挤压、剪切强度 强度条件： pp、 设计计算方法：,挤压强度： 剪切强度：,受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计,受载荷形式拧紧过程中: 轴向拉伸F 、 扭力T 工作时，再承受工作载荷F 螺栓所受的总拉力:F0 =

12、F+F ?,须根据静力平衡方程和变形协调条件求解,受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计,变形协调条件 1= b,F0F+F F0=F+F,预紧F,受载F,螺栓,被联接件,拉力F，伸长1,压力F，压缩b,拉力F0, 伸长1+ 1,压力F, 压缩b -b,未预紧,未受力、无变形,未受力、无变形,受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计,压缩弹簧受力：F 拉伸弹簧受力：F 均等于预紧力,受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计,受力变形关系,形变,力F,提高被联接件刚度,c1：螺栓刚度 c2：被联接件刚度,受轴向载荷的紧螺栓联接的强度设计,静载荷,螺纹力矩T剪应力,总拉力F0拉应力,校核式 :,设计式:,受轴向载荷的紧

13、螺栓联接的强度设计,变载荷,工作载荷在F1F2之间变化；螺栓受力在F01F02之间变化,螺栓拉力变幅,螺栓应力幅,提高螺栓联接强度的措施,改善螺纹牙间受力分配,机理：螺栓受拉： 自上而下积累，p逐渐变大,螺母受压： 自上而下积累，p逐渐变小,采用内斜螺母：最下面几圈易变形,采用均载装置：钢丝螺套,螺栓p螺母p,螺母采用有色金属等（E小，变形小）,除钢丝螺套，皆采用变形协调条件,内斜螺母,环槽螺母,悬置螺母,提高螺栓联接强度的措施,减小附加应力,措施：改善被联件结构,提高螺栓联接强度的措施,减轻应力集中,主要在加工和结构处理时考虑,提高螺栓联接强度的措施,降低应力幅,措施：通过降低螺栓刚度，提高

14、被联件刚度,第七节,引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动,螺栓组及其设计,螺栓通常成组使用，构成螺栓组 螺栓组采用相同材料和尺寸的螺栓 螺栓组的设计主要确定联接形式、螺栓数目及其分布,螺栓组联接的受力分析（1）,假设：（1）被联接件为刚体 （2）各螺栓拉伸或剪切刚度相同，F相同 （3）螺栓应变没有超出弹性范围,四种典型情况：,受横向载荷的螺栓组联接,受旋转力矩的螺栓组联接,受轴向载荷的螺栓组联接,受翻转力矩的螺栓组联接,概述,目的：确定最大承载螺栓及其载荷,螺栓组联接的受力分析（

15、2）,轴向力,条件：FQ通过螺栓组的对称中心，且平行于螺栓轴线,工作载荷,式中：z螺栓个数,螺栓组联接的受力分析（3）,横向力,条件：FR作用线通过螺栓组的对称中心，且垂直于螺栓轴线,(a) 受拉螺栓联接,(b) 受剪螺栓联接,螺杆受剪力侧壁受挤压,各螺栓受载均等,螺栓组联接的受力分析（4）,(a) 受拉螺栓联接,（甲）,(b) 受剪螺栓联接,旋转力矩,螺栓组联接的受力分析（5）,翻转力矩,螺栓组联接的受力分析（6）,小结,相同：F0为F与F的组合 不同：FQ时各工作载荷相等，M时各工作载荷不等,FQ与M,相同：总载荷仅有F 或Fs 不同： FR：各载荷相等（ F 或Fs ）,T：,受拉：各载荷相等F,受剪：各载荷不等Fsmax,FR与T,任意载荷状态下螺栓组联接的受力分析,载荷简化至螺栓组的几何形心处 分不同类型载荷进行螺栓受力分析，然后叠加 确定受力最大的螺栓及其载荷 进行强度计算,第八节,引言 螺纹的种类及主要参数 螺纹副的受力分析与自锁 螺纹紧固件与螺纹联接的类型 螺纹联接的预紧与防松 螺栓联接的设计计算 螺栓组联接的设计计算 螺旋传动,螺旋传动的作用与特点,1.降速比大 2.具自锁性 3.机械利益大1Ftan(e) d2 /2 4.结构简单, 传动平稳, 噪音低 5.磨损大, 低,螺