机械设计基础第十章联接(螺纹联接).ppt

1、6-2 螺纹联接),机械零件,(制造单元), 构件(运动单元) ,机构, 机器,静联接,动联接,零件,联接,前 言:,1 螺纹参数 p.131,(一)螺纹的形成：,顺时针旋进右旋,以轴线为基准(外),判断方法,二螺纹参数：,n=1,n=2,n=3,=?,(大径标准直径) ;1(小径) ;2(中径) ; p(螺距)；(螺旋线数) ; (导程) ; n p ; （牙型角） ; (牙側角) ;（升角）,(二)螺纹参数：,S (n p),tgn p2 (101),牙型:, =60 30, =30 15,工3, 非30, =0 0,矩形,非矩形,在轴向载荷下相对运动图(104,a),拧紧、加载、 顶起重

2、物,将螺旋线沿中径展开,2 螺旋副的受力分析、效率和自锁p.132,滑块(重物)在斜面运动,分析: 1.当匀速上升:,Fa,F,Fn,FR,Ff,Fa,F,FR,+,图(104,b),FR与Fn夹角摩擦角: tg f Ff /n R与a 夹角,加载a(轴向力,自重,阻力),作用在螺旋副上的驱动力矩：,(10-2b),atg( ) (102a),合反力FR,(滑块) 合力,法向反力Fn(斜面),施加水平推力,摩擦阻力: f Fn=Ff,一矩形螺纹 : ( =0 ),施加水平支持力 (匀速下滑),当,自锁条件：,滑块在斜面运动状态不变,作用力与假设力的方向相反推力, ,(10-3b),Fa,F,F

3、n,FR,Ff,Fa,F,FR,无论a多大，滑块不会自动下滑自锁,2. 当匀速下降 :图(104,c),将 (当量摩擦角) tgf / cos = f (10-4) (当量摩擦系数), ( ) ,匀速上升: atg() (10-5a),匀速下降: Fatg( ) (10-6a),(10-6b),(10-5b),自锁条件： (10-7),要自锁好 ( ) , (单头),自锁性,自锁性,二非矩形螺纹,(10-8),要效率高,过大，制造困难,/ ,当量摩擦角 , 升角,有效功输入功 a（2） a2 tg /atg()2,要自锁好 (单) ;要效率高(多), , (多头), , ,三.效率:,当匀速上

4、升:,联接(可靠) 要自锁 传动 效率高,1.三角形普通螺纹(M) 螺纹 (联接) 管螺纹,60、55紧密,梯形螺纹 Tr 30, 15 锯齿形螺纹S 工3,非30 矩形螺纹 ,小、 大 多线,60, =30,2.传动螺纹 效率高,3 机械制造常用螺纹及标准 p.134,紧固联接(单线、大)(粗,细),作业：,主要内容：螺旋副的受力分析、效率和自锁,4螺纹联接基本类型及螺纹联接件 p.137,普通螺栓 图(109,a),铰制孔用螺栓联接 图(109,b),一螺纹联接基本类型,螺栓联接 螺钉联接 图(1010,a) 双头螺柱联接 图(1010,b) 紧定螺钉联接 图(1011),螺栓 螺栓 ；螺

5、钉 ；双头螺柱 ；紧定螺钉 螺母 六角螺母 ；圆螺母 ；糟型螺母 垫片 垫片 ；弹簧垫片 ；斜垫片 ；球形垫片,二螺纹联接件 p.138,目的：防止松动提高可靠、强度、紧密性,T0 的大小: 拧紧时,螺纹阻力矩 T1 :(10-5b),螺母支持面上的摩擦阻力矩T2,T2 fc Fa r f (10-10) T0T1T20.2Fad Nmm,(一)拧紧力矩T0,012,T0,控制、不严格控制S(少测力矩板手；多风板机),5 螺纹联接的预紧和防松 P.140,螺栓轴向拉力 被联接件轴向压力,1F d2/2Fa tg( ) d2 /2,（二）螺纹联接的防松 p.142,螺旋副联接(可靠)拧紧 自锁防

6、松？,靠摩擦力自锁 不可靠 , 防松,防松方法：关键,摩擦防松,阻止螺旋副相对转动,机械防松 不可拆防松,弹簧垫片,锁紧螺母,对顶螺母,使螺纹接触面间始终保持一定的压力(纵向、横向)始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩。,机械防松利用便于更换的金属元件来约束螺旋副。,不可拆防松焊、铆冲、涂粘合剂,槽形螺母和开口销,圆螺母用带翅垫片,止动垫片,7 螺栓的材料和许用应力 P.147,S安全系数表10-6,7 P.148 S屈服极限表9-1 P.123,许用应力:,材料:,2.铰制孔螺栓联接联接受挤压,螺栓受剪切,1)按剪切强度,2)按挤压强度:,许用应力与材 料(钢、铸铁),应力 (静、变)有关。 表

7、10-6,1.普通螺栓联接,作业：P161 10-3,主要内容：螺纹联接的预紧和防松,6 螺栓联接的强度计算(静) p.144,可靠, 自锁,确定螺纹小径d1,(一)螺栓联接的失效及设计准则 (二)螺栓联接的强度计算,横向载荷,轴向载荷 横向载荷,轴向载荷,联接 (紧) 螺栓,设计准则:,螺栓杆拉溃 螺纹牙的压溃和剪断 螺纹牙磨损滑扣,主要失效,松、滑,在联接不松滑的前提下, 螺栓杆不破坏,(一) 螺栓联接的失效及设计准则,松螺栓联接:,(10-11),装配时不预紧螺栓不受力 图10-16,二. 紧螺栓联接:,d1:螺纹小径mm; :许用拉应力 Mpa,例10-3 p.144(自学),工作时受

8、轴向载荷Fa,(二) 螺栓联接的强度计算(按受力形式) p.144,第四强度理论,拉应力(Fa),(10-12),强度条件:,装配拧紧后联接可受横向(F)或轴向载荷(FE),拉Fa,扭T1,复合应力,e当量应力,扭剪应力(T1),二. 紧螺栓联接: p.145,1.受横向工作载荷F的螺栓强度(预紧) 图10-18,可靠性系数C C=1.11.3,不松不滑预紧力 F0(轴)足够大, Ff=F0fmCFFa=F0CF/mf,不断不溃定螺栓d1,m=2,当C=1.11.3 , f= 0.10.15 , m=1 F08F,普通螺栓联接受横向工作载荷需预紧力大,且可靠性差,图10-19,图10-20,d

9、,F0CF/mf,分析:,宜加减载措施加键, 套筒 ，销 挤压 采用铰制孔螺栓联接 剪切,解: 每个联接受横向载荷 F=R/2=2000N,1.联接不松求预紧力F0,2.螺栓不断求d1,取M27螺栓，d=27mm, d1=23.75223.38合适。 S=6.5 合适,C=1.11.3, 取C=1.2 F0CF/fm=1.22000/(0.151)=16000N,取35钢, 不严格控制预紧力 s=315Mpa, S=6.5 , =s/S=315/6.5=48.5Mpa,P.145,例1.,用普通螺栓（35钢）固定一牵引钩, 已知R=4000N,(变载荷) f=0.15, 试求螺栓直径。,作业:

10、 10-5, P.157,用铰制孔螺栓联接固定牵引钩(HT250), 板厚h=10mm,已知R=4000N(变载荷), 试求螺栓直径。,解: 每个联接受横向载荷 F=R/2=2000N,1.按剪切强度,P.145,2.按挤压强度:, P = B/2.20.8=240/2.20.8=87.3Mpa (S=2.2),Lmin=h=10mm,取 l=25mm, l0=12mm,取d=6mm, d0=76.03mm,= S/4.5=315/4.5=70Mpa,例2.,M625合适,轴向载荷平行螺栓轴心线，各螺栓平均受力,螺栓间距l与p有关 (P.143倒2),常见 压力 容器,Z=2(3)2n,各螺栓

11、受拉力为： F= F Z,2.受轴向载荷FE的螺栓强度(预紧后) p.143,：此时螺栓受预紧力F0后 又受工作拉力FE,?,常见 (压力容器),Fa=F0FE ;FR=F0FE,受轴向载荷FE,未预紧,预紧,受FE,伸长b0,缩短C0,又伸长 ,压缩量减少 ,变形协调条件： b= C = ,螺栓伸长: b0 工件压缩: C0 ,单个联接受力分析:图10-21,螺 载荷 栓 变形,FE=Fb+FC=kb+kC; =FE / (kb+kC) ,0,0,0,0,预 紧,受轴向 载荷FE,Fb(+),b (+),FC(+),C(+),总载荷 变形,Fa=F0+Fb,工 载荷 件 变形,b0+,FR=

12、F0FC,C0,分析,kbkC,b=C=,b0C0, FbFC,螺栓强度,渗漏,FR0,F0(+),b0(+),F0(-),C0(-),单个联接受力分析: 变形= F / k (刚度),未预紧,kb/(kb+kc) 相对刚度 查表10-5 P.145,螺栓总拉力:,工件残余 预紧力:,(10-16),(10-17), Fb, FC,FE,FR,Fa,k = F / 刚度= 载荷 / 变形,单个联接载荷与变形线图: 图10-23 p.144,设计步骤:,联接松弛FR = 0 螺栓拉溃,失效形式:, FR0 P.144第12,设计准则,(1)求单个联接的工作载荷FE (2)定残余预紧力FR(按工作

13、要求) P.144第12 (3)求Fa螺栓强度计算(定d) Fa = FR FE (4)结构设计,失效形式及设计计算:,(2)定残余预紧力FR P.144第12,(1)求单个联接的工作载荷FE:,有紧密要求 , FR=1.51.8 FE 取FR=1.8FE,(3)求Fa螺栓强度计算,(4)结构设计,取45钢, S=355Mpa (表9-1) 暂取S=3(不严格控 制预紧力,静) =S/S = 118 Mpa p.145,C1,e,D0,D,取Z=8,例10-4:,Fa = FEFR = 2.8 FE = 11.3kN,一钢制液压油缸, 油缸壁厚为10mm, 油压p=1.6 Mpa , D=16

14、0mm, 试计算其上盖的螺栓 联接和螺栓分布圆直径D0 (p.143、P.145) 解:,取d=16mm, 其d1=13.835mm12.6mm 合适 取S=3 (表10-7) (不严格控制预紧力) 合适,作业: 10-11 P.158(油缸壁厚为18mm),D0=D+2C1+210=224mm (与书不同220),取C1min=22mm 手册p.17,螺栓间距L=D0/Z=224/8 88mm 7d=716=112mm (P.143页的脚注) 满足要求,手册p.126,(4)结构设计:,(螺栓分布圆直径D0图10-9a P.137),1.松螺栓联接: 装配时不预紧 联接不受力工作时受轴向载荷

15、Fa,2.紧螺栓联接复合应力(拉、扭),1)受横向工作载荷F 不松不滑 预紧力 F0(轴)足够大 F0CF/mf 不断不溃定螺栓d1,普通螺栓联接:,2)受轴向工作载荷FE: 螺栓总拉力Fa: Fa=F0+Kb/(Kb+KC) FE 工件残余预紧力FR: FR=F0KC/(Kb+KC) FE0,求FE 定FR 求Fa 强度定d 结构设计,已知F求d: 求F0 (不滑) 定d (强度),已知d求F: 求F0 (强度) 定F (不滑),小结：,1.按剪切强度,2.按挤压强度:,2.许用应力与应力(静、变)有关; P与材料(钢、铸铁)有关。 表106 p.145,联接受挤压,螺栓受剪切,注意： 1.

16、d0光杆直径，d0d Lmin杆孔最小接触长度,铰制孔螺栓联接,10-8提高螺栓联接强度的措施 P.146,前言:螺栓联接强度,螺栓静载荷 变载荷,(一)降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围 (二)改善螺纹牙间的载荷分布 (三). 减小应力集中 (四) 采用提高强度的工艺措施,较少破坏,疲劳破坏,截面小、且应力集中 大破坏位置 图10-24,螺栓强度措施,螺栓 被联接件,当FE由(0FE),要使akb/(kb+kC) kbkC,1)减小kb 2)增大kC,减小螺栓光杆直径, 空心螺杆(图10-25),不宜用软垫片,图10-27,1.减小kb/(kbkC),但FR减小不利密封,2.减小kb/(kbk

17、C)增大F0 a，FR不减小,Fa由(F0 )变化,(一)降低螺栓总拉伸载荷Fa 的变化范围a,FR=F0FEkC/(kbkC),(二)改善螺纹牙间的载荷分布 P.146,现象:,螺纹牙间的载荷分布不均螺栓螺母受力性 质不同1/3载荷集中在第一圈牙上第810牙 不受力增厚螺母无效。,使受压螺母受拉螺母 图10-28 改善螺纹牙间的载荷分布,65破坏发生在螺母支承面处,原因:,措施:,凸台,凹坑鱼眼坑,1.减小应力集中：,2.减少联接附加 弯曲应力,增大过渡圆角 螺纹收尾退刀槽(卸载槽),(三). 减小应力集中: P.147(图10-29图10-31),(四) 采用提高强度的工艺措施: p.14

18、8第2,1.冷镦螺栓头部和滚压螺纹 疲劳强度(应力集中, 纤维未切断, 冷作) 材料利用率, 成本 2.氰化,氮化,喷丸处理疲劳强度,10-9 螺旋传动: P.148,（要求高效率梯形、锯齿形、矩形多线）,传递动力,调整零件间相对位置,螺旋副传动 实现,将回转运动直线运动,传导,传力,调整,按传导螺旋传递运动为主, 高的运动精度 用传力螺旋传力为主, 以小T大的轴向力Fa 途调整螺旋调整零件间相对位置细牙M,按 滑动螺旋=0.30.4，简单，精度低 摩擦滚动螺旋0.9 ，复杂高精度、高效 性质静压螺旋,1.降速比大 2.可具自锁性 3.机械利益大 1Fa tg() d2 /2 4.结构简单, 传动平稳, 噪音低 , 5.磨损大, 低,一. 类型:,二特点：,小结:1.螺纹主要参数及分类，螺纹联接基本类型。 2.螺旋副联接(可靠)、传动(效率高) 参数、牙 型的选择。自锁条件、效率计算及影响因素。 3.螺纹联接的拧紧目的及防松方法。 4.螺栓联接的强度计算(普通) 5.提高螺栓联接强度的措施,1.螺旋副的用途,自锁条件及影响因素,2.螺纹联接基本类型,联接(可靠)、传动(效率高),效率计算及影响因素,(大、小单线),螺纹牙型及选择,(小、