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1、螺纹联接,联接概述 螺纹联接概述 螺纹联接的拧紧与防松 单个螺栓的受力分析 与强度计算 螺纹组受力分析与讨论 提高螺纹联接强度的措施,动联接：机器工作时，零部件之间可以有相对运动。 例如：机械原理中，各种运动副之间的联接。,静联接：在机器工作中，不允许零部件之间存在相对 运动的联接。,可拆联接：不须毁坏联接中的任何一个零件就可拆开的联接。 例如：螺纹联接、键联接。,不可拆联接：至少毁坏联接中的一部分才能拆开的联接。 例如：铆接、焊接等。,1 概述,一、联接分类,二、螺纹基本知识,大径d：公称直径。M20d=20mm 小径d1：螺纹的最小直径。 中径d2：齿厚=齿槽宽处直径，几何计算用。 一般取
2、：d2=(d+d1)/2, 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。,1、螺纹的主要参数,4,2、螺纹的类型,螺纹位置：内螺纹螺母；外螺纹螺钉。,螺纹旋向：左旋螺纹，右旋螺纹（常用）。, 中径升角：, 导程s ：s=np,联接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。,螺纹线数：单线（联接）；多线（传动）。,三角螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 矩形螺纹,按螺旋的作用分：联接螺纹；传动螺纹,传动螺纹,联接螺纹,2 螺纹联接的主要类型、材料,一、主要类型（注意各图的画法）,4、紧定螺钉联接,螺钉末端顶住另一零件的表面或相应凹坑，以固定 两个
3、零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩。,5 专用螺纹联接,T 型螺栓,爆炸螺栓(箭星分离：起爆解锁）,二、 螺纹紧固件,螺纹紧固件,双头螺柱,螺栓,螺钉、紧定螺钉,螺纹紧固件,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,螺母,潘存云教授研制,其它螺母：,其它螺母：,垫圈,平垫圈,薄平垫圈,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺纹紧固件,螺栓,螺纹紧固件,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。,三、性能等级（P101）,1、螺栓等：十个性能等级，如：3.6、4.6、4.8、,或smin=(68)10=480MPa,2、螺母：七个等级，与螺栓性能相配。（自
4、学）,3 螺栓联接的拧紧与防松,一、拧紧,联接刚度 防松能力 紧密性,1、拧紧力矩T=？,（rf支承面摩擦半径）,kt拧紧力矩系数，一般取kt=0.2,2、控制T的方法,一般情况凭经验，拧紧即可。,定力矩扳手,测力矩扳手,冲击扳手,采用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力，准确性较差，也不适用与大型的螺栓联接。为此，可以采用测量螺栓伸长量的方法来控制预紧力。,测量螺栓伸长量,3、严格控制预紧力时,dM12M16,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。,二、防松,1、螺纹联接按自锁条件设计：
5、 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,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,自锁螺母,弹簧垫圈,开口方向：斜向右下方,串联金属丝,c ）破坏螺纹副关系,胶接,4 单个螺栓联接的受力分析和强度计算,受拉螺栓,受剪螺栓,仅受预紧力F,同时受预紧力F和工作载荷F,一、受拉螺栓联接,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。,危险截面面积由计算直径dc确定：,dc=d1-H/6，H0.866p；,其中：d1、p分别为螺纹小径和螺距。,1、松联接,如：起重滑轮螺栓,仅受轴向工作拉力F失
6、效：拉断,强度条件：,MPa 校核式,式中：dc危险截面计算直径,许用应力， = sSs，见表6.3（P110）。,查手册，选螺栓,2、紧联接,（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,c. 拧紧过程中，在T1作用下螺栓受扭产生T,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。,1.3意义：紧联接时，将拉应力增大30%以考虑拧紧力矩的影响。,（2）受预紧力F和轴向工作载荷F的紧螺栓联接,变形受力过程：,各力定义
7、,1、预紧力F（拧紧螺母后，作用在螺栓上的拉力和被联件上压力） 2、螺栓工作拉力F0 总拉力 3、工作载荷F（对螺栓联接施加的外载荷） 4、F”剩余预紧力。（P108）,思考：图b中，F0=？ 图c中，F0=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,螺栓刚度：,被联件刚度：,在合并图中：,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。,讨论：,当F、F一定时，,为螺栓受力,同理，考虑扭转作用，强度条件为：,校核式,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
8、,变载荷下螺栓失效：Fa作用下的疲劳拉断,Fa拉力变幅：,应力幅：,即：变载荷下螺栓，应力幅越小，疲劳强度越高。,二、受剪螺栓联接,1、失效形式：,剪断、接触表面压溃。,2、螺栓剪切强度条件,d杆抗剪面直径 m抗剪面数目 许用剪应力,3、挤压强度条件,h对象受压高度； p许用挤压应力，表6.4，取弱者计算；,5 螺栓组联接的受力分析,一、思路,联接结构形式、外载荷类型,螺栓受力,找出受载最大螺栓,按单个螺栓联接的计算方法计算,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、被联件为刚体；,三、四种典型受载情况时 的受力分析,1、受轴向载荷的螺栓组联接,特点：
9、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 ,工作条件：F”0,2、受横向载荷的螺栓组联接,（1）特点：横向载荷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）,（3）受力分析,a 、受拉螺栓,工作条件：,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；,b、受剪螺栓,假定每个螺栓受载相同，则,工作条件：,3、受旋转力矩T的螺栓组联接,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。,摩擦力承载，各
10、螺栓处产生相等 的摩擦力,（1）受拉螺栓联接,工作条件：,（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：,或,工作条件： Fs1r1+ Fs2r2+ + Fszrz= T,变形协调条件：底板视为刚体，ri,剪切变形量,Fsi,代入工作条件中：,4、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后：左侧：F拉(不均匀)， 右侧：F压(不均匀) F,工作条件：,变形协调条件：,其它条件：,讨论：设计时，如何布置螺栓更合理？,远离对称中心,riFmax,左侧
11、不出现缝隙 右侧边缘不压溃,6 提高螺纹联接强度的措施,1、机理,螺母受压，p,一、改善螺纹牙间受力分配,第一圈：p最大，受力最大 第810圈后几乎不受力, 采用加高螺母不能 提高联接强度。,二、减小附加弯曲应力,螺纹牙根,弯曲应力 ,断裂,螺纹孔不正、被联件表面不平、发生变形等。,引起附加弯曲应力因素：,措施：垫圈、凸台、沉孔等。,思考：采用凸台、沉孔的目的？,三、减轻应力集中,收尾：退刀槽；,增大牙根处过渡圆角半径。,四、降低应力幅a,max 一定时：a疲劳强度,措施： 1）螺栓长度 2）光杆直径,3）采用柔性螺栓,措施：不宜采用刚度小的垫片。,五、改善制造工艺,1、加工方法：碾制较车制强
12、度30%； 2、表面处理：喷丸、氮化等。,接合面零件形状尽量简单； 受力矩，远离对称轴，铰制孔螺栓组8个； 受横力，沿受力方向不超过6-8个，避免受力严重不均匀； 同组，形状尺寸材料应一致； 分布在同一圆周上的z应取偶数（4、6、8），便于分度划线。 保证一定的扳手空间尺寸。,在设计螺栓组联接时，关键是联接的结构设计。它是根据被联接件的结构和联接的用途，确定螺栓数目和分布形式。,为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成:轴对称的简单几何形状。,7 螺栓组结构设计要点,传力螺旋,传导螺旋,8 螺旋传动,调整螺旋,类 型,运动形式有：,螺母固定，螺杆转动并移动,螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。,螺杆转动，螺母移动,用途受力情况,传力螺旋,传导螺旋,滑动螺旋,滚动螺旋,按摩擦 性质,传递动力,传递运动,要求精度高,调整相对位置,调整螺旋,调整螺旋,在螺旋和螺母之间设上封闭循环的滚道，滚道间充以钢珠使螺旋面的摩擦成为滚动摩擦。,滚动螺旋,对滑动螺旋传动来说，它主要的失效形式为磨损，因此除要求螺旋传动副要有足够强度外, 还要减摩、耐磨性。,螺杆材料: Q235、45、50钢，或T12、40Cr、65Mn,螺母材料: 青铜 ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3.,
