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1、第十章 联接(螺纹联接) p.131 前言 10-1 螺纹参数 10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 10-3 机械制造常用螺纹及标准 10-4 螺纹联接基本类型及螺纹联接件 10-5 螺纹联接的预紧和防松 10-6 螺栓联接的强度计算 10-7 螺栓的材料和许用应力 10-8 提高螺栓联接强度的措施 10-9 螺旋传动 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: 联接 被联接件 联接件 联接 机械静联接 可拆联接 螺纹、键、销 分类 不可拆联接焊、粘、铆 机械动联接运动副 螺 内螺纹 纹 外螺纹 螺旋副 连接螺纹(静联接构件) 传动螺纹(动联接
2、机构) 10-1 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 右旋常） 左旋 判断方法 旋向 单头联接 多头传动 线数 二螺纹参数： n=1 n=2n=3 d d2 d1 =? (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：P.132 S (n p) tgn p2 (101) 30 梯形 3 30 锯齿形 矩形 60 普通 牙型: =60 30 =30 15 工3, 非30 =0 0 在轴向载荷下相对运动图(104,a) S (n p)
3、 内螺纹 外螺纹 拧紧、加载、 顶起重物 相对运动 联接 传动 螺旋副 F Fa 将螺旋线沿中径展开 10-2 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 V (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：
4、 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 Fn 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) S 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
5、 要自锁好 (单) ;要效率高(多) , (多头) , 三.效率:当匀速上升: 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 螺 旋 副 单线=1 多线 60, =30 2.传动螺纹 效率高 10-3 机械制造常用螺纹及标准 p.134 紧固联接(单线、大)(粗,细) 10-4螺纹联接基本类型及螺纹联接件 p.137 C1e 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 d0 螺栓联接 螺钉联接 图(1010,a) 双
6、头螺柱联接 图(1010,b) 紧定螺钉联接 图(1011) 螺栓 螺栓 ；螺钉 ；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) 10-5螺纹联接的预紧和防松 P.139 螺栓轴向拉力 被联接件轴向压力 锁紧力 S 1F d2/2
7、Fa tg( ) d2 /2 （二）螺纹联接的防松 p.139 螺旋副联接(可靠)拧紧 自锁防松？ 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 例 已知：碳素结构钢M12螺栓，屈服极限 240MPa，螺纹间摩擦系数f=0.1，螺母与支撑 面摩擦系数fc=0.15，dw=16.6mm, d0=13mm， 若
8、使拧紧后拉应力达到屈服极限50% 求：拧紧力矩；演算其能否自锁？ 解：1）求当量摩擦系数及当量摩擦角 2）求螺纹升角 3）求螺杆总拉力Fa 4）求拧紧力矩T 10-7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10-6 1.普通螺栓联接 低碳钢和中碳钢: 力学性质 合金钢: 15Cr, 40Cr, 30CrMnSi 表10-5 10-6 螺栓联接的强度计算(静) p.144 联接要求:
9、 不松不滑联接(紧) 不断不溃螺栓 可靠, 自锁 确定螺纹小径d1 d0 (一)螺栓联接的失效及设计准则 (二)螺栓联接的强度计算 螺栓 普通螺栓联接 松联接 联 (主介绍) 紧联接(联接受) 接 型式 铰制孔螺栓联接横 轴 横 轴 联接 (紧) 螺栓 设计准则: 螺栓杆拉溃 螺纹的压溃和剪断 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 失效 形式 一. 松螺栓联接: (10-11) 装配时不预紧螺栓不受力 图10-17 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) 工作时受轴向载荷F
10、a (二)螺栓联接的强度计算(按受力形式) p.144 Fa Fa Fa Fa Fa Fa 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 考虑扭剪应力 e当量应力 当拧紧时 螺栓拉(Fa) (轴Fa) 工件 压(Fa) 扭剪应力 (T1) 二. 紧螺栓联接: p.142 1.受横向工作载荷F的螺栓强度(预紧) 图10-18 F F F F m=1 F0 F0 F0 F0 F0 F0 m=2 结合面间的摩擦力不足，在横向载荷下出现相对滑 动失效 当C=1.11.3 , f= 0.10.15 , m=1 F08F
11、 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 dF0CF/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 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.148 联接受挤压,螺栓受剪切 注意： 1.d0光杆直径，d0d Lmin杆孔最小接触长度 铰制孔螺栓联接 R 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d=27mm, d1=23.75223.38 合适。 S=6.5 合适 :C=1.11.3, 取C=1.2
12、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 手册p.126 例1.用普通螺栓固定一牵引钩, 已知R=4000N, (变载荷) f=0.15, 试求螺栓直径。 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 手册p.137 2.按挤压强度: P = B/2.20.8=240/2.20.8=87.3Mpa (S=2.2)
13、 p.123 Lmin=h=10mm R 10 d0 取 l=25mm, l0=12mm 取d=6mm, d0=76.03mm = S/4.5=315/4.5=70Mpa l0 Lmin 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 各螺栓受拉力为： FE= 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 预 螺栓拉 F0 紧 工件压 F0 FE FE b0 C0 受轴向载荷FE F0F0 b0 F0F0 C0 FE FE FE FE Fa Fa 未预紧 预紧 受FE Fa Fa Fa Fa F0F0F0F0 F0F0F0F0 FRFRFRFRFRFR 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 螺栓拉力总拉力 Fa 工件压力残余预紧力FR 单个联接受力分析:图10-21 Fb FC FE FR Fa 力 变形 F0 C0b0 力 变形 F0 b0 tg1kb 力 变形 F0 C0 tg1kC k = F / 刚度= 载荷 / 变形 单个联接载荷与变形线图: 图10-23 p.144
