Ch03-l 螺纹联接

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1、第三章 螺纹联接与螺旋传动,3-1 螺纹基本知识,3-3 单个螺栓联接的强度计算,3-6 螺旋传动,3-4 提高螺栓联接强度的措施,3-2 螺栓组联接受力分析与计算,3-5 螺纹连接的防松,.,连 接,机械动连接,运动副,机械静连接,焊接、,胶接、,铆接,螺纹连接,、键连接,销连接等,.,一、螺纹的形成,将直角三角形缠绕到直径为d2的圆柱上，其斜边在圆柱上形成的螺旋形体螺纹,螺纹的类型（表3-2）,3-1 螺纹联接基本知识,.,.,.,（1）普通螺纹 牙型为三角形、用米制表达尺寸、用于紧固的圆柱形联接螺纹。,1）大径d： 公称直径；,2）小径d1： 强度计算用直径；,3）中径d2： 螺纹配合用

2、直径；,4）螺距 P： 中径线上两牙之距；,5）导程 L： 同一条螺旋线上两牙之距；,（为螺旋线头数）,二、螺纹的主要参数,6）升角 ：螺柱底平面与中径线上螺旋线切线之间所夹锐角；,7）牙型角 ：螺纹牙型之夹角（ =60o 三角螺纹）；,.,（2）螺纹特点及应用:,螺旋副效率,螺旋副自锁条件,.,同一公称直径上根据螺距不同普通螺纹可分为：,1）普通粗牙螺纹：用于一般联接。 2）普通细牙螺纹：用于薄壁零件联接。,三角形螺纹自锁性好，用于连接螺纹。,矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动螺纹。,.,三、螺纹的精度:,螺纹代号-公差带代号-旋合长度代号,M105g6gS,.,.,四、螺纹联接的基本类型,

3、1、常用标准螺纹联接件,.,按直径特点分为：等径螺柱、不等径螺柱,.,.,2、螺纹连接类型 （1）螺栓联接,螺栓杆部与被联接件孔之间有间隙，孔加工精度要求低；结构简单；装拆方便；螺栓受拉力主要承受轴向载荷；应用广泛。,普通螺栓联接,螺栓杆部与被联接件空之间为配合关系，杆孔配合精度要求高；螺栓受剪切、挤压主要用于横向载荷大的联接。,铰制孔螺栓联接,.,（2）双头螺柱联接,双头螺柱受拉力，主要适用于被联接件之一较厚或必须采用盲孔，且经常拆卸的场合，拆卸时只需拧下螺母。,（3）螺钉联接,螺钉受拉力，主要适用于被联接件之一较厚或必须采用盲孔，且不经常拆卸的场合。,.,（4）紧定螺钉联接,适用于固定两个

4、零件间的位置，并可传递不大的力或转矩。,.,（1）螺栓组的布置应尽可能对称，以使接合面受力比较均匀，一般都将接合面设计成对称的简单几何形状，并应使螺栓组的对称中心与接合面的形心重合，如图所示.,原则：合理确定螺栓组的布置形式及接合面的几何形状；使各螺栓受力均匀，便于加工、装配,3-2 螺栓组联接的结构设计和受力分析,一、螺栓组的结构设计,.,（2）当螺栓联接承受弯矩和转矩时，还须将螺栓尽可能地布置在靠近接合面边缘，以减少螺栓中的载荷。,如果普通螺栓联接受较大的横向载荷，则可用套筒、键、销等零件来分担横向载荷，以减小螺栓的预紧力和结构尺寸。,减荷装置,.,（3）螺栓布置要有合理的距离。在布置螺栓

5、时，螺栓中心线与机体壁之间、螺栓相互之间的距离，要根据扳手活动所需的空间大小来决定.如下图和表3-4,扳手空间,（4）分布在同一圆周上的螺栓数，应取为4、6、8等易于等分的数目，以便于加工。,.,目的：求出螺栓组中受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓 联接的强度计算。,假设：（1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；（2） 螺栓的对称中心与连接结合面的形心重合；（3）受载后连 接结合面仍保持为平面；（4）各螺栓的刚度相同，且螺栓的变 形在弹性范围内。,二、螺栓组联接受力分析与计算,螺栓组联接的基本受载类型有四种：,.,1、受轴向力的紧螺栓组连接,单个螺栓工作拉力,注：如 不通过螺栓组

6、的形心，应向形心平移后再计算。,.,2、受横向载荷的螺栓组连接,铰制孔用螺栓连接,Z螺栓的数目,用普通螺栓连接,单个螺栓受剪力,.,用普通螺栓连接,联接的不滑移条件：,m接合面数目（摩擦工作面）； QP单个螺栓预紧力 Kn安全系数，一般取1.11.3,.,例：Qp=100N,z=3,f =0.15, K=1.2求F=? 不滑移的条件：,.,3、受扭矩的螺栓组连接,a.用普通螺栓连接,联接不转动的条件：,靠结合面上的摩擦力承受T 。,.,T=10Nm,z=6, f =0.15, Kn=1.2求单个螺栓Qp=?,r1,r2,r1 =60mm,r2 =100mm,解：不转动的条件：,.,b.采用铰制

7、孔螺栓连接,则受载最大的螺栓所受剪力,.,T=10Nm, z=6, 求Fmax=? F1= ?,r1,r2,r1 =60mm,r2 =100mm,.,4、受翻转力矩M 的螺栓组连接,.,例1：绕轴y-y受翻转力矩M=10Nm, 求Qmax=?,Lmax=L=80,若绕轴x-x受翻转力矩M=10Nm, 求Qmax=?,.,3-3 单个螺栓联接的强度计算,一、失效形式,螺栓失效中，65%的断裂发生在螺母和被联接件的接合处。,二、受拉螺栓联接的强度计算,.,单个螺栓联接的强度计算,1. 松螺栓联接的强度计算（不预紧）,松螺栓联接装配时不需要把螺 母拧紧，在承受工作载荷前， 除有关零件的自重外，联接并

8、 不受力。 工作中，松螺栓只受工作拉力 F 。,强度条件为：,式中：d1螺栓小径（mm）； 螺栓的许用拉应力（Mpa)。,注：对钢制螺栓 ,屈服极限、安全系数见表格。,Q,Q,.,单个螺栓联接的强度计算,2. 紧螺栓联接的强度计算,（1）仅受预紧力 Qp的紧螺栓联接横向载荷,这种联接在拧紧的瞬间最危险， 此时：,Qp引起的拉应力：,按第四强度理论计算当量应力，则,F,.,强度条件为：,单个螺栓联接的强度计算,设计式为：,1.3系数是考虑扭转切应力的影响,减载销(图3-7a) 减载套筒(图3-7b) 减载键(图3-7c),.,例2：普通螺栓连接，3个螺栓,=200MPa,f =0.15, Kn=

9、1.2,F=15000N,求所需螺栓的直径d1？,=20 000N,解：不发生滑移的条件：,2)强度条件：,=12.86mm,查标准,.,单个螺栓联接的强度计算,（2）承受轴向载荷的紧螺栓联接,虽然，这种螺栓是在受预紧力Qp的基础上，又受工作拉力Q。但是，螺栓的总拉力,预紧力Qp 单个螺栓工作拉力Q：,.,预紧时,受工作载荷后,Qp残余预紧力,螺栓的总拉力为,单个螺栓联接的强度计算,Qp,.,可用载荷变形图分析各力之间的关系。,单个螺栓联接的强度计算,变形协调条件： 螺栓总拉力：,.,单个螺栓联接的强度计算,注（1）为保证工作安全，必须QpO,工程上一般取： 工作载荷Q稳定时： 工作载荷Q不稳

10、定时： 有密封要求时：,.,讨论：,） 最不利的情况,） 最理想的情况,）不允许的情况有缝隙存在，漏气,）降低螺栓受力的措施：,a) 必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈） b) 加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高强度,）为联接紧密、不漏气，要求,.,6）计算时可根据已知条件选择其一进行计算,a）轴向静力紧螺栓联接强度计算,静力Q不变，Q为静力，但考虑补充拧紧防断,强度条件验算公式：,设计公式：,b）轴向变载荷紧螺栓联接强度计算,分析：当工作载荷，由0Q,螺栓总载，由QpQ0 QP,部分载荷，由0Q0,.,7)当验算不满足时措施：,b) 最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、制造、CTC

11、L，适当提高QP等综合措施,a),例3:图示气缸盖用6个普通螺栓连接,已知气缸压力p=2MPa，D=80mm,取 试求: 1、螺栓小径d1；2、安装时预紧力 （F-工作拉力）,.,解：1、求工作拉力Q,2、求总拉力Q0,.,3、求螺栓小径,4、求螺栓的预紧力,.,三、受剪螺栓连接的强度计算,剪切强度,失效形式：,挤压强度,d0杆抗剪面直径 m抗剪面数目 许用剪应力 p -螺栓或孔壁较弱的材料,.,四、螺栓材料与许用应力计算,1、材料,螺母、螺栓强度级别：,1）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此乃强度级别,2）所依据机械性能为抗拉强度极限bmin和屈服极限Smin,螺栓级别:,带点数字表示

12、 ， 点前数字为,点后数字为,螺母级别:,注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB）,.,螺母性能等级： 4 5 6 8 9 10 12,螺栓性能等级： 3.6，4.6，4.8(d16) 3.6，4.6，4.8 (d16) 5.6， 5.8 6.8 8.8 9.8 (d16) 10.9 12.9,.,2、许用应力,许用拉应力：,已知：不控制QP的紧螺栓联接，易过载。 设计时应取较大的安全系数。控制预紧力时可取较小的安全系数S。 显然S、与d 有关。 设计时，先假设d，进行试算，选取一安全系数进行计算，计算结果与估计直径相比较，如在原先估

13、计直径所属范围内即可，否则需重新进行估算。试算法,.,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,3-4 提高螺栓联接强度的措施,P:螺距,., 采用加高螺母不能 提高联接强度。,常用方法（变形一致） 减小螺栓螺母螺距变化差,.,二、降低应力幅,.,措施： 1）螺栓长度 2）光杆直径,3）采用细长/空心螺栓,措施：不宜采用刚度小的垫片。,.,3、减小螺栓刚度、增大被连接件刚度，同时增加预紧力,.,三、减轻应力集中,卸载槽；退刀槽；,增大牙根处过渡圆角半径。,四、减小附加弯曲应力,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

14、：,.,措施：垫圈、凸台、沉孔等。,五、采用合理的制造方法,1.冷镦螺栓头，滚压螺纹； 2. 采用氮化、氰化、喷丸处理。 目的：提高螺栓疲劳强度。,.,3-5 螺纹连接的预紧和防松,螺旋副摩擦阻力矩,螺母和支承面上的摩擦阻力矩,一、螺纹连接的预紧保证可靠性、紧密性,F,L,.,螺旋副摩擦阻力矩,螺母和支承面上的摩擦阻力矩,.,预紧方法： 测力矩扳手（图3-15） 定力矩扳手（图3-16）,.,预紧力QP的控制： 测力矩板手测出预紧力矩，如上图 定力矩板手达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑，如下图 测量预紧前后螺栓伸长量精度较高,.,防松的本质在于防止螺旋副相对转动。,按工作原理的不同，

15、防松方法分三类：,二、 螺纹联接的防松,螺纹升角=1o42 3o2,v= 6.5o 10.5o,1. 摩擦力防松,（1）双螺母,（2）弹簧垫圈,（3）锁紧螺母,.,2. 机械方法防松,（1）止动垫圈,（2）槽形螺母与开口销,.,（3）串联钢丝,3.变成不可拆卸,.,本章作业：P46 习题 3-8，3-9，3-10， 3-11,.,1、螺栓连接,装拆方便,螺栓受拉力,普通螺栓连接,.,铰制孔螺栓连接,螺栓受剪切、挤压,用于横向载荷大的连接,.,2、双头螺柱连接,用于被连接件较厚，不宜制成通孔， 且经常装拆 的场合,双头螺柱受拉力,.,3、螺钉连接,用于不经常装拆的场合,螺钉受拉力,.,.,.,本部分做成超链接，放在预紧和放松部分,.,