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1、,学习单元5 螺纹联接的设计济南职业学院机械制造系,单元内容,台式钻床,千斤顶,一、台式钻床的螺栓连接和千斤顶的螺旋传动,第一节、项目导入,二、螺纹联结,螺栓联结,铰制孔螺栓联结,双头螺柱联接,紧定螺钉联接,一、螺纹,螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。,螺纹按工作性质分为联接用螺纹和传动用螺纹。,第二节、相关知识,外螺纹,内螺纹,螺纹的旋向,1、螺纹形成,加工方法：车制内外螺纹；直径小用碾压法；内螺纹先用钻头钻出光孔，然后丝锥攻螺纹,螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。,螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到
2、螺纹。,螺纹,2、螺纹几何参数,(3)中径d2,(1)大径d,(2) 小径 d1,(4) 螺距P,(5) 导程S,(6) 螺纹升角,(7)牙型角 ,牙侧角 ,S = nP,二、螺纹的连接类型,1、连接类型,（1）普通螺栓联接 螺栓杆与被联接件孔壁之间有间隙。通孔加工精度低，成本低，应用最广。,普通螺栓联结,（2）铰制孔用螺栓联接 螺栓杆与被联接件孔壁之间无间隙。孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合(H7 m6、H7n6)，能精确定位，能承受横向载荷被联接件需钻孔、铰孔，成本高。,孔与螺杆之间留有间隙,铰制孔螺栓联结,（4）螺钉联接 被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。只用螺钉，不用螺母，直接把螺钉拧
3、进被联接件的螺钉中。适用于载荷较轻，且不经常装拆的场合。,螺钉联接,（3）双头螺柱联接 用两头均有螺纹的螺柱和螺母把被联接件联接起来, 被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。适用于被联接件之一厚度很大，而又不宜钻通孔，但又经常拆卸的地方。,双头螺柱联接,（5）紧定螺钉联接,利用拧入被联接件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面，以固定零件的相对位置，可传递不大的力或扭矩。,紧定螺钉联接,（6）地脚螺栓 吊环螺栓 T形槽螺栓,2、标准螺纹联接件,两端螺纹可相同或不同，螺柱可带退刀槽或制成腰杆，也可制成全螺纹。,双头螺柱,螺钉,头部形状有圆头、扁圆头、六角头、圆柱头和沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽
4、和内六角孔等形式。,紧定螺钉,端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬度较大的平面或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于坚定空心轴上的零件位置。,自攻螺钉,头部形状有圆头、平头、半沉头及沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽等形式。末端形状有锥端和平端两种。,六角螺母,根据厚度分为标准螺母和薄型螺母两种。制造精度分为A、B、C三级，分别与相同级别的螺柱配合使用。,垫圈,平垫圈分为A级和C级两种。用于同一螺纹直径的垫圈又分为特大、大、普通和小的四种规格，特大垫圈主要在铁木结构上使用。斜垫圈只用于倾斜的支承面上。,三、螺纹联接的预紧和防松
5、,1螺纹联接的预紧 拧紧的目的,1.提高联接的紧密性2.防止联接松动3.提高联接件强度,预紧力的控制：,测力矩扳手,定力矩扳手,定力矩扳手,螺旋副的拧紧力矩,注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(M12)的螺栓。,弹簧垫圈防松,2.螺纹联接的防松,1）摩擦防松 （保证螺纹副间有足够的轴向压力和摩擦力矩） 对顶螺母，弹簧垫圈 。 结构简单、使用方便。,限制螺旋副的相对转动；以防止联接的松动，影响正常工作。,防松的实质,防松方法 （摩擦防松.机械防松 .永久防松 ）,自锁螺母防松,对顶螺母防松,2）机械防松,开口销与开槽六角螺母,止动垫圈,串联钢丝,（在联接中加入其它机械元件) 开口销、止
6、动垫圈，串联铁丝等。 适用于冲击振动载荷，重要场合使用，成本高。,机械防松,止动垫片防松,机械防松,止动垫片防松,机械防松,串联钢丝防松,机械防松,焊接 铆冲,不可拆卸防松,3）永久防松,粘、铆、焊等。,1、松螺栓联接强度计算(不受预紧力作用，受外载荷）,或,F工作拉力，单位为N；d1螺栓危险截面的直径，单位为mm；螺栓材料的许用拉应力，单位为MPa。,四、螺纹连接强度的计算,2、紧螺栓联接强度计算,（1)仅受预紧力的紧螺栓联接结合面的摩擦力来承受横向载荷，防止被联接件错动,1) 螺栓的当量拉力,螺栓受力,拧紧力矩,螺栓预紧力,当量拉力,联接面间摩擦力,2) 保证联接面不滑移的螺栓预紧力,拧紧
7、力矩,预紧力,平衡横向力,3) 强度条件,摩擦系数,螺栓数,接合面数,可靠性系数,摩擦力矩引起的剪应力,（2)受轴向外载荷的紧螺栓联接,F1为残余预紧力，为保证联接的紧密性，应使 F1 0，一般根据联接的性质确定F1的大小。,载荷方向与螺栓轴向一致，螺栓受载前需预紧，受载前后受力不同。螺栓内部危险截面上同样既有拉应力s，又有扭转剪应力t。,螺栓预紧力F0后，在工作拉力F 的作用下，螺栓的总拉力F2 = ?,未拧紧,螺栓：,被联件：,未受力、无变形,未受力、无变形,拧紧后工作前,螺栓：,被联件：,工作时,螺栓：,被联件：,再加,总伸长,联接面间受压,总压缩量,对应拉力,或,Q,螺栓危险截面的拉伸
8、强度条件为,对于有密封性要求的联接，一般联接，工作载荷稳定时： 工作载荷不稳定时：,螺栓所受总拉力Q = 工作拉力F + 剩余预紧力F1,Q,（3)承受工作剪力的紧螺栓联接,这种联接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在联接结合面处，螺栓杆则受剪切。,螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：,螺栓杆的剪切强度条件为：,式中：F螺栓所受的工作剪力，单位为N；d0螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm；Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计时应使Lmin1.25d0,1.汽缸盖受气体压力：P=pD2/4=3.142502/4=58875 (N
9、),2.单个螺栓工作载荷：F=P/z=58875/12=4906.25(N)3.查表811，紧密因数K=2.7：螺栓所受总拉力F=2.7F2=2.74906.25=13246.88(N)4.选择螺栓材料，计算需用应力查表812，选择Q215,屈服极限ss=220Mpa ，有表813，安全因数S1.4，许用应力s=ss/S=220/1.4=157.143(Mpa),5确定螺栓小径：,查标准，取M16，其d113.8411.81，其公称直径16mm,解 1. 采用普通螺栓联接（1）普通螺栓的主要失效形式为螺纹部分断裂失效。（2）螺栓受力分析 即每个螺栓的横向工作载荷 F=2T/D=2*0.9*10
10、6/150=12*103（3）普通螺栓联接，靠预紧力产生的摩擦力来传递横向力，其预紧力Q=SF/mfz，其中结合面m1，螺栓个数z4，结合面摩擦系数f0.15，安全因数S3, Q=SF/mfz=24103,（4）确定许用拉应力查表12，13。螺栓材料为Q235的M12， s = 240MP,S=3, = s /S=80MP查机械手册，M12螺栓小径d110.106mm 1.3424103/ （10.1062）388.96 = 80故强度不足,s /S=240/2.5=96MP,=b/s=300/2=150MP,（4）计算；机械手册查铰制孔用螺栓M12受剪处直径d13mm，查表88螺栓杆与孔壁挤
11、压面最小高度LMIN=hl15312,（3）求许用切应力和许用挤压应力,小结：通过以上两种情况的分析和计算，可以看出，虽然受到的外载荷相同，但由于螺栓联接的类型不同，单个螺栓的受力情况会有很大差异，致使所选螺栓直径相差很大。为了避免采用普通螺栓时螺栓直径太大的缺点，可采用减载装置，来传递横向力，这样所需的预紧力较小，不但减小了螺栓直径，使结构紧凑，而且工作可靠。因此在机械设计中，结构设计的优劣必须给予足够重视。 其不同之处在于：普通螺栓联接，靠预紧力产生的摩擦力来传递横向力,五、螺栓组联接的结构分析,1、螺纹联接的机构分析,（1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环
12、形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。,（2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。,接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置,如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸,承受横载荷的减载零件,(3).为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同
13、一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。,(4) 螺栓联接应该保证安装的可能性和拆装方便,螺栓排列的要求,(5)螺栓的排列应有合理的间距、边距。最小距离由扳手所需要的活动空间来定,(6)避免螺栓承受附加的弯曲载荷。,凸台,沉头座,斜面垫圈,一、气缸与气缸该盖的螺栓联接强度设计计算,第三节 操作与实践,一、观察吊车的吊钩，计算其最大吊载重量,解:最大载重F,d1螺纹的小径mm,松螺栓连接的许用应力（N/mm2),第四节 自主学习,一、管螺纹,第五节、拓展知识,二、矩形螺纹,三、梯形螺纹,四、锯齿形螺纹,第六节、总结,1、螺纹 2、螺纹的连接类型 3、螺纹连接预紧与防松 4、螺栓的强度计算5、螺栓连接的结构分析,一、如图所示为一铸铁支架固定在水泥地基上，受载荷RV=5000N，方向如图。支架与地基间的摩擦系数s=0.4，设螺栓材料为35号钢，许用应力=80MPa，螺栓的相对刚度，可靠系数Kf=1.2。其他尺寸见图。为保证正常工作，螺栓的根径d1至少要为多少？,第七节、本节自测,解：1.求F :,2.求F :,3.求Fo :,
