《机械设计第五章螺纹连接与螺旋传动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计第五章螺纹连接与螺旋传动（90页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、连接分类 静连接：固定，无相对运动。如螺纹、普通平键连接。 动连接：彼此有相对运动。如花键、螺旋传动等。 1、按运动关系分 靠摩擦力(力闭合)：如受拉螺栓、过盈连接。 非摩擦(形闭合)：靠联接零件的相互嵌合传载，如平键。 材料锁合连接：利用附加材料分子间作用，如粘接、焊接。 2、按传载原理分 可拆连接：如螺纹连接(最广泛的可拆连接)。 不可拆连接：如焊接、铆接等。 3、按拆开时是否损坏零件分 第五章 螺纹连接与螺旋传动 5-1 螺纹 5-2 螺纹连接的类型与标准连接件 5-3 螺纹连接的预紧 5-4 螺纹连接的防松 5-5 螺纹连接的强度计算 5-6 螺栓组连接的设计 5-7 螺纹连接件的材料
2、与许用应力 5-8 提高螺纹连接强度的措施 5-9 螺旋传动 螺纹 螺纹的类型与特点1 一、螺纹的分类 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连接用螺纹和传动用螺纹。 详细说明 连接用螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠连接； 传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。 螺纹 螺纹的类型与特点2 二、普通螺纹的主要参数 大径d即螺纹的公称直径。 小径d1常用于连接的强度计算。 中径d2常用于连接的几何计算。 线数n螺纹的螺旋线数目。 螺距P螺纹相邻两牙在中径线上 对应两点间的轴向距离。 导程Ph同一条螺旋线上的相邻两 牙在中径线上对应两点间的轴向距 离，Ph
3、= nP。 螺纹的类型与特点2 二、普通螺纹的主要参数 升角在中径圆柱上螺旋线的 切线与垂直于螺纹轴线的平面间 的夹角。 h 22 arctanarctan PnP dd = 螺纹 牙型角螺纹轴向截面内，螺 纹牙型两侧边的夹角。 螺纹连接的类型与标准连接件 连接类型与标准件1 一、螺纹连接的基本类型 详细说明 除上述连接的基本类型外，在机器中，还有一些特殊结 构的螺纹连接。如T型槽螺栓连接、吊环螺钉连接和地脚螺 栓连接等。 说明 注意画法注意画法 注意画法注意画法 连接类型与标准件2 螺纹连接的类型与标准连接件 二、标准螺纹连接件 在机械制造中常见的螺纹连接件的结构型式和尺寸都已 经标准化，设
4、计时可以根据有关标准选用。 详细说明 虚拟现实中的螺纹连接件 纹连接的预紧 螺纹连接的预紧 大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作 载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。 增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间 出现缝隙或发生相对移动。 预紧力限制 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服 极限ss的80%。 ? 预紧力： ? 预紧的目的： ? 预紧力的确定原则： 利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可 采用测力矩扳手或定力矩扳手，对于重要的螺栓连接，也可 以采用测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。 纹连接的预紧 螺纹连接的预紧 ? 预紧力的控制
5、： ? 预紧力和拧紧力矩之间的关系： dFT 0 2 . 0详细说明 注意：对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小( M12)的螺栓。 螺纹连接的防松 螺纹连接的防松 螺纹连接一般都能满足自锁条件不会自动松脱。但在 冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的 情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能 瞬时消失，导致连接失效。 防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。按工作原 理的不同，防松方法分为摩擦防松、机械防松、破坏螺旋 副运动关系防松。 螺纹连接的防松 螺纹连接的防松 摩擦防松 机械防松 破坏螺纹副关系 涂胶粘剂涂胶粘剂铆粗铆粗冲点冲点 摩擦防松：摩擦防松：螺纹副中始终有
6、不随联接载荷而变的螺纹副中始终有不随联接载荷而变的压 力 压 力，故存在摩擦力矩防止相对转动。压力可由螺纹 副 ，故存在摩擦力矩防止相对转动。压力可由螺纹 副纵向或横向压紧产生纵向或横向压紧产生。 弹性增压 尖端抵住 弹性增压 尖端抵住 开口方向：开口方向： 斜向右下方斜向右下方 机械防松：机械防松：利用便于更换的利用便于更换的金属元件约束金属元件约束螺纹副。螺纹副。 螺纹连接的强度计算1 螺纹连接的强度计算 连接的失效形式：主要是指螺纹连接件的失效。对于受 拉螺栓，其失效形式主要是螺栓杆螺纹部分发生断裂。对于 受剪螺栓，其失效形式主要是螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃 或螺栓杆被剪断。 65% 2
7、0%15% 螺栓连接强度计算的目的是根据强度条件确定螺栓直 径，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选 定。 螺纹连接的强度计算 螺纹连接的强度计算1 螺栓连接的强度计算主要与连接的装配情况(预紧或不预 紧)、外载荷的性质和材料性能等有关。 = 4/ 2 1 d F 一、松螺栓连接强度计算 详细推导 二、紧螺栓连接强度计算 1仅受预紧力的紧螺栓连接 2受轴向载荷的紧螺栓连接 3承受工作剪力的紧螺栓连接 螺纹连接的强度计算2 紧螺栓连接强度计算 1仅受预紧力的紧螺栓连接(承受横向载荷) 2 1 0 4 d F =预紧力引起的拉应力： 2 0v 1 3 1 tan() 2 0.5 16 T
8、 d F T W d + = 螺牙间的摩擦力矩引起的扭转切应力： = 2 1 0 ca 4 3 . 1 d F 强度条件： 3 . 13 22 ca += 根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力: F0 F0 F F 螺纹连接的强度计算2 紧螺栓连接强度计算 1仅受预紧力的紧螺栓连接 = 2 1 0 ca 4 3 . 1 d F 强度条件： F0 F0 F F 设计式，查手册，选螺栓 0 1 3 . 14F d 1.3意义：考虑拧紧力矩产生的切应力 的影响。 靠结合面间的摩擦力抵抗工作载荷的紧螺栓连接，当连 接承受较大的横向载荷F时，由于要求F0Ff（f=0.2）， 即F05F ，因而需
9、要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直 径的增加，可采用减载措施。 说明 螺纹连接的强度计算3 F D D p 2受轴向载荷的紧螺栓连接 螺栓受预紧力F0后，在工作拉 力F 的作用下，螺栓的总拉力F2= ? 紧螺栓连接强度计算 FFF+= 12 详细分析 式中F1为残余预紧力，为保证连接的紧密性，应使 F1 0， 一般根据连接的性质确定F1的大小。 F CC C FF mb b 02 + +=螺栓的总拉力为： 式中： 详细分析 mb b CC C + 为螺栓的相对刚度，其取值范围为 01。 螺纹连接的强度计算3 紧螺栓连接强度计算 2受轴向载荷的紧螺栓连接 F D D p FFF+= 12 F
10、CC C FF mb b 02 + += 螺栓的总拉力为： 为使工作载荷作用后，连接结合面间有残余预紧力F1 存在，要求螺栓连接的预紧力F0为： F CC C FF mb m 10 + += = 4/ 3 . 1 2 1 2 ca d F 静强度条件： 疲劳强度校核 紧螺栓连接强度计算 螺纹连接的强度计算4 3承受工作剪力的紧螺栓连接 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。在连接结合面处，螺栓杆则 受剪切。 螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为： 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
11、压面的最小高度，单位为mm； 设计时应使Lmin1.25d0 P min0 P = Ld F F F d0 Lmin 紧螺栓连接强度计算 螺纹连接的强度计算4 3承受工作剪力的紧螺栓连接 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； F F d0 Lmin = 2 0 4 d F 螺纹连接组的设计2 螺栓组连接的设计 受力分析的目的：根据连接的结构和受载情况，求出受力 最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。 受力分析时所作假设： 所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 受载后连接接合面仍保持为平面。 一
12、、螺栓组连接的受力分析 螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合； 螺纹连接组的设计2 螺栓组连接的设计 一、螺栓组连接的受力分析 受力分析的类型： F F ri O O M T fF0 fF0 FF 213受转矩受横向载荷4受轴向载荷受倾覆力矩 螺纹连接组的设计3 P min0 P = Ld F (1) 对于铰制孔用螺栓连接(图b)，每个螺栓所受工作剪 力为： 式中：z为螺栓数目。 图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组连接。 1受横向载荷的螺栓组连接 z F F = 螺栓组连接的设计 F F FF b) a) 剪切计算 挤压计算 = 2 0 4 d F (2) 对于普通螺栓连接(图 a)
13、，按预紧后接合面间 所产生的最大摩擦力必 须大于或等于横向载荷 的要求，有： 图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组连接。 1受横向载荷的螺栓组连接 FKzifF S0 fzi FK F S 0 或或 螺栓组连接的设计 式中：Ks为防滑系数，可取Ks=1.11.3。 F F FF b) a) 按受F0的紧螺栓联接计算： = 2 1 0 ca 4 3 . 1 d F 螺纹连接组的设计4 螺栓组连接的设计 采用普通螺栓和铰制孔用螺栓 组成的螺栓组受转矩时的受力情况 是不同的。 2受转矩的螺栓组连接 TKfrFfrFfrF sz02010 + + 采用普通螺栓，是靠连接预紧 后在接合面间产生的摩擦
14、力矩来抵 抗转矩T。 = z i i rf TK F 1 S 0 按受F0的紧螺栓联接计算： = 2 1 0 ca 4 3 . 1 d F 螺纹连接组的设计4 2受转矩的螺栓组连接 TrF z i ii = =1 采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的 剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗 转矩T。 i i r F r F = max max = = Z i i r Tr F 1 2 max max 螺栓组连接的设计 受力最大的螺栓的工作剪力： max PP 0min F d L = max 2 0 4 F d = 剪切计算 挤压计算 螺纹连接组的设计5 螺栓组连接的设计 3受轴向载荷的螺栓组连接 轴向总载
15、荷F作用线与螺 栓轴线平行，并通过螺栓组的 对称中心，则各个螺栓受载相 同，每个螺栓所受轴向工作载 荷为： 通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当连接要有保 证的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷F2为 z F F = F2= F1+ F 按受轴向载荷的紧螺栓连接计算： = 4/ 3 . 1 2 1 2 ca d F 螺纹连接组的设计6 螺栓组连接的设计 4受倾覆力矩的螺栓组连接 倾覆力矩 M 作 用在连接接合面的 一个对称面内。 底板在承受倾 覆力矩之前，螺栓 已拧紧并承受预紧 拉力F0，地基在各螺 栓作用下，有均匀 压缩。 螺纹连接组的设计6 螺栓组连接的设计 4受倾覆力矩的螺栓组连接 底板承受倾覆力矩后， 假定仍保持为平面。 在O-O左侧，螺栓被进 一步拉伸，地基被放松；在 右侧，螺栓被放松，地基被 进一步压缩。 螺纹连接组的设计7 螺栓组连接的设计 底板受倾覆力矩后，在轴 线 O-O 左侧，螺栓与地基的 工作点分别移至B1 和C1，两 者作用在底板上的合力为F。 在轴线O-O 右侧，螺栓与地基的工作点分别移至B2和 C2，两者作用在底板上的合力为 Fm。 在倾覆力矩作用前，螺栓 和地基的工作点都处于A点。 受倾覆力矩的底板螺栓组 连接的受力过程可用右图表示。 螺纹连接组的设计6 螺栓组连接的设计 4受
