螺蚊联接(第5章)..ppt

1 联接是指被联接件与联接件的组合常 见的机械联接有两类： 一是机械动联接，如运动副； 二是机械静联接，本章所学习内容是机械静 联接问题 联联 接接 不可拆联接 —装拆方便，多次装拆无损于 使用性能如螺纹联接、键联 接、销联接 —在拆开联接时会损坏联接 中的零件或使用性能如焊 接、铆接、粘接 概 述 可拆联接 （永久性联接） 2 联接的目的 便于机器的制造、安装、运输、维修 以及提高劳动生产率 学习目标 熟悉机器联接中常用的各种联接件的 结构、类型、性能和应用场合，掌握设计 理论和选用方法 3 第五章 螺纹联接 §5—1 螺 纹 第二篇 联 接 如用一个三角形K沿螺旋线运 动并使K平面始终通过圆柱体轴线 Y-Y这样就构成了三角形螺纹同 样改变平面图形K，可得到矩形、 梯形、锯齿形、管螺纹 一、螺纹的形成 4 按牙型: 三角形螺纹、管螺纹 ——联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹——传动螺纹 按位置： 内螺纹——在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹——在圆柱孔的外表面形成的螺纹 三角形螺纹： 粗牙螺纹——用于紧固件 细牙螺纹——同样的公称直径下，螺距最小， 自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等 根据螺旋线绕行方向： 左旋——如图 右旋——常用 根据螺旋线头数： 单头螺纹（n=1）——用于联接 双头螺纹（n=2）——如图 多线螺纹（n≥2）——用于传动 二、螺纹的类型 5 锯齿形螺纹 三角形螺纹矩形螺纹 梯形螺纹 6 1）外径（大径）d（D）——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，亦称公称直径 2）内径（小径）d1(D1) ——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径 3）中径d2 —— 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱 面的直径，d2≈0.5(d+d1) 三、螺纹的主要参数 7 4）螺 距 P ——相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离 5）导程（L）——同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线 上的对应两点间的轴向距离 6）线 数 n ——螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4 螺距、导程、线数之间关系：L=nP 8 7）螺旋升角ψ——中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角 8）牙型角α ——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角 9）牙型斜角β——螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角 9 1、将螺纹轴线竖 直放置，螺旋线自 左向右逐渐升高的 是右旋螺纹。

反之 也成立 2、从端部沿轴线 看去，当螺纹顺时 针方向旋转为旋进 时，此螺纹为右旋 螺纹 左旋 右旋 旋向判断方法： 10 双线螺纹单线螺纹 11 一、矩形螺纹 二、非矩形螺纹 螺旋副的受力分析、效率和自锁 三、螺旋副效率 12 一、矩形螺纹（=0) 1、螺纹受力分析 摩擦角ρ： 滑块在水平面上，受到外力R（F+Fa）作用 ，同时还受到法向反力Fn与摩擦力Ff的作用，令 法向反力与摩擦力的总反力为Fr，则Fr与Fn方向 之间所夹的锐角ρ被称为摩擦角 Fn Fr Ff R Fa F ρ tgρ= Ff /Fn； Ff = Fn×tgρ= Fnf f = tgρ称为摩擦系数 13 Fa F Fn Fr f Fn ψ ρ （1）把螺旋副在力矩和轴向载荷作用下的运动， 看 成作用在中径的水平力推动滑块沿螺纹运动 （2）将矩形螺纹沿中径d2展开得一斜面 ψ 图中ψ为螺旋升角， Fa为轴向载荷， F为水平推力，Fn为法向反力， Ff为 摩擦力， f为摩擦系数，ρ为摩擦角， 法向反力Fn与摩擦力Ff的总反力为Fr 14 F= Fa tg (ψ+) （3）其受力状况可以理解为： 作用在滑块上F为一驱动力，轴向载荷 Fa为 一阻力，总反力为Fr 。

Fa F Fn Fr f Fn ψ ρ ψ v 若使滑块等速沿斜面上 升，滑块所受三力平衡 ： 可得： ψ +ρ Fa F Fr F +Fa +Fr=0 拧紧时： 那么转动螺纹所需要的转矩： T1= F×d2/2= tg (ψ+)d2 Fa/2 15 螺母旋转一周所需的输入功为：W1=2πT1 • 因此螺旋副的效率为： 此时螺母上升一个导程L，其有效功为W2=Fa×L • η=W2／W1= tg ψ/ tg (ψ+) 16 F= Fa tg (ψ -) 松开时： 相当于使滑块等速沿斜 面下滑，轴向载荷 Fa 变为驱动力， F变为维 持滑块等速运动所需的 平衡力 Fa F Fr f Fn v ψ Fn ρ ψ F Fr Fa ψ -ρ 可得： 17 F= Fa tg (ψ -) （1）ψ -0， ψ ， F 0 分析： 说明滑块在重力作用下下滑，必须给以止动力 ，防止加速下滑 （2）ψ - 0， ψ ， F 04 81 82 83 •例：图示为某减速装置的组装齿轮，齿圈为45钢，齿芯为铸铁HT250 ，用6个8.8级M6的铰制孔用螺栓均布在D0=110mm的圆周上进行联 接，有关尺寸如图所示。

试确定该联接传递最大转矩Tmax 解：1) 按剪切强度条件计算单个螺栓的许用剪力FS 根据M6铰制孔用螺栓查得 ；螺栓的屈服极限 ；查表取 ；则螺栓材料的许用剪应力为 84 2) 按剪切强度计算螺栓组的许用转矩T： 3）计算许用挤压应 力 螺栓为8.8级， ，取 ，螺栓材料的许用挤压应 力为 轮芯材料为铸铁 HT250，强度极限 ，取，许用挤压应 力为： 轮芯材料较弱，以 计算转矩 4) 按挤压强度条件计算单个螺栓的许用剪力FS 85 由图，，则： 5) 按挤压强度条件计算螺栓组的许用转矩T 综上，此螺栓组所传递的最大转矩 86 例：如图钢板厚度δ=16mm 用 两个铰制孔用螺栓固定在 机架上，F=5000N，其它尺寸 如图板和机架材料均为 Q235 试：（1）分析铰制孔用螺栓的 失效形式 ； （2）分析铰制孔用螺栓的受力 （3）按强度设计铰制孔用螺栓 的直径 （4）若用普通螺栓，计算螺栓 的直径（μS=0.2，kf=1.1） 受任意载荷螺栓组 向形心简化 ———————→ 四种简单状态 迭加 ——→ 受载最大螺栓 ——→按单个计算 87 解：解：1.1.铰制孔用螺栓的失效形式为剪切铰制孔用螺栓的失效形式为剪切 和挤压失效和挤压失效 ；； 2.2.受力分析：将载荷受力分析：将载荷F F向形心向形心O O简化后简化后 ，每个螺栓的受力，每个螺栓的受力 3.3.按剪切强度计算螺栓的直径按剪切强度计算螺栓的直径 88 粗选d=10，d0=11mm的 六角头 铰制孔用螺栓，螺母d=10，H=8 。

根据机架，板厚及螺母H选用 l=100（l3=82， l2=2） 选用两个M10×100 GB27--88六角 头铰制孔用螺栓 按挤压强度校核 89 4.4.改用普通螺栓改用普通螺栓 每个螺栓的预紧力每个螺栓的预紧力 选用两个M30（d1=26.21）的六角螺栓 小结：受复合载荷螺栓，其合力按向 量相加；铰制孔用螺栓比普通螺栓尺寸 小很多 90 例： • 用两个4.6级普通螺栓固定一块钢板，板上一端作用着向 下的载荷F=200N板与固定件之间的摩擦系数f=0.15， 螺栓屈服极限σs=240MPa，安全系数S=4，选择螺栓直 径 a=100L1=800 F 受任意载荷螺栓组 向形心简化 ———————→ 四种简单状态 迭加 ——→ 受载最大螺栓 ——→按单个计算 91 解：• 在图示的结构中,两螺栓左右排列,将外 载荷F向螺栓组中心简化 a=100L1=800 L=850 Fy F2F1 TZ • 横向力Fy=F=200N • 转矩TZ=F×L=170000N·mm 92 • 由此可得两螺栓所受的横向力 按F1进行强度计算，并取可靠性系数KS=1.2，得螺栓所受轴向预紧力 许用应力 计算螺栓小径 取M24螺栓，其小径20.752满足要求。

93 例2、图示底板用8个螺栓与支架相连，受外力Q作用，Q作用于 包含X轴并垂直于底板接缝面，试计算此螺栓组联接 （θ=30°） 取： kf =1.3 μs=0.13 94 解： （一）受力分析 Q QH QH=Qcosθ QV QV=Qsinθ H MH QH H= Qcosθ MH=H·300 V MV QV V= Qsinθ MV=V·400 H=4330N，V=2500N，M=MH-MV=299000N · mm 95 （二）工作条件分析 1、保证结合面不滑移 又： 2、受力最大螺栓轴向载荷 a 、FV=V/z=2500/8=312.5N（每个螺栓受V作用相同） b 、M作用，离形心越远受力越大 c 、最大工作载荷 d 、螺栓总拉力 =5662.5N 96 3、螺栓直径： d1d 4、其它条件 a 、左侧不出现间隙： b 、接合面右侧不压溃： 螺栓拧紧并承受轴向载 荷H后，剩余预紧力在结合 面产生的挤压应力 翻转力矩对挤压应力的影响 选择螺栓性能等级，计算许用应力 97 作业 • 1，图示为某受轴向工作载荷的紧螺栓联接的载荷变形图 （1）当工作载荷为2000N时，求螺栓所受总拉力及被联 接件间残余预紧力。

2）若被联接件间不出现缝隙，最 大工作载荷是多少？ F/N δ/mm 30°45° 4000 98 •2，汽缸盖联接结构如图，汽缸内径D=250mm，为保证气密性要求 采用12个M18的螺栓，螺纹内径15.294mm，中径16.376，许用拉 应力[σ]=120MPa，取剩余预紧力为工作拉力的1.5倍，求汽缸所能 承受的最大压强（取计算直径dc=d1） 99 •3，图示为一铸铁吊架，它用两只普通螺栓固定在梁上吊架 承受的载荷FQ=10000N，螺栓材料为5.8级、Q235， σs=400MPa，安装时不控制预紧力，取安全系数[Ss]=4，取剩 余预紧力为工作拉力的0.4倍，试确定螺栓所需最小直径 100 • 4，图示，刚性凸缘联轴器用六个普通螺栓联接螺栓均匀 分布在D=100mm的圆周上，接合面摩擦因数f=0.15，考虑 摩擦传力的可靠性系数C=1.2若联轴器传递的转矩 T=150N·m，载荷较平稳，螺栓材料为6.8级、45钢， σs=480MPa，不控制预紧力，安全系数取[Ss]=4，试求螺 栓的最小直径 101 5，图示为一轴承托架，用4个普通螺栓固定在钢制立 柱上托架材料为铸铁 ，螺栓的强度为5.6级，， 。

已知FR=6000N，联接结构尺寸如图，设计此螺栓联接 （μS=0.3,不从心Kf=1.2, ,） 102 答 案 F/N δ/mm 30°45° 4000 F F1 F2 1，解： （1）螺栓刚度 被联接件刚度 由图知道预紧力F0=4000N 螺栓所受总拉力 103 被联接件间剩余预紧力 （2）被联接件不出现缝隙，需 则F=6309.4 104 • 2，解： 设F2为螺栓轴向总拉力 则 根据题意F1=1.5F，F为螺栓工作拉力 则 则 汽缸压力为 105 3，解： 许用拉应力 两个螺栓，Z=2，每个螺栓的工作载荷 根据题上条件，剩余预紧力 螺栓总轴向力 按强度条件，螺栓小径 106 4，解： 根据分析，设螺栓所需预紧力为：F0 则 则 则螺栓小径 107 5，解： 108 5，解： （一）螺栓联接受力分析 由于FR的作用，螺栓联接受轴向力 横向力 翻转力矩 （二）计算螺栓工作拉力 由FH产生的工作拉力 由翻转力矩M引起的工作拉力 109 螺栓的总工作载荷 （三）按保证托架不下滑的条件，确定每个螺栓应加的预紧力 该螺栓组连 接预紧 后，受横向力Fv作用时其接合面间压紧 力为剩余预紧 力 ，而受翻转力矩M作用时，其接合面上部压紧 力减小，下部压紧 力增大， 故M对接合面压紧 力的影响可以忽略。

而， 所以 110 取 （四）计算螺栓直径 确定螺栓的总拉力F2 螺栓材料的许用应力 111 所以 查手册得M12、d1=10.106mm (五)校验接合面挤压强度 接合面面积 安全 (六)校验接合面不开缝 所以接合面不开缝。