《螺纹连接》ppt课件.ppt

第二篇 连接,零件通过连接构成机械,动连接,连接,静连接,可拆连接,不可拆连接,运动副,螺纹连接,键连接、花键连接,铆接,焊接,胶接,无键连接,销连接,,,,,零件：机械中的最小加工单元,构件：机械中的最小运动单元,第五章 螺纹连接和螺旋传动,5－1 螺纹,是某种形状截面沿螺旋线移动形成的,作业：5-21，5-22，5-23，5-24,外螺纹,内螺纹,内外螺纹构成螺纹连接或螺纹副,螺纹连接的应用,连杆中的螺纹联接,左旋螺纹和右旋螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,连接螺纹,普通螺纹,管螺纹,锥螺纹,普通螺纹,主要用于一般连接圆柱管螺纹,用于管件连接，=55，螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于低压强连接圆锥管螺纹,螺纹均布在锥度为1:16的管上,=55或60 螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适用于高温、高压的连接传动螺纹,锯齿形螺纹,(二)螺纹的主要参数,,1)大径d --为公称直径（Md),2)小径d1 --为计算直径,3)中径d2 --d2=(d1+d)/2,4)线数n,5)螺距p--粗牙、细牙,6)导程S --S=np,7)螺纹升角,8)牙型角α、牙侧角β,9)接触高度h,螺纹参数表,螺纹副的效率,5—2 螺纹连接的类型 和标准连接件,(一)螺纹连接的基本类型,1.螺栓连接,普通螺栓连接,铰制孔用螺栓连接,2.双头螺柱连接,3.螺钉连接,4.紧定螺钉连接,５.特殊螺纹连接,（二）标准螺纹连接件,5－3 螺纹连接的预紧,螺纹连接在承受工作载荷之前需拧紧，螺栓受到的轴向作用力称为预紧力F0,扳手力矩： T≈0.2F0d,适当选用较大的预紧力对螺纹连接的可靠性以及连接件的疲劳强度都是有利的,预紧过程动画,常用工具,常用工具,预紧力控制工具,5－4 螺纹连接的防松,一 、摩擦防松,二、机械防松,三、破坏性防松,5－5 螺纹连接的强度计算,螺栓连接的失效形式及设计准则,90％的螺栓属于疲劳破坏：,受拉螺栓：螺栓杆螺纹部分发生断裂， 应保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度,受剪螺栓：螺栓杆和孔壁的贴合面压溃或螺杆被剪断 应保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度,讲解的顺序,2. 螺栓组联接的设计(依据结构确定单个的载荷) 》螺栓组联接的结构设计 》螺栓组联接的受力分析 承受横向载荷时 承受扭转力矩时 承受轴向载荷时 承受倾覆力矩时,1. 单个螺栓的强度计算方法(已知载荷，判别强度) 》松螺栓联接 》紧螺栓联接 仅承受预紧力 同时承受预紧力和工作拉力 承受工作剪力,(一)单个松螺栓连接强度计算,受轴向工作载荷，工作前螺母不需要拧紧,[σ]—MPa, F—N , d1—mm 由d1可查得d,表,(二)单个紧螺栓连接强度计算,1.仅承受预紧力的紧螺栓连接,F0,,,,,由第四强度理论,紧螺栓联接的计算应力只需按预紧力算出应力后乘系数1.3，考虑扭矩的影响,2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接,F2,F0 + F,F2 = F1 + F,不密封,F稳定时: F1 =0.2~0.6 F,不密封,F不稳定: F1 =(0.6~1.0) F,密封时: F1 =(1.5~1.8) F,≠,F1 残余预紧力,预紧及加载过程,总拉力F2 与预紧力F0 、工作拉力F 和 残余预紧力F1 的关系,,,,,,称 为螺栓的相对刚度,,F2 与 F0、F 和F1 的关系,F0=F1＋(F-ΔF),,,,,Δλ,,,,强度计算,静强度 ：,疲劳强度 ：,3.承受工作剪力的紧螺栓连接,,5－6 螺栓组连接的设计,1. 需要选定螺栓的数目及布置形式；,2.确定螺栓连接的结构尺寸；,3.分析各螺栓的受力状况，找出受力最大的螺栓进行强度校核；,4.为了便于互换，一组螺栓尽可能 采用同一规格。

一、设计步骤,二、螺栓组联接的结构设计,1)连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；,二、螺栓组联接的结构设计,2)螺栓的布置应使各螺栓的受力合理；,二、螺栓组联接的结构设计,3)螺栓的排列应有合理的间距、边距；,二、螺栓组联接的结构设计,4)分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8等偶数；,二、螺栓组联接的结构设计,5)应避免螺栓承受附加的弯曲载荷三、螺栓组连接的受力分析,假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；受载后联接接合面仍保持为平面分以下几种基本类型：,2.受扭转转矩 T 的螺栓组连接,3.受轴向载荷 F 的螺栓组连接,4.受倾覆力矩 M的螺栓组连接,目的：找出组中受力最大的螺栓并求其所受的力,5.组合受力状态,1.受横向载荷 F S的螺栓组连接,1.受横向载荷 FΣ 的螺栓组连接,,f·F0·z·i≥Ks·F∑,F0 ≥Ks· F∑ / f·z·i,Ks—防滑系数， 取Ks＝1.1～1.3,F = F∑ / i.z,铰制孔螺栓时,z螺栓的个数,普通螺栓时,减载装置,正确识别同组螺栓,z = 4, i=2,2.受转矩T的螺栓普通螺栓组连接,2.受转矩T的铰制孔螺栓组连接,,,而：F1r1＋F2r2＋…＋Fzrz = T,,,,一种特殊情况,用普通螺栓时,用铰制孔螺栓时,3.受轴向载荷的螺栓组联接,只能是普通螺栓组连接,F = F∑ / z,若已知残余预紧力F1,F2 = F1 + F,若已知预紧力F0,4.受倾覆力矩的螺栓组连接,另外,底面不能出现间隙 σpmin = σp- Δσpmax 0,σp=z·F0/A,地基的相对刚度,底面不能被压碎 σpmax=σp+Δσpmax≤[σ]p,其中,组合受力状态,1.简化：→→ F横、F轴、T、M,3.根据F横、 T 和不滑移条件求F0或F横 i max, 由F横 i max →→F横max(向量合成),2. 由F轴或(和)M →→轴向工作载荷F轴 i max, 由F轴 i max →→F轴max；,铰制孔用螺栓组只能承受--F横、T,普通螺栓组可承受--F横、F轴、T、M,4.由F横max→F1→F0 ，结合F轴max →F2max 找出受力最大的一个螺栓,5.根据σmax 验算强度,并验算σpmax σpmin,举例,5－7螺纹连接件的材料及许用应力,(一)螺纹连接件的材料,常用材料有：,低碳钢Q215、10,中碳钢Q235、35、45,合金钢15Cr、40Cr、30CrMnSi,螺纹连接件机械性能等级标记,X·Y,其中：X表示材料强度极限的1/100， Y表示其屈服极限是X的Y/10,如:9·8表示螺栓材料强度极限σB≈900MPa， 其屈服极限σS≈900x0.8=720MPa,螺栓、螺母在图纸中只标出性能等级，不必标出材料牌号,(二)螺纹连接件的许用应力,安全系数S、Sτ、Sp根据载荷性质(静、变载荷)、装配情况(松连接或紧连接)以及螺纹连接件的材料、结构尺寸等因素决定。

螺纹连接件:,许用拉应力: [σ] = σs / S,许用切应力: [τ]= σS/Sτ,对于钢: [σ]p = σs / SP,许用挤压应力:,对于铸铁: [σ]p = σB / SP,表,5－8提高螺纹连接强度的措施,(一)降低影响螺栓疲劳强度的应力幅,Cb↓或 Cm↑,则ΔF↓, F2↓,σa↓, 对提高疲劳强度有利, 但若F0不变, F1↓,对密封不利 为保持F2、F1不变,可适当提高F0,F2=F0+ΔF,F0=F1＋(F-ΔF),F1 = F0-(F-ΔF),续,,,,,Cb↓、Cm不变,Cb不变Cm↑,F2↓ F1↓,F2↓ F1↓,Cb ↓、Cm↑，同时提高F0,,减少Cb的方法,提高Cm的方法,(二)改善螺纹牙上载荷分布不均的现象,采用螺纹牙圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度均载螺母结构,(三)改善受力状态，减小应力集中的影响,用大圆角 卸载结构 将螺纹收尾改为退刀槽等,（四)采用合理的制造工艺方法,工艺上采用氮化、氰化、喷丸等处理,例题,如图所示为一固定在钢制立柱上的铸铁托架，已知工作载荷P=4800N其作用线与垂直线的夹角α=50°，底板高h＝340mm，宽b＝150mm，试设计此螺栓组联接。

P,［解］,1.螺栓组结构设计,取螺栓数z=4， 对称布置,2.螺栓受力分析,P,1)求各分载荷,P1＝Psinα ＝4800xsin50° ＝3677N,P2=PCosα＝4800cos50°＝3085N,M＝P1x16＋P2x15＝105107N.cm,参,续,2)求各分载荷产生的工作载荷,由P1＝3677N,,Fp1=P1 / z =3677 / 4 = 919 N,故由P2＝3085N 及不滑移条件可求F0,由M＝105107N.cm,,故最上面的螺栓所受的轴向工作载荷为 F＝Fp1＋FmaxM2＝919＋1877＝2796N,,,P1使接合面的压紧力由zF0降为zF1, M只改变压接合面紧力的分布,=3677N,=3085N,=105107Ncm,,,,,,续,,查表得f=0.16 , Ks=1.2,并取,3)螺栓所受的总拉力F2,续,3.确定螺栓直径,选择螺栓材料为Q235、性能等级为4.6的螺栓,σs=400x0.6=240MPa,,控制预紧力,取S＝1.5,螺栓材料的许用应力 [σ]=σs/S=240/1.5=160Mpa,按粗牙普通螺纹标准(GB196－81)，选用螺纹公称直径d=12mm(螺纹小径d1=10.106mm＞8.6mm),4.校核螺栓组连接接合面的工作能力,查得[σ]p=0.5σB=0.5x250=125Mpa l.84MPa,5.校核螺栓所需的预紧力是否合适,对碳素钢螺栓，要求: F0≤(0.6～0.7)σSA1,已知σS=240MPa，A1=πdl2/4=80.214mm2， 取预紧力下限即 0.6σSA1=0.6 x 240 x 80.214=11550.8N,实际预紧力F0=6520N ≤11550.8N 小于下限值，故满足要求。

设计计算完成,5－9 螺旋传动简介,螺旋传动的类型和应用,利用螺杆和螺母组成的螺旋副将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力螺杆转动，螺母移动,螺母固定，螺杆转动并移动,相对运动关系,按用途分类,1)传力螺旋,2)传导螺旋,3)调整螺旋,主要传递动力，以较小的转矩产生较大的轴向推力，通常需有自锁能力如千斤顶、压力机、虎台钳等调整、固定零件的相对位置，不经常转动，常空载工作如机床、仪器及测试装置中的微调机构的螺旋以传递运动为主，有时也承受较大的轴向载荷，工作时间较长，工作速度较高，要求较高的传动精度如机床进给机构的螺旋,按螺旋副的摩擦性质分类,3)静压螺旋 (流体摩擦),1)滑动螺旋(滑动摩擦),2)滚动螺旋(滚动摩擦),外螺纹和内螺纹,返回,螺栓联接,,普通螺栓联接,铰制孔螺栓联接,返回,双头螺柱联接和螺钉联接,,,双头螺柱联接,螺钉联接,返回,紧定螺钉联接,返回,紧定螺钉联接,特殊结构的螺纹连接,返回,螺纹参数表,返回,螺纹的防松,返回,螺纹副的效率,返回,当螺纹升角ψ 当量摩擦角ρ时会自锁,ρ为当量摩擦角,ψ为螺纹升角,旋紧时,放松时,F’,螺纹的预紧,返回,减少Cb的方法,腰状杆螺栓空心螺栓,在螺母下面安装上弹性元件,返回,提高Cm的方法,,返回,P,混合受力状态,,,返回,组合受力状态下螺栓组的设计,1.简化：→→ F横、F轴、T、M,2.由F横或(和)T →→横向工作载荷F横 i max, 由F横 i max →→F横max(向量合成),3. 由F轴或(和)M →→轴向工作载荷F轴 i max, 由F轴 i max →→F轴max；,4.由F横max→F1→F0 ，结合F轴max →F2max 找出受力最大的一个螺栓,5.根据σmax 验算强度，并验算σpmax 和σpmin,返回,螺栓的安全系数,,返回,。