第5章螺纹联接.ppt

1、第五章 螺纹联接及螺旋传动,福建农林大学机电工程学院 机械工程系 张翔,第五章 螺纹联接及螺旋传动,联接概论 5.1 螺纹概述 5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件 5.3 螺栓联接的预紧P6870 5.4 螺栓联接的防松 P7072 5.5 螺纹联接的强度计算 5.6 螺栓组联接的设计 5.7 螺纹联结件的材料及许用应力 5.8 螺旋传动,1、联接的功能 实现零件或称构件的相对运动锁合,动联结,2、广义联接,静联接（全部锁合）-简称联接,（部分锁合）,-运动副,联接概论,3、联接的类型：,联接概论,引言,4、按功能原理分,材料锁合,形状锁合,力锁合,焊接 粘接,5.1.1 螺纹的类型与应用

2、 螺纹的结构要素 常用方式 牙形 矩形 梯形、锯齿形、三角形（联结用）,5.1 螺纹概述,螺纹的牙型,5.1.1 螺纹的类型与应用 螺纹的结构要素 常用方式 牙形 矩形 梯形、锯齿形、三角形（联结用） 旋向 左旋 右旋（优先使用）,5.1 螺纹概述,右旋螺纹,左旋螺纹,按螺纹的旋向分,5.1.1 螺纹的类型与应用 螺纹的结构要素 常用方式 牙形 矩形 梯形、锯齿形、三角形（联结用） 旋向 左旋 右旋（优先使用） 线数 单线 多线（传动用）,5.1 螺纹概述,单线螺纹,按螺纹的线数分,多线螺纹,5.1.1 螺纹的类型与应用 螺纹的结构要素 常用方式 牙形 矩形 梯形、锯齿形、三角形（联结用） 旋

3、向 左旋 右旋（优先使用） 线数 单线 多线（传动用） 母体形状 圆柱体 圆锥体（紧密性好）,5.1 螺纹概述,圆柱螺纹,圆锥螺纹,按母体形状分,5.1.1 螺纹的类型与应用 螺纹的结构要素 常用方式 牙形 矩形 梯形、锯齿形、三角形（联结用） 旋向 左旋 右旋（优先使用） 线数 单头 多头（传动用） 母体形状 圆柱体 圆锥体（紧密性好） 例标准联接件： 圆柱体、单线、右旋、三角螺纹 -形态分析综合法,5.1 螺纹概述,（1）直径：,大径 d 公称直径。,小径 d1强度计算。,中径 d2几何计算。,5.1.2 螺纹的主要参数,（1）直径：,大径 d 公称直径。,小径 d1强度计算。,中径 d2

4、几何计算。,（2）线数 n、螺距P、导程 S,关系：S=nP,S：沿螺旋线转一周所移动的轴向距离,5.1.2 螺纹的主要参数,（1）直径：,大径 d 公称直径。,小径 d1强度计算。,中径 d2几何计算。,（2）线数 n、螺距P、导程 S,（4）牙型角 a,关系：S=nP,（3）螺纹升角,tg =S/d2,5.1.2 螺纹的主要参数,(1)自锁条件varc tan f / cos （ = /2） (2)效率：tan/tg(+v) 一般使用场合：20 则：,5.1.3 螺纹的自锁与效率,5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件,5.2.1基本类型,1）螺栓联接,普通螺栓联接,5.2 螺纹联接的基本

5、类型、标准联结件,5.2.1基本类型,1）螺栓联接,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件,5.2.1基本类型,1）螺栓联接,2）螺钉联接,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件,5.2.1基本类型,1）螺栓联接,3）双头螺柱联接,2）螺钉联接,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件,5.2.1基本类型,1）螺栓联接,3）双头螺柱联接,2）螺钉联接,4）紧定螺钉联接,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,5.2.2 标准联接件（表5-2）,5.3 螺栓联接的预紧P6870,（1）目的：提供正压力摩擦力、确

6、保紧密性 概念一：预紧（工作前需拧紧） 概念二：螺栓受到预紧力作用 （2）与预紧力F0对应的拧紧力矩T的计算（式5-7）,5.3 螺栓联接的预紧P6870,（3） T的控制方法 常用方法：测力矩扳手 定力矩扳手,5.4 螺栓联接的防松P7072,（1）松脱的原因,振动,轴向, F0减小或消失,周向, 转动趋势,（或）温度变化, 变形差, F0下降,周向振动, 螺母（杆）转（松）动,5.4 螺栓联接的防松P7072,（1）松脱的原因 （2）防松方式 摩擦防松,对顶（双）螺母防松,原理：增加摩擦力,5.4 螺栓联接的防松P7072,（1）松脱的原因 （2）防松方式 摩擦防松,弹簧垫圈防松,原理：增

7、加摩擦力,尖端顶住螺母,5.4 螺栓联接的防松P7072,（1）松脱的原因 （2）防松方式 摩擦防松,自锁螺母防松,原理：增加摩擦力,收口,5.4 螺栓联接的防松P7072,（1）松脱的原因 （2）防松方式 摩擦防松 机械防松（形锁合）,开口销与开槽六角螺母防松,开口销,螺母开槽,5.4 螺栓联接的防松P7072,（1）松脱的原因 （2）防松方式 摩擦防松 机械防松（形锁合）,止动垫圈防松,5.4 螺栓联接的防松P7072,（1）松脱的原因 （2）防松方式 摩擦防松 机械防松（形锁合）,止动垫圈防松,5.4 螺栓联接的防松P7072,（1）松脱的原因 （2）防松方式 摩擦防松 机械防松（形锁合

8、）,串连钢丝防松,5.4 螺栓联接的防松P7072,（1）松脱的原因 （2）防松方式 摩擦防松 机械防松（形锁合） 破坏可拆,5.5 螺纹连接的强度计算,5.5.1 工作类型与承载分析 松螺栓联接 预紧力 无,外载方向 轴向,书图例 图5-21,螺杆承载 受拉,5.5 螺纹连接的强度计算,5.5.1 工作类型与承载分析 松螺栓联接 预紧力 无 外载方向 书图例 螺杆承载,轴向,横向,图5-21、,图5-27,受拉,剪、挤,非必需,精密配合面,铰制孔用螺栓联接,5.5 螺纹连接的强度计算,5.5.1 工作类型与承载分析 松螺栓联接 铰制孔用螺栓联接 预紧力 无 不需 外载方向 书图例 螺杆承载

9、结论：,轴向,横向,轴向,图5-21、,图5-27,图5-18、,受拉,剪、挤,受拉,紧螺栓联接,有,5.5 螺纹连接的强度计算,5.5.1 工作类型与承载分析 松螺栓联接 铰制孔用螺栓联接 紧螺栓联接 预紧力 无 不需 有 外载方向 书图例 螺杆承载 结论：,轴向,横向,横向,轴向,图5-21、,图5-27,图5-18,图5-22,受拉,剪、挤,受拉,5.5 螺纹连接的强度计算,5.5.1 工作类型与承载分析 松螺栓联接 铰制孔用螺栓联接 紧螺栓联接 预紧力 无 不需 有 外载方向 书图例 螺杆承载 结论：紧联接螺杆受拉 其余螺杆承载与外载对应,轴向,、横向,横向,轴向,图5-21、,图5-

10、27,图5-18、,图5-22,受拉,剪,受拉,5.5.2计算准则,（1）受剪螺栓 （2）受拉螺栓 失效形式螺牙：挤、剪、变形 螺杆：断裂 螺栓标准件“等强度” 计算准则：危险截面处ca 松螺栓联接（普通拉杆）,紧螺栓联接？,5.5.3 紧螺栓联接的强度计算,（1）螺杆的应力状态,螺纹摩擦力矩,预紧力、轴向外载,拉应力（）,扭剪应力（）,（2）强度计算理论“第4理论”,（3）强度计算式,设F2螺栓承受的轴向总载荷,5.5.3 紧螺栓联接的强度计算,（4）轴向总载荷F2的计算 横向外载螺栓仅受预紧力F0 F2F0,（4）轴向总载荷F2的计算, 横向外载：F2F0 轴向外载（F）,工作前螺栓承受预

11、紧力,工作是又作用有轴向工作载荷,螺栓总载荷:F2= F0+F ?,（4）轴向总载荷F2的计算, 横向外载：F2F0 轴向外载（F） 状态 被联接件 螺栓 压缩量 压力 伸长量 拉力 未拧紧 0 0 0 0,（4）轴向总载荷F2的计算,状态 被联接件 螺栓 压缩量 压力 伸长量 拉力 未拧紧 0 0 0 0,（4）轴向总载荷F2的计算,状态 被联接件 螺栓 拧 紧,m,b,F0,F0,压缩量,伸长量,压力,拉力,（4）轴向总载荷F2的计算,状态 被联接件 螺栓 加轴载,m =m -,b +,F1+F,伸长量,压缩量,压力,拉力,（4）轴向总载荷F2的计算, 横向外载：F2F0 轴向外载（F）

12、状态 被联接件 螺栓 压缩量 压力 伸长量 拉力 未拧紧 0 0 0 0 拧 紧,m,F0,b,F0,加轴载,m =m -,b +,F1+F,F2= F1+F 残余预紧力（取值P83）,（4）轴向总载荷F2的计算, 横向外载：F2F0 轴向外载（F）： F2= F1+F 残余预紧力（取值P83）,5.6 螺栓组联接的设计,5.6.1 螺栓组联接的结构设计布置、数量、形状 要求：1）满足紧密性、联结固定的结构要求 2）使螺栓具有最佳的尺寸 3）加工装配工艺性好 设计要点： 1）合理的间距、边距,紧密性,扳手空间,5.6 螺栓组联接的设计,5.6.1 螺栓组联接的结构设计布置、数量、形状 要求：1

13、）满足紧密性、联结固定的结构要求 2）使螺栓具有最佳的尺寸 3）加工装配工艺性好 设计要点： 1）合理的间距、边距（紧密性、扳手空间） 2) 合理承载,（掌握好螺栓组受力分析）,5.6 螺栓组联接的设计,5.6.1 螺栓组联接的结构设计布置、数量、形状 要求：1）满足紧密性、联结固定的结构要求 2）使螺栓具有最佳的尺寸 3）加工装配工艺性好 设计要点： 1）合理的间距、边距（紧密性、扳手空间） 2) 合理承载（掌握好螺栓组受力分析） 3）对称：结合面和布置形状、偶数、螺栓尺寸一致（加工、受力、布置*）,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,目 的：求出受力最大的螺栓及其作用力 基本假设：被联接件为

14、刚体、预紧力相同、联接件刚度相同、 弹性变形一致 分析方法：4种典型载荷下的受力分析，叠加合成法. 一般载荷分析,原因：组中各螺栓受力常常是不均匀,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,螺栓组承受的4种典型载荷作用：,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,1). 受横向载荷F (F过形心)：,两种承载方式,普通螺栓,铰制孔用螺栓,（摩擦力承载）-求预紧力,（螺栓受剪） -求剪力,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,1). 受横向载荷F (F过形心)：,(1）受拉螺栓预紧力F0,f F0ziKS F,Ks防滑系数,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,1). 受横向载荷F (F过形心)：,(2) 受剪螺栓剪力

15、F,变形协调：FF/z,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,1). 受横向载荷F (F过形心)：,(1)受拉螺栓预紧力F0,f F0ziKS F,Ks防滑系数,(2) 受剪螺栓剪力F,变形协调：FF/z,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,2).受旋转力矩T,被联接件的旋转中心螺栓组形心,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,2).受旋转力矩T,被联接件的旋转中心螺栓组形心,两种承载方式,普通螺栓,铰制孔用螺栓,（摩擦力承载）-求预紧力,（螺栓受剪） -求剪力,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,2).受旋转力矩T,(1)受拉螺栓预紧力,(预紧力相等、底座摩擦力矩等于T),fF0r1,+fF0r2,+f

16、F0rz, KST,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,2).受旋转力矩T,(1)受拉螺栓预紧力,(预紧力相等、底座摩擦力矩等于T),fF0r1+fF0r2+fF0rz KST,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,2).受旋转力矩T,(2)受剪螺栓的剪力,（底板静力平衡）,F1r1,+F2r2,+F2rz, T,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,2).受旋转力矩T,(2)受剪螺栓的剪力,（底板静力平衡）,变形协调,形心,螺栓1中心,螺栓2中心,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,2).受旋转力矩T,(2)受剪螺栓的剪力,（底板静力平衡）,变形协调,（剪切变形量与旋转半径成比例）,剪力与力臂（转动半径

17、）成比例,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,2).受旋转力矩T,(2)受剪螺栓的剪力,（底板静力平衡）,变形协调,剪力与力臂（转动半径）成比例,i/ ri=j /rj,Fi / ri=Fj / rj,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,2).受旋转力矩T,(2)受剪螺栓的剪力,（底板静力平衡）,变形协调,剪力与力臂（转动半径）成比例,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,2).受旋转力矩T,(2)受剪螺栓的剪力,（底板静力平衡）,变形协调,剪力与力臂（转动半径）成比例,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,3) 受轴向载荷F（F过形心）,单个螺栓的工作载荷,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,4)受倾覆力

18、矩M,在 M 作用下，底板有绕通过螺栓组形心的轴线 O 转动的趋势。,底板上翻，机座放松，螺栓进一步拉紧,底板下压，螺栓放松,根据底板静力平衡变形协调可推得：,5.6.2 螺栓组联接的受力分析,5) 一般载荷作用下的受力分析,例：分析图示扳手中的普通螺栓组联接的螺栓受力,5) 一般载荷作用下的受力分析,例：分析图示扳手中的普通螺栓组联接的螺栓受力 解：1）受力分析 （1）取加长杆为研究对象，将载荷平移至螺栓组的形心得外力：F、T,5) 一般载荷作用下的受力分析,例：分析图示扳手中的普通螺栓组联接的螺栓受力 解： 1）受力分析 （1）取加长杆为研究对象，将载荷平移至螺栓组的形心得外力：F、T,F=P,T=9aP,（2）分析螺栓对螺栓孔的反力,F,对于F分别有反力： FF1 、FF2,T,对于T分别有反