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文档简介

1、第二篇第二篇 连接连接第五章第五章 螺纹螺纹连接连接(DF)和和螺旋传动螺旋传动第六章第六章 键、键、花键花键(F)、无键和销连接无键和销连接第七章第七章 铆接、焊接、胶接和过盈连接铆接、焊接、胶接和过盈连接重点是螺纹重点是螺纹连接连接和键和键、花键连接设计与计算花键连接设计与计算难点是难点是螺纹螺纹连接计算连接计算(F:重点,重点,Focus, Force,Fenshu)(D:难点,难点,Difficult,对付可得)对付可得)(DF:难点难点+重点,重点, Focus on Difficult,得得分分)第二篇第二篇 连接连接连连接接机械动机械动连接连接运动副运动副机械静机械静连接连接可拆

2、卸连接可拆卸连接不可拆卸连接不可拆卸连接螺纹连接螺纹连接键、花键、销连接键、花键、销连接无键连接无键连接铆接铆接焊接焊接胶接胶接过盈连接过盈连接% 连接的基本类型连接的基本类型考虑考虑制造以制造以及及其其经济性经济性考虑结构安考虑结构安装运输维护装运输维护螺旋传动螺旋传动(螺旋副)(螺旋副)第五章 螺纹连接和螺旋传动和螺旋传动5-1 螺纹螺纹5-2 螺纹联接螺纹联接的类型和标准联接的类型和标准联接件件(F)5-3 螺纹螺纹的预的预紧紧(F)5-4 螺纹螺纹的防的防松松(F)5-5 螺栓螺栓组联接的组联接的设计设计(DF)5-6 螺纹联接螺纹联接的强度的强度计算计算(DF)5-7 螺纹联接螺纹联

3、接的材料及的材料及许用应力许用应力(F)5-8 提高提高螺纹联接强度的螺纹联接强度的措施措施(DF)5-9 螺旋传动螺旋传动(简介)(简介)第五章 螺纹连接和螺旋传动和螺旋传动1.1.了解连接了解连接的基本的基本分类分类,掌握掌握螺纹连接的主要类型;螺纹连接的主要类型;2.2.了解螺栓拧紧时连接中各零了解螺栓拧紧时连接中各零件的受力及螺栓的防松原件的受力及螺栓的防松原 理、装置和方法;理、装置和方法;4 4. .理解提高理解提高螺栓连接强度的措螺栓连接强度的措施;施;5.5.掌握螺栓组连接的受力分析掌握螺栓组连接的受力分析及单个螺栓连接的强度计算及单个螺栓连接的强度计算;基本要求基本要求:Pd

4、2一一. . 螺纹的形成螺纹的形成用于连接用于传动单单线线螺螺纹纹5 1 螺 纹Sd2多多线线螺螺纹纹升角升角,导程,导程S S,螺距,螺距P P,头数,头数n n;S=nPS=nP二二. . 螺纹的分类:螺纹的分类:1)按牙形分:)按牙形分:2)按螺旋的线数分:)按螺旋的线数分:单线、单线、多多 线(一线(一般不超过般不超过4线),线),线线 数越多,导程越大。数越多,导程越大。单线单线用于用于连接,多线用于传动。连接,多线用于传动。3 3)按旋向分:)按旋向分:右旋、左旋。一般用右旋。右旋、左旋。一般用右旋。4 4)内、外螺纹之分:)内、外螺纹之分:二者旋合组成螺旋副(螺纹副)二者旋合组成

5、螺旋副(螺纹副)5)按母体的形状分:)按母体的形状分:圆柱螺纹、圆锥螺纹圆柱螺纹、圆锥螺纹6 6)按采取标准制度的不同:)按采取标准制度的不同:公制、英制公制、英制三角形:三角形:锯齿形:锯齿形:矩矩 形:形:剃剃 形:形:5 1 螺 纹三、机械三、机械制造常用螺纹:制造常用螺纹:常用螺纹常用螺纹( 按牙形分)按牙形分)三角螺纹三角螺纹矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹普通螺纹普通螺纹管螺纹管螺纹粗牙螺纹粗牙螺纹细牙螺纹细牙螺纹普通细牙普通细牙非螺纹密封非螺纹密封螺纹密封螺纹密封圆锥管螺纹圆锥管螺纹用于传动用于传动用于用于连接连接5 1 螺 纹注:注:除了矩形螺纹外,其它螺纹

6、都已除了矩形螺纹外,其它螺纹都已标准化标准化了,设计时应按国家标了,设计时应按国家标准设计。准设计。 四、常用四、常用螺纹的特点及应用螺纹的特点及应用1. 普通螺纹:普通螺纹:是是牙型角牙型角 =60=60的三角形米制的三角形米制螺纹。螺纹。同一公称直同一公称直径可以有多种螺距。其中螺距最大的称为粗牙螺纹,其余的均径可以有多种螺距。其中螺距最大的称为粗牙螺纹,其余的均称为细称为细牙螺纹。细牙螺纹因牙螺纹。细牙螺纹因螺距螺距小,升角小,因此小,升角小,因此自锁性自锁性好、好、强度高,但不耐磨强度高,但不耐磨、易、易滑扣。细牙螺纹用于滑扣。细牙螺纹用于薄壁薄壁零件以及受振零件以及受振动载荷动载荷的

7、连接的连接、微调机构中。、微调机构中。2. 管螺纹管螺纹:公称直径公称直径为管子为管子的公称直经。的公称直经。 3. 用于传动的螺纹:用于传动的螺纹:5 1 螺 纹五、螺纹五、螺纹的基本参数:的基本参数:1 1)大径)大径d d:(公称直径公称直径)2 2)小径)小径d d1 1:(强度计算用)(强度计算用)3 3)中径中径d d2 2:(分析效率时用)(分析效率时用)h4 4)螺距)螺距P P:相邻相邻两在中径线上对应点间的轴向距离。两在中径线上对应点间的轴向距离。5 5)导程)导程S S:同一螺旋线上相邻两牙在中径线上牙对应点间的轴向同一螺旋线上相邻两牙在中径线上牙对应点间的轴向 距离。距

8、离。S=nPS=nP5 1 螺 纹h6 6)牙形角)牙形角 :螺纹轴向截面内,螺纹轴向截面内,螺纹牙型两侧边的夹角。螺纹牙型两侧边的夹角。7 7)牙形斜角)牙形斜角 :牙型侧边牙型侧边与垂直与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。对于螺纹轴线的平面间的夹角。对于对称牙对称牙型型 = = /2/2。8 8)螺纹升角)螺纹升角:中径圆柱上,螺中径圆柱上,螺旋线切线与垂直螺纹轴线的平面旋线切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。间的夹角。 tg=nP/tg=nP/ d d2 29 9)接触高度)接触高度h h:内外螺纹旋合后内外螺纹旋合后接触面的径向高度。接触面的径向高度。5 1 螺 纹五、螺纹的基本参数:五、螺纹

9、的基本参数: 5-2 5-2 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件及螺纹标准件一一. .螺纹连接的基本类型:螺纹连接的基本类型:螺栓连接螺栓连接螺钉连接螺钉连接双头螺柱连接双头螺柱连接紧定螺钉连接紧定螺钉连接 5-2 5-2 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件及螺纹标准件1.1.螺栓连接螺栓连接1)被连接件的孔不用加工螺纹,装拆方便,用于经常)被连接件的孔不用加工螺纹,装拆方便,用于经常 拆装的场合。拆装的场合。2)只适用于被连接件都较薄的情况。)只适用于被连接件都较薄的情况。(1)普通螺栓连接(2)铰制孔螺栓连接2. 双头螺柱连接:双头螺柱连接:特点及应用:特点

10、及应用: 被连接件之一需加工螺纹孔。被连接件之一需加工螺纹孔。用于被连接件之一比较厚,用于被连接件之一比较厚,需经需经常拆装常拆装的情况。的情况。3. 螺钉连接:螺钉连接:特点及应用:特点及应用: 被连接件之一需加工螺纹孔,被连接件之一需加工螺纹孔,省去了螺母,结构简单。用于被省去了螺母,结构简单。用于被连接件之一比较厚,连接件之一比较厚,不宜经常拆不宜经常拆装装的场合。的场合。 5-2 5-2 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件及螺纹标准件4. 紧定螺钉连接:紧定螺钉连接: 用于固定两零件用于固定两零件的相对位置,并传递的相对位置,并传递不大的力或力矩。不大的力或力矩。 5-

11、2 5-2 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件及螺纹标准件地脚螺栓地脚螺栓吊环螺栓吊环螺栓T T形槽螺栓形槽螺栓5. 其它其它常用的螺纹连接常用的螺纹连接 5-2 5-2 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件及螺纹标准件二二. .标准螺纹连接件标准螺纹连接件1.1.螺栓螺栓 螺栓的形状较多,螺栓的形状较多,用途也很广泛。如右用途也很广泛。如右图所示为各种不同形图所示为各种不同形式的螺栓。螺栓连接式的螺栓。螺栓连接也可以用于螺钉连接也可以用于螺钉连接中。中。2.2.双头螺柱双头螺柱 5-2 5-2 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件及螺纹标准件3.3

12、.螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉 螺钉的头部和端部有多种形式,以适应不同场合的需要。螺钉的头部和端部有多种形式,以适应不同场合的需要。 5-2 5-2 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件及螺纹标准件4.4.螺母螺母 5-2 5-2 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件及螺纹标准件 普通用的螺纹紧固件,按制造精度分粗制、精制两类。普通用的螺纹紧固件,按制造精度分粗制、精制两类。前者多用于建筑、木结构及其它次要场合,精制的广泛用于前者多用于建筑、木结构及其它次要场合,精制的广泛用于机器设备中。机器设备中。 螺纹连接件分三个精度等级:螺纹连接件分三个精度等级:A A、B

13、B、C C(高(高底),底),C C级级最常用。精度等级要配套使用。最常用。精度等级要配套使用。5.5.垫圈垫圈 5-2 5-2 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件及螺纹标准件5-3 5-3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧 在装配时,螺纹连接都必须预紧。对于重要的螺纹在装配时,螺纹连接都必须预紧。对于重要的螺纹连接,还应控制其预紧力的大小。连接,还应控制其预紧力的大小。1.预紧力:预紧力:2.预紧的目的:预紧的目的:1)增加连接的可靠性;)增加连接的可靠性;2)增加连接的刚性;)增加连接的刚性;3)防松;)防松;4)受横向载荷作用时,增大摩擦力,防止相对滑动;)受横向载荷作用时,

14、增大摩擦力,防止相对滑动;5)增大疲劳强度。)增大疲劳强度。使连接在承受工作载荷之前预先受到力的作用,使连接在承受工作载荷之前预先受到力的作用, 这个力称为这个力称为预紧力预紧力。 预紧力不能太大,太大易过载拉断,因此,预紧力要预紧力不能太大,太大易过载拉断,因此,预紧力要保证且又不使其过载。保证且又不使其过载。3 3. .拧紧力矩拧紧力矩T=FL=T1+T2001)螺旋副间的摩擦力矩)螺旋副间的摩擦力矩T1:设设F0为螺栓所受的预紧力为螺栓所受的预紧力,则则:)(0vtgFF)(222021vtgdFdFT0FFRVVsin()FR=+0Vcos()FR=+拧紧螺纹相当于推动重物沿螺旋面上升

15、。取中径为计算名义尺寸。拧紧螺纹相当于推动重物沿螺旋面上升。取中径为计算名义尺寸。V-当量摩擦角3 3. .拧紧力矩拧紧力矩T=FL=T1+T2002)螺母与支撑面间的摩擦力矩:)螺母与支撑面间的摩擦力矩:fcrFfT02式中式中: : fc为螺母与被连接件支撑面间的摩擦系数。为螺母与被连接件支撑面间的摩擦系数。 无润滑时无润滑时fc=0.1520203030031dDdDFfc20203030020312dDdDFftgdFTcv拧紧力矩拧紧力矩: :()()00/20222/2002/ 4Dcdf FTrrdr Dd=-假设:接合面受国均布,并略去螺母周边非圆部分的影响。假设:接合面受国均

16、布,并略去螺母周边非圆部分的影响。20203030020312dDdDFftgdFTcv拧紧力矩拧紧力矩: :T 0.2F0 d Nmm 为使连接有足够的预紧力又不使螺栓为使连接有足够的预紧力又不使螺栓拧断,预紧力可按屈服极限取:拧断,预紧力可按屈服极限取: 碳素钢:碳素钢:F0 (0.6 0.7) SA1 合金钢:合金钢:F0 (0.5 0.6) SA1 对对M12M12以下的螺栓,应注意控制以下的螺栓,应注意控制预紧预紧力,以防过力,以防过载拉断载拉断。合金钢安全系数更小?其强度较高。合金钢安全系数更小?其强度较高00对于对于M10 M68的普通螺纹,的普通螺纹, ,fc=0.15, ,f

17、 为螺旋副的间的为螺旋副的间的摩擦系数摩擦系数,无润滑时无润滑时 f=0.10.2,则:则:dDdddd5 . 1,1 . 1,9 . 0002farctgv155. 1,23241测力矩扳手定力矩扳手4.控制预紧力的方法:控制预紧力的方法:1)控制拧紧力矩;)控制拧紧力矩;b.定力矩板手;定力矩板手;2)测量螺栓的伸长量;)测量螺栓的伸长量;a.测力矩板手;测力矩板手;等价于拧紧圈数等价于拧紧圈数 1)在冲击、振动、变载荷作用下,螺旋副间的摩擦阻力极不稳定,)在冲击、振动、变载荷作用下,螺旋副间的摩擦阻力极不稳定,在某一瞬间会急剧减少以致消失,失去自锁能力,连接就可能松脱;在某一瞬间会急剧减

18、少以致消失,失去自锁能力,连接就可能松脱; 2)螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作,材料发生蠕变和应力)螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作,材料发生蠕变和应力松弛,也会使预紧力和摩擦力逐渐减少,最终导致连接失效。松弛,也会使预紧力和摩擦力逐渐减少,最终导致连接失效。1.1.防松的根本原理:防松的根本原理:防止螺旋副的相对转动防止螺旋副的相对转动。3.3.防松的方法:防松的方法: 摩擦防松:摩擦防松:摩擦防松简单方便,不如以下两种方法可靠。摩擦防松简单方便,不如以下两种方法可靠。 机械防松:机械防松:机械防松可靠,可和摩擦防松联合使用。机械防松可靠,可和摩擦防松联合使用。用于不再拆卸连接。这

19、种方法是将螺旋副变成非运动副,用于不再拆卸连接。这种方法是将螺旋副变成非运动副,从而排除了相对运动的可能性。从而排除了相对运动的可能性。 永久防松:永久防松:2.2.防松的原因:防松的原因:5-4 5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松1 1)摩擦防松:)摩擦防松: 弹簧垫圈防松弹簧垫圈防松5-4 5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松对顶螺母防松对顶螺母防松0F0F00FF0F0F5-4 5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松开口销防松开口销防松螺栓装配图开槽螺母开口销2 2)机械防松:)机械防松:5-4 5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松止动垫片防松止动垫片防松5-4 5-4 螺纹连接的防松螺

20、纹连接的防松2 2)机械防松:)机械防松:串联钢丝防松串联钢丝防松正确错误2 2)机械防松:)机械防松:5-4 5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松3 3)永久防松:)永久防松:5-4 5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松 5-5 螺栓组连接的设计一一. .螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计1.1.被连接件结合面形状应简单对称:被连接件结合面形状应简单对称: 便于加工,便于螺栓对称布置,使便于加工,便于螺栓对称布置,使螺栓组的对称中心与结合面形心重合螺栓组的对称中心与结合面形心重合2.2.螺栓的布置应使螺栓受力合理:螺栓的布置应使螺栓受力合理: 受横向力的螺栓组受力方向不受横向力的螺栓组

21、受力方向不超过超过8 8个;受力矩作用时应适当远个;受力矩作用时应适当远离对称轴;离对称轴;3.3.布置螺栓应留有合理的间距、边距,布置螺栓应留有合理的间距、边距,方便装配方便装配 扳手空间尺寸,查标准扳手空间尺寸,查标准 压力容器螺栓间距,压力容器螺栓间距,P73P73表表5-45-4均匀受力,非对称受力易损坏均匀受力,非对称受力易损坏4. 4. 分布在同一圆周上的螺栓数目应分布在同一圆周上的螺栓数目应取偶数取偶数5.5.避免螺栓偏心承载,而避免螺栓偏心承载,而产生附加弯曲载荷产生附加弯曲载荷6.6.同一螺栓组紧固件形状、尺寸、材同一螺栓组紧固件形状、尺寸、材料应尽量一致料应尽量一致 5-5

22、 螺栓组连接的设计一一. .螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计 螺栓组连接设计计算的一般步骤:螺栓组连接设计计算的一般步骤: 螺栓组受力分析螺栓组受力分析 找出受力最大的螺栓找出受力最大的螺栓, ,及其力的大小;及其力的大小; 单个螺栓受力和失效分析单个螺栓受力和失效分析 单个螺栓强度计算;单个螺栓强度计算; 确定螺栓的尺寸(直径、长度)。确定螺栓的尺寸(直径、长度)。 5-5 螺栓组连接的设计一一. .螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计 螺栓组螺栓组连接校核计算连接校核计算的一般步骤:的一般步骤: 螺栓组受力分析螺栓组受力分析 找出受力最大的螺栓找出受力最大的螺栓, ,及其力的大

23、小;及其力的大小; 确定螺栓的尺寸(直径、长度)。确定螺栓的尺寸(直径、长度)。 单个单个螺栓受力和失效分析螺栓受力和失效分析 单个螺栓强度计算;单个螺栓强度计算; 检验强度,若不足应加大轴径。检验强度,若不足应加大轴径。二二. .螺栓组连接的受力分析:螺栓组连接的受力分析:前者靠摩擦力工作,后者靠剪切力工作。两种前者靠摩擦力工作,后者靠剪切力工作。两种情况的工作原理不同情况的工作原理不同!% 普通螺栓连接% 铰制孔用螺栓连接1. 承受承受横向横向(相对于螺栓轴向相对于螺栓轴向)载荷载荷作用的螺栓组连接作用的螺栓组连接 5-5 螺栓组连接的设计为了简化计算,假设:为了简化计算,假设: 1)所有

24、螺栓的)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同材料、直径、长度和预紧力均相同; 2)螺栓组的)螺栓组的几何中心几何中心与连接与连接结合面的形心重合结合面的形心重合; 3)受载后连接)受载后连接结合面仍保持为平面结合面仍保持为平面。00ssK FfF ziK FFfzi吵或单个螺栓受力单个螺栓受力0F3 . 11 . 1_6579_可靠性系数,取接合面数目;表接合面间的摩擦系数,sKiPf螺栓组受力螺栓组受力F dFddFca012103 . 144/3 . 1或1)普通螺栓组连接受力平衡条件受力平衡条件 5-5 螺栓组连接的设计许用应力最大降许用应力最大降30%,工作应力比拉应力加大,工作应

25、力比拉应力加大30%单个螺栓受力单个螺栓受力zFF螺栓组受力螺栓组受力F剪切强度计算:剪切强度计算: 4/20dF孔壁螺栓ppp,min挤压强度:挤压强度:ppLdFmin02)铰制孔用螺栓连接 5-5 螺栓组连接的设计半圆柱面受挤压力,全断面受剪切力,均匀受力半圆柱面受挤压力,全断面受剪切力,均匀受力2. 2. 受转矩的螺栓组连接受转矩的螺栓组连接01020zsF frF frF frK T+ 鬃 鬃 +)(210zsrrrfTKF 1 1)普通螺栓连接)普通螺栓连接ir0fF0fF dFddFca012103 . 144/3 . 1或ziisrfTK1不滑动条件不滑动条件 5-5 螺栓组连

26、接的设计各螺栓的作用力,简化到其轴心处,视为近似点载荷作用各螺栓的作用力,简化到其轴心处,视为近似点载荷作用iriFmaxFmaxr2)铰制孔用螺栓连接)铰制孔用螺栓连接zzrFrFrFT 2211力矩平衡:22221maxmaxzrrrTrF 受力最大螺栓:)(22221maxmaxzrrrrFT 即:变形量越大,则工作剪力越大变形量越大,则工作剪力越大 max22max11/zziiiiTrTrrr=邋剪切强度计算:剪切强度计算: 4/20maxdF挤压强度:挤压强度:ppLdFmin0maxF03.3.受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接单个螺栓的受力:预紧力单个螺栓的受力:预紧

27、力F F0 0 工作力工作力F F : :zFFFCCCFFFFmbb002 dFddFca212123 . 144/3 . 1或001mbmCCCFFF对于有紧密性要求的连接,对于有紧密性要求的连接,FF8 .15 .11 5-5 螺栓组连接的设计4.4.受倾覆力矩的螺栓组连接受倾覆力矩的螺栓组连接假定假定: : 1) 1)底板为刚体;底板为刚体; 2)2)倾覆力矩作用在螺栓组连接倾覆力矩作用在螺栓组连接的形心;的形心; 3)3)受载后绕受载后绕O-OO-O转动仍保持平转动仍保持平面。面。在在M的作用下:的作用下: 左侧:左侧:螺栓拉力增大;螺栓拉力增大; 右侧:右侧:螺栓拉力减小而地面压螺

28、栓拉力减小而地面压 力增大力增大失效分析:失效分析: 1.1.螺栓拉断;螺栓拉断; 2.2.底板左侧出现间隙;底板左侧出现间隙; 3.3.底板右侧压溃。底板右侧压溃。 5-5 螺栓组连接的设计% 螺栓所受的工作拉力与距离成正比螺栓所受的工作拉力与距离成正比iLmaxL% 螺栓所受的工作拉力螺栓所受的工作拉力maxFiF 5-5 螺栓组连接的设计zzLFLFLFM 2211力矩平衡: ziizLLMLLLLMF12max22221maxmax力:受力最大螺栓的工作拉iLmaxL% 螺栓所受的工作拉力螺栓所受的工作拉力max02FCCCFFmbb:受力最大螺栓的总拉力maxFiF 5-5 螺栓组连

29、接的设计2FmF2受翻转力矩前,接合面挤压应力分布图受翻转力矩前,接合面挤压应力分布图F0%底板受力分析底板受力分析在翻转力矩作用下,接合面挤压应力分布图在翻转力矩作用下,接合面挤压应力分布图 5-5 螺栓组连接的设计1B1C2F1FF2C2BmF1mF2mF2FmF2验算接合面的强度计算验算接合面的强度计算0maxminppp左侧不出现间隙:左侧不出现间隙:ppppmaxmax右侧不压溃:右侧不压溃:-许用挤压应力许用挤压应力AzFp0mbmpCCCWMmaxWM00minWMAzFpppWMAzF0maxmF%小结:小结:1.1.在实际工作中,螺栓所受的工作载荷往往是以上在实际工作中,螺栓

30、所受的工作载荷往往是以上四中四中 简单形式的不同组合,但不论受力多复杂,都可以简单形式的不同组合,但不论受力多复杂,都可以将复杂将复杂状态简化成以上四种简单的受力状况,先分别状态简化成以上四种简单的受力状况,先分别求螺栓求螺栓的工的工作载荷,然后向量迭加,就可求出螺栓所作载荷,然后向量迭加,就可求出螺栓所受的受的总工作载荷;总工作载荷;横向荷载横向荷载+ +轴向载荷轴向载荷+ +翻转力矩翻转力矩横向载荷横向载荷+ +旋转力矩旋转力矩FT=Fe 5-5 螺栓组连接的设计%小结:小结:2.2.虽然前面讲了螺栓的四种不同外载(横向、转矩、虽然前面讲了螺栓的四种不同外载(横向、转矩、轴向、倾覆力矩),

31、但对单个螺栓而言,受力只有轴向、倾覆力矩),但对单个螺栓而言,受力只有两种:拉力、剪力;两种:拉力、剪力;3.3.为了保证为了保证螺螺栓连接的可靠性,还要考虑综合条件:栓连接的可靠性,还要考虑综合条件:不出现间隙、不压溃等。不出现间隙、不压溃等。 5-5 螺栓组连接的设计横向荷载横向荷载+ +轴向载荷轴向载荷+ +翻转力矩翻转力矩横向载荷横向载荷+ +旋转力矩旋转力矩FT=Fe1.1.在轴向载荷作用下,螺栓杆或螺纹部分发生塑性变形或拉断;在轴向载荷作用下,螺栓杆或螺纹部分发生塑性变形或拉断; 5-6 5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算一一. . 螺栓连接的失效形式:螺栓连接的失效形式

32、:v普通螺栓连接:普通螺栓连接: 松螺栓连接松螺栓连接 紧螺栓连接紧螺栓连接v铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接受横向工作载荷受横向工作载荷F的的紧螺栓连接紧螺栓连接受轴向工作拉力受轴向工作拉力F F的紧螺栓连接的紧螺栓连接螺纹连接的失效往往是由于螺栓的失效而引起。螺纹连接的失效往往是由于螺栓的失效而引起。对单个螺栓来说受力的形式不外乎是对单个螺栓来说受力的形式不外乎是轴向力轴向力或或横向力横向力。2.2.在横向载荷作用下,铰制孔螺栓连接的失效形式是:螺拴杆在横向载荷作用下,铰制孔螺栓连接的失效形式是:螺拴杆 和孔壁的贴合上可能的压溃或螺栓杆被剪断;和孔壁的贴合上可能的压溃或螺栓杆被剪断;3.3

33、.螺纹牙的磨损。螺纹牙的磨损。% 螺栓连接大多工作之前应螺栓连接大多工作之前应 预紧,称为紧螺栓连接预紧,称为紧螺栓连接二二. .设计准则:设计准则:对受拉螺栓:对受拉螺栓:保证螺栓的静力或疲劳强度。保证螺栓的静力或疲劳强度。三三. 螺栓连接的强度计算:螺栓连接的强度计算:对受剪螺栓:对受剪螺栓:保证螺栓的挤压强度和螺栓的保证螺栓的挤压强度和螺栓的 剪切强度剪切强度。1. 松螺栓连接的强度计算:松螺栓连接的强度计算:421dF)(1mmd)(mmd许用应力,MPa14 Fd 校核公式校核公式设计公式设计公式 5-6 5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算2. 2. 紧螺栓连接紧螺栓连接的

34、强度计算的强度计算1 1)受横向工作载荷受横向工作载荷F的的紧螺栓连接紧螺栓连接 仅受预紧力的紧螺栓连接仅受预紧力的紧螺栓连接 螺栓上的作用力:螺栓上的作用力:F0、T14210dF拉应力4/216/2/16/210123120311dFtgddddtgFdTvv剪应力对于对于M10-M68的螺纹,的螺纹,d1、d2、 取平均值,并取取平均值,并取tg v=f =0.155 . 0得:得:4/3 . 13 . 15 . 033102222dFca 2210/4/3 . 1mmNdFca强度条件F0F0FFF0 F / f ,当,当f=0.15, F0=8F,螺栓的可能尺寸较大。,螺栓的可能尺寸

35、较大。 可用减载零件来承受横向力,此时螺栓只起连接作用,不可用减载零件来承受横向力,此时螺栓只起连接作用,不承载,强度计算按减载零件计算。承载,强度计算按减载零件计算。 5-6 5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算2 2)受轴向工作拉力)受轴向工作拉力F F的紧螺栓连接的紧螺栓连接由于螺栓由于螺栓和被连接和被连接件都是弹件都是弹性体,满性体,满足虎克定足虎克定律。律。bmF0F0F0F0F2F2FFF1F1螺栓上的总拉力:螺栓上的总拉力:F2 F0+F=螺栓上的作用力:螺栓上的作用力:预紧后,受外载预紧后,受外载F F前:前:F0、T1 受外载受外载F F后:后:F0、T1、F预紧前:

36、预紧前:螺栓不受力螺栓不受力 5-6 5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算 FFbmF0F0F0F0F2F2FFF1F1bbbtgFC0mmmtgFC0 bF0F0bmm螺栓被连接件 5-6 5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算2FFF1FmCFFbCF mbCCFFFFCCCFmbb2001bbmFFFCFFCCFF=+=+=+残余预紧力1000( )1bbmmbmFFFFCFFCCCFFCC=-骣=-+桫=-+ FFbmF0F0F0F0F2F2FFF1F1F-F3 . 14212dFca0.90.80.70.2 0.3橡胶垫片橡胶垫片铜皮或石棉垫片铜皮或石棉垫片皮革垫片皮革

37、垫片金属垫片或无垫片金属垫片或无垫片垫类别垫类别mbbCCC 为了保证连接的紧密性,防止连接受载后结合面间产生为了保证连接的紧密性,防止连接受载后结合面间产生缝隙,应使缝隙,应使F10。推荐:。推荐:(2)对于一般连接,工作载荷稳定时,对于一般连接,工作载荷稳定时,FF6 . 02 . 01FF0 . 16 . 01(3)工作载荷不稳定时,工作载荷不稳定时,(4)对于地脚螺栓连接,对于地脚螺栓连接,FF 1(1)对于有紧密性要求的连接,对于有紧密性要求的连接,FF8 . 15 . 113 . 1421Fd校核公式校核公式设计公式设计公式 5-6 5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算失效

38、形式有:失效形式有: 1 1)螺栓杆剪断螺栓杆剪断, 2 2)螺栓杆和孔壁两者中的弱者被)螺栓杆和孔壁两者中的弱者被压溃压溃。a. a. 螺栓杆孔壁表面间的压力分布均匀;螺栓杆孔壁表面间的压力分布均匀;b. b. 因因F F0 0很小,忽略了很小,忽略了F F0 0与与T T1 1的影响。的影响。3. 承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接%假设:假设:挤压强度:挤压强度:ppLdFmin0剪切强度计算:剪切强度计算: 4/20dF孔壁螺栓ppp,min许用切应力,MPa 5-6 5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算F24.4.受轴向变载荷受轴向变载荷F F 的紧螺栓连接的紧

39、螺栓连接 除了进行除了进行静强度静强度计算外,计算外,还要还要精确校核疲劳强度精确校核疲劳强度F:0 FF2:F0 F2 : min max212max3 . 14dF210min3 . 14dF21minmax3 . 122dFCCCmbbaSKKSatccaminmin122式中:式中: -1tc螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限 5-6 5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算 5-7 5-7 螺纹连接件的材料和许用应力螺纹连接件的材料和许用应力一、常用材料一、常用材料: 碳素钢:碳素钢: Q215、Q235、10、35、45等等 合金钢:合金钢: 15Cr

40、、40Cr、30CrMnSi等等特殊用途(防蚀、防磁、导电、耐高温):特殊用途(防蚀、防磁、导电、耐高温): 特种钢(如不锈钢)、铜合金、铝合金等特种钢(如不锈钢)、铜合金、铝合金等 表表5-8螺栓的性能等级:螺栓的性能等级: 3.6 12.9 铰制孔用螺铰制孔用螺栓受横向载荷栓受横向载荷 控制预紧力时控制预紧力时S=1.21.5; 不能严格控制预紧力时不能严格控制预紧力时S查查 表表5-10 受轴向载荷、横向载荷的受轴向载荷、横向载荷的普通螺栓连接普通螺栓连接许用应力许用应力 连接的受载情况连接的受载情况 Ss 被联接件为铸铁被联接件为钢PBpPspsSSS二、许用应力二、许用应力:安全系数

41、见表安全系数见表5-10 5-7 5-7 螺纹连接件的材料和许用应力螺纹连接件的材料和许用应力5-8 5-8 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施 一一. .降低影响螺栓疲劳强度的应力幅降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 应力变化幅度过大是疲劳断裂的根本原因。应力变化幅度过大是疲劳断裂的根本原因。)(002mbbCCCFFFF的变化范围:FF2F1:bC) 1F F0 0和和F F保保持持不不变变FF2F1:mC)25-8 5-8 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施 二二. . 改善螺纹牙的受力不均改善螺纹牙的受力不均: : 变形不谐调变形不谐调是螺纹牙受力不是螺纹牙受力不均的根本

42、原因。均的根本原因。5-8 5-8 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施三三. . 减少应力集中减少应力集中: : 对螺纹来讲,形状突变是对螺纹来讲,形状突变是产生应力集中的主要原因。产生应力集中的主要原因。四四. 减小附加应力减小附加应力: : 偏心拉伸对螺栓十分不利。偏心拉伸对螺栓十分不利。五五. .采用合理的制造工艺方法:采用合理的制造工艺方法: 1 1)冷墩头部、滚压螺纹)冷墩头部、滚压螺纹 2 2)氮化、氰化、喷丸等处理。)氮化、氰化、喷丸等处理。 59 螺旋传动螺旋传动一、螺旋传动的类型、特点与应用一、螺旋传动的类型、特点与应用 1、应用、应用 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成

43、的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动,同时传递运动或动力。 2、传动形式:、传动形式: a)螺杆转螺母移 b)螺杆又转又移(螺母固定)用得多 c) 螺母转螺杆移 d) 螺母又转又移(螺杆固定)用得少 按用途分三类: 1)传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋 特点:低速、间歇工作,传递轴向力大、自锁 2)传导螺旋机床进给机构的螺旋传递运动和动力 特点:速度高、连续工作、精度高 3)调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。 特点:是受力较小且不经常转动 3、螺旋传动类型、螺旋传动类型59 螺旋传动螺旋传动4 、螺旋传动按其螺纹间摩擦性质的不同、螺旋传动按其螺纹间摩擦性质的不同,

44、可分为可分为: 滑动螺旋:滑动螺旋:滑动摩擦,结构简单,加工方便,应用最广。 滚动螺旋:滚动螺旋:滚动摩擦滚动摩擦 静压螺旋:静压螺旋:液体摩擦液体摩擦 滑动螺旋牙形:滑动螺旋牙形:多用多用梯形螺纹梯形螺纹,重载起重螺旋也有用锯齿形螺纹重载起重螺旋也有用锯齿形螺纹, 对效率要求对效率要求高时可用矩形螺纹。高时可用矩形螺纹。59 螺旋传动螺旋传动螺旋千斤顶螺旋千斤顶设计大作业设计大作业注意事项注意事项 选择梯形螺纹,螺母用青铜,且自锁性好;选择梯形螺纹,螺母用青铜,且自锁性好; 螺杆长度,螺杆最底端不要顶地面;螺杆长度,螺杆最底端不要顶地面; 符合制图标准:标题栏、明细表尺寸、位置,编号顺序。符

45、合制图标准:标题栏、明细表尺寸、位置,编号顺序。设计任务和要求设计任务和要求 螺旋起重器装配图一张(螺旋起重器装配图一张(A2或或A3);); 设计说明书一份,主要内容:已知设计基本参数和条设计说明书一份,主要内容:已知设计基本参数和条件、螺旋起重器受力分析、各主要零件的设计计算。件、螺旋起重器受力分析、各主要零件的设计计算。- - - 例例 题题 - - - 例例1 1:一钢制液压缸有关尺寸如图:一钢制液压缸有关尺寸如图 示,油压示,油压 P=3N/mmP=3N/mm2 2,为保证,为保证 密封性要求,螺栓间距密封性要求,螺栓间距L L不得不得 大于大于4.54.5倍螺栓公称直径,试倍螺栓公

46、称直径,试 设计该双头螺柱连接(确定设计该双头螺柱连接(确定 螺柱直径、个数及分布圆直径螺柱直径、个数及分布圆直径D D0 0)。)。解:解:1 1、求螺柱总拉力、求螺柱总拉力 显然,显然,F F 不变,螺柱直径大则数目不变,螺柱直径大则数目Z Z小;反之小;反之Z Z大则螺柱直径小。因大则螺柱直径小。因此此Z Z取值不同本题可有多解。考虑到油缸是压力容器,有紧密性要求,取值不同本题可有多解。考虑到油缸是压力容器,有紧密性要求,故故Z Z应适当大些。另外,数目应适当大些。另外,数目Z Z最好是偶数,而且要便于分度。综上:取最好是偶数,而且要便于分度。综上:取Z=12Z=12NpDF602884

47、12/12200/1252.4LDmm=NZFF5024螺柱工作拉力为:螺柱工作拉力为:FF8 . 11取螺柱总拉力为:螺柱总拉力为:NFFFF2 .140678 . 21222107.121602 .140672 . 53 . 14mmFd由强度条件得:由强度条件得: 用用4.64.6级的级的Q235Q235螺柱,拧紧时控制予紧力螺柱,拧紧时控制予紧力, ,取取S=1.5 S=1.5 ,于是,于是(P83P83表表5-85-8、P84P84表表5-105-10)asMPS1605 . 12402 2、求螺柱直径、求螺柱直径: : 查手册,取查手册,取M16M16可矣(其可矣(其d d1 1=

48、13.835=13.835计算值计算值12.0712.07)。)。3 3、确定螺栓分布圆直径、确定螺栓分布圆直径D D0 0:mmdDD2005 . 20暂定暂定而临界许用值为而临界许用值为: 4.572,4.5dm m Ld=符 合 要 求因此,最终取分布圆直径因此,最终取分布圆直径 。mmD2000于是螺栓间距为:于是螺栓间距为:mmDL33.5212/14. 30注:注:根据题意,本题确定根据题意,本题确定Z=12Z=12,d=16d=16,D D0 0=200mm=200mm后就算解后就算解 毕,但对于有密封性要求的螺栓连接,一般应确定必毕,但对于有密封性要求的螺栓连接,一般应确定必

49、须的予紧力。现确定如下:须的予紧力。现确定如下: 由结构示意图知,缸盖与缸体间无软垫片,查手册或教材可由结构示意图知,缸盖与缸体间无软垫片,查手册或教材可得相对刚度为:得相对刚度为:25.0mbbCCCNFCCCFFmbb2 .1281120于是预紧力为:于是预紧力为:NF130000最终取预紧力为:最终取预紧力为:例例2.2.图示支架用图示支架用6 6个螺栓连接在砖墙上。已知砖墙为水泥个螺栓连接在砖墙上。已知砖墙为水泥 砂浆缝,载荷砂浆缝,载荷F F=10KN=10KN,螺栓材料,螺栓材料Q235Q235,强度级别,强度级别4.64.6 级,支架底板与砖墙间摩擦系数级,支架底板与砖墙间摩擦系

50、数f f=0.3=0.3,底板材料为,底板材料为 ZG270-500ZG270-500, ,试设计该螺栓连接。,试设计该螺栓连接。1 .0mbbCCCF F HF VF HF V- - - 例例 题题 - - -已知已知:z = 6, F:z = 6, F=10KN=10KN,Q235Q235,强度级别,强度级别4.64.6级,级,f f=0.3=0.3, ,1 .0mbbCCC分析:分析:支架正常工作支架正常工作 的条件是:的条件是:在倾覆力矩在倾覆力矩M和水和水 平力平力F H作用下作用下, ,上上 侧螺栓不被拉断;侧螺栓不被拉断;在铅垂力在铅垂力F V作用下作用下 底板不下滑;底板不下滑

51、;底板上侧与砖墙底板上侧与砖墙 不能有间隙;不能有间隙;底板下侧或砖墙底板下侧或砖墙 不能被压溃。考虑到不能被压溃。考虑到 便于安装和制造,采用普通受拉螺栓为好。便于安装和制造,采用普通受拉螺栓为好。F F HF VF HF V解:解:根据力的分解和简化原理,载荷对螺栓组连接的作用可用根据力的分解和简化原理,载荷对螺栓组连接的作用可用轴向力轴向力F H 、横向力横向力F V及及倾覆力矩倾覆力矩M的联合作用来代替,其中:的联合作用来代替,其中:NFFV866030cosNFFH500030sinmmNFFMHV5156800200480F F HF VF HF V1 1、由、由F H引起的每个螺栓的工作拉力:引起的每个螺栓的工作拉力: 2 2、由力矩、由力矩M引起的受力最大螺栓的工作拉力:引起的受力最大螺栓的工作拉力:NzFFHa3 .83365000NMLMLFii3 .429712008 .51566200612maxmax4 4、 在在F V作用下,作用下,由不下滑条件确定螺栓予紧力:由不下滑条件确定螺栓予紧力:VsambmFKFCCCFffF)

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