机械设计第六章

1、写在前面的话写在前面的话n 在看在看PPT之前，最好已经是将之前，最好已经是将机械设计机械设计完整完整的复习了一遍，这样看起来才有重点；的复习了一遍，这样看起来才有重点；n PPT仅供参考，不能过于依赖，复习仍然以课本仅供参考，不能过于依赖，复习仍然以课本和作业为主，认真看书和布置的作业；和作业为主，认真看书和布置的作业；n 作业题目和例题一定要动手做，不能只是一味的作业题目和例题一定要动手做，不能只是一味的看，合住书自己做一遍效果才是最真实的；看，合住书自己做一遍效果才是最真实的；n 该背的公式现在就开始背，每天背一个也行，到该背的公式现在就开始背，每天背一个也行，到下周末就成就感无限了；下

2、周末就成就感无限了；n 一定要抓紧时间，利用一切可以利用的时间，爆一定要抓紧时间，利用一切可以利用的时间，爆发一切可以爆发的小宇宙。发一切可以爆发的小宇宙。第第 2 2 篇篇 联联 接接第第2 2篇篇 联接联接 联联 接接使两个或两个以上零件有确定的相对位置的结构。l 定义定义第第2 2篇篇 联接联接 联联 接接(1) 从制造、安装、运输、维修、使用等方面考虑l 原因原因(2) 节约较贵重的材料第第2 2篇篇 联接联接 联联 接接静联接静联接动联接动联接l 分类分类第第2 2篇篇 联接联接 联联 接接静联接静联接动联接动联接可拆的联接不可拆的联接l 分类分类第第2 2篇篇 联接联接摩擦联接摩擦

3、联接非摩擦联接非摩擦联接 联联 接接l 分类分类第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接螺纹联接的主要类型、材料和精度单个螺栓联接的受力分析和强度计算螺栓组联接的受力分析螺纹联接的拧紧和防松提高螺栓联接强度的措施第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接重点：重点：l 单个螺栓联接的受力分析和强度计算第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接l 螺栓组联接的受力分析难点：难点：l 受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接强度计算第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接l 多种受力状态下螺栓联接组的设计计算第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度螺纹联接的主要类型、材料和精度1.1.螺纹的形成螺纹的形成

4、2.2.螺纹的分类螺纹的分类3.3.螺纹的主要参数螺纹的主要参数 习题册 P107 例6.1a)按螺旋线方向分按螺旋线方向分: b)按螺旋线头数分按螺旋线头数分:c)按螺纹在母体的内外表面分按螺纹在母体的内外表面分:d)按螺纹的母体分按螺纹的母体分:e)按牙形分按牙形分:左旋、右旋左旋、右旋单线、多线单线、多线外螺纹、内螺纹外螺纹、内螺纹圆柱螺纹、圆锥螺纹圆柱螺纹、圆锥螺纹三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹4.4.螺纹副的受力关系螺纹副的受力关系预备知识第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度螺纹联接的主要类型

5、、材料和精度n 6.1.1 主要类型主要类型一、按结构分类第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度螺纹联接的主要类型、材料和精度n 6.1.1 主要类型主要类型二、按安装时要不要拧紧螺纹联接件分类松联接松联接紧联接紧联接不拧紧的螺栓联接不拧紧的螺栓联接拧紧的螺栓联接拧紧的螺栓联接第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度螺纹联接的主要类型、材料和精度n 6.1.1 主要类型主要类型三、按螺栓受的载荷分类受轴向载荷受轴向载荷受横向载荷受横向载荷受拉螺栓受拉螺栓受剪螺栓受剪螺栓第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.1 螺纹联接的主

6、要类型、材料和精度螺纹联接的主要类型、材料和精度n 6.1.2 螺纹紧固件的性能等级和材料螺纹紧固件的性能等级和材料螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级： 3.63.6 4.6 4.6 4.8 4.8 5.6 5.6 6.8 6.8 8.8 8.8 9.8 9.8 10.9 10.9 12.9 12.9 min100()BMPa小数点前面的数字minmin1()10SBMPa小数点后面的数字第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度螺纹联接的主要类型、材料和精度n 6.1.2 螺纹紧固件的性能等级和材料螺纹紧固件的性能等级和材料螺母性能等级按螺母高度m不同有两类：

7、 m m 0.8D0.8D 4 4 5 5 6 6 8 8 9 9 10 10 12 12 0.5D 0.5Dm m0.8D0.8D 0404 05 05 第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度螺纹联接的主要类型、材料和精度n 6.1.3 螺纹公差和精度螺纹公差和精度1. 1. 公差：内螺纹公差：内螺纹 GG、H H外螺纹外螺纹 e e、f f、g g、h h2. 2. 精度：精密精度：精密 精密螺纹和要求配合变动小的场合精密螺纹和要求配合变动小的场合中等中等 一般用途一般用途粗糙粗糙 精度要求低精度要求低ABC第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.2 螺

8、栓联接的拧紧和防松螺栓联接的拧紧和防松n 6.2.1 螺栓联接的拧紧螺栓联接的拧紧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 测力矩扳手测力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手，对于重要的螺栓联接，也可以采，对于重要的螺栓联接，也可以采 用用测定螺栓伸长测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。的方法来控制预紧力。 大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之大多数螺纹联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。前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。 增强联接的可靠性和紧密性，以

9、防止受载后被联接件间出现增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现 缝隙或发生相对移动。缝隙或发生相对移动。 拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限 s的的80%。v 预紧力：预紧力：v 预紧的目的：预紧的目的：v 预紧力的确定原则：预紧力的确定原则：v 预紧力的控制：预紧力的控制：第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.2 螺栓联接的拧紧和防松螺栓联接的拧紧和防松n 6.2.1 螺栓联接的拧紧螺栓联接的拧紧螺 母 所 受 转 矩螺 栓 所 受 转 矩螺 栓 和 被 联 接 件 所 受 预 紧 力T1 -螺纹间摩擦力矩T2

10、 -支承面处与螺母间摩擦力矩T -拧紧力矩T=T1+T2第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.2 螺栓联接的拧紧和防松螺栓联接的拧紧和防松n 6.2.1 螺栓联接的拧紧螺栓联接的拧紧螺 母 所 受 转 矩螺 栓 所 受 转 矩螺 栓 和 被 联 接 件 所 受 预 紧 力FT1T3T4扭矩图受力图第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.2 螺栓联接的拧紧和防松螺栓联接的拧紧和防松n 6.2.1 螺栓联接的拧紧螺栓联接的拧紧螺 母 所 受 转 矩螺 栓 所 受 转 矩螺 栓 和 被 联 接 件 所 受 预 紧 力T=T1+T22)tan(2221dFdFTv20213031231dDdDFTd

11、FdDdDdddTTTv32)tan(2120213031221tk F d 0.2F d 第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.2 螺栓联接的拧紧和防松螺栓联接的拧紧和防松n 6.2.2 螺栓联接的防松螺栓联接的防松 在静载荷下，螺纹联接能满足自锁条件：导程角小于当量摩擦角。但在在静载荷下，螺纹联接能满足自锁条件：导程角小于当量摩擦角。但在冲击、振动和变载荷作用下，或当温度变化较大时，联接有可能松动，冲击、振动和变载荷作用下，或当温度变化较大时，联接有可能松动，甚至松开，容易发生事故。所以，在设计螺纹联接时，必须考虑防松问甚至松开，容易发生事故。所以，在设计螺纹联接时，必须考虑防松问题。题

12、。 防松的根本问题在于防止螺纹副在受载时发生相对转动。防松的根本问题在于防止螺纹副在受载时发生相对转动。 根据工作原理来划分，有利用摩擦、机械防松和破坏螺纹副关系三种方根据工作原理来划分，有利用摩擦、机械防松和破坏螺纹副关系三种方法。法。1.防松的必要性防松的必要性2.防松的根本问题防松的根本问题3. 防松的方法防松的方法第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.2 螺栓联接的拧紧和防松螺栓联接的拧紧和防松n 6.2.2 螺栓联接的防松螺栓联接的防松第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.2 螺栓联接的拧紧和防松螺栓联接的拧紧和防松n 6.2.2 螺栓联接的防松螺栓联接的防松第第6 6章章 螺纹

13、联接螺纹联接n 6.2 螺栓联接的拧紧和防松螺栓联接的拧紧和防松n 6.2.2 螺栓联接的防松螺栓联接的防松尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.2 螺栓联接的拧紧和防松螺栓联接的拧紧和防松n 6.2.2 螺栓联接的防松螺栓联接的防松开口销与六角开槽螺母开口销与六角开槽螺母第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.2 螺栓联接的拧紧和防松螺栓联接的拧紧和防松n 6.2.2 螺栓联接的防松螺栓联接的防松止动垫圈止动垫圈第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.2 螺栓联接的拧紧和防松螺栓联接的拧紧和防松n 6.2.2 螺栓联接的防松螺栓联接的防松 串联钢丝串联钢丝第第6

14、 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算单个螺栓联接的受力分析和强度计算 受拉螺栓受拉螺栓受拉松螺栓联接受拉松螺栓联接受拉紧螺栓联接受拉紧螺栓联接仅受预紧力的螺栓联接仅受预紧力的螺栓联接受预紧力和轴向工作载受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接荷的紧螺栓联接 受剪螺栓受剪螺栓第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算单个螺栓联接的受力分析和强度计算16cHdd危险截面计算直径10.866p6d第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算单个螺栓联接的受力分析和强度计算n 6.3.1 受拉螺栓联接受拉螺栓

15、联接 1. 受拉松螺栓联接受拉松螺栓联接松螺栓联接装配时，螺母不需要拧紧。在承受工作载荷之前，螺栓不受力。当承受工作载荷F 时，螺栓所受的工作拉力为F，则螺栓危险截面的拉伸强度条件为：2 4cFd设计公式为：4 cFd 第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算单个螺栓联接的受力分析和强度计算n 6.3.1 受拉螺栓联接受拉螺栓联接 2. 受拉紧螺栓联接受拉紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接24cFd预紧力引起的拉应力：5 . 0162)tan(1632v31ccTddFdT螺牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力：螺 母 所 受 转 矩螺 栓 所 受 转 矩螺 栓 和

16、 被 联 接 件 所 受 预 紧 力FF第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算单个螺栓联接的受力分析和强度计算n 6.3.1 受拉螺栓联接受拉螺栓联接 2. 受拉紧螺栓联接受拉紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接 21.34CFd强度条件：3 . 1323. 1)5 . 0(332222caT根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:F0F0FFFFFFRR第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算单个螺栓联接的受力分析和强度计算n 6.3.1 受拉螺栓联接受拉螺栓联接 2. 受拉紧螺栓联接受拉紧螺栓联接既受预紧力又受工作

17、载荷的紧螺栓联接FDDpFFFF12FFF F 0F0FF 12F FFF 0既受预紧力又受工作载荷的紧螺栓联接;tan,;,tan,222222110110111cFFFFcccFFFcFFFFcc 得则表示被连接件的刚度用得则表示螺栓的刚度用变形变形力力F FF0F2112(1)(2)既受预紧力又受工作载荷的紧螺栓联接FcccFFFcccFF212212 变形变形力力F FF0F2112可得式代入将,)2(),1 (21(3)(4)(5)FcccFF2110既受预紧力又受工作载荷的紧螺栓联接FcccFF2110 203 . 14CdF静载荷强度条件静载荷强度条件既受预紧力又受工作载荷的紧螺

18、栓联接变形变形力力F FF0F2112FcccFF2110变载荷强度条件变载荷强度条件l 若工作载荷在0F之间变化011222aFFcFFcc12122aaacFcFAd cc既受预紧力又受工作载荷的紧螺栓联接第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算单个螺栓联接的受力分析和强度计算n 6.3.2 受剪螺栓联接受剪螺栓联接l 失效形式失效形式螺栓杆被剪断接触面压溃第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算单个螺栓联接的受力分析和强度计算n 6.3.2 受剪螺栓联接受剪螺栓联接l 剪切强度剪切强度24 ssFd m第第6 6章章

19、 螺纹联接螺纹联接n 6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算单个螺栓联接的受力分析和强度计算n 6.3.2 受剪螺栓联接受剪螺栓联接l 挤压强度挤压强度sspFd hsppsFd h考虑到各零件的材料和受压高度可能不同，应就联接中所有受压件分别计算，或先判断其中弱者作为计算对象。第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算单个螺栓联接的受力分析和强度计算n 6.3.3 许用应力许用应力l 课本课本P110表表6.3 ，表，表6.4第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析l 结构设计原则结构设计原则1、联接结合面形状和

20、被联接件形状协调2、螺栓组形心和结合面形心重合3、各螺栓有合适的边距和间距4、螺栓布置力求受力均匀和受力最小第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析l 受力分析步骤受力分析步骤受力规律找出受力最大螺栓，求其载荷强度计算第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析l 受力分析的三个假设受力分析的三个假设1、所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 2、螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；3、受载后联接接合面仍保持为平面。第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析l

21、受轴向载荷FQ的螺栓组联接F FQQzFFQ224QFD P0FFF1012cFFFcc第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析l 受轴向载荷FQ的螺栓组联接F FQQ 0241.3cFd静载：2112122()aacFFcdcc动载：第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析l 受横向载荷FQ的螺栓组联接分两种情况 使用受拉螺栓联接承受横向载荷 使用受剪螺栓联接承受横向载荷第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受拉螺栓联接承受横向载荷RF对于受拉螺栓联接(

22、普通螺栓联接),螺栓只受预紧力 ,靠接合面间的摩擦来传递横向力。根据被联接件的平衡条件得：FsfRF mzK F第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受拉螺栓联接承受横向载荷RFsfRF mzK FfRsK FFmz z螺栓数目；kf 考虑摩擦传力的可靠系数， kf=1.11.5。第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受拉螺栓联接承受横向载荷RFfRsK FFmz 24 1.3cFd第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受剪螺栓联接承受横向

23、载荷RF对于受剪螺栓联接（铰制孔用螺栓联接），靠螺栓受剪和螺栓与被联接件相互挤压时的变形来传递载荷。由于拧紧，联接中有预紧力和摩擦力，但一般忽略不计。则根据被联接件的静力平衡条件得：SRRSzFFFFz第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受剪螺栓联接承受横向载荷RFl 剪切强度l 挤压强度强度条件为：2 4ScFdmminRppFzd h第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析l 受旋转力矩 T 的螺栓组联接分两种情况 使用受拉螺栓联接承受旋转力矩 使用受剪螺栓联接承受旋转力矩第第6 6章章 螺纹

24、联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受拉螺栓联接承受旋转力矩T采用普通螺栓，是靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T，由不打滑条件得：TkrFrFrFfSSS z211fzSiik TFr第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受拉螺栓联接承受旋转力矩T1fzSiik TFr241.3cFd第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受剪螺栓联接承受旋转力矩T对于采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。第第6 6章章 螺纹联接螺

25、纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受剪螺栓联接承受旋转力矩T各螺栓中心12 i z到O距离r1r2 ri rz对应切向作用力Fs1Fs2 Fsi Fsz径向变形量1s2siszs1 12 2sssi isz zF rF rF rF rT底板平衡条件（1）第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受剪螺栓联接承受旋转力矩T各螺栓中心12 i z到O距离r1r2 ri rz对应切向作用力Fs1Fs2 Fsi Fsz径向变形量1s2siszs底板平衡条件（1）zsi iiF rT第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4

26、螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受剪螺栓联接承受旋转力矩T各螺栓中心12 i z到O距离r1r2 ri rz对应切向作用力Fs1Fs2 Fsi Fsz径向变形量1s2siszs变形协调条件（2）1212izizssssrrrr 第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受剪螺栓联接承受旋转力矩T各螺栓中心12 i z到O距离r1r2 ri rz对应切向作用力Fs1Fs2 Fsi Fsz径向变形量1s2siszs弹性范围内变化（3）1212sssiszizFFFFssss第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析

27、螺栓组联接的受力分析 使用受剪螺栓联接承受旋转力矩T各螺栓中心12 i z到O距离r1r2 ri rz对应切向作用力Fs1Fs2 Fsi Fsz径向变形量1s2siszs由（2）（3）式，得（4）1212sssiszizFFFFrrrr第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受剪螺栓联接承受旋转力矩T找距离O点最远的螺栓ZiiSrTrF12maxmax第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 使用受剪螺栓联接承受旋转力矩Tmax24 ScFd mminmaxpSphdzFl 剪切强度l 挤压强度强度条件为：第第6 6章章 螺纹联接螺纹联接n 6.4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 承受翻转力矩 的螺栓组联接M各螺栓中心12 i z到OO距离r1r2 ri rz对应