螺纹连接与螺栓传动PPT课件

1、传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。说明5-1 螺纹第 一 节 螺 纹 的 类 型 与 特 点第 一 节 螺 纹 的 类 型 与 特 点 2 2第1页/共33页第 一 节 螺 纹 的 类 型 与 特第 一 节 螺 纹 的 类 型 与 特点点 3 3二、普通螺纹的主要参数大径d即螺纹的公称直径。小径d1常用于连接的强度计算。中径d2常用于连接的几何计算。螺距P螺纹相邻两个牙型上对应点间的 轴向距离。牙型角a螺纹轴向截面内，螺纹牙型两 侧边的夹角。升角y螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线 的平面间的夹角。 线数n螺纹的螺旋线数目。导程S螺纹上任一点沿同一条螺旋线转 一周所移动的轴向距离，S

2、=nP。升角y的计算式为：22arctanarctandnPdSy 5-1 螺纹第2页/共33页第 二 节 连 接 类 型 与 标 准 件 1一、螺纹连接的基本类型 除上述连接的基本类型外，在机器中，还有一些特殊结构的螺纹连接。如：T型槽螺栓连接、吊环螺钉连接和地脚螺栓连接等。说明5-2 螺纹连接的类型与标准连接件第3页/共33页第 二 节 连 接 类 型 与 标准 件 2二、标准螺纹连接件 螺纹连接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹连接件的结构型式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。 5-2 螺纹连接的类型与标准连接件说明第4页/共33页利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。

3、通常可采用测力矩扳手或 定力矩扳手，对于重要的螺栓连接，也可以采用测定螺栓伸长的方法来控 制预紧力。第 三 节 纹 连 接 的 预 紧5-3 螺纹连接的预紧 大多数螺纹连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。 增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。 注意：对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小(M12)的螺栓。预紧力限制 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。v 预紧力：v 预紧的目的：v 预紧力的确定原则：v 预紧力的控制：v 预紧力和预紧力矩之间的关系：dFT02 . 0详细推导

4、 第5页/共33页第 四 节 螺 纹 连 接 的 防 松5-4 螺纹连接的防松防松原因：螺纹连接一般都能满足自锁条件yn不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致连接失效。防松的本质：在于防止螺旋副相对转动。防松方法：按工作原理的不同，防松方法分为摩擦防松、机械防松等。此外还有一些特殊的防松方法，例如铆冲防松、在旋合螺纹间涂胶防松等。 说明第6页/共33页第 六 节 螺 纹 连 接 的 强 度 计 算 15-6 螺纹连接的强度计算 螺栓连接的强度计算主要与连接的装配情况（预紧或不预紧）、外载荷的性质和材料

5、性能等有关。 螺栓连接强度计算的目的是根据强度条件确定螺栓直径，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定。一、松螺栓连接强度计算二、紧螺栓连接强度计算1仅受预紧力的紧螺栓连接 2受轴向载荷的紧螺栓连接3承受工作剪力的紧螺栓连接 连接的失效形式：主要是指螺纹连接件的失效。对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。详细推导65%20%15% ss4/21dF 第7页/共33页单个螺栓连接受力情况小单个螺栓连接受力情况小结结特点受载方向螺栓受力情况图例1松连接:螺栓和孔之间有间隙,应用较少轴向只受

6、轴向静载荷F,螺栓杆受拉2紧连接:螺栓和孔之间有间隙,应用较多横向受预紧力F03紧连接:螺栓和孔之间有间隙,应用较多轴向受预紧力F0和轴向工作载荷F, 被连接件间的摩擦力来传递横向载荷4紧连接:螺栓和孔之间是过渡配合横向工作时受横向静载荷或变载荷, 螺栓杆受剪切和挤压F0F0FFFDDpFFd0Lmin第8页/共33页第 六 节 螺 纹 连 接 的 强 度 计 算 2 5-6 螺纹连接的强度计算1仅受预紧力的紧螺栓连接2104dFs预紧力引起的拉应力：sy5 . 0162)tan(312v0ddF螺牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力： ss210ca43 . 1dF强度条件：当连接承受较大的横向载

7、荷F时，由于要求F0Ff（f=0.2），即F05F ，因而需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径的增加，可采用减载措施。说明sss3 . 1322ca根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:F0F0FF 第9页/共33页螺母和螺杆螺纹关系分螺母和螺杆螺纹关系分析析第10页/共33页第 六 节 螺 纹 连 接 的 强 度 计 算 35-6 螺纹连接的强度计算2受轴向载荷的紧螺栓连接FDDp 螺栓预紧力F0后，在工作拉力F 的作用下，螺栓的总拉力F2 = ?FFF12 ss4/3 . 1212cadFFCCCFFmbb02这时螺栓的总拉力为： 为使工作载荷作用后，连接结合面间有残余预紧力F

8、1存在，要求螺栓连接的预紧力F0为：FCCCFFmbm10静强度条件：式中F1为残余预紧力，为保证连接的紧密性，应使 F1 0，一般根据连接的性质确定F1的大小。式中：mbbCCC为螺栓的相对刚度，其取值范围为 01。详细分析疲劳强度校核 第11页/共33页第 六 节 螺 纹 连 接 的 强 度 计 算 45-6 螺纹连接的强度计算3承受工作剪力的紧螺栓连接 这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在连接结合面处，螺栓杆则受剪切。螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：式中：F螺栓所受的工作剪力，单位为N；d0螺栓剪切面的直径（可取螺

9、栓孔直径），单位为mm；Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计时应使Lmin1.25d0Pmin0PssLdF 204dFFFd0Lmin 第12页/共33页螺栓连接类别 松螺栓连接 只受预紧力的紧螺栓连接 受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接 受剪的铰制孔用螺栓连接 强度准则 轴向静载荷：轴向动载荷：杆与孔壁挤压强度条件：杆的剪切强度条件： ss4/3 . 1212cadFaadFss21mbb2CCC ss210ca43 . 1dF ss4/21dFPmin0PssLdF 204dF螺栓连接强度计算小螺栓连接强度计算小结结 普通螺栓松螺栓连接-只受轴向工作载荷（无预紧） 紧螺

10、栓连接-1、只受预紧力 2、受预紧力和轴向载荷铰制孔用螺栓只受横向工作载荷（不考虑预紧）第13页/共33页螺 纹 连 接 组 的 设 计 15-5 螺栓组连接的设计 在设计螺栓组连接时，关键是连接的结构设计。它是根据被连接件的结构和连接的用途，确定螺栓数目和分布形式。v为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。v螺栓布置应使各螺栓的受力合理。v螺栓的排列应有合理的间距、边距。v 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。v避免螺栓承受附加的弯曲载荷。 说明说明说明一、螺栓组连接的结

11、构设计 各螺栓之间的距离大小既要保证连接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空间。大多数机械中螺栓都是成组使用的。 第14页/共33页螺 纹 连 接 组 的 设 计 21受横向载荷2受转矩3受轴向载荷4受倾覆力矩 受力分析的目的：根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓 及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。 受力分析时所作假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 受载后连接接合面仍保持为平面。 受力分析的类型：二、螺栓组连接的受力分析螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合； FFriOOMTfF0fF0FF5-5 螺栓组连接的设计第15页/共33页螺 纹 连 接 组

12、的 设 计 3 （1）对于铰制孔用螺栓连接（图b），每个螺栓所受工作剪力为： （2）对于普通螺栓连接（图a） ，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有： 式中：z为螺栓数目。 图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组连接。1受横向载荷的螺栓组连接zFFFKzifFS0fziFKFS0或 Ks为防滑系数，设计中可取Ks =1.11.3。FFFFb)a)5-5 螺栓组连接的设计第16页/共33页螺 纹 连 接 组 的 设 计 4 采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。2受转矩的螺栓组连接TKfrFfrFfrFsz02010 TrFziii1

13、采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。 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。iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmaxziirfTKF1S0 5-5 螺栓组连接的设计第17页/共33页螺 纹 连 接 组 的 设 计 53受轴向载荷的螺栓组连接 若作用在螺栓组上轴向总载荷F作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为： 通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当连接要有保证的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷F2为。zFFF2 = F1 + F FDDF5-5 螺栓组连接

14、的设计第18页/共33页螺 纹 连 接 组 的 设 计 64受倾覆力矩的螺栓组连接 倾覆力矩 M 作用在连接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已拧紧并承受预紧力F0。 作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即： 由此可以求出最大工作载荷：maxmax1iiLFLFLFMiiziZiLMLF12imaxmax 5-5 螺栓组连接的设计第19页/共33页螺 纹 连 接 组 的 设 计 70maxPPWMAzFss00minPWMAzFs螺栓的总拉力：maxmbb02FCCCFF 为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求： 底板受倾覆力矩后，在轴线 O-O 左侧，螺栓

15、与地基的工作点分别移至B1 和C1 ，两者作用在底板上的合力为F。 受倾覆力矩的底板螺栓组连接的受力过程可用右图表示。 在轴线O-O 右侧，螺栓与地基的工作点分别移至B2 和C2 ，两者作用在底板上的合力为 Fm 。在倾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作点都处于A点。 5-5 螺栓组连接的设计第20页/共33页国家标准规定了螺纹连接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级，螺母的性能等级分为 7级。在一般用途的设计中，通常选用4.8级左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹连接件，要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。螺 纹 连 接 件 的 材 料 与 许 用 应

16、力5-7 螺纹连接件的材料与许用应力一、螺纹连接件的材料常用的螺纹连接件材料为Q215、Q235、35、45等碳素钢。当强度要求高时，还可采用合金钢，如15Cr、40Cr等。性能等级二、螺纹连接件的许用应力1螺纹连接件的许用拉应力2螺纹连接件的许用剪应力和许用挤压应力3螺纹连接件的安全系数说明SssssSsPsPSss（被连接件为钢）PBPSss（被连接件为铸铁） 第21页/共33页提 高 螺 纹 连 接 强 度 的 措 施5-8 提高螺纹连接强度的措施以螺栓连接为例，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高连接系统的可靠性。影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或

17、从以下几个方面提高螺栓强度。二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅三、减小应力集中的影响四、采用合理的制造工艺 分析分析分析34%23%第10圈1%茹科夫斯基效应第22页/共33页例题例题 图示为一固定在钢制立柱上的铸图示为一固定在钢制立柱上的铸铁托架，已知总载荷铁托架，已知总载荷F=4800N,其作用其作用线与垂直线的夹角线与垂直线的夹角=50，底板高，底板高h=340mm，宽，宽b=150mm，试设计此螺，试设计此螺栓组连接。栓组连接。解：将 F 力分解并向螺栓组形心及结合面平移，得：轴向载荷 横向载荷翻转力矩hFvF1516vhFFMhFvF设计中，需要防止如

18、下四种可能的失效形式：上沿开缝；下沿压溃支架下滑； 需要足够大的 F螺栓拉断； 需要足够大的螺栓直径 1d0minps0Fmaxppss第23页/共33页1、螺栓组结构设计采用图示结构，z=4,对称布置hFvF2、螺栓受力分析 NFFMNFFNFFvhvh10510715163085cos3677sinaa（1）力的分解和翻倾力矩(2) 在 的作用下 ，各螺栓所受的工作拉力 hFNzFFha919（3）在M M 的作用下，上面两个螺栓加载NLMLFzii187712maxmax故螺栓所受的工作载荷为以上两部分之和 即：NFFFa2796max解第24页/共33页)(2 . 084PCCCmbb

19、2 . 0bmmCCC7616. 0Pf752 . 1PKsNFCCCfFKzFhbmmvs6520)(10(5)受力最大螺栓的总拉力NFCCCFFmbb707902(4)在 下，底板结合面不滑移条件vFvshbmmFKFCCCzFf)(0来源第25页/共33页3、确定螺栓直径3 . 1421sFd选择常用的A3(Q235)钢，性能等级4.6asMPP24086s安全系数 875 . 1PSasMPS160ss则mmd6 . 81查手册 选公称直径为d=12mm(d1=10.106mm8.6mm)例题解题过程第26页/共33页4、校核结合面的工作能力（1）结合面下端不被压碎apMPWMAF84

20、. 11maxs7984. 11252505 . 05 . 0PMPMPaaBpss（2）结合面上端不应产生间隙，即0minps1min0.720paFMMPAWs 满足要求例题解题过程第27页/共33页5、校核预紧力是否合适(0.6 0.7)0166FAPss221110240,80.214,40.611550.86520SaSMP AdmmANFNss已知取预紧力下限要求的的预紧力上值，满足要求第28页/共33页FCCCFFmbm10FCCCFFmbb02返回第29页/共33页习题1、联接承受横向载荷，当采用普通螺栓联接时，横向载荷靠（ ）来平衡；当采用铰制孔螺栓时，横向载荷靠（ ）来平衡。2、常用螺纹牙型中，（ ）型螺纹传动效率最高，（ ）型螺纹的自锁性最好。3、在一定的变载荷作用下，