机械设计提高(2)

1、1 1、螺纹连接基本知识：螺纹和螺纹连接件的类型、结构、特点、螺纹连接基本知识：螺纹和螺纹连接件的类型、结构、特点、 应用场合及选用原则，要特别注意应用场合及选用原则，要特别注意普通螺栓连接和铰制孔螺栓普通螺栓连接和铰制孔螺栓 连接在结构、传力方式、失效形式及强度计算准则上的不同连接在结构、传力方式、失效形式及强度计算准则上的不同；2 2、螺纹连接强度计算，重点、螺纹连接强度计算，重点掌握紧螺栓连接力与变形之间的关系掌握紧螺栓连接力与变形之间的关系 以及以及提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施；3 3、螺纹连接预紧的目的和控制预紧力的方法；、螺纹连接预紧的目的和控制预紧力的方法；螺纹连

2、接防松的螺纹连接防松的 原理和防松方法；原理和防松方法；4 4、螺栓组的受力分析、失效分析及强度计算方法；螺栓组的受力分析、失效分析及强度计算方法；5 5、螺旋传动的基本知识，滑动螺旋传动的设计计算，滚动螺旋、螺旋传动的基本知识，滑动螺旋传动的设计计算，滚动螺旋 传动的工作原理及选择计算；传动的工作原理及选择计算；6 6、键、花键、销连接的类型键、花键、销连接的类型、工作原理、结构形式和应用；、工作原理、结构形式和应用；7 7、平键连接尺寸的确定方法、失效形式、平键连接尺寸的确定方法、失效形式、强度校核方法；强度校核方法；8 8、无键连接的形式、工作原理、特点及应用。、无键连接的形式、工作原理

3、、特点及应用。 2.1、内容提要、内容提要第二讲：连接第二讲：连接受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接总拉力受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接总拉力F2的确定；的确定；关于紧螺栓连接强度计算公式中系数关于紧螺栓连接强度计算公式中系数1.3的意义的意义关于提高螺栓连接强度的措施；关于提高螺栓连接强度的措施；螺栓组连接的设计；螺栓组连接的设计；螺栓连接结构设计中应注意的问题；螺栓连接结构设计中应注意的问题；关于键连接的形式和应用场合；关于键连接的形式和应用场合；关于平键连接的尺寸确定、失效形式和强度校核关于平键连接的尺寸确定、失效形式和强度校核1.2、要点分析、要点分析第二讲：连接第二讲：连接1.2

4、、要点分析、要点分析受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接总拉力受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接总拉力F2的确定的确定二、受剪螺栓（铰制孔螺栓）二、受剪螺栓（铰制孔螺栓）一、受拉螺栓（普通螺栓）一、受拉螺栓（普通螺栓）1、受拉松螺栓、受拉松螺栓2、受拉紧螺栓、受拉紧螺栓a、受横向工作载荷的受拉紧螺栓联接受横向工作载荷的受拉紧螺栓联接(仅承受预紧力的紧螺栓联接仅承受预紧力的紧螺栓联接)b、受轴向工作载荷的受拉紧螺栓联接受轴向工作载荷的受拉紧螺栓联接(承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接)(承受工作剪力的紧螺栓联接承受工作剪力的紧螺栓联接)(受轴向载荷的紧螺栓联接)FDD

5、p 螺栓预紧力F0后，在工作拉力F 的作用下，螺栓的总拉力F2 = ?FFF12FCCCFFmbb02这时螺栓的总拉力为： 为使工作载荷作用后，联接结合面间有残余预紧力F1存在，要求螺栓联接的预紧力F0为：FCCCFFmbm10 式中F1为残余预紧力，为保证联接的紧密性，应使 F1 0，一般根据联接的性质确定F1的大小。式中：mbbCCC为螺栓的相对刚度，其取值范围为 01。承受预紧力和工作载荷联合作用的紧螺栓承受预紧力和工作载荷联合作用的紧螺栓 4/3 . 1212cadF静强度条件：1.2、要点分析、要点分析关于紧螺栓连接强度计算公式中系数关于紧螺栓连接强度计算公式中系数1.3的意义的意义

6、2104dF3120162tanddFWTvT3 . 1322ca 21043 . 1dFca根据第四强度理论，根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下螺栓在预紧状态下的计算应力的计算应力: :强度条件：强度条件： 以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓强度。强度。改善螺纹牙上载荷改善螺纹牙上载荷分布不均的现象分布

7、不均的现象降低影响螺栓疲降低影响螺栓疲劳强度的应力幅劳强度的应力幅减小应力集中减小应力集中的影响的影响采用合理的制采用合理的制造工艺造工艺 1.2、要点分析、要点分析关于提高螺栓连接强度的措施关于提高螺栓连接强度的措施n螺栓组连接的结构设计n螺栓组连接的受力分析n单个螺栓的强度计算1.2、要点分析、要点分析螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计1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：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓受力分析的目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓 及其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。及其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。 受力分

8、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； 受载后联接接合面仍保持为平面。受载后联接接合面仍保持为平面。 受力分析的类型：受力分析的类型：螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合； FFriOOMTfF0fF0FF1.2、要点分析、要点分析螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 （1）对于受剪螺栓）对于受剪螺栓（铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓）联接（图联接（图b），每个螺栓所受工作剪力），每个螺栓所受工作剪力为：为： （2）对于受拉螺栓（普通螺栓）联接（图）对于受拉螺栓（普通螺栓）联接（图a）

9、 ，按预紧后接合面间所产，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：生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有： 式中：式中：z z为螺栓数目。为螺栓数目。1受横向载荷的螺栓组联接zFFFKzifFS0fziFKFS0或或 Ks为防滑系数，设计中可取为防滑系数，设计中可取Ks =1.11.3。FFFFb)a)说明螺纹联接组的设计42受转矩的螺栓组联接TKfrFfrFfrFsz02010 TrFziii1 采用受拉螺栓，是靠联接预紧后在接合采用受拉螺栓，是靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。 采用受剪螺栓，是靠螺栓的剪切和螺

10、栓采用受剪螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmaxziirfTKF1S0 动画模拟动画模拟3受轴向载荷的螺栓组联接 若作用在螺栓组上轴向总载荷若作用在螺栓组上轴向总载荷F F 作用作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：受轴向工作载荷为： 通常，各个螺栓还承受预紧力通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当联接要有保证的残余预紧的作用，当联接要有保证的残余预紧力为力为F1时，每

11、个螺栓所承受的总载荷时，每个螺栓所承受的总载荷F2为。为。zFFF2 = F1 + F 4受倾覆力矩的螺栓组联接 倾覆力矩倾覆力矩 M 作作用在联接接合面的用在联接接合面的一个对称面内，底一个对称面内，底板在承受倾覆力矩板在承受倾覆力矩之前，螺栓已拧紧之前，螺栓已拧紧并承受预紧力并承受预紧力F0。 作用在底板两作用在底板两侧的合力矩与倾覆侧的合力矩与倾覆力矩力矩M平衡，即：平衡，即： 由此可以求出最大工作载荷：由此可以求出最大工作载荷：ziLFM1iiZiLMLF12imaxmax maxmaxLLFFii0maxPPWMAzF00minPWMAzF螺栓的总拉力：maxmbb02FCCCFF

12、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： 4受倾覆力矩的螺栓组联接n从结构上采取措施避免螺栓受偏心载荷从结构上采取措施避免螺栓受偏心载荷作用，因偏心载荷使螺栓受到弯曲应力作用，因偏心载荷使螺栓受到弯曲应力的作用的作用n凸台或沉头坑凸台或沉头坑n球面垫圈或腰环螺栓球面垫圈或腰环螺栓1.2、要点分析、要点分析螺栓连接结构设计中应注意的问题螺栓连接结构设计中应注意的问题1.2、要点分析、要点分析关于键连接的形式和应用场合关于键连接的形式和应用场合薄型平键薄型平键1.2、要点分析、要点分析关于平键连接的尺寸确定、失效形式和强度校核关于平键连接的尺寸确定、失效形式和强度校核n平键连接存在

13、挤压和剪切两种失效形式，但平键连接存在挤压和剪切两种失效形式，但只作挤压（对静连接）和磨损（对动连接）只作挤压（对静连接）和磨损（对动连接）校核。校核。n键的剖面尺寸和键长分别由轴毂直径及其配键的剖面尺寸和键长分别由轴毂直径及其配合部分长度确定，键长合部分长度确定，键长L略小于毂长，强度校略小于毂长，强度校核式中的键长核式中的键长l为键与轮毂键槽接触的长度。为键与轮毂键槽接触的长度。n许用挤压应力和许用压强应取轴、键、毂三许用挤压应力和许用压强应取轴、键、毂三者中的较小值。者中的较小值。螺纹连接、键连接、销连接的基本概念题螺纹连接、键连接、销连接的基本概念题单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的

14、强度计算多种受力状态组合的螺栓组受力分析及连多种受力状态组合的螺栓组受力分析及连接的强度计算（校核或设计）接的强度计算（校核或设计）2.3、题型概括、题型概括第二讲：连接第二讲：连接2.4、典型题解析、典型题解析第二讲：连接第二讲：连接n受力分析题受力分析题n受轴向工作载荷的紧螺栓连接的力与变受轴向工作载荷的紧螺栓连接的力与变形关系图及总拉力计算题形关系图及总拉力计算题n螺栓组连接受力分析与强度计算综合题螺栓组连接受力分析与强度计算综合题n螺栓组连接设计题螺栓组连接设计题n结构题（普通螺栓、铰制孔螺栓、双头结构题（普通螺栓、铰制孔螺栓、双头螺柱、地脚螺钉等）螺柱、地脚螺钉等）例例1、一螺栓组连

15、接的两种方案如图所示，已知外载、一螺栓组连接的两种方案如图所示，已知外载P，L=300mm，a=60mm，求，求（1）螺栓组在两个方案中）螺栓组在两个方案中受力最大螺栓的剪力各是多少？（受力最大螺栓的剪力各是多少？（2）分析哪个方案较好，）分析哪个方案较好，为什么？为什么？（a）（b）例例2. 如图所示，一钢板用四个螺栓固联在铸铁支架上，如图所示，一钢板用四个螺栓固联在铸铁支架上，螺栓布置有螺栓布置有A、B两种方案，已知载荷两种方案，已知载荷F=12000N， l =400mm，a =100mm。1）试比较那种布置方案合理？）试比较那种布置方案合理？2）此题采用受拉螺栓联接还是受剪螺栓联接好？

16、为什么？）此题采用受拉螺栓联接还是受剪螺栓联接好？为什么？例例3、已知一个托架的边板用、已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相连个螺栓与相邻的机架相连接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为离为250mm、大小为、大小为60KN的载荷作用。现有如图所示的载荷作用。现有如图所示的两种螺栓布置形式，设采用铰制孔螺栓连接，试问哪的两种螺栓布置形式，设采用铰制孔螺栓连接，试问哪一种布置形式所用的螺栓直径较小？为什么？一种布置形式所用的螺栓直径较小？为什么？例例4、若将一厚度为、若将一厚度为薄板，用两个受拉螺栓（普通螺栓）固定在机架上，薄板

17、，用两个受拉螺栓（普通螺栓）固定在机架上，可以采用两种不同的形式如图所示。已知作用在板上的力可以采用两种不同的形式如图所示。已知作用在板上的力P=2000N，两，两螺栓中心距离为螺栓中心距离为200mm，=20mm。螺栓、薄板和机架的材料都是。螺栓、薄板和机架的材料都是Q235钢，其许用拉应力钢，其许用拉应力=120N/mm2，许用剪切应力，许用剪切应力=44N/mm2，许用挤压应力为，许用挤压应力为p=66N/mm2。板间结合面摩擦系。板间结合面摩擦系数为数为= =0.2，可靠性系数，可靠性系数Kf=1.3。（。（1）计算两种情况下所需螺栓直径）计算两种情况下所需螺栓直径的大小，并说明哪种结

18、构形式较合理？（的大小，并说明哪种结构形式较合理？（2）若将上述连接改为受剪螺栓）若将上述连接改为受剪螺栓（铰制孔用螺栓）再计算所需螺栓直径的大小（按较合理的一种计算）（铰制孔用螺栓）再计算所需螺栓直径的大小（按较合理的一种计算）例例5 5：图示螺栓联接受横向载荷：图示螺栓联接受横向载荷R作用，采用两个作用，采用两个M20的的普通螺栓（普通螺栓（M20螺栓的小径螺栓的小径d1=17.294 mm),),其许用拉应其许用拉应力力=160 N/mm2，连接结合面间的摩擦系数，连接结合面间的摩擦系数f =0.20，防，防滑系数滑系数Ks=1.2，试计算该联接允许传递的横向载荷，试计算该联接允许传递的

19、横向载荷R最大最大为多少？为多少？例例6、例例7、图示刚性联轴器用、图示刚性联轴器用HT200制成。螺栓孔分布制成。螺栓孔分布直径直径D=160mm，其传递的转矩，其传递的转矩T=1200N.m。若。若使用使用M16的普通螺栓（的普通螺栓（d1=13.835）联接，已知联）联接，已知联接表面的摩擦系数接表面的摩擦系数f=0.25，联接的防滑系数，联接的防滑系数Ks=1.2，螺栓的许用拉应力，螺栓的许用拉应力=80Mpa=80Mpa。试问至少。试问至少需要几个螺栓才能满足联接的要求？需要几个螺栓才能满足联接的要求？例例8、液压油缸盖螺栓组选用、液压油缸盖螺栓组选用6个个M16螺栓，若其危险剖面直

20、径螺栓，若其危险剖面直径d1=14mm，螺栓材料许用拉应力，螺栓材料许用拉应力=110MPa，油缸直径，油缸直径D=150mm，油缸压力，油缸压力P=2Mpa，F0=11000N， ， 进进行下面计算：行下面计算：（1）求螺栓的工作载荷以及总拉力和被连接件的残余预紧力；）求螺栓的工作载荷以及总拉力和被连接件的残余预紧力；（2）校核螺栓的强度是否足够；）校核螺栓的强度是否足够；（3）按比例画出螺栓与被连接件的受力变形图，并在图中标出）按比例画出螺栓与被连接件的受力变形图，并在图中标出b、m、F0、F1、F、F2 。8 . 0mbbccc例例9、如图所示，一托架用两个受拉螺栓联、如图所示，一托架用

21、两个受拉螺栓联接。经测得，螺栓受力变形如下，试求接。经测得，螺栓受力变形如下，试求P力的大小。力的大小。例例10：图示支架用：图示支架用4个普通螺栓联接在立柱上，已知载个普通螺栓联接在立柱上，已知载荷荷P=12400N，连接的尺寸参数如图示，结合面摩擦系，连接的尺寸参数如图示，结合面摩擦系数数f=0.2，螺栓材料的屈服极限，螺栓材料的屈服极限ss=270 =270 N/mm2。 安全安全系数系数s=1.5，螺栓的相对刚度，螺栓的相对刚度 ，防滑系数，防滑系数Ks=1.2，求所需螺栓小径？求所需螺栓小径？3 . 0mbbccc例例11、图示刚性联轴器由、图示刚性联轴器由6个均布于直径个均布于直径 的圆周上的螺栓的圆周上的螺栓联接，联轴器传递的转矩联接，联轴器