机械设计螺纹实用教案

1、会计学1机械设计螺纹机械设计螺纹(luwn)第一页，共55页。251、螺 纹1、螺旋线:直角三角形绕在圆柱体上，其斜边形成(xngchng)螺旋线。dd性质(xngzh):旋向 右旋、左旋线数 单头、多头升程 S螺距 t升角 dSt2、螺纹 ：一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线。第1页/共54页第二页，共55页。3（一）螺纹的类型(lixng)与应用1、分类(fn li)按螺纹牙型分按生长表面分按作用分按母体形状分外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹普通螺纹（三角形）管螺纹梯形螺纹矩形螺纹锯齿形螺纹联接传动第2页/共54页第三页，共55页。42、特点(tdin)联

2、接(lin ji)螺纹普通螺纹管螺纹等腰三角形，牙型角=60外螺纹根部允许较大圆角， 防应力集中同一公称直径有多种螺距， 螺距最大的称粗牙螺纹，其 余统称细牙螺纹。细牙：自锁性好、强度高；不耐磨易滑扣薄壁件、受动载的联接、微调机构有径向间隙非螺纹密封管螺纹用螺纹密封管螺纹等腰三角形，牙型角=55螺纹分布在1：16锥面上等腰三角形，牙型角=55无径向间隙普通螺纹第3页/共54页第四页，共55页。5传动(chundng)螺纹矩形(jxng)螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹30303正方形，牙型角=0传动效率最高牙根强度弱磨损后间隙不能补偿等腰梯形，牙型角=30传动效率较矩形螺纹略低牙根强度高对中性好不等腰梯

3、形，工作面牙侧角3，非工作面30大径处无间隙，便于对中兼有梯形螺纹牙根强度高、 矩形螺纹效率高的特点很少使用最常使用只在单向受力的螺旋 传动中使用第4页/共54页第五页，共55页。6hd1d2dP(3) 中径d2(1) 大径d（公称(gngchng)直径）(2) 小径 d1（计算(j sun)直径）(4) 螺距P(5) 导程Stg=d2 nP S= nP (8)接触高度 h 。（二）螺纹的主要参数(6) 螺纹升角d2S (7)牙型角 、牙侧角 第5页/共54页第六页，共55页。75 2 螺纹连接(linji)的类型与标准连接(linji)件（一 ）螺纹连接的基本(jbn)类型1、 螺栓连接 第

4、6页/共54页第七页，共55页。8第7页/共54页第八页，共55页。94 、紧定螺钉连接第8页/共54页第九页，共55页。105、其它特殊结构的螺纹(luwn)连接地脚螺栓(lushun)吊环螺钉T型槽螺栓第9页/共54页第十页，共55页。11（二 ）标准(biozhn)螺纹连接件精度(jn d)等级:A级B级C级精度最高，用于配合精确，防振动等场合；受载较大且经常拆卸，调整或承变载荷的联接；用于一般联接，最常用。1、六角头螺栓 种类最多、应用最广；一段或全螺纹； 粗或细牙2、双头螺柱 两端螺纹了相同或不同； 螺柱部分可制成退刀槽或腰杆、或全螺纹；第10页/共54页第十一页，共55页。123、

5、螺钉(ludng)头部形状(xngzhun)园柱头六角头园 头沉 头扁园头内六角一 字十 字组合1组合2槽形状 十字头对中性好，便于自动装配； 内六角头能承受较大扭矩，用于要求结构紧凑场合；第11页/共54页第十二页，共55页。134、紧定螺钉(ludng)锥端：适用(shyng)于紧定处硬度较低或不常拆 卸的场合；平端：不伤紧定表面，适用于紧定处硬度较大及常拆卸场合；圆柱端：适用于空心轴上的零件定位。5、自攻螺钉 被连接件不需事先共处螺纹 材料为渗碳钢，热处理后硬度45HRC；第12页/共54页第十三页，共55页。145、六角(li jio)螺母分标准(biozhn)螺母和薄螺母 薄螺母用于

6、受剪螺栓或轴向尺寸受限处精度等级与螺栓相同，与相同精度螺栓配用6、圆螺母与止动垫片配用7、垫片精度等级分A、C同一螺纹直径的垫 片分特大、大、普 通、小四种规格第13页/共54页第十四页，共55页。1553、螺纹(luwn)联接的预紧预紧力：预紧的目的(md)：预紧力的大小：碳素钢螺栓：F0(0.6 0.7)s A1合金钢螺栓：F0 (0.5 0.6)s A1螺栓危险截面积 大多数螺纹联接在承受工作载荷之前需拧紧，使之预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力F0。预紧力过大，会使连接超载；预紧力不足，会使连接失效（出现缝隙或相对移动）重要的螺栓应控制预紧力。 螺纹联接件的预紧应力不得超过其材

7、料屈服极限ss的80%。第14页/共54页第十五页，共55页。16拧紧力矩(l j)的计算：螺旋(luxun)副的摩擦力矩:螺母与支承面的摩擦力矩:拧紧力矩:简化:对M10 M64粗牙螺纹，螺母与钢表面的摩擦系数fc=0.15,则d0D0d第15页/共54页第十六页，共55页。17刻度表弹性元件拧紧力矩(l j)的控制： 测力扳手(bn shou) 定力矩扳手(bn shou) 测长法准确性差LsLs第16页/共54页第十七页，共55页。18螺栓(lushun)为什么会松动？防松方法：摩擦防松机械防松破坏螺旋副运动关系防松阻止螺旋副相对转动，或增加其难度。 靠摩擦力自锁不可靠，在冲击、震动、变

8、载下会松退。第17页/共54页第十八页，共55页。19双螺母 在螺母和螺栓之间形成附加(fji)的内力1、摩擦(mc)防松特点：结构简单、使用方便可靠性不高用于平稳、低速、重载。 弹簧垫圈 弹力保持一定压力 切口尖端逆向。特点：结构简单、使用方便放松效果差用于不重要联接。锁紧螺母 非圆形收口或开槽后径向收口。特点：结构简单、使用方便放松可靠用于多次拆卸较重要联接处。第18页/共54页第十九页，共55页。20开口销与六角(li jio)开槽螺母2、机械(jxi)防松特点：结构简单、使用方便放松可靠适用于有较大冲击、振动的高速机械中。 止动垫片特点：结构简单、使用方便放松可靠串联钢丝特点： 防松可

9、靠 装拆不便用于螺栓组防松。第19页/共54页第二十页，共55页。21冲点3、破坏(phui)螺旋副防松特点(tdin)：放松可靠拆卸后不能再使用 黏合冲1-1.5倍螺距深中心在小径处冲3-4处冲点可在端或侧面第20页/共54页第二十一页，共55页。2255、螺栓组联接(lin ji)的设计（1）保证联接(lin ji)结合面受力均匀（2）便于加工、装配（3）螺栓受力合理一、螺栓组联接的结构设计基本原则 大多数机械中螺栓都是成组使用的1）接合面采用轴对称的简单几何形状 螺栓的数目及布置 螺栓的尺寸 圆形 环形 矩形 矩形框 三角形 第21页/共54页第二十二页，共55页。232）合理(hl)布

10、置螺栓位置 用绞制孔螺栓时： 避免在平行外载方向上成排(chn pi)布置8个以上螺栓 螺栓承受弯矩或转矩时： 避免螺栓向接合面形心布置 螺栓承受较大横向载荷时： 避免直接用普通螺栓联接MT第22页/共54页第二十三页，共55页。24BA 对于压力容器等紧密性要求较高的重要(zhngyo)联接， 螺栓的间距不大于表5-4推荐值。3）螺栓排列(pili)应有合理的间距、边距t0d 螺栓轴线之间、螺栓轴线与机体壁之间距， 按扳手空间确定。C1C2D第23页/共54页第二十四页，共55页。254)为了便于在圆周(yunzhu)上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一 圆周(yunzhu)上的螺栓数目取成

11、: 4、6、8等偶数。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度(chngd)应相同。5)避免螺栓承受偏心载荷 产生偏心载荷的原因 解决方案第24页/共54页第二十五页，共55页。26二、螺栓组联接(lin ji)的受力分析 目的(md)： 假设：（3) 受载后联接接合面仍保持为平面。 受力分析的类型：（2）螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合； 找到螺栓组中受力最大的螺栓及所受的力，以进行强度计算（确定其尺寸）。（1) 所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； MT转矩横向载荷轴向载荷倾覆力矩第25页/共54页第二十六页，共55页。27（1）铰制孔螺栓(lushun)联接根据(gnj)预紧后接

12、合面的摩擦力必须大于等于横向载荷1受横向载荷的螺栓组联接FFFF每根螺栓受的剪切力F均为：（2）普通螺栓联接设每根螺栓受的预紧力均为F0：F0对接合面是压力对螺栓是拉力防滑系数：1.1 1.3螺栓总数接合面数第26页/共54页第二十七页，共55页。282受转矩的螺栓(lushun)组联接假设(jish)：（1）铰制孔螺栓TriFirmaxFmax 底板受载仍为平面 螺栓的剪切变形量与r成正比 各螺栓剪切刚度相同故剪切力与r成正比：螺栓组中的最大剪切力Fmax为：第27页/共54页第二十八页，共55页。29zi 12受转矩的螺栓(lushun)组联接TrifF0rmaxfF0（2）普通(ptng

13、)螺栓0fF则每根螺栓的预紧力F0为：设每根螺栓受的预紧力均为F0第28页/共54页第二十九页，共55页。303受轴向载荷(zi h)的螺栓组联接则：螺栓(lushun)预紧力FpF0F0F0F0F每根螺栓的工作载荷F2=F0+FF2 拧紧螺栓，施加预紧力 内部产生压力，施加工作载荷实际上是总的外载荷分配到每个螺栓处的等效载荷。讨论：（1）工作载荷F的实质？（2）工作载荷是否作用在螺栓上的全部载荷（称总拉力F2） ？显然不是。那F2是多少？下面研究单个螺栓的受力变形过程。第29页/共54页第三十页，共55页。31由联接的变形协调(xitio)条件 m= b= （1）螺母(lum)未拧紧（2）

14、螺母已拧紧（3）已承受工作载荷F0F0F0F0bmFF1F1F2F2bm残余预紧力故：F2= F+ F1bF0m变形Om力变形ObOm力力变形ObF0F2bmF1FbCb螺栓刚度mCm被联接件刚度第30页/共54页第三十一页，共55页。32变形ObOm力F2bmF1FF0FbFm螺栓相对刚度(n d)：金属垫片0.2-0.3，皮革0.7，铜皮石墨0.8，橡胶0.9残余(cny)预紧力：防止接合面受载后产生缝隙。有密封要求联接：F1=(1.5-1.8)F一般联接：F1=(0.2-0.6)F（F稳定） F1 =(0.6-1.0)F （F不稳定） 地脚螺栓：F1F第31页/共54页第三十二页，共55

15、页。33FF1F1F2F2bm 前面研究了螺栓预紧后，受向上(xingshng)的轴向工作载荷时的力与变形情况。F0F0F0F0 现研究螺栓预紧后，受向下的轴向工作载荷(zi h)时的力与变形情况。mbF2F1F变形ObOm力F2F1FF0bmF1F1F2F2第32页/共54页第三十三页，共55页。344. 受倾覆力矩(l j)的螺栓组联接F0F0MF0F0LiLmaxFiFmaxFmaxFi假设(jish) 底板为刚体 各螺栓刚度相同工作载荷及分布（1）求工作载荷第33页/共54页第三十四页，共55页。35（2）螺栓(lushun)与地基的力与变形图LiLmaxFiFmaxFmaxFi右边(

16、yu bian)F1FiF0变形Om力bmF2mF1mFi左边FiF1F1F2F2FiF1mF1mF2mF2m第34页/共54页第三十五页，共55页。36（3）地基(dj)应力分布及校核F1F1F1mF1mFiF2F2FiF1mF1mF2mF2mF1F111mF0F0F0F00maxmaxmaxmin(防止结合面出现(chxin)间隙)(防止结合面被压碎)其中：第35页/共54页第三十六页，共55页。3756、螺纹(luwn)联接的强度计算单个螺栓(lushun)的强度计算轴向力横向力：塑性变形或断裂：压溃或剪断（绞制孔螺栓）经常装拆因磨损而发生滑扣失效形式 上一节，通过受力分析，可获得螺栓组

17、中受力最大的单个螺栓的受力状态及大小失效原因过载（10%）疲劳（90%）疲劳断裂部位：截面积较小、应力集中部位65%20%15%MT计算最小直径第36页/共54页第三十七页，共55页。38（一）松螺栓联接(lin ji)的强度计算 松螺栓联接：螺母(lum)不拧紧，承载之前螺栓不受力FF第37页/共54页第三十八页，共55页。39FFT前已求出第38页/共54页第三十九页，共55页。40M前已求出第39页/共54页第四十页，共55页。41变形ObOm力F2F1FF0第40页/共54页第四十一页，共55页。42螺杆的剪切强度条件:螺栓与孔壁的挤压强度条件：0min25. 1dh螺栓或孔壁材料两者

18、较小的许用挤压应力第41页/共54页第四十二页，共55页。4357、螺栓的材料(cilio)和许用应力（一）螺纹(luwn)联接件材料螺母螺栓：特殊用途(防磁、导电): 特殊钢、铜合金、铝合金等。 性能等级：3.6 4.6 4.8 5.6 58 6.8 8.8 9.8 10.9 12.915Cr、40Cr、 30CrMnSi等合金钢（冲击振动场合）垫 圈：Q215、Q235、35、45等碳素钢（一般场合）Q235、15、 35（普通）； 65Mn（弹簧垫圈） 螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级：B/10010s/ B螺母的性能等级分为 7级: 4 5 6 8 9 10 12粗略表示min/

19、100 材料：第42页/共54页第四十三页，共55页。44（二）螺纹(luwn)联接件的许用应力 螺纹(luwn)联接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷)、装配情况(松、紧联接)、材料、结构尺寸有关。许用拉应力： 许用剪应力：（被联接件为钢）（被联接件为铸铁）S、S,、 Sp-安全系数，其取值见表5-10许用挤压应力： 第43页/共54页第四十四页，共55页。45表5-10 螺栓联接的安全系数S 碳素钢 54 42.5 2.52 碳素钢 12.58.5 8.5 8.512.5 M6M16 M16M30 M30M60 M6M16 M16 M30 M30M60不控制预紧力受载类型 静载荷 变载荷松

20、螺栓联接 1.21.7合金钢 5.75 53.4 3.43 合金钢 106.8 6.8 6.810 1.2 1.5 1.2 1.5钢： S=2.5， Sp= 1. 25， 钢： S=3.55， Sp= 1. 5铸铁：Sp=2.02.5， 铸铁： Sp= 2.53铰制孔螺栓普通螺栓紧螺栓联接控 制预紧力x1.3401FdSsSd不控制预紧力插值Sd1 d?1dY1dN第44页/共54页第四十五页，共55页。465-8 提高螺栓(lushun)连接强度的措施（一）降低(jingd)螺栓受到的交变应力幅措施1：降低螺栓刚度腰状杆螺栓空心螺栓弹性元件变形ObOm力F2F1FF0第45页/共54页第四十

21、六页，共55页。47措施(cush)2：提高被连接件刚度变形ObOm力F2F1FF0金属垫片密封环第46页/共54页第四十七页，共55页。48（二）改善螺纹牙载荷(zi h)不均现象 由于螺栓和螺母刚度(n d)及变形性质不同，各圈螺纹牙受力不同厚螺母不能提高刚度悬置螺母环槽螺母内斜螺母内斜与环槽螺母第47页/共54页第四十八页，共55页。49（三）减少应力(yngl)集中的影响（四）采用(ciyng)合理的制造工艺方法加大圆角 卸载槽 卸载过度结构 采用冷镦螺栓头部、滚压螺纹段的工艺，及氮化、喷丸等处理工艺。 冷作硬化 金属流线走向合理 冷镦滚压工艺可提高疲劳强度30%-40%，热处理后滚压

22、70%-100%。第48页/共54页第四十九页，共55页。50题520： 两根梁用8个4.6级普通螺栓与两块钢板相联接，F=28KN，f=0.2，控制预紧力，确定螺栓直径。分析(fnx)： 受力状态(zhungti)： F0确定：由摩擦力大于F定； d0确定：由强度条件解:设每根螺栓预紧力F04.6级：s=240 MPa表5-10：S=1.3= s/S=240/1.3=184.6 MPa查表：用M16螺栓 螺栓组的受力分析一节，属受横向力的螺栓组联接； 在强度计算一节，属FF第49页/共54页第五十页，共55页。51T分析(fnx)： 受力状态(zhungti)： 螺栓组的受力分析一节，属受转矩的螺栓组联接； 在强度计算一节，属解:设每根螺