机械设计精品课程课件学习教案

1、会计学1机械设计精品课程课件机械设计精品课程课件第一页，共86页。第五章 螺纹联接与螺旋(luxun)传动 螺纹有内外之分，内外螺纹共同组成螺纹联接和螺旋传动。螺纹有内外之分，内外螺纹共同组成螺纹联接和螺旋传动。 对螺纹的总要求是有足够的强度和良好的工艺性，针对不对螺纹的总要求是有足够的强度和良好的工艺性，针对不同的螺纹提出同的螺纹提出(t ch)(t ch)不同的要求。不同的要求。 对联接螺纹：自锁、紧密性对联接螺纹：自锁、紧密性 对传动螺纹：效率，耐磨、强度对传动螺纹：效率，耐磨、强度第1页/共86页第二页，共86页。一、螺纹一、螺纹(luwn)的形成的形成5 51 1 螺螺 纹纹d2螺旋

2、 线螺旋 线 -一 动 点 在 一 圆 柱 体 的 表 面 上 ， 一 边 绕 轴 线 等 速 旋 转一 动 点 在 一 圆 柱 体 的 表 面 上 ， 一 边 绕 轴 线 等 速 旋 转(xunzhun)，同时沿轴向作等速移动的轨迹。，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹螺纹-一平面图形沿螺旋线运动一平面图形沿螺旋线运动(yndng)，运动，运动(yndng)时保持该时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹第2页/共86页第三页，共86页。按螺纹按螺纹(luwn)的牙型分的牙型分螺纹螺纹(luwn)的 分的 分类类按螺纹按螺纹(luwn)的旋向分的旋向

3、分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹第3页/共86页第四页，共86页。按螺纹按螺纹(luwn)的牙型分的牙型分螺纹螺纹(luwn)的 分的 分类类按螺纹按螺纹(luwn)的旋向分的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹第4页/共86页第五页，

4、共86页。按螺纹按螺纹(luwn)的牙型分的牙型分螺纹螺纹(luwn)的 分的 分类类按螺纹按螺纹(luwn)的旋向分的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺纹副螺纹副第5页/共86页第六页，共86页。外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制第6页/共86页第七页，共86页。按螺纹按螺纹(luwn)的牙型分的牙型分螺纹螺纹(luwn

5、)的 分的 分类类按螺纹按螺纹(luwn)的旋向分的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹螺旋传动螺旋传动第7页/共86页第八页，共86页。联接联接(linji)螺纹螺纹传动传动(chundng)螺纹螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制第8页/共86页第九页，共86页。按螺纹按螺纹(luwn)的牙型分的牙型分螺纹螺纹(

6、luwn)的 分的 分类类按螺纹按螺纹(luwn)的旋向分的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹第9页/共86页第十页，共86页。圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制管螺纹管螺纹第10页/共86页第十一页，共86页。二、普通二、普通(ptng)(ptng)螺

7、纹的主要参数螺纹的主要参数大径大径d即螺纹的公称直径。即螺纹的公称直径。小径小径d1常用于联接的强度计算。常用于联接的强度计算。中径中径d2常用于联接的几何计算。常用于联接的几何计算。螺距螺距P螺纹相邻两个牙型上对应点间的螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。轴向距离。牙型角牙型角a螺纹轴向截面内，螺纹牙型两螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角侧边的夹角(jijio)。升角升角y螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角的平面间的夹角(jijio)。线数线数n螺纹的螺旋线数目。螺纹的螺旋线数目。导程导程S螺纹上任一点沿同一条螺旋线转螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所

8、移动的轴向距离，一周所移动的轴向距离，S=nP。升角升角y y的计算式为：的计算式为：22arctanarctandnPdSy第11页/共86页第十二页，共86页。 普通螺纹以大径普通螺纹以大径d d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距(luj)(luj)，其中螺距，其中螺距(luj)(luj)最大的称为粗牙螺纹，其余的统称最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。为细牙螺纹。60螺纹螺纹(luwn)的精度等级的精度等级:A级级B级级C级级公差小，精度最高，用于配合精确公差小，精度最高，用于配合精确(jngqu)，防振动，防振动等场合；等场合；受载较大且

9、经常拆卸，调整或承受变载荷的联接；受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的联接；用于一般联接，最常用。用于一般联接，最常用。粗牙螺纹粗牙螺纹应用应用最广最广细牙螺纹的优点：细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点：缺点：不耐磨易滑扣。不耐磨易滑扣。应用：应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙第12页/共86页第十三页，共86页。梯形梯形(txng)(txng)螺纹：螺纹：梯梯形形锯齿形锯齿形30330锯齿形螺纹锯齿形螺纹(luwn):常用于传动。常用于传动。= 15= 3粗牙普

10、通螺纹、细牙普通螺纹和梯形粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形(txng)螺纹的基本尺寸见后螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。续各表（或查阅相关机械设计手册）。螺纹的基本尺寸：螺纹的基本尺寸：第13页/共86页第十四页，共86页。潘存云教授(jioshu)研制d dd d2 2d d1 1P P用螺纹用螺纹(luwn)(luwn)密封的管螺纹密封的管螺纹(luwn)(luwn)普通普通(ptng)(ptng)细牙细牙螺纹螺纹管管螺纹螺纹非螺纹密封管非螺纹密封管螺纹螺纹（圆柱管壁（圆柱管壁=55）用螺纹密封管用螺纹密封管螺纹螺纹（圆锥管壁（圆锥管壁=55）60圆锥管圆锥管螺纹螺纹公

11、称直径公称直径-管子的公称通径。管子的公称通径。5555非螺纹密封的管非螺纹密封的管螺纹螺纹d dd d2 2d d1 1P P2第14页/共86页第十五页，共86页。52 螺纹联接(lin ji)的类型及螺纹联接(lin ji)件 一、螺纹联接(lin ji)主要类型1、螺栓(lushun)联接a) 普通螺栓联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。b) 精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接a(a)d(b)l1d0a(a)d(b

12、)l1d0第15页/共86页第十六页，共86页。2、双头螺柱联接、双头螺柱联接用两头均有螺纹的杆柱和螺母把被联接件固定起来用两头均有螺纹的杆柱和螺母把被联接件固定起来(qli)被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔适用于被联接件之一厚度很大，而又不宜钻通孔，但又经常拆卸的地方，适用于被联接件之一厚度很大，而又不宜钻通孔，但又经常拆卸的地方，第16页/共86页第十七页，共86页。3 3、螺钉联接、螺钉联接 被联接件同上。只用螺栓，不用螺母，直接把螺钉拧进缸体的螺钉孔中。被联接件同上。只用螺栓，不用螺母，直接把螺钉拧进缸体的螺钉孔中。 适用于载荷较轻，且不经常装折的场

13、合适用于载荷较轻，且不经常装折的场合(chng h)(chng h)。 常用于轴承盖螺钉联接。常用于轴承盖螺钉联接。 第17页/共86页第十八页，共86页。四、紧定螺钉联接四、紧定螺钉联接 利用拧入被联接件螺利用拧入被联接件螺纹孔中的螺钉末端顶住纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面，达到另一零件的表面，达到固定零件的相对位置，固定零件的相对位置，可传递不大的力或扭矩可传递不大的力或扭矩。 还有地脚螺钉、吊环还有地脚螺钉、吊环螺钉、螺钉、T T型槽螺钉型槽螺钉 螺纹联接件应用广泛螺纹联接件应用广泛，所以结构、形状、尺，所以结构、形状、尺寸都制定有国家标准寸都制定有国家标准( (u ji bio u

14、 ji bio zhn)zhn)，见手册。，见手册。 第18页/共86页第十九页，共86页。特殊(tsh)联接：地脚螺栓联接 , 吊环螺钉联接第19页/共86页第二十页，共86页。二、螺纹(luwn)联接件 1）螺栓 普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角头，大六角头, 内六角 铰制孔螺栓螺纹部分直径(zhjng)较小螺母klgklsdsda1530rlsde辗制末端第20页/共86页第二十一页，共86页。 2）双头螺柱两端(lin dun)带螺纹 A型有退刀槽 B型无退刀槽bmB型XA型bm辗制末端X倒角端lbXdsdl辗制末端Xbdsd倒角端第21页/共86页第二十二页，共86页。3）螺钉

15、与螺栓区别要求(yoqi)螺纹部分直径较粗;要求(yoqi)全螺纹nbXdktldRnbXdktldR第22页/共86页第二十三页，共86页。4）紧定螺钉 锥 端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 平 端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸 圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心(kng xn)轴上零件的位置轻材料和金属薄板nRld90t第23页/共86页第二十四页，共86页。5）螺母(lum) 六角螺母(lum)：标准，扁，厚 emsd3015emsd3015圆螺母+止退垫圈带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入(qin r)轴槽中，外舌嵌入(qin r)圆螺母的槽内，螺母即被

16、锁紧DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈第24页/共86页第二十五页，共86页。6）垫圈(din qun)DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈作用：增加支撑

17、面积作用：增加支撑面积(minj)以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。第25页/共86页第二十六页，共86页。5 螺纹(luwn)联接的预紧和防松 一、预紧预紧目的保持正常工作(gngzu)。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作(gngzu)，增大刚性等。增大刚性增加联接刚度、紧密性和提高防松能力预紧力QP预先轴向作用力（拉力）螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力的作用 紧联接在装配时需拧紧，即在承载(chngzi)时，已预先受力，预紧力QP预紧过紧拧紧力QP过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松拧紧力Q

18、P过小，工作不可靠 第26页/共86页第二十七页，共86页。拧紧时螺母(lum)：T=T1+T2T拧紧力矩 T1螺纹摩擦阻力矩 T2螺母(lum)端环形面与被联接件间的摩擦力矩2)(21dtgQTvP)(31202130312dDdDQfTpc )(32)(21 20213031221dDdDftgdQTTTcvp)(32)(21202130212dDdDdftgddKcvdKQTP 一般(ybn) K=0.10.3 拧紧力矩(l j)系数由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接不宜小于M10M14T2TT1第27页/共86页第二十八页，共86页。预紧力QP的控制：测力矩板

19、手测出预紧力矩，如左图定力矩板手达到(d do)固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑，如右图测量预紧前后螺栓伸长量精度较高 12图4-12 测力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手1234第28页/共86页第二十九页，共86页。1、防松目的实际工作中，外载荷有振动、变化、材料(cilio)高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故 2、防松原理(yunl)消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。二、螺纹(luwn)防松 第29页/共86页

20、第三十页，共86页。3、防松办法(bnf)及措施1）摩擦(mc)防松 双螺母、弹簧(tnhung)垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等 上螺母螺栓下螺母上螺母螺栓下螺母第30页/共86页第三十一页，共86页。2）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联(chunlin)钢丝等开 槽 螺 母(lum)与开口销圆螺母与止动垫圈(din qun)串联钢丝第31页/共86页第三十二页，共86页。第32页/共86页第三十三页，共86页。3）永久防松：端铆、冲点、点焊(din hn)4）化学防松粘合 第33页/共86页第三十四页，共86页。思考题思考题、在重要在重要(z

21、hngyo)的普通螺纹联接中，为什么应尽可能不采的普通螺纹联接中，为什么应尽可能不采用小于用小于Ml2的螺栓的螺栓?。常用螺纹有哪几种类型。常用螺纹有哪几种类型?各用于什么场合各用于什么场合(chngh)?对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不同对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不同?3。联接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防联接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防松装置松装置?试各举出两个机械防松和摩擦防松的例子。试各举出两个机械防松和摩擦防松的例子。第34页/共86页第三十五页，共86页。试指出试指出(zhch)下列图中的错误结构，并画出正确的结构图。下列图中的错误结构，并画出正确的结

22、构图。 a)螺钉联接(lin ji) b)双头螺柱联接(lin ji) c)铰制孔用螺栓联接(lin ji)第35页/共86页第三十六页，共86页。55 单个螺栓联接(lin ji)的强度计算 第二第二(dr)讲：讲：【教学目标】【教学目标】1掌握受剪螺栓联接强度计算方法；掌握受剪螺栓联接强度计算方法；2掌握受拉螺栓联接强度计算方法。掌握受拉螺栓联接强度计算方法。【教学难点】【教学难点】既受预紧力又受工作载荷的受拉紧螺栓联接强度计算。既受预紧力又受工作载荷的受拉紧螺栓联接强度计算。第36页/共86页第三十七页，共86页。55 单个螺栓联接的强度(qingd)计算 针对(zhndu)不同零件的不

23、同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。1、失效(sh xio)形式和原因 受拉螺栓螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断b）失效原因：应力集中 a）失效形式 工程中螺栓联接多数为疲劳失效 65%20%15%第37页/共86页第三十八页，共86页。受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳(plo)拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度 2、设计(shj)计算准则与思路第38页/共86页第三十九页，共86页。一、松螺栓(lushun)联接F如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无QP，只有工作载荷(zi h)F起拉伸作用

24、强度(qingd)条件为：421dF41Fd 验算用 设计用 d1螺杆危险截面直径（mm）许用拉应力 N/mm2 (MPa) nS/ Ss材料屈服极限Mpa表4-8 N 安全系数，表4-9第39页/共86页第四十页，共86页。紧螺栓紧螺栓(lushun)联联接接二二 紧螺栓联接强度紧螺栓联接强度(qingd)(qingd)计算计算 （有（有0 0 ） M10M64的螺栓：05预紧状态(zhungti)的应力：ca=有预紧力，还有工作拉力有预紧力，还有工作拉力只有预紧力，无工作拉力只有预紧力，无工作拉力紧螺栓紧螺栓拧紧拧紧拧紧力矩拧紧力矩剪应力剪应力拧紧拧紧预紧拉力预紧拉力拉应力拉应力3 . 1

25、322第40页/共86页第四十一页，共86页。1、横向载荷的紧螺栓(lushun)联接计算主要防止被联接件错动 特点(tdin)：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力(F0)产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠(不产生相对滑移)的条件为：普通(ptng)螺栓联接FKFfiS0f 接缝面间的摩擦系数 i接缝界面数目 KS防滑系数（可靠性系数） KS=1.11.3 F0F0FFifFKFS0第41页/共86页第四十二页，共86页。F0F0FF 21043 . 1dFca式中：F0 预紧力（N） 1.3系数将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对螺栓(lushun)联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为

26、纯拉伸来处理，大大简化了计算手续，故又称简化计算法 1、横向(hn xin)载荷的紧螺栓联接计算第42页/共86页第四十三页，共86页。 当联接承受较大的横向载荷F时，由于要求(yoqi)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。第43页/共86页第四十四页，共86页。工作特点(tdin)：工作前拧紧，有F0；工作后加上工作载荷F 工作前、工作中载荷变化工作原理：靠螺杆抗拉强度(kn l qin d)传递外载F解决问题： a) 保证安全可靠的工作(gngzu)，F0=？ b) 工作(gngzu)时螺栓总载荷， F2=？ FDDp2

27、 2 受轴向载荷的紧螺栓联接强度受轴向载荷的紧螺栓联接强度 第44页/共86页第四十五页，共86页。2、轴向载荷(zi h)紧螺栓联接强度计算分析(fnx)： 图1，螺母未拧紧螺栓(lushun)螺母松驰状态 QpQpQpQpQpQpQpQpFbmbm2 2 受轴向载荷的紧螺栓联接强度受轴向载荷的紧螺栓联接强度 第45页/共86页第四十六页，共86页。 图，拧紧预紧状态(zhungti) 凸缘压m F0 栓杆拉b F0 第46页/共86页第四十七页，共86页。FFFFbbbb120从 图3，加载F后工作(gngzu)状态栓杆继续(jx)拉凸缘(t yun) 放松 10FFmmmm从残余预紧力

28、总载第47页/共86页第四十八页，共86页。 作图，为了更明确以简化(jinhu)计算（受力变形图）设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比 单个紧螺栓联接(lin ji)受力变形图从图线可看出，螺栓(lushun)受工作载荷F时，螺栓(lushun)总载荷： 第48页/共86页第四十九页，共86页。(c)(b)(a)QpbObb变形Qp力mb变形mObb mmmF1变形力力F2FF0mFb由图可知，螺栓(lushun)刚度： FFCFtgCbbbbb0被联接件刚度(n d)： FFFCFtgCmmmmm0mbbmbmbCCCFFCCFFFtantanFKFCCCFcmbbmbbcCCCK称螺

29、栓相对于联接(lin ji)的刚度，称螺栓的相对刚度 F 部分工作载荷 第49页/共86页第五十页，共86页。对残余(cny)预紧力的要求，为保证受载后接合面联接的紧密性应使01FF1的取法: F1 =（1.51.8）F有密封(mfng)要求 一般联接 F1 =（0.20.6）F 载荷稳定 F1 =（0.61.0）F 载荷不稳定 F1F 地脚螺栓联接 第50页/共86页第五十一页，共86页。讨论(toln)： ） 最不利(bl)的情况 ) 1(02CmbKFFFCC)0(20CmbKFFCC） 最理想(lxing)的情况 ）不允许的情况有缝隙存在，漏气 FF01F 0即）降低螺栓受力的措施：

30、a) 必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈）b) 加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高强度 ）为联接紧密、不漏气，要求F10 F2=F+F1 =F0+F F= FmbbCCC第51页/共86页第五十二页，共86页。静强度(qingd)公式： 212123 . 1443 . 1FddF6）计算时可根据已知条件选择(xunz)其一进行计算a）轴向静力紧螺栓(lushun)联接强度计算 静力F不变，F2为静力，但考虑补充拧紧防断 第52页/共86页第五十三页，共86页。3.轴向变载荷(zi h)紧螺栓联接强度计算 第53页/共86页第五十四页，共86页。三承受工作剪力的紧螺栓(lushun)联接 铰制孔

31、用螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压铰制孔用螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压(j (j y)y)。在联接结合面处，螺栓杆则受剪切。在联接结合面处，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Lmin1.25d0Pmin0PLdF 204dFFFd0Lmin 第54页/共86页第五十五页，共86页。小结：小结： 按照螺栓联接承载机理按照螺栓联接承载机理(j l)(j l)、失效形式、受力特点，确定其强度计算的方法

32、。、失效形式、受力特点，确定其强度计算的方法。 ）仅受预紧力的紧螺栓）仅受预紧力的紧螺栓(lushun)联接，是螺栓联接，是螺栓(lushun)强度计算强度计算的基础，式的基础，式5-14是基本式，要熟记，要注意式中的是基本式，要熟记，要注意式中的1.3系数的含义。以后的系数的含义。以后的各种受力情况下的强度设计，实际上就是求出螺栓各种受力情况下的强度设计，实际上就是求出螺栓(lushun)所受最大拉所受最大拉力的过程，将最大拉力代替式中的力的过程，将最大拉力代替式中的F0即可进行要求的计算。即可进行要求的计算。）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(linji)

33、，重点是受力变形，重点是受力变形图。承受工作载荷的紧螺栓联接图。承受工作载荷的紧螺栓联接(linji)中，螺栓实际承受的最大拉力中，螺栓实际承受的最大拉力F2不等于预紧力不等于预紧力F0与工作载荷与工作载荷F的和，即：的和，即：F2F0+F，而是残余预紧力，而是残余预紧力F1与工作载荷与工作载荷F的和，即：的和，即：F2=F1+F。）承受工作剪力的紧螺栓联接）承受工作剪力的紧螺栓联接(linji)，按挤压和剪切强度计算。，按挤压和剪切强度计算。第55页/共86页第五十六页，共86页。思考题：思考题：.普通螺栓联接普通螺栓联接(linji)和铰制孔用螺栓联接和铰制孔用螺栓联接(linji)的主要

34、失效形式是什么的主要失效形式是什么?计算准则是什么计算准则是什么?2.计算普通螺栓联接计算普通螺栓联接(linji)时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度?3.普通紧螺栓联接普通紧螺栓联接(linji)所受到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷是什么循环所受到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷是什么循环?螺栓一般成组使用，关键螺栓一般成组使用，关键(gunjin)是求出受力最大螺栓及其载荷是求出受力最大螺栓及其载荷.第56页/共86页第五十七页

35、，共86页。56 螺栓组联接的设计(shj)与受力分析 第三讲第三讲:【教学目标】【教学目标】1掌握螺栓组受力分析的方法；掌握螺栓组受力分析的方法；2掌握提高螺栓联接强度的几项措施掌握提高螺栓联接强度的几项措施(cush)。【教学重点】【教学重点】1螺栓组受力分析。螺栓组受力分析。【教学难点】【教学难点】1受翻转力矩螺栓组的受力分析。受翻转力矩螺栓组的受力分析。第57页/共86页第五十八页，共86页。56 螺栓组联接的设计(shj)与受力分析 工程中螺栓(lushun)皆成组使用。因此必须研究栓组设计和受力分析。它是单个螺栓(lushun)计算基础和前提条件。螺栓(lushun)组联接设计的顺

36、序选布局、定数目、力分析、设计尺寸 一、结构设计原则一、结构设计原则(yunz) (yunz) 接合面形状接合面形状对称对称螺栓布置螺栓布置合理合理间距间距边距边距扳手空间扳手空间接合面与螺栓接合面与螺栓受力均匀受力均匀加工安装加工安装方便方便螺栓材料直径螺栓材料直径长度相同长度相同第58页/共86页第五十九页，共86页。避免偏心(pinxn)载荷作用 防偏载措施：a）凸合；b）凹坑(o kn)（鱼眼坑）；c）斜垫片 第59页/共86页第六十页，共86页。二、螺栓(lushun)组受力分析 目的求受力最大载荷(zi h)的螺栓前提（假设）：被联接件为刚性不变形，只有地基变形。各螺栓材料、尺寸、

37、拧紧力均相同受力后材料变形在弹性范围内接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持(boch)平面第60页/共86页第六十一页，共86页。1、受轴向载荷(zi h)螺栓组联接 单个螺栓(lushun)工作载荷为： F=P/Z P轴向外载 Z螺栓(lushun)个数 pDP第61页/共86页第六十二页，共86页。平衡条件：f F0 ziKs F Ks防滑系数(xsh) Ks=1.11.3 F0 Ks F zi f i接合面的数目 f接合面的摩擦系数(xsh) 螺栓本身螺栓本身(bnshn)受剪切和挤压受剪切和挤压各螺栓受力为：各螺栓受力为：F=Fzz螺栓数目螺栓数目1）铰制孔用螺栓(lush

38、un)联接2 2 受横向载荷受横向载荷F F的螺栓组联接的螺栓组联接 螺栓本身受预紧拉力螺栓本身受预紧拉力F0拧紧拧紧产生夹紧力产生夹紧力接合面间的摩擦力接合面间的摩擦力承受载荷承受载荷横向载荷(垂直螺栓轴心线）2）普通螺栓联接）普通螺栓联接第62页/共86页第六十三页，共86页。讨论讨论(toln):若若f=0.2,z=1,i=1,Ks=1.2,则则F0=KsFzif=6F 1）受横向载荷普通螺栓受力比铰制孔用螺栓 的大， 此时(c sh)宜采用后者 2）若要采用普通螺栓，靠利用减载键销或减载套筒第63页/共86页第六十四页，共86页。3、受横向扭矩螺栓(lushun)组联接 a)普通螺栓(

39、lushun)联接 由静平衡条件(tiojin)0TZiiSZSrfTKrrrfKTF1210)(则各个螺栓所需的预紧力为联接件不产生相对滑动的条件为：fF0r1+fF0r2+fF0rzKsT分析：各螺栓预紧拉力均为分析：各螺栓预紧拉力均为F0各螺栓联接处产生各螺栓联接处产生相同的相同的摩擦力，并假设此摩擦力集中作用螺栓中心摩擦力，并假设此摩擦力集中作用螺栓中心处处,且方向垂直其到中心的向径。且方向垂直其到中心的向径。第64页/共86页第六十五页，共86页。b)铰制孔螺栓(lushun)联接组 由变形协调条件可知，各个螺栓的变形量和受力大小与其中心(zhngxn)到接合面形心的距离成正比TrF

40、rFrFrFZiiiZZ12211由假设板为刚体不变形，工作后仍保持(boch)平面，则剪应变与半径成正比。在材料弹性范围内，应力与应变成正比 iiirrFFrFrFmaxmaxmaxmax1由静平衡条件0TTrFrFrFZZ2211ZiirrTF12maxmax 第65页/共86页第六十六页，共86页。4 4受倾覆受倾覆(qngf)(qngf)力矩的螺栓组联接力矩的螺栓组联接单个螺栓单个螺栓(lushun)拉力产拉力产生的力矩为：生的力矩为：F1F0F0p ( F0引起引起)F2mp2( F1m引起引起)p1( F1引起引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi Li iirFrFmaxma

41、xiirKF螺栓承受的载荷螺栓承受的载荷(zi h)(zi h)与距离成正比：与距离成正比： 第66页/共86页第六十七页，共86页。F1m强调是基座上的压力FmF2mF1FF2C2单个螺栓单个螺栓(lushun)的受力分析：的受力分析：Om力力变形变形ObziLFM1ii作用在底板两侧的合力矩作用在底板两侧的合力矩(l j)与倾覆力矩与倾覆力矩(l j)M平衡，即：平衡，即：未加倾覆力矩未加倾覆力矩(lj)时，工作点时，工作点在在A。Mi=0施加倾覆力矩施加倾覆力矩M时时:左边的螺栓，工作点移至：左边的螺栓，工作点移至：B1和和C1右边的螺栓，工作点移至：右边的螺栓，工作点移至：B2和和C2

42、左边螺栓总拉力增加，右边螺栓总拉力减小。F2F2mC1B2B1iiLFLFmaxmax由：iiLLFFmaxmax求得最大工作载荷ZiLMLF12imaxmaxAF0第67页/共86页第六十八页，共86页。0maxPPWMAzF00minPWMAzF螺栓螺栓(lushun)的总拉力：的总拉力：maxmbb02FCCCFF 为防止结合为防止结合(jih)面受压最大处被压碎或受压最小处出现面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：间隙，要求： 联接接合面材料的许用挤压应力材料 钢 铸铁 混凝土 砖(水泥浆缝) 木材p(Mpa) 0.8 s (0.40.5)B 2.03.0 1.52.0 2.0

43、4.0直接引用前面(qin mian)的结论第68页/共86页第六十九页，共86页。实际使用中螺栓组联接所受的载荷是以上四种(s zhn)简单受力状态的不同组合。计算时只要分别计算出螺栓组在这些简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后按向量叠加起来，便得到每个螺栓的总工作载荷，再对受力最大的螺栓进行强度计算即可总设计(shj)思路：螺栓组结构设计(shj)（布局、数目）螺栓组受力分析（载荷类型、状态、形式）求单个螺栓的最大工作载荷（判断哪个最大）按最大载荷的单个螺栓设计(shj)（求d1标准）全组采用同样尺寸螺栓（互换的目的） 第69页/共86页第七十页，共86页。思考：思考：1.对于受转矩作用

44、的螺栓组，螺栓应布置在尽量靠近对称对于受转矩作用的螺栓组，螺栓应布置在尽量靠近对称中心，还是尽量远离对称中心中心，还是尽量远离对称中心?为什么为什么?2、 受预紧力的紧螺栓联接中，如单个螺栓受工作受预紧力的紧螺栓联接中，如单个螺栓受工作(gngzu)拉力拉力F时，其总拉力是时，其总拉力是 否等于预紧力否等于预紧力F与与工作工作(gngzu)拉力拉力F之和之和?第70页/共86页第七十一页，共86页。5-7、螺栓(lushun)材料与许用应力计算 1、材料(cilio) 螺母、螺栓(lushun)强度级别： 1）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此乃强度级别 2）所依据机械性能为抗拉强度极限

45、Bmin和屈服极限Smin 螺栓级别: 带点数字表示 ， 点前数字为100/minB点后数字为minmin/10Bs螺母级别: 100/minB注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB） 第71页/共86页第七十二页，共86页。 在一般用途的设计(shj)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(shj)中的螺纹联接件，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。 常用的螺纹联接件材料为Q215、Q235、35、45等碳素钢。当强度(qingd)要求高时，还可采用合金钢，如15Cr、40Cr等。第72页/共8

46、6页第七十三页，共86页。2、许用应力(yngl) 许用拉应力(yngl)： 已知：不控制QP的紧螺栓联接，易过载。设计时应取较大的完全系数。控制预紧力时可取较小的安全系数s。显然n，与d 有关。设计时，先假设d，进行试算，选取一安全系数进行计算，计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直径所属范围内即可，否则需重新(chngxn)进行估算。试算法Ss第73页/共86页第七十四页，共86页。一一 降低影响螺栓降低影响螺栓(lushun)(lushun)疲劳强度的应力幅疲劳强度的应力幅58 58 提高螺栓联接提高螺栓联接(lin ji)(lin ji)强度的措强度的措施施1降低螺栓的刚度：降低螺栓

47、的刚度： 增加螺栓长度增加螺栓长度 2 采用腰状杆螺栓或空心螺栓采用腰状杆螺栓或空心螺栓3增大被联接件的刚度：不用垫片增大被联接件的刚度：不用垫片(din pin)或采或采用用4 刚度较大的垫片刚度较大的垫片(din pin)第74页/共86页第七十五页，共86页。二二 改善螺纹牙上载荷改善螺纹牙上载荷(zi h)(zi h)分布不均分布不均匀的现象匀的现象原因：螺母原因：螺母(lum)与螺栓的变形性质不与螺栓的变形性质不同同 螺母螺母(lum)与螺栓的刚度不同与螺栓的刚度不同改善措施改善措施(cush)：采用均载螺母（悬置螺母、内斜螺母等）使螺采用均载螺母（悬置螺母、内斜螺母等）使螺母受拉或

48、改变螺母牙受载位置母受拉或改变螺母牙受载位置采用钢丝螺套，利用其弹性来均载采用钢丝螺套，利用其弹性来均载三三 减少应力集中的影响减少应力集中的影响措施：采用大圆角、卸载槽，加工措施：采用大圆角、卸载槽，加工支承、加球面垫圈支承、加球面垫圈四四 采用合理的制造工艺方法采用合理的制造工艺方法第75页/共86页第七十六页，共86页。一、螺旋一、螺旋(luxun)传动的类型和应用传动的类型和应用调整调整(tiozhng)螺旋螺旋静压螺旋静压螺旋(luxun)类类型型运动形式有：运动形式有：5 59 9 螺旋传动螺旋传动螺母固定，螺杆转动并移动螺母固定，螺杆转动并移动 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋

49、副来实现传动的。作用：作用：回转运动回转运动 直线运动，同时传递动力。直线运动，同时传递动力。螺杆转动，螺母移动螺杆转动，螺母移动 按用按用途分途分传力螺旋传力螺旋传导螺旋传导螺旋滑动螺旋滑动螺旋滚动螺旋滚动螺旋按摩擦按摩擦性质分性质分传递动力传递动力 传递运动传递运动, ,要求精度高要求精度高调整相对位置调整相对位置第76页/共86页第七十七页，共86页。整体整体(zhngt)(zhngt)螺母螺母组合组合(zh)(zh)螺母螺母剖分螺母剖分螺母(lum)(lum)螺母结构螺母结构潘存云教授研制组合螺母组合螺母调整楔快调整楔快固定螺钉固定螺钉调整螺钉调整螺钉剖分螺母剖分螺母第77页/共86页

50、第七十八页，共86页。三、滑动螺旋传动的设计三、滑动螺旋传动的设计(shj)计算计算承受承受(chngshu)载荷载荷: 转矩、轴向力转矩、轴向力 设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距(luj)；校核螺杆、螺母强度等。校核螺杆、螺母强度等。主要失效形式主要失效形式: 螺牙的磨损螺牙的磨损螺旋副材料要求：螺旋副材料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦系数小足够的强度、耐磨性、摩擦系数小2滑动螺旋的材料滑动螺旋的材料螺杆材料螺杆材料: : Q257、45、50钢，或钢，或T12、40Cr、65Mn螺母材料螺母材料: : ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、Z

51、CuAl10Fe3.第78页/共86页第七十九页，共86页。对螺旋传动的要求对螺旋传动的要求: : 强度足够强度足够(zgu), (zgu), 耐磨耐磨, , 摩擦系数小摩擦系数小. .失效失效(sh xio)(sh xio)形式形式: : 磨损磨损 通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺旋各主要参数，而后对可能发生的其他失效通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺旋各主要参数，而后对可能发生的其他失效(sh xio)(sh xio)一一校核。一一校核。一一) )耐磨性计算耐磨性计算(j sun)(j sun)校核公式：校核公式：p = p MPa M

52、Pa d2 hzFaFa为轴向力；为轴向力； z z为参加接触的螺纹圈数；为参加接触的螺纹圈数； d2为螺纹中径；为螺纹中径；h h为螺纹的工作高度；为螺纹的工作高度； p p 为许用压强。为许用压强。第79页/共86页第八十页，共86页。潘存云教授(jioshu)研制螺杆许用压强许用压强螺母设计方法设计方法(fngf)和步骤：和步骤：1 1耐磨性计算耐磨性计算(j sun)(j sun) 滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，其强度条件：令令=H/d2 ，又又h=0.5P-矩形梯形螺纹的工作高度矩形梯形螺纹的工作高度h=0.75P-锯齿形螺纹的工作高度。锯齿形螺纹的工作高度。代入上式得螺纹中径的计算公式：代入上式得螺纹中径的计算公式：校核公式：校核公式：p = d2 hu