机械设计课件濮良贵

机械设计课件濮良贵第一页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第二页，共四十八页，编辑于2023年，星期六螺纹形成：一平面图形在螺旋线上绕制而成。§5—1螺纹一．螺纹的形成第三页，共四十八页，编辑于2023年，星期六按截面形状分三角形、矩形、梯形、锯齿形和半圆形第四页，共四十八页，编辑于2023年，星期六右旋左旋→判断方法旋向①顺时针旋进→右旋②以轴线为基准单头→联接多头→传动线数→判断方法n=1n=2n=3第五页，共四十八页，编辑于2023年，星期六ｄ(大径－标准直径)；ｄ1(小径)；ｄ2(中径)；Ｓ(导程):

Ｓ＝np

ｎ(螺旋线数)p(螺距);Ψ(升角)：πｄ2Sψ牙型角α;牙侧角β;=np二．螺纹参数第六页，共四十八页，编辑于2023年，星期六三.螺纹的类型及应用

表5—1普通螺纹

α＝60°，α大，易自锁管螺纹→α＝60°、55°→紧密粗牙牙高、d1小、Ψ大细牙牙浅、d1大、Ψ小，更易自锁1.联接螺纹（三角形）

(M)第七页，共四十八页，编辑于2023年，星期六矩形螺纹

α＝０°梯形螺纹（Tr

）α＝30°β＝15°锯齿形螺纹（S）

α＝33°β工＝3°β非＝30°2.传动螺纹

α小、ψ大、多线、效率高第八页，共四十八页，编辑于2023年，星期六一．螺纹联接基本类型§5—2螺纹联接的类型及标准联接件1螺栓联接

普通螺栓联接：孔与杆间有间隙，方便，多用铰制孔用螺栓联接：孔与杆间无间隙，成本高第九页，共四十八页，编辑于2023年，星期六3双头螺柱联接用于被联接件之一较厚,可以经常装拆的场合。2螺钉联接用于被联接件之一较厚,受力不大，不需常拆的场合。第十页，共四十八页，编辑于2023年，星期六4紧定螺钉联接多用于轴上零件的固定，传递较小的力。5其它地脚螺栓吊环螺钉第十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期六二．螺纹联接件

表5—2

螺栓－螺栓；螺钉；双头螺柱；紧定螺钉螺母－六角螺母；圆螺母；槽型螺母垫片－垫片；弹簧垫片；斜垫片；球形垫片第十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期六§5—3螺纹联接的预紧目的：→防止松动→提高可靠性、强度、紧密性F0拧紧阻力矩T的大小：拧紧时→预紧力F0螺纹阻力矩T1:螺母支持面上的摩擦阻力矩T2:

因F0=5T/d若d小，则F0很大

对于重要的联接，不宜采用M12以下的螺栓／螺栓→预紧拉力

＼被联接件→预紧压力T2＝fcF0rmT第十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期六§5—4螺纹联接的防松

螺栓联接∵靠摩擦力自锁，因冲击、震动、变载→不可靠∴要防松防松的根本问题：→摩擦防松→使螺纹接触面间始终保持一定的压力始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩机械防松→利用便于更换的金属元件来约束螺旋副不可拆防松→焊、铆冲、涂粘合剂阻止螺旋副相对转动(自锁)防松？拧紧第十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期六不可拆防松→焊、铆冲、涂粘合剂第十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期六螺栓组联接结构设计的目的：接合面形状——对称螺栓布置——合理，间距、边距、扳手空间接合面与螺栓——受力均匀加工安装——方便，螺栓材料、直径、长度相同一螺栓组联接结构设计§5—5螺栓组联接的设计二螺栓组联接的受力分析螺栓组所受载荷类型

螺栓组联接受力分析的目的：找出受力最大的螺栓并求出其所受力的大小横向载荷轴向载荷转矩（扭矩）倾覆力矩第十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期六平衡条件：

螺栓本身受剪切和挤压各螺栓受力为：1）铰制孔用螺栓联接1受横向载荷F∑的螺栓组联接螺栓本身受预紧拉力F0

拧紧→产生夹紧力→接合面间的摩擦力→承受载荷横向载荷(垂直螺栓轴心线）2）普通螺栓联接Ks—防滑系数

Ks=1.1~1.3i—接合面的数目f—接合面的摩擦系数z——螺栓数目第十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期六i=2i=2第十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期六

讨论:

若

f=0.2,z=1,i=1,Ks=1.2,则

1）受横向载荷普通螺栓受力比铰制孔用螺栓的大，此时宜采用后者

2）若要采用普通螺栓，靠利用减载键销或减载套筒第二十页，共四十八页，编辑于2023年，星期六减载键减载销减载套筒第二十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期六螺栓受剪切和挤压来平衡载荷，各螺栓受力为Fi1）铰制孔用螺栓联接2受转矩T的螺栓组联接分析：受载后接合面仍为平面，螺栓的剪切变形与其到中心的距离成正比,螺栓刚度相同，故其受剪力Fi也与其到中心的距离ri成正比。假设此剪力方向垂直其到中心的向径

即：力矩平衡条件：第二十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期六受力最大的螺栓的工作剪力：2）普通螺栓联接螺栓本身受预紧拉力F0，各螺栓要拧紧产生相同的夹紧力第二十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期六2）普通螺栓联接分析：各螺栓预紧拉力均为F0，各螺栓联接处产生相同的摩擦力，并假设此摩擦力集中作用螺栓中心处,

且方向垂直其到中心的向径。z—螺栓数目ri—螺栓的向径Ks—防滑系数力矩平衡条件：各螺栓所需受预紧拉力：第二十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期六螺栓受拉力为：3受轴向载荷F∑的螺栓组联接轴向载荷平行螺栓轴心线，各螺栓平均受力★：此时螺栓除了受工作拉力F外，还受预紧力F0作用总轴向载荷：F∑F第二十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期六分析：M作用前：各螺栓受预紧力F0

M作用后：一侧螺栓拉力增大，一侧螺栓拉力减少4受倾覆力矩M的螺栓组联接平衡条件：1）螺栓的受力第二十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期六受力最大的螺栓所受工作载荷为

Li——螺栓轴线到底板轴线o—o的距离第二十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期六2）被联接件和底板防止接合面被压溃：防止接合面出现缝隙：〔σp〕查表5—7W—抗弯截面系数第二十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期六单个普通螺栓联接单个铰制孔用螺栓联接横向力轴向力螺栓本身受拉伸螺栓本身受剪切横向力受拉螺栓受剪螺栓受力分析：失效形式：受拉螺栓螺栓杆螺纹部分发生断裂受剪螺栓螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃或螺栓杆被剪断设计准则：受拉螺栓保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度受剪螺栓保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度§5—6螺栓联接的强度计算第二十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期六螺栓联接一松螺栓联接强度计算（无Ｆ0

）紧螺栓联接有预紧力，还有工作拉力松螺栓联接无预紧力，只有工作拉力§5—6螺栓联接的强度计算校核设计第三十页，共四十八页，编辑于2023年，星期六紧螺栓联接二紧螺栓联接强度计算（有Ｆ0）

M10~M64的螺栓：预紧状态的应力：有预紧力，还有工作拉力只有预紧力，无工作拉力紧螺栓拧紧—拧紧力矩—剪应力τ拧紧—预紧拉力—拉应力σ1．只有预紧力紧螺栓联接F0的大小与横向载荷有关第三十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期六2受预紧力Ｆ0和工作拉力Ｆ紧螺栓联接强度紧螺栓拧紧——预紧拉力加载——工作拉力总拉力F2≠Ｆ0+Ｆ=

？F∑F第三十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期六2受预紧力Ｆ0和工作拉力Ｆ紧螺栓联接强度第三十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期六拧紧伸长

λbF0

缩短

λmF0

螺栓

被联接件受载再伸长△λ

F2

放松△λF1

变形协调条件：△λ相同被联接件所受的压力，即残余预紧力螺栓刚度

螺栓的总拉力：

被联接件刚度变形力F0△FF1

FF2第三十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期六——螺栓的相对刚度※：1）要降低F2，只有减少螺栓的相对刚度，

即↑Cm，↓Cb

2）为保证联接的紧密性，应保证F1

＞0（1）静强度公式：F不变设计步骤：1）求工作载荷F2）选定残余预紧力F13）求总拉力F24）强度计算第三十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期六（2）疲劳强度公式：F在0~F之间变化因F在0~F之间变化，则F2在F0~F2之间变，应力在σmax~

σmin之间变▲详见P85页变形力F0F1

FF2△F时间第三十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期六

3承受工作剪力的紧螺栓联接铰制孔用螺栓，承受剪切和挤压来平衡（横向）载荷F螺栓杆与孔壁的挤压强度：螺栓杆的剪切强度：※：1）d0是螺栓剪切面直径

2）Lmin螺栓杆与孔壁挤压

面的最小高度

3）〔σp〕取两者之弱者第三十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期六

螺纹联接件材料的力学性能——螺栓、螺钉、螺柱的性能等级，共十级——见表5-8和表5-9如：4.8表示：σB=400Mpa，σs=320Mpa

一螺纹联接件的材料§5—7螺纹联接件的材料及许用应力二螺纹联接件的许用应力S、Sτ、Sp——安全系数见表5—10※：查表时不控制预紧力的联接要试算第三十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期六R解:每个联接受横向载荷F=R/2=3000N1.求预紧力F02.螺栓不断→求d1取d=30mm,d1=26.211＞24.06→合适。S=3.5→合适KS=1.1～1.3,取KS=1.2F0≥KSF/(f·i)=1.2×3000/(0.15×1)=24000N:取4.6钢,不严格控制预紧力→σS=240Mpa,S=3.5,[σ]=σS/S=240/3.5=68.6MpaP.87手册p.105例1.用两个普通螺栓固定一牵引钩,已知R=6000N,(静载荷)f=0.15,试求螺栓直径。第三十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期六(2)定残余预紧力F1→求F2

P.83(1)求单个联接的工作载荷F:∵有紧密要求,∴F1=1.5～1.8F→取F1=1.8F(3)螺栓强度计算(4)结构设计取5.8级,σS=400Mpa(表5-8)→暂取S=4(不严格控制预紧力,静～)→[σ]=σS/S=100Mpap.87C1eD1D2取Z=8例2:F2=F＋F1=2.8F

=11.3kN

一钢制液压油缸,油缸壁厚为10mm,油压p=1.6Mpa,D2=160mm,试计算其上盖的螺栓联接和螺栓分布圆直径D1。解:2525第四十页，共四十八页，编辑于2023年，星期六取d=16mm,其d1=13.835mm＞13.7mm→合适取S=4(表5-10)(不严格控制预紧力)→合适D1=D2+2C1+2×10=224mm取C1min=22mm手册p.21螺栓间距:t0=π·D1/Z=π×224/8≈88mm＜7d=7×16=112mm(表5-4p.73)→满足要求手册p.105(4)结构设计:(螺栓分布圆直径D1－图5-24P.80)C1eD1D22525螺栓长度:L=2×25+10+16.4+0.3×16=80mm手册p.118、116第四十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期六螺栓联接的受力分析指出图中受力最大的螺栓TFA点螺栓受力最大⊙⊙⊗⊗A、B点螺栓受力最大左侧螺栓拉力增大，右侧螺栓拉力减少第四十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期六作业:p98-995-6(求出受力最大的螺栓所受力的大小）5-85-95-10(Z=12;严格控制预紧力;只计静强度)第四十三页，共四十八页，编辑于2