土木专业建筑学螺纹联接和螺旋传动随堂讲义.pptx

5-1 5-1 螺 纹 副 的 受 力、效 率 和 自 锁螺 纹 副 的 受 力、效 率 和 自 锁5-1 概述 二.螺纹副的受力、效率和自锁效率拧紧力F轴向载荷QN拧紧时：松开时：拧紧时：松开时：自锁条件：第1页/共65页 5-1 5-1 螺 纹 的 牙 型 和 特 点（三 角、管 螺 纹）螺 纹 的 牙 型 和 特 点（三 角、管 螺 纹）5-1 概述 三.螺纹的类型和特点1.三角螺纹（普通螺纹）2.管螺纹主要用于联接。自锁性好，效率低，强度高粗牙细牙 用于水、煤气、润滑管道等的联接。第2页/共65页 5-1 5-1 螺 纹 的 牙 型 和 特 点（矩 形、梯 形、锯 齿 形）螺 纹 的 牙 型 和 特 点（矩 形、梯 形、锯 齿 形）5-1 概述 3.矩形螺纹4.梯形螺纹5.锯齿形螺纹 矩形螺纹尚未标准化，其它螺纹已标准化。用于传动，效率最高，强度低，间隙不能调整。用于传动，效率略低于矩形螺纹，强度高，间隙可调，常用。用于单向传动。第3页/共65页 5-2 5-2 螺 纹 联 接 的 类 型（螺 栓 联 接）螺 纹 联 接 的 类 型（螺 栓 联 接）5-2 螺纹联接的类型5-2 螺纹联接的类型 一.螺栓联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接两被联接件都较薄且都是通孔。Mdd0=d+1dMd第4页/共65页 5-2 5-2 螺 纹 联 接 的 类 型（双 头 螺 栓 联 接）螺 纹 联 接 的 类 型（双 头 螺 栓 联 接）5-2 螺纹联接的类型 二.双头螺栓联接两被联接件一个较薄光孔一个较厚螺纹孔用于常拆时第5页/共65页 5-2 5-2 螺 纹 联 接 的 类 型（螺 钉 联 接）螺 纹 联 接 的 类 型（螺 钉 联 接）5-2 螺纹联接的类型 三.螺钉联接两被联接件一个较薄光孔一个较厚螺纹孔用于不常拆时第6页/共65页 5-2 5-2 螺 纹 联 接 的 类 型（紧 定 螺 钉 联 接）螺 纹 联 接 的 类 型（紧 定 螺 钉 联 接）5-2 螺纹联接的类型 四.紧定螺钉联接第7页/共65页 5-3 5-3 螺 纹 联 接 的 预 紧螺 纹 联 接 的 预 紧5-3 螺纹联接的预紧和防松5-3 螺纹联接的预紧和防松 一.预紧力F0和拧紧力矩T 拧紧后被联接件受压螺栓受拉 拧紧的目的 拧紧力矩：T=T1+T20.2F0d式中：T1螺纹副中摩擦力矩T2螺母与支承面间的摩擦力矩第8页/共65页 5-3 5-3 防 松防 松5-3 螺纹联接的预紧和防松 控制T的方法力矩法测螺栓变形量 若采用不控制拧紧力矩，则螺栓直径不宜小于M12。二.防松 松动的原因在冲击、振动或温度变化大时，螺纹副中摩擦力可能瞬时消失。防松的根本问题防止螺母与螺栓相对转动。第9页/共65页 5-3 5-3 防 松 装 置防 松 装 置5-3 螺纹联接的预紧和防松 常见的防松装置1.摩擦防松使螺纹副中始终存在不随外载变化的正压力。弹簧垫圈优点：简单，方便。缺点：偏载，在冲击振动下不可靠。第10页/共65页 5-3 5-3 双 螺 母双 螺 母5-3 螺纹联接的预紧和防松 双螺母优点：结构简单，防松可靠。缺点：尺寸大，不美观。横向锁紧螺母第11页/共65页 5-3 5-3 开 口 销开 口 销5-3 螺纹联接的预紧和防松 2.机械防松利用机械装置将螺母与螺栓联成一体。开口销与槽形螺母工作可靠，装拆方便，用于有振动的机械上，但销易断。第12页/共65页 5-3 5-3 圆 螺 母圆 螺 母5-3 螺纹联接的预紧和防松 圆螺母与带翅垫片 工作可靠，常用于滚动轴承的轴向定位。止动垫圈结构简单,使用方便,防松可靠。第13页/共65页 5-3 5-3 串 联 钢 丝串 联 钢 丝5-3 螺纹联接的预紧和防松 串联钢丝3.永久防松第14页/共65页 5-4 5-4 螺 栓 组 结 构 设 计 与 受 力 分 析螺 栓 组 结 构 设 计 与 受 力 分 析5-4 螺栓组结构设计与受力分析 5-4 螺栓组结构设计与受力分析一.结构设计二.受力分析 目的求出受力最大的螺栓，以进行单个螺栓强 度计算。假设：各螺栓直径、长度、材料和预紧力F0相同；受载后结合面仍为平面；螺栓的变形在弹性范围内。第15页/共65页 5-4 5-4 螺 栓 组 受 横 向 载 荷螺 栓 组 受 横 向 载 荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析 1.螺栓组受横向载荷FR采用普通螺栓FRFRFRFR 靠结合面的摩擦平衡外载荷FR，而螺栓仅受预紧力和力矩作用。第16页/共65页 5-4 5-4 螺 栓 组 受 横 向 载 荷螺 栓 组 受 横 向 载 荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析 靠剪切和挤压平衡外载荷FR铰制孔用螺栓单个螺栓工作载荷：FRFR第17页/共65页r1r2r3 5-4 5-4 螺 栓 组 受 扭 矩螺 栓 组 受 扭 矩5-4 螺栓组结构设计与受力分析 2.螺栓组受转矩T底板绕中心O转动。采用普通螺栓 靠结合面的摩擦力矩平衡外载荷T，而螺栓仅受预紧力和力矩作用。第18页/共65页 5-4 5-4 螺 栓 组 受 扭 矩螺 栓 组 受 扭 矩5-4 螺栓组结构设计与受力分析 采用铰制孔用螺栓 靠剪切、挤压力矩平衡外载荷T。r1r2r3FT3FT2FT1变形协调条件：最大工作载荷：第19页/共65页 5-4 5-4 螺 栓 组 受 轴 向 载 荷螺 栓 组 受 轴 向 载 荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析 3.螺栓组受轴向载荷FQ总载荷FQ：单个螺栓工作载荷：注意：只能用普通螺栓，不能用铰制孔用螺栓。p第20页/共65页螺栓受预紧力F0 5-4 5-4 螺 栓 组 受 倾 覆 力 矩螺 栓 组 受 倾 覆 力 矩5-4 螺栓组结构设计与受力分析 4.螺栓组受倾覆力矩M1 23 48 76 5底板绕O-O轴线转动拧紧后，工作前：受M后左侧螺栓被拉紧,轴向力右侧螺栓被放松,轴向力变形协调条件：最大工作拉力：注意：只能用普通螺栓，不能用铰制孔用螺栓。第21页/共65页 5-4 5-4 受 力 分 析 小 结受 力 分 析 小 结5-4 螺栓组结构设计与受力分析小结：外载横向力FR扭矩T轴向力FQ倾覆力矩M普通螺栓铰制孔用螺栓受拉受剪第22页/共65页 5-4 5-4 螺 栓 组 受 复 合 载 荷螺 栓 组 受 复 合 载 荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析 5.螺栓组受复合载荷作用1）铰制孔用螺栓受FR+TFR1234FRFRTFSFTT关键：受力图一定要画对。第23页/共65页 5-4 5-4 螺 栓 组 受 复 合 载 荷螺 栓 组 受 复 合 载 荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析 2）普通螺栓受FR+T FRFRT1234FRTFT螺栓2、3处横向力最大：FS第24页/共65页FQFQM 5-4 5-4 螺 栓 组 受 复 合 载 荷螺 栓 组 受 复 合 载 荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析 受FQ+M FQMFQ工作拉力第25页/共65页 5-4 5-4 螺 栓 组 受 复 合 载 荷螺 栓 组 受 复 合 载 荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析受FR（或T）+FQ FQFQFQFRFR残余预紧力单个螺栓受的总拉力工作拉力第26页/共65页 5-4 5-4 螺 栓 组 受 复 合 载 荷螺 栓 组 受 复 合 载 荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析 受FR（或T）+M MFR预紧力受力最大螺栓的总拉力工作拉力FRM第27页/共65页FRMFRFQ 5-4 5-4 螺 栓 组 受 复 合 载 荷螺 栓 组 受 复 合 载 荷5-4 螺栓组结构设计与受力分析 受FR（或T）+FQ+M FQ+MFR受力最大螺栓的总拉力工作拉力残余预紧力第28页/共65页 5-4 5-4 螺 栓 组 受 力 分 析 步 骤螺 栓 组 受 力 分 析 步 骤5-4 螺栓组结构设计与受力分析螺栓组受力分析步骤：1.判别螺栓类型普通螺栓铰制孔用螺栓不能受FQ、M2.外载荷是否作用在形心是正交分解否将外载荷向形心简化3.分析螺栓组受几种载荷作用？哪些螺栓受力最大？4.求最大载荷普通螺栓铰制孔用螺栓FQ、M FmaxFR、T F1FR、T 第29页/共65页 5-4 5-4 讨 论 题讨 论 题5-4 螺栓组结构设计与受力分析讨论：请分析图示螺栓组受几种外载荷作用？FR、T、FQ、M螺栓组仅受T作用第30页/共65页 5-5 5-5 单 个 螺 栓 强 度 计 算单 个 螺 栓 强 度 计 算5-5 单个螺栓强度计算 5-5 单个螺栓强度计算一.失效形式和设计准则 普通螺栓静载：杆断,牙坏或塑变保证静拉伸强度变载：疲劳断裂保证疲劳强度 铰制孔用螺栓：剪断、压溃保证剪切、挤压强度第31页/共65页 5-5 5-5 普 通 螺 栓（仅 受 工 作 载 荷）普 通 螺 栓（仅 受 工 作 载 荷）5-5 单个螺栓强度计算 二.螺栓静强度计算1.普通螺栓仅受工作载荷例：性能等级 5.6表示松联接螺栓材料取标准Md例：d117.123mm取 M20：d=20mm，d1=17.294mm第32页/共65页 5-5 5-5普 通 螺 栓（仅 受 预 紧 力）普 通 螺 栓（仅 受 预 紧 力）5-5 单个螺栓强度计算 仅受预紧力F0取标准MdF0T1当量应力1.3的意义考虑扭剪应力的影响,把拉应力增大30%。第33页/共65页 5-5 5-5普 通 螺 栓（受 预 紧 力 和 工 作 载 荷）普 通 螺 栓（受 预 紧 力 和 工 作 载 荷）5-5 单个螺栓强度计算 受预紧力F0和工作载荷F 主要问题：求螺栓受的总拉力F2=？原因：属静不定问题。第34页/共65页 5-5 5-5普 通 螺 栓（受 预 紧 力 和 工 作 载 荷）普 通 螺 栓（受 预 紧 力 和 工 作 载 荷）5-5 单个螺栓强度计算 拧紧后，工作前栓受拉：被联接件受压：合并两图：受工作载荷F栓：被联接件：变形协调条件：第35页/共65页 5-5 5-5普 通 螺 栓（受 预 紧 力 和 工 作 载 荷）普 通 螺 栓（受 预 紧 力 和 工 作 载 荷）5-5 单个螺栓强度计算 变形协调条件：相对刚度系数螺栓静力平衡条件：第36页/共65页 5-5 5-5普 通 螺 栓（受 预 紧 力 和 工 作 载 荷）普 通 螺 栓（受 预 紧 力 和 工 作 载 荷）5-5 单个螺栓强度计算 强度计算：取标准Md第37页/共65页 5-5 5-5 铰 制 孔 用 螺 栓 强 度 计 算铰 制 孔 用 螺 栓 强 度 计 算5-5 单个螺栓强度计算 2.铰制孔用螺栓受横向力F取标准Md 剪切强度：挤压强度：取大值取最小值例：d012.67mm取 M12：d=12mm,d0=13mm第38页/共65页 5-5 5-5 螺 栓 强 度 计 算 小 结螺 栓 强 度 计 算 小 结5-5 单个螺栓强度计算小结：单个螺栓强度计算普通螺栓铰制孔用螺栓松联接紧联接取标准Md仅受预紧力受预紧力+工作载荷剪切挤压d0取大值，取标准Md第39页/共65页作 业 一作 业 一作业一作业：P98/6.修改：已知。现有如图5-51所示的三种螺栓布置型式，设采用铰制孔用螺栓联接，其=136MPa，求：1.哪一种布置方式最合理，为什么？2.三种方案中螺栓直径各为多大？12512512525012512560KNC）第40页/共65页 5-6 5-6 提 高 螺 纹 联 接 的 措 施提 高 螺 纹 联 接 的 措 施5-6 提高螺纹联接强度的措施 5-6 提高螺纹联接强度的措施一.改善螺纹牙间载荷分配不均的现象 原因：螺栓杆受拉，螺距增大螺母受压，螺距减小变形不协调靠螺纹牙来协调第41页/共65页 5-6 5-6 （改 善 螺 纹 牙 载 荷 分 布）改 善 螺 纹 牙 载 荷 分 布）5-6 提高螺纹联接的措施 提高螺纹联接的措施钢丝螺套均载螺母第42页/共65页 5-6 5-6 （减 小 应 力 幅）（减 小 应 力 幅）5-6 提高螺纹联接的措施 二.减小螺栓应力幅 变载荷：0 F 0 F 注意：螺栓max一定时，a越小，疲劳强度越高。脉动循环非对称循环 螺栓所受总载荷：F0 F2 F0 F2 第43页/共65页 5-6 5-6 （减 小 应 力 幅）（减 小 应 力 幅）5-6 提高螺纹联接的措施 强度条件：减小a的措施：1.cb第44页/共65页 5-6 5-6 （减 小 应 力 幅）（减 小 应 力 幅）5-6 提高螺纹联接的措施 第45页/共65页2.cm 5-6 5-6 （减 小 应 力 幅）（减 小 应 力 幅）5-6 提高螺纹联接的措施 三.避免螺栓产生附加弯曲应力第46页/共65页 5-6 5-6 （减 小 应 力 集 中、合 理 工 艺）（减 小 应 力 集 中、合 理 工 艺）5-6 提高螺纹联接的措施 四.减小应力集中五.合理的制造工艺第47页/共65页习 题 课习 题 课习题课习题课 目的 特点 步骤：1.定联接类型，合理布局螺栓；2.受力分析，求受力最大螺栓的载荷；3.强度计算；4.校核螺栓组安全工作条件。对于普通螺栓联接：螺栓要有足够的强度（不断）；底板不滑移（不滑）；底板与基座不分离（不松）；底板与基座不压溃（不碎）。第48页/共65页习 题 课习 题 课习题课 图示为一钢支架，用四个普通螺栓联接，固定在铸铁的基座上，支架结构尺寸如图示，f=0.15，试设计此螺栓联接。解：一.螺栓组受力分析螺栓组受轴向力横向力倾覆力矩第49页/共65页习 题 课习 题 课习题课螺栓4受力最大，最大工作载荷：首先保证底板不滑移 讨论：1.若仅受FR作用：二.求预紧力F0和总拉力F22.若同时受FR+FQ作用：且：3.若同时受FR+FQ+M作用：M对摩擦力无影响，此时，支架对底板总压力仍为：第50页/共65页习 题 课习 题 课习题课三.计算螺栓直径最大总拉力：式中：选螺栓材料为Q235，4.6级取M16第51页/共65页（M引起）习 题 课习 题 课习题课四.校核螺栓组安全工作条件1.底板与基座不分离（F0+FQ引起）2.底板与基座不压溃第52页/共65页习 题 课习 题 课习题课讨论：1.如何改进结构使螺栓受力减小？2.哪一种结构合理？第53页/共65页习 题 课习 题 课习题课3.图示夹紧螺栓中,已知螺栓数为2,螺纹为M20,螺栓材料为35纲,=126MPa,轴径D=50mm,杠杆长L=400mm,f=0.15,求W的允许值。WDL解：不滑移条件：强度条件：式中：第54页/共65页作 业 二作 业 二作业二作业：P98/5-7；5-8；5-9；5-10（修改：p=2MPa，提示：螺栓间距见P77/表5-5，扳手空间查手册。）思考：5-1；5-2；5-3；5-4；5-5；5-10(p=01MPa)。第55页/共65页 5-7 5-7 螺 旋 传 动（类 型）螺 旋 传 动（类 型）5-7 螺旋传动5-7 螺旋传动一.类型按用途分传力螺旋传导螺旋调整螺旋按摩擦状态分滑动螺旋滚动螺旋静压螺旋第56页/共65页 5-7 5-7 螺 旋 传 动（失 效 形 式、设 计 准 则）螺 旋 传 动（失 效 形 式、设 计 准 则）5-7 螺旋传动 二.滑动螺旋失效形式、设计准则和材料1.工作情况传力螺旋2.失效形式断牙磨损杆失稳杆断牙断强度耐磨性稳定性3.设计准则传导螺旋按杆的强度设计,再校核耐磨性、牙的强度、杆的稳定性和自锁性。按耐磨性设计,再校核杆的强度、稳定性。第57页/共65页 5-7 5-7 螺 旋 传 动（材 料）螺 旋 传 动（材 料）5-7 螺旋传动 螺母材料4.材料螺杆材料要求杆和螺母要有足够的强度。材料组合应有较高的耐磨性和减摩性。一般传动：Q235，Q275，45重要传动：40Cr，20CrMnTi精密传动：CrWMn一般传动：ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5低速、重载：ZCuAl10Fe3低速、轻载：耐磨铸铁第58页/共65页 5-7 5-7 螺 旋 传 动（设 计 计 算，杆 强 度 计 算）螺 旋 传 动（设 计 计 算，杆 强 度 计 算）5-7 螺旋传动 三.滑动螺旋的设计计算1.强度计算 杆的强度杆受拉力F 扭矩T1 取标准Trd第59页/共65页 5-7 5-7 螺 旋 传 动（牙 强 度 计 算）螺 旋 传 动（牙 强 度 计 算）5-7 螺旋传动 牙的强度剪切强度弯曲强度针对螺母 第60页/共65页 5-7 5-7 螺 旋 传 动（耐 磨 性）螺 旋 传 动（耐 磨 性）5-7 螺旋传动 2.耐磨性磨损发生在螺母螺距的选取：如：d=32mm，P=10、6、3mm矩形、梯形螺纹：锯齿形螺纹：注意：u10，不必取整；H应取整。第61页/共65页 5-7 5-7 螺 旋 传 动（耐 磨 性）螺 旋 传 动（耐 磨 性）5-7 螺旋传动 令整体螺母剖分螺母矩形、梯形螺纹：锯齿形螺纹：标准Trd第62页/共65页 5-7 5-7 螺 旋 传 动（稳 定 性、自 锁 性、总 效 率）螺 旋 传 动（稳 定 性、自 锁 性、总 效 率）5-7 螺旋传动 3.杆稳定性计算式中：=24.自锁性5.总效率第63页/共65页作 业 三作 业 三作业三大作业：螺旋千斤顶第64页/共65页感谢您的观看。第65页/共65页