机械设计 螺纹连接.pptx

第第 二二 篇篇 连连 接接机械动连接 运动副机械静连接焊接、胶接、铆接螺纹连接 、键连接、销连接等第第 五五 章章 螺螺 纹纹 连连 接接5-1 5-1 螺螺 纹纹一、螺纹一、螺纹的类型和应用的类型和应用类型类型：普通螺纹、管螺纹；普通螺纹、管螺纹；矩形螺纹、矩形螺纹、 梯形螺纹、梯形螺纹、 锯齿形螺纹锯齿形螺纹d2d1d 2dS大径大径 d d 公称直径公称直径小径小径 强度计算直径强度计算直径1d2dPP2dnptan二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数导程：导程：S S线数：线数：n n、螺距：、螺距：P PnpS 三角形三角形030 三、螺纹特点及应用三、螺纹特点及应用: :v 螺旋副自锁条件螺旋副自锁条件螺旋副效率螺旋副效率)(vtantanvvfarctanvcosff 矩形矩形 =0梯形梯形015 牙型角牙型角=60牙型角牙型角=30牙型角牙型角=0三角形螺纹自锁性好，三角形螺纹自锁性好，用于用于连接连接。矩形、梯形、锯齿形螺纹传动效率高，用矩形、梯形、锯齿形螺纹传动效率高，用于于传动传动。5-2 5-2 螺纹螺纹连接的连接的类型类型及应用及应用1 1、螺栓连接螺栓连接FF结构简单结构简单螺栓受拉力螺栓受拉力FF0F预紧力预紧力普通螺栓连接普通螺栓连接一、螺纹一、螺纹连接的连接的基本基本类型类型装拆方便装拆方便铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接螺栓受剪切、挤压螺栓受剪切、挤压用于横向载荷大的用于横向载荷大的连接连接2 2、双头螺柱连接双头螺柱连接用于被连接件较厚，用于被连接件较厚，不宜制成通孔，不宜制成通孔，且经常装拆且经常装拆的场合的场合双头螺柱双头螺柱受拉力受拉力0F预紧力预紧力3、螺钉连接、螺钉连接用于不经常装拆的场合用于不经常装拆的场合螺钉螺钉受拉力受拉力0F预紧力预紧力4、紧定螺钉连接、紧定螺钉连接5-3 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松21TTTT1螺旋副摩擦阻力矩螺旋副摩擦阻力矩T2螺母和支承面上的摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩T0F一、一、螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧目的：增强连接的可靠性和目的：增强连接的可靠性和紧密性，防止松动。紧密性，防止松动。T1螺旋副摩擦阻力矩螺旋副摩擦阻力矩FdT221 )tan(vGd 22T2螺母和支承面上的摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩20203030023dDdDFfTCd0D0GF 将字母更换：将字母更换：F0 = G = )tan(vFd 022dF00.2202030300023)tan(2dDdDFfFdTCvLF dLNF15200 ,NF150000预紧方法：预紧方法： 测力矩扳手（图5-8） 定力矩扳手（图5-9）二、螺纹连接的防松二、螺纹连接的防松1 1、摩擦防松、摩擦防松对顶螺母对顶螺母弹簧垫圈弹簧垫圈螺纹升角螺纹升角=1o42 3o2 v= 6.5o 10.5o垫圈动画防松的根本问题：防松的根本问题： 防止螺旋副的相对转动防止螺旋副的相对转动2 2、机械防松、机械防松开口销与槽形螺母开口销与槽形螺母止动垫片止动垫片3 3、其他防松、其他防松防松的根本问题：防松的根本问题： 防止螺旋副的相对转动防止螺旋副的相对转动1 1、2 2、螺栓的排列应有合理的间距和边距；、螺栓的排列应有合理的间距和边距；3 3、分布在圆周上的螺栓数目、分布在圆周上的螺栓数目多多为偶数；为偶数；4 4、减小螺栓受力，尽量受力均匀。、减小螺栓受力，尽量受力均匀。FL螺栓布置靠近边缘螺栓布置靠近边缘螺栓排数不宜过多螺栓排数不宜过多螺栓组受力分析的目的：螺栓组受力分析的目的： 分析螺栓组中各螺栓的受力情况，分析螺栓组中各螺栓的受力情况，找出找出受力最大的螺栓受力最大的螺栓，以便进行强度计算。，以便进行强度计算。螺栓组受的外载荷情况：螺栓组受的外载荷情况：几点假设：几点假设：（1 1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；力均相同；（2 2）螺栓的对称中心与连接结合面的形心）螺栓的对称中心与连接结合面的形心重合；重合；（3 3）受载后连接结合面仍保持为平面。）受载后连接结合面仍保持为平面。1 1、受横向载荷受横向载荷的螺栓组连接的螺栓组连接铰制孔铰制孔用用螺栓连接螺栓连接FF FZFF螺栓受剪力螺栓受剪力Z螺螺栓的数目栓的数目 用普通螺栓连接用普通螺栓连接F/2F/2用普通螺栓连接用普通螺栓连接FFFKi Z fFS0连接的不滑移条件：连接的不滑移条件：fZiFKFS01i 2i 0F0FfF0防滑系数防滑系数 KSF0 0=100N,=100N,z=3,=3,f =0.15, Ks=1.2求求F=?=?FKfZiFS0不滑移条件：不滑移条件：SKfZiFF0N1502143150100.FF2 2、受转矩的螺栓组连接受转矩的螺栓组连接Ta.a.用普通螺栓连接用普通螺栓连接TKrfFSizi10连接的不滑移条件：连接的不滑移条件：ziiSrfTKF10fF0fF0ir160120T=10Nm, Z=6,f =0.15, Ks=1.2 求F0=?r2ziiSrfTKF10不滑移条件：不滑移条件：r1 =60mm, r2 =100mmNF7 .307)1004602(15. 01000102 . 1010rF iirF 20rF TKS或例：Tr1b.铰制孔铰制孔用用螺栓连接螺栓连接maxmax11rFrFrFiiziiiTrF1ziirTrF12maxmax受载最大的螺栓所受剪力受载最大的螺栓所受剪力T1r1FrzTFFmax则若若 ri = rmaxmaxFmaxriirrFFmaxmaxTrFrFrFii 2211ziiTrrF12maxmax160120T=10Nm, z=6,求求Fmax=? =? F1= ?= ?r1r2r1 =60mm, r2 =100mmN18.21100460210010001022ziirTrF12maxmax11maxmaxrFrFNrrFF7 .126010018.21max1max1气缸螺栓连接图气缸螺栓连接图D3 3、受轴向力的紧螺栓组连接、受轴向力的紧螺栓组连接pFzDpzFF4/2工作拉力工作拉力4 4、受倾覆力矩受倾覆力矩M M的螺栓组连接的螺栓组连接iiLFLFmaxmaxziiiMLF1ziiLMLF12maxmax0MiFmaxFmaxLiL ppWMAzF0max00minWMAzFpAzF0绕轴绕轴y-y受倾覆力受倾覆力矩矩M=10Nm, 求求F Fmaxmax=? =? ziiLMLF12maxmax160120yyxx LLmax=L=80N25.31804801000102若绕轴若绕轴x-x受倾覆力受倾覆力矩矩M=10Nm, 求求F Fmaxmax=?=? NF7 .27606601000102max（一）松螺栓连接强度计算（一）松螺栓连接强度计算计算公式（二）紧螺栓连接强度计算（二）紧螺栓连接强度计算FF421dF016/311dT（二）紧螺栓连接强度计算（二）紧螺栓连接强度计算16/)tan(2312dFdv042)tan(2112dFdd0v5 . 00F0F1 1、仅受预紧力、仅受预紧力1.3.3系数是考虑扭转切应力系数是考虑扭转切应力的影响的影响 0143 . 1Fd设计式设计式3 . 1322ca43 . 121dF0验算式验算式2 . 0,f FFf0FF50减载销减载销减载套筒减载套筒减载键减载键FF0F0F例例1 1：3 3个普通螺栓连接，个普通螺栓连接，=200MPa, =200MPa, f =0.15, Ks=1.2,F=15 000N,求所需螺栓的直径求所需螺栓的直径d1？1)1)不滑移条件：不滑移条件：fZiFKFS02315. 0150002 . 1=20 000N F F 0143 . 1Fd2)2)强度条件：强度条件：2002000043 . 1=12.86mmM16 d1=13.835mm气缸螺栓连接图气缸螺栓连接图D2 2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接pFzDpF4/2工作拉力工作拉力预紧力预紧力0FFFF02螺栓承受的总拉力螺栓承受的总拉力？FFF022F？0F未拧紧未拧紧b m F 再受工再受工作载荷作载荷FFFF12螺栓所受的总拉力螺栓所受的总拉力残残余余预预紧紧力力 m 已拧紧已拧紧, ,未未受工作载荷受工作载荷0F1F0F1F演示0F力变形b m 力变形0FFFF122F0F变形力m b 1Fb0bbFC tanmCFFm0mmFC tanFCCCFmbbFCCCFFFFmbb002FCCCFFmbm10FFmbm,bCF Ss静强度计算静强度计算当工作拉力当工作拉力 F F 变化时，应验算变化时，应验算疲劳强度安全系数疲劳强度安全系数4/212dF1.3强度条件：相对刚度相对刚度mbbCCC总拉力总拉力FFFCCCFFmbb102F1F2F0F力m b 变形1FFF2CdF4210min4212maxdF按按 ，判定强度计算方法，判定强度计算方法, ,验算疲劳强度安全系数。验算疲劳强度安全系数。Cmin2 ,2minmaxminmaxmaam Ktc1s SKKSAtccaminmin122NM MNamScaSmaxlim例例2:图示气缸盖用图示气缸盖用6个普通螺栓连接个普通螺栓连接,已知气缸已知气缸压力压力p=2MPa，D=80mm,取取 试求试求: 1、螺栓小径、螺栓小径d1； 2、安装时预紧力安装时预紧力,2,5 . 11bmCCFF?0FpD ,MPa160 解：解：1、求工作拉力、求工作拉力FN DpZFF16746480264222、求总拉力、求总拉力F2NFFFFFF41855 . 25 . 112DFFp3、求螺栓小径、求螺栓小径4、求螺栓的预紧力、求螺栓的预紧力0F mmFd58. 6160418543 . 143 . 121N FCCCFFmbb3627167431418520NFF25115 . 11minL0d3. 承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接 ppLdFmin0 4/20dF剪切强度剪切强度失效形式：失效形式：螺栓剪断螺栓剪断接触表面压溃接触表面压溃挤压强度挤压强度注意：注意： -螺栓材料；螺栓材料； p p-螺栓或孔壁较弱的材料螺栓或孔壁较弱的材料例例3：一横板用两个普通螺栓联在立柱上，已：一横板用两个普通螺栓联在立柱上，已知知P=4000N，L=200mm，d=100mm, f =0.15, , 试求螺栓小径试求螺栓小径.2 . 1SK ,300MPaLdP 解解: 1、将外力、将外力P 向螺向螺栓组形心简化。栓组形心简化。P转矩转矩T螺栓组受载螺栓组受载横向力：横向力： P转矩：转矩： T=PL =800000Nmm 2、分析在各载荷作用、分析在各载荷作用下，每个螺栓的受力。下，每个螺栓的受力。NFPP2000 :21502800000 :2rzTFT8000NLdP转矩转矩TP1F1F2F2FFFNFFF8246 800020002222213、求合力、求合力4、求螺栓的预紧力、求螺栓的预紧力 F0FKfFS0不滑移条件：不滑移条件：NfFKFS6596815. 082462 . 105、求螺栓小径、求螺栓小径d1 mmFd08.193006596843.143.1016、讨论、讨论1）其他条件不变，使螺栓之间的距离由其他条件不变，使螺栓之间的距离由100增至增至200mm,对连接有何影响？对连接有何影响？NrzTFT40001002800000 :2NFFF4472 40002000222221合力：合力：NfFKFS3577615. 044722 . 10 mmFdP05.143003577643.143.11结论：受转矩和倾结论：受转矩和倾覆力矩作用的螺栓覆力矩作用的螺栓组，螺栓应远离螺组，螺栓应远离螺栓组形心或旋转轴栓组形心或旋转轴线。线。ziiSrfTKF10ziirTrF12maxmaxziiLMLF12maxmax2)当两个螺栓水平布置时当两个螺栓水平布置时, 会有何影响？会有何影响？PLd4 4、受倾覆力矩受倾覆力矩M M的螺栓组连接的螺栓组连接iiLFLFmaxmaxziiiMLF1ziiLMLF12maxmax0MiFmaxFmaxLiL ppWMAzF0max00minWMAzFpAzF0HLLP例例4：图示支座用：图示支座用4个螺钉连接个螺钉连接,已知已知P=8 000N，H=120mm,L=80mm, 取摩擦系数取摩擦系数 f=0.15, 防滑防滑系数系数 试求螺栓小径试求螺栓小径., 2 . 1SK ,MPa120 ,3.0mbbCCC解：解：1、将外力、将外力P 移至接合面形心移至接合面形心HLLPPMHPM横向载荷横向载荷P 倾覆力矩倾覆力矩2、求工作拉力、求工作拉力FHLLPPMFFNLZHPLZMF300080412080003、按不滑移条件求预紧力、按不滑移条件求预紧力0F不滑移条件：不滑移条件： PKiZfFS0NiZfPKFS160001415. 080002 . 104、求总拉力、求总拉力F2NFCCCFFmbb1690030003 . 01600002HLLPPMFF5、求螺栓小径、求螺栓小径 mmFd27.151201690043 . 143 . 1216、接合面是否出现间隙？、接合面是否出现间隙？01390030001690021NFFF例例5：P72图示支座用图示支座用4个螺钉连接个螺钉连接,已知已知F =4800N，夹角夹角 5050o o, ,h=340mm,b=150mm, 取摩擦系数取摩擦系数 f =0.15, 防滑系数防滑系数Ks=1.2,试试设计螺栓连接设计螺栓连接.h=340220b=150 150F 160280hF VF hF VF M1F1FmaxFVF Ph F3085cos3677sin FFFFVhF作用下每个螺栓工作拉力：zFFha M作用下 螺栓工作拉力：LMF4maxmaxFFFa工作拉力工作拉力不滑移条件不滑移条件:M 作用对摩擦力没有影响作用对摩擦力没有影响 VSFKZfF 1VShmbmFKFCCCzFf )(0 2143 . 1FdFCCCFFmbb02)(10hmbmVSFCCCfFKZF WMFCCCzFAhmbm 0max1 防止下端结合面压碎：防止上端结合面出现缝隙：WMFCCCzFAhmbm 0min1 maxyIW bhI123 2hy max一、螺纹联接件材料一、螺纹联接件材料螺栓、螺柱、螺钉常用材料：螺栓、螺柱、螺钉常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素钢；等碳素钢；特殊用途特殊用途(防磁、导电防磁、导电): 特殊钢、铜合特殊钢、铜合金、铝合金等。金、铝合金等。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级。级。作为标准零件，螺纹联接件是按其性能等级选用的。对于一定性能等级的螺纹联接件应具备一定的强度极限。冲击振动场合用：冲击振动场合用：15Cr、40Cr、30CrMnSi等合金钢。等合金钢。垫圈：垫圈：Q235、15、 35 垫圈：垫圈： 65Mn 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9BMpa400Mpa500s10051085F2bCmC2F0F力变形m b 1FFFCCCFFmbb02FCCCFFmbm010F0F2F1FFF2F2 （大圆角和卸载结构）（大圆角和卸载结构）凸台与沉孔凸台与沉孔斜面垫圈斜面垫圈F2ZP /1FCCCmbb21PKFZfS210PK)ZPCCCfZ(FSmbm0F力力变形变形2F1FaFFCCCmbm