第4讲螺纹连接.pptx

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1、第五章第五章 螺纹连接和螺旋传动螺纹连接和螺旋传动 51 螺纹 是某种形状截面沿螺旋线移动形成的作业：5-21，5-22，5-23，5-24外螺纹内螺纹第1页/共77页内外螺纹构成螺纹连接或螺纹副内外螺纹构成螺纹连接或螺纹副第2页/共77页螺纹连接的应用螺纹连接的应用 第3页/共77页连杆中的螺纹联接连杆中的螺纹联接第4页/共77页左旋螺纹和右旋螺纹左旋螺纹和右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹第5页/共77页连接螺纹连接螺纹普通螺纹管螺纹锥螺纹第6页/共77页普通螺纹普通螺纹主要用于一般连接。主要用于一般连接。第7页/共77页圆柱管螺纹圆柱管螺纹用于管件连接，=55，螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于低

2、压强连接。第8页/共77页圆锥管螺纹圆锥管螺纹螺纹均布在锥度为1:16的管上,=55 或60 。螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适用于高温、高压的连接。第9页/共77页传动螺纹传动螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹第10页/共77页(二二)螺纹的主要参数螺纹的主要参数 dd1d2Sphd1d2dS1)大径d-为公称直径（Md)2)小径d1-为计算直径3)中径d2-d2=(d1+d)/2 4)线数n5)螺距p-粗牙、细牙6)导程S-S=np7)螺纹升角8)牙型角、牙侧角9)接触高度h螺纹参数表 螺纹副的效率第11页/共77页5 52 2螺纹连接的类型螺纹连接的类型和标准连接件和标准连接件(

3、一)螺纹连接的基本类型1.螺栓连接普通螺栓连接 铰制孔用螺栓连接 2.双头螺柱连接 3.螺钉连接 4.紧定螺钉连接.特殊螺纹连接 第12页/共77页（二）标准螺纹连接件（二）标准螺纹连接件第13页/共77页5 53 3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧 螺纹连接在承受工作载荷之前需拧紧，螺栓受到的轴向作用力称为预紧力F0 扳手力矩：扳手力矩：T0.2FT0.2F0 0d d TF0F0适当选用较大的预紧力对螺纹连接的可靠性以及连接件的疲劳强度都是有利的预紧过程动画第14页/共77页常用工具常用工具常用工具第15页/共77页预紧力控制工具预紧力控制工具第16页/共77页5 54 4 螺纹连接的防松螺

4、纹连接的防松一一 、摩擦防松、摩擦防松第17页/共77页二、机械防松二、机械防松第18页/共77页三、破坏性防松三、破坏性防松第19页/共77页5 55 5 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算 螺栓连接的螺栓连接的失效形式失效形式及及设计准则设计准则 9090的螺栓属于疲劳破坏：的螺栓属于疲劳破坏：受拉螺栓：螺栓杆螺纹部分发生断裂，受拉螺栓：螺栓杆螺纹部分发生断裂，应保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度应保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度受剪螺栓：螺栓杆和孔壁的贴合面压溃或螺杆被剪断受剪螺栓：螺栓杆和孔壁的贴合面压溃或螺杆被剪断应保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度应保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度第20

5、页/共77页讲解的顺序2.螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计(依据结构确定依据结构确定单个的载荷单个的载荷)螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析承受横向载荷时承受横向载荷时承受扭转力矩时承受扭转力矩时承受轴向载荷时承受轴向载荷时承受倾覆力矩时承受倾覆力矩时1.单个螺栓的强度单个螺栓的强度计算方法计算方法(已知载荷，判别强度已知载荷，判别强度)松螺栓联接松螺栓联接 紧螺栓联接紧螺栓联接仅承受预紧力仅承受预紧力同时承受预紧力和工作拉力同时承受预紧力和工作拉力 承受工作剪力承受工作剪力第21页/共77页(一一)单个松螺栓连接强度计算单个松螺栓连接强度计算

6、受轴向工作载荷，工作前螺母不需要拧紧受轴向工作载荷，工作前螺母不需要拧紧 螺纹小径d1FF MPa,MPa,F FN,N,d d1 1mmmm 由由d d1 1可查得可查得d d表第22页/共77页(二二)单个紧螺栓连接强度计算单个紧螺栓连接强度计算 1.1.仅承受预紧力的紧螺栓连接仅承受预紧力的紧螺栓连接 F0F0FFF0F0F0T1T1由第四强度理论由第四强度理论 紧螺栓联接的计紧螺栓联接的计算应力只需按预算应力只需按预紧力算出应力后紧力算出应力后乘系数乘系数1.31.3，考虑，考虑扭矩的影响扭矩的影响 第23页/共77页2 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

7、连接 F0F0FFF2F0+FF0F0F0F0mbF1F1F2F2F2=F1+F不密封不密封,F,F稳定时稳定时:F1=0.20.6 F不密封不密封,F,F不稳定不稳定:F1=(0.61.0)FFF密封密封时时:F1=(1.51.8)F未拧紧未拧紧已拧紧已拧紧加载中加载中F1 残余预紧力F2F2预紧及加载过程预紧及加载过程第24页/共77页总拉力总拉力F F2 2 与预紧力与预紧力F F0 0、工作拉力、工作拉力F F 和和残余预紧力残余预紧力F F1 1 的关系的关系 力变形F0bObb力mOmmOmmmF2F1FF称 为螺栓的相对刚度 第25页/共77页F F2 2 与与 F F0 0、F

8、 F 和和F F1 1 的关系的关系F F0 0=F=F1 1(F-(F-F)F)力变形F0bObbOmmmF2F1FF第26页/共77页强度计算强度计算静强度静强度 ：疲劳强度疲劳强度 ：力变形F0bObbOmmmF2F1FF第27页/共77页3.3.承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接 FFLmind0第28页/共77页5 56 6 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 1.需要选定螺栓的数目及布置形式；2.确定螺栓连接的结构尺寸；3.分析各螺栓的受力状况，找出受力最大的螺栓进行强度校核；4.为了便于互换，一组螺栓尽可能采用同一规格。一、设计步骤第29页/共77页二、螺栓组联接的结

9、构设计二、螺栓组联接的结构设计 1)连接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状；第30页/共77页二、螺栓组联接的结构设计二、螺栓组联接的结构设计 2)螺栓的布置应使各螺栓的受力合理；受弯或受扭T受弯或受扭受拉MF第31页/共77页二、螺栓组联接的结构设计二、螺栓组联接的结构设计 3)螺栓的排列应有合理的间距、边距；第32页/共77页二、螺栓组联接的结构设计二、螺栓组联接的结构设计 4)分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8等偶数；第33页/共77页二、二、螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计 5)应避免螺栓承受附加的弯曲载荷。第34页/共77页三、螺栓组连接的受力分析三、

10、螺栓组连接的受力分析 假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；受载后联接接合面仍保持为平面。分以下几种基本类型：分以下几种基本类型：2.2.受受扭转转矩扭转转矩 T T 的螺栓组连接的螺栓组连接 3.3.受受轴向载荷轴向载荷 F F 的螺栓组连接的螺栓组连接 4.4.受受倾覆力矩倾覆力矩 M M的螺栓组连接的螺栓组连接 目的：找出组中受力最大的螺栓并求其所受的力 5.5.组合受力状态组合受力状态1.1.受受横向载荷横向载荷 F F S S的螺栓组连接的螺栓组连接 第35页/共77页1.1.受受横向载荷横向载荷 F F 的螺栓组连接的螺栓组连接 f

11、F0ziKsFF0 Ks F/fziFFKs防滑系数，取Ks1.11.3 F=F/i.z 铰制孔螺栓时 z螺栓的个数普通螺栓时 FF第36页/共77页减载装置减载装置第37页/共77页正确识别同组螺栓正确识别同组螺栓z=4,i=2第38页/共77页2.2.受转矩受转矩T T的螺栓的螺栓普通螺栓组连组连接接 Trif F0f F0f F0f F 0第39页/共77页2.2.受转矩受转矩T T的的铰制孔螺栓螺栓组连接组连接 而：F1r1F2r2Fzrz=T TFmaxFmaxFiri第40页/共77页一种特殊情况一种特殊情况用普通螺栓时 用铰制孔螺栓时 第41页/共77页3.3.受轴向载荷的螺栓组

12、联接受轴向载荷的螺栓组联接只能是普通螺栓组连接 FFF=F/z 若已知残余预紧力若已知残余预紧力F F1 1F2=F1+F若已知预紧力若已知预紧力F F0 0第42页/共77页4.4.受倾覆力矩的螺栓组连接受倾覆力矩的螺栓组连接MLmaxLiF0F0F0F1F2MFmaxFi第43页/共77页 另外另外底面不能出现间隙pmin=p-pmax 0 pminF2 pmaxMp=zF0/A 地基的相对刚度底面不能被压碎pmax=p+pmaxp 其中第44页/共77页组合受力状态组合受力状态1.简化：F横横、F轴轴、T、M3.根据F横横、T 和不滑移条件求和不滑移条件求F0 0或或F横 i max,由

13、F F横横 i max FF横横max(向量合成)2.由F轴轴或(和)M 轴向工作载荷F轴轴 i max,由F轴轴 i max F轴轴max；铰制孔用螺栓组只能承受-F F横、T T普通螺栓组可承受-F横横、F轴轴、T、M4.由F横横maxF1F0，结合F轴轴max F2max 找出受力最大的一个螺栓5.根据max 验算强度,并验算pmax pmin 举例第45页/共77页5 57 7螺纹连接件的材料及许用应力螺纹连接件的材料及许用应力 (一)螺纹连接件的材料 常用材料有：低碳钢Q215、10中碳钢Q235、35、45合金钢15Cr、40Cr、30CrMnSi螺纹连接件机械性能等级标记XY 其

14、中：X表示材料强度极限的1/100，Y表示其屈服极限是X的Y/10如:98表示螺栓材料强度极限B900MPa，其屈服极限S900 x0.8=720MPa螺栓、螺母在图纸中只标出性能等级，不必标出材料牌号 第46页/共77页(二)螺纹连接件的许用应力安全系数S、S、Sp根据载荷性质(静、变载荷)、装配情况(松连接或紧连接)以及螺纹连接件的材料、结构尺寸等因素决定。螺纹连接件:许用拉应力:=s/S许用切应力:=S/S对于钢:p=s/SP许用挤压应力:对于铸铁:p=B/SP表第47页/共77页5 58 8提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施 (一)降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 C Cb b或

15、或 C Cm m,则则F,FF,F2 2,a a,对提高疲劳强度有利对提高疲劳强度有利,但若但若F F0 0不变不变,F,F1 1,对密封不利对密封不利为保持为保持F F2 2、F F1 1不变不变,可适当提高可适当提高F F0 0F2=F0+FF0=F1(F-F)F1=F0-(F-F)力变形F0ObbmF2F1FF第48页/共77页续续F0b1mF2F1FFb2Fm2FF0b1F2F1FFm1C Cb b、C Cm m不变不变C Cb b不变不变C Cm mF F2 2F F1 1F F2 2F F1 1第49页/共77页C Cb b、C Cm m，同时提高，同时提高F F0 0m2b2FF

16、0F2b1F1FFm1F0减少减少C Cb b的的方法方法提高提高C Cm m的的方法方法第50页/共77页(二二)改善螺纹牙上载荷分布不均的现象改善螺纹牙上载荷分布不均的现象 采采用用螺螺纹纹牙牙圈圈数数过过多多的的加加厚厚螺螺母母，并并不不能能提提高高联接的强度。联接的强度。均载螺母结构第51页/共77页(三三)改善受力状态，减小应力集中的影响改善受力状态，减小应力集中的影响用大圆角用大圆角卸载结构卸载结构将螺纹收尾改将螺纹收尾改为退刀槽等为退刀槽等 第52页/共77页（四（四)采用合理的制造工艺方法采用合理的制造工艺方法 工艺上采用氮化、工艺上采用氮化、氰化、喷丸等处理氰化、喷丸等处理

17、第53页/共77页例题例题如图所示为一固定在钢制立柱上的铸铁托架，如图所示为一固定在钢制立柱上的铸铁托架，已知工作载荷已知工作载荷P=4800NP=4800N其作用线与垂直线的其作用线与垂直线的夹角夹角=50=50，底板高，底板高h h340mm340mm，宽，宽b b150mm150mm，试设计此螺栓组联接。，试设计此螺栓组联接。P解解1.1.螺栓组结构设计螺栓组结构设计 取螺栓数取螺栓数z=4z=4，对称布置对称布置 2.2.螺栓受力分析螺栓受力分析 P PP P1 1P P2 2M M1)1)求各分载荷求各分载荷 P1Psin4800 xsin503677N P2=PCos4800cos

18、503085N MP1x16P2x15105107N.cm 参第54页/共77页续续2)2)求各分载荷产生的求各分载荷产生的工作载荷工作载荷 由P13677N P P1 1P P2 2M MFp1=P1/z=3677/4=919 N 故由P23085N 及不滑移条件可求F F0 0由M105107N.cm 故最上面的螺栓所受的轴向故最上面的螺栓所受的轴向工作载荷工作载荷为为 F FF Fp1p1F FmaxM2maxM2919919187718772796N2796N P P1 1使接合面的压紧力由使接合面的压紧力由zFzF0 0降为降为zFzF1 1,M M只改变压接合面紧力的分布只改变压接

19、合面紧力的分布=3677N=3677N=3085N=3085N=105107Ncm=105107Ncm第55页/共77页续续查表得f=0.16,Ks=1.2,并取3)3)螺栓所受的总拉力F F2 2 第56页/共77页续续3.3.确定螺栓直径确定螺栓直径选择螺栓材料为选择螺栓材料为Q235Q235、性能等级为性能等级为4.64.6的螺栓的螺栓s=400 x0.6=240MPa,控制预紧力控制预紧力,取取S S1.51.5螺栓材料的许用应力螺栓材料的许用应力=s s/S=240/1.5=160Mpa/S=240/1.5=160Mpa按粗牙普通螺纹标准按粗牙普通螺纹标准(GB196(GB19681

20、)81)，选用螺纹公，选用螺纹公称直径称直径d=12mm(d=12mm(螺纹小径螺纹小径d d1 1=10.106mm=10.106mm8.6mm)8.6mm)第57页/共77页4.4.校核螺栓组连接接合面的工作能力校核螺栓组连接接合面的工作能力 查得查得p=0.5p=0.5B B=0.5x250=125Mpa l.84MPa=0.5x250=125Mpa l.84MPa第58页/共77页5.5.校核螺栓所需的预紧力是否合适校核螺栓所需的预紧力是否合适 对碳素钢螺栓，要求对碳素钢螺栓，要求:F:F0 0(0.6(0.60.7)0.7)S SA A1 1 已知已知S S=240MPa=240MP

21、a，A A1 1=d dl l2 2/4=80.214mm/4=80.214mm2 2，取预紧力下限即取预紧力下限即 0.60.6S SA A1 1=0.6 x 240 x 80.214=11550.8N=0.6 x 240 x 80.214=11550.8N实际预紧力实际预紧力F F0 0=6520N 11550.8N=6520N 11550.8N小于下限值，故满足要求。小于下限值，故满足要求。设计计算完成设计计算完成 第59页/共77页5 59 9 螺旋传动简介螺旋传动简介 螺旋传动的类型和应用螺旋传动的类型和应用 利用螺杆和螺母组成的螺旋副将回转运动利用螺杆和螺母组成的螺旋副将回转运动转

22、变为直线运动，同时传递运动和动力。转变为直线运动，同时传递运动和动力。螺杆转动，螺母移动螺杆转动，螺母移动 螺母固定，螺杆转动并移动螺母固定，螺杆转动并移动 相对运动关系相对运动关系第60页/共77页按用途分类按用途分类1)1)传力螺旋传力螺旋2)2)传导螺旋传导螺旋3)3)调整螺旋调整螺旋主要传递动力，以较小的转矩产生较大的轴主要传递动力，以较小的转矩产生较大的轴向推力，通常需有自锁能力。如千斤顶、压向推力，通常需有自锁能力。如千斤顶、压力机、虎台钳等。力机、虎台钳等。调整、固定零件的相对位置，不经常转动，常调整、固定零件的相对位置，不经常转动，常空载工作。如机床、仪器及测试装置中的微调空载

23、工作。如机床、仪器及测试装置中的微调机构的螺旋。机构的螺旋。以传递运动为主，有时也承受较大的轴向载以传递运动为主，有时也承受较大的轴向载荷，工作时间较长，工作速度较高，要求较荷，工作时间较长，工作速度较高，要求较高的传动精度。如机床进给机构的螺旋高的传动精度。如机床进给机构的螺旋第61页/共77页按螺旋副的摩擦性质分类按螺旋副的摩擦性质分类3)3)静压螺旋静压螺旋(流体摩擦流体摩擦)1)1)滑动螺旋滑动螺旋(滑动摩擦滑动摩擦)2)2)滚动螺旋滚动螺旋(滚动摩擦滚动摩擦)第62页/共77页外螺纹和内螺纹返回第63页/共77页螺栓联接螺栓联接普通螺栓联接铰制孔螺栓联接返回第64页/共77页双头螺柱

24、联接和螺钉联接双头螺柱联接和螺钉联接d013l2双头螺柱联接螺钉联接返回第65页/共77页紧定螺钉联接返回紧定螺钉联接第66页/共77页特殊结构的螺纹连接特殊结构的螺纹连接返回第67页/共77页螺纹参数表螺纹参数表规格pdd2d1M81.2587.1886.64717.3506.9170.757.5137.188M101.5109.0268.3761.259.1888.64719.3508.9170.759.5139.188M121.751210.86310.1061.511.02610.3761.2511.18810.674111.35010.917规格pdd2d1M1621614.7011

25、3.8351.515.02614.376115.35014.917M202.52018.37617.294218.70117.8351.519.02618.376119.35018.917M2431222.05120.752222.70121.8351.523.02623.376123.35022.917返回第68页/共77页螺纹的防松螺纹的防松返回第69页/共77页螺纹副的效率螺纹副的效率FF0NNfNfF0FN返回当螺纹升角 当量摩擦角时会自锁为当量摩擦角为螺纹升角旋紧时放松时FF0Fa a/2第70页/共77页螺纹的预紧返回第71页/共77页减少减少C Cb b的方法的方法腰状杆螺栓空心

26、螺栓在螺母下面安装上弹性元件返回第72页/共77页提高提高C Cm m的方法的方法返回第73页/共77页P混合受力状态混合受力状态P1P2MT返回第74页/共77页组合受力状态下螺栓组的设计组合受力状态下螺栓组的设计1.简化：F横横、F轴轴、T、M2.由F横横或(和)T 横向工作载荷F横横 i max,由F F横横 i max FF横横max(向量合成)3.由F轴轴或(和)M 轴向工作载荷F轴轴 i max,由F轴轴 i max F轴轴max；4.由F横横maxF1F0，结合F轴轴max F2max 找出受力最大的一个螺栓5.根据max 验算强度，并验算pmax 和pmin 返回第75页/共77页螺栓的安全系数受载类型静载荷变载荷松螺栓连接1.21.7紧螺栓连接受轴向及横载荷的普通螺栓连接不考虑预紧力的简化计算MM6M16M16M30M30M60M6M16M16M30M30M 60碳钢5442.52.5212.58.58.58.512.5合金钢5.7553.43.43106.86.86.810考虑预紧力的计算l.21.51.21.5(Sa=2.54)参看式(3-23)铰制孔用螺栓连接钢:S=2，5，Sp=1.25铸铁：Sp=2.02.5钢：S=3.55，Sp=1.5铸铁：Sp=2.53.0返回第76页/共77页感谢您的观看！第77页/共77页