螺纹联接江苏大学机械设计.pptx

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1、联接的设计要求1强度条件（等强度条件）2经济性3刚度条件或紧密性条件第1页/共95页机机 械械 设设 计计第五章 螺纹联接和螺旋传动2023年2月18日第2页/共95页第五章 螺纹联接和螺旋传动5-1 螺纹5-2 螺纹联接的类型和标准联接件5-3 螺纹联接的预紧5-4 螺纹联接的防松5-5 单个螺栓联接的强度计算5-6 螺栓组联接的设计5-7 提高螺纹联接强度的措施第3页/共95页一常用螺纹5-1螺纹A联接螺纹1普通螺纹 (粗牙 细牙)2管螺纹3 锥螺纹1梯形螺纹3矩形螺纹2锯齿形螺纹B传动螺纹第4页/共95页第5页/共95页二螺纹参数大径d：公称直径中径d2：几何与配合小径d1：危险截面线数

2、n：n4螺距P导程S：S=n*P旋向（左、右旋）牙型角牙侧角升角第6页/共95页5-2 螺纹联接的类型和标准联接件一基本类型（请掌握各联接的特点及适用场合）1螺栓联接普通螺栓联接（受拉螺栓联接）铰制孔用螺栓联接(受剪螺栓联接)2双头螺柱联接（常拆场合）3螺钉联接（不常拆场合）4紧定螺钉联接图例见下页普通螺栓既可用来承担轴向载荷也可用来承担横向载荷，但铰制孔用螺栓一普通螺栓既可用来承担轴向载荷也可用来承担横向载荷，但铰制孔用螺栓一般用来承担横向载荷。般用来承担横向载荷。第7页/共95页有间隙无间隙普通螺栓联接（受拉螺栓联接）铰制孔用螺栓联接(受剪螺栓联接)第8页/共95页双头螺柱联接螺钉联接第9

3、页/共95页第10页/共95页第11页/共95页第12页/共95页第13页/共95页二标准联接件1精度等级：A、B、C（精度由高低）A类用于要求配合精确、防止振动的重要场合B类用于受载大且常拆、调整或变载荷的场合C类用于一般的螺纹联接的场合2常用的标准螺纹联接件（具体见书上表格P6465）第14页/共95页第15页/共95页第16页/共95页第17页/共95页第18页/共95页第19页/共95页一预紧目的1增加联接可靠性2增加联接紧密性5-3螺纹联接的预紧二拧紧力矩Tdo预紧力QP（书上为F0）第20页/共95页dQ2.0dDdDQf31)(tg2dQTTTp20203030pcv2p21-+

4、=+=ryT1为螺旋副间的摩擦力矩T2为螺母与支承面间的摩擦力矩第21页/共95页三控制方法（控制预紧力QP的大小）一般p0.8sA1第22页/共95页测力矩扳手第23页/共95页定力矩扳手第24页/共95页测量伸长量（QP=l*Cb）第25页/共95页一防松目的防松根本问题：防止螺旋副的相对转动二防松方法：有三种（图例见下页）1摩擦防松2机械防松3铆冲防松（破坏螺纹副）5-4螺纹联接的防松第26页/共95页摩擦防松第27页/共95页机械防松第28页/共95页串联钢丝第29页/共95页一普通螺栓联接的强度计算D0QpQp/25-5单个螺栓联接的强度计算QP第30页/共95页失效形式：螺纹部分的

5、塑变或断裂，危险截面为螺纹小径d1 所对应的面积A=d21/4设计准则：保证静强度或疲劳强度第31页/共95页(一)松螺栓联接的强度计算（螺母不需要拧紧、在承受工作载荷前，螺栓不受力）第32页/共95页强度条件式中 d1螺纹小径，mm 螺栓材料的许用拉应力，MPa F轴向工作载荷，N第33页/共95页(二)紧螺纹联接的强度计算（螺母需要拧紧、承受工作载荷前，螺栓受预紧力QP）1仅受预紧力时紧螺栓联接第34页/共95页第35页/共95页第36页/共95页 1.3的含义危险截面在小径d1处计算求得d1后应查标准d1,然后确定大径d如何求出预紧力Qp？实际中何种情况使用上述公式？问注意第37页/共9

6、5页2受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接A单个螺栓受力变形图第38页/共95页第39页/共95页B单个螺栓受力变形线图第40页/共95页第41页/共95页第42页/共95页式中书上为F2书上为F0书上为F1第43页/共95页第44页/共95页Q Qp+F掌握变形协调图提示第45页/共95页求总拉力Q的二种情况：(1)由Q Qp+F 求：当有刚性或紧密性要求时 不产生缝隙至少Qp0推荐：第46页/共95页受轴向变载荷（工作拉力）作用的紧螺栓联接的计算第47页/共95页第48页/共95页第49页/共95页 为什么上述螺栓联接的强度计算仅对螺栓杆进行？当工作载荷为变载荷时，强度计算如何进行？受轴向变载荷

7、（工作拉力）作用的紧螺栓联接的强度计算：不仅要进行静强度计算，还要进行疲劳强度计算。问题第50页/共95页二铰制孔用螺栓联接的强度计算A失效形式：1螺栓杆剪断 2螺栓杆与被联接件孔壁的压溃第51页/共95页1剪切强度条件螺杆的2挤压强度条件联接的（公式的解释见下页）B强度条件第52页/共95页式中：如何正确理解联接的挤压强度公式？问注意：取Lmin及 p小者代入计算投影面积A=d0*Lmin第53页/共95页三性能等级及许用应力联接件材料常用 Q235 103545冲击振动时15Cr40Cr30CrMnTi性能等级螺栓例如：4.65.66.8螺母第54页/共95页许用应力有s、t、s p三种一

8、般而言螺栓与螺母的性能要相配第55页/共95页一螺栓组联接的结构设计1宜对称2受力合理3有合理的间距、边距4尽量取偶数，且规格相同5避免偏心5-6螺栓组联接的设计第56页/共95页第57页/共95页第58页/共95页凸台沉头孔避免偏心第59页/共95页第60页/共95页第61页/共95页二螺栓组联接的受力分析目的：找到受力最大的螺栓及其所受的力假设：各螺栓规格相同各螺栓预紧力相同螺栓组中心与接合面形心重合各螺栓在弹性限度内工作第62页/共95页1受横向载荷时：分两种情况A采用普通螺栓联接时（结合面不滑移）第63页/共95页通过由预紧力QP所产生的结合面上的摩擦力来平衡外载荷F，因此每个螺栓中受

9、力相等，皆为QP第64页/共95页式中第65页/共95页B采用铰制孔用螺栓联接（结合面不滑移）FF/2F/2第66页/共95页通过剪切力F来平衡外载荷F，因此每个螺栓中受力相等，皆为F。问题：受横向载荷时螺栓联接的强度如何进行计算？1采用普通螺栓联接时按仅受预紧力时的紧螺栓联接的强度计算方法计算。2采用铰制孔用螺栓联接时按铰制孔用螺栓联接的强度计算方法计算。第67页/共95页2受旋转力矩时：分两种情况A采用普通螺栓联接（不发生转动）第68页/共95页通过由预紧力QP所产生的结合面上的摩擦力矩来平衡外载荷T，因此每个螺栓中受力相等，皆为QP第69页/共95页ri越大，所需p就越小，所以应远距离分

10、布。讨论问题：受旋转力矩时普通螺栓联接的强度如何 进行计算？采用普通螺栓联接时按仅受预紧力时的紧螺栓联接的强度计算方法计算第70页/共95页B采用铰制孔用螺栓联接（不发生转动）第71页/共95页通过剪切力F所产生的力矩来平衡外载荷T，由于此时由于螺栓的位置不同，因此每个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的螺栓所受到的力Fmax变形协调条件：每个螺栓受到的剪切力与其到中心点的距离成正比。第72页/共95页由变形协调条件可知：第73页/共95页问题：受旋转力矩时铰制孔用螺栓联接的强度如何进行计算？采用铰制孔用螺栓联接时首先找受力最大的螺栓所受到的力Fmax，然后按铰制孔用螺栓联接的强度计算方法计算

11、第74页/共95页3受轴向载荷时普通螺栓联接根据假设可知，每个螺栓所承担的工作拉力皆相等为F，即：问题：受轴向载荷时普通螺栓联接的强度如何进行计算？求出工作拉力F后按受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接的强度计算方法计算。第75页/共95页4受倾覆力矩时普通螺栓联接第76页/共95页通过左右两侧螺栓与地基间所产生的力F形成的力偶来平衡外载荷M，由于此时由于螺栓的位置不同，因此每个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的螺栓所受到的力Fmax变形协调条件：每个螺栓受到的工作拉力与其到中心点的距离成正比。A 轴向工作载荷F第77页/共95页式中Li各螺栓轴线到螺栓组对称中心的垂直距离 （Li与ri 含义不同

12、）由变形协调条件可知：第78页/共95页B总拉力Q问题：受倾覆力矩时普通螺栓联接的强度如何进行计算？首先找受力最大的螺栓所受到的力Fmax然后按受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接的强度计算方法计算。第79页/共95页C接合面可靠工作条件第80页/共95页在实际使用中，螺栓组所受的载荷是以上四种简单受力状态的不同组合，但不论如何复杂，都可以将其简化成上述简单受力状态，从而分别计算每个螺栓的工作载荷，然后将其进行向量迭加得到每个螺栓的总的工作载荷。对普通螺栓可按轴向载荷以及倾覆力矩来确定螺栓的工作拉力，按横向载荷以及转矩来确定联接所需的预紧力，最后求出螺栓的总拉力Q。对受力最大的螺栓进对受力最大的螺栓

13、进行强度计算。行强度计算。对铰制孔用螺栓按横向载荷以及转矩来确定螺栓的工作剪力，对受剪力最大的对受剪力最大的螺栓进行强度计算螺栓进行强度计算。说明：第81页/共95页一降低应力幅1降低cb2增大cm方法：增加螺栓长度 腰状杆螺栓或空心螺栓 螺母下装弹性元件方法：采用刚度较大的金属垫片或密封环3同时降低cb，增大cm和Qp5-7提高螺纹联接强度的措施第82页/共95页1降低cb第83页/共95页第84页/共95页2增大cm第85页/共95页第86页/共95页3同时降低cb，增大cm和Qp第87页/共95页二改善螺纹牙上载荷分布不均现象1改善螺母结构：悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母2采用钢丝螺套3合理选配材料第88页/共95页第89页/共95页第90页/共95页三减小应力集中的影响四采用合理的制造工艺方法1采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的方法。2采用强化处理的方法（氮化、氰化、喷丸）1采用大圆角和卸载结构。2在设计、制造及装配上避免产生附加弯曲应力第91页/共95页第92页/共95页第93页/共95页本章结束第94页/共95页感谢您的观看！第95页/共95页