金城机械设计螺纹连接.pptx

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1、连 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1页/共69页一、螺纹的形成将直角三角形缠绕到直径为d2的圆柱上，其斜边在圆柱上形成的螺旋形体螺纹螺纹的类型（表3-2）（1）按螺纹牙形分三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹三角形螺纹用于联接3-1 螺纹联接基本知识第2页/共69页（2）按螺纹旋向分将圆柱体直立判断：螺纹右倾为右旋，螺纹左倾为左旋。右旋螺纹 左旋螺纹（3）按螺纹头数分单头多头单头螺纹的自锁性较好，故联接螺纹多见单头螺纹。第3页/共69页（5）按螺纹尺寸基制分米制（毫米）英制（英寸）主要用于普通公制联接用螺纹。主要用于管螺纹。（4）按螺纹分布位置分内螺纹外

2、螺纹第4页/共69页（1）普通螺纹牙型为三角形、用米制表达尺寸、用于紧固的圆柱形联接螺纹。1）大径d：公称直径；2）小径d1：强度计算用直径；3）中径d2：螺纹配合用直径；4）螺距 P：中径线上两牙之距；5）导程 L：同一条螺旋线上两牙之距；（为螺旋线头数）二、螺纹的主要参数6）升角 ：螺柱底平面与中径线上螺旋线切线之间所夹锐角；7）牙型角 ：螺纹牙型之夹角（=60o 三角螺纹）；第5页/共69页三角形（2）螺纹特点及应用:矩形=0梯形螺旋副效率螺旋副自锁条件第6页/共69页同一公称直径上根据螺距不同普通螺纹可分为：1）普通粗牙螺纹：用于一般联接。2）普通细牙螺纹：用于薄壁零件联接。三角形螺纹

3、自锁性好，用于连接螺纹。矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动螺纹。第7页/共69页三、螺纹的精度:1、普通螺纹的标记螺纹代号-公差带代号-旋合长度代号M和公称直径中径和顶径公差带S、N、L M105g6gS螺纹代号（普通螺纹，公称直径为10mm）中径公差带代号 顶径（大径）公差带代号 旋合长度代号 第8页/共69页M101 左6H 螺纹代号（公称直径为10mm，螺距为1mm的细牙螺纹，螺纹旋向左旋）中径和顶径（小径）公差带代号 M2025H/5g6g 内螺纹公差带代号 外螺纹公差带代号 示例1：M 24 GB19681公称直径d=24mm的普通粗牙螺纹；示例2：M 24 1.5 GB19681公

4、称直径d=24mm，螺距P=1.5mm的普通细牙螺纹；第9页/共69页四、螺纹联接的基本类型受拉螺栓联接（普通螺栓联接）受剪螺栓联接（铰制孔用螺栓联接）1）螺栓联接2）双头螺柱联接3）螺钉联接4）紧定螺钉联接1、常用标准螺纹联接件（1）螺栓按精度不同分为：普通螺栓、精制螺栓按头部形状分：标准六角头螺栓、小六角头螺栓。第10页/共69页按直径特点分为：等径螺柱、不等径螺柱（2）双头螺柱按螺纹长度分为：两端螺纹等长、两端螺纹不等长（3）螺钉主要按头部形状分：内六角头、六角头、开槽圆头、开槽沉头、开槽盘头、开槽十字头、滚花头等；主要按端部形状分：锥端、平端、长圆柱端、凹端等紧定螺钉。（4）紧定螺钉第

5、11页/共69页（5）螺母按精度不同分为：普通螺母、精制螺母按厚度不同分为：标准螺母、薄螺母、加厚螺母按功用不同分为：一般螺母、防松螺母（6）垫圈按适用场合分为：平垫、薄平垫、斜垫、弹簧垫等。第12页/共69页2、螺纹连接类型（1）螺栓联接螺栓杆部与被联接件孔之间有间隙，孔加工精度要求低；结构简单；装拆方便；螺栓受拉力主要承受轴向载荷；应用广泛。普通螺栓联接螺栓杆部与被联接件空之间为配合关系，杆孔配合精度要求高；螺栓受剪切、挤压主要用于横向载荷大的联接。铰制孔螺栓联接第13页/共69页（2）双头螺柱联接双头螺柱受拉力，主要适用于被联接件之一较厚或必须采用盲孔，且经常拆卸的场合，拆卸时只需拧下螺

6、母。（3）螺钉联接螺钉受拉力，主要适用于被联接件之一较厚或必须采用盲孔，且不经常拆卸的场合。第14页/共69页（4）紧定螺钉联接适用于固定两个零件间的位置，并可传递不大的力或转矩。第15页/共69页 （1 1）螺栓组的布置应尽）螺栓组的布置应尽可能对称，以使接合面受力可能对称，以使接合面受力比较均匀，一般都将接合面比较均匀，一般都将接合面设计成对称的简单几何形状，设计成对称的简单几何形状，并应使螺栓组的对称中心与并应使螺栓组的对称中心与接合面的形心重合，如图所接合面的形心重合，如图所示示.原则：合理确定螺栓组的布置形式及接合面的几何形状；使各螺栓受力均匀，便于加工、装配3-2 螺栓组联接的结构

7、设计和受力分析一、螺栓组的结构设计第16页/共69页 （2 2）当螺栓联接承受弯矩和转矩时，还须将）当螺栓联接承受弯矩和转矩时，还须将螺栓尽可能地布置在靠近接合面边缘，以减少螺螺栓尽可能地布置在靠近接合面边缘，以减少螺栓中的载荷。栓中的载荷。如果普通螺栓联接受较大的横向载荷，则可用套筒、键、销等零件来分担横向载荷，以减小螺栓的预紧力和结构尺寸。减荷装置第17页/共69页（3 3）螺栓布置要有合理的距离。在布置螺栓时，螺）螺栓布置要有合理的距离。在布置螺栓时，螺栓中心线与机体壁之间、螺栓相互之间的距离，要栓中心线与机体壁之间、螺栓相互之间的距离，要根据扳手活动所需的空间大小来决定根据扳手活动所需

8、的空间大小来决定.如下图和表如下图和表3-43-4扳手空间（4）分布在同一圆周上的螺栓数，应取为4、6、8等易于等分的数目，以便于加工。第18页/共69页目的：求出螺栓组中受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓 联接的强度计算。假设：（1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；（2）螺栓的对称中心与连接结合面的形心重合；（3）受载后连 接结合面仍保持为平面。二、螺栓组联接受力分析与计算螺栓组联接的基本受载类型有四种：3受轴向载荷1受横向载荷2受转矩4受倾覆力矩第19页/共69页气缸螺栓连接图1、受轴向力的紧螺栓组连接连接P单个螺栓工作拉力注：如 不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。

9、第20页/共69页2、受横向载荷的螺栓组连接铰制孔用螺栓连接Z螺栓的数目 用普通螺栓连接R/2R/2单个螺栓受剪力第21页/共69页用普通螺栓连接联接的不滑移条件：m接合面数目（摩擦工作面）；QP单个螺栓预紧力Kn安全系数，一般取1.11.3第22页/共69页例：Qp=100N,z=3,f=0.15,K=1.2求F=?不滑移的条件：FF 第23页/共69页3、受扭矩的螺栓组连接a.用普通螺栓连接联接不转动的条件：靠结合面上的摩擦力承受T。第24页/共69页160120T=10Nm,z=6,f=0.15,Kn=1.2求单个螺栓Qp=?r1r2r1=60mm,r2=100mm解：不转动的条件：第2

10、5页/共69页3-3 单个螺栓联接的强度计算一、失效形式其主要失效形式为：螺栓被剪断孔壁被压溃螺栓失效中，65%的断裂发生在螺母和被联接件的接合处。二、受拉螺栓联接的强度计算受拉螺栓联接松联接：不预紧的。紧联接：预紧的。受拉螺栓的失效形式主要是：螺纹部分的塑性变形。螺杆的疲劳断裂。第30页/共69页单个螺栓联接的强度计算1.松螺栓联接的强度计算（不预紧）松螺栓联接装配时不需要把螺母拧紧，在承受工作载荷前，除有关零件的自重外，联接并不受力。工作中，松螺栓只受工作拉力 F。强度条件为：设计式为：式中：d1螺栓小径（mm）；螺栓的许用拉应力（Mpa)。注：对钢制螺栓 ,屈服极限、安全系数见表格。QQ

11、第31页/共69页单个螺栓联接的强度计算2.紧螺栓联接的强度计算（1）仅受预紧力 Qp的紧螺栓联接横向载荷 这种联接在拧紧的瞬间最危险，此时：Qp引起的拉应力：此外，还有拧紧力矩 M 引起的切应力 。经分析推导可知：按第四强度理论计算当量应力，则FF第32页/共69页强度条件为：单个螺栓联接的强度计算设计式为：1.3系数是考虑扭转切应力的影响减载销(图3-7a)减载套筒(图3-7b)减载键(图3-7c)第33页/共69页 例2：普通螺栓连接，3个螺栓,=200MPa,f=0.15,Kn=1.2,F=15000N,求所需螺栓的直径d1？=20 000N解：不发生滑移的条件：2)强度条件：=12.

12、86mmM16 d1=13.835mm查标准第34页/共69页单个螺栓联接的强度计算（2）承受轴向载荷的紧螺栓联接 虽然，这种螺栓是在受预紧力Qp的基础上，又受工作拉力Q。但是，螺栓的总拉力 气缸螺栓连接图预紧力Qp单个螺栓工作拉力Q：第35页/共69页预紧时受工作载荷后Qp残余预紧力螺栓：被联接件：螺栓的总拉力为单个螺栓联接的强度计算LdQp第36页/共69页可用载荷变形图分析各力之间的关系。螺栓的刚度：CL 被联接件的刚度：CT力变形力变形力变形单个螺栓联接的强度计算变形协调条件：螺栓总拉力：第37页/共69页单个螺栓联接的强度计算注（1）为保证工作安全，必须QpO,工程上一般取：工作载荷

13、Q稳定时：工作载荷Q不稳定时：有密封要求时：令，称为螺栓的相对刚度第38页/共69页讨论：）最不利的情况）最理想的情况）不允许的情况有缝隙存在，漏气）降低螺栓受力的措施：a)必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈）b)加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高强度）为联接紧密、不漏气，要求 第39页/共69页6）计算时可根据已知条件选择其一进行计算a）轴向静力紧螺栓联接强度计算 静力Q不变，Q为静力，但考虑补充拧紧防断 强度条件验算公式：设计公式：b）轴向变载荷紧螺栓联接强度计算 分析：当工作载荷，由0Q 螺栓总载，由QpQ0 QP 部分载荷，由0Q0 第40页/共69页7)当验算不满足时措施：b)最好改

14、善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、制造、CTCL，适当提高QP等综合措施a)例3:图示气缸盖用6个普通螺栓连接,已知气缸压力p=2MPa，D=80mm,取 试求:1、螺栓小径d1；2、安装时预紧力（F-工作拉力）pD第41页/共69页解：1、求工作拉力Q2、求总拉力Q0第42页/共69页3、求螺栓小径4、求螺栓的预紧力第43页/共69页三、受剪螺栓连接的强度计算强度计算剪切强度失效形式：螺栓剪断接触表面压溃挤压强度d0杆抗剪面直径m抗剪面数目 许用剪应力p-螺栓或孔壁较弱的材料第44页/共69页四、螺栓材料与许用应力计算 1、材料 螺母、螺栓强度级别：1）根据机械性能，把栓母分级并以数字

15、表示，此乃强度级别 2）所依据机械性能为抗拉强度极限bmin和屈服极限Smin 螺栓级别:带点数字表示，点前数字为点后数字为螺母级别:注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB）第45页/共69页螺母性能等级：螺母性能等级：4 5 6 8 9 10 12螺栓性能等级：螺栓性能等级：3.6，4.6，4.8(d16)3.6，4.6，4.8(d16)5.6，5.86.88.89.8(d16)10.912.9 第46页/共69页2、许用应力 许用拉应力：已知：不控制QP的紧螺栓联接，易过载。设计时应取较大的安全系数。控制预紧力时可取较小的安全系数

16、S。显然S、与d 有关。设计时，先假设d，进行试算，选取一安全系数进行计算，计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直径所属范围内即可，否则需重新进行估算。试算法第47页/共69页机理:工作时，螺栓受拉，p螺母受压，p两者产生螺距差一、改善螺纹牙间受力分配第一圈：p最大，受力最大第810圈后几乎不受力各圈受载不均3-4 提高螺栓联接强度的措施P:螺距第48页/共69页 采用加高螺母不能 提高联接强度。常用方法（变形一致）减小螺栓螺母螺距变化差第49页/共69页二、降低应力幅二、降低应力幅Q0力变形Q第50页/共69页措施：1）螺栓长度 2）光杆直径 3）采用细长/空心螺栓1、降低螺栓刚度c1 1

17、 2措施：不宜采用刚度小的垫片。第51页/共69页3、减小螺栓刚度、增大被连接件刚度，同时增加预紧力Q第52页/共69页三、减轻应力集中卸载槽；退刀槽；增大牙根处过渡圆角半径。四、减小附加弯曲应力螺纹牙根弯曲应力断裂螺纹孔不正、被联件表面不平、发生变形等。引起附加弯曲应力因素：第53页/共69页措施：垫圈、凸台、沉孔等。五、采用合理的制造方法1.冷镦螺栓头，滚压螺纹；2.采用氮化、氰化、喷丸处理。目的：提高螺栓疲劳强度。第54页/共69页3-5 螺纹连接的预紧和防松螺旋副摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩一、螺纹连接的预紧保证可靠性、紧密性FL第55页/共69页螺旋副摩擦阻力矩螺母和支承面上

18、的摩擦阻力矩d0D0第56页/共69页预紧方法：测力矩扳手（图3-15）定力矩扳手（图3-16）第57页/共69页预紧力QP的控制：测力矩板手测出预紧力矩，如上图定力矩板手达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑，如下图测量预紧前后螺栓伸长量精度较高 第58页/共69页防松的本质在于防止螺旋副相对转动。按工作原理的不同，防松方法分三类：摩擦防松机械防松永久止动(破坏螺纹副)二、螺纹联接的防松螺纹升角=1o42 3o2 v=6.5o 10.5o1.摩擦力防松（1）双螺母（2）弹簧垫圈（3）锁紧螺母 第59页/共69页2.机械方法防松（1）止动垫圈（2）槽形螺母与开口销 第60页/共69页（3）串联钢丝3.变成不可拆卸第61页/共69页本章作业：P46习题 3-8，3-9，3-10，3-11第62页/共69页1、螺栓连接QpQp装拆方便螺栓受拉力FF预紧力普通螺栓连接第63页/共69页铰制孔螺栓连接螺栓受剪切、挤压用于横向载荷大的连接FF第64页/共69页2、双头螺柱连接用于被连接件较厚，不宜制成通孔，且经常装拆的场合双头螺柱受拉力F预紧力第65页/共69页3、螺钉连接用于不经常装拆的场合螺钉受拉力F预紧力第66页/共69页第67页/共69页第68页/共69页感谢您的观看。第69页/共69页