机械设计-螺纹联接课件.ppt

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1、第17章螺纹联接与轴毂联接学习目标：学习目标：熟悉机器联接中常用的各种联接件的结构、类型、性能和应用场合，掌握设计理论和选用方法。联接的分类动联接：静联接：机器工作时，零部件之间可以有相对运动。例如：机械原理中，各种运动副之间的联接。在机器工作中，不允许零部件之间存在相对运动的联接。静联接可拆联接：不须毁坏联接中的任何一个零件就可拆 开的联接。例如：螺纹联接、键联接。不可拆联接：至少毁坏联接中的一部分才能拆开的 联接。例如：铆接、焊接等。过盈联接联接6/3/20232机械设计第17章螺纹联接与轴毂联接17 .1螺纹联接17.1.1螺纹联接的类型17.1.2螺纹联接的失效形式和设计准则17.1.

2、3螺纹联接的材料及许用应力17.1.4螺纹联接的强度计算17.1.5提高螺纹联接强度的措施6/3/20233机械设计一一.螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型1.螺栓联接：普通螺栓联接：应用广泛 铰制孔用螺栓联接2.螺钉联接：被联接件之一较厚3.双头螺栓联接：常拆卸4.紧定螺钉联接：传递较小载荷其它其它：地脚螺栓联接；吊环螺栓联接；T型槽螺栓联接17.1.1螺纹联接的类型6/3/20234机械设计1.普通螺栓联接 6/3/20235机械设计6/3/20236机械设计1.铰制孔用螺栓联接6/3/20237机械设计6/3/20238机械设计6/3/20239机械设计 2.双头螺柱联接 6/3/20

3、2310机械设计6/3/202311机械设计 3.螺钉联接 6/3/202312机械设计6/3/202313机械设计3、螺钉联接 螺钉拧入深度H:钢或青铜 Hd 铸铁 H=(1.251.5)d 铝合金 H=(1.5 2.5)d6/3/202314机械设计 4.紧定螺钉联接 6/3/202315机械设计地脚螺栓联接 吊环螺栓联接 6/3/202316机械设计T形槽螺栓联接 6/3/202317机械设计6/3/202318机械设计17.1.2螺纹联接的失效形式和设计准则普通螺栓主要为螺纹部分发生断裂受剪螺栓主要为压溃和剪切6/3/202319机械设计 失效分析6/3/202320机械设计17.1.

4、3螺纹联接的材料及许用应力1、螺纹联接的材料满足强度和塑性要求，P285表17-22、螺纹联接的许用应力材料的屈服极限安全系数，P286表17-5许用拉应力许用剪应力许用挤压应力安全系数，P286表17-66/3/202321机械设计螺纹联接件的常用材料：低碳钢Q215（原A2）、10号钢；-一般联接中碳钢235Q（原A3）、35、45号钢；-一般联接低合金钢或合金钢15Cr、40Cr、30CrMnTi。-承受 冲击、振动载荷垫片材料：普通垫片：Q215、15、35号钢；弹簧垫片：65Mn。：（需热处理）6/3/202322机械设计17.1.4螺纹联接的强度计算一般步骤：螺栓组受力和失效分析

5、单个螺栓组受力分析、失效分析一、松螺栓联接的强度计算二、仅受预紧力作用的 紧螺栓联接的强度计算三、受预紧力和工作拉力作用的紧螺栓联接的强度计算四、受工作剪力的紧螺栓联接的强度计算小结五、螺栓组联接的强度计算6/3/202323机械设计 1.受载荷形式轴向拉伸 （工作拉力F）2.失效形式螺栓拉断 （静、疲劳）（一）松螺栓联接的强度计算6/3/202324机械设计3.设计准则保证螺栓拉伸强度4.强度条件：5.设计计算方法：校核式 （17-1）设计式6.螺栓材料许用应力及安全系数7 查手册，求d（一）松螺栓联接的强度计算6/3/202325机械设计拉应力 剪应力近似处理(二）仅受预紧力作用的 紧螺栓

6、联接的强度计算Q0Q06/3/202326机械设计 应力合成：强度条件：设计公式：6/3/202327机械设计三、受预紧力和工作拉力作用的紧螺栓联接的强度计算QeQe6/3/202328机械设计分析受力和变形关系Q=Q0+Qe 6/3/202329机械设计受力和变形关系 6/3/202330机械设计6/3/202331机械设计受力变形线图（P284图17-13）6/3/202332机械设计6/3/202333机械设计受力变形线图（P284图17-13）为降低螺栓的受力，提高承载能力应使螺栓的相对刚度 值尽量小些，取较硬的垫片6/3/202334机械设计 由图可得：螺栓的刚度被联接件的刚度螺栓总

7、拉力：防止受载后接合面产生缝隙，残余预紧力可取：紧密性 载荷不稳定 载荷稳定 1.51.8Qe 0.61.0Qe 0.20.6Qe6/3/202335机械设计预紧力 （17-9）用金属垫片或无垫片时取0.70.8用软垫片时取0.10.36/3/202336机械设计 螺栓拉伸强度条件：（17-7）设计公式：（17-8）6/3/202337机械设计四、受工作剪力的紧螺栓联接的强度计算 预紧力很小，强度计算 时可不考虑；失效形式：侧面压溃及 螺栓剪切 预紧力很小，强度计算 时可不考虑；失效形式：侧面压溃及 螺栓剪切 6/3/202338机械设计受工作剪力的铰制孔螺栓联接的强度计算挤压强度条件：剪切强

8、度条件螺栓与孔壁挤压面最小高度RRdsn为螺栓数m为接合面数6/3/202339机械设计受工作剪力的普通螺栓联接的强度计算受力平衡条件或m接合面数；K可靠性系数取1.11.3，f为摩擦系数，材料为钢和铸铁时取0.100.15为保证接合面有足够的摩擦，螺栓必须先预紧RR6/3/202340机械设计单个螺栓强度计算小结铰制孔螺栓强度计算普通螺栓强度计算 1.松螺栓强度计算2.仅受预紧力的螺栓强度计算3.受预紧力和工作载荷的螺栓强度计算4.受剪螺栓的强度计算6/3/202341机械设计螺栓组受力分析的几点假设所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；螺栓组的对称中心和联接接合面形心重合；受载荷后，螺

9、栓组联接的接合面仍为平面。五、螺栓组联接的强度计算6/3/202342机械设计五、螺栓组联接的强度计算螺栓组联接的强度计算方法：一、螺栓组联接的受力分析二、求危险螺栓的受力三、按单个螺栓强度计算的方法计算1.受横向载荷的螺栓组联接2.受扭矩的螺栓组联接3.受轴向载荷的螺栓组联接4.受倾覆力矩的螺栓组联接5、复合受载举例例题6/3/202343机械设计xzyFzFxFyoTzMxMy螺栓组受力 3个方向，6种载荷：横向力：轴向力：翻转力矩：转矩：FxFYFzMx，MYTz6/3/202344机械设计1.受横向载荷的螺栓组联接（1）铰制孔用螺栓组联接（2）普通螺栓组联接 螺栓组联接的受力分析RR铰

10、制孔用螺栓组联接6/3/202345机械设计受力平衡条件或m接合面数；K可靠性系数取1.11.3，f为摩擦系数，材料为钢和铸铁时取0.100.15为保证接合面有足够的摩擦，螺栓必须先预紧RR1.受横向载荷的螺栓组联接普通螺栓组联接6/3/202346机械设计 （1）普通螺栓联接 （2）铰制孔用螺栓联接2.受扭矩的螺栓组联接1 1、由力矩平衡条件求每个螺栓的切向力：、由力矩平衡条件求每个螺栓的切向力：2 2、如采用普通螺栓，计算所需预紧力、如采用普通螺栓，计算所需预紧力：6/3/202347机械设计 3.受轴向载荷的螺栓组联接6/3/202348机械设计 4.受倾覆力矩的螺栓组联接假定底板为刚体

11、，翻转力矩作用在螺栓组的联接形心受载后绕OO转动仍保持平面6/3/202349机械设计底板受力分析受倾覆力矩前，螺栓受预紧力均匀伸长，地基受均匀压缩，Q0Q0006/3/202350机械设计底板受力分析受倾覆力矩后，轴线左侧螺栓被进一步拉伸，地基被放松；在右侧螺栓被放松，地基被进一步压缩。Q0Q06/3/202351机械设计底板受力分析底板挤压应力分布图6/3/202352机械设计底板受力分析 FF由力矩平衡，得到由力矩产生的螺栓轴向力螺栓受力为6/3/202353机械设计失效分析紧螺栓受拉扭；底板左侧出现间隙；底板右侧压溃。6/3/202354机械设计强度计算螺栓的强度：右侧不压溃：左侧不分

12、离：6/3/202355机械设计xzyFzFxFyoTzMxMy螺栓组受力分析小结 3个方向，6种载荷：横向力：轴向力：翻转力矩：转矩：FxFYFzMx，MYTz6/3/202356机械设计。受复合载荷的螺栓组联接横向载荷+轴向载荷+倾覆力矩6/3/202357机械设计。受复合载荷的螺栓组联接横向载荷+旋转力矩6/3/202358机械设计。受复合载荷的螺栓组联接计算时应求出受力最大螺栓的受力6/3/202359机械设计（一）降低应力幅（二）改善螺纹牙载荷分布不均的现象 （三）减小应力集中的影响（四）采用合理的加工工艺 冷镦螺栓头部和滚压螺纹 氮化；氰化；喷丸等处理17.1.5提高螺纹联接强度的

13、措施6/3/202360机械设计螺纹联接设计要解决的主要问题确定螺纹联接的形式-选择螺栓类型螺栓联接的结构设计*确定螺栓数目及布置方式*螺纹联接的主要尺寸*确定材料*防松方法强度校核6/3/202361机械设计 例：如图钢板厚度 用 两个铰制孔用螺栓固定在机架上，F=5000N，其它尺寸如图。板和机架材料均为Q235。试：（1）分析铰制孔用螺栓的失效形式；（2）分析铰制孔用螺栓的受力（3）按强度设计铰制孔用螺栓的直径（4）若用普通螺栓，计算螺栓 的直径（Fc=0.2，Kn=1.1）解：1.铰制孔用螺栓的失效形式为剪切和挤压失效；2.受力分析：将载荷F向形心O简化后，每个螺栓的受力 3.按剪切强

14、度计算螺栓的直径，6/3/202362机械设计.粗选d=10，d 0=11mm的 六角头铰制孔用螺栓，螺母d=10，H=8。根据机架，板厚及螺母H选用l=100（l3=82，l2=2）选用两个 100 GB27-88六角头铰制孔用螺栓。按挤压强度校核式中由结构确定 4.改用普通螺栓 每个螺栓的预紧力 选用两个M30（d1=26.21）的六角螺栓。小结：受复合载荷螺栓，其合力按向量相加；铰制孔用螺栓比普通螺栓尺寸小很多。其中6/3/202363机械设计螺栓组受力分析的方法将作用力向形心转化-得到力、力矩分析每个螺栓的受力找出受力最大的危险螺栓对危险螺栓进行强度校核五、螺栓组联接的强度计算6/3/

15、202364机械设计xzyFzFxFyoTzMxMy螺栓组受力分析 3个方向，6种载荷：横向力：轴向力：翻转力矩：转矩：FxFYFzMx，MYTz6/3/202365机械设计螺纹联接的预紧 （一）预紧的目的 1.提高联接的紧密性2.防止联接松动3.提高联接件强度 （二）控制预紧力的方法1.控制应力或应变2.控制拧紧力矩3.控制拧紧力臂6/3/202366机械设计控制应力或应变6/3/202367机械设计控制拧紧力矩6/3/202368机械设计控制拧紧力臂6/3/202369机械设计拧紧力矩与预紧力的关系 6/3/202370机械设计拧紧力矩与预紧力的关系d2 0.9d;y=14232fvacrtg(1.155f);f0.10.2fc0.15;D0 1.5d;d0 1.1d代入整理：不控制预紧力时，不宜 .采取M12以下的螺栓。6/3/202371机械设计