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第6章螺纹联接,6.1螺纹联接的主要类型、材料和精度,6.2螺纹联接的拧紧与防松,6.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算,6.5提高螺栓联接强度的措施,6.4螺栓组联接的受力分析,1 主要类型 （表6.1 p100）,螺栓联接,主要类型,螺纹余留长度 l1,螺纹伸出长度 a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到被连接件边缘的 距离 e=d+(36) mm,用于经常拆装易磨损之处。,孔与螺杆之间留有间隙,6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度,6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度,螺栓联接,主要类型,螺钉联接,座端拧入深度H，当螺孔材料为：,双头螺柱联接 连接件厚，允许拆装。,螺纹孔深度 H1=H+(22.5)p;,钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;,参数 l1 、e、a 与螺栓相同,结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。,6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度,紧定螺钉联接,6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度,2 螺纹紧固件的性能等级和材料,螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级： 3.6 4.6 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9,螺栓、螺柱、螺钉的材料： 3.6低谈钢 4.6 6.8低碳钢或中碳钢 8.8 9.8中碳钢或低碳合金钢 10.9中碳钢、低碳钢或中碳合金钢 12.9 合金钢,螺母的性能等级： m0.8D 4 5 6 8 9 10 12 0.5D m 0.8D 04 05,螺母的材料：中碳钢,6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度,3 螺纹公差和精度,螺纹公差 内螺纹的公差带为 G 和 H 两种， 外螺纹的公差带为e, f, g, h 四种。,精度 标准规定了三种不同的精度：精密、中等、粗糙。,6.2螺纹联接的拧紧与防松,拧紧：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。,拧紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。,预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限 ss 的 80%。,一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。,碳素钢螺栓：,F0(0.60.7) s A1,合金钢螺栓：,F0 (0.50.6) s A1,A1 危险截面积， A1 d21/4,1 螺纹联接的拧紧,6.2螺纹联接的拧紧与防松,拧紧力矩,T1 克服螺纹副相对转动的阻力矩；,T2 克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；,设预紧力为F 或预紧力（不受轴向载荷）,简化公式 适用于M10M60的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15,T 0.2 F d,F是由连接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：,注意：对于重要的连接，应尽可能采用大于 M12 的螺栓。,总力矩,6.2螺纹联接的拧紧与防松,测力矩扳手,预紧力控制方法:,连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。,定力矩扳手,通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。,(1) 凭手感经验,(2) 测力矩扳手,(3) 定力矩扳手,(4) 测定伸长量,6.2螺纹联接的拧紧与防松,连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。,防松的方法,利用摩擦防松,弹簧垫圈,对顶螺母,2 防松防止螺旋副相对转动。,6.2螺纹联接的拧紧与防松,开口销与六 角开槽螺母,串联钢丝,直接锁住,圆螺母用止动垫圈,潘存云教授研制,止动垫圈,6.2螺纹联接的拧紧与防松,破坏螺纹副,6.3 单个螺栓联接的受力分析 和强度计算,螺栓联接的主要失效形式,滑扣 因经常拆装,受拉螺栓,塑性变形 螺纹部分,疲劳断裂,受剪螺栓,剪断,压溃 螺杆和孔壁的贴合面,经常拆卸,轴向变载荷,断裂,受剪螺栓,经常拆卸,6.3 单个螺栓联接的受力分析 和强度计算,潘存云教授研制,强度条件,式中 dc= d1H/6 mm ， -许用应力,受拉紧螺栓联接,力除以面积,装配时需要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。,1. 只受预紧力的紧螺栓联接,2. 受预紧力和工作载荷的紧螺栓联接,装配时不须要拧紧,受拉松螺栓联接,6.3 单个螺栓联接的受力分析 和强度计算,螺栓受轴向拉力 F 和摩擦力矩 T1 的双重作用。,拉应力,只受预紧力的紧螺栓联接,扭转切应力,对于M10M64的普通钢制螺纹，可取： tanv f v=0.17， d2 /d1=1.04 1.08, tanv 0.5,得： 0.5 ,合成应力,由此可见，对于M10 M64普通螺纹的钢制紧螺栓连接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。,强度条件,6.3 单个螺栓联接的受力分析 和强度计算,受预紧力和工作载荷的 紧螺栓联接,特别注意，轴向载荷：,F0 F+F,加预紧力后螺栓受拉伸长 1,被连接件受压缩短 2,加载 F 后:,螺栓总伸长量增加为：,总拉力为,被连接件压缩量减少为：,残余预紧力减少为 F ”,很显然 F ” F 件放松了, + 1, 2 ,F0=F+F ”,6.3 单个螺栓联接的受力分析 和强度计算,6.3 单个螺栓联接的受力分析 和强度计算,代入得：,静强度条件,重要场合的螺栓连接，还应进行疲劳强度校核。,设计公式,当工作拉力在 F1F2 之间变化时，螺栓所受总拉力在F01 F02之间变化。,螺栓的拉力变幅：,强度条件：,6.3 单个螺栓联接的受力分析 和强度计算,6.3 单个螺栓联接的受力分析 和强度计算,2 受剪螺栓联接,螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为,螺栓杆的剪切强度条件为,FR 螺栓所受的工作剪力，单位为N；,这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在连接接合面处，螺栓杆则受剪切。,设计时应使 h1.25d,d螺栓剪切面的直径，单位为mm；,h 螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度， 单位为mm。,设计公式,6.3 单个螺栓联接的受力分析 和强度计算,当承受横向工作载荷时， 预紧力F导致接合面所产生的摩擦力应等于横向载荷FR。,kf 可靠性系数，常取 kf =1.11.3,预紧力 F ,s 摩擦系数，对钢与铸铁， 取 s =0.10.15,m 结合面数 上图m=1,下图m=2,若取 s = 0.15， kf =1.2, m =1, 则,F 8FR, 结构尺寸大,Ff = s F ,6.3 单个螺栓联接的受力分析 和强度计算,改进措施： (1) 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用,(2) 采用无间隙的铰制孔用螺栓。,3 许用应力（表 6.3）,螺纹连接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷)、装配情况(松、紧连接)、材料、结构尺寸有关。,许用拉应力,许用切应力和挤压应力,被连接件为钢,被连接件为铸铁,6.3 单个螺栓联接的受力分析 和强度计算,6.4 螺栓组联接的受力分析,1 受轴向力FQ的螺栓组联接,螺纹组联接受力分析的任务是求出联接中各螺栓受力的大小，特别是其中受力最大的螺栓及其载荷。,分析时通常作以下假设： 被联接件为刚体； 各螺栓的拉伸刚度或剪切刚度及预紧力都相同； 螺栓的应变没有超出弹性范围。,若作用在螺栓组上轴向总载荷FQ作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：,6.4 螺栓组联接的受力分析,2 受横向力FR的螺栓组联接,对于普通螺栓连接 ，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有,图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组连接。,对于铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受工作剪力，有,式中 z 为螺栓数目。,采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。,6.4 螺栓组联接的受力分析,3 受旋转力矩T的螺栓组联接,采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。,6.4 螺栓组联接的受力分析,4 受倾覆力矩M的螺栓组联接,小结： 1. 受轴向力FQ的螺栓组联接和受倾覆力矩M的螺栓组联接，由于螺栓受拉，一般用受拉螺栓（普通螺栓）； 2.受横向力FR的螺栓组联接和受转矩T 的螺栓组联接，可用受拉螺栓也可用受剪螺栓。受拉螺栓是通过联接接合面的摩擦力抵抗载荷的，受剪螺栓则是螺栓杆直接受压来抵抗载荷的。,6.4 螺栓组联接的受力分析,螺栓联接计算小结,将螺栓组受力分解,受拉螺栓,受剪螺栓,受拉螺栓,F总 = Fq + Fm + FRT,6.4 螺栓组联接的受力分析,受剪螺栓,横 向 力FR 旋转力矩T,防止接合面受压最小处出现间隙：,防止接合面受压最大处被压溃：,6.5 提高螺栓联接强度的措施,1 均匀螺纹牙受力分配,悬挂螺母,环槽螺母,内斜螺母,6.5 提高螺栓联接强度的措施,2 减小附加应力,要从结构、制造与装配精度采取措施。,6.5 提高螺栓联接强度的措施,采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺栓的装配精度。,3 减小应力集中,1.增大过渡圆角,2.切制卸载槽,3.卸载过渡结构,4 降低应力幅,6.5 提高螺栓联接强度的措施,减小螺栓刚度或增大被联接件的刚度都能达到减小应力幅的目的。,用柔性结构：加弹性元件、或采用柔性螺栓。,有密封要求时，采用金属薄垫片,采用O形密封圈,宜采取措施:,因密封采用软垫片将降低被连接件的刚度，这时可采用,6.5 提高螺栓联接强度的措施,6 改善制造工艺,冷镦头部、辗压螺纹,表面处理： 氰化、氮化也能提高疲劳强度。,5 选择适当的预紧力并保持不减退,在同样的由于压陷引起的被联结件压缩变形减量下，螺栓刚度小时预紧力减退量小。从减轻压陷来看，采用带有承压凸缘的螺栓头部要比采用垫圈效果好些。,
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