螺纹联接设计

,第九章,螺纹联接设计,联接,动联接,运动副,静,联接,螺纹、键、销（可拆），焊、铆、胶接（不可拆）,第九章 螺纹联接,本章重点学习内容：,1,、螺纹、螺纹联接及其零件的结构和类型。,2,、螺纹联接的受力分析及强度计算。（重点）,3,、螺纹联接的预紧和防松。,4,、提高螺栓联接强度的措施。,螺纹联接是一种应用很广泛的可拆联接。它具有结构简单、工作可靠、装拆方便、能满足各种要求的特点。,9-1,螺纹的类型及主要参数,（,1,）大径,d,、,D,：（,公称直径）,（,2,）小径,d,1,、,D,1,：,表示外、,内螺纹的最小直径。,（,3,）中径,d,2,、,D,2,：,螺纹牙宽,度和牙槽宽度相等处的,假想圆柱的直径。,（,4,）螺距,P,：,相邻同侧螺纹牙间,在中径对应点的轴向距离。,（,5,）线数,n,：,螺纹的螺旋线数目。,（,6,）导程,S,：,同一条螺旋线上相邻两螺纹牙间对应点的轴向距离。,（,7,）升角,：,螺纹中径圆柱面上螺旋线的切线与端面的夹角。,（,8,）牙型角,：,轴向剖面螺纹牙两侧边夹角。,（,9,）牙型斜角,：,轴向剖面螺纹牙一侧和螺纹轴线垂直线的夹角,一、主要参数,螺纹的类型及主要参数,二、螺纹的分类（按螺纹牙型分）：,（,1,）三角形螺纹（普通螺纹）。牙型角为,60,。,粗牙：用于一般联接。,细牙：相同公称直径时，螺距小，螺纹深度浅，导程和升,角也小，自锁性能好，宜用于薄壁零件和微调装置。,（,2,）管螺纹。多用于有紧密性要求的管件联接。牙型角为,55,。,（,3,）梯形螺纹。牙型角为,30,，是应用最广泛的双向传动螺纹。,(4,）,锯齿形螺纹。工作面牙型斜角,=3,，,非工作面牙型斜角,=30,，,是单向传动螺纹。（,=3, =30,根部强度,）,螺纹还分左、右旋，单、多线，公制、英制。我国除管螺,纹外，都采用公（米）制，国际标准也采用公制。,（,5,）矩形螺纹。牙型角,0,，,传动,用螺纹。,螺纹的类型及主要参数,二、螺纹的分类（复习）,按螺纹牙型分：,（,1,）三角形螺纹（普通螺纹）。牙型角为,60,。,粗牙：用于一般联接。,细牙：相同公称直径时，螺距小，螺纹深度浅，导程和升,角也小，自锁性能好，宜用于薄壁零件和微调装置。,（,2,）管螺纹。多用于有紧密性要求的管件联接。牙型角为,55,，,（,3,）梯形螺纹。牙型角为,30,，是应用最广泛的双向传动螺纹。,（,4,）锯齿形螺纹。工作面牙型斜角,=3,，,非工作面牙型斜角,=30,，,是单向传动螺纹。（,=3 =30,根部强度,）,（,5,）矩形螺纹。牙型角,0,，传动用螺纹。,螺纹还分左、右旋，单、多线，公制英制。我国除管螺,纹外，都采用公（米）制，国际标准也采用公制。,螺纹的类型及主要参数,螺纹联接实例,左右旋螺纹实例：,1964,年我国自行制造的第一艘万吨轮“跃进号”首航,日本，途经韩国海域，由于航向偏离而触礁，使船底破开一个口子，海水涌入机舱。机舱内有紧急排水阀门，只要及时打开排水阀门，船还能得救。当时去打开阀门的三管轮，误将左旋螺纹当作了右旋螺纹，这样适得其反，非但没有打开阀门，反而越拧越紧，在这刻不容缓的紧急关头，失去了抢救的机会，使船沉没，在经济上、政治上造成了无法挽回的巨大损失。从这件事情上可以说明，同学们今后在处理问题时要冷静灵活。如果当时往右旋打不开阀门时就要考虑会不会是左旋螺纹？如果是这样，就会打开阀门，挽救了一条船，也避免了这样巨大的损失。,一、矩形螺纹,1.,受力分析,假定：,螺纹副的压力均匀分布在螺纹中径处，,可简化为一点受力,相对运动与滑块和斜面间相似,拧紧螺母，滑块沿斜面等速上升：,Q,轴向载荷,F,相当于旋转螺母时水平推动力,N,法向反力。,F,f,F,f,=Nf,摩擦力,RN,和,F,f,的合力,R,和,N,的夹角，称为摩擦角,=,arctgf,9-2,螺纹副的受力分析、效率和自锁, ,40,时,效率最高,但,过大加工困难，,常取不超过,25,根据平衡条件作力封闭图有：,F=,Qtg(,+,),转动螺纹所需的转矩为,2.,螺旋副的效率,螺母旋转一周所需输入功,W,1,=2,T,1,螺母上升一个导程,S,，,有效功（输出）,W,2,=QS=Q,d,2,tg,传动效率为,螺纹副的受力分析、效率和自锁,故螺旋副自锁条件是：,，,，,0,，,此时无论轴向力,Q,有多大，不能下滑，称为自锁。,F=,Qtg,(-,),，,输入,W,1,=QS,，,输出,W,1,=F,d,2,效率 ：,滑块等速下降：,3.,螺旋副的自锁,螺纹副的受力分析、效率和自锁,在矩形螺纹的推导公式中用,f,v,代,f,，,v,代,，,得相应公式。,自锁条件是：,v,可以看出三角形,螺纹自锁性能好，用于联接，梯形螺纹用于传动,其它：,F,f,=N,f =,Qf/cos,=,Qf,v,f,v,=,f/cos, ,v,=,arctgf,v,二、其它螺纹,螺纹制的受力分析、效率和自锁,矩形：,F,f,=N f =,Qf,9-3,螺纹联接的基本类型及联接零件的标准,1,、螺栓联接,被联接件上只钻有通孔，不需加,工螺纹，通常用于被联接件不太,厚和两边有足够装配空间场合。,（,2,）铰制孔螺栓联接：螺栓与被,联接件的孔间无间隙，孔加工精,度要求高。用于承受横向载荷或,要求精确固定被联接件相对位置,场合。,一、基本类型,（,1,）普通螺栓联接：螺栓与被联,接件的孔间留有间隙，故孔加工,精度要求低。,2,、双头螺栓联接,用于被联接件之一较厚不便穿孔的场合，可多次装拆，而不损坏被联接件。较薄的被联接件钻通孔，较厚的被联接件钻孔攻丝。,螺纹联接的基本类型及联接零件的标准,3,、螺钉联接,不用螺母，用于被联接件之一较厚且不宜多次装拆的场合。,4,、紧定螺钉联接,用以固定两零件的相对位置，可传递不大的力和转矩。,螺纹联接件如螺栓、双头螺柱及防,松零件等大多已标准化,一、螺纹联接的预紧,大多数螺栓联接在装配时要拧紧螺母，这时螺栓联接受到,预紧力,F,的作用。预紧的目的是增加联接的可靠性，紧密,性和防松能力。预紧力的大小是通过拧紧力矩来控制的。,F,拧断螺栓,F,易松动，故应通过控制拧紧力,矩,T,来控制预紧力,F,的大小,T=T,1,+T,2,0.2Fd,T,1,为克服螺纹牙间相对转动阻力矩,T,2,为克服螺母与支承面相对转动阻力矩,对于一般联接，可用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力。,9-4,螺纹联接的预紧与防松,二、螺纹联接防松,三角形螺纹，升角,=1.53.5,，,当量摩擦角,v,=56,，,故具有自锁性。但在冲击、振动或温度变化大及高温条件发生蠕变，联接可能自松，影响正常工作，甚至发生身故。因此要考虑防松装置。表,9-2,螺纹联接的预紧与防松,防松的根本在于防止螺纹副的相对转动，按工作原理分三类,：,摩擦防松（利用摩擦）,：使螺纹之间不因外载荷变化而失去,压力，不十分可靠，多用于冲击、振动不剧烈的场合。,机械防松（直接锁住）,：利用各种止动零件。可靠、应用广。,破坏螺纹副关系,：冲点法和粘合法。用于不再被装拆场合。,螺纹联接实例,螺栓联接的防松实例：,60,年代初上海海运局的“和平,45,号”货轮，在一,次航行中，柴油机的连杆螺栓脱落而被甩出，将附,近钢板打穿，造成严重事故。事故原因是柴油机检,修时，安装连杆的工人忘了在每个带槽螺母上插上,开口销。因此螺栓的防松装置不能忽视，在工作中,要重视每一个细节,。,9-5,单个螺栓联接的强度计算,一、失效和设计准则,1,）普通螺栓,可受轴向载荷或横向载荷，主要失效是受拉后螺纹部分的,塑性变形或断裂，设计准则应保证联接有足够的拉伸强度。,2,）铰制孔螺栓,主要承受横向载荷，主要失效是螺杆被剪断及螺杆或孔,壁较弱者被压溃，设计准则应保证联接有足够的剪切强,度和挤压强度。,二、受轴向载荷的螺栓联接（普通螺栓）,1,、松螺栓联接装配时不拧紧螺母，即承受工作载荷,之前螺栓不受预紧力。如吊钩螺纹联,接，当承受工作载荷下时，强度条件,为：,单个螺栓联接的强度计算,2,、紧螺栓联接,1,）,只受预紧力,紧螺栓联接装配时须将螺母拧紧，螺栓受有,F,作用。,F,产生拉应力,，同时螺纹摩擦力矩,T,1,产生扭剪应力,，,因此螺栓处于拉伸和扭转复合应力状态。,由第四强度理论,单个螺栓联接的强度计算,强度条件,（,2,）受预紧力和轴向载荷,单个螺栓联接的强度计算,螺栓实际承受的总拉伸载荷,F,0,由预紧力,和工作拉力,F,组成，,但并不等于两者之和，,即,F,0,F,+ F,。,各力关系由静力,平衡条件和变形协调条件来分析,a,）,没有预紧,b,）,螺栓受预紧力,，被联,接件压缩,c0,，,螺栓伸长,b0,c,）,受轴向工作载荷,F,后，螺栓变形伸长量由,bo,增至,bo,+,1,对应,总拉伸载荷,F,0,，,被联接件变形压缩量由,c0,回缩至,c0,- ,2,对应,残余预紧力,F,动画演示,静力平衡条件,F,o,=F+ F,各种不同的情况有不同的残余预紧力要求,(p186),单个螺栓联接的强度计算,变形协调条件,螺栓的,1,=,被联接件的,2,动画演示,单个螺栓联接的强度计算,为保持所要求的残余预紧力，须加的预紧力为,:,为保持结合面紧密,要求的残余预紧力,F, 0,强度校核式：,例,1,：气缸盖用,8,个普通螺栓与缸体相联，如盖与螺栓的刚度恰好相等，每个螺栓的预紧力为,5000N,，,进气后的剩余预紧力为,2400N,，,问每个螺栓所受总载荷为多少？此时每个螺栓的工作载荷为多少？若要求不漏气，进气的最大总压力为多少？,答案是：,m,螺栓剪切面的数目；,d,o,剪切面的直径,轴向最小的接触长度；,z ,联结螺栓数,p,螺栓或孔壁的许用挤压应力，取小者。,单个螺栓联接的强度计算,三、受横向载荷的螺栓联接,受载后，螺杆受到剪切，孔壁和杆接触面受到挤压强度条件为：,1,、铰制孔螺栓联接,求出,F,后代入强度条件：,单个螺栓联接的强度计算,2,、普通螺栓联接,由于螺栓与孔之间留有间隙，故是由,F,产生的摩擦力来平衡外载荷。为使被联接件之间不发生相对滑动，所需的,F,为：,C,可靠性系数，常取,C,=1.21.3,m,接合面数,f,摩擦系数,z ,联结螺栓数,减载装置，见图,9-17,9-6,螺栓组的结构设计（阅读）,9-7,提高螺栓联接强度的措施,1,、降低螺栓的应力幅,受轴向变载荷的螺栓联接，在最,大应力一定时，应力幅越小，疲,劳强度越高，联接越可靠。可降,低螺栓刚度,K,b,或增大被联接件刚,度,K,c,来降低应力幅（图,9-21,，,22,）。,2,、改善螺纹,牙间偏载,情况,螺纹牙间载荷分布情况,见图,。采用,悬置螺母和环槽螺母,可改善螺纹牙间的偏载现象。,3,、,减小应力集中,4,、,避免螺栓承受偏心载荷,5,、采用合理制造工艺,螺栓失效实例：,美国“挑战号”航天飞机在,1986,年,2,月的一次试飞,中，升空,32s,后在空中发生爆炸，使第一位女宇航员,遇难，成为震惊世界的惨案。根据美国航天局,NASA,报告，失事原因为密封圈的失效和密封装置上联接燃,料缸的螺栓失效，造成燃料泄漏燃烧，而发生爆炸。,仅仅是一个小小的螺栓失效，就造成如此巨大的惨案，这说明螺栓的强度计算是非常重要的。,螺纹联接实例,本章英语单词,螺纹,thread,三角螺纹,triangular thread,矩形螺纹,square thread,梯形螺纹,trapezoidal,锯齿形螺纹,buttress thread,管螺纹,pipe thread,螺栓,bolt,双头螺柱,stud (double end bolt),螺钉,screw,紧定螺钉,setscrew,螺母,nut,垫圈,washer,弹性垫圈,spring washer,本章小结,内容归纳,本章小结,重点学习内容,1.,螺纹、螺纹联接及其零件的结构和类型。,2.,螺纹联接的受力分析和强度计算。,3.,螺纹联接的预紧和防松。,4.,提高螺栓联接强度的措施。,一,.,单项选择题,1),当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁,性能比粗牙螺纹的自锁性能,_,。,A,、,好,B,、,差,C,、,相同,D,、,不一定,2),用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹,_,。,A,、,牙根强度高、自锁性能好,B,、,传动效率高,C,、,防振性能好,E,、,自锁性能差,3),若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率,取决于螺纹的,_,。,A,、,螺距和牙型角,B,、,升角和线数,n,C,、,导程和牙形斜角,D,、,螺距和升角,答案是,C,4),用于薄壁零件联结的螺纹，应采用,_,。,A,、,三角形细牙螺纹,B,、,梯形螺纹,C,、,锯齿形螺纹,D,、,多线的三角形粗牙螺纹,5),一般被联接件之一较厚，而且经常装拆的地方宜用,_,联 接。,A,、,普通螺栓,B,、,铰制孔螺栓,C,、,双头螺栓,D,、,螺钉,6),受轴向载荷的紧螺栓联接，为了保证其联接件间不出现缝隙，,因此,_,。,A,、,残余预紧力应大于零,B,、,残余预紧力应等于零,C,、,残余残紧力应小于零,7),联接螺纹采用的是,_,。,A,、,矩形螺纹,B,、,锯齿螺纹,C,、,三角形螺纹,8),被联接件受横向载荷，如果采用普通螺栓联接，螺栓可能的,失效形式为,_,。,A,、,剪切或挤压破坏,B,、,拉断,C,、,扭断,9),当铰制孔用螺栓组联接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组,中的螺栓,_,。,A,、,必受剪切力作用,B,、,必受拉力作用,C,、,同时受剪切与挤压作用,D,、,既可能受剪切、也可能受挤压作用,10),在受轴向变载荷作用的紧螺栓联接中，为提高螺栓的疲劳强度， 可采取的措施是,_,。,(C,1,为螺栓刚度，,C,2,为被联接件刚度,) A,、,增大螺栓刚度,C,1,、,减小被联接件刚度,C,2,B,、,减小,C,l,、,增大,C,2,C,、,增大,C,1,和,C,2,D,、,减小,C,l,和,C,2,二,.,填空题,1),三角形螺纹的牙形角,_,，适用于,_,，而梯形螺纹的,_,，,适用于,_,。,2),螺旋副的自锁条件是,_,。,3),螺纹联接的拧紧力矩等于,_,。,4),联接防松的实质是,_,。,5),用,表示螺纹升角，,v,表示当量摩擦角，则螺纹联接的自锁条,件为,_,，拧紧螺纹副的效率公式为,_,。,例,2,：,图示滑动轴承由四个对称布置的普通螺栓与机座相联。如每个螺栓受的预紧力为,800N,轴承的刚度是螺栓的两倍，轴承上承受的径向载荷为,4000N,，,问：,1,）每个螺栓所受到的总载荷是多少？,2,）螺纹的小径至少多少？（,=120N/mm,）,答案是：,F=1133.3N,d,1,3.954mm,例,3,某钢制液压油缸，油压 （静载），缸内圆截面积 ，缸盖由,6,个,M16,的螺钉联接在缸体上，已知螺钉的刚性系数为,C,1,，,缸体和缸盖的刚性系数为,C,2,，,且有,，若螺钉的许用应力为 ，,M16,螺钉的危险截面面积取 ，又根据紧密性要求，需使残余预紧力 （,F,为工作载荷），求预紧力 应在何范围内取值（即求,）才能满足此联结的要求？,（答案是：,= 8800N, =11120N,）,螺母,螺纹联接件,螺栓,螺纹联接件,螺栓,螺纹联接件,螺栓、螺母等,螺纹联接件,螺纹联接的预紧与防松,螺纹联接的预紧与防松,螺纹联接的预紧与防松,螺纹牙受力状态,悬置螺母和环槽螺母,减小应力集中,避免承受偏心载荷,