资源描述
Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,14.1,螺纹的主要参数,常用螺纹,螺纹,第一页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺纹的主要参数,大径,d,是螺纹的公称直径。,小径,d,1,常用于强度计算。,中径,d,2,常用于几何计算。,牙型角,a,在轴向截面内，,螺纹牙型两侧边的夹角。,牙型高度,h,牙顶和牙底,间垂直于轴线的距离,螺纹,5-1,螺纹,螺距,P,中径线上，相邻两螺纹,牙上对应点间的轴向距离。,线数,n,螺纹的螺旋线数目。,导程,S,沿螺纹上同一条螺旋线,转一周所移动的轴向距离，,S,=,nP,。,螺纹旋向分左旋和右旋，常用右旋螺纹,螺纹升角,?,螺旋线的切线与,垂直于螺纹轴线的平面间的夹,角。,S,nP,tan,?,?,?,d,2,d,2,第二页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺纹,常用螺纹,按轴向剖面形状,三角形螺纹：,常用于连接，,（螺纹的牙型）,?,梯形螺纹：,常用于传动,锯齿形螺纹：,常用于传动，单向受载,按螺旋线数目分,?,单头螺纹,：,常用于连接，,多头螺纹,：,常用于传动,按螺旋线绕行方向分,?,左旋,右旋（常用,）,第三页，编辑于星期二：一点 十七分。,第四页，编辑于星期二：一点 十七分。,第五页，编辑于星期二：一点 十七分。,第六页，编辑于星期二：一点 十七分。,第七页，编辑于星期二：一点 十七分。,左旋,右旋,第八页，编辑于星期二：一点 十七分。,14.,螺纹连接,螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料及精度,螺纹连接的预紧及其控制,螺纹连接的防松,第九页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺纹连接,螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料和精度,一、螺纹连接的类型,1.,螺栓联接,第十页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺纹连接,2.,双头螺柱联接,工作原理：,螺栓受拉力，承,受外载,应用：,被联接件较厚，,且常拆卸处,第十一页，编辑于星期二：一点 十七分。,3.,螺钉联接,工作原理：,螺栓受拉承受外载,应用：,一被联件较厚，,但不常拆卸处,螺纹连接,第十二页，编辑于星期二：一点 十七分。,4.,紧定螺钉联接,工作原理：,靠,F,u,承受外载,应用：,薄壁件联接,螺纹连接,第十三页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺纹连接,二、螺纹紧固件,螺栓、螺钉、双头螺柱、螺,母、垫圈、,防松零件等,螺钉、螺母、垫圈,标准化,按公差等级分成,A,、,B,、,C,三级。,A,级的公差等级最高,C,级公差,等级较低,螺栓、螺母、螺钉和双头螺柱,的常用材料有,Q215,、,Q235,、,35,和,45,钢,。,第十四页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺纹联接件实物,第十五页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺纹连接,螺纹连接的预紧及其控制,一、螺纹连接的类型,1.,螺栓联接,第十六页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺纹连接,螺纹连接的预紧及其控制,预紧：,安装时将螺母拧紧，使联接受到一定的预紧力,。,F,?,拧紧目的,：提高螺栓联接刚,性、紧密性、紧固性要求；以,及防松,拧紧力矩和预紧力,拧紧力矩,T,?,d,2,螺纹间摩擦力矩,?,T,1,?,F,?,tg,(,?,?,?,?,),2,支承面处与螺母间摩擦力矩,T,2,=,f,c,F,/,r,f,T,?,T,1,?,T,2,?,0.2,F,?,d,第十七页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺纹连接,F,/,预紧力,;d,2,螺纹中径,;,?,/,当量摩擦角,;,式中,f,c,螺母与被联接件支承面间摩擦系数,无润滑时,取,f,c,0.15,；,r,f,支承面摩擦半径,r,f,(D,1,+d,0,)/4,；,D,1,、,d,0,螺母支承面的外径、内径。,简化计算：对,M10,M68,的粗牙普通螺纹,取,f,/,=tg,?,/,=0.15,，,f,c,0.15,得：T0.2F,/,d N.mm,注意：对于重要的联接，尽可能不采用,直径过小,(,M12),的螺栓。,第十八页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺纹连接,控制拧紧力矩方法,1,）拧紧程度,通常由经验控制,2,）重要联接,根据联接要求决定,扳手,控制,T,按,T,计算式,计算出,T,的值,。在拧紧时用,侧力矩扳手,或,定力矩,第十九页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺纹连接,使用测力矩扳手,测力矩扳手原理：利用弹性件,的变形量正比于拧紧力矩的原理，,借助手柄上的指针指示刻度扳上,拧紧力矩值,以控制,F,。,使用定力矩扳手,定力矩扳手原理：当拧紧力矩,超过规定值时，弹簧压缩，卡盘,与圆柱销之间打滑，如果继续转,动手柄，卡盘不再回转，拧紧力,矩的大小可用螺钉调整弹簧压力,来加以控制。,第二十页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺纹连接,螺纹连接的防松,1,、螺纹联接多采用单线普通螺纹，一般都具有自锁性；,2,、在静载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松,脱。但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时，,3,、联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须,考虑放松问题。,防松方法：,摩擦防松,机械防松,永久止动,第二十一页，编辑于星期二：一点 十七分。,第二十二页，编辑于星期二：一点 十七分。,第二十三页，编辑于星期二：一点 十七分。,14.,单个螺栓连接的强度计算,受拉螺栓连接的强度计算,铰制孔螺栓,（受剪螺栓）,连接的强度计算,螺纹连接件的许用应力,第二十四页，编辑于星期二：一点 十七分。,单个螺栓连接的强度计算,?,本节以螺栓联接为代表，讨论强度计算问题，其方法和,结论也适用于其他形式的螺纹联接。,5-3,单个螺栓联接的强度,?,螺栓联接,强度计算的目的,是：确定防止失效所需的螺栓直径。,?,联接的,强度计算内容,，根据其可能的失效形式而定。,螺纹联接的受载形式基本分为：,轴向载荷（沿轴线方向）：,采用受拉螺栓,横向载荷（,轴线方向）,：,可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。,下面按螺栓类型和受载形式的不同，分别讨论其强度计算方,法。,第二十五页，编辑于星期二：一点 十七分。,单个螺栓连接的强度计算,受拉螺栓连接的强度计算,受拉螺栓的失效,形式主要是：,受拉螺栓的强度,螺纹部分的塑性变形。,螺杆的疲劳断裂。,一、,受横向工作载荷的受拉螺栓连接,1,）仅受预紧力,F,的紧螺栓联接,m,?,s,F,?,?,KF,s,F,s,为横向工作载荷；,?,s,为被连接件结合,面间的摩擦因数，,m,为结合面个数；,K,为,可靠性因子，通常,K,1.1,1.3,F,引起的拉应力：,?,?,?,d,1,2,4,拧紧力矩,M,引起的切应力,经分析推导可知：,F,?,?,?,?,0,.,5,?,d,2,F,?,tan(,?,?,?,?,),T,1,2,?,?,?,W,T,d,1,2,16,第二十六页，编辑于星期二：一点 十七分。,仅受预紧力的螺栓联,接,单个螺栓连接的强度计算,按第四强度理论计算当量应力，则,?,e,?,?,?,3,?,?,?,?,3,?,(,0,.,5,?,),?,1,.,3,?,1,.,3,F,?,?,?,?,?,强度条件为：,?,e,?,2,?,d,1,4,4,?,1,.,3,F,?,设计式为：,d,1,?,2,2,2,2,验算用,设计用。,查手册，选螺栓,?,?,?,?,当,?,s,0.15,、,m,1,、,K,1.2,时，则,F,?,8,Fs,。,可见，要想传递一定的外载荷，需在螺,栓上施加,8,倍于外载荷的预紧力，这将,导致螺栓与连接的结构尺寸过大。,为避免上述缺点可,采用减载装置，如减,载销、减载套等，或采用铰制孔用螺栓,连接。,减载装置,a),减载销,b),减载套,第二十七页，编辑于星期二：一点 十七分。,单个螺栓连接的强度计算,二、受轴向工作载荷的受拉螺栓连接,承受轴向载荷的紧螺栓联接,1.,受力分析,如图所示的气缸盖上的联接,即属此种类型。,虽然，这种螺栓是在受预紧力,F,的基础上，又受,工作拉力,F,。,但,是，,螺栓的总拉力,F,D,D,p,F,0,?,F,?,?,F,？,第二十八页，编辑于星期二：一点 十七分。,承受轴向载荷的紧螺栓,2,F,剩余预紧力,F,0,F,F,?,?,螺栓的总拉力为,F,0,?,F,?,?,?,F,单个螺栓连接的强度计算,?,b,?,?,F,?,F,0,?,m,?,?,F,F,?,?,?,F,?,a,F,F,?,?,F,?,F,F,0,预紧时,受工作载荷后,螺栓：,F,?,?,?,b,F,0,?,(,?,b,?,?,?,),被联接件：,F,?,?,?,m,F,?,?,?,(,?,m,?,?,?,),第二十九页，编辑于星期二：一点 十七分。,单个螺栓连接的强度计算,可用载荷变形图分析各力之间的关系。,承受轴向载荷的紧螺栓,3,螺栓的刚度,：,C,b,力,被联接件的刚度：,C,m,力,tan,?,b,?,C,b,tan,?,m,?,C,m,力,?,F,?,C,b,F,C,b,?,C,m,F,F,?,F,?,?,m,F,0,o,?,b,?,b,变形,?,m,变形,o,?,b,?,m,F,?,?,?,?,?,b,?,b,?,m,变形,则,螺栓的总拉力,C,b,F,0,?,F,?,?,F,C,b,?,C,m,受力变形动画,C,m,F,?,?,F,?,?,?,F,C,b,?,C,m,或写成：,C,m,F,?,?,?,F,?,?,F,C,b,?,C,m,第三十页，编辑于星期二：一点 十七分。,承受轴向载荷的紧螺栓,4,单个螺栓连接的强度计算,C,b,，,称为螺栓的,相对刚度,令,K,c,?,C,b,?,C,m,为保证联接的紧密性，,应使,F,0,。,通常根据工作拉力,F,的性,质确定,F,。,?,设计中，,根据,F,确定,F,计算总拉力,F,0,计算满足,F,所需的,F,计算螺栓的强度。,.,受轴向静载荷时螺栓连接的强度计算,强度验算：,设计式为：,1,.,3,?,4,F,0,?,?,2,d,1,?,?,?,d,1,4,?,1,.,3,F,0,?,?,?,第三十一页，编辑于星期二：一点 十七分。,单个螺栓连接的强度计算,3.,受轴向循环载荷时螺栓连接的强度计算,静强度计算（同上）,疲劳强度计算,螺栓的工作载荷在,0,F,之间循环变化,时，螺栓所受的总拉力将在,F,?,F,0,之间循环变化,受轴向循环载荷螺栓的拉力变化,?,a,?,?,max,?,?,min,2,k,b,2,F,?,?,k,b,?,k,m,d,1,2,?,a,?,a,?,?,?,?,?,1,K,?,S,a,第三十二页，编辑于星期二：一点 十七分。,铰制孔螺栓联接的强度计算,其主要,失效形式为,：,螺栓被剪断,孔壁被压溃,、螺栓杆的,剪切强度,条件为：,?,?,F,?,s,?,?,?,?,4,d,s,2,m,F,s,螺栓所受的工作剪力（,N,）；,d,s,螺栓剪切面的直径（,mm,）；,m,螺栓受剪面数；,?,?,?,螺栓的许用切应力。,单个螺栓连接的强度计算,受剪螺栓的强度,式中：,第三十三页，编辑于星期二：一点 十七分。,单个螺栓连接的强度计算,、螺栓杆与孔壁的,挤压强度,条件为：,?,F,P,?,s,d,?,?,?,P,?,s,h,式中：,h,计算对象（,即,h,?,p,最小者）,的挤压面高度（,mm,）；,?,p,计算对象的许用挤压应力（,Mpa),螺纹联接件的许用应力,螺纹连接的许用应力受诸多因素的影响，如材料性能、,热处理工艺、结构尺寸、载荷性质、使用工况等。必,须综合上述各因素确定许用应力，,表,14-8,14-9,14-10,14-11,。,一般设计时可参阅,第三十四页，编辑于星期二：一点 十七分。,14.4,螺栓组连接的设计,螺栓组连接的结构设计,螺栓组连接的受力分析与计算,第三十五页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺栓组连接的设计,螺栓组连接的结构设计,螺纹联接组的设计,1,设计螺栓组连接时，通常是先进行结构设计，即,确定结合,面的形状、螺栓布置方式和数目，然后按螺栓组的结构和,承载状况进行受力分析,。,?,为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常,联接结合面的几何形状都设计成,轴对称的简单几何形状。,?,为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周,上的螺栓数目取成,4,、,6,、,8,等偶数,。,?,螺栓布置应使各螺栓的受力合理。,?,螺栓的排列应有合理的间距、边距。各螺栓之间的距离大小既要,保证联接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空。,第三十六页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺栓组连接的设计,扳手空间,?,应保证螺栓与螺母的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直，以避免引起偏,心载荷。为此，应将被连接件的支承表面制成凸台或沉头座当支承面倾斜,时，可采用斜面垫圈,凸台与沉头座,第三十七页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺栓组连接的受力分析与设计,假设：,所有螺栓的刚度和预紧力均相同；,被联接件为刚体；,各零件的变形在弹性范围内。,螺栓组联接的基本受载类型：,F,F,S,F,S,F,S,1,受轴向载荷,2,受横向载荷,螺栓组连接的设计,O,T,r,i,3,受转矩,M,O,4,受倾覆力矩,第三十八页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺栓组连接的设计,一、承受轴向载荷的螺栓组连接,5-4,螺栓组联接受力分析,如图所示为压力容器的螺栓组,连接，所受轴向总载荷,F,Q,通过螺栓,组,形心,，螺栓组各螺栓所受的工作,载荷,F,相等。,F,Q,?,?,4,D,2,p,轴向外载荷,F,?,F,Q,z,螺栓数目,受轴向载荷的螺栓组连接,注：如,F,Q,不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。,第三十九页，编辑于星期二：一点 十七分。,受横向载荷,1,二、承受横向载荷的螺栓组连接,.,普通螺栓连接,螺栓预紧后在被联接件的接,触面上产生正压力，靠由此产生,的摩擦力承受,F,s,。,S,保证被联接件不相对滑动，,须满足：,F,?,?,s,mz,?,KF,s,S,则,所需预紧力,为,F,?,?,KF,s,S,z,?,s,m,式中：,K,可靠性系数,?,s,结合面的摩擦因数,m,结合面数,螺栓组连接的设计,受横向载荷的螺栓组连接,第四十页，编辑于星期二：一点 十七分。,受横向载荷,2,.,受铰制孔螺栓连接,各螺栓承受的横向力,F,相等。,s,F,?,F,s,s,S,z,分别进行,度,计算。,剪切强度,和,挤压强,三、承受转矩,T,的螺栓组连接,连接受载后有绕螺栓组,形心转动的趋势，螺栓,受力情况与承受横向工,作载荷的螺栓连接类似,螺栓组连接的设计,承受转矩的螺栓组连接,第四十一页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺栓组连接的设计,.,普通螺栓连接,靠结合面上的摩擦力承受,T,。,保证底板在,T,作用下不转,动，须满足,?,s,F,?,r,1,?,?,s,F,?,r,2,?,?,?,?,?,?,s,F,?,r,z,KT,则所需预紧力,KT,F,?,?,(,r,?,r,?,?,?,?,?,r,),s,1,2,z,承受转矩,T,时,1,r,1,、,r,2,、,rz,各螺栓中心与螺栓组形心间的距离。,第四十二页，编辑于星期二：一点 十七分。,承受转矩,T,时,2,螺栓组连接的设计,.,铰制孔螺栓连接,各螺栓所受的工作剪力,F,si,与其中心到底板中心的距离,r,i,成正比。,即,F,s,1,F,s,2,F,sz,?,?,?,?,?,?,r,1,r,2,r,z,底板的静力平衡方程为,F,s,1,r,1,?,F,s,2,r,2,?,?,?,?,?,F,sz,r,z,?,T,联立两式求解，得,最大工作剪力,F,s,max,Tr,max,?,2,2,2,r,1,?,r,2,?,?,?,?,?,r,z,第四十三页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺栓组连接的设计,四、承受倾翻力矩,M,的螺栓组连接,在,M,作用下，底板有绕通过螺,栓组形心的轴线,O,转动的趋势。,在前述假设下，各螺栓所受,的工作拉力,与其中心到翻转轴,F,i,线的距离,成正比,l,i,。,F,1,F,2,F,z,F,max,?,?,?,?,?,l,1,l,2,l,z,l,max,受翻转力矩,M,时,1,底板的静力平衡方程为,F,1,r,1,?,F,2,r,2,?,?,?,?,?,F,z,r,z,?,M,联立两式求解，得,最大工作拉力,F,max,Mr,max,?,2,2,r,1,?,r,2,?,?,?,?,?,r,z,2,第四十四页，编辑于星期二：一点 十七分。,螺栓组连接的设计,为防止,结合面受压最大处,被压溃,，要求：,?,P,max,为防止,结合面受压最小处,出现间隙,，要求,：,z,F,?,M,?,?,?,?,P,A,W,受翻转力矩,M,时,2,?,P,min,z,F,?,M,?,?,?,0,A,W,式中：,A,结合面的面积（,mm,2,）,W,结合面的抗弯截面模量（,mm,3,）,?,p,许用挤压应力（,Mpa,）,实际中，螺栓组往往同时承受两种或,两种以上的载荷。,轴向载荷,F,V,翻转力矩,M,工作时承受,外载荷,F,P,横向载荷,F,H,第四十五页，编辑于星期二：一点 十七分。,14.5,提高螺纹连接强度的措施,改善螺纹牙间的载荷分配,减小螺纹的应力副,减小附加弯曲应力,第四十六页，编辑于星期二：一点 十七分。,提高螺纹连接强度的措施,改善螺纹牙间的载荷分配,螺纹联接组的设计,1,设计螺栓组连接时，通常是先进行结构设计，即,确定结合,面的形状、螺栓布置方式和数目，然后按螺栓组的结构和,承载状况进行受力分析,。,?,为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常,联接结合面的几何形状都设计成,轴对称的简单几何形状。,?,为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周,上的螺栓数目取成,4,、,6,、,8,等偶数,。,?,螺栓布置应使各螺栓的受力合理。,?,螺栓的排列应有合理的间距、边距。各螺栓之间的距离大小既要,保证联接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空。,第四十七页，编辑于星期二：一点 十七分。,提高螺栓连接强度的措施,改善螺纹牙间的载荷分配,5-5,提高螺栓强度的措,施,工作中，螺栓受拉，螺母受压，从而产生螺距差，导,致旋合的,各圈螺纹牙受载,不均。,螺栓受拉伸，其螺纹的螺距增大；,螺母受压缩，其螺纹的螺距减小。,约有,第一圈，第八圈以后的螺,1/3,的载荷集中作用在,纹牙几乎不承受载荷,第四十八页，编辑于星期二：一点 十七分。,提高螺栓连接强度的措施,、悬置螺母,螺杆与悬置螺母同时受拉,力，使两者变形协调，可使旋,合螺纹牙的载荷均匀分配。,、环槽螺母,环槽螺母和螺栓在支承面处的变,形性质相同（均受拉），从而改,善了旋合圈螺纹的受载状况。,、内斜螺母,将螺母旋入端制成,10,?,15,?,的内锥，,使螺栓受力较大的螺纹圈之受力点外,移，螺栓疲劳强度可提高约,20%,。,第四十九页，编辑于星期二：一点 十七分。,提高螺栓连接强度的措施,减小螺栓的应力幅,减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度，都能使应力幅减小,增加螺栓的长度,措施,减小无螺纹部分螺杆的直径,螺杆制成中空结构（柔性螺栓）,在螺母下安装弹性元件,第五十页，编辑于星期二：一点 十七分。,提高螺栓连接强度的措施,减小附加弯曲应力,球面垫圈,采用合理的制造工艺。,带环腰的螺栓,冷镦、碾压、氮化、喷丸等工艺均可提高螺栓的强度。,第五十一页，编辑于星期二：一点 十七分。,
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