螺纹连接和螺旋传动.ppt

基本内容与学习要求,基本内容螺栓的几何参数、预紧、防松螺栓组连接的设计计算提高螺栓连接强度的措施学习要求重点掌握紧螺栓组连接的设计计算理解提高螺栓连接强度的措施其它方面作一般了解,连接件,被连接件,可拆连接,ch5连接,按是否可拆分为,连接：将两个或两个以上的零件组合成一体的结构。,不可拆连接：,螺纹连接,键连接,销连接,焊接,粘接,铆接,第五章螺纹连接与螺旋传动,5-1螺纹,5-2螺纹连接的类型和标准连接件,5-3螺纹连接的预紧,5-6螺栓组连接的设计,5-5螺纹连接的强度计算,5-8提高螺纹连接强度的措施,5-7螺纹连接件的材料及许用应力,5-9螺旋传动,5-4螺纹连接的防松,螺纹的形成,一、普通螺纹的主要参数,大径d,小径d1,中径d2,螺距P,导程S,升角,牙型角a牙侧角b,P64,5-1螺纹,大径：螺纹的公称直径,小径：常用于连接的强度计算,中径：常用于连接的几何计算,螺距P：相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离。,导程S：同一条螺线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离,升角：在圆柱上，螺线切线与垂直于螺线轴线平面间的夹角,牙型角a与牙侧角b：,轴向剖面内牙型相邻两侧边的夹角，称为,牙型角a，牙型侧边,与螺纹轴线垂线间的夹角称为牙侧角b。,外螺纹内螺纹旋合组成螺旋副。,按工作性质分，连接用螺纹和传动用螺纹。,二、螺纹的分类,牙型,P62,装配仿真,工作仿真,工作过程：用一绞杠使螺旋杆在螺套中转动，而螺套镶在底座里，并用螺钉定位。在螺旋杆的一端球面上，套装一个顶垫并加装一个螺钉，使其不脱落。绞杠转动时，螺旋杆做旋转运动的同时做轴向移动。,工作原理：利用螺纹传动来顶起重物,5-1螺纹连接之补充部分-受力分析,拧紧力矩,螺母等速旋转并上升相当于滑块沿斜面等速上移,拧紧螺母,放松力矩,螺母等速旋转并下降相当于滑块沿斜面等速下降,放松螺母,5-1螺纹连接之补充部分-受力分析,1）滑块等速上升时（拧紧螺母）,水平推力,驱动力矩,2）滑块等速下滑时（旋松螺母）,水平推力,驱动力矩,5-1螺纹连接之补充部分-受力分析,自锁条件：,放松螺母,若不加驱动力F，无论Fa多大，滑块（螺母）都不会自行下滑自锁状态。,水平推力,驱动力矩,时，斜坡平缓，此时F0（与假定方向相反），,略去升角的影响，在同样轴向载荷作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹的大，造成摩擦力较大：,当量摩擦系数,当量摩擦角,把法向力的增加看作摩擦系数的增加,拧紧，螺母等速上升时：,放松，螺母等速下降时：,非矩形螺纹的自锁条件：,螺旋副的效率：,连接用螺纹，当量摩擦角大，易自锁，适用于连接传动用螺纹。当量摩擦角小，效率高，适用于传动,牙型,三、螺纹的形成与加工,一、螺纹连接的基本类型,此外，还有：T型槽螺栓连接、吊环螺钉连接和地脚螺栓连接等。,说明,5-2螺纹连接的类型和标准连接件,P64,(1)普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接,(2)双头螺柱连接,螺栓受拉，承受外载。,用于被连接件厚，常拆卸处,(3)螺钉连接,螺栓受拉，承受外载。用于被连接件厚，不常拆卸处,(4)紧定螺钉连接,用于薄壁件连接,二、标准螺纹连接件,结构型式和尺寸,螺纹连接的预紧P68,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。,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。,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%。,预紧力：,预紧的目的：,预紧力的确定原则：,5-3螺纹连接的预紧,预紧力的控制：,（1）测力矩扳手：,注：直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的连接，若无控制拧紧力矩的措施，不宜采用小于M12的螺栓。,预紧力和预紧力矩之间的关系：,（2）定力矩扳手：,拧紧力矩T,螺旋副间的摩擦阻力矩,支承面间的摩擦阻力矩,在设计螺栓组连接时，关键是连接的结构设计。它是根据被连接件的结构和连接的用途，确定螺栓数目和分布形式。,一、螺栓组连接的结构设计,成组使用,5-5螺栓组连接的设计,P73,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。,合理,不合理,螺栓连接承受转矩时，使螺栓靠近边缘，减小受力,T,T,同时承受较大的轴向和横向载荷时，采用减载零件,铰制孔用螺栓，在与载荷平行的方向上布置螺栓的数目不要超过8个，避免载荷分配不均,螺栓的排列应有合理的间距、边距。,避免螺栓承受附加的弯曲载荷。,受力分析的目的：根据连接结构和受载情况求出受力最大的螺栓及其所受的力进行螺栓连接的强度计算,二、螺栓组连接的受力分析,P74,2受横向载荷,3受转矩,1受轴向载荷,4受倾覆力矩,受力分析的类型：,螺纹连接组的设计5,1受轴向载荷的紧螺栓组连接,轴向总载荷F与螺栓轴线平行通过螺栓组的对称中心各个螺栓受载相同,容器内压力：p轴向载荷：F总=pA单个螺栓的轴向载荷：F=F总/Z,失效形式：螺栓杆被拉断:强度不足容器内气（液）体泄漏-缸体缸盖压紧力0,压力缸工作后,预紧后：缸体和缸盖受压力F0螺栓杆受拉伸力F0,装入压力流体（螺栓受载）后：缸盖和缸体之间的压紧程度被放松F1：压紧的残余程度，残余预紧力,F2,压力缸（装配时需要预紧）：,螺栓的轴向总拉力：,紧螺栓连接应能保证被连接件的接合面不出现缝隙，,当工作载荷F没有变化时，取,当工作载荷F有变化时，取,有紧密性要求（如压力容器），取,残余预紧力,设计结束了吗？,F0？,否,式中：,为螺栓的相对刚度，其取值范围为01。,这时螺栓的总拉力为：,可根据垫片材料选值：见P84第2段,压力缸（需要拧紧）：在F2作用下：受轴向拉力产生拉伸应力；受螺旋副旋合所引起的扭切应力;即螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态。,螺栓,拉伸应力,T1,扭剪应力,据第四强度理论（螺栓塑性）,应力表达,F2,强度条件：,再求出螺栓的总拉伸载荷,然后计算螺栓强度,先根据工作要求规定残余预紧力F1,例题5-3：一钢制液压油缸，采用双头螺柱联接。已知油压p=3MPa，油缸内径D=160mm，若取螺柱屈服极限为400MPa，装配时不严格控制预紧力，取S=3，试计算此油缸螺柱小径d1。,2受横向载荷的螺栓组连接,（1）普通螺栓连接预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于F,Ks为防滑系数，Ks=1.11.3。,四个螺栓组成受横向载荷螺栓组连接,当f=0.15，Ks=1.2，i=1时，F08F,对于单个螺栓：,为增加可靠性，减小螺栓直径，提高承载能力，可采用如下减载装置：a)销b)套筒c)键即用键、套筒或销承担横向工作载荷而螺栓仅起连接作用。,螺栓受拉，仅受预紧力,装配时需要拧紧。在拧紧力矩T作用下：螺栓受轴向拉力（预紧力）F0的作用而产生拉伸应力；同时还受到螺纹力矩T1所引起的扭切应力;即螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态。,P80,螺栓,拉伸应力,T1,扭剪应力,据第四强度理论（螺栓塑性）,强度条件：,应力表达,F0,例题5-4：用2个M10（d1=8.376mm）的螺钉固定一牵曳钩，若螺钉屈服强度为240MPa，装配时控制预紧力，取S=1.35，接合面摩擦系数f=0.15，可靠性系数Ks=1.2，求其允许的牵曳力。,螺纹连接组的设计3,（2）铰制孔用螺栓连接（图b）每个螺栓所受工作剪力为：,式中：Z为螺栓数目,铰制孔用螺栓,螺栓光杆与孔壁紧密配合，无间隙由光杆直接承受剪切和挤压孔壁受挤压,螺栓的剪切强度条件为：,螺栓与孔壁的挤压强度条件：,螺纹连接组的设计4,3受转矩的螺栓组连接,普通螺栓：靠预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T,若为中心对称结合面r相等,校核公式：,设计公式：,需要预紧螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态,例题5-6：图示凸缘联轴器，允许传递最大转矩T为630Nm（静载），材料为HT250。6个M16螺栓依靠摩擦力来传递转矩，螺栓分布圆直径为130mm，接合面摩擦系数f=0.15，安装时不要求严格控制预紧力S=4，防滑系数Ks=1.2，确定螺栓的屈服强度值。,铰制孔用螺栓：靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压来抵抗转矩T。,剪切力-剪切变形-r,若为中心对称结合面r相等,螺栓的剪切强度条件为：,螺栓与孔壁的挤压强度条件：,铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被连接件孔壁加工精度较高，成本较高,例题5-5：图示凸缘联轴器，凸缘厚度为20mm，允许传递最大转矩T为630Nm（静载），材料为HT250。联轴器用4个M12铰制孔用螺栓连成一体，螺纹段长22mm，螺栓屈服强度为640MPa，安全系数均取2.5。校核螺栓的剪切和挤压强度。,综合例5-7：用四个普通螺栓将钢板A固定在钢板B上。图中尺寸a=100mm，L=500mm。钢板间摩擦系数f=0.14，连接可靠系数（防滑系数）Ks=1.3，螺栓的许用拉应力=140Mpa，F=1400N，试计算螺栓的小径d1至少要多少？,例5-7：如图所示为一支架与机座用4个普通螺栓连接，所受外载荷分别为横向载荷FR=5000N，轴向载荷FQ=16000N。已知螺栓的相对刚度Cb/（Cb+Cm）=0.25，接合面间摩擦系数f=0.15，可靠性系数Ks=1.2，螺栓材料的机械性能级别为8.8级，屈服极限s=640MPa，安全系数S=2，试计算该螺栓小径d1的计算值。,螺纹连接组的设计6,4受倾覆力矩的螺栓组连接,底板,地基,倾覆力矩,a,a,b,b,c,c,d,d,螺纹连接组的设计6,倾覆力矩,由此可以求出最大工作载荷：,由变形协调条件：,例5-8：如图5-4所示的底板螺栓组连接受外力的作用。外力作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？保证连接安全工作的必要条件有哪些？,保证连接安全工作的必要条件有：（1）接合面右端的最大挤压应力不超过许用值，以避免接合面压碎；（2）为避免接合面产生缝隙，接合面左端的最小挤压应力应大于零；（3）在横向载荷的作用下，接合面不能产生相对滑动；（4）螺栓所需的预紧力应小于屈服极限的限定值。(5)螺栓不被拉断。,P78，例题见P92,10级,螺纹连接件的材料与许用应力,一、螺纹连接件材料,5-7螺纹连接件的材料及许用应力,一般用途：4.8级重要的或有特殊要求：高性能等级，如压力容器采用8.8级,螺母：7级,常用材料：碳素钢，如Q215、Q235、35、45合金钢，强度要求高，如15Cr、40Cr,螺纹连接件的材料与许用应力,二、螺纹连接件的许用应力,1许用拉应力,2许用剪应力和许用挤压应力,（被连接件为钢）,（被连接件为铸铁）,3螺纹连接件的安全系数,提高螺纹连接强度的措施,1)降低螺栓总载荷F2,5-8提高螺纹连接强度的措施,Measure：,F0=C，F1,减小螺栓刚度,a.柔性螺栓,b.弹性元件,增大被连接件刚度,a.金属垫片,b.密封环,选择恰当的预紧力并保持不减退,提高螺纹连接强度的措施,2)改善螺纹牙间受力分配,螺栓受拉：自上而下，p逐渐变大,螺母受压：自上而下，p逐渐变小,旋合处螺距差最大,内斜螺母,环槽螺母,悬置,采用受拉螺母：悬置螺母和环槽螺母,采用内斜螺母：最下面几圈易变形,采用均载装置：钢丝螺套,螺栓p螺母p,除钢丝螺套，皆采用变形协调条件,3)减轻应力集中,主要在加工和结构处理时考虑,减小附加应力,措施：提高被联件刚度不采用钩头及相应不合理而导致同类结果可采用端部反扭,避免附加弯曲应力,作业：课本P102：1、5-162、5-63、5-84、5-10（p=1MPa）补充题,螺栓连接,双头螺柱连接,螺钉连接,紧定螺钉连接,弹簧垫圈,右旋,左旋,对顶螺母,尼龙圈锁紧螺母,开口销,带翅垫片,止动垫片,冲点法,粘合法,焊点法,串联钢丝,焊接,铆钉,弹性元件,金属垫片,密封环,r1,T,r2,变形协调条件,a,b,