螺紋聯(lián)接yymPPT演示文稿

1、1,螺 紋 聯(lián) 接,本章介紹如下內(nèi)容,聯(lián) 接 概 述,螺紋基本知識,螺紋聯(lián)接的主要類型,螺栓組設(shè)計與受力分析,螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松,螺栓的強度計算,提高聯(lián)接螺栓強度的措施,例 題,1,2,2,1 聯(lián) 接 概 述,按工作性質(zhì)分 動聯(lián)接(運動副)，靜聯(lián)接(本課所指,按拆卸性質(zhì)分 可拆(螺紋、鍵、銷聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接)；不可拆的(過盈配合聯(lián)接、鉚、焊、粘接,按傳力性質(zhì)分 形鎖合(擠壓、剪切)；力鎖合(摩擦傳力)；材料鎖合(分子力,返回,3,2 螺紋基本知識,一、螺紋的形成,4,2 螺紋基本知識,1. 牙 型：三角螺紋、梯形螺紋、矩形螺紋、 鋸齒形螺紋、圓形螺紋,二、螺紋的分類,5,三角形（分粗牙、細牙

2、，細牙多用于振動、薄壁件和不經(jīng)常拆卸處）多用于聯(lián)接,梯形、矩形、鋸齒形多用于傳動,圓形多用于臟污環(huán)境和薄壁件,返回,6,2 螺紋基本知識,2. 螺旋線旋向：左旋螺紋、右旋螺紋,二、螺紋的分類,7,2 螺紋基本知識,3. 螺旋線線數(shù)：單線螺紋、多線螺紋,二、螺紋的分類,8,2 螺紋基本知識,4. 按母體：圓柱螺紋、圓錐螺紋 5. 內(nèi)外表面：內(nèi)螺紋、外螺紋 6. 標準螺紋和非標準螺紋,二、螺紋的分類,9,三、螺紋的主要參數(shù),大徑d（名義直徑,小徑d1（強度計算,中徑d2（分析效率,螺距 P，導(dǎo)程 L,牙型角 a,導(dǎo)程角,牙型斜角,10,三、螺紋的主要參數(shù),螺紋的自鎖條件：v 式中當量摩擦角v ar

3、ctan(/cos) 為實際摩擦系數(shù),導(dǎo)程角,牙型斜角,11,3 螺紋聯(lián)接的主要類型、預(yù)緊與防松,一、類型和應(yīng)用,1.螺栓聯(lián)接 有受拉(力鎖和)、受剪(型鎖和)之分，最為常用,2.雙頭螺柱 一件很厚且需經(jīng)常拆卸的場合，這種情況下，采用螺栓聯(lián)接要鉆深孔，細長螺栓也相對貴一些,3.螺釘聯(lián)接 一件厚且無需經(jīng)常拆卸的地方，外露部分要美觀一些,4.緊定螺釘 傳力不大，在光軸上可同時作軸向和周向固定，一般作為軸轂聯(lián)接的輔助聯(lián)接用,返回,12,3 螺紋聯(lián)接的主要類型、預(yù)緊與防松,一、類型和應(yīng)用,螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母、墊圈均已經(jīng)標準化,13,擰緊聯(lián)接能提高聯(lián)接的剛性、緊密性和防松能力。故絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接

4、在承受載荷之前都是要擰緊的。但過度擰緊也不行,二.預(yù)緊受力分析,如圖，擰緊螺母時，需要克服螺紋副的螺紋力矩T1和螺母的承壓面力矩T2;螺栓所受的螺紋力矩T1與頭部的承壓面力矩T3和夾持力矩T4相平衡。所以,擰緊時,擰緊力矩TT1T2,T1=T3+T4,14,二.預(yù)緊受力分析,由機原知,于是,15,顯然：若螺栓太小，預(yù)緊稍有過載則斷，故不控制預(yù)緊力時，最好不要用M12以下的螺栓,對重要的聯(lián)接，應(yīng)控制預(yù)緊力?？刹捎脺y力矩、定力矩扳手，測量螺栓伸長，控制螺母轉(zhuǎn)動圈數(shù)等,16,三.防松目的與方法,在靜載荷作用下，聯(lián)接螺栓都能自鎖，不會松脫。但在振動、沖擊和溫度變化頻繁時，會出現(xiàn)F為零T1為零的情況，在

5、這種情況下，最終會導(dǎo)致螺栓松脫。因此應(yīng)考慮防松措施,防松的本質(zhì)就是防止螺母相對于螺栓轉(zhuǎn)動。具體方法分為三類,利用附加摩擦力,機械方法鎖住,破壞螺紋副,返回,17,4 螺栓組設(shè)計與受力分析,一.螺栓組設(shè)計,螺栓一般都是成組使用的，設(shè)計時常根據(jù)被聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)和聯(lián)接的載荷來確定聯(lián)接的傳力方式、螺栓的數(shù)目和布置。為了減少所用螺栓的規(guī)格和提高聯(lián)接的結(jié)構(gòu)工藝性，通常都采用相同的螺栓（材料、直徑和長度,目的：使各螺栓受力均勻，以最少螺栓滿足使用要求,原則：1. 布置最好對稱, 受力矩作用時，最好遠離 對稱軸線。2. 螺栓數(shù)目應(yīng)便于劃線鉆孔，偶數(shù)為好。 3. 邊距、間距要合理(注意留出扳手空間,18,二.螺栓

6、組受力分析,目的：找出受力最大的螺栓，求出其最大作用力，供強度計算用,假設(shè)： 各螺栓材質(zhì)、幾何尺寸相同（避免誤裝）。 的的的 各螺栓預(yù)緊力相等且螺栓的應(yīng)變在彈性 范圍內(nèi)。 的的的 被聯(lián)接件為剛體（變形與被聯(lián)接件無關(guān),注意：以下分析中螺栓的受力，應(yīng)理解為螺栓分擔的工作載荷，不一定就是螺栓的實際受力，詳見強度計算一節(jié),19,二.螺栓組受力分析,圖示汽缸蓋螺栓聯(lián)接，工作氣壓的合力通過螺栓組形心，設(shè)螺栓的數(shù)目為 ，工作氣壓為,z,p,聯(lián)接受軸向力,20,二.螺栓組受力分析,2.聯(lián)接受橫向力,采用受剪螺栓時有,采用受拉螺栓時有,螺栓只受預(yù)緊力F，靠接合面的摩擦力來傳遞載荷,靠螺栓與被聯(lián)接件的相互剪切和擠

7、壓作用來傳遞載荷,注意：由于板實際是彈性體，兩端螺栓所受剪力比中間螺栓大，所以沿載荷方向布置的螺栓數(shù)目不宜超過6個，以免受力嚴重不均,21,受剪螺栓,3.聯(lián)接受旋轉(zhuǎn)力矩 受拉螺栓,Fs1r1+Fs2r2+Fszrz=T,螺栓變形協(xié)調(diào)條件,22,4.聯(lián)接受傾覆力矩,于是,力平衡條件,變形協(xié)調(diào)條件,返回,說明,23,5 螺栓的強度計算,螺紋聯(lián)接的失效往往由于螺栓的失效而引起,螺栓可能的失效形式有螺栓斷裂、螺紋牙塑性變形或經(jīng)常拆卸導(dǎo)致滑扣等。由于工作載荷的變化幾乎是不可避免的，因此最主要的失效形式還是疲勞斷裂。統(tǒng)計表明，斷裂發(fā)生的部位如圖所示,因螺紋聯(lián)接件已經(jīng)標準化，螺栓各部分的尺寸是根據(jù)等強度原則

8、確定的，因此強度計算的目的是確定或驗算危險截面的尺寸,24,5 螺栓的強度計算,一.受拉松螺栓聯(lián)接,則強度條件為,式中 松螺栓聯(lián)接的許用拉應(yīng)力，MPa,25,二. 只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接,如前所述，這種螺栓不僅受拉應(yīng)力作用，還受到螺紋力矩T1產(chǎn)生的剪力作用。其中,拉應(yīng)力,剪應(yīng)力,于是強度條件為,螺栓通常是塑性材料，采用第四強度理論；再把1068mm的單頭公制螺紋的參數(shù)及摩擦角的平均值帶入，經(jīng)整理得,26,圖示汽缸蓋螺栓在汽缸工作之前先要擰緊，因此螺栓受到預(yù)緊力 F 的作用，汽缸工作時，螺栓還要受到由汽缸內(nèi)部工作壓力引起的工作載荷 F 的作用。 對于這種螺栓,因螺栓和被聯(lián)接件都是彈性體，一般情況

9、下,螺栓所受總拉力 F0 是否等于F 與 F 之和,三. 受軸向工作拉力的緊螺栓,1,聯(lián)解得,變形諧調(diào)條件,于是，強度條件為,27,說明1、 強度條件式中， 為螺栓危險截面的計算直 徑，理論上dc=(d1d2H/6)/2。對質(zhì)量良好的標準 件廠生產(chǎn)的螺栓，應(yīng)按此計算；當不清楚螺栓來源 或為了簡化計算，可取 ，這樣做偏于安全,說明2、 受軸向工作拉力的緊螺栓聯(lián)接，不允許被聯(lián) 接件間出現(xiàn)間隙。對于這種聯(lián)接，其設(shè)計程序為,顯然，這種聯(lián)接是不允許不控制擰緊力矩的,螺栓的擰緊力矩 T0.2Fd,28,29,四.受剪螺栓,受剪螺栓聯(lián)接的可能失效形式有：螺栓桿剪斷，螺栓桿和孔壁兩者中的弱者被擠壞,1.剪切強

10、度計算,2.擠壓強度計算 影響擠壓應(yīng)力分布的因素很多且常常難以確定，故計算是經(jīng)驗性的,30,五.螺栓材料、強度級別及安全系數(shù),各強度計算式中的許用應(yīng)力按教材的表2.4表2.6確定，但使用中要注意如下兩點,1、 因同樣的材料在不同的熱處理或制造方法下，其 機械性能相差較大，因此，確定材料就意味著確 定材料種類及熱處理方法。 為簡化設(shè)計工作，國標允許直接選擇螺栓的 強度級別。強度級別數(shù)字的含義是： 個位數(shù)100=最小強度極限； 小數(shù)部分最小強度極限=最小屈服極限。 例如強度級別4.8的含義是,2、 對于預(yù)緊力不加控制的緊螺栓聯(lián)接，由于安全系 數(shù)與螺栓直徑有關(guān)，而設(shè)計之初直徑未知，因此 只能采取試算

11、法，即先憑經(jīng)驗初定安全系數(shù)，再 求螺栓直徑，如求出的直徑與先前假定的一致則 認可；否則，應(yīng)修正安全系數(shù)重新計算，直至假 定值與計算值一致為止,返回,31,五.螺栓材料、強度級別及安全系數(shù),各強度計算式中的許用應(yīng)力按教材的表2.4表2.6確定,返回,32,6 提高聯(lián)接螺栓強度的措施,一. 改善螺紋牙的受力不均 變形不諧調(diào)是螺紋牙受力不均的根本原因,懸置螺母 內(nèi)斜螺母 環(huán)槽螺母,33,二. 減小附加應(yīng)力,螺栓受到附加彎矩作 用是十分不利的，偏 心拉伸對螺栓強度尤 其不利,例如,34,螺栓的最大應(yīng)力一定時，應(yīng)力幅越小，疲勞強度越高。在工作載荷F和剩余預(yù)緊力F”不變的情況下，減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件

12、剛度都能達到減小應(yīng)力幅的目的，但預(yù)緊力則應(yīng)增大,三. 降低應(yīng)力幅 應(yīng)力變化幅度過大是疲勞斷裂的根本原因,35,四. 減少應(yīng)力集中 對螺紋來講，形狀突變是產(chǎn)生應(yīng)力集中的 主要原因。適當增大過渡圓角是有力的措施,五. 改善制造工藝 制造工藝對螺栓的疲勞強度有重要影響,返回,采用滾壓螺紋，由于表層有殘余壓應(yīng)力、冷作硬化作用和金屬流線合理，其疲勞強度比車制螺紋高3040。 采用氮化、噴丸等表面處理措施都可以提高螺栓的疲勞強度,36,一鋼制液壓缸有關(guān)尺寸如圖示，油壓P=3N/mm2，為保證密封性要求，螺栓間距L不得大于4.5倍螺栓公稱直徑，試設(shè)計該雙頭螺柱聯(lián)接（確定螺柱直徑、個數(shù)及分布圓直徑D0,1.螺

13、栓結(jié)構(gòu)：雙頭緊螺柱 受軸向工作載荷 2.螺栓數(shù)目： 考慮到油缸是壓力容器，有緊密性要求，故Z應(yīng)適當大些。另外，數(shù)目Z最好是偶數(shù)，而且要便于分度。綜上：取Z=12,例題,37,一鋼制液壓缸有關(guān)尺寸如圖示，油壓P=3N/mm2，為保證密封性要求，螺栓間距L不得大于4.5倍螺栓公稱直徑，試設(shè)計該雙頭螺栓聯(lián)接（確定螺柱直徑、個數(shù)及分布圓直徑D0,3、求螺柱總拉力 (F0=F+F”,例題,壓力容器,38,查手冊，取M16（其d1=13.83512.07,4、確定螺柱直徑,5、 確定螺柱分布圓直徑 D0,39,6、確定螺柱具體規(guī)格,螺柱旋入機體(鋼)端長度：L1d=16mm,螺柱螺母端長度： L=缸蓋厚度

14、+墊圈厚度+螺母厚度+伸出長度 = 16 + 4 + 14.8 + 5 10 =40mm,螺柱規(guī)格：螺柱 M1640 GB897,L1d,結(jié)論： 確定Z =12，螺柱 M1640 GB897，D0=200mm 對于有密封性要求的螺栓聯(lián)接，一般還應(yīng)確定必須的預(yù)緊力和擰緊力矩,40,返回,擰緊力矩T0.2Fd42Nm,7、確定預(yù)緊力和擰緊力矩,41,例題,失效分析： 翻轉(zhuǎn)力矩和水平分力的作用，上側(cè)螺栓不被拉斷； 鉛垂力作用，底板不下滑； 底板上側(cè)與磚墻不能有間隙； 底板下側(cè)或磚墻不能被壓潰,解：載荷向形心等效平移，其作用可用RH、Rv及M的聯(lián)合作用來代替,42,1由不下滑條件確 定螺栓予緊力,例題

15、,43,預(yù)緊力和RH引起的壓應(yīng)力,2由上側(cè)不出現(xiàn)間隙、下側(cè) 不被壓潰條件確定預(yù)緊力,底板接觸面積 A= (500-300)300=6104mm2,底板抗彎截面模量 W=300(5002-3002)/6=8106mm3,44,2由上側(cè)不出現(xiàn)間隙、下側(cè) 不被壓潰條件確定預(yù)緊力,45,3根據(jù)螺栓不被拉斷的強度條件確定螺栓直徑 d,由強度條件有,查手冊取M12 ( 其d1 =10.106 計算值9.387,注1 如擰緊力不加控制，由著工人盡可能地擰緊，為避免螺栓擰斷，應(yīng)適當增大螺栓直徑。計算表明，在這種情況下，至少應(yīng)采用M18的螺栓,返回,46,1. 如何判定螺旋線的旋向是左旋還是右旋？ 2. 為什么

16、聯(lián)接螺紋常用三角形螺紋而傳動螺紋常用梯 形或鋸齒形螺紋？ 3. 鉸制孔用螺栓與普通受拉螺栓的工作原理和結(jié)構(gòu)有 何不同？ 4. 有一螺栓組聯(lián)接。測得被聯(lián)接件的剛度C2是螺栓剛 度C1的3倍，而預(yù)緊力 F = 5000 N。問： 螺栓承受的總拉力F0為多大時，螺栓的伸長量剛 好是被聯(lián)接件壓縮量的5倍。 螺栓承受的工作載荷F為多大時，被聯(lián)接件的彈 性變形等于零,思 考 題,47,5. “只要制造和裝配精度足夠高，則旋合后螺紋牙各 圈的受力就相等”。這種說法正確嗎？為什么？ 6. 試分析圖示的三種螺栓組聯(lián)接中，哪一種布置形式 最好,思 考 題,48,返 回,49,返 回,50,說明： 以上四種典型情況

17、都是應(yīng)用力(或力矩)的平衡條件及受力變形協(xié)調(diào)條件分別推導(dǎo)的計算公式，即求得了四種典型載荷情況下螺栓組內(nèi)受力最大螺栓受力的表達式，這是解決一般螺栓組受力問題的基礎(chǔ)。 在實際應(yīng)用中，不少螺栓組所受到的載荷是相當復(fù)雜的，但無論怎樣復(fù)雜都可以把任意的外載荷轉(zhuǎn)化為以上四種基本情況(受軸向載荷、受橫向載荷、受旋轉(zhuǎn)力矩、受翻轉(zhuǎn)力矩)的某種組合，對各種組合載荷都可按單一基本情況求出每個螺栓受力，再按力的疊加原理分別把螺栓所受的軸向力和橫向力進行矢量疊加，求出螺栓的實際受力,使問題得到解決,返回,51,圖示，一靜壓密封氣缸采用雙頭螺柱聯(lián)接。已知氣壓p=10MPa，氣缸內(nèi)徑D=200mm，缸體的材料為鑄鐵，試設(shè)計此螺栓組聯(lián)接,分析： 1.螺栓結(jié)構(gòu)：受軸向工作 載荷作用的緊螺栓聯(lián)接。 2.螺栓直徑與數(shù)目： 顯然，Q不變，螺柱直徑大則數(shù)目Z小；反之,Z大則螺柱直徑小。因此，Z取值不同本題可有多解?？紤]到油缸是壓力容器，有緊密性要求，故Z應(yīng)適當大些。另外，數(shù)目Z最