中職教材 螺紋連接

1、第,5,章,螺紋連接,Screw joints,5-1,連接類型和螺紋連接簡介,Types of the joints and screw joints,5-2,螺紋連接的預(yù)緊和防松,Tightening and preventing unscrewing of screw joints,5-3,螺紋連接的強(qiáng)度計算,Strength calculations for a bolt,5-4,螺紋組連接的設(shè)計,Forces in group of screw joints,5-5,提高螺栓連接強(qiáng)度的措施,Measures of increasing joint strength of bolts,

2、習(xí)題課,：,螺紋連接設(shè)計實例,Design example of screw joint,主要內(nèi)容,教學(xué)目標(biāo),與教學(xué),重點,1,）,螺紋連接的基本類型及之間的區(qū)別；,2,）,防松的必要性、基本原理和具體措施。,3,）,既受預(yù)緊力又受工作載荷的受拉緊螺栓連接強(qiáng)度計算。,4,）,螺栓組連接的設(shè)計。,1,）熟悉螺紋連接的基本類型及其之間的區(qū)別；,2,）了解螺紋連接擰緊的目的擰緊力矩的計算方法；,3,）掌握螺紋連接防松的必要性以及防松的基本原理和措施；,4,）,掌握受剪螺栓連接強(qiáng)度計算方法；,5,）,掌握受拉螺栓連接強(qiáng)度計算方法。,6,）掌握螺栓組受力分析的方法；,7,）,掌握提高螺栓連接強(qiáng)度的幾項措

3、施。,教,學(xué),目,標(biāo),教,學(xué),重,點,5-1,連接類型和螺紋連接簡介,Types of the joints and screw joints,?,連接類型,?,螺紋的類型和主要參數(shù),?,螺紋連接的類型和應(yīng)用,一、連接類型,Types of the joints,Joints,Separable joints,Permanent joints,Screw joints,Key, spline and pin joints,Shaped joints,Interference fit joints,Riveted joints,Welded joints,Adhesive joints,Elas

4、tic ring joints,Shaft,hub joints,二、螺紋的類型和主要參數(shù),Types and main parameters of screw,1.,螺紋的形成：,2.,螺紋的分類：,3.,螺紋的主要參數(shù),a),按螺旋線方向分,:,b),按螺旋線頭數(shù)分,:,c),按螺紋在母體的內(nèi)外表面分,:,d),按螺紋的母體分,:,e),按牙形分,:,左旋、右旋,單線、多線,外螺紋、內(nèi)螺紋,圓柱螺紋、圓錐螺紋,三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋,詳細(xì),4.,螺紋副的受力關(guān)系：,?,?,v,t,F,F,?,?,?,?,tan,擰緊時,?,?,v,t,F,F,?,?,?,?,tan,放

5、松時,3,螺紋的主要參數(shù),大徑,d,即螺紋的公稱直徑,小徑,d,1,常用于連接的強(qiáng)度計算,中徑,d,2,常用于連接的幾何計算,螺距,P,螺紋相鄰兩個牙型上,對應(yīng)點間的軸向距離,牙型角,a,螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋,牙型兩側(cè)邊的夾角,線數(shù),n,螺紋的螺旋線數(shù)目,導(dǎo)程,S,螺紋上任一點沿同一條,螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動的,軸向距離，,S,=,nP,升角,y,螺旋線的切線與垂直于,螺紋軸線的平面間的夾角,2,2,arctan,arctan,d,nP,d,S,?,?,y,?,?,螺紋連接通常有以下幾種形式：,?,螺栓連接,Bolt joints,?,雙頭螺柱連接,Stud joints,?,螺釘連接,Cap s

6、crew joints,?,緊定螺釘連接,Setscrew joints,三、螺紋連接簡介和應(yīng)用,Screw joints and their applications,此外，還有一些特殊結(jié)構(gòu)的連接。,例如,：,標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件,1,、螺紋連接的主要類型：,2,、螺紋連接工程中的應(yīng)用：,轎車,機(jī)床,摩托車,飛機(jī)機(jī)翼,發(fā)動機(jī)氣缸,化工管道,自行車,鎖緊螺母,汽車輪胎,5-2,螺紋連接的預(yù)緊和防松,Tightening and preventing unscrewing of screw joints,?,螺紋連接的預(yù)緊,Tightening of screw joints,?,螺紋連接的防松,Pr

7、eventing unscrewing,of screw joints,利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。通?？刹捎?測力矩扳手,或,定力矩扳手,，對于重要的螺栓連接，也可以采用,測定螺栓伸長,的方法來控制預(yù),緊力。,大多數(shù)螺紋連接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，,預(yù)先受到力的作用，這個預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。,增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙,或發(fā)生相對移動。,注意：對于重要的連接，應(yīng)盡可能不采用直徑過小,(,M12),的螺栓。,擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限,s,s,的,80%,。,?,預(yù)緊力,：,?,預(yù)緊的目的,：,?,預(yù)緊力

8、的確定原則,：,?,預(yù)緊力的控制,：,?,預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系：,d,F,T,0,2,.,0,?,詳細(xì)推導(dǎo),一、螺紋連接的預(yù)緊,Tightening of screw joints,二、螺紋連接的防松,Preventing unscrewing,of screw joints,在靜載荷下，螺紋連接能滿足自鎖條件：導(dǎo)程角小于當(dāng),量摩擦角。,但在沖擊、振動和變載荷作用下，或當(dāng)溫度變,化較大時，連接有可能松動，甚至松開，容易發(fā)生事故。所,以，在設(shè)計螺紋連接時，必須考慮防松問題。,防松的根本問題在于防止螺紋副在受載時發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。,根據(jù)工作原理來劃分，有,利用摩擦,、,機(jī)械防松,和,破壞,螺紋副

9、關(guān)系,三種方法。,1,、防松的必要性,2,、防松的根本問題,3.,防松的方法,請見實例,實例,動畫模擬,實例,二、受剪螺栓（鉸制孔螺栓）,5-3,螺紋連接的強(qiáng)度計算,Strength calculations for,screw joints,一、受拉螺栓（普通螺栓）,1,、受拉松螺栓,2,、受拉緊螺栓,a,、受橫向工作載荷的受拉緊螺栓連接,(,僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接,),b,、,受軸向工作載荷的受拉緊螺栓連接,(,承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接,),(,承受工作剪力的緊螺栓連接,),一、,受拉螺栓,Tensile bolts,1.,受拉松螺栓,Loose bolts,這種連接只能承受靜載

10、荷，螺栓,在工作時才受拉力,F,。,當(dāng)連接承受工作載荷,F,時，螺,栓所受的工作拉力為,F,，其螺紋部,分的強(qiáng)度條件為：,?,?,s,?,s,?,?,2,1,4,d,F,或：,?,?,s,?,F,d,4,1,?,校核式,設(shè)計式,2.,只受預(yù)緊力的緊螺栓,Tight bolts only subject to preload,一、,受拉螺栓,Tensile bolts,緊螺栓連接裝配時，螺母需要擰緊，在擰緊力矩的作用下，螺栓除,受預(yù)緊力,F0,的拉伸而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力外，還受螺紋摩擦力矩,T1,的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生,扭切應(yīng)力，使螺栓處于拉伸和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下。,2,1,0,4,d,F,?,s,?,?,?

11、,3,1,2,0,16,2,tan,d,d,F,W,T,v,T,?,?,?,?,?,?,?,s,?,s,s,3,.,1,3,2,2,?,?,?,ca,?,?,s,?,s,?,?,2,1,0,4,3,.,1,d,F,ca,(,受橫向載荷的緊螺栓連接,),根據(jù)第四強(qiáng)度理論，,螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下,的計算應(yīng)力,:,強(qiáng)度條件：,F,0,F,0,F,F,F,0,0,0,F,0,F,F,s,5,.,0,?,說明,螺紋連接的強(qiáng)度計算,3,(,受軸向載荷的緊螺栓連接,),F,D,D,p,螺栓預(yù)緊力,F,0,后，在工作拉力,F,的作,用下，螺栓的總拉力,F,2,= ?,F,F,F,?,?,1,2,?,?,s,?,s

12、,?,?,4,/,3,.,1,2,1,2,ca,d,F,F,C,C,C,F,F,m,b,b,0,2,?,?,?,這時螺栓的總拉力為：,為使工作載荷作用后，連接結(jié)合面間有殘余預(yù)緊力,F,1,存在，要求螺栓,連接的預(yù)緊力,F,0,為：,F,C,C,C,F,F,m,b,m,1,0,?,?,?,靜強(qiáng)度條件：,式中,F,1,為殘余預(yù)緊力，為保證連接的緊密性，應(yīng)使,F,1,0,，一般根據(jù),連接的性質(zhì)確定,F,1,的大小。,式中：,m,b,b,C,C,C,?,為螺栓的相對剛度，其取值范圍為,01,。,詳細(xì)分析,疲勞強(qiáng)度校核,工作過程模擬,3.,Tight bolts subject to preload a

13、nd operating loadC,承受預(yù)緊力和工作載荷聯(lián)合作用的緊螺栓,螺紋連接的強(qiáng)度計算,4,(,承受工作剪力的緊螺栓連接,),這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間,無間隙，接觸表面受擠壓。在連接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。,螺栓桿與孔壁的,擠壓強(qiáng)度條件為：,螺栓桿的剪切,強(qiáng)度條件為：,式中：,F,螺栓所受的工作剪力，單位為,N,；,d,0,螺栓剪切面的直徑（可取螺栓孔直徑），單位為,mm,；,L,min,螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為,mm,；設(shè)計時,應(yīng)使,L,min,1.25,d,0,?,?,P,m,in,0,P,s,s,?,?,L,d,F,?,?,?,

14、?,?,?,?,2,0,4,d,F,F,F,d,0,L,min,二、,受剪螺栓,Shear bolts,動畫模擬,?,螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計,?,螺栓組連接的受力分析,5-4,螺栓組連接的設(shè)計,Design of group of bolt joints,螺紋連接組的設(shè)計,1,在設(shè)計螺栓組連接時，關(guān)鍵是連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計。它是根據(jù)被連接件的結(jié),構(gòu)和連接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式。,?,為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證連接結(jié)合面受力均勻，通常聯(lián),接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀。,?,螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。,?,螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。,?,為了便于在圓周上鉆孔時

15、的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓,數(shù)目取成,4,、,6,、,8,等偶數(shù)。,?,避免螺栓承受附加的彎曲載荷。,說明,說明,說明,一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計,各螺栓之間的距離大小既要保證連接的可靠性又要考慮裝拆方便，還應(yīng),留有足夠的扳手空間。,舉例,螺紋連接組的設(shè)計,2,1,受橫向載荷,2,受轉(zhuǎn)矩,3,受軸向載荷,4,受傾覆力矩,受力分析的目的：根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓,及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓連接的強(qiáng)度計算。,受力分析時所作假設(shè)：所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同；,受載后連接接合面仍保持為平面。,受力分析的類型：,二、螺栓組連接的受力分析,螺栓組的對稱中心與連

16、接接合面的形心重合；,F,?,F,?,r,i,O,O,M,T,fF,0,fF,0,F,F,?,Forces in group of bolts,螺紋連接組的設(shè)計,3,（,1,）對于受剪螺栓,（,鉸制孔用螺栓,）,連接（圖,b,），每個螺栓所受工作剪力,為：,（,2,）對于受拉螺栓（普通螺栓）連接（圖,a,）,，按預(yù)緊后接合面間所產(chǎn),生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有：,式中：,z,為螺栓數(shù)目。,1,受橫向載荷的螺栓組連接,z,F,F,?,?,?,?,F,K,zi,fF,S,0,fzi,F,K,F,?,?,S,0,或,K,s,為防滑系數(shù)，設(shè)計中可取,K,s =1.11.3,。,F,F

17、,F,F,b),a),動畫模擬,The group of bolts bears transverse forces,螺紋連接組的設(shè)計,4,2,受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接,T,K,fr,F,fr,F,fr,F,s,z,0,2,0,1,0,?,?,?,?,?,?,?,T,r,F,z,i,i,i,?,?,?,1,采用受拉螺栓，是靠連接預(yù)緊后在接合,面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩,T,。,采用受剪螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓,與孔壁的擠壓作用來抵抗轉(zhuǎn)矩,T,。,i,i,r,F,r,F,?,m,ax,m,ax,?,?,?,Z,i,i,r,Tr,F,1,2,m,ax,m,ax,?,?,?,z,i,i,r,f,T,K

18、,F,1,S,0,動畫模擬,動畫模擬,The group of bolts bears rotating torque,螺紋連接組的設(shè)計,5,3,受軸向載荷的螺栓組連接,若作用在螺栓組上軸向總載荷,F,作用,線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對稱,中心，則各個螺栓受載相同，每個螺栓所,受軸向工作載荷為：,通常，各個螺栓還承受預(yù)緊力,F,0,的作用，當(dāng)連接要有保證的殘余預(yù)緊,力為,F,1,時，每個螺栓所承受的總載荷,F,2,為。,z,F,F,?,?,F,2,=,F,1,+,F,Group of bolts bears axial force,螺紋連接組的設(shè)計,6,4,受傾覆力矩的螺栓組連接,傾覆力

19、矩,M,作,用在連接接合面的,一個對稱面內(nèi)，底,板在承受傾覆力矩,之前，螺栓已擰緊,并承受預(yù)緊力,F,0,。,作用在底板兩,側(cè)的合力矩與傾覆,力矩,M,平衡，即：,由此可以求出最大工作載荷：,?,?,?,z,i,L,F,M,1,i,i,?,?,?,Z,i,L,ML,F,1,2,i,m,ax,m,ax,動畫模擬,Group of tensile bolts bears inverting moment,m,ax,m,ax,L,L,F,F,i,i,?,螺紋連接組的設(shè)計,7,0,m,ax,P,P,W,M,A,zF,s,s,?,?,?,0,0,m,in,P,?,?,?,W,M,A,zF,s,螺栓的總拉

20、力：,m,ax,m,b,b,0,2,F,C,C,C,F,F,?,?,?,為防止結(jié)合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求：,4,受傾覆力矩的螺栓組連接,Group of tensile bolts bears inverting moment,提高螺紋連接強(qiáng)度的措施,以螺栓連接為例，螺栓連接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，因此，提高,螺栓的強(qiáng)度，將大大提高連接系統(tǒng)的可靠性。,影響螺栓強(qiáng)度的因素主要有以下幾個方面，或從以下幾個方面提高螺栓,強(qiáng)度。,改善螺紋牙上載荷,分布不均的現(xiàn)象,降低影響螺栓疲,勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅,減小應(yīng)力集中,的影響,采用合理的制,造工藝,分析,分析,分析,5-5,提高螺栓連接

21、強(qiáng)度的措施,Methods of increasing joint strength of bolts,過程模擬,已知：支架和底板用,2,個受拉螺栓連接。支架和底板的材料為,HT200,、螺栓,的材料為,Q235,，支架重量不計。,P=3000N,、,30,、,A,200mm,、,B,50mm,、,2,l,250mm,、,H1,300mm,、,H2,200mm,、,C,60mm,，試設(shè)計此螺,栓連接。,習(xí)題課：,螺栓連接設(shè)計實例,分析：此螺栓組采用受拉螺栓、并有軸向工作載荷，,設(shè)計公式如下：,其中受力最大螺栓的總拉力,F,2,、螺栓的許用拉應(yīng)力,為未知,量。,通過查表得到，,F,2,通過受力分

22、析獲得。,?,?,1.3F,4,d,2,1,?,?,max,m,b,b,0,1,2,F,C,C,C,F,F,F,F,?,?,?,為計算方便，我們采用后一公式求,F,2,。則首先應(yīng)求出受,力最大螺栓的工作載荷,F,max,和預(yù)緊力,F,0,。,一、螺栓組連接受力分析,1.,力系簡化,2.,受力最大螺栓工作拉力,F,max,）,（,）,（,）,（,m,N,430,05,.,0,2589,2,.,0,1500,QB,RA,M,N,1500,30,sin,3000,Psin,R,N,2589,30,cos,3000,cos,P,Q,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,）,（,）,（

23、,）,（,N,3019,1720,1299,F,F,F,F,F,F,F,N,1720,25,.,0,430,2,M,r,.,r,r,Mr,F,N,1299,2,2589,Z,Q,F,M,Q,I,max,M,Q,I,2,2,z,2,2,2,1,max,M,Q,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,l,l,3,、分析可能的失效形式,?,強(qiáng)度不滿足,?,在橫向載荷,R,的作用下，支架有向下滑移的可能,?,在軸向載荷,Q,的和傾覆力矩,M,的作用下，結(jié)合面上部可,能離縫；,?,在軸向載荷,Q,的和傾覆力矩,M,的作用下，支架或底板下,部被壓潰。,max,m,b,m,max,m,b,m,1,0

24、,max,max,1,F,),C,C,C,4,.,0,(,F,C,C,C,F,F,F,4,.,0,F,),6,.,0,2,.,0,(,F,?,?,?,?,?,?,?,?,4,、,確定,F,0,？,（,2,）不滑移條件,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,無關(guān)）,產(chǎn)生的,（與,）,（,）,（,）,（,）,（,）,（,Q,m,b,m,s,0,2,Q,m,b,m,0,Q,m,b,m,0,II,1,I,1,M,Q,m,b,m,0,II,m,b,m,0,II,1,M,Q,m,b,m,0,I,m,b,m,0,I,1,s,II,1,I,1,s,0,F,C,C,C,Z,R,K,F,

25、F,M,2,Z,F,C,C,C,F,Z,F,C,C,C,2,F,2,F,F,F,F,C,C,C,F,F,C,C,C,F,F,F,F,C,C,C,F,F,C,C,C,F,R,K,F,F,R,K,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,f,F,f,zi,fF,（,1,）不離縫條件,N,8539,1299,8,.,0,2,13,.,0,1500,3,.,1,F,C,C,C,R,K,F,N,3623,3019,2,.,1,F,),C,C,C,4,.,0,(,Q,m,b,m,s,0,max,m,b,m,0,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,fZ,

26、F,把相關(guān)數(shù)據(jù)代入、式：,取,F,0,8539N,3,.,1,3,.,1,1,.,1,K,:,P78,13,.,0,16,.,0,1,.,0,:,79,8,.,0,C,C,C,1,C,C,C,2,.,0,3,.,0,2,.,0,C,C,C,:,74,s,m,b,b,m,b,m,m,b,b,?,?,?,?,?,?,?,（金屬墊片或無墊片）,f,P,P,N,9143,3019,2,.,0,8539,F,C,C,C,F,F,max,m,b,b,0,2,?,?,?,?,5,、,計算,F,0,MPa,160,5,.,1,240,5,.,1,0,1,5,P84,MPa,240,MPa,400,4.6,Q235,8,5,P