第09章 螺紋聯(lián)接設(shè)計(jì)課件

1、第九章第九章 螺紋聯(lián)接設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接設(shè)計(jì)教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求重點(diǎn)與難點(diǎn)分析重點(diǎn)與難點(diǎn)分析典型例題分析典型例題分析 自測(cè)試題自測(cè)試題教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求 本章以圓柱螺紋的基本參數(shù)，工程中常用螺紋，本章以圓柱螺紋的基本參數(shù)，工程中常用螺紋，螺紋連接的基本類(lèi)型，螺紋副的受力分析、效率、螺紋連接的基本類(lèi)型，螺紋副的受力分析、效率、自鎖，螺紋連接的預(yù)緊、防松及螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算自鎖，螺紋連接的預(yù)緊、防松及螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算為主要介紹的內(nèi)容，螺旋傳動(dòng)只做一般介紹。為主要介紹的內(nèi)容，螺旋傳動(dòng)只做一般介紹。1. 掌握螺紋的一般知識(shí)，如螺紋的類(lèi)型、圓柱螺掌握螺紋的一般知識(shí)，如螺紋的類(lèi)型、圓柱螺紋的基本參數(shù)、螺

2、紋連接的基本類(lèi)型紋的基本參數(shù)、螺紋連接的基本類(lèi)型( (螺栓連接、螺栓連接、螺釘連雙頭螺柱連接和緊定螺釘螺釘連雙頭螺柱連接和緊定螺釘) )，連接的結(jié)構(gòu)特，連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)合，螺紋連接件的類(lèi)型和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)合，螺紋連接件的類(lèi)型和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，能根據(jù)連接類(lèi)型正確選用連接件。能根據(jù)連接類(lèi)型正確選用連接件。2 .了解松螺栓連接和緊螺栓連接的概念，螺紋連接了解松螺栓連接和緊螺栓連接的概念，螺紋連接預(yù)緊與防松的目的、方法，預(yù)緊力的大小及其控制。預(yù)緊與防松的目的、方法，預(yù)緊力的大小及其控制。掌握各種螺紋連接防松方法的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)掌握各種螺紋連接防松方法的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，能根據(jù)具體

3、情況選用合適的防松措施。用場(chǎng)合，能根據(jù)具體情況選用合適的防松措施。3 .能夠根據(jù)螺栓的受力情況，針對(duì)其主要失效形能夠根據(jù)螺栓的受力情況，針對(duì)其主要失效形式確定螺栓連接的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和強(qiáng)度計(jì)算條件，確定式確定螺栓連接的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和強(qiáng)度計(jì)算條件，確定螺栓的直徑；了解螺栓常用材料及強(qiáng)度等級(jí)。螺栓的直徑；了解螺栓常用材料及強(qiáng)度等級(jí)。4.了解影響螺栓連接強(qiáng)度的因素及提高螺栓連接強(qiáng)了解影響螺栓連接強(qiáng)度的因素及提高螺栓連接強(qiáng)度的措施。度的措施。5.了解螺旋傳動(dòng)的主要特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。了解螺旋傳動(dòng)的主要特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。重點(diǎn)與難點(diǎn)分析重點(diǎn)與難點(diǎn)分析本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：螺紋連接設(shè)計(jì)，即螺紋連接的預(yù)緊、防螺紋連接設(shè)計(jì)，即螺

4、紋連接的預(yù)緊、防松和螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算；松和螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算；本章難點(diǎn)：本章難點(diǎn)：為受軸向外載荷作用的緊螺栓連接設(shè)計(jì)。為受軸向外載荷作用的緊螺栓連接設(shè)計(jì)。 普通緊螺栓連接強(qiáng)度條件中均有普通緊螺栓連接強(qiáng)度條件中均有1.3 ，其物理意其物理意義在于，緊螺栓連接由于需要擰緊螺母而使螺栓處于義在于，緊螺栓連接由于需要擰緊螺母而使螺栓處于拉伸和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合載荷下拉伸和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合載荷下，工作螺栓受拉應(yīng)力和切應(yīng)，工作螺栓受拉應(yīng)力和切應(yīng)力的復(fù)合應(yīng)力。力的復(fù)合應(yīng)力。 受橫向載荷作用的緊螺栓連接，載荷由接合面受橫向載荷作用的緊螺栓連接，載荷由接合面的摩擦力平衡，為使連接可靠，避免接合面發(fā)生相的摩擦力平衡，為使連接

5、可靠，避免接合面發(fā)生相互滑移，取可靠性系數(shù)互滑移，取可靠性系數(shù)Kf=1.11.3，螺栓的載荷螺栓的載荷為其為其所受預(yù)緊力所受預(yù)緊力Fp Kf .F/m.f，無(wú)論載荷是否變化，無(wú)論載荷是否變化，載荷或有或無(wú)，一旦連接完成，它的大小始終不變。載荷或有或無(wú)，一旦連接完成，它的大小始終不變。 受軸向外載荷作用的緊螺栓連接設(shè)計(jì)，難點(diǎn)在受軸向外載荷作用的緊螺栓連接設(shè)計(jì)，難點(diǎn)在于螺栓總載荷的計(jì)算，其總載荷的大小主要受連接于螺栓總載荷的計(jì)算，其總載荷的大小主要受連接的性質(zhì)、工作載荷大小及性質(zhì)的影響?？傒d荷可用的性質(zhì)、工作載荷大小及性質(zhì)的影響?？傒d荷可用兩種方法求得：兩種方法求得：1. F0= Fp+F 使用本

6、公式的關(guān)鍵在于使用本公式的關(guān)鍵在于, ,根據(jù)根據(jù)連接的性質(zhì)確定殘余預(yù)緊連接的性質(zhì)確定殘余預(yù)緊Fp 的大小，的大小，一般連接一般連接FP= (0.2 0.6) F ；F 為變載荷時(shí)為變載荷時(shí)FP=(0.6 1.0) F；F 為沖擊載荷時(shí)為沖擊載荷時(shí)FP=(1.0 1.5) F ；壓力容器壓力容器或重要連接或重要連接FP=(1.5 1.8)F。2. ，使用本公式的關(guān)鍵在于使用本公式的關(guān)鍵在于根據(jù)連接性質(zhì)確定預(yù)緊力的大小，根據(jù)連接性質(zhì)確定預(yù)緊力的大小， ，而連接件的剛度而連接件的剛度c1 和被連接件的剛度和被連接件的剛度c2 分別與各分別與各自的材料、結(jié)構(gòu)等有關(guān)。自的材料、結(jié)構(gòu)等有關(guān)。典型例題分析典

7、型例題分析 螺紋連接設(shè)計(jì)時(shí)，需要解決的主要問(wèn)題為：根螺紋連接設(shè)計(jì)時(shí)，需要解決的主要問(wèn)題為：根據(jù)被連接件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，選擇合適的連接類(lèi)據(jù)被連接件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，選擇合適的連接類(lèi)型和螺紋連接件，分析連接的受載情況確定計(jì)算準(zhǔn)型和螺紋連接件，分析連接的受載情況確定計(jì)算準(zhǔn)則和強(qiáng)度條件；根據(jù)強(qiáng)度條件及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確定螺則和強(qiáng)度條件；根據(jù)強(qiáng)度條件及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確定螺栓公稱(chēng)尺寸，根據(jù)被連接件的尺寸，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，栓公稱(chēng)尺寸，根據(jù)被連接件的尺寸，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確定其它螺紋連接件尺寸（及個(gè)別非標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件確定其它螺紋連接件尺寸（及個(gè)別非標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件除外）；定出螺紋連接件的標(biāo)記。解題的一般步驟為：除外）；定出

8、螺紋連接件的標(biāo)記。解題的一般步驟為：1. 確定螺栓強(qiáng)度計(jì)算載荷確定螺栓強(qiáng)度計(jì)算載荷 當(dāng)采用普通螺栓連接時(shí)，當(dāng)采用普通螺栓連接時(shí)，首先根據(jù)連接的可靠性要求首先根據(jù)連接的可靠性要求(連接的緊密性要求，結(jié)合面不滑連接的緊密性要求，結(jié)合面不滑移，結(jié)合面不壓潰，結(jié)合面不出現(xiàn)間隙等條件移，結(jié)合面不壓潰，結(jié)合面不出現(xiàn)間隙等條件)確定螺栓所需確定螺栓所需的預(yù)緊力或總拉力。的預(yù)緊力或總拉力。2. 確定螺栓的許用應(yīng)力確定螺栓的許用應(yīng)力 對(duì)控制預(yù)緊力的普通螺栓、對(duì)控制預(yù)緊力的普通螺栓、鉸制孔用螺栓以及松螺栓連接，在校核強(qiáng)度時(shí)，許用應(yīng)力可直鉸制孔用螺栓以及松螺栓連接，在校核強(qiáng)度時(shí)，許用應(yīng)力可直接從有關(guān)表格中查取和確定

9、；但對(duì)不控制預(yù)緊力的緊螺栓連接，接從有關(guān)表格中查取和確定；但對(duì)不控制預(yù)緊力的緊螺栓連接，因許用應(yīng)力的安全系數(shù)與螺栓的直徑有關(guān)，而直徑為未知，所因許用應(yīng)力的安全系數(shù)與螺栓的直徑有關(guān)，而直徑為未知，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先假定螺栓的直徑范圍，選取許用安全系數(shù)，以在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先假定螺栓的直徑范圍，選取許用安全系數(shù)，確定許用應(yīng)力，在強(qiáng)度計(jì)算結(jié)束后，將計(jì)算結(jié)果與假設(shè)條件進(jìn)確定許用應(yīng)力，在強(qiáng)度計(jì)算結(jié)束后，將計(jì)算結(jié)果與假設(shè)條件進(jìn)行比較，根據(jù)二者的差異大小進(jìn)行必要的調(diào)整。行比較，根據(jù)二者的差異大小進(jìn)行必要的調(diào)整。3. 強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算 按設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和強(qiáng)度條件求出螺栓危險(xiǎn)斷面按設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和強(qiáng)度條件求出螺栓危險(xiǎn)斷面的直徑的

10、直徑( (或校核螺栓的強(qiáng)度或校核螺栓的強(qiáng)度) )，并從相關(guān)資料中查取該螺栓的公，并從相關(guān)資料中查取該螺栓的公稱(chēng)直徑及其它尺寸。注意：緊螺栓連接計(jì)算時(shí)公式中的稱(chēng)直徑及其它尺寸。注意：緊螺栓連接計(jì)算時(shí)公式中的1.3 的含義。的含義。如圖所示，有一鋼制氣缸，如圖所示，有一鋼制氣缸，缸體與缸蓋采用缸體與缸蓋采用6 個(gè)個(gè)M12 的螺栓連接，螺栓的材料的螺栓連接，螺栓的材料為為Q235Q235 ，裝配時(shí)控制預(yù)裝配時(shí)控制預(yù)緊力，氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)緊力，氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)P=0.5MPa ，考慮密封性要求考慮密封性要求FFP P1.6F1.6F。假設(shè)螺栓的相對(duì)剛度。假設(shè)螺栓的相對(duì)剛度C C1 1/(C/(C1 1+C+C

11、2 2)=0.2)=0.2，被，被連接件的相對(duì)剛度連接件的相對(duì)剛度C C1 1/(C/(C1 1+C+C2 2)=)=0.8 ,氣缸內(nèi)徑氣缸內(nèi)徑D D=100mm。 試確定此連接所需要的預(yù)緊力試確定此連接所需要的預(yù)緊力FP？解：解：此連接螺栓組所受的載荷為預(yù)緊力和軸向工作此連接螺栓組所受的載荷為預(yù)緊力和軸向工作載荷，屬于緊螺栓連接，工作時(shí)缸體和缸蓋的接合載荷，屬于緊螺栓連接，工作時(shí)缸體和缸蓋的接合面之間必須保持足夠的壓緊力，以防漏氣。本例中面之間必須保持足夠的壓緊力，以防漏氣。本例中的螺栓連接可能出現(xiàn)的失效形式有：的螺栓連接可能出現(xiàn)的失效形式有：(1) (1) 螺栓靜強(qiáng)螺栓靜強(qiáng)度不足導(dǎo)致螺栓發(fā)

12、生塑性變形或被拉斷；度不足導(dǎo)致螺栓發(fā)生塑性變形或被拉斷；(2) (2) 殘余殘余預(yù)緊力不足導(dǎo)致失去連接的緊密性而漏氣。因此本預(yù)緊力不足導(dǎo)致失去連接的緊密性而漏氣。因此本例題的計(jì)算應(yīng)從保證螺栓有足夠的強(qiáng)度及連接有足例題的計(jì)算應(yīng)從保證螺栓有足夠的強(qiáng)度及連接有足夠的殘余預(yù)緊力兩方面出發(fā)。夠的殘余預(yù)緊力兩方面出發(fā)。1.1.單個(gè)螺栓所受的工作載荷單個(gè)螺栓所受的工作載荷氣缸工作面積為氣缸工作面積為單個(gè)螺栓所承受工作載荷為單個(gè)螺栓所承受工作載荷為2.2.單個(gè)單個(gè)M12 M12 螺栓所允許的最大拉力螺栓所允許的最大拉力 查查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知M12的的螺栓螺栓d1=10.106mm， 由螺栓精度

13、等級(jí)為由螺栓精度等級(jí)為4.6，查表查表9-5 得得S=240MPa 查表查表9-4 得得S=1.5, =S/S=240/1.5=160 MPa。由強(qiáng)度條件由強(qiáng)度條件得得3.3.確定預(yù)緊力允許的范圍確定預(yù)緊力允許的范圍(1) 根據(jù)螺栓的靜強(qiáng)度條件確定螺栓允許的最大預(yù)緊力根據(jù)螺栓的靜強(qiáng)度條件確定螺栓允許的最大預(yù)緊力由由得得(2) 根據(jù)螺栓連接緊密性要求根據(jù)螺栓連接緊密性要求( (FP 1.6F )允許的最允許的最小預(yù)緊力小預(yù)緊力由由得得則每個(gè)螺栓的預(yù)緊力應(yīng)控制在以下范圍內(nèi)則每個(gè)螺栓的預(yù)緊力應(yīng)控制在以下范圍內(nèi), ,即即自測(cè)試題自測(cè)試題一、一、 判斷題（正確判斷題（正確: :；錯(cuò)誤；錯(cuò)誤:F:F）1.

14、梯形螺紋主要用于連接。梯形螺紋主要用于連接。2.三角形螺紋的導(dǎo)程角三角形螺紋的導(dǎo)程角 等于牙型角等于牙型角。3.三角形螺紋的傳動(dòng)效率低于梯形螺紋。三角形螺紋的傳動(dòng)效率低于梯形螺紋。 答答 案案4. 單線普通三角螺紋主要用于連接。單線普通三角螺紋主要用于連接。5. 普通螺栓連接適用于被連接件不太厚且兩邊普通螺栓連接適用于被連接件不太厚且兩邊均有操作空間的場(chǎng)合。均有操作空間的場(chǎng)合。6. 對(duì)于重要的連接不控制預(yù)緊力時(shí)對(duì)于重要的連接不控制預(yù)緊力時(shí), , 一般不選用一般不選用小于小于M12 M16 的螺栓。的螺栓。7. 緊螺栓連接強(qiáng)度條件中的緊螺栓連接強(qiáng)度條件中的1.3 是考慮緊螺栓連接是考慮緊螺栓連接

15、中螺栓受拉的同時(shí)還受扭中螺栓受拉的同時(shí)還受扭。8. 受軸向載荷作用的緊螺栓其總載荷受軸向載荷作用的緊螺栓其總載荷F0= FP+ F。9. 有自鎖性的螺紋傳動(dòng)效率高。有自鎖性的螺紋傳動(dòng)效率高。10. 機(jī)械式防松可用于重要且不易觀察到的機(jī)械機(jī)械式防松可用于重要且不易觀察到的機(jī)械裝置內(nèi)部。裝置內(nèi)部。 答答 案案二、二、 選擇題選擇題1. 螺紋主要用于連接。螺紋主要用于連接。 A. A. 三角形螺紋三角形螺紋 B. B. 梯形螺紋梯形螺紋 C. C. 圓弧螺紋圓弧螺紋 D. D. 鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋2. 雙線螺紋的螺距雙線螺紋的螺距P與導(dǎo)程與導(dǎo)程S的關(guān)系為的關(guān)系為 。 . SP B. S=2P C.

16、 P=2S D. 4SP B. S=2P C. P=2S D. 4SP3. 三角形螺紋與矩形螺紋相比其自鎖性三角形螺紋與矩形螺紋相比其自鎖性 。 . . 低低 B. B. 高高 C. C. 一樣一樣 D. D. 不一定不一定4. 相同公稱(chēng)直徑的普通粗牙螺紋與細(xì)牙螺紋相比，相同公稱(chēng)直徑的普通粗牙螺紋與細(xì)牙螺紋相比，其自鎖性其自鎖性。 A. A. 低低 B. B. 高高 C. C. 一樣一樣 D. D. 不一定不一定 答答 案案5.5.在下列四種具有相同公稱(chēng)直徑、相同螺距并采用相在下列四種具有相同公稱(chēng)直徑、相同螺距并采用相同配對(duì)材料的螺旋副中，傳動(dòng)效率最高的是同配對(duì)材料的螺旋副中，傳動(dòng)效率最高的是

17、。 A. A. 單線三角形螺旋副單線三角形螺旋副 B. B. 單線梯形螺旋副單線梯形螺旋副 C. C. 雙線矩形螺旋副雙線矩形螺旋副 D. D. 雙線梯形螺旋副雙線梯形螺旋副6.6.下列防松方法中下列防松方法中 為靠摩擦力防松。為靠摩擦力防松。 . .槽型螺母配合開(kāi)口銷(xiāo)槽型螺母配合開(kāi)口銷(xiāo) B. B. 彈簧墊圈彈簧墊圈 C. C. 串聯(lián)鐵絲串聯(lián)鐵絲 D. D. 止退墊圈止退墊圈7.7.受橫向載荷作用的普通螺栓連接的工作原理是受橫向載荷作用的普通螺栓連接的工作原理是。連接接合面摩擦力平衡外載荷連接接合面摩擦力平衡外載荷螺栓受剪平衡外載荷螺栓受剪平衡外載荷螺栓受擠壓平衡外載荷螺栓受擠壓平衡外載荷A.

18、A. 螺栓的預(yù)緊力平衡外載荷螺栓的預(yù)緊力平衡外載荷 答答 案案8.8.受橫向載荷作用的鉸制孔用螺栓連接的工作原理受橫向載荷作用的鉸制孔用螺栓連接的工作原理是是 。 A. A. 連接接合面摩擦力平衡外載荷連接接合面摩擦力平衡外載荷 B. B. 螺栓受剪切和螺桿受擠壓平衡外載荷螺栓受剪切和螺桿受擠壓平衡外載荷 C. C. 附加減載裝置平衡外載荷附加減載裝置平衡外載荷 D. D. 螺桿受擠壓平衡外載荷螺桿受擠壓平衡外載荷9.9.普通緊螺栓連接其螺桿所受的載荷為普通緊螺栓連接其螺桿所受的載荷為。 A. A. 拉伸載荷拉伸載荷 B. B. 拉伸和扭轉(zhuǎn)聯(lián)合載荷拉伸和扭轉(zhuǎn)聯(lián)合載荷 C. C. 預(yù)緊力和工作載荷預(yù)緊力和工作載荷 D. D. 橫向剪切載荷橫向剪切載荷 答答 案案10.10.鋼制螺釘旋入鋼制被連接件鋼制螺釘旋入鋼制被連接件, ,螺釘?shù)淖钚⌒肼葆數(shù)淖钚⌒腴L(zhǎng)度長(zhǎng)度 。 A. A. 等于螺釘?shù)墓Q(chēng)直徑等于螺釘?shù)墓Q(chēng)直徑 B. B. 等于公稱(chēng)直徑的等于公稱(chēng)直徑的1.