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文檔簡介
1、第三章第三章 螺紋聯接與螺旋傳動螺紋聯接與螺旋傳動2 3-1概述概述3-2螺紋螺紋3-3螺紋聯接類型和標準聯接件螺紋聯接類型和標準聯接件一、螺紋基礎知識一、螺紋基礎知識二、常用螺紋的類型、特點和應用二、常用螺紋的類型、特點和應用三、螺紋副的受力、效率和自鎖三、螺紋副的受力、效率和自鎖 一、聯接的作用一、聯接的作用二、聯接的分類二、聯接的分類一、螺紋聯接的類型一、螺紋聯接的類型 二、標準聯接件二、標準聯接件 3-4螺紋聯接的預緊和防松螺紋聯接的預緊和防松目錄目錄3 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算一、設計步驟一、設計步驟二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算三、螺栓組聯接的結構設
2、計三、螺栓組聯接的結構設計四、螺栓聯接件的材料與許用應力四、螺栓聯接件的材料與許用應力五、提高螺栓聯接強度的措施五、提高螺栓聯接強度的措施目錄目錄3-6螺旋傳動螺旋傳動4 一、聯接的作用一、聯接的作用零件零件構件構件部件部件機器機器聯接聯接聯接聯接聯接聯接二、聯接的分類二、聯接的分類1、動聯接:被聯接零件可相對運動、動聯接:被聯接零件可相對運動運動副運動副2、靜聯接:被聯接零件無相對運動、靜聯接:被聯接零件無相對運動構件構件(1)可拆聯接:螺紋、鍵、銷、成型聯接)可拆聯接:螺紋、鍵、銷、成型聯接(2)不可拆聯接:鉚接、焊接、膠結)不可拆聯接:鉚接、焊接、膠結(3)過盈配合:溫差法裝入)過盈配合
3、:溫差法裝入可拆可拆 壓如法裝入壓如法裝入不可拆不可拆3-1概述概述5 3-2螺紋螺紋一、螺紋聯接的基礎知識一、螺紋聯接的基礎知識1 1、螺旋線與螺紋、螺旋線與螺紋(1)定義:動點繞定軸勻速圓周運動,)定義:動點繞定軸勻速圓周運動, 并沿軸線方向勻速并沿軸線方向勻速 上升,動點軌跡為螺旋線。上升,動點軌跡為螺旋線。一、螺紋聯接的基礎知識一、螺紋聯接的基礎知識(2)直觀:直角三角形斜邊與圓柱體表面的交線)直觀:直角三角形斜邊與圓柱體表面的交線2、螺紋分類、螺紋分類(1 1)螺紋位置:內、外螺紋)螺紋位置:內、外螺紋(2 2)母體形狀:圓柱、圓錐螺紋)母體形狀:圓柱、圓錐螺紋(3 3)牙型:三角形
4、、矩形、梯形、矩齒形)牙型:三角形、矩形、梯形、矩齒形(4 4)旋向:左、右)旋向:左、右6 3-2螺紋聯接螺紋聯接3 3、普通螺紋的主要參數、普通螺紋的主要參數一、螺紋聯接的基礎知識一、螺紋聯接的基礎知識大徑大徑d d公稱直徑(查標準)公稱直徑(查標準)小徑小徑d d1 1計算直徑(強度計算)計算直徑(強度計算)中徑中徑d d2 2幾何直徑(幾何計算)幾何直徑(幾何計算)螺距螺距P P相鄰螺牙對應點間軸向距離相鄰螺牙對應點間軸向距離線數線數n n螺紋螺旋線的數目螺紋螺旋線的數目導程導程S S同一螺線相鄰螺牙對應同一螺線相鄰螺牙對應點間的軸向距離點間的軸向距離 S=nPS=nP2 arctan
5、dS 升角升角螺旋線的切線與垂直于螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角螺紋軸線的平面間的夾角牙型角牙型角螺紋軸截面內,牙型兩側邊的夾角螺紋軸截面內,牙型兩側邊的夾角牙側角牙側角螺紋軸截面內,牙型側邊與橫截面的夾角螺紋軸截面內,牙型側邊與橫截面的夾角工作高度工作高度h h內外螺紋旋合后的接觸面的徑向高度內外螺紋旋合后的接觸面的徑向高度7 3-2螺紋聯接螺紋聯接二、常用螺紋的種類、特點和應用二、常用螺紋的種類、特點和應用二、常用螺紋的種類、特點和應用二、常用螺紋的種類、特點和應用1、聯接螺紋:要求自鎖、聯接螺紋:要求自鎖三角形螺紋三角形螺紋(1)普通螺紋()普通螺紋(=60) 粗牙:常用的聯
6、接螺紋粗牙:常用的聯接螺紋 細牙:用于薄壁件或密封處細牙:用于薄壁件或密封處普通螺紋普通螺紋管螺紋管螺紋(2)管螺紋)管螺紋(=55) (英制)(英制) 一般管路聯接一般管路聯接 圓柱圓柱:螺紋中線與管軸線平行:螺紋中線與管軸線平行 牙頂圓角,旋合后無隙,密封性好牙頂圓角,旋合后無隙,密封性好 圓錐:螺紋中線與管子軸線不平行,自密封性好圓錐:螺紋中線與管子軸線不平行,自密封性好8 3-2螺紋聯接螺紋聯接二、常用螺紋的種類、特點和應用二、常用螺紋的種類、特點和應用2、傳動螺紋:要求效率高、傳動螺紋:要求效率高(1)矩形螺紋()矩形螺紋(=0) 效率高,牙根強度差,磨損難補償效率高,牙根強度差,磨
7、損難補償(2)梯形螺紋()梯形螺紋(=30) 效率較高,牙根強度高,對中好,效率較高,牙根強度高,對中好, 磨損后用剖分螺母補償間隙磨損后用剖分螺母補償間隙常用常用(3)鋸齒形螺紋()鋸齒形螺紋( 工工=3 、非工非工=30) 兼?zhèn)渚匦?、梯形螺紋的優(yōu)點,兼?zhèn)渚匦?、梯形螺紋的優(yōu)點, 非工作面牙根圓角大,強度高非工作面牙根圓角大,強度高矩形螺紋矩形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋三角形三角形矩形矩形梯形梯形矩齒形矩齒形9 三、三、矩形螺紋矩形螺紋(牙型角(牙型角=00)螺紋副的受力、效率與自鎖)螺紋副的受力、效率與自鎖使滑塊等速運動所需要的水平力 等速上升: F=Fatan(+)等速上升所
8、需力矩:T= Fd2/2= Fatan(+)d2/23-2螺紋聯接螺紋聯接三、螺紋副的受力、效率與自鎖三、螺紋副的受力、效率與自鎖螺紋副中,螺母所受到的軸向載荷Fa是沿螺紋各圈分布的,為便于分析,用集中載荷Fa代替,并設Fa作用于中徑d2圓周的一點上。這樣,當螺母相對于螺桿等速旋轉時,可看作為一滑塊(螺母)沿著以螺紋中徑d2展開,斜度為螺紋升角的斜面上等速滑動。1 1、受力分析、受力分析勻速擰緊螺母時,相當于以水平力推力F推動滑塊沿斜面等速向上滑動。設法向反力為Fn,則摩擦力為fFn ,f為摩擦系數, 為摩擦角, = arctan f。由于滑塊沿斜面上升時,摩擦力向下,故總反力FR與Fa的的夾
9、角為+ 。由力的平衡條件可知,FR、F和Fa三力組成力封閉三角形,由圖可得:等速下降: F=Fatan()等速下降所需力矩:T= Fd2/2=Fatan()d2/210 2 2、螺紋的自鎖、螺紋的自鎖螺母等速松退時的受力分析:此時相當于滑塊沿斜面等速下滑,由力的封閉三角形,得: 若,則F0,這時必須加一反向作用力F才會使滑塊下滑,若不加外力,則不論Fa有多大,滑塊也不會下滑,這種現象叫自鎖。自鎖條件:tantan22tantan22212dFdFTSFWWaaa3-2螺紋聯接螺紋聯接三、螺紋副的受力、效率與自鎖三、螺紋副的受力、效率與自鎖3 3、螺旋副的效率、螺旋副的效率螺旋副效率為有效功W2
10、與輸入功W1之比。螺母在力矩T作用下轉動一周時,輸入功W1=2T,此時升舉重物所作的有效功W2= Fa S;故螺旋副的效率為:11 令f =f/ cos稱當量摩擦系數。與當量摩擦系數對應的摩擦角稱為當量摩擦角,用/ 表示。擰緊螺母時所需的水平推力及轉矩:由于矩形螺紋與非矩形螺紋的運動關系相同,將/代替后可得:3-2螺紋聯接螺紋聯接三、螺紋副的受力、效率與自鎖三、螺紋副的受力、效率與自鎖4 4 、非矩形螺紋非矩形螺紋螺紋的牙型角0時的螺紋為非矩形螺紋,如教材圖35b所示。非矩形螺紋的螺桿和螺母相對轉動時,可看成楔形滑塊沿楔形斜面移動;平面時法向反力FN=Fa; 平面時摩擦力Ff =fFN =fF
11、a;楔形面時法向反力FN=Fa/cos;楔形面摩擦力Ff =fFN =fFa/ cos;12 使滑塊等速運動所需要的水平力 等速上升: F=Fatan(+/)等速上升所需力矩: T= Fd2/2= Fatan(+ /)d2/2等速下降: F=Fatan(-/)等速下降所需力矩: T= Fd2/2= Fatan(-/)d2/2自鎖條件: /效率為:由于三角形螺紋的=/2=300;梯形螺紋=/2=150;鋸齒形螺紋=30;矩形螺紋=00,所以各種螺紋的當量摩擦系數之間有如下關系:f/三角f/梯形f/鋸齒f/矩形可見,三角形螺紋的f/大,自鎖性能好,且牙根強度高,故常用于聯接 。梯形、鋸齒形及矩形螺
12、紋,多用于傳動。/tantan3-2螺紋聯接螺紋聯接三、螺紋副的受力、效率與自鎖三、螺紋副的受力、效率與自鎖13 3-2螺紋聯接螺紋聯接三、螺紋副的受力、效率與自鎖三、螺紋副的受力、效率與自鎖14 3-3螺紋聯接的類型與標準聯接件螺紋聯接的類型與標準聯接件一、螺紋聯接類型一、螺紋聯接類型1 1、螺栓聯接、螺栓聯接被聯件較薄、易做成通孔處,可經常拆卸。被聯件較薄、易做成通孔處,可經常拆卸。(1 1)普通螺栓:被聯件孔與螺栓桿有間隙,可承受橫向、軸向外載、應用)普通螺栓:被聯件孔與螺栓桿有間隙,可承受橫向、軸向外載、應用最廣最廣(2 2)鉸制孔用螺栓:被聯件孔與螺栓桿基孔制過渡配合,承受橫向外載)
13、鉸制孔用螺栓:被聯件孔與螺栓桿基孔制過渡配合,承受橫向外載普通螺栓普通螺栓鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓桿孔間隙桿孔間隙過渡配合面過渡配合面15 螺栓聯接螺栓聯接16 螺栓聯接螺栓聯接螺栓聯接:兩被聯接零件較薄,可做成通孔場合螺栓聯接:兩被聯接零件較薄,可做成通孔場合17 3-3螺紋聯接的類型與標準聯接件螺紋聯接的類型與標準聯接件2 2、雙頭螺柱聯接、雙頭螺柱聯接被聯件之一較厚、不易做成通孔,需經常拆卸處被聯件之一較厚、不易做成通孔,需經常拆卸處18 3-3螺紋聯接的類型與標準聯接件螺紋聯接的類型與標準聯接件3 3、螺釘聯接、螺釘聯接被聯件之一較厚、不易做成通孔,不需經常拆卸處被聯件之一較厚、不易做
14、成通孔,不需經常拆卸處19 3-3螺紋聯接的類型與標準聯接件螺紋聯接的類型與標準聯接件4 4、緊定螺釘聯接、緊定螺釘聯接 :固定兩零件相對位置,可傳不大轉矩:固定兩零件相對位置,可傳不大轉矩平端緊定螺釘平端緊定螺釘錐端緊定螺釘錐端緊定螺釘20 3-3螺紋聯接的類型與標準聯接件螺紋聯接的類型與標準聯接件特殊聯接:地腳螺栓聯特殊聯接:地腳螺栓聯接接 , 吊環(huán)螺釘聯接吊環(huán)螺釘聯接21 3-3螺紋聯接的類型與標準聯接件螺紋聯接的類型與標準聯接件二、標準聯接件二、標準聯接件1 1、螺紋聯接件均為標準件,設計中根據需要按工程尺寸選用、螺紋聯接件均為標準件,設計中根據需要按工程尺寸選用2 2、螺紋聯接件等級
15、、螺紋聯接件等級GB3103.1-82GB3103.1-82規(guī)定:螺紋聯接件分規(guī)定:螺紋聯接件分A A、B B、C C三級三級A A級:精密配合,防振場合級:精密配合,防振場合B B級:受載較大,常拆卸調整、變載場合級:受載較大,常拆卸調整、變載場合C C級:一般聯接級:一般聯接22 3-4螺紋聯接的預緊與防松螺紋聯接的預緊與防松一、預緊一、預緊工作前擰緊工作前擰緊1 1、目的:增加螺紋聯接剛度、緊密性和防松能力、目的:增加螺紋聯接剛度、緊密性和防松能力2 2、要求:裝配時控制預緊力在規(guī)定范圍內、要求:裝配時控制預緊力在規(guī)定范圍內s 8 . 0 預緊預緊(3 3)測螺栓伸長量)測螺栓伸長量3
16、3、預緊力控制方法、預緊力控制方法(1 1)定力矩扳手)定力矩扳手(2 2)測力矩扳手)測力矩扳手一、預緊一、預緊23 3-4螺紋聯接的預緊與防松螺紋聯接的預緊與防松一、預緊一、預緊扳手擰緊力矩扳手擰緊力矩T=FL, 擰緊時螺母:擰緊時螺母:T=T1+T2T擰緊力矩擰緊力矩 T1螺紋摩擦阻力矩螺紋摩擦阻力矩 T2螺母端環(huán)形面與被聯接件間的摩擦力矩螺母端環(huán)形面與被聯接件間的摩擦力矩F作用于手柄上的力作用于手柄上的力,L力臂力臂 由于直徑過小的螺栓,容易在擰緊時過載拉斷,所以對于由于直徑過小的螺栓,容易在擰緊時過載拉斷,所以對于重要的聯接不宜小于重要的聯接不宜小于M122)(21dtgFT/0 -
17、)(31202030302dDdDFfT0c- - )(32)(2120203030221dDdDftgdFTTTc/0- - - d0.2FT0 1515Ld 75FF0 24 3-4螺紋聯接的預緊與防松螺紋聯接的預緊與防松二、防松二、防松1 1、目的:防止螺桿與螺母相對轉動、目的:防止螺桿與螺母相對轉動3 3、防松方法、防松方法2 2、原因:設計條件下、原因:設計條件下/ /,靜載、恒溫條件不會松脫,靜載、恒溫條件不會松脫 變載、振動、溫差大引起螺牙間摩擦力瞬時消失變載、振動、溫差大引起螺牙間摩擦力瞬時消失松脫松脫(1 1)摩擦防松)摩擦防松利用輔助元件(結構)防止螺紋副間摩擦力消失利用輔
18、助元件(結構)防止螺紋副間摩擦力消失a a、彈簧墊圈、彈簧墊圈b b、雙螺母防松、雙螺母防松c c、橢圓口自鎖螺母、橢圓口自鎖螺母 d d、橫向切口螺母、橫向切口螺母二、防松二、防松25 3-4螺紋聯接的預緊與防松螺紋聯接的預緊與防松(2 2)機械防松)機械防松利用防松元件約束螺紋副相對運動利用防松元件約束螺紋副相對運動- -沖擊、變載場合沖擊、變載場合止動墊片止動墊片開口銷與開槽螺母開口銷與開槽螺母二、防松二、防松26 3-4螺紋聯接的預緊與防松螺紋聯接的預緊與防松(2 2)機械防松)機械防松利用防松元件約束螺紋副相對運動利用防松元件約束螺紋副相對運動- -沖擊、變載場合沖擊、變載場合圓螺母
19、止動墊片圓螺母止動墊片二、防松二、防松27 3-4螺紋聯接的預緊與防松螺紋聯接的預緊與防松(3 3)破壞螺紋副防松)破壞螺紋副防松防松可靠,沖擊振動大、重要聯接防松可靠,沖擊振動大、重要聯接沖點法:沖壞螺紋副沖點法:沖壞螺紋副二、防松二、防松端焊法:端部焊死端焊法:端部焊死粘結法:擰緊時涂膠粘結法:擰緊時涂膠28 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算一、設計計算內容與步驟一、設計計算內容與步驟1 1、結構設計:確定螺栓布置形式、數量、結構設計:確定螺栓布置形式、數量2 2、受力分析:確定螺栓組中受力最大螺栓和所受最大力、受力分析:確定螺栓組中受力最大螺栓和所受最大力3 3、強度計算:按受
20、力最大螺栓確定整組螺栓直徑、強度計算:按受力最大螺栓確定整組螺栓直徑一、設計計算步驟一、設計計算步驟二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算(一)普通螺栓聯接傳遞軸向外力(一)普通螺栓聯接傳遞軸向外力1 1、只受工作載荷作用的螺栓聯接(工作前不預緊,例:起重吊鉤)、只受工作載荷作用的螺栓聯接(工作前不預緊,例:起重吊鉤)FaFa2或拉斷)失效形式:螺栓塑變(1aF)受力分析:(;MPaaNF工作載荷螺栓許用應力-4 321adF)設計準則:(29 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算2 2、只受預緊力的螺栓聯接(、只受預緊力的螺栓聯接(工作前預緊,工作中受力不變,例:普通設備蓋板工作
21、前預緊,工作中受力不變,例:普通設備蓋板)二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算(1 1)受力分析)受力分析5 . 0TFF16 114 003121ddT摩擦力矩:預緊力:3 . 1)5 . 0(332222e合成應力:合成應力:單個螺栓預緊力)設計準則:(-0210eF 4 F3 . 13d(2 2)失效形式:螺栓塑變或拉斷)失效形式:螺栓塑變或拉斷注:受拉、剪應力復合作用的螺栓,可按受純拉伸處理注:受拉、剪應力復合作用的螺栓,可按受純拉伸處理, , 將拉應力將拉應力加大加大30%30%計入剪應力的影響。計入剪應力的影響。30 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算3 3、受預緊
22、力、受預緊力F F0 0和工作載荷和工作載荷F FE E作用的螺栓聯接(作用的螺栓聯接(例:氣缸螺栓例:氣缸螺栓)(2 2)受力分析)受力分析ZFFE1:)單個螺栓受工作載荷(工作載荷工作載荷F FE E螺栓受載螺栓受載被聯接件受載被聯接件受載預緊狀態(tài)預緊狀態(tài)F FE E作用前作用前預緊拉力預緊拉力F F0 0預緊壓力預緊壓力F F0 0工作狀態(tài)工作狀態(tài)F FE E作用后作用后( (拉力增加拉力增加) )總載荷總載荷 F Fa a( (壓力下降壓力下降) )殘余預緊力殘余預緊力F FR R二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算F Fa ab0b0c0c0F F0 0F F0 0F F0
23、0F Fa aF FR RF FE E31 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算a.a.總載荷總載荷F Fa a=?; =?; 殘余預緊力殘余預緊力F FR R= =?載荷載荷螺栓變形螺栓變形被聯接件變形被聯接件變形變形關系變形關系預緊狀態(tài)預緊狀態(tài)F F0 0作用下作用下伸長伸長b0b0壓縮壓縮c0c0b0b0 c0c0工作狀態(tài)工作狀態(tài)F F0 0 、F FE E共同作用共同作用伸長伸長b0b0 + +壓縮壓縮c0c0 - - = =由圖得總載荷由圖得總載荷: :bEFFF0RaFF二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算變形變形力力b0FbFcFaFRFEF0C032 3-5螺紋聯
24、接的設計計算螺紋聯接的設計計算b. b. F Fb b = =?由圖知由圖知: : cbEbbkFFkF- 00bbkF EcbbbFkkkF)53(-表螺栓相對剛度式中:cbbkkk 00cckF 螺栓剛度螺栓剛度:被聯接件剛度:被聯接件剛度:E00FkkkFFFFcbbba總載荷:二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算變形變形力力b0FbFcFaFRFEF0C033 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算結論:為減小螺栓總載荷,被聯接件剛度不宜太??;結論:為減小螺栓總載荷,被聯接件剛度不宜太??;(3)失效形式:)失效形式:a:被聯件結合面出縫隙;被聯件結合面出縫隙; b:螺栓塑變
25、或被拉斷螺栓塑變或被拉斷二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算cbEabbcFFFkkkkk0 0;時,當討論:討論:kcbbEakkFFF0 ;、kEREcbbbaFFFkkFFFF00總載荷:34 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算(4)設計準則:)設計準則:EREEREERFFFFFFFF)(平穩(wěn):)(波動:一般聯接)(有緊密性要求:6 . 02 . 00 . 16 . 08 . 15 . 10RFa:保證被聯件結合面不出縫隙保證被聯件結合面不出縫隙EcbbRRFkkkFFFF)1 (00,-:應加的預緊力保證要求殘余預緊力二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算35
26、3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算b:保證螺栓不拉斷或塑變保證螺栓不拉斷或塑變I:FE為靜載荷(考慮工作時需要補充擰緊,應計入螺紋力矩的影響)為靜載荷(考慮工作時需要補充擰緊,應計入螺紋力矩的影響)4 3 . 121 dFaeII:FE為變載荷為變載荷(按應力幅校核螺桿疲勞強度)(按應力幅校核螺桿疲勞強度)aaEFFF 螺栓應力幅:螺栓拉力:工作載荷:0 0二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算21Ecbb021minmaxF2kkk)(2)(21dFFdaa-36 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算(二)普通螺栓傳遞橫向外力(二)普通螺栓傳遞橫向外力(1)工作原理:結合
27、面摩擦力平衡橫向外力)工作原理:結合面摩擦力平衡橫向外力 4d 3 . 1210 Fe二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算(2)受力分析:螺栓受預緊拉力:)受力分析:螺栓受預緊拉力:F0 被聯件受預緊壓力:被聯件受預緊壓力:F0(3)失效形式:)失效形式: (1)螺栓塑變、拉斷螺栓塑變、拉斷 (2)被聯件相對滑移)被聯件相對滑移(4)設計準則:)設計準則: (1)螺栓不塑變、不拉斷(只受預緊力)螺栓不塑變、不拉斷(只受預緊力)(2)被聯接件不相對滑移被聯接件不相對滑移CFzmfF 0螺栓組所受總橫向力可靠性系數接合面數螺栓數結合面摩擦系數預緊力式中:-F C 0mzfF注:普螺聯接傳橫
28、向力,螺栓受拉裝拆放便,注:普螺聯接傳橫向力,螺栓受拉裝拆放便,但所需螺栓直徑大,沖擊、振動時摩擦傳力不可靠。但所需螺栓直徑大,沖擊、振動時摩擦傳力不可靠。37 討論討論:若若 f =0.2, z=1, m=1, Cf =0.2, z=1, m=1, C =1.2 ,=1.2 ,則則 F F0 0 =C =C F/zmF/zm f=6 Ff=6 F 1 1)普通螺栓靠摩擦力抵抗橫向工作載荷,要求保持比較大的預緊力,會使螺)普通螺栓靠摩擦力抵抗橫向工作載荷,要求保持比較大的預緊力,會使螺栓結構尺寸增加。栓結構尺寸增加。 2 2)若要采用普通螺栓,靠利用減載鍵、銷或減載套筒。)若要采用普通螺栓,靠
29、利用減載鍵、銷或減載套筒。3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算38 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算(三)普通螺栓傳遞扭矩(三)普通螺栓傳遞扭矩1、工作原理:摩擦傳扭矩、工作原理:摩擦傳扭矩4d 3 . 1210 Fe二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算2、受力分析:螺栓受預緊拉力:、受力分析:螺栓受預緊拉力:F 0 被聯件受預緊壓力:被聯件受預緊壓力:F03、失效形式:(、失效形式:(1)螺栓塑變、拉斷螺栓塑變、拉斷 (2)被聯件相對滑移(轉動)被聯件相對滑移(轉動)4、設計準則:、設計準則: (1)螺栓不塑變、不拉斷(只受
30、預緊力)螺栓不塑變、不拉斷(只受預緊力)普螺傳遞力矩普螺傳遞力矩 fFfF0 039 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算ziCTrfF1i0 (2)被聯接件不相對滑動(轉動被聯接件不相對滑動(轉動)ziirfCTF10 保證不滑動,單個螺栓所需預緊力保證不滑動,單個螺栓所需預緊力的距離螺栓中心到螺栓組中心結合面摩擦系數螺栓組中螺栓數螺栓組承受的總力矩可靠性系數螺栓預緊力式中:-ifTCCFrz3 .11 .10普螺傳遞力矩普螺傳遞力矩 fFfF0 040 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算(四)鉸制孔螺栓傳遞橫向外力(四)鉸制孔螺栓傳
31、遞橫向外力1、工作原理:桿孔擠壓、螺桿受剪傳遞橫向力、工作原理:桿孔擠壓、螺桿受剪傳遞橫向力二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算2、失效形式:(、失效形式:(1)桿孔結合面壓潰桿孔結合面壓潰 (2)螺桿剪斷)螺桿剪斷3、設計準則:、設計準則: (1)桿孔不壓潰)桿孔不壓潰10ppzdF(2)螺桿不剪斷)螺桿不剪斷420 zdF螺桿受擠壓最小接觸高度螺桿受擠壓最小接觸高度螺栓個數螺栓個數螺桿直徑螺桿直徑螺栓組成受的總橫向外力螺栓組成受的總橫向外力式中:式中:10-zdFp許用擠壓應力許用擠壓應力-許用剪應力許用剪應力-鉸制孔螺拴傳遞橫向力鉸制孔螺拴傳遞橫向力 1 1d d0 041 3-
32、5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算(五)鉸制孔螺栓傳遞扭矩(五)鉸制孔螺栓傳遞扭矩1、工作原理:桿孔擠壓、螺桿受剪傳遞扭矩、工作原理:桿孔擠壓、螺桿受剪傳遞扭矩二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算2、失效形式:(、失效形式:(1)桿孔結合面壓潰桿孔結合面壓潰 (2)螺桿剪斷)螺桿剪斷3、受力分析、受力分析: (1)距回轉中心最遠螺栓受力最大)距回轉中心最遠螺栓受力最大(2)螺栓所受最大力)螺栓所受最大力?maxFziiiTrF1 力矩平衡條件:maxmax rFrFii變形協(xié)調條件:maxmax rrFFiiziirTrF12maxmax 鉸制孔螺拴傳遞扭矩鉸制孔螺拴傳遞扭矩 42
33、 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算4、設計準則:、設計準則:二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算(1)桿孔不壓潰)桿孔不壓潰(2)螺桿不剪斷)螺桿不剪斷許用擠壓應力許用剪應力螺栓個數螺桿直徑高度螺桿與被聯件最小擠壓螺栓組成受的扭矩螺栓所受剪力,最大值式中:-01maxpizdTFFz10maxppdF4 20max Z Z dF43 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算(六六) )普通螺栓組承受傾覆力矩普通螺栓組承受傾覆力矩二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算1、基本假定基本假定(1)螺栓、地基為彈性體;)螺栓、地基為彈性體;(2)M作用在作用在z-z平面內,平
34、面內, 機座在機座在M作用下繞作用下繞O-O轉動轉動(3)機座剛性較大,變形后與)機座剛性較大,變形后與 地基的接觸面仍為平面地基的接觸面仍為平面2、受力分析受力分析0FaFcF2minp maxp 螺栓螺栓地基地基左側左側螺栓螺栓右右側側螺栓螺栓左側左側右側右側預緊預緊狀態(tài)狀態(tài)拉拉拉拉壓壓壓壓工作工作狀態(tài)狀態(tài)0F0F0F地基地基受力受力F FR R引起引起F F1c1c引起引起螺栓螺栓受力受力44 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算2、受力分析受力分析二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算F Fa aF FE EF FR RF F0 0F F1c1cF Fc cF F2c2cO
35、 Ob bO Oc cB B2 2B B1 1C C1 1C C2 2A A45 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算2、受力分析受力分析二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算ziiELLF12maxmaxM最大工作載荷:MFLLEziimax1max2(2)(2)代入代入(1)(1)力平衡條件力平衡條件變形協(xié)調條件變形協(xié)調條件(2) maxmaxmaxmaxEiEiEiEiFLLFLFLF(1) 1MLFziiEi傾覆力矩傾覆力矩個螺栓至翻轉中心之距個螺栓至翻轉中心之距第第心之距心之距受力最大螺栓至翻轉中受力最大螺栓至翻轉中式中:式中:- - - -MiLLi max46 3-5
36、螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算左側螺栓所受最大力:左側螺栓所受最大力:二、受力分析與強度計算二、受力分析與強度計算max0EcbbaFkkkFFmax02EcbccFkkkFF-右側螺栓所受最小力:右側螺栓所受最小力:3 3、失效形式、失效形式(1 1)螺栓被拉斷螺栓被拉斷(2 2)機座與地基的接合面被壓潰或出縫隙機座與地基的接合面被壓潰或出縫隙F Fa aF FE EF FR RF F0 0F F1c1cF Fc cF F2c2cO Ob bO Oc cB B2 2B B1 1C C1 1C C2 2A A47 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算4 4、設計準則、設計準則二、受
37、力分析與強度計算二、受力分析與強度計算 2143 . 1dFaemax0EcbbaFkkkFF式中:0.0maxmin-WMkkkAzFcbcppp(1 1)保證螺栓不塑變、不被拉斷保證螺栓不塑變、不被拉斷(2 2)左側不出縫隙左側不出縫隙(3 3)右側不被壓潰右側不被壓潰pcbcpppWMkkkAzF.0maxmaxWMAzFWMAzFkkkppcbc-0max0min 1 時,說明:當地基剛度較大48 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算三、螺栓組聯接的結構設計三、螺栓組聯接的結構設計螺栓組聯接結構設計的主要目的:合理地確定聯接接合面的幾何形狀螺栓組聯接結構設計的主要目的:合理地確定
38、聯接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式,力求各螺栓和聯接接合面間受力均勻,便于加工和螺栓的布置形式,力求各螺栓和聯接接合面間受力均勻,便于加工和裝配。和裝配。 (1)聯接接合面的幾何形狀通常都設計成軸對稱的簡單幾何形狀,如圓形、環(huán)形、矩形、框形、三角形等。不但利于加工制造,更便于對稱布置螺栓,使栓組的對稱中心與聯接結合面的幾何形心重合,保證聯接接合面受力均勻。49 (2)螺栓的布置應使各螺栓的受力合理。對于鉸制孔用螺栓聯接,不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置八個以上的螺栓,以免在和分布過于不均。當螺栓聯接承受彎矩或轉矩時,應使螺栓的位置適當靠近聯接接合面邊緣,以減小螺栓的受力。如果同時承受軸
39、向載荷和較大的橫向載荷,應采用銷、套筒、鍵等抗剪零件來承受橫向載荷,以減小螺栓的預緊力及其結構尺寸。3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算三、螺栓組聯接的結構設計三、螺栓組聯接的結構設計50 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算三、螺栓組聯接的結構設計三、螺栓組聯接的結構設計 (3)螺栓的排列應有合理的間距、邊距。布置螺栓時,各螺栓軸線以及螺栓軸線和機體壁間的最小距離,應根據扳手所需活動空間的大小來決定。51 (4)為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線,通常分布在同一圓周上的螺栓數目取成2,3,4、6、8等偶數。3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算三、螺栓組聯接的結構設計三、螺栓
40、組聯接的結構設計 (5)避免螺栓承受附加的彎曲載荷。除了在結構上設法保證載荷不偏心外,還應在工藝上保證被聯接件、螺母和螺栓頭部的支承面平整,并與螺栓軸線相垂直。在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時,應制成凸臺或沉頭座。當支承面為傾斜表面時,應采用斜面墊圈。52 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算四、螺紋聯接件的材料性能與許用應力四、螺紋聯接件的材料性能與許用應力四、螺紋聯接件的材料性能與許用應力四、螺紋聯接件的材料性能與許用應力1 1、螺紋聯接件的材料與性能等級、螺紋聯接件的材料與性能等級(1 1)常用材料:)常用材料: 碳碳 鋼:鋼:Q215-AQ215-A、Q235-AQ235-A、
41、3535、4545一般聯接一般聯接 合金鋼:合金鋼:15Cr15Cr、20Cr20Cr、30CrMnSi30CrMnSi等等重要聯接重要聯接(2 2)螺栓、螺母材料性能等級(表)螺栓、螺母材料性能等級(表3-93-9、3-103-10) a a、螺栓材料性能等級:、螺栓材料性能等級:3.63.6、4.64.6、4.84.8、5.65.6、5.85.8、6.86.8、8.88.8、9.89.8、10.910.9、12.9 12.9 b、螺母的性能等級:、螺母的性能等級:4,5,6,8,9,10,12 螺母性能等級表示可與該螺母相配最高性能等級螺栓抗拉強度的螺母性能等級表示可與該螺母相配最高性能等
42、級螺栓抗拉強度的1/100 10.100.bsbba 螺栓性能等級含義:MpabaMpaasb18010631030010031006 . 3 例:螺栓材料性能等級Mpaab40010041004 度為,相配螺栓最高抗拉強例:螺母材料性能等級53 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算2 2、螺紋聯接件的許用應力、螺紋聯接件的許用應力四、螺紋聯接件的材料性能與許用應力四、螺紋聯接件的材料性能與許用應力(1 1)許用應力影響因素:)許用應力影響因素: 載荷性質:靜、變載荷載荷性質:靜、變載荷 材料質量:性能等級材料質量:性能等級 結構尺寸:尺寸系數結構尺寸:尺寸系數 裝配質量:載荷控制準確性
43、裝配質量:載荷控制準確性(2 2)許用應力安全系數)許用應力安全系數普通螺栓聯接許用應力與安全系數普通螺栓聯接許用應力與安全系數螺栓受載情況螺栓受載情況靜載靜載變載變載許用應力許用應力按最大應力按最大應力參看式(參看式(1-22)控制預緊力時控制預緊力時的安全系數的安全系數s1.21.51.21.5S=2.54ss/ Ss/ 54 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算(2)許用應力與安全系數許用應力與安全系數四、螺紋聯接件的材料性能與許用應力四、螺紋聯接件的材料性能與許用應力鉸制孔螺栓聯接許用應力與安全系數鉸制孔螺栓聯接許用應力與安全系數載荷載荷性質性質材料材料螺桿剪切螺桿剪切桿孔擠壓桿
44、孔擠壓許用應力許用應力安全系數安全系數S許用應力許用應力安全系數安全系數Sp靜載靜載鋼鋼2.51.25鑄鐵鑄鐵22.5變載變載鋼鋼3.55 1. 5鑄鐵鑄鐵ss/ SPsp/ bPsp/ SPsp/ 2.532.53ss/ Psp/ b b 55 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算五、提高螺栓聯接強度的措施五、提高螺栓聯接強度的措施五、提高螺栓聯接強度的措施五、提高螺栓聯接強度的措施1 1、改善螺紋牙間的載荷分配、改善螺紋牙間的載荷分配螺牙間變形不協(xié)調,導致牙間載荷分配不均螺牙間變形不協(xié)調,導致牙間載荷分配不均普通螺栓損壞情況統(tǒng)計如圖普通螺栓損壞情況統(tǒng)計如圖 F Fa a56 3-5螺
45、紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算(1 1)均載螺母)均載螺母五、提高螺栓聯接強度的措施五、提高螺栓聯接強度的措施懸置螺母懸置螺母螺母體、螺母體、螺栓均受拉螺栓均受拉內斜螺母內斜螺母環(huán)槽螺母環(huán)槽螺母57 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算(2 2)鋼絲螺套)鋼絲螺套五、提高螺栓聯接強度的措施五、提高螺栓聯接強度的措施2 2、減小螺栓中應力幅、減小螺栓中應力幅EF0工作載荷波動:EcbbaFkkkFF00F 螺栓中載荷波動: 221aEcbbaFkkkd 螺栓中應力幅:acbakkF 可減小、提高不變,降低結論:保證58 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算降低螺栓剛度降低螺栓剛度k kb b措施:措施:五、提高螺栓聯接強度的措施五、提高螺栓聯接強度的措施采用柔性螺栓:采用柔性螺栓:增加螺栓長度、增加螺栓長度、減小螺栓光桿部分的直徑減小螺栓光桿部分的直徑、采用空心螺栓桿采用空心螺栓桿在螺母下安裝彈性元件在螺母下安裝彈性元件59 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯接的設計計算提高被聯接件剛度提高被聯接件剛度k kc c措施:措施:五、提高螺栓聯接強度的措施五、提高螺栓聯接強度的措施 采用剛度大的墊片采用剛度大的墊片 用密封環(huán)代替密封軟墊片用密封環(huán)代替密封軟墊片60 3-5螺紋聯接的設計計算螺紋聯
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