機械設(shè)計課件濮良貴

機械設(shè)計課件濮良貴第一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六第二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六螺紋形成：一平面圖形在螺旋線上繞制而成?！?—1螺紋一．螺紋的形成第三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六按截面形狀分三角形、矩形、梯形、鋸齒形和半圓形第四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六右旋左旋→判斷方法旋向①順時針旋進→右旋②以軸線為基準單頭→聯(lián)接多頭→傳動線數(shù)→判斷方法n=1n=2n=3第五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六ｄ(大徑－標準直徑)；ｄ1(小徑)；ｄ2(中徑)；Ｓ(導程):

Ｓ＝np

ｎ(螺旋線數(shù))p(螺距);Ψ(升角)：πｄ2Sψ牙型角α;牙側(cè)角β;=np二．螺紋參數(shù)第六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六三.螺紋的類型及應用

表5—1普通螺紋

α＝60°，α大，易自鎖管螺紋→α＝60°、55°→緊密粗牙牙高、d1小、Ψ大細牙牙淺、d1大、Ψ小，更易自鎖1.聯(lián)接螺紋（三角形）

(M)第七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六矩形螺紋

α＝０°梯形螺紋（Tr

）α＝30°β＝15°鋸齒形螺紋（S）

α＝33°β工＝3°β非＝30°2.傳動螺紋

α小、ψ大、多線、效率高第八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六一．螺紋聯(lián)接基本類型§5—2螺紋聯(lián)接的類型及標準聯(lián)接件1螺栓聯(lián)接

普通螺栓聯(lián)接：孔與桿間有間隙，方便，多用鉸制孔用螺栓聯(lián)接：孔與桿間無間隙，成本高第九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六3雙頭螺柱聯(lián)接用于被聯(lián)接件之一較厚,可以經(jīng)常裝拆的場合。2螺釘聯(lián)接用于被聯(lián)接件之一較厚,受力不大，不需常拆的場合。第十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六4緊定螺釘聯(lián)接多用于軸上零件的固定，傳遞較小的力。5其它地腳螺栓吊環(huán)螺釘?shù)谑豁?，共四十八頁，編輯?023年，星期六二．螺紋聯(lián)接件

表5—2

螺栓－螺栓；螺釘；雙頭螺柱；緊定螺釘螺母－六角螺母；圓螺母；槽型螺母墊片－墊片；彈簧墊片；斜墊片；球形墊片第十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六§5—3螺紋聯(lián)接的預緊目的：→防止松動→提高可靠性、強度、緊密性F0擰緊阻力矩T的大?。簲Q緊時→預緊力F0螺紋阻力矩T1:螺母支持面上的摩擦阻力矩T2:

因F0=5T/d若d小，則F0很大

對于重要的聯(lián)接，不宜采用M12以下的螺栓／螺栓→預緊拉力

＼被聯(lián)接件→預緊壓力T2＝fcF0rmT第十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六§5—4螺紋聯(lián)接的防松

螺栓聯(lián)接∵靠摩擦力自鎖，因沖擊、震動、變載→不可靠∴要防松防松的根本問題：→摩擦防松→使螺紋接觸面間始終保持一定的壓力始終有阻止螺旋副轉(zhuǎn)動的摩擦阻力矩機械防松→利用便于更換的金屬元件來約束螺旋副不可拆防松→焊、鉚沖、涂粘合劑阻止螺旋副相對轉(zhuǎn)動(自鎖)防松？擰緊第十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六第十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六不可拆防松→焊、鉚沖、涂粘合劑第十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六螺栓組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的：接合面形狀——對稱螺栓布置——合理，間距、邊距、扳手空間接合面與螺栓——受力均勻加工安裝——方便，螺栓材料、直徑、長度相同一螺栓組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計§5—5螺栓組聯(lián)接的設(shè)計二螺栓組聯(lián)接的受力分析螺栓組所受載荷類型

螺栓組聯(lián)接受力分析的目的：找出受力最大的螺栓并求出其所受力的大小橫向載荷軸向載荷轉(zhuǎn)矩（扭矩）傾覆力矩第十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六平衡條件：

螺栓本身受剪切和擠壓各螺栓受力為：1）鉸制孔用螺栓聯(lián)接1受橫向載荷F∑的螺栓組聯(lián)接螺栓本身受預緊拉力F0

擰緊→產(chǎn)生夾緊力→接合面間的摩擦力→承受載荷橫向載荷(垂直螺栓軸心線）2）普通螺栓聯(lián)接Ks—防滑系數(shù)

Ks=1.1~1.3i—接合面的數(shù)目f—接合面的摩擦系數(shù)z——螺栓數(shù)目第十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六i=2i=2第十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六

討論:

若

f=0.2,z=1,i=1,Ks=1.2,則

1）受橫向載荷普通螺栓受力比鉸制孔用螺栓的大，此時宜采用后者

2）若要采用普通螺栓，靠利用減載鍵銷或減載套筒第二十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六減載鍵減載銷減載套筒第二十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六螺栓受剪切和擠壓來平衡載荷，各螺栓受力為Fi1）鉸制孔用螺栓聯(lián)接2受轉(zhuǎn)矩T的螺栓組聯(lián)接分析：受載后接合面仍為平面，螺栓的剪切變形與其到中心的距離成正比,螺栓剛度相同，故其受剪力Fi也與其到中心的距離ri成正比。假設(shè)此剪力方向垂直其到中心的向徑

即：力矩平衡條件：第二十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六受力最大的螺栓的工作剪力：2）普通螺栓聯(lián)接螺栓本身受預緊拉力F0，各螺栓要擰緊產(chǎn)生相同的夾緊力第二十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六2）普通螺栓聯(lián)接分析：各螺栓預緊拉力均為F0，各螺栓聯(lián)接處產(chǎn)生相同的摩擦力，并假設(shè)此摩擦力集中作用螺栓中心處,

且方向垂直其到中心的向徑。z—螺栓數(shù)目ri—螺栓的向徑Ks—防滑系數(shù)力矩平衡條件：各螺栓所需受預緊拉力：第二十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六螺栓受拉力為：3受軸向載荷F∑的螺栓組聯(lián)接軸向載荷平行螺栓軸心線，各螺栓平均受力★：此時螺栓除了受工作拉力F外，還受預緊力F0作用總軸向載荷：F∑F第二十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六分析：M作用前：各螺栓受預緊力F0

M作用后：一側(cè)螺栓拉力增大，一側(cè)螺栓拉力減少4受傾覆力矩M的螺栓組聯(lián)接平衡條件：1）螺栓的受力第二十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六受力最大的螺栓所受工作載荷為

Li——螺栓軸線到底板軸線o—o的距離第二十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六2）被聯(lián)接件和底板防止接合面被壓潰：防止接合面出現(xiàn)縫隙：〔σp〕查表5—7W—抗彎截面系數(shù)第二十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六單個普通螺栓聯(lián)接單個鉸制孔用螺栓聯(lián)接橫向力軸向力螺栓本身受拉伸螺栓本身受剪切橫向力受拉螺栓受剪螺栓受力分析：失效形式：受拉螺栓螺栓桿螺紋部分發(fā)生斷裂受剪螺栓螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰或螺栓桿被剪斷設(shè)計準則：受拉螺栓保證螺栓的靜力或疲勞拉伸強度受剪螺栓保證聯(lián)接的擠壓強度和螺栓的剪切強度§5—6螺栓聯(lián)接的強度計算第二十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六螺栓聯(lián)接一松螺栓聯(lián)接強度計算（無Ｆ0

）緊螺栓聯(lián)接有預緊力，還有工作拉力松螺栓聯(lián)接無預緊力，只有工作拉力§5—6螺栓聯(lián)接的強度計算校核設(shè)計第三十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六緊螺栓聯(lián)接二緊螺栓聯(lián)接強度計算（有Ｆ0）

M10~M64的螺栓：預緊狀態(tài)的應力：有預緊力，還有工作拉力只有預緊力，無工作拉力緊螺栓擰緊—擰緊力矩—剪應力τ擰緊—預緊拉力—拉應力σ1．只有預緊力緊螺栓聯(lián)接F0的大小與橫向載荷有關(guān)第三十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六2受預緊力Ｆ0和工作拉力Ｆ緊螺栓聯(lián)接強度緊螺栓擰緊——預緊拉力加載——工作拉力總拉力F2≠Ｆ0+Ｆ=

？F∑F第三十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六2受預緊力Ｆ0和工作拉力Ｆ緊螺栓聯(lián)接強度第三十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六擰緊伸長

λbF0

縮短

λmF0

螺栓

被聯(lián)接件受載再伸長△λ

F2

放松△λF1

變形協(xié)調(diào)條件：△λ相同被聯(lián)接件所受的壓力，即殘余預緊力螺栓剛度

螺栓的總拉力：

被聯(lián)接件剛度變形力F0△FF1

FF2第三十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六——螺栓的相對剛度※：1）要降低F2，只有減少螺栓的相對剛度，

即↑Cm，↓Cb

2）為保證聯(lián)接的緊密性，應保證F1

＞0（1）靜強度公式：F不變設(shè)計步驟：1）求工作載荷F2）選定殘余預緊力F13）求總拉力F24）強度計算第三十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六（2）疲勞強度公式：F在0~F之間變化因F在0~F之間變化，則F2在F0~F2之間變，應力在σmax~

σmin之間變▲詳見P85頁變形力F0F1

FF2△F時間第三十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六

3承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓，承受剪切和擠壓來平衡（橫向）載荷F螺栓桿與孔壁的擠壓強度：螺栓桿的剪切強度：※：1）d0是螺栓剪切面直徑

2）Lmin螺栓桿與孔壁擠壓

面的最小高度

3）〔σp〕取兩者之弱者第三十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六

螺紋聯(lián)接件材料的力學性能——螺栓、螺釘、螺柱的性能等級，共十級——見表5-8和表5-9如：4.8表示：σB=400Mpa，σs=320Mpa

一螺紋聯(lián)接件的材料§5—7螺紋聯(lián)接件的材料及許用應力二螺紋聯(lián)接件的許用應力S、Sτ、Sp——安全系數(shù)見表5—10※：查表時不控制預緊力的聯(lián)接要試算第三十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六R解:每個聯(lián)接受橫向載荷F=R/2=3000N1.求預緊力F02.螺栓不斷→求d1取d=30mm,d1=26.211＞24.06→合適。S=3.5→合適KS=1.1～1.3,取KS=1.2F0≥KSF/(f·i)=1.2×3000/(0.15×1)=24000N:取4.6鋼,不嚴格控制預緊力→σS=240Mpa,S=3.5,[σ]=σS/S=240/3.5=68.6MpaP.87手冊p.105例1.用兩個普通螺栓固定一牽引鉤,已知R=6000N,(靜載荷)f=0.15,試求螺栓直徑。第三十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六(2)定殘余預緊力F1→求F2

P.83(1)求單個聯(lián)接的工作載荷F:∵有緊密要求,∴F1=1.5～1.8F→取F1=1.8F(3)螺栓強度計算(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計取5.8級,σS=400Mpa(表5-8)→暫取S=4(不嚴格控制預緊力,靜～)→[σ]=σS/S=100Mpap.87C1eD1D2取Z=8例2:F2=F＋F1=2.8F

=11.3kN

一鋼制液壓油缸,油缸壁厚為10mm,油壓p=1.6Mpa,D2=160mm,試計算其上蓋的螺栓聯(lián)接和螺栓分布圓直徑D1。解:2525第四十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六取d=16mm,其d1=13.835mm＞13.7mm→合適取S=4(表5-10)(不嚴格控制預緊力)→合適D1=D2+2C1+2×10=224mm取C1min=22mm手冊p.21螺栓間距:t0=π·D1/Z=π×224/8≈88mm＜7d=7×16=112mm(表5-4p.73)→滿足要求手冊p.105(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計:(螺栓分布圓直徑D1－圖5-24P.80)C1eD1D22525螺栓長度:L=2×25+10+16.4+0.3×16=80mm手冊p.118、116第四十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六螺栓聯(lián)接的受力分析指出圖中受力最大的螺栓TFA點螺栓受力最大⊙⊙??A、B點螺栓受力最大左側(cè)螺栓拉力增大，右側(cè)螺栓拉力減少第四十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期六作業(yè):p98-995-6(求出受力最大的螺栓所受力的大?。?-85-95-10(Z=12;嚴格控制預緊力;只計靜強度)第四十三頁，共四十八頁，編輯于2