山東大學(xué)考研專業(yè)課機械設(shè)計第6章螺紋聯(lián)接.ppt

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1、第6章螺紋聯(lián)接,6.1螺紋聯(lián)接的主要類型、材料和精度,6.2螺紋聯(lián)接的擰緊與防松,6.3單個螺栓聯(lián)接的受力分析和強度計算,6.5提高螺栓聯(lián)接強度的措施,6.4螺栓組聯(lián)接的受力分析,1 主要類型 （表6.1 p100）,螺栓聯(lián)接,主要類型,,螺紋余留長度 l1,螺紋伸出長度 a=(0.20.3)d;,螺栓軸線到被連接件邊緣的 距離 e=d+(36) mm,用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。,孔與螺桿之間留有間隙,6.1 螺紋聯(lián)接的主要類型、材料和精度,6.1 螺紋聯(lián)接的主要類型、材料和精度,螺栓聯(lián)接,主要類型,螺釘聯(lián)接,,座端擰入深度H，當(dāng)螺孔材料為：,雙頭螺柱聯(lián)接 連接件厚，允許拆裝。,螺紋孔深度 H1

2、=H+(22.5)p;,鉆孔深度 H2=H1+(0.51)d;,參數(shù) l1 、e、a 與螺栓相同,結(jié)構(gòu)簡單，省了螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺孔而修復(fù)困難。,6.1 螺紋聯(lián)接的主要類型、材料和精度,緊定螺釘聯(lián)接,6.1 螺紋聯(lián)接的主要類型、材料和精度,2 螺紋緊固件的性能等級和材料,螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級： 3.6 4.6 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9,螺栓、螺柱、螺釘?shù)牟牧希? 3.6低談鋼 4.6 6.8低碳鋼或中碳鋼 8.8 9.8中碳鋼或低碳合金鋼 10.9中碳鋼、低碳鋼或中碳合金鋼 12.9 合金鋼,螺母的性能等級： m0

3、.8D 4 5 6 8 9 10 12 0.5D m <0.8D 04 05,螺母的材料：中碳鋼,6.1 螺紋聯(lián)接的主要類型、材料和精度,3 螺紋公差和精度,螺紋公差 內(nèi)螺紋的公差帶為 G 和 H 兩種， 外螺紋的公差帶為e, f, g, h 四種。,精度 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三種不同的精度：精密、中等、粗糙。,6.2螺紋聯(lián)接的擰緊與防松,擰緊：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。,擰緊的目的：增強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。,預(yù)緊力的確定原則： 擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過

4、其材料的屈服極限 ss 的 80%。,一般螺紋連接在裝配時都必須擰緊，這時螺紋連接受到預(yù)緊力的作用。對于重要的螺紋連接，應(yīng)控制其預(yù)緊力，因為預(yù)緊力的大小對螺紋連接的可靠性，強度和密封均有很大影響。,碳素鋼螺栓：,F0(0.60.7) s A1,合金鋼螺栓：,F0 (0.50.6) s A1,A1 危險截面積， A1 d21/4,1 螺紋聯(lián)接的擰緊,6.2螺紋聯(lián)接的擰緊與防松,擰緊力矩,T1 克服螺紋副相對轉(zhuǎn)動的阻力矩；,T2 克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；,設(shè)預(yù)緊力為F 或預(yù)緊力（不受軸向載荷）,簡化公式 適用于M10M60的粗牙螺紋， f=0.15, fc=0.15,,T 0.2 F

5、d,F是由連接要求決定的，為了發(fā)揮螺栓的工作能力和保證預(yù)緊 可靠，應(yīng)取：,注意：對于重要的連接，應(yīng)盡可能采用大于 M12 的螺栓。,總力矩,6.2螺紋聯(lián)接的擰緊與防松,測力矩扳手,預(yù)緊力控制方法:,連接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時，不會自動松脫。但在沖擊、振動和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時消失，連接仍有可能松動。高溫下的螺栓連接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設(shè)計時必須考慮防松。即防止相對轉(zhuǎn)動。,定力矩扳手,通常螺紋連接擰緊是憑工人的經(jīng)驗來決定的，重要螺栓則必須預(yù)緊力進行精確控制。,(1) 憑手感經(jīng)驗,(2) 測力矩扳手,(3) 定力矩扳

6、手,(4) 測定伸長量,6.2螺紋聯(lián)接的擰緊與防松,連接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時，不會自動松脫。但在沖擊、振動和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時消失，連接仍有可能松動而失效。高溫下的螺栓連接，由于溫度變形差異可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設(shè)計時必須考慮防松，即防止相對轉(zhuǎn)動。,防松的方法,利用摩擦防松,彈簧墊圈,對頂螺母,2 防松防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。,6.2螺紋聯(lián)接的擰緊與防松,開口銷與六 角開槽螺母,串聯(lián)鋼絲,直接鎖住,圓螺母用止動墊圈,潘存云教授研制,止動墊圈,,6.2螺紋聯(lián)接的擰緊與防松,破壞螺紋副,6.3 單個螺栓聯(lián)接的受力分析 和強度計算,螺

7、栓聯(lián)接的主要失效形式,滑扣 因經(jīng)常拆裝,,受拉螺栓,塑性變形 螺紋部分,疲勞斷裂,受剪螺栓,剪斷,,壓潰 螺桿和孔壁的貼合面,經(jīng)常拆卸,,軸向變載荷,斷裂,受剪螺栓,經(jīng)常拆卸,6.3 單個螺栓聯(lián)接的受力分析 和強度計算,潘存云教授研制,強度條件,式中 dc= d1H/6 mm ， -許用應(yīng)力,受拉緊螺栓聯(lián)接,力除以面積,裝配時需要擰緊，在工作狀態(tài)下可能還需要補充擰緊。,1. 只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接,2. 受預(yù)緊力和工作載荷的緊螺栓聯(lián)接,,裝配時不須要擰緊,受拉松螺栓聯(lián)接,6.3 單個螺栓聯(lián)接的受力分析 和強度計算,螺栓受軸向拉力 F 和摩擦力矩 T1 的雙重作用。,拉應(yīng)力,

8、只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接,扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,對于M10M64的普通鋼制螺紋，可?。? tanv f v=0.17， d2 /d1=1.04 1.08, tanv 0.5,得： 0.5 ,合成應(yīng)力,由此可見，對于M10 M64普通螺紋的鋼制緊螺栓連接，在擰緊時，雖然同時承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，但在計算時，可以只考慮拉伸強度計算，并將預(yù)緊力增大30%來考慮扭轉(zhuǎn)的影響。,強度條件,6.3 單個螺栓聯(lián)接的受力分析 和強度計算,受預(yù)緊力和工作載荷的 緊螺栓聯(lián)接,特別注意，軸向載荷：,F0 F+F,加預(yù)緊力后螺栓受拉伸長 1,被連接件受壓縮短 2,加載 F 后:,螺栓總伸長量增加為：,總拉力為,被

9、連接件壓縮量減少為：,殘余預(yù)緊力減少為 F ”,很顯然 F ” < F 件放松了, + 1, 2 ,F0=F+F ”,6.3 單個螺栓聯(lián)接的受力分析 和強度計算,6.3 單個螺栓聯(lián)接的受力分析 和強度計算,代入得：,,靜強度條件,重要場合的螺栓連接，還應(yīng)進行疲勞強度校核。,設(shè)計公式,當(dāng)工作拉力在 F1F2 之間變化時，螺栓所受總拉力在F01 F02之間變化。,螺栓的拉力變幅：,強度條件：,6.3 單個螺栓聯(lián)接的受力分析 和強度計算,6.3 單個螺栓聯(lián)接的受力分析 和強度計算,2 受剪螺栓聯(lián)接,螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為,螺栓桿的剪切強度條件為,FR 螺

10、栓所受的工作剪力，單位為N；,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。在連接接合面處，螺栓桿則受剪切。,設(shè)計時應(yīng)使 h1.25d,d螺栓剪切面的直徑，單位為mm；,h 螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度， 單位為mm。,設(shè)計公式,6.3 單個螺栓聯(lián)接的受力分析 和強度計算,當(dāng)承受橫向工作載荷時， 預(yù)緊力F導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)等于橫向載荷FR。,kf 可靠性系數(shù)，常取 kf =1.11.3,預(yù)緊力 F ,s 摩擦系數(shù)，對鋼與鑄鐵， 取 s =0.10.15,m 結(jié)合面數(shù) 上圖m=1,下圖m=2,若取 s = 0.15， kf =

11、1.2, m =1, 則,F 8FR, 結(jié)構(gòu)尺寸大,Ff = s F ,,6.3 單個螺栓聯(lián)接的受力分析 和強度計算,改進措施： (1) 采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷。螺栓僅起連接作用,(2) 采用無間隙的鉸制孔用螺栓。,3 許用應(yīng)力（表 6.3）,螺紋連接件的許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)(靜、變載荷)、裝配情況(松、緊連接)、材料、結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。,許用拉應(yīng)力,許用切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力,被連接件為鋼,被連接件為鑄鐵,,6.3 單個螺栓聯(lián)接的受力分析 和強度計算,6.4 螺栓組聯(lián)接的受力分析,1 受軸向力FQ的螺栓組聯(lián)接,螺紋組聯(lián)接受力分析的任務(wù)是求出聯(lián)接中各螺栓受力的大小，特別是其

12、中受力最大的螺栓及其載荷。,分析時通常作以下假設(shè)： 被聯(lián)接件為剛體； 各螺栓的拉伸剛度或剪切剛度及預(yù)緊力都相同； 螺栓的應(yīng)變沒有超出彈性范圍。,若作用在螺栓組上軸向總載荷FQ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：,6.4 螺栓組聯(lián)接的受力分析,,2 受橫向力FR的螺栓組聯(lián)接,對于普通螺栓連接 ，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,圖示為由四個螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。,,對于鉸制孔用螺栓連接，每個螺栓所受工作剪力，有,,式中 z 為螺栓數(shù)目。,采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來

13、抵抗轉(zhuǎn)矩T。,6.4 螺栓組聯(lián)接的受力分析,3 受旋轉(zhuǎn)力矩T的螺栓組聯(lián)接,采用普通螺栓，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。,,,6.4 螺栓組聯(lián)接的受力分析,4 受傾覆力矩M的螺栓組聯(lián)接,,,小結(jié)： 1. 受軸向力FQ的螺栓組聯(lián)接和受傾覆力矩M的螺栓組聯(lián)接，由于螺栓受拉，一般用受拉螺栓（普通螺栓）； 2.受橫向力FR的螺栓組聯(lián)接和受轉(zhuǎn)矩T 的螺栓組聯(lián)接，可用受拉螺栓也可用受剪螺栓。受拉螺栓是通過聯(lián)接接合面的摩擦力抵抗載荷的，受剪螺栓則是螺栓桿直接受壓來抵抗載荷的。,6.4 螺栓組聯(lián)接的受力分析,螺栓聯(lián)接計算小結(jié),將螺栓組受力分解,受拉螺栓,受剪螺栓,受拉螺栓,,,,,,

14、F總 = Fq + Fm + FRT,,,,,,,,,,,,6.4 螺栓組聯(lián)接的受力分析,受剪螺栓,橫 向 力FR 旋轉(zhuǎn)力矩T,,,,,,,,,,,防止接合面受壓最小處出現(xiàn)間隙：,防止接合面受壓最大處被壓潰：,6.5 提高螺栓聯(lián)接強度的措施,1 均勻螺紋牙受力分配,懸掛螺母,環(huán)槽螺母,內(nèi)斜螺母,6.5 提高螺栓聯(lián)接強度的措施,2 減小附加應(yīng)力,要從結(jié)構(gòu)、制造與裝配精度采取措施。,6.5 提高螺栓聯(lián)接強度的措施,采用球面墊圈和腰環(huán)螺栓可以保證螺栓的裝配精度。,3 減小應(yīng)力集中,1.增大過渡圓角,2.切制卸載槽,3.卸載過渡結(jié)構(gòu),,4 降低應(yīng)力幅,6.5 提高螺栓聯(lián)接強度的措施,減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件的剛度都能達到減小應(yīng)力幅的目的。,用柔性結(jié)構(gòu)：加彈性元件、或采用柔性螺栓。,有密封要求時，采用金屬薄墊片,采用O形密封圈,宜采取措施:,因密封采用軟墊片將降低被連接件的剛度，這時可采用,6.5 提高螺栓聯(lián)接強度的措施,6 改善制造工藝,冷鐓頭部、輾壓螺紋,表面處理： 氰化、氮化也能提高疲勞強度。,5 選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力并保持不減退,在同樣的由于壓陷引起的被聯(lián)結(jié)件壓縮變形減量下，螺栓剛度小時預(yù)緊力減退量小。從減輕壓陷來看，采用帶有承壓凸緣的螺栓頭部要比采用墊圈效果好些。,