ch10螺纹联接设计

2007年10月机械工程基础部1连接机械动连接→运动副机械静连接→焊接、胶接、铆接螺纹连接、键连接销连接等2007年10月机械工程基础部2第九章螺纹联接设计9－1螺纹9－2螺旋副的受力分析、效率和自锁9－3螺纹联接的基本类型9－4螺纹联接的预紧和防松9－5螺栓联接的强度计算9－6螺栓组的结构设计9－7提高螺栓联接强度的措施9－8螺旋传动2007年10月机械工程基础部3d2d1dl2dS大径d—公称直径小径d1—强度计算直径2dPP2tandnpl螺距p—螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离导程S—螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离线数n—螺纹的螺旋线数目9.1螺纹9.1.1螺纹形成原理及主要参数2007年10月机械工程基础部4三角形030β矩形=0梯形015β牙型角与牙侧角2007年10月机械工程基础部59.1螺纹9.1.2螺纹的分类左旋螺纹和右旋螺纹单线螺纹和多线螺纹粗牙和细牙螺纹分为内螺纹和外螺纹，二者共同组成螺纹副用于联接和传动。螺纹的牙型三角形矩形梯形锯齿形主要用于联接多用于传动2007年10月机械工程基础部6第九章螺纹联接设计9－1螺纹9－2螺旋副的受力分析、效率和自锁9－3螺纹联接的基本类型9－4螺纹联接的预紧和防松9－5螺栓联接的强度计算9－6螺栓组的结构设计9－7提高螺栓联接强度的措施9－8螺旋传动2007年10月机械工程基础部79.2螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副是由外螺纹和内螺纹组成的运动副。9.2.1矩形螺纹在轴向载荷作用下螺旋副相对运动时，可看作推动滑块沿螺纹表面运动。将矩形螺纹沿中径d2处展开，得一倾角为λ的斜面，斜面上的滑块代表螺母，螺母和螺杆的相对运动可看作滑块在斜面上运动。S2007年10月机械工程基础部89.2螺旋副的受力分析、效率和自锁当滑块在斜面上等速上升时fNFfFarctanftan()QFFl摩擦力摩擦角221tan()22QFddTFl转动螺纹所需的转矩螺母旋转一周所需的输入功为W1此时螺母上升一个导程s，其输出功为W2211tan2tan()QFsWWTll正行程螺旋副的效率为：FFQFNFQFFfFRlFRρ2007年10月机械工程基础部99.2螺旋副的受力分析、效率和自锁40l将效率公式绘成曲线，当时效率最高，但过大的升角使制造困难。当后，效率增加不明显，故通常取λ不超过25度。当滑块沿斜面等速下降时：tan()QFFl此时螺旋副的效率为，22122tan()tan()tantanQQQWFdWFsFdFdllll25l9.2.1矩形螺纹2007年10月机械工程基础部109.2螺旋副的受力分析、效率和自锁若l螺旋副的自锁条件是：l，则0，说明无论轴向载荷FQ有多大，螺母都不能沿斜面运动，这种现象称为自锁。0表明螺旋副处于临界自锁状态。其值越小，自锁性越强，需要有足够大的驱动力F才能使螺旋副产生相对运动。0tan()QFFl22122tan()tan()tantanQQQWFdWFsFdFdllll2007年10月机械工程基础部119.2螺旋副的受力分析、效率和自锁0其他螺纹是指牙型角的三角螺纹、梯形螺纹和锯齿行螺纹等非矩形螺纹。9.2.2其他螺纹arctanvvf/cosfNQvQFfFfFfF当量摩擦系数/costanvvff当量摩擦角螺旋副效率tan/tan()vll螺旋副自锁条件vl2007年10月机械工程基础部12普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹30o60o33ovvfarctanβvcosffvl螺旋副自锁条件螺旋副效率)(vlltantan螺纹的类型2007年10月机械工程基础部13三角形螺纹自锁性好，用于连接。矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动。2007年10月机械工程基础部14第九章螺纹联接设计9－1螺纹9－2螺旋副的受力分析、效率和自锁9－3螺纹联接的基本类型9－4螺纹联接的预紧和防松9－5螺栓联接的强度计算9－6螺栓组的结构设计9－7提高螺栓联接强度的措施9－8螺旋传动2007年10月机械工程基础部159.3螺纹联接的基本类型螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联接是螺纹联接的四种基本类型。1.螺栓联接2007年10月机械工程基础部161）螺栓联接特点和应用：无须在被联接件上切制螺纹，使用不受被联接件材料的限制。构造简单，装拆方便，应用最广。用于可制通孔的场合。分为受拉螺栓联接和受剪螺栓联接。2007年10月机械工程基础部17装拆方便螺栓受拉力普通螺栓连接F’F’FFF预紧力1）螺栓联接2007年10月机械工程基础部18铰制孔螺栓连接螺栓受剪切、挤压用于横向载荷大的连接FF2007年10月机械工程基础部199.3螺纹联接的基本类型2.双头螺柱联接2007年10月机械工程基础部20用于被连接件较厚，不宜制成通孔，且经常装拆的场合双头螺柱受拉力FF预紧力2007年10月机械工程基础部219.3螺纹联接的基本类型3.螺钉联接2007年10月机械工程基础部22用于不经常装拆的场合螺钉受拉力FF预紧力2007年10月机械工程基础部239.3螺纹联接的基本类型4.紧定螺钉联接2007年10月机械工程基础部242007年10月机械工程基础部254）紧定螺钉联接HexSocketHeadlessSetscrew特点和应用：旋入被联接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被联接件的表面或顶入相应的坑中，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或转矩。2007年10月机械工程基础部262007年10月机械工程基础部272007年10月机械工程基础部28第九章螺纹联接设计9－1螺纹9－2螺旋副的受力分析、效率和自锁9－3螺纹联接的基本类型9－4螺纹联接的预紧和防松9－5螺栓联接的强度计算9－6螺栓组的结构设计9－7提高螺栓联接强度的措施9－8螺旋传动2007年10月机械工程基础部29预紧的目的—保证可靠性、紧密性防止联接松动提高联接的紧密性提高联接的紧密性9.4螺纹联接的预紧和防松2007年10月机械工程基础部3021TTTT1螺旋副摩擦阻力矩T2螺母和支承面上的摩擦阻力矩TF拧紧力矩与预紧力的关系：2007年10月机械工程基础部31T1螺旋副摩擦阻力矩FdT221)tan(22vFdlT2螺母和支承面上的摩擦阻力矩4012dDFfTCd0D10FNfFFvR2007年10月机械工程基础部32dFT0.24)tan(2012dDFfFdTCvlFLTLF对于M10～M68的钢制普通粗牙螺纹，无润滑时，取tan0.15vvf0.15cfdLNF15,200NF150002007年10月机械工程基础部339.4螺纹联接的预紧和防松对于一般联接，预紧力凭装配经验控制；对于重要的联接，可用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力F’的大小，也可用测定螺栓的伸长量来控制预紧力。2007年10月机械工程基础部342007年10月机械工程基础部359.4螺纹联接的预紧和防松联接用的三角普通螺纹，螺纹升角都较小，在静载荷作用下，一般都能满足自锁条件。但在冲击、振动或变载荷作用下，或当温度变化很大时，螺旋副间的摩擦力减小或瞬时小时，联接就可能产生自动松脱现象，影响联接的牢固和紧密，甚至造成严重的事故。螺纹联接放松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。常用的防松方法:摩擦防松机械防松:其他防松9.4.2螺纹联接的防松2007年10月机械工程基础部369.4螺纹联接的预紧和防松弹簧垫圈9.4.2螺纹联接的防松摩擦防松2007年10月机械工程基础部379.4螺纹联接的预紧和防松对顶螺母9.4.2螺纹联接的防松摩擦防松2007年10月机械工程基础部389.4螺纹联接的预紧和防松尼龙圈锁紧螺母9.4.2螺纹联接的防松摩擦防松2007年10月机械工程基础部399.4螺纹联接的预紧和防松开口销9.4.2螺纹联接的防松机械防松:2007年10月机械工程基础部409.4螺纹联接的预紧和防松带翅垫片9.4.2螺纹联接的防松机械防松:2007年10月机械工程基础部419.4螺纹联接的预紧和防松止动垫片9.4.2螺纹联接的防松机械防松:2007年10月机械工程基础部429.4螺纹联接的预紧和防松串联钢丝9.4.2螺纹联接的防松机械防松:2007年10月机械工程基础部43机械防松实例2007年10月机械工程基础部449.4螺纹联接的预紧和防松冲点法9.4.2螺纹联接的防松2007年10月机械工程基础部459.4螺纹联接的预紧和防松9.4.2螺纹联接的防松粘合法2007年10月机械工程基础部469.4螺纹联接的预紧和防松焊点法9.4.2螺纹联接的防松螺纹放松的根本目的：防止螺旋副的相互转动2007年10月机械工程基础部47第九章螺纹联接设计9－1螺纹9－2螺旋副的受力分析、效率和自锁9－3螺纹联接的基本类型9－4螺纹联接的预紧和防松9－5螺栓联接的强度计算9－6螺栓组的结构设计9－7提高螺栓联接强度的措施9－8螺旋传动2007年10月机械工程基础部489.5螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓。9.5.1失效形式和设计准则对受拉螺栓，主要失效形式为螺纹部分的塑性变形或断裂；经常装拆时绘因磨损而发生滑扣，故其设计准则主要保证螺栓杆有足够的拉伸强度。对于受横向载荷的铰制孔螺栓，主要失效形式为螺杆被剪断，螺杆或孔壁被压溃，故其设计准则应保证螺栓杆和被联接件具有足够的剪切强度和挤压强度。螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹的公称直径（大径）d等。2007年10月机械工程基础部499.5螺栓联接的强度计算1.松螺栓联接强度条件：设计公式：21[]4FFdA14[]Fdd1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。9.5.2受轴向载荷的螺栓联接2007年10月机械工程基础部50FF16/311dT16/)tan(2312dFdvl5.0FF9.5螺栓联接的强度计算只受预紧力紧螺栓联接421dF2.紧螺栓联接2007年10月机械工程基础部519.5螺栓联接的强度计算螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的复合应力状态。根据第四强度理论，可求出螺栓危险剖面的当量应力为：校核公式为：211.34Fd223(0.5)1.3e设计公式为：141.3[]Fd9.5.2受轴向载荷的螺栓联接2007年10月机械工程基础部52nDpF4/2工作拉力气缸螺栓连接图DpF预紧力FFFF0螺栓承受的总拉力？0F？F9.5螺栓联接的强度计算受预紧力和轴向载荷的螺栓联接2007年10月机械工程基础部539.5螺栓联接的强度计算螺栓预紧后的受力分析2007年10月机械工程基础部549.5螺栓联接的强度计算螺栓加载后的受力分析2007年10月机械工程基础部55未拧紧0b0cF再受工作载荷FFFF0螺栓所受的总拉力残余预紧力已拧紧,未受工作载荷FckFFFFbkFF0kb螺栓刚度kc被连接件刚度2007年10月机械工程基础部569.5螺栓联接的强度计算工作载荷F和残余预紧力F″一起作用在螺栓上，故螺栓的总拉伸载荷为：0FFF紧螺栓联接在轴向力作用下应能保证被联接件的结合面不出现缝隙，即残余预紧力应大于零。当工作载荷F稳定时，取(0.2~0.6)FF当工作载荷F不稳定时，取(0.6~1.0)FF对于有紧密性要求的的联接（压力容器），取(1.5~1.8)FF一方面抵抗工作载荷一方面压紧被连接件螺栓