第05章螺栓联接与螺旋传动.

机械设计第5章螺纹联接和螺旋传动联接的分类动联接：机器工作时，零部件之间可以有相对运动。例如：机械原理中，各种运动副之间的联接。静联接：在机器工作中，不允许零部件之间存在相对运动的联接。静联接可拆联接：不须毁坏联接中的任何一个零件就可拆开的联接。例如：螺纹联接、键联接。不可拆联接：至少毁坏联接中的一部分才能拆开的联接。例如：铆接、焊接等。过盈联接下一页5.1.1螺纹的主要参数和常用类型5.1螺纹与螺纹连接d2螺旋线----一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹----一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹下一页1.螺纹的形成按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹下一页螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹M梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º粗牙、细牙下一页按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹下一页按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹螺纹副下一页见下一页图外螺纹内螺纹螺纹副下一页按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹螺旋传动下一页见下一页图联接螺纹传动螺纹下一页按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹下一页见下一页图圆柱螺纹圆锥螺纹管螺纹下一页(3)中径d2也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。βd1d2d(1)大径d与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。(2)小径d1与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(4)螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)导程S(6)螺纹升角ψ中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角(7)牙型角α轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。tgψ=πd2nP牙侧角β牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。αβψπd2SψS=nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P二、螺纹的主要几何参数SPP/2P/2下一页1.螺栓联接：普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接2.双头螺栓联接3.螺钉联接4.紧定螺钉联接其它：地脚螺栓联接；吊环螺栓联接；T型槽螺栓联接；观看各种螺栓与螺钉下一页5.1.2螺纹联接的类型和标准螺纹连接件1.螺栓联接：普通螺栓联接：应用广泛铰制孔用螺栓联接2.双头螺栓联接：常拆卸3.螺钉联接：被联接件之一较厚普通螺栓与铰制孔螺栓的连接比较下一页螺钉联接螺钉拧入深度H:钢或青铜H≈d铸铁H=(1.25∽1.5)d铝合金H=(1.5∽2.5)d下一页下一页紧定螺钉联接地脚螺栓吊环螺栓T形槽螺栓其它螺纹联接下一页)(2021vtgFdT202030300231dDdDFfTc0F下一页5.2螺纹联接的预紧拧紧力矩与预紧力的关系T=FL=T1+T2对M12以下的螺栓，应注意控制预紧力，以防过载拉断。dddDfddvc1.117.0tan7.1;2.0~1.09.0,23~241002对普通螺栓：dFT02.0231）式：代入（)231()tan(231220203030021vcddDdDfFTTT下一页螺纹联接的控制预紧力的方法控制预紧力的方法•控制应力或应变•控制拧紧力臂•控制拧紧力矩应变片下一页控制预紧力的方法•控制拧紧力矩测力矩扳手定力矩扳手冲击扳手下一页#螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动。以防止联接的松动，影响正常工作。#螺纹联接的防松按工作原理可分为三类（P74图5.14~5.16）：1.摩擦防松2.直接锁住（机械防松）3.不可拆卸防松（铆冲；粘接；焊接）#5.3螺纹联接的防松下一页下一页弹簧垫圈防松自锁螺母防松1.摩擦防松下一页摩擦防松对顶螺母防松下一页2.机械防松螺栓+开槽螺母+开口销螺栓装配图开槽螺母开口销下一页开口销与槽形螺母机械防松（直接锁住）下一页机械防松止动垫片防松下一页机械防松止动垫片防松下一页机械防松串联钢丝防松正确错误下一页机械防松圆螺母+止动垫片下一页下一页3.永久防松铆冲焊接下一页5.4螺栓组联接设计1、被联接件形状应简单对称；5.4.1螺栓组联接的布置形式图5.17螺栓组连接接合面常用形式下一页2.螺栓布置应受力均等；图5.18接合面受弯曲或扭转时螺栓的布置扳手空间尺寸压力容器的螺栓间距3.布置螺栓应留有合理的间距、边距，方便装配下一页下一页4.同一螺栓组紧固件形状、尺寸、材料应尽量一致；同一圆周上的螺栓数目为4、6、8等偶数5.避免附加弯曲应力，螺栓头、螺母与被联接件的接触表面均应平整；下一页•螺栓联接大多工作之前应预紧，称为紧螺栓联接；螺栓联接设计计算的一般步骤：螺栓组受力和失效分析找出受力最大的螺栓；单个螺栓受力和失效分析单个螺栓强度计算确定螺栓的尺寸（直径、长度）。失效分析：•普通螺栓主要为螺纹部分：断裂、磨损滑扣；•螺栓组和单个螺栓的失效有联系又有区别。下一页5.4.2螺栓组联接的受力分析xzyFzFxFyoTzMxMy螺栓组受力分析将一个零件加以固定，其实质就是约束该零件在空间的六个自由度。•螺栓组所受的载荷可分为四种类型：•横向力：Fx、FY•转矩：Tz•轴向力：Fz•翻转力矩：Mx、MY下一页下一页1.受横向力的螺栓组联接1）普通螺栓联接2）铰制孔用螺栓联接两种情况的工作原理不同！zFF00(58)ssFfzmKFKFFfzi受力平衡条件：或___2_______1.11.5sfmK接合面间的摩擦系数，表5；接合面数目；可靠性系数，取～下一页普通螺栓联接的计算FΣ螺栓组受力F0单个螺栓受到的轴向预紧力TKrfFrfFrfFfz02010力矩平衡条件：0121(511)()ffzziiKTKTFfrrrfr计入可靠性系数则预紧力：下一页2.受旋转力矩T的螺栓组联接1）普通螺栓联接2）铰制孔用螺栓联接zzrFrFrFT2211力矩平衡：maxmaxmax2222121(514)zziiTrTrFrrrr受力最大螺栓：)(2z2221maxmaxrrrrFT即：变形量越大，则工作剪力越大maxmaxiirFrFimaxmaxirrFF下一页3.受轴向载荷的螺栓组联接单个螺栓的受力：预紧力F0工作力FzFF?单个螺栓的总拉力：FQ＝＝F+F0F0下一页假定底板为刚体，翻转力矩作用在螺栓组的联接形心受载后绕O—O转动仍保持平面在M的作用下，左侧螺栓拉力增大；右侧螺栓拉力减小而地面压力增大失效分析：1.螺栓拉断；2.底板左侧出现间隙；3.底板右侧压溃。下一页4.受翻转力矩的螺栓组联接螺栓所受的工作拉力与距离成正比iillFFmaxmax所以zz2211lFlFlFM力矩平衡：maxmaxmax222212z1(517)ziiMlMlFllll受力最大螺栓：maxmax332211lFlFlFlF下一页•在翻转力矩作用下，接合面挤压应力分布图•受翻转力矩前，接合面挤压应力分布图底板受力分析F0WMmaxbAzF0p下一页接合面的强度计算许用挤压应力，右侧不压溃_____0max][pppWMAzF00minWMAzFp左侧不分离AzFppWMmaxb下一页受复合载荷的螺栓组联接横向荷载+轴向载荷+翻转力矩下一页受复合载荷的螺栓组联接横向载荷+旋转力矩计算时应求出受力最大螺栓的受力下一页5.5螺栓连接的强度计算受力分析时可分为：普通螺栓联接：松螺栓联接紧螺栓联接仅受预紧力作用的螺栓受预紧力和工作载荷作用的螺栓铰制孔用螺栓联接下一页1.受载荷形式—轴向拉伸2.失效形式—螺栓拉断3.计算21420Fd校核式：（5）1421[]Fd设计式：（5）4.螺栓材料和许用应力5.查手册确定d，及其它有关尺寸。下一页5.5.1松螺栓联接的计算5.5.2紧螺栓连接的强度计算5.042)tan(16)(2210123120dFdddtgdFvv切应力：4210dF拉应力：下一页1.只受预紧力作用的螺栓3.1)5.0(332222v强度理论：00ca22111.35.2=[](523)4FFdd校核式01:5.2(524)[]Fd设计式S][Sσs——材料屈服极限S——安全系数下一页2.铰制孔用螺栓的强度计算预紧力小，强度计算时可不考虑；失效形式：螺栓剪切及侧面压溃；204[](526)SFd剪切强度p0min[](525)SpFdL挤压强度minmin0_____1.25;_____--pLLd钉杆与孔壁最小接触长度，建议取、螺栓的许用剪应力，螺栓或孔壁的许用挤压应力，式（537）,（538）；下一页表5-6表5-8例：如图钢板厚度δ=16mm用两个铰制孔用螺栓固定在机架上，F=5000N，其它尺寸如图。板和机架材料均为Q235。试：（1）分析铰制孔用螺栓的失效形式；（2）分析铰制孔用螺栓的受力（3）按强度设计铰制孔用螺栓的直径（4）若用普通螺栓，计算螺栓的直径（fc=0.2，Kn=1.1）NmmTNF6105.1;5000NFNaTFNFFTF7906750025007500;250022220-26/4Fd由式（5）0240-65-8962.544790610.2496sMPaSFdmm由表5表得3）按剪切强度计算螺栓的直径每个螺栓的受力下一页解：1）铰制孔用螺栓的失效形式为剪切和挤压失效；2）受力分析：将载荷F向形心O简化后按挤压强度校核粗选d=10，d0=11mm的六角头铰制孔用螺栓，螺母d=10，H=8。根据机架，板厚及螺母H选用l=100（螺纹部分l3=18）0min2401921.25790659.91112spPpMPaSFMPad由表由式选用两个M10×100GB27—88六角头铰制孔用螺栓。127018100min由机构确定下一页4）改用普通螺栓每个螺栓的预紧力NfFKFcn434832.079061.100141.341.34348320.49171.4240171.41.4sFdmmMPaS其中选用两个M24（d1=20.752）的六角螺栓。小结：受复合载荷螺栓，其合力按向量相加；铰制孔用螺栓比普通螺栓尺寸小很多。下一页例1、图示螺栓联接中采用两个M20的螺栓，其许用拉应力［σ］=160MPa，被联接件接合面间的摩擦系数fc=0.2，若考虑摩擦传力的可靠系数Kf=1.2，计算该联接允许传递的静载荷Q？（M20小径d1=17.294）解：螺栓预紧后，接合面所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷，假设各螺栓所需预紧力均为F0,则由平衡条件00C0cSFfmz28910.60.222FfmzKQQ19273.7NK1.2S6N.289102.5160294.172.5][dF][d3F.