2连接5螺纹连接和螺旋传动

第二篇连接第五章螺纹连接(DF)和螺旋传动第六章键、花键(F)、无键和销连接第七章铆接、焊接、胶接和过盈连接重点是螺纹连接和键、花键连接设计与计算难点是螺纹连接计算（F：重点，Focus,Force，Fenshu）（D：难点，Difficult，对付可得）（DF：难点+重点，FocusonDifficult，得分）第二篇连接连接机械动连接运动副机械静连接可拆卸连接不可拆卸连接螺纹连接键、花键、销连接无键连接铆接焊接胶接过盈连接连接的基本类型考虑制造以及其经济性考虑结构安装运输维护螺旋传动（螺旋副）第五章螺纹连接和螺旋传动§5-1螺纹§5-2螺纹联接的类型和标准联接件（F）§5-3螺纹的预紧（F）§5-4螺纹的防松（F）§5-5螺栓组联接的设计（DF）§5-6螺纹联接的强度计算（DF）§5-7螺纹联接的材料及许用应力（F）§5-8提高螺纹联接强度的措施（DF）§5-9螺旋传动（简介）第五章螺纹连接和螺旋传动1.了解连接的基本分类，掌握螺纹连接的主要类型；2.了解螺栓拧紧时连接中各零件的受力及螺栓的防松原理、装置和方法；4.理解提高螺栓连接强度的措施；5.掌握螺栓组连接的受力分析及单个螺栓连接的强度计算；基本要求:d2一.螺纹的形成用于连接用于传动单线螺纹§5–1螺纹Sd2多线螺纹升角ψ，导程S，螺距P，头数n；S=nP二.螺纹的分类：1）按牙形分：2）按螺旋的线数分：单线、多线（一般不超过4线），线数越多，导程越大。单线用于连接，多线用于传动。3）按旋向分：右旋、左旋。一般用右旋。4）内、外螺纹之分：二者旋合组成螺旋副（螺纹副）5）按母体的形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹6）按采取标准制度的不同：公制、英制三角形：锯齿形：矩形：剃形：§5–1螺纹三、机械制造常用螺纹：常用螺纹（按牙形分）三角螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹普通螺纹管螺纹粗牙螺纹细牙螺纹普通细牙非螺纹密封螺纹密封圆锥管螺纹用于传动用于连接§5–1螺纹注：除了矩形螺纹外，其它螺纹都已标准化了，设计时应按国家标准设计。四、常用螺纹的特点及应用1.普通螺纹：是牙型角=60º的三角形米制螺纹。同一公称直径可以有多种螺距。其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的均称为细牙螺纹。细牙螺纹因螺距小，升角小，因此自锁性好、强度高，但不耐磨、易滑扣。细牙螺纹用于薄壁零件以及受振动载荷的连接、微调机构中。2.管螺纹：公称直径为管子的公称直经。3.用于传动的螺纹：§5–1螺纹五、螺纹的基本参数：1）大径d：（公称直径）2）小径d1：（强度计算用）3）中径d2：（分析效率时用）4）螺距P：相邻两在中径线上对应点间的轴向距离。5）导程S：同一螺旋线上相邻两牙在中径线上牙对应点间的轴向距离。S=nPψ§5–1螺纹6）牙形角：螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。7）牙形斜角：牙型侧边与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。对于对称牙型=/2。8）螺纹升角ψ：中径圆柱上，螺旋线切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。tgψ=nP/d29）接触高度h：内外螺纹旋合后接触面的径向高度。ψ§5–1螺纹五、螺纹的基本参数：§5-2螺纹连接的基本类型及螺纹标准件一.螺纹连接的基本类型：螺栓连接螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接§5-2螺纹连接的基本类型及螺纹标准件1.螺栓连接1）被连接件的孔不用加工螺纹，装拆方便，用于经常拆装的场合。2）只适用于被连接件都较薄的情况。（1）普通螺栓连接（2）铰制孔螺栓连接2.双头螺柱连接：特点及应用：被连接件之一需加工螺纹孔。用于被连接件之一比较厚，需经常拆装的情况。3.螺钉连接：特点及应用：被连接件之一需加工螺纹孔，省去了螺母，结构简单。用于被连接件之一比较厚，不宜经常拆装的场合。§5-2螺纹连接的基本类型及螺纹标准件4.紧定螺钉连接：用于固定两零件的相对位置，并传递不大的力或力矩。§5-2螺纹连接的基本类型及螺纹标准件地脚螺栓吊环螺栓T形槽螺栓5.其它常用的螺纹连接§5-2螺纹连接的基本类型及螺纹标准件二.标准螺纹连接件1.螺栓螺栓的形状较多，用途也很广泛。如右图所示为各种不同形式的螺栓。螺栓连接也可以用于螺钉连接中。2.双头螺柱§5-2螺纹连接的基本类型及螺纹标准件3.螺钉、紧定螺钉螺钉的头部和端部有多种形式，以适应不同场合的需要。§5-2螺纹连接的基本类型及螺纹标准件4.螺母§5-2螺纹连接的基本类型及螺纹标准件普通用的螺纹紧固件，按制造精度分粗制、精制两类。前者多用于建筑、木结构及其它次要场合，精制的广泛用于机器设备中。螺纹连接件分三个精度等级：A、B、C（高—底），C级最常用。精度等级要配套使用。5.垫圈§5-2螺纹连接的基本类型及螺纹标准件§5-3螺纹连接的预紧在装配时，螺纹连接都必须预紧。对于重要的螺纹连接，还应控制其预紧力的大小。1.预紧力：2.预紧的目的：1）增加连接的可靠性；2）增加连接的刚性；3）防松；4）受横向载荷作用时，增大摩擦力，防止相对滑动；5）增大疲劳强度。使连接在承受工作载荷之前预先受到力的作用，这个力称为预紧力。预紧力不能太大，太大易过载拉断，因此，预紧力要保证且又不使其过载。3.拧紧力矩T=F×L=T1+T2001）螺旋副间的摩擦力矩T1：设F0为螺栓所受的预紧力,则:)(0vtgFF)(222021vtgdFdFT0FFRVφψVsin()FRψφ=+0Vcos()FRψφ=+拧紧螺纹相当于推动重物沿螺旋面上升。取中径为计算名义尺寸。Vφ--当量摩擦角3.拧紧力矩T=F×L=T1+T2002）螺母与支撑面间的摩擦力矩：fcrFfT02式中:fc为螺母与被连接件支撑面间的摩擦系数。无润滑时fc=0.1520203030031dDdDFfc20203030020312dDdDFftgdFTcv拧紧力矩:()()00/20222/2002/4DcdfFTrπrdrπDd=-ò假设：接合面受国均布，并略去螺母周边非圆部分的影响。20203030020312dDdDFftgdFTcv拧紧力矩:T0.2F0dN·mm为使连接有足够的预紧力又不使螺栓拧断，预紧力可按屈服极限取：碳素钢：F0（0.60.7）SA1合金钢：F0（0.50.6）SA1对M12以下的螺栓，应注意控制预紧力，以防过载拉断。合金钢安全系数更小？其强度较高00对于M10~M68的普通螺纹，，fc=0.15，，f为螺旋副的间的摩擦系数,无润滑时f=0.1~0.2，则：dDdddd5.1,1.1,9.0002farctgv155.1,23~241测力矩扳手定力矩扳手4.控制预紧力的方法：1）控制拧紧力矩；b.定力矩板手；2）测量螺栓的伸长量；a.测力矩板手；等价于拧紧圈数1）在冲击、振动、变载荷作用下，螺旋副间的摩擦阻力极不稳定，在某一瞬间会急剧减少以致消失，失去自锁能力，连接就可能松脱；2）螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作，材料发生蠕变和应力松弛，也会使预紧力和摩擦力逐渐减少，最终导致连接失效。1.防松的根本原理：防止螺旋副的相对转动。3.防松的方法：•摩擦防松：摩擦防松简单方便，不如以下两种方法可靠。•机械防松：机械防松可靠，可和摩擦防松联合使用。用于不再拆卸连接。这种方法是将螺旋副变成非运动副，从而排除了相对运动的可能性。•永久防松：2.防松的原因：§5-4螺纹连接的防松1）摩擦防松：弹簧垫圈防松§5-4螺纹连接的防松对顶螺母防松0F0F00FF0F0F§5-4螺纹连接的防松开口销防松螺栓装配图开槽螺母开口销2）机械防松：§5-4螺纹连接的防松止动垫片防松§5-4螺纹连接的防松2）机械防松：串联钢丝防松正确错误2）机械防松：§5-4螺纹连接的防松3）永久防松：§5-4螺纹连接的防松§5-5螺栓组连接的设计一.螺栓组连接的结构设计1.被连接件结合面形状应简单对称：便于加工，便于螺栓对称布置，使螺栓组的对称中心与结合面形心重合2.螺栓的布置应使螺栓受力合理：受横向力的螺栓组受力方向不超过8个；受力矩作用时应适当远离对称轴；3.布置螺栓应留有合理的间距、边距，方便装配扳手空间尺寸，查标准压力容器螺栓间距，P73表5-4均匀受力，非对称受力易损坏4.分布在同一圆周上的螺栓数目应取偶数5.避免螺栓偏心承载，而产生附加弯曲载荷6.同一螺栓组紧固件形状、尺寸、材料应尽量一致§5-5螺栓组连接的设计一.螺栓组连接的结构设计螺栓组连接设计计算的一般步骤：螺栓组受力分析找出受力最大的螺栓,及其力的大小；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）。§5-5螺栓组连接的设计一.螺栓组连接的结构设计螺栓组连接校核计算的一般步骤：螺栓组受力分析找出受力最大的螺栓,及其力的大小；确定螺栓的尺寸（直径、长度）。单个螺栓受力和失效分析单个螺栓强度计算；检验强度，若不足应加大轴径。二.螺栓组连接的受力分析：前者靠摩擦力工作，后者靠剪切力工作。两种情况的工作原理不同！普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接1.承受横向(相对于螺栓轴向)载荷作用的螺栓组连接§5-5螺栓组连接的设计为了简化计算，假设：1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；2）螺栓组的几何中心与连接结合面的形心重合；3）受载后连接结合面仍保持为平面。00ssKFfFziKFFfziåå吵或单个螺栓受力0F3.11.1_______6579___～可靠性系数，取接合面数目；；表接合面间的摩擦系数，sKiPf螺栓组受力FdFddFca012103.144/3.1或1）普通螺栓组连接受力平衡条件§5-5螺栓组连接的设计许用应力最大降30%，工作应力比拉应力加大30%单个螺栓受力zFF螺栓组受力F剪切强度计算：4/20dF孔壁螺栓ppp,min挤压强度：ppLdFmin02）铰制孔用螺栓连接§5-5螺栓组连接的设计半圆柱面受挤压力，全断面受剪切力，均匀受力2.受转矩的螺栓组连接01020zsFfrFfrFfrKT++鬃鬃+?)(210zsrrrfTKF1）普通螺栓连接ir0fF0fFdFddFca012103.144/3.1或ziisrfTK1不滑动条件§5-5螺栓组连接的设计各螺栓的作用力，简化到其轴心处，视为近似点载荷作用iriFmaxFmaxr2）铰制孔用螺栓连接zzrFrFrFT2211力矩平衡：22221maxmaxzrrrTrF受力最大螺栓：)(22221maxmaxzrrrrFT即：变形量越大，则工作剪力越大max22max11/zziiiiTrTrrr====邋剪切强度计算：4/20maxdF挤压强度：ppLdFmin0maxF03.受轴向载荷的螺栓组连接单个螺栓的受力：预紧力F0工作力F:zFFFCCCFFFFmbb002dFddFca212123.144/3.1或001mbmCCCFFF对于有紧密性要求的连接，FF8.1~5.11§5-5螺栓组连接的设计4.受倾覆力矩的螺栓组连接假定:1)底板为刚体；2)倾覆力矩作用在螺栓组连接的形心；3)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。§5-5螺栓组连接的设计螺栓所受的工作拉力与距离成正比iLmaxL螺栓所受的工作拉力maxFiF§5-5螺栓组连接的设计zzLFLFLFM2211力矩平衡：ziizLLMLLLLMF12max22221maxmax力：受力最大螺栓的工作拉iLmaxL螺栓所受的工作拉力max02FCCCFFmbb：受力最大螺栓的总拉力maxFiF§5-5螺栓组连接的设计2FmF2受翻转力