螺纹连接强度计算

第六章螺纹联接§6—0螺纹第二篇联接如用一个三角形K沿螺旋线运动并使K平面始终通过圆柱体轴线YY-这样就构成了三角形螺纹。同样改变平面图形K，可得到矩形、梯形、锯齿形、管螺纹一、螺纹的形成yyKddLyyKddLyyKddLyyKddL按牙型:三角形螺纹、管螺纹——联接螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹——传动螺纹按位置：内螺纹——在圆柱孔的内表面形成的螺纹外螺纹——在圆柱孔的外表面形成的螺纹三角形螺纹：粗牙螺纹——用于紧固件细牙螺纹——同样的公称直径下，螺距最小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等根据螺旋线绕行方向：左旋——如图右旋——常用根据螺旋线头数：单头螺纹（n=1）——用于联接双头螺纹（n=2）——如图多线螺纹（n≥2）——用于传动二、螺纹的类型1）外径（大径）d（D）——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径，亦称公称直径2）内径（小径）d1(D1)——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径3）中径d2——在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，d2≈0.5(d+d1)三、螺纹的主要参数d2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lh4）螺距P——相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离5）导程（S）——同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两点间的轴向距离6）线数n——螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4螺距、导程、线数之间关系：S=nPd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lh7）螺旋升角ψ——中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角8）牙型角α——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9）牙型斜角β——螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角22/dnParctgdarctgLd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lh§6—1螺纹联接的类型及螺纹联接件一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接a)普通螺栓联接(受拉螺栓连接)——被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。b)精密螺栓联接(受剪螺栓联接)——装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)2、双头螺柱联接——螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。3、螺钉联接——适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1特殊联接：地脚螺栓联接,吊环螺钉联接4、紧定螺钉联接——拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。(a)(b)(a)(b)(a)(b)(a)(b)二、螺纹联接件2）双头螺柱——两端带螺纹A型——有退刀槽B型——无退刀槽1）螺栓普通螺栓——六角头，小六角头，标准六角头，大六角头,内六角铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小螺母rdadsk'lskllgd15°~30°辗制末端esrdadsk'lskllgd15°~30°辗制末端esbmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型bmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型4）紧定螺钉锥端——适于零件表面硬度较低不常拆卸常合平端——接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸圆柱端——压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板3）螺钉与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹nbXdktldRnbXdktldRltnd90°Rltnd90°R5）螺母六角螺母：标准，扁，厚圆螺母+止退垫圈——带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈6）垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈§6—2螺纹联接的预紧和防松一、预紧预紧目的——保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大刚性等。增大刚性——增加联接刚度、紧密性和提高防松能力预紧力F’——预先轴向作用力（拉力）螺纹联接：松联接——在装配时不拧紧，只承受外载时才受到力的作用紧联接——在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力F’预紧过紧—拧紧力F’过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度过松—拧紧力F’过小，工作不可靠扳手拧紧力矩——T=FtL,拧紧时螺母：T=T1+T2T——拧紧力矩T1——螺纹摩擦阻力矩T2——螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接不宜小于M10~M14TT2T1TT2T1预紧力F'的控制：测力矩板手——测出预紧力矩，如左图定力矩板手——达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑，如右图测量预紧前后螺栓伸长量——精度较高12图4-12测力矩扳手123412图4-12测力矩扳手123412图4-12测力矩扳手123412图4-12测力矩扳手1234二、螺纹防松1、防松目的实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故2、防松原理消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。3、防松办法及措施上螺母螺栓下螺母上螺母螺栓下螺母1）摩擦防松双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等弹簧垫圈自锁螺母——螺母一端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧2）机械防松：开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等3）永久防松：端铆、冲点、点焊4）化学防松——粘合(a)正确(b)不正确(a)正确(b)不正确开槽螺母与开口销圆螺母与止动垫圈串联钢丝(a)正确(b)不正确§6—3单个螺栓联接的强度计算针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。1、失效形式受拉螺栓——螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓——螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断静载荷螺栓联接：静载荷螺栓联接：多数为疲劳失效受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的拉伸强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度2、设计计算准则与思路１、松螺栓联接F如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无F'，只有工作载荷F起拉伸作用强度条件为：][421dF][41Fd——验算用——设计用d1——螺杆危险截面直径（mm）[σ]——许用拉应力N/mm2(MPa)一、受拉螺栓联接２、紧螺栓联接——工作前有预紧力Ｆ’工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下：预紧力Ｆ’→产生拉伸应力σ螺纹摩擦力矩T1→产生剪应力τ复合应力状态:2141'dF3121161)(2'dtgdFWTvT接第四强度理论：3.1322ca∴强度条件为：][4'3.121dFca][4'3.121dFca式中：F‘——预紧力（N）1.3——系数将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续，故又称简化计算法（1）、受横向载荷的受拉紧螺栓联接计算—主要防止被联接件错动QpQpRRRRLmind0特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力(F’)产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠(不产生相对滑移)的条件为：RfsFKFum'muFKFsRf'us——接缝面间的摩擦系数m——接缝界面数目Kf——防滑系数（可靠性系数）Kf=1.1~1.3强度条件验算公式：][4/1'3.121dFca设计公式：]['43.11Fd分析：由上式可知，当us=0.2,m=1,Kf=1则F‘=5FR，说明这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力可采用如下减载装置：a)减载销b)减载套筒c)减载键（2）、轴向载荷受拉紧螺栓联接强度计算①工作特点：工作前拧紧，有F’；工作后加上工作载荷F工作前、工作中载荷变化②工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F③解决问题：a)保证安全可靠的工作，F’=？b)工作时螺栓总载荷，F0=？④分析：图1，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态QpQpQpQpQ'pQ'pQ'pQ'pFbmb'mQpQpQpQpQ'pQ'pQ'pQ'pFbmb'm图２，拧紧—预紧状态凸缘—压—δ2—F’栓杆—拉—δ1→F’FFFF'''01111从图3，加载F后→工作状态栓杆—继续拉—凸缘—放松—'''2222FF从——残余预紧力——总载QpQpQpQpQ'pQ'pQ'pQ'pFbmb'm⑤作图，为了更明确以简化计算（受力变形图）设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比单个紧螺栓联接受力变形图QpQpmbbmOb力变形变形力力bObm变形b'mmQpQQ'pFFmb(a)(b)(c)拧紧螺母时,螺栓与被联接件的力与变形QpQpmbbmOb力变形变形力力bObm变形b'mmQpQQ'pFFmb(a)(b)(c)将上两图合并：从图线可看出，螺栓受工作载荷F时，螺栓总载荷：'''0FFFFF变形协调条件：凸缘→压力减量'''FF变形缩小Δδ２QpQpQpQpQ'pQ'pQ'pQ'pFbmb'm栓杆→拉力增量变形放大Δδ１21δ变形协调条件——'0FFQpQpmbbmOb力变形变形力力bObm变形b'mmQpQQ'pFFmb(a)(b)(c)∴由图可知，螺栓刚度：101111''CFFFtgC被联接件刚度：22222''''CFFFtgCFF''F0静力平衡条件：FKFFFKFFFCCCFFFCC)1(''')1('''''F2110得：对残