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1、第五章第五章 螺紋連接與螺旋傳動螺紋連接與螺旋傳動本章學(xué)習(xí)要求:本章學(xué)習(xí)要求:1對于螺紋連接基本知識,應(yīng)了解螺紋及螺紋連接件的類型、對于螺紋連接基本知識,應(yīng)了解螺紋及螺紋連接件的類型、特性、標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用場合及有關(guān)的防松方法等,以使在特性、標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用場合及有關(guān)的防松方法等,以使在設(shè)計時能夠正確地選用它們;設(shè)計時能夠正確地選用它們;2對于螺栓連接設(shè)計及強(qiáng)度計算部分,應(yīng)掌握其結(jié)構(gòu)設(shè)計原對于螺栓連接設(shè)計及強(qiáng)度計算部分,應(yīng)掌握其結(jié)構(gòu)設(shè)計原則及強(qiáng)度計算的理論與方法,能夠較為合理地設(shè)計出可靠的則及強(qiáng)度計算的理論與方法,能夠較為合理地設(shè)計出可靠的螺栓組連接;螺栓組連接; 3、了解螺旋傳動的設(shè)計過程。
2、、了解螺旋傳動的設(shè)計過程。引言引言5-0 5-0 引引 言言 由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運(yùn)輸?shù)确矫娴脑?,機(jī)器中很由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運(yùn)輸?shù)确矫娴脑?,機(jī)器中很多零件需要彼此連接。多零件需要彼此連接。 機(jī)械零件之間的連接分為:機(jī)械零件之間的連接分為:被連接件之間相互完全固定。被連接件之間相互完全固定。被連接件之間能產(chǎn)生一定的相對運(yùn)動。例如:運(yùn)動副。被連接件之間能產(chǎn)生一定的相對運(yùn)動。例如:運(yùn)動副。靜連接:靜連接:動連接:動連接:本課程介紹的連接主要是靜連接。本課程介紹的連接主要是靜連接。連接的類型:連接的類型:螺紋連接螺紋連接鍵連接、花鍵連接、銷連接鍵連接、花鍵連接、銷連接鉚接鉚接焊接
3、焊接粘接粘接連接連接可拆連接可拆連接不可拆連接不可拆連接過盈連接過盈連接(介于兩者之間介于兩者之間)5-1 5-1 螺紋螺紋5-1 5-1 螺紋螺紋一、螺紋的主要參數(shù)一、螺紋的主要參數(shù)大徑大徑d d 是螺紋的公稱直徑。是螺紋的公稱直徑。小徑小徑d d1 1常用于強(qiáng)度計算。常用于強(qiáng)度計算。中徑中徑d d2 2常用于幾何計算。常用于幾何計算。螺距螺距P P 相鄰兩螺紋牙上對應(yīng)點(diǎn)相鄰兩螺紋牙上對應(yīng)點(diǎn) 間的軸向距離。間的軸向距離。導(dǎo)程導(dǎo)程 S 沿螺紋上同一條螺旋線沿螺紋上同一條螺旋線 轉(zhuǎn)一周所移動的軸向距離,轉(zhuǎn)一周所移動的軸向距離,S = nP。線數(shù)線數(shù) n 螺紋的螺旋線數(shù)目。螺紋的螺旋線數(shù)目。牙型角
4、牙型角a a在軸向截面內(nèi),螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。在軸向截面內(nèi),螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。牙側(cè)角牙側(cè)角在軸向截面內(nèi),螺紋牙型一側(cè)邊與螺紋軸線的垂在軸向截面內(nèi),螺紋牙型一側(cè)邊與螺紋軸線的垂 線之間的夾角。線之間的夾角。螺紋的類型螺紋的類型螺紋升角螺紋升角y y螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。螺紋螺紋22tandnPdSy二、螺紋的類型二、螺紋的類型螺紋分為螺紋分為外螺紋外螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋圓柱螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋圓錐螺紋左旋左旋右旋右旋常用右旋常用右旋效率較高,主要用于螺旋傳動效率較高,主要用于螺旋傳動此外,還有此外,還有 管螺紋:管螺紋: 主要用
5、于管路的連接主要用于管路的連接。按牙型的不同分為按牙型的不同分為普通螺紋:普通螺紋:矩形螺紋矩形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋(詳見表詳見表5 51 1)效率低,易自鎖,多用于連接效率低,易自鎖,多用于連接。詳細(xì)介紹詳細(xì)介紹5-2 螺紋連接螺紋連接5-2 5-2 螺紋連接螺紋連接一、螺紋連接的基本類型一、螺紋連接的基本類型1、螺栓連接、螺栓連接(1 1)普通螺栓連接)普通螺栓連接特點(diǎn):桿與通孔有間隙特點(diǎn):桿與通孔有間隙 使用不受被連接件材料限制使用不受被連接件材料限制受力:桿受拉應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力受力:桿受拉應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力力傳遞:力傳遞: 時,時, 被連接件不發(fā)生相對錯動被連接件不發(fā)
6、生相對錯動優(yōu)點(diǎn):通孔精度低,結(jié)構(gòu)簡單,優(yōu)點(diǎn):通孔精度低,結(jié)構(gòu)簡單, 裝拆方便裝拆方便缺點(diǎn):不能準(zhǔn)確定位缺點(diǎn):不能準(zhǔn)確定位外加FFf螺紋連接螺紋連接ddmmdedadldldldll1 . 146333 . 02 . 0275. 05 . 03 . 01011111、通孔直徑)(邊緣距離、螺栓軸線到被連接件)(、螺紋伸出長度鉸制孔用螺栓:;沖擊載荷或彎曲載荷變載荷,)(靜載荷普通螺栓:、螺紋余留長度主要尺寸關(guān)系:螺紋連接螺紋連接(2 2)鉸制孔用螺栓連接)鉸制孔用螺栓連接特點(diǎn):桿與通孔無間隙,采用基孔特點(diǎn):桿與通孔無間隙,采用基孔 制過渡配合制過渡配合受力:桿受剪切力和擠壓力受力:桿受剪切力和擠
7、壓力優(yōu)點(diǎn):可準(zhǔn)確定位優(yōu)點(diǎn):可準(zhǔn)確定位缺點(diǎn):通孔加工精度要求高缺點(diǎn):通孔加工精度要求高67,67nHmH螺栓連接應(yīng)用場合:螺栓連接應(yīng)用場合:被連接件不太厚,有通孔,且能從連接的兩邊進(jìn)行裝配被連接件不太厚,有通孔,且能從連接的兩邊進(jìn)行裝配螺紋連接螺紋連接2、雙頭螺柱連接、雙頭螺柱連接雙頭螺栓連接座端被旋入并擰緊在雙頭螺栓連接座端被旋入并擰緊在被連接件之一的螺紋孔中被連接件之一的螺紋孔中特點(diǎn)及應(yīng)用場合:特點(diǎn)及應(yīng)用場合:用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓連接的場合用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓連接的場合且需要經(jīng)常拆裝的場合。且需要經(jīng)常拆裝的場合。3、螺釘連接、螺釘連接特點(diǎn)與應(yīng)用:特點(diǎn)與應(yīng)用:螺釘連接不用螺母,結(jié)構(gòu)簡單緊湊
8、,螺釘連接不用螺母,結(jié)構(gòu)簡單緊湊,而且能有光整的外露表面;而且能有光整的外露表面;應(yīng)用與雙頭螺柱連接相似,但不宜應(yīng)用與雙頭螺柱連接相似,但不宜用于經(jīng)常拆卸的連接,以免損壞被用于經(jīng)常拆卸的連接,以免損壞被連接件的螺紋孔。連接件的螺紋孔。螺紋連接螺紋連接雙頭螺柱連接和螺釘連接的主要尺寸關(guān)系:雙頭螺柱連接和螺釘連接的主要尺寸關(guān)系:;)(鋁合金;)(鑄鐵鋼或青銅,當(dāng)帶螺紋孔材料為:擰入深度dHdHdHH5 . 25 . 15 . 125. 1;螺紋連接螺紋連接4、緊定螺釘連接、緊定螺釘連接特點(diǎn):特點(diǎn):利用擰入的螺釘末端頂住另一個零件的表面或頂入相應(yīng)的凹坑中,利用擰入的螺釘末端頂住另一個零件的表面或頂入
9、相應(yīng)的凹坑中,以固定兩個零件的相對位置,并可同時傳遞不大的力或扭矩。以固定兩個零件的相對位置,并可同時傳遞不大的力或扭矩。螺紋連接螺紋連接6、特殊結(jié)構(gòu)的連接、特殊結(jié)構(gòu)的連接(1 1)地腳螺栓連接)地腳螺栓連接(2 2)吊環(huán)螺釘連接)吊環(huán)螺釘連接(3 3)T T形槽螺栓連接形槽螺栓連接二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件螺紋連接螺紋連接標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件精度標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件精度A A級:公差小,精度最高,用于準(zhǔn)確定位、裝配要求高的場合級:公差小,精度最高,用于準(zhǔn)確定位、裝配要求高的場合B B級:精度居中,用于受載較大,且需要調(diào)整、裝拆的零件級:精度居中,用于受載較大,且需要調(diào)整、裝拆的零件C C級:精
10、度較低,用于一般場合的標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件級:精度較低,用于一般場合的標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件注意:注意:(1 1)標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、畫法等均已標(biāo)準(zhǔn)化,設(shè))標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、畫法等均已標(biāo)準(zhǔn)化,設(shè)計時可查手冊。計時可查手冊。(2 2)自學(xué)表)自學(xué)表5-25-2,總結(jié)各標(biāo)準(zhǔn)連接件特點(diǎn)和應(yīng)用,總結(jié)各標(biāo)準(zhǔn)連接件特點(diǎn)和應(yīng)用 規(guī)定,規(guī)定,擰緊后螺紋連接件在預(yù)緊力擰緊后螺紋連接件在預(yù)緊力 作用下產(chǎn)生的預(yù)緊應(yīng)作用下產(chǎn)生的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料屈服極限力不得超過其材料屈服極限 的的80% 推薦:推薦: 碳素鋼螺栓碳素鋼螺栓 合金鋼螺栓合金鋼螺栓螺紋連接的擰緊螺紋連接的擰緊s1010)6 . 05 .
11、 0()7 . 06 . 0(AFAFss螺紋連接螺紋連接三、螺紋連接的擰緊三、螺紋連接的擰緊 大多數(shù)螺紋連接在裝配時就已經(jīng)擰緊,稱之為大多數(shù)螺紋連接在裝配時就已經(jīng)擰緊,稱之為預(yù)緊預(yù)緊。預(yù)緊使連。預(yù)緊使連接中的零件所受的力稱為接中的零件所受的力稱為預(yù)緊力,預(yù)緊力,用用 F0表示表示 。 預(yù)緊的目的:增大連接的剛性;提高緊密性;防松。預(yù)緊的目的:增大連接的剛性;提高緊密性;防松。 預(yù)緊力的控制:預(yù)緊力的控制:0F緊螺栓連接:工作前安裝時就擰緊,各零件已受力緊螺栓連接:工作前安裝時就擰緊,各零件已受力松螺栓連接:工作前安裝時不擰緊,各零件不受力松螺栓連接:工作前安裝時不擰緊,各零件不受力 分類分類
12、螺紋連接螺紋連接控制預(yù)緊力的方法:控制預(yù)緊力的方法: 通常,通過控制通常,通過控制擰緊力矩擰緊力矩 M 來控制預(yù)緊力。來控制預(yù)緊力。預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系關(guān)系:dFT02 . 0 注意注意:對于重要的連接,盡可能不采用直徑過?。簩τ谥匾倪B接,盡可能不采用直徑過小(M12)的螺栓。的螺栓。 可采用可采用測力矩扳手測力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手控制擰緊力矩。對于重要的螺控制擰緊力矩。對于重要的螺栓連接,也可以通過栓連接,也可以通過控制螺栓的伸長量控制螺栓的伸長量來控制預(yù)緊力。來控制預(yù)緊力。FFFLFdLTd75T,150若擰緊力標(biāo)準(zhǔn)扳手長度扳手的擰緊力矩螺栓公稱直徑
13、其中:紋連接的防松紋連接的防松螺紋連接螺紋連接四、螺紋連接的防松四、螺紋連接的防松 螺紋連接一般都能滿足自鎖條件不會自動松脫。但在沖擊、振螺紋連接一般都能滿足自鎖條件不會自動松脫。但在沖擊、振動或變載荷作用下,或在溫度變化較大的情況下,螺紋連接可能會動或變載荷作用下,或在溫度變化較大的情況下,螺紋連接可能會產(chǎn)生松脫現(xiàn)象。產(chǎn)生松脫現(xiàn)象。防松的本質(zhì)在于防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。防松的本質(zhì)在于防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。按工作原理的不同,防松方法分三類:按工作原理的不同,防松方法分三類:(詳見表(詳見表53)摩擦防松摩擦防松機(jī)械防松機(jī)械防松破壞螺旋副關(guān)系放松(永久防松)破壞螺旋副關(guān)系放松(永久防松)詳細(xì)說明詳細(xì)說
14、明5-3 螺栓組連接的設(shè)計一、螺栓組連接設(shè)計步驟一、螺栓組連接設(shè)計步驟1、進(jìn)行螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計,即確定螺栓的數(shù)目、布置形式、間距、進(jìn)行螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計,即確定螺栓的數(shù)目、布置形式、間距、邊距等;邊距等;2、對螺栓組進(jìn)行受力分析,求出每一個螺栓所受的力,找出受力最、對螺栓組進(jìn)行受力分析,求出每一個螺栓所受的力,找出受力最大的螺栓及其所受的力;大的螺栓及其所受的力;3、對找出的受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計算,求出螺栓的最小直徑、對找出的受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計算,求出螺栓的最小直徑d14、根據(jù)求出的最小直徑、根據(jù)求出的最小直徑d1,查國家手冊來選取合適的螺栓的公稱直,查國家手冊來選取合適的螺栓的公稱直
15、徑徑d及長度及長度L,再據(jù)公稱直徑,再據(jù)公稱直徑d查手冊選與螺栓相配合的螺母和墊圈。查手冊選與螺栓相配合的螺母和墊圈。螺栓組連接的設(shè)計螺栓組連接的設(shè)計目的:合理的確定連接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式,力求各螺栓目的:合理的確定連接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式,力求各螺栓和連接接合面間受力均勻,便于加工和裝配。和連接接合面間受力均勻,便于加工和裝配。v接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀。接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀。v螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。v螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。v 為了便于在圓
16、周上鉆孔時的分度和畫線,通常分布在同一圓周上的螺栓為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線,通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。等偶數(shù)。v避免螺栓承受附加的彎曲載荷。避免螺栓承受附加的彎曲載荷。說明說明說明說明說明說明二、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計二、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計 目的:求出螺栓組中受力最大的螺栓及其所受的力,以便進(jìn)行螺栓目的:求出螺栓組中受力最大的螺栓及其所受的力,以便進(jìn)行螺栓 連接的強(qiáng)度計算。連接的強(qiáng)度計算。一、承受軸向載荷一、承受軸向載荷 時(僅能用普通螺栓連接)時(僅能用普通螺栓連接)FFPFF 設(shè)設(shè) 平行于螺栓軸線且通過螺栓組形平行于螺栓軸線且通過螺栓組形心心,則
17、各螺栓所受的工作載荷,則各螺栓所受的工作載荷 相等。相等。FF則則zFF螺栓個數(shù)螺栓個數(shù)注:如注:如 不通過螺栓組的形心,應(yīng)向形心平移后再計算。不通過螺栓組的形心,應(yīng)向形心平移后再計算。F螺栓組連接的基本螺栓組連接的基本受載類型有四種:受載類型有四種:螺栓組連接的受力分析與計算螺栓組連接的受力分析與計算假設(shè):所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同;假設(shè):所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同; 螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合;螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合; 被連接件為剛體,受載后連接接合面仍保持為平面;被連接件為剛體,受載后連接接合面仍保持為平面; 各螺栓剛度相同,且螺栓
18、的變形在彈性范圍內(nèi)。各螺栓剛度相同,且螺栓的變形在彈性范圍內(nèi)。螺栓組連接的受載類型螺栓組連接的受載類型螺栓組連接的受載類型螺栓組連接的受載類型螺栓組連接的基本螺栓組連接的基本受載類型:受載類型: 2受橫向載荷受橫向載荷F F 4受傾覆力矩受傾覆力矩OM3受轉(zhuǎn)矩受轉(zhuǎn)矩riOT1受軸向載荷受軸向載荷FF 受橫向載荷受橫向載荷1二、二、受橫向載荷受橫向載荷 時時F1)用普通螺栓連接(受拉螺栓)用普通螺栓連接(受拉螺栓) 設(shè)螺栓僅受預(yù)緊作用,靠接合面設(shè)螺栓僅受預(yù)緊作用,靠接合面間產(chǎn)生的摩擦力承受橫向載荷。間產(chǎn)生的摩擦力承受橫向載荷。 設(shè)各螺栓連接接合面摩擦力相等設(shè)各螺栓連接接合面摩擦力相等并集中在螺栓
19、中心處,則并集中在螺栓中心處,則 保證被連接件不相對滑動,須滿足:保證被連接件不相對滑動,須滿足:FKzifFs0則則所需預(yù)緊力所需預(yù)緊力為為zfiFKFs0式中:式中:Ks防滑系數(shù),防滑系數(shù), Ks =1.11.3。 結(jié)合面的摩擦因數(shù)。結(jié)合面的摩擦因數(shù)。表表5-5。i結(jié)合面數(shù)。(圖中,結(jié)合面數(shù)。(圖中,i=2)f注注:為提高承載能力,:為提高承載能力,可采用減載措施??刹捎脺p載措施。說明說明FFFFb)a)FFFF螺栓組連接受力分析與計算螺栓組連接受力分析與計算受橫向載荷受橫向載荷22)用鉸制孔用螺栓連接(受剪螺栓)用鉸制孔用螺栓連接(受剪螺栓)FFFFb)a)FFFFb)a)FF 通過螺栓
20、組形心通過螺栓組形心時,在前時,在前述假設(shè)下,各螺栓承受的橫向力述假設(shè)下,各螺栓承受的橫向力 相等。相等。 則則FFzFF注:注:a) 不通過螺栓組形心時,向形心平移后再計算。不通過螺栓組形心時,向形心平移后再計算。Fb) 沿沿 方向上的受剪螺栓個數(shù)不宜過多。方向上的受剪螺栓個數(shù)不宜過多。F螺栓組連接受力分析與計算螺栓組連接受力分析與計算 靠螺栓桿受剪切和螺栓桿與孔壁之靠螺栓桿受剪切和螺栓桿與孔壁之間的擠壓傳遞載荷,一般忽略擰緊產(chǎn)間的擠壓傳遞載荷,一般忽略擰緊產(chǎn)生的摩擦力。生的摩擦力。承受轉(zhuǎn)矩承受轉(zhuǎn)矩 T 時時1三、承受轉(zhuǎn)矩三、承受轉(zhuǎn)矩 T 時時1)用受拉螺栓)用受拉螺栓 靠結(jié)合面上的摩擦力承
21、受靠結(jié)合面上的摩擦力承受T 。 保證底板在保證底板在 T 作用下不轉(zhuǎn)動,須滿足作用下不轉(zhuǎn)動,須滿足TKrfFrfFrfFsz 02010則所需預(yù)緊力則所需預(yù)緊力0F)(21zsrrrfTK 式中:式中: 、 同上同上。sKf螺栓組連接受力分析與計算螺栓組連接受力分析與計算OT1r2r0fF0fF假設(shè):各螺栓預(yù)緊程度相同,則各螺假設(shè):各螺栓預(yù)緊程度相同,則各螺栓產(chǎn)生的摩擦力均相等;栓產(chǎn)生的摩擦力均相等;各摩擦力集中在螺栓中心處,并與螺各摩擦力集中在螺栓中心處,并與螺栓中心與底板中心的連線垂直。栓中心與底板中心的連線垂直。承受轉(zhuǎn)矩承受轉(zhuǎn)矩 T 時時22F2)用受剪螺栓)用受剪螺栓螺栓組連接受力分析
22、與計算螺栓組連接受力分析與計算靠螺栓桿受剪切和擠壓來抵抗轉(zhuǎn)矩靠螺栓桿受剪切和擠壓來抵抗轉(zhuǎn)矩TrFrFrFzz 2211聯(lián)立兩式求解,得聯(lián)立兩式求解,得最大工作剪力最大工作剪力22221maxmaxzrrrTrF maxmaxmaxmax2211rrFFrFrFrFii 即即OT1r2r1F據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件:螺栓所受工作據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件:螺栓所受工作橫向力與螺栓軸線到螺栓組對稱中心橫向力與螺栓軸線到螺栓組對稱中心o的距離成正比:的距離成正比:據(jù)前述假設(shè):螺栓所受橫向力與螺栓軸線到螺栓組對稱中心據(jù)前述假設(shè):螺栓所受橫向力與螺栓軸線到螺栓組對稱中心o的的連線垂直;據(jù)靜力平衡方程:連線垂直;據(jù)靜力
23、平衡方程:受翻轉(zhuǎn)力矩受翻轉(zhuǎn)力矩M時時1ziiiLFM1ziiLLFM1max2max螺栓組連接受力分析與計算螺栓組連接受力分析與計算四、受傾翻力矩四、受傾翻力矩 M 時(僅能用普通螺栓連接)時(僅能用普通螺栓連接)MO1F2F3F4F3L1L2L4L(1)作用效果:在)作用效果:在 M 作用下,底作用下,底板有繞通過螺栓組形心的軸線板有繞通過螺栓組形心的軸線 O 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動的趨勢。動的趨勢。(3)據(jù)變形協(xié)調(diào)條件,各螺栓)據(jù)變形協(xié)調(diào)條件,各螺栓所受的工作拉力所受的工作拉力 與其中心到與其中心到翻轉(zhuǎn)軸線的距離翻轉(zhuǎn)軸線的距離 成正比。成正比。iFiLmaxmaxmaxmax2211LLFFLFLFLFi
24、i 即即(2)在前述假設(shè)條件下:由靜力矩平衡條件,得:)在前述假設(shè)條件下:由靜力矩平衡條件,得:ziiLLMF12maxmax(4)螺栓所受最大工作載荷:)螺栓所受最大工作載荷:受翻轉(zhuǎn)力矩受翻轉(zhuǎn)力矩M時時200minPWMAzF為防止為防止結(jié)合面受壓最小處結(jié)合面受壓最小處出現(xiàn)間隙出現(xiàn)間隙,要求:,要求:0maxPPWMAzF(5)為防止)為防止結(jié)合面受壓最大處結(jié)合面受壓最大處被壓潰被壓潰,要求:,要求:式中:式中:A結(jié)合面的面積(結(jié)合面的面積(mm2)。)。W結(jié)合面的抗彎截面模量(結(jié)合面的抗彎截面模量(mm3)。)。許用擠壓應(yīng)力(許用擠壓應(yīng)力(Mpa),),見表見表56。p螺栓組連接受力分析與
25、計算螺栓組連接受力分析與計算注:注: 實(shí)際中,螺栓組往往同時承受兩種或兩種以上的載荷。實(shí)際中,螺栓組往往同時承受兩種或兩種以上的載荷。利用靜力學(xué)分析方法將復(fù)雜的受力狀態(tài)簡化為利用靜力學(xué)分析方法將復(fù)雜的受力狀態(tài)簡化為4種簡單受力狀態(tài)分種簡單受力狀態(tài)分析;析;一般,對普通螺栓連接可按:一般,對普通螺栓連接可按: 軸向載荷或(和)傾覆力矩確定螺栓的工作拉力;軸向載荷或(和)傾覆力矩確定螺栓的工作拉力; 橫向載荷或(和)轉(zhuǎn)矩確定連接所需的預(yù)緊力;橫向載荷或(和)轉(zhuǎn)矩確定連接所需的預(yù)緊力;鉸制孔用螺栓連接,按橫向載荷或(和)轉(zhuǎn)矩確定工作載荷。鉸制孔用螺栓連接,按橫向載荷或(和)轉(zhuǎn)矩確定工作載荷。螺栓組連
26、接受力分析與計算螺栓組連接受力分析與計算實(shí)例實(shí)例螺栓組連接受力分析與計算螺栓組連接受力分析與計算例:例:如圖所示的支架受如圖所示的支架受 F 力。力。MABFOOHFVFHFVF 將將 F 力分解并向螺栓力分解并向螺栓組形心及結(jié)合面平移,得:組形心及結(jié)合面平移,得:軸向載荷軸向載荷 橫向載荷橫向載荷翻轉(zhuǎn)力矩翻轉(zhuǎn)力矩HFVFBFAFMHV設(shè)計中,采用普通螺栓連接,需要防止如下四種可能的失效形式設(shè)計中,采用普通螺栓連接,需要防止如下四種可能的失效形式:上沿開縫:上沿開縫:下沿壓潰:下沿壓潰:支架下滑:支架下滑: 需要足夠大的需要足夠大的 。 0F螺栓拉斷:螺栓拉斷: 需要足夠大的螺栓直徑需要足夠大
27、的螺栓直徑 。1d0minpmaxpp5-3 單個螺栓連接的強(qiáng)度單個螺栓連接的強(qiáng)度5-4 5-4 單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單個螺栓連接的強(qiáng)度計算 本節(jié)以螺栓連接為代表,討論強(qiáng)度計算問題,其方法和結(jié)論也適本節(jié)以螺栓連接為代表,討論強(qiáng)度計算問題,其方法和結(jié)論也適用于其他形式的螺紋連接。用于其他形式的螺紋連接。 螺栓連接螺栓連接強(qiáng)度計算的目的強(qiáng)度計算的目的是:確定防止失效所需的螺栓直徑。是:確定防止失效所需的螺栓直徑。 連接的連接的強(qiáng)度計算內(nèi)容強(qiáng)度計算內(nèi)容,根據(jù)其可能的失效形式而定。,根據(jù)其可能的失效形式而定。螺紋連接的受載形式基本分為:螺紋連接的受載形式基本分為:采用受拉螺栓采用受拉螺栓可用受剪螺栓
28、,也可用受拉螺栓??捎檬芗袈菟?,也可用受拉螺栓。軸向載荷(軸向載荷(沿軸線方向沿軸線方向):):橫向載荷(橫向載荷(軸線方向軸線方向):):下面按螺栓類型和受載形式的不同,分別討論其強(qiáng)度計算方法。下面按螺栓類型和受載形式的不同,分別討論其強(qiáng)度計算方法。一、受剪螺栓連接的強(qiáng)度計算一、受剪螺栓連接的強(qiáng)度計算其主要失效形式為:其主要失效形式為:螺栓被剪斷螺栓被剪斷剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度孔壁被壓潰孔壁被壓潰擠壓強(qiáng)度擠壓強(qiáng)度受剪螺栓的強(qiáng)度受剪螺栓的強(qiáng)度2 2)螺栓桿與孔壁的)螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度擠壓強(qiáng)度條件為:條件為:1 1)螺栓桿的)螺栓桿的剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度條件為:條件為:Pmin0PLdF idF204
29、0dminLFF式中:式中:F螺栓所受的工作剪力(螺栓所受的工作剪力(N););d0螺栓剪切面的直徑(螺栓剪切面的直徑(mm););i螺栓受剪面數(shù);螺栓受剪面數(shù); 螺栓材料的許用切應(yīng)力。螺栓材料的許用切應(yīng)力。 單個螺栓連接的強(qiáng)度計單個螺栓連接的強(qiáng)度計算算式中:式中: Lmin螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度(mm),設(shè)計時;),設(shè)計時; 螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力(螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力(Mpa) 。p0min25. 1dL受拉螺栓的強(qiáng)度受拉螺栓的強(qiáng)度單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單個螺栓連接的強(qiáng)度計算二、受拉螺栓連接的強(qiáng)度計算二、受拉螺栓連接的強(qiáng)度計算受拉螺栓連接受拉
30、螺栓連接松連接:不預(yù)緊的。松連接:不預(yù)緊的。緊連接:預(yù)緊的。緊連接:預(yù)緊的。1. 松螺栓連接的強(qiáng)度計算松螺栓連接的強(qiáng)度計算工作中,松螺栓只受工作中,松螺栓只受工作拉力工作拉力 F 。設(shè)計準(zhǔn)則:拉伸強(qiáng)度計算。設(shè)計準(zhǔn)則:拉伸強(qiáng)度計算。 4/21dF 強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件為:為:設(shè)計式設(shè)計式為為:1dF4式中:式中:d1螺紋小徑(螺紋小徑(mm);); 螺栓的許用拉應(yīng)力(螺栓的許用拉應(yīng)力(Mpa)。 實(shí)例實(shí)例 受拉螺栓的失效形式受拉螺栓的失效形式主要是:主要是:靜載:塑性變形或拉斷。靜載:塑性變形或拉斷。變載:疲勞斷裂。(變載:疲勞斷裂。(90%90%)僅受預(yù)緊力的螺栓連僅受預(yù)緊力的螺栓連接接單個螺栓連
31、接的強(qiáng)度計算單個螺栓連接的強(qiáng)度計算2. 2. 緊螺栓連接的強(qiáng)度計算緊螺栓連接的強(qiáng)度計算1 1)僅受預(yù)緊力)僅受預(yù)緊力 F0 0的緊螺栓連接的緊螺栓連接 這種連接在擰緊的瞬間最危險,這種連接在擰緊的瞬間最危險,此時:此時:2104dFF0 0引起的拉應(yīng)力:引起的拉應(yīng)力: 此外,還有螺紋摩擦力矩此外,還有螺紋摩擦力矩 T 1引引起的切應(yīng)力起的切應(yīng)力 。經(jīng)分析推導(dǎo)可知:經(jīng)分析推導(dǎo)可知:5 . 0按第四強(qiáng)度理論計算當(dāng)量應(yīng)力,則按第四強(qiáng)度理論計算當(dāng)量應(yīng)力,則3 . 1)5 . 0(332222ca0F0F承受軸向載荷的緊螺栓連接承受軸向載荷的緊螺栓連接強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件為:為: 43.13.1210dFc
32、a單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單個螺栓連接的強(qiáng)度計算設(shè)計式設(shè)計式為:為:013.14Fd2 2)承受軸向載荷的緊螺栓連接)承受軸向載荷的緊螺栓連接 如右圖所示的氣缸蓋上的連接即如右圖所示的氣缸蓋上的連接即屬此種類型。屬此種類型。FDDp 雖然,這種螺栓是在受預(yù)緊雖然,這種螺栓是在受預(yù)緊力力F0的基礎(chǔ)上,又受的基礎(chǔ)上,又受工作拉力工作拉力F 。但是,但是,螺栓的總拉力螺栓的總拉力 FFF02。為什么?。為什么?承受軸向載荷的緊螺栓承受軸向載荷的緊螺栓2bm0F0F0F0F1F1F2F2FF預(yù)緊時預(yù)緊時受工作載荷后受工作載荷后)(2bF)(1mFF1殘余預(yù)緊力殘余預(yù)緊力mF0螺栓:螺栓:被連接件:被連接
33、件:FF2F1F螺栓的總拉力為螺栓的總拉力為FFF12單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單個螺栓連接的強(qiáng)度計算abF0mmbb0F承受軸向載荷的緊螺栓承受軸向載荷的緊螺栓3FFCmmtan可用載荷變形圖分析各力之間的關(guān)系??捎幂d荷變形圖分析各力之間的關(guān)系。螺栓的剛度螺栓的剛度 : Cb 被連接件的剛度:被連接件的剛度:Cmmm力力變形變形b0F力力變形變形o力力變形變形o1FF2FFbbCF0mmCF0FCCCmbb螺栓總拉力表達(dá)式螺栓總拉力表達(dá)式單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單個螺栓連接的強(qiáng)度計算bFCbbtanbFCCCFFFFmbb002FCCCFFFFFmbm110)(受力變形動畫受力變形動畫承受軸向載荷
34、的緊螺栓承受軸向載荷的緊螺栓4單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單個螺栓連接的強(qiáng)度計算令令mbbCCC,稱為螺栓的,稱為螺栓的相對剛度相對剛度,其值其值01。 (見教材(見教材P84) 為保證連接的緊密性,為保證連接的緊密性,應(yīng)使應(yīng)使 F1 0 。通常根據(jù)工作拉力。通常根據(jù)工作拉力 F 的性的性質(zhì)確定質(zhì)確定F1。 (見教材見教材P83) 設(shè)計中,設(shè)計中, 根據(jù)根據(jù)F計算總拉力計算總拉力2F計算螺栓的強(qiáng)度。計算螺栓的強(qiáng)度。a) 靜強(qiáng)度計算靜強(qiáng)度計算( F 不變化時不變化時)強(qiáng)度條件為:強(qiáng)度條件為:4/3 .1212dFca 注注:式中:式中“ 1.3 ” 考慮的是工作中可能的補(bǔ)充擰緊引起的切應(yīng)力的影響??紤]
35、的是工作中可能的補(bǔ)充擰緊引起的切應(yīng)力的影響。設(shè)計式為:設(shè)計式為:1d 3 .142FFCCCFFFFFmbb0212或螺紋連接件的許用應(yīng)力螺紋連接件的許用應(yīng)力14/212maxdF最大拉應(yīng)力:CdF4/210min最小拉應(yīng)力:b) 疲勞強(qiáng)度計算疲勞強(qiáng)度計算(F變化時)變化時) 當(dāng)工作拉力在當(dāng)工作拉力在 0F 之間變化時,螺栓的總拉力在之間變化時,螺栓的總拉力在 之間之間變化。變化。0F2F單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單個螺栓連接的強(qiáng)度計算 若不考慮摩擦力矩的扭轉(zhuǎn)作用,則螺栓危險截面的:若不考慮摩擦力矩的扭轉(zhuǎn)作用,則螺栓危險截面的:21minmax22dFCCCmbba應(yīng)力幅:單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單
36、個螺栓連接的強(qiáng)度計算212dFmbbCCCan強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件1a許用應(yīng)力幅許用應(yīng)力幅n強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件2件??砂吹谌陆?qiáng)度條 Cmintc1若螺栓工作應(yīng)力點(diǎn)在若螺栓工作應(yīng)力點(diǎn)在OJGI區(qū),則按疲勞強(qiáng)度建立強(qiáng)度條件,即區(qū),則按疲勞強(qiáng)度建立強(qiáng)度條件,即SSKKSatcca)2)()(2minmin1:螺栓材料的對稱循環(huán)拉壓疲勞極限,:螺栓材料的對稱循環(huán)拉壓疲勞極限,MPa,表,表5-7:試件的材料常數(shù),也即循環(huán)應(yīng)力中平均應(yīng)力的折算系數(shù):試件的材料常數(shù),也即循環(huán)應(yīng)力中平均應(yīng)力的折算系數(shù)K:拉壓疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù):拉壓疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù):許用安全系數(shù),表:許用安全系數(shù),表5-102 . 01
37、 . 0碳素鋼:碳素鋼:合金鋼:合金鋼:3 . 02 . 01、螺栓等、螺栓等 性能等級用兩個數(shù)字表示,共性能等級用兩個數(shù)字表示,共10級,表級,表5-8其中:整數(shù)部分:表示材料的抗拉強(qiáng)度極限的其中:整數(shù)部分:表示材料的抗拉強(qiáng)度極限的1/100,即,即 ; 小數(shù)部分:表示材料的屈服極限與抗拉強(qiáng)度極限之比小數(shù)部分:表示材料的屈服極限與抗拉強(qiáng)度極限之比 (屈強(qiáng)比)的(屈強(qiáng)比)的10倍,即倍,即單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單個螺栓連接的強(qiáng)度計算若螺栓工作應(yīng)力點(diǎn)在若螺栓工作應(yīng)力點(diǎn)在GIC區(qū),則按靜強(qiáng)度建立強(qiáng)度條件,即區(qū),則按靜強(qiáng)度建立強(qiáng)度條件,即SSmasca三、螺紋連接件的材料三、螺紋連接件的材料螺紋標(biāo)準(zhǔn)
38、件的性能等級螺紋標(biāo)準(zhǔn)件的性能等級產(chǎn)品等級:按公差大小不同分為產(chǎn)品等級:按公差大小不同分為A、B、C三級三級 A級精度最高,級精度最高,C級較低,用于一般場合級較低,用于一般場合性能等級:按力學(xué)性能不同所分等級性能等級:按力學(xué)性能不同所分等級100bbs10國標(biāo)規(guī)定:國標(biāo)規(guī)定:A、B級產(chǎn)品的性能等級為級產(chǎn)品的性能等級為8.8級級 C級產(chǎn)品的性能等級為級產(chǎn)品的性能等級為4.6級或級或4.8級級選用時,螺母的性能等級應(yīng)不低于與其相配的螺栓的性能等級。選用時,螺母的性能等級應(yīng)不低于與其相配的螺栓的性能等級。一般選兩者性能等級相同。一般選兩者性能等級相同。單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單個螺栓連接的強(qiáng)度計算2、
39、螺母、螺母 性能等級用一個數(shù)字粗略表示螺母能承受的最小應(yīng)力的性能等級用一個數(shù)字粗略表示螺母能承受的最小應(yīng)力的 1/100,共,共7級,表級,表5-9螺紋標(biāo)準(zhǔn)件的材料螺紋標(biāo)準(zhǔn)件的材料常用材料:低碳鋼常用材料:低碳鋼 Q215,10鋼鋼 中碳鋼中碳鋼 Q235,35鋼,鋼,45鋼鋼沖擊或變載荷:低合金鋼、合金鋼,如沖擊或變載荷:低合金鋼、合金鋼,如15Cr,40Cr等等普通墊圈材料:推薦采用普通墊圈材料:推薦采用Q235,15鋼,鋼,35鋼鋼彈簧墊圈:用彈簧墊圈:用65Mn制造,并經(jīng)熱處理和表面處理制造,并經(jīng)熱處理和表面處理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:8.8或或8.8級以上的中碳鋼、低碳或中碳合金鋼需經(jīng)淬
40、火級以上的中碳鋼、低碳或中碳合金鋼需經(jīng)淬火 并回火處理。并回火處理。單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單個螺栓連接的強(qiáng)度計算b) 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度計算的許用應(yīng)力幅計算的許用應(yīng)力幅aaSk1式中:式中:k、見附表見附表36、7。1:可按經(jīng)驗(yàn)公式近似計算:可按經(jīng)驗(yàn)公式近似計算 或表或表5-7 b32.01aS見表見表510。單個螺栓連接的強(qiáng)度計算單個螺栓連接的強(qiáng)度計算四、螺紋連接件的許用應(yīng)力四、螺紋連接件的許用應(yīng)力a) 靜強(qiáng)度靜強(qiáng)度計算的許用應(yīng)力計算的許用應(yīng)力 SSbs或式中:式中:S安全系數(shù)安全系數(shù)。松螺栓連接:松螺栓連接:S = 1.21.7緊螺栓連接:緊螺栓連接:S 的值見表的值見表510。說明說明5-
41、5 提高螺栓強(qiáng)度的提高螺栓強(qiáng)度的措施措施5-55-5 提高螺栓連接強(qiáng)度的措施提高螺栓連接強(qiáng)度的措施可從以下幾個方面提高螺栓的強(qiáng)度??蓮囊韵聨讉€方面提高螺栓的強(qiáng)度。4)采用合理的制造工藝。)采用合理的制造工藝。2)減小螺栓的應(yīng)力幅。)減小螺栓的應(yīng)力幅。3)減小附加彎曲應(yīng)力。減小附加彎曲應(yīng)力。1)改善各螺紋牙受載不均的現(xiàn)象。)改善各螺紋牙受載不均的現(xiàn)象。 工作中,螺栓受拉,螺母受壓,從而產(chǎn)生螺距差,導(dǎo)致旋合的工作中,螺栓受拉,螺母受壓,從而產(chǎn)生螺距差,導(dǎo)致旋合的各圈螺紋牙受載各圈螺紋牙受載不均。不均。改善措施:改善措施:采用懸置螺母、環(huán)槽螺母、內(nèi)斜螺母。采用懸置螺母、環(huán)槽螺母、內(nèi)斜螺母。采用鋼絲螺
42、套。采用鋼絲螺套。分析分析212dFmbbCCCa( )減小減小增大增大bCmC均可使均可使 減小。減小。a措施:措施:冷鐓、碾壓、氮化、噴丸等工藝均可提高螺栓的強(qiáng)度。冷鐓、碾壓、氮化、噴丸等工藝均可提高螺栓的強(qiáng)度。說明說明凸臺、沉頭座凸臺、沉頭座斜墊圈、球面墊圈斜墊圈、球面墊圈措施:措施:分析分析螺旋傳動螺旋傳動1螺旋傳動螺旋傳動一、螺旋傳動的類型和應(yīng)用一、螺旋傳動的類型和應(yīng)用傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋 調(diào)整螺旋調(diào)整螺旋螺旋傳動按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同,又可分為:螺旋傳動按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同,又可分為:說明說明滑動螺旋滑動螺旋 滾動螺旋滾動螺旋 靜壓螺旋靜壓螺旋說明說明 螺旋傳動是
43、利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動的。它主螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動,同時傳遞動力。要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動,同時傳遞動力。螺旋傳動按其用途不同,可分為以下三種類型螺旋傳動按其用途不同,可分為以下三種類型: 螺旋傳動按運(yùn)動形式有:螺桿轉(zhuǎn)動,螺母移動螺旋傳動按運(yùn)動形式有:螺桿轉(zhuǎn)動,螺母移動 螺母固定,螺桿轉(zhuǎn)動并移動。螺母固定,螺桿轉(zhuǎn)動并移動。 螺旋傳動螺旋傳動2螺旋傳動螺旋傳動二、滑動螺旋的結(jié)構(gòu)和材料二、滑動螺旋的結(jié)構(gòu)和材料1 1滑動螺旋的結(jié)構(gòu)滑動螺旋的結(jié)構(gòu)整體螺母整體螺母組合螺母組合螺母剖分螺母剖分螺母螺母結(jié)構(gòu)螺母結(jié)構(gòu): : 滑
44、動螺旋的結(jié)構(gòu)主要是指螺桿、螺母的固定滑動螺旋的結(jié)構(gòu)主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動的工作剛度與精度和支承的結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。固定螺釘調(diào)整螺釘調(diào)整楔快螺桿支承結(jié)構(gòu):螺桿支承結(jié)構(gòu):螺桿短而粗且垂直布置時:螺桿短而粗且垂直布置時:利用螺母本身做支承;利用螺母本身做支承;螺桿細(xì)長且水平布置時:螺桿細(xì)長且水平布置時:在螺桿兩端或中間附加支在螺桿兩端或中間附加支承,以提高螺桿工作剛度。承,以提高螺桿工作剛度。螺旋傳動螺旋傳動螺旋傳動常采用螺紋牙型:矩形、梯形、鋸齒形和三角形。螺旋傳動常采用螺紋牙型:矩形、梯形、鋸齒形和三角形。其中:梯形螺紋效率高,工藝性好,應(yīng)用最廣;其中:梯形螺紋效率高,工藝性好,應(yīng)用最廣; 矩形螺紋加工工藝性差,牙根強(qiáng)度低,應(yīng)用較少;矩形螺紋加工工藝性差,牙根強(qiáng)度低,應(yīng)用較少; 鋸齒形螺紋用于單面受力;鋸齒形螺紋用于單面受力; 三角形螺紋在受力不大的調(diào)整螺旋等情況采用。三角形螺紋在受力不大的調(diào)整螺旋等情況采用。螺桿旋向:常用右旋,特殊場合左旋螺桿旋向:常用右旋,特殊場合左旋傳力螺旋和調(diào)整螺旋:要求自鎖時,采用單頭螺紋傳力螺旋和調(diào)整螺旋:要求自鎖時,采用單頭螺紋傳導(dǎo)螺旋:為提高效率和直線運(yùn)動速度,可采用多線螺紋傳導(dǎo)螺旋:為提高效率和直
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