機械設計提高(2)

1、1 1、螺紋連接基本知識：螺紋和螺紋連接件的類型、結構、特點、螺紋連接基本知識：螺紋和螺紋連接件的類型、結構、特點、 應用場合及選用原則，要特別注意應用場合及選用原則，要特別注意普通螺栓連接和鉸制孔螺栓普通螺栓連接和鉸制孔螺栓 連接在結構、傳力方式、失效形式及強度計算準則上的不同連接在結構、傳力方式、失效形式及強度計算準則上的不同；2 2、螺紋連接強度計算，重點、螺紋連接強度計算，重點掌握緊螺栓連接力與變形之間的關系掌握緊螺栓連接力與變形之間的關系 以及以及提高螺栓連接強度的措施提高螺栓連接強度的措施；3 3、螺紋連接預緊的目的和控制預緊力的方法；、螺紋連接預緊的目的和控制預緊力的方法；螺紋連

2、接防松的螺紋連接防松的 原理和防松方法；原理和防松方法；4 4、螺栓組的受力分析、失效分析及強度計算方法；螺栓組的受力分析、失效分析及強度計算方法；5 5、螺旋傳動的基本知識，滑動螺旋傳動的設計計算，滾動螺旋、螺旋傳動的基本知識，滑動螺旋傳動的設計計算，滾動螺旋 傳動的工作原理及選擇計算；傳動的工作原理及選擇計算；6 6、鍵、花鍵、銷連接的類型鍵、花鍵、銷連接的類型、工作原理、結構形式和應用；、工作原理、結構形式和應用；7 7、平鍵連接尺寸的確定方法、失效形式、平鍵連接尺寸的確定方法、失效形式、強度校核方法；強度校核方法；8 8、無鍵連接的形式、工作原理、特點及應用。、無鍵連接的形式、工作原理

3、、特點及應用。 2.1、內容提要、內容提要第二講：連接第二講：連接受預緊力和軸向工作載荷的緊螺栓連接總拉力受預緊力和軸向工作載荷的緊螺栓連接總拉力F2的確定；的確定；關于緊螺栓連接強度計算公式中系數(shù)關于緊螺栓連接強度計算公式中系數(shù)1.3的意義的意義關于提高螺栓連接強度的措施；關于提高螺栓連接強度的措施；螺栓組連接的設計；螺栓組連接的設計；螺栓連接結構設計中應注意的問題；螺栓連接結構設計中應注意的問題；關于鍵連接的形式和應用場合；關于鍵連接的形式和應用場合；關于平鍵連接的尺寸確定、失效形式和強度校核關于平鍵連接的尺寸確定、失效形式和強度校核1.2、要點分析、要點分析第二講：連接第二講：連接1.2

4、、要點分析、要點分析受預緊力和軸向工作載荷的緊螺栓連接總拉力受預緊力和軸向工作載荷的緊螺栓連接總拉力F2的確定的確定二、受剪螺栓（鉸制孔螺栓）二、受剪螺栓（鉸制孔螺栓）一、受拉螺栓（普通螺栓）一、受拉螺栓（普通螺栓）1、受拉松螺栓、受拉松螺栓2、受拉緊螺栓、受拉緊螺栓a、受橫向工作載荷的受拉緊螺栓聯(lián)接受橫向工作載荷的受拉緊螺栓聯(lián)接(僅承受預緊力的緊螺栓聯(lián)接僅承受預緊力的緊螺栓聯(lián)接)b、受軸向工作載荷的受拉緊螺栓聯(lián)接受軸向工作載荷的受拉緊螺栓聯(lián)接(承受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接承受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接)(承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接)(受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接)FDD

5、p 螺栓預緊力F0后，在工作拉力F 的作用下，螺栓的總拉力F2 = ?FFF12FCCCFFmbb02這時螺栓的總拉力為： 為使工作載荷作用后，聯(lián)接結合面間有殘余預緊力F1存在，要求螺栓聯(lián)接的預緊力F0為：FCCCFFmbm10 式中F1為殘余預緊力，為保證聯(lián)接的緊密性，應使 F1 0，一般根據(jù)聯(lián)接的性質確定F1的大小。式中：mbbCCC為螺栓的相對剛度，其取值范圍為 01。承受預緊力和工作載荷聯(lián)合作用的緊螺栓承受預緊力和工作載荷聯(lián)合作用的緊螺栓 4/3 . 1212cadF靜強度條件：1.2、要點分析、要點分析關于緊螺栓連接強度計算公式中系數(shù)關于緊螺栓連接強度計算公式中系數(shù)1.3的意義的意義

6、2104dF3120162tanddFWTvT3 . 1322ca 21043 . 1dFca根據(jù)第四強度理論，根據(jù)第四強度理論，螺栓在預緊狀態(tài)下螺栓在預緊狀態(tài)下的計算應力的計算應力: :強度條件：強度條件： 以螺栓聯(lián)接為例，螺栓聯(lián)接的強度主要取決于螺栓的強度，因此，提高以螺栓聯(lián)接為例，螺栓聯(lián)接的強度主要取決于螺栓的強度，因此，提高螺栓的強度，將大大提高聯(lián)接系統(tǒng)的可靠性。螺栓的強度，將大大提高聯(lián)接系統(tǒng)的可靠性。影響螺栓強度的因素主要有以下幾個方面，或從以下幾個方面提高螺栓影響螺栓強度的因素主要有以下幾個方面，或從以下幾個方面提高螺栓強度。強度。改善螺紋牙上載荷改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象分布

7、不均的現(xiàn)象降低影響螺栓疲降低影響螺栓疲勞強度的應力幅勞強度的應力幅減小應力集中減小應力集中的影響的影響采用合理的制采用合理的制造工藝造工藝 1.2、要點分析、要點分析關于提高螺栓連接強度的措施關于提高螺栓連接強度的措施n螺栓組連接的結構設計n螺栓組連接的受力分析n單個螺栓的強度計算1.2、要點分析、要點分析螺栓組連接的設計螺栓組連接的設計1受橫向載荷2受轉矩3受軸向載荷4受傾覆力矩 受力分析的目的：根據(jù)聯(lián)接的結構和受載情況，求出受力最大的螺栓受力分析的目的：根據(jù)聯(lián)接的結構和受載情況，求出受力最大的螺栓 及其所受的力，以便進行螺栓聯(lián)接的強度計算。及其所受的力，以便進行螺栓聯(lián)接的強度計算。 受力分

8、析時所作假設：所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同；受力分析時所作假設：所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同； 受載后聯(lián)接接合面仍保持為平面。受載后聯(lián)接接合面仍保持為平面。 受力分析的類型：受力分析的類型：螺栓組的對稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；螺栓組的對稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合； FFriOOMTfF0fF0FF1.2、要點分析、要點分析螺栓組連接的設計螺栓組連接的設計 （1）對于受剪螺栓）對于受剪螺栓（鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓）聯(lián)接（圖聯(lián)接（圖b），每個螺栓所受工作剪力），每個螺栓所受工作剪力為：為： （2）對于受拉螺栓（普通螺栓）聯(lián)接（圖）對于受拉螺栓（普通螺栓）聯(lián)接（圖a）

9、 ，按預緊后接合面間所產(chǎn)，按預緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有：生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有： 式中：式中：z z為螺栓數(shù)目。為螺栓數(shù)目。1受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接zFFFKzifFS0fziFKFS0或或 Ks為防滑系數(shù)，設計中可取為防滑系數(shù)，設計中可取Ks =1.11.3。FFFFb)a)說明螺紋聯(lián)接組的設計42受轉矩的螺栓組聯(lián)接TKfrFfrFfrFsz02010 TrFziii1 采用受拉螺栓，是靠聯(lián)接預緊后在接合采用受拉螺栓，是靠聯(lián)接預緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉矩面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉矩T。 采用受剪螺栓，是靠螺栓的剪切和螺

10、栓采用受剪螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉矩與孔壁的擠壓作用來抵抗轉矩T。iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmaxziirfTKF1S0 動畫模擬動畫模擬3受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接 若作用在螺栓組上軸向總載荷若作用在螺栓組上軸向總載荷F F 作用作用線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對稱線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對稱中心，則各個螺栓受載相同，每個螺栓所中心，則各個螺栓受載相同，每個螺栓所受軸向工作載荷為：受軸向工作載荷為： 通常，各個螺栓還承受預緊力通常，各個螺栓還承受預緊力F0的作用，當聯(lián)接要有保證的殘余預緊的作用，當聯(lián)接要有保證的殘余預緊力為力為F1時，每

11、個螺栓所承受的總載荷時，每個螺栓所承受的總載荷F2為。為。zFFF2 = F1 + F 4受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接 傾覆力矩傾覆力矩 M 作作用在聯(lián)接接合面的用在聯(lián)接接合面的一個對稱面內，底一個對稱面內，底板在承受傾覆力矩板在承受傾覆力矩之前，螺栓已擰緊之前，螺栓已擰緊并承受預緊力并承受預緊力F0。 作用在底板兩作用在底板兩側的合力矩與傾覆側的合力矩與傾覆力矩力矩M平衡，即：平衡，即： 由此可以求出最大工作載荷：由此可以求出最大工作載荷：ziLFM1iiZiLMLF12imaxmax maxmaxLLFFii0maxPPWMAzF00minPWMAzF螺栓的總拉力：maxmbb02FCCCFF

12、為防止結合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求： 4受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接n從結構上采取措施避免螺栓受偏心載荷從結構上采取措施避免螺栓受偏心載荷作用，因偏心載荷使螺栓受到彎曲應力作用，因偏心載荷使螺栓受到彎曲應力的作用的作用n凸臺或沉頭坑凸臺或沉頭坑n球面墊圈或腰環(huán)螺栓球面墊圈或腰環(huán)螺栓1.2、要點分析、要點分析螺栓連接結構設計中應注意的問題螺栓連接結構設計中應注意的問題1.2、要點分析、要點分析關于鍵連接的形式和應用場合關于鍵連接的形式和應用場合薄型平鍵薄型平鍵1.2、要點分析、要點分析關于平鍵連接的尺寸確定、失效形式和強度校核關于平鍵連接的尺寸確定、失效形式和強度校核n平鍵連接存在

13、擠壓和剪切兩種失效形式，但平鍵連接存在擠壓和剪切兩種失效形式，但只作擠壓（對靜連接）和磨損（對動連接）只作擠壓（對靜連接）和磨損（對動連接）校核。校核。n鍵的剖面尺寸和鍵長分別由軸轂直徑及其配鍵的剖面尺寸和鍵長分別由軸轂直徑及其配合部分長度確定，鍵長合部分長度確定，鍵長L略小于轂長，強度校略小于轂長，強度校核式中的鍵長核式中的鍵長l為鍵與輪轂鍵槽接觸的長度。為鍵與輪轂鍵槽接觸的長度。n許用擠壓應力和許用壓強應取軸、鍵、轂三許用擠壓應力和許用壓強應取軸、鍵、轂三者中的較小值。者中的較小值。螺紋連接、鍵連接、銷連接的基本概念題螺紋連接、鍵連接、銷連接的基本概念題單個螺栓連接的強度計算單個螺栓連接的

14、強度計算多種受力狀態(tài)組合的螺栓組受力分析及連多種受力狀態(tài)組合的螺栓組受力分析及連接的強度計算（校核或設計）接的強度計算（校核或設計）2.3、題型概括、題型概括第二講：連接第二講：連接2.4、典型題解析、典型題解析第二講：連接第二講：連接n受力分析題受力分析題n受軸向工作載荷的緊螺栓連接的力與變受軸向工作載荷的緊螺栓連接的力與變形關系圖及總拉力計算題形關系圖及總拉力計算題n螺栓組連接受力分析與強度計算綜合題螺栓組連接受力分析與強度計算綜合題n螺栓組連接設計題螺栓組連接設計題n結構題（普通螺栓、鉸制孔螺栓、雙頭結構題（普通螺栓、鉸制孔螺栓、雙頭螺柱、地腳螺釘?shù)龋┞葜?、地腳螺釘?shù)龋├?、一螺栓組連

15、接的兩種方案如圖所示，已知外載、一螺栓組連接的兩種方案如圖所示，已知外載P，L=300mm，a=60mm，求，求（1）螺栓組在兩個方案中）螺栓組在兩個方案中受力最大螺栓的剪力各是多少？（受力最大螺栓的剪力各是多少？（2）分析哪個方案較好，）分析哪個方案較好，為什么？為什么？（a）（b）例例2. 如圖所示，一鋼板用四個螺栓固聯(lián)在鑄鐵支架上，如圖所示，一鋼板用四個螺栓固聯(lián)在鑄鐵支架上，螺栓布置有螺栓布置有A、B兩種方案，已知載荷兩種方案，已知載荷F=12000N， l =400mm，a =100mm。1）試比較那種布置方案合理？）試比較那種布置方案合理？2）此題采用受拉螺栓聯(lián)接還是受剪螺栓聯(lián)接好？

16、為什么？）此題采用受拉螺栓聯(lián)接還是受剪螺栓聯(lián)接好？為什么？例例3、已知一個托架的邊板用、已知一個托架的邊板用6個螺栓與相鄰的機架相連個螺栓與相鄰的機架相連接。托架受一與邊板螺栓組的垂直對稱軸線相平行、距接。托架受一與邊板螺栓組的垂直對稱軸線相平行、距離為離為250mm、大小為、大小為60KN的載荷作用?，F(xiàn)有如圖所示的載荷作用?，F(xiàn)有如圖所示的兩種螺栓布置形式，設采用鉸制孔螺栓連接，試問哪的兩種螺栓布置形式，設采用鉸制孔螺栓連接，試問哪一種布置形式所用的螺栓直徑較小？為什么？一種布置形式所用的螺栓直徑較??？為什么？例例4、若將一厚度為、若將一厚度為薄板，用兩個受拉螺栓（普通螺栓）固定在機架上，薄板

17、，用兩個受拉螺栓（普通螺栓）固定在機架上，可以采用兩種不同的形式如圖所示。已知作用在板上的力可以采用兩種不同的形式如圖所示。已知作用在板上的力P=2000N，兩，兩螺栓中心距離為螺栓中心距離為200mm，=20mm。螺栓、薄板和機架的材料都是。螺栓、薄板和機架的材料都是Q235鋼，其許用拉應力鋼，其許用拉應力=120N/mm2，許用剪切應力，許用剪切應力=44N/mm2，許用擠壓應力為，許用擠壓應力為p=66N/mm2。板間結合面摩擦系。板間結合面摩擦系數(shù)為數(shù)為= =0.2，可靠性系數(shù)，可靠性系數(shù)Kf=1.3。（。（1）計算兩種情況下所需螺栓直徑）計算兩種情況下所需螺栓直徑的大小，并說明哪種結

18、構形式較合理？（的大小，并說明哪種結構形式較合理？（2）若將上述連接改為受剪螺栓）若將上述連接改為受剪螺栓（鉸制孔用螺栓）再計算所需螺栓直徑的大小（按較合理的一種計算）（鉸制孔用螺栓）再計算所需螺栓直徑的大?。ò摧^合理的一種計算）例例5 5：圖示螺栓聯(lián)接受橫向載荷：圖示螺栓聯(lián)接受橫向載荷R作用，采用兩個作用，采用兩個M20的的普通螺栓（普通螺栓（M20螺栓的小徑螺栓的小徑d1=17.294 mm),),其許用拉應其許用拉應力力=160 N/mm2，連接結合面間的摩擦系數(shù)，連接結合面間的摩擦系數(shù)f =0.20，防，防滑系數(shù)滑系數(shù)Ks=1.2，試計算該聯(lián)接允許傳遞的橫向載荷，試計算該聯(lián)接允許傳遞的

19、橫向載荷R最大最大為多少？為多少？例例6、例例7、圖示剛性聯(lián)軸器用、圖示剛性聯(lián)軸器用HT200制成。螺栓孔分布制成。螺栓孔分布直徑直徑D=160mm，其傳遞的轉矩，其傳遞的轉矩T=1200N.m。若。若使用使用M16的普通螺栓（的普通螺栓（d1=13.835）聯(lián)接，已知聯(lián)）聯(lián)接，已知聯(lián)接表面的摩擦系數(shù)接表面的摩擦系數(shù)f=0.25，聯(lián)接的防滑系數(shù)，聯(lián)接的防滑系數(shù)Ks=1.2，螺栓的許用拉應力，螺栓的許用拉應力=80Mpa=80Mpa。試問至少。試問至少需要幾個螺栓才能滿足聯(lián)接的要求？需要幾個螺栓才能滿足聯(lián)接的要求？例例8、液壓油缸蓋螺栓組選用、液壓油缸蓋螺栓組選用6個個M16螺栓，若其危險剖面直

20、徑螺栓，若其危險剖面直徑d1=14mm，螺栓材料許用拉應力，螺栓材料許用拉應力=110MPa，油缸直徑，油缸直徑D=150mm，油缸壓力，油缸壓力P=2Mpa，F(xiàn)0=11000N， ， 進進行下面計算：行下面計算：（1）求螺栓的工作載荷以及總拉力和被連接件的殘余預緊力；）求螺栓的工作載荷以及總拉力和被連接件的殘余預緊力；（2）校核螺栓的強度是否足夠；）校核螺栓的強度是否足夠；（3）按比例畫出螺栓與被連接件的受力變形圖，并在圖中標出）按比例畫出螺栓與被連接件的受力變形圖，并在圖中標出b、m、F0、F1、F、F2 。8 . 0mbbccc例例9、如圖所示，一托架用兩個受拉螺栓聯(lián)、如圖所示，一托架用

21、兩個受拉螺栓聯(lián)接。經(jīng)測得，螺栓受力變形如下，試求接。經(jīng)測得，螺栓受力變形如下，試求P力的大小。力的大小。例例10：圖示支架用：圖示支架用4個普通螺栓聯(lián)接在立柱上，已知載個普通螺栓聯(lián)接在立柱上，已知載荷荷P=12400N，連接的尺寸參數(shù)如圖示，結合面摩擦系，連接的尺寸參數(shù)如圖示，結合面摩擦系數(shù)數(shù)f=0.2，螺栓材料的屈服極限，螺栓材料的屈服極限ss=270 =270 N/mm2。 安全安全系數(shù)系數(shù)s=1.5，螺栓的相對剛度，螺栓的相對剛度 ，防滑系數(shù)，防滑系數(shù)Ks=1.2，求所需螺栓小徑？求所需螺栓小徑？3 . 0mbbccc例例11、圖示剛性聯(lián)軸器由、圖示剛性聯(lián)軸器由6個均布于直徑個均布于直徑 的圓周上的螺栓的圓周上的螺栓聯(lián)接，聯(lián)軸器傳遞的轉矩聯(lián)接，聯(lián)軸器