西南交通大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)課件_(1)

1、q聯(lián)接概述q螺紋聯(lián)接概述q螺紋聯(lián)接的擰緊與防松q單個(gè)螺栓的受力分析 與強(qiáng)度計(jì)算q螺紋組受力分析與討論q提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施1 1 概述概述一、聯(lián)接分類一、聯(lián)接分類1、按運(yùn)動(dòng)關(guān)系分靜聯(lián)接：只固定，無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如螺紋聯(lián)接、普通平鍵聯(lián)接。動(dòng)聯(lián)接：彼此有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如花鍵、螺旋傳動(dòng)等。運(yùn)動(dòng)副2、按傳載原理分靠摩擦力（力閉合）：如受拉螺栓、過(guò)盈聯(lián)接。非摩擦（形閉合）：靠聯(lián)接零件的相互嵌合傳載，如平鍵。材料鎖合聯(lián)接：利用附加材料分子間作用，如粘接、焊接。3、按拆開(kāi)時(shí)是否損壞零件分可拆聯(lián)接：如螺紋聯(lián)接（最廣泛的可拆聯(lián)接）。不可拆聯(lián)接：如焊接、鉚接等。二、螺紋基本知識(shí)二、螺紋基本知識(shí) 直徑大徑d：公稱直徑。M

2、20d=20mm小徑d1：螺紋的最小直徑。中徑d2：齒厚=齒槽寬處直徑，幾何計(jì)算用。 一般?。篸2=(d+d1)/2 螺距p 線數(shù)n：n=1時(shí)用于聯(lián)接；n1時(shí)用于傳動(dòng)； n，但為便于制造n4 牙形角：螺紋牙兩側(cè)面夾角。1、螺紋的主要參數(shù)2、螺紋的類型右旋左旋螺紋位置：內(nèi)螺紋螺母；外螺紋螺釘。旋向判定：順著軸線方向看，可見(jiàn)側(cè)左邊高則為左旋，右邊高則為右旋。螺紋旋向：左旋螺紋，右旋螺紋（常用）。思考： 中徑升角：2arctandnp 導(dǎo)程s ：s=np聯(lián)接：效率低、自鎖性好。傳動(dòng)：效率高、自鎖性差。螺紋牙形：三角形、矩形、梯形、鋸齒形等3033060三角形梯形鋸齒形矩形單線，用于聯(lián)接雙線或多線，常

3、用于傳動(dòng)粗牙：一般情況下使用。細(xì)牙：d相同，p小， 小，牙淺，自鎖性好，但不耐磨，易滑扣。 用于變載荷場(chǎng)合。 聯(lián)接螺紋：一般為單線、粗牙、右旋的三角螺紋。螺紋線數(shù)：?jiǎn)尉€（聯(lián)接）；多線（傳動(dòng)）。2 2 螺紋聯(lián)接的主要類型、材料螺紋聯(lián)接的主要類型、材料一、主要類型（一、主要類型（注意各圖的畫法注意各圖的畫法）1、螺栓聯(lián)接受拉普通螺栓普通螺栓：無(wú)需在被聯(lián)件上加工螺紋 孔，裝拆方便，用于兩被 聯(lián)件均不太厚的場(chǎng)合。受剪鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓：除起聯(lián)接作用外， 還起定位作用。2、雙頭螺柱聯(lián)接 用于有一聯(lián)接件較厚，并經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合，拆卸時(shí)只需擰下螺母即可。3、螺釘聯(lián)接 用于有一聯(lián)接件較厚，且不需經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合

4、。4、緊定螺釘聯(lián)接 螺釘末端頂住另一零件的表面或相應(yīng)凹坑，以固定兩個(gè)零件的相互位置，并可傳遞不大的力或力矩。二、性能等級(jí)二、性能等級(jí)1、螺栓等：十個(gè)性能等級(jí)，如：3.6、4.6、4.8、性能等級(jí)材料性能如：6.8Bmin/100=6Bmin=600MPa10(smin/Bmin)=8smin=480MPa或smin=(68)10=480MPa低碳鋼或中碳鋼2、螺母：七個(gè)等級(jí)，與螺栓性能相配。（自學(xué)）3 3 螺栓聯(lián)接的擰緊與防松螺栓聯(lián)接的擰緊與防松一、擰緊一、擰緊受載之前擰緊螺母預(yù)緊力F預(yù)緊聯(lián)接剛度防松能力緊密性1、擰緊力矩T=？螺母支承面間的摩擦阻力矩以螺母分析：T=T1+T2螺紋副間的摩擦力

5、矩221dFTt)tan(vtFF螺紋副間有效圓周力2)tan(2dFva)螺母所 受轉(zhuǎn)矩b)螺栓所 受轉(zhuǎn)矩c)螺栓轉(zhuǎn) 矩圖T1T2T1TTTT434T3T1frFT 2（rf支承面摩擦半徑）dFkTTTt 21kt擰緊力矩系數(shù)，一般取kt=0.2F/2F/2d)螺栓和被聯(lián)接 件所受預(yù)緊力e)計(jì)算螺母承壓面 力矩用的符號(hào)FF/2F/2FD1d12、控制T的方法T F 拉斷、滑扣T不能滿足工作要求控制T的大小一般情況憑經(jīng)驗(yàn)，擰緊即可。方法：測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量： （大型螺栓聯(lián)接）定力矩扳手測(cè)力矩扳手沖擊扳手 采用測(cè)力矩扳手或定力矩扳手控制預(yù)緊力，準(zhǔn)確性較差，也不適用與大型的螺栓聯(lián)接。為此，可以采用測(cè)量

6、螺栓伸長(zhǎng)量的方法來(lái)控制預(yù)緊力。測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量3、嚴(yán)格控制預(yù)緊力時(shí)dM12M16標(biāo)準(zhǔn)扳手長(zhǎng)度L=15d，若擰緊力為F，則： T=FL=15dF=0.2Fd F=75F若F=200N，則F=15000N。 小于M12，則易拉斷。二、防松二、防松1、螺紋聯(lián)接按自鎖條件設(shè)計(jì)： v。 靜載下不會(huì)自行松脫。2、松動(dòng)原因沖擊、振動(dòng)、變載荷下溫度變化較大時(shí)螺旋副摩擦力Ff減小或瞬時(shí)消失松動(dòng)下螺母上螺母螺栓對(duì)頂螺母3、防松方法防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。按防松原理不同，分為三類：a ）摩擦防松自鎖螺母彈簧墊圈開(kāi)口方向：斜向右下方彈性增壓尖端抵住開(kāi)口銷與槽形螺母b ）機(jī)械防松（直接鎖?。┱_不正確注意金屬絲

7、穿入方向串聯(lián)金屬絲c ）破壞螺紋副關(guān)系不可拆聯(lián)接膠接沖點(diǎn)焊住4 4 單個(gè)螺栓聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺栓聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算螺栓聯(lián)接受拉螺栓受剪螺栓松聯(lián)接：不擰緊，無(wú)預(yù)緊力F，僅受工作載荷F緊聯(lián)接：需擰緊僅受預(yù)緊力F同時(shí)受預(yù)緊力F和工作載荷F一、受拉螺栓聯(lián)接一、受拉螺栓聯(lián)接對(duì)于受拉螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂。65%20%15%危險(xiǎn)截面面積由計(jì)算直徑dc確定：dc=d1-H/6，H0.866p；其中：d1、p分別為螺紋小徑和螺距。1、松聯(lián)接如：起重滑輪螺栓僅受軸向工作拉力F失效：拉斷強(qiáng)度條件：4/2cdFMPa 校核式式中：dc危險(xiǎn)截面計(jì)算直徑許用應(yīng)力， =

8、 sSs，見(jiàn)表6.3（P110）。4Fdcmm 設(shè)計(jì)式查手冊(cè)，選螺栓2、緊聯(lián)接（1）只受預(yù)緊力F的緊聯(lián)接外載荷FR對(duì)螺栓為橫向力靠摩擦力傳遞a. FR作用下，板不滑移：FRFf，而FfF。b. 按F計(jì)算： F為螺栓軸向負(fù)荷拉應(yīng)力4/2cdFc. 擰緊過(guò)程中，在T1作用下螺栓受扭產(chǎn)生T4/)tan(216/2/)tan(22321cvccvTTdFddddFWT對(duì)鋼制M10M68螺栓：T0.5。d. 危險(xiǎn)截面上受復(fù)合應(yīng)力（ 、 T）作用強(qiáng)度準(zhǔn)則螺栓為塑性材料第四強(qiáng)度理論。3 . 1322Tc校核式即：4/3 . 12ccdF1.3意義：緊聯(lián)接時(shí)，將拉應(yīng)力增大30%以考慮擰緊力矩的影響。3 . 1

9、4Fdcmm 設(shè)計(jì)式（2）受預(yù)緊力F和軸向工作載荷F的緊螺栓聯(lián)接a、未擰狀態(tài)b、擰緊狀態(tài)Fc、工作狀態(tài)F變形受力過(guò)程：無(wú)變形 F 12 +F 1+12-2變形協(xié)調(diào)條件：1= 2 =各力定義1、預(yù)緊力F（擰緊螺母后，作用在螺栓上的拉力和被聯(lián)件上壓力）2、螺栓工作拉力F0 總拉力3、工作載荷F（對(duì)螺栓聯(lián)接施加的外載荷）4、F”剩余預(yù)緊力。（P108）思考：圖b中，F(xiàn)0=？ 圖c中，F(xiàn)0=F+F？靜力平衡條件： F0=F+F”即：螺栓總拉力等于工作載荷與剩余預(yù)緊力之和。 上述過(guò)程還可通過(guò)力變形圖表示1 12 2變變形形力力力力 1 1 2 21 12 2變變形形力力螺栓剛度：111/tanFc222

10、/tanFc被聯(lián)件剛度：在合并圖中：1101cFFFcFF 22cFF FcccFF 212FcccFFFF 2110檢查F”的大小求總拉力即：螺栓總拉力等于預(yù)緊力加上部分工作載荷。由于21兩圖合并1 12 21 12 2變形變形力力討論：1、211ccc螺栓相對(duì)剛度系數(shù)當(dāng)F、F一定時(shí)，2110cccF為螺栓受力選擇不同墊片211ccc應(yīng)使2、0 F：不出現(xiàn)縫隙。(由FcccFF 212驗(yàn)算) (P108)同理，考慮扭轉(zhuǎn)作用，強(qiáng)度條件為：校核式4/3 . 120ccdF3 . 140Fdcmm 設(shè)計(jì)式F1o時(shí)間o工作載荷變化2力F變形螺栓拉力變化c1+c2c1Fc2c1+c2F2F1F2F12

11、F02-F01F01F02若工作載荷為變載荷：當(dāng)工作載荷在F1F2變化時(shí)，螺栓總拉力在F01F02之間變化變載荷下螺栓失效：Fa作用下的疲勞拉斷Fa拉力變幅：21112010222CCCFFFFFa)(2211212acaCCCdFF應(yīng)力幅：螺栓許用應(yīng)力幅（P110）表6.3即：變載荷下螺栓，應(yīng)力幅越小，疲勞強(qiáng)度越高。hhFR12d21剪斷破壞擠壓破壞被連接件FRa)受剪螺栓聯(lián)接b)螺栓被擠壓二、受剪螺栓聯(lián)接二、受剪螺栓聯(lián)接1、失效形式：剪斷、接觸表面壓潰。2、螺栓剪切強(qiáng)度條件4/2dmFsd桿抗剪面直徑m抗剪面數(shù)目許用剪應(yīng)力3、擠壓強(qiáng)度條件psphdFh對(duì)象受壓高度；p許用擠壓應(yīng)力，表6.4

12、，取弱者計(jì)算；5 5 螺栓組聯(lián)接的受力分析螺栓組聯(lián)接的受力分析一、思路一、思路聯(lián)接結(jié)構(gòu)形式、外載荷類型 螺栓受力 找出受載最大螺栓按單個(gè)螺栓聯(lián)接的計(jì)算方法計(jì)算二、基本假定二、基本假定1、各螺栓剛度相同；2、各螺栓F相同；3、變形在彈性范圍內(nèi)；4、被聯(lián)件為剛體；三、四種典型受載情況時(shí)三、四種典型受載情況時(shí) 的受力分析的受力分析1、受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接特點(diǎn)：載荷與螺栓軸線平行，并通過(guò)螺栓組對(duì)稱中心。各螺栓組平均受載： F=FQ/z螺栓還受F F0 3 . 1420CdF工作條件：F”02、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接FRFRa)用受拉螺栓聯(lián)接FFFFFFFR/2FR/2（1）特點(diǎn)：橫向載荷作用線與螺栓

13、軸線垂直，并通過(guò)螺栓組對(duì)稱中心。（2）承載方式：形閉合：受剪螺栓（靠桿的剪切與擠壓承載）力閉合：受拉螺栓（由F在結(jié)合面產(chǎn)生的摩擦力承載）（3）受力分析a 、受拉螺栓工作條件：RfsFkzmF zmFkFsRf按僅受F的緊聯(lián)接計(jì)算。式中：s 結(jié)合面的摩擦系數(shù)； z 螺栓個(gè)數(shù)； m 結(jié)合面數(shù)目，圖中m=2； kf可靠系數(shù)（防滑系數(shù)）， kf=1.11.5；FRFRb)用受剪螺栓聯(lián)接Fs/2Fs/2Fs/2FsFs/2FsFR/2FR/2b、受剪螺栓假定每個(gè)螺栓受載相同，則工作條件：RsFFzzFFRS/剪切計(jì)算擠壓計(jì)算3、受旋轉(zhuǎn)力矩T的螺栓組聯(lián)接特點(diǎn)：在轉(zhuǎn)矩T作用下，底板有繞螺栓組形心軸線O-O旋

14、轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。橫向力受拉螺栓受剪螺栓摩擦力承載，各螺栓處產(chǎn)生相等的摩擦力Fs（1）受拉螺栓聯(lián)接工作條件：TkrFrFrFfzsss21ziisfzsfrTkrrrTkF121)(（2）受剪螺栓聯(lián)接 靠剪切和擠壓承載，各螺栓在T作用下受橫向力Fs。問(wèn)題：Fs1= Fs2= = Fsz ？即Fsi與ri成正比：zszssrFrFrF2211或isisrFrFmaxmax工作條件： Fs1r1+ Fs2r2+ + Fszrz= T變形協(xié)調(diào)條件：底板視為剛體，ri剪切變形量 FsimaxmaxrrFFissi代入工作條件中：ziizsrTrrrrTrF12max22221maxmax4、受翻轉(zhuǎn)力矩M（傾覆

15、力矩） 的螺栓組聯(lián)接特點(diǎn)：在M作用下，底板有繞螺栓組形心軸翻轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。作用M前：各螺栓受相同F(xiàn)作用M后：左側(cè)：F拉(不均勻)， 右側(cè)：F壓(不均勻) F工作條件：MrFrFrFzz2211變形協(xié)調(diào)條件：maxmax2211rFrFrFrFzzziizrrMrrrrMF12max22221maxmax其它條件：附加校核討論：設(shè)計(jì)時(shí)，如何布置螺栓更合理？遠(yuǎn)離對(duì)稱中心RiFmax實(shí)際應(yīng)用可轉(zhuǎn)化為上述四種狀態(tài)的不同組合：分別計(jì)算 迭加橫向載荷和旋轉(zhuǎn)力矩F軸向載荷和翻轉(zhuǎn)力矩F0F強(qiáng)度計(jì)算左側(cè)不出現(xiàn)縫隙右側(cè)邊緣不壓潰6 6 提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施1、機(jī)理工作時(shí)，螺栓受拉，p螺母受壓，

16、p兩者產(chǎn)生螺距差一、改善螺紋牙間受力分配一、改善螺紋牙間受力分配第一圈：p最大，受力最大第810圈后幾乎不受力各圈受載不均 采用加高螺母不能 提高聯(lián)接強(qiáng)度。2、辦法采用受拉螺母（變形一致） 減小螺栓螺母螺距變化差二、減小附加彎曲應(yīng)力二、減小附加彎曲應(yīng)力螺紋牙根彎曲應(yīng)力斷裂螺紋孔不正、被聯(lián)件表面不平、發(fā)生變形等。引起附加彎曲應(yīng)力因素：a)螺栓受偏心載荷eFb)被聯(lián)接件剛度不夠a)采用球面墊圈抗彎力偶e)采用環(huán)腰d)采用沉頭座b)采用斜墊圈c)采用凸臺(tái)措施：墊圈、凸臺(tái)、沉孔等。思考：采用凸臺(tái)、沉孔的目的？三、減輕應(yīng)力集中三、減輕應(yīng)力集中收尾：退刀槽；增大牙根處過(guò)渡圓角半徑。四、降低應(yīng)力幅四、降低應(yīng)力幅 a amax 一定時(shí)：a疲勞強(qiáng)度當(dāng)F、F”不變時(shí)： c1 或 c2。措施： 1）螺栓長(zhǎng)度 2）光桿直徑 3）采用柔性螺栓1、降低螺栓剛度c1 1 27 7 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)1、 結(jié)合面幾何形狀力求簡(jiǎn)單（矩、圓、三角），且螺栓組的對(duì)稱中心與結(jié)合面形心重合，結(jié)合面受力均勻。3、 分布在同一圓周上的z應(yīng)取偶數(shù)（4、6、8），便于分度劃線。4、 避免附加彎曲載荷：凸臺(tái)、沉孔、斜墊