第五章螺紋連接機(jī)械設(shè)計(jì)

1、第二篇第二篇 連連 接接機(jī)械動(dòng)連接機(jī)械動(dòng)連接運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副機(jī)械靜連接機(jī)械靜連接焊接、焊接、 膠接、膠接、 鉚接鉚接螺紋連接螺紋連接、鍵連接、鍵連接銷連接等銷連接等一、螺紋的類型和特點(diǎn)一、螺紋的類型和特點(diǎn): :v 螺旋副自鎖條件螺旋副自鎖條件螺旋副效率螺旋副效率)(vtantanvvfarctanvcosff 三角形三角形030 矩形矩形 =0梯形梯形015 第五章第五章 螺紋螺紋連接連接普通螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形普通螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋螺紋、鋸齒形螺紋30o60o33o三角形螺紋自鎖性好，三角形螺紋自鎖性好，用于連接用于連接。矩形、梯形螺紋傳動(dòng)效率高，矩形、梯形螺紋

2、傳動(dòng)效率高，用于傳動(dòng)用于傳動(dòng)。d2d1d 2dS大徑大徑 d d 公稱直徑公稱直徑小徑小徑 d d1 1 強(qiáng)度計(jì)算直徑強(qiáng)度計(jì)算直徑2dPP2dnptan螺距螺距 p 螺紋相鄰兩個(gè)牙型螺紋相鄰兩個(gè)牙型 上對應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離上對應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離導(dǎo)程導(dǎo)程S S螺紋上任一點(diǎn)沿螺紋上任一點(diǎn)沿同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動(dòng)的軸向距離動(dòng)的軸向距離線數(shù)線數(shù) n 螺紋的螺旋線數(shù)目螺紋的螺旋線數(shù)目二、螺紋的主要參數(shù)二、螺紋的主要參數(shù)普通螺紋的標(biāo)記普通螺紋的標(biāo)記螺紋代號(hào)螺紋代號(hào)-公差帶代號(hào)公差帶代號(hào)-旋合長度代號(hào)旋合長度代號(hào)M和公稱直徑中徑和頂徑公差帶S、N、L M105g6gS螺紋代號(hào)（普通螺紋，

3、公稱直徑為10mm） 中徑公差帶代號(hào) 頂徑（大徑）公差帶代號(hào) 旋合長度代號(hào) M101 左6H 螺紋代號(hào)（公稱直徑為10mm，螺距為1mm的細(xì)牙螺紋，螺紋旋向左旋）中徑和頂徑（小徑）公差帶代號(hào) M2025H / 5g6g 內(nèi)螺紋公差帶代號(hào) 外螺紋公差帶代號(hào) 5-2 5-2 螺紋螺紋連接的連接的類型類型和標(biāo)準(zhǔn)連接件和標(biāo)準(zhǔn)連接件1 1、螺栓連接螺栓連接裝拆方便裝拆方便螺栓受拉力螺栓受拉力普通螺栓連接普通螺栓連接一、螺紋一、螺紋連接的連接的基本基本類型類型F0FpFF0F預(yù)緊力預(yù)緊力鉸制孔螺栓連接鉸制孔螺栓連接螺栓受剪切、擠壓螺栓受剪切、擠壓用于橫向載荷大的用于橫向載荷大的連接連接FF2 2、雙頭螺柱

4、連接雙頭螺柱連接用于被連接件較厚，用于被連接件較厚，不宜制成通孔，不宜制成通孔，且經(jīng)常裝拆且經(jīng)常裝拆的場合的場合雙頭螺柱雙頭螺柱受拉力受拉力F0F預(yù)緊力預(yù)緊力3、螺釘連接、螺釘連接用于不經(jīng)常裝拆的場合用于不經(jīng)常裝拆的場合螺釘螺釘受拉力受拉力F0F預(yù)緊力預(yù)緊力4、緊定螺釘連接、緊定螺釘連接二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件連接件螺栓、螺母、螺釘、墊圈等螺栓、螺母、螺釘、墊圈等5-3 5-3 螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊預(yù)緊的目的預(yù)緊的目的保證可靠性、緊密性保證可靠性、緊密性防止聯(lián)接松動(dòng)防止聯(lián)接松動(dòng)提高聯(lián)接的緊密性提高聯(lián)接的緊密性提高聯(lián)接的緊密性提高聯(lián)接的緊密性測力矩扳手定力矩扳手預(yù)緊方法： TLF2

5、1TTTT1螺旋副摩擦阻力矩螺旋副摩擦阻力矩T2螺母和支承面上的摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩T0FT1螺旋副摩擦阻力矩螺旋副摩擦阻力矩FdT221)tan(202vFdT2螺母和支承面上的摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩20203030023dDdDFfTCd0D00FNfFFvRdF00.2202030300023)tan(2dDdDFfFdTCvFLdLNF15,200NF150000TLF5-3 5-3 螺紋連接的防松螺紋連接的防松1 1、摩擦防松、摩擦防松對頂螺母對頂螺母彈簧墊圈彈簧墊圈螺紋升角螺紋升角=1o42 3o2 v= 6.5o 10.5o防松的根本問題：防松的根本

6、問題： 防止螺旋副的相對轉(zhuǎn)動(dòng)防止螺旋副的相對轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦防松摩擦防松：自鎖螺母：自鎖螺母2 2、機(jī)械防松、機(jī)械防松開口銷與槽形螺母開口銷與槽形螺母止動(dòng)墊片止動(dòng)墊片機(jī)械防松機(jī)械防松：串聯(lián)鋼絲防松：串聯(lián)鋼絲防松正確錯(cuò)誤3 3、其他防松、其他防松: :破壞螺紋副關(guān)系防松破壞螺紋副關(guān)系防松防松的根本問題：防松的根本問題： 防止螺旋副的相對轉(zhuǎn)動(dòng)防止螺旋副的相對轉(zhuǎn)動(dòng)1 1、3 3、螺栓的排列應(yīng)有合理的間距和邊距；、螺栓的排列應(yīng)有合理的間距和邊距；2 2、減小螺栓受力，盡量受力均勻。、減小螺栓受力，盡量受力均勻。FL螺栓布置靠近邊緣螺栓布置靠近邊緣螺栓排數(shù)不宜過多螺栓排數(shù)不宜過多4 4、分布在圓周上的螺栓數(shù)目、

7、分布在圓周上的螺栓數(shù)目多多為偶數(shù)；為偶數(shù)；5 5、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凸臺(tái)與沉孔凸臺(tái)與沉孔斜面墊圈斜面墊圈F0螺栓組受力分析的目的：螺栓組受力分析的目的： 分析螺栓組中各螺栓的受力情況，找出分析螺栓組中各螺栓的受力情況，找出受力最大的螺栓，以便進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。受力最大的螺栓，以便進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。螺栓組所受的外載情況：螺栓組所受的外載情況：幾點(diǎn)假設(shè)：幾點(diǎn)假設(shè)：（1 1）所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊）所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同；力均相同；（2 2）螺栓的對稱中心與連接結(jié)合面的形心）螺栓的對稱中心與連接結(jié)合面的形心重合；重合；（3 3）受載后連接結(jié)合面

8、仍保持為平面。）受載后連接結(jié)合面仍保持為平面。用普通螺栓連接用普通螺栓連接FFFKiZfFS 0連接的不滑移條件：連接的不滑移條件：iZfFKFS 01i2i0F0FfF01 1、受橫向載荷受橫向載荷的螺栓組連接的螺栓組連接用用鉸制孔螺栓連接鉸制孔螺栓連接FZFF螺栓受剪力螺栓受剪力Z螺栓的數(shù)目螺栓的數(shù)目 F0 0=100N,=100N,z=3,=3,f =0.15, Ks=1.2求求F=?=?FKfZiFS0不滑移條件：不滑移條件：SKfZiFF0N1502143150100.FF 2 2、受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接Ta.a.用普通螺栓連接用普通螺栓連接TKrfFSizi10連接的

9、不轉(zhuǎn)動(dòng)條件：連接的不轉(zhuǎn)動(dòng)條件：ziiSrfTKF10fF0fF0ir160120T=10Nm,z=6,f =0.15, Ks=1.2求F0=?r1r2ziiSrfTKF10不轉(zhuǎn)動(dòng)條件：不轉(zhuǎn)動(dòng)條件：r1 =60mm,r2 =100mmNF7 .307)1004602(15. 01000102 . 10b.采用鉸制孔螺栓連接采用鉸制孔螺栓連接iirFrFmaxmaxziiiTrF1ziirTrF12maxmax受載最大的螺栓受載最大的螺栓所受剪力所受剪力TmaxrmaxFiriFrzTFFmaxmaxrri160120T=10Nm, z=6,求求Fmax=? =? r1r2r1 =60mm, r2

10、 =100mmN18.21100460210010001022ziirTrF12maxmax氣缸螺栓連接圖氣缸螺栓連接圖D3 3、受軸向力的緊螺栓組、受軸向力的緊螺栓組pFzDpF4/2工作拉力工作拉力0F4、受傾覆力矩受傾覆力矩M的螺栓組連接的螺栓組連接iiLFLFmaxmaxziiiMLF1ziiLMLF12maxmax0MiFmaxFmaxLiLAzF00MiFmaxFmaxLiLAzF0 pPppmaxmax0maxminpppWMpmax繞軸繞軸y-y受傾覆力受傾覆力矩矩M=10Nm, 求求F Fmaxmax=? =? ziiLMLF12maxmax160120yyxx L1L1=8

11、0N25.31804801000102若繞軸若繞軸x-x受傾覆力受傾覆力矩矩M=10Nm, 求求F Fmaxmax=?=? NF7 .27606601000102max L2L2=60連接方式連接方式失效形式失效形式設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算FF4210dF16/311dT16/)tan(23102dFdv5 . 00F0F1 1、 僅受預(yù)緊力僅受預(yù)緊力1.3.3系數(shù)是考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力系數(shù)是考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響的影響 0143 . 1Fd設(shè)計(jì)式設(shè)計(jì)式3 . 1322ca43 . 1210dF驗(yàn)算式驗(yàn)算式2 . 0 ,0fFFfFF50減載銷減載銷減載套筒減載套筒減載鍵減載鍵FF0F0FFF

12、例例1 1：普通螺栓連接，：普通螺栓連接，3 3個(gè)螺栓個(gè)螺栓,=200MPa,=200MPa,f =0.15, Ks=1.2,F=15000N,求所需螺栓的直求所需螺栓的直徑徑d1？1)1)不滑移條件：不滑移條件：fZiFKFS02315. 0150002 . 1=20 000N 0143 . 1Fd2)2)強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：2002000043 . 1=12.86mmM16 d1=13.835mm氣缸螺栓連接圖氣缸螺栓連接圖D2 2、受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓、受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓pFzDpF4/2工作拉力工作拉力預(yù)緊力預(yù)緊力0FFFF02？2F？0F未擰緊未擰緊b m F 再受工再

13、受工作載荷作載荷FFFF12受的總拉力受的總拉力殘余預(yù)緊力 m 已擰緊已擰緊, ,未未受工作載荷受工作載荷0FmCFF010F1FbCFF02Cb螺栓剛度Cm被連接件剛度0F力變形b m 力變形0F0F變形力mb FFF122Fm1FFbmbbbFCtan0mmmFCtan0FbbCFtanmCFFFCCCFmbbFCCCFFFFmbb002FFCCCFFFFmbb021FCCCFmbm0 Ss靜強(qiáng)度計(jì)算靜強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)工作拉力當(dāng)工作拉力 F F 變化時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算變化時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)4/212dF1.3強(qiáng)度條件：相對剛度相對剛度mbbCCC總拉力總拉力FFFCCCFFmbb

14、102FCCCFFmbm01F1F2F0F力m b 變形1FFF2CminCdF4210min4212maxdF按按 判定強(qiáng)度計(jì)算方法判定強(qiáng)度計(jì)算方法, ,驗(yàn)驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。算疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。Cmin2 ,2minmaxminmaxmaam K1s NM MNamScaSmaxlimminL0d3、受剪螺栓連接、受剪螺栓連接的的 ppLdFmin0 4/20dF剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度失效形式：失效形式：螺栓剪斷螺栓剪斷接觸表面壓潰接觸表面壓潰擠壓強(qiáng)度擠壓強(qiáng)度注意：注意： -螺栓材料；螺栓材料； p p-螺栓或孔壁較弱的材料螺栓或孔壁較弱的材料例例:圖示氣缸蓋用圖示氣缸蓋用6個(gè)普通螺栓連接個(gè)普

15、通螺栓連接,已知?dú)飧讐阂阎獨(dú)飧讐毫α=2MPa，D=80mm,取取 試求試求: 1、螺栓小徑、螺栓小徑d1； （F-工作拉力）工作拉力） 2、安裝時(shí)預(yù)緊力、安裝時(shí)預(yù)緊力,2,5 . 11bmCCFF?0FpD ,MPa160 解：解：1、求工作拉力、求工作拉力FNDpZFF1674 6480264222、求總拉力、求總拉力F2NFFFFFF41855 . 25 . 112DFFp3、求螺栓小徑、求螺栓小徑4、求螺栓的預(yù)緊力、求螺栓的預(yù)緊力0F mmFd58. 6160418543 . 143 . 121NFCCCFFmbb3627 167431418520FF5 . 11 )(10FCCCF

16、FFmbbDpma例：一橫板用兩個(gè)普通螺栓聯(lián)在立柱上，已例：一橫板用兩個(gè)普通螺栓聯(lián)在立柱上，已知知P=4000N，L=200mm，d=100mm, f =0.15, , 試求螺栓小徑試求螺栓小徑d1.2 . 1SK ,300MPa 解解: 1、將外力、將外力P 向螺向螺栓組形心簡化。栓組形心簡化。螺栓組受載螺栓組受載橫向力：橫向力： P轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)矩： T=PL =800000NmmLdPd轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩TPLdPd轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩TP1F1F1F1F2F2F2F2FF 2、分析在各載荷作用、分析在各載荷作用下，每個(gè)螺栓的受力。下，每個(gè)螺栓的受力。NFPP1000 :412504800000 :2rzTFT28

17、28N3、求合力、求合力NFFFFF3605 45cos2828200022828200045cos2222122210F4、求螺栓的預(yù)緊力、求螺栓的預(yù)緊力FKfFS0不滑移條件：不滑移條件：NfFKFS2884015. 036052 . 105、求螺栓小徑、求螺栓小徑d1 mmFd61.123002884043.143.1016、討論、討論1）其他條件不變，使螺栓之間的距離由）其他條件不變，使螺栓之間的距離由100增至增至200mm,對連接有何影響？對連接有何影響？合力：合力：NfFKFS1788015. 022352 . 10NrzTFT141421004800000 :2NFFFFF22

18、35 45cos1414100021414100045cos222212221 mmFd93.93001788043.143.101結(jié)論：受轉(zhuǎn)矩和傾結(jié)論：受轉(zhuǎn)矩和傾覆力矩作用的螺栓覆力矩作用的螺栓組，螺栓應(yīng)遠(yuǎn)離螺組，螺栓應(yīng)遠(yuǎn)離螺栓組形心或旋轉(zhuǎn)軸栓組形心或旋轉(zhuǎn)軸線。線。ziiSrfTKF10ziirTrF12maxmaxziiLMLF12maxmax2) 當(dāng)螺栓布置方式發(fā)生改變時(shí)當(dāng)螺栓布置方式發(fā)生改變時(shí), 會(huì)有何影響？會(huì)有何影響？LPdd2) 如果采用鉸制孔螺如果采用鉸制孔螺栓，會(huì)有何影響？栓，會(huì)有何影響？求合力求合力NFFFFF3605 45cos2828200022828200045cos2

19、222122211F1F1F1F2F2F2F2FFLdPd轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩TP用剪切強(qiáng)度計(jì)算螺栓直徑用剪切強(qiáng)度計(jì)算螺栓直徑 mmFd78. 33203605441校核配合面的擠壓強(qiáng)度校核配合面的擠壓強(qiáng)度HLLP例：圖示支座用例：圖示支座用4個(gè)螺釘連接個(gè)螺釘連接,已知已知P=8000N，H=120mm,L=80mm, 取摩擦系數(shù)取摩擦系數(shù) f=0.15, 防滑防滑系數(shù)系數(shù) 試求螺栓小徑試求螺栓小徑., 2 . 1SK ,MPa120 ,3.0mbbCCC解：解：1、將外力、將外力P 移至接合面形心移至接合面形心HLLPPMHPM橫向載荷橫向載荷P 傾覆力矩傾覆力矩2、求工作拉力、求工作拉力FHLLPPM

20、FFNLZHPLZMF300080412080003、按不滑移條件求預(yù)緊力、按不滑移條件求預(yù)緊力0F不滑移條件：不滑移條件： PKiZfFS0NiZfPKFS160001415. 080002 . 104、求總拉力、求總拉力F2NFCCCFFmbb1690030003 . 01600002HLLPPMFF5、求螺栓小徑、求螺栓小徑 mmFd27.151201690043 . 143 . 1216、接合面是否出現(xiàn)間隙？、接合面是否出現(xiàn)間隙？01390030001690021NFFF900900 SS SspSpS：pBpSF2bCmC2F0F力變形m b 1FFFCCCFFmbb02FCCCFF

21、mbm010F0F2F1FFF0F0F0F0（大圓角和卸載結(jié)構(gòu)）（大圓角和卸載結(jié)構(gòu)）圖示支座用圖示支座用4個(gè)螺釘連接個(gè)螺釘連接,已知已知P=5600N，夾角，夾角a=45,h=320mm, L=140mm,b=150mm, 取摩擦系取摩擦系數(shù)數(shù) f =0.15, 防滑系數(shù)防滑系數(shù)Ks=1.2,試設(shè)計(jì)螺栓連接試設(shè)計(jì)螺栓連接.hh1b 150P140LLHPVPHPVPM1P1PmaxFVF PHPPH作用下每個(gè)螺栓工作拉力：zPPH1M作用下 螺栓工作拉力：LMF4maxmax1FPF工作拉力工作拉力bPhPMVH2cosPPVsinPPH不滑移條件不滑移條件:M 作用對摩擦力沒有影響作用對摩擦

22、力沒有影響 VSPKZfF1)(1)(010HmbmVSVSmbmPCCCfPKZFPKZPCCCFf 2143 . 1FdFCCCFFmbb02ZPV/1PCCCmbbVSPKFZf1VSHmbmPK)ZPCCCfZ(F00F力力變形變形2F1F1P校核連接安全的工作的必要條件：校核連接安全的工作的必要條件：1、連接結(jié)合面下端不壓潰條件、連接結(jié)合面下端不壓潰條件2、連接結(jié)合面上端不出現(xiàn)縫隙的條、連接結(jié)合面上端不出現(xiàn)縫隙的條件件F圖示兩根梁用兩塊鋼蓋板和八個(gè)圖示兩根梁用兩塊鋼蓋板和八個(gè)4.6級(jí)普通螺栓連接，級(jí)普通螺栓連接，材料的屈服極限為材料的屈服極限為240MPa。梁受到的拉力。梁受到的拉力F=32kN，取結(jié)合面摩擦系數(shù)取結(jié)合面摩擦系數(shù)f=0.2，安全系數(shù)，安全系數(shù)S=1.5，防滑系數(shù)，防滑系數(shù)Ks=1.2。試確定所需螺