第九章 螺纹联接.ppt

,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,第九章 联 接,联 接,可拆联接,螺纹联接,焊接、铆接、粘接,重点讨论,螺纹联接、,键联接,不可拆联接,键联接,花键联接,成形联接,銷联接,过盈联接,9.1,螺纹联接,一、螺纹类型,螺纹牙型,三角螺纹,普通螺纹,矩形螺纹,锯齿型螺纹,梯形螺纹,管螺纹,管路联接,一般联接,传递运动或传力,螺旋线数,三角螺纹,双线,多线,单线,左,螺纹,右螺纹,螺纹旋向,联接螺纹,三、螺纹牙型特点和应用,传动螺纹,锯齿形螺纹,三角形螺纹,矩形螺纹,梯形螺纹,d,2,螺纹中径,n,螺纹线数,p,螺距,s,导程，,s,=,np,升角,螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角,牙型角,d,螺纹大径，公称直径,d,1,螺纹小径,二、螺纹参数,螺纹旋向,常用右旋，特殊要求时用左旋,粗牙螺纹,一般联接,细牙螺纹,d,1,大、强度大、自锁性好，常用于变载,二、螺旋副的受力分析、效率和自锁,1,、矩形螺纹（,=,0,o,),螺纹受力分析,F,=,Q,tg(,+,）,摩擦角,=arctg,f,Q,F,d,2,N,R,fN,v,s,F,R,Q,+,螺旋副的效率,由此可见，,增加效率提高,另一方面，当滑块等速下滑时,Q,F,d,2,R,fN,v,s,N,F,R,Q,-,F,=,Q,tg(,-,）,若,，则,0,。自锁条件：,1,.,螺栓联接,9.2.1,螺栓联接的基本类型,2,.,双头螺柱联接,工作原理：,螺栓受拉力，承受外载,应用：,被联接件较厚，且常拆卸处,3,.,螺钉联接,工作原理：,螺栓受拉承受外载,应用：,一被联件较厚，但不常拆卸处,4,.,紧定螺钉联接,9.2.2,标准螺纹联接件,1.,螺,栓、螺柱、螺钉联接件,2,.,紧定螺钉、螺母,3,.,垫圈,9.2,螺纹联接的预紧和防松,9.2.3,螺栓联接的预紧,对于一般联接，可凭经验来控制预紧力,F,0,的大小，但对于重要的联接就要严格控制其预紧力。,T,=,T,1,+,T,2,=,KF,0,d,拧紧时扳手力矩为,T,可由,测力矩扳手,测定,!,式中,K,为拧紧力矩系数,可,查表,T,1,螺纹阻力矩,T,2,螺母支承面摩擦阻力矩,拧紧目的,：提高螺栓联接刚,性、紧密性、紧固性要求；以及防松,，,使接合面产生摩擦力，以承受横向载荷,预紧：,安装时将螺母拧紧，使联接受到一定的预紧力 。,9.2.4,螺栓联接的防松,联接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象。,螺纹联接防松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。,常用的防松方法,:,摩擦防松,机械防松,:,其他防松,弹簧垫圈,对顶螺母,尼龙圈锁紧螺母,开口销,带翅垫片,止动垫片,永久防松：端铆、冲点、点焊,化学防松,粘合,9.3,单个螺栓联接强度计算,单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。所以在一组螺栓中,找出受力最大的螺栓并计算所受力的大小、性质，以便强度计算。,根据联接的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。,设计准则：,针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。,螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径,d,1,然后按照标准选定螺纹的公称直径（大经）,d,等。,螺栓联接,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,工作载荷,横向工作载荷,轴向工作载荷,外载方向垂直于螺栓轴线,外载方向平行于螺栓轴线,用于轴向或横向工作载荷,用于横向工作载荷,9.3.1,受拉螺栓联接,1.,松螺栓联接,强度条件：,设计公式：,式中 为松联接螺栓的许用拉应力（,MPa,）,查表,9-6,d,1,计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。,动画演示,2,.,紧螺栓联接,只受,预紧力,紧螺栓联接,螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应力状态。,螺栓危险界面上的拉伸应力为,螺栓危险界面上的扭转剪切应力为,动画演示,对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，取,f,v=tan,j,v=0.15,，简化处理的,t,=0.5,s,.,根据第四理论，可求出当量应力,s,e,为,因此，强度条件为：,即,设计公式为,受横向外载荷的,紧螺栓联接,载荷与螺栓轴向垂直,靠被联接件间的摩擦力传递,.,螺栓受载前需预紧,受载前后受力相同,.,螺栓内部危险截面上既有轴向预紧力,F,0,形成的拉应力,s,又有因螺栓与螺纹牙面间的摩擦力矩,T,1,而形成的扭转剪应力,t,受力特点,装配时要拧紧，工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力,F,作用,F,F,R,R,T,T,1,F,F,螺栓受,F,和,T,1,作用,F,引起的拉应力：,T,1,引起的扭剪应力：,拉、扭联合作用时，按第四强度理论：,当量拉应力：,强度条件：,设计式：,预紧力,F,应满足的条件？,应使接合面摩擦力大于工作载荷,R,摩擦力：,m f F,R,C,当,m,=1,、,f,=0.15,、,C=,1.2,时，,F,8,R,F,：螺栓所受轴向预紧力,m,：结合面的数目,f,：结合面间的摩擦系数,C,：,可靠性系数，取,1.1,1.3,R,：螺栓联接所受横向工作载荷,此结构，要使联接不发生滑动，螺栓要承受,8,倍于横向外载荷的预紧力。结构笨重、不经济。因此要避免这种结构，而采用新结构。,承受轴向静载荷的,紧螺栓联接,载荷方向与螺栓轴向一致,螺栓受载前需预紧,受载前后受力不同,.,螺栓内部危险截面上同样既有拉应力,s,又有扭转剪应力,t,.,受力特点,强度条件,:,设计公式,:,式中,F,S,为螺栓受载后所受的轴向总拉力,(,N,),通过受载前对,螺栓的预紧,和,受载后螺栓轴向拉力的分析,可知,这里,F,为单个螺栓的轴向载荷,F,为受,轴向外载荷后的残余预紧力,F,S,=F+,F,F,=,F,+,F,动画演示,残余预紧力应满足下列要求：查表,9-3,1,）无特殊要求时,F,=,（,0.20.6),F,2,）变载作用时,F,=,（,0.61.0),F,3,）有紧密性要求时,F,=,（,1.51.8),F,4,铰制孔用螺栓联接,螺栓杆受挤压应力和剪切应力作用。,此类螺栓预紧力小，计算时可忽略,强度条件：,d,0,螺栓杆受剪面直径,最小挤压高度,设计时，按上述公式分别计算出,d,0,，取大值,m,剪切面的数目,9.4,螺纹联接件的材料和许用应力,9.4.1,螺纹联接件的材料,其它对螺纹有特殊要求（如防腐、耐高温）时，应选择有特殊性能的材料。,一般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢，如,Q215,、,Q235,、,15,、,35,、,45,等,受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢，如,15Cr,、,40Cr,、,30CrMnSi,、,15CrVB,等,材料的力学性能,see P218,表,9,5,一句话：一般用途：碳素钢；重要联接：合金钢,螺栓材料的许用拉应力按下式确定,:,式中,S,为安全系数,see P219,的表,9-7,。紧联接螺栓若不控制预紧力，则,S,大小与螺栓直径和载荷性质有关，此时设计螺栓联接时，常用试算法确定,S,。即先预估螺栓直径，再与计算出的螺栓直径作比较后，对,S,作调整和计算。,精度等级,3.6,4.6 4.8 5.6 5.8 6.8,8.8,、,9.8,10.9,12.9,常用材料,低碳钢,低碳钢或,中碳钢,中碳钢或低碳合金钢,中碳钢或低碳合金钢,合金钢,Bmin,=100,点前数字,smin,=10,(,点前数字,点后数字,),例：,3.6,级螺栓：,Bmin,=100,点前数字,=100,3=300(Mpa),smin,=10,(,点前数字,点后数字,)=10,(3,6)=180(Mpa),2,）机械强度与性能等级关系,1,）螺栓的性能等级和材料,Bmin,=100,级别,例：级别为,6,的螺母：,Bmin,=100,级别,=1006=600(Mpa),3,）机械强度与性能等级关系,查表时的注意,事项,螺栓组的结构设计（,补充,）,目的：合理确定螺栓组的布置形式及接合面的几何形状；使各螺栓受力均匀，便于加工、装配。,1,、接合面应设计成轴对称的简单几何形状,2,、合理布置螺栓，使其受力均匀,3,、合理确定螺栓的间距和边距，保证足够的扳手空间,4,、同一分布圆上的螺栓应取偶数，便于钻孔时分度画线,5,、同一螺栓组，螺栓材料、规格相同,6,、螺母及螺栓头的支承面应光洁、平整,注意：,对于螺栓组联接，应首先对螺栓组进行受力析，找出受载最大的螺栓，然后对该螺栓进行强度计算。,动画演示,螺栓的排列应有合理的间距、边距。最小距离由扳手所需要的活动空间来定,动画演示,9.5,提高螺栓联接强度的措施,螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，提高螺栓强度有以下几种措施：,改善螺纹牙间的载荷分配,内斜螺母,环槽螺母,悬置螺母,减小螺栓的应力变化幅度,受变载荷作用的螺栓，其应力也在一定的幅度内变动，,减小螺栓刚度,或,增大被联接件刚度,等皆可以使螺栓的应力变化幅度减小。,减小螺栓刚度的方法,a.,柔性螺栓,b.,弹性元件,增大被联接件刚度的方法,a.,金属垫片,b.,密封环,减小应力集中,避免附加弯曲应力,结束,