第06章螺纹联接设计1教程文件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 螺纹联接设计,6-1 螺纹的主要参数及类型,6-2 螺旋副的分析,、效率和自锁,6-3 螺纹联接和螺纹联接件,6-4 螺栓联接的强度计算,6-5,螺纹联接的结构设计,*.螺纹连接用螺纹联接件（螺栓，螺钉）将两个以上零件联成一体。,联接件,螺栓,被联接件,*.本章的主要内容,1.螺纹类型及主要参数;螺纹联接的主要类型、特点及应用;,2.螺旋副的受力、效率及自锁,预紧和防松;,3.螺栓的强度计算;,4.螺栓组的结构设计.,D,p,螺母,垫圈,按螺纹牙分的表面分类,外螺纹在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓,、,螺钉,内螺纹在圆柱空内壁上形成的螺纹，如螺母,内螺纹,外螺纹,螺杆,螺母,按螺纹牙的度量衡分类,公制螺纹 mm,英制螺纹 扣/in,按螺纹牙的牙型分类:,普通螺纹,牙型角=60，,当量摩擦系数较大，自锁性能 好，主要,用于连接,。,圆柱管螺纹,牙型角=55，,用于压力p,1.57MPa的,管子,连接,矩形螺纹,牙型角=0，,当量摩擦系数小，效率高，,用于传动,梯形螺纹,牙型角=30，,牙根强度高，效率较高，易保证加工精度，广泛,用于传动,。,锯齿形螺纹牙型斜角两边不相等，工作面=3,非工作面=30，效率较三,角形螺纹高，,只能用于单向传动,。,60,30,普通螺纹,内螺纹,p,外,螺纹,d,d,2,d,1,矩形螺纹,内螺纹,p,外螺纹,d,1,d,2,d,30,15,内螺纹,p,外,螺纹,d,d,2,d,1,梯形螺纹,锯齿形螺纹,d,d,2,d,1,内螺纹,p,外,螺纹,3,30,p,圆柱管螺纹,d,内螺纹,d,2,d,1,外,螺纹,55,按螺纹线,数分类,单线螺纹 Z=1，效率低，自锁性好，易加工,三线螺纹Z=3，效率高，自锁性差，难加工,双线螺纹Z=2，效率较Z=1 高,单线螺纹,双线螺纹,三线螺纹,三.螺纹的主要参数,以圆柱普通外（内）螺纹为例来说明,1,.,大径d：,外、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径（管螺纹除外）,2,.,小径d,1,：,与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱上面的直径。,在强度计算中常用作危险截面的计算直径。,3,.,中径d,2,：,处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线,上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。,4,.,螺距P,：,相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,5,.,导程P,h,：,螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。,P,h,=zP。,6,.,升角,：,螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹,角，通常用中径处的升角,表示。其计算式为：,7,.,牙型角,：,在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角,。螺纹牙型的侧,边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角,。对于三角形、,梯形螺纹等对称牙型，,=/2。,P,h,P,d,d,2,d,1,内螺纹,外螺纹,1,.,大径d：,与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的圆柱直径，规定为螺纹的公,称直径（管螺纹除外）。,2,.,小径d,1,：,与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相相切圆柱体直径。在强度计算中,常用作危险截面的计算直径。,3,.,中径d,2,：,处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线,上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。,4,.,螺距P,：,相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,5,.,导程P,h,：,螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。,P,h,=zP。,7,.,牙型角,：,在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角,。螺纹牙型的侧,边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角,。对于三角形、,梯形螺纹等对称牙型，,=/2。,6,.,升角,：,螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹,角，通常用中径处的升角,表示。其计算式为：,二、螺旋副的受力关系、效率和自锁,（一）矩形螺纹副,（,牙型角,=0）,的受力关系及效率,1）拧紧螺母时,相当相当于滑块沿斜面等速上升运动,d,d,(,),2,2,1,1,t,tan,F,F,T,Q,r,+,l,=,=,拧紧力矩:,(,),tan,F,F,Q,t,r,+,l,=,水平力:,效率：,F,t,F,Q,F,t,F,t,F,Q,F,t,F,Q,F,f,F,Rn,F,R,v,F,R,+,2）松脱螺母时,相当于滑块沿斜面等速下降,F,t,F,Q,F,f,F,Rn,F,R,v,F,R,F,Q,F,t,-,当滑块在F,Q,作用下沿斜面等速下,降时，滑块上的摩擦力F,f,沿斜面向上，,斜面对滑块的总反力F,R,与F,Q,之间夹角,为,-,，,由力三角形可的水平力：,3）螺旋副的自锁条件,由松脱螺母时,的水平力计算式可知，若,，则Ft为负值。表明要使,滑块在F,Q,作用下沿斜面等速下滑，必须加一反方向的,水平力F,t,，否则不论F,Q,力有,多大，,滑块都不会在其作用下自行下滑，即螺母不会在轴向载荷,F,Q,作用下自行松,脱此现象称为自锁。,螺旋副的自锁条件：,（二）非矩形螺纹副,（,牙型角,0）,的受力关系及效率,矩形螺纹副,非矩形螺纹副,F,Q,F,Q,F,Rn,F,Rn,1）矩形螺纹：,F,Rn,=,F,Q,F,f,=,F,Rn,f,=F,Q,f,摩擦角,=arctanf,2）非矩形螺纹：,F,Rn,=,F,Q,/cos,F,f,=,F,Rn,f,=F,Q,f,/cos,=,F,Q,f,v,摩擦角,v,=arctanf,v,效率：,非矩形,螺旋副的自锁条件：,v,一）螺栓联接,螺栓联接是利用螺栓穿过被联接件的孔，拧上螺,母，将被联接件联成一体。其被联接件的孔内不切制螺纹，使用方便。,通常用,被联接件不太厚，能从,被联接件,两边进行装配的场合。,6-2 螺纹联接,一.螺纹联接的基本类型,结构特点,：,被联接件通孔和螺栓间有间隙,故通孔加工精度要求较低，其,结构简单、装拆方便，应用广泛。,普通螺栓联接,1.普通螺栓（即受拉螺栓）联接,受力特点：,联接承受外载荷时，,螺栓受拉力作用,d,d,0,F,R,F,R,F,F,化工管道,2.铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）联接。,结构特点,：,被联接件孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合,（,H7/m6,，,H7/n6,）。用于要求精确固定被联接件相对位置，并能承受横向,载荷，但孔的加工精度要求较高。,铰制孔用螺栓联接,普通螺栓联接,a,l,1,d,d,0,F,R,F,R,d,d,0,F,R,F,R,F,F,受力特点：,联接借助螺栓杆承受横向外载荷，螺栓受剪力作用。,特点,是：将螺栓一端旋紧在一被联接件的螺纹孔内，另一端穿过另一,被联接件的孔，旋上螺母，从而将被联接件联成一体。,二）双头螺柱联接,应用,：用于被联接件之一太厚不便穿孔，且需经常装拆,或结构上受限制,不能采用螺栓联接的场合。,注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制,d,发动机缸体,特点：,螺钉联接不用螺母，而是直接将螺钉拧入被联接件之一的螺纹孔内，从而实现联接。,三）螺钉联接,应用：,用于被联接件之一较厚的场合，不经常装拆联接的场合。,注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制,特点：,紧定螺钉联接，是利用,紧定螺钉旋入一零件，并以其末端,顶紧另一零件（或该零件的的凹坑 内）来固定两零件之间的相互位置,四）紧定螺钉联接,应用：,可用于传递不大的力及转,矩，多用于轴和轴上零件的联接。,二.螺纹联接件,紧定螺钉联接,一）螺栓,s,e,d,b,l,k,六角头螺栓,k,l,b,d,二）双头螺栓,两端均制有螺纹，两端螺纹可相同（均为粗牙）也可,不同（一端为粗牙，另一端为细牙）。,s,e,d,l,0,l,k,d,P,l,2,六角头铰制孔用螺栓,d,0,三）地脚螺栓,是将机座固定在地基上一种特殊螺栓。,四）螺钉,、,紧定螺钉,螺钉头部,、,紧定螺钉末端有多种结构型式,地脚螺栓,螺钉头部结构型式,外六角头,内六角头,一字槽沉头,十字槽沉头,十字槽半圆头,一字槽圆柱头,锥端,平端,圆柱端,尖锥端,紧定螺钉末端结构,五）螺母,六角薄螺母,六角厚螺母,六角槽形螺母,圆螺母,六）垫圈,平垫圈,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用带翘垫圈,6-2 螺纹联接,二.螺纹联接的预紧,1、预紧的目的：,为了增大连接的刚性、紧密性提高放松能力和抗疲劳强度。,即工作之前将螺纹联接拧紧加预紧力F。,一般预紧力F产生的应力不超过材料的屈服极限的80%,碳素钢 F（0.60.7）,s,A,1,合金钢 F（0.50.6）,s,A,1,2、预紧的方法,F不容易控制，一般采用,1)凭手感经验（不准确）,；,2)测力矩扳手；,3)定力矩扳手；,4)测定伸长量。,L,M,L,S,测定伸长量,测力矩扳手,定力矩扳手,拧紧力矩大小,L,S,T,D,1,如图所示，在拧紧螺母时，,需要克服螺纹副相对扭转,的阻力矩,T,1和螺母与,支承面之间的摩擦阻力,矩,T,2，,即拧紧力矩,T,=,T,1,+,T,2,拧紧力矩,T,1,克服螺纹副相对转动的阻力矩；,T,2,克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；,设预紧力为F,r,f,支撑面摩擦半径。,r,f,=(,d,w,+,d,0,)/4,T,0.2 F,d,总力矩：,f,c,摩擦系数。无润滑时取：,f,c,=0.15,6-2 螺纹联接,三.螺纹联接防松,防松的根本目的在于防止螺纹副间的相对转动。防松的措,施很多，按工作原理可分为如下三类。,1摩擦防松,这类防松措施是使拧紧的螺纹之间不因外载荷变化而失去压力，即始终有摩擦阻力防止联接松脱。这种方法不十分可靠，故多用于冲击和振动不剧烈场合。常用的有如下几种：,弹簧垫圈,双螺母,尼龙圈锁紧螺母,2.机械防松,机械防松的措施是，利用各种止动零件，以阻止拧紧的螺纹零件产生相对转动。这类防松方法相当可靠，应用很广。常用的方法有：,槽形螺母和开口销,串联钢丝,正确结构,错误结构,止动垫圈,3.粘合和破坏螺纹副防松,将粘合剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后，粘合剂能自行固化，防松效果良好。,利用焊、冲点的方法，排除了螺母相对螺栓转动的可能。,如右图,6-3 单个,螺栓联接的强度计算,一.螺栓联接强度计算的目的：,是,确定螺栓的公称直径d,二.螺栓联接的失效形式及计算准则,2,.,受剪螺栓,（,受横向载荷的铰制孔螺,栓）,主要破坏形式为螺栓杆与孔壁,间,压溃或螺栓杆被剪断,，计算准则应是,保证,联接的挤压强度和螺栓的剪切强,度,，其中联接的挤压强度对联接的可靠,性起决定性的作用。,1,.,受拉螺栓,（,受轴向载荷或横向载荷,的普通螺栓）主要破坏形式为,螺栓,杆和螺纹部分可能发生,塑性变形或断裂,，,其计算准则是：,保证螺栓的静力（或,疲劳）拉伸强度。,普通螺栓联接,d,d,0,F,R,F,R,F,F,铰制孔用螺栓联接,a,l,1,d,d,0,F,R,F,R,压溃,剪断,吊环螺栓联接（松）,F,F,0,气缸盖螺栓联接（紧）,三.螺栓联接的强度计算,按装配情况螺栓联接可分为两大类,松,螺栓联接装配时不需拧紧螺母如吊环螺栓联接,紧螺栓联接装配时必须将螺母拧紧，应用广泛。,如气缸盖螺栓联接等。,一）受轴向载荷,（力作用线与螺栓轴线平行）,的螺栓连接,D,p,F,螺栓危险剖面的抗拉强度条件为：,1.松螺栓联接,螺栓受力,工作载荷前，螺栓并不受力,工作时受拉力F（由外加载荷产生）,MPa,校核计算式：,设计计算式：,mm,式中：,d,1,螺栓危险剖面直径，即螺纹小径，,mm,；,螺栓的公称直径d确定：,根据d,1,d,1ca,的原则,查普通螺纹基本尺寸（GB196-,81）机械设计课程设计表11-1，确定螺栓的公称直径d。,松螺栓联接的许用应力,，Mpa，,螺栓材料的屈服极限,S,松,松螺栓联接的安全系数,，S=1.21.7,吊环螺栓联接,公称直径（mm）,螺 距（p）,mm,中 径（d,2,）,mm,小 径（d,1,）,mm,第一系列,第二系列,8,1.25,7.188,6.647,1.00,7.350,6.917,0.75,7.518,7.188,10,1.5,9.026,8.376,1.25,9.188,8.647,1.00,9.350,8.917,0.75,9.513,9.188,12,1.75,10.863,10.106,1.5,11.026,10.376,1.25,11.188,10.674,1.0,11.350,10.917,14,2.0,12.701,11.835,1.5,13.026,12.376,8,6.647,10,8.376,12,10.106,普通螺纹基本尺寸（GB196-81）,课程设计表11-1,14,11.835,2、紧螺栓联接,装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。,1)只受预紧力作用的紧螺栓联接,d,d,0,F,R,F,R,F,F,螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力F导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F,R,。,预紧力,F,K,f,可靠性系数，常取,Kf,=1.11.3,m 结合面数,图示m=1,f,摩擦系数，对钢与铸铁，取:,f,=0.10.15,若取,f,=0.15，C=1.2,m=1,则：,F,a,8F,结构尺寸大,改进措施：,1.采用键、套筒、销承担横向工作载荷。,螺栓仅起连接作用,2.采用无间隙的铰制孔螺栓。,F,F/2,F/2,螺栓受预紧力,F,和摩擦力,矩T的双重作用。,拉应力,：,强度计算,d,d,0,F,R,F,R,F,F,切应力：,分母为抗剪截面系数,对于M10M68的普通螺纹，取d,1,、d,2,和,的平均值，,并取：,tan,V,=,f,V,=0.15,得：0.5,当量应力：,强度条件：,设计式,依所得d,1,靠标准直径d,设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：,p D,2,/4,F,=,Z,2)受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接,p,F,0,F,0,D,此时,螺栓受总拉力F,0,=F+F吗?,特别注意，轴向总载荷F,0,：,F,0,F+F,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,松弛,状态,受载,变形,分析加载过程：,加预紧力后,螺栓受拉伸长,1,被联接件受压缩短,2,加载,F,后:,螺栓总伸长量增加为:,总拉力为：,被联接件压缩量减少为：,残余预紧力减少为：,F,很显然:,FF,2,F,3,F,4,F,5,螺栓杆,F,F,螺栓杆,螺母体,假设螺母为刚体，则螺纹牙变形与普通螺木相同。,但实际上螺母也是弹性体，受载也被拉长，变形螺纹牙产生回弹，从而减小两者螺距变化，使受载均匀。,10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。,潘存云教授研制,采用凸台或沉孔结构,潘存云教授研制,潘存云教授研制,三、减小应力集中,1.增大过渡圆角,2.切制卸载槽,r,四、避免或减小附加应力,3.卸载过渡结构,要从结构、制造与装配精度采取措施。,潘存云教授研制,支承面不平,切削加工支承面,潘存云教授研制,潘存云教授研制,五、采用合理制造工艺,冷镦头部、辗压螺纹,疲劳强度提高30%,比车削,表面处理：,氰化、氮化也能,提高疲劳强度。,结 束,电教制作：,侯玉英,三.扳手空间,螺栓排列应有合理的钉距、边,距，注意留必要的板手空间。板手,空间的具体尺寸可查有关手册。,L,要有合理的边距,要有合理的间距,D,p,距离过小,e,f,