机械设计 螺纹连接

第二篇连接机械动连接→运动副机械静连接→焊接、胶接、铆接螺纹连接、键连接、销连接等第五章螺纹连接§5-1螺纹一、螺纹的类型和应用类型：普通螺纹、管螺纹；矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹d2d1d2dS大径d—公称直径小径—强度计算直径1d2dPP2dnptan二、螺纹的主要参数导程：S线数：n、螺距：PnpS三角形030β三、螺纹特点及应用:v螺旋副自锁条件螺旋副效率)(vtantanvvfarctanβvcosff矩形=0梯形015β牙型角α=60°牙型角α=30°牙型角α=0°三角形螺纹自锁性好，用于连接。矩形、梯形、锯齿形螺纹传动效率高，用于传动。§5-2螺纹连接的类型及应用1、螺栓连接FF结构简单螺栓受拉力FF0F预紧力普通螺栓连接一、螺纹连接的基本类型装拆方便铰制孔螺栓连接螺栓受剪切、挤压用于横向载荷大的连接2、双头螺柱连接用于被连接件较厚，不宜制成通孔，且经常装拆的场合双头螺柱受拉力0F预紧力3、螺钉连接用于不经常装拆的场合螺钉受拉力0F预紧力4、紧定螺钉连接§5-3螺纹连接的预紧和防松21TTTT1螺旋副摩擦阻力矩T2螺母和支承面上的摩擦阻力矩T0F一、螺纹连接的预紧目的：增强连接的可靠性和紧密性，防止松动。T1螺旋副摩擦阻力矩FdT221)tan(vGd22T2螺母和支承面上的摩擦阻力矩20203030023dDdDFfTCd0D0GF将字母更换：F0=G=)tan(vFd022dF00.2202030300023)tan(2dDdDFfFdTCvLFdLNF15200,NF150000预紧方法：测力矩扳手（图5-8）定力矩扳手（图5-9）二、螺纹连接的防松1、摩擦防松对顶螺母弹簧垫圈螺纹升角ψ=1o42’~3o2’v=6.5o~10.5o垫圈动画防松的根本问题：防止螺旋副的相对转动2、机械防松开口销与槽形螺母止动垫片3、其他防松防松的根本问题：防止螺旋副的相对转动§5-6螺栓组连接的设计一、螺栓组连接的结构设计1、连接接合面的几何形状要有对称性；2、螺栓的排列应有合理的间距和边距；3、分布在圆周上的螺栓数目多为偶数；4、减小螺栓受力，尽量受力均匀。FL螺栓布置靠近边缘螺栓排数不宜过多二、螺栓组连接的受力分析螺栓组受力分析的目的：分析螺栓组中各螺栓的受力情况，找出受力最大的螺栓，以便进行强度计算。螺栓组受的外载荷情况：几点假设：（1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；（2）螺栓的对称中心与连接结合面的形心重合；（3）受载后连接结合面仍保持为平面。1、受横向载荷的螺栓组连接铰制孔用螺栓连接FFFZFF螺栓受剪力Z—螺栓的数目用普通螺栓连接F∑/2F∑/2用普通螺栓连接FFFKiZfFS0连接的不滑移条件：fZiFKFS01i2i0F0FfF0防滑系数KSF0=100N,z=3,f=0.15,Ks=1.2求F∑=?FKfZiFS0不滑移条件：SKfZiFF0N1502143150100..F∑F∑2、受转矩的螺栓组连接Ta.用普通螺栓连接TKrfFSizi10连接的不滑移条件：ziiSrfTKF10fF0fF0ir160120T=10Nm,Z=6,f=0.15,Ks=1.2求F0=?r2ziiSrfTKF10不滑移条件：r1=60mm,r2=100mmNF7.307)1004602(15.01000102.1010rFiirF20rFTKS或例：Tr1b.铰制孔用螺栓连接maxmax11rFrFrFiiziiiTrF1ziirTrF12maxmax受载最大的螺栓所受剪力T1r1FrzTFFmax则若ri=rmaxmaxFmaxriirrFFmaxmaxTrFrFrFii2211ziiTrrF12maxmax160120T=10Nm,z=6,求Fmax=?F1=?r1r2r1=60mm,r2=100mmN18.21100460210010001022ziirTrF12maxmax11maxmaxrFrFNrrFF7.126010018.21max1max1气缸螺栓连接图D3、受轴向力的紧螺栓组连接pFzDpzFF4/2工作拉力4、受倾覆力矩M的螺栓组连接iiLFLFmaxmaxziiiMLF1ziiLMLF12maxmax0MiFmaxFmaxLiLppWMAzF0max00minWMAzFpAzF0绕轴y-y受倾覆力矩M=10Nm,求Fmax=?ziiLMLF12maxmax160120yyxxLLmax=L=80N25.31804801000102若绕轴x-x受倾覆力矩M=10Nm,求Fmax=?NF7.27606601000102max§5-5单个螺栓连接的强度计算（一）松螺栓连接强度计算计算公式（二）紧螺栓连接强度计算FF421dF016/311dT（二）紧螺栓连接强度计算16/)tan(2312dFdv042)tan(2112dFdd0v5.0§5-6单个螺栓连接的强度计算0F0F1、仅受预紧力1.3系数是考虑扭转切应力的影响0143.1Fd设计式3.1322ca][43.121dF0验算式2.0,fFFf0FF50减载销减载套筒减载键FF0F0F例1：3个普通螺栓连接，[σ]=200MPa,f=0.15,Ks=1.2,F∑=15000N,求所需螺栓的直径d1？1)不滑移条件：fZiFKFS02315.0150002.1=20000NFF0143.1Fd2)强度条件：2002000043.1=12.86mmM16d1=13.835mm查标准气缸螺栓连接图D2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接pFzDpF4/2工作拉力预紧力0FFFF02螺栓承受的总拉力？FFF022F？0F未拧紧bmF再受工作载荷FFFF12螺栓所受的总拉力残余预紧力'm已拧紧,未受工作载荷0F1F0F1F演示0F力变形bm力变形0FFFF122F0F变形力mb1Fb0bbFCtanmCFFm0mmFCtanFCCCFmbbFCCCFFFFmbb002FCCCFFmbm10FFmbm,bCFSs静强度计算当工作拉力F变化时，应验算疲劳强度安全系数][4/212dF1.3强度条件：相对刚度mbbCCC总拉力FFFCCCFFmbb102F1F2F0F力mb变形1FFF2CdF4210min4212maxdF按，判定强度计算方法,验算疲劳强度安全系数。Cmin2,2minmaxminmaxmaamKtc1sSKKSAtccaminmin122NMMNamScaSmaxlim例2:图示气缸盖用6个普通螺栓连接,已知气缸压力p=2MPa，D=80mm,取试求:1、螺栓小径d1；2、安装时预紧力,2,5.11bmCCFF?0FpD,MPa160解：1、求工作拉力FNDpZFF16746480264222、求总拉力F2NFFFFFF41855.25.112DFFp3、求螺栓小径4、求螺栓的预紧力0FmmFd58.6160418543.143.121NFCCCFFmbb3627167431418520NFF25115.11minL0d3.承受工作剪力的紧螺栓连接ppLdFmin04/20dF剪切强度失效形式：螺栓剪断接触表面压溃挤压强度注意：[τ]-螺栓材料；[σp]-螺栓或孔壁较弱的材料例3：一横板用两个普通螺栓联在立柱上，已知P=4000N，L=200mm，d=100mm,f=0.15,,试求螺栓小径.2.1SK,300MPaLdP解:1、将外力P向螺栓组形心简化。P转矩T螺栓组受载横向力：P转矩：T=P×L=800000Nmm2、分析在各载荷作用下，每个螺栓的受力。NFPP2000:21502800000:2rzTFT8000NLdP转矩TP1F1F2F2FFFNFFF8246800020002222213、求合力4、求螺栓的预紧力F0FKfFS0不滑移条件：NfFKFS6596815.082462.105、求螺栓小径d1mmFd08.193006596843.143.1016、讨论1）其他条件不变，使螺栓之间的距离由100增至200mm,对连接有何影响？NrzTFT40001002800000:2NFFF447240002000222221合力：NfFKFS3577615.044722.10mmFdP05.143003577643.143.11结论：受转矩和倾覆力矩作用的螺栓组，螺栓应远离螺栓组形心或旋转轴线。ziiSrfTKF10ziirTrF12maxmaxziiLMLF12maxmax2)当两个螺栓水平布置时,会有何影响？PLd4、受倾覆力矩M的螺栓组连接iiLFLFmaxmaxziiiMLF1ziiLMLF12maxmax0MiFmaxFmaxLiLppWMAzF0max00minWMAzFpAzF0HLLP例4：图示支座用4个螺钉连接,已知P=8000N，H=120mm,L=80mm,取摩擦系数f=0.15,防滑系数试求螺栓小径.,2.1SK,MPa120,3.0mbbCCC解：1、将外力P移至接合面形心HLLPPMHPM横向载荷P倾覆力矩2、求工作拉力FHLLPPMFFNLZHPLZMF300080412080003、按不滑移条件求预紧力0F不滑移条件：PKiZfFS0NiZfPKFS160001415.080002.104、求总拉力F2NFCCCFFmbb1690030003.01600002HLLPPMFF5、求螺栓小径mmFd27.151201690043.143.1216、接合面是否出现间隙？01390030001690021NFFF例5：P72图示支座用4个螺钉连接,已知F=4800N，夹角50o,h=340mm,b=150mm,取摩擦系数f=0.15,防滑系数Ks=1.2,试设计螺栓连接.h=340220b=150150F160280hFVFhFVFM1F1FmaxFVF▲PhF3085cos3677sinFFFFVhF作用下每个螺栓工作拉力：zFFhaM作用下螺栓工作拉力：LMF4maxmaxFFFa工作拉力不滑移条件:M作用对摩擦力没有影响VSFKZfF1VShmbmFKFCCCzFf)(02143.1FdFCCCFFmbb02)(10hmbmVSFCCCfFKZFWMFCCCzFAhmbm0max1防止下端结合面压碎：防止上端结合面出现缝隙：WMFCCCzFAhmbm0min1maxyIWbhI1232hymax§5－7螺纹连接件的材料和许用应力一、螺纹联接件材料螺栓、螺柱、螺钉常用材料：