江苏大学机械设计第5章_螺纹联接和螺旋传动

机械工程学院机械设计系机械原理及设计（Ⅱ）第二篇联接2019年8月5日机械工程学院机械设计系联接的分类和意义静联接动联接可拆联接(螺纹联接、键联接）不可拆联接（铆接、焊接、胶接）联接的选择（根据使用要求与经济要求来选择、根据联接的加工条件和被联接零件的材料、形状和尺寸等）机械工程学院机械设计系联接的设计要求1．强度条件（等强度条件）2．经济性3．刚度条件或紧密性条件机械工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接和螺旋传动2019年8月5日机械工程学院机械设计系第五章螺纹联接和螺旋传动§5-1螺纹§5-2螺纹联接的类型和标准联接件§5-3螺纹联接的预紧§5-4螺纹联接的防松§5-5单个螺栓联接的强度计算§5-6螺栓组联接的设计§5-7提高螺纹联接强度的措施机械工程学院机械设计系一．常用螺纹§5-1螺纹A·联接螺纹1．普通螺纹(粗牙细牙)2．管螺纹3·锥螺纹1．梯形螺纹3．矩形螺纹2．锯齿形螺纹B·传动螺纹机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系二．螺纹参数大径d：公称直径中径d2：几何与配合小径d1：危险截面线数n：n≤4螺距P导程S：S=n*P旋向（左、右旋）牙型角α牙侧角β升角ψ22dnPdStg机械工程学院机械设计系§5-2螺纹联接的类型和标准联接件一．基本类型（请掌握各联接的特点及适用场合）1．螺栓联接普通螺栓联接（受拉螺栓联接）铰制孔用螺栓联接(受剪螺栓联接)2．双头螺柱联接（常拆场合）3．螺钉联接（不常拆场合）4．紧定螺钉联接图例见下页★★普通螺栓既可用来承担轴向载荷也可用来承担横向载荷，但铰制孔用螺栓一般用来承担横向载荷。机械工程学院机械设计系有间隙无间隙普通螺栓联接（受拉螺栓联接）铰制孔用螺栓联接(受剪螺栓联接)机械工程学院机械设计系双头螺柱联接螺钉联接机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系二．标准联接件1·精度等级：A、B、C（精度由高→低）A类用于要求配合精确、防止振动的重要场合B类用于受载大且常拆、调整或变载荷的场合C类用于一般的螺纹联接的场合2·常用的标准螺纹联接件（具体见书上表格P64～65）机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系一．预紧目的1．增加联接可靠性2．增加联接紧密性§5-3螺纹联接的预紧二．拧紧力矩Tdo预紧力QP（书上为F0）机械工程学院机械设计系dQ2.0dDdDQf31)(tg2dQTTTp20203030pcv2p21--+++rT1为螺旋副间的摩擦力矩T2为螺母与支承面间的摩擦力矩机械工程学院机械设计系三．控制方法（控制预紧力QP的大小）一般Ｑp≤0.8σsA11sp1spA)6.0~5.0(QA)7.0~6.0(Q合金钢碳素钢机械工程学院机械设计系●测力矩扳手机械工程学院机械设计系●定力矩扳手机械工程学院机械设计系●测量伸长量（QP=Δl*Cb）机械工程学院机械设计系一．防松目的防松根本问题：防止螺旋副的相对转动二．防松方法：有三种（图例见下页）1．摩擦防松2．机械防松3．铆冲防松（破坏螺纹副）§5-4螺纹联接的防松机械工程学院机械设计系●摩擦防松机械工程学院机械设计系●机械防松机械工程学院机械设计系★串联钢丝机械工程学院机械设计系一．普通螺栓联接的强度计算D0QpQp/2§5-5单个螺栓联接的强度计算QP机械工程学院机械设计系失效形式：螺纹部分的塑变或断裂，危险截面为螺纹小径d1所对应的面积A=πd21/4设计准则：保证静强度或疲劳强度机械工程学院机械设计系(一)松螺栓联接的强度计算（螺母不需要拧紧、在承受工作载荷前，螺栓不受力）机械工程学院机械设计系强度条件][421dFca式中d1—螺纹小径，mm[σ]—螺栓材料的许用拉应力，MPaF—轴向工作载荷，N机械工程学院机械设计系(二)紧螺纹联接的强度计算（螺母需要拧紧、承受工作载荷前，螺栓受预紧力QP）1．仅受预紧力时紧螺栓联接机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系21pd4Q拉应力31v2pT1d16)(tg2dQWTr+扭转切应力5.064M~10M普通螺纹的钢制螺栓对3.1322ca+由第四强度理论得到机械工程学院机械设计系设计式校核式强度条件][Q3.14d][d4Q3.1p121pca①1.3的含义②危险截面在小径d1处③计算求得d1后应查标准d1,然后确定大径d如何求出预紧力Qp？实际中何种情况使用上述公式？问注意机械工程学院机械设计系2．受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接A·单个螺栓受力变形图机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系B·单个螺栓受力变形线图机械工程学院机械设计系FcccFFcccFmbmmbb++++)cc(FFFcFcFmbmb由变形协调方程可得mmbbctgctgCF知由机械工程学院机械设计系FcccQQFcccQQFcccQQFQQmbmppmbmppmbbpp+-+++++得到机械工程学院机械设计系FQQ1cccccQQ0ccccc1~0,cccccQQQpmbbmbpmbbmbmbbmbpp+++-+-----时时其值介于螺栓相对刚度被联接件刚度螺栓刚度被联接件的残余预紧力预紧力螺栓总拉力式中书上为F2书上为F0书上为F1机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系①Q≠Qp+F②掌握变形协调图设计式校核式强度条件][Q3.14d][d4Q3.1121ca提示机械工程学院机械设计系★★求总拉力Q的二种情况：(1)由Q＝Q‘p+F求：当有刚性或紧密性要求时不产生缝隙至少Q’p0推荐：F)8.1~5.1(QF)0.1~6.0(QF)6.0~2.0(Qppp有紧密性要求时载荷不稳定时载荷稳定时pmbbpQFcccQQ)2(由联接可靠性要求求出求由++机械工程学院机械设计系★★受轴向变载荷（工作拉力）作用的紧螺栓联接的计算机械工程学院机械设计系之间变化螺栓总拉力则在之间变化若工作载荷在变化时当Q~QF~0Fp21maxd4Q最大拉应力21pmind4Q最小拉应力机械工程学院机械设计系21mbbminmaxadF2ccc2+-应力幅s)2)(K()K(2sdF2cccminamintc1caa21mbba++-++-或疲劳强度条件机械工程学院机械设计系①为什么上述螺栓联接的强度计算仅对螺栓杆进行？②当工作载荷为变载荷时，强度计算如何进行？★★受轴向变载荷（工作拉力）作用的紧螺栓联接的强度计算：不仅要进行静强度计算，还要进行疲劳强度计算。问题机械工程学院机械设计系二．铰制孔用螺栓联接的强度计算A·失效形式：1·螺栓杆剪断2·螺栓杆与被联接件孔壁的压溃机械工程学院机械设计系1·剪切强度条件——螺杆的20d4F2·挤压强度条件——联接的pmin0pLdF（公式的解释见下页）B·强度条件机械工程学院机械设计系用挤压应力螺栓杆或孔壁材料的许一般最小高度螺栓杆或孔壁挤压面的螺栓杆的许用剪应力光杆直径----p0minmin0100d25.1LLddddd式中：如何正确理解联接的挤压强度公式？问注意：取Lmin及[σ]p小者代入计算投影面积A=d0*Lmin机械工程学院机械设计系三．性能等级及许用应力◆联接件材料常用Q235103545冲击振动时15Cr40Cr30CrMnTi◆性能等级螺栓minBminsminB10100点后数字点前数字例如：4.65.66.8螺母100minB机械工程学院机械设计系pBspsssss或◆许用应力有、、p三种★★一般而言螺栓与螺母的性能要相配机械工程学院机械设计系一．螺栓组联接的结构设计1．宜对称2．受力合理3．有合理的间距、边距4．尽量取偶数，且规格相同5．避免偏心§5-6螺栓组联接的设计机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系凸台沉头孔●避免偏心机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系二．螺栓组联接的受力分析目的：找到受力最大的螺栓及其所受的力假设：①各螺栓规格相同②各螺栓预紧力相同③螺栓组中心与接合面形心重合④各螺栓在弹性限度内工作机械工程学院机械设计系1．受横向载荷时：分两种情况A采用普通螺栓联接时（结合面不滑移）机械工程学院机械设计系fziFKQFKzifQspsp由不滑移条件得●通过由预紧力QP所产生的结合面上的摩擦力来平衡外载荷FΣ，因此每个螺栓中受力相等，皆为QP机械工程学院机械设计系F8Q2.1K,15.0f,1i,1z:ps则若例接合面数螺栓数目摩擦系数防滑系数预紧力-----izf3.1~1.1K,KQssp式中机械工程学院机械设计系B·采用铰制孔用螺栓联接（结合面不滑移）FΣFΣ/2FΣ/2机械工程学院机械设计系●通过剪切力F来平衡外载荷FΣ，因此每个螺栓中受力相等，皆为F。6zzFF问题：受横向载荷时螺栓联接的强度如何进行计算？1．采用普通螺栓联接时按仅受预紧力时的紧螺栓联接的强度计算方法计算。2．采用铰制孔用螺栓联接时按铰制孔用螺栓联接的强度计算方法计算。机械工程学院机械设计系2．受旋转力矩时：分两种情况A·采用普通螺栓联接（不发生转动）机械工程学院机械设计系对称中心的距离个螺栓中心到螺栓组第式中由不转动条件irrfTKQTKrfQrfQrfQiz1iispszp2p1p-+++●通过由预紧力QP所产生的结合面上的摩擦力矩来平衡外载荷T，因此每个螺栓中受力相等，皆为QP机械工程学院机械设计系Σri越大，所需Ｑp就越小，所以应远距离分布。讨论问题：受旋转力矩时普通螺栓联接的强度如何进行计算？★★采用普通螺栓联接时按仅受预紧力时的紧螺栓联接的强度计算方法计算机械工程学院机械设计系B·采用铰制孔用螺栓联接（不发生转动）机械工程学院机械设计系TrFrFrFzz2211+++由力矩平衡●通过剪切力F所产生的力矩来平衡外载荷T，由于此时由于螺栓的位置不同，因此每个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的螺栓所受到的力Fmax变形协调条件：每个螺栓受到的剪切力与其到中心点的距离成正比。机械工程学院机械设计系z1i2imaxmaxrTrF得到maxmaxii2211rFrFrFrF由力与变形关系由变形协调条件可知：所以远距离分布就越小则越大讨论,F,r:maxz1i2i机械工程学院机械设计系问题：受旋转力矩时铰制孔用螺栓联接的强度如何进行计算？★★采用铰制孔用螺栓联接时首先找受力最大的螺栓所受到的力Fmax，然后按铰制孔用螺栓联接的强度计算方法计算机械工程学院机械设计系3．受轴向载荷时——普通螺栓联接zFFz根据假设可知，每个螺栓所承担的工作拉力皆相等为F，即：问题：受轴向载荷时普通螺栓联接的强度如何进行计算？★★求出工作拉力F后按受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接的强度计算方法计算。机械工程学院机械设计系4．受倾覆力矩时——普通螺栓联接机械工程学院机械设计系MLFLFLFzz2211+++由力矩平衡●通过左右两侧螺栓与地基间所产生的力F形成的力偶来平衡外载荷M，由于此时由于螺栓的位置不同，因此每个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的螺栓所受到的力Fmax变形协调条件：每个螺栓受到的工作拉力与其到中心点的距离成正比。A·轴向工作载荷F机械工程学院机械设计系z1i2imaxmaxLMLF得到式中Li—各螺栓轴线到螺栓组对称中心的垂直距离（Li与ri含义不同）maxmaxii2211LFLFLFLF由力与变形关系由变形协调条件可知：所以远距离分布就越