第6章螺纹联接

1第六章螺纹联接㈠基本内容：1.螺纹联接的主要类型、材料和精度；2.螺栓联接的拧紧和防松；3.单个螺栓联接的受力分析和强度计算；4.螺栓组联接的受力分析；5.提高螺栓联接强度的措施.㈡重点与难点：1重点：螺栓组联接的受力分析；单个螺栓联接的强度计算；提高螺栓联接强度的措施.2难点：受翻转力矩M作用的螺栓组联接的受力分析；既受预紧力又受工作拉力的螺栓所受总拉力F0和所须预紧力F＇的计算.㈢基本要求：1掌握常用螺纹的类型、特点、和主要参数；2掌握螺纹联接的主要类型与应用；3掌握螺纹联接的拧紧和防松；4掌握螺栓组联接的受力分析；5掌握单个螺栓联接的受力分析和强度计算；6了解螺纹联接的预紧，螺纹联接件的材料和许用应力，螺栓组联接的结构设计；7了解螺纹联接的失效形式和设计准则；8了解提高螺纹联接强度的措施.螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联接，应用很广，本章讨论它的构造、计算和设计。26．1螺纹联接的主要类型、材料和精度6.1.1主要类型螺纹紧固件多为标准件，常用的有螺栓、双头螺柱、螺钉和紧定螺钉等所构成的联接。本章将以螺栓联接为例说明联接的受力分析和强度计算，其结论对双头螺柱和螺钉联接也基本适用。3拧紧的螺栓联接称为紧联接，不拧紧的称为松联接，后者应用较少。按螺栓主要受力状况不同可分为受拉螺栓联接和受剪螺栓联接两种，所用螺栓结构型式和联接的结构细节也有所不同，前一种制造和装拆方便，应用广泛，后一种多用于板状件的联接，有时兼起定位作用。6．1，2蠕纹紧固件的性能等级和材料国家标准规定螺纹紧固件按机械性能分级。——螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级(见GB3098。1--82)：螺栓、螺柱和螺钉的材料可按不同的性能等级选取：’3．6——低碳钢4．6—6．8——低碳钢或中碳钢8．8、9．8——中碳钢或低碳合金钢10．9——中碳钢、低碳或中碳合金钢12．9——合金钢48．8和8，8级以上的中碳钢、低碳或中碳合金钢都须经淬火并回火处理，其最低回火温度标准中有规定(约为340℃一450℃)。低碳或中碳合金钢的合金元素为硼、锰或铬。有防蚀或导电等要求时，螺纹紧固件材料也可用铜及其合金以及其他有色金属。近年来还发展了高强度塑料螺栓和螺母。6．2螺栓联揍的拧紧和防松6．2．1螺纹联接的拧紧拧紧能增强联接的刚性、紧密性、防松能力。控制拧紧力矩有许多方法，例如：使用测力矩扳手或定力矩扳手，装配时测量螺栓的伸长，规定开始拧紧后的扳动角度或圈数。由于摩擦系数不稳定和加在扳手上的力难于准确控制，有时可能拧得过紧而使螺栓拧断。因此，对于要求拧紧的强度螺栓联接应严格控制其适度的拧紧力，并不宜用小于M12一M16的螺栓。6．2，2螺纹联接的防松在静载荷下，螺纹联接能满足自锁条件。螺母、螺栓头部等承压面处的摩擦也有防松作用。但在冲击、振动或变载荷下，或当温度变化大时，联接有可能松动，甚至松开，这就容易发生事故。所以在设计螺纹联接时，必须考虑防松问题。防松的根本问题在于防止螺纹副相对转动。就工作原理来看，防松可分为“利用摩擦、直接锁住、破坏螺纹副关系”三种。6．3单个螺栓联接的受力分析和强度计算6．3．1．受拉螺栓联接如果选用的是标准件，则强度计算主要是确定或验算螺栓危险截面的尺寸。螺栓其他部分、螺母、垫圈等的尺寸，一般都可从标准中选定，这是因为制订标准时，已考虑了螺栓、螺母的各部以及垫圈的等强度。静载荷螺栓的损坏多为螺纹部分的塑性变形和断裂。变载荷螺栓的损坏多为栓杆部分的疲劳断裂，发生在从传力算起第一圈旋合螺纹处的约占65％，光杆与螺纹部分交接处的约占20％，螺栓头与杆交接处的约占15％。如果螺纹精度低或联接时常装拆，很可能发生滑扣现象。1．受拉松螺栓联接这种联接只能受静载荷；螺栓在工作时才受拉力F。2．受拉紧螺栓联接5这种联接能承受变载荷。分两种情况：1）只受预紧力；2）同时受预紧力和工作拉力。——只受预紧力的紧螺栓联接。——受预紧力和工作载荷的紧螺栓联接。这种联接拧紧后螺栓受预紧力F‘，工作时还受到工作载荷F。螺栓和被联接件都是弹性体，联接中各零件受力关系属静不定问题。一般情况下，螺栓的总拉力并不等于F’与F之和。螺栓总拉力为工作载荷与被联接件给它的剩余预紧力之和。6.3.2受剪蠕栓联接工作时，螺栓在联接按合面处受剪，并与被联接件孔壁互相挤压，联接损坏的可能形式有；螺栓被剪断，栓杆或孔壁被压溃等。栓杆还受弯矩，但在各接合面贴紧情况下可不考虑。联接的预紧力和摩擦力在一般情况下可忽略不计。6.4螺栓姐联接受力分析螺栓姐联接受力分析的任务是求出联接中备螺栓受力的大小，特别是其中受力最大的螺栓及其载荷。分析时，通常做以下假设：1)被联接件为刚体;2)各螺栓的拉伸刚度或剪切刚度(即各螺栓的材料、直径和长度)及预紧力都相同;3)螺栓的应变没有超出弹性范围。6.4．1受轴向力FQ的螺栓姐联接载荷FQ通过螺栓组形心，因此各螺栓分担的工作载荷F相等。6．4.2受横向力FR的螺栓蛆联接6螺栓沿载荷方向布置。载荷可通过两种不同方式传递，a用受拉栓联接，b用受剪螺栓联接。——当用受拉螺栓联接时，螺栓只受预紧力F'，，靠接合面间的摩擦来传递载荷。假设各螺栓联接接合面的摩擦力相等并集中在螺栓中心处。——当用受剪螺栓联接时，靠螺栓受剪．和螺栓与被联接件相互挤压时的变形采传递载荷。由于拧紧，联接中有预紧力和摩擦力，但严般忽略不计。6．4．3受旋转力矩的螺栓蛆联接在旋转力矩T的作用下，被联接件（底板）有绕过螺栓组形心的轴线旋转的趋势。7——当用受拉螺栓联接时，螺栓预紧力产生摩擦力形成摩擦阻力矩以平衡工作力矩。8——当用受剪螺栓联接时，则螺栓受挤压和剪切。6．4．4受翻转力矩M的蛔栓组联接图为另一底板螺栓联接，采用受拉蠕栓。拧紧后，螺栓受预紧力。假设被联接件是弹性体但其接合面始终保持为平面(与本节开始的假设不同)，且在M作用下底板有绕通过螺栓组形心的轴线O—O翻转的趋势，则轴线左边螺栓受到工作载荷F；右边螺栓相当于受了负的拉力，其预紧力将减小。就底板而育，则是左半边螺栓的紧固力增大，而右半边基座的反抗压力以同样大小增大。在以上四种典型的螺栓组联接受力分析中，螺栓的受力是在所作假设下，根据静力平衡和变形协调条件求出的。其他型式的螺栓组联接的受力分析方法基本相同，只是有些联接有时还需要满足其他要求而影响螺栓的受力；例如联接有紧密性要求时，螺栓的预紧力可能由保证紧密性的条件决定。6．5提高螺栓联接强度的措施分析影响螺栓联接强度的因素，从而提出提高联接强度的措施，对设计和使用螺栓联接具有重要的意义。下面就受拉螺栓联接作一简单说明。大多数情况下，这种联接的强度决定于螺栓的强度，因此，以下说明也针对螺栓而言。9影响螺栓强度的因素很多，有材料、结构、尺寸参数、制造和装配工艺等。就其影响言，涉及到螺纹牙受力分配、附加应力、应力集中、应力幅、材料、机械性能、制造工艺等方面。前面提到，受拉螺栓的损坏多属于疲劳性质，所以主要按这几方面分析各种因素对螺栓疲劳强度的影响和提高疲劳强度的措施。这些措施是从降低螺栓的负担(实际应力)和提高其能力(主要是抗疲劳破坏能力)或同时从这两方面人手提出的。详细内容见课本。