第11章螺纹联接与销连接.

第11章螺纹联接一、螺纹的形成螺纹——一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形和圆柱体轴线共面，就得到螺纹。螺旋线——一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴线做等速移动的轨迹。yyKddLyyKddLyyKddLyyKddL螺纹连接是利用具有螺纹的零件构成的可拆式连接。§11—1螺纹1.按位置：内螺纹——在圆柱体的内表面形成的螺纹；外螺纹——在圆柱体的外表面形成的螺纹；2.按牙型:三角形螺纹(普通螺纹、管螺纹)——用于联接；螺纹牙型角较大传动效率低矩形、梯形、锯齿形螺纹——用于传动；三角形螺纹：粗牙螺纹——用于一般连接；细牙螺纹——同样的公称直径下，螺距较小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等。3.根据螺旋线绕行方向：左旋螺纹右旋螺纹旋向判断:二、螺纹的类型轴线垂直放，右边高—右旋左边高—左旋4.根据螺旋线头数：单头螺纹（n=1）——用于联接双头螺纹（n=2）——用于传动多线螺纹（n≥2）——用于传动机械制造常用螺纹1）大径d——与螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径，亦称公称直径；10mm螺丝2）小径d1——与螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径；3）中径d2——在轴向剖面内沟槽与凸起宽相等处的假想圆柱面的直径，d2≈0.5(d+d1)三、螺纹的主要参数4）螺距P——相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离；5）导程S——同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两点间的轴向距离；6）线数n——螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4螺距、导程、线数之间关系：S=nP7）螺旋升角ψ——中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角：8）牙型角α——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角;9）接触高度h——内外螺纹旋合后的接触面的径向高度，即螺纹工作高度。22arctan/arctannPSdd§11—2螺纹联接的类型及标准联接件一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接(螺栓一端有螺纹，一端有螺栓头)a)普通螺栓联接——被联接件不太厚，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，结构简单，装拆方便，可多次装拆，应用较广。也称受拉螺栓连接。b)铰制孔螺栓联接——装配后无间隙，孔和螺栓采用基孔制过渡配合，主要承受横向载荷，也可作定位用。也称受剪螺栓联接。dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)3、双头螺柱联接——螺杆两端无螺钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。拆装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。2、螺钉联接——适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况。特殊联接：地脚螺栓联接,吊环螺钉联接4、紧定螺钉联接——拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。(a)(b)(a)(b)(a)(b)(a)(b)二、螺纹联接件结构特点、应用场合§11—3螺纹联接的预紧和防松一、预紧预紧目的——增强连接的可靠性和紧密性，防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移。预紧力的确定原则——拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限σs的80%。碳素钢螺栓：F0=(0.6-0.7)σsA1合金钢螺栓：F0=(0.5-0.6)σsA1A1:螺栓危险截面的面积，A1≈πd12／4预紧力——绝大多数螺纹连接在装配时通常都要拧紧，使之在承受工作载荷前预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。预紧力的控制——利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。二．拧紧力矩T1：螺纹副的摩擦力矩T2：螺母的承压面间摩擦力矩T3:螺钉头的承压面间摩擦力矩T4：夹持力矩1.拧紧力矩T：是用以克服螺纹副相对转动的阻力矩T1和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2，它与预紧力F0间的关系为：对于M10~M64的粗牙螺纹dFT02.0sLF标准扳手的长度L=15d对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小(＜M12)的螺栓。202030302032)tan(21dDdDfdFTcv2.预紧力的控制方法测力矩板手——测出预紧力矩。定力矩板手——达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑。测量预紧前后螺栓伸长量——精度较高。通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。三、螺纹防松1.为什么要防松？静载荷：ψrv(自锁)+预紧后摩擦力→防止松动动载荷：摩擦力减小、消失→不可靠高温、温度变化大：材料发生蠕变、应力松弛→摩擦力减小2.防松原理限制螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。3.防松办法及措施1)摩擦防松主要是使螺纹副中有不随连接载荷而变的压力，因而始终有摩擦力矩防止相对转动。压力可由螺纹副纵向或横向压紧而产生。对顶螺母：适用于低速、平稳、重载的固定装置上螺母螺栓下螺母上螺母螺栓下螺母弹簧垫圈自锁螺母——螺母一端做成非圆形收口或开缝后径向收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧。开口方向：斜向右下方弹性增压尖端抵住2）机械防松：利用便于更换的金属元件(开槽螺母与开口销，止动垫片，串联钢丝等)约束螺纹副。(a)正确(b)不正确(a)正确(b)不正确(a)正确(b)不正确3）破坏螺旋副关系：把螺纹副转变为非螺纹副，从而排除相对运动的可能。点焊冲点粘合§11-4螺栓组联接的设计工程中螺栓皆成组使用，单个使用极少。因此，必须研究螺栓组设计和受力分析。它是单个螺栓计算基础和前提条件。螺栓组联接设计的顺序——选布局、定数目、力分析螺栓组联接受力分析的目的：求出受力最大的螺栓，便于进行螺栓强度的计算校核。一、结构设计原则1、布局要尽量对称分布，螺栓组对称中心与联接结合面形心重合（有利于分度、划线、钻孔），以受力均匀。圆形圆环形矩形矩形框三角形2、螺栓的布置应使各螺栓受力合理F(1)对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置6个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均匀。(2)当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。潘存云教授研制潘存云教授研制不合理合理(3)当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗剪零件来承受横向载荷，比如减载键、减载销和减载套筒。3.螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间4.为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同.5、避免承受附加的弯曲载荷a）铸、锻件等表面粗糙上安装螺栓(尽量减少加工面)b）支撑面为倾斜时防偏载措施：a）凸台；b）凹坑（沉头座）；c）斜垫圈槽钢或工字钢二、螺栓组受力分析受力分析时所作假设:(1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；(2)螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；(3)受载后连接接合面仍保持为平面。1、受轴向载荷螺栓组联接单个螺栓工作载荷为：F=P/ZP——轴向外载Z——螺栓个数PD'p'各螺栓除承受轴向载荷外，还有预紧力的作用。各螺栓在工作时受到的总拉力不等于外载荷与预紧力之和。（1）对于铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受工作剪力为（2）对于普通螺栓连接，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有式中,z为螺栓数目。2．受横向载荷的螺栓组连接zRFKs为防滑系数，设计中可取Ks=1.1～1.3。或RRRRRKzifFs0fziRKFs0i为接合面数，指参与提供摩擦力的剪切面。3、受旋转力矩T的螺栓组联接(1).普通螺栓联接：1）联接的可靠性：满足条件为在转矩T的作用下，不产生相对转动。（ri－螺栓中心与螺栓组形心之间的距离）2）螺栓工作能力计算。01020zffFrfFrfFrkT0121()ffzziikTkTFfrrrfrK(2).铰制孔螺栓联接1）联接可靠性：满足条件为Fs1r1+Fs2r2+…+Fszrz=T（静力平衡方程）即Fsi与ri成正比：变形协调条件：底板视为刚体，ri↑—→剪切变形量↑(刚度相同)—→Fsi↑maxmaxrrFFissi代入工作条件中：2）工作能力计算OfQpTrifQpTOFmaxrmaxriFi12max12maxssszszFFFFrrrrKmaxmaxmax2222121szziiTrTrFrrrrL4、受翻转力矩M（倾覆力矩）的螺栓组联接特点：在M作用下，底板有绕螺栓组形心轴翻转的趋势。作用M前：各螺栓受相同F0；作用M后：左侧：F拉(不均匀)，右侧：F压(不均匀)→F0↓工作条件：变形协调条件：其它条件：附加校核讨论：设计时，如何布置螺栓更合理？——远离对称中心ri↑→Fmax↓左侧不出现缝隙右侧边缘不压溃maxmaxmax2222121zziiMrMrFrrrr说明：①工程中受力情况很复杂，但均可转化为几种典型情况进行解决。②计算公式在对称分布情况下推导，但不对称也可以用。总设计思路：螺栓组结构设计（布局、数目）→螺栓组受力分析（载荷类型、状态、形式）→求单个螺栓的最大工作载荷（判断哪个最大）→按最大载荷的单个螺栓设计（求d1—标准）→全组采用同样尺寸螺栓（互换的目的）螺栓联接受拉螺栓受剪螺栓松联接：不拧紧，无预紧力F0，仅受工作载荷F紧联接：需拧紧仅受预紧力F0同时受预紧力F0和工作载荷F一、受拉螺栓联接对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂以及滑扣。65%20%15%§11—5单个螺栓联接的强度计算1、松联接如：起重滑轮螺栓仅受轴向工作拉力F——失效：拉断。强度条件：][4/21dFMPa——校核式式中：d1——危险截面计算直径[σ]——许用应力，[σ]=σs／S，S=1.2~1.7][41Fdmm——设计式查手册，选螺栓螺纹联接的强度计算22104dF预紧力引起的拉应力：5.0162)tan(312v0ddF螺纹牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力：210ca43.1dF强度条件：3.1322ca根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:F0F0FF2、紧联接（1）只受预紧力F0的紧联接1.3——系数，将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续，故又称简化计算法。当联接承受较大的横向载荷F时，由于要求F0≥F／f（f=0.2），即F0≥5F，因而需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径的增加，可采用减载措施。FSFsFFTF0F0FF螺纹联接的强度计算3FDDp螺栓受预紧力F0后，在工作拉力F的作用下，螺栓的总拉力F2=?FFF12式中F1为残余预紧力，为保证联接的紧密性，应使F1＞0，一般根据联接的性质确定F1的大小。（2）受预紧力F0和轴向工作载荷F的紧螺栓联接问题：1)、螺栓受到外加工作载荷以后如何保证不被拉断？2)、压力容器内的气体或液体如何保证不泄露？工况有紧密性要求*冲击载荷不稳定载荷稳定载荷*地脚螺栓F1(1.5～1.8)F(1.0～1.5)F(0.6～1.0)F(0.2～0.6)F≥F当螺栓承受工作载荷后，螺栓所受的拉力由预紧力F0增加到F2；被连接件的压缩力由预紧力F0减至残余预紧力F1，此时的螺栓总拉力F2等于残余预紧力与工作拉力之和F，即：F2=F+F120cFFFccbbm相对刚度为使工作载荷作用后，连接结合面间有残余预紧力F1存在，要求螺栓连接的预紧力F0为：这时螺栓的总拉力为：01cFFFccmbm讨论：1、bbmccc——螺栓相对刚度（0～1）：金属垫片0.2皮革垫片0.7橡胶垫片0.9当F、F0一定时，2bbmcFcc