第15章 连接设计-2012-螺栓

第15章联接设计第15章联接设计第15章联接设计桑塔纳轿车15.1螺纹连接的类型和防松第15章联接设计机床第15章联接设计摩托车第15章联接设计飞机机翼第15章联接设计发动机气缸第15章联接设计化工管道第15章联接设计自行车第15章联接设计锁紧螺母第15章联接设计汽车轮胎第15章联接设计螺旋线的形成：将直角三角形(直角底边长d2)绕到直径为d2的圆柱体上，其斜边即在圆柱体上形成螺旋线。螺纹的形成：取一通过圆柱体轴线的平面图形(三角形、矩形、梯形等)沿螺旋线运动，该图形在空间形成的体形即为螺纹。22S15.1螺纹参数一、螺纹的形成2arctan()Sd第15章联接设计二、螺纹的主要参数d2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd—螺纹大径，公称直径d1—螺纹小径d2—螺纹中径n—螺纹线数p—螺距L—导程，L=n.pψ—升角α—牙型角β—牙侧角第15章联接设计1）按轴向剖面形状（螺纹的牙型）三、螺纹的种类：三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹管制螺纹矩形螺纹第15章联接设计第15章联接设计2）按螺旋线数目分单头螺纹：）易自锁（故,r多头螺纹：用于传动,第15章联接设计3）按螺旋线绕行方向分左旋右旋（常用）左旋右旋第15章联接设计15.2螺纹联接的基本类型及螺纹联接件一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)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，并在工作中间隙不许消失，结构简单，装拆方便。第15章联接设计dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)b)精密螺栓联接——装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接。第15章联接设计2、双头螺栓联接——螺杆两端无钉头，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。(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1第15章联接设计3、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(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1第15章联接设计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)第15章联接设计地脚螺栓联接吊环螺钉联接T型槽螺栓5、其它类型第15章联接设计二、螺纹联接件1）螺栓普通螺栓——六角头，小六角头，标准六角头，大六角头,内六角铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小rdadsk'lskllgd15°~30°辗制末端esrdadsk'lskllgd15°~30°辗制末端es第15章联接设计各种螺栓第15章联接设计2）双头螺柱——两端带螺纹A型——有退刀槽B型——无退刀槽bmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型bmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型第15章联接设计3）螺钉：与螺栓区别——螺纹部分直径较粗;全螺纹.nbXdktldRnbXdktldR第15章联接设计4）紧定螺钉锥端——适于零件表面硬度较低不常拆卸的场合平端——接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸圆柱端——压入轴上凹坑中，适于顶紧轴上零件的位置ltnd90°Rltnd90°R第15章联接设计5）自攻螺钉——由螺钉攻出螺纹emsd~30°15°emsd~30°15°第15章联接设计6）螺母：六角螺母、锁紧螺母、圆螺母、蝶形螺母、圆盖螺母、法兰螺母、加长螺母等第15章联接设计圆螺母+止退垫圈——带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧六角螺母按厚度的不同，分为标准、厚、薄型螺母.emsd~30°15°emsd~30°15°蝶形螺母第15章联接设计7）垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120°btHD1dC×45°30°b30°30°30°30°15°d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈放置在螺母和被联接件之间，起保护支承表面等作用。斜垫圈为用于倾斜支承面的垫圈。第15章联接设计一、预紧1、预紧目的——保持正常工作。如气缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大联接刚度、紧密性和提高防松能力等。螺纹联接预紧过紧——预紧力过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度预紧过松——预紧力过小，工作不可靠15.3螺纹联接的预紧和防松松联接紧联接第15章联接设计拧紧时螺母：T=T1+T2T——拧紧力矩T1——螺纹摩擦阻力矩T2——螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩2'1()2FdTtg2cfTfFr2'12()2cfFdTTTtgfFrTT2T1TT2T12、拧紧力矩004()fSdrSd为螺母支撑面外径，为螺纹孔直径其中第15章联接设计由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接不宜小于M10~M14对于M10~M68的粗牙螺纹：0.2TFd设计时首先应保证所需的预紧力,但拧紧后螺纹连接件预紧应力不得大于其材料屈服极限σS的80%。对于一般用钢制螺栓,推荐用预紧力极限值为碳素钢螺栓：合金钢螺栓：第15章联接设计3、预紧力的控制：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时，将自动打滑。12图4-12测力矩扳手123412图4-12测力矩扳手123412图4-12测力矩扳手123412图4-12测力矩扳手1234扳手拧紧力矩——T=FH·L其中，FH—作用于手柄上的力，L—力臂第15章联接设计1、防松目的实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故.2、防松原理消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。二、螺纹防松3、防松办法及措施1）摩擦防松2）机械防松3）永久防松第15章联接设计自锁螺母——螺母一端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧1）摩擦防松第15章联接设计第15章联接设计2）机械防松开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等第15章联接设计3）永久防松：点焊、冲点、粘合第15章联接设计15.4单个螺栓联接的强度计算针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法.失效形式是设计计算的依据和出发点。1、失效形式受拉螺栓——螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓——螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断工程中螺栓联接多数为疲劳失效受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度2、设计计算准则与思路第15章联接设计一、松螺栓联接如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无预紧力，只有工作载荷F起拉伸作用强度条件为：214[]Fd][41Fd——验算用——设计用式中：d1——螺杆危险截面直径（mm）[σ]——许用拉应力(MPa)第15章联接设计二、紧螺栓联接根据所受拉力不同,紧螺栓连接可分为1只受预紧力2受预紧力和静工作拉力3受预紧力和变工作拉力三类。第15章联接设计工作前要进行预紧，螺栓处于复合应力状态:1）预紧力→产生拉伸应力2）螺纹阻力矩→产生剪应力21/4Fd'22112()/4TdTFtgWdd按第四强度理论：2231.3e10~680.5MM当(1)只受预紧力的紧螺栓连接第15章联接设计式中：F′——轴向拉力或预紧力（N）T——螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.mm1.3——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，把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，简化了计算手续，故又称简化计算法211.3/4eFd∴强度条件为：第15章联接设计F′的大小根据被连接面间不产生滑移条件确定,即F′≥F/f,f为被连接面间的摩擦系数,查表15.3;[σ]为静载紧连接螺栓的许用拉应力,MPa,其值由表15.8查得。141.31.29FFd设计公式：仅靠预紧力传递横向力,需很大的预紧力,且连接不可靠。第15章联接设计FEFETFaFRFRFa螺栓所受的总拉力：Fa=F0+FE?×此时，联接中各零件的受力关系属静不定问题未知力有两个：Fa—总拉力FR—残余预紧力须根据静力平衡方程和变形协调条件求解F0F0(2)受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接(压力容器)第15章联接设计F0F0F0F0FEFEFaFRFRFaδc0δb0△δb△δc变形协调条件：△δb=△δc=△δ静力平衡条件：Fa=FR+FE螺栓总拉力残余预紧力轴向外载荷第15章联接设计变形力力力变形δb0δc0δb0δc0△δF0F0FaFEFRαbαc(a)(b)(c)F0螺栓刚度:c1=F0/δb0被联接件刚度:c2=F0/δc0001002abRcFFFFcFFFFc1212EbcEFFFccFccΔFbΔFc第15章联接设计1012(1)REcFFFcc1012aREEcFFFFFcc当c2＞＞c1时，相对刚度系数→0，Fa≈F0当c2＜＜c1时，相对刚度系数→1，Fa≈F0+FE相对刚度系数第15章联接设计10012()aEEccFFFKKFcc总拉力公式也写成:K0为预紧系数,查表15.4;预紧力F0=K0FE;Kc螺栓的相对刚度系数,Kc=c1/(c1+c2)。螺栓的相对刚度系数的大小与螺栓及被连接件的材料、尺寸和结构有关,其值在0～1之间变化,一般可按表15.5选取强度条件：2141.31.3[]aeFMPad注意：对于普通螺栓联接，无论联接是受横向工作载荷还是轴向工作载荷，螺栓本身总是受拉力作用第15章联接设计第15章联接设计1）无特殊要求时FR=（0.2~0.6)FE2）变载作用时FR=（0.6~1.0)FE3）有紧密性要求时FR=（1.5~1.8)FE紧螺栓连接应能保证被连接件的接合面不出现缝隙，残余预紧力应满足下列要求：★一般的计算过程：FE→FR→Fa→σe①设计时,通常在求出FE和预紧力F0后,可以公式求总拉力Fa★一般的计算过程：FE→F0→Fa→σe②在预紧力难以确定或重要的连接,可先确定残余预紧力第15章联接设计当工作载荷FE在0与FE之间变化时,螺栓的拉力在Fa与F0之间变化,螺栓的拉力变幅为由于变载零件的疲劳强度应力幅σa是主要因素,故应满足强度条件011211222aEcEFFcFKFcc212[]cEaaKFd力时间OF2F1工作载荷变化变形O力3)轴向载荷+变工作载荷第15章联接设计特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷F进行工作3.受剪螺栓连接第15章联接设计204[]Fd螺栓的剪切强度条件为：式中：F—--横向载荷（N）d0—--螺杆或孔的直径（mm）[τ]——螺栓许用剪应力，MPa第15章联接设计螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：0min[]PPFdl式中：——被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm）——螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力