机械设计-05螺纹连接

河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接第二篇联接（connection）动联接（movableconnection）——机器工作时，被联接零件之间可以有相对运动的联接。可拆联接——不需要毁坏任何零件就可拆开的联接。静联接（fixedjoint）——机器工作时，被联接零件之间不允许有相对运动的连接。运动副滑动轴承螺纹联接焊接不可拆联接——拆开时至少要破坏一个零件的联接。考虑结构安装运输维护螺纹联接键联接焊接铆接考虑制造经济性河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接锯齿形螺纹(sawtooththread)较大好传动梯形螺纹(trapezoidalthread)较大好传动矩形螺纹(rectanglethread)小差传动牙根强度工艺性适用场合三角形螺纹(triangularthread)最大好联接一、螺纹（thread）1、螺纹的形成2、螺纹的类型①按平面图形分第五章螺纹联接和螺旋传动管螺纹（pipethread）联接河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接②按螺线的绕行方向分左旋螺纹（left-handthread）右旋螺纹（right-handthread）③按螺纹线数分单线螺纹（single-thread）——用于联接双线螺纹（double-thread）——用于传动三线螺纹（triple-thread）——用于传动多线螺纹——用于传动河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接3、主要参数大径d——公称直径（nominalthread）小径d1——危险剖面直径，强度计算直径中径d2——轴线剖面上的假想直径线数n——螺旋线数目螺距P（threadpitch）导程S（lead）S＝nP螺纹升角ψ（leadangle）牙型角牙侧角接触高度h河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接二、螺纹联接的基本类型1、螺栓（bolt）联接普通螺栓（generalbolt）联接铰制孔螺栓（reamerbolt）联接2、双头螺柱（stud，double-endbolt）联接河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接3、螺钉（screw）联接4、紧定螺钉（setscrew）联接5、特殊用螺钉联接地脚螺钉(foundationbolt)联接吊环螺钉（eyebolt）联接河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接6、标准螺纹联接件螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉自攻螺钉、螺母、垫圈河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接三、螺纹联接的预紧和防松（一）螺纹副受力分析1、矩形螺纹①物体沿斜面匀速上升F0RFF0RNFFfψF＝F0tan（ψ+φ）螺母旋转一周的输入功为A1＝Fd2＝F0tan（ψ+φ）d2举升重物的有效功为A2＝F0S＝F0d2tanψ河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接效率：)tan(tan)tan(tan202012dFdFAA当ψ＝45º－0.5φ时，螺纹副的效率最高②物体沿斜面匀速下降F0RNFFfψF0RFF＝F0tan（ψ－φ）自锁条件为：F＝F0tan（ψ―φ）≤0ψ≤φ河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接2、三角形螺纹摩擦力：NF0Nγ力的关系F＝F0tan（ψφv）效率cos2sin200FFN'000coscos222fFfFfFNfFf)tan(tanv自锁条件cosarctanarctan'ffV河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接（二）螺纹联接的预紧1、螺纹阻力矩)tan(2201VdFT2、支承面阻力矩202030300231dDdDfFTc3、拧紧力矩FLdDdDfdFTTTcv20203030202132)tan(21增加可靠性紧密性河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接4、控制预紧力的方法①测力矩板手②定力矩板手③测定螺栓伸长量河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接（三）螺纹联接的防松1、摩擦防松（preventlooseningbyfriction）双螺母（doublenut）弹簧垫圈（springwasher）自锁螺母（self-lockingnut）河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接2、机械防松开口销(springcotter)与六角开槽螺母(notchnut)止动垫圈（stopwasher）串联金属丝（inserieswire）河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接3、永久防松（破坏螺纹副）冲点、焊接(jointing)、粘合(conglutination)四、单个螺栓联接的强度计算1、失效形式及计算准则①受拉螺栓断裂（过载断裂、疲劳断裂）、螺纹滑扣；计算准则：保证螺栓的静力拉伸强度。占65%占20%占15%河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接②受剪螺栓螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断；计算准则：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接2、松螺栓联接的强度计算拉伸强度条件为：式中：d1——危险剖面直径，mm[]——许用应力，Mpa[]＝S／S][421dFAF][41Fd—校核公式—设计公式河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接扭转剪切应力的产生原因：紧螺栓连接装配时需要一定的拧紧力矩，此时螺栓除受到预紧力产生的拉伸应力以外，还受到螺纹摩擦力矩的作用，因此在螺栓上产生扭转剪切应力。3、紧螺栓联接的强度计算拉伸应力为：2104dF扭剪应力：普通钢制螺栓，tanφv＝0.17d2／d1＝1.04～1.08，tanψ＝0.05代入计算得≈0.53.1)5.0(332222ca200223211111164tan()tantan21tantandvvvFFdddd根据第四强度理论：河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接1）受横向载荷的紧螺栓联接螺杆的强度条件为：减载键、减载环02141.3[]caFd河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接挤压强度：][1ppAF剪切强度：][2AF2）铰制孔用螺栓联接的强度剪切强度：][min0ppLdF][420dF挤压强度：铰制孔螺栓连接的螺栓杆部与螺栓孔为配合关系，所受载荷由螺栓杆部受剪切与接触面受挤压承载，故：河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接3）受轴向载荷的紧螺栓联接螺杆的总受力F2＝F0＋F？FFF02FFF12残余预紧力（residualpretighteningforce）河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接相对刚度尽可能取小些，推荐值为：金属垫片(或无垫片)0.2～0.3，皮革垫片0.7，铜皮石棉垫片0.8，橡胶垫片0.9。bCFmCFFmbCCFFFFCCCFmbbFCCCFFFFmbb002mbbCCC河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接拉伸强度：①保证联接的紧密性，应使F1＞0有紧密性要求的：F1＝（1.5～1.8）F一般联接，载荷稳定：F1＝（0.2～0.6）F一般联接，载荷不稳定：F1＝（0.6～1.0）F地脚螺栓：F1≥F][3.14212dFca设计式：][3.1421Fd说明河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接②对变载重要联接，应作疲劳强度校核σ-1tc—螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限；SKKSatcca)2)(()(2minmin1ψσ—试件的材料常数，碳素钢ψσ＝0.1～0.2，合金钢ψσ＝0.2～0.3；Kσ—拉压疲劳强度综合影响系数kσ—有效应力集中系数εσ—尺寸系数S—安全系数kK河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接4）受偏心载荷的紧螺栓联接2103100432dFdeFAFWTb949432210210210dFdFdF1de河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接避免偏载的措施：①铸造出凸台；③斜面用斜垫圈；④采用球面垫圈。②加工沉头座；河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接五、螺栓组联接的设计1、螺栓组的结构设计①轴对称的简单几何形状河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接a、铰制孔螺栓，在载荷方向不要成排布置8个以上的螺栓。b、受弯矩或扭矩时，螺栓应布置在结合面的边缘上，使受力小。c、同时受轴向、横向载荷时，用减载键、销、套筒等。②螺栓的受力合理河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接③螺栓间有合理的间距、边距；④同一圆周上的螺栓数目尽量取偶数，同一螺栓组中各螺栓的材料、直径、长度应一致；⑤避免螺栓受偏心载荷。河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接2、螺栓组受力分析目的：找出受力最大的螺拴及所受力的大小假设：a、螺栓的材料、直径、长度、预紧力相同；b、螺栓组的对称中心与接合面形心重合；c、受载后结合面仍保持为平面。河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接（1）受横向载荷的螺栓组联接FΣ／z＝Ff—接合面摩擦系数；i—接合面数目；z—螺栓数目；KS—防滑系数，KS＝1.1～1.3。FΣF0fzF0fzF0fzi≥FΣKS此式称为紧螺栓连接横向载荷不滑移条件或不滑移方程.河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接（2）受转矩的螺栓组联接①普通螺栓联接不滑移条件ri—第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心的距离。TKrfFrfFrfFSz02010iSzSrfTKrrrfTKF)(210fF0fF0河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接②铰制孔螺栓组联接TrFrFrFzz2211TrFiiF1FmaxiirFrFmaxmaxmaxmaxrrFFiiTrrFrrrFrFiiiii2maxmaxmaxmax2maxmaxirTrF河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接（3）受轴向载荷的螺栓组联接假设：a、底板是刚性b、底板绕O—O翻转c、螺杆和地基按各自的刚度拉伸和压缩。F＝FΣ／zpDF2241（4）受倾覆力矩的螺纹组联接F1Fmax河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接①计算受力最大螺栓的受力最大外载荷：MLFLFZZ11maxmaxLFLFiiMLFiimaxmaxFLLFii2maxmaxiLMLF螺栓总拉力：max02FCCCFFmbb河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接②考虑地基强度受外载前地基的挤压应力：M引起的最大应力：AzFp0近似取)(maxmbmpCCCWM左边不出现缝隙1mbmCCCWMpmax右边地基不被压溃0maxminppp[σp]—地基材料的许用挤压应力][maxmaxpppp河北工程大学机电工程学院机械设计系机械设计第五章螺纹联接六、螺纹联接件的材料及许用应力1、螺纹联接件的材料螺母从4～12分七个等级。常用材料：Q215、Q235，10、35、45等；冲击振动大的场合：40Cr、30CrMnSi等；特殊场合：1Cr13、CrNi2、H62等。国家标准规定：螺纹联接件按材料的力学性能分等级：螺栓、螺柱、螺钉从3.6～12.9分十个等级；标记的含义：保证最小应力的1／1003