机械设计-螺纹联接

第六章螺纹联接 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 6.1螺纹类型和主要参数6.2螺纹连接和螺旋传动的主要类型6.3螺纹连接的性能等级、材料和精度6.4螺纹连接拧紧和防松6.5栓联接强度计算6.6螺栓组联接设计6.7提高螺栓连接强度的措施6.8螺旋传动设计实例：6.1螺纹类型和主要参数螺纹的类型右旋左旋螺纹位置：内螺纹——螺母；外螺纹——螺钉。旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，右边高则为右旋。螺纹旋向：左旋螺纹，右旋螺纹（常用）。思考：螺纹从尺寸单位上又分为米制和英制两种螺纹。我国在管螺纹上仍然采用英制，其它螺纹均为米制螺纹。常用的螺纹类型主要有普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。前三种主要用于联接功用，后三种主要用于传动。除矩形螺纹外，都已实现标准化。联接：效率低、自锁性好。传动：效率高、自锁性差。螺纹牙形：三角形、矩形、梯形、锯齿形等30°3°30°60°三角形梯形锯齿形矩形单线，用于联接双线或多线，常用于传动粗牙：一般情况下使用。细牙：d相同，p小，ψ小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。∴用于变载荷场合。∴联接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。直径(1)大径d：公称直径。20→d=20mm(2)小径d1：螺纹的最小直径。(3)中径d2：齿厚=齿槽宽处直径，几何计算用。一般取：d2=(d+d1)/2(5)螺距P：螺纹相邻两个牙型上对应点间轴向距离(4)线数(头数)n：n=1时用于联接；n＞1时用于传动；n↑→η↑，但为便于制造n≤4螺纹的主要参数(7)中径升角ψ：螺旋线切线与垂直于螺纹轴线的平面之间的夹角(6)导程s：螺纹上任意点沿同一条螺旋线转一周所移动得轴向距离s=np(8)牙形角α：螺纹牙两侧面夹角。(9)接触高度h――内外螺纹旋合后的接触面的径向高度。6.2螺纹连接和螺旋传动的主要类型6.2.1螺螺纹联接主要类型1、螺栓联接受拉——普通螺栓普通螺栓：无需在被联件上加工螺纹孔，装拆方便，用于两被联件均不太厚的场合。受剪——铰制孔螺栓铰制孔螺栓：除起联接作用外，还起定位作用。2、双头螺柱联接用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时只需拧下螺母即可。3、螺钉联接用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。4、紧定螺钉联接螺钉末端顶住另一零件的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面或相应凹坑，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩。6.2.2螺纹传动的主要类型螺纹传动又称螺旋传动，主要用以变回转运动为直线运动，同时传递能量或力。根据螺纹副的摩擦情况，可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。a）螺杆转动b）螺母转动　c）螺母固定d）螺杆固定螺母移动　螺杆移动杆转、移螺母转、移图6.5螺旋传动的几种方式6.3螺纹紧固件的性能等级和材料6.3.1螺纹联接的性能等级1)螺栓、螺柱、螺钉的性能等级----螺栓,螺柱,螺钉的性能等级分为十级（见GB3098.1—82）3.6,4.6,4.8,5.6,5.8,6.8,8.8,9.8,10.9,12.9点前数字为σBmin/100，点后数字为10(σSmin/σBmin)。例：性能等级8.8级σBmin=800MpaσSmin=8*800/10=640Mpa----螺母性能等级按螺母高度不同有两类（见GB3098.2—82、86）螺母高度m0.8D----4568910120.5Dm<0.8D0405数字为σBmin/100，D为螺母螺纹直径，“0”表示螺母的承载能力比后面数字低6.3.2螺纹联接的材料和精度1)螺栓、螺柱和螺钉材料螺栓、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2)螺母材料螺母材料为中碳钢，最高含碳量4、5、6三级为0.5%，其余各级为0.58%。螺母等级与螺栓、螺柱、螺钉等级之间的相配关系标准中也有规定，如4──3.6、4.6、4.8，8──8.8等。3)螺纹公差和精度根据标准（GB197—81）规定内螺纹----公差带为G和H两种外螺纹----公差带为e、f、g、h四种标准中还规定了三种不同的精度，其选用原则为：精密A──用于精密螺纹和 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 配合变动小的场合中等B──一般用途；粗糙C──用于对精度要求不高的场合。6.4螺纹联接的拧紧和防松6.4.1拧紧受载之前拧紧螺母预紧力F’预紧↑联接刚度↑防松能力↑紧密性1、拧紧力矩T=？螺母支承面间的摩擦阻力矩以螺母分析：T=T1+T2螺纹副间的摩擦力矩——螺纹副间有效圆周力（rf——支承面摩擦半径）∴kt——拧紧力矩系数，一般取kt=0.22、控制T的方法T↑F↑拉断、滑扣T↓不能满足工作要求控制T的大小一般情况凭经验，拧紧即可。方法：测量螺栓伸长量：（大型螺栓联接）定力矩扳手测力矩扳手冲击扳手采用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力，准确性较差，也不适用与大型的螺栓联接。为此，可以采用测量螺栓伸长量的方法来控制预紧力。测量螺栓伸长量6.4.2螺纹联接的防松3、防松的方法：——防止螺旋副相对转动。----按防松原理不同，分为三类：利用摩擦，直接锁住，破坏螺纹副1、螺纹联接按自锁条件设计：ψ≤ρv。∴静载下不会自行松脱。2、松动原因冲击、振动、变载荷下温度变化较大时螺旋副摩擦力Ff减小或瞬时消失松动对顶螺母a）利用摩擦防松弹簧垫圈开口方向：斜向右下方弹性增压尖端抵住开口销与槽形螺母b）直接锁住正确不正确注意金属丝穿入方向串联金属丝c）破坏螺纹副关系不可拆联接胶接冲点焊住6.5螺栓联接的强度计算螺栓联接受拉螺栓受剪螺栓松联接：不拧紧，无预紧力F’，仅受工作载荷F紧联接：需拧紧仅受预紧力F’同时受预紧力F’和工作载荷F6.5.1螺栓联接的失效形式失效形式：受拉螺栓的失效形式静载主要是螺纹部分的塑性变形,变载螺杆的疲劳断裂。在横向载荷作用下，当采用受剪螺栓(铰制孔用螺栓)时，失效的可能形式有：螺栓被剪断，螺栓杆或孔壁被压溃等。6.5.2受拉螺栓联接危险截面面积由计算直径dc确定：dc=d1-h/6，H≈0.866P；其中：d1、P分别为螺纹小径和螺距，H为螺纹牙形的三角形高度。1.松螺栓联接强度计算如：起重滑轮螺栓仅受轴向工作拉力F——失效：拉断强度条件：MPa——校核式式中：dc——危险截面计算直径[σ]——许用应力，[σ]=σs／[Ss]，mm——设计式查手册，选螺栓1）靠摩擦传递横向力的受拉螺栓(只受预紧力F’的紧联接)外载荷FR——对螺栓为横向力——靠摩擦力传递a.FR作用下，板不滑移：FR≤Ff，而Ff→F’。b.按F’计算:F’为螺栓轴向负荷—→拉应力c.拧紧过程中，在T1作用下螺栓受扭—→产生τT2.受拉紧螺栓联接强度计算d.危险截面上受复合应力（σ、τT）作用—→强度准则螺栓为塑性材料—→第四强度理论。对单头米制三角形螺纹——校核式即：1.3意义：只受预紧力的紧联接，其螺杆在拧紧时同时承受拉伸和扭转的联合作用，计算时按纯拉伸问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 处理，将拉应力增大30%以考虑拧紧力矩的影响。mm——设计式（2）同时受预紧力F’和轴向工作载荷F的紧螺栓联接a、未拧状态b、拧紧状态F’c、工作状态F变形受力过程：无变形—→F’—→螺栓刚度：c1被联件刚度：c2δ１=F'/c1δ2=F'/c2a、未拧状态b、拧紧状态F’c、工作状态F变形受力过程：—→+F→δ1+Δδ1δ2-Δδ2变形协调条件：Δδ1=Δδ2=Δδ螺栓受力：F0=F+F''，拉力增量F0-F'，Δδ1=（F0-F'）/c1被联件受力：F''，压力减量F'-F''，Δδ2=(F'–F”)/c2在图中：∴——检查F''大小——求总拉力即：螺栓总拉力等于预紧力加上部分工作载荷。由于■上述过程还可通过力——变形图表示b）变形图合并a）拧紧时的两种变形c)受工作载荷----受预紧力和工作载荷的紧联接各力定义1、预紧力F’（拧紧螺母后，作用在螺栓上的拉力和被联件上压力）2、螺栓工作拉力F0—→总拉力3、工作载荷F（对螺栓联接施加的外载荷）4、F”剩余预紧力。当F无变化，F”=(0.2~0.6)F；当F有变化，F”=(0.6~1)F；压力容器紧密联接，F”=(1.5~1.8)F思考：图b中，F0=？图c中，F0=F+F’？静力平衡条件：F0=F+F”即：螺栓总拉力等于工作载荷与剩余预紧力之和。讨论：1、——螺栓相对刚度系数当F、F’一定时，∴为↓螺栓受力—→选择不同垫片↓—→应使2、：不出现缝隙。(由验算)同理，考虑扭转作用，强度条件为：——校核式mm——设计式↓若工作载荷为变载荷：当工作载荷在F1~F2变化时，螺栓总拉力在F01~F02之间变化变载荷下螺栓失效：Fa作用下的疲劳拉断Fa——拉力变幅：∴应力幅：螺栓许用应力幅表6.2即：变载荷下螺栓，应力幅越小，疲劳强度越高。6.5.3受剪螺栓联接1、破坏形式----螺栓剪断、栓杆或孔壁压溃2、螺栓剪切强度条件d——杆抗剪面直径m——抗剪面数目[τ]——许用剪应力3、挤压强度条件h——对象受压高度；[σp]——许用挤压应力，表6.4，取弱者计算；6.5.4螺栓联接的设计过程例题6.1P956.6螺栓组联接的受力分析一、思路联接结构形式、外载荷类型—→螺栓受力—→找出受载最大螺栓—→按单个螺栓联接的计算方法计算二、基本假定1、各螺栓刚度相同；2、各螺栓F’相同；3、变形在弹性范围内；4、被联件为刚体；6.6.1螺栓组联接的结构设计1、结合面几何形状力求简单（矩、圆、三角），且螺栓组的对称中心与结合面形心重合，结合面受力均匀。2、螺栓组受力合理：螺栓布置应尽量远离对称中心，铰制孔螺栓组≯6个；同时承受轴向、横向载荷时，可采用抗剪元件承受横向力，↓d。3、分布在同一圆周上的z应取偶数（4、6、8），便于分度划线。4、避免附加弯曲载荷：凸台、沉孔、斜垫圈等。5、螺栓排列应有合理间距、边距、扳手空间。6、合理防松方法。6.6.2受轴向力FQ的螺栓组联接特点：载荷与螺栓轴线平行，并通过螺栓组对称中心。螺栓还受F’—→F0—→工作条件：F”>0F0=FQ/zFQ6.6.3受横向力FR的螺栓组联接受拉螺栓联接时受剪螺栓联接时（1）特点：横向载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组对称中心。（2）承载方式：受剪螺栓（靠杆的剪切与挤压承载）受拉螺栓（由F’在结合面产生的摩擦力承载）（3）受力分析a、受拉螺栓工作条件：按仅受F’的紧联接计算。式中：μs——结合面的摩擦系数；z——螺栓个数；m——结合面数目，图中m=2；kf——可靠系数（防滑系数），kf=1.1~1.5；b、受剪螺栓假定每个螺栓受载相同，则工作条件：剪切计算挤压计算6.6.4受旋转力矩T的螺栓组联接特点：在转矩T作用下，底板有绕螺栓组形心轴线O-O旋转的趋势。横向力受拉螺栓受剪螺栓#受旋转力矩T的螺栓组联接----受拉螺栓联接时摩擦力承载，各螺栓处产生相等的摩擦力（1）受拉螺栓联接工作条件：(2)受剪螺栓联接时（2）受剪螺栓联接靠剪切和挤压承载，各螺栓在T作用下受横向力Fs。问题：Fs1=Fs2=…=Fsz？工作条件：Fs1r1+Fs2r2+…+Fszrz=T受剪螺栓联接的受力即Fsi与ri成正比：或变形协调条件：底板视为刚体，ri↑—→剪切变形量↑—→Fsi↑代入工作条件中：6.6.5受翻转力矩M的螺栓组联接4、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F’作用M后：左侧：F拉(不均匀)，右侧：F压(不均匀)→F’↓工作条件：变形协调条件：讨论：设计时，如何布置螺栓更合理？——远离对称中心Ri↑→Fmax↓实际应用可转化为上述四种状态的不同组合：分别计算迭加横向载荷和旋转力矩轴向载荷和翻转力矩强度计算6.7提高螺栓联接强度的措施----影响螺栓强度的因素：材料、结构、尺寸、制造、装配等方面，具体在牙受力分布、附加应力、应力集中、应力幅、材料、机械性能、制造工艺6.7.1降低应力幅σaσmax一定时：σa↓—→疲劳强度↑当F、F”不变时：↓c1或↑c2。措施：1）↑螺栓长度2）↓光杆直径3）采用柔性螺栓(1)降低螺栓刚度c11<1‘6.7.2均匀螺纹牙受力分配（1）机理工作时螺栓受拉，p↑螺母受压，p↓两者产生螺距差一、改善螺纹牙间受力分配第一圈：Δp最大，受力最大第8~10圈后几乎不受力各圈受载不均∴采用加高螺母不能提高联接强度。(2)办法采用受拉螺母（变形一致）——减小螺栓螺母螺距变化差a)悬置螺母b)环槽螺母c)内斜螺母6.7.3减小附加应力和应力集中螺纹牙根弯曲应力——————→断裂螺纹孔不正、被联件表面不平、发生变形等。引起附加弯曲应力因素：措施：垫圈、凸台、沉孔等。思考：采用凸台、沉孔的目的？减轻应力集中收尾：退刀槽；增大牙根处过渡圆角半径。6.7.4选择恰当的预紧力如果螺栓和被联接件的刚度不变，螺栓受载方式不变，只恰当地增大预紧力，能提高螺栓的疲劳强度。6.7.5改善制造工艺1、加工方法：碾制较车制强度↑30%；2、表面处理：喷丸、氮化等。6.8螺旋传动设计6.8.1.滑动螺旋传动设计螺杆材料----足够的强度和良好的耐磨性螺母材料----足够的强度,较小的摩擦系数和好的耐磨性齿型----梯形\矩形\锯齿形失效形式----螺纹磨损\牙折断\失稳等ddt11.螺纹副耐磨性计算F/(d2hz)=Fp/(d2hH’)[p]2.螺纹牙强度计算τ=F/(dt1z)[]σ=3Fh/(dt12z)[b]3.螺杆强度计算4.螺杆稳定性计算螺栓联接总结一、螺栓组计算螺栓组受力分析轴向力横向力旋转力矩翻转力矩F=FQ/z受拉受剪受拉受剪受拉螺栓受变载：紧联接受F’和Fσa影响疲劳强度单个螺栓强度计算受剪螺栓：松联接：仅受F’：受静载：F0=F+F”简答题：6-12选择题：6-9，6-10，6-14，6-15复习思考题1、什么叫可拆及不可拆联接？常用联接有哪些种？2、螺纹联接的主要类型有哪些？3、螺栓联接拧紧有何作用？如何对螺栓拧紧过程进行力分析及计算？4、螺纹防松的方法有哪几种？其原理如何？5、静载荷及变载荷作用下螺栓的损坏形式如何？常发生于什么部位？6、受拉松螺栓及紧螺栓联接的强度计算条件是什么？7、螺栓与被连接件间的变形协调关系如何绘制？何谓相对刚度系数？它与那些因素有关？8、受剪螺栓的强度条件是什么？9、螺栓组联接受力分析的任务是什么？通常作什么假设？10、受轴向力、横向力、翻转力矩、旋转力矩作用的螺栓组受力如何计算？11、如何螺纹牙受力分布？12、附加弯曲应力对螺栓有何危害？如何改善？13、螺纹应力集中一般发生于什么部位？如何改善？14、螺旋传动分为哪几种？SEMINARTOPIC螺纹联接有何优缺点？为什么广泛使用且被作成标准件推广？试构想一种能够与螺纹联接相媲美的新的联接件。