螺纹联接的强度计算ppt课件.ppt

,5-1 螺 纹,5-5 螺纹联接的强度计算,5-8 提高螺栓联接强度的措施,5-7 螺纹联接件的材料及许用应力,5-9 螺旋传动,5-3 螺纹联接的预紧,5-2 螺纹联接的类型和标准联接件,第5章 螺纹联接和螺旋传动,5-4 螺纹联接的防松,5-6 螺纹组联接的设计,联接的分类:,动联接：,静联接：,静联接,可拆联接：,不可拆联接：,过盈联接,不须毁坏联接中的任何一个零件就可拆开的联接。,至少毁坏联接中的一部分才能拆开的联接,即各种运动副。,在机器工作中，不允许零部件之间存在相对运动的联接。,如螺纹联接、键联接等。,如铆接、焊接、胶接等。,联接概述,螺栓联接,联接概述,铆 接,联接概述,焊接的齿轮结构,焊 接,焊接的减速箱体,联接概述,联接概述,键联接,联接概述,5-1 螺 纹,5-5 螺纹联接的强度计算,5-8 提高螺栓联接强度的措施,5-7 螺纹联接件的材料及许用应力,5-9 螺旋传动,5-3 螺纹联接的预紧,5-2 螺纹联接的类型和标准联接件,第5章 螺纹联接和螺旋传动,5-4 螺纹联接的防松,5-6 螺纹组联接的设计,一、螺纹的形成,螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。,螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。,螺纹,5-1 螺纹,螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。,螺纹按工作性质分为联接用螺纹和传动用螺纹。,二、螺纹的分类,螺旋千斤顶,5-1 螺纹,按螺纹的牙型分:,用于传动：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹,用于联接：三角形螺纹（牙形角55或60）,5-1 螺纹,5-1 螺纹,三角形螺纹按母体形状分:,圆柱螺纹,圆锥螺纹,管螺纹,普通螺纹牙形角为60，管螺纹牙形角55,三角形螺纹,普通螺纹 = 60,管螺纹 = 55,普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。,普通螺纹:,5-1 螺纹,表10-1 直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm,标记示例：M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3),M24X1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5),粗牙螺纹应用最广,细牙螺纹的优点：小径大、强度高、升角小、自锁性好，,缺点：不耐磨易滑扣。,应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。,5-1 螺纹,用螺纹密封的管螺纹,管螺纹,公称直径-管子的公称通径。强调与普通螺纹不同,非螺纹密封的管螺纹,2,5-1 螺纹,梯形螺纹：,锯齿形,为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。,锯齿形螺纹:,= 15,= 3,5-1 螺纹,按螺纹的旋向分:,5-1 螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,按螺旋线的根数分:,n 4,多线螺纹,单线螺纹,S = 2P,S =P,三、普通螺纹的主要参数,大径d 螺纹的公称直径。小径d1 用于联接的强度计算。中径d2 用于联接的几何计算。,5-1 螺纹,牙型角，牙侧角,螺距P线数n导程S S=nP。升角,5-1 螺纹,5-1 螺 纹,5-5 螺纹联接的强度计算,5-8 提高螺栓联接强度的措施,5-7 螺纹联接件的材料及许用应力,5-9 螺旋传动,5-3 螺纹联接的预紧,5-2 螺纹联接的类型和标准联接件,第5章 螺纹联接和螺旋传动,5-4 螺纹联接的防松,5-6 螺纹组联接的设计,一、螺纹联接的基本类型,1. 螺栓联接,分为：,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,普通螺栓,铰制孔用螺栓,应用广泛,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,相同：均为通孔，装拆较薄件注意制图、结构的关系,孔与螺杆之间留有间隙,螺杆与孔壁接触,有配合，成本高：螺杆精度、用铰刀铰孔,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,凸缘联轴器:,铰制孔螺栓,对中榫,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,2. 双头螺柱联接,3. 螺钉联接,可经常装拆,不可经常装拆,相同：一个为非通孔，装拆较厚件注意制图、结构的关系,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,4. 紧定螺钉联接,14种类型螺纹联接的结构改错,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,平端紧定螺钉,锥端紧定螺钉,圆柱端紧定螺钉,其它：地脚螺栓 吊环螺栓 T形槽螺栓,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,二、标准螺纹联接件,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,精度分A、B、C三级，通用机械中多用C级。 螺纹有粗牙和细牙之分。细牙螺纹用于细小零件、薄壁零件或受冲击有变载荷的联接。,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,两端螺纹可相同或不同，螺柱可带退刀槽或制成腰杆，也可制成全螺纹。,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,螺钉,头部形状有圆头、扁圆头、六角头、圆柱头和沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽和内六角孔等形式。,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,紧定螺钉,锥端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬度较大的平面或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于紧定空心轴上的零件位置。,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,自攻螺钉,头部形状有圆头、平头、半沉头及沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽等形式。末端形状有锥端和平端两种。,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,六角螺母,根据厚度分为标准螺母和薄型螺母两种。制造精度分为A、B、C三级，分别与相同级别的螺柱配合使用。,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,圆螺母与止动垫圈,圆螺母常与止动垫圈配用，装配时将垫圈内舌插入轴上的槽内，而将垫圈的外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧。,D,5-2 螺纹联接的类型与标准联接件,垫圈,平垫圈分为A级和C级两种。用于同一螺纹直径的垫圈又分为特大、大、普通和小的四种规格，特大垫圈主要在铁木结构上使用。 斜垫圈只用于倾斜的支承面上。,5-1 螺 纹,5-5 螺纹联接的强度计算,5-8 提高螺栓联接强度的措施,5-7 螺纹联接件的材料及许用应力,5-9 螺旋传动,5-3 螺纹联接的预紧,5-2 螺纹联接的类型和标准联接件,第5章 螺纹联接和螺旋传动,5-4 螺纹联接的防松,5-6 螺纹组联接的设计,预紧力,预紧的目的,大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。,增加联接的可靠性和紧密性。,拧紧后，螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%,预紧力的确定原则：,5-3 螺纹联接的预紧,预紧力的控制：,5-3 螺纹联接的预紧,测力矩扳手,定力矩扳手,注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(M12)的螺栓。,预紧力和预紧力矩之间的关系：,5-1 螺 纹,5-5 螺纹联接的强度计算,5-8 提高螺栓联接强度的措施,5-7 螺纹联接件的材料及许用应力,5-9 螺旋传动,5-3 螺纹联接的预紧,5-2 螺纹联接的类型和标准联接件,第5章 螺纹联接和螺旋传动,5-4 螺纹联接的防松,5-6 螺纹组联接的设计,螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动。按工作原理可分为三类：,1. 摩擦防松,自锁螺母防松,5-4 螺纹联接的防松,5-4 螺纹联接的防松,2. 机械防松,止动垫圈,串联钢丝,3. 不可拆防松 （铆冲；粘接； 焊接）,5-4 螺纹联接的防松,5-1 螺 纹,5-5 螺纹联接的强度计算,5-8 提高螺栓联接强度的措施,5-7 螺纹联接件的材料及许用应力,5-9 螺旋传动,5-3 螺纹联接的预紧,5-2 螺纹联接的类型和标准联接件,第5章 螺纹联接和螺旋传动,5-4 螺纹联接的防松,5-6 螺纹组联接的设计,分析步骤： 对螺栓组进行受力分析 确定受力最大的螺栓及其所受的力 对单个螺栓进行强度计算,一、概述,大多数机械中，螺栓都是成组使用的。,5-5 螺纹联接的强度计算,二、单个螺栓联接的强度计算,5-5 螺纹联接的强度计算,普通螺栓联接单个螺栓承受轴向力Fa,铰制孔用螺栓联接单个螺栓承受横向力F,5-5 螺纹联接的强度计算,（一）普通螺栓联接受轴向力Fa的强度计算,失效形式：,计算准则：,紧螺栓联接强度计算,松螺栓联接强度计算,Fa=F0的情况,FaF0F工作的情况,（一）普通螺栓联接受轴向力Fa的强度计算,5-5 螺纹联接的强度计算,失效形式：,螺栓杆和螺纹部分发生塑性变形或拉断。90的螺栓为疲劳断裂,计算准则：,保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。,5-5 螺纹联接的强度计算,（一）普通螺栓联接受轴向力Fa的强度计算,失效形式：,计算准则：,紧螺栓联接强度计算,松螺栓联接强度计算,Fa=F0的情况,FaF0F工作的情况,松螺栓联接强度计算,即,Fa工作拉力，单位：N；d1螺栓危险截面的直径，单位：mm；螺栓材料的许用拉应力，单位：MPa。,5-5 螺纹联接的强度计算,螺栓与螺母的其他尺寸（螺纹牙、螺栓头、光杆）和螺母、垫片等，是根据等强度原则及经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。可按螺栓大径d由标准选取,5-5 螺纹联接的强度计算,（一）普通螺栓联接受轴向力Fa的强度计算,失效形式：,计算准则：,紧螺栓联接强度计算,松螺栓联接强度计算,Fa=F0的情况,FaF0F工作的情况,5-5 螺纹联接的强度计算,紧螺栓联接强度计算,螺栓受轴向拉力Fa和螺纹摩擦力矩T1的双重作用。,拉应力：,扭转切应力：,按第四强度理论进行拉扭合成：,强度条件：,记住：1.3系数的由来,5-5 螺纹联接的强度计算,（一）普通螺栓联接受轴向力Fa的强度计算,失效形式：,计算准则：,紧螺栓联接强度计算,松螺栓联接强度计算,Fa=F0的情况,FaF0F工作的情况,Ff F,Ks防滑系数，Ks=1.11.3。,螺栓组预紧,Ks,工作原理：,预紧力F0 压紧被联接件,结合面上产生摩擦力Ff,由摩擦力与外载荷F平衡,z螺栓个数i接合面数,5-5 螺纹联接的强度计算, 螺栓组受横向载荷F,Fa=F0的情况,强度计算,F,F/2,F/2,螺栓组预紧,工作原理：,预紧力F0压紧被联接件,结合面上产生摩擦力Ff,摩擦阻力矩Tf与外载荷T平衡,5-5 螺纹联接的强度计算, 螺栓组受转矩T,强度计算：,如：凸缘联轴器:,5-5 螺纹联接的强度计算,强度计算：,普通螺栓,取i1，f0.2，有F05F 故螺栓直径很大。为减小螺栓直径，可采用减载措施。, 减载装置：,5-5 螺纹联接的强度计算,对于单个螺栓，,5-5 螺纹联接的强度计算,（一）普通螺栓联接受轴向力Fa的强度计算,失效形式：,计算准则：,紧螺栓联接强度计算,松螺栓联接强度计算,Fa=F0的情况,FaF0F工作的情况,FaF0F工作的情况,各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷：,受轴向载荷的螺栓组联接,加载前，各个螺栓承受预紧力F0的作用； 加载后，各个螺栓所受轴向工作载荷为F， 则每个螺栓所承受的总载荷F2(Fa)=?,单个螺栓所承受的总载荷Fa ：,5-5 螺纹联接的强度计算,特别注意，轴向载荷：,F2 F0+F,5-5 螺纹联接的强度计算,松弛状态,预紧状态,受载变形,加预紧力F0后螺栓受拉伸长 b,被联接件受压缩短 m,加载F后:,螺栓总伸长量增加为:,被联接件压缩量减少为：, b + , m - ,螺栓所受总拉力为：,残余预紧力：F1,F2=F1+F,F0,被联接件放松了,m,b,b + ,m,5-5 螺纹联接的强度计算,动画演示,-螺栓的相对刚度,5-4 螺纹联接的强度计算,F1残余预紧力，为保证联接的紧密性，应使 F1 0，一般根据使用性质确定F1的大小。残余预紧力可参考：,密封性 有冲击 不稳定 载荷稳定 地脚螺栓1.51.8F 1.01.5F 0.61.0F 0.20.6F F,5-4 螺纹联接的强度计算,F2=F1+F =F0 +F,因螺栓所受的轴向力FaF2 ，故有：,静强度条件：,螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限，MPa。,5-4 螺纹联接的强度计算,螺栓的疲劳强度精确校核：,掌握定性分析,F0,b,螺栓变形,力,Ob,Om,螺栓中总拉力的变化,F2,F,F1,F,时间,二、单个螺栓联接的强度计算,5-5 螺纹联接的强度计算,普通螺栓联接单个螺栓承受轴向力Fa,铰制孔用螺栓联接单个螺栓承受横向力F,5-5 螺纹联接的强度计算,（二）铰制孔用螺栓联接受横向力F的强度计算,失效形式：,计算准则：,强度计算：,使用场合：,（二）铰制孔用螺栓联接受横向力F的强度计算,5-5 螺纹联接的强度计算,失效形式：, 螺栓杆和孔壁的贴合面压溃 螺栓杆剪断,计算准则：,保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度,5-5 螺纹联接的强度计算,（二）铰制孔用螺栓联接受横向力F的强度计算,失效形式：,计算准则：,强度计算：,使用场合：,单个螺栓的受力为F,1）螺栓杆与孔壁的挤压强度：,2）螺栓杆的剪切强度：,d0螺栓光杆的直径（螺栓孔直径）Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，设计时应使Lmin1.25d0,强度计算：,5-5 螺纹联接的强度计算,5-5 螺纹联接的强度计算,（二）铰制孔用螺栓联接受横向力F的强度计算,失效形式：,计算准则：,强度计算：,使用场合：,单个螺栓所受横向载荷：,由螺栓与孔壁的挤压和螺栓的剪切承受载荷,工作原理：,5-5 螺纹联接的强度计算, 螺栓组受横向载荷F,使用场合：,1）螺栓杆与孔壁的挤压强度：,2）螺栓杆的剪切强度：,F,单个螺栓所受横向载荷：, 螺栓组受转距T,5-5 螺纹联接的强度计算,5-5 螺纹联接的强度计算,如：凸缘联轴器:,因各螺栓到螺栓组中心O点距离相等，各螺栓剪切变形量也相等，有：Fmax=Fi,根据力矩平衡条件，有：zFir=T,5-1 螺 纹,5-5 螺纹联接的强度计算,5-8 提高螺栓联接强度的措施,5-7 螺纹联接件的材料及许用应力,5-9 螺旋传动,5-3 螺纹联接的预紧,5-2 螺纹联接的类型和标准联接件,第5章 螺纹联接和螺旋传动,5-4 螺纹联接的防松,5-6 螺纹组联接的设计,1. 被联接件形状应简单对称： 如圆形、环形、矩形、框形等,5-6 螺栓组联接的设计,一、螺栓组联接的结构设计,2. 圆周布置的螺栓数目取成4、6、8等偶数，以便于钻孔时的分度和画线；,3. 螺栓布置应使各螺栓的受力合理: 受横向力的铰制孔用螺栓组受力方向不超过8个； 受弯矩M或转距T作用时应适当远离对称轴,合理,不合理,4. 螺栓的排列应有合理的间距、边距:,5-6 螺栓组联接的设计,5-6 螺栓组联接的设计,6. 避免螺栓承受附加的弯曲载荷:,5. 同一螺栓组紧固件形状、尺寸、材料应尽量一致；,凸台,沉头座,斜面垫圈,1受横向载荷,2受转矩,3受轴向载荷,4受倾覆力矩,目的：,假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；,受载后联接接合面仍保持为平面。,受力分析的类型：,二、螺栓组联接的受力分析,螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；,5-6 螺栓组联接的设计,求出受力最大的螺栓及其所受的力Fmax，以便进行螺栓联接的强度计算。,1受横向载荷F的螺栓组联接,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,单个螺栓所受横向载荷F：,单个螺栓受力为轴向载荷： 预紧力F0,5-6 螺栓组联接的设计,2受转矩T的螺栓组联接,5-6 螺栓组联接的设计,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,FaF0F工作的情况,各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷：,气缸盖螺栓组联接,5-6 螺栓组联接的设计,4受倾覆力矩的螺栓组联接,失效分析：1.螺栓拉断；2.底板左侧出现间隙；3.底板右侧压溃。,假定底板为刚体，翻转力矩M作用在螺栓组的联接形心xx面上，受载后绕OO转动仍保持平面,在M的作用下，左侧螺栓拉力增大；右侧螺栓拉力减小而地面压力增大,5-6 螺栓组联接的设计,M, 螺栓的总拉力：, 要求防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙,5-6 螺栓组联接的设计,受复合载荷的螺栓组联接,横向荷载+轴向载荷+翻转力矩,5-6 螺栓组联接的设计,。,受复合载荷的螺栓组联接横向载荷+旋转力矩,5-6 螺栓组联接的设计,F,e,受复合载荷的螺栓组联接计算时应求出受力最大螺栓的受力,5-6 螺栓组联接的设计,5-1 螺 纹,5-5 螺纹联接的强度计算,5-8 提高螺栓联接强度的措施,5-7 螺纹联接件的材料及许用应力,5-9 螺旋传动,5-3 螺纹联接的预紧,5-2 螺纹联接的类型和标准联接件,第5章 螺纹联接和螺旋传动,5-4 螺纹联接的防松,5-6 螺纹组联接的设计,国家标准规定了螺纹联接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级，螺母的性能等级分为 7级。在一般用途的设计中，通常选用4.8级左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹联接件，要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。,一、螺纹联接件材料,常用的螺纹联接件材料为Q215、Q235、35、45等碳素钢。当强度要求高时，还可采用合金钢，如15Cr、40Cr等。,二、螺纹联接件的许用应力,1螺纹联接件的许用拉应力,2螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力,3螺纹联接件的安全系数（查表5-10）,（被联接件为钢）,（被联接件为铸铁）,5-7 螺纹联接件的材料与许用应力,5-1 螺 纹,5-5 螺纹联接的强度计算,5-8 提高螺栓联接强度的措施,5-7 螺纹联接件的材料及许用应力,5-9 螺旋传动,5-3 螺纹联接的预紧,5-2 螺纹联接的类型和标准联接件,第5章 螺纹联接和螺旋传动,5-4 螺纹联接的防松,5-6 螺纹组联接的设计,一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅,5-8 提高螺纹联接强度的措施,降低螺栓的刚度,增大被联接件的刚度,增大预紧力、减小螺栓刚度、增大被联接件刚度,5-8 提高螺纹联接强度的措施,降低螺栓刚度的措施,腰状杆螺栓,空心螺栓,安装弹性元件,5-8 提高螺纹联接强度的措施, 增大被联接件刚度的措施,使用金属垫片,密封环密封,二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象,5-8 提高螺纹联接强度的措施,旋合螺纹的变形示意图,旋合螺纹间的载荷分布,5-8 提高螺纹联接强度的措施,钢丝螺套,5-8 提高螺纹联接强度的措施,5-8 提高螺纹联接强度的措施,三、减小应力集中的影响,加大圆角,卸载槽,卸载过渡结构,四、采用合理的制造工艺,5-8 提高螺纹联接强度的措施,冷镦螺钉头部,降低应力集中，金属流线完整、合理；冷作硬化,5-8 提高螺纹联接强度的措施,轴向滚压,切向滚压,径向滚压,滚压螺纹,切削螺纹,