螺纹连接（杨可祯版）解析ppt课件.ppt

10螺纹连接,10.1 螺纹连接的基本知识.LINK10.2 螺旋副的受力分析、自锁和效率.LINK10.3 螺纹连接的预紧和防松.LINK10.4 螺栓连接的强度计算.LINK10.5 螺栓的材料和许用应力.LINK10.6 提高螺栓连接强度的措施.LINK,重点,1. 螺纹的类型和主要参数以及螺纹连接的基本类型；2.螺栓连接的预紧，防松；3.各种连接方式的工作原理和强度计算方法，能根据实际问题正确选用相应的连接类型并进行强度计算。,选择连接的种类和设计连接的强度等。,静连接,动连接运动副,与动力源组合,零件,构件,机构,机器,静连接,动连接,(运动副),可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接等,不可拆连接：铆接、焊接、胶接等,连接,螺旋线形成：倾斜线绕在圆柱体上形成的曲线螺纹形成：平面图形沿螺旋线形成三角形、矩形、梯形、锯齿形、半圆形螺纹螺旋线的数目(线数):单线、多线,旋向(螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋问题：旋向判断 ？粗牙螺纹 一般连接细牙螺纹 d1大、强度大、自锁性好，常用于变载,连接,传动,螺纹形成,螺纹旋向判断,(1)轴线垂直放，右边高右旋 左边高左旋,(2)右手旋，前进右旋 左手旋，前进左旋,10.1 螺纹连接的基本知识,一、螺纹的类型,二、螺纹的主要参数,三、常用螺纹的特点及应用,四、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,1.根据螺纹体母线的形状：圆柱螺纹和圆锥螺纹。,2.根据牙型：,三角形矩形梯形锯齿形,主要用于连接,多用于传动,3.根据旋向：左旋螺纹和右旋螺纹。,4.根据螺旋线的数目：单线螺纹和多线螺纹。5,一、螺纹的类型,(3) 中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。,(1)大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。,(2) 小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。,(4) 螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,(5) 导程S,(6)螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角,(7)牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。,牙侧角 ,S = nP,同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P,二、螺纹的主要参数,接触高度h：内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。,1.三角形螺纹,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。,粗牙螺纹应用最广,细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高。,缺点：不耐磨易滑扣。,应用：薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。,三、常用螺纹的特点及应用,普通细牙螺纹,2.管螺纹,非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁 = 55）,用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁 = 55）,60圆锥管螺纹,公称直径-管子的公称通径。强调与普通螺纹不同,用螺纹密封的管螺纹,非螺纹密封的管螺纹,3.梯形螺纹:,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。,4.锯齿形螺纹:,= 15,= 3,粗牙普通螺纹的基本尺寸见表10-1,螺纹的基本尺寸：,细牙普通螺纹的基本尺寸见表10-2,梯形螺纹的基本尺寸见表10-3,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),表10-3 梯形螺纹基本尺寸 mm,标记示例：Tr488(梯形螺纹，直径48，螺距8),1.螺纹连接的基本类型,四、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件,(1)螺栓连接,可承受横向载荷。,螺纹余留长度l1,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,静载荷l1=(0.30.5)d;,变载荷l1=0.75d;,冲击载荷或弯曲载荷l1 d;,铰制孔用螺栓l1 0;,螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36) mm,用于经常拆装易磨损之处。,普通螺栓连接,特点：孔与杆间无间隙、被连接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：承受横向载荷的场合,特点：孔与杆间有间隙、被连接件上无需切制螺纹、装拆方便适用场合：经常装拆的一般场合,铰制孔螺栓连接,（2）双头螺柱连接,（3）螺钉连接,适用场合：多用于轴上零件的固定，传递较小的力或转矩,锥端螺钉连接平端螺钉连接圆柱端螺钉连接,（4）紧定螺钉连接,其它连接,地脚螺栓连接 吊环螺钉连接T型槽螺栓连接,2.螺纹紧固件,1.螺栓,螺栓的结构形式,2.双头螺柱,1.螺栓,螺纹紧固件,3.螺钉、紧定螺钉,2.双头螺柱,1.螺栓,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,4.螺母,3.螺钉、紧定螺钉,2.双头螺柱,1.螺栓,螺纹紧固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有六十余种不同结构的螺母,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,其它螺母：,5.垫圈,平垫圈,薄平垫圈,4.螺母,3.螺钉、紧定螺钉,2.双头螺柱,1.螺栓,螺纹紧固件,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用止动垫圈,作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。,10.1 简答,1.根据牙型的不同，螺纹可分为哪几种？各有哪些特点？常用的连接和传动螺纹都有哪些牙型？ 2. 螺纹连接的基本形式有哪几种？各适用于何种场合？有何特点？,10.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁,一、矩形螺纹= 0,tg =F/Fn,螺纹的拧松-螺母在F和Fa的联合作用下，顺着Fa等速向下运动。,螺纹的拧紧-螺母在F和Fa的联合作用下，逆着Fa等速向上运动。,F -水平推力,Fn -法向反力,Fa -轴向载荷,F=f Fn -摩擦力,f -摩擦系数,FR -总反力, =tg-1 f -摩擦角,=f Fn/Fn,=f,FR,滑块在F、FR 、Fa三力作用下处于平衡状态,d2,作力多边形,得： F=Fatg(+ ),驱动力矩：,列出力平衡方程：,FRFa = +,Fa -阻力，F -驱动力，,当螺纹拧紧(滑块上升)时：,F -摩擦力,沿斜面朝下。,当螺纹拧松(滑块下滑)时：,FRFa = -,滑块在F、FR 、Fa三力作用下处于平衡状态,作力多边形可得：,F=Fatg(- ),驱动力矩：,列出力平衡方程：,Fa -驱动力，F -阻力，,F -摩擦力, 沿斜面朝上。,若 ，则T为正值，其方向与螺 母运动方向相反，是阻力；,若 ，则T为负值，方向相反，其方向与预先假定的方向相反，而与螺母运动方向相同，成为放松螺母所需外加的驱动力矩。,提问：当时，若没有力矩T，螺母在Fa的作用下会运动吗？,不会！,-这种现象称为自锁。,矩形螺纹忽略升角的影响时有：,Fn=Fa,当 0 时，摩擦力为：,摩擦系数为f 的非矩形螺纹所产生的摩擦力与摩擦系数为f ，与矩形螺纹所产生的摩擦力相当。,称 为当量摩擦角,故称 f 为当量摩擦系数。,二、非矩形螺纹 0,引入参数f 和 就可像矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。,滑块上升：,滑块下降：,非矩形螺旋的自锁条件：, 对于连接螺纹必须满足自锁条件,定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：,当一定时，效率只是螺纹升角的函数，由此可以绘出效率曲线.,当一定时，在=45-/2 处效率曲线有极大值。,对于传动螺旋，一般取：,对于连接螺纹，必须取：,升角过大, 制造困难，且效率增高也不明显。,= 5.7, ,螺旋转动一圈时，有效功为FaS, 输入功为2T。,f =tg =0.1,25,10.3 螺纹连接的预紧和防松,一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。,T1克服螺纹副相对转动的阻力矩；,T2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；,设轴向力为Fa 或预紧力（不受轴向载荷）,fc摩擦系数。 无润滑时取： fc =0.15,rf支撑面摩擦半径。 rf =(dw+d0)/4,简化公式： 适用于M10M68的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15,T 0.2 Fa d,预紧应力：,=(0.50.7) s,Fa是由连接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：,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。,总力矩：,一、 拧紧力矩,测力矩扳手,工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。,连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。,1. 利用附加摩擦力防松,弹簧垫圈,对顶螺母,定力矩扳手,二、螺纹连接的防松,开口销与六角开槽螺母,串联钢丝,2.采用专门防松元件防松（机械防松）,圆螺母用止动垫圈,止动垫圈,3.其他方法防松（变为不可拆连接）,涂粘合剂,简答：1.为什么螺纹连接通常要采用防松措施？2.常用的防松方法和装置有哪些？,10.4 螺栓连接的强度计算,松螺栓连接：无预紧力，只有工作拉力紧螺栓连接：有预紧力，还有工作拉力,一、失效形式二、设计步骤三、松螺栓连接强度设计四、紧螺栓连接强度设计,螺栓组连接,螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓连接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。,螺栓连接的主要失效形式：,受拉螺栓,受剪螺栓,受轴向力,受横向力,滑扣 因经常拆装,经常拆卸,一、失效形式,1.一般设计步骤：螺栓组受力和失效分析找出受力最大的螺栓 单个螺栓受力分析和失效分析 单个螺栓强度计算确定螺栓的尺寸（直径、长度）,2.试算法：先选定一个螺栓直径d 查计算d1。若d1与d1（假定的小径）相近，则合用；否则再选,二、设计步骤,三、松螺栓连接,强度条件：,式中:d1-螺纹小径， mm,螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T的双重作用。,拉应力：,力除以面积,四、紧螺栓连接,切应力：,对于M10M68的普通螺纹，取d1、d2和的平均值，并取：tg = f =0.15,得： 0.5 ,当量应力：,强度条件：,分母为抗剪截面系数,1. 受横向工作载荷的螺栓强度,螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力Fa导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。,C-可靠性系数，常取C=1.11.3,预紧力Fa ：,f-摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.10.15,m-结合面数 上图m=1,下图m=2,若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 则：,Fa 8F,结构尺寸大,改进措施： 1. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用,2. 采用无间隙的铰制孔螺栓。,2. 受轴向工作载荷的螺栓强度,设流体压强为p，螺栓数目为z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：,特别注意，轴向载荷：,Fa F0+FE,加预紧力后螺栓受拉伸长b0,被连接件受压缩短C0,加载 FE 后:,螺栓总伸长量增加为:,总拉力为：,被连接件压缩量减少为：,残余预紧力减少为： FR,很显然: FRF0 被连接件放松了, + b0,C0 - ,FE= Fb +Fc,=(kb +kc ) ,FR= F0- FE,= F0 - kc ,F a= F0 + Fb,= F0 + kb ,代入得：,判断下列说法的对错：,1.对于受轴向工作载荷的紧螺栓连接有： F F+F0 。 2.紧螺栓连接的强度条件是按拉应力建立的，因此没有考虑剪切应力的影响。 3.受拉螺栓连接只能承受轴向载荷。,10.4 简答,1.常见的螺栓失效形式有哪几种？失效发生的部位通常在什么位置？2. 被连接件受横向载荷时，螺栓是否一定受到剪切力？ 3. 松螺栓连接与紧螺栓连接的区别？它们的强度计算有什么区别？ 4.在进行紧螺栓连接的强度计算时，为什么要将螺栓拉力增加30%？,10.5 螺栓的材料和许用应力,一般螺栓-,Q215 Q235 10 35 45,重要螺栓-,15Cr 40Cr 30Cr MnSi,承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：,疲劳断裂,容易断裂部位：,一、降低螺栓总拉伸载荷的Fa变化范围,轴向工作载荷FE的变化范围: 0 FE,总拉伸载荷的Fa变化范围:,kb 或 kc , Fa变化范围,10.6 提高螺栓连接的措施,1) 减小螺栓光杆部分直径或采用空心螺杆,2)有密封要求时，采用金属薄垫片,3)或者采用O形密封圈,宜采取措施:,二、改善螺纹牙间的载荷分布,措施: 采用悬置(均载)螺母。,加厚螺母不能提高连接强度。,F=F1+F2+F3+F4+F5,F1F2F3F4F5,螺母体,假设螺母为刚体，则螺纹牙变形与普通螺木相同。但实际上螺母也是弹性体，受载也被拉长，变形螺纹牙产生回弹，从而减小两者螺距变化，使受载均匀。,810圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。,支承面不平,三、减小应力集中,1.增大过渡圆角,2.切制卸载槽,四、避免或减小附加应力,采用凸台或沉孔结构,冷镦头部、辗压螺纹,表面处理： 氰化、氮化也能提高疲劳强度。,五、采用特殊制造工艺,10轴毂连接,10.11 键连接和花键连接.LINK10.12 销连接.LINK,