螺纹联接受力分析课件.ppt
千斤顶为什么不会自动向下滑动？,螺纹连接如受力作用，螺纹尺寸有何要求？,1,t课件,螺旋副的受力分析、效率和自锁,2,t课件,以矩形螺纹为例：把螺母和重物简化为滑块FQ，螺母处受推力Ft的作用，假想在螺纹中径处展开，得一斜面，Ft为作用在中 径处的水平推力。,1）受力分析,3,t课件,FQ轴向力,由FN和fFN合力构成的总反力FR， FR与FN之间夹角 称为摩擦角。, 仅与摩擦系数f有关,FN 支反力,fFN 摩擦力f 摩擦系数,V,FQ,Ft,fFN,FN,FR,FR,Ft,FQ,Ft旋转螺母的水平推力,4,t课件,由平衡条件可知：,螺纹力矩：,由此可以看出，螺纹力矩 T 随工作载荷 FQ 、螺纹升角 和摩擦角 的增大而增大。,当滑块上升时， FR与FQ的夹角是+，则：,5,t课件,自锁：即指没有外力作用时，物体自己不会下滑。螺旋副自锁：无论轴向载荷FQ多大，如无外力矩作用，螺母和螺杆都不会产生相对轴向移动。当千斤顶举重物到一定的高度，螺母停止转动，释去力矩T，螺母仍停在原处，而不因重物下滑。这种现象称为自锁。,2）自锁,6,t课件,滑块在FQ力作用下有下滑趋势时，摩擦力fN将反向。,V,FQ,Ft,fFN,FN,FR,FR,Ft,FQ,7,t课件,滑块在FQ力作用下有下滑趋势时，摩擦力fFN将反向，此时Ft变为支持力。 由平衡条件可知：,当 = 时,自锁条件：,当 时,由此可见，细牙螺纹比粗牙螺纹的自锁性能好。,8,t课件,输入功,输出功一部分举起重物，另一部分克服摩擦力,有用功,则效率,3）效率,当螺母旋转一周，滑块沿力Ft的方向移动了d2的距离。,9,t课件,当不变时，效率 是 的函数。,对求导 =0，得,此时，效率 最大，但升角过大，制造困难，一般取 25,要满足自锁条件 ，则,一般取=6，为了保证自锁，可取 4.5,故50%，所以自锁螺纹的效率较低。,效率分析,10,t课件,摩擦力：,FN,FN,4）方牙螺纹受力分析,方牙螺纹受力的情况：,11,t课件,三角型楔面的法向反力：,摩擦力：,令,当量摩擦系数,当量摩擦角,FN,FN,FN1,1,5）三角螺纹受力分析,三角螺纹斜角,12,t课件,三角螺纹、梯型螺纹螺旋副中力的关系式:,螺纹力矩：,自锁条件：,效率：,13,t课件,当量摩擦系数越小，力矩T就越小，越省力；当量摩擦系数 越小，效率就越高； 当量摩擦系数 与牙型角有关，牙型角越小，效率就越高，越省力，但自锁性能降低； 螺旋升角 越小，力矩T就越小，越省力，但效率 降低； 线数n 越少，则螺旋升角 越小，自锁性能好，但效率 降低。,6）三角螺纹受力分析讨论,14,t课件,常用螺纹紧固件联接 的设计计算,15,t课件,螺栓紧固件设计是通过强度计算来确定联接件中的螺栓直径尺寸。在设计时，首先应考虑结构设计问题。（1）布置要对称，受力要均匀；（2）不要使被联接件强度削弱太多；（3）螺母和螺栓头部支撑面应平整（凸台、凹坑）；（4）注意扳手空间和装拆方便；（5）同一机器上的螺纹规格尽可能少。,1、结构设计问题,16,t课件,以吊钩为例： 松螺栓联接装配时，不需把螺栓拧紧，螺栓在承受载荷前螺栓不受力。 此时，一般按最大载荷计算确定螺栓的直径或校核危险截面的强度。,2、 松螺栓联接的受力分析,FQ0,17,t课件,强度公式：,Mpa,设计公式：,mm,FQO ：最大载荷 N；,材料的许用应力 Mpa；,d1: 螺栓的最小直径 mm。,FQ0,18,t课件,3、受横向力普通螺栓联接受力分析,19,t课件,受横向力普通螺栓联接受力分析,20,t课件,用普通螺栓联接时，承受横向载荷，靠拧紧螺母时足够的预紧力FQO，被联接件间产生足够的摩擦力，使被联接件间不产生相对滑动。 此时在FQO的作用下，产生的拉伸应力为：,Mpa,21,t课件,f:摩擦系数c:防滑安全系数c=1.1-1.3m:接触面数。当摩擦面增加时，摩擦力为mFQOf,22,t课件,在螺栓受拉的同时，为了拧紧螺母，螺栓受到克服螺纹之间的相对转动阻力矩（螺纹力矩）M1的作用。,由此产生的扭转剪应力,d1：危险截面的直径，一般为螺纹小径。,23,t课件,对于M10-M68的普通螺纹,按第四强度理论,受横向载荷时的强度条件:,Mpa,在危险截面上既有拉应力又有扭转剪应力,24,t课件,强度条件,Mpa,： 材料的许用应力Mpa,FQ0 : 预紧力 Nd1 : 螺纹小径 mm,设计公式,mm,25,t课件,从受横向力载荷的普通螺栓联接，当f=0.15，c=1.2， m=1时，,即预紧力是横向载荷的8倍，在工程中常用铰制孔螺栓承受联接横向载荷，此时螺栓无需预紧力，螺栓受剪切应力和挤压应力。,4、受横向力铰制孔螺栓联接受力分析,26,t课件,剪切应力,Mpa,挤压应力,d0：铰制孔螺栓光杆直径mm；,螺栓杆与被联接件孔壁间接触受力最小轴向长度 mm；,：许用剪切应力Mpa；,计算中较弱材料的许用挤压应力Mpa。,Mpa,27,t课件,螺纹紧固件的材料一般为Q235A、10、35、45钢和合金钢。,4、螺纹紧固件的材料和许用应力,受拉螺栓联接的许用应力,28,t课件,为材料的强度极限。,为材料的屈服极限；,受剪螺栓联接的许用应力,29,t课件,T旋转螺母的转矩；FQ轴向力；d2螺纹中径；螺纹升角；Ft旋转螺母的水平 推力。,30,t课件,
