第五章 螺纹连接与螺旋传动ppt课件.ppt
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1、第二篇 连接,连接,机械动连接,运动副,机械静连接,可拆卸连接,不可拆卸连接,螺纹连接,键、花键、销连接,无键连接,铆接,焊接,胶接,过盈连接,连接的基本类型,第五章 螺纹连接和螺旋传动第六章 键、花键、无键和销连接第七章 铆接、焊接、胶接和过盈连接,一. 螺纹的形成,用于连接,用于传动,单线螺纹,多线螺纹,5-1 螺 纹,二. 螺纹的分类,1、按牙形分:,2、按螺旋的线数分:单线、多 线(一般不超过4线),线 数越多,导程越大。单线用 于连接,多线用于传动。,3、按旋向分:右旋、左旋。一般用右旋。,4、内、外螺纹之分:二者旋合组成螺旋副(螺纹副),5、按母体的形状分:圆柱螺纹、圆锥螺纹,6、
2、按采取标准制度的不同:公制、英制,注:除了矩形螺纹外,其它螺纹都已标 准化了,设计时应按国家标准设计。,三角形:,锯齿形:,矩 形:,剃 形:,机械制造常用螺纹:,三角螺纹,矩形螺纹,梯形螺纹,锯齿形螺纹,普通螺纹,管螺纹,粗牙螺纹,细牙螺纹,非螺纹密封,螺纹密封,圆锥管螺纹,用于传动,用于连接,1 、普通螺纹(代号:M GB 192-81),特点:螺纹的牙型角=2=60。因牙型角大,所以当量摩擦系数大,自锁性能好,主要用于连接。,常用螺纹的特点及应用,细牙螺纹因螺距小,升角小,因此自锁性好、强度高,但不耐磨、易滑扣。细牙螺纹用于薄壁零件以及受振动载荷的连接、微调机构中。,细牙螺纹与粗 牙螺纹
3、的比较,粗牙:常用,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,其余的均称为细牙螺纹。,细牙:,2 、圆柱管螺纹(非螺纹密封的管螺纹)G,特点:用于管件连接的三角螺纹,=55,螺纹面间没有间隙,英制的细牙螺纹,公称直径接近管子的内径,密封性好,适用于压强在1.6MPa以下的连接。,3、 圆锥螺纹NPT National (American) Pipe Thread,特点:螺纹均布在锥度为1:16的管上,=55或60,螺纹面间没有间隙,不用填料,靠牙变形,密封性好,适用于高温、高压的连接。,用螺纹密封的管螺纹,PT Pipe Thread,4、 其它螺纹,主要用于软金属、金属薄板的连
4、接、牙顶较窄、螺距较大,自身具有一定的切削性能,不需加工螺纹孔。,5、矩形螺纹,特点:牙形为正方形, =0,所以效率高,用于传动,牙根强度弱,螺旋副的螺纹牙磨损后,难以修复和补偿,传动精度降低;加工困难,为了便于铣磨削加工,可制成10牙型角,非标准化的螺纹。常被梯形螺纹代替。,6、梯形螺纹(代号:T,特点: =30。比矩形螺纹效率略低。牙根强度高,易于对中,易于制造,剖分螺母可消除间隙,在螺旋传动中有广泛应用。,r GB 192-81),7、 锯齿形螺纹(代号:S JB 923-66),特点:工作边=3,非工作边=30,便于加工。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载
5、荷,但只能用于单向传动。,三、 螺纹的基本参数,1)大径d:(公称直径),8)螺纹升角:中径圆柱上,螺旋线切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。 tg=nP/d2,9)接触高度h:内外螺纹旋合后接触面的径向高度。,2)小径d1:(强度计算用),3)中径d2:(分析效率时用),4)螺距P:相邻两牙在中径线上 对应点间的轴向距离。,5)导程S:同一螺旋线上相邻两牙在 中径线上对应点间的轴向 距离。S=nP,6)牙形角:螺纹轴向截面内,螺纹牙型两侧边的夹角。,7)牙形斜角:牙型侧边与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。对于对称牙型 =/2。,10)线数:螺纹的螺旋线数目,单线、多线,5-2 螺纹连接的类型及螺纹
6、标准件,一、螺纹连接的基本类型,1. 螺栓连接,1)被连接件的孔不用加工螺纹,装拆方便,用于经常 拆装的场合。2)只适用于被连接件都较薄的情况。,(1)普通螺栓连接,(2)铰制孔螺栓连接,螺栓连接、螺钉连接、双头螺柱连接、紧定螺钉连接。,2. 双头螺柱连接,特点及应用: 被连接件之一需加工螺纹孔。用于被连接件之一比较厚,材料比较软,需经常拆装的情况。,3. 螺钉连接,特点及应用: 被连接件之一需加工螺纹孔,省去了螺母,结构简单。用于被连接件之一比较厚,受力不大,不宜经常拆装的场合。,4. 紧定螺钉连接,用于固定两零件的相对位置,并传递不大的力或力矩。,地脚螺栓,吊环螺栓,T形槽螺栓,其它特殊结
7、构的螺纹连接(三个变种),二、标准螺纹连接件,1.螺栓,螺栓的形状较多,用途也很广泛。如右图所示为各种不同形式的螺栓。螺栓连接也可以用于螺钉连接中。,螺栓的精度一般分为A、B、C三级,通用机械制造中多用C级,2.双头螺柱,螺柱两端都制有螺纹,两端螺纹可以相同,也可以不同,螺柱可带有退刀槽,也可制成腰杆,也可制成全螺纹的螺柱。螺柱的一段可以旋入铸铁和有色金属的螺纹孔中,旋入后不可拆卸,另一端则用于安装螺母以固定其他件,3.螺钉、紧定螺钉,螺钉的头部和端部有多种形式,以适应不同场合的需要。,4.螺母,螺母分A、B、C三级分别与级别相同的螺栓配和,普通用的螺纹紧固件,按制造精度分粗制、精制两类。前者
8、多用于建筑、木结构及其它次要场合,精制的广泛用于机器设备中。,螺纹连接件分三个精度等级:A、B、C(高底),C级最常用。精度等级要配套使用。,5.垫圈,5-3 螺纹连接的预紧,在装配时,螺纹连接都必须预紧。对于重要的螺纹连接,还应控制其预紧力的大小。,1.预紧力:,2.预紧的目的:,1)增加连接的可靠性;2) 增加连接的紧密性;3)增加连接的刚性;4)防松;5)受横向载荷作用时,增大 摩擦力,防止相对滑动;6)增大疲劳强度。,使连接在承受工作载荷之前预先受到力的作用, 这个力称为预紧力。,预紧力不能太大,太大易过载拉断,因此,预紧力要保证且又不使其过载。,3.拧紧力矩,T=T1+T2,1)螺旋
9、副间的摩擦力矩T1:,设F0为螺栓所受的预紧力,则:,2)螺母与支撑面间的摩擦力矩,式中: fc为螺母与被连接件支撑面间的摩擦系数,无润滑时fc=0.15,拧紧力矩:,拧紧力矩:,T 0.2F0 d Nmm,为使连接有足够的预紧力又不使螺栓拧断,预紧力可按屈服极限取: 碳素钢:F0(0.6 0.7)SA1 合金钢:F0(0.5 0.6)SA1,对M12以下的螺栓,应注意控制预紧力,以防过载拉断。,对于M10 M64的普通螺纹,,(f 为螺旋副的间的摩擦系数,无润滑时 f=0.10.2),,fc=0.15,4.控制预紧力的方法:,1)控制拧紧力矩;,b.定力矩板手;,2)测量螺栓的伸长量;,a.
10、测力矩板手;,3)螺母转角法。,1)在冲击、振动、变载荷作用下,螺旋副间的摩擦阻力极不稳定,在某一瞬间会急剧减少以致消失,失去自锁能力,连接就可能松脱; 2)螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作,材料发生蠕变和应力松弛,也会使预紧力和摩擦力逐渐减少,最终导致连接失效。,1.防松的根本原理:防止螺旋副的相对转动。,3.防松的方法:,摩擦防松:,摩擦防松简单方便,不如以下两种方法可靠。,机械防松:,机械防松可靠,可和摩擦防松联合使用。,用于不再拆卸连接。这种方法是将螺旋副变成非运动副,从而排除了相对运动的可能性。,永久防松:,2.防松的原因:,5-4 螺纹连接的防松,1)摩擦防松:,弹簧垫圈防松,
11、自锁螺母防松,对顶螺母防松,2)机械防松:,开口销防松,止动垫片防松,串联钢丝防松,3)永久防松:,5-5 螺栓组连接的设计,螺栓组连接:,一.螺栓组连接的结构设计,1 、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状,2、 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理,3 、螺栓的排列应有合理的间距、边距,扳手空间,4、分布在同一圆周上的螺栓数目,应 取4, 6, 8等偶数,以便 钻孔时在圆周上分度和画线,同一螺栓组中,螺栓的材料、 直径和长度均应相同,5 、避免螺栓承受偏心载荷,产生偏心载荷的原因,斜垫圈的应用,凸面和沉头座的应用,避免偏载的结构,螺栓组连接设计计算的一般步骤: 螺栓组受力分析 找出受
12、力最大的螺栓及其力的大小; 单个螺栓受力和失效分析 单个螺栓强度计算; 确定螺栓的尺寸(直径、长度)。,二.螺栓组连接的受力分析,为了简化计算,假设: 1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同; 2)螺栓组的几何中心与连接结合面的形心重合; 3)受载后连接结合面仍保持为平面。,两种情况的工作原理不同!,普通螺栓连接,铰制孔用螺栓连接,1. 承受横向载荷作用的螺栓组连接,单个螺栓受力,螺栓组受力,1)普通螺栓组连接,单个螺栓受力,螺栓组受力,剪切强度计算:,挤压强度:,2)铰制孔用螺栓连接,2. 受转矩的螺栓组连接,1)普通螺栓连接,2)铰制孔用螺栓连接,变形量越大,则工作剪力越大,剪切强度
13、计算:,挤压强度:,F0,3.受轴向载荷的螺栓组连接,单个螺栓的受力:预紧力F0 工作力F :,4.受翻转力矩的螺栓组连接,假定:1)底板为刚体;2)翻转力矩作用在螺栓组连接的形心;3)受载后绕O-O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,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。,底板受力分析,受翻转力矩前,接合挤压应力分布图,F0,在翻转力矩作用下,接合面挤压应力分布图,螺栓所受的工作拉力与距离成正比,螺栓所受的工作拉力,验算接合面的强度计算,左侧不出现间隙:,右侧不压溃:,-许用挤压应力,P79表5-6,小结:
14、1.在实际工作中,螺栓所受的工作载荷往往是以上四种 简单形式的不同组合,但不论受力多复杂,都可以将 复杂状态简化成以上四中简单的受力状况,先分别求 螺栓的工作载荷,然后向量迭加,就可求出螺栓所受 的总工作载荷;,横向荷载+轴向载荷+翻转力矩,横向载荷+旋转力矩,2.虽然前面讲了螺栓的四种不同外载(横向、转矩、轴 向、倾覆力矩),但对单个螺栓而言,受力只有两种: 拉力、剪力;3.为了保证螺栓连接的可靠性,还要考虑综合条件:不 出现间隙、不压溃等。,1.在轴向载荷作用下,螺栓杆或螺纹部分发生塑性变形或拉断;,5-6 螺栓连接的强度计算,一. 螺栓连接的失效形式:,普通螺栓连接: 松螺栓连接 紧螺栓
15、连接铰制孔用螺栓连接,螺纹连接的失效往往是由于螺栓的失效而引起。,对单个螺栓来说受力的形式不外乎是轴向力或横向力。,2.在横向载荷作用下,铰制孔螺栓连接的失效形式是:螺栓杆 和孔壁的贴合面上可能的压溃或螺栓杆被剪断;,3.地基接合面被压碎或被连接件间发生相对滑移。,螺栓连接大多工作之前应 预紧,称为紧螺栓连接,二.设计准则:,对受拉螺栓:保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。,三. 螺栓连接的强度计算:,对受剪螺栓:保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度。,1. 松螺栓连接的强度计算:,“不断、不溃、不碎、不移”,2. 紧螺栓连接的强度计算,1)受横向工作载荷F的紧螺栓连接 仅受预紧力的紧螺栓连接,螺栓上
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