机械设计基础课件10

第十章联接 螺纹联接 p 131 机械零件 制造单元 构件 运动单元 机构 机器 静联接 动联接 零件 联接 前言 10 1螺纹参数p 131 一 螺纹的形成 顺时针旋进 右旋 以轴线为基准 外 判断方法 二 螺纹参数 n 1 n 2 n 3 大径 标准直径 1 小径 2 中径 p 螺距 螺旋线数 导程 np 牙型角 牙側角 升角 二 螺纹参数 P 132 S np tg np 2 10 1 牙型 60 30 30 15 工 3 非 30 0 0 矩形 非矩形 在轴向载荷下相对运动图 10 4 a 拧紧 加载 顶起重物 将螺旋线沿中径展开 10 2螺旋副的受力分析 效率和自锁p 132 滑块 重物 在斜面运动 分析 1 当匀速上升 Fa F Fn FR Ff Fa F FR 图 10 4 b FR与Fn夹角 摩擦角 tg f Ff n R与 a夹角 加载 a 轴向力 自重 阻力 作用在螺旋副上的驱动力矩 10 2b a tg 10 2a 合反力FR 滑块 合力 法向反力Fn 斜面 施加水平推力 摩擦阻力 f Fn Ff 一 矩形螺纹 0 施加水平支持力 匀速下滑 当 自锁条件 滑块在斜面运动状态不变 作用力 与假设力的方向相反 推力 10 3b Fa F Fn FR Ff Fa F FR 无论 a多大 滑块不会自动下滑 自锁 2 当匀速下降 图 10 4 c 将 当量摩擦角 tg f cos f 10 4 当量摩擦系数 匀速上升 a tg 10 5a 匀速下降 Fa tg 10 6a 10 6b 10 5b 自锁条件 10 7 要自锁好 单头 自锁性 自锁性 二 非矩形螺纹 10 8 要效率高 过大 制造困难 当量摩擦角 升角 有效功 输入功 a 2 a 2tg a tg 2 要自锁好 单 要效率高 多 多头 三 效率 当匀速上升 联接 可靠 要自锁传动 效率高 1 三角形 普通螺纹 M 螺纹 联接 管螺纹 60 55 紧密 梯形螺纹Tr 30 15 锯齿形螺纹S 工 3 非 30 矩形螺纹 小 大 多线 60 30 2 传动螺纹 效率高 10 3机械制造常用螺纹及标准p 134 紧固 联接 单线 大 粗 细 10 4螺纹联接基本类型及螺纹联接件p 137 普通螺栓图 10 9 a 铰制孔用螺栓联接图 10 9 b 一 螺纹联接基本类型 螺栓联接螺钉联接图 10 10 a 双头螺柱联接图 10 10 b 紧定螺钉联接图 10 11 螺栓 螺栓 螺钉 双头螺柱 紧定螺钉螺母 六角螺母 圆螺母 糟型螺母垫片 垫片 弹簧垫片 斜垫片 球形垫片 二 螺纹联接件p 138 目的 防止松动 提高可靠 强度 紧密性 T0的大小 拧紧时 螺纹阻力矩T1 10 5b 螺母支持面上的摩擦阻力矩T2 T2 fc Fa rf 10 10 T0 T1 T2 0 2FadN mm 一 拧紧力矩T0 0 1 2 T0 控制 不严格控制 S 少 测力矩板手 多 风板机 10 5螺纹联接的预紧和防松P 139 螺栓 轴向拉力被联接件 轴向压力 1 Fd2 2 Fatg d2 2 二 螺纹联接的防松p 139 螺旋副 联接 可靠 拧紧 自锁 防松 靠摩擦力自锁 不可靠 防松 防松方法 关键 摩擦防松 阻止螺旋副相对转动 机械防松不可拆防松 弹簧垫片 锁紧螺母 对顶螺母 使螺纹接触面间始终保持一定的压力 纵向 横向 始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩 机械防松 利用便于更换的金属元件来约束螺旋副 不可拆防松 焊 铆冲 涂粘合剂 槽形螺母和开口销 圆螺母用带翅垫片 止动垫片 串联钢丝 10 7螺栓的材料和许用应力P 145 S 安全系数 表10 6 7P 145 S 屈服极限 表9 1P 123 许用应力 材料 2 铰制孔螺栓联接 联接受挤压 螺栓受剪切 1 按剪切强度 2 按挤压强度 许用应力与材料 钢 铸铁 应力 静 变 有关 表10 6 1 普通螺栓联接 10 6螺栓联接的强度计算 静 p 141 可靠 自锁 确定螺纹小径d1 一 螺栓联接的失效及设计准则 二 螺栓联接的强度计算 横 轴横 轴 联接 紧 螺栓 设计准则 螺栓杆拉溃螺纹牙的压溃和剪断螺纹牙磨损 滑扣 主要失效 松 滑 在联接不松滑的前提下 螺栓杆不破坏 一 螺栓联接的失效及设计准则 松螺栓联接 10 11 装配时不预紧 螺栓不受力图10 16 二 紧螺栓联接 d1 螺纹小径mm 许用拉应力Mpa 例10 3p 141 自学 工作时受轴向载荷Fa 二 螺栓联接的强度计算 按受力形式 p 141 第四强度理论 拉应力 Fa 10 12 强度条件 装配拧紧后 联接可受横向 F 或轴向载荷 FE 拉Fa 扭T1 复合应力 e 当量应力 扭剪应力 T1 二 紧螺栓联接 p 142 1 受横向工作载荷F的螺栓强度 预紧 图10 18 可靠性系数CC 1 1 1 3 不松不滑 预紧力F0 轴 足够大 Ff F0 f m C F Fa F0 C F m f 不断不溃 定螺栓d1 m 2 当C 1 1 1 3 f 0 1 0 15 m 1 F0 8F 普通螺栓联接受横向工作载荷 需预紧力大 且可靠性差 图10 19 F0 C F m f 分析 宜加减载措施 加键 套筒 挤压 采用铰制孔螺栓联接 剪切 解 每个联接受横向载荷F R 2 2000N 1 联接不松 求预紧力F0 2 螺栓不断 求d1 取d 27mm d1 23 752 23 38 合适 S 6 5 合适 C 1 1 1 3 取C 1 2F0 CF f m 1 2 2000 0 15 1 16000N 取35钢 不严格控制预紧力 s 315Mpa S 6 5 s S 315 6 5 48 5Mpa P 145 手册p 126 例1 用普通螺栓固定一牵引钩 已知R 4000N 变载荷 f 0 15 试求螺栓直径 作业 10 5 P 157 用铰制孔螺栓联接固定牵引钩 HT250 板厚h 10mm 已知R 4000N 变载荷 试求螺栓直径 解 每个联接受横向载荷F R 2 2000N 1 按剪切强度 P 145 手册p 132 2 按挤压强度 P B 2 2 0 8 240 2 2 0 8 87 3Mpa S 2 2 p 123 Lmin h 10mm 取l 25mm l0 12mm 取d 6mm d0 7 6 03mm S 4 5 315 4 5 70Mpa 例2 M6 25 合适 轴向载荷平行螺栓轴心线 各螺栓平均受力 螺栓间距l与p有关 P 143倒2 常见压力容器 Z 2 3 2n 各螺栓受拉力为 F F Z 2 受轴向载荷FE的螺栓强度 预紧后 p 143 此时螺栓受预紧力F0后 又受工作拉力FE 常见 压力容器 Fa F0 FE FR F0 FE 受轴向载荷FE 未预紧 预紧 受FE 伸长 b0 缩短 C0 又伸长 压缩量减少 变形协调条件 b C 螺栓伸长 b0 工件压缩 C0 单个联接受力分析 图10 21 螺载荷栓变形 FE Fb FC kb kC FE kb kC 0 0 0 0 预紧 受轴向载荷FE Fb b FC C 总载荷变形 Fa F0 Fb 工载荷件变形 b0 FR F0 FC C0 分析 kb kC b C b0 C0 Fb FC 螺栓强度 渗漏 FR 0 F0 b0 F0 C0 单个联接受力分析 变形 F k 刚度 未预紧 kb kb kc 相对刚度查表10 5P 145 螺栓总拉力 工件残余预紧力 10 16 10 17 Fb FC FE FR Fa k F 刚度 载荷 变形 单个联接载荷与变形线图 图10 23p 144 设计步骤 联接松弛 FR 0螺栓拉溃 失效形式 FR 0 P 144第12 设计准则 1 求单个联接的工作载荷FE 2 定残余预紧力FR 按工作要求 P 144第12 3 求Fa 螺栓强度计算 定d Fa FR FE 4 结构设计 失效形式及设计计算 2 定残余预紧力FRP 144第12 1 求单个联接的工作载荷FE 有紧密要求 FR 1 5 1 8FE 取FR 1 8FE 3 求Fa 螺栓强度计算 4 结构设计 取45钢 S 355Mpa 表9 1 暂取S 3 不严格控制预紧力 静 S S 118Mpap 145 C1 e D0 D 取Z 8 例10 4 Fa FE FR 2 8FE 11 3kN 一钢制液压油缸 油缸壁厚为10mm 油压p 1 6Mpa D 160mm 试计算其上盖的螺栓联接和螺栓分布圆直径D0 p 143 P 145 解 取d 16mm 其d1 13 835mm 12 6mm 合适取S 3 表10 7 不严格控制预紧力 合适 作业 10 11P 158 油缸壁厚为18mm D0 D 2C1 2 10 224mm 与书不同220 取C1min 22mm手册p 17 螺栓间距L D0 Z 224 8 88mm 7d 7 16 112mm P 143页的脚注 满足要求 手册p 126 4 结构设计 螺栓分布圆直径D0 图10 9aP 137 1 松螺栓联接 装配时不预紧 联接不受力 工作时受轴向载荷Fa 2 紧螺栓联接 复合应力 拉 扭 1 受横向工作载荷F 不松不滑 预紧力F0 轴 足够大F0 C F m f不断不溃 定螺栓d1 普通螺栓联接 2 受轴向工作载荷FE 螺栓总拉力Fa Fa F0 Kb Kb KC FE工件残余预紧力FR FR F0 KC Kb KC FE 0 求FE 定FR 求Fa 强度定d 结构设计 已知F求d 求F0 不滑 定d 强度 已知d求F 求F0 强度 定F 不滑 小结 1 按剪切强度 2 按挤压强度 2 许用应力与应力 静 变 有关 P 与材料 钢 铸铁 有关 表10 6p 145 联接受挤压 螺栓受剪切 注意 1 d0 光杆直径 d0 dLmin 杆孔最小接触长度 铰制孔螺栓联接 10 8提高螺栓联接强度的措施P 146 前言 螺栓联接强度 螺栓 静载荷 变载荷 一 降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围 二 改善螺纹牙间的载荷分布 三 减小应力集中 四 采用提高强度的工艺措施 较少破坏 疲劳破坏 截面小 且应力集中大 破坏位置图10 24 螺栓强度 措施 螺栓 被联接件 当FE由 0 FE 要使 a kb kb kC kb kC 1 减小kb 2 增大kC 减小螺栓光杆直径 空心螺杆 图10 25 不宜用软垫片 图10 27 1 减小kb kb kC 但FR减小 不利密封 2 减小kb kb kC 增大F0 a FR不减小 Fa由 F0 变化 一 降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围 a FR F0 FE kC kb kC 二 改善螺纹牙间的载荷分布P 146 现象 螺纹牙间的载荷分布不均 螺栓螺母受力性质不同 1 3载荷集中在第一圈牙上 第8 10牙不受力 增厚螺母无效 使受压螺母 受拉螺母图10 28 改善螺纹牙间的载荷分布 65 破坏发生在螺母支承面处 原因 措施 凸台 凹坑 鱼眼坑 1 减小应力集中 2 减少联接附加弯曲应力 增大过渡圆角 螺纹收尾 退刀槽 卸载槽 三 减小应力集中 P 147 图10 29 图10 31 四 采用提高强度的工艺措施 p 148第2 1 冷镦螺栓头部和滚压螺纹 疲劳强度 应力集中 纤维未切断 冷作 材料利用率 成本 2 氰化 氮化 喷丸处理 疲劳强度 10 9螺旋传动 P 148 要求高效率 梯形 锯齿形 矩形 多线 传递动力 调整零件间相对位置 螺旋副 传动实现 将回转运动 直线运动 传导 传力 调整 按 传导螺旋 传递运动为主 高的运动精度用 传力螺旋 传力为主 以小T 大的轴向力Fa途 调整螺旋 调整零件间相对位置 细牙M 按 滑动螺旋 0 3 0 4 简单 精度低摩擦 滚动螺旋 0 9 复杂 高精度 高效性质 静压螺旋 1 降速比大2 可具自锁性3 机械利益大 1 Fatg d2 24 结构简单 传动平稳 噪音低 5 磨损大 低 一 类型 二 特点 小结 1 螺纹主要参数及分类 螺纹联接基本类型 2