07 螺纹连接与螺旋传动.ppt.ppt
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1、7.1 螺纹连接的基本知识 7.2 螺纹连接的预紧与防松 7.3 单个螺栓连接的强度计算 7.4 螺栓组连接的结构设计和受力分析 7.5 螺纹连接件的材料和许用应力 7.6 提高螺栓连接强度的措施 7.7 滑动螺旋传动简介 7.8 滚动螺旋传动简介,第七章 螺纹连接与螺旋传动,由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因,机器中很多零件需要彼此连接。 机械零件之间的连接分为:,被连接件之间相互完全固定。,被连接件之间能产生一定的相对运动。 例如:运动副。,连接的类型:,7.1 螺纹连接的基本知识,左旋螺纹和右旋螺纹,螺纹分为内螺纹和外螺纹,二者共同组成螺纹副用于连接和传动。,7.1.1 螺纹的
2、类型,单线螺纹和多线螺纹,螺纹的牙型,三角形 矩形 梯形 锯齿形,效率低,易自锁, 主要用于连接,效率较高, 多用于传动,此外,还有 管螺纹:主要用于管路的连接。,7.1.2 螺纹的主要参数,大经d,小径d1,中经d2,螺距P,导程S,升角l,牙型角a、牙型斜角b,7.1.2 螺纹的主要参数,大径d : 是螺纹的螺纹的最大直径 公称直径,小径d1 :即螺纹的最小直径 在强度计算中常作为危 险剖 面的计算直径。,中径d2: 通过螺纹轴向剖面内牙型上的牙厚和牙槽相等处的假想圆柱面的直径,近似等于螺纹的平均直径. 是确定螺纹几何参数的直径。,线数 n : 螺纹的螺旋线数目。(螺纹头数) 螺距P :
3、相邻两螺纹牙在中径上对应点间的轴向距离。 导程 S : 同一螺旋线上的相邻两牙 在中径线上对应两点 间 的轴向距离。 对于单线螺纹s=p; 对于多线螺纹 s=np; 牙型斜角 :在轴向截面内,螺纹牙型一侧边与螺纹轴线的 垂线之间的夹角。,螺纹升角 :在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。,普通螺纹,7.1.3 常用螺纹的特点及应用,管螺纹,矩形螺纹,梯形螺纹,锯齿形螺纹,1.螺栓连接,7.1.4 螺栓连接的基本类型,2.双头螺柱连接,3. 螺钉连接,4. 紧定螺钉连接,7.1.5 标准螺纹连接件,1.螺栓、螺柱、螺钉连接件,2.紧定螺钉、螺母,3.垫圈,7.2 螺纹连接的预
4、紧和防松,7.2.1 螺纹连接的预紧,在零件未受工作载荷前需要将螺母拧紧,使组成连接的所有零件都产生一定的弹性变形(螺栓伸长、被连接件压缩),从而可以有效地保证连接的可靠。这样,各零件在承受工作载荷前就受到了力的作用,这种方式就称为预紧,这个预加的作用力就称为预紧力。,预紧的目的: 增强连接的紧密性、可靠性,防止受载后被 连接件之间出现间隙或发生相对滑移。,预紧力的大小取决于什么?如何控制?,、预紧力过大,会使整个连接的结构尺寸增 大;也会使连接在装配时因过载而断裂。 、预紧力不足,则又可能导致连接失效,重要的螺栓连接应控制预紧力。,拧紧螺母时的力矩和预紧力,预紧力由:1)螺纹副的摩擦力矩T1
5、; 2)螺母和钉头与支承面间的摩擦力矩T2组成。,其中: 预紧力; 螺纹升角 螺旋副的当量摩擦角 支承面环形带的外径、内径 螺纹中径; 支承面间的摩擦系数 d:螺纹的公称直径,对于 d (12-64mm)的常用粗牙普通钢螺栓,常用下式估算,T = 0.2 F0 d,T = FHL =FH*15d L = 15d,F0 = 15dFH/0.2d = 75FH,一般螺纹连接在装配的时候都必须拧紧,以增强连接的可靠性、紧密性和防松能力。,对于一般连接,可凭经验来控制预紧力F0的大小,但对于重要的连接就要严格控制其预紧力。,T 可由测力矩扳手测定!,7.2.2 螺栓连接的防松,连接中常用的单线普通螺纹
6、和管螺纹在冲击、震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象。,螺纹连接放松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。,常用的防松方法:,摩擦防松,机械防松:,其他防松,弹簧垫圈,对顶螺母,尼龙圈锁紧螺母,开口销,带翅垫片,止动垫片,常见摩擦防松有:利用垫片、自锁螺母及双螺母等。,自锁螺母防松 螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧后,收口胀开,利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧。这种防松结构简单、防松可靠,可多次拆装而不降低防松性能。,常见的机械防松方法: 利用开口销、止动垫片及串钢丝绳等。 机械防松的方法比较可靠,对于重要的联接要使用机械防松的方法。,1)槽形螺母和开口销防松 槽形螺母拧紧后,
7、用开口销穿过螺栓尾部小孔和螺母的槽,也可以用普通螺母拧紧后进行配钻销孔。,螺母拧紧后,将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被连接件的侧面折弯贴紧,实现防松。如果两个螺栓需要双联锁紧时,可采用双联止动垫片。,串联钢丝防松 用低碳钢钢丝穿入各螺钉头部的孔内,将各螺钉串联起来,使其相互制动。这种结构需要注意钢丝穿入的方向,如图所示。,7.3 单个螺栓连接的强度计算,单个螺栓连接的强度计算是螺纹连接设计的基础。,根据连接的的工作情况,可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓,两者失效形式是不同的。,设计准则:针对具体的失效形式,通过对螺栓的相应部位进行相应强度条件的设计计算(或强度校核)。,螺栓连接的计算
8、主要是确定螺纹小径d1,然后按照标准选定螺纹的公称直径(大经)d等。,7.3.1 受拉螺栓连接,受拉螺栓的失效形式主要是:,1、松螺栓连接,强度条件:,设计公式:,式中s为松连接螺栓的许用拉应力(MPa)。,d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。,2.紧螺栓连接,只受预紧力紧螺栓连接,螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应力状态。,螺栓危险界面上的拉伸应力为,螺栓危险界面上的扭转剪切应力为,对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓,取fv=tan jv=0.15,简化处理的t=0.5s,根据第四理论,可求出当量应力se为,因此,强度条件为:,即,设计公式为,承受横向外载荷的紧螺栓连接,载荷与螺栓轴
9、向垂直,靠被连接件间的摩擦力传递。螺栓受载前需预紧,受载前后受力相同。螺栓内部危险截面上既有轴向预紧力F0形成的拉应力s,又有因螺栓与螺纹牙面间的摩擦力矩T1而形成的扭转剪应力t。,受力特点,螺栓预紧力,考虑连接的可靠性及接合面数目则:,式中: f 接合面摩擦系数 m 接合面数 kf 可靠性系数,当f=0.15、Kf=1.1、m=1时,可得,此结构,要使连接不发生滑动,螺栓要承受7倍于横向外载荷的预紧力。结构笨重、不经济。因此要避免这种结构,而采用新结构。,螺栓预紧力,设流体压强为p,螺栓数为z,则缸体周围每个螺栓平均承受的轴向工作载荷为,承受轴向静载荷的紧螺栓连接(广泛而重要),载荷方向与螺
10、栓轴向一致,螺栓受载前需预紧,受载前后受力不同.螺栓内部危险截面上同样既有拉应力s,又有扭转剪应力t.,受力特点,虽然,这种螺栓是在受预紧力F0的基础上,又受工作拉力F。但是,螺栓的总拉力,为什么?,螺栓连接拧紧后,被连接件受到预紧力F0缩短了1。,在连接承受轴向工作载荷F时,螺栓的伸长量增加2,即等于被连接件压缩变形的见少量 ,被连接件受到的压缩力减小为-残余预紧力F0,螺栓的轴向总拉力:,紧螺栓连接应能保证被连接件的接合面不出现缝隙,因此残余预紧力F0应大于零。,即12,外载荷我们可以通过对螺栓组的受力分析求得。对于残余预紧力 ,一般按螺栓连接要求或重要程度由经验选取,但必须使 0。在没有
11、资料时,可按下面推荐值选用:,=(0.20.6)F 一般连接,工作载荷稳定; =(0.61.0)F 一般载荷,工作载荷不稳定; =(1.51.8)F 要求由密封性的连接; F 地脚螺栓连接,强度条件:,设计公式:,式中FS为螺栓受载后所受的轴向总拉力(N),通过受载前对螺栓的预紧,和受载后螺栓轴向拉力的分析,可知,这里F为单个螺栓的轴向载荷, F0为残余轴向预紧力,FS=F+ F0,注:式中“ 1.3 ” 考虑的是工作中可能的补充拧紧引起的切应力的影响。,螺栓的相对刚性系数的大小与螺栓及被连接件的材料、尺寸和结构有关,其值在01之间变化,一般可按表选取。如: 金属垫片或无垫片0.2-0.3;
12、皮革垫片0.7; 铜皮石棉垫片0.8; 橡胶垫片0.9,为保证有足够的残余预紧力,就要保证:,其中:,称作相对刚度系数;,C1为螺栓的刚度,C2为被连接件的刚度,7.3.2 受剪切螺栓连接,受力特点:螺栓受载前后不需预紧,横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。,挤压强度条件,剪切强度条件,7.4 螺栓组连接的结构设计和受力分析,7.4.1 螺栓组连接的结构设计,螺栓组连接设计的顺序 选布局 定数目 力分析 设计尺寸,设计原则:,1.布局要尽量对称分布,栓组中心与形心重合(有利于分度,划线,钻孔),使之受力均匀.,要设计成轴对称的几何形状。,2. 受剪螺栓组时,不要在外载作用方向布置8个
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