大学精品课件：第5章 螺纹联接和螺旋传动.ppt

1、第5章 螺纹联接和螺旋传动,5-1 概述,5-2 螺纹联接的类型,5-3 螺纹联接的预紧和防松,第五章 螺纹联接和螺旋传动,第二篇 联接,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,5-5 单个螺栓强度计算,5-6 提高螺纹联接强度的措施,5-7 螺旋传动,5-1 概述,5-1 概述,5-1 概述,一.螺纹的主要参数,d大径,d1小径,d2中径,（公称直径）,P螺距,n线数,S导程， S=nP,升角，,牙型角,旋向,5-1 螺纹副的受力、效率和自锁,5-1 概述,二.螺纹副的受力、效率和自锁,效率,拧紧时：,松开时：,拧紧时：,松开时：,自锁条件：,5-1 螺纹的牙型和特点（三角、管螺纹）,5-1 概述

2、,三.螺纹的类型和特点,1.三角螺纹（普通螺纹）,2.管螺纹,主要用于联接。,自锁性好，效率低，强度高,粗牙,细牙,用于水、煤气、润滑管道等的联接。,5-1 螺纹的牙型和特点（矩形、梯形、锯齿形）,5-1 概述,3.矩形螺纹,4.梯形螺纹,5.锯齿形螺纹,矩形螺纹尚未标准化，其它螺纹已标准化。,用于传动，效率最高，强度低，间隙不能调整。,用于传动，效率略低于矩形螺纹，强度高，间隙可调，常用。,用于单向传动。,5-2 螺纹联接的类型（螺栓联接）,5-2 螺纹联接的类型,5-2 螺纹联接的类型,一.螺栓联接,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,两被联接件都较薄且都是通孔。,Md,d0=d+1,d,Md

3、,5-2 螺纹联接的类型（双头螺栓联接）,5-2 螺纹联接的类型,二.双头螺栓联接,两被联接件,一个较薄光孔,一个较厚螺纹孔,用于常拆时,5-2 螺纹联接的类型（螺钉联接）,5-2 螺纹联接的类型,三.螺钉联接,两被联接件,一个较薄光孔,一个较厚螺纹孔,用于不常拆时,5-2 螺纹联接的类型（紧定螺钉联接）,5-2 螺纹联接的类型,四.紧定螺钉联接,5-3 螺纹联接的预紧,5-3 螺纹联接的预紧和防松,5-3 螺纹联接的预紧和防松,一.预紧力F0和拧紧力矩T,拧紧后,被联接件受压,螺栓受拉,拧紧的目的,拧紧力矩：T=T1+T20.2F0d,式中：,T1螺纹副中摩擦力矩,T2螺母与支承面间的摩擦力

4、矩,5-3 防松,5-3 螺纹联接的预紧和防松,控制T的方法,力矩法,测螺栓变形量,若采用不控制拧紧力矩，则螺栓直径不宜小于M12。,二. 防松,松动的原因在冲击、振动或温度变化大时，螺纹副中摩擦力可能瞬时消失。,防松的根本问题防止螺母与螺栓相对转动。,5-3 防松装置,5-3 螺纹联接的预紧和防松,常见的防松装置,1.摩擦防松使螺纹副中始终存在不随外载变化的正压力。,弹簧垫圈,优点：简单，方便。,缺点：偏载，在冲击振动下不可靠。,5-3 双螺母,5-3 螺纹联接的预紧和防松,双螺母,优点：结构简单，防松可靠。,缺点：尺寸大，不美观。,横向锁紧螺母,5-3 开口销,5-3 螺纹联接的预紧和防松

5、,2.机械防松利用机械装置将螺母与螺栓联成一体。,开口销与槽形螺母,工作可靠，装拆方便，用于有振动的机械上，但销易断。,5-3 圆螺母,5-3 螺纹联接的预紧和防松,圆螺母与带翅垫片,工作可靠，常用于滚动轴承的轴向定位。,止动垫圈,结构简单,使用方便,防松可靠。,5-3 串联钢丝,5-3 螺纹联接的预紧和防松,串联钢丝,3.永久防松,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,一.结构设计,二.受力分析,目的求出受力最大的螺栓，以进行单个螺栓强 度计算。,假设：各螺栓直径、长度、材料和预紧力F0相同；,受载后结合面仍为平面；,螺栓的变形

6、在弹性范围内。,5-4 螺栓组受横向载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,1.螺栓组受横向载荷FR,采用普通螺栓,FR,FR,FR,FR,靠结合面的摩擦平衡外载荷FR，而螺栓仅受预紧力和力矩作用。,5-4 螺栓组受横向载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,靠剪切和挤压平衡外载荷FR,铰制孔用螺栓,单个螺栓工作载荷：,FR,FR,5-4 螺栓组受扭矩,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,2.螺栓组受转矩T,底板绕中心O转动。,采用普通螺栓,靠结合面的摩擦力矩平衡外载荷T，而螺栓仅受预紧力和力矩作用。,5-4 螺栓组受扭矩,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,采用铰制孔用螺栓,靠剪切、挤压力矩平衡

7、外载荷T。,变形协调条件：,最大工作载荷：,5-4 螺栓组受轴向载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,3.螺栓组受轴向载荷FQ,总载荷FQ：,单个螺栓工作载荷：,注意：只能用普通螺栓，不能用铰制孔用螺栓。,p,螺栓受预紧力F0,5-4 螺栓组受倾覆力矩,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,4.螺栓组受倾覆力矩M,1,2,3,4,8,7,6,5,底板绕O-O轴线转动,拧紧后，工作前：,受M后,左侧螺栓被拉紧,轴向力,右侧螺栓被放松,轴向力,变形协调条件：,最大工作拉力：,注意：只能用普通螺栓，不能用铰制孔用螺栓。,5-4 受力分析小结,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,小结：,受拉,受剪,5-4

8、 螺栓组受复合载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,5.螺栓组受复合载荷作用,1）铰制孔用螺栓受FR+T,FR,T,关键：受力图一定要画对。,5-4 螺栓组受复合载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,2）普通螺栓,受FR+T,FR,T,螺栓2、3处横向力最大：,5-4 螺栓组受复合载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,受FQ+M,FQ,M,工作拉力,5-4 螺栓组受复合载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,受FR（或T）+FQ,FQ,FR,残余预紧力,单个螺栓受的总拉力,工作拉力,5-4 螺栓组受复合载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,受FR（或T）+M,M,FR,预紧力,受力最大

9、螺栓的总拉力,工作拉力,5-4 螺栓组受复合载荷,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,受FR（或T）+FQ+M,FQ+M,FR,受力最大螺栓的总拉力,工作拉力,残余预紧力,5-4 螺栓组受力分析步骤,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,螺栓组受力分析步骤：,1.判别螺栓类型,普通螺栓,铰制孔用螺栓不能受FQ、M,2.外载荷是否作用在形心,是正交分解,否将外载荷向形心简化,3.分析螺栓组受几种载荷作用？哪些螺栓受力最大？,4.求最大载荷,普通螺栓,铰制孔用螺栓,FQ、M Fmax,FR、T F1,FR、T,5-4 讨论题,5-4 螺栓组结构设计与受力分析,讨论：,请分析图示螺栓组受几种外载荷作用？

10、FR、T 、 FQ、M,螺栓组仅受T作用,5-5 单个螺栓强度计算,5-5 单个螺栓强度计算,5-5 单个螺栓强度计算,一.失效形式和设计准则,普通螺栓,静载：杆断,牙坏或塑变保证静拉伸强度,变载：疲劳断裂保证疲劳强度,铰制孔用螺栓：剪断、压溃保证剪切、挤压强度,5-5 普通螺栓（仅受工作载荷）,5-5 单个螺栓强度计算,二.螺栓静强度计算,1.普通螺栓,仅受工作载荷,例：性能等级 5.6表示,松联接,螺栓材料,取标准Md,例：d117.123mm,取 M20：d=20mm， d1=17.294mm,5-5普通螺栓（仅受预紧力）,5-5 单个螺栓强度计算,仅受预紧力F0,取标准Md,F0,T1

11、,当量应力,1.3的意义考虑扭剪应力的影响,把拉应力增大30% 。,5-5普通螺栓（受预紧力和工作载荷）,5-5 单个螺栓强度计算,受预紧力F0和工作载荷F,主要问题：求螺栓受的总拉力F2=？,原因：属静不定问题。,5-5普通螺栓（受预紧力和工作载荷）,5-5 单个螺栓强度计算,拧紧后，工作前,栓受拉：,被联接件受压：,合并两图：,受工作载荷F,栓：,被联接件：,变形协调条件：,5-5普通螺栓（受预紧力和工作载荷）,5-5 单个螺栓强度计算,变形协调条件：,相对刚度系数,螺栓静力平衡条件：,5-5普通螺栓（受预紧力和工作载荷）,5-5 单个螺栓强度计算,强度计算：,取标准Md,5-5 铰制孔用

12、螺栓强度计算,5-5 单个螺栓强度计算,2.铰制孔用螺栓受横向力F,取标准Md,剪切强度：,挤压强度：,取大值,取最小值,例：d012.67mm,取 M12：d=12mm,d0=13mm,5-5 螺栓强度计算小结,5-5 单个螺栓强度计算,小结：,单个螺栓强度计算,普通螺栓,铰制孔用螺栓,松联接,紧联接,取标准Md,仅受预紧力,受预紧力+工作载荷,剪切,挤压,d0取大值，取标准Md,作业一,作业一,作业：,P98/6.修改：已知。现有如图5-51所示的三种螺 栓布置型式，设采用铰制孔用螺栓联接，其=136MPa，求：1.哪一种布置方式最合理，为什么？ 2.三种方案中螺栓直径各为多大？,5-6

13、提高螺纹联接的措施,5-6 提高螺纹联接强度的措施,5-6 提高螺纹联接强度的措施,一.改善螺纹牙间载荷分配不均的现象,原因：,螺栓杆受拉，螺距增大,螺母受压，螺距减小,变形不协调,靠螺纹牙来协调,5-6 （改善螺纹牙载荷分布）,5-6 提高螺纹联接的措施,提高螺纹联接的措施,钢丝螺套,均载螺母,5-6 （减小应力幅）,5-6 提高螺纹联接的措施,二.减小螺栓应力幅,注意：螺栓max一定时，a越小，疲劳强度越高。,脉动循环,非对称循环,5-6 （减小应力幅）,5-6 提高螺纹联接的措施,强度条件：,减小a的措施：,1. cb,5-6 （减小应力幅）,5-6 提高螺纹联接的措施,2. cm,5-

14、6 （减小应力幅）,5-6 提高螺纹联接的措施,三.避免螺栓产生附加弯曲应力,5-6 （减小应力集中、合理工艺）,5-6 提高螺纹联接的措施,四.减小应力集中,五.合理的制造工艺,习题课,习题课,习题课,目的,特点,步骤 ：,1.定联接类型，合理布局螺栓； 2.受力分析，求受力最大螺栓的载荷； 3.强度计算； 4.校核螺栓组安全工作条件。,对于普通螺栓联接：,螺栓要有足够的强度（不断）；,底板不滑移（不滑）；,底板与基座不分离（不松）；,底板与基座不压溃（不碎）。,习题课,习题课,图示为一钢支架，用四个普通螺栓联接，固定在铸铁的基座上，支架结构尺寸如图示，f=0.15，试设计此螺栓联接。,解：

15、,一.螺栓组受力分析,螺栓组受,轴向力,横向力,倾覆力矩,习题课,习题课,螺栓4受力最大，最大工作载荷：,首先保证底板不滑移,讨论：,1.若仅受FR作用：,二.求预紧力F0和总拉力F2,2.若同时受FR+FQ作用：,且：,3.若同时受FR+FQ+M作用：M对摩擦力无影响，此时，支架对底板总压力仍为：,习题课,习题课,三.计算螺栓直径,最大总拉力：,式中：,选螺栓材料为Q235，4.6级,取M16,习题课,习题课,四.校核螺栓组安全工作条件,1.底板与基座不分离,2.底板与基座不压溃,习题课,习题课,讨论：,1.如何改进结构使螺栓受力减小？,2.哪一种结构合理？,习题课,习题课,3.图示夹紧螺栓

16、中,已知螺栓数为2,螺纹为M20,螺栓材料 为35纲,=126MPa,轴径D=50mm,杠杆长L=400mm,f=0.15,求W的允许值。,解：,不滑移条件：,强度条件：,式中：,作业二,作业二,作业：,P98/5-7； 5-8； 5-9； 5-10（修改：p=2MPa，提示：螺栓间距见P77/ 表5-5，扳手空间查手册。）,思考： 5-1；5-2；5-3；5-4；5-5；5-10(p=01MPa)。,5-7 螺旋传动（类型）,5-7 螺旋传动,5-7 螺旋传动,一.类型,按用途分,传力螺旋,传导螺旋,调整螺旋,按摩擦状态分,滑动螺旋,滚动螺旋,静压螺旋,5-7 螺旋传动（失效形式、设计准则）

17、,5-7 螺旋传动,二.滑动螺旋失效形式、设计准则和材料,1.工作情况,传力螺旋,2.失效形式,断,牙磨损,杆失稳,杆断,牙断,强度,耐磨性,稳定性,3.设计准则,传导螺旋,按杆的强度设计,再校核耐磨性、牙的强度、杆的稳定性和自锁性。,按耐磨性设计,再校核杆的强度、稳定性。,5-7 螺旋传动（材料）,5-7 螺旋传动,螺母材料,4.材料,螺杆材料,要求,杆和螺母要有足够的强度。,材料组合应有较高的耐磨性和减摩性。,一般传动：Q235，Q275，45,重要传动：40Cr，20CrMnTi,精密传动：CrWMn,一般传动：ZCuSn10P1, ZCuSn5Pb5Zn5,低速、重载： ZCuAl10

18、Fe3,低速、轻载：耐磨铸铁,5-7 螺旋传动（设计计算，杆强度计算）,5-7 螺旋传动,三.滑动螺旋的设计计算,1.强度计算,杆的强度,杆受,拉力F ,扭矩T1 ,取标准Trd,5-7 螺旋传动（牙强度计算）,5-7 螺旋传动,牙的强度,剪切强度,弯曲强度,针对螺母,5-7 螺旋传动（耐磨性）,5-7 螺旋传动,2.耐磨性,磨损发生在螺母,螺距的选取：,如：d=32mm，P=10、6、3mm,矩形、梯形螺纹：,锯齿形螺纹：,注意：u10，不必取整；H应取整。,5-7 螺旋传动（耐磨性）,5-7 螺旋传动,令,整体螺母,剖分螺母,矩形、梯形螺纹：,锯齿形螺纹：,标准Trd,5-7 螺旋传动（稳定性、自锁性、总效率）,5-7 螺旋传动,3.杆稳定性计算,式中：,=2,4.自锁性,5.总效率,作业三,作业三,大作业：,螺旋千斤顶,