螺纹连接与螺旋传动-2课件.ppt
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- 螺纹 连接 螺旋 传动 _2 课件
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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:静连接:动连接: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:连接可拆连接不可拆连接螺纹连接键连接、花键连接、销连接弹性环连接等铆接焊接粘接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
2、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,易自锁效率低,易自锁,主要用于连接效率较高效率较高,多用于传动此外,还有 管螺纹:主要用于管路的连接。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bb7.1.2 螺纹的主要参数大径大径d:是螺纹的是螺纹的螺纹的最大直螺纹的最大直径径 公称直径公称直径小径小径d1:即螺纹的最小直径即螺纹的最小直径 在强度计算中常作为危在强度计算中常作为危 险剖险剖 面的计算直径面的计算直径。中径中径d2:通过螺纹轴向剖面内牙型
3、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面的直径,近似等于螺纹的平均直径径.是确定螺纹几何参数的直径。是确定螺纹几何参数的直径。线数线数 n:螺纹的螺旋线数目。螺纹的螺旋线数目。(螺纹头数螺纹头数)螺距螺距P:相邻两螺纹牙相邻两螺纹牙在中径在中径上对应点上对应点间的轴向距离。间的轴向距离。导程导程 S:同一螺旋线上的相邻两牙同一螺旋线上的相邻两牙 在在中径线上对应两点中径线上对应两点 间间 的轴向距离。的轴向距离。对于单线螺纹对于单线螺纹s=p;对于多线螺纹对于多线螺纹 s=np;牙型斜角牙型斜角:在轴向截面内,螺纹牙型一
4、在轴向截面内,螺纹牙型一侧边与螺纹轴线的侧边与螺纹轴线的 垂线之间的夹角。垂线之间的夹角。b22tan=/Ldnpdl螺纹升角螺纹升角:在中径圆柱在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹于螺纹轴线的平面间的夹角。角。b。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 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松7.2.1 螺纹连接的预紧 在零件未受工作载荷前在零件未受工
5、作载荷前需要将螺母拧紧,使组成连需要将螺母拧紧,使组成连接的所有零件都产生一定的接的所有零件都产生一定的弹性变形弹性变形(螺栓伸长、被连(螺栓伸长、被连接件压缩),从而可以有效接件压缩),从而可以有效地保证连接的可靠。这样,地保证连接的可靠。这样,各零件在承受工作载荷前就各零件在承受工作载荷前就受到了力的作用,这种方式受到了力的作用,这种方式就称为就称为预紧预紧,这个预加的作,这个预加的作用力就称为用力就称为预紧力预紧力。预紧的目的预紧的目的:增强连接的紧密性、可靠性,防止受载后被增强连接的紧密性、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。连接件之间出现间隙或发生相对滑移。预紧力的
6、大小取决于什么预紧力的大小取决于什么?如何控制?如何控制?、预紧力过大,会使整个连接的结构尺寸增、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。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、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。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;2)螺母和钉头与支承面间的摩擦力矩T2组成。dKFdDdDFfdFTTTCV02021303102021312)tan(l拧紧时扳手力矩为其中: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
7、 螺纹中径;支承面间的摩擦系数 d:螺纹的公称直径 0Fv00,dD2dcfl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 dT=FHL=FH*15d L=15dF0=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
8、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。自锁螺母防松自锁螺母防松 螺母一端制成非圆螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收形收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧后,收口。当螺母拧紧后,收口胀开,利用收口的弹口胀开,利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧。力使旋合螺纹间压紧。这种防松结构简单、防这种防松结构简单、防松可靠,可多次拆装而松可靠,可多次拆装而不降低防松性能。不降低防松性能。常见的机械防松方法常见的机械防松方法:利用开口销、止利用开口销、止动垫片及串钢丝绳等。动垫片及串钢丝绳等。机械防松的方法机械防松的方法比较可靠,
9、对于重要比较可靠,对于重要的联接要使用机械防的联接要使用机械防松的方法。松的方法。1)槽形螺母和开口销防松)槽形螺母和开口销防松槽形螺母拧紧后,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。紧时,可采用双联止动垫片。串联钢丝防松串联钢丝防松 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
10、制动。起来,使其相互制动。这种结构需要注意钢丝穿入的方向,这种结构需要注意钢丝穿入的方向,如图所示如图所示。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:螺纹部分的塑性变形。螺杆的疲劳断裂。受拉螺栓连接松连接:不预紧的。紧连接:预紧的。1、松螺栓连接强度条件:
11、设计公式:421dFAF41Fd式中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4210dF螺栓危险界面上的扭转剪切应力为162/)tan(163120311ddFdTvl0F0F 对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓,取fv=tan v=0.15,简化处理的=0.5,根据第四理论,可求出当量应力e为3.1)5.0(332222e因此,强度条件为:3.1e即43.1210dF设计公式为3.1401Fd承受横向外载荷的紧螺栓连接 载荷与螺栓轴向垂直,靠被连接件间
12、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,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。受力特点RFfF0不滑移条件:螺栓预紧力考虑连接的可靠性及接合面数目则:RfFKfmF0mfFKFRf0式中:式中:f 接合面摩擦系数接合面摩擦系数 m 接合面数接合面数 kf 可靠性系数可靠性系数mfFKFRf0当f=0.15、Kf=1.1、m=1时,可得RRFFF7115.01.10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,
13、则缸体周围每个螺栓平均承受的轴向工作载荷为zpDF42承受轴向静载荷的紧螺栓连接(广泛而重要)载荷方向与螺栓轴向一致,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,又有扭转剪应力.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 FFF0为什么?螺栓连接拧紧后,被连接件受到预紧力F0缩短了1。FF0F0FFFa 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F0FFF0螺栓的轴向总拉力螺栓的轴向总拉力: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F
14、0应大于零。120F0F0F0F预紧时受工作载荷后FF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。在没有资料时,可按下面推荐值选用:0F0F =(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0F0F0F0F 设计中,根据F确定F0计算满足F0所需的F0计算总拉力F计算螺栓的强度。强度条件:4/3.121dF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
15、这里F为单个螺栓的轴向载荷,F0为残余轴向预紧力3.141FdFS=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;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:FKFFC)1(00其中:211CCCKC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psRp
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