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1、第第5 5章章 螺纹螺纹连接连接3-1 3-1 螺螺 纹纹一、螺纹的类型和应用一、螺纹的类型和应用类型：类型：普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹螺纹、锯齿形螺纹30o60o33od2d1d 2dS大径大径 d d 公称直径公称直径小径小径 d d1 1 强度计算直径强度计算直径2dPP2dnptan二、螺纹的二、螺纹的主要参数主要参数线数线数 n 螺纹的螺旋线数目螺纹的螺旋线数目螺距螺距 p 螺纹相邻两个牙型螺纹相邻两个牙型 上对应点间的轴向距离上对应点间的轴向距离三角形三角形030 三、螺纹特点及应用三、螺纹特点及应用: :v 螺旋副自锁条件螺旋
2、副自锁条件螺旋副效率螺旋副效率)(vtantanvvfarctanvcosff 矩形矩形 =0梯形梯形015 三角形螺纹自锁性好，三角形螺纹自锁性好，用于连接用于连接。矩形、梯形螺纹传动效率高，矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动用于传动。5-2 5-2 螺纹螺纹连接的连接的类型类型和标准连接件和标准连接件1 1、螺栓连接螺栓连接FpFp装拆方便装拆方便螺栓受拉力螺栓受拉力FFpF预紧力预紧力普通螺栓连接普通螺栓连接一、螺纹一、螺纹连接的连接的基本基本类型类型铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接螺栓受剪切、挤压螺栓受剪切、挤压用于横向载荷大的用于横向载荷大的连接连接FF2 2、双头螺柱连接双头螺柱连接用
3、于被连接件较厚，用于被连接件较厚，不宜制成通孔，不宜制成通孔，且经常装拆且经常装拆的场合的场合双头螺柱双头螺柱受拉力受拉力FpF预紧力预紧力3、螺钉连接、螺钉连接用于不经常装拆的场合用于不经常装拆的场合螺钉螺钉受拉力受拉力FpF预紧力预紧力4、紧定螺钉连接、紧定螺钉连接二、标准螺纹二、标准螺纹连接件连接件螺栓、螺母、螺钉、垫圈等螺栓、螺母、螺钉、垫圈等5-3 5-3 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松21TTTT1螺旋副摩擦阻力矩螺旋副摩擦阻力矩T2螺母和支承面上的摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩TpF一、一、螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧保证可靠性、紧密性保证可靠性、紧密性T1螺旋副
4、摩擦阻力矩螺旋副摩擦阻力矩FdT221)tan(vPFd22T2螺母和支承面上的摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩2020303023dDdDFfTpCd0D0PFRNfFvFdFp0.220203030232dDdDFfFdTpCvP)tan(FLdLNF15,200NFP15000预紧方法： 测力矩扳手（图3-15） 定力矩扳手（图3-16）二、螺纹连接的防松二、螺纹连接的防松1 1、摩擦防松、摩擦防松对顶螺母对顶螺母弹簧垫圈弹簧垫圈螺纹升角螺纹升角=1o42 3o2 v= 6.5o 10.5o防松的根本问题：防松的根本问题： 防止螺旋副的相对转动防止螺旋副的相对转动自锁螺母自锁螺母2
5、2、机械防松、机械防松开口销与槽形螺母开口销与槽形螺母止动垫片止动垫片3 3、其他防松、其他防松防松的根本问题：防松的根本问题： 防止螺旋副的相对转动防止螺旋副的相对转动1 1、2 2、螺栓的排列应有合理的间距和边距；、螺栓的排列应有合理的间距和边距；3 3、分布在圆周上的螺栓数目、分布在圆周上的螺栓数目多多为偶数；为偶数；4 4、减小螺栓受力，尽量受力均匀。、减小螺栓受力，尽量受力均匀。FL螺栓布置靠近边缘螺栓布置靠近边缘螺栓排数不宜过多螺栓排数不宜过多螺栓组受力分析的目的：螺栓组受力分析的目的： 分析螺栓组中各螺栓的受力情况，找出分析螺栓组中各螺栓的受力情况，找出受力最大的螺栓，以便进行强
6、度计算。受力最大的螺栓，以便进行强度计算。螺栓组受的外载在情况：螺栓组受的外载在情况：几点假设：几点假设：（1 1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；力均相同；（2 2）螺栓的对称中心与连接结合面的形心）螺栓的对称中心与连接结合面的形心重合；重合；（3 3）受载后连接结合面仍保持为平面。）受载后连接结合面仍保持为平面。1 1、受横向载荷受横向载荷的螺栓组连接的螺栓组连接铰制孔铰制孔用用螺栓连接螺栓连接FFFZFF螺栓受剪力螺栓受剪力Z螺栓的数目螺栓的数目 用普通螺栓连接用普通螺栓连接F/2F/2用普通螺栓连接用普通螺栓连接FFFKiZfFSP 连接的不
7、滑移条件：连接的不滑移条件：iZfFKFSP 1i2iPFPFfFPFp p=100N,=100N,z=3,=3,f =0.15, Ks=1.2求求F=?=?FKfZiFSP不滑移条件：不滑移条件：SPKfZiFF N1502143150100.FF 2 2、受转矩的螺栓组连接、受转矩的螺栓组连接Ta.a.用普通螺栓连接用普通螺栓连接TKrfFSiziP1连接的不转动条件：连接的不转动条件：ziiSPrfTKF1fFPfFPir160120T=10Nm,z=6,f =0.15, Ks=1.2求Fp=?r1r2ziiSPrfTKF1不转动条件：不转动条件：r1 =60mm,r2 =100mmNF
8、P7 .307)1004602(15. 01000102 . 1b.采用铰制孔螺栓连接采用铰制孔螺栓连接iirFrFmaxmaxziiiTrF1ziirTrF12maxmax受载最大的螺栓受载最大的螺栓所受剪力所受剪力TmaxrmaxFiriFrzTFFmaxmaxrri160120T=10Nm, z=6,求求Fmax=? =? F1= ?= ?r1r2r1 =60mm, r2 =100mmN18.21100460210010001022ziirTrF12maxmax11maxmaxrFrFNrrFF7 .126010018.21max1max1气缸螺栓连接图气缸螺栓连接图D3 3、受轴向力的
9、紧螺栓组、受轴向力的紧螺栓组pFzDpF4/2工作拉力工作拉力4、受倾覆力矩受倾覆力矩M的螺栓组连接的螺栓组连接iiLFLFmaxmaxziiiMLF1ziiLMLF12maxmax0MiFmaxFmaxLiL pPpWMAzFmax0minWMAzFPpAzFP绕轴绕轴y-y受倾覆力受倾覆力矩矩M=10Nm, 求求F Fmaxmax=? =? ziiLMLF12maxmax160120yyxx LLmax=L=80N25.31804801000102若绕轴若绕轴x-x受倾覆力受倾覆力矩矩M=10Nm, 求求F Fmaxmax=?=? NF7 .27606601000102maxFF421dF
10、p16/311dT16/)tan(2312dFdvP42)tan(2112dFddpv5 . 0pFpF1 1、 仅受预紧力仅受预紧力1.3.3系数是考虑扭转切应力系数是考虑扭转切应力的影响的影响 pFd43 . 11设计式设计式3 . 1322ca43 . 121dFp验算式验算式2 . 0 ,fFFfPFFP5减载销减载销减载套筒减载套筒减载键减载键FFpFpFFF 例例1 1：普通螺栓连接，：普通螺栓连接，3 3个螺栓个螺栓,=200MPa,=200MPa,f =0.15, Ks=1.2,F=15000N,求所需螺栓的直径求所需螺栓的直径d1？1)1)不滑移条件：不滑移条件：fZiFKF
11、SP2315. 0150002 . 1=20 000N pFd43 . 112)2)强度条件：强度条件：2002000043 . 1=12.86mmM16 d1=13.835mm气缸螺栓连接图气缸螺栓连接图D2 2、受预紧力和工作拉力的紧螺栓、受预紧力和工作拉力的紧螺栓pFzDpF4/2工作拉力工作拉力预紧力预紧力pFFFFpQ受的总拉力受的总拉力？FFFpQQF？PF未拧紧未拧紧b m F 再受工再受工作载荷作载荷FFFFpQ受的总拉力受的总拉力残余预紧力 m 已拧紧已拧紧, ,未未受工作载荷受工作载荷pFmppCFFpFPFbpQCFFCb螺栓刚度Cm被连接件刚度pF力变形b m 力变形p
12、FpF变形力mb QFmpF FbmbCmC Ss静强度计算静强度计算当工作拉力当工作拉力 F F 变化时，应验算变化时，应验算疲劳强度安全系数疲劳强度安全系数4/21dFQ1.3强度条件：相对刚度相对刚度mbbCCC总拉力总拉力FFFCCCFFpmbbpQFpFQFpF力m b 变形pFFFQCdFP421min421maxdFQ按按 ，判定强度计算方法，判定强度计算方法, ,验算疲劳强度安全系数。验算疲劳强度安全系数。Cmin2 ,2minmaxminmaxmaam Ktc1s SKKSAtccaminmin122NM MNamScaSmaxlim例例2:图示气缸盖用图示气缸盖用6个普通螺
13、栓连接个普通螺栓连接,已知气缸已知气缸压力压力p=2MPa，D=80mm,取取 试求试求: 1、螺栓小径、螺栓小径d1； （F-工作拉力）工作拉力） 2、安装时预紧力、安装时预紧力,2,5 . 1bmPCCFF?PFpD ,MPa160 解：解：1、求工作拉力、求工作拉力FNDpZFF1674 6480264222、求总拉力、求总拉力FQNFFFFFFPQ41855 . 25 . 1,DFFp3、求螺栓小径、求螺栓小径4、求螺栓的预紧力、求螺栓的预紧力PF mmFdQ58. 6160418543 . 143 . 11NFCCCFFmbbQP3627 1674314185NFFp25115 .
14、1minL0d二、受剪螺栓连接二、受剪螺栓连接的的 ppLdFmin0 4/20dF剪切强度剪切强度失效形式：失效形式：螺栓剪断螺栓剪断接触表面压溃接触表面压溃挤压强度挤压强度注意：注意： -螺栓材料；螺栓材料； p p-螺栓或孔壁较弱的材料螺栓或孔壁较弱的材料例例3：一横板用两个普通螺栓联在立柱上，已：一横板用两个普通螺栓联在立柱上，已知知P=4000N，L=200mm，d=100mm, f =0.15, , 试求螺栓小径试求螺栓小径d1.2 . 1SK ,300MPaLdP 解解: 1、将外力、将外力P 向螺向螺栓组形心简化。栓组形心简化。P转矩转矩T螺栓组受载螺栓组受载横向力：横向力：
15、P转矩：转矩： T=PL =800000Nmm 2、分析在各载荷作用、分析在各载荷作用下，每个螺栓的受力。下，每个螺栓的受力。NFPP2000 :21502800000 :2rzTFT8000NLdP转矩转矩TP1F1F2F2FFFNFFF8246 800020002222213、求合力、求合力PF4、求螺栓的预紧力、求螺栓的预紧力FKfFSP不滑移条件：不滑移条件：NfFKFSP6596815. 082462 . 15、求螺栓小径、求螺栓小径d1 mmFdP08.193006596843.143.116、讨论、讨论1）其他条件不变，使螺栓之间的距离由）其他条件不变，使螺栓之间的距离由100增
16、至增至200mm,对连接有何影响？对连接有何影响？NrzTFT40001002800000 :2NFFF4472 40002000222221合力：合力：NfFKFSP3577615. 044722 . 1 mmFdP05.143003577643.143.11结论：受转矩和倾结论：受转矩和倾覆力矩作用的螺栓覆力矩作用的螺栓组，螺栓应远离螺组，螺栓应远离螺栓组形心或旋转轴栓组形心或旋转轴线。线。ziiSPrfTKF1ziirTrF12maxmaxziiLMLF12maxmax2)当两个螺栓水平布置当两个螺栓水平布置时时, 会有何影响？会有何影响？PLdHLLP例例4：图示支座用：图示支座用4个
17、螺钉连接个螺钉连接,已知已知P=8000N，H=120mm,L=80mm, 取摩擦系数取摩擦系数 f=0.15, 防滑防滑系数系数 试求螺栓小径试求螺栓小径., 2 . 1SK ,MPa120 ,3.0mbbCCC解：解：1、将外力、将外力P 移至接合面形心移至接合面形心HLLPPMHPM横向载荷横向载荷P 倾覆力矩倾覆力矩2、求工作拉力、求工作拉力FHLLPPMFFNLZHPLZMF300080412080003、按不滑移条件求预紧力、按不滑移条件求预紧力PF不滑移条件：不滑移条件： PKiZfFSPNiZfPKFSP160001415. 080002 . 14、求总拉力、求总拉力FQNFC
18、CCFFmbbPQ1690030003 . 016000HLLPPMFF5、求螺栓小径、求螺栓小径 mmFdQ27.151201690043 . 143 . 116、接合面是否出现间隙？、接合面是否出现间隙？013900300016900NFFFQP例例5：P72图示支座用图示支座用4个螺钉连接个螺钉连接,已知已知P=4800N，夹角，夹角a a5050o o, ,h=340mm,b=150mm, 取摩擦系数取摩擦系数 f =0.15, 防滑系数防滑系数Ks=1.2,试设计螺栓连接试设计螺栓连接.hh1ba a150P160LL1P2P1P2PM1F1FmaxF2Pa aP1Paacossin
19、21PPPPP1作用下每个螺栓工作拉力：zPF11M作用下 螺栓工作拉力：LMF4maxmax1FFF 工作拉力工作拉力不滑移条件不滑移条件:M 作用对摩擦力没有影响作用对摩擦力没有影响 2PKZFfSP)(1)(1221PCCCfPKZFPKZZPCCCFfmbmSPSmbmP QFd43 . 11FCCCFFmbbpQZ/P11FCCCmbb2,PKFZfSP21PK)ZPCCCfZ(FSmbmPpF力力变形变形QF,PF1FFQbCmCQFpF力变形m b pFFFCCCFFmbbpQFCCCFFmbmPP,pFpFQFpFFFpFpFPFp （大圆角和卸载结构）（大圆角和卸载结构）凸台与沉孔凸台与沉孔斜面垫圈斜面垫圈FP900900结束结束