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1、机械设计基础近机类学习指导9-1返回目录第九章 连接设计第九章 连接设计 9.1 教学基本要求9.1 教学基本要求 本章以圆柱螺纹的基本参数工程中常用螺纹螺纹连接的基本类型螺纹副的受力分析效率自锁螺纹连接的预紧防松及螺栓连接强度计算为主要介绍的内容螺旋传动只做一般介绍 1掌握螺纹的一般知识如螺纹的类型圆柱螺纹的基本参数螺纹连接的基本类型螺栓连接螺钉连接双头螺柱连接和紧定螺钉连接的结构特点及其应用场合螺纹连接件的类型和国家标准能根据连接类型正确选用连接件 2了解松螺栓连接和紧螺栓连接的概念螺纹连接预紧与防松的目的方法预紧力的大小及其控制掌握各种螺纹连接防松方法的工作原理特点和应用场合能根据具体情
2、况选用合适的防松措施 3能够根据螺栓的受力情况针对其主要失效形式确定螺栓连接的设计准则和强度计算条件确定螺栓的直径了解螺栓常用材料及强度等级 4了解影响螺栓连接强度的因素及提高螺栓连接强度的措施 5了解螺旋传动的主要特点及应用场合 9.2 重点与难点分析9.2 重点与难点分析本章重点为第二节螺纹连接设计即螺纹连接的预紧防松和螺栓连接的强度计算难点为受轴向外载荷作用的紧螺栓连接设计普通紧螺栓连接强度条件中均有 1.3其物理意义在于紧螺栓连接由于需要拧紧螺母而使螺栓处于拉伸和扭转的复合载荷下工作螺栓受拉应力和切应力的复合应力受横向载荷作用的紧螺栓连接载荷由接合面的摩擦力平衡为使连接可靠避免接合面发
3、生相互滑移取可靠性系数 Kf=1.11.3,螺栓的载荷为其所受预紧力fmFKFfP无论载荷是否变化载荷或有或无一旦连接完成它的机械设计基础近机类学习指导9-2大小始终不变 受轴向外载荷作用的紧螺栓连接设计难点在于螺栓总载荷的计算其总载荷的大小主要受连接的性质工作载荷大小及性质的影响总载荷可用两种方法求得 1F0=F/p+F 使用本公式的关键在于根据连接的性质确定残余预紧力 F/p的大小一般连接一般连接 F/P=0.20.6FF 为变载荷时为变载荷时 F/P=0.61.0FF 为冲击载荷时为冲击载荷时 F/P=1.01.5F压力容器或重要连接压力容器或重要连接 F/P=1.51.8F2FcccF
4、FP2110+=使用本公式的关键在于根据连接性质确定预紧力的大小FcccFFPp212+=而连接件的刚度 c1和被连接件的刚度 c2分别与各自的材料结构等有关9.3 典型例题分析9.3 典型例题分析螺纹连接设计时需要解决的主要问题为根据被连接件的结构形状和尺寸选择合适的连接类型和螺纹连接件分析连接的受载情况确定计算准则和强度条件根据强度条件及国家标准确定螺栓公称尺寸根据被连接件的尺寸按照国家标准确定其它螺纹连接件尺寸及个别非标准螺纹连接件除外定出螺纹连接件的标记解题的一般步骤为 1确定螺栓强度计算载荷当采用普通螺栓连接时首先根据连接的可靠性要求(连接的紧密性要求结合面不滑移结合面不压溃结合面不
5、出现间隙等条件)确定螺栓所需的预紧力或总拉力2确定螺栓的许用应力对控制预紧力的普通螺栓铰制孔用螺栓以及松螺栓连接在校核强度时许用应力可直接从有关表格中查取和确定但对不控制预紧力的紧螺栓连接因许用应力的安全系数与螺栓的直径有关而直径为未知所以在设计时应先假定螺栓的直径范围选取许用安全系数确定许用应力在强度计算结束后将计算结果与假设条件进行比较根据二者的差异大小进行必要的调整机械设计基础近机类学习指导9-3 3强度计算按设计准则和强度条件求出螺栓危险断面的直径或校核螺栓的强度并从相关资料中查取该螺栓的公称直径及其它尺寸注意紧螺栓连接计算时公式中的 1.3的含义例例 9-1 如图 9-1 所示有一钢
6、制气缸缸体与缸盖采用 6 个 M12 的螺栓连接螺栓精度等级为 4.6装配时控制预紧力气缸内的压强 P=0.5MPa考虑密封性要求 FP/1.6F假设螺栓的相对刚度211ccc+0.2被连接件的相对刚度212ccc+0.8 气缸内径D=100mm试确定此连接所需要的预紧力FP图 9-1解解此连接螺栓组所受的载荷为预紧力和轴向工作载荷属于紧螺栓连接工作时缸体和缸盖的接合面之间必须保持足够的压紧力以防漏气本例中的螺栓连接可能出现的失效形式有1螺栓静强度不足导致螺栓发生塑性变形或被拉断2残余预紧力不足导致失去连接的紧密性而漏气因此本例题的计算应从保证螺栓有足够的强度及连接有足够的残余预紧力两方面出发
7、 1.单个螺栓所受的工作载荷 气缸工作面积为 2mm7850mm4104242=DA 单个螺栓所承受工作载荷为 N654N60.57850=ZAPZFF 2.单个 M12 螺栓所允许的最大拉力 查表 9-1M12 的螺栓d1=10.106mm由螺栓精度等级为 4.6查表 9-4 得S=240MPa查表 9-5 得 S=1.5,=S/S=240/1.5=160 MPa机械设计基础近机类学习指导9-4 由强度条件 43.1210=dFca得 N9872.45N1.3416010.1061.342210=dF 3.确定预紧力允许的范围 1根据螺栓的静强度条件确定螺栓允许的最大预紧力由 N9872.5
8、2110+=FcccFFP得 N(9741.65654)N0.29872.459872.45211=+FcccFp 2根据螺栓连接紧密性要求FP/1.6F允许的最小预紧力由 FcccFFPp212+=得 N1569.6654N2.40.81.6212=+=+=FFFcccFFPp则每个螺栓的预紧力应控制在以下范围内即1596.6NFP9741.65N例例 9-2 图示钢制搭接梁用 8 个普通螺栓连接起来梁的厚度为 25mm搭板厚度为 15mm梁上的横向静载荷 F40kN梁与搭板接合面之间的摩擦因数 f=0.15取过载系数 Kf=1.2装配时不控制预紧力试确定连接件的规格解解:本例题属于受横向载
9、荷的普通螺栓连接靠螺栓预紧后接合面的摩擦力来平衡外载荷工作时连接接合面间要有足够的压紧力以防接合面间产生 图9-2机械设计基础近机类学习指导9-5滑移本例中的螺栓连接可能出现的失效形式有1螺栓静强度不足导致螺栓发生塑性变形或被拉断2预紧力不足导致连接接合面发生滑移因此本例题的计算应从保证螺栓有足够的强度及连接有足够的预紧力两方面出发此连接的设计准则为接合面不滑移1确定螺栓所需的最小预紧力 FP1确定螺栓的性能等级和许用应力 查表 9-4 取螺栓材料性能等级为 5.8 得S=400MPa 假设螺栓直径在 M16M30 之间由于装配时不控制预紧力查表 9-5 取 S=42.5则螺栓的许用应力MPa
10、Ss1601005.24400=2确定单个螺栓的预紧力 FP 单个螺栓所应传递的载荷N10000N440000=ZFF由题意知单侧 4个螺栓要传递全部载荷式中Z 为螺栓个数由式9-9得各螺栓的最小预紧力为N40000N0.152100001.2=mfFKFfP(由题意知摩擦面对数 m=2摩擦因数 f0.15过载系数 Kf=1.2.)2确定螺栓的直径 d由式 9-10 得螺栓小径 mm25.74mm100400001.34 1.341=PFd选择普通粗牙螺纹小径最接近并大于 25.74mm查设计手册螺纹 M30其d1=26.211mm 25.74mm即 M30 满足强度设计要求且与假设范围相符参
11、数选择合理,故选用螺栓公称直径为 d=30mm3确定连接件的标记查设计手册按GB/T 61702000 选1型B级螺母 螺母M30厚度为25.6mm计算螺纹伸出长度 a=0.20.3d=0.20.330=69mm计算螺栓长度 l25mm+152mm+25.6mm+69mm=86.689.6mm查设计手册按 GB/T 57822000取 B 级六角头螺栓标准长度系列得 l=90mm采用连接件标记如下螺母 GB/T 6170 M30机械设计基础近机类学习指导9-6 螺栓 GB/T 5782 M3090 9.4 自测试题9.4 自测试题 9.4.1 判断题9.4.1 判断题正确正确错误错误 1.梯形
12、螺纹主要用于连接 2.三角形螺纹的导程角 等于牙型角 3.三角形螺纹的传动效率低于梯形螺纹 4.单线普通三角螺纹主要用于连接 5.普通螺栓连接适用于被连接件不太厚且两边均有操作空间的场合 6.对于重要的连接不控制预紧力时一般不选用小于 M12M16 的螺栓 7.紧螺栓连接强度条件中的 1.3 是考虑紧螺栓连接中螺栓受拉的同时还受扭 8.受轴向载荷作用的紧螺栓其总载荷F0=FP+F 9.有自锁性的螺纹传动效率高 10.机械式防松可用于重要且不易观察到的机械装置内部 9.4.2 选择题 9.4.2 选择题 1.螺纹主要用于连接 1三角形螺纹 2梯形螺纹 3圆弧螺纹 4锯齿形螺纹 2.双线螺纹的螺距
13、P与导程S的关系为 1SP 2S=2P 3P=2S 4SP 3.三角形螺纹与矩形螺纹相比其自锁性 1低 2高 3一样 4不一定 4.相同公称直径的普通粗牙螺纹与细牙螺纹相比其自锁性 1低 2高 3一样 4不一定 5.在下列四种具有相同公称直径相同螺距并采用相同配对材料的螺旋副机械设计基础近机类学习指导9-7中传动效率最高的是 1 单线三角形螺旋副 2单线梯形螺旋副 3双线矩形螺旋副 4双线梯形螺旋副 6.下列防松方法中 为靠摩擦力防松 1槽型螺母配合开口销2弹簧垫圈3串联铁丝4止退垫圈 7.受横向载荷作用的普通螺栓连接的工作原理是 1连接接合面摩擦力平衡外载荷 2螺栓受剪平衡外载荷 3螺栓受挤
14、压平衡外载荷 4螺栓的预紧力平衡外载荷 8.受横向载荷作用的铰制孔用螺栓连接的工作原理是 1连接接合面摩擦力平衡外载荷 2螺栓受剪切和螺杆受挤压平衡外载荷 3附加减载装置平衡外载荷 4螺杆受挤压平衡外载荷 9.普通紧螺栓连接其螺杆所受的载荷为 1拉伸载荷 2拉伸和扭转联合载荷 3预紧力和工作载荷 4横向剪切载荷 10.钢制螺钉旋入钢制被连接件螺钉的最小旋入长度 1等于螺钉的公称直径 2等于公称直径的1.251.5倍 3等于公称直径的1.52.5倍4无严格要求 9.4.3 填空题9.4.3 填空题 1.工程上常用螺纹有 及 等 2.圆柱形螺纹的直径参数有 3.螺纹的自锁条件为 4.螺纹连接的基本类型有 5螺钉连接和双头螺柱连接的螺纹旋合深度与 及 有关 6.装配时需要拧紧螺母的连接为 连接螺栓受 力和 作用 7.拧动螺母时加在扳手上的力矩要克服 和 机械设计基础近机类学习指导9-8 8.螺栓预紧力和拧紧力矩之间的简化关系式为 9.画出受预紧力和轴向载荷作用的紧螺栓连接的力变形曲线 残余预紧力应 零 10.螺栓连接采用凸台或鱼眼坑是为了 11.列出三种机械防松方法 返回目录