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文檔簡介

1、第五章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動5-1 螺紋5-2 螺紋聯(lián)接的類型與規(guī)范聯(lián)接件5-3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊5-6 螺紋聯(lián)接組的設(shè)計5-5 螺紋聯(lián)接的強度計算5-8 提高螺紋聯(lián)接強度的措施5-7 螺紋聯(lián)接件的資料與許用應(yīng)力5-9 螺旋傳動5-4 螺紋聯(lián)接的防松螺紋的類型與特點1螺紋有外螺紋與內(nèi)螺紋之分,它們共同組成螺旋副。螺紋聯(lián)接用螺紋的當量摩擦角較大,有利于實現(xiàn)可靠聯(lián)接;傳動用螺紋的當量摩擦角較小,有利于提高傳動的效率。螺紋按任務(wù)性質(zhì)分為聯(lián)接用螺紋和傳動用螺紋。一、螺紋的分類 螺紋的類型與特點2二、普通螺紋的主要參數(shù)大徑d即螺紋的公稱直徑。小徑d1常用于聯(lián)接的強度計算。中徑d2常用于聯(lián)接的幾何計算。螺距P

2、螺紋相鄰兩個牙型上對應(yīng)點間的 軸向間隔。牙型角a螺紋軸向截面內(nèi),螺紋牙型兩 側(cè)邊的夾角。升角y螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線 的平面間的夾角。線數(shù)n螺紋的螺旋線數(shù)目。導(dǎo)程S螺紋上任一點沿同一條螺旋線轉(zhuǎn) 一周所挪動的軸向間隔,S=nP。升角y的計算式為:22arctanarctandnPdS 螺紋聯(lián)接類型與規(guī)范件1螺紋聯(lián)接的類型與規(guī)范聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接的根本類型 除上述聯(lián)接的根本類型外,在機器中,還有一些特殊構(gòu)造的螺紋聯(lián)接。如:T型槽螺栓聯(lián)接、吊環(huán)螺釘聯(lián)接和地腳螺栓聯(lián)接等。闡明 聯(lián)接類型與規(guī)范件2螺紋聯(lián)接的類型與規(guī)范聯(lián)接件二、規(guī)范螺紋聯(lián)接件 螺紋聯(lián)接的類型很多,在機械制造中常見的螺紋聯(lián)接件的構(gòu)外型

3、式和尺寸都曾經(jīng)規(guī)范化,設(shè)計時可以根據(jù)有關(guān)規(guī)范選用。 虛擬現(xiàn)實中的螺紋聯(lián)接件 利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。通??刹捎脺y力矩扳手或定力矩扳手,對于重要的螺栓聯(lián)接,也可以采用測定螺栓伸長的方法來控制預(yù)緊力。紋聯(lián)接的預(yù)緊螺紋聯(lián)接的預(yù)緊 大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都需求擰緊,使之在接受任務(wù)載荷之前,預(yù)先受到力的作用,這個預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。 加強聯(lián)接的可靠性和嚴密性,以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對挪動。 留意:對于重要的聯(lián)接,應(yīng)盡能夠不采用直徑過小(M12)的螺栓。預(yù)緊力限制 擰緊后螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超越其資料的屈服極限ss的80%。v 預(yù)緊力:v 預(yù)緊的目的:v 預(yù)緊力確實

4、定原那么:v 預(yù)緊力的控制:v 預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系:dFT02 . 0詳細推導(dǎo) 螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接的防松 螺紋聯(lián)接普通都能滿足自鎖條件不會自動松脫。但在沖擊、振動或變載荷作用下,或在高溫或溫度變化較大的情況下,螺紋聯(lián)接中的預(yù)緊力和摩擦力會逐漸減小或能夠瞬時消逝,導(dǎo)致聯(lián)接失效。防松的根本問題在于防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。按任務(wù)原理的不同,防松方法分為摩擦防松、機械防松等。此外還有一些特殊的防松方法,例如鉚沖防松、在旋合螺紋間涂膠防松等。 螺紋聯(lián)接的強度計算1螺紋聯(lián)接的強度計算 螺栓聯(lián)接的強度計算主要與聯(lián)接的裝配情況預(yù)緊或不預(yù)緊、外載荷的性質(zhì)和資料性能等有關(guān)。 螺栓聯(lián)接強度計算的目的是根據(jù)強

5、度條件確定螺栓直徑,而螺栓和螺母的螺紋牙及其他各部分尺寸均按規(guī)范選定。一、松螺栓聯(lián)接強度計算二、緊螺栓聯(lián)接強度計算1僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接 2受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接3接受任務(wù)剪力的緊螺栓聯(lián)接 聯(lián)接的失效方式:主要是指螺紋聯(lián)接件的失效。對于受拉螺栓,其失效方式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂。對于受剪螺栓,其失效方式能夠是螺栓桿被剪斷或螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰。詳細推導(dǎo)65%20%15% 4/21dF 螺紋聯(lián)接的強度計算2 螺紋聯(lián)接的強度計算1僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接2104dF預(yù)緊力引起的拉應(yīng)力:5 . 0162)tan(312v0ddF螺牙間的摩擦力矩引起的改動剪應(yīng)力: 210ca4

6、3 . 1dF強度條件:當聯(lián)接接受較大的橫向載荷F時,由于要求F0Fff=0.2,即F05F ,因此需求大幅度地添加螺栓直徑。為減小螺栓直徑的添加,可采用減載措施。闡明3 . 1322ca根據(jù)第四強度實際,螺栓在預(yù)緊形狀下的計算應(yīng)力:F0F0FF 螺紋聯(lián)接的強度計算3螺紋聯(lián)接的強度計算2受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接FDDp 螺栓預(yù)緊力F0后,在任務(wù)拉力F 的作用下,螺栓的總拉力F2 = ?FFF12 4/3 . 1212cadFFCCCFFmbb02這時螺栓的總拉力為: 為使任務(wù)載荷作用后,聯(lián)接結(jié)合面間有剩余預(yù)緊力F1存在,要求螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力F0為:FCCCFFmbm10靜強度條件:式中F1為剩余

7、預(yù)緊力,為保證聯(lián)接的嚴密性,應(yīng)使 F1 0,普通根據(jù)聯(lián)接的性質(zhì)確定F1的大小。式中:mbbCCC為螺栓的相對剛度,其取值范圍為 01。詳細分析疲勞強度校核 螺紋聯(lián)接的強度計算4螺紋聯(lián)接的強度計算3接受任務(wù)剪力的緊螺栓聯(lián)接 這種聯(lián)接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來接受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無間隙,接觸外表受擠壓。在聯(lián)接結(jié)合面處,螺栓桿那么受剪切。螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為:螺栓桿的剪切強度條件為:式中:F螺栓所受的任務(wù)剪力,單位為N;d0螺栓剪切面的直徑可取螺栓孔直徑,單位為mm;Lmin螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度,單位為mm;設(shè)計時應(yīng)使Lmin1.25d0Pmin0PLdF 204dFFFd0

8、Lmin 螺紋聯(lián)接組的設(shè)計1螺栓組聯(lián)接的設(shè)計 在設(shè)計螺栓組聯(lián)接時,關(guān)鍵是聯(lián)接的構(gòu)造設(shè)計。它是根據(jù)被聯(lián)接件的構(gòu)造和聯(lián)接的用途,確定螺栓數(shù)目和分布方式。v為了便于加工制造和對稱布置螺栓,保證聯(lián)接結(jié)合面受力均勻,通常聯(lián)v接結(jié)合面的幾何外形都設(shè)計成軸對稱的簡單幾何外形。v螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。v螺栓的陳列應(yīng)有合理的間距、邊距。v 為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線,通常分布在同一圓周上的螺栓v數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。v防止螺栓接受附加的彎曲載荷。闡明闡明闡明一、螺栓組聯(lián)接的構(gòu)造設(shè)計 各螺栓之間的間隔大小既要保證聯(lián)接的可靠性又要思索裝拆方便,還應(yīng)留有足夠的扳手空間。大多數(shù)機械中螺栓都是成組運用

9、的。 螺紋聯(lián)接組的設(shè)計2螺栓組聯(lián)接的設(shè)計1受橫向載荷2受轉(zhuǎn)矩3受軸向載荷4受傾覆力矩 受力分析的目的:根據(jù)聯(lián)接的構(gòu)造和受載情況,求出受力最大的螺栓 及其所受的力,以便進展螺栓聯(lián)接的強度計算。 受力分析時所作假設(shè):一切螺栓的資料、直徑、長度和預(yù)緊力均一樣; 受載后聯(lián)接接合面仍堅持為平面。 受力分析的類型:二、螺栓組聯(lián)接的受力分析螺栓組的對稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合; FFriOOMTfF0fF0FF螺紋聯(lián)接組的設(shè)計3 1對于鉸制孔用螺栓聯(lián)接圖b,每個螺栓所受任務(wù)剪力為: 2對于普通螺栓聯(lián)接圖a ,按預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必需大于或等于橫向載荷的要求,有: 式中:z為螺栓數(shù)目。 圖示為

10、由四個螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接。1受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接zFFFKzifFS0fziFKFS0或螺栓組聯(lián)接的設(shè)計 Ks為防滑系數(shù),設(shè)計中可取Ks =1.11.3。FFFFb)a)螺紋聯(lián)接組的設(shè)計4 采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺栓組受轉(zhuǎn)矩時的受力情況是不同的。2受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接TKfrFfrFfrFsz02010 TrFziii1 采用普通螺栓,是靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩T。 采用鉸制孔用螺栓,是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉(zhuǎn)矩T。iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmaxziirfTKF1S0螺栓組聯(lián)接的設(shè)計 螺紋聯(lián)接組的設(shè)計5螺栓

11、組聯(lián)接的設(shè)計3受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接 假設(shè)作用在螺栓組上軸向總載荷F作用線與螺栓軸線平行,并經(jīng)過螺栓組的對稱中心,那么各個螺栓受載一樣,每個螺栓所受軸向任務(wù)載荷為: 通常,各個螺栓還接受預(yù)緊力F0的作用,當聯(lián)接要有保證的剩余預(yù)緊力為F1時,每個螺栓所接受的總載荷F2為。zFFF2 = F1 + F 螺紋聯(lián)接組的設(shè)計6螺栓組聯(lián)接的設(shè)計4受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接 傾覆力矩 M 作用在聯(lián)接接合面的一個對稱面內(nèi),底板在接受傾覆力矩之前,螺栓已擰緊并接受預(yù)緊力F0。 作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡,即: 由此可以求出最大任務(wù)載荷:ziLFM1iiZiLMLF12imaxmax 螺紋聯(lián)接組的設(shè)計7螺

12、栓組聯(lián)接的設(shè)計0maxPPWMAzF00minPWMAzF螺栓的總拉力:maxmbb02FCCCFF 為防止結(jié)合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙,要求: 底板受傾覆力矩后,在軸線 O-O 左側(cè),螺栓與地基的任務(wù)點分別移至B1 和C1 ,兩者作用在底板上的合力為F。 受傾覆力矩的底板螺栓組聯(lián)接的受力過程可用右圖表示。 在軸線O-O 右側(cè),螺栓與地基的任務(wù)點分別移至B2 和C2 ,兩者作用在底板上的合力為 Fm 。在傾覆力矩作用前,螺栓和地基的任務(wù)點都處于A點。 提高螺紋聯(lián)接強度的措施提高螺紋聯(lián)接強度的措施以螺栓聯(lián)接為例,螺栓聯(lián)接的強度主要取決于螺栓的強度,因此,提高螺栓的強度,將大大提高聯(lián)

13、接系統(tǒng)的可靠性。影響螺栓強度的要素主要有以下幾個方面,或從以下幾個方面提高螺栓強度。改善螺紋牙上載荷分布不均的景象降低影響螺栓疲勞強度的應(yīng)力幅減小應(yīng)力集中的影響采用合理的制造工藝 分析分析分析國家規(guī)范規(guī)定了螺紋聯(lián)接件的性能等級。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級,螺母的性能等級分為 7級。在普通用途的設(shè)計中,通常選用4.8級左右的螺栓,在重要的或有特殊要求設(shè)計中的螺紋聯(lián)接件,要選用高的性能等級,如在壓力容器中常采用8.8級的螺栓。螺紋聯(lián)接件的資料與許用應(yīng)力螺紋聯(lián)接件的資料與許用應(yīng)力一、螺紋聯(lián)接件資料常用的螺紋聯(lián)接件資料為Q215、Q235、35、45等碳素鋼。當強度要求高時,還可采用合金鋼,

14、如15Cr、40Cr等。性能等級二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力1螺紋聯(lián)接件的許用拉應(yīng)力2螺紋聯(lián)接件的許用剪應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力3螺紋聯(lián)接件的平安系數(shù)闡明SsSsPsPS被聯(lián)接件為鋼PBPS被聯(lián)接件為鑄鐵 螺旋傳動1螺旋傳動一、螺旋傳動的類型和運用傳力螺旋傳導(dǎo)螺旋 調(diào)整螺旋螺旋傳動按其螺旋副摩擦性質(zhì)的不同,又可分為:闡明滑動螺旋 滾動螺旋 靜壓螺旋闡明 螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動,同時傳送動力。螺旋傳動按其用途不同,可分為以下三種類型: 螺旋機構(gòu)在機床的進給機構(gòu)、起重設(shè)備、鍛壓機械、丈量儀器、工具、夾具、玩具及其他工業(yè)配備中有著廣泛的運用。 螺旋

15、傳動常見的運動方式有:螺桿轉(zhuǎn)動,螺母挪動或螺母固定,螺桿轉(zhuǎn)動并挪動。 螺旋傳動2螺旋傳動二、滑動螺旋的構(gòu)造和資料1滑動螺旋的構(gòu)造整體螺母組合螺母剖分螺母螺母構(gòu)造: 滑動螺旋的構(gòu)造主要是指螺桿、螺母的固定和支承的構(gòu)造方式。螺旋傳動的任務(wù)剛度與精度等和支承構(gòu)造有直接關(guān)系。固定螺釘調(diào)整螺釘調(diào)整楔快 螺桿的資料要有足夠的強度和耐磨性。螺母的資料除了要有足夠的強度外,還要求在與螺桿資料相配合時摩擦系數(shù)小和耐磨。2滑動螺旋的資料闡明 螺旋傳動3螺旋傳動三、滑動螺旋傳動的設(shè)計計算主要失效方式: 螺牙的磨損 設(shè)計準那么:按抗磨損確定直徑,選擇螺距; 校核螺桿、螺母強度等。設(shè)計方法和步驟:1耐磨性計算 滑動螺旋

16、的耐磨性計算,主要是限制螺紋工作面上的壓力,其強度條件:22phHdFPhudFp設(shè)計公式:令2dH那么得:2phFPd5 . 32 . 1普通值越大,螺母越厚,螺紋任務(wù)圈數(shù)越多。式中:Ph5 . 030鋸齒形螺紋Ph75.0矩形和梯形螺紋螺紋任務(wù)高度 螺旋傳動4螺旋傳動2122122)4343dTFdca(ca 根據(jù)計算出的螺紋中徑,按螺紋規(guī)范選擇適宜的直徑和螺距。驗算:10PHu假設(shè)不滿足要求,那么增大螺距。對有自鎖性要求的螺旋傳動,應(yīng)校核自鎖條件:v2螺桿的強度計算 對于受力比較大的螺桿,需根據(jù)第四強度實際求出危險截面的計算應(yīng)力:螺桿的強度條件:vvffarctancosarctan式中,F(xiàn)為螺桿所

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