第7講教案.ppt

1、第七講教案,55 螺栓組聯(lián)接的設計,工程中螺栓皆成組使用，單個使用極少。因此，必須研究螺栓組設計和受力分析。它是單個螺栓計算基礎和前提條件。 螺栓組聯(lián)接設計的順序選布局、定數(shù)目、力分析、設計尺寸,一、結構設計原則,1、布局要盡量對稱分布，螺栓組中心與聯(lián)接結合面形心重合（有利于分度、劃線、鉆孔），受力均勻,2、受剪螺栓組（鉸制孔螺栓聯(lián)接）時，不要在外載作用方向布置8個以上螺栓，要使其受力均勻，以免受力太不均勻。但彎扭作用螺栓組，要適當靠接縫邊緣布局，否則受力太大。,3、合理間距，適當邊距，以利用扳手裝拆,4、避免偏心載荷作用 a）被聯(lián)接件支承面不平突起 b）表面與孔不垂直 c）鉤頭螺栓聯(lián)接,防偏

2、載措施：a）凸合；b）凹坑（魚眼坑）；c）斜墊片,二、螺栓組受力分析,目的求受力最大載荷的螺栓,前提（假設）： 被聯(lián)接件為剛性不變形，只有地基變形。 各螺栓材料、尺寸、預緊力均相同 受力后材料變形在彈性范圍內 接合面形心與螺栓組形心重合，受力后其接縫面仍保持平面,1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接,單個螺栓工作載荷為： F=P/Z P軸向外載荷 Z螺栓個數(shù),2、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接 特點：普通螺栓，鉸制孔用螺栓皆可用，外載垂直于螺栓軸線、防滑 普 通 螺 栓 受拉伸作用 鉸制孔螺栓受橫向載荷剪切、擠壓作用。 單個螺栓所承受的橫向載荷相等 R=R/Z,3、受橫向扭矩螺栓組聯(lián)接,（1）圓形接合面：單個螺栓

3、所受橫向載荷,（2）矩形接合面,a)普通螺栓聯(lián)接,由靜平衡條件,則各個螺栓所需的預緊力為,聯(lián)接件不產生相對滑動的條件為：,b)鉸制孔螺栓聯(lián)接組,由變形協(xié)調條件可知，各個螺栓的變形量和受力大小與其中心到接合面形心的距離成正比,由假設板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應變與半徑成正比。在材料彈性范圍內，應力與應變成正比,由靜平衡條件,4、受傾覆（縱向）力矩螺栓組聯(lián)接,特點：M在鉛直平面內，繞O-O回轉，只能用普通螺栓，取板為受力對象，由靜平衡條件,設單個螺栓工作載荷為Fi,螺栓桿不拉斷的條件,設計公式,驗算公式,右側不壓潰條件（被聯(lián)接件）,QP作用下接合面的擠壓應力,M作用下接合面的擠壓應力,

4、左側不開縫的條件,若受有橫向載荷PH，板不滑動條件為：,被聯(lián)接件相對剛度,實際使用中螺栓組聯(lián)接所受的載荷是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合。計算時只要分別計算出螺栓組在這些簡單受力狀態(tài)下每個螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來，便得到每個螺栓的總工作載荷，再對受力最大的螺栓進行強度計算即可,說明：工程中受力情況很復雜，但均可轉化為四種典型情況進行解決。 計算公式在對稱分布情況下推導，但不對稱也可以用 取轉軸不同，公式計算精度不同。,總設計思路：螺栓組結構設計（布局、數(shù)目）螺栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）求單個螺栓的最大工作載荷（判斷哪個最大）按最大載荷的單個螺栓設計（求d1標準）全組采用同樣

5、尺寸螺栓（互換的目的）,例1:鋼制液壓油缸，油缸壁厚為10mm，油壓p=1.6MPa，D=160mm，計算上蓋的螺栓聯(lián)接和螺栓分布圓直徑D0。,解：,1）決定螺栓工作載荷FE: 取螺栓數(shù)z=8，則FE,2）決定螺栓總拉伸載荷Fa:取FR=1.8FE,3）求螺栓直徑:選取45鋼，s=355MPa（表5-8），不嚴格控制預緊力，表5-10取S=3，則,螺紋小徑為:,故：可取M16的螺栓。,4）決定螺栓分布圓直徑：,取D0=220mm。,6）驗算螺栓分布圓直徑 （參考表5-4）：t04d,58 提高螺栓聯(lián)接強度的措施,影響聯(lián)接強度的因素很多，如材料、結構、尺寸、工藝、螺紋牙間載荷分布、應力幅度、機械

6、性能，而螺栓聯(lián)接的強度又主要取決于螺栓的強度。,一、改善螺紋牙間載荷分布不均狀況,工作中螺栓牙抗拉伸長，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面處第一圈為最大，應變最大，應力最大，其余各圈依次遞減，旋合螺紋間的載荷分布如圖所示。所以采用圈數(shù)過多的加厚螺母，并不能提高聯(lián)接的強度。,辦法：降低剛性，易變形、增加協(xié)調性，以緩和矛盾,a) 懸置螺母 b) 環(huán)槽螺母 c)內斜螺母 d)環(huán)槽內斜,二、降低螺栓應力幅,1、降低螺栓剛性,抗疲勞強度得到提高，可用豎心桿、細長桿、柔性螺栓聯(lián)接,2、增大凸緣剛性,提高了螺栓聯(lián)接疲勞強度，采用高硬度墊片或直接擰在鑄鐵上,3、同時使用Cb,Cm同時適當增加QP,

7、提高被聯(lián)接件剛性Cm 降低螺栓剛性Cb , 同時QP2QP1 理想方法,三、減小應力集中的影響,1）加大過渡處圓角(圖1) 2）改用退刀槽 3）卸載槽，(圖2) 4）卸載過渡結構。（圖3）,四、采用合理的制造工藝,1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強度提高3040%,2）冷作硬化，表層有殘余應力（壓）、氰化、氮化、 噴丸等可提高疲勞強度,3）熱處理后再進行滾壓螺紋，效果更佳，強度提高70100 %，此法具有優(yōu)質、高產、低消耗功能,4）控制單個螺距誤差和螺距累積誤差,59 螺旋傳動,一、螺旋傳動的類型、特點與應用,1、應用,螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉

8、運動變?yōu)橹本€運動或者將直線運動變?yōu)榛剞D運動，同時傳遞運動或動力。,2、傳動形式：,a)螺桿轉動螺母移動 b)螺桿又轉又移（螺母固定）用得多 c) 螺母轉螺桿移 d) 螺母又轉又移（螺桿固定）用得少,A、按用途分三類：,3、螺旋傳動類型,B、螺旋傳動按摩擦副的性質分：,1）滑動螺旋：構造簡單、傳動比大，承載能力高，加工方便、傳動平穩(wěn)、工作可靠、易于自鎖,缺 點 ：磨損快、壽命短，低速時有爬行現(xiàn)象（滑移），摩擦損耗大，傳動效率低（3040%）傳動精度低,1）傳力螺旋舉重器、千斤頂、加壓螺旋 特點：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖 2）傳導螺旋機床進給絲杠傳遞運動和動力 特點：速度高、連續(xù)工作、精

9、度高 3）調整螺旋機床、儀器及測試裝置中的微調螺旋。 特點：是受力較小且不經常轉動,2）滾動螺旋傳動摩擦性質為滾動摩擦。滾動螺旋傳動是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動體（多用鋼球），當傳動工作時，滾動體沿螺紋滾道滾動并形成循環(huán)。按循環(huán)方式有：內循環(huán)、外循環(huán)兩種,特點：傳動效率高（可達90%），起動力矩小，傳動靈活平穩(wěn)，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆運動效率相同，可實現(xiàn)逆?zhèn)鲃印?缺點：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結構復雜，制造工藝要求高，成本較高。,3）靜壓螺旋液體摩擦，靠外部液壓系統(tǒng)提高壓力油，壓力油進入螺桿與螺母螺紋間的油缸，促使螺桿、螺母、螺紋牙間產生壓力油

10、膜而分隔開,特點：摩擦系數(shù)小，效率高，工作穩(wěn)定，無爬行現(xiàn)象，定位精度高，磨損小，壽命長。但螺母結構復雜（需密封），需一穩(wěn)壓供油系統(tǒng)、成本較高。適用于精密機床中進給和分度機構,二、滑動螺旋的設計計算,1、結構與材料,千斤頂?shù)湫徒Y構,2、耐磨性計算,滑動螺旋中磨損是最主要的一種失效形式，它會引起傳動精度下降，空間大，并使強度下降。 磨損的影響因素：工作面的比壓，螺紋表面質量，滑動速度和潤滑狀態(tài) 所以耐磨性計算主要限制螺紋工作面上比壓P要求小于材料的許用比壓,當速度相同時，比壓大，磨損量大 潤滑油不被擠出，易形成油膜潤滑,耐磨性條件：,設計公式：,2、自鎖性驗算,3、螺桿的強度計算,螺桿工作時同時受

11、軸面壓力（拉力）Q與扭矩T的作用，截面受拉（壓）應力與扭剪應力的復合作用 按彎扭復合強度條件計算第四強度理論,4、螺母的螺紋牙強度計算,由于螺母材料的強度通常低于螺桿材料的強度，因此螺紋牙受剪和彎曲均在螺母上。將螺母一圈螺紋沿螺紋大徑處展開，即可視為一懸壁梁，每圈螺紋承受的平均壓力Q/u作用在中徑d2的圓周上。,螺紋牙根部危險剖面的彎曲強度條件為：,剖面 -的剪切強度條件為：,5、螺桿的穩(wěn)定性計算,當螺桿較細長且受較大軸向壓力時，可能會雙向彎曲而失效，螺桿相當于細桿，螺桿所承受的軸向壓力Q應小于其臨界壓力Qca,nS螺桿穩(wěn)定許用安全系數(shù) 傳導螺旋nS =2.54.0；傳力螺旋 nS =3.55

12、.0； 精密螺桿或水平螺桿 nS 4,例：如圖所示，為固定一鋼制立柱上的鑄鐵托架，已知總載荷為4800N,其作用線與垂直線的夾角為500，底板高為340mm，寬為150mm，是設計此螺栓組。,1、螺栓組結構設計 采用如圖所示的結構，螺栓數(shù)z=4，對稱布置。,2、螺栓受力分析,1）在總載荷F的作用下，螺栓組聯(lián)接承受以下各力和傾覆力矩的作用：,軸向力(F的水平分力Fh，作用于螺栓組中心，水平向右),橫向力(F的垂直分力Fv，作用于結合面，垂直向下),傾覆力矩（順時針方向）：,2）在軸向力Fh的作用下，各螺栓所受的工作阻力為：,3）在傾覆力矩M的作用下，上面兩螺栓受到加載作用，而下面兩螺栓受到減載作

13、用，故上面的兩螺栓受力較大，所受到的載荷為,故上面的螺栓所受到的工作載荷為 ：,4）在橫向力FV的作用下，底板聯(lián)接結合面可能發(fā)生滑移，根據(jù)底板結合面不滑移的條件,查表知道：f =0.16， 取Ks=1.2,則,則各螺栓所需要的預緊力為：,5）上面每個螺栓所受的總拉力F2為,3、確定螺栓直徑,選擇螺栓材料為Q235、性能等級為4.6的螺栓，則知,查表得安全系數(shù)S=1.5，故螺栓材料的許用應力,求螺栓危險截面的直徑（螺紋小徑d1）為,按粗牙普通螺紋標準，選用螺紋公稱直徑d=12mm.,4、校核螺栓組聯(lián)接結合面的工作能力,1）聯(lián)接結合面下端的擠壓應力不超過許用值，以防止結合面壓碎。,查表檢驗一下看結合面下