螺紋聯(lián)接受力分析.ppt

1、千斤頂為什么不會自動向下滑動？,螺紋連接如受力作用，螺紋尺寸有何要求？,螺旋副的受力分析、 效率和自鎖,以矩形螺紋為例：把螺母和重物簡化為滑塊FQ，螺母處受推力Ft的作用，假想在螺紋中徑處展開，得一斜面，F(xiàn)t為作用在中 徑處的水平推力。,1）受力分析,FQ軸向力,由FN和fFN合力構(gòu)成的總反力FR， FR與FN之間夾角 稱為摩擦角。, 僅與摩擦系數(shù)f有關(guān),FN 支反力,fFN 摩擦力 f 摩擦系數(shù),V,FQ,Ft,fFN,FN,FR,FR,Ft,FQ,Ft旋轉(zhuǎn)螺母的水平推力,由平衡條件可知：,螺紋力矩：,由此可以看出，螺紋力矩 T 隨工作載荷 FQ 、螺紋升角 和摩擦角 的增大而增大。,當(dāng)滑塊

2、上升時(shí)， FR與FQ的夾角是+， 則：,自鎖：即指沒有外力作用時(shí)，物體自己不會下滑。 螺旋副自鎖：無論軸向載荷FQ多大，如無外力矩作用，螺母和螺桿都不會產(chǎn)生相對軸向移動。 當(dāng)千斤頂舉重物到一定的高度，螺母停止轉(zhuǎn)動，釋去力矩T，螺母仍停在原處，而不因重物下滑。這種現(xiàn)象稱為自鎖。,2）自鎖,滑塊在FQ力作用下有下滑趨勢時(shí)，摩擦力fN將反向。,V,FQ,Ft,fFN,FN,FR,FR,Ft,FQ,滑塊在FQ力作用下有下滑趨勢時(shí)，摩擦力fFN將反向，此時(shí)Ft變?yōu)橹С至Α?由平衡條件可知：,當(dāng) = 時(shí),自鎖條件：,當(dāng) 時(shí),由此可見，細(xì)牙螺紋比粗牙螺紋的自鎖性能好。,輸入功,輸出功一部分舉起重物，另一部分

3、克服摩擦力,有用功,則效率,3）效率,當(dāng)螺母旋轉(zhuǎn)一周，滑塊沿力Ft的方向移動了d2的距離。,當(dāng)不變時(shí)，效率 是 的函數(shù)。,對求導(dǎo) =0，得,此時(shí)，效率 最大，但升角過大，制造困難，一般取 25,要滿足自鎖條件 ，則,一般取=6，為了保證自鎖，可取 4.5,故50%，所以自鎖螺紋的效率較低。,效率分析,摩擦力：,FN,FN,4）方牙螺紋受力分析,方牙螺紋受力的情況：,三角型楔面的法向反力：,摩擦力：,令,當(dāng)量摩擦系數(shù),當(dāng)量摩擦角,FN,FN,FN1,1,5）三角螺紋受力分析,三角螺紋斜角,三角螺紋、梯型螺紋螺旋副中力的關(guān)系式:,螺紋力矩：,自鎖條件：,效率：,當(dāng)量摩擦系數(shù)越小，力矩T就越小，越省

4、力；當(dāng)量摩擦系數(shù) 越小，效率就越高； 當(dāng)量摩擦系數(shù) 與牙型角有關(guān)，牙型角越小，效率就越高，越省力，但自鎖性能降低； 螺旋升角 越小，力矩T就越小，越省力，但效率 降低； 線數(shù)n 越少，則螺旋升角 越小，自鎖性能好，但效率 降低。,6）三角螺紋受力分析討論,常用螺紋緊固件聯(lián)接 的設(shè)計(jì)計(jì)算,螺栓緊固件設(shè)計(jì)是通過強(qiáng)度計(jì)算來確定聯(lián)接件中的螺栓直徑尺寸。在設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。 （1）布置要對稱，受力要均勻； （2）不要使被聯(lián)接件強(qiáng)度削弱太多； （3）螺母和螺栓頭部支撐面應(yīng)平整（凸臺、凹坑）； （4）注意扳手空間和裝拆方便； （5）同一機(jī)器上的螺紋規(guī)格盡可能少。,1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題,以吊鉤為例：

5、 松螺栓聯(lián)接裝配時(shí)，不需把螺栓擰緊，螺栓在承受載荷前螺栓不受力。 此時(shí)，一般按最大載荷計(jì)算確定螺栓的直徑或校核危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度。,2、 松螺栓聯(lián)接的受力分析,FQ0,強(qiáng)度公式：,Mpa,設(shè)計(jì)公式：,mm,FQO ：最大載荷 N；,材料的許用應(yīng)力 Mpa；,d1: 螺栓的最小直徑 mm。,FQ0,3、受橫向力普通螺栓聯(lián)接受力分析,受橫向力普通螺栓聯(lián)接受力分析,用普通螺栓聯(lián)接時(shí)，承受橫向載荷，靠擰緊螺母時(shí)足夠的預(yù)緊力FQO，被聯(lián)接件間產(chǎn)生足夠的摩擦力，使被聯(lián)接件間不產(chǎn)生相對滑動。 此時(shí)在FQO的作用下，產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力為：,Mpa,f:摩擦系數(shù) c:防滑安全系數(shù)c=1.1-1.3 m:接觸面數(shù)。 當(dāng)摩

6、擦面增加時(shí)，摩擦力為mFQOf,在螺栓受拉的同時(shí)，為了擰緊螺母，螺栓受到克服螺紋之間的相對轉(zhuǎn)動阻力矩（螺紋力矩）M1的作用。,由此產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力,d1：危險(xiǎn)截面的直徑，一般為螺紋小徑。,對于M10-M68的普通螺紋,按第四強(qiáng)度理論,受橫向載荷時(shí)的強(qiáng)度條件:,Mpa,在危險(xiǎn)截面上既有拉應(yīng)力又有扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力,強(qiáng)度條件,Mpa,： 材料的許用應(yīng)力Mpa,FQ0 : 預(yù)緊力 N d1 : 螺紋小徑 mm,設(shè)計(jì)公式,mm,從受橫向力載荷的普通螺栓聯(lián)接，當(dāng)f=0.15，c=1.2， m=1時(shí)，,即預(yù)緊力是橫向載荷的8倍，在工程中常用鉸制孔螺栓承受聯(lián)接橫向載荷，此時(shí)螺栓無需預(yù)緊力，螺栓受剪切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力。,4、受橫向力鉸制孔螺栓聯(lián)接受力分析,剪切應(yīng)力,Mpa,擠壓應(yīng)力,d0：鉸制孔螺栓光桿直徑mm；,螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁間接 觸受力最小軸向長度 mm；,：許用剪切應(yīng)力Mpa；,計(jì)算中較弱材料的許用擠壓 應(yīng)力Mpa。,Mpa,螺紋緊固件的材料一般為Q235A、10、35、45鋼和合金鋼。,4、螺