机械原理课件

2.
二、螺纹联接的防松
1. 防松的必要性 在静载荷下，螺纹联接能满足自锁条件：导程角 小于当量摩擦角。 在冲击、振动和变载荷作用下，或当温度变化较 大时，联接有可能松动，甚至松开，容易发生事故。 所以，在设计螺纹联接时，必须考虑防松问题。
2. 防松的根本问题 防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转 动。
2. 受力最大螺栓工作拉力Fmax（上边螺栓FI）
Q 2589 F1 ＝1299 （N） Q力引起 Z 2 mrmax ml 430 2＝ ＝1720 （N） m力矩引起 F2＝ 2 2 2 r1 r2 ... rz 2l 0.25 FI＝F1 F2 1299 1720 ＝3019 （N） Fmax＝FI＝3019 （N）
机 械 设 计
（螺纹联接）
主讲人：闻岩
第二章 螺纹联接
§ 2-1 联接类型和螺纹联接简介 § 2-2 螺纹联接的拧紧和防松
§ 2-3 螺纹组联接的受力分析
§2-4 单个螺栓强度计算 §2-5 提高螺栓联接强度的措施 螺纹联接设计实例
§ 2-1 联接类型和螺纹联接简介
螺纹连接联接类型
螺纹联接应用简介
以上三点都与预紧力密切相关，所以采用前一个包含 预紧力的公式计算F0更加直接方便。
因此，设计步骤应该：
1、按螺栓组受力分析，计算出受力最大螺栓的工作载荷 Fmax。
2、按照上述的螺栓组联接的三种失效形式求得预紧力F′。 3、按照下面公式求得螺栓总拉力。 C1
F0＝F'
dc
C1 C2
4 1.3F 0 πσ
b、关于残余预紧力
其中F″称为残余预力，由不离缝条件来确定.
不离缝条件为残余预紧力F″>0。考虑到可靠性，余 预紧力F″具体取值如下：
当工作载荷F不变时：
F″=（0.2~0.6）F 当工作载荷F变化时： F″=（0.6~1.0）F 对于压力容器：
F″=（1.5~1.8）F
c、关于应力幅
当工作拉力F为动载荷（0~F~0~F）时，螺栓所受总 拉力是变化的（ F′~ F0 ~F′~ F0）。拉力变化的幅度称为 拉力幅Fa，由图可知Fa计算公式如下
查手册：取M18螺栓或者取M20螺栓
M18螺栓： d＝18mm d ＝16.376mm 16.16mm 1 d 2 17.026mm P 2.5mm
M 20螺栓： d＝20mm d ＝17.294mm 16.16mm 1 d 2 18.376mm P 2.5mm
4. 各螺栓预紧力相同
二、 受拉螺栓组联接受力分 析
1. 受拉螺栓组联接承受横向力
2. 受拉螺栓组联接承受旋转力矩
动画模拟 注意：横向力和旋转力矩对于螺栓联接而言均属横向载荷， 在横向载荷作用下，螺栓联接的受力分析有如下特点:
（1）联接是靠摩擦力传递载荷，预紧力由不滑移条件来确定；
（2） 各螺栓受力相等，均为预紧力，而且加载前后保持不变。
五、 校核挤压强度（有m时）
ZF' m Q σB σ pmax＝ σ AJ W AJ [S] P
计算略
六、 校核应力幅（变载荷时）
C1 2F σ a＝ σa 2 C1 C 2 πd c
工作过程模拟 力—变形关系
a. 松联接
b. 只受预紧力
c. 预紧力和工作载 荷联合作用
2. 改善办法(减小螺距差)
（1）采用环槽螺 母或者悬置螺母； 使得螺杆和螺母 均受拉
（2）采用内斜螺 母；减小受力大 螺牙的刚度，将 力转移到原来受 力小的螺牙上.
（3）采用低弹性 模量螺母或者钢 丝螺套。
二、避免附加弯曲应力
螺纹牙根对弯曲很敏感，弯曲应力对螺纹联接最 具破坏性。 1、 改善措施： （1） 支承面平整 （2） 避免偏心载荷 。 2、具体方法如下
强度公式
预紧力和工作载荷联合作用的紧螺栓强度条件为：
（考虑工作状态下的补 充拧紧）
（工作载荷F变化 时使用）
一、 改善螺纹牙间载荷分布
1. 螺纹牙间载荷分布的不均匀性. 螺杆和螺母拧紧后，螺杆受拉，螺距增加；而螺母 受压，螺距减小，造成一定的螺距差。 这种螺距差在螺杆与螺母开始旋合的第一圈最大，以 后各圈迅速减小，造成第一圈螺纹受力最大，以后各圈螺 纹受力迅速减小，8~10圈以后螺纹牙几乎不受力。 这就是螺纹牙间载荷分布的不均匀性。过程模拟 由模拟过程可见，增加螺母的高度，对于提高螺纹联 接强度并无效果。
二、 螺栓联接组失效计算（求预紧力F′）
（1）不离缝条件
FI " (0.2 ~ 0.6)Fmax 0.4Fmax C2 C2 F' FI " Fmax (0.4 )Fmax C1 C2 C1 C2 ①
（2）不滑移条件
μ （FI " FII "... Fz "） Kf R μ （FI " FII "） Kf R C2 C2 FI "＝F ' FI＝F' （F1 F2） C1 C 2 C1 C 2 C2 C2 FII "＝F' FII＝F' （F1 F2） C1 C 2 C1 C 2 C2 C2 FI " FII "＝2F'2 F1＝Z（F' F1） （Z＝2） C1 C 2 C1 C 2 （与m产生的F2无关） F'＝ Kf R C2 F1 μ Z C1 C 2 ②
设计分析：在螺栓组设计中，首先要考虑被联接零件的受载荷 方式，选取适当的螺栓类型，然后根据被联接件的尺寸和形状， 设计螺栓的个数和分布形式。对于此螺栓组，由于受倾斜方向 的拉力，既有轴向力又有径向力，因此采用受拉螺栓，其螺栓 直径设计公式如下：
4 1.3F 0 dc π σ
公式中，螺栓的许用拉应力[σ] 通过查表得到；受力最大螺栓 的总拉力为F0 通过公式计算获得，计算公式为：
二、 受剪螺栓
动画模拟
三、 受拉螺栓
1. 松螺栓
dc 当量直径
2. 只受预紧力的紧螺栓
工作过程模拟 力力—变形关系图，可知螺栓所受的总拉力F0、 预紧力F′、残余预紧力F″和工作拉力F之间的关系如下：
式中
C1——螺栓刚度； C2——被联接件刚度； C1/（C1+C2）——相对刚度系数。
4 F dc π σ
4 1.3F' dc π σ
4 1.3F 0 dc π σ
思考题
思考题
思考题
思考题
思考题
请见实例
实例
动画模拟
实例
播放
F
4、利用单个螺栓强度公式求得螺栓直径。
1. 力系简化
一、螺栓组联接受力分析（求Fmax）
Q＝P cosα 3000 cos30＝2589 （N） R＝Psinα 3000 sin30＝ 1500 （N） m＝RA QB 1500 0.2 2589 0.05 ＝430 （N m）
三、减少应力集中
（1） 增加螺纹牙根圆角半径； （2）采用合理的制造工艺。
四、 减小应力幅
当最大应力一定时，减小应力幅，可以提高螺 纹联接的疲劳强度。 由应力幅的计算公式:
可知:减小螺栓刚度C1或者增加被联接件刚度 C2可以减小应力幅。
减小螺栓刚度C1或者增加被联接件刚度C2可以减小 应力幅。由螺栓联接的力——变形关系图也可以说明这 一点。
取F′＝8539N
三、 螺栓总拉力F0的计算
C1 F0＝F' Fmax＝8539 0.2 3019 ＝9143N C1 C2
四、螺栓参数确定
4 1.3F 4 1.3 9143 3 0 dc ＝ ＝ 16.1610 m＝ 16.16mm 6 πσ 3.14 5810
§2-4 单个螺栓强度计算
失效形式和计算准则 受剪螺栓强度计算
受拉螺栓强度计算
一、 螺栓联接的失效形式和计算准则
1、受剪螺栓 其失效形式为 螺栓杆的剪断；栓 杆或被联接件孔接 触表面的的挤压破 坏。因此其计算准 则为:
[ ]
jy [ jy]
2、受拉螺栓
其失效形式为螺栓杆的断裂或 塑性变形，以及栓杆疲劳断裂。 因此其计算准则为:
一、联接类型
螺纹联接通常有以下几种形式：
螺栓联接
双头螺柱联接
螺钉联接 紧定螺钉联接
二、螺纹联接应用简介
轿车
机床
摩托车
飞机机翼
发动机气缸
化工管道
自行车
锁紧螺母
汽车轮胎
§ 2-2 螺纹联接的拧紧和防松
1.拧紧的目的.
一、螺纹联接的拧紧
螺纹联接拧紧能增强联接的刚性，增加紧密性 和提高防松能力。对于受拉螺栓联接，还可以提 高螺栓的疲劳强度；对于受剪螺栓联接，有利于 增大联接的摩擦力。
表2－5 表2－4 表2－5 σs 240 [σ ] 58MP a [ S ] s 4.15 Q235 性能等级4.6 σ B＝400MP a、 σ s＝240MP a 2200k m [S ]s＝ ＝4.15 2 －7 900 －（700000 －F0） 10 （普通钢k m＝1、F0＝9143N、不控制预紧力）
3. 受拉螺栓组联接承受轴向力
4. 受拉螺栓组联接承受翻转力矩
动画模拟
三、受剪螺栓组联接受力分析
受剪螺栓组联接是靠螺栓受剪以及被联接件和 螺栓之间的相互挤压传递载荷。 1. 受剪螺栓组联接承受横向力
动画模拟
2. 受剪螺栓组联接承受旋转力矩
动画模拟
说
明
上述各种螺栓组联接所受的工作载荷可以理解为 “标准受力状态”。但是在实际应用中，经常会出现 非“标准状态”，因此，需要进行工作载荷的分解， 把作用在螺栓组上的实际工作载荷分解成若干“标准 状态”进行分析，然后，再进行单个螺栓处受力的合 成。 （见若干实例）