單個(gè)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算

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1、7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí) 7.2 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松 7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析 7.5 螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力 7.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 7.7 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介 7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介,第7章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng),,7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí),左旋螺紋和右旋螺紋 單線螺紋和多線螺紋,螺紋分為內(nèi)螺紋和外螺紋，二者共同組成螺紋副用于聯(lián)接和傳動(dòng)。,螺紋的牙型,7.1.1 螺紋的類型,三角形 矩形 梯形 鋸齒形,,主要用于聯(lián)接,多用于傳動(dòng),,7.1.2 螺紋的主要參數(shù),大經(jīng)d,小徑d1,中經(jīng)d2,螺距P,導(dǎo)程S,升角l,牙型角a、牙型斜角

2、b,7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí),,普通螺紋,7.1.3 常用螺紋的特點(diǎn)及應(yīng)用,管螺紋,矩形螺紋,梯形螺紋,鋸齒形螺紋,7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí),,1.螺栓聯(lián)接,7.1.4 螺栓聯(lián)接的基本類型,7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí),7.1 概述,2.雙頭螺柱聯(lián)接,,3. 螺釘聯(lián)接,7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí),,4. 緊定螺釘聯(lián)接,7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí),7.1.5 標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件,1.螺栓、螺柱、螺釘聯(lián)接件,7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí),,2.緊定螺釘、螺母,7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí),,3.墊圈,7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí),,7.2 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松,一般螺紋聯(lián)接在裝配的時(shí)候都必須擰緊，以增強(qiáng)聯(lián)

3、接的可靠性、緊密性和防松能力。,7.2.1 螺栓聯(lián)接的預(yù)緊,對(duì)于一般聯(lián)接，可憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制預(yù)緊力F0的大小，但對(duì)于重要的聯(lián)接就要嚴(yán)格控制其預(yù)緊力。,T=T1+T2=KF0d,擰緊時(shí)扳手力矩為,T可由測(cè)力矩扳手測(cè)定!,式中K為擰緊力矩系數(shù),可查表,7.2 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松,7.2.2 螺栓聯(lián)接的防松,聯(lián)接中常用的單線普通螺紋和管螺紋在沖擊、震動(dòng)或變載荷的作用下容易產(chǎn)生松脫現(xiàn)象。,螺紋聯(lián)接放松的根本問(wèn)題在于要防止螺旋副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。,常用的防松方法:,摩擦防松,機(jī)械防松:,其他防松,彈簧墊圈,對(duì)頂螺母,尼龍圈鎖緊螺母,開(kāi)口銷,帶翅墊片,止動(dòng)墊片,7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)

4、算是螺紋聯(lián)接設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。,根據(jù)聯(lián)接的的工作情況，可將螺栓按受力形式分為受拉螺栓和受剪螺栓，兩者失效形式是不同的。,設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：針對(duì)具體的失效形式，通過(guò)對(duì)螺栓的相應(yīng)部位進(jìn)行相應(yīng)強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)計(jì)算（或強(qiáng)度校核）。,螺栓聯(lián)接的計(jì)算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋的公稱直徑（大經(jīng)）d等。,7.3.1 受拉螺栓聯(lián)接,7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,1.松螺栓聯(lián)接,強(qiáng)度條件：,設(shè)計(jì)公式：,,式中s為松聯(lián)接螺栓的許用拉應(yīng)力（MPa）,查表,d1計(jì)算出后,再按標(biāo)準(zhǔn)查選螺紋的公稱直徑。,2.緊螺栓聯(lián)接,只受預(yù)緊力緊螺栓聯(lián)接,7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,螺栓螺紋部分處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的符合應(yīng)力狀態(tài)。,螺

5、栓危險(xiǎn)界面上的拉伸應(yīng)力為,螺栓危險(xiǎn)界面上的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力為,7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算,對(duì)于常用的單線、三角形螺紋的普通螺栓，取fv=tan jv=0.15，簡(jiǎn)化處理的t=0.5s，根據(jù)第四理論，可求出當(dāng)量應(yīng)力se為,,因此，強(qiáng)度條件為：,,即,,設(shè)計(jì)公式為,,受橫向外載荷的緊螺栓聯(lián)接,7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算,載荷與螺栓軸向垂直，靠被聯(lián)接件間的摩擦力傳遞。螺栓受載前需預(yù)緊,受載前后受力相同。螺栓內(nèi)部危險(xiǎn)截面上既有軸向預(yù)緊力F0形成的拉應(yīng)力s，又有因螺栓與螺紋牙面間的摩擦力矩T1而形成的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力t。,受力特點(diǎn),螺栓預(yù)緊力,,當(dāng)f=0.15、Kf=1.1、m=1時(shí)，可得,,此結(jié)構(gòu)，要使聯(lián)

6、接不發(fā)生滑動(dòng)，螺栓要承受7倍于橫向外載荷的預(yù)緊力。結(jié)構(gòu)笨重、不經(jīng)濟(jì)。因此要避免這種結(jié)構(gòu)，而采用新結(jié)構(gòu)。,承受軸向靜載荷的緊螺栓聯(lián)接,7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算,載荷方向與螺栓軸向一致,螺栓受載前需預(yù)緊,受載前后受力不同.螺栓內(nèi)部危險(xiǎn)截面上同樣既有拉應(yīng)力s,又有扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力t.,受力特點(diǎn),強(qiáng)度條件:,設(shè)計(jì)公式:,式中FS為螺栓受載后所受的軸向總拉力(N),通過(guò)受載前對(duì)螺栓的預(yù)緊,和受載后螺栓軸向拉力的分析,可知,這里F為單個(gè)螺栓的軸向載荷, F0為殘余軸向預(yù)緊力,,,FS=F+ F0,7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算,7.3.2 受剪切螺栓聯(lián)接,受力特點(diǎn)：螺栓受載前后不需預(yù)緊，橫向載荷靠螺栓桿與螺栓

7、孔壁之間的相互擠壓傳遞。,擠壓強(qiáng)度條件,剪切強(qiáng)度條件,,,7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析,要設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的幾何形狀。,7.4.1 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析,螺栓的布置應(yīng)使螺栓的受力合理,7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析,螺栓的布置應(yīng)有合理的間距、邊距,7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析,同一組螺栓聯(lián)接中各螺栓的直徑和材料均應(yīng)相同,7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析,避免螺栓承受偏心載荷,7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析,7.4.2 螺栓組聯(lián)接的受力分析,螺栓組受力分析的目的是，根據(jù)螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受載最大的螺栓及其

8、受力。受力分析是在作如下假設(shè)條件下進(jìn)行的，即：,同組中的各螺栓都受相同的預(yù)緊力。,螺栓組的對(duì)稱中心與被聯(lián)接結(jié)合面的形心重合。,被聯(lián)接件為剛體,聯(lián)接結(jié)合面為剛性平面。,螺栓的變形在彈性范圍內(nèi)。,7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析,螺栓組受力可劃分為4種典型情況：,受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接,受旋轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接,受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接,受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接,各種復(fù)雜受力情況都可看作以上四種情況的不同組合。,7.5 螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力,7.5.1 螺紋聯(lián)接件的材料,其它對(duì)螺紋有特殊要求（如防腐、耐高溫）時(shí)，應(yīng)選擇有特殊性能的材料。,一般螺紋聯(lián)接件常用材料為低碳鋼和中碳鋼，如Q215、Q

9、235、15、35、45等,受沖擊、振動(dòng)和變載荷作用的螺栓可用合金鋼，如15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB等,7.5 螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力,螺栓材料的許用拉應(yīng)力按下式確定:,式中S為安全系數(shù)。緊聯(lián)接螺栓若不控制預(yù)緊力，則S大小與螺栓直徑和載荷性質(zhì)有關(guān)，此時(shí)設(shè)計(jì)螺栓聯(lián)接時(shí)，常用試算法確定S。即先預(yù)估螺栓直徑，再與計(jì)算出的螺栓直徑作比較后，對(duì)S作調(diào)整和計(jì)算。,7.5 螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力,7.5.2 螺紋聯(lián)接的許用應(yīng)力,7.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，提高螺栓強(qiáng)度有以下幾種措施：,改善螺紋牙間的載荷分配,內(nèi)斜螺母,環(huán)槽螺母,懸置螺母,

10、螺紋牙間載荷分配關(guān)系,減小螺栓的應(yīng)力變化幅度,7.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,受變載荷作用的螺栓，其應(yīng)力也在一定的幅度內(nèi)變動(dòng)，減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度等皆可以使螺栓的應(yīng)力變化幅度減小。,減小螺栓剛度的方法,a.柔性螺栓,b.彈性元件,7.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,增大被聯(lián)接件剛度的方法,a.金屬墊片,b.密封環(huán),減小應(yīng)力集中,7.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,7.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施,避免附加彎曲應(yīng)力,7.7 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介,螺旋運(yùn)動(dòng)是利用由螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的場(chǎng)合。,7.7.1 螺旋傳動(dòng)的類型,傳力螺旋

11、,傳動(dòng)螺旋,調(diào)整螺旋,7.7.2 螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)及材料,1.螺母結(jié)構(gòu),整體螺母,不能調(diào)整間隙，只能用在輕載且精度要求較低的場(chǎng)合,組合螺母,這種螺母便于操作，一般用于車床溜板箱的螺旋傳動(dòng)中,2.螺桿結(jié)構(gòu),通常采用牙型為矩形、提醒或鋸齒形的右旋螺紋。特殊情況下也采用左旋螺紋。,7.7 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介,3.材料,一般螺桿的選用原則如下：,高精度傳動(dòng)十多選碳素工具鋼,需要較高硬度，可采用鉻錳合金鋼或者采用65Mn鋼,一般情況下可用45、50鋼,螺母材料可采用鑄造錫青銅，重載低速的場(chǎng)合可選用鑄造鋁鐵青銅，而輕載低速時(shí)也可選用耐磨鑄鐵。,7.7 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介,7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介,在螺桿和螺母制

12、建設(shè)有封閉循環(huán)的滾道，在滾道間填充鋼珠，使螺旋副的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，提高傳動(dòng)效率，這種傳動(dòng)稱為螺旋傳動(dòng)，又稱為滾珠絲杠副。,7.8.1 滾珠絲杠的分類、特點(diǎn)和應(yīng)用,1.滾珠絲杠的分類,按用途,定位滾珠絲杠,傳動(dòng)滾珠絲杠,通過(guò)旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程控制軸向位移量，稱為P類滾珠絲杠,用于傳動(dòng)動(dòng)力的滾珠絲杠，稱為T類滾珠絲杠,7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介,按循環(huán)方式,內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠,外循環(huán)滾珠絲杠,7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介,2.滾珠絲杠的特點(diǎn)及應(yīng)用,滾珠絲杠的優(yōu)點(diǎn),滾動(dòng)摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高,啟動(dòng)扭矩接近運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩，工作較平穩(wěn),磨損小且壽命長(zhǎng)，可用調(diào)整裝置調(diào)整間隙，傳動(dòng)精度與剛度均得到提高,不具有自鎖性，可將

13、直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介,滾珠絲杠的缺點(diǎn),結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難,在需要防止逆轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)中，要加字所機(jī)構(gòu),承載能力不如滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)大,滾動(dòng)絲杠多用在車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及對(duì)傳動(dòng)精度要求較高的場(chǎng)合。,7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介,7.8.2 滾珠絲杠副的特征代號(hào)及標(biāo)注,,,,,,,,,,精度等級(jí),類型(P/T),承載鋼珠圈數(shù),螺紋旋向,公稱導(dǎo)程,公稱直徑,結(jié)構(gòu)特征,預(yù)緊方式,循環(huán)方式,7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介,,螺栓聯(lián)接,雙頭螺柱聯(lián)接,螺釘聯(lián)接,緊定螺釘聯(lián)接,測(cè)力矩扳手,彈簧墊圈,對(duì)頂螺母,尼龍圈鎖緊螺母,開(kāi)口銷,帶翅墊片,止動(dòng)墊片,沖點(diǎn)法,粘合法,焊點(diǎn)法,串聯(lián)鋼絲,螺栓預(yù)緊前的受力分析,螺栓加載后的受力分析,螺紋牙間載荷分配關(guān)系,彈性元件,金屬墊片,密封環(huán),傳力螺旋,傳動(dòng)螺旋,調(diào)整螺旋,左旋,右旋,單線螺紋和多線螺紋,