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1、,螺纹连接习题课,一、单项选择题（从A、B、C、D中选一个答案） 当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能 。 A. 好 B. 差 C. 相同 D. 不一定,A,2. 对于连接用螺纹，主要要求连接可靠，自锁性能好，故常选用 。 A. 升角小，单线三角形螺纹 B. 升角大，双线三角形螺纹 C. 升角小，单线梯形螺纹 D. 升角大，双线矩形螺纹,A,3. 当铰制孔用螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓 。 A. 必受剪切力作用 B. 必受拉力作用 C. 同时受到剪切与拉伸 D. 既可能受剪切，也可能受挤压作用,4. 计算紧螺栓连接的拉伸强度时，
2、考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的 倍。 A. 1.1 B. 1.3 C. 1.25 D. 0.3,D,B,5. 在螺栓连接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是 。 A. 提高强度 B. 提高刚度 C. 防松 D. 减小每圈螺纹牙上的受力,6. 在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了 。 A. 受力均匀 B. 便于装配. C. 外形美观 D. 降低成本,C,B,7. 在螺纹联接中，按防松原理，采用双螺母属于_。 A摩擦防松B机械防松 C破坏螺旋副的关系防松 D增大预紧力防松,8在螺纹联接设计中，被联接件与螺母和螺栓头的联接表面加工凸台或沉头座是为了_ A
3、使工作面均匀接触 B使接触面大些，提高防松能力 C安装和拆卸时方便 D使螺栓不受附加载荷作用,A,D,9当螺栓组承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓_。 A. 必受剪应力作用B. 必受拉应力作用 C. 同时受到剪切和拉伸 D. 既可能受剪切，也可能受拉伸,10随着被联接件刚度的增大，螺栓的疲劳强度_。 A提高B降低 C不变D可能提高，也可能降低,D,A,请判断下列螺纹的旋向？,一螺旋拉紧装置如图所示，若按图上箭头方向旋转中间零件，能使两端螺杆A和B向中央移动，从而将两零件拉紧。试问该装置中螺杆A和B上的螺纹旋向是右旋还是左旋？,答：如图所示若按图上箭头方向旋转中间零件，使两端螺杆A和B向
4、中央移动，从而将两零件拉紧，螺杆A和B的螺旋线方向必相反，根据相对运动关系，螺杆A为左旋，螺杆B为右旋。, 弹簧垫圈尺寸不对，缺口方向也不对；,试找下图中普通螺纹连接结构中的错误。, 螺栓安装方向不对，装不进去，应掉过 头来安装；, 一般连接不应采用扁螺母；, 螺纹伸出部分过长；, 无螺纹余留长度，螺母拧紧不可靠；, 被连接件表面没加工，应做出沉头座孔并刮平，避免拧紧螺母时螺栓产生附加弯曲应力；, 普通螺栓连接被连接件孔要大于螺栓大径，而下部被连接件孔与螺栓杆间无间隙；,首先将P向0点简化，可以得到一个横向力和一个转矩。, 在P 作用下每个螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？, 在T 作用下每
5、个螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？, 将P和T作用下螺栓所受的力进行合成，结果如何？,图示为铰制孔用螺栓组连接的两种方案，试分析哪个方案较好？,铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。已知L=300mm，a=60mm，试求螺栓组联接的三个方案中，受力最大的螺栓所受的力各为多少？哪个方案较好？,将力F平移到各结合面中心，得扭转力矩,各方案中在力F作用产生的剪切力为,。,解：将力F平移到各结合面中心，扭转力矩M作用 下产生的剪切力为,。 对方案1,扭转力矩M作用下产生的剪切力为,对方案1,很显然，第3个螺栓受力最大，最大力,对方案2,很显然，1、3两个螺栓所受力相等，均为最大值，其最大值,对方案
6、3,在图示螺栓联接中采用两个M20的普通螺栓,其许用拉应力,，联接件接合面间摩擦系数,，防滑系数,。请计算该联接允许传递的静载荷F。（M20螺栓的小径,）。,，联接件接合面间摩擦系数,，防滑系数,。请计算该联接允许传递的静载荷F。（M20螺栓的小径,）。,，联接件接合面间摩擦系数,，防滑系数,。请计算该联接允许传递的静载荷F。（M20螺栓的小径,）。,，联接件接合面间摩擦系数,，防滑系数,。请计算该联接允许传递的静载荷F。（M20螺栓的小径,）。,，防滑系数,。请计算该联接允许传递的静载荷F。（M20螺栓的小径,）。,在图示螺栓联接中采用两个M20的普通螺栓,其许用拉应力,，联接件接合面间摩擦
7、系数,，防滑系数,请计算该联接允许传递的静载荷F。（M20螺栓的小径 ）。,）。,联接件接合面间摩擦系数 f =0.2,防滑系数,求螺栓预紧力,螺栓承受的拉应力,综合以上两式得,解题要点：,单个螺栓的最大轴向工作载荷F：,2.螺栓所受总拉力F2：,3.被连接件残余预紧力F1：,4.校核螺栓疲劳强度 ： 螺栓危险截面受到的拉应力,故螺栓强度不够,（一）防松的目的,思考：连接螺纹一般具有自锁性，为何还要防松？,（二）防松的方法,具体方法有三种：, 5-4 螺纹连接的防松,1、摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母,2、机械防松：开口销、止动垫片、串连钢丝,3、永久防松：焊、粘、冲,具体内容见表 5
8、- 3,开口销与六 角开槽螺母,串连钢丝,2. 采用专门防松元件防松,圆螺母用止动垫圈,潘存云教授研制,止动垫圈,3. 其他方法防松,涂粘合剂,5-4 螺纹连接的防松,设计步骤：,5-5 螺栓组连接的设计,结构设计,对不重要的螺栓连接，可用类比法确定，不再进行强度校核。,（一）螺栓组连接的结构设计, 基本原则：, 设计目的：,确定接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和接合面受力均匀、便于加工装配。,5-5 螺栓组连接的设计,2. 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理,A) 对铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；,合理,不合理!,B) 当
9、螺栓连接受弯矩或转矩作用时，应使螺栓的位置靠近接合面的边缘，以减少螺栓的受力。,3. 螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间,C) 若同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用抗剪零 件来承受横向载荷。,键,套筒,销,对压力容器等紧密性要求较高的重要连接，螺栓的间距 t0 不大于表5-4所推荐的数值。,4. 为便于在圆周上钻孔时的分度和画线，分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成: 4、6、8 等偶数。,同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。,5. 避免螺栓承受附加的弯曲载荷,螺栓组的结构设计，还包括合理地选择螺栓组的防松装置。,(二) 螺栓组连接的受力分析,目的： 求出受力最大的螺
10、栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。, 假设： 1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 2）螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合； 3）受载后连接接合面仍保持为平面。,5-5 螺栓组连接的设计, 典型的螺栓组受载情况：,1受横向载荷的螺栓组连接,铰制孔用螺栓连接,普通螺栓连接,Question：在横向载荷的作用下被连接件之间有何运动趋势？,载荷的特点：,载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组的对称中心。,(二) 螺栓组连接的受力分析,1受横向载荷的螺栓组连接,A 若采用铰制孔用螺栓连接,每个螺栓所受工作剪力为：,工作原理: 依靠螺栓杆受剪切和受挤压来抵抗横向载荷F,(5-8)
11、,1受横向载荷的螺栓组连接,B 若采用普通螺栓连接,工作原理: 靠螺栓预紧后在接合面上产生摩擦力来抵抗外载荷F,A 若采用铰制孔用螺栓连接,B 若采用普通螺栓连接,工作原理: 靠螺栓预紧后在接合面上产生摩擦力来抵抗外载荷F。,预紧后接合面间所产生的最大摩擦力横向载荷：,本题：i =2,预紧后接合面间所产生的最大摩擦力横向载荷：,(5-9),进一步分析：,当 f = 0.2，KS =1.2 ， Z=1，i =1 时，,F0 6F,1受横向载荷的螺栓组连接,5-5 螺栓组连接的设计,采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。,2受转矩的螺栓组连接,在转矩T作用下，被连接件底
12、板将绕通过螺栓组对称中心O并与接合面相垂直的轴线转动，,1受横向载荷的螺栓组连接,(二) 螺栓组连接的受力分析,5-5 螺栓组连接的设计,2受转矩的螺栓组连接,潘存云教授研制,A. 采用普通螺栓,-靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。,2受转矩的螺栓组连接,根据作用在底板上的力矩平衡条件：,(5-10),2受转矩的螺栓组连接,B. 采用铰制孔用螺栓,-靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。,各螺栓的剪切变形量与其轴线到对称中心O的距离成正比。,（亦螺栓离O越远，变形量越大，所受的工作剪力也越大）,2受转矩的螺栓组连接,B. 采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的
13、挤压作用来抵抗转矩T。,据作用在底板上的力矩平衡条件：,联立求解得：,(5-11),受力最大螺栓所受的工作剪力,可见，距旋转中心O点最远的螺栓承受的工作剪力最大。,图示凸缘连轴器，是承受转矩的螺栓组连接的典型部件。,2受转矩的螺栓组连接,铰制孔用螺栓,注意：对承受转矩的螺栓组连接,若采用普通螺栓，则要确定的是：,预紧力F0,若采用铰制孔用螺栓，则要确定的是：,工作剪力Fmax,2受转矩的螺栓组连接,1受横向载荷的螺栓组连接,5-6 螺栓组连接的设计,(二) 螺栓组连接的受力分析,3受轴向载荷的螺栓组连接,轴向总载荷F 作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心。,2受转矩的螺栓组连接,1受横
14、向载荷的螺栓组连接,(二) 螺栓组连接的受力分析,载荷特点：,因螺栓均匀分布，则各个螺栓受载相同。,每个螺栓所受轴向工作载荷：,5-5 螺栓组连接的设计,(5-14),总拉力：,此时，被连接件有分离的趋势。一般多用普通螺栓连接。,3受轴向载荷的螺栓组连接,注意：,各螺栓除承受轴向载荷F之外，还受有预紧力F0的作用,(二) 螺栓组连接的受力分析,4受倾覆力矩的螺栓组连接,载荷特点：倾覆力矩 M 作用在连接接合面的一个对称平面内。,4受倾覆力矩的螺栓组连接,为阻止底板翻转，作用在底板两侧的作用力，对0-0轴形成一个力矩，这个力矩应与外加的M相平衡。,（即：左侧螺栓以及右侧支承面对0-0轴线的反力矩
15、应与M相平衡）,底板的平衡条件为：,根据螺栓的拉伸变形量与其轴线到00轴之距成正比：,受力最大的螺栓所受的工作拉力,显然，距OO轴线最左侧的两个螺栓受力最大。,？,(5-16),受M作用的螺栓组连接，除要保证螺栓有足够的强度外，还需对接合面的情况进行验算。,为防止受压最小处出现间隙，要求 ：,为防止受压最大处被压碎，要求：,-（5-20）,-（5-21）,5、对受力复杂的螺栓组连接, 将复杂受力状态分解成四种简单受力状态；,实际螺栓组所受的工作载荷往往是以上四种基本受力状态的不同组合。,3受轴向载荷的螺栓组连接,2受转矩的螺栓组连接,1受横向载荷的螺栓组连接,(二) 螺栓组连接的受力分析,4受
16、倾覆力矩的螺栓组连接,作法：, 按各种简单受力状态单独计算；, 将螺栓受力向量迭加求出总的工作载荷。,示例2：,T= Q a,示例3：,首先将P向0点简化，可以得到一个横向力和一个转矩。, 在P 作用下每个螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？, 在T 作用下每个螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？, 将P和T作用下螺栓所受的力进行合成，结果如何？,图示为铰制孔用螺栓组连接的两种方案，试分析哪个方案较好？,5、对受力复杂的螺栓组连接, 将复杂受力状态分解成四种简单受力状态；,作法：, 按各种状态单独计算；, 将螺栓受力向量迭加可求出总的工作载荷。,注意：,对普通螺栓：,对铰制孔用螺栓：,按横向载
17、荷或转矩,横、转,5-6 螺纹连接的强度计算,螺栓连接的强度计算是针对螺栓组中受力最大的螺栓而进行的。,螺栓连接的强度计算，一是按强度条件去确定螺栓的直径；另外，也可对选定了直径的螺栓去校核其强度。,螺栓连接的强度计算：,5-6 螺纹连接的强度计算,螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓连接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。,潘存云教授研制,（一）松螺栓连接强度计算,强度条件：,式中: d1-螺纹小径 mm ， 许用应力,（二）紧螺栓连接强度计算,设计公式：,装配时需拧紧螺母
18、，静载荷、变载荷均可承受，在工程上应用最广。,(5-23),1. 仅承受预紧力F0的紧螺栓连接,此时的连接靠F0在接合面产生摩擦力来抵抗横向载荷或转矩，在螺栓的轴线方向没有工作载荷。,（二）紧螺栓连接强度计算,在拧紧力矩作用下，,螺栓处于拉伸与扭转的复合应力状态下,由F0产生的拉应力：,1. 仅承受预紧力的紧螺栓连接,由T1产生的扭转切应力：,代入M 10 M 64 的螺纹参数，得到： 0.5 ,计算应力：,强度条件：,(5-28),对于紧螺栓连接，在计算时，可只按单纯拉伸强度计算，但需将所受拉力（预紧力）增大30%来考虑扭转的影响。,结论：,在拧紧时虽同时承受拉伸和扭转的连合作用，,强度条件
19、：,1. 仅承受预紧力的紧螺栓连接,（二）紧螺栓连接强度计算,5-6 螺纹连接的强度计算,仅受预紧力作用的紧螺栓连接，其工作原理是利用预紧力的作用，在接合面产生的摩擦力来抵抗工作载荷。,普通螺栓连接承受横向载荷或转矩时，螺栓仅受预紧力的作用,-受横向载荷（普）,-受转矩的（普）,预紧力的大小，可根据连接的受力状态，由公式确定：,预紧力F0 ：,若取 f =0.2， Ks=1.2, i =1, 则：,F0 6F, 结构尺寸大,靠摩擦力抵抗工作载荷的紧螺栓连接，,b. 采用无间隙的铰制孔用螺栓。,这时，其连接强度按减载零件的剪切、挤压强度条件计算，而螺栓只是保证连接，不再承受工作载荷，因此预紧力不
20、必很大。,5-6 螺纹连接的强度计算,2. 承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接,设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸盖上每个螺栓所受的轴向工作载荷为：,（二）紧螺栓连接强度计算,前面分析过，当预紧后螺栓若再承受轴向工作载荷或倾覆力矩的作用，则螺栓内部的拉力会进一步增加，,5-6 螺纹连接的强度计算,螺栓伸长量为: b,被连接件压缩量为：m,注意： 虽然螺栓所受拉力等于被连接件所受压力，但由于两者的刚度不同，所以它们的变形量也不同。,螺栓的伸长量：,被连接件的压缩量：,已承受工作载荷,被连接件压缩量减少为： m =m -,已承受工作载荷,总拉力： F2=F+F1,被连接件的压缩力减少为： F1,很显
21、然: F1 F0 被连接件放松了,-残余预紧力,螺栓和被连接件的受力与变形情况可列于下表：,显然，在承受F后 ：,F2 = F1 + F F0 + F,为了保证连接的紧密性，防止连接受载后接合面出现缝隙，应使：F1 0,F1 的选取原则如下：,有密封性要求时： F1 =（1.51.8）F,螺栓所受的总拉力：,F2= F+ F1,设螺栓的刚度为Cb，被连接件的刚度为Cm则：,F- F,显见：F0 = F1 + （FF）,b,m,b,m,F2,Ob,Om,由图中的几何关系可得：,见教材p84页。其大小与螺栓和被连接件的结构尺寸、材料以及垫片等因素有关。数值在01之间。,螺栓的相对刚度, F0 =
22、F1 + （FF）,在承受轴向工作拉力的螺栓连接中，采用橡胶垫片和采用铁垫片哪一个对连接有利？为什么？,Question：,-(5-31),-(5-32),螺栓所受的总拉力：,-（5-29）,-（5-32）,承受轴向工作载荷的紧螺栓连接，其设计步骤如下：,强度条件式：,（校核式）,或：,（设计式）,承受F0和F共同作用的紧螺栓连接，其强度公式与仅承受F0作用时的公式形式相同，区别在于一个是F2，一个是F0。而F2的求法略微复杂。,结论：,(5-34),(5-33),由图可见，无论工作载荷 F 如何变化，螺栓的最小应力min是不变的，所以可按式（3-24）（即min = C 的情况）进行校核。,
23、螺栓最大应力计算安全系数为：,式中的参数说明见教材 P85。,3、承受工作剪力的紧螺栓连接,思考：这种螺栓连接受到哪些力的作用？应当按什么强度条件进行计算？,杆与孔壁的挤压强度条件：,螺栓或被连接件的许用挤压应力，查表5 7,螺栓杆的剪切强度条件：,剪切面数,螺栓材料的许用切应力，查表510,(5-36),(5-35),习题课（一）,复习内容：,1、受力分析,（1）外载荷为横向载荷时，可以用（ ）或（ ） 螺栓来进行连接。,普通,铰制孔用,螺栓预紧后在接合面上产生的摩擦力,求出螺栓所受的预紧力F0,螺杆受剪切和挤压,螺杆所受的工作剪力,前者靠（ ）来抵抗外载荷，,其受力分析的目的是（ ）。,后
24、者靠（ ）来抵抗外载荷，,其受力分析的目的是求出（ ）。,对于普通螺栓：,对铰制孔用螺栓：,（2）受扭矩作用的螺栓组连接， 其受力分析的结果与受横向载荷时相同，只是在求螺栓的受力大小时，所用的公式复杂些。,（3）受轴向载荷的螺栓连接,若螺栓不预紧，则每个螺栓所受的工作载荷 F 为：,若螺栓预紧，则每个螺栓所受的最大载荷（含预紧力和工作载荷）不等于：,（4）受翻转力矩的螺栓连接， 其受力分析的目的是求出在M作用下，哪个螺栓所受的工作载荷最大，进而求出螺栓中的总拉力F2,2、强度计算,强度计算是针对单个螺栓而言的，这个螺栓是螺栓组中受力最大的一个。,（1）松螺栓连接按纯拉伸强度计算,（2）紧螺栓连
25、接要考虑拧紧力矩的影响,A）当螺栓仅承受F0作用时：,B）当螺栓承受F0后又承受 轴向工作载荷时：,本 章 作 业,习题55补充以下内容： 若采用铰制孔用螺栓，许用剪应力=28MPa， 则螺栓的直径为多大？,习题： 55、56、 58、 59,58 提高螺栓连接强度的措施,承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：,疲劳断裂,容易断裂部位：,一、降低螺栓总拉伸载荷F2的变化范围,轴向工作载荷F的变化范围: 0 F,总拉伸载荷的F2变化范围:,Cb 或 Cm , F2变化范围F ,提高螺栓连接强度的措施有哪些呢？,以螺栓连接为例，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高连接系
26、统的可靠性。,65%,20%,15%,调整螺旋,调整螺旋,应用: 机床的进给机构、起重设备（千斤顶） 、锻压机械(压力机)、测量仪器（千分尺）、工具（老虎钳）、夹具、玩具、机器人及其他工业装备中。,二、滑动螺旋的结构和材料,滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系。,1、结构,按螺纹的牙型分,螺纹的分类,按螺纹的旋向分,按螺旋线的根数分,按回转体的内外表面分,按螺纹的作用分,按母体形状分,矩形螺纹 普通螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹,右旋螺纹,左旋螺纹,单线螺纹 多线螺纹,外螺纹 内螺纹,连接螺纹 传动螺纹,圆柱螺纹 圆锥螺纹,直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm,标记示例： M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3),M24X1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5),梯形螺纹基本尺寸 mm,标记示例：Tr48X8 (梯形螺纹，直径48，螺距8),