精品螺纹联接的螺纹牙强度校核.docx
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精品螺纹联接的螺纹牙强度校核.docx
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精品螺纹联接的螺纹牙强度校核
关于螺纹联接的螺纹牙强度校核之根据
一、引用教材1
二、适用范围1
三、校核2
1.螺纹副抗挤压计算3
2.抗剪切强度校核4
3.抗弯曲强度校核4
4.自锁性能校核7
5.螺杆强度校核7
一、引用教材
1.《机械设计》第四版,高等教育出版社,邱宣怀主编,1997年7月第4版,1997年7月第1次印刷,印数0001—17094,定价23.60元,该书是戊子庚上学时的教材。
摘自P120。
2.《机械设计手册》第四版,第3卷,成大先主编,化学工业出版社,2005年1月北京第25次印刷。
摘自12-3~12-9。
二、适用范围
螺纹联接可以使用普通螺纹、梯形、矩形、锯齿形等四种,且多用普通螺纹。
下图1给出了螺旋副的可能螺纹种类、特点和应用。
图1螺旋副的螺纹种类、特点和应用
三、校核
该文件仅讨论五个方面的校核:
抗挤压、抗剪切、抗弯曲、自锁性、螺杆强度。
根据实践,由于螺母的材质软,螺纹副的破坏多发生在螺母;但当螺母和螺杆材料相同时,螺杆首先破坏,此时应校核螺杆。
该文件中的各物理量及其含义和公式均可查阅文件(双击打开)
;
该五项校核已编成excel计算表格以提高效率,使用时仅仅需要填写绿色表格,其余表格计算机自行计算得出结果,见文件(双击打开)
。
1.螺纹副抗挤压计算
把螺纹牙展直后相当于一根悬臂梁,见下图2、图3,抗挤压是指公、母螺纹牙之间的挤压应力不应超过许用挤压应力,否则便会产生挤压破坏。
设轴向力为F,相旋合螺纹圈数为z,则验算计算式为:
且
若取
,则有
式中
●
:
挤压应力,单位MPa;
●
:
许用挤压应力,单位MPa;
●F:
轴向力,单位N;
●
:
外螺纹中径,单位mm;
●h:
螺纹工作高度,单位mm,p为螺距,单位mm,h与p的关系为:
梯形螺纹:
矩形螺纹:
锯齿螺纹:
普通螺纹:
●z:
结合圈数,无量纲,一般不要超过10(因为旋合的各圈螺纹牙受力不均,因而z不宜大于10);
2.抗剪切强度校核
对螺杆,应满足
;
对螺母,应满足
式中
●F:
轴向力,单位N;
●
:
计算公扣时使用螺纹小径,单位mm;
●D:
计算母扣时使用螺纹大径,单位mm;
●b:
螺纹牙底宽度,单位mm,b与p的关系为:
梯形螺纹:
矩形螺纹:
锯齿螺纹:
普通螺纹:
●z:
结合圈数,无量纲,一般不要超过10(因为旋合的各圈螺纹牙受力不均,因而z不宜大于10);
:
许用剪应力,单位MPa,对于材质为钢,一般可以取
,
为材料的许用拉应力,
,单位MPa,其中
为屈服应力,单位MPa,S为安全系数,一般取3~5。
3.抗弯曲强度校核
对螺杆,应满足
;
对螺母,应满足
。
其推导过程如下:
一般来讲,螺母材料强度低于螺杆,所以螺纹牙抗弯和抗剪强度校核以螺母为对象,即校核母扣;但当螺母和螺杆材料相同时,则螺杆的强度要低于螺母,所以此时应校核螺杆强度,即校核公扣。
若将螺母、螺杆的一圈螺纹沿螺纹大径处展开,即可视为一悬壁梁,危险截面为A-A,如下图2、图3所示。
图2螺母的一圈螺纹展开
若将螺杆的一圈螺纹沿螺纹小径处展开,即可视为一悬壁梁,如图3所示。
图3螺杆的一圈螺纹展开
以校核螺杆为例,每圈螺纹承受的平均作用力F/z作用在中径d2
的圆周上,则螺纹牙根部危险剖面A-A的变曲强度条件为:
对螺杆,
;
对螺母,
。
式中:
●D:
螺母大径,单位mm;
●d:
螺杆大径,单位mm;
●L:
弯曲力臂,单位mm,
,∴
;
●
:
单圈外螺纹展开后的A-A截面的抗弯模量,单位mm3;
●
:
弯曲应力,单位MPa;
●b:
螺纹牙底宽度,单位mm;p为螺距,单位mm,则b与p的关系为:
梯形螺纹:
矩形螺纹:
锯齿螺纹:
普通螺纹:
●F:
轴向力,单位N;
●h:
螺纹工作高度,单位mm;p为螺距,单位mm,则h与p的关系为:
梯形螺纹:
矩形螺纹:
锯齿螺纹:
普通螺纹:
●z:
结合圈数,无量纲,一般不要超过10(因为旋合的各圈螺纹牙受力不均,因而z不宜大于10);
●
:
螺纹牙的许用弯曲应力,对钢材,
。
4.自锁性能校核
自锁条件为:
式中:
●
:
螺旋升角,在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角,单位度,
,
,
●
:
当量摩擦角,单位度;
●p:
螺距,单位mm;
●S:
导程,单位mm;
●n:
线数,或称头数,无量纲;螺纹螺旋线数目,一般为便于制造n≤4;
●螺距、导程、线数之间关系:
;
●d2:
外螺纹中径,单位mm;
●
:
牙型角,螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角,
梯形螺纹:
矩形螺纹:
锯齿螺纹:
普通螺纹:
●
:
牙型斜角,螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角,对称牙型
,梯形螺纹、矩形螺纹、普通螺纹都属于对称牙型,锯齿螺纹不是对称牙型;
●
:
螺旋副的滑动摩擦系数,无量纲,定期润滑条件下,可取0.13~0.17;
●
:
螺旋副的当量摩擦系数,无量纲。
5.螺杆强度校核
还需要校核螺杆的强度,若为实心螺杆,则有:
但对普通螺纹,其计算公式为:
(参见《机械设计》课本P105)
若不是实心螺杆,则按实际情况校核。
式中:
●F:
轴向力,单位N;
●
:
普通螺纹螺栓拉断截面,是一个经验值,其经验计算公式为
,H为原始三角形高度,单位mm,对于普通螺纹
;
●
:
计算公扣时使用螺纹小径,单位mm;
为材料的许用拉应力,
,单位MPa,其中
为屈服应力,单位MPa,S为安全系数,一般取3~5。
戊子庚
2008-7-8
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- 关 键 词:
- 精品 螺纹 联接 强度 校核
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