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1、机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机机 械械 原理及设计原理及设计（）第二篇 联接Friday,November Friday,November 25,202225,20222021/9/231机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系联接的分类和意义联接的分类和意义静联接静联接动联接动联接可拆联接可拆联接(螺纹联接、键联接）螺纹联接、键联接）不可拆联接不可拆联接（铆接、焊接、胶接）（铆接、焊接、胶接）联接的选择联接的选择（根据使用要求与经济要求来选择、（根据使用要求与经济要求来选择、根据联接的加工条件和被联接零件的材料、形状和根据联接的加工条件和被联接零件的材料、形状和尺寸等）尺
2、寸等）2021/9/232机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系联接的设计要求联接的设计要求1强度条件（等强度条件）强度条件（等强度条件）2经济性经济性3刚度条件或紧密性条件刚度条件或紧密性条件2021/9/233机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机机机机 械械械械 设设设设 计计计计第五章 螺纹联接和螺旋传动Friday,November Friday,November 25,202225,20222021/9/234机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系第五章 螺纹联接和螺旋传动5-1 5-1 螺纹螺纹5-2 5-2 螺纹联接的类型和标准联接件螺纹联接的类型和标准联接
3、件5-3 5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧5-4 5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松5-5 5-5 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计5-7 5-7 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施2021/9/235机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系一常用螺纹一常用螺纹5-1螺纹A联接螺纹联接螺纹1普通螺纹普通螺纹 (粗牙粗牙 细牙细牙)2管螺纹管螺纹3 锥螺纹锥螺纹1梯形螺纹梯形螺纹3矩形螺纹矩形螺纹2锯齿形螺纹锯齿形螺纹B传动螺纹传动螺纹2021/9/236机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/23
4、7机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系二螺纹参数二螺纹参数大径大径d：公称直径：公称直径中径中径d2：几何与配合：几何与配合小径小径d1：危险截面：危险截面线数线数n：n4螺距螺距P导程导程S：S=n*P旋向（左、右旋）旋向（左、右旋）牙型角牙型角牙侧角牙侧角升角升角2021/9/238机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系5-2 螺纹联接的类型和标准联接件一基本类型一基本类型（请掌握各联接的请掌握各联接的特点特点及及适用场合适用场合）1螺栓联接螺栓联接 普通螺栓联接（受拉螺栓联接普通螺栓联接（受拉螺栓联接）铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接(受剪螺栓联接受剪螺栓联接)2双头螺柱联
5、接（常拆场合）双头螺柱联接（常拆场合）3螺钉联接（不常拆场合）螺钉联接（不常拆场合）4紧定螺钉联接紧定螺钉联接图例见下页图例见下页普通螺栓既可用来承担轴向载荷也可用来承担普通螺栓既可用来承担轴向载荷也可用来承担普通螺栓既可用来承担轴向载荷也可用来承担普通螺栓既可用来承担轴向载荷也可用来承担横向载荷，但铰制孔用螺栓一般用来承担横向载荷。横向载荷，但铰制孔用螺栓一般用来承担横向载荷。横向载荷，但铰制孔用螺栓一般用来承担横向载荷。横向载荷，但铰制孔用螺栓一般用来承担横向载荷。2021/9/239机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系有间隙有间隙无间隙无间隙 普通螺栓联接普通螺栓联接（受拉螺栓联
6、接）（受拉螺栓联接）铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接(受剪螺栓联接受剪螺栓联接)2021/9/2310机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 双头螺柱联接双头螺柱联接 螺钉联接螺钉联接2021/9/2311机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2312机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2313机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2314机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2315机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系二标准联接件二标准联接件1精度等级：精度等级：A、B、C（精度由高（精度由高低）
7、低）A类用于要求配合精确、防止振动的重要场合类用于要求配合精确、防止振动的重要场合B类用于受载大且常拆、调整或变载荷的场合类用于受载大且常拆、调整或变载荷的场合C类用于一般的螺纹联接的场合类用于一般的螺纹联接的场合2常用的标准螺纹联接件（常用的标准螺纹联接件（具体见书上表具体见书上表格格P6465）2021/9/2316机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2317机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2318机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2319机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2320机械工程学院机
8、械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2321机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系一预紧目的一预紧目的1增加联接可靠性增加联接可靠性2增加联接紧密性增加联接紧密性5-3螺纹联接的预紧二拧紧力矩二拧紧力矩Tdo预紧力预紧力QP（书上为（书上为F0）2021/9/2322机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系dQ2.0dDdDQf31)(tg2dQTTTp20203030pcv2p21-+=+=ryT1为螺旋副间的摩擦力矩为螺旋副间的摩擦力矩T2为螺母与支承面间的摩擦力矩为螺母与支承面间的摩擦力矩2021/9/2323机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系三控制方法（控制
9、三控制方法（控制预紧力预紧力QP的大小）的大小）一般一般p0.8sA12021/9/2324机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系测力矩扳手测力矩扳手2021/9/2325机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系定力矩扳手定力矩扳手2021/9/2326机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系测量伸长量（测量伸长量（QP=l*Cb）2021/9/2327机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系一防松目的一防松目的防松根本问题防松根本问题：防止螺旋副的相对转动：防止螺旋副的相对转动二防松方法：有三种（图例见下页）二防松方法：有三种（图例见下页）1摩擦防松摩擦防松2机械防松机械防
10、松3铆冲防松（破坏螺纹副）铆冲防松（破坏螺纹副）5-4螺纹联接的防松2021/9/2328机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系摩擦防松摩擦防松2021/9/2329机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机械防松机械防松2021/9/2330机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系串联钢丝串联钢丝2021/9/2331机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系一一普通螺栓普通螺栓联接的强度计算联接的强度计算D0QpQp/25-5单个螺栓联接的强度计算QP2021/9/2332机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系失效形式：失效形式：螺纹部分的塑变或断裂，螺纹部分的塑变或
11、断裂，危险截面为螺纹小径危险截面为螺纹小径d1 所对应的面积所对应的面积A=d21/4设计准则：设计准则：保证静强度或疲劳强度保证静强度或疲劳强度2021/9/2333机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系(一一)松螺栓联接的强度计算松螺栓联接的强度计算（螺母不需要拧紧、在承受工作载荷前，螺栓不受力）螺母不需要拧紧、在承受工作载荷前，螺栓不受力）2021/9/2334机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系强度条件强度条件式中式中 d1螺纹小径，螺纹小径，mm 螺栓材料的许用拉应力，螺栓材料的许用拉应力，MPa F轴向工作载荷，轴向工作载荷，N2021/9/2335机械工程学院机械设
12、计系机械工程学院机械设计系(二二)紧螺纹联接的强度计算紧螺纹联接的强度计算（螺母需要拧紧、承受工作载荷前，螺栓受预紧力（螺母需要拧紧、承受工作载荷前，螺栓受预紧力QP）1仅受预紧力时紧螺栓联接仅受预紧力时紧螺栓联接2021/9/2336机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2337机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2338机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 1.3的含义的含义危险截面在小径危险截面在小径d1处处计算求得计算求得d1后应查后应查标准标准d1,然后确定然后确定大径大径d如何求出预紧力如何求出预紧力Qp？实际中何种情况使用上述公式
13、？实际中何种情况使用上述公式？问问注意注意2021/9/2339机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接A单个螺栓受力变形图单个螺栓受力变形图2021/9/2340机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2341机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系B单个螺栓受力变形线图单个螺栓受力变形线图2021/9/2342机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2343机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2344机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系式中书上为书上为F2
14、书上为书上为F0书上为书上为F12021/9/2345机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2346机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系Q Qp+F掌握变形协调图掌握变形协调图提示提示2021/9/2347机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系求总拉力求总拉力Q的二种情况：的二种情况：(1)由由Q Qp+F 求：当有刚性或紧密性要求时求：当有刚性或紧密性要求时 不产生缝隙至少不产生缝隙至少Qp0推荐：推荐：2021/9/2348机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系受轴向变载荷（受轴向变载荷（工作拉力）工作拉力）作用的紧螺栓作用的紧螺栓联接的计算联接的计
15、算2021/9/2349机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2350机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2351机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 为什么上述螺栓联接的强度计算仅对螺栓杆进行？为什么上述螺栓联接的强度计算仅对螺栓杆进行？当工作载荷为变载荷时，强度计算如何进行？当工作载荷为变载荷时，强度计算如何进行？受轴向变载荷（受轴向变载荷（工作拉力）工作拉力）作用的紧螺栓作用的紧螺栓联接的强度计算：不仅要进行静强度计算，还联接的强度计算：不仅要进行静强度计算，还要进行疲劳强度计算。要进行疲劳强度计算。问题问题2021/9/2352机械工程
16、学院机械设计系机械工程学院机械设计系二二铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓联接的强度计算联接的强度计算A失效形式失效形式：1螺栓杆剪断螺栓杆剪断 2螺栓杆与被联接件孔壁的压溃螺栓杆与被联接件孔壁的压溃2021/9/2353机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系1剪切强度条件剪切强度条件螺杆的螺杆的2挤压强度条件挤压强度条件联接的联接的（公式的解释见下页）（公式的解释见下页）B强度条件强度条件2021/9/2354机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系式中：式中：如何正确理解联接的挤压强度公式？如何正确理解联接的挤压强度公式？问问注意：注意：取取Lmin及及 p小者代入计算小者代入计算投影面积
17、投影面积A=d0*Lmin2021/9/2355机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系三性能等级及许用应力三性能等级及许用应力联接件材料联接件材料常用常用 Q235 103545冲击振动时冲击振动时15Cr40Cr30CrMnTi性能等级性能等级螺栓螺栓例如例如：4.65.66.8螺母螺母2021/9/2356机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系许用应力许用应力有有 s、t 、s p三种一般而言螺栓与螺母的性能要相配一般而言螺栓与螺母的性能要相配2021/9/2357机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系一螺栓组联接的结构设计一螺栓组联接的结构设计1宜对称宜对称2受力合理受
18、力合理3有合理的间距、边距有合理的间距、边距4尽量取偶数，且规格相同尽量取偶数，且规格相同5避免偏心避免偏心5-6螺栓组联接的设计2021/9/2358机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2359机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2360机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系凸台凸台沉头孔沉头孔避免偏心避免偏心2021/9/2361机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2362机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2363机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系二螺栓组联接的受力分析二螺栓组联接的受
19、力分析目的目的：找到受力最大的螺栓及其所受的力：找到受力最大的螺栓及其所受的力假设假设：各螺栓规格相同各螺栓规格相同各螺栓预紧力相同各螺栓预紧力相同螺栓组中心与接合面形心重合螺栓组中心与接合面形心重合各螺栓在弹性限度内工作各螺栓在弹性限度内工作2021/9/2364机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系1受横向载荷时：分两种情况受横向载荷时：分两种情况A采用普通螺栓联接时采用普通螺栓联接时（结合面不滑移）（结合面不滑移）2021/9/2365机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系通过由预紧力通过由预紧力QP所产生的结合面上的摩擦所产生的结合面上的摩擦力来平衡外载荷力来平衡外载荷F，
20、因此每个螺栓中受力相因此每个螺栓中受力相等，皆为等，皆为QP2021/9/2366机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系式中式中2021/9/2367机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系B采用铰制孔用螺栓联接采用铰制孔用螺栓联接（结合面不滑移）（结合面不滑移）FF/2F/22021/9/2368机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系通过剪切力通过剪切力F来平衡外载荷来平衡外载荷F，因此每个螺因此每个螺栓中受力相等，皆为栓中受力相等，皆为F。问题：问题：受横向载荷时螺栓联接的强度如何进行计算？受横向载荷时螺栓联接的强度如何进行计算？1采用普通螺栓联接时按采用普通螺栓联接时按仅
21、受预紧力仅受预紧力时的紧螺栓联时的紧螺栓联接的强度计算方法计算。接的强度计算方法计算。2采用铰制孔用螺栓联接时按铰制孔用螺栓联接的采用铰制孔用螺栓联接时按铰制孔用螺栓联接的强度计算强度计算方法计算。方法计算。2021/9/2369机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2受旋转力矩时：分两种情况受旋转力矩时：分两种情况A采用普通螺栓联接采用普通螺栓联接（不发生转动）（不发生转动）2021/9/2370机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系通过由预紧力通过由预紧力QP所产生的结合面上的所产生的结合面上的摩擦摩擦力矩力矩来平衡外载荷来平衡外载荷T，因此每个螺栓中受力相因此每个螺栓中受力相
22、等，皆为等，皆为QP2021/9/2371机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系ri越大，所需越大，所需p就越小，所以应远距离分布。就越小，所以应远距离分布。讨论讨论问题：问题：受旋转力矩时普通螺栓联接的强度如何受旋转力矩时普通螺栓联接的强度如何 进行计算？进行计算？采用普通螺栓联接时按采用普通螺栓联接时按仅受预紧力仅受预紧力时时的紧螺栓联接的强度计算方法计算的紧螺栓联接的强度计算方法计算2021/9/2372机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系B采用铰制孔用螺栓联接采用铰制孔用螺栓联接（不发生转动）（不发生转动）2021/9/2373机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系
23、通过剪切力通过剪切力F所产生的所产生的力矩力矩来平衡外载荷来平衡外载荷T，由于此时由于螺栓的位置不同，因此每个由于此时由于螺栓的位置不同，因此每个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的螺螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的螺栓所受到的力栓所受到的力Fmax变形协调条件变形协调条件：每个螺栓受到的剪切力与其到中心点的距每个螺栓受到的剪切力与其到中心点的距离成正比。离成正比。2021/9/2374机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系由变形协调条件可知：由变形协调条件可知：2021/9/2375机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系问题：问题：受旋转力矩时铰制孔用螺栓联接的强度如何进行计
24、算？受旋转力矩时铰制孔用螺栓联接的强度如何进行计算？采用铰制孔用螺栓联接时采用铰制孔用螺栓联接时首先首先找受力最找受力最大的螺栓所受到的力大的螺栓所受到的力Fmax，然后然后按铰制孔用按铰制孔用螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算方法计算方法计算2021/9/2376机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系3受轴向载荷时受轴向载荷时普通螺栓联接普通螺栓联接根据假设可知，每个螺栓所承担的工作拉力根据假设可知，每个螺栓所承担的工作拉力皆相等为皆相等为F，即：，即：问题：问题：受轴向载荷时受轴向载荷时普通普通螺栓联接的强度如何螺栓联接的强度如何进行计算？进行计算？求出工作拉力求出工作拉力F后按后
25、按受预紧力和工作受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接拉力的紧螺栓联接的强度计算的强度计算方法计算。方法计算。2021/9/2377机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系4受倾覆力矩时受倾覆力矩时普通螺栓联接普通螺栓联接2021/9/2378机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系通过左右两侧螺栓与地基间所产生的力通过左右两侧螺栓与地基间所产生的力F形成的力形成的力偶来平衡外载荷偶来平衡外载荷M，由于此时由于螺栓的位置不同，由于此时由于螺栓的位置不同，因此每个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的因此每个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的螺栓所受到的力螺栓所受到的力Fmax变形协调条件变形协
26、调条件：每个螺栓受到的工作拉力：每个螺栓受到的工作拉力与其到中心点的距离成正比。与其到中心点的距离成正比。A 轴向工作载荷轴向工作载荷F2021/9/2379机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系式中式中Li各螺栓轴线到螺栓组对称中心的垂直距离各螺栓轴线到螺栓组对称中心的垂直距离 （Li与与ri 含义不同）含义不同）由变形协调条件可知：由变形协调条件可知：2021/9/2380机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系B总拉力总拉力Q问题：问题：受倾覆力矩时受倾覆力矩时普通螺栓普通螺栓联接的强度如何进行计算？联接的强度如何进行计算？首先首先找受力最大的螺栓所受到的力找受力最大的螺栓所受
27、到的力Fmax然后按然后按受受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接预紧力和工作拉力的紧螺栓联接的强的强度计算度计算方法计算。方法计算。2021/9/2381机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系C接合面可靠工作条件接合面可靠工作条件2021/9/2382机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系在实际使用中，螺栓组所受的载荷是以上四种简在实际使用中，螺栓组所受的载荷是以上四种简单受力状态的不同组合，但不论如何复杂，都可以将单受力状态的不同组合，但不论如何复杂，都可以将其简化成上述简单受力状态，从而分别计算每个螺栓其简化成上述简单受力状态，从而分别计算每个螺栓的工作载荷，然后将其进行向量迭加得到
28、每个螺栓的的工作载荷，然后将其进行向量迭加得到每个螺栓的总的工作载荷。总的工作载荷。对普通螺栓可按对普通螺栓可按轴向载荷以及倾覆力矩轴向载荷以及倾覆力矩来确定螺来确定螺栓的栓的工作拉力工作拉力，按，按横向载荷以及转矩横向载荷以及转矩来确定联接所需来确定联接所需的的预紧力预紧力，最后求出螺栓的，最后求出螺栓的总拉力总拉力Q。对受力最大的对受力最大的对受力最大的对受力最大的螺栓进行强度计算。螺栓进行强度计算。螺栓进行强度计算。螺栓进行强度计算。对铰制孔用螺栓按对铰制孔用螺栓按横向载荷以及转矩横向载荷以及转矩来确定螺栓来确定螺栓的的工作剪力工作剪力，对受剪力最大的螺栓进行强度计算对受剪力最大的螺栓进
29、行强度计算对受剪力最大的螺栓进行强度计算对受剪力最大的螺栓进行强度计算。说明：说明：2021/9/2383机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系一降低应力幅一降低应力幅1降低降低cb2增大增大cm方法方法：增加螺栓长度增加螺栓长度 腰状杆螺栓或空心螺栓腰状杆螺栓或空心螺栓 螺母下装弹性元件螺母下装弹性元件方法方法：采用刚度较大的金属垫片或密封环：采用刚度较大的金属垫片或密封环3同时降低同时降低cb，增大，增大cm和和Qp5-7提高螺纹联接强度的措施2021/9/2384机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系1降低降低cb2021/9/2385机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设
30、计系2021/9/2386机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2增大增大cm2021/9/2387机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2388机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系3同时降低同时降低cb，增大，增大cm和和Qp2021/9/2389机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系二改善螺纹牙上载荷分布不均现象二改善螺纹牙上载荷分布不均现象1改善螺母结构：改善螺母结构：悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母2采用钢丝螺套采用钢丝螺套3合理选配材料合理选配材料2021/9/2390机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021
31、/9/2391机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2392机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系三减小应力集中的影响三减小应力集中的影响四采用合理的制造工艺方法四采用合理的制造工艺方法1采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的方法。采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的方法。2采用强化处理的方法（氮化、氰化、喷丸）采用强化处理的方法（氮化、氰化、喷丸）1采用大圆角和卸载结构。采用大圆角和卸载结构。2在设计、制造及装配上避免产生附加在设计、制造及装配上避免产生附加弯曲应力弯曲应力2021/9/2393机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2394机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系2021/9/2395机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系本章结束本章结束2021/9/2396谢谢 谢谢 大大 家家 ！谢谢谢谢大大家家 ！2021/9/2397