《第3章-螺纹连接.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章-螺纹连接.ppt（124页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、机械设计机械设计机械设计机械设计第第3 3章螺纹连接章螺纹连接331 1螺纹螺纹(类型、参数、标记、功用）类型、参数、标记、功用）332 2螺纹连接的螺纹连接的类型类型及标准连接件及标准连接件333 3螺纹连接的螺纹连接的预紧和预紧和防松防松335 5单个螺栓的单个螺栓的强度计算强度计算334 4螺栓组连接的螺栓组连接的结构设计结构设计与与受力分析受力分析336 6提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施330 0 引言引言机械设计机械设计机械设计机械设计330 0 引引 言言(停停)由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多
2、零件需要彼此联接。机械零件之间的联接分为：中很多零件需要彼此联接。机械零件之间的联接分为：被联接件之间相互完全固定。被联接件之间相互完全固定。（形锁合、摩擦锁合、材料锁合）（形锁合、摩擦锁合、材料锁合）被联接件之间能产生一定的相对运动。被联接件之间能产生一定的相对运动。例如：运动副。例如：运动副。静联接：静联接：动联接：动联接：本课程介绍的联接主要是本课程介绍的联接主要是静联接静联接。联接的类型：联接的类型：螺纹联接螺纹联接键联接、花键联接、销联接键联接、花键联接、销联接弹性环联接等弹性环联接等铆接铆接焊接焊接粘接粘接联联接接可拆可拆联接联接不可拆不可拆联接联接过盈联接过盈联接（介于两者之间）
3、（介于两者之间）机械设计机械设计机械设计机械设计一、螺纹的形成一、螺纹的形成331 1螺螺 纹纹d d2 2螺螺旋旋线线一一动动点点在在一一圆圆柱柱体体的的表表面面上上，一一边边绕绕轴轴线线等等速速旋旋转转，同时沿轴向作等速移动的轨迹同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺螺纹纹一一平平面面图图形形沿沿螺螺旋旋线线运运动动，运运动动时时保保持持该该图图形形通通过过圆圆柱体的轴线，就得到螺纹。柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹机械设计机械设计机械设计机械设计按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺
4、旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹停停P30P30表表3-13-1机械设计机械设计机械设计机械设计螺纹的牙型螺纹的牙型矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹151530303 33030潘存云教授研制潘存云教授研制机械设计机械设计机械设计机械设计各种螺纹的特点、应用各种螺纹的特点、应用自锁条件：升角自锁条件：升角=(0.3=(0.30.5)0.5)d d;变载荷变载荷l l1 1=0.75=0.75d d;冲击载荷或弯曲载荷冲击载荷或弯曲载荷l l1 1d d;铰制孔用螺栓铰
5、制孔用螺栓l l1 1d d;螺纹伸出长度螺纹伸出长度a a=(0.2=(0.20.3)0.3)d d;螺栓轴线到被连接件边缘的螺栓轴线到被连接件边缘的距离距离 e e=d d+(3+(36)mm6)mm用于经常拆装易磨损之处。潘存云教授研制潘存云教授研制d dd d孔与螺杆之孔与螺杆之间留有间隙间留有间隙普通螺栓普通螺栓P33P33表表3-23-2机械设计机械设计机械设计机械设计潘存云教授研制座端拧入深度座端拧入深度H H，当螺孔材料为：当螺孔材料为：a ae e双头螺柱连接双头螺柱连接连接件厚，允许拆装。钢或青铜钢或青铜 H H=d d;铸铁铸铁 H H=(1.25=(1.251.5)1.
6、5)d d铝合金铝合金 H H=(1.5=(1.5 2.5)2.5)d d螺纹孔深度螺纹孔深度 H H1 1=H H+(2+(2 2.5)2.5)P P;钻孔深度钻孔深度 H H2 2=H H1 1+(0.5+(0.5 1)1)d d;参数参数l l1 1 、e e、a a与螺栓相同与螺栓相同 l l1 1H HH1H1H1H1H H2 2螺钉连接螺钉连接用于结构简单，省了螺用于结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。孔而修复困难。e el l1 1H HH H2 2d d2 2、螺钉连接和双头螺柱连接、螺钉连接和双头螺柱连接 机械设计机械设计机械
7、设计机械设计潘存云教授研制紧定螺钉紧定螺钉3、紧定螺钉连接、紧定螺钉连接紧定螺钉连接紧定螺钉连接用于固定两个零件的相对位置并可传递不大的力或转矩。机械设计机械设计机械设计机械设计二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件1 1、螺栓、螺栓螺栓的结构形式螺栓的结构形式L LL L0 0d d六角头六角头L Ld dL L0 0小六角头小六角头机械设计机械设计机械设计机械设计d dL L0 0L L1 1L LL L1 1 座端长度座端长度L L0 0 螺母端长度螺母端长度2 2、双头螺柱、双头螺柱机械设计机械设计机械设计机械设计末端末端结构结构头部头部结构结构3、螺钉、紧定螺钉、螺钉、紧定螺钉机械设计机械设计
8、机械设计机械设计潘存云教授研制地脚螺栓地脚螺栓 起吊螺钉起吊螺钉 4 4、专用螺纹连接、专用螺纹连接T T 型螺栓型螺栓 机械设计机械设计机械设计机械设计用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有余种不同结构的螺母5、螺母、螺母六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母圆螺母圆螺母机械设计机械设计机械设计机械设计潘存云教授研制6、其它螺母：、其它螺母：机械设计机械设计机械设计机械设计机械设计机械设计机械设计机械设计潘存云教授研制机械设计机械设计机械设计机械设计7 7、垫圈、垫圈 平垫圈平垫圈薄平垫圈薄平垫圈A A型平垫圈型平垫圈B B型平垫圈型平垫圈斜垫圈斜垫圈弹簧垫
9、圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈作用作用：增加支撑面积以减小压：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。防松。机械设计机械设计机械设计机械设计机械设计机械设计机械设计机械设计普通螺栓连接机械设计机械设计机械设计机械设计普通螺栓联接机械设计机械设计机械设计机械设计普通螺栓联接机械设计机械设计机械设计机械设计普通螺栓联接机械设计机械设计机械设计机械设计普通螺栓联接机械设计机械设计机械设计机械设计普通螺栓联接机械设计机械设计机械设计机械设计普通螺栓联接机械设计机械设计机械设计机械设计铰制孔用螺栓联接机械设计机械设计机械设计机械设计铰制孔用螺栓联接机械设
10、计机械设计机械设计机械设计铰制孔用螺栓联接机械设计机械设计机械设计机械设计铰制孔用螺栓联接机械设计机械设计机械设计机械设计螺钉联接机械设计机械设计机械设计机械设计螺钉联接机械设计机械设计机械设计机械设计螺钉联接机械设计机械设计机械设计机械设计螺钉联接机械设计机械设计机械设计机械设计螺钉联接机械设计机械设计机械设计机械设计螺钉连接机械设计机械设计机械设计机械设计螺钉连接螺钉拧入深度H:钢或青铜 Hd 铸铁 H=(1.251.5)d 铝合金 H=(1.52.5)d机械设计机械设计机械设计机械设计双头螺柱连接机械设计机械设计机械设计机械设计其他螺纹连接类型紧定螺钉连接地脚螺栓连接吊环螺栓连接T型槽螺
11、栓连接机械设计机械设计机械设计机械设计紧定螺钉连接机械设计机械设计机械设计机械设计紧定螺钉连接机械设计机械设计机械设计机械设计地脚螺栓连接机械设计机械设计机械设计机械设计吊环螺栓连接机械设计机械设计机械设计机械设计吊环螺栓连接机械设计机械设计机械设计机械设计T型槽螺栓连接机械设计机械设计机械设计机械设计333 3螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧预紧力：预紧力：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。预紧的目的：预紧的目的：增强连接的可靠
12、性和紧密性，以防止受载后被连增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧力的确定原则预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限材料的屈服极限(s s)的的80%80%。一、概述一、概述一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。碳素钢螺栓：碳素钢螺栓：F F0 0(0.6(0.60.7)s s A1合金钢螺栓：合金钢螺栓：F F0 0(0.5(0.50.6)s
13、 s A1A A1 1 危险截面积，危险截面积，A A1 1 d d2 21 1/4/4机械设计机械设计机械设计机械设计二、二、拧紧力矩拧紧力矩(停停)T T1 1 克服螺纹副相对转动的阻力矩；克服螺纹副相对转动的阻力矩；T T2 2 克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设预紧力为设预紧力为F F0 0 或预紧力（不受轴向载荷）f fc c 摩擦因子。摩擦因子。无润滑时取无润滑时取 f fc c=0.15=0.15r rf f 支撑面摩擦半径支撑面摩擦半径简化公式简化公式 P38式3-6,适用于M10M-68的粗牙螺纹，f=0.15,fc=0.15,T T0.20.2F
14、 F0 0d d总力矩总力矩 F Fa ad d0 0d dT T机械设计机械设计机械设计机械设计测力矩扳手测力矩扳手预紧力控制方法预紧力控制方法:连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。F F定力矩扳手定力矩扳手通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。(1)(1)凭手感经验凭手感经验(2)(2)测力矩扳手测力矩扳手 P36P36(3)(3)定力矩
15、扳手定力矩扳手 P37P37(4)(4)测定伸长量测定伸长量L LS SL LM ML LS S机械设计机械设计机械设计机械设计尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母连接用三角形螺纹都具有自锁性（螺旋升角），在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动而失效。高温或温差大的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。防松的方法防松的方法 1.1.利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母333 3螺纹连接的防松螺纹连接的防松防松防松防止螺旋副相对转动。
16、防止螺旋副相对转动。P38P38表表3-53-5机械设计机械设计机械设计机械设计开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母串联钢丝串联钢丝2.2.采用专门防松元件防松采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈潘存云教授研制止动垫圈止动垫圈潘存云教授研制潘存云教授研制机械设计机械设计机械设计机械设计冲点防松法冲点防松法3.3.其它方法防松其它方法防松1 11.51.5P P用冲头冲用冲头冲2 2至至3 3点点粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂机械设计机械设计机械设计机械设计334 4螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计(P40)(P40)在设计螺栓组连接时，关键是连接的结构设计。它是根据被
17、连接件的结构和连接的用途，确定螺栓数目和分布形式。.为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常连接接合面的几何形状都设结合面受力均匀，通常连接接合面的几何形状都设计成计成一、螺栓组连接的结构设计一、螺栓组连接的结构设计基本原则基本原则（六项）：（六项）：大多数机械中螺栓都是成组使用的。大多数机械中螺栓都是成组使用的。轴对称的简单几何形状轴对称的简单几何形状 圆形圆形 圆环形圆环形 矩形矩形 矩形框矩形框 三角形三角形 机械设计机械设计机械设计机械设计.螺栓布置应使各螺栓的螺栓布置应使各螺栓的受力合理受力合理FF(1)(1)对于铰制孔用螺
18、栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上对于铰制孔用螺栓连接，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，以免成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均载荷分布过于不均；潘存云教授研制潘存云教授研制合理不合理(2)(2)当螺栓连接承受当螺栓连接承受弯矩或转矩弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。机械设计机械设计机械设计机械设计(3)(3)当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗 剪零件来承受横向载荷。（键、套筒、销等）剪零件来承受横向载荷。（键、
19、套筒、销等）机械设计机械设计机械设计机械设计dhD.螺栓的排列应有螺栓的排列应有合理间距、边距合理间距、边距，以保证扳手空间，以保证扳手空间潘存云教授研制60CCEE60扳手空间的尺寸见有关标准。AB机械设计机械设计机械设计机械设计对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。栓的间距不大于下表所推荐的取值。t0潘存云教授研制螺栓间距t0工作压力/MPa7d 5d 4.5 4d 3.5 3d t0/mm 1.6 1.64 410 1016 1620 2030 d.为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常为了便于在圆周上钻孔时
20、的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成分布在同一圆周上的螺栓数目取成4 4、6 6、8 8等偶数。等偶数。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同机械设计机械设计机械设计机械设计支承面倾斜支承面倾斜采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构支承面不平支承面不平保证被连接件，螺母和螺栓头支承面平整，并与螺栓轴线相互垂直。对于在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈等。特殊情况下也可采用球面垫圈。.避免螺栓承受附加的弯曲载荷避免螺栓承受附加的弯曲载荷切削加工支承面切削加工支承面支承面倾斜支承面倾斜.
21、合理选择螺栓组的防松装置合理选择螺栓组的防松装置机械设计机械设计机械设计机械设计二、螺栓组连接的受力分析二、螺栓组连接的受力分析(停停)P42)P42受力分析的目的受力分析的目的:根据连接的结构和受载情况，根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所求出受力最大的螺栓及其所受的力受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。，以便进行螺栓连接的强度计算。受力分析时所作假设受力分析时所作假设:(1)(1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均同；所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均同；(3)(3)受载后连接接合面仍保持为平面受载后连接接合面仍保持为平面。受力分析的类型：受力分析的类型：(2)(2)螺栓
22、组的对称中心与连接接合面的形心重合；螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；受转矩受转矩受横向载荷受横向载荷受轴向载荷受轴向载荷受倾覆力矩受倾覆力矩M M机械设计机械设计机械设计机械设计（1 1）对于对于铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受工作剪力为连接，每个螺栓所受工作剪力为（2 2）对于对于普通螺栓普通螺栓连接，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦连接，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有力必须大于或等于横向载荷的要求，有式中式中z z为螺栓数目。为螺栓数目。图示为由四个螺栓组成的受横向载 荷的螺栓组连接。1 1受横向载荷的螺栓组连接受横向载荷的螺栓组连接K
23、 Ks s为防滑系数，设计中可取为防滑系数，设计中可取K Ks s=1.1=1.11.31.3。铰制孔螺栓铰制孔螺栓FFFF普通螺栓或或P43P43式式3-313-31P43P43式式3-73-7机械设计机械设计机械设计机械设计潘存云教授研制TO潘存云教授研制O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 2受转矩的螺栓组连接受转矩的螺栓组连接采用普通螺栓，是靠连接预紧后采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩矩T T。采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩和
24、螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T T。TrmaxFmaxr1f F0f F0r2riFi假设底板受载仍为平面，则螺栓的剪切变形量与距离成正比，F=Kri剪切力与距离r的比值为常数P44P44式式3-93-9P44P44式式3-103-10机械设计机械设计机械设计机械设计D D3 3受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接若作用在螺栓组上轴向总载荷若作用在螺栓组上轴向总载荷F F作用线与螺栓轴线作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为同，每个螺栓所受轴向工作载荷为通常，各个螺栓还承受预紧力通常，
25、各个螺栓还承受预紧力F F0 0的作用，当连接要有保证的残余的作用，当连接要有保证的残余预紧力为预紧力为F F1 1时，每个螺栓所承受的时，每个螺栓所承受的总载荷总载荷F F2 2为为F F2 2=F F1 1+F Fp pFF FF FP45P45式式3-113-11机械设计机械设计机械设计机械设计4 4受倾覆力矩的螺栓组连接受倾覆力矩的螺栓组连接倾覆力矩 M 作用在连接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已被拧紧并承受预紧力F0且被拉伸，地基有均匀的压缩。在作用M后，接触面绕0-0线转动一个角度，左边的地基被放松，而螺栓被进一步拉伸；右边的螺栓被放松，而地基被进一步压缩。单个
26、螺栓拉力产生单个螺栓拉力产生的力矩为的力矩为F F1 1F F0 0 F F0 0 p p (F F 0 0引起引起)F F2m2mp2p2(F F1m1m引起引起)p1p1(F F1 1引起引起)L Li iL LmaxmaxO OO Ox xx xO OM MM MM Mi i=F=Fi i L Li i 假设底板受载仍为平面，则螺栓受力与螺栓中心到螺栓组排列中心的距离成正比。螺栓承受的载荷与距离成正比螺栓承受的载荷与距离成正比 机械设计机械设计机械设计机械设计强调是基座上的压力单个螺栓的受力分析单个螺栓的受力分析未加倾覆力矩时，工未加倾覆力矩时，工作点在作点在A A。M Mi i=0=0
27、施加倾覆力矩施加倾覆力矩M M时，时，左边的螺栓，工作点移至左边的螺栓，工作点移至B B1 1 和和C C1 1 右边的螺栓，工作点移至右边的螺栓，工作点移至B B2 2 和和C C2 2 左边螺栓总拉力增加，左边螺栓总拉力增加，右边螺栓总拉力减小。右边螺栓总拉力减小。F F1m1m F Fm m F F2m2m F F1 1 F F F F2 2 C C2 2 O Om m 力力 变形变形 O Ob b C C1 1 B B2 2 B B1 1 A A F F0 0 机械设计机械设计机械设计机械设计作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M M平衡，即平衡，即求得最大
28、工作载荷为防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出为防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求现间隙，要求接合面的有效面积接合面的有效面积接合面的有效抗弯截面系数接合面的有效抗弯截面系数地基接合面的许用压应力地基接合面的许用压应力P45P45式式3-123-12P46P46式式3-13,143-13,14机械设计机械设计机械设计机械设计螺栓的总拉力螺栓的总拉力连接接合面材料的许用挤压应力材料 钢 铸铁 混凝土 砖(水泥浆缝)木材p(MPa)0.8S (0.40.5)B 2.03.0 1.52.0 2.04.0机械设计机械设计机械设计机械设计335 5螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计
29、算 P46P46螺栓连接螺栓连接主要失效主要失效形式形式滑扣滑扣 因经常拆装受拉螺栓受拉螺栓塑性变形塑性变形 螺纹部分疲劳断裂疲劳断裂受剪螺栓受剪螺栓 剪断剪断压溃压溃 螺杆和孔壁的贴合面经常拆卸经常拆卸 轴向变载荷轴向变载荷断裂断裂机械设计机械设计机械设计机械设计潘存云教授研制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。一、松螺栓连接强度计算一、松螺栓连接强度计算P47P47强度条件强度条件3-153-15式中式中d d1 1 螺纹小径螺纹小
30、径mmmm ，许用应力许用应力二、紧螺栓连接强度计算二、紧螺栓连接强度计算FF力除以面积设计公式设计公式3-163-16装配时需要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。1.1.仅承受预紧力的紧螺栓连接仅承受预紧力的紧螺栓连接2.2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接3.3.承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接装配时不须要拧紧机械设计机械设计机械设计机械设计在拧紧力矩的作用下，螺栓受轴向拉力在拧紧力矩的作用下，螺栓受轴向拉力F F0和螺纹摩擦力矩和螺纹摩擦力矩T T1的双重作用。的双重作用。拉应力拉应力1.1.仅承受预紧力的紧螺栓连接仅承受预紧力的紧螺栓
31、连接（预紧）（预紧）扭转切应力扭转切应力分母为抗剪截面系数机械设计机械设计机械设计机械设计对于对于M10M10M64M64的普通钢制螺纹，可取：的普通钢制螺纹，可取：得：得：0.5 0.5计算应力计算应力由此可见，对于M10-M64普通螺纹的钢制紧螺栓连接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。（式3-18）强度条件强度条件又又螺栓材料塑性，根据第四强度理论可得螺栓材料塑性，根据第四强度理论可得Tanv f=0.17，d2/d1=1.041.08,tan 0.05 设计公式设计公式 P49P49式式3-193-19
32、机械设计机械设计机械设计机械设计当普通螺栓连接承受当普通螺栓连接承受横向工作载荷横向工作载荷时，时，预紧力预紧力F F0 0导致接合面所产生的摩擦力应大导致接合面所产生的摩擦力应大于于横向载荷横向载荷F F。K Ks s 可靠性系数，常取可靠性系数，常取 K Ks s=1.1=1.11.31.3预紧力预紧力F F0 0 f f 接合面接合面摩擦系数，对钢与铸铁，摩擦系数，对钢与铸铁，取取 f f=0.1=0.10.160.16i i 结合面数结合面数 上图上图 i i=1,=1,下图下图 i i=2=2若取若取 f f=0.15=0.15，K Ks s=1.2,=1.2,i i=1,z=1=1
33、,z=1则则F F0 0 8 8F F螺栓结构尺寸大螺栓结构尺寸大F FF FF FF/2F/2F/2F/2F F0 0F F0 0F F0 0F F0 0机械设计机械设计机械设计机械设计F FF/2F/2F/2F/2改进措施：改进措施：(1)(1)采用键、套筒、销承担横向工作载荷。采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用螺栓仅起连接作用(2)(2)采用无间隙的铰制孔用螺栓。采用无间隙的铰制孔用螺栓。机械设计机械设计机械设计机械设计2.2.受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接（紧拉）（紧拉）设缸内流体压强为设缸内流体压强为p p，螺栓数目为，螺栓数目为Z Z，
34、则缸体周围每个螺，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为栓的平均载荷为p pD D2 2/4/4F F =Z ZD Dp pF FF F机械设计机械设计机械设计机械设计潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制 预预紧紧 状态状态潘存云教授研制特别注意，轴向载荷：特别注意，轴向载荷：F F2 2 F F+F F0 0加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b b被连接件受压缩短被连接件受压缩短m m加载加载 F F 后后:螺栓总伸长量增加为螺栓总伸长量增加为 总拉力为总拉力为 被连接件压缩量减少为被连接件压缩量减少为 残余预紧力减少为残余预紧力减少为 F F1 1 很显
35、然很显然 F F1 1 F F0 0 被连接件放松了 F F1 1推荐值推荐值 见见 P51-52P51-52+b bm m-F F0 0F F0 0受载受载变形变形松弛松弛状态状态潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F F2 2F F2 2F F2 2=F F+F F1 1F F1 1F F1 1F FF Fm mb b F F0 0F F0 0机械设计机械设计机械设计机械设计螺栓变形螺栓变形b b力力F F0 0arctanarctanC Cb bF Fb bF Fm m螺栓变形螺栓变形力力F F2 2F F1 1F FF F0 0b bm m连接件变形连接件变形力力F F0 0ar
36、ctanarctanC Cm mm mF F1 1推荐值推荐值 见见 P51-52P51-52机械设计机械设计机械设计机械设计力力螺栓变形螺栓变形arctanarctanC Cb bF=F=F Fb b+F Fm m=(=(C Cb b+C+Cm m )F F1 1=F=F0 0-F Fm m=F=F0 0-C Cm m F F2 2=F=F0 0 +F Fb b=F=F0 0 +C Cb b C Cb b+C+Cm mF F=F FF F2 2F Fb bF F0 0F Fm mF F1 1相相对刚对刚度系数度系数C Cb b+C+Cm mC Cb bF F2 2=F=F0 0+F+FC C
37、b b+C+Cm mC Cb bF F1 1=F=F0 0 F F代入得：代入得：1机械设计机械设计机械设计机械设计表表3 34 4螺栓的相对刚度系数螺栓的相对刚度系数垫片类型垫片类型 金属垫片或无垫片金属垫片或无垫片 皮革皮革 铜皮石棉铜皮石棉 橡胶橡胶 0.20.20.3 0.7 0.8 0.90.3 0.7 0.8 0.9C Cb b+C+Cm mC Cb b静强度条件静强度条件P52P52式式3-253-25设计公式设计公式P52P52式式3-263-26机械设计机械设计机械设计机械设计受轴向变载荷的重受轴向变载荷的重要连接，还应进行疲劳强度校核。要连接，还应进行疲劳强度校核。当工作拉
38、力在当工作拉力在0 0F F之间变化时，之间变化时，螺栓所受总拉力在螺栓所受总拉力在F F0 0 F F2 2之间之间变化。变化。F F2 2 F F0 0 m m b bF F 若不考虑摩擦力矩的影响，有若不考虑摩擦力矩的影响，有机械设计机械设计机械设计机械设计D DI I因为因为min min=constconst ,应力工作点应力工作点M M落落在在ODG IODG I区域内，依据疲劳强度理区域内，依据疲劳强度理论有：论有：（P53P53式式3-273-27）其中其中-1tc-1tc 螺栓材料的对称螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限。循环拉压疲劳极限。疲劳极限疲劳极限-1-1 -1tc-1t
39、c10 16010 160220 120220 120150150Q215 170Q215 170220 120220 12016016035 22035 220300 170300 17022022045 25045 250340 190340 19025025040Cr 32040Cr 320440 240440 240340340材材 料料 材料特性系数材料特性系数碳素钢碳素钢 =0.1=0.10.20.2合金钢合金钢 =0.3=0.30.30.3minmin-1e-1e-1-1a am mO OC CA AS S G GMM3K K 综综合影响系数合影响系数S S 安全系数安全系数 见
40、见P54 表表3-12机械设计机械设计机械设计机械设计这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在连接接合面处，螺栓杆则受剪切。3 3承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接螺栓杆与孔壁的螺栓杆与孔壁的挤压强度条件挤压强度条件为为 螺栓杆的剪切强度条件为螺栓杆的剪切强度条件为 F F 螺栓所受的工作剪力，单位为螺栓所受的工作剪力，单位为N N；L Lminmin铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓FFd d0 0设计时应使设计时应使 L Lminmin1.251.25d d0 0d d0 0 螺栓剪切面直径螺栓剪切面直径（可取螺栓孔直径（可取螺栓孔直径）
41、，），单位为单位为mmmm；L Lminmin 螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为单位为mmmm。P54P54式式3-283-28P54P54式式3-293-29M-M-受剪工作面数受剪工作面数机械设计机械设计机械设计机械设计337 7螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力一、螺纹连接件材料一、螺纹连接件材料螺栓、螺柱、螺钉常用材料：螺栓、螺柱、螺钉常用材料：Q215Q215、Q235Q235、3535、4545等碳素钢；等碳素钢；特殊用途特殊用途(防磁、导电防磁、导电):):特殊钢、铜合金、特殊钢、铜合金、铝合金等，并经表面处理铝合金等，并经表面处理螺栓、螺
42、柱、螺钉的性能等级分为螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为1010级级。作为标准零件，螺纹连接件是按其性能等级选用的。对于一定性能等级的螺纹连接件应具备一定的强度极限。冲击振动场合用：冲击振动场合用：15Cr15Cr、40Cr40Cr、30CrMnSi30CrMnSi等合金钢。等合金钢。普通垫圈：普通垫圈：Q235Q235、1515、3535弹簧垫圈：弹簧垫圈：65Mn65Mn =点前数字点前数字 X X 100100；=点前数字点前数字 X X 点后数字点后数字 X 10X 10机械设计机械设计机械设计机械设计选用原则：选用原则：一般用途：通常选用一般用途：通常选用4.84.8级左右的螺栓，级左右
43、的螺栓，重要场合：要选用高的性能等级，重要场合：要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用如在压力容器中常采用8.88.8级的螺栓。级的螺栓。螺母的性能等级分为7级。螺母性能等级数字粗略表示其所能保证最小螺母性能等级数字粗略表示其所能保证最小应力的应力的1/100；机械设计机械设计机械设计机械设计二、螺纹连接件的许用应力二、螺纹连接件的许用应力 螺纹连接件的许用应力与载荷性质螺纹连接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷静、变载荷)、装配情况装配情况(松、紧连接松、紧连接)、材料、结构尺寸有关。、材料、结构尺寸有关。许用拉应力许用拉应力 许用切应力和挤压应力许用切应力和挤压应力 被连接件为钢被连接件
44、为钢被连接件为铸铁被连接件为铸铁S S 、S Sp p 安全系数，其取值详见安全系数，其取值详见P54P54表表3-123-12机械设计机械设计机械设计机械设计338 8提高螺栓连接强度的措施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：承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：疲劳断裂疲劳断裂容易断裂部位：容易断裂部位：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，将大大提高连接系统的可靠性。65%65%20%20%15%15%机械设计机械设计机械设计机械设计一、降低影响螺栓总拉伸载荷一、降低影响螺栓总拉伸载荷F F2 2的变化范
45、围的变化范围轴向工作载荷轴向工作载荷F F的变化范围的变化范围 0 0F F总拉伸载荷的总拉伸载荷的F F2 2变化范围变化范围 C Cb b 所以所以 C Cm m F F2 2变化范围变化范围 F F C Cb b+C+Cm mC Cb bF F0 0 F F0 0+F+F=F=F2 2F F0 0 m m b b措施一：措施一：降低螺栓刚度（降低螺栓刚度（C Cb b C Cb b,b b b b ）F F F F F F1 1 F F2 2 虽然F F=F F但有F F C Cm m,m m m m ）措施三：措施三：综合措施（综合措施（C Cb b C Cm m,F,F0 0 F F
46、0 0 ）F F2 2F FF F F F1 1b bF F0 0m m F F F F强调残余预紧力减小F F=F FF F=F F，F F1 1 =F F 1 1F F F F2 2 F F3 3 F F4 4 F F5 5螺螺栓栓杆杆F F潘存云教授研制螺螺栓栓杆杆F F螺母体螺母体均载螺母均载原理均载螺母均载原理 螺母和螺杆均为拉伸变形，有助于减小两者螺距变化，使受载均匀。10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。机械设计机械设计机械设计机械设计10101515悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母10101515内斜与环槽螺母内斜与环槽螺母均载原理相同均载原理相同螺母也受拉螺母也受
47、拉内斜螺母因力的作用点外移可使载荷较大的头几圈螺纹牙容易变形，使载荷上移而改善载荷分布不均。均载均载元件元件悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母内斜与环槽螺母内斜与环槽螺母都是改变螺母旋合部分的变形性质，使之和螺栓变形性质相同，均为拉伸变形，从而使螺纹牙上载荷分布趋于均匀；钢丝螺套钢丝螺套加工复杂，加工复杂，仅限于用在仅限于用在重要场合或大型连接。重要场合或大型连接。机械设计机械设计机械设计机械设计采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构三、减小应力集中三、减小应力集中1.1.增大过渡圆角增大过渡圆角2.2.切制卸载槽切制卸载槽r r四、避免或减小附加应力四、避免或减小附加应力3.3.
48、卸载过渡结构卸载过渡结构要从结构、制造与装配精度采取措施。要从结构、制造与装配精度采取措施。支承面不平支承面不平切削加工支承面切削加工支承面潘存云教授研制机械设计机械设计机械设计机械设计五、采用特殊制造工艺五、采用特殊制造工艺冷镦头部、滚压螺纹冷镦头部、滚压螺纹疲劳强度提高疲劳强度提高30%30%比车削 若热处理后再滚压可提高若热处理后再滚压可提高70%-100%70%-100%；表面处理氰化、氮化也能提高疲劳强度。表面处理氰化、氮化也能提高疲劳强度。球面垫圈球面垫圈 采用球面垫圈和腰环采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺栓的装螺栓可以保证螺栓的装配精度。配精度。腰环螺栓腰环螺栓潘存云教授研制潘存
49、云教授研制机械设计机械设计机械设计机械设计1、在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 。（1）三角形螺纹；（2）梯形螺纹；（3）锯齿形螺纹；（4）矩形螺纹；2、在常用的螺纹联接中，自锁性最好的螺纹是 。（1）三角形螺纹；（2）梯形螺纹；（3）锯齿形螺纹；（4）矩形螺纹；3、当两个被联接件不太厚时，宜采用 。（1）双头螺柱联接；（2）螺栓联接；（3）螺钉联接；（4）紧定螺钉联接；4、当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常拆装时，往往采用 。（1）螺栓联接；（2）螺钉联接；（3）双头螺柱联接；（4）紧定螺钉联接；4123机械设计机械设计机械设计机械设计5、当两个被联接件之一太厚，不宜制
50、成通孔，且联接不需要经常拆装时，往往采用 。（1）螺栓联接；（2）螺钉联接；（3）双头螺柱联接；（4）紧定螺钉联接；6、在拧紧螺栓联接时，控制拧紧力矩有很多方法，例如 。（1）增加拧紧力；（2）增加扳手力臂；（3）使用测力矩扳手或定力矩扳手；7、螺纹联接预紧的目的之一是 。（1）增强联接的可靠性和紧密性；（2）增加被联接件的刚性；（3）减小螺栓的刚性；8、有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在02Mpa之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律为 。（1）对称循环变应力；（2）脉动循环变应力；（3）非对称循环变应力；（4）非稳定循环变应力；2313机械设计机械设计机械设计机械设计总总 结结螺栓组 单