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1、、材料锁合连接：在被连接件间涂敷附加材料，靠分子力将零件连接在一起。如钎焊、胶接。2 2、根据其可拆性，可分为两类：、可拆连接：允许多次装拆而不需毁坏连接中任一零件的连接，称为可拆连接，如螺纹连接、键连接、销连接等考虑结构、安装、运输、维护、不可拆连接：拆开时至少要破坏一个零件的连接，称为不可拆连接。如焊接、粘接和铆接等。考虑制造、经济性第1页/共145页二、连接类型的选择：在设计被连接零件时，就应同时决定所要采用的连接类型。类型选择是以使用要求及经济要求为根据的。一般来说，不可折连接多适用于制造及经济上的原因，可折连接多适用于结构、安装、运输，维修上的原因。过盈连接既可以做成可拆连接，也可以
2、做成不可拆连接。在具体选择时还须考虑到连接的加工条件和被连接零件的材料、形状及尺寸等因素。例如板件的连接，多选用螺纹、焊、铆接或胶接。杆件多选用螺纹和焊接，轴和毂多选用键、花键及过盈配合。在设计时除考虑强度、刚度及经济性等。在某些场合会需满足紧密性的要求。第2页/共145页第五章 螺纹连接和螺旋传动螺纹及螺纹连接的基本知识；螺栓组连接的设计，包括单个螺栓连接的预紧、强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高螺栓连接强度的措施等；滑动螺旋传动的设计计算方法。基本要求:1)掌握螺纹的基本知识螺纹的基本参数、常用螺纹的种类、特性及其应用。2)掌握螺纹连接的基本知识螺纹连接的基本类型、结构特点及其应用，
3、螺纹连接标准件，螺纹连接的预紧与防松。3)掌握螺栓组连接设计的基本方法螺栓组连接的结构设计，受力分析，单个螺栓连接的强度计算理论与方法。第3页/共145页4)掌握提高螺纹连接强度的各种措施。1)螺纹和螺纹连接的基本知识。5)掌握滑动螺旋传动的常用设计方法。重点：2)螺栓组连接的受力分析，主要是复杂受力状态下的受力分析。3)单个螺栓连接的强度计算，主要是承受横向载荷和轴向拉伸载荷的紧螺栓连接的强度计算。4)螺栓组连接的综合计算，主要是三种情况：校核螺栓组连接螺栓的强度；设计螺栓组连接螺栓的直径尺寸；确定螺栓组连接所能承受的最大载荷。第4页/共145页其特点为：构造简单,拆装方便,工作可靠,各种螺
4、纹连接件已标准化。故应用广泛。5-1螺纹螺纹连接是一种可拆连接，它是靠螺纹工作的。一、类型及应用按成形分：内螺纹和外螺纹（共同组成螺旋副）前三种为连接用螺纹，后三种为传动用螺纹。按作用分：连接螺纹和传动螺纹按绕行方向分：右螺旋（常用）和左螺旋按头数分：单头、双头和多头按牙型分：a普通螺纹b米制锥螺纹c管螺纹；d矩形螺纹e梯形螺纹f锯齿形螺纹。第5页/共145页根据螺纹在螺杆轴向剖面上的形状（牙形）不同，可分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和管螺纹等根据母体形状，螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。牙根强度工艺性适用场合三角形螺纹最大好连接矩形螺纹小差传动梯形螺纹较大好传动锯齿形螺纹较大好传
5、动管螺纹连接第6页/共145页对螺纹的要求：螺纹是螺纹连接和螺旋传动的重要部分，要求有足够的强度(牙根和杆的断面)和良好的工艺性。常用的螺纹的特点和应用范围（连接件）此外，连接螺纹必须自锁，管螺纹还要求有紧密性，传动螺纹要求高效率，调整螺纹和传递运动的螺纹则要求有足够的精度，起重螺纹既希望工作行程效率高，又要求自锁性能好。第7页/共145页牙形角=2=60，因牙侧角大，所以摩擦大，易自锁，主要用于连接。普通螺纹分粗牙和细牙，一般用粗牙。yaxing.htm1、普通螺纹普通螺纹(三角形螺纹，标准代号：GB/T192-2003)第8页/共145页2、矩形螺纹特点：牙形为矩形，牙侧角=0，所以效率高
6、，用于传动，但它难于制造(只能车削)，根部强度弱，螺母和螺杆对中性差，未标准化，常用梯形螺纹代替。第9页/共145页牙形角=2=30,它较矩形螺纹牙根强度高，效率稍低，易制造(可车、铣、磨)，对中性好，已标准化，广泛用于各种螺旋传动。3、梯形螺纹(GB/T57962005）若采用剖分螺母，还可利用径向位移以消除因磨损而造成的间隙。第10页/共145页4、锯齿形螺纹(JB/T2001.73-1999)适用于起重螺旋、螺旋压力机、大型螺栓连接(如水压机立柱)等单向受力的传动和连接机构中。螺纹副的大径处无间隙，便于对中。工作面牙侧角=3,易加工；非工作面=30,它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强
7、度高的优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。第11页/共145页5、圆柱管螺纹牙型角=55，用于管件连接，基本以管的内径为公称直径。螺纹面间没有间隙，密封性也好。适用于压力在1.6MPa以下的管路连接。第12页/共145页有圆锥管螺纹(牙型角=55)和米制锥螺纹(牙型角=60)6、圆锥螺纹55圆锥管螺纹：螺纹均匀分布在1：16的圆锥管壁上，内、外螺纹面间没有间隙；螺纹旋合后，利用本身的变形就可以保证连接的紧密性，使用时不需用填料来保证螺纹连接的紧密性。用于高温高压的管件连接。第13页/共145页螺纹的形成：（xingcheng）（canshu）将一直角三角形绕于圆柱上，其斜边便形成一条螺
8、旋线（如下图）。将一平面图形（三角形、矩形、梯形等）沿螺旋线回转，其轨迹就形成一条螺纹。螺纹的凸出部分称为螺纹的牙。二、螺纹的主要参数第14页/共145页、外径（大径）d d 与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合 的假想圆柱面直径，在标准中称公称直径。、内径（小径）d d1 1 与外螺纹牙底内螺纹牙顶相重合的 假想圆柱面直径（在强度计算中，常作为螺杆危险截面 的计算直径）。第15页/共145页、中径d d2 2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想 圆柱面的直径，d d2 20.5(d+d0.5(d+d1 1)、螺 距 P P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离。、导程（S S）同一
9、螺旋线上 相邻两牙在中径圆柱面上的 对应两点间的轴向距离。第16页/共145页沿一条螺旋线所形成的螺纹为单线螺纹。单线螺纹多用于连接。沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹为多线螺纹。多线螺纹多用于传动。多线螺纹由于加工制造的原因，线数一般不超过4条、线 数 n n 螺纹螺旋线数目，螺距、导程、线数之间关系：S=n P S=n P 第17页/共145页、螺旋升角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第18页/共145页8 8）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角。牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角。9 9）接触高度 h内外螺纹旋合后接触面的径向高度
10、。第19页/共145页螺栓连接是用螺栓穿过被连接件的光孔后，拧紧螺母来实现连接的。用于连接两个都不太厚且需经常拆卸的零件，其结构如下图所示。由于无需在被连接件的孔上切制螺纹，且不受被连接件的材料限制，结构简单，装拆方便，损坏后容易更换，故应用广泛。5-2螺纹连接的基本类型及标准连接件一、螺纹连接的基本类型（luoshuanlianjie）1、螺栓连接第20页/共145页按其受力情况不同，螺栓连接分为受拉螺栓连接和受剪螺栓连接。又称普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接，其结构有所不同。前者在螺栓和孔壁间有间隙，孔的加工精度要求低，又称普通螺栓连接。因加工和装拆方便，应用最广。后者螺栓杆部与孔之间一般采用
11、过渡配合（H7/m6，H7/n6），用以承受横向载荷，有时还兼起定位作用。螺栓和孔壁间有间隙！孔的加工精度要求低，螺栓不受剪力。普通螺栓连接因加工和装拆方便，应用最广。第21页/共145页螺栓杆部与孔之间一般采用过渡配合用以承受横向载荷，有时还兼起定位作用。螺栓承受剪力。孔需精制(如铰孔)，连接件需用铰制孔螺栓。螺栓和螺母均有国标2、双头螺柱连接在需要用螺钉连接的结构中，连接又需要经常拆卸时，或用螺钉无法安装时，则需用双头螺柱连接。5-3a螺柱有国标。第22页/共145页当被连接件之一受结构限制，不能在其上穿通孔、或希望结构紧凑、或希望有光整的外露表面或无法拆装螺母时，可以在不能穿通孔的被连接
12、件上加工螺纹以代替螺母，这种连接被称为螺钉连接。螺钉连接在结构上比双头螺柱连接简单、紧凑；不宜用于经常拆卸场合。3、螺钉连接螺钉有国标。第23页/共145页这种连接通常用来固定两个零件的相对位置，有时也可以传递不大的力和力矩。4、紧定螺钉连接紧定螺钉旋入被连接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被连接件的表面或凹槽中紧定螺钉有国标第24页/共145页除上述4种基本螺纹连接形式外，还有一些特殊结构的连接，如：地脚螺栓、吊环螺钉、T形槽螺栓连接。第25页/共145页连接零件包括螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母、垫圈及防松零件等，大多已有国家标准，公称尺寸为螺纹大径。二、标准螺纹连接件螺纹连接件的制
13、造精度分为A、B、C三级。A级精度最高，用于要求装配精度高及受振动、变载荷等重要连接。C级用于一般连接。螺栓：luoshuanmu螺钉luoding双头螺柱shuangluozhu紧定螺钉jinding螺母luomu第26页/共145页螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉 自攻螺钉、螺母、垫圈第27页/共145页一、螺纹连接在装配时必须预先拧紧，称为紧连接。5-3螺纹连接的预紧预紧可防止连接在工作时出现间隙、横向移动或松动，增强连接的可靠性和紧密性。所需预紧力的大小与工作载荷有关。为了充分发挥螺栓的工作能力和保证预紧可靠，螺栓的预紧应力一般可达材料屈服极限s的80%对于一般连接用的钢制螺栓连接的预紧力F
14、0，推荐按下列关系确定：碳素钢螺栓：F0（0.60.7）sA1合金钢螺栓：F0（0.50.6）sA1第28页/共145页式中：A1螺栓危险截面的面积，A1d124适当选用较大的预紧力对螺纹的连接的可靠性及连接件的疲劳强度都是有利的。但过大会削弱静强度使整个连接件的尺寸增大，将导致连接件在装配或偶然过载时被拉断。在设计时，既要保证连接件所需要的预紧力，又不应使螺纹连接件过载。因此对重要的连接在装配是要控制预紧力的。预紧力的选择：预紧力过大或过小都不好。小直径的螺栓装配时应施加小的拧紧力矩，否则就容易将螺栓杆拉断。螺栓拧紧的程度是凭工人经验来决定的。为了保证装配质量，重要的螺栓连接应按计算值控制拧
15、紧力矩。第29页/共145页二、装配时控制拧紧力矩的方法：1、小批量生产时可使用带指针的测力矩扳手。测力扳手.avi2、大量生产多使用定力矩扳(如风扳机),当输出力矩达到所调节的额定值时，离合器便会打滑而自动脱开，并发出声响。第30页/共145页3、装配时测量螺杆的伸长。P70LS：螺栓原始长度，F0：所需预紧力，LM：拧紧后螺栓长度，Cb：螺栓刚度系数。第31页/共145页三、预紧力和拧紧力矩的的关系 1、螺纹阻力矩2、支承面阻力矩3、拧紧力矩（5-6）第32页/共145页将不同螺栓直径d时的d2、d0、D1、值带入式（5-6），并取 fc0.15、可将式（5-6）写成更便于应用的形式:（5
16、-75-7）第33页/共145页5-4螺纹连接的防松（fangsong）连接螺纹都具有自锁性(自锁条件)，在静载荷和工作温度变化不大时不会自动松脱。但在冲击、振动和变载荷的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，连接仍有可能松脱。高温的螺纹连接，由于温度变形差异等原因，也有可能发生松脱现象。因此设计时必须考虑防松。防松的方法很多，就其工作原理，可分为三类：摩擦防松、机械防松、破坏螺纹副关系的永久防松螺纹连接防松的实质是防止螺纹副的相对转动。1、摩擦防松第34页/共145页摩擦防松的原理是使螺纹副中有不随连接所受外载荷而变的压力，从而始终存在摩擦力矩以阻止相对转动。对顶螺母当只有一个螺母时，螺栓轴向力
17、瞬间消失时，螺纹间的摩擦也消失，螺母会自松；双螺母防松结构简单、使用方便，但结构尺寸大、可靠性不高。它适用于平稳、低速和重载的连接，其它场合目前用的不多。第35页/共145页垫圈为一圈特制的弹簧,材料为弹簧钢，它应用极为广泛。弹簧垫圈装配后垫圈被压平，产生较大的弹性变形。在变载下,此变形不易恢复,其弹力能使螺纹间保持压紧力和摩擦力而防松；此外,垫圈切口尖端逆着旋松的方向,也有阻止螺母反转的作用。锁紧螺母开槽自锁螺母螺母上部一段为非圆形收口或开槽收口，螺栓拧入后张开，利用弹性使螺纹副横向压紧，防松可靠，可多次装拆重复使用。第36页/共145页利用嵌在螺母内的弹性环的弹性变形，箍紧螺杆以防松；在拧
18、紧螺母时，螺母内尼龙圈挤入旋合螺纹中，增大该处摩擦力以防松。锁紧螺母（金属或非金属嵌件）锁紧螺母是利用嵌在螺母内的各种弹性材料(如弹性环、尼龙圈等)的弹性变形，在螺纹间产生的附加摩擦力来防松的。2、机械防松机械防松是利用各种机械锁紧件来防松的。它们工作可靠，应用广泛，但不宜多次拆卸。第37页/共145页开口销与六角开槽螺母 拧紧螺母后，将开口销插入与螺栓尾部孔对准的螺母槽内，再将销尾掰开。阻止螺母与螺杆相对转动。第38页/共145页止动垫圈与一般六角螺母相配用的止动垫圈：垫圈约束螺母，而自身又被约束在被连接件上，使螺母不能转动。同时要保证螺栓不转动。第39页/共145页各螺钉拧紧后，将金属丝按
19、螺钉不能松退的方向，依次穿入螺钉顶头上的孔中锁紧。当螺钉有松动趋势时，将使钢丝被拉得更紧。串联金属丝锁定螺钉组适用于螺钉组，在使用时应注意钢丝穿入螺钉的方向。第40页/共145页机械防松实例第41页/共145页拧紧螺母后，用油漆、点焊或冲点破坏螺纹，或在旋合段涂以金属粘结剂，强迫螺栓、螺母螺纹副局部塑性变形，阻止其松动，永久性防松方法方便，防松可靠，但拆卸后螺纹副被破坏，螺栓、螺母不能重新使用。3、永久性防松（破坏螺纹副）焊接铆冲第42页/共145页大多数机器的螺纹连接件都是成组使用的，其中以螺栓组连接最典型，下面讨论它的设计和计算问题,其基本结论也适用于双头螺柱组连接和螺钉组连接。5-5螺栓
20、组连接的设计一、螺栓组连接的结构设计螺栓组连接结构设计的目的在于合理地确定连接结合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和结合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题。、连接接合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状。这样便于加工和便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和结合面的几何形心重合，以保证连接结合面受力比较均匀。第43页/共145页轴对称的简单几何形状第44页/共145页当螺栓连接承受弯矩和扭矩时，应使螺栓的位置靠近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。受力合理受力不合理铰制孔螺栓，在平行于载荷方向不要成排地布置8个以上的
21、螺栓，以免载荷分布过于不均。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销、套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷（见5-5节卸载装置图），以减少螺栓的预紧力及尺寸。第45页/共145页、螺栓的排列应有合理的间距和边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应按扳手所需的活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸可查阅机械设计手册。第46页/共145页对压力容器等紧密性要求较高的重要连接，螺栓的间距 不得大于如下图表推荐的数值。、分布在同一圆周上的螺栓数目，应取4、6、8等偶数；同一螺栓组中各螺栓的材料、尺寸均应相同，以便于互换、加工、拆装，且经济。第47页/共145页、避免螺栓承受偏
22、心载荷。导致螺栓承受偏心载荷的结构除了要在结构设计上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被连接件上螺母和螺栓头的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。第48页/共145页斜面用斜垫圈铸造出凸台加工沉头座第49页/共145页、此外，还应根据工作条件合理选择螺栓的防松装置。采用球面垫圈第50页/共145页螺栓组连接受力分析的任务，就是确定螺栓组受力最大的螺栓及其所受工作载荷的大小，以便进行螺栓连接的强度计算。下面对几种典型的螺栓组受力情况进行分析。为简化计算，分析时，常作如下假定：、被连接件是刚体，受载后连接接合面仍保持为平面；、各螺栓的拉伸刚度或剪切刚度(即螺栓的材质、直径和长度)及预紧力均相同；、
23、螺栓的应变在弹性范围内。1、受横向载荷的螺栓组连接、螺栓组的对称中心与连接面的形心重合。二、螺栓组连接的受力分析第51页/共145页如图，横向载荷F通过螺栓组形心。横向载荷可通过普通螺栓或铰制孔用螺栓连接来传递。、横向载荷用普通螺栓连接连接靠接合面间的摩擦力平衡外载荷，螺栓只受预紧力。每个螺栓所需的预紧力为F0，根据力平衡有由此得预紧力F0 为：（5-9）f：接合面的摩擦系数i：接合面数Ks：防滑系数Ks=1.11.3第52页/共145页受横向载荷的紧螺栓连接预紧后接合面数i=1接合面数i=2第53页/共145页受横向载荷的紧螺栓连接加载后接合面数i=1接合面数i=2第54页/共145页考虑摩
24、擦系数不稳定及靠摩擦传力有时不可靠而引入的不可靠系数防滑系数Ks。接合面数i=2，接合面间的摩擦系数，如下表所示。第55页/共145页、横向载荷用铰制孔螺栓连接如图，连接靠螺栓杆受剪切力来平衡外载荷，假设被连接件为刚体，则各螺栓所受的剪力相等。根据板的平衡条件有 z F=F,每个螺栓连接所受的横向工作载荷为：第56页/共145页2、受旋转力矩T的螺栓组连接图为一机座的螺栓组连接。旋转力矩T作用在接合平面内，使机座有绕螺栓组形心旋转的趋势。此载荷可用普通螺栓或铰制孔螺栓连接来传递。、受旋转力矩用普通螺栓组连接f F0f F0不滑移的条件第57页/共145页由此可得每个螺栓连接所需的预紧力为：（5
25、-10）ri：第i个螺栓到螺栓组对称中心的距离。、受旋转力矩用铰制孔螺栓组连接FiFmax第58页/共145页根据机座的静力平衡条件有：忽略接合面上的摩擦力，外加力矩T靠螺栓所受剪力对底板旋转中心的力矩之和来平衡。（5-12）第59页/共145页根据螺栓的变形协调条件：各螺栓的剪切变形量与螺栓中心至机座旋转中心O的距离成正比(假设被连接件为刚体，没有变形)，而每个螺栓的剪切变形量与其所受剪切力成正比，故有（5-11）联立上面两式可得求得受力最大的螺栓所受的工作剪力：（5-13）第60页/共145页3、受轴向载荷F 的螺栓组连接例如汽缸盖螺栓组连接，载荷F作用线与螺栓中心线平行并通过螺栓组形心，
26、因此各螺栓所分担的工作载荷相等。设螺栓数目为z，则作用在单个螺栓上的轴向载荷F即为：（5-14）第61页/共145页4、受倾覆力矩M的螺栓组连接图为一受倾覆力矩的螺栓组连接。M作用在通过O-O轴线并垂直于接合面的对称平面内。机座用普通螺栓连接在底板上。F0F0假设：被连接件是弹性体，但变形后其接合面仍保持平直，受预紧力F0后，螺栓均匀的伸长，地基在螺栓F0作用下被均匀的压缩。第62页/共145页受倾覆力矩M的作用后，机座有绕其对称轴线O-O翻转的趋势；在轴线O-O左侧，螺栓被进一步拉伸，地基被放松；在右侧，螺栓被放松，地基被进一步压缩。第63页/共145页根据变形协调条件可知，各螺栓的伸长变形
27、的增量和它到底板对称轴线O-O的距离Li 成正比。因此由于倾覆力矩的作用，各螺栓受力的大小也与其至对称轴线的距离成正比。即：由底板静力平衡条件可得：（5-15）联立（5-15）式第64页/共145页可求得每个螺栓所受的工作拉力Fi ，其中受力最大的螺栓为距对称轴线最远的螺栓，其工作拉力为：（5-16）受倾覆力矩的螺栓组连接除要求螺栓强度足够外，还应保证接合面既不出缝隙也不被压溃。因此接合面强度条件是：第65页/共145页a.右端不被压溃：b.左端不出缝隙：（5-20）（5-21）第66页/共145页按以上两式求得预紧力F0，取两者的较大值。接合面材料的许用挤压应力，如下表所示。式中：pmax：
28、由于加载在地基接合面上引起的附加压应力的最大值W：接合面的有效抗弯截面系数。p：地基接合面的许用挤压应力。p：地基接合面受载前，因预紧力产生的挤压应力第67页/共145页在实际使用中，螺栓组所受的载荷常常是上述四种状态的不同组合，但均可按静力分析的方法，将各种受力状态转化为上述四种基本受力状态的某种组合。5.复合载荷因此，只要分别计算出螺栓组在这些基本受力状态下，每个螺栓连接处的工作载荷，然后将轴向载荷代数量相加，横向载荷向量相加，即可确定螺栓组中受力最大的螺栓及其所受的轴向和横向工作载荷。作业：5-4第68页/共145页5-6螺纹连接的强度计算以单个螺栓连接的强度计算为例进行讨论，所用的方法
29、同样适用于双头螺柱和螺钉连接。占65%占20%占15%受拉螺栓：断裂（过载断裂、疲劳断裂）、螺纹滑扣；计算准则：保证螺栓的静力拉伸强度。第69页/共145页受剪螺栓计算准则：保证螺栓的挤压力度和剪切强度。螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断；由于螺栓已标准化，螺纹部分保持与螺杆等强度，因此，计算时只需考虑螺杆断面的强度，计算螺纹的直径。螺栓组连接设计的计算准则为：、对螺栓连接结合面的要求，要保证：结合面边缘绝不产生间隙；结合面任何一点不被压溃；受横向载荷时，结合面间不产生滑动。第70页/共145页我们以螺栓连接为例，叙述强度计算方法，它同时适用螺钉和双头螺柱连接。计算时，按连接受载前是否预紧，分为
30、松螺栓连接和紧螺栓连接来进行计算。、保证螺栓强度在保证结合面上述要求的条件下，按受力分析，求出受力最大螺栓的受力；再按单个螺栓连接的算法计算螺栓。第71页/共145页一、松螺栓连接强度计算在少数场合下，连接在承受工作载荷之前，不需要拧紧螺母，称为松连接。如图所示为起重吊钩螺栓连接。装配时不需将螺母拧紧。第72页/共145页因此，螺栓在工作时只承受轴向载荷F（忽略自重），其强度条件为：F轴向载荷，松螺栓的许用拉应力，；对钢制螺栓螺栓材料的屈服极限，见螺栓连接零件性能等级表。SS或mm（5-23）（5-22）第73页/共145页常用标准螺纹连接件，每个品种都规定了具体性能等级，例如C级六角头螺栓性
31、能等级为4.6或4.8级；A、B级六角头螺栓为8.8级。选定规定性能等级后可由下表查出相应的b和s值。注:规定性能等级的螺栓、螺母在图纸中只标出性能等级，不应标出材料牌号。第74页/共145页注：1)均指粗牙螺纹螺母。2)性能等级为10、12的硬度最大值为38HRC,其余性能等级的硬度最大值为30HRC.二、紧螺栓连接的强度计算紧连接的特点：承受工作载荷之前，螺母必须拧紧到一定程度，使被连接件之间产生足够的预紧力，以便在承受横向载荷时，被连接件间不会因摩擦力不足而发生滑动；或在承受轴向工作载荷时被连接件之间不出现间隙。第75页/共145页多为螺纹部分的塑性变形或断裂，如果连接经常拆卸也可能导致
32、滑扣；螺栓在承受轴向工作载荷时的失效形式：其失效形式为：螺杆被剪断，螺杆或孔壁被压溃等。1、仅承受预紧力的紧螺栓连接装配时拧至所需预紧力F0。螺栓受预紧力F0拉伸产生拉应力，还受螺纹摩擦力矩T1而扭转变形产生扭转切应力。因此，螺杆危险截面上的拉应力为：（5-24）承受横向载荷时螺栓在接合面处受剪，并与被连接孔相互挤压第76页/共145页危险截面上的扭转切应力为：（5-25）对于常用的M10M68钢制普通螺栓，可取：代入可得：0.5 （5-26）对于常用的螺栓M10M68，螺栓属塑性材料，受拉、扭复合应力，可按第四强度理论，求得预紧状态的计算应力为：第77页/共145页（5-27）此式表明：预紧
33、时虽是同时承受拉伸和扭转的联合作用，在计算时，把螺栓的拉应力增大30%,相当于考虑了扭转切应力。被连接件承受横向载荷F 时，连接靠预紧力F0在接合面上所产生的摩擦力平衡外载荷。所需预紧力F0的大小，根据接合面不产生滑移的条件确定：螺栓强度条件为：（5-28）第78页/共145页设计式为：必须指出，上述公式中，1.3只适用于单头三角螺纹。对于矩形螺纹应为1.2；梯形螺纹为1.25。对于受横向载荷的普通螺栓连接，螺栓预紧力在结合面上产生的摩擦力应大于横向载荷，即fF0F，或F0F/f一般f=0.150.2，显然，F0要比F大5倍以上，因此螺栓直径较大。第79页/共145页所以当受较大横向载荷或有振
34、动时，为减小螺栓所受载荷，常采用卸载装置，此时螺栓仅起连接作用，所需预紧力小，螺栓直径也小。但增加了结构结构和工艺上的复杂性。采用套、键、销等各种抗剪件来承受横向载荷。卸载装置图第80页/共145页2 2、承受预紧力和工作拉力（轴向载荷）紧螺栓连接这种受力形式的紧螺栓连接应用十分广泛，也是最重要的一种。例如：螺栓所受总拉力并不等于预紧力和工作拉力之和。还受到螺栓刚度Cb 和被连接件刚度Cm 等因素的影响。汽缸盖的螺栓连接 第81页/共145页、受力分析当连接中各零件受力均在弹性极限以内时，F2可根据静力平衡和变形协调条件计算。螺母拧到刚刚与连接件接触时，不受力，不产生变形。施加预紧力F0，螺栓
35、伸长量b，被连接件压缩量m；承受工作载荷F后，螺栓所受拉力由F0 增加到F2、伸长量增加；被连接件受压力由F0 减少到F1，压缩量减少；第82页/共145页第83页/共145页此时：被连接件总压缩量螺栓总伸长量F1称为残余预紧力螺栓的总拉力F2 是工作拉力F和残余预紧力F1 之和。上述螺栓和被连接件的受力与变形关系，还可以用线图表示：（5-29）第84页/共145页螺栓受力与变形关系线图被连接件受力与变形关系线图为了分析上的方便，我们把两图合并为一个线图。当承受工作载荷时：第85页/共145页螺栓的刚度被连接件的刚度（5-30）第86页/共145页由图中关系得：整理得：将代入式：第87页/共1
36、45页（5-31）预紧力螺栓的总拉力（5-32）第88页/共145页Cm：被连接件刚度，Cb：螺栓刚度，当Cb Cm 时，F2F0+F；当Cb Cm 时，F2F0。可以看出：螺栓的相对刚度，其值与螺栓和被连接件的材料、尺寸、结构、工作载荷作用位置及连接中垫片的材料等因素有关，相对刚度尽可能取小些，推荐值为：金属垫片(或无垫片)0.20.3，皮革垫片0.7，铜皮石棉垫片0.8，橡胶垫片0.9。第89页/共145页、拉伸强度条件当工作载荷F过大或预紧力F0过小时，接合面会出现缝隙，导致连接失去紧密性，并在载荷变化时发生冲击；所以螺栓在总拉力F2的作用下可能需要补充拧紧。再考虑扭转切应力的影响故参照
37、前面将总拉力增加30，于是螺栓危险截面的拉伸强度条件为：（5-33）设计式：（5-34）第90页/共145页则螺栓所受最大载荷为F2=F+F1可以确定。保证连接的紧密性，应使残余预紧力F10有紧密性要求的：F1（1.51.8）F一般连接，载荷稳定：F1（0.20.6）F一般连接，载荷不稳定：F1（0.61.0）F地脚螺栓：F1F为了保证得到预期的残余预紧力，必须在拧紧螺母时控制预紧力F0使其满足：疲劳强度校核第91页/共145页对于受变载荷的螺栓连接,按上述公式设计尺寸后，还需进行疲劳强度校核。由F=F2-F0，根据公式F2=F0+FCb/(Cb+Cm)得F=FCb/(Cb+Cm)当工作载荷在
38、0F之间变化时,螺栓所受的总拉力在F0F2之间变化。第92页/共145页应力幅为：由3-2节，如果螺栓的工作应力点落在OJGI 区域内，疲劳破坏起主要作用。应按公式（3-24）校核螺栓的疲劳强度：第93页/共145页螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限（表5-7）教材P85循环应力中平均应力折算系数，碳钢取0.10.2，合金钢取0.20.3抗拉疲劳强度综合影响系数应力集中影响系数：表3-6尺寸系数：表3-7第三章附表安全系数，（表5-10）教材P87第94页/共145页如图，在F的作用下，螺栓在接合面处的横截面受剪切、螺栓与孔壁接触表面受挤压。连接的预紧力和摩擦力较小，可忽略不计。受横向工作载荷时，
39、也常采用铰制孔用螺栓连接。螺栓杆与孔壁间无间隙。3 3、承受工作剪力的紧螺栓连接螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位mm，设计时应使：第95页/共145页螺栓杆的剪切强度条件为：（5-36）d0螺栓抗剪面直径，mm；m螺栓抗剪面数目；螺栓的许用剪应力，MPa，p螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，MPa（5-35）螺栓杆的挤压力度条件为：第96页/共145页第97页/共145页5-7螺栓连接件的材料及其许用应力（一）螺栓连接件的材料常用材料：Q215、Q235，10、35、45等；冲击振动大的场合：40Cr、30CrMnSi等；特殊场合：1Cr13、CrNi2、H62等。国家标准规定，螺纹连接件按材料
40、的力学性能分等级：螺栓、螺柱、螺钉从3.612.9分十个等级；螺母从412分七个等级。3.6的含义：3抗拉强度的1100即b：300MPa.6s/b=0.6，即s：180MPa标记的含义：保证最小应力的1100选用时：螺母的性能等级不低于螺栓的性能等级第98页/共145页螺纹紧固件按机械性能分级。常用标准螺纹连接件，每个品种都规定了具体性能等级，例如C级六角头螺栓性能等级为4.6或4.8级；A、B级六角头螺栓性能等级为8.8级，选定性能等级后查螺栓的许用应力表得到。常用材料的力学性能见螺纹连接件性能等级表。（二）螺栓连接件的许用应力螺栓连接的许用应力，与是否预紧、是否控制预紧力、载荷性质(静载
41、或变载)及材料等因素有关。可参考普通螺栓紧连接许用应力和安全系数表选用。螺纹连接件的许用拉应力按下式确定:sS（5-37）第99页/共145页螺纹连接件的许用切应力和许用挤压应力p分别按下式确定:=sS（5-38）对于钢p=sSp（5-39）对于铸铁p=bSp（5-40）式中:s,b分别为螺纹连接件材料的屈服极限和强度极限，常用铸铁连接件的b可取200250MPa；S,S,Sp安全系数。由许用应力和安全系数表可看出，不控制预紧力时螺栓的许用应力还和螺栓直径有关。因此，设计时首先要估计直径。若计算结果和原估计直径相差很大,应重新估计,重新计算,直至所估计的直径与计算结果接近为止。第100页/共1
42、45页预习作业:5-10下堂课布置第101页/共145页5-8提高螺栓连接强度的措施从各方面采取提高螺栓连接的措施，是螺纹连接设计和正确使用螺栓所必需的。一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅减少螺栓刚度Cb，使螺栓的应力幅减小改变前改变后第102页/共145页用腰状螺杆、空心螺杆螺母下安装弹性元件第103页/共145页增大被连接件刚度Cm，改变前改变后不用垫片，或用刚性较大垫片若需密封，可采用密封环结构。第104页/共145页减少螺栓刚度Cb、增大被连接件刚度Cm和增大预紧力并用改变前改变后第105页/共145页二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象螺纹连接的载荷是通过螺纹牙传递的，由于一般螺栓和螺母
43、都是弹性体，所以造成各圈螺纹牙受力不均，如下图所示传力开始第一圈螺纹牙承受约l3的载荷，以后各圈依次递减，第8圈以后的螺纹几乎不受载。第106页/共145页所以加高螺母并不能提高螺纹牙的强度。第107页/共145页为了使各圈螺纹牙受力比较均匀，常采用以下措施：1、设计时尽量使螺母也受拉，以使螺母和螺杆的变形相一致。、用受拉螺母：悬置螺母环槽螺母第108页/共145页、用内斜螺母采用内斜螺母，使螺杆上原受力大的螺牙受力点外移，刚度变小，易于变形，而把部分力转移到的原受力小的螺牙上。、内斜、环槽共用螺母第109页/共145页、用钢丝螺套它具有一定弹性，可起到均载作用。第110页/共145页三、减少
44、应力集中的影响螺杆上螺纹收尾处、螺栓头部到螺杆的过渡处，都会产生应力集中，这是产生断裂的危险部位。为了减少应力集中，可在螺纹收尾处采用较大的圆角过渡或退刀槽，在螺栓头部和杆部过渡处制成减载环。采用腰环结构第111页/共145页四、采用合理的制造工艺方法采用冷墩螺纹头部；辗压螺纹比切制的螺纹在牙根处产生的应力集中要小。滚压螺纹；冷作硬化表面。第112页/共145页解：1、螺栓组结构设计固定在钢制立柱上的铸铁托架，F=4800N，=50试设计其螺栓组连接。例题：采用如图结构，z=4，对称布置。第113页/共145页倾覆力矩（顺时针方向）轴向力（F的水平分力）2、螺栓受力分析横向力（F的垂直分力）螺
45、栓受到的轴向工作载荷：第114页/共145页在轴向力Fh的作用下螺栓在倾覆力矩作用下，上面两螺栓加载，下面两螺栓减载，所受最大载荷：轴向工作载荷为第115页/共145页在横向力FV的作用下，接合面不滑移的条件：根据公式（5-31）单个螺栓总拉力则，单个螺栓的残余预紧力：由表5-5查得：f=0.16，并取（P84）：根据公式（5-9）第116页/共145页取防滑系数（P75）Ks=1.2，则各螺栓需要的预紧力为：上部每个螺栓所受总拉力（公式5-32）：第117页/共145页3、确定螺栓直径求得：选Q235材料、性能等级4.6的螺栓，由表5-8查得：由表5-10查得：则，螺栓材料的许用应力：查标准
46、（GB/T196），选用公称直径d=12（d1=10.106mm）第118页/共145页4、校核螺栓组连接接合面的工作能力、校核接合面下端部挤压应力，防止接合面压溃：按公式5-20第119页/共145页查表5-6取p=0.4b=0.4250MPa=100MPa所以接合面不致压溃。第120页/共145页5、校核螺栓所需的预紧力是否合适所以接合面上端不致产生间隙。校核接合面上端部残余预紧力，防止托架受载后接合面间产生间隙：根据公式5-2，对于碳素钢螺栓：第121页/共145页确定的预紧力6520N，满足规定要求。6、确定螺栓的类型、长度、精度，螺母、垫圈规格、类型等（略）。作业:5-4,5-5,5
47、-9确定螺栓的数量、规格、长度、性能等级为8.8级，螺母、垫圈规格第122页/共145页调整螺旋用以调整或固定零件的位置，如机床进给机构中的微调螺旋。一般不在工作载荷作用下作旋转运动。螺旋传动常用于机床、起重机械、锻压设备、测量仪器及其它机械设备中。作用多是变回转运动为直线运动。螺旋传动按其用途可分为调整螺旋、起重螺旋和传动螺旋。起重螺旋用以举起重物或克服很大的轴向载荷，如螺旋千斤顶。起重螺旋一般为间歇性工作，每次工作时间较短、速度也不高，但轴向力很大，通常需要自锁，因工作时间短，不追求高效率。5-9螺旋传动一、螺旋传动的类型和应用第123页/共145页传动螺旋用以传递动力及运动，如机床丝杠。
48、传动螺旋多在较长时间连续工作，有时速度也较高，因此要求有较高的效率和精度，一般不要求自锁。第124页/共145页螺母螺杆应用特点固定旋转，直线千斤顶，千分尺结构简单，空间占用大直线旋转机床进给空间占用小结构复杂旋转，直线固定显微镜高度调整结构简单，调整精度低旋转直线车床改拉床结构复杂，空间占用大第125页/共145页二、滑动螺旋的结构和材料1、滑动螺旋的结构螺旋起重机.avi结构：螺杆、螺母的固定和支承当螺杆短而粗、且垂直布置时，可利用螺母本身作为支承。当螺杆细长、且水平布置时，应在螺杆两端或中间加以支承。传动螺旋按其螺纹间摩擦性质的不同，可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。滑动螺旋结构简单、
49、加工方便、应用最广。本章主要介绍滑动螺旋的设计计算方法。第126页/共145页螺母的结构有整体螺母磨损产生的轴向间隙不能补偿。第127页/共145页组合螺母第128页/共145页组合螺母第129页/共145页滑动螺旋多用梯形螺纹，重载起重螺旋也可用锯齿形螺纹，对效率要求高的传动螺旋也可用矩形螺纹。螺杆的材料要求有足够的强度，常用35、45号钢；需要经热处理以达到高硬度的重要螺杆，如机床丝杠等，则常用合金钢,如65Mn、40Cr、T12、20CrMnTi等材料。螺母材料除要求有足够的强度以外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦系数小，耐磨性好。常用的材料有铸造青铜，如ZCuSn10Pb1、ZCuSn5
50、Pb5Zn5，重载低速时用强度较高的铸造青铜ZCuAl10Fe3或铸造黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3；低速不重载的螺旋传动也可用耐磨铸铁。教材表：5-112、螺杆和螺母的材料第130页/共145页滑动螺旋工作时，螺杆承受轴向载荷和转矩；螺杆和螺母的螺纹牙承受挤压、弯曲和剪切。滑动螺旋的失效形式有：螺纹磨损、螺杆断裂、螺纹牙根剪断和弯断，螺杆很长时还可能失稳。一般常根据抗磨损条件或螺杆断面强度条件设计螺杆尺寸，对其它失效形式进行校核计算。此外对有自锁要求的螺旋副，要校核其自锁条件，对传动精度要求高的螺旋副，需校核由螺杆变形造成的螺矩变化量是否超过许用值。三、滑动螺旋传动的设计计算第131页