联接螺纹联接.ppt

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1、第十章 联接(螺纹联接)p.131机械零件(制造单元)构件(运动单元)机构 机器静联接动联接零件联接联接 机械静联接 可拆联接 螺纹、键、销分类 不可拆联接焊、粘、铆 机械动联接运动副(零部件间位置相对变化)前 言本章只学习静连接中的可拆卸连接前 言机械静联接是我们本章介绍的主要内容，而螺纹联接是机械中应用最为广泛的静联接方式之一，它具有结构简单、工作可靠、装拆方便、形式多样、能满足各种要求等优点。所以，我们本章主要介绍螺纹联接，同时对常用的键联接和销联接进行适当的介绍。10-1 螺纹参数一、螺纹的形成一、螺纹的形成：d2如用一个平面图形沿螺旋线运动，并使平面始终通过圆柱体轴线，这样就构成了螺

2、纹。平面图形形状可为；三角形、矩形、梯形、锯齿形等。按牙型：矩形、三角形、梯形、锯齿形二、螺纹的类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潘存云教授研制潘存云教授研制三角形螺纹联接螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹根据螺旋线绕行方向：以轴线为基准(外螺纹)螺旋线向右升高右旋右旋左旋判断方法旋向左旋如图 右旋常用根据螺旋线头数：判断方法单头联接多头传动线数按位置：外螺纹在圆柱体的外表面形成的螺纹 内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制螺 内螺纹 纹 外螺纹螺旋副螺纹联接(静联接构件)螺旋传动(动联接机构)外螺纹外螺

3、纹内螺纹内螺纹按用途：联接螺纹 传动螺纹联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹End of 16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右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹联接螺纹联接螺纹（静联接）（静联接）传动螺纹传动螺纹（动联接）（动联接）圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹1）大径d(D)与外螺纹牙顶（或或内内螺螺

4、纹纹牙牙底底）相重合的假想圆柱面直径，亦称公称直径（选择螺纹时用）（选择螺纹时用）三、螺纹的主要参数 P1322）小径d1(D1)与外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）（或内螺纹牙顶）相重合的假想圆柱面直径（计算强度时用）（计算强度时用）3）中径中径d2(D2)在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，d20.5(d+d1)（受力分析时用）（受力分析时用）4）螺距 P 相邻两牙相邻两牙在中径中径圆柱面的母线上母线上对应两点间 的轴向距离5）导程 S 同一螺旋线上同一螺旋线上相邻两牙在中径中径圆柱面的母线上母线上对应两点间的轴向距离6）线数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数

5、之间关系：S=nP7）螺纹升角（psi/psai）中径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8）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角 牙侧角 螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角30 梯形330 锯齿形矩形60 普通普通=60 30=30 15工3 非30=0 0普通螺纹 牙型角为60度的三角形米制螺纹 P135标准螺纹 凡是牙型、大径和螺距符合国家标准的螺纹都称为标准螺标准螺纹纹。除机械制造中常用的标准螺纹外，还有适用于某些特殊行业的专用螺纹标准，在需要的时候可以查阅有关的设计手册。对称的螺纹dd2d19)螺纹的工作高度h 表示内外螺纹沿径向的接触高度。螺旋副在力矩和

6、轴向载荷下的相对运动S(n p)FFa将螺旋线沿中径展开10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁滑块(重物)在斜面运动 分析分析:1.当当匀速上升匀速上升:FaFFnFRFfFaFFR+FR与与Fn夹角夹角摩擦角摩擦角：tg f Ff /n R与a 夹角 加载a(轴向力,自重,阻力)作用在螺旋副上的驱动力矩：(10-2b)atg()(102a)合反力FRV(滑块)合力0法向反力Fn(斜面)施加水平推力F（驱动）摩擦阻力：f Fn=Ff一矩形螺纹一矩形螺纹：(=0)施加水平支持力 (匀速下滑)当F0 F0自锁条件：滑块在斜面运动状态不变 作用力F与假设力的方向相反推力F 即：螺纹升角即：螺纹升角摩

7、擦角摩擦角(10-3b)FaFFnFRFfFaFFR-无论a多大，滑块不会自动下滑自锁2.当当匀速下降匀速下降：将 (当量摩擦角)tgf/cos =f (10-4)(当量摩擦系数)()匀速上升：atg()(10-5a)匀速下降：Fatg()(10-6a)(10-6b)(10-5b)自锁条件：即：螺纹升角小于当量摩擦角 (10-7)要自锁好 (),(单头)自锁性自锁性二非矩形螺纹二非矩形螺纹三三.效率效率:螺母旋转一周所需的输入功为：；此时螺母上升一个导程S，其有效功为：。因此螺旋副的效率为：将效率公式绘制成曲线，如图所示。可见当 时效率最高，但过大的升角使制造困难。并且由曲线图可以看出：当 之

8、后，效率的增加不明显，所以通常取不超过25。管螺纹管螺纹10-3 机械制造常用螺纹及标准机械制造常用螺纹及标准 三角形螺纹主要有普通螺纹和管螺纹。前者多用于紧固连接，后者用于管道的紧密连接。按牙型：矩形、三角形、梯形、锯齿形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1530330潘存云教授研制潘存云教授研制三角形螺纹联接螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹10-3 机械制造常用螺纹及标准机械制造常用螺纹及标准1）三角形螺纹（普通螺纹）P135牙型角为60，可以分为粗牙和细牙，粗牙用于一般联接；与粗牙螺纹相比，细牙由于在相同公称直径时，螺距小，螺纹深度浅，导程和升角也

9、小，自锁性能好，宜用于薄壁零件和微调装置。2）管螺纹 多用于有紧密性要求的管件联接，牙型角为55，公称直径近似于管子内径，属于细牙三角螺纹。按制订的螺纹标准不同，现在常见的有米制和英制两大类。我国除管螺纹外，一般采用米制。1、联接（三角形）螺纹 (M)普通螺纹 60 粗牙 牙高 d1小，螺纹升角大 细牙 牙浅 d1大，螺纹升角小 更易自锁 管螺纹60、55紧密 303）梯形螺纹 牙型角为30，是应用最为广泛的传动螺纹。4）锯齿型螺纹 两侧牙型角分别为3和30，3的一侧用来承受载荷，可得到较高效率；30一侧用来增加牙根强度，适用于单向受载的传动螺纹。5）矩形螺纹 牙型角为0，适于作传动螺纹。2.

10、传动螺纹 小梯形螺纹（Tr）30 15锯齿形螺纹（S）33工3非30矩形螺纹 01530310-3 机械制造常用螺纹及标准机械制造常用螺纹及标准不同牙型螺纹 特 点 用 途三角形Ff大，自锁性好,低。联接矩形Ff 较小,较高。传动梯形强度好于矩形螺纹。传动，应用广锯齿形综合矩形和梯形的优点。多用于单向传动10-4 螺纹联接基本类型及螺纹联接件一螺纹联接基本类型一螺纹联接基本类型1、螺纹联接主要类型(1)螺栓联接螺栓联接 a 普通螺栓联接 b 精密螺栓联接 (绞制孔螺栓）潘存云教授研制潘存云教授研制10-4 螺纹联接基本类型及螺纹联接件一螺纹联接基本类型一螺纹联接基本类型1、螺纹联接主要类型(1

11、)螺栓联接螺栓联接 a 普通螺栓联接被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。联接件联接件10-4 螺纹联接基本类型及螺纹联接件一螺纹联接基本类型一螺纹联接基本类型1、螺纹联接主要类型(1)螺栓联接螺栓联接 b 精密螺栓联接(绞制孔螺栓）螺杆外径与螺栓孔（由高精度铰刀加工而成）的内径具有同一基本尺寸，并采用过渡配合。装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接。(2)螺钉联接螺钉联接适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔，右图中下面那个件），不需经常装拆，一端有螺钉头，

12、不需螺母，适于受载较小情况。10-4 螺纹联接基本类型及螺纹联接件一螺纹联接基本类型一螺纹联接基本类型1、螺纹联接主要类型(3)双头螺柱联接双头螺柱联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。潘存云教授研制10-4 螺纹联接基本类型及螺纹联接件一螺纹联接基本类型一螺纹联接基本类型1、螺纹联接主要类型(4)紧定螺钉联接紧定螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。10-4 螺纹联接基本类型及螺纹联接件一螺纹联接基本类型

13、一螺纹联接基本类型1、螺纹联接主要类型特殊联接：特殊联接：地脚螺栓联接 吊环螺钉联接5种联接联接10-4 螺纹联接基本类型及螺纹联接件一螺纹联接基本类型一螺纹联接基本类型1、螺纹联接主要类型End of 17二螺纹联接件二螺纹联接件10-4 螺纹联接基本类型及螺纹联接件一螺纹联接基本类型一螺纹联接基本类型应用螺纹连接的方法，有哪几种具体的方式，能把两个物体连接在一起。实现上述几种螺纹连接方式，需要哪些连接件。二螺纹联接件 P140 1）螺栓）螺栓 普通螺栓 六角头，小六角头，内六角铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺纹部分直径较小二螺纹联接件 2）双头螺柱）双头螺柱两端带螺纹 A型有退刀槽 B型无退刀

14、槽潘存云教授研制 旋入被连接件螺纹孔一端称为座端，另一端称为螺母端，螺母端公称长度为L3)螺钉螺钉 与螺栓区别头部有内六角头、十字槽头等形式。二螺纹联接件4)紧定螺钉紧定螺钉 锥端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合平端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸圆柱端压入轴上凹坑中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板 二螺纹联接件6）螺母）螺母5）自攻螺钉）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹圆螺母常用于轴上零件的轴向固定。六角螺母：标准，扁，厚 二螺纹联接件6）螺母）螺母圆螺母+止退垫圈带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧。百度知道：圆螺母止动

15、垫圈内外都有齿。与圆螺母所配合的外螺纹上应制出孔眼或槽以纳入垫圈内齿。圆螺母旋紧就位后，螺母扳拧槽所对应的垫圈外齿应折弯嵌入槽中。这样螺母就被固定了。二螺纹联接件7）垫圈吊环螺钉平垫圈弹簧垫圈斜垫圈标准螺纹联接件10-5 螺纹联接的预紧和防松为什么螺栓联接时，需要将螺母拧紧呢？任何材料在受到外力作用时，都会产生或多或少的形变，螺栓也不例外。当联接螺栓承受外在拉力时，将会伸长。如果我们在初始时仅将螺母拧上使各个接合面贴合，而不拧紧，那么在受到外力作用时，接合面之间将会产生间隙。FF10-5 螺纹联接的预紧和防松为什么螺栓联接时，需要将螺母拧紧呢？所以为了防止这种情况的出现，我们都知道在零件未受工

16、作载荷前需要将螺母拧紧，使组成联接的所有零件都产生一定的弹性变形（螺栓伸长、被联接件压缩），从而可以有效地保证联接的可靠。这样，各零件在承受工作载荷前就受到了力的作用，这种方式就称为预紧，这个预加的作用力就称为预紧力。FFFF10-5 螺纹联接的预紧和防松为什么螺栓联接时，需要将螺母拧紧呢？经验证明：选用适当较大的的预紧力，对螺栓联接的可靠性及螺栓的疲劳强度都是有利的。但过大的预紧力会使紧固件在装配或偶尔过载时断裂。因此，对于重要的螺栓联接，在装配时需要控制预紧力。10-5 螺纹联接的预紧和防松1、预紧预紧目的增强联接的紧密性、可靠性，防止受载后被联接件 之间出现间隙或发生相对滑移。如汽缸螺栓

17、联接，有紧密性要求，防漏气。螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只有受外载时才受到力的作用 紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力F0一、螺纹联接的预紧预紧过紧拧紧力过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松拧紧力过小，工作不可靠 螺栓材料的屈服极限，单位为MPa;A1螺栓危险截面的面积，单位为mm2,d1 内径，与外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）（或内螺纹牙顶）相重合的假想圆柱面直径（计算强度时用）（计算强度时用）对于一般联接用的钢制螺栓联接的预紧力F0，推荐按下列关系确定：合金钢螺栓 碳素钢螺栓式中：a)测量预紧前后螺栓伸长量精度较高2预紧力控制方法 b)通过控制拧紧力矩来间接保证预紧力

18、测力矩扳手测出预紧力矩，如左图定力矩扳手达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑，右图测力矩扳手定力矩扳手b)通过控制拧紧力矩来间接保证预紧力拧紧力矩T0拧紧力矩由两部分组成：1)螺纹副的摩擦力矩T1；2)螺母与支承面间的摩擦力矩T2。T0 的大小的大小：拧紧时 联接件轴向拉力 被联接件轴向压力012螺纹阻力矩螺纹阻力矩 T1螺母支持面上的摩擦阻力矩T2T2 fc Fa r f1F d2/2Fa tg()d2/2012dd0dwT1F Fa a设轴向力为Fa 或预紧力（不受轴向载荷）fc 螺母与被连接件支撑面间摩擦系数rf 支撑面摩擦半径;rf=(dw+d0)/4dw螺母支撑面外径d0螺栓孔

19、直径螺纹阻力矩螺纹阻力矩 T1螺母支持面上的摩擦阻力矩T2T2 fc Fa r f1F d2/2Fa tg()d2/2012dd0dwTF Fa a设轴向力为Fa 或预紧力（不受轴向载荷）T0T1T20.2Fad Nmm简化公式：对于M10M68的粗牙螺纹，若取 f=0.15，fc=0.15 注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(M12)的螺栓。d螺纹公称直径 分析分析:1.当当匀速上升匀速上升:FaFFnFRFfFaFFR+FR与Fn夹角摩擦角:tg f Ff /n R与a 夹角 加载a(轴向力,自重,阻力)作用在螺旋副上的驱动力矩：(10-2b)atg()(102a)合反力FRV(

20、滑块)合力0法向反力Fn(斜面)施加水平推力（驱动）摩擦阻力：f Fn=Ff一矩形螺纹一矩形螺纹：(=0)将 (当量摩擦角)tgf/cos =f (10-4)(当量摩擦系数)()匀速上升：atg()(10-5a)匀速下降：Fatg()(10-6a)(10-6b)(10-5b)自锁条件：(10-7)要自锁好 (),(单头)自锁性自锁性二非矩形螺纹二非矩形螺纹 P138 例10-1 3分钟自习例10-2（近似P143例10-2）已知M12螺栓用碳素结构钢Q235制成，螺纹间的摩擦系数f0.10，螺母与支承面间的摩擦系数fc0.15，螺母支承面外径dw16.6mm，螺栓孔直径d013mm，欲使螺母拧

21、紧后螺杆的拉应力达到材料屈服限的50，求应施加的拧紧力矩，并验算其能否自锁。习题：T2 fc Fa r f1F d2/2Fa tg()d2/2012rf=(dw+d0)/4 例10-1（近似P143例2）已知M12螺栓用碳素结构钢Q235制成，螺纹间的摩擦系数f0.10，螺母与支承面间的摩擦系数fc0.15，螺母支承面外径dw16.6mm，螺栓孔直径d013mm，欲使螺母拧紧后螺杆的拉应力达到材料屈服限的50，求应施加的拧紧力矩，并验算其能否自锁。1.求螺纹升角由表10-1查M12螺纹，螺距P=1.75mm，d2=10.863mmm，d1=10.106mm2.求当量摩擦系数及当量摩擦角，故具有

22、自锁性。解：3.求拧紧力矩T查表得螺杆总拉力(预紧力)Fa拧紧力矩T10-5 螺纹联接的预紧和防松一、螺纹联接的预紧二、螺纹联接的防松 消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。2、防松原理二、螺纹联接的防松 P1421、问题为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法？静载荷：(自锁)+预紧后摩擦力防止松动 动载荷：摩擦力减小、消失不可靠 3、防松办法及措施 1)摩擦防松 弹簧垫圈、对顶螺母、尼龙圈锁紧螺母、自锁螺母等 常用的防松方法按工作原理可分为有三种：摩擦防松、机械防松和永久防松。机械防松和摩擦防松称为可拆卸防松，而永久防松称为不可拆卸防松。弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺

23、母 用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除它们之间相对转动的可能性。开槽螺母与开口销、止动垫圈、串联钢丝螺栓开槽螺母开口销装配图2)机械防松止动垫片防松串联钢丝防松螺钉 逆时针旋转（拧松）圆螺母用止动垫圈11.5P用冲头冲23点冲点防松法粘合法防松涂粘合剂3)永久防松：端铆、冲点、点焊、粘合 10-6 螺栓联接的强度计算螺栓联接强度计算的目的，主要是依据载荷的性质、联接的类型来确定螺栓所受的力，然后按相应的强度条件计算螺纹小径或校核其强度。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，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后

24、按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。螺纹联接包括螺栓联接、螺钉联接和双头螺柱联接，这里只是以螺栓联接为代表讨论螺栓联接的强度计算方法，所讨论的方法对于双头螺柱联接和螺钉联接也是同样使用的。10-6 螺栓联接的强度计算确定螺纹小径d1松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力紧螺栓联接：有预紧力，还有工作拉力一、失效形式及设计准则二、设计步骤三、螺栓联接强度计算螺栓联接联接(紧)螺栓设计准则设计准则:螺栓杆拉断 螺纹牙的压溃和剪断螺纹牙磨损滑扣主要失效主要失效松、滑在联接不松滑的前提下，螺栓杆不破坏失效形式一、螺纹联接的失效形式及设计准则（普通螺栓）（普通螺栓）（受剪螺栓）（受剪螺栓）（经常拆卸）（经

25、常拆卸）二、设计步骤一般设计步骤：螺栓组受力和失效分析找出受力最大的螺栓 单个螺栓受力分析和失效分析 单个螺栓强度计算确定螺栓的尺寸（直径、长度）试算法：先选定一个螺栓直径d 查计算d1。若d1与d1（假定的小径）相近，则合适；否则再选三、螺栓联接强度计算(按受力形式)1)松螺栓 2)紧螺栓联接强度设计仅受预紧力的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接受载荷形式轴向拉伸(工作拉力F)失效形式螺栓拉拉断设计准则保证螺栓拉伸拉伸强度强度条件：设计计算方法：校核式：1)松螺栓联接松螺栓联接:d1：螺纹小径mm；：许用拉拉应力 MpaFaFaFaFaFaFa设计式：P144例10-3三

26、、螺栓联接强度计算(按受力形式)1)松螺栓 2)紧螺栓联接强度设计仅受预紧力的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接2)紧螺栓联接强度设计(1)仅受预紧力的紧螺栓联接受载荷形式拧紧后:轴向拉伸(工作拉力Fa)拧紧过程中:轴向拉伸Fa、扭矩T 失效形式螺栓拉断拉断(拉、扭综合作用)设计准则保证螺栓拉伸拉伸强度强度条件：许用应力 TFaFa复合应力第四强度理论拉拉应力(Fa)强度条件:考虑扭剪应力e当量应力扭剪扭剪应力对于M10M68的普通螺纹，取d1、d2和的平均值，并取：tg=f=0.15 得得：0.5 设计计算方法：设计计算方法：2)紧螺栓联接强度设计End of 18三、螺

27、栓联接强度计算(按受力形式)1)松螺栓 2)紧螺栓联接强度设计仅受预紧力的紧螺栓联接 在拧紧过程中的强度计算装配拧紧后联接可受横向横向(F)或轴向载荷轴向载荷(FE)受横向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接(2)受横向载荷的紧螺栓联接受载荷形式工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力 F0作用 然后施加横向工作载荷两种情况的工作原理不同！普通螺栓普通螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓失效形式 相同否？可靠性系数C C=1.11.3不松不滑不松不滑预紧力 F0(轴)足够大 Ff=F0fmCF Fa=F0CF/mf不断不溃不断不溃定螺栓定螺栓d1螺栓联接要求受横向载荷的受横向载荷的普通螺栓普通螺栓联接联接防滑防

28、滑 问题问题：预紧力F0应满足的条件?与横向载荷F有何关系？FF注意：注意：单个螺栓受的是预紧力，是拉力，但联接单个螺栓受的是预紧力，是拉力，但联接受的是横向载荷。受的是横向载荷。螺栓预紧后，无论有无外载，螺栓所受螺栓预紧后，无论有无外载，螺栓所受的力不变，始终为预紧力。的力不变，始终为预紧力。加减载措施加键、套筒、销 挤压、剪切 强度计算同铰制孔螺栓对于普通紧螺栓联接：当C=1.11.3，f=0.10.15，m=1 F08F普通螺栓联接受横向工作载荷 需预紧力大，且可靠性差F0CF/mf分析：套筒画错了，书上P146的对 为简化结构，还可以采用铰制孔用螺栓联接，因为螺栓杆与孔壁之间没有间隙，

29、当承受横向载荷时，接触表面受挤压，在联接接合面处，螺栓杆则承受剪切。因此应该对螺栓杆与孔壁配合面的挤压强度和钉杆横剖面的抗剪切强度进行验算。受横向载荷的铰制孔螺栓联接受横向载荷的铰制孔螺栓联接(铰制孔铰制孔)失效形式失效形式侧面压溃及螺栓剪切侧面压溃及螺栓剪切设计准则设计准则保证挤压、剪切强度保证挤压、剪切强度强度条件强度条件：挤压强度挤压强度 s sps sp 剪切强度剪切强度 t t t t 设计计算方法：设计计算方法：挤压强度：挤压强度：剪切强度：剪切强度：d0 螺栓剪切面直径（可取为螺栓孔的直径）螺栓剪切面直径（可取为螺栓孔的直径）Lmin 螺栓杆螺栓杆 和和 孔孔 的最小接触长度的最

30、小接触长度(2)受横向载荷的紧螺栓联接受载荷形式工作载荷作用之前，螺栓已受预紧力 F0作用 然后施加横向工作载荷两种情况的工作原理不同！普通螺栓普通螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓失效形式 相同否？NO三、螺栓联接强度计算(按受力形式)1)松螺栓 2)紧螺栓联接强度设计仅受预紧力的紧螺栓联接 在拧紧过程中的强度计算装配拧紧后联接可受横向横向(F)或轴向载荷轴向载荷(FE)受横向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接轴向载荷平行于螺栓轴心线，各螺栓平均受力螺栓间距l与p有关（见P146脚注）常见压力容器Z=2(3)2n各螺栓受拉力为：F=F/Z3.受轴向载荷受轴向载荷FE的螺栓强度的螺栓强度(预紧后预紧

31、后)：此时螺栓受预紧力F0后 又受工作拉力FE螺栓所受的总拉力螺栓所受的总拉力:Fa=F0+FE?NO！螺栓拉力总拉力 Fa工件压力残余预紧力FR压缩量减少c未预紧预紧受拉力FE缩短c0?Fa=F0FE ;FR=F0FE受轴向载荷FE伸长b0又伸长b变形协调条件：b=c=螺栓伸长:b0 工件压缩:c0 单个联接受力分析单个联接受力分析:预 螺栓拉 F0紧 工件压 F0用“b”表示螺栓用“c”表示工件螺 载荷栓 变形0000预紧受轴向载荷FEFb(+)b(+)Fc(+)c(+)总载荷 变形Fa=F0+Fb工 载荷件 变形b0+FR=F0Fcc0分析kbkcb=C=b0c0 FbFc螺栓强度渗漏F

32、R0F0(+)b0(+)F0(-)c0(-)未预紧k=F/刚度刚度=载荷载荷/变形变形用“+”表示拉用“-”表示压kb/(kb+kc)螺栓的相对刚度螺栓的相对刚度 kc/(kb+kc)被联接件的相对刚度被联接件的相对刚度螺栓总拉力:工件残余 预紧力:FE=Fb+Fc=kb+kc;=FE/(kb+kC)Fa=F0+Fb设计步骤设计步骤:联接松弛联接松弛FR=0 螺栓拉断螺栓拉断失效形式:FR0设计准则(1)求单个联接的工作载荷求单个联接的工作载荷FE(2)定残余预紧力定残余预紧力FR(按工作要求按工作要求)P147(3)求求Fa螺栓强度计算螺栓强度计算(定定d)Fa=FR+FE(4)结构设计结构

33、设计失效形式及设计计算失效形式及设计计算:1.松螺栓联接:装配时不预紧联接不受力工作时受轴向载荷Fa 2.紧螺栓联接复合应力(拉、扭)1)受横向工作载荷F不松不滑 预紧力 F0(轴)足够大 F0CF/mf不断不溃定螺栓d12)受轴向工作载荷FE螺栓总拉力Fa:Fa=F0+Kb/(Kb+Kc)FE工件残余预紧力FR:FR=F0Kc/(Kb+Kc)FE0先求FE 定FR（根据工作情况。见P147）求Fa 强度定d 结构设计已知F求d:先求F0(不滑)定d(强度)已知d求F:先求F0(强度)定F(不滑)小结：普通螺栓联接:1.按剪切强度2.按挤压强度:2.许用应力与应力(静、变)有关；P与材料(钢、

34、铸铁)有关。联接受挤压，螺栓受剪切注意：注意：1.d0光杆直径，d0d Lmin杆孔最小接触长度铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接小结：10-7 螺栓的材料和许用应力S安全系数S屈服极限许用应力:材料:2.铰制孔螺栓联接联接受挤压，螺栓受剪切1)按剪切强度2)按挤压强度许用应力与材料(钢、铸铁)、应力(静、变)有关。见表10-6、10-51.普通螺栓联接碳素钢：Q215，Q235优质碳素钢：10，35，45合金钢：15Cr，40Cr，30CrMnSi注意：注意：因因为为不不控控制制预预紧紧力力的的紧紧螺螺栓栓联联接接，易易过过载载设设计计时时应应取取较较大大的的安安全全系系数数。控控制制预预紧紧力力

35、时时可可取取较较小小的的安安全全系系数数。见表见表10-6、10-7一般螺栓重要的螺栓1.松螺栓联接:装配时不预紧联接不受力工作时受轴向载荷Fa 2.紧螺栓联接复合应力(拉、扭)1)受横向工作载荷F不松不滑 预紧力 F0(轴)足够大 F0CF/mf不断不溃定螺栓d12)受轴向工作载荷FE螺栓总拉力Fa:Fa=F0+Kb/(Kb+Kc)FE工件残余预紧力FR:FR=F0Kc/(Kb+Kc)FE0先求FE 定FR（根据工作情况。见P147）求Fa 强度定d 结构设计已知F求d:先求F0(不滑)定d(强度)已知d求F:先求F0(强度)定F(不滑)小结：普通螺栓联接:1.按剪切强度2.按挤压强度:2.

36、许用应力与应力(静、变)有关；P与材料(钢、铸铁)有关。联接受挤压，螺栓受剪切注意：注意：1.d0光杆直径，d0d Lmin杆孔最小接触长度铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接小结：紧螺栓联接的受载情况紧螺栓联接的受载情况 许用应力许用应力 受轴向载荷受轴向载荷,横向载荷横向载荷铰制孔铰制孔用螺栓用螺栓受横向载荷受横向载荷静载荷静载荷变载荷变载荷控制预先紧力时控制预先紧力时S=1.21.5不能严格控制预紧力时查不能严格控制预紧力时查表表10-7被联接件为钢被联接件为钢被联接件为铸铁被联接件为铸铁p按静载荷按静载荷p值降低值降低20%30%1.25Sp=3.55=S22.5Bp=2.5S=SS=表表10

37、-6 螺栓的许用应力螺栓的许用应力表10-7 螺栓联接的安全系数S(不能严格控制预紧力时)碳素钢碳素钢 43 32 106.5 6.5 M6M16 M10M30 M6M16 M10M30合金钢合金钢 54 42.5 7.65 5静载荷静载荷 变载荷变载荷材料材料R解解:每个联接受横向载荷横向载荷 F=R/2=2000N1.联接不松求预紧力F0：2.螺栓不断求d1：取d=27mm,d1=23.75223.38（表10-1）合适。S=6.5 合适 （表10-7）C=1.11.3,取C=1.2 F0CF/fm=1.22000/(0.151)=16000N 取35钢,不严格控制预紧力s=315Mpa(

38、p.123)，S=6.5（表10-7）=s/S=315/6.5=48.5Mpa例1.用普通螺栓普通螺栓固定一牵引钩，已知R=4000N(变载荷),f=0.15,试求螺栓直径。1.松螺栓联接:装配时不预紧联接不受力工作时受轴向载荷Fa 2.紧螺栓联接复合应力(拉、扭)1)受横向工作载荷F不松不滑 预紧力 F0(轴)足够大 F0CF/mf不断不溃定螺栓d12)受轴向工作载荷FE螺栓总拉力Fa:Fa=F0+Kb/(Kb+Kc)FE工件残余预紧力FR:FR=F0Kc/(Kb+Kc)FE0先求FE 定FR（根据工作情况。见P147）求Fa 强度定d 结构设计已知F求d:先求F0(不滑)定d(强度)已知d

39、求F:先求F0(强度)定F(不滑)小结：普通螺栓联接:用铰制孔螺栓铰制孔螺栓联接固定牵引钩(HT250),板厚h=10mm,已知R=4000N(变载荷变载荷),试求螺栓直径。解解：每个联接受横向载荷 F=R/2=2000N1.按剪切强度：2.按挤压强度：P=B/2.20.8=240/2.20.8=87.3Mpa (S=2.2)p.123lmin=h=10mmR10d0 取 l=25mm,l0=12mm取d=6mm,d0=76.03mm=S/4.5=315/4.5=70Mpa 表10-6l0Lmin例2.M625合适1.按剪切强度2.按挤压强度:2.许用应力与应力(静、变)有关；P与材料(钢、铸

40、铁)有关。联接受挤压，螺栓受剪切注意：注意：1.d0光杆直径，d0d Lmin杆孔最小接触长度铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接小结：End of 19 一钢制液压油缸,油缸壁厚为10mm,油压p=1.6 Mpa,D=160mm,试计算其上盖的螺栓联接和螺栓分布圆直径D0解:(2)定残余预紧力FR(1)求单个联接的工作载荷FE:有紧密要求,FR=1.51.8 FE 取FR=1.8FE(3)求Fa螺栓强度计算(4)结构设计取45钢,S=355Mpa 暂取S=3(不严格控制预紧力,静)=S/S=118 MpaC1eD0D取Z=8例3:Fa=FEFR=2.8 FE=11.3kN取d=16mm,其d1=13

41、.835mm12.6mm 合适取S=3 (表10-7)(不严格控制预紧力)合适D0=D+2d+(36)+210=218224mm螺栓间距L=D0/Z=224/8 88mm 7d=716=112mm (P.146页的脚注页的脚注)满足要求C1eD0D(4)结构设计:(螺栓分布圆直径D0图图10-9a P.139)1.松螺栓联接:装配时不预紧联接不受力工作时受轴向载荷Fa 2.紧螺栓联接复合应力(拉、扭)1)受横向工作载荷F不松不滑 预紧力 F0(轴)足够大 F0CF/mf不断不溃定螺栓d12)受轴向工作载荷FE螺栓总拉力Fa:Fa=F0+Kb/(Kb+Kc)FE工件残余预紧力FR:FR=F0Kc

42、/(Kb+Kc)FE0先求FE 定定FR（根据工作（根据工作情况。见情况。见P147）求Fa 强度定d 结构设计已知F求d:先求F0(不滑)定d(强度)已知d求F:先求F0(强度)定F(不滑)小结：普通螺栓联接:10-8 提高螺栓联接强度的措施前言前言:螺栓联接强度螺栓静载荷 变载荷较少破坏疲劳破坏破坏位置主要取决于螺栓强度措施螺栓被联接件疲劳断裂当FE由(0FE)要使akb/(kb+kC)kbkC1)减小减小kb2)增大增大kC减小螺栓光杆直径,空心螺杆不宜用软垫片1.减小kb/(kbkC)但FR减小不利密封Fa由(F0 )变化(一)降低螺栓总拉伸载荷Fa 的变化范围aFR=F0FEkC/(

43、kbkC)(二)改善螺纹牙间的载荷分布现象:螺纹牙间的载荷分布不均螺栓螺母受力性质不同1/3载荷 集中在第一圈牙上第810牙不受力增厚螺母无效。使受压螺母受拉螺母 改善螺纹牙间的载荷分布图10-27（b）、（c）65破坏发生在螺母支承面处原因:措施:(三三)减小应力集中减小应力集中增大过渡圆角增大过渡圆角切制卸载槽切制卸载槽卸载过渡结构卸载过渡结构(四四)避免或减小附加应力避免或减小附加应力凸台凹坑鱼眼坑支承面不平被联接件变形太大(五五)采用提高强度的工艺措施采用提高强度的工艺措施冷镦(dun)头部、辗压螺纹合理的金属流线表面处理：氰(qing)化、氮化也能提高疲劳强度。10-9 螺旋传动（要求高效率梯形、锯齿形、矩形多线）按用途分三类：传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋 两者关联压力机压力机千斤顶千斤顶举重器举重器 传力螺旋：传递动力，如举重器、千斤顶、加压螺旋机床进给丝杠机床进给丝杠传导螺旋：将回转运动直线运动，如机床进给丝杠传递运动和动力调整螺旋调整螺旋调整螺旋调整螺旋调整螺旋调整零件间相对位置，如机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。10-9 后半部分 和 10-10不讲