《武汉理工大学考研专用 第6章螺纹联接设计(讲课0910)解读》由会员分享，可在线阅读，更多相关《武汉理工大学考研专用 第6章螺纹联接设计(讲课0910)解读（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第16章 螺纹联接设计,*. 螺纹连接用螺纹联接件（螺栓，螺钉）将两个以上零件联成一体。,*. 本章的主要内容,1. 螺纹类型及主要参数;螺纹联接的主要类型、特点及应用;,2 . 螺旋副的受力、效率及自锁,预紧和防松;,3 . 螺栓的强度计算;,4 . 螺栓组的结构设计.,16-1 螺纹的主要参数及类型,一. 螺纹形成原理,将一倾斜角为 的直线绕 在圆柱体上就形成一条螺旋线 。,二 常用螺纹类型,左旋螺纹自右下方向左上 方绕行的螺纹,右旋螺纹自左下方向右上 方绕行的螺纹,左旋,右旋,外螺纹在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓、 螺钉,内螺纹在圆柱孔内壁上形成的螺纹，如螺母,按螺纹牙的牙型分类:,普
2、通螺纹 牙型角=60，当量摩擦系数较大，自锁性能 好，主要用于连接。,圆柱管螺纹牙型角=55，用于压力p1.57MPa的管子连接,矩形螺纹牙型角=0，当量摩擦系数小，效率高，用于传动,梯形螺纹牙型角=30，牙根强度高，效率较高，易保证加工精度，广泛 用于传动。,锯齿形螺纹牙型斜角两边不相等，工作面=3,非工作面= 30，效率较三 角形螺纹高，只能用于单向传动。,粗牙，细牙,单线螺纹 Z=1，效率低，自锁性好，易加工,三线螺纹Z=3，效率高，自锁性差，难加工,双线螺纹Z=2，效率较Z=1 高,单线螺纹,双线螺纹,三线螺纹,1 .大径d：外、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径（管螺纹除外）,2 .
3、小径d1：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱的直径。 在强度计算中常用作危险截面的计算直径。,3 .中径d2：处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线 上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。,4 .螺距P ： 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 5 .导程S ：螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。S= zP。,6 .升角 ：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹 角，通常用中径处的升角表示。其计算式为：,7 .牙型角：在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角 。螺纹牙型的侧 边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角 。对于三角 形、梯形螺纹等对称牙型， =/2。,四. 螺纹副的
4、受力关系及效率,由机械原理可知螺旋副在拧紧、松开时的受力 关系、效率和自锁为：,F螺旋副所 受轴向力,自锁条件,松开力,松开时效率,-牙型斜角,一）螺栓联接 ,16-2 螺纹联接,一. 螺纹联接的基本类型,结构特点：,普通螺栓联接,1. 普通螺栓（即受拉螺栓）联接,受力特点：,联接承受外载荷时，螺栓受拉力作用,使用方便,通常被联接件不太厚，能从被 联接件两边进行装配的场合。,被联接件通孔和螺栓间有间隙,通孔加工精度要求较低，其 结构简单、装拆方便，应用广泛。,2. 铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）联接。,被联接件孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合（H7/m6， H7/n6）。用于要求精确固定被联接件
5、相对位置，并能承受横向 载荷，但孔的加工精度要求较高。,铰制孔用螺栓联接,普通螺栓联接,受力特点：联接借助螺栓杆承受横向外载荷，螺栓受剪力作用。,结构特点：,将螺栓一端旋紧在一被联接件的螺纹孔内，另一端穿过另一 被联接件的孔，旋上螺母，从而将被联接件联成一体。,二）双头螺柱联接,用于被联接件之一太厚不便穿孔，且需经常装拆或结构上受限制 不能采用螺栓联接的场合。,注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制,d,特点：,应用：,螺钉联接不用螺母，而是直接将螺钉拧入被联接件之一的螺纹孔内，从而实现联接。,三）螺钉联接,用于被联接件之一较厚的场合，不经常装拆联接的场合。,注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制,特
6、点：,应用：,特点：紧定螺钉联接，是利用 紧定螺钉旋入一零件，并以其末端 顶紧另一零件（或该零件的的凹坑 内）来固定两零件之间的相互位置,四）紧定螺钉联接,应用：可用于传递不大的力及转 矩，多用于轴和轴上零件的联接。,二. 螺纹联接件,紧定螺钉联接,一）螺栓,二）双头螺栓两端均制有螺纹，两端螺纹可相同（均为粗牙）也可 不同（一端为粗牙，另一端为细牙）。,六角头铰制孔用螺栓,三）地脚螺栓是将机座固定在地基上一种特殊螺栓。,地脚螺栓,螺钉头部结构型式,外六角头,内六角头,一字槽沉头,十字槽沉头,十字槽半圆头,四）螺钉、紧定螺钉螺钉头部、紧定螺钉末端有多种结构型式,锥端,平端,圆柱端,尖锥端,紧定螺
7、钉末端结构,五）螺母,六角薄螺母,六角厚螺母,六角槽形螺母,圆螺母,六） 垫圈,平垫圈,斜垫圈,弹簧垫圈,圆螺母用带翘垫圈,拧紧力矩T等于螺旋副间的阻力矩T1与螺母环形端面和被连接件(或垫圈)支承面间的摩擦力矩T2之和，即,拧紧力矩和预紧力,三、 螺纹连接的预紧,预紧的目的是为了增强连接 的刚性、紧密性和防松能力。,式中： 螺母与被连接件的环形接触面的外径和内径； K-拧紧力矩系数，般K=0.10.3，平均取K=0.2。,通常通过控制拧紧力矩等方法来控制预紧力的大小。用测力矩扳手或定力矩扳手可控制拧紧力矩。,为保证螺纹连接的可靠性，对于重要 的螺栓连接，在装配时应采用一定的措施控 制预紧力。,
8、测力矩板手：测出预紧力矩,定力矩板手：达到固定的拧紧力矩T时， 弹簧受压将自动打滑。,M12,1摩擦防松 这类防松措施是使拧紧的螺纹之间不因外载荷变化而失去压力，即始终有摩擦阻力防止联接松脱。这种方法不十分可靠，故多用于冲击和振动不剧烈场合。常用的有如下几种：,弹簧垫圈,双螺母,四、螺纹连接的防松,2. 机械防松,机械防松的措施是，利用各种止动零件，以阻止拧紧的螺纹零件产生相对转动。这类防松方法相当可靠，应用很广。常用的方法有：,槽形螺母和开口销,串联钢丝,正确结构,错误结构,止动垫圈,3. 破坏及改变螺旋副关系,粘合防松 将粘合剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后，粘合剂能自行固化，防松效果良好。
9、,冲点法防松,焊住防松,16-3 螺栓联接的强度计算,一. 螺栓联接强度计算的目的： 确定螺栓的公称直径d,二. 螺栓联接的失效形式及计算准则,2 .受剪螺栓（受横向载荷的铰制孔螺 栓）,1 .受拉螺栓（受轴向载荷或横向载荷 的普通螺栓）,普通螺栓联接,铰制孔用螺栓联接,主要破坏形式为螺栓 杆和螺纹部分可能发生塑性变形或断裂,计算准则： 保证螺栓的静力（或疲劳） 拉伸强度。,螺栓杆与孔壁间压溃或螺栓杆 被剪断,计算准则: 保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度，其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性的作用。,吊环螺栓联接（松）,气缸盖螺栓联接（紧）,三. 螺栓联接的强度计算,松螺栓联接装配时不需
10、拧紧螺母如吊环螺栓联接,紧螺栓联接装配时必须将螺母拧紧，应用广泛。 如气缸盖螺栓联接等。,一）受拉螺栓连接,螺栓危险剖面的抗拉强度条件为：,(一） 松螺栓联接,工作载荷前，螺栓并不受力,工作时受拉力F（由外加载荷产生）,MPa,校核计算式：,d1 螺栓危险剖面直径，即螺纹小径，mm；,吊环螺栓联接,螺栓的公称直径d确定：根据d1查普通螺纹基本尺寸（GB196-81）机械设计课程设计表11-1，确定螺栓的公称直径d。, 松螺栓联接的许用应力，Mpa，,螺栓材料的屈服极限（见表16-5p337）,S松松螺栓联接的安全系数，S=1.21.7,14,11.835,1.只受预紧力 的紧螺栓联接,普通螺栓
11、（即受拉螺栓）联接,铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）联接,铰制孔用螺栓联接,普通螺栓联接,只受预紧力F 的紧螺栓联接,同时受预紧力F 和轴向工作载荷F的紧螺栓联接（略）,采用普通螺栓联接承受横向外载荷FR,被连接件间不发生相对滑移的条件： 其接合面之间的摩擦力必须大于横 向载荷，即：,结构特点：螺栓杆与孔间有间隙,承载原理：靠被连接件接合面间的 摩擦力来承受横向外载荷,普通螺栓联接,螺栓受力：螺栓所受拉力不变，均 等于预紧力F ,预紧力F 大小：根据防止被连接件 间发生相对滑移所需要的接合面之 间的摩擦力Ff来决定。,预紧力F 计算式：,-可靠性系数，常取 =1.11.3,f 被联接件接合面之间的摩
12、擦系数表11-1(P262),m 被联接件接合面的面数,式中：,FR 单个螺栓所受横向外载荷,Z个螺栓联接时：,螺栓危险剖面的抗拉强度条件为：,MPa,校核计算式：,设计计算式：,式中：,1.3 考虑拧紧螺母时，螺栓在力矩T作用下，扭剪应力影 响，将拉力增大30%。,e 紧螺栓的当量拉应力, 紧螺栓联接的许用应力，Mpa，, 螺栓材料的屈服极限 见表16-4(P336),S紧紧螺栓联接的安全系数，表16-6a(P337),2.受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连按 (1) 螺栓和被连接件的受力与变形,工作时,螺栓：再加F 总伸长（ ）总拉力F0,被联件：总压缩量（ ）联接面间受压F”,F+F,(2
13、) 各力的关系式,总拉力,剩余预紧力,螺栓相对刚度,被联件相对刚度,所以,归纳： 这三个公式是计算受轴向载荷紧螺栓连接的基本公式，C1(C1+C2)为螺栓的相对刚度,大小与螺栓及被连接件的材料、尺寸、结构形状和垫片等因素有关，其值在01之间变动。若被连接件的刚度很大(如采用刚性簿垫片)，而螺栓的刚度很小(如细长或空心螺栓)时，则螺栓的相对刚度趋于零；反之，其值趋于l。为了降低螺栓的受力，提高螺栓连接的承载能力，应使C1(C1+C2)值尽量小些。C1/(C1+C2)值可通过计算或实验确定。,一般设计时可参考表112。C2(C1+C2)为被连接件的相对刚度，因C2(C1+C2)=1-C1(C1+C
14、2)，则可按 C1(C1+C2)值求得C2(C1+C2)。,螺栓工作载荷过大时，使连接出现缝隙,这是不允许的。显然 F应大于零，以保证连接的紧密性。选择F”时：, 有紧密性要求的螺栓连接，通常可取F”=(1.51.8)F, 一般的连接，工作载荷稳定时，可取F”=(0.20.6)F, 外载荷有变化时,可取F”=(0.61.0)F;, 地脚螺栓连接，可取F“F;,考虑在工作载荷下可能补充拧紧螺母,强度条件同受横向载荷的普通螺栓联接,保证联接的紧密性,剩余预紧力,(3)按静载与变载两种情况计算强度 受轴向静载荷螺栓连接的强度计算,对于受轴向变载荷的重要连接(如内燃机气缸盖螺栓 连接，其气缸反复进、排
15、气)，其螺栓所受工作载荷 如图所示在0F之间变化，因而螺栓所受的总拉力 在FF0之间变化。设计时一般可先按受静载荷 强度计算螺栓直径，然后校核其疲劳强度。, 受轴向变载荷螺栓连接的强度计算,影响变载下疲劳强度的主要因素是应力幅。因此螺栓疲劳 强度的校核公式为,式中： 螺栓的许用应力幅，MPa， 按表11-5a所给的公式计算。,二）采用铰制孔用螺栓联接承受横向外载荷F,结构特点：螺栓杆与被连接件孔间无间隙,承载原理：靠螺栓杆受剪切及螺栓杆与被连接件受挤压来承受横向外 载荷,铰制孔用螺栓联接,螺栓杆受剪切力：F =Fs,螺栓杆与被连接件配合面受挤压力：F = Fs,螺栓的剪切强度条件：,螺栓杆与孔壁配合面的强度条件：,式中：,d0 螺栓剪切面直径（螺栓杆直径），mm；,h 计算对象的最小受压高度，mm;,螺栓或孔壁材料为钢：,螺栓或孔壁材料为铸铁：,许用剪应力,设计计算由螺栓的剪切强度条件决定螺栓公称直径,按d0查标准确定螺栓公称直径d,164 螺栓组联接的设计,圆形、矩形、三角形等,(2) 螺栓布置使各螺栓受力合理,(3) 分部在同一圆周上的螺栓数目成偶数,便于钻孔时分度或画线,1.螺栓组联接的结构设计,(1) 结合面力求简单、对称,(4) 为增加可靠性，减小直径，可采用减载装置,套筒减载,键减载,销钉减载,止口减载,(5) 螺栓排列的间距、边距合理,留有板手空间,支承面应
