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1、学习单元5 螺纹联接的设计 济南职业学院 机械制造系 螺纹连接的相关知识 2 操作与实践 3 自主学习 4 拓展知识 5 总结 6 本节自测 7 项目导入 1 单元内容 台式钻床千斤顶 一、台式钻床的螺栓连接和千斤顶的螺旋传动 第一节、项目导入 二、螺纹联结 螺栓联结 铰制孔螺栓联结 双头螺柱联接 紧定螺钉联接 一、螺纹 螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。 螺纹按工作性质分为联接用螺纹和传动用螺纹。 第二节、相关知识 外螺纹 内螺纹 螺纹的旋向 1、螺纹形成 加工方法：车制内外螺纹； 直径小用碾压法；内螺纹先用钻头钻出光孔，然后丝锥攻螺纹 螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线
2、等 速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。 螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通 过圆柱体的轴线，就得到螺纹。 螺纹 d2 2、螺纹几何参数 (3)中径d2 d1 d2 d (1)大径d (2) 小径 d1 (4) 螺距P (5) 导程S (6) 螺纹升角 (7)牙型角 tg= d2 nP 牙侧角 d2 S S = nP S P P/2P/2 二、螺纹的连接类型 1、连接类型 （1）普通螺栓联接 螺栓杆与被联接件孔壁之间有间隙。通孔加工 精度低，成本低，应用最广。 普通螺栓联结 （2）铰制孔用螺栓联接 螺栓杆与被联接件孔壁之间无间隙。孔 和螺栓杆多采用基孔制过渡配合(H7 m6、H7
3、n6)，能精确定位，能承受横向载荷被联接件需钻 孔、铰孔，成本高。 孔与螺杆之 间留有间隙铰制孔螺栓联结 （4）螺钉联接 被联接件之一为 光孔、另一个为螺纹孔 。只用螺钉，不用螺母 ，直接把螺钉拧进被联 接件的螺钉中。 适用 于载荷较轻，且不经常 装拆的场合。 螺钉联接 （3）双头螺柱联接 用两头均有螺纹的螺 柱和螺母把被联接件联接起来, 被联接件之一为光孔、另一个 为螺纹孔。适用于被联接件之 一厚度很大，而又不宜钻通孔 ，但又经常拆卸的地方。 双头螺柱联接 （5）紧定螺钉联接 利用拧入被联接件螺纹孔中的螺钉末端顶 住另一零件的表面，以固定零件的相对位置，可传 递不大的力或扭矩。 紧定螺钉联接
4、 （6）地脚螺栓 吊环螺栓 T形槽螺栓 2、标准螺纹联接件 两端螺纹可相同或不同，螺柱可带退刀槽或制成腰杆， 也可制成全螺纹。 双头螺柱 螺钉 头部形状有圆头、扁圆头、六角头、圆柱头和沉头等 。头部起子槽有一字槽、十字槽和内六角孔等形式。 紧定螺钉 端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的 场合；平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬度 较大的平面或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中 ，适用于坚定空心轴上的零件位置。 自攻螺钉 头部形状有圆头、平头、半沉头及沉头等。头部起子槽有一 字槽、十字槽等形式。末端形状有锥端和平端两种。 六角螺母 根据厚度分为标准螺母和薄型螺母两种。制造精
5、度分为 A、B、C三级，分别与相同级别的螺柱配合使用。 垫圈 平垫圈分为A级和C级两种。用于同一螺纹直径的垫圈 又分为特大、大、普通和小的四种规格，特大垫圈主要在 铁木结构上使用。斜垫圈只用于倾斜的支承面上。 三、螺纹联接的预紧和防松 1螺纹联接的预紧 拧紧的目的 1.提高联接的紧密性 2.防止联接松动 3.提高联接件强度 v 预紧力的控制： 测力矩扳手 定力矩扳手 定力矩扳手 螺旋副的拧紧力矩 注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(M12)的螺栓。 弹簧垫圈防松 2.螺纹联接的防松 1）摩擦防松 （保证螺纹副间有足够的轴向压力和摩擦力矩） 对顶螺母，弹簧垫圈 。 结构简单、使用方便。
6、 限制螺旋副的相对转动； 以防止联接的松动，影响正常工作。 防松的实质 防松方法 （摩擦防松.机械防松 .永久防松 ） 自锁螺母防松 对顶螺母防松 2）机械防松 开口销与开槽六角螺母 止动垫圈 串联钢丝 （在联接中加入其它机械元件) 开口销、止动垫圈，串联铁丝等。 适用于冲击振动载荷，重要场合使用，成本高。 机械防松 止动垫片防松 机械防松 止动垫片防松 机械防松 串联钢丝防松 机械防松 焊接 铆冲 不可拆卸防松 3）永久防松粘、铆、焊等。 F F/2F/2 1、松螺栓联接强度计算(不受 预紧力作用，受外载荷） 或 F工作拉力，单位为N； d1螺栓危险截面的直径，单位为mm； 螺栓材料的许用拉
7、应力，单位为MPa。 四、螺纹连接强度的计算 2、紧螺栓联接强度计算 （1)仅受预紧力的紧螺栓联接结合面的摩擦力来承受横向载荷，防止被 联接件错动 1) 螺栓的当量拉力 螺栓受力 拧紧力矩螺栓预紧力 受产生拉应力 当量拉力 联接面间摩擦力 2) 保证联接面不滑移的螺栓预紧力 拧紧力矩 预紧力平衡横向力 3) 强度条件 摩擦系数 螺栓数 接合面数 可靠性系数 摩擦力矩引起的剪应力 （2)受轴向外载荷的紧螺栓联接 F1为残余预紧力 ，为保证联接的 紧密性，应使 F1 0，一般根据联 接的性质确定F1 的大小。 载荷方向与螺栓轴向一致，螺栓受载前 需预紧，受载前后受力不同。螺栓内部危险 截面上同样既
8、有拉应力s，又有扭转剪应力t 。 螺栓预紧力F0后，在工作拉力F 的作 用下，螺栓的总拉力F2 = ? 未拧紧 螺栓： 被联件： 未受力、无变形 未受力、无变形 拧紧后 工作前 螺栓： 被联件： 伸长受拉 缩短受压 工作时 螺栓： 被联件： 再加总伸长 联接面间受压 总压缩量 对应拉力 或 Q 螺栓危险截面的拉伸强度条件为 对于有密封性要求的联接， 一般联接，工作载荷稳定时： 工作载荷不稳定时： 螺栓所受总拉力Q = 工作拉力F + 剩余预紧力F1 Q （3)承受工作剪力的紧螺栓联接 这种联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。在联接结合面处，螺栓杆
9、则受剪切。 螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为： 螺栓杆的剪切强度条件为： 式中：F螺栓所受的工作剪力，单位为N； d0螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm； Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计时 应使Lmin1.25d0 1.汽缸盖受气体压力： P=pD2/4=3.142502/4=58875 (N) 2.单个螺栓工作载荷： F=P/z=58875/12=4906.25(N) 3.查表811，紧密因数K=2.7：螺栓所受总拉力 F=2.7F2=2.74906.25=13246.88(N) 4.选择螺栓材料，计算需用应力 查表812，选择Q215,屈服极限ss=220M
10、pa ，有表813，安全因数 S1.4，许用应力s=ss/S=220/1.4=157.143(Mpa) 5确定螺栓小径： 查标准，取M16，其d113.8411.81，其公称直径16mm s =11.81 d= 5.2 F 解 1. 采用普通螺栓联接 （1）普通螺栓的主要失效形式为螺纹部分断裂失效。 （2）螺栓受力分析 即每个螺栓的横向工作载荷 F=2T/D=2*0.9*106/150=12*103 （3）普通螺栓联接，靠预紧力产生的摩擦力来传递横向力，其预紧力 Q=SF/mfz，其中结合面m1，螺栓个数z4，结合面摩擦系数f 0.15，安全因数S3, Q=SF/mfz=24103 （4）确定
11、许用拉应力 查表12，13。螺栓材料为Q235的M12， s = 240MP,S=3, = s /S=80MP 查机械手册，M12螺栓小径d110.106mm 1.3424103/ （10.1062）388.96 = 80 故强度不足 s /S=240/2.5=96MP =b/s=300/2=150MP （4）计算；机械手册查铰制孔用螺栓M12受剪处直径d13mm，查 表88螺栓杆与孔壁挤压面最小高度LMIN=hl15312 （3）求许用切应力和许用挤压应力 z 22.696MP z 19.23=150MP 小结：通过以上两种情况的分析和计算，可以看出 ，虽然受到的外载荷相同，但由于螺栓联接的
12、类型 不同，单个螺栓的受力情况会有很大差异，致使所 选螺栓直径相差很大。为了避免采用普通螺栓时螺 栓直径太大的缺点，可采用减载装置，来传递横向 力，这样所需的预紧力较小，不但减小了螺栓直径 ，使结构紧凑，而且工作可靠。因此在机械设计中 ，结构设计的优劣必须给予足够重视。 其不同之处 在于：普通螺栓联接，靠预紧力产生的摩擦力来传 递横向力 五、螺栓组联接的结构分析 1、螺纹联接的机构分析 （1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如 圆形，环形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工制造，而且便 于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而 保证接合面受力比较
13、均匀。 （2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不 要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分 布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近 联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。 接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置 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，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸 承受横载荷的减载零件 (3).为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通 常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等 偶数。 (4) 螺栓联接应该保证安装的可能性和拆装方便 螺栓排列的要求 (5)螺栓的排列
14、应有合理的间距、边距。最小距离由扳手所需要的活 动空间来定 (6)避免螺栓承受附加的弯曲载荷。 凸台 沉头座斜面垫圈 一、气缸与气缸该盖的螺栓联接强度设计计算 第三节 操作与实践 F F/2F/2 一、观察吊车的吊钩，计 算其最大吊载重量 解:最大载重F d1螺纹的小径mm 松螺栓连接的许用应力（N/mm2) 第四节 自主学习 一、管螺纹 第五节、拓展知识 二、矩形螺纹 三、梯形螺纹 四、锯齿形螺纹 第六节、总结 1、螺纹 2、螺纹的连接类型 3、螺纹连接预紧与防松 4、螺栓的强度计算 5、螺栓连接的结构分析 一、如图所示为一铸铁支架固定在水泥地基上，受载 荷RV=5000N，方向如图。支架与地基间的摩擦系数 s=0.4，设螺栓材料为35号钢，许用应力 =80MPa，螺栓的相对刚度，可靠系数Kf=1.2。 其他尺寸见图。为保证正常工作，螺栓的根径d1至 少要为多少？ 第七节、本节自测 解：1.求F : 2.求F : 3.求Fo :
