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1、第二篇 连接,第五章 螺纹连接(DF)和螺旋传动 第六章 键、花键(F)、无键和销连接 第七章 铆接、焊接、胶接和过盈连接,重点是螺纹连接和键、花键连接设计与计算 难点是螺纹连接计算,（F：重点，Focus, Force，Fenshu）,（D：难点，Difficult，对付可得）,（DF：难点+重点， Focus on Difficult，得分）,第二篇 连接,连接,机械动连接,运动副,机械静连接,可拆卸连接,不可拆卸连接,螺纹连接,键、花键、销连接,无键连接,铆接,焊接,胶接,过盈连接,连接的基本类型,考虑制造以及其经济性,考虑结构安装运输维护,螺旋传动（螺旋副）,第五章 螺纹连接和螺旋传动
2、,5-1 螺纹 5-2 螺纹联接的类型和标准联接件（F） 5-3 螺纹的预紧（F） 5-4 螺纹的防松（F） 5-5 螺栓组联接的设计（DF） 5-6 螺纹联接的强度计算（DF） 5-7 螺纹联接的材料及许用应力（F） 5-8 提高螺纹联接强度的措施（DF） 5-9 螺旋传动（简介）,第五章 螺纹连接和螺旋传动,1.了解连接的基本分类，掌握螺纹连接的主要类型； 2.了解螺栓拧紧时连接中各零件的受力及螺栓的防松原 理、装置和方法； 4.理解提高螺栓连接强度的措施； 5.掌握螺栓组连接的受力分析及单个螺栓连接的强度计算；,基本要求:,一. 螺纹的形成,用于连接,用于传动,单线螺纹,5 1 螺 纹,
3、升角，导程S，螺距P，头数n；S=nP,二. 螺纹的分类：,1）按牙形分：,2）按螺旋的线数分：单线、多 线（一般不超过4线），线 数越多，导程越大。单线用于连接，多线用于传动。,3）按旋向分：右旋、左旋。一般用右旋。,4）内、外螺纹之分：二者旋合组成螺旋副（螺纹副）,5）按母体的形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹,6）按采取标准制度的不同：公制、英制,三角形：,锯齿形：,矩 形：,剃 形：,5 1 螺 纹,三、机械制造常用螺纹：,三角螺纹,矩形螺纹,梯形螺纹,锯齿形螺纹,普通螺纹,管螺纹,粗牙螺纹,细牙螺纹,普通细牙,非螺纹密封,螺纹密封,圆锥管螺纹,用于传动,用于 连接,5 1 螺 纹,注：除了矩
4、形螺纹外，其它螺纹都已标准化了，设计时应按国家标准设计。,四、常用螺纹的特点及应用,1. 普通螺纹：是牙型角=60的三角形米制螺纹。同一公称直径可以有多种螺距。其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的均称为细牙螺纹。细牙螺纹因螺距小，升角小，因此自锁性好、强度高，但不耐磨、易滑扣。细牙螺纹用于薄壁零件以及受振动载荷的连接、微调机构中。,2. 管螺纹：公称直径为管子的公称直经。,3. 用于传动的螺纹：,5 1 螺 纹,五、螺纹的基本参数：,1）大径d：（公称直径） 2）小径d1：（强度计算用） 3）中径d2：（分析效率时用）,4）螺距P：相邻两在中径线上对应点间的轴向距离。 5）导程S：同一螺旋线上相
5、邻两牙在中径线上牙对应点间的轴向 距离。S=nP,5 1 螺 纹,6）牙形角：螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。 7）牙形斜角：牙型侧边与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。对于对称牙型 =/2。 8）螺纹升角：中径圆柱上，螺旋线切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。 tg=nP/d2 9）接触高度h：内外螺纹旋合后接触面的径向高度。,5 1 螺 纹,五、螺纹的基本参数：, 5-2 螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件,一.螺纹连接的基本类型：,螺栓连接,螺钉连接,双头螺柱连接,紧定螺钉连接, 5-2 螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件,1.螺栓连接,1）被连接件的孔不用加工螺纹，装拆方便，用于经常 拆装的
6、场合。 2）只适用于被连接件都较薄的情况。,（1）普通螺栓连接,（2）铰制孔螺栓连接,2. 双头螺柱连接：,特点及应用： 被连接件之一需加工螺纹孔。用于被连接件之一比较厚，需经常拆装的情况。,3. 螺钉连接：,特点及应用： 被连接件之一需加工螺纹孔，省去了螺母，结构简单。用于被连接件之一比较厚，不宜经常拆装的场合。, 5-2 螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件,4. 紧定螺钉连接：,用于固定两零件的相对位置，并传递不大的力或力矩。, 5-2 螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件,地脚螺栓,吊环螺栓,T形槽螺栓,5. 其它常用的螺纹连接, 5-2 螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件,二.标准螺纹连接件,
7、1.螺栓,螺栓的形状较多，用途也很广泛。如右图所示为各种不同形式的螺栓。螺栓连接也可以用于螺钉连接中。,2.双头螺柱, 5-2 螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件,3.螺钉、紧定螺钉,螺钉的头部和端部有多种形式，以适应不同场合的需要。, 5-2 螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件,4.螺母, 5-2 螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件,普通用的螺纹紧固件，按制造精度分粗制、精制两类。前者多用于建筑、木结构及其它次要场合，精制的广泛用于机器设备中。,螺纹连接件分三个精度等级：A、B、C（高底），C级最常用。精度等级要配套使用。,5.垫圈, 5-2 螺纹连接的基本类型 及螺纹标准件,5-3 螺纹连接的预
8、紧,在装配时，螺纹连接都必须预紧。对于重要的螺纹连接，还应控制其预紧力的大小。,1.预紧力：,2.预紧的目的：,1）增加连接的可靠性； 2）增加连接的刚性； 3）防松； 4）受横向载荷作用时，增大摩擦力，防止相对滑动； 5）增大疲劳强度。,使连接在承受工作载荷之前预先受到力的作用， 这个力称为预紧力。,预紧力不能太大，太大易过载拉断，因此，预紧力要保证且又不使其过载。,3.拧紧力矩,T=FL=T1+T2,1）螺旋副间的摩擦力矩T1：,设F0为螺栓所受的预紧力,则:,拧紧螺纹相当于推动重物沿螺旋面上升。取中径为计算名义尺寸。,-当量摩擦角,3.拧紧力矩,T=FL=T1+T2,2）螺母与支撑面间的
9、摩擦力矩：,式中: fc为螺母与被连接件支撑面间的摩擦系数。 无润滑时fc=0.15,拧紧力矩:,假设：接合面受国均布，并略去螺母周边非圆部分的影响。,拧紧力矩:,T 0.2F0 d Nmm,为使连接有足够的预紧力又不使螺栓拧断，预紧力可按屈服极限取： 碳素钢：F0（0.6 0.7）SA1 合金钢：F0（0.5 0.6）SA1,对M12以下的螺栓，应注意控制预紧力，以防过载拉断。合金钢安全系数更小？其强度较高,对于M10 M68的普通螺纹， ， fc=0.15， ，f 为螺旋副的间的摩擦系数,无润滑时 f=0.10.2，则：,4.控制预紧力的方法：,1）控制拧紧力矩；,b.定力矩板手；,2）测
10、量螺栓的伸长量；,a.测力矩板手；,等价于拧紧圈数,1）在冲击、振动、变载荷作用下，螺旋副间的摩擦阻力极不稳定，在某一瞬间会急剧减少以致消失，失去自锁能力，连接就可能松脱； 2）螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作，材料发生蠕变和应力松弛，也会使预紧力和摩擦力逐渐减少，最终导致连接失效。,1.防松的根本原理：防止螺旋副的相对转动。,3.防松的方法：,摩擦防松：,摩擦防松简单方便，不如以下两种方法可靠。,机械防松：,机械防松可靠，可和摩擦防松联合使用。,用于不再拆卸连接。这种方法是将螺旋副变成非运动副，从而排除了相对运动的可能性。,永久防松：,2.防松的原因：,5-4 螺纹连接的防松,1）摩擦防
11、松：,弹簧垫圈防松,5-4 螺纹连接的防松,对顶螺母防松,5-4 螺纹连接的防松,开口销防松,2）机械防松：,5-4 螺纹连接的防松,止动垫片防松,5-4 螺纹连接的防松,2）机械防松：,串联钢丝防松,2）机械防松：,5-4 螺纹连接的防松,3）永久防松：,5-4 螺纹连接的防松, 5-5 螺栓组连接的设计,一.螺栓组连接的结构设计,1.被连接件结合面形状应简单对称： 便于加工，便于螺栓对称布置，使 螺栓组的对称中心与结合面形心重合,2.螺栓的布置应使螺栓受力合理： 受横向力的螺栓组受力方向不超过8个；受力矩作用时应适当远离对称轴；,3.布置螺栓应留有合理的间距、边距，方便装配 扳手空间尺寸，
12、查标准 压力容器螺栓间距，P73表5-4,均匀受力，非对称受力易损坏,4. 分布在同一圆周上的螺栓数目应取偶数,5.避免螺栓偏心承载，而产生附加弯曲载荷,6.同一螺栓组紧固件形状、尺寸、材料应尽量一致, 5-5 螺栓组连接的设计,一.螺栓组连接的结构设计, 5-5 螺栓组连接的设计,一.螺栓组连接的结构设计,二.螺栓组连接的受力分析：,前者靠摩擦力工作，后者靠剪切力工作。两种情况的工作原理不同！,普通螺栓连接,铰制孔用螺栓连接,1. 承受横向(相对于螺栓轴向)载荷作用的螺栓组连接, 5-5 螺栓组连接的设计,为了简化计算，假设： 1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 2）螺栓组的几何
13、中心与连接结合面的形心重合； 3）受载后连接结合面仍保持为平面。,单个螺栓受力,螺栓组受力,1）普通螺栓组连接,受力平衡条件, 5-5 螺栓组连接的设计,许用应力最大降30%，工作应力比拉应力加大30%,单个螺栓受力,螺栓组受力,剪切强度计算：,挤压强度：,2）铰制孔用螺栓连接, 5-5 螺栓组连接的设计,半圆柱面受挤压力，全断面受剪切力，均匀受力,2. 受转矩的螺栓组连接,1）普通螺栓连接,不滑动条件, 5-5 螺栓组连接的设计,各螺栓的作用力，简化到其轴心处，视为近似点载荷作用,2）铰制孔用螺栓连接,变形量越大，则工作剪力越大,剪切强度计算：,挤压强度：,F0,3.受轴向载荷的螺栓组连接,
14、单个螺栓的受力：预紧力F0 工作力F :,对于有紧密性要求的连接，, 5-5 螺栓组连接的设计,4.受倾覆力矩的螺栓组连接,假定: 1)底板为刚体； 2)倾覆力矩作用在螺栓组连接的形心； 3)受载后绕O-O转动仍保持平面。 在M的作用下： 左侧：螺栓拉力增大； 右侧：螺栓拉力减小而地面压 力增大,失效分析： 1.螺栓拉断； 2.底板左侧出现间隙； 3.底板右侧压溃。, 5-5 螺栓组连接的设计,螺栓所受的工作拉力与距离成正比,螺栓所受的工作拉力, 5-5 螺栓组连接的设计,螺栓所受的工作拉力, 5-5 螺栓组连接的设计,受翻转力矩前，接合面挤压应力分布图,F0,底板受力分析,在翻转力矩作用下，
15、接合面挤压应力分布图, 5-5 螺栓组连接的设计,验算接合面的强度计算,左侧不出现间隙：,右侧不压溃：,-许用挤压应力,小结： 1.在实际工作中，螺栓所受的工作载荷往往是以上四中 简单形式的不同组合，但不论受力多复杂，都可以将复杂状态简化成以上四种简单的受力状况，先分别求螺栓的工作载荷，然后向量迭加，就可求出螺栓所受的总工作载荷；,横向荷载+轴向载荷+翻转力矩,横向载荷+旋转力矩, 5-5 螺栓组连接的设计,小结： 2.虽然前面讲了螺栓的四种不同外载（横向、转矩、轴向、倾覆力矩），但对单个螺栓而言，受力只有两种：拉力、剪力； 3.为了保证螺栓连接的可靠性，还要考虑综合条件：不出现间隙、不压溃等
16、。, 5-5 螺栓组连接的设计,横向荷载+轴向载荷+翻转力矩,横向载荷+旋转力矩,1.在轴向载荷作用下，螺栓杆或螺纹部分发生塑性变形或拉断；, 5-6 螺栓连接的强度计算,一. 螺栓连接的失效形式：,普通螺栓连接： 松螺栓连接 紧螺栓连接 铰制孔用螺栓连接,螺纹连接的失效往往是由于螺栓的失效而引起。,对单个螺栓来说受力的形式不外乎是轴向力或横向力。,2.在横向载荷作用下，铰制孔螺栓连接的失效形式是：螺拴杆 和孔壁的贴合上可能的压溃或螺栓杆被剪断；,3.螺纹牙的磨损。,螺栓连接大多工作之前应 预紧，称为紧螺栓连接,二.设计准则：,对受拉螺栓：保证螺栓的静力或疲劳强度。,三. 螺栓连接的强度计算：,对受剪螺栓：保证螺栓的挤压强度和螺栓的
