机械设计基础 第七章螺纹连接

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1、1、可拆卸连接： 拆开时不破坏连接件和被连接件。例如：螺纹连接、键联结、销连接等2、不可拆卸连接：拆开时会破坏连接件或被连接件。例如：焊接、铆接、粘接等。常用连接方式*1机械设计基础第七章 螺纹连接主要内容：1.螺纹连接的基本知识 2.螺纹连接的预紧和防松 3.单个螺栓连接的强度计算（重点） 4.螺栓组连接的设计计算与实例分析（难点） 5.提高螺栓连接强度的措施*2机械设计基础Date3机械设计基础7 7. .1 1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识一、螺纹的主要参数二、螺纹联接件主要类型机械设计基础联接Date4机械设计基础二、螺纹联接件主要类型标准螺纹联接件v1.螺栓普通螺栓 铰制孔螺

2、栓v2.双头螺栓v3.螺钉联接螺钉紧定螺钉、自攻螺 钉螺纹联接件通过组合形成螺纹联接机械设计基础联接Date5机械设计基础1. 螺栓联接螺纹连接Date6机械设计基础2. 双头螺柱联接工作原理：螺栓受拉力，承 受外载应用：被联接件较厚， 且常拆卸处螺纹连接Date7机械设计基础3. 螺钉联接工作原理：螺栓受拉承受外载应用：一被联件较厚， 但不常拆卸处螺纹连接Date8机械设计基础4. 紧定螺钉联接工作原理：靠拧入零件螺纹孔 中的螺钉末端顶住 另一个零件的表面 ，或者顶入相应的 凹坑中，将零件固 定。应用：薄壁件联接螺纹连接Date9机械设计基础螺纹联接件实物Date10机械设计基础7.2 螺纹

3、连接的预紧和防松Date11机械设计基础1、预紧的作用：预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力 F0的作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙 或横向滑移。预紧也可以防松。2、控制预紧力的目的：在于增加连接的可靠性、紧密性和防松能力。预紧力过大，会使连接超载。预紧力不足，可能导致连接失效。重要的螺栓应控制预紧力。一、螺纹连接的预紧Date12机械设计基础拧紧螺母时的力矩和预紧力3、拧紧力矩和预紧力的计算Date13机械设计基础螺纹副摩擦力矩螺母与被连件摩擦力矩拧紧力矩Date14机械设计基础当钢制螺纹M10M68时，由螺纹几何关系和摩 擦系数可得：F0大小可以根据螺栓的受力情况和连接的工

4、作要求 决定，一般规定，拧紧后不超过螺纹连接件材料屈服强 度的80。Date15机械设计基础v定力矩扳手v测力矩扳手机械设计基础联接4、装配时控制预紧力的方法Date16机械设计基础定力矩扳手Date17机械设计基础二、螺纹连接的防松（一） 、摩擦防松1 、双螺母在螺母和螺栓之间形成内力 ，保证摩擦力。结构简单、使用方便。可靠性不高。用于平稳、低速、重载。Date18机械设计基础2 、弹簧垫圈其反弹力使螺纹间保持一定压 力，切口处的尖端也能阻止螺母转 动脱落。不十分可靠，用于不太重要的 连接。Date19机械设计基础3 、锁紧螺母镶嵌弹性环或尼龙圈 挤入螺纹中椭圆口螺 母。Date20机械设计

5、基础（二）、 机械防松 1 、开口销Date21机械设计基础2 、止动垫圈Date22机械设计基础止动垫圈Date23机械设计基础3 、串联钢丝Date24机械设计基础（三）、 永久防松焊接 冲点 涂胶Date25机械设计基础v问题：v为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法 ？机械设计基础联接Date26机械设计基础7.3、螺栓联接的计算松螺栓联接：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1 失效形式 2 设计步骤 3 松螺栓联接强度设计 4 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偏心载荷的紧螺栓联接机械设计基础联接螺栓组

6、联接Date27机械设计基础1 失效形式v失效形式：v 1. 螺栓杆拉断（普通螺栓）v 2. 螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）v 3. 经常装拆因磨损而发生滑扣v普通螺栓主要为螺纹部分发生断裂v受剪螺栓(铰制孔螺栓)主要为压溃和剪切机械设计基础联接Date28机械设计基础2 设计步骤一般设计步骤：v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）v试算法：先选定一个螺栓直径d 查计算d1。v若d1与d1（假定的小径）相近，则合用；否则再选机械设计基础联接Date29机械设计基础3 松螺栓联接强度设计v受载荷形式轴向拉伸(工作拉力F)

7、v失效形式螺栓拉断 (静、疲劳)v设计准则保证螺栓拉伸强度v强度条件： ss v设计计算方法：v校核式 :v设计式:机械设计基础联接FDate30机械设计基础4 紧螺栓联接强度设计(1) 仅受预紧力的紧螺栓联接v受载荷形式拧紧后:轴向拉伸(工作拉力F0)v 拧紧过程中:轴向拉伸F0、扭力Tv失效形式螺栓拉断 (拉、扭综合作用)v设计准则保证螺栓拉伸强度v强度条件： ss v设计计算方法：v校核式 :机械设计基础联接TF0F0拧紧力矩T剪应力 预紧拉力Fo拉应力v设计式: Date31机械设计基础(2).横向载荷的螺栓联接计算主要防止被联接件错动 特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压 力(F0)产生

8、摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠(不产生相对滑移)的 条件为： F0fFR 即 F0fm=kfFR1）普通螺栓联接：FR 横向外载荷m接缝界面数目、f为摩擦系数Kf防滑系数（可靠性系数） Kf=1.11.3 Date32机械设计基础分析：由上式可知，当FR=0.15,m=1,Kf=1.1则F0=7FR，说明 这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠 ，因此应设法避免。为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力可 采用如下减载装置：a)减载销b)减载套筒c)减载键求出F0以后按右式进行强 度计算Date33机械设计基础受横向载荷的铰制孔螺栓联接v受载荷形式拧紧过程中:轴向拉伸Fs

9、、 扭力T(预紧力小，计算时可忽略)v 工作时：横向载荷Fv失效形式侧面压溃及螺栓剪切v设计准则保证挤压、剪切强度v强度条件： spsp、t t v设计计算方法：v挤压强度：v剪切强度：机械设计基础联接Date34机械设计基础讨论：v普通螺栓受横向载荷F时，为保证结合面 不发生滑移，靠结合面的摩擦力抵抗Fv预紧力Fs的大小，根据接合面不发生滑移 的条件确定vf=0.2时，FS=6Fv结论：v横向载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓v宜采用铰制孔螺栓v必须采用普通螺栓时，应配合减载销、键或减载套筒使用v减载装置强度计算同铰制孔螺栓计算机械设计基础联接FSFsFFTDate35机械设计基础(3)、承

10、受轴向静载荷的紧螺栓联接强度计算Date36机械设计基础工作特点：工作前拧紧，有F0；工作后加上工作载荷F工作前、工作中载荷变化工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F解决问题：a) 保证安全可靠的工作，F0=？b) 工作时螺栓总载荷， F=？ 分析： 图1，螺母未拧紧 螺栓螺母松驰状态， 螺栓与被连接件均不受力。 Date37机械设计基础图，拧紧预紧状态 凸缘压m F0 栓杆拉b F0 图7.15b所示为螺栓被拧 紧后，螺栓受预紧力F0，被联 接件受预紧压力F0的作用而产 生压缩变形l的情况。Date38机械设计基础图3，加载F后工作状态图7.15c所示为螺栓受到轴向 外载荷(因气缸内压力而引起

11、的)F作用时的情况，螺栓被拉 伸，变形增量为2，根据变形 协调条件， 2即等于被联接 件压缩变形的减少量。此时被 联接件受到的压缩力将减小为 F/0，称为残余预紧力。显然， 为了保证按联接件间密封可靠 。应使：FFF0此时螺栓所受的轴向总拉力F应为其所 受的工作载荷F与残余预紧力F0之和。Date39机械设计基础Date40机械设计基础Date41机械设计基础Date42机械设计基础五、螺栓材料和许用应力v材料：一般用途：低碳钢或中碳钢 (3545及Q235Q275)重要联接：合金钢（ 40Cr、30CrMnTi ）v国标(GB/T 3098.1_2000)规定螺栓按材料的力学性能分出十个等级

12、：v3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9v规则：小数点前数字表示sB/100, 小数点后数字表示10sS/sBv如：5.8级：表示sB=500MPa ，sS=400MPav许用应力：表7-1机械设计基础联接v计算螺栓小径时采用试算法来选用Date43机械设计基础螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的受力分析与计算7.4 螺栓组连接的设计 Date44机械设计基础1 、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单 几何形状Date45机械设计基础2、 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理Date46机械设计基础3 、螺栓的排列应有合理的间距、边距D

13、ate47机械设计基础扳手空间Date48机械设计基础4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应 取4, 6, 8等 偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线Date49机械设计基础5 、避免螺栓承受偏心载荷产生偏心载荷的原因Date50机械设计基础斜垫圈的应用凸面和沉头座的应用避免偏载的结构Date51机械设计基础螺栓组联接的基本受载类型：2受横向载荷FSFS4受倾覆力矩OM3受转矩riOT1受轴向载荷FFS假设：所有螺栓的刚度和预紧力均相同；被联接件为刚体；各零件的变形在弹性范围内。螺栓组连接的受力分析与设计螺栓组连接的设计Date52机械设计基础5-4 螺栓组联接受力分析一、承受轴向载荷的螺栓组连接如

14、图所示为压力容器的螺栓组 连接，所受轴向总载荷FQ通过螺栓 组形心，螺栓组各螺栓所受的工作 载荷 相等。螺栓数目注：如 FQ不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。螺栓组连接的设计轴向外载荷受轴向载荷的螺栓组连接 Date53机械设计基础受横向载荷1 二、承受横向载荷的螺栓组连接.普通螺栓连接螺栓预紧后在被联接件的接 触面上产生正压力，靠由此产生 的摩擦力承受 。保证被联接件不相对滑动 ，须满足：则所需预紧力为式中：K可靠性系数结合面的摩擦因数m结合面数螺栓组连接的设计受横向载荷的螺栓组连接 Date54机械设计基础受横向载荷2. 受铰制孔螺栓连接各螺栓承受的横向力 相等。分别进行剪切强度和

15、挤压强 度计算。螺栓组连接的设计三、承受转矩 T 的螺栓组连接连接受载后有绕螺栓组 形心转动的趋势，螺栓 受力情况与承受横向工 作载荷的螺栓连接类似 承受转矩的螺栓组连接 Date55机械设计基础承受转矩 T 时1 .普通螺栓连接靠结合面上的摩擦力承受T 。保证底板在 T 作用下不转 动，须满足 则所需预紧力螺栓组连接的设计r1、r2、rz各螺栓中心与螺栓组形心间的距离。Date56机械设计基础承受转矩 T 时2. 铰制孔螺栓连接各螺栓所受的工作剪力 与其中心到底板中心的距离 成正比。底板的静力平衡方程为联立两式求解，得最大工作剪力即螺栓组连接的设计Date57机械设计基础受翻转力矩M时1四、承受倾翻力矩 M 的螺栓组连接在 M 作用下，底板有绕通过螺 栓组形心的轴线 O 转动的趋势。在前述假设下，各螺栓所受 的工作拉力 与其中心到翻转 轴线的距离 成正比。底板的静力平衡方程为联立两式求解，得最大工作拉力螺栓组连接的设计Date58机械设计基础受翻转力矩M时2为防止结合面受压最小处出现间隙，要求：为防止结合面受压最大处被压溃，要求：式中：A结合面的面积（mm2）W结合面的抗弯截面模量（mm3）许用挤压应力（Mpa）实际中，螺栓组往往同时承受