第11章--螺纹连接设计汇总课件

第第11章章 螺纹连接设计螺纹连接设计11.1 螺纹螺纹11.2 螺纹连接的类型和标准连接件螺纹连接的类型和标准连接件11.3 螺纹连接的预紧与防松螺纹连接的预紧与防松11.4 螺纹连接的力分析螺纹连接的力分析11.5 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算11.6 螺纹连接的材料及性能等级螺纹连接的材料及性能等级11.1 螺纹螺纹11.1.1 螺纹的形成螺纹的形成2S螺纹螺纹Sd2S1.按螺纹线所旋绕母体分按螺纹线所旋绕母体分内内螺纹螺纹外螺纹外螺纹2.按螺纹功用分按螺纹功用分连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹11.1.2 螺纹的分类螺纹的分类3.按测量制度分按测量制度分米制螺纹米制螺纹英制螺纹英制螺纹4.按螺纹牙型分按螺纹牙型分锯齿形螺纹锯齿形螺纹1530330矩形螺纹矩形螺纹矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹5.按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分左旋螺纹左旋螺纹右旋螺纹右旋螺纹双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹PSS=2PPSPS=P6.按螺旋线的头数分按螺旋线的头数分单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹自锁性好，单线螺纹自锁性好，常用于连接；常用于连接；多线螺纹自锁性差，多线螺纹自锁性差，用于传力。用于传力。螺纹的根数一般不超螺纹的根数一般不超过过4根根7.按母体形状分按母体形状分圆锥螺纹圆锥螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹管螺纹管螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹11.1.3 螺纹的主要几何参数螺纹的主要几何参数1.大径大径d螺纹的最大直径螺纹的最大直径 在标准中定为在标准中定为公称直径公称直径2.小径小径d1螺纹的最小直径。强螺纹的最小直径。强度计算的度计算的危险截面直径危险截面直径3.中径中径d2螺纹的螺纹的平均直径平均直径4.头数头数n螺纹的螺纹的螺旋线螺旋线根数根数,有单线和多线之分，一般有单线和多线之分，一般n4h5.接触高度接触高度h内外螺纹旋合内外螺纹旋合 的接触面的径向高度。的接触面的径向高度。6.牙形角牙形角螺纹两侧边之间所夹的角螺纹两侧边之间所夹的角d2d2S8.导程导程S同一螺旋线转一周同一螺旋线转一周所移动的轴向距离所移动的轴向距离S=nP7.螺距螺距P螺纹相邻两牙对应螺纹相邻两牙对应点间的轴向距离点间的轴向距离9.螺旋升角螺旋升角中径上，螺旋中径上，螺旋线与螺纹轴线的垂线之间所夹线与螺纹轴线的垂线之间所夹的角的角6.牙形角牙形角螺纹两侧边之间所夹的角螺纹两侧边之间所夹的角梯形螺纹梯形螺纹15锯齿形螺纹锯齿形螺纹303三角形螺纹三角形螺纹30PPSPP11.2 螺纹连接的基本类型和螺纹连接件螺纹连接的基本类型和螺纹连接件螺纹连接的组成螺纹连接的组成螺纹连接件螺纹连接件螺栓（钉）、螺母、垫圈等螺栓（钉）、螺母、垫圈等被连接件被连接件箱盖、箱座箱盖、箱座注意：注意：螺纹连接和螺纹连接和螺纹连接件螺纹连接件的不同意义。的不同意义。箱盖箱盖箱座箱座垫圈垫圈螺栓螺栓螺母螺母11.2.1 螺纹连接的基本类型螺栓螺纹连接的基本类型螺栓1.螺栓连接螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接孔与螺杆之孔与螺杆之间留有间隙间留有间隙注意：两种连接的异同注意：两种连接的异同孔与螺杆之间没孔与螺杆之间没有间隙有间隙普通螺栓连接与铰制孔用螺栓连接应用比较普通螺栓连接与铰制孔用螺栓连接应用比较相同之处：相同之处：被连接件不很厚，均可钻通孔被连接件不很厚，均可钻通孔不同之处：不同之处：1）被连接件孔的加工不同；被连接件孔的加工不同；2）造价不同；造价不同；3）钉杆与孔关系不同；钉杆与孔关系不同；FFfFFfF0F0F0F04）传力方式不同传力方式不同F0F0FF普通螺栓靠摩擦传力普通螺栓靠摩擦传力F0F0FFFF注意重点注意重点：当当连接连接受横向外载荷受横向外载荷F时时普通螺栓受到的是轴向拉力普通螺栓受到的是轴向拉力F0（预紧力）预紧力）而而铰制孔螺栓受到的是横向力铰制孔螺栓受到的是横向力F（剪切力、挤压力）剪切力、挤压力）铰制孔用螺栓靠剪切和挤压传力铰制孔用螺栓靠剪切和挤压传力3 螺钉连接螺钉连接2.双头双头 螺螺柱连接柱连接双头双头 螺柱连接与螺钉连接的异同螺柱连接与螺钉连接的异同相同之处：相同之处：被连接件之一太厚，不宜钻通孔被连接件之一太厚，不宜钻通孔不同之处：不同之处：双头双头 螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸2.双头双头 螺螺柱连接柱连接3 螺钉连接螺钉连接不同之处：不同之处：，双头，双头 螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸不同之处：不同之处：，双头，双头 螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸2.双头双头 螺螺柱连接柱连接3 螺钉连接螺钉连接2 双头双头 螺螺柱连接柱连接3 螺钉连接螺钉连接不同之处：不同之处：，双头，双头 螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸3 螺钉连接螺钉连接2.双头双头 螺螺柱连接柱连接不同之处：不同之处：，双头，双头 螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸不同之处：不同之处：，双头，双头 螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸2 双头双头 螺螺柱连接柱连接3 螺钉连接螺钉连接2.双头双头 螺螺柱连接柱连接3.螺钉连接螺钉连接不同之处：不同之处：，双头，双头 螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸螺柱连接能常拆卸，螺钉连接不宜拆卸4.紧定螺钉连接紧定螺钉连接功用：功用：固定两个零件固定两个零件 的相互位置的相互位置承载特征承载特征：不易传递很大不易传递很大 的力或力矩的力或力矩常用紧定螺钉的形状常用紧定螺钉的形状吊环螺栓连接吊环螺栓连接T形槽螺栓连接形槽螺栓连接地脚螺栓连接地脚螺栓连接5.其它形式的螺纹连接其它形式的螺纹连接常用的标准螺纹连接件常用的标准螺纹连接件LL0LL0dd六角头螺栓六角头螺栓小六角头螺栓小六角头螺栓平垫圈平垫圈薄平垫圈薄平垫圈斜垫圈斜垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈螺母螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母六角扁螺母六角扁螺母圆螺母圆螺母垫圈垫圈 11.3 螺纹连接的预紧与防松螺纹连接的预紧与防松11.3.1 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧预紧预紧螺纹连接在装配时的拧紧螺纹连接在装配时的拧紧1.控制预紧力的原因控制预紧力的原因 以增强连接的刚性、紧密性和防松能力。以增强连接的刚性、紧密性和防松能力。防止被连接件间防止被连接件间出现缝隙和相对滑动。提高连接的强度。出现缝隙和相对滑动。提高连接的强度。预紧力的推荐值预紧力的推荐值：碳素钢螺栓碳素钢螺栓合金钢螺栓合金钢螺栓s螺栓材料的屈服极限螺栓材料的屈服极限A1螺栓危险截面的面积螺栓危险截面的面积2.常用的控制预紧力的方法常用的控制预紧力的方法常用的控制预紧力的方法常用的控制预紧力的方法1）不重要的连接不重要的连接经验法（凭手感拧紧）经验法（凭手感拧紧）2）常用连接预紧方法常用连接预紧方法（1）测力矩扳手预紧测力矩扳手预紧（2）定力矩扳手预紧定力矩扳手预紧测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手拧紧力矩拧紧力矩T的确定的确定3）重要连接的预紧方法重要连接的预紧方法测量螺栓伸长量的方法测量螺栓伸长量的方法T1螺纹副间的摩擦力矩螺纹副间的摩擦力矩T2螺母与支承面间的摩擦力矩螺母与支承面间的摩擦力矩指示刻度表指示刻度表2弹性元件弹性元件1扳手卡盘扳手卡盘1圆柱销圆柱销2弹簧弹簧3调整螺钉调整螺钉4将将M10M60粗牙普通钢制螺纹的参数取平均值代入力矩公式，粗牙普通钢制螺纹的参数取平均值代入力矩公式，得：得：F F一般标准扳手的长度一般标准扳手的长度L=15dL由：由：当当拧紧力拧紧力F=200N时时，预紧力预紧力F=15000N因此，对于重要的连接，因此，对于重要的连接，尽量不要采用尽量不要采用小于小于M12的螺栓，以免螺栓被拧断。的螺栓，以免螺栓被拧断。测力矩扳手和定力矩扳手操作简单但精确性差，且不适于大型测力矩扳手和定力矩扳手操作简单但精确性差，且不适于大型连接，所以对于连接，所以对于重要使用的大型连接重要使用的大型连接，常采用测量螺栓伸长量，常采用测量螺栓伸长量的方法来控制预紧力。的方法来控制预紧力。LSLM图图5-11测量螺栓伸长量测量螺栓伸长量根据所需的预紧力根据所需的预紧力 F，拧紧后的螺栓总长为：拧紧后的螺栓总长为：C1 螺栓的刚度系数，螺栓的刚度系数，N/mmLS螺栓的原始长度。螺栓的原始长度。LM螺栓受拉后的总长度。螺栓受拉后的总长度。11.3.2 螺纹连接的防松螺纹连接的防松1.连接松脱的原因连接松脱的原因1）冲击、振动、变载作用下，摩擦力瞬时消失；冲击、振动、变载作用下，摩擦力瞬时消失；2）高温或温度变化较大，被连接件材料蠕变和应力松弛；高温或温度变化较大，被连接件材料蠕变和应力松弛；连接松脱的危害连接松脱的危害 轻者造成机器运转恶化，重者造成严重事故轻者造成机器运转恶化，重者造成严重事故防松脱的关键防松脱的关键 防止螺纹副在力的作用下发生相对转动防止螺纹副在力的作用下发生相对转动2.防松脱的方法防松脱的方法 摩擦防松摩擦防松机械防松机械防松破坏螺旋副运动关系防松破坏螺旋副运动关系防松对顶螺母对顶螺母1）摩擦防松（见表摩擦防松（见表11.2）（1）对顶螺母）对顶螺母（增加摩擦面）（增加摩擦面）（2）弹簧垫圈）弹簧垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈（3）自锁螺母）自锁螺母（1）开口销与六角开槽螺母）开口销与六角开槽螺母2）机械防松（见表）机械防松（见表11.2）（2）止动垫片）止动垫片（3）串联钢丝）串联钢丝串联钢丝串联钢丝3）永久止动（破坏螺旋副运动关系防松）永久止动（破坏螺旋副运动关系防松）焊接焊接铆冲铆冲涂粘合剂涂粘合剂冲点冲点（1）焊点和冲点焊点和冲点（2）粘合粘合11.4 螺栓组连接的力分析螺栓组连接的力分析强度计算强度计算连接受力分析连接受力分析11.4.1 力分析的合理假设力分析的合理假设 同一螺栓组中，每个螺栓的材料、直径、长度、预紧力均相等；同一螺栓组中，每个螺栓的材料、直径、长度、预紧力均相等；螺栓的应变没有超出弹性范围；螺栓的应变没有超出弹性范围；被连接件为刚体体，受载后结合面仍保持为平面。被连接件为刚体体，受载后结合面仍保持为平面。螺栓组的对称中心与连接结合面的型心重合；螺栓组的对称中心与连接结合面的型心重合；单个螺栓受单个螺栓受 力力 F，F0受力分析的目的受力分析的目的为强度计算提供载荷依据为强度计算提供载荷依据受力分析的典型类型受力分析的典型类型1.受横向载荷的螺栓组连接受横向载荷的螺栓组连接2.受转矩作用的螺栓组连接受转矩作用的螺栓组连接3.受轴向载荷作用的螺栓组连接受轴向载荷作用的螺栓组连接4.受倾覆力矩作用的螺栓组连接受倾覆力矩作用的螺栓组连接11.4.2 常见螺栓组受力类型常见螺栓组受力类型1.受横向载荷的受横向载荷的螺栓（组）螺栓（组）连接连接（1）连接连接所受外载荷所受外载荷1）采用铰制孔螺栓连接）采用铰制孔螺栓连接（2）单元连接单元连接受力受力（3）单个螺栓单个螺栓受力为：受力为：Z螺栓个数螺栓个数FSFSRRRR对于铰制孔螺栓连接对于铰制孔螺栓连接单元连接单元连接所受的力所受的力也为也为单个螺栓单个螺栓所受的力所受的力问题：问题：铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接 是否考虑预紧力的作用是否考虑预紧力的作用?RRRR2）采用普通螺栓连接）采用普通螺栓连接（1）连接连接所受外载荷所受外载荷（2）取板取板1为研究对象为研究对象 分析受力分析受力（解法（解法1）12Ff（3）螺栓的预紧力螺栓的预紧力FFFFFF板板1的平衡条件为：的平衡条件为：m 接合面数接合面数m=21RFFF 该方法是以整个连接该方法是以整个连接为研究对象的受力分析为研究对象的受力分析防滑系数防滑系数Z 螺栓个数螺栓个数fc 摩擦系数摩擦系数2 受转矩的螺栓组连接受转矩的螺栓组连接