机械设计第5章螺纹连接和螺旋传动.ppt

第第5章螺纹连接和螺旋传动章螺纹连接和螺旋传动51螺纹螺纹52螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件53螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧55螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算57螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力58提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施59螺旋传动螺旋传动54螺纹连接的防松螺纹连接的防松56螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计1、本章主要内容包括两部分：、本章主要内容包括两部分：第一部分为螺栓联接的设计，包括螺栓联接的预紧、第一部分为螺栓联接的设计，包括螺栓联接的预紧、强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高联接强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高联接强度的措施等；第二部分为滑动螺旋传动的设计计强度的措施等；第二部分为滑动螺旋传动的设计计算方法。算方法。2、本章特点市内容包括螺纹联接和螺旋传动两个、本章特点市内容包括螺纹联接和螺旋传动两个部分。前者属于联接，后者属于传动。二者在内容部分。前者属于联接，后者属于传动。二者在内容上虽有一定的联系，但在设计要求上却有很大差别。上虽有一定的联系，但在设计要求上却有很大差别。3、本章学习要求：、本章学习要求：对于螺纹联接的基本知识，应了解螺纹及螺纹联接件的类型、对于螺纹联接的基本知识，应了解螺纹及螺纹联接件的类型、特性、标准、结构、应用场合及有关的防松方法等，以便在设特性、标准、结构、应用场合及有关的防松方法等，以便在设计时能够正确地选用。计时能够正确地选用。对于螺栓联接设计及强度计算部分，应掌握结构设计原则及对于螺栓联接设计及强度计算部分，应掌握结构设计原则及强度计算的理论与方法，能正确进行螺栓组的受力分析，能较强度计算的理论与方法，能正确进行螺栓组的受力分析，能较为合理地设计出可靠的螺栓组联接。为合理地设计出可靠的螺栓组联接。对于螺旋传动部分，主要是掌握螺旋传动性能（效率、自锁对于螺旋传动部分，主要是掌握螺旋传动性能（效率、自锁等）对螺纹选型的要求及主要零件（螺杆、螺母）的设计计算等）对螺纹选型的要求及主要零件（螺杆、螺母）的设计计算方法，并通过一种基本类型方法，并通过一种基本类型螺旋起重器的设计，了解滑动螺旋起重器的设计，了解滑动螺旋传动的主要设计过程。螺旋传动的主要设计过程。重点：重点：1.各类不同外载荷情况下，螺栓组中各螺栓的受力分析；各类不同外载荷情况下，螺栓组中各螺栓的受力分析；2.螺栓联接的强度计算，尤其是承受轴向拉伸载荷的紧螺螺栓联接的强度计算，尤其是承受轴向拉伸载荷的紧螺 栓联接的强度计算。栓联接的强度计算。难点：承受倾覆力矩的底板螺栓组联接的设计。难点：承受倾覆力矩的底板螺栓组联接的设计。学习时注意：学习时注意：1、前四节是叙述性内容，对于设计螺栓是必不可少的基本知识，、前四节是叙述性内容，对于设计螺栓是必不可少的基本知识，应当结合阅读机械设计手册学习。应当结合阅读机械设计手册学习。2、螺纹及螺纹联接件大都已标准化。设计时，对不太重要的螺纹、螺纹及螺纹联接件大都已标准化。设计时，对不太重要的螺纹联接一般只需根据不同情况进行选用，不需自行设计。对重要的联接一般只需根据不同情况进行选用，不需自行设计。对重要的螺纹联接，设计计算也只是确定螺栓危险截面的直径（螺纹小径），螺纹联接，设计计算也只是确定螺栓危险截面的直径（螺纹小径），螺栓联接的其它部分尺寸由标准选定。但是，在个别特殊情况下，螺栓联接的其它部分尺寸由标准选定。但是，在个别特殊情况下，需要自行设计某种非标准螺纹联接件。需要自行设计某种非标准螺纹联接件。3、螺纹联接的设计主要是螺栓组联接的设计。其设计工作包括两、螺纹联接的设计主要是螺栓组联接的设计。其设计工作包括两部分内容：一是正确进行结构设计，通过受力分析找出受力最大部分内容：一是正确进行结构设计，通过受力分析找出受力最大的螺栓；二是按照单个螺栓联接的强度计算公式来设计这个受力的螺栓；二是按照单个螺栓联接的强度计算公式来设计这个受力最大螺栓的尺寸，其余螺栓则按同样尺寸选用。最大螺栓的尺寸，其余螺栓则按同样尺寸选用。复习思考题复习思考题机械联接可分哪两大类？静联接又可分为哪两类？根机械联接可分哪两大类？静联接又可分为哪两类？根据什么条件划分？选用它们时应考虑哪些因素？据什么条件划分？选用它们时应考虑哪些因素？设计联接时，一般应考虑哪些因素？设计联接时，一般应考虑哪些因素？当一个联接中包含多个危险截面或工作面时，为什么当一个联接中包含多个危险截面或工作面时，为什么要按最薄弱的部位来决定联接的尺寸？要按最薄弱的部位来决定联接的尺寸？在具体的机器上找出几种联接，分析一下为什么要在在具体的机器上找出几种联接，分析一下为什么要在那个部位采用那种联接，你认为采用哪种联接最为合那个部位采用那种联接，你认为采用哪种联接最为合适？为什么？适？为什么？北京林业大学专用 作者：潘存云教授 联接联接联接联接被联接件联接件联接联接被联接件被联接件与与联接件联接件的的组合组合北京林业大学专用 作者：潘存云教授 联接的类型和应用联接的类型和应用联接的类型联接的类型一、不可拆联接一、不可拆联接破坏联接件或被联接件方能拆卸的联接。铆接、焊接、粘接、过盈配合联接。二、可拆联接二、可拆联接无需破坏零件方可拆卸的联接。螺纹联接、键联接、销联接。北京林业大学专用 作者：潘存云教授 联接件预制孔铆钉铆合铆接铆接特点：工艺简单，可靠，耐冲击；笨重，劳动条件差。应用：目前用于桥梁、飞机制造。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者：潘存云教授 被联接件局部熔融熔化焊条填充焊缝冷却焊接焊接特点：重量轻，强度高，工艺简单。残存焊接应力。应用：广泛，单件生产周期短，成本低。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者：潘存云教授 粘合剂被联接件粘合剂固化粘接粘接特点：重量轻，耐腐蚀，密封好，适用于不同材料。要求有一定粘接面积。应用：应用于金属三十多年历史。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者：潘存云教授 粘接应用例粘接应用例粘接的蜗轮被联接件粘接表面涂胶粘剂，经固化。粘接的管道粘接的管件联接的类型和应用北京林业大学专用 作者：潘存云教授 被联接件（包容件与被包容件）间存在过 盈量，二者装配后产生压力，工作时 靠摩擦力传递载荷。过盈配合联接过盈配合联接特点：结构简单，定心性好，对轴无削弱，耐冲击性能好。表面精度要求高。过 盈量小时用压入法装配，大时用温差法装配。应用：轻载，定心要求高，不能对轴有削弱之场合。过盈量压入法，温差法联接的类型和应用北京林业大学专用 作者：潘存云教授 螺纹联接螺纹联接被联接件螺纹紧固件（拧紧）。被联接件螺纹紧固件（拧紧）。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者：潘存云教授 键联接键联接被联接件键（定位，传递扭矩）被联接件键（定位，传递扭矩）联接的类型和应用北京林业大学专用 作者：潘存云教授 销联接销联接被联接件销（定位，传递不大的载荷）。联接的类型和应用潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺纹的形成一、螺纹的形成5 51螺螺 纹纹d2螺螺旋旋线线一一动动点点在在一一圆圆柱柱体体的的表表面面上上，一一边边绕绕轴轴线线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺螺纹纹一一平平面面图图形形沿沿螺螺旋旋线线运运动动，运运动动时时保保持持该该图图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹潘存云教授研制螺纹的牙型螺纹的牙型矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹1530330潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹潘存云教授研制左旋螺纹左旋螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹 一般一般:n 4PSS=2PPSPS=Pn线螺纹线螺纹:S=n P单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺纹副螺纹副潘存云教授研制潘存云教授研制外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹螺旋传动螺旋传动连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制管螺纹管螺纹潘存云教授研制(3)中径中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。d1d2d(1)大径大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。(2)小径小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(4)螺距螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)导程导程S(6)螺纹升角螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角(7)牙型角牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。tan=d2 nP 牙侧角牙侧角 d2SS=nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P二、螺纹的主要几何参数二、螺纹的主要几何参数SPP/2P/2(8)接触高度接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。h 普通螺纹以大径普通螺纹以大径d为为公称直径公称直径，同一公称直径可，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹粗牙螺纹，其，其余的统称为余的统称为细牙螺纹。细牙螺纹。60螺纹的精度等级螺纹的精度等级:A级级B级级C级级公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接用于一般连接，最常用用于一般连接，最常用粗牙螺纹应用最广。粗牙螺纹应用最广。细牙螺纹的优点：细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点：缺点：不耐磨，易滑扣。不耐磨，易滑扣。应用：应用：薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙潘存云教授研制潘存云教授研制梯形梯形螺纹：螺纹：梯梯 形形锯齿形锯齿形30330为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。锯齿形螺纹锯齿形螺纹:常用于传动。常用于传动。=15=3 粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。螺纹的基本尺寸：螺纹的基本尺寸：潘存云教授研制直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mmmm3 0.5 2.675 2.459 3 0.5 2.675 2.459 公称直径（大径）公称直径（大径）粗粗 牙牙 细细 牙牙 D D d d 螺距螺距P P 中径中径 D D2 2 d d2 2 小径小径 D D2 2 d d2 2 螺距螺距P P 4 0.7 3.545 3.242 4 0.7 3.545 3.242 5 0.8 3.545 4.1345 0.8 3.545 4.1340.350.350.50.56 1 5.350 4.918 6 1 5.350 4.918 8 1.25 7.188 6.647 8 1.25 7.188 6.647 10 1.5 9.026 8.376 1.25,1 0.75 10 1.5 9.026 8.376 1.25,1 0.75 12 1.75 10.863 10.106 1.5,1.25 0.5 12 1.75 10.863 10.106 1.5,1.25 0.5(14)2 12.701 11.835 (14)2 12.701 11.835 1.5,11.5,116 2 14.701 13.835 16 2 14.701 13.835 (18)2.5 16.376 15.294 (18)2.5 16.376 15.294 20 2.5 18.376 17.294 20 2.5 18.376 17.294 (20)2.5 20.376 19.294 (20)2.5 20.376 19.294 24 3 22.052 20.752 24 3 22.052 20.752 (27)3 25.052 23.752 (27)3 25.052 23.752 30 3.5 27.727 26.211 30 3.5 27.727 26.211 2,1.5,12,1.5,1注：括号内的公称直径为第二系列注：括号内的公称直径为第二系列 H H=0.866=0.866P P d d2 2=d d-0.6495-0.6495P P d d1 1=d d-1.0825-1.0825P PD D1 1、d d1 1内、外螺纹小径内、外螺纹小径 D D2 2、d d2 2内、外螺纹中径内、外螺纹中径 D D、d d 内、外螺纹大径内、外螺纹大径 P P螺距螺距 标记示例：标记示例：M24(M24(粗牙普通螺纹、直径粗牙普通螺纹、直径2424、螺距、螺距3)3)M24M241.5(1.5(细牙普通螺纹细牙普通螺纹,直径直径24,24,螺距螺距1.5)1.5)P PP P/8/8P P/8/8P P/8/8H H/4/4D D d dD D2 2 d d2 2 D D1 1 d d1 1 P P/2/2P P/4/43030 6060 9090 潘存云教授研制 细牙普通螺纹基本尺寸细牙普通螺纹基本尺寸 mm螺距螺距P 中径中径D2、d2 小径小径D1、d10.35 d-1+0.773 d-1+0.621 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1.25 d-1+0.188 d-2+0.647 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 2 d-2+0.701 d-3+0.835 3 d-2+0.052 d-4+0.752 潘存云教授研制潘存云教授研制 梯形螺纹基本尺寸梯形螺纹基本尺寸 mmmm标记示例：标记示例：Tr488(梯形螺纹，直径梯形螺纹，直径48，螺距，螺距8)P P h h3 3=H H4 4 a ac c 第第1 1系列系列 第第2 2系列系列 D D2 2 d d2 2 D D1 1 螺距螺距 螺纹牙高螺纹牙高 牙顶间隙牙顶间隙 公称直径公称直径d d 中中 径径 内螺纹小径内螺纹小径 12 6.5 0.5 9012 6.5 0.5 90、100 85100 85、95 95 d d-6 -6 d d-12-12 10 5.5 0.5 4010 5.5 0.5 40、7070、80 3880 38、4242、65 65 d d-5 -5 d d-10-10 8 6.5 0.5 488 6.5 0.5 48、52 4652 46、50 50 d d-4 -4 d d-8-8 4 2.25 0.25 164 2.25 0.25 16、20 18 20 18 d d-2 -2 d d-4-4 5 2.75 0.25 245 2.75 0.25 24、28 2228 22、26 26 d d-2.5 -2.5 d d-5-5 6 2.25 0.5 326 2.25 0.5 32、36 3036 30、34 34 d d-3 -3 d d-6-6 内螺纹内螺纹外螺纹外螺纹dPR1R2D1D4H1D2 d2d3acac30 H4R2潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制d dd d2 2d d1 1P P用螺纹密封的管用螺纹密封的管螺纹螺纹普通细牙普通细牙螺纹螺纹管管螺纹螺纹非螺纹密封管非螺纹密封管螺纹螺纹（圆柱管壁（圆柱管壁=55）用螺纹密封管用螺纹密封管螺纹螺纹（圆锥管壁（圆锥管壁=55）60圆锥管圆锥管螺纹螺纹公称直径公称直径管子的公称通径。管子的公称通径。强调与普通螺纹不同55 55 非螺纹密封的管非螺纹密封的管螺纹螺纹d dd d2 2d d1 1P P25 52螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件一、一、螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型螺栓连接螺栓连接基基本本类类型型eaal1 1l1 1可承受横向载荷。螺纹余留长度螺纹余留长度l1 铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓静载荷静载荷l1=(0.30.5)d;变载荷变载荷l1=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷冲击载荷或弯曲载荷l1 d;铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓l1 d;螺纹伸出长度螺纹伸出长度a=(0.20.3)d;螺栓轴线到被连接件边缘的螺栓轴线到被连接件边缘的距离距离e=d+(36)mm用于经常拆装易磨损之处。潘存云教授研制潘存云教授研制d潘存云教授研制d孔与螺杆之孔与螺杆之间留有间隙间留有间隙潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、一、螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型螺栓连接螺栓连接基基本本类类型型螺钉连接螺钉连接座端拧入深度座端拧入深度H，当螺孔材料为：，当螺孔材料为：ae ee e双头螺柱连接双头螺柱连接 连接件厚，允许拆装。钢或青铜钢或青铜 H=d;铸铁铸铁 H=(1.251.5)d铝合金铝合金 H=(1.52.5)d螺纹孔深度螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;钻孔深度钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;参数参数l1、e、a与螺栓相同与螺栓相同 l1 1l1 1H HH HH H1 1H H1 1H H2 2H H2 2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。5 52螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件d潘存云教授研制一、一、螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型螺栓连接螺栓连接基基本本类类型型螺钉连接螺钉连接双头螺柱连接双头螺柱连接紧定螺钉连接紧定螺钉连接紧定螺钉紧定螺钉5 52螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件螺栓的结构形式螺栓的结构形式LL0d六角头六角头LdL0小六角头小六角头dL0L1LL1 座端长度座端长度L0 螺母端长度螺母端长度二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件末端末端结构结构头部头部结构结构螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓潘存云教授研制二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件潘存云教授研制地脚螺栓地脚螺栓 潘存云教授研制起吊螺钉起吊螺钉 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓专用螺纹连接专用螺纹连接T 型螺栓型螺栓 二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有余种不同结构的螺母螺母螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓专用螺纹连接专用螺纹连接六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母潘存云教授研制圆螺母圆螺母潘存云教授研制其它螺母：其它螺母：潘存云教授研制其它螺母：其它螺母：垫圈垫圈 平垫圈平垫圈薄平垫圈薄平垫圈A型平垫圈型平垫圈B型平垫圈型平垫圈螺母螺母 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件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作用：作用：增加支撑面积以减增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。伤表面、防松。专用螺纹连接专用螺纹连接5 53螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧预紧力：预紧力：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。作用力称为预紧力。预紧的目的：预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧力的确定原则：预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限得超过其材料的屈服极限s ss的的80%。一、概述一、概述一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。碳素钢螺栓：碳素钢螺栓：F0(0.6(0.60.7)s s A1合金钢螺栓：合金钢螺栓：F0(0.5(0.50.6)s s A1A1 危险截面积，危险截面积，A1 d d2 21 1/4/4二、二、拧紧力矩拧紧力矩T T1 1 克服螺纹副相对转动的阻力矩；克服螺纹副相对转动的阻力矩；T T2 2 克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设预紧力为设预紧力为F F0 0 或预紧力（不受轴向载荷）fc c 摩擦因子。摩擦因子。无润滑时取无润滑时取 fc c=0.15=0.15Rf f 支撑面摩擦半径。支撑面摩擦半径。rf=(=(dw w+d0 0)/4)/4简化公式简化公式 适用于M10M60的粗牙螺纹，f=0.15,fc=0.15,T 0.2 0.2 F F0 0 dFa是由连接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：总力矩总力矩 注意：对于重要的连接，应尽可能采用大于M12的螺栓。F Fa ad0dT测力矩扳手测力矩扳手预紧力控制方法预紧力控制方法:连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。F F定力矩扳手定力矩扳手通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。(1)(1)凭手感经验凭手感经验(2)(2)测力矩扳手测力矩扳手(3)(3)定力矩扳手定力矩扳手(4)4)测定伸长量测定伸长量潘存云教授研制L LS SL LM ML LS S尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。防松的方法防松的方法 1.利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母5 53螺纹连接的防松螺纹连接的防松防松防松防止螺旋副相对转动。防止螺旋副相对转动。开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母串联钢丝串联钢丝2.采用专门防松元件防松采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈潘存云教授研制止动垫圈止动垫圈潘存云教授研制潘存云教授研制冲点防松法冲点防松法3.其它方法防松其它方法防松11.5P用冲头冲用冲头冲2至至3点点粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂5 55螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算螺栓连接螺栓连接的主要失的主要失效形式效形式滑扣滑扣 因经常拆装受拉螺栓受拉螺栓塑性变形塑性变形 螺纹部分疲劳断裂疲劳断裂受剪螺栓受剪螺栓 剪断剪断压溃压溃 螺杆和孔壁的贴合面经常拆卸经常拆卸 轴向变载荷轴向变载荷断裂断裂潘存云教授研制螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓连接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。一、松螺栓连接强度计算一、松螺栓连接强度计算强度条件强度条件式中式中 d1 螺纹小径螺纹小径 mm，许用许用应力应力二、紧螺栓连接强度计算二、紧螺栓连接强度计算FaFa力除以面积设计公式设计公式装配时需要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。1.仅承受预紧力的紧螺栓连接仅承受预紧力的紧螺栓连接2.承承受受预紧力和工作拉力预紧力和工作拉力的紧螺栓连接的紧螺栓连接3.承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接装配时不须要拧紧螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力F0和摩擦力矩和摩擦力矩T1的双重作用。的双重作用。拉应力拉应力1.仅承受预紧力的紧螺栓连接仅承受预紧力的紧螺栓连接扭转切应力扭转切应力对于对于M10M64的普通钢制螺纹，可取：的普通钢制螺纹，可取：Tan f=0.17，d2/d1=1.04 1.08,tan 0.5 得：得：0.5 分母为抗剪截面系数计算应力计算应力由此可见，对于M10 M64普通螺纹的钢制紧螺栓连接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。强度条件强度条件潘存云教授研制潘存云教授研制当承受横向工作载荷时，当承受横向工作载荷时，预紧预紧力力F0导致接合面所产生的摩擦力应导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷大于横向载荷F。C 可靠性系数，常取可靠性系数，常取 C=1.11.3预紧力预紧力F0 f 摩擦系数，对钢与铸铁，取摩擦系数，对钢与铸铁，取 f=0.10.15m 结合面数结合面数 上图m=1,下图m=2若取若取 f=0.15，C=1.2,m=1,则则F0 8F结构尺寸大结构尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制FF/2F/2潘存云教授研制D2.受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接改进措施：改进措施：(1)采用键、套筒、销承担横向工作载荷。采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用(2)采用无间隙的铰制孔用螺栓。采用无间隙的铰制孔用螺栓。设流体压强为设流体压强为p，螺栓数目为，螺栓数目为Z，则，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为缸体周围每个螺栓的平均载荷为pD2/4F=ZpFF潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制 预紧预紧 状态状态潘存云教授研制特别注意，轴向载荷：特别注意，轴向载荷：F2 F0+F加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b被连接件受压缩短被连接件受压缩短m加载加载 F 后后:螺栓总伸长量增加为螺栓总伸长量增加为 总拉力为总拉力为 被连接件压缩量减少为被连接件压缩量减少为 残余预紧力减少为残余预紧力减少为 F1 很显然很显然 F1F0 被连接件放松了+bm-F0F0受载受载变形变形松弛松弛状态状态潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F2F2F2=F+F1F1F1FFmb F0F0潘存云教授研制潘存云教授研制b连接件变形连接件变形力力螺栓变形螺栓变形力力FbFm螺栓变形螺栓变形力力F2F1FF0F0F0barctanCbarctanCmmm力力螺栓变形螺栓变形arctanCb潘存云教授研制相对刚度系数相对刚度系数F=Fb+Fm=(Cb+Cm)Cb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0 F 1 1-F1=F0-F=F0-Cm F2=F0+Fb=F0+Cb Cb+CmF=FF2FbF0代入得：代入得：表表54螺栓的相对刚度系数螺栓的相对刚度系数垫片类型垫片类型 金属垫片或无垫片金属垫片或无垫片 皮革皮革 铜皮石棉铜皮石棉 橡胶橡胶 0.20.3 0.7 0.8 0.9Cb+CmCbFmF1静强度条件静强度条件重要场合的螺栓连接，还应进行疲劳强度校核。重要场合的螺栓连接，还应进行疲劳强度校核。设计公式设计公式当工作拉力在当工作拉力在0F之间变化时，之间变化时，螺栓所受总拉力在螺栓所受总拉力在F0 F2之间之间变化。变化。F2 F0 m bF 若不考虑摩擦力矩的影响，有若不考虑摩擦力矩的影响，有DI因为因为min=const,应力工作点应力工作点M落在落在ODG I区域内，区域内，依据疲劳强度理论有依据疲劳强度理论有其中其中 -1tc 螺栓材料的螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限。对称循环拉压疲劳极限。疲劳极限疲劳极限-1 -1tc10 160220 120 150Q215 170220 12016035 220300 17022045 250340 19025040Cr 320440 240340材材 料料 材料特性系数材料特性系数碳素钢碳素钢 =0.10.2合金钢合金钢 =0.30.3min-1e-1amOCAS GMM3K 综合影响系数综合影响系数S 安全系数安全系数 见下页潘存云教授研制螺栓连接的安全系数螺栓连接的安全系数S 碳素钢碳素钢 54 42.5 2.52 碳素钢碳素钢 12.58.5 8.5 8.512.5 M6M16 M16M30 M30M60 M16M16 M16 M30 M30M60不控制不控制预紧力预紧力的计算的计算控制预控制预紧力的紧力的计算计算受载类型受载类型 静载荷静载荷 变载荷变载荷松螺栓连接松螺栓连接 1.21.7合金钢合金钢 5.75 53.4 3.43 合金钢合金钢 106.8 6.8 6.810 1.2 1.5 1.2 1.5(Sa=2.54)钢：钢：S=2.5，Sp=1.25 钢：钢：S=3.55，Sp=1.5铸铁：铸铁：Sp=2.02.5 铸铁：铸铁：Sp=2.53铰制孔用铰制孔用螺栓连接螺栓连接受轴受轴向及向及横向横向载荷载荷的普的普通螺通螺栓连栓连接接紧紧螺螺栓栓连连接接潘存云教授研制潘存云教授研制 这种连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。在连接接合面处，螺栓杆则受剪切。3 3承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为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螺栓杆的剪切强度条件为 F 螺栓所受的工作剪力，单位为螺栓所受的工作剪力，单位为N；Lminmin铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓FFd0设计时应使设计时应使 Lmin1.25d0d0 螺栓剪切面的直径（可取螺螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为栓孔直径），单位为mm；Lmin 螺栓杆与孔壁挤压面的最螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，小高度，单位为单位为mm。5 56 6螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计在设计螺栓组连接时，关键是连接的结构设计。它是根据被连接件的结构和连接的用途，确定螺栓数目和分布形式。为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常连接接合面的几何形状都设计合面受力均匀，通常连接接合面的几何形状都设计成成一、螺栓组连接的结构设计一、螺栓组连接的结构设计基本原则：基本原则：大多数机械中螺栓都是成组使用的。大多数机械中螺栓都是成组使用的。轴对称的简单几何形状轴对称的简单几何形状 圆形圆形 圆环形圆环形 矩形矩形 矩形框矩形框 三角形三角形 潘存云教授研制螺栓布置应使各螺栓的受力合理螺栓布置应使各螺栓的受力合理FF(1)对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；潘存云教授研制潘存云教授研制合理不合理(2)当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制dhD螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间(3)当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗 剪零件来承受横向载荷。剪零件来承受横向载荷。潘存云教授研制潘存云教授研制60CCEE60扳手空间的尺寸见有关标准。AB潘存云教授研制对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。栓的间距不大于下表所推荐的取值。t0潘存云教授研制螺栓间距t0工作压力/MPa7d 5d 4.5 4d 3.5 3d t0/mm 1.6 1.6 4 410 1016 1620 2030 d为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分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布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同潘存云教授研制支承面倾斜支承面倾斜采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制支承面不平支承面不平保证被连接件，螺母和螺栓头支承面平整，并与螺栓轴线相互垂直。对于在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈等。避免螺栓承受附加的弯曲载荷避免螺栓承受附加的弯曲载荷切削加工支承面切削加工支承面支承面倾斜支承面倾斜潘存云教授研制二、螺栓组连接的受力分析二、螺栓组连接的受力分析受力分析的目的受力分析的目的:根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。受力分析时所作假设受力分析时所作假设:(1)(1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；(3)(3)受载后连接接合面仍保持为平面。受载后连接接合面仍保持为平面。受