c1第三章--螺纹联接--7解析.ppt

第三章第三章 螺纹连接螺纹连接连接连接：将若干机械零件固连在一起称为：将若干机械零件固连在一起称为“连接连接”，“连接连接”分为：分为：可拆连接可拆连接与与不可拆连接不可拆连接两大类两大类螺纹连接螺纹连接是利用螺纹零件构成的可拆连接。是利用螺纹零件构成的可拆连接。其特点其特点：结构简单，拆装方便，工作可靠，：结构简单，拆装方便，工作可靠，各种螺纹连接件是各种螺纹连接件是标准件标准件，应用广泛，应用广泛。基本概念：基本概念：3.1.1 常用螺纹的类型及特点和应用常用螺纹的类型及特点和应用*对螺纹的要求：对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性，此外要求足够的强度和良好的工艺性，此外要求连接螺纹：连接螺纹：自锁自锁管管 螺螺 纹：纹：紧密性、气密性紧密性、气密性传动螺纹：传动螺纹：效率高、韧度高效率高、韧度高调整螺纹：调整螺纹：精度高精度高起重螺纹：起重螺纹：效率高、自锁性好效率高、自锁性好*螺纹的分类：螺纹的分类：按牙形：按牙形：普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹螺纹、管螺纹按母体形状：按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹圆柱螺纹、圆锥螺纹3.1 螺纹螺纹1、普通螺纹（代号、普通螺纹（代号M）特点：特点：螺纹的牙型角螺纹的牙型角=2=60。因牙侧角。因牙侧角 大，大，所以当量摩擦因数大，自锁性能好，主要用于所以当量摩擦因数大，自锁性能好，主要用于连接。连接。细牙螺纹与粗细牙螺纹与粗 牙螺纹的比较牙螺纹的比较粗牙：粗牙：常用常用细牙的缺点：细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。细牙：细牙：自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中。载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中。2、矩形螺纹矩形螺纹特点：特点：牙形为矩形，牙形为矩形，=0 =0，所以效率高，用于传动，所以效率高，用于传动,但但牙根强度弱，同心度差，磨损后不宜补偿，加工困难，牙根强度弱，同心度差，磨损后不宜补偿，加工困难，故常被梯形螺纹代替。故常被梯形螺纹代替。3、梯形螺纹（代号、梯形螺纹（代号Tr）特点：特点：=2=30。比矩形螺纹效率略低。比矩形螺纹效率略低。牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。间隙，在螺旋传动中有广泛应用。4、锯齿形螺纹锯齿形螺纹(代号代号B)特点：特点：工作边工作边=3，非工作边，非工作边=30，便于加工。，便于加工。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。但只能用于单向传动。5、圆柱管螺纹、圆柱管螺纹(代号代号G)特点：特点：用于管件连接的三角螺纹，用于管件连接的三角螺纹，=55 螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在1.61.6MPaMPa以下的管件连接。以下的管件连接。6、圆锥管螺纹圆锥管螺纹特点：特点：螺纹均布在锥度为螺纹均布在锥度为1:16的管上的管上,=55 或或60 螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适用于高温、高压的管件连接。用于高温、高压的管件连接。7、其它螺纹其它螺纹主要用于金属薄板的连接主要用于金属薄板的连接d-螺纹大径螺纹大径d1 1-螺纹小径螺纹小径d2-螺纹中径螺纹中径p-螺距螺距n-线数线数P Ph h-导程导程 P Ph h=n=np p -螺纹升角螺纹升角-牙型角牙型角-牙侧斜角牙侧斜角旋向旋向h h-接触高度接触高度3.1.2、螺纹的主要参数螺纹的主要参数3.1.3 螺纹的公差和精度螺纹的公差和精度3级公差精度最高级公差精度最高6级公差为基本级级公差为基本级9级公差精度最低级公差精度最低只介绍普通的螺纹的有关公差精度方面的知识只介绍普通的螺纹的有关公差精度方面的知识1.普通螺纹的公差等级及精度普通螺纹的公差等级及精度 GB/T197-2003规定：公差等级有规定：公差等级有3，4，5，6，7，8，9共共7级，级，种种 别别螺螺 纹纹 直直 径径公公 差差 等等 级级基本偏差基本偏差精度精度内内 螺螺 纹纹中径中径4，5，6，7，8精密级精密级中等级中等级粗糙级粗糙级小径小径（顶顶径）径）常用常用46级级公差公差常用常用7级级公差公差常用常用78级级公差公差外外 螺螺 纹纹中径中径3，4，5，6，7，8，9大径大径（顶顶径）径）4，6，8精度有精密级，中等级和粗糙级共精度有精密级，中等级和粗糙级共3种。种。2.螺纹标记和螺纹副标记示例螺纹标记和螺纹副标记示例3.1.43.1.4、螺纹副的受力、效率和自锁、螺纹副的受力、效率和自锁 圆周力：拧紧时圆周力：拧紧时松开时松开时效率：拧紧时效率：拧紧时松开时松开时自锁条件自锁条件以上各式中以上各式中:-当量摩擦因数，当量摩擦因数，；f-摩擦因数；摩擦因数；-牙侧角，度；牙侧角，度；-当量摩擦角，度，当量摩擦角，度，；F -预紧力预紧力,N；-螺纹升角，度；螺纹升角，度；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普通螺栓连接普通螺栓连接 螺栓和孔壁有间隙螺栓和孔壁有间隙,孔孔的加工精度低。的加工精度低。铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接螺杆与孔用过渡配合，螺杆与孔用过渡配合，承受横向载荷，孔需承受横向载荷，孔需精制。可起定位作用。精制。可起定位作用。3.2 螺纹连接的基本类型和标准螺纹连接件螺纹连接的基本类型和标准螺纹连接件3.2.1、螺纹连接的基本类型及其特点与应用、螺纹连接的基本类型及其特点与应用1、螺栓连接螺栓连接 特点：被连接件较薄，易做通孔。特点：被连接件较薄，易做通孔。特点：特点：被连接件不宜做成通孔。被连接件不宜做成通孔。不宜经常拆卸。不宜经常拆卸。拧入深度：拧入深度：铜或青铜：铜或青铜：H=d铸铸 铁：铁：H=(1.251.5)d铝铝 合合 金：金：H=(1.52.5)d2、螺钉连接螺钉连接特点：特点：被连接件不宜做成被连接件不宜做成通孔又需要经常拆卸或用通孔又需要经常拆卸或用螺钉无法安装。螺钉无法安装。拧入深度：拧入深度：铜或青铜：铜或青铜：H=d铸铸 铁：铁：H=(1.251.5)d铝铝 合合 金：金：H=(1.52.5)d3、双头螺柱连接、双头螺柱连接 4、紧定螺钉连接、紧定螺钉连接旋入被连接件的螺纹旋入被连接件的螺纹孔中，顶住另一被连孔中，顶住另一被连接件的表面或凹坑。接件的表面或凹坑。固定两个零件或传递固定两个零件或传递不大的力及力矩。不大的力及力矩。5、其它特殊结构的螺纹连接地脚螺栓吊环螺钉T型槽螺栓二二、标准螺纹连接件、标准螺纹连接件1.螺栓2.双头螺柱双头螺柱旋入端长度有旋入端长度有3.螺钉螺钉1d1.25d1.5d2d各种螺钉各种螺钉紧定螺钉的头部紧定螺钉的头部和末端和末端4.紧定螺钉紧定螺钉5.螺母螺母6.垫圈垫圈3.2.3、螺纹连接件的常用材料及机械性能等级、螺纹连接件的常用材料及机械性能等级1、常用材料：、常用材料：普通连接：普通连接：普通碳素钢，优质碳素结构钢，如普通碳素钢，优质碳素结构钢，如:Q215、Q235和和10、15、35、45号钢。号钢。变载荷或有冲击、振动的重要连接：变载荷或有冲击、振动的重要连接：合金钢，如合金钢，如:15Cr、20Cr、40 Cr、15MnVB、30CrMnSi。2、螺栓、螺钉、螺柱、螺母性能等级、螺栓、螺钉、螺柱、螺母性能等级螺母材料一般较相配合螺栓的硬度低螺母材料一般较相配合螺栓的硬度低(2040)HBW。注：注：3.3 螺纹连接的预紧与松防螺纹连接的预紧与松防3.3.1 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧1、预紧的作用：、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预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力F的作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙的作用，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。或横向滑移。预紧也可以防松。2、为什么要控制预紧力？、为什么要控制预紧力？预紧力过大，会使连接超载。预紧力过大，会使连接超载。预紧力不足，可能导致连接失效。预紧力不足，可能导致连接失效。重要的螺栓应控制预紧力。重要的螺栓应控制预紧力。拧紧螺母时的力矩和预紧力拧紧螺母时的力矩和预紧力3、拧紧力矩的计算、拧紧力矩的计算螺纹副摩擦力矩螺纹副摩擦力矩螺母与被连件摩擦力矩螺母与被连件摩擦力矩拧紧力矩拧紧力矩故：故：Kt为拧紧力矩系数为拧紧力矩系数 当钢制螺纹当钢制螺纹M10M68时，由螺纹几何关系和取摩时，由螺纹几何关系和取摩擦因数擦因数 ,当量摩擦角当量摩擦角 ，经整理可得：，经整理可得：4、装配时控制预紧力的方法、装配时控制预紧力的方法用测力矩扳手用测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手3.3.2 螺纹连接的防松螺纹连接的防松*防松的实质：防止螺纹副间的相对转动防松的实质：防止螺纹副间的相对转动 *防松的方法：防松的方法：一一、摩擦防松、摩擦防松1、双螺母、双螺母在螺母和螺栓之间形成内力，在螺母和螺栓之间形成内力，保证摩擦力。保证摩擦力。结构简单、使用方便，但结构简单、使用方便，但可靠性不高。可靠性不高。用于平稳、低速、重载的螺用于平稳、低速、重载的螺纹连接。纹连接。2、弹簧垫圈、弹簧垫圈弹力保持一定压力弹力保持一定压力切口尖端逆向。切口尖端逆向。用于一般的螺纹连接。用于一般的螺纹连接。3、锁紧螺母、锁紧螺母镶嵌弹性环或尼龙圈镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺母。挤入螺母。利用螺母椭圆口的弹利用螺母椭圆口的弹性变形箍住螺栓性变形箍住螺栓利用自锁螺母利用自锁螺母尼龙圈二、二、机械防松机械防松 1、开口销与六角开槽螺母、开口销与六角开槽螺母2、止动垫圈、止动垫圈止动垫圈止动垫圈3、串联钢丝、串联钢丝三、三、永久防松永久防松焊接焊接 冲点冲点 涂胶涂胶3.5 单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算3.5.1 松螺栓连接松螺栓连接强度条件强度条件 或或许用应力许用应力一般连接取s=1.21.7，对安全性要求高的连接如起重吊钩的连接，取s=53.5.2、紧螺栓连接、紧螺栓连接1、受横向载荷的紧螺栓连接受横向载荷的紧螺栓连接 （1）普通螺栓连接普通螺栓连接靠预紧力靠预紧力F在接合面产在接合面产生的摩擦力生的摩擦力f F 传递外传递外力力FR螺栓既受拉应力又受扭螺栓既受拉应力又受扭剪应力剪应力对于常用的对于常用的M10M68的钢制普通螺栓的钢制普通螺栓拉应力拉应力剪应力剪应力螺栓的当量应力（第四强度理论）螺栓的当量应力（第四强度理论）螺栓的强度条件为：螺栓的强度条件为：校核公式：校核公式：设计公式：设计公式：当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，采用套筒、当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，采用套筒、键、销来承受横向载荷。键、销来承受横向载荷。（2）铰制孔螺栓连接）铰制孔螺栓连接 螺栓杆的剪切强度条件为螺栓杆的剪切强度条件为:螺栓与孔壁的挤压强度条件为：螺栓与孔壁的挤压强度条件为：螺栓抗剪面直径，螺栓抗剪面直径，mm；式中式中m 螺栓抗剪面数目；螺栓抗剪面数目；螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，mm设计时应使设计时应使 ；螺栓的许用剪切应力，螺栓的许用剪切应力，MPa；螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，MPa。2、受轴向工作载荷的紧螺栓连接受轴向工作载荷的紧螺栓连接汽缸盖的连接汽缸盖的连接（1 1）受力分析受力分析(见动画见动画)螺栓受力螺栓受力被连接件受力被连接件受力总拉力剩余预紧力剩余预紧力螺栓的相对刚度螺栓的相对刚度剩余预紧力剩余预紧力（2）静强度计算）静强度计算式中式中 紧螺栓连接的许用拉应力，紧螺栓连接的许用拉应力，MPa。校核公式：校核公式：设计公式：设计公式：（3）疲劳强度计算）疲劳强度计算 对于受变载荷的对于受变载荷的螺栓连接，按静螺栓连接，按静强度设计尺寸后，强度设计尺寸后，还需进行疲劳强还需进行疲劳强度校核。度校核。疲劳强度条件为疲劳强度条件为式中式中有效应力集中系数有效应力集中系数螺纹制造工艺系数螺纹制造工艺系数 尺寸系数尺寸系数安全系数安全系数螺栓材料的对称拉压疲劳极限螺栓材料的对称拉压疲劳极限,MPa3.5.3、螺栓连接的许用应力螺栓连接的许用应力螺栓许用剪应力及许用挤压应力螺栓许用剪应力及许用挤压应力3.4 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计3.4.1、螺栓组连接的结构设计、螺栓组连接的结构设计*目的：合理地确定连接结合面的几何形状和螺栓的目的：合理地确定连接结合面的几何形状和螺栓的布置形式布置形式*要考虑的问题：要考虑的问题：1、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状状2、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理螺栓的布置应使各螺栓的受力合理3、螺栓的排列应有合理的间距、边距、螺栓的排列应有合理的间距、边距扳手空间扳手空间4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应、分布在同一圆周上的螺栓数目，应 取取4,6,8等等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线5、避免螺栓承受偏心载荷避免螺栓承受偏心载荷产生偏心载荷的原因产生偏心载荷的原因斜垫圈的应用斜垫圈的应用凸面和沉头座的应用凸面和沉头座的应用避免偏载的结构避免偏载的结构3.4.2、螺栓组连接的受力分析螺栓组连接的受力分析 1、受轴向载荷、受轴向载荷 的螺栓组连接的螺栓组连接设定有设定有z个螺栓个螺栓则：单个螺栓受外则：单个螺栓受外力力2、受横向载荷、受横向载荷 的螺栓组连接、的螺栓组连接、（1）普通螺栓连接普通螺栓连接式中：式中：f 接合面间摩擦因数；接合面间摩擦因数；m 接合面数；接合面数；Kf 考虑摩擦因数不稳定及靠摩擦传力有时不考虑摩擦因数不稳定及靠摩擦传力有时不可靠而引入的可靠性系数，可靠而引入的可靠性系数，一般一般Kf =1.11.3。(2)用铰制孔用螺栓连接用铰制孔用螺栓连接螺栓受力：螺栓受力：剪切力剪切力Fs式中z螺栓数目。3、受旋转力矩、受旋转力矩 T 的螺栓组连接的螺栓组连接(1)采用普通螺栓连接时，靠预紧后在接合面上各采用普通螺栓连接时，靠预紧后在接合面上各螺栓处摩擦力对形心的力矩之和平衡外加力矩螺栓处摩擦力对形心的力矩之和平衡外加力矩T。式中式中:r1、r2、.rz 各螺栓中心至螺栓各螺栓中心至螺栓 组形组形 心心O的距离的距离 Kf 可靠性系数可靠性系数；f 接合面间摩擦因数；接合面间摩擦因数；z螺栓数目。螺栓数目。（2）采用铰制孔用螺栓连接时，忽略接合面上的摩）采用铰制孔用螺栓连接时，忽略接合面上的摩擦力，外加力矩擦力，外加力矩T靠螺栓所受剪力对底板旋转中心靠螺栓所受剪力对底板旋转中心的力矩之和来平衡。的力矩之和来平衡。4、受倾覆力矩受倾覆力矩M的螺栓组连接的螺栓组连接 受倾覆力矩的螺栓组连接除要求螺栓强度足够受倾覆力矩的螺栓组连接除要求螺栓强度足够外，还应保证接合面既不出缝隙也不被压溃。外，还应保证接合面既不出缝隙也不被压溃。接合面右端应满足：接合面右端应满足：左端应满足：左端应满足：由公式求得预紧力由公式求得预紧力F，并取两者较大值并取两者较大值,和工作拉力和工作拉力Fmax求得作用在螺栓上的总拉力求得作用在螺栓上的总拉力F0后，再求出所需后，再求出所需螺栓直径。螺栓直径。3.6 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施3.6.1、改善螺纹牙上载荷的分配、改善螺纹牙上载荷的分配均载螺母均载螺母1均载螺母均载螺母2均载螺母均载螺母3钢丝螺套钢丝螺套3.6.2 避免螺栓承受附加额外载荷（偏心载荷）避免螺栓承受附加额外载荷（偏心载荷）在铸、锻件表面上安装螺栓时，制做凸台或沉头座孔在铸、锻件表面上安装螺栓时，制做凸台或沉头座孔支承面为斜面时，采用斜垫圈支承面为斜面时，采用斜垫圈采用球面垫圈采用球面垫圈3.6.3、提高抗疲劳强度、提高抗疲劳强度1 减小应力幅减小应力幅减小螺栓刚度减小螺栓刚度螺母下加弹性元件、中空螺杆、减小螺杆直径螺母下加弹性元件、中空螺杆、减小螺杆直径增大被连接件刚度增大被连接件刚度去掉弹性密封垫、加密封环去掉弹性密封垫、加密封环2 减小应力集中减小应力集中减小应力集中减小应力集中