机械设计基础：第九章 螺纹联接设计 (2)

1、第九章 螺纹联接设计,教学基本要求,重点与难点分析,典型例题分析,自测试题,教学基本要求,本章以圆柱螺纹的基本参数，工程中常用螺纹，螺纹连接的基本类型，螺纹副的受力分析、效率、自锁，螺纹连接的预紧、防松及螺栓连接强度计算为主要介绍的内容，螺旋传动只做一般介绍。,1. 掌握螺纹的一般知识，如螺纹的类型、圆柱螺纹的基本参数、螺纹连接的基本类型(螺栓连接、螺钉连双头螺柱连接和紧定螺钉)，连接的结构特点及其应用场合，螺纹连接件的类型和国家标准，能根据连接类型正确选用连接件。,2 .了解松螺栓连接和紧螺栓连接的概念，螺纹连接预紧与防松的目的、方法，预紧力的大小及其控制。掌握各种螺纹连接防松方法的工作原理

2、、特点和应用场合，能根据具体情况选用合适的防松措施。,3 .能够根据螺栓的受力情况，针对其主要失效形式确定螺栓连接的设计准则和强度计算条件，确定螺栓的直径；了解螺栓常用材料及强度等级。,4.了解影响螺栓连接强度的因素及提高螺栓连接强度的措施。,5.了解螺旋传动的主要特点及应用场合。,重点与难点分析,本章重点：螺纹连接设计，即螺纹连接的预紧、防松和螺栓连接的强度计算； 本章难点：为受轴向外载荷作用的紧螺栓连接设计。,普通紧螺栓连接强度条件中均有1.3 ，其物理意义在于，紧螺栓连接由于需要拧紧螺母而使螺栓处于拉伸和扭转的复合载荷下，工作螺栓受拉应力和切应力的复合应力。,受横向载荷作用的紧螺栓连接，

3、载荷由接合面的摩擦力平衡，为使连接可靠，避免接合面发生相互滑移，取可靠性系数Kf=1.11.3，螺栓的载荷为其,所受预紧力Fp Kf .F/m.f，无论载荷是否变化，载荷或有或无，一旦连接完成，它的大小始终不变。,受轴向外载荷作用的紧螺栓连接设计，难点在于螺栓总载荷的计算，其总载荷的大小主要受连接的性质、工作载荷大小及性质的影响。总载荷可用两种方法求得：,1. F0= Fp+F 使用本公式的关键在于,根据连接的性质确定残余预紧Fp 的大小，一般连接FP= (0.2 0.6) F ；F 为变载荷时FP=(0.6 1.0) F；F 为冲击载荷时FP=(1.0 1.5) F ；压力容器或重要连接FP

4、=(1.5 1.8)F。,2. ，使用本公式的关键在于根据连接性质确定预紧力的大小， ，而连接件的刚度c1 和被连接件的刚度c2 分别与各自的材料、结构等有关。,典型例题分析,螺纹连接设计时，需要解决的主要问题为：根据被连接件的结构形状和尺寸，选择合适的连接类型和螺纹连接件，分析连接的受载情况确定计算准则和强度条件；根据强度条件及国家标准，确定螺栓公称尺寸，根据被连接件的尺寸，按照国家标准，,确定其它螺纹连接件尺寸（及个别非标准螺纹连接件除外）；定出螺纹连接件的标记。解题的一般步骤为：,1. 确定螺栓强度计算载荷 当采用普通螺栓连接时，首先根据连接的可靠性要求(连接的紧密性要求，结合面不滑移，

5、结合面不压溃，结合面不出现间隙等条件)确定螺栓所需的预紧力或总拉力。,2. 确定螺栓的许用应力 对控制预紧力的普通螺栓、铰制孔用螺栓以及松螺栓连接，在校核强度时，许用应力可直接从有关表格中查取和确定；但对不控制预紧力的紧螺栓连接，因许用应力的安全系数与螺栓的直径有关，而直径为未知，所以在设计时，应先假定螺栓的直径范围，选取许用安全系数，确定许用应力，在强度计算结束后，将计算结果与假设条件进行比较，根据二者的差异大小进行必要的调整。,3. 强度计算 按设计准则和强度条件求出螺栓危险断面的直径(或校核螺栓的强度)，并从相关资料中查取该螺栓的公称直径及其它尺寸。注意：紧螺栓连接计算时公式中的1.3

6、的含义。,如图所示，有一钢制气缸， 缸体与缸盖采用6 个M12 的螺栓连接，螺栓的材料 为Q235 ，装配时控制预 紧力，气缸内的压强P=0.5MPa ，考虑密封性要求FP1.6F。假设螺栓的相对刚度C1/(C1+C2)=0.2，被连接件的相对刚度C1/(C1+C2)=0.8 ,气缸内径D=100mm。 试确定此连接所需要的预紧力FP？,解：此连接螺栓组所受的载荷为预紧力和轴向工作载荷，属于紧螺栓连接，工作时缸体和缸盖的接合面之间必须保持足够的压紧力，以防漏气。本例中的螺栓连接可能出现的失效形式有：(1) 螺栓静强度不足导致螺栓发生塑性变形或被拉断；(2) 残余预紧力不足导致失去连接的紧密性而

7、漏气。因此本例题的计算应从保证螺栓有足够的强度及连接有足够的残余预紧力两方面出发。,1.单个螺栓所受的工作载荷,气缸工作面积为,单个螺栓所承受工作载荷为,2.单个M12 螺栓所允许的最大拉力,查机械设计手册可知M12的螺栓d1=10.106mm， 由螺栓精度等级为4.6，查表9-5 得S=240MPa 查表9-4 得S=1.5, =S/S=240/1.5=160 MPa。,由强度条件,得,3.确定预紧力允许的范围,(1) 根据螺栓的静强度条件确定螺栓允许的最大预紧力,由,得,(2) 根据螺栓连接紧密性要求(FP 1.6F )允许的最小预紧力,由,得,则每个螺栓的预紧力应控制在以下范围内,即,自

8、测试题,一、 判断题（正确:；错误:F）,1.梯形螺纹主要用于连接。,2.三角形螺纹的导程角 等于牙型角。,3.三角形螺纹的传动效率低于梯形螺纹。,答 案,4. 单线普通三角螺纹主要用于连接。,5. 普通螺栓连接适用于被连接件不太厚且两边均有操作空间的场合。,6. 对于重要的连接不控制预紧力时, 一般不选用小于M12 M16 的螺栓。,7. 紧螺栓连接强度条件中的1.3 是考虑紧螺栓连接中螺栓受拉的同时还受扭。,8. 受轴向载荷作用的紧螺栓其总载荷F0= FP+ F。,9. 有自锁性的螺纹传动效率高。,10. 机械式防松可用于重要且不易观察到的机械装置内部。,答 案,二、 选择题,1. 螺纹主

9、要用于连接。 A. 三角形螺纹 B. 梯形螺纹 C. 圆弧螺纹 D. 锯齿形螺纹,2. 双线螺纹的螺距P与导程S的关系为 。 . SP B. S=2P C. P=2S D. 4SP,3. 三角形螺纹与矩形螺纹相比其自锁性 。 . 低 B. 高 C. 一样 D. 不一定,4. 相同公称直径的普通粗牙螺纹与细牙螺纹相比，其自锁性。 A. 低 B. 高 C. 一样 D. 不一定,答 案,5.在下列四种具有相同公称直径、相同螺距并采用相同配对材料的螺旋副中，传动效率最高的是。 A. 单线三角形螺旋副 B. 单线梯形螺旋副 C. 双线矩形螺旋副 D. 双线梯形螺旋副,6.下列防松方法中 为靠摩擦力防松。

10、 .槽型螺母配合开口销 B. 弹簧垫圈 C. 串联铁丝 D. 止退垫圈,7.受横向载荷作用的普通螺栓连接的工作原理是。 连接接合面摩擦力平衡外载荷 螺栓受剪平衡外载荷 螺栓受挤压平衡外载荷 螺栓的预紧力平衡外载荷,答 案,8.受横向载荷作用的铰制孔用螺栓连接的工作原理是 。 A. 连接接合面摩擦力平衡外载荷 B. 螺栓受剪切和螺杆受挤压平衡外载荷 C. 附加减载装置平衡外载荷 D. 螺杆受挤压平衡外载荷,9.普通紧螺栓连接其螺杆所受的载荷为。 A. 拉伸载荷 B. 拉伸和扭转联合载荷 C. 预紧力和工作载荷 D. 横向剪切载荷,答 案,10.钢制螺钉旋入钢制被连接件,螺钉的最小旋入长度 。 A. 等于螺钉的公称直径 B. 等于公称直径的1.251.5 倍 C. 等于公称直径的1.52.5 倍 D. 无严格要求,三、 填空题,1.工程上常用螺纹有、及等。,2.圆柱形螺纹的直径参数有、。,3.螺纹的自锁条件为。,答 案,4.螺纹连接的基本类型有、。,5.螺钉连接和双头螺柱连接的螺纹旋合深度与及有关。,6.装配时需要拧紧螺母的连接为连接,螺栓受力和作用。,7.拧动螺母时加在扳手上的力矩要克服和。,8.螺栓预紧力和拧紧力矩之间的简化关系式为。,9.