第3部分螺纹连接

1、第3部分螺纹连接 静连接静连接 动连接动连接运动副运动副 与动力与动力 源组合源组合 零件零件 构件构件机构机构 机器机器 静连接静连接 动连接动连接 (运动副运动副) 可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接等可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接等 不可拆连接：铆接、焊接、胶接等不可拆连接：铆接、焊接、胶接等 第3部分螺纹连接 （一）螺纹的类型和应用（一）螺纹的类型和应用 1 螺纹形成螺纹形成 螺旋线形成：倾斜线绕在圆柱体上螺旋线形成：倾斜线绕在圆柱体上 形成的曲线形成的曲线 螺纹形成：平面图形沿螺旋线形成螺纹形成：平面图形沿螺旋线形成 三角形、矩形、梯形、锯齿形、半圆形螺纹三角形、矩形、梯形、锯齿

2、形、半圆形螺纹 螺旋线的数目螺旋线的数目(线数线数):单线、多线单线、多线 旋向旋向(螺旋线方向螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋：常用右旋，特殊要求时用左旋 问题：旋向判断问题：旋向判断 ？ 粗牙螺纹粗牙螺纹 一般连接一般连接 细牙螺纹细牙螺纹 d1大、强度大、自锁性好，常用于变载大、强度大、自锁性好，常用于变载 d2 S P 连接连接传动传动 第五章第五章 螺纹连接螺纹连接 5-1 螺纹螺纹 第3部分螺纹连接 螺纹旋向判断螺纹旋向判断 旋向旋向(螺旋线方向螺旋线方向)：常用右旋，特殊：常用右旋，特殊 要求时用左旋要求时用左旋 旋向判断旋向判断: (1)轴线垂直放，右边高轴线垂直放，右

3、边高右旋右旋 左左边高边高左旋左旋 (2)右手右手旋，前进旋，前进右旋右旋 左手左手旋，前进旋，前进左旋左旋 第3部分螺纹连接 d2 （二）螺纹的主要参数（二）螺纹的主要参数 大径大径d、D：最大直径：最大直径公称直径公称直径 小径小径d1：外螺纹的危险剖面直径：外螺纹的危险剖面直径 强度直径强度直径 中径中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽：假想直径，牙型沟槽 宽与牙的宽度相等宽与牙的宽度相等 计算直径计算直径 螺距螺距P：相邻两牙轴向距离：相邻两牙轴向距离 导程导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间：同一条螺纹线的相邻两牙间 的轴向距离，的轴向距离，S = nP 升角升角 ：螺纹线的切线与其轴线的

4、垂直平面所成的夹角：螺纹线的切线与其轴线的垂直平面所成的夹角 牙型角牙型角a a ：螺纹两侧边的夹角：螺纹两侧边的夹角 d1 D, d S P 第3部分螺纹连接 5-2 5-2 螺纹螺纹连接的连接的类型和标准连接件类型和标准连接件 1.1.螺栓连接螺栓连接 F F 装拆方便装拆方便 螺栓受拉螺栓受拉 F F 0 F预紧力预紧力 普通螺栓连接普通螺栓连接 （一）螺纹（一）螺纹连接的基本连接的基本类型类型 第3部分螺纹连接 铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接螺栓受剪切、挤压螺栓受剪切、挤压 用于横向载荷大的用于横向载荷大的连接连接 F F 第3部分螺纹连接 2. 双头螺柱连接双头螺柱连接 用于经常装拆的

5、场合用于经常装拆的场合 双头螺柱双头螺柱受拉受拉 0 F预紧力预紧力 F F 第3部分螺纹连接 3. 螺钉连接螺钉连接用于不经常装拆的场合用于不经常装拆的场合 螺钉螺钉受拉受拉 0 F预紧力预紧力 F F 第3部分螺纹连接 4.紧定螺钉连接紧定螺钉连接 多用于轴上零件多用于轴上零件 的固定，传递较的固定，传递较 小的力。小的力。 锥端螺钉连接锥端螺钉连接 平端螺钉连接平端螺钉连接 圆柱端螺钉连接圆柱端螺钉连接 第3部分螺纹连接 其他连接其他连接 地脚螺栓连接、吊环螺栓连接、地脚螺栓连接、吊环螺栓连接、 T形槽螺栓连接形槽螺栓连接 第3部分螺纹连接 （二）标准螺纹连接件二）标准螺纹连接件 螺栓螺

6、栓 普通螺栓普通螺栓 铰制孔螺栓铰制孔螺栓 双头螺柱双头螺柱 螺钉螺钉 连接螺钉连接螺钉 紧定螺钉、自攻螺钉紧定螺钉、自攻螺钉 螺母：六角螺母、圆螺母螺母：六角螺母、圆螺母 垫圈：平垫圈、斜垫圈垫圈：平垫圈、斜垫圈 螺纹连接件通过组合形成螺纹连接螺纹连接件通过组合形成螺纹连接 第3部分螺纹连接 5-3 5-3 螺纹螺纹连连接的接的预预紧紧 目的：防止松动目的：防止松动提高连接的提高连接的 可靠性、强度、紧密性。可靠性、强度、紧密性。 螺母拧紧时螺母拧紧时预紧力预紧力F0 拧紧阻力矩拧紧阻力矩 T 的大小：的大小： 螺旋副间的摩擦力矩螺旋副间的摩擦力矩 T1 ： 螺母与支承面间摩擦力矩螺母与支承

7、面间摩擦力矩 T2 ： 螺栓螺栓预紧拉力预紧拉力F F0 0 被连接件被连接件预紧压力预紧压力F F0 0 施加在扳手上的力施加在扳手上的力FT d0.2FTTT 021 )tan( 2 d FT v 2 01 2 0 2 0 3 0 3 o 0c2 dD dD Ff 3 1 T T F0 F0 LFTTT T21 T1 T2 第3部分螺纹连接 控制控制拧紧力矩拧紧力矩的扳手的扳手 定力矩扳手定力矩扳手 测力矩扳手测力矩扳手 第3部分螺纹连接 5-45-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松 静载荷：静载荷：r rv(自锁自锁) + 预紧后摩擦力预紧后摩擦力可可 以防止松动以防止松动 动载荷：摩擦力

8、减小、消失动载荷：摩擦力减小、消失不可靠不可靠 螺纹连接防松的实质在于限制螺旋副的相对螺纹连接防松的实质在于限制螺旋副的相对 转动转动 螺纹连接防松的方法按工作原理可分为螺纹连接防松的方法按工作原理可分为: 1 摩擦防松摩擦防松 2 机械防松机械防松 3 其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接） 第3部分螺纹连接 1 摩擦防松摩擦防松 使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终 有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩 弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母 (双螺母双螺

9、母)防松防松 第3部分螺纹连接 对顶螺母防松对顶螺母防松 第3部分螺纹连接 2 . 机械防松机械防松 用机械装置把螺母和螺栓连成一体，消除了用机械装置把螺母和螺栓连成一体，消除了 它们之间相对转动的可能性它们之间相对转动的可能性 开口销、止动垫圈、串联钢丝防松开口销、止动垫圈、串联钢丝防松 螺栓螺栓 开槽螺母开槽螺母 开口销开口销 装配图装配图 第3部分螺纹连接 止动垫圈止动垫圈防松防松 用机械装置把螺母和螺栓连成一体，消除了它们之用机械装置把螺母和螺栓连成一体，消除了它们之 间相对转动的可能性间相对转动的可能性 第3部分螺纹连接 串联钢丝防松串联钢丝防松 正确 错误 用机械装用机械装 置把螺

10、母置把螺母 和螺栓联和螺栓联 成一体，成一体， 消除了它消除了它 们之间相们之间相 对转动的对转动的 可能性可能性 第3部分螺纹连接 3 其它：破坏螺纹副关系其它：破坏螺纹副关系 焊接焊接 铆冲铆冲 第3部分螺纹连接 结构设计结构设计 1 1、连接接合面的几何形状要有对称性、连接接合面的几何形状要有对称性 第3部分螺纹连接 2 2、螺栓的排列应有合理的间距和边距、螺栓的排列应有合理的间距和边距 3 3、分布在圆周上的螺栓数目应为偶数、分布在圆周上的螺栓数目应为偶数 4 4、避免附加应力、避免附加应力 F 凸台与沉孔凸台与沉孔 斜面垫圈斜面垫圈 第3部分螺纹连接 进行螺栓组连接受力分析的目的是：

11、进行螺栓组连接受力分析的目的是： 找出螺栓组中受力最大的螺栓及其工作载找出螺栓组中受力最大的螺栓及其工作载 荷（即螺栓所受的力）。假定：荷（即螺栓所受的力）。假定： 1、同一组螺栓的材料、规格、预紧力等完、同一组螺栓的材料、规格、预紧力等完 全相同；全相同； 2、螺栓组对称中心与结合面形心重合、螺栓组对称中心与结合面形心重合 3、受载后，结合面仍保持为平面（刚体）、受载后，结合面仍保持为平面（刚体） 4、螺栓变形在弹性范围内、螺栓变形在弹性范围内符合虎克定符合虎克定 律。律。 （二（二）螺栓组连接的受力分析螺栓组连接的受力分析 第3部分螺纹连接 1 1、受横向载荷的螺栓组连接受横向载荷的螺栓组

12、连接 铰制孔铰制孔用用螺栓连接螺栓连接 F F F Z F F 螺栓受剪力螺栓受剪力 第3部分螺纹连接 用普通螺栓连接用普通螺栓连接 F F 0 F 0 F fF0 FKZifF S0 连接的不滑移条件：连接的不滑移条件： fZi FK F S 0 1i 2i 第3部分螺纹连接 2 2、受转矩的螺栓组连接、受转矩的螺栓组连接 fF 0 fF 0 i r T 用普通螺栓连接用普通螺栓连接 TKrfF Si z 1i 0 连接的不滑移条件：连接的不滑移条件： z 1i i S 0 rf TK F 第3部分螺纹连接 铰制孔铰制孔用用螺栓连接螺栓连接 i i max max r F r F z 1i

13、ii TrF z 1i 2 i max max r Tr F 受载最大的螺受载最大的螺 栓所受剪力栓所受剪力 T max r max F i r i F 第3部分螺纹连接 3.3.受轴向受轴向载荷载荷的螺栓组连接的螺栓组连接 气缸螺栓连接图气缸螺栓连接图 D p F F 4Z Dp Z F F 2 螺栓工作拉力螺栓工作拉力 第3部分螺纹连接 4、受倾覆力矩受倾覆力矩M的螺栓组连接的螺栓组连接 i i max max L F L F z 1i ii MLF z 1i 2 i max max L ML F 0 M i F max F max L i L A ZF0 p 0 pmax W M A Z

14、F 0 W M A ZF 0 pmin 第3部分螺纹连接 5-6 5-6 螺纹螺纹强度强度 一般设计步骤：一般设计步骤： 螺栓组受力和失效分析螺栓组受力和失效分析找出受力最大的螺栓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受力分析和失效分析 单个螺栓单个螺栓 强度计算强度计算确定螺栓的尺寸（直径、长度）确定螺栓的尺寸（直径、长度） 螺纹连接包括螺栓连接、双头螺柱连接和螺钉连接等螺纹连接包括螺栓连接、双头螺柱连接和螺钉连接等 仅讨论螺栓（单个）连接的强度计算，其他连接也同仅讨论螺栓（单个）连接的强度计算，其他连接也同 样适用。样适用。 松螺栓连接：无预紧力，只有工作拉力松螺栓连接：无

15、预紧力，只有工作拉力 紧螺栓连接：有预紧力，还有工作拉力紧螺栓连接：有预紧力，还有工作拉力 螺栓组连接螺栓组连接 第3部分螺纹连接 螺栓的主要失效形式螺栓的主要失效形式 1. 螺栓杆拉断（普通螺栓）螺栓杆拉断（普通螺栓） 2. 螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）螺纹压溃和剪断（受剪螺栓） 3. 经常装拆因磨损而发生滑扣经常装拆因磨损而发生滑扣 第3部分螺纹连接 （一）（一） 松螺栓连接强度计松螺栓连接强度计算算 受载荷形式受载荷形式轴向拉伸轴向拉伸(工作拉力工作拉力F) 失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断 (静、疲劳静、疲劳) 设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度 强度条件：强度条件： ss

16、 设计计算方法：设计计算方法： 校核式校核式 : 设计式设计式: d 4F A F 2 1 4F d1 F 第3部分螺纹连接 （二）紧螺栓（二）紧螺栓强度强度 4 d F 2 1 0 16 d T 3 1 1 22 ca 3 4 d F 1.3 2 1 0 1.3系数是考虑拧转剪应力的影响系数是考虑拧转剪应力的影响 4F1.3 d 0 1 1 1、仅承受预紧力的紧螺栓、仅承受预紧力的紧螺栓 F F 0 F 0 F 31 0.5 校核式校核式 设计式设计式: 第3部分螺纹连接 fFF0 0.2f 5FF 0 靠摩擦力传递横向载荷的普通螺栓靠摩擦力传递横向载荷的普通螺栓连连 接，在冲击、振动或变载

17、荷下，由于接，在冲击、振动或变载荷下，由于 摩擦系数的变动使摩擦系数的变动使连连接可靠性降低，接可靠性降低， 而且所需螺栓直径较大（使结合面不而且所需螺栓直径较大（使结合面不 滑移所需产生摩擦力滑移所需产生摩擦力F的预紧力为：的预紧力为： 若若 因此，常用各种抗剪零件来承受横因此，常用各种抗剪零件来承受横 向载荷向载荷。 第3部分螺纹连接 2 2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓 气缸螺栓连接图气缸螺栓连接图 D p 0 F F 预紧力预紧力 0 F FFF 02 螺栓承受的总拉力螺栓承受的总拉力 ？ FFF 02 2 F？ 4Z Dp Z F F 2 螺栓工作拉力螺

18、栓工作拉力 第3部分螺纹连接 未拧紧未拧紧 0 F b m F 1 F 1 F 已受工已受工 作载荷作载荷 F FFF 12 螺栓所受的总拉力螺栓所受的总拉力 残残 余余 预预 紧紧 力力 m 0 F 已拧紧已拧紧, ,未未 受工作载荷受工作载荷 第3部分螺纹连接 0 F 力力 变形变形 b m 力力 变形变形 0 F 第3部分螺纹连接 0 F 变形变形 力力 m b 2 2 F F 1 F b m F F CF b m b 0 bb F tanC CFF m m 0 mm F tanC F CC C F mb b F CC C FFFF mb b 002 F CC C FF mb m 10

19、第3部分螺纹连接 相对刚度相对刚度 总拉力总拉力 mb b CC C FFF CC C FF 1 mb b 02 2 F mb b CC C 02 FF mb CC FFF 02 2 F mb CC 总拉力总拉力 与螺栓相对刚度系数与螺栓相对刚度系数 有关有关: 总拉力约等于预紧力；总拉力约等于预紧力； 为了减小总拉力为了减小总拉力 1 1）螺栓直径取小，整个结构尺寸小；）螺栓直径取小，整个结构尺寸小； 2 2）螺母下加弹性垫片；）螺母下加弹性垫片； 3 3）被连接件间加刚性垫片。）被连接件间加刚性垫片。 若若 若若 总拉力等于预紧力加上工作载荷总拉力等于预紧力加上工作载荷 b C m C 第

20、3部分螺纹连接 4F1.3 d 2 1 总拉力总拉力 F CC C FF mb m 10 d0.2FT 0 S s 静强度计算静强度计算 当工作拉力当工作拉力 F 变化时，应验算疲劳强变化时，应验算疲劳强 度安全系数。度安全系数。 FFF CC C FF 1 mb b 02 4 d F 1.3 2 1 2 拧紧阻力矩拧紧阻力矩 第3部分螺纹连接 1 F F F2 F 1 F F2 0 F 力力 变形变形 m b 第3部分螺纹连接 C 4 d F 2 1 0 min 4 d F 2 1 2 max 按按 ，判定强度计算方法，判定强度计算方法, , 验算疲劳强度安全系数。验算疲劳强度安全系数。 Cmin a m 1 K s N M M N 第3部分螺纹连接 20 FF F CC C 2 1 2 FF mb b02 a 2 1mb b 2 1 mb b a d 2F CC C d 4 F CC C 2 1 当工作载荷在当工作载荷在0与与F之间变化时，螺栓所受的之间变化时，螺栓所受的 总拉力在总拉力在 螺栓的拉力变化幅值为：螺栓的拉力变化幅值为： 故应满足应力幅的强度条件为：故应满足应力幅的强度条件为： 之间变化之间变化 第3部分螺纹连接 min L 0 d 3、承受工作剪力的紧螺栓连接、承受工作剪