吉林大学机械设计课件章螺纹连接

1、第二篇第二篇 连连 接接机械连接分为两大类机械连接分为两大类:动连接和静连接动连接和静连接机械动连接运动副机械静连接焊接、 胶接、 铆接螺纹连接、键连接销连接等一、螺纹的类型和应用一、螺纹的类型和应用1. 螺螺纹纹作用作用联 接 螺 纹传 动 螺 纹制式制式英 制 螺 纹米 制 螺 纹牙牙 型型矩 形 螺 纹三 角 螺 纹锯 齿 形 螺 纹梯 形 螺 纹旋线方向旋线方向右 旋 螺 纹左 旋 螺 纹所处位置所处位置内 螺 纹外 螺 纹母体形状母体形状圆 锥 螺 纹圆 柱 螺 纹线数线数多 线 螺 纹单 线 螺 纹常用螺纹类型：普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、常用螺纹类型：普通螺纹、米制锥螺纹、管螺

2、纹、 梯形螺纹、梯形螺纹、 矩形螺纹和锯齿形螺纹。矩形螺纹和锯齿形螺纹。连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹第第3 3章章 螺纹螺纹连接连接3-1 3-1 螺螺 纹纹二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数强度计算直径强度计算直径 在轴线剖面内在轴线剖面内 9.9.牙型斜角牙型斜角 7.7.螺纹升角螺纹升角 6.6.导程导程S S 相邻两牙在相邻两牙在中径上中径上对应点的距离对应点的距离 4.4.螺纹线数螺纹线数( (头数）头数）n n 牙厚牙厚= =牙间宽牙间宽 1.1.大径大径d(D) d(D) 2.2.小径小径d d1 1(D(D1 1) ) 10.10.接触高度接触高度h h 8.8.牙型角牙

3、型角 n=1n=1时，时，S=PS=P；n n1 1时，时，S=nP S=nP 5.5.螺距螺距P P 3.3.中径中径d d2 2(D(D2 2) )公称直径公称直径 22dnPdStan d2d1d 2dS大径大径 d d 公称直径公称直径小径小径 强度计算直径强度计算直径1d2dPP2dnptan333060h0梯形螺纹梯形螺纹 用于连接用于连接 矩形螺纹矩形螺纹 牙根强度高，对中性牙根强度高，对中性好，传动效率较高。好，传动效率较高。锯齿形螺纹锯齿形螺纹 紧密性好紧密性好 自锁性能好自锁性能好 圆柱管螺纹圆柱管螺纹 普通螺纹普通螺纹 牙根强度高，传动效牙根强度高，传动效率高于梯形螺纹率

4、高于梯形螺纹用于传动用于传动 一般很少采用一般很少采用 556003033三、常用螺纹三、常用螺纹三角形三角形030 v 螺纹副自锁条件螺纹副自锁条件螺纹副效率螺纹副效率)tg(tgv vvarctgf ffvcos 矩形矩形 =0梯形梯形015 v 螺纹副自锁条件螺纹副自锁条件螺纹副效率螺纹副效率)tg(tgv vvarctgf ffvcos 分析v自锁自锁三角形螺纹自锁性好，用于联接。三角形螺纹自锁性好，用于联接。矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动。n自锁自锁单线螺纹自锁性好，常用于联接。单线螺纹自锁性好，常用于联接。 多线螺纹效率高，常用于传动。多线螺纹

5、效率高，常用于传动。2dnptg 四、螺纹的精度四、螺纹的精度: :1 1、普通螺纹的标记、普通螺纹的标记螺纹代号螺纹代号-公差带代号公差带代号-旋合长度代号旋合长度代号M和公称直径中径和顶径公差带S、N、L M105g6gS螺纹代号（普通螺纹，公称直径为10mm） 中径公差带代号 顶径（大径）公差带代号 旋合长度代号 M101 左6H 螺纹代号（公称直径为10mm，螺距为1mm的细牙螺纹，螺纹旋向左旋）中径和顶径（小径）公差带代号 M2025H / 5g6g 内螺纹公差带代号 外螺纹公差带代号 3-2 3-2 螺纹螺纹连接的连接的类型类型及应用及应用1 1、螺栓连接螺栓连接FF装拆方便装拆方

6、便螺栓受拉力螺栓受拉力FFpF预紧力预紧力普通螺栓连接普通螺栓连接一、螺纹一、螺纹连接的连接的基本基本类型类型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2 2、双头螺柱连接双头螺柱连接用于被连接件较厚，用于被连接件较厚，不宜制成通孔，不宜制成通孔，且经常装拆且经常装拆的场合的场合双头螺柱双头螺柱受拉力受拉力FpF预紧力预紧力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力受拉力FpF预紧力预紧力4、紧定螺钉连接、紧定螺钉连接二、标准螺纹二、标准螺纹连接件连接件螺栓、螺母、螺钉、垫圈等螺栓、螺母、螺钉、垫圈等3

7、-3 3-3 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松21TTTT1螺旋副摩擦阻力矩螺旋副摩擦阻力矩T2螺母和支承面上的摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩TpF一、一、螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧保证可靠性、紧密性保证可靠性、紧密性T1螺旋副摩擦阻力矩螺旋副摩擦阻力矩FdT221)tan(vPFd22T2螺母和支承面上的摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩2020303023dDdDFfTpCd0D0PFRNfFvFdFp0.220203030232dDdDFfFdTpCvP)tan(FLdLNF15,200NFP15000预紧方法： 测力矩扳手（图3-14） 定力矩扳手（图3-15）二、螺

8、纹连接的防松二、螺纹连接的防松1 1、摩擦防松、摩擦防松对顶螺母对顶螺母弹簧垫圈弹簧垫圈螺纹升角螺纹升角=1o42 3o2 v= 6.5o 10.5o垫圈动画防松的根本问题：防松的根本问题：防止螺旋副的相对转动防止螺旋副的相对转动自锁螺母自锁螺母2 2、机械防松、机械防松开口销与槽形螺母开口销与槽形螺母止动垫片止动垫片3 3、其他防松、其他防松防松的根本问题：防松的根本问题：防止螺旋副的相对转动防止螺旋副的相对转动止动垫圈止动垫圈 圆螺母圆螺母 1 1、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、分布在圆周上的螺栓数目多多为偶数；为

9、偶数；4 4、减小螺栓受力，尽量受力均匀。、减小螺栓受力，尽量受力均匀。FL螺栓布置靠近边缘螺栓布置靠近边缘螺栓排数不宜过多螺栓排数不宜过多螺栓组受力分析的目的：螺栓组受力分析的目的： 分析螺栓组中各螺栓的受力情况，找出分析螺栓组中各螺栓的受力情况，找出受力最大的螺栓，以便进行强度计算。受力最大的螺栓，以便进行强度计算。螺栓组所受外载荷情况：螺栓组所受外载荷情况：几点假设：几点假设：（1 1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；力均相同；（2 2）螺栓的对称中心与连接结合面的形心）螺栓的对称中心与连接结合面的形心重合；重合；（3 3）受载后连接结合面仍保

10、持为平面。）受载后连接结合面仍保持为平面。1 1、受横向载荷受横向载荷的螺栓组连接的螺栓组连接铰制孔铰制孔用用螺栓连接螺栓连接FFFZFF螺栓受剪力螺栓受剪力Z螺栓的数目螺栓的数目 用普通螺栓连接用普通螺栓连接F/2F/2用普通螺栓连接用普通螺栓连接FFFKiZfFSP 连接的不滑移条件：连接的不滑移条件：iZfFKFSP 1i2iPFPFfFPFp p=100N,=100N,z=3,=3,f =0.15, Ks=1.2求求F=?=?FKfZiFSP不滑移条件：不滑移条件：SPKfZiFF N1502143150100.FF 2 2、受转矩的螺栓组连接、受转矩的螺栓组连接Ta.a.用普通螺栓连

11、接用普通螺栓连接TKrfFSiziP1连接的不转动条件：连接的不转动条件：ziiSPrfTKF1fFPfFPir160120T=10Nm,z=6,f =0.15, Ks=1.2求Fp=?r1r2ziiSPrfTKF1不转动条件：不转动条件：r1 =60mm,r2 =100mmNFP7 .307)1004602(15. 01000102 . 1b.采用铰制孔螺栓连接采用铰制孔螺栓连接iirFrFmaxmaxziiiTrF1ziirTrF12maxmax受载最大的螺栓受载最大的螺栓所受剪力所受剪力TmaxrmaxFiriFrzTFFmaxmaxrri160120T=10Nm, z=6,求求Fmax

12、=? =? F1= ?= ?r1r2r1 =60mm, r2 =100mmN18.21100460210010001022ziirTrF12maxmax11maxmaxrFrFNrrFF7 .126010018.21max1max1气缸螺栓连接图气缸螺栓连接图D3 3、受轴向力的紧螺栓组、受轴向力的紧螺栓组pFzDpF4/2工作拉力工作拉力4、受倾覆力矩受倾覆力矩M的螺栓组连接的螺栓组连接iiLFLFmaxmaxziiiMLF1ziiLMLF12maxmax0MiFmaxFmaxLiL pPpWMAzFmax0minWMAzFPpAzFP绕轴绕轴y-y受倾覆力受倾覆力矩矩M=10Nm, 求求F

13、 Fmaxmax=? =? ziiLMLF12maxmax160120yyxx LLmax=L=80N25.31804801000102若绕轴若绕轴x-x受倾覆力受倾覆力矩矩M=10Nm, 求求F Fmaxmax=?=? NF7 .27606601000102max约约15%15%约约20%20%约约65%65%FF421dFp16/311dT16/)tan(2312dFdvP42)tan(2112dFddpv5 . 0pFpF1 1、 仅受预紧力仅受预紧力1.3.3系数是考虑扭转切应力系数是考虑扭转切应力的影响的影响 pFd43 . 11设计式设计式3 . 1322ca43 . 121dFp

14、验算式验算式2 . 0 ,fFFfPFFP5减载销减载销减载套筒减载套筒减载键减载键FFpFpFFF 例例1 1：普通螺栓连接，：普通螺栓连接，3 3个螺栓个螺栓,=200MPa,=200MPa,f =0.15, Ks=1.2,F=15000N,求所需螺栓的直径求所需螺栓的直径d1？1)1)不滑移条件：不滑移条件：fZiFKFSP2315. 0150002 . 1=20 000N pFd43 . 112)2)强度条件：强度条件：2002000043 . 1=12.86mmM16 d1=13.835mm气缸螺栓连接图气缸螺栓连接图D2 2、受预紧力和工作拉力的紧螺栓、受预紧力和工作拉力的紧螺栓p

15、FzDpF4/2工作拉力工作拉力预紧力预紧力pFFFFpQ受的总拉力受的总拉力？FFFpQQF？PF未拧紧未拧紧b m F 再受工再受工作载荷作载荷FFFFpQ受的总拉力受的总拉力残残余余预预紧紧力力 m 已拧紧已拧紧, ,未未受工作载荷受工作载荷pFpFpFPFpF力变形b m 力变形pFpF变形力mb FFFpQQFmpF FbmbbpbFCtanmmpmFCtanFbbCFtanmCFFFCCCFmbbFCCCFFFFmbbppQFFCCCFFFFmbbpQpFCCCFmbmp Ss静强度计算静强度计算当工作拉力当工作拉力 F F 变化时，应验算变化时，应验算疲劳强度安全系数疲劳强度安全

16、系数4/21dFQ1.3强度条件：强度条件：相对刚度相对刚度mbbCCC总拉力总拉力FFFCCCFFpmbbpQFpFQFpF力m b 变形pFFFQCdFP421min421maxdFQ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。Cmin2 ,2minmaxminmaxmaam Ktc1s SKKSAtccaminmin122NM MNamScaSmaxlim例例2:图示气缸盖用图示气缸盖用6个普通螺栓连接个普通螺栓连接,已知气缸已知气缸压力压力p=2MPa，D=80mm,取取 试求试求: 1、螺栓小径、螺栓小径d1； （F-工作拉力）工作拉力

17、） 2、安装时预紧力、安装时预紧力,2,5 . 1bmPCCFF?PFpD ,MPa160 解：解：1、求工作拉力、求工作拉力FNDpZFF1674 6480264222、求总拉力、求总拉力FQNFFFFFFPQ41855 . 25 . 1,DFFp3、求螺栓小径、求螺栓小径4、求螺栓的预紧力、求螺栓的预紧力PF mmFdQ58. 6160418543 . 143 . 11NFCCCFFmbbQP3627 1674314185NFFp25115 . 1minL0d二、受剪螺栓连接二、受剪螺栓连接的的 ppLdFmin0 4/20dF剪切强度剪切强度失效形式：失效形式：螺栓剪断螺栓剪断接触表面压

18、溃接触表面压溃挤压强度挤压强度注意：注意： -螺栓材料；螺栓材料； p p-螺栓或孔壁较弱的材料螺栓或孔壁较弱的材料例例3：一横板用两个普通螺栓联在立柱上，已：一横板用两个普通螺栓联在立柱上，已知知P=4000N，L=200mm，d=100mm, f =0.15, , 试求螺栓小径试求螺栓小径d1.2 . 1SK ,300MPaLdP 解解: 1、将外力、将外力P 向螺向螺栓组形心简化。栓组形心简化。P转矩转矩T螺栓组受载螺栓组受载横向力：横向力： P转矩：转矩： T=PL =800000Nmm 2、分析在各载荷作用、分析在各载荷作用下，每个螺栓的受力。下，每个螺栓的受力。NPFP20002

19、:1502800000 :2rzTFT8000NLdP转矩转矩TP1F1F2F2FFFNFFF8246 800020002222213、求合力、求合力PF4、求螺栓的预紧力、求螺栓的预紧力FKfFSP不滑移条件：不滑移条件：NfFKFSP6596815. 082462 . 15、求螺栓小径、求螺栓小径d1 mmFdP08.193006596843.143.116、讨论、讨论1）其他条件不变，使螺栓之间的距离由）其他条件不变，使螺栓之间的距离由100增至增至200mm,对连接有何影响？对连接有何影响？NrzTFT40001002800000 :2NFFF4472 40002000222221合力

20、：合力：NfFKFSP3577615. 044722 . 1 mmFdP05.143003577643.143.11结论：受转矩和倾结论：受转矩和倾覆力矩作用的螺栓覆力矩作用的螺栓组，螺栓应远离螺组，螺栓应远离螺栓组形心或旋转轴栓组形心或旋转轴线。线。ziiSPrfTKF1ziirTrF12maxmaxziiLMLF12maxmax2)当两个螺栓水平布置时当两个螺栓水平布置时, 会有何影响？会有何影响？PLdHLLP例例4：图示支座用：图示支座用4个螺钉连接个螺钉连接,已知已知P=8000N，H=120mm,L=80mm, 取摩擦系数取摩擦系数 f=0.15, 防滑防滑系数系数 试求螺栓小径试求螺栓小径., 2 . 1SK ,MPa120 ,3.0mbbCCC解：解：1、将外力、将外力P 移至接合面形心移至接合面形心HLLPPMHPM横向载荷横向载荷P 倾覆力矩倾覆力矩2、求工作拉力、求工作拉力FHLLPPMFFNLZHPLZM