机械设计——第5章螺纹联接

1、第5章 螺纹联接及螺旋传动联接概论1、联接的功能、联接的功能 实现零件或构件的相对运动锁合实现零件或构件的相对运动锁合 动联接动联接2、广义联接 静联接（全部锁合）-简称联接（部分锁合）（部分锁合） -运动副运动副n3、联接的类型联接的类型：螺纹联接螺纹联接键联接、花键联接、销联接键联接、花键联接、销联接弹性环联接等弹性环联接等联接联接可拆联接可拆联接不可拆联接不可拆联接胶接胶接铆接铆接焊接焊接过盈联接过盈联接联接概论4、按功能原理分材料锁合形状锁合力锁合焊接胶接联接概论第5章 螺纹联接及螺旋传动5.1 螺纹概述螺纹概述第第5 5章章 螺纹联接及螺旋传动螺纹联接及螺旋传动5.1.1 螺纹的类型

2、与应用5.1.1 5.1.1 螺纹的类型与应用螺纹的类型与应用螺纹的结构要素螺纹的结构要素 常用方式常用方式 牙型牙型 矩形、梯形、锯齿形、三角形（联接用） 矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹15303三角形螺纹三角形螺纹30螺纹的牙型5.1.1 5.1.1 螺纹的类型与应用螺纹的类型与应用螺纹的结构要素螺纹的结构要素 常用方式常用方式 牙型牙型 矩形、梯形、锯齿形、三角形（联接用） 旋向旋向 左旋 右旋（优先使用） 5.1.1 螺纹的类型与应用右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹按螺纹的旋向分螺纹的结构要素螺纹的结构要素 常用方式常用方式 牙型牙型 矩形、梯形、锯齿形、三角形（

3、联接用） 旋向旋向 左旋 右旋（优先使用） 线数线数 单线线 多线线（传动用） 5.1.1 螺纹的类型与应用单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹按螺纹的线数分螺纹的结构要素螺纹的结构要素 常用方式常用方式 牙型牙型 矩形、梯形、锯齿形、三角形（联接用） 旋向旋向 左旋 右旋（优先使用） 线数线数 单线线 多线线（传动用） 母体形状母体形状 圆柱体 圆锥体（紧密性好） 5.1.1 螺纹的类型与应用圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹管螺纹管螺纹按母体形状分螺纹的结构要素螺纹的结构要素 常用方式常用方式 牙型牙型 矩形、梯形、锯齿形、三角形（联接用） 旋向旋向 左旋 右旋（优先使用） 线数线数 单线 多线

4、（传动用） 母体形状母体形状 圆柱体 圆锥体（紧密性好）例标准联接件例标准联接件： 圆柱体、单线、右旋、三角螺纹 -形态分析综合法形态分析综合法5.1.1 螺纹的类型与应用（1）直径：大径 d 公称直径。小径 d1强度计算。中径 d2几何计算。5.1.2 螺纹的主要参数5.1.2 螺纹的主要参数（1）直径：大径 d 公称直径。小径 d1强度计算。中径 d2几何计算。（2）线数 n、螺距P、导程 S 计算：S=nP P SS：沿螺旋线转一周所移动的轴向距离Sd2 PP线数 n=25.1.2 螺纹的主要参数（1 1）直径：）直径：大径 d 公称直径。小径 d1强度计算。中径 d2几何计算。（2）线

5、数 n、螺距P、导程 S （4）牙型角 a关系：S=nP （3）螺纹升角tg =S/d2d2S5.1.3 螺纹的自锁与效率(1)(1)自锁条件自锁条件varc tan f / cos （ = a /2） (2)(2)效率：效率：tan/tan(+v) 一般使用场合：一般使用场合：20 则：第5章 螺纹联接及螺旋传动5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结螺纹联接的基本类型、标准联结件件n5.2.15.2.1基本类型基本类型1）螺栓联接普通螺栓联接5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件螺纹联接的基本类型、标准联结件n5.2.15.2.1基本类型基本类型1）螺栓联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接5.2

6、螺纹联接的基本类型、标准联结件螺纹联接的基本类型、标准联结件n5.2.15.2.1基本类型基本类型1）螺栓联接2）螺钉联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件螺纹联接的基本类型、标准联结件n5.2.15.2.1基本类型基本类型1）螺栓联接3）双头螺柱联接2）螺钉联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接5.2 螺纹联接的基本类型、标准联结件螺纹联接的基本类型、标准联结件5.2.15.2.1基本类型基本类型1）螺栓联接3）双头螺柱联接2）螺钉联接4）紧定螺钉联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接5.2.2 标准联接件（表标准联接件（表5-2）第5章 螺纹联接及螺旋传动5.3 螺栓联

7、接的预紧螺栓联接的预紧（1）目的：）目的：提供正压力摩擦力、确保紧密性概念一：预紧预紧（工作前需拧紧）概念二：螺栓受到预紧力作用（2）与预紧力与预紧力F0对应的拧紧力矩对应的拧紧力矩T的计算的计算（式（式5-7）5.3 螺栓联接的预紧螺栓联接的预紧（3） T的控制方法的控制方法 常用方法常用方法：测力矩扳手测力矩扳手 定力矩扳手指针第5章 螺纹联接及螺旋传动5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松（1）松脱的原因）松脱的原因振动 轴向 F0减小或消失 周向 转动趋势 （或）温度变化 变形差 F0下降 周向振动 螺母（杆）转（松）动5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松（1）松脱的原因）松脱的原因（2

8、）防松方式）防松方式 摩擦防松摩擦防松 对顶（双）螺母防松原理：增加摩擦力5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松（1）松脱的原因）松脱的原因（2）防松方式）防松方式 摩擦防松摩擦防松 弹簧垫圈防松原理：增加摩擦力尖端顶住螺母5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松（1）松脱的原因）松脱的原因（2）防松方式）防松方式 摩擦防松摩擦防松 自锁螺母防松原理：增加摩擦力收口5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松（1）松脱的原因（2）防松方式 摩擦防松 机械防松（形锁合） 开口销与开槽六角螺母防松开口销螺母开槽5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松（1）松脱的原因）松脱的原因（2）防松方式）防松方式 摩擦防松摩擦

9、防松 机械防松机械防松（形锁合）（形锁合） 止动垫圈防松上折上折下折下折5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松（1）松脱的原因（2）防松方式 摩擦防松 机械防松（形锁合） 止动垫圈防松上折上折5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松（1）松脱的原因（2）防松方式 摩擦防松 机械防松（形锁合） 串连钢丝防松松脱拧紧5.4 螺栓联接的防松螺栓联接的防松（1）松脱的原因（2）防松方式 摩擦防松 机械防松（形锁合） 破坏可拆第5章 螺纹联接及螺旋传动5.5 螺纹连接的强度计算 第第5 5章章 螺纹联接及螺旋传动螺纹联接及螺旋传动n5.5.1 工作类型与承载分析工作类型与承载分析 松螺栓联接松螺栓联接 预紧力

10、预紧力 无 外载方向外载方向 轴向书图例 图5-21螺杆承载 受拉5.5.1 工作类型与承载分析工作类型与承载分析5.5.1 工作类型与承载分析工作类型与承载分析n松螺栓联接 预紧力 无 外载方向 书图例 螺杆承载 轴向横向图5-21、图5-27受拉剪、挤非必需精密配合面铰制孔用螺栓联接5.5.1 工作类型与承载分析工作类型与承载分析n5.5.1 工作类型与承载分析工作类型与承载分析 松螺栓联接松螺栓联接 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接 预紧力预紧力 无 不需 外载方向外载方向 书图例书图例 螺杆承载螺杆承载 结论：结论： 轴向轴向横向横向轴向轴向图5-21、图5-27图5-18、受拉剪、挤

11、受拉紧螺栓联接 有n 松螺栓联接松螺栓联接 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接 紧螺栓联接紧螺栓联接 预紧力预紧力 无 不需 有 外载方向外载方向 书图例书图例 螺杆承载螺杆承载 结论：结论： 轴向轴向 横向横向横向横向轴向轴向图5-21、图5-27图5-18图5-22受拉剪、挤受拉5.5.1 工作类型与承载分析工作类型与承载分析n 松螺栓联接 铰制孔用螺栓联接 紧螺栓联接 预紧力 无 不需 有 外载方向 书图例 螺杆承载 结论：紧联接螺杆受拉 其余螺杆承载与外载对应 轴向轴向、横向、横向横向横向轴向轴向图5-21、图5-27图5-18、 图5-22受拉剪受拉5.5.1 工作类型与承载分析工作类

12、型与承载分析5.5.2 计算准则计算准则（1）受剪螺栓）受剪螺栓（2）受拉螺栓）受拉螺栓失效形式螺牙：挤、剪、变形失效形式螺牙：挤、剪、变形 螺杆：断裂螺杆：断裂 螺栓标准件螺栓标准件“等强度等强度”计算准则：危险截面处计算准则：危险截面处 ca 松螺栓联接（普通拉杆）松螺栓联接（普通拉杆）421dFca紧螺栓联接？紧螺栓联接？ 5.5.3 紧螺栓联接的强度计算紧螺栓联接的强度计算（1）螺杆的应力状态）螺杆的应力状态 螺纹摩擦力矩螺纹摩擦力矩预紧力、轴向外载预紧力、轴向外载拉应力（拉应力（ ） 扭转切应力（扭转切应力（ ） （2）强度计算理论）强度计算理论“第第4理论理论”223caM10M6

13、4 0.5 3 . 1)5 . 0(322（3）强度计算式）强度计算式设F2螺栓承受的轴向总载荷43 . 1212dFca5.5.3 紧螺栓联接的强度计算紧螺栓联接的强度计算（4）轴向总载荷轴向总载荷F2的计算的计算 横向外载螺栓仅受预紧力F0 0 F2 2F0 0（4）轴向总载荷）轴向总载荷F2的计算的计算 横向外载：横向外载：F2F0 轴向外载（轴向外载（F） 工作前螺栓承受预紧力工作时又作用有轴向工作载荷螺栓总载荷:F2= F0+F ?（4）轴向总载荷）轴向总载荷F2的计算的计算 横向外载：横向外载：F2F0 轴向外载（轴向外载（F）状态 被联接件 螺栓 压缩量 压力 伸长量 拉力未拧紧

14、 0 0 0 0 （4）轴向总载荷F2的计算状态 被联接件 螺栓 压缩量 压力 伸长量 拉力未拧紧 0 0 0 0 （4）轴向总载荷F2的计算状态 被联接件 螺栓 拧 紧 m bF0F0压缩量伸长量压力拉力（4）轴向总载荷F2的计算状态 被联接件 螺栓 加轴载 m = m - b +F0 F1F1+F伸长量压缩量压力拉力（4）轴向总载荷）轴向总载荷F2的计算的计算 横向外载：横向外载：F2F0 轴向外载（轴向外载（F）状态 被联接件 螺栓 压缩量 压力 伸长量 拉力未拧紧 0 0 0 0 拧 紧 mF0 bF0加轴载加轴载 m = m -F0 F1 b +F1+FF2= F1+F 残余预紧力（

15、取值残余预紧力（取值P83）（4）轴向总载荷）轴向总载荷F2的计算的计算 横向外载：横向外载：F2F0 轴向外载（轴向外载（F）：）： F2= F1+F 残余预紧力（取值P83）第5章 螺纹联接及螺旋传动5.6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计第第5 5章章 螺纹联接及螺旋传动螺纹联接及螺旋传动5.6.1 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计5.6.1 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计布置、数量、形状要求：1）满足紧密性、联结固定的结构要求 2）使螺栓具有最佳的尺寸 3）加工装配工艺性好设计要点：1）合理的间距、边距紧密性扳手空间扳手空间5.6.1 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的

16、结构设计5.6.1 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计布置、数量、形状要求：1）满足紧密性、联结固定的结构要求 2）使螺栓具有最佳的尺寸 3）加工装配工艺性好设计要点：1）合理的间距、边距（紧密性、扳手空间）（紧密性、扳手空间）2) 合理承载（掌握好螺栓组受力分析）（掌握好螺栓组受力分析）5.6.1 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计5.6.1 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计布置、数量、形状要求：1）满足紧密性、联结固定的结构要求 2）使螺栓具有最佳的尺寸 3）加工装配工艺性好设计要点：1）合理的间距、边距（紧密性、扳手空间）（紧密性、扳手空间）2) 合理承载（掌握好螺栓

17、组受力分析）（掌握好螺栓组受力分析）3）对称：结合面和布置形状、偶数、螺栓尺寸一致（加工、受（加工、受力、布置力、布置* *）5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析目 的：求出受力最大的螺栓及其作用力基本假设：被联接件为刚体、预紧力相同、联接件刚度相同、 弹性变形一致分析方法：4种典型载荷下的受力分析，叠加合成法. 一般载荷分析原因：组中各螺栓受力常常是不均匀原因：组中各螺栓受力常常是不均匀5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析螺栓组承受的4种典型载荷作用：2受横向载荷FSFS4受倾覆力矩OM3受转矩riOT1受轴向载荷FFS5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联

18、接的受力分析1). 受横向载荷FS (FS过形心)：两种承载方式 普通螺栓 铰制孔用螺栓 （摩擦力承载）（摩擦力承载）-求预紧力求预紧力 （螺栓受剪）（螺栓受剪） -求剪力求剪力 形心5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析1). 受横向载荷FS (FS过形心)：(1）受拉螺栓预紧力F0f F0zi KS FS S fziFKFS0Ks防滑系数 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析1). 受横向载荷FS (FS过形心)：(2) 受剪螺栓剪力受剪螺栓剪力F变形协调：FFS S/z 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析1). 受横向载荷FS (FS过形心

19、)：(1)受拉螺栓预紧力受拉螺栓预紧力F0f F0zi KS FS S fziFKFS0Ks防滑系数 (2) 受剪螺栓剪力受剪螺栓剪力F变形协调：FFS S/z 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T被联接件的旋转中心螺栓组形心5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T被联接件的旋转中心螺栓组形心两种承载方式 普通螺栓 铰制孔用螺栓 （摩擦力承载）（摩擦力承载）-求预紧力求预紧力 （螺栓受剪）（螺栓受剪） -求剪力求剪力 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(1)受拉螺栓

20、预紧力 (预紧力相等、底座摩擦力矩等于T)fF0r1 +fF0r2+fF0rz KST5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩TziiSrfTK1(1)受拉螺栓预紧力 (预紧力相等、底座摩擦力矩等于T)fF0r1+fF0r2+fF0rz KST )(210zSrrrfTKF5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(2)受剪螺栓的剪力（底板静力平衡）（底板静力平衡） F1r1 +F2r2+Fzrz TTrFziii15.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(2)受剪螺栓的剪力（底

21、板静力平衡）（底板静力平衡） TrFziii1变形协调 形心螺栓1中心螺栓2中心5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(2)受剪螺栓的剪力（底板静力平衡）（底板静力平衡） TrFziii1变形协调 （剪切变形量与旋转半径成比例）（剪切变形量与旋转半径成比例）剪力与力臂（转动半径）成比例 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(2)受剪螺栓的剪力（底板静力平衡）（底板静力平衡） TrFziii1变形协调 剪力与力臂（转动半径）成比例 i/ ri= j /rjFi / ri=Fj / rj), 1(12zjTrrF

22、ziijjijjirrFF 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(2)受剪螺栓的剪力（底板静力平衡）（底板静力平衡） TrFziii1变形协调 剪力与力臂（转动半径）成比例 ), 1(12zjTrrFziijjziijrTrjF125.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析2).受旋转力矩受旋转力矩T(2)受剪螺栓的剪力（底板静力平衡）（底板静力平衡） TrFziii1变形协调 剪力与力臂（转动半径）成比例 ), 1(12zjTrrFziijjziijrTrjF12ziirTrF12maxmax5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析3) 受轴向载荷受轴向载荷FS S（FS S过形心过形心）zFF单个螺栓的工作载荷5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析4)受倾覆力矩受倾覆力矩MziiLMLF12maxmax 在 M 作用下，底板有绕通过螺栓组形心的轴线 O 转动的趋势。底板上翻，机座放松，螺栓进一步拉紧底板下压，螺栓放松根据底板静力平衡变形协调可推得： 5.6.2 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析5) 一般载荷作用下的受力分析一般载荷作用下的受力分析例：分析图示扳手中的普通螺栓组联接的螺栓受力 5) 一般载荷作用下的受力分析一般载荷作用下的受力分析例：分析图示扳手中的普通螺栓组联接的螺栓受力