项目四螺纹连接及设计

1、1机械设计基础联接任务任务：能根据客户给定的条件设计螺纹能根据客户给定的条件设计螺纹 1制定螺纹设计的设计方案。制定螺纹设计的设计方案。 2合理选用材料。合理选用材料。 3采用估算法设计螺纹直径，并进行采用估算法设计螺纹直径，并进行 强度校核。强度校核。 2v能力目标：能力目标：vA2. 能够运用技术资料（如国家标准、相关设计手册、图册），会选用能够运用技术资料（如国家标准、相关设计手册、图册），会选用标准零件；标准零件；v A3. 能根据客户要求，用现代方法能根据客户要求，用现代方法-CAD进行通用零件、专用机械零部件进行通用零件、专用机械零部件的设计；的设计； vA4. 能够对设计的通用零

2、件进行强度校核计算；能够对设计的通用零件进行强度校核计算；vA5具备机械设备使用、维护管理和故障分析的能力；具备机械设备使用、维护管理和故障分析的能力；v 知识目标：知识目标：vK2. 熟悉常用机构的工作原理、组成、分类、特点及应用场合；熟悉常用机构的工作原理、组成、分类、特点及应用场合；vK3. 掌握常用机构设计的基本方法；掌握常用机构设计的基本方法；vK4. 理解有关机械设计计算的基本理论；理解有关机械设计计算的基本理论；vK5. 掌握机构的结构、运动特性、机械动力学的基础知识；掌握机构的结构、运动特性、机械动力学的基础知识；vK6. 掌握通用零件的工作原理、特点、组成、分类及应用场合；掌

3、握通用零件的工作原理、特点、组成、分类及应用场合；v其他素质：其他素质：vQ1. 领悟并执行领悟并执行7S管理，使学生具备职业素养管理，使学生具备职业素养vQ2. 具有主动参与、积极进取、崇尚科学、实事求是的学习态度和思想具有主动参与、积极进取、崇尚科学、实事求是的学习态度和思想意识意识vQ3. 具有的科学态度和辩证思维能力和创新精神具有的科学态度和辩证思维能力和创新精神vQ4. 培养良好的职业道德和正确的设计思维方式培养良好的职业道德和正确的设计思维方式vQ5. 培养创新意识和解决实际问题的能力培养创新意识和解决实际问题的能力vQ6. 具有良好的团队合作精神与竞争意识具有良好的团队合作精神与

4、竞争意识3静联接静联接动联接动联接运动副运动副机械设计基础联接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联接静联接动联接动联接(运动副运动副)可拆联接：可拆联接：螺纹联接、键联接、销联接等螺纹联接、键联接、销联接等不可拆联接不可拆联接：铆接、焊接、胶接等：铆接、焊接、胶接等联接联接4一、螺纹的主要参数一、螺纹的主要参数1 螺纹形成螺纹形成v螺旋线形成：螺旋线形成：倾斜线绕在圆柱体上倾斜线绕在圆柱体上形成的曲线形成的曲线v螺纹形成：螺纹形成：平面图形沿螺旋线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、锯齿形、半圆形螺纹v螺旋线的数目螺旋线的数

5、目(线数线数):单线、多线单线、多线机械设计基础联接v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v问题：问题：旋向判断旋向判断 ？v粗牙螺纹粗牙螺纹 一般联接一般联接v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 d2SP联接联接传动传动 5螺纹旋向判断螺纹旋向判断v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v旋向判断旋向判断:(1)轴线垂直放，右边高轴线垂直放，右边高右旋右旋 左左边高边高左旋左旋机械设计基础联接v(2)右手旋，前进右手旋，前进右旋右旋v 左左手旋

6、，前进手旋，前进左旋左旋6 d2 2 主要参数主要参数v大径大径d、D：最大直径最大直径公称直径公称直径v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v 强度直径强度直径v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v螺距螺距P：相邻两牙轴向距离相邻两牙轴向距离v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机械设计基础联接v升角升角 ：螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角螺纹与其轴线的垂直平面所成的夹角v牙型角牙型角a a ：螺纹两侧边的夹角螺纹两侧边的夹角d1D, dSP7

7、用于联接用于联接 三角形螺纹：三角形螺纹： 普通螺纹（紧固联接）普通螺纹（紧固联接） 管螺纹（紧密联接）管螺纹（紧密联接）用于传动用于传动 梯形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹锯齿形螺纹二、机械制造二、机械制造常用螺纹常用螺纹8普通螺纹普通螺纹 我国国家标准中，把我国国家标准中，把牙型角牙型角6060o o的三角形米制螺纹称的三角形米制螺纹称为普通螺纹。为普通螺纹。粗牙螺纹和细牙螺纹粗牙螺纹和细牙螺纹 同一公称直径的螺纹可以有多种螺距，其中螺同一公称直径的螺纹可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹。距最大的称为粗牙螺纹，其余都称为细牙螺纹。 一般情况下的联接都应选择粗牙螺纹。一

8、般情况下的联接都应选择粗牙螺纹。9细牙螺纹的特点细牙螺纹的特点 小径大小径大, ,螺距小螺距小, ,螺纹升角小螺纹升角小, ,所以自锁性好所以自锁性好, ,强度高强度高, ,但不耐但不耐磨磨, ,易滑扣。它适用于易滑扣。它适用于薄壁零件薄壁零件、受动载荷的联接受动载荷的联接、微调机构微调机构及及管道密封管道密封。 粗牙螺纹与细牙螺纹的区别：粗牙螺纹与细牙螺纹的区别：10管螺纹管螺纹 用于需要密封气、液管道。用于需要密封气、液管道。管螺纹分类管螺纹分类 非螺纹密封的管螺纹（非螺纹密封的管螺纹（5555o o） 螺纹密封的管螺纹（螺纹密封的管螺纹（5555o o） 6060o o圆锥管螺纹（圆锥管

9、螺纹（6060o o） 11梯形螺纹梯形螺纹 一般用于传动一般用于传动. . 55o。效率较低效率较低, ,但克服了矩形螺但克服了矩形螺纹的缺点，应用广泛。纹的缺点，应用广泛。 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 一般用于传动一般用于传动. .效率高效率高, ,强度大强度大, ,单向传动。单向传动。矩形螺纹矩形螺纹：实际中很少使用。：实际中很少使用。121. 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型v螺栓联接螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接v双头螺栓联接双头螺栓联接v螺钉联接螺钉联接v紧定螺钉紧定螺钉v其它联接：地脚螺栓、吊环螺钉其它联接：地脚螺栓、吊环螺钉v螺纹联接类型主要根据受力

10、、结构形式、螺纹联接类型主要根据受力、结构形式、装拆要求等进行选择装拆要求等进行选择机械设计基础联接四、螺纹联接件主要类型四、螺纹联接件主要类型13螺栓联接螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接v特点：特点：孔与杆间有间隙、被联接孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便件上无需切制螺纹、装拆方便v适用场合：适用场合：经常装拆的一般场合经常装拆的一般场合铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接v特点：特点：孔与杆间无间隙、被联接孔与杆间无间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便件上无需切制螺纹、装拆方便v适用场合：适用场合：承受横向载荷的场合承受横向载荷的场合机械设计基础联接14双头螺栓、螺钉联接双头螺栓、

11、螺钉联接双头螺栓联接双头螺栓联接v特点：特点：孔与杆间有间隙、被联接孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便件上无需切制螺纹、装拆方便v适用场合：适用场合：用于被联接件之一较用于被联接件之一较厚、经常装拆的场合厚、经常装拆的场合螺钉联接螺钉联接v特点：特点：孔与杆间有间隙、被联接孔与杆间有间隙、被联接件上无需切制螺纹、装拆方便件上无需切制螺纹、装拆方便v适用场合：适用场合：被联接件之一较厚，被联接件之一较厚，且不常装拆的场合且不常装拆的场合机械设计基础联接15紧定螺钉联接紧定螺钉联接适用场合：适用场合：v多用于轴上零件的固定，多用于轴上零件的固定，传递较小的力传递较小的力v锥端螺钉联接

12、锥端螺钉联接v平端螺钉联接平端螺钉联接v圆柱端螺钉联接圆柱端螺钉联接机械设计基础联接16其他联接其他联接v地脚螺栓联接、地脚螺栓联接、吊环螺栓联接吊环螺栓联接、 T形槽螺栓联接形槽螺栓联接机械设计基础联接172.标准螺纹联接件标准螺纹联接件v螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓 铰制孔螺栓铰制孔螺栓v双头螺栓双头螺栓v螺钉螺钉联接螺钉联接螺钉紧定螺钉、自攻螺钉紧定螺钉、自攻螺钉v螺母螺母：六角螺母、圆螺母：六角螺母、圆螺母v垫圈垫圈：平垫圈、斜垫圈：平垫圈、斜垫圈螺纹联接件通过组合形成螺纹联接螺纹联接件通过组合形成螺纹联接机械设计基础联接181. 1. 螺栓联接螺栓联接一、螺纹连接的类型一、螺纹连接的类型

13、 7.2 7.2螺纹联接预紧与防松螺纹联接预紧与防松19拧紧目的拧紧目的：提高螺栓联接刚：提高螺栓联接刚性、紧密性、紧固性要求；以性、紧密性、紧固性要求；以及防松及防松拧紧力矩和预紧力拧紧力矩和预紧力预紧：预紧： 安装时将螺母拧紧，使联接受到一定的预紧力安装时将螺母拧紧，使联接受到一定的预紧力 。F螺纹间摩擦力矩螺纹间摩擦力矩支承面处与螺母间摩擦力矩支承面处与螺母间摩擦力矩拧紧力矩拧紧力矩T T螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接螺纹连接)(221 tgdFTT T2 2 = f fc c F rf所以：所以：T=T1+T2=KFd20F F/ /预紧力预紧力;d;d2 2螺纹

14、中径螺纹中径; ; / /当量摩擦角当量摩擦角 ; ; f fc c螺母与被联接件支承面间摩擦系数螺母与被联接件支承面间摩擦系数, ,无润滑时无润滑时取取f fc c0.150.15；r rf f支承面摩擦半径支承面摩擦半径r rf f(D(D1 1+d+d0 0)/4 )/4 ；式中式中D D1 1、d d0 0螺母支承面的外径、内径。螺母支承面的外径、内径。螺纹连接螺纹连接注意：对于重要的联接，尽可能不采用注意：对于重要的联接，尽可能不采用直径过小直径过小( (M12)M12)的螺栓。的螺栓。简化计算：对简化计算：对M10M10M68M68的粗牙普通螺纹的粗牙普通螺纹 取取 f f / /

15、=tg =tg / / =0.15 =0.15 ， f fc c0.150.15得：得：T0.2FT0.2F d N.mmd N.mm21控制拧紧力矩方法控制拧紧力矩方法 1 1）拧紧程度）拧紧程度通常由经验控制通常由经验控制2 2）重要联接）重要联接根据联接要求决定根据联接要求决定 计算出计算出T T的值的值 。在拧紧时用。在拧紧时用侧力矩扳手侧力矩扳手或或定力定力矩扳手矩扳手控制控制T T 按按T T计算式计算式螺纹连接螺纹连接22使用测力矩扳手使用测力矩扳手 测力矩扳手原理：利用弹性测力矩扳手原理：利用弹性件的变形量正比于拧紧力矩的原件的变形量正比于拧紧力矩的原理，借助手柄上的指针指示刻

16、度理，借助手柄上的指针指示刻度扳上拧紧力矩值扳上拧紧力矩值, ,以控制以控制F F。 使用定力矩扳手使用定力矩扳手 定力矩扳手原理：当拧紧力定力矩扳手原理：当拧紧力矩超过规定值时，弹簧压缩，卡矩超过规定值时，弹簧压缩，卡盘与圆柱销之间打滑，如果继续盘与圆柱销之间打滑，如果继续转动手柄，卡盘不再回转，拧紧转动手柄，卡盘不再回转，拧紧力矩的大小可用螺钉调整弹簧压力矩的大小可用螺钉调整弹簧压力来加以控制。力来加以控制。螺纹连接螺纹连接231 1、螺纹联接多采用单线普通螺纹，一般都具有自锁性；、螺纹联接多采用单线普通螺纹，一般都具有自锁性；2 2、在静载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松、在静

17、载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松脱。但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时，脱。但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时，3 3、联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须、联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须考虑放松问题。考虑放松问题。防松方法：防松方法： 摩擦防松摩擦防松 机械防松机械防松永久止动永久止动螺纹连接的防松螺纹连接的防松螺纹连接螺纹连接24 4.2 4.2螺纹联接预紧与防松螺纹联接预紧与防松v螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动v螺纹联接防松的方法按工作原理可分为螺纹联接防松的方法按工作原理可分为:1

18、摩擦防松摩擦防松2 机械防松机械防松3 其它：其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）机械设计基础联接251 摩擦防松摩擦防松v使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副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转动的摩擦阻力矩v弹簧垫圈防松、对顶螺母弹簧垫圈防松、对顶螺母(双螺母双螺母)防松防松机械设计基础联接26对顶螺母防松对顶螺母防松v使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副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转动的摩擦阻力矩v对顶螺母防松对顶螺母防松机械设计基础联接272 机械防松

19、机械防松v用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性转动的可能性v开口销、止动垫圈、串联钢丝防松开口销、止动垫圈、串联钢丝防松机械设计基础联接螺栓螺栓开槽螺母开槽螺母开口销开口销装配图装配图28止动垫圈防松止动垫圈防松v用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对用机械装置把螺母和螺栓联成一体，消除了它们之间相对转动的可能性转动的可能性机械设计基础联接29串联钢丝防松串联钢丝防松机械设计基础联接正确错误v用机械装用机械装置把螺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

20、性可能性303 其它：其它：破坏螺纹副关系破坏螺纹副关系v焊接焊接v铆冲铆冲机械设计基础联接31一次性使用的方法一次性使用的方法32 4.3 4.3 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算松螺栓联接：松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力无预紧力，只有工作拉力紧螺栓联接：紧螺栓联接：有预紧力，还有工作拉力有预紧力，还有工作拉力1 失效形式失效形式2 设计步骤设计步骤3 松螺栓联接强度设计松螺栓联接强度设计4 紧螺栓联接强度设计紧螺栓联接强度设计仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接受偏心载荷的紧螺栓联接受偏

21、心载荷的紧螺栓联接机械设计基础联接螺栓组联接螺栓组联接331 失效形式失效形式v失效形式：失效形式：v 1. 螺栓杆拉断（普通螺栓）螺栓杆拉断（普通螺栓）v 2. 螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）v 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v普通螺栓主要为普通螺栓主要为螺纹部分发生断裂螺纹部分发生断裂v受剪螺栓受剪螺栓(铰制孔螺栓铰制孔螺栓)主要为压溃和剪切主要为压溃和剪切机械设计基础联接342 设计步骤设计步骤一般设计步骤：一般设计步骤：v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 单个螺栓单个螺栓受力分析和失效分析受力分析

22、和失效分析 单个螺栓强度计算单个螺栓强度计算确定螺栓的尺确定螺栓的尺寸（直径、长度）寸（直径、长度）v试算法：试算法：先选定一个螺栓直径先选定一个螺栓直径d 查查 计算计算d1。v若若d1与与d1（假定的小径）相近，则合用；否则再选（假定的小径）相近，则合用；否则再选机械设计基础联接353 松螺栓联接强度设计松螺栓联接强度设计v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)v失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断 (静、疲劳静、疲劳)v设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度v强度条件：强度条件： v设计计算方法：设计计算方法：v校核式校核式 :v设计式设计式:机械设计基础联接

23、214dFAF41Fd F36例题例题已知：吊钩上的载荷已知：吊钩上的载荷F Fa a = 25kN,= 25kN,材料为材料为3535钢钢, ,许用许用拉应力拉应力 = 60 N/mm= 60 N/mm2 2。确定螺纹。确定螺纹解解:mmFda033.236010254431查表得出：查表得出： 螺纹螺纹 M27 M27 的的d=27mm,dd=27mm,d1 1=23.752mm=23.752mm，略大于所，略大于所求的小径，合适。因此吊钩的螺纹可用求的小径，合适。因此吊钩的螺纹可用 M27M27。根据设计公式根据设计公式374 紧螺栓联接强度设计紧螺栓联接强度设计(1) 仅受预紧力的紧螺

24、栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接v受载荷形式受载荷形式拧紧后拧紧后:轴向拉伸轴向拉伸(工作拉力工作拉力Fs)v 拧紧过程中拧紧过程中:轴向拉伸轴向拉伸Fs 、扭力、扭力Tv失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断 (拉、扭综合作用拉、扭综合作用)v设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度v强度条件：强度条件： v设计计算方法：设计计算方法：v校核式校核式 :机械设计基础联接TFsFs拧紧力矩拧紧力矩T T剪应力剪应力预紧拉力预紧拉力F FS S拉应力拉应力5 .0 3 . 1)5 . 0(332222 4/3 . 121 dFSx1.341 SFd v设计式设计式:38（2 2） 受横向载荷的螺栓

25、联接受横向载荷的螺栓联接A 普通螺栓普通螺栓联接联接抵抗横向载荷的作用力抵抗横向载荷的作用力 结合面内的摩擦力结合面内的摩擦力决定摩擦力的因素决定摩擦力的因素 螺栓的预紧力、接合面摩擦系数螺栓的预紧力、接合面摩擦系数 39 mF mF0 0f f CF CF F F0 0 CF/mfCF/mf其中其中 m m：接合面：接合面 C C：可靠性系数（：可靠性系数（ C=1.1 - 1.3)C=1.1 - 1.3) f: f:摩擦系数（摩擦系数（0.15 - 0.20.15 - 0.2）针对常用材料的计算针对常用材料的计算当当 f=f=0.150.15，C=C=1.21.2，m=1 m=1 时时 F

26、 F0 0 7F7F 只靠摩擦力来承担横向载荷时，要求予紧力相当大，螺只靠摩擦力来承担横向载荷时，要求予紧力相当大，螺栓尺寸也将较大，不可靠，所以我们应避免采用此机构。栓尺寸也将较大，不可靠，所以我们应避免采用此机构。 一般采用减载装置。加装键、销或套筒承担横向载荷。一般采用减载装置。加装键、销或套筒承担横向载荷。40减荷措施减荷措施 减荷销减荷销 减荷套筒减荷套筒 减荷键减荷键螺栓起联接作用，载荷由螺栓起联接作用，载荷由减荷销、套筒、键减荷销、套筒、键承担承担减荷销、套筒、键的计算减荷销、套筒、键的计算 按剪切和挤压进行强度核算（材料力学）按剪切和挤压进行强度核算（材料力学）41(3) 受轴

27、向静载荷的紧螺栓联接受轴向静载荷的紧螺栓联接v受载荷形式受载荷形式拧紧过程中拧紧过程中: 轴向拉伸轴向拉伸Fs 、扭力扭力Tv工作时，工作时，再承受工作载荷再承受工作载荷Fv此时，螺栓所受的总拉力此时，螺栓所受的总拉力:vF0 = FS+F ?机械设计基础联接TFSFSFFF0F0v须根据静力平衡方程和变形协调条件求解须根据静力平衡方程和变形协调条件求解42受力和变形关系受力和变形关系变形协调条件变形协调条件: l l1 1 l lb l l机械设计基础联接F0F+FSF0=F+FSl l1l lb l l1 l lbTFSFSFFF0F0FsFsFsFs预紧预紧FS受载受载F螺栓螺栓被联接件

28、被联接件拉力拉力FS，伸长，伸长l l1压力压力FS，压缩，压缩l lb拉力拉力F0, 伸长伸长l l1 1 l l1 1压力压力FS, 压缩压缩l lb - l lb未预紧未预紧 未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形FF43一般要求一般要求 FFs s=(0.2-1.8)=(0.2-1.8)F F紧螺栓联接对残余预紧力紧螺栓联接对残余预紧力F FR R的要求的要求: : 保证被联接件的接合面不出现缝隙。保证被联接件的接合面不出现缝隙。 当当F F没有变化时，没有变化时， Fs (O.2 - 0.6)F(O.2 - 0.6)F； 当当F F有变化时，有变化时， Fs (0.

29、6 - 1.0)F(0.6 - 1.0)F； 有紧密性要求的联接有紧密性要求的联接( (如压力容器如压力容器) )， Fs (1.5 - 1.8)F(1.5 - 1.8)F。 44受轴向静载荷螺栓强度计算受轴向静载荷螺栓强度计算v螺栓受到的总拉力螺栓受到的总拉力F0= F+ FSv则螺栓强度计算公式：则螺栓强度计算公式：机械设计基础联接v校核式校核式 :4/3 . 1210 dFx1.3401 Fd v设计式设计式:45（4）受剪螺栓连接）受剪螺栓连接铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓的计算的计算 按剪切和挤压进行强度核算。按剪切和挤压进行强度核算。46其中其中 p p 、 和和S S表表7.87.8

30、减载装置的强度计算公式与铰制孔的螺栓其减载装置的强度计算公式与铰制孔的螺栓其强度相同。强度相同。剪切强度剪切强度挤压强度挤压强度SdmFAFSaa40螺栓受剪切力和挤压力SdFAFSpaap047螺栓组联接的基本螺栓组联接的基本受载类型：受载类型：2受横向载荷FSFS4受倾覆力矩OM3受转矩riOT1受轴向载荷FFS假设：假设：所有螺栓的刚度和预紧力均相同；所有螺栓的刚度和预紧力均相同； 被联接件为刚体；被联接件为刚体； 各零件的变形在弹性范围内。各零件的变形在弹性范围内。 4.4 4.4 螺栓组连接的受力分析与设计螺栓组连接的受力分析与设计485-4 螺栓组联接受力分析一、承受轴向载荷的螺栓

31、组连接一、承受轴向载荷的螺栓组连接 如图所示为压力容器的螺栓组如图所示为压力容器的螺栓组连接，所受轴向总载荷连接，所受轴向总载荷F FQ Q通过螺栓通过螺栓组组形心形心，螺栓组各螺栓所受的工作，螺栓组各螺栓所受的工作载荷载荷 相等。相等。F24QFD p螺栓数目螺栓数目注：如注：如 FQ不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计QFFz轴向外载荷轴向外载荷受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接 49受横向载荷1二、承受横向载荷的螺栓组连接二、承受横向载荷的螺栓组连接. .普通螺栓连接普通螺栓连接 螺栓预紧后在被联接

32、件的接螺栓预紧后在被联接件的接触面上产生正压力，靠由此产生触面上产生正压力，靠由此产生的摩擦力承受的摩擦力承受 。SsF 保证被联接件不相对滑动，保证被联接件不相对滑动，须满足：须满足：SssKFmzF则则所需预紧力所需预紧力为为mzKFFssS式中：式中：K K可靠性系数可靠性系数 结合面的摩擦因数结合面的摩擦因数m m结合面数结合面数s螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计受横向载荷的螺栓组连接受横向载荷的螺栓组连接 50受横向载荷2. . 受铰制孔螺栓连接受铰制孔螺栓连接各螺栓承受的横向力各螺栓承受的横向力 相等。相等。sFzFFssS分别进行分别进行剪切强度剪切强度和和挤压强挤压强度度计算。

33、计算。螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计三、承受转矩三、承受转矩 T T 的螺栓组连接的螺栓组连接连接受载后有绕螺栓组连接受载后有绕螺栓组形心转动的趋势，螺栓形心转动的趋势，螺栓受力情况与承受横向工受力情况与承受横向工作载荷的螺栓连接类似作载荷的螺栓连接类似 承受转矩的螺栓组连接承受转矩的螺栓组连接 51承受转矩 T 时1. .普通螺栓连接普通螺栓连接 靠结合面上的摩擦力承受靠结合面上的摩擦力承受T T 。 保证底板在保证底板在 T T 作用下不转作用下不转动，须满足动，须满足zsssrFrFrF 21KT则所需预紧力则所需预紧力F)(21zsrrrKT 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计r r1

34、 1、r r2 2、rzrz各螺栓中心与螺栓组形心间的距离。各螺栓中心与螺栓组形心间的距离。52承受转矩 T 时2. . 铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接各螺栓所受的工作剪力各螺栓所受的工作剪力 与其中心到底板中心的距离与其中心到底板中心的距离 成正比。成正比。siFir底板的静力平衡方程为底板的静力平衡方程为TrFrFrFzszss 2211联立两式求解，得联立两式求解，得最大工作剪力最大工作剪力22221maxmaxzsrrrTrF zszssrFrFrF 2211即即螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计53受翻转力矩M时1四、承受倾翻力矩四、承受倾翻力矩 M M 的螺栓组连接的螺栓组连接 在在

35、M M 作用下，底板有绕通过螺作用下，底板有绕通过螺栓组形心的轴线栓组形心的轴线 O O 转动的趋势。转动的趋势。 在前述假设下，各螺栓所在前述假设下，各螺栓所受的工作拉力受的工作拉力 与其中心到翻与其中心到翻转轴线的距离转轴线的距离 成正比成正比。iFilmax1212maxzzFFFFllll底板的静力平衡方程为底板的静力平衡方程为MrFrFrFzz 2211联立两式求解，得联立两式求解，得最大工作拉力最大工作拉力22221maxmaxzrrrMrF 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计54受翻转力矩M时20minPWMAFz为防止为防止结合面受压最小处结合面受压最小处出现间隙出现间隙，要求，

36、要求：maxPPWMAFz为防止为防止结合面受压最大处结合面受压最大处被压溃被压溃，要求：，要求：式中：式中：A结合面的面积（结合面的面积（mm2）W结合面的抗弯截面模量（结合面的抗弯截面模量（mm3）许用挤压应力（许用挤压应力（Mpa）p实际中，螺栓组往往同时承受两种或实际中，螺栓组往往同时承受两种或两种以上的载荷。两种以上的载荷。螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 工作时承受工作时承受外载荷外载荷F FP P 轴向载荷轴向载荷FV横向载荷横向载荷FH 翻转力矩翻转力矩M55 4.5 4.5螺栓材料和许用应力螺栓材料和许用应力v材料：材料：一般用途：一般用途：低碳钢或中碳钢低碳钢或中碳钢 (3

37、545及及Q235Q275)重要联接：重要联接：合金钢（合金钢（ 40Cr、30CrMnTi ）v国标国标(GB/T 3098.1_2000)规定螺栓按材料的力学性能分出十个等级：规定螺栓按材料的力学性能分出十个等级：v3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9v规则：规则：小数点前数字表示小数点前数字表示 B/100, 小数点后数字表示小数点后数字表示10 S/ Bv如：如：5.8级：表示级：表示 B=500MPa ， S=400MPav许用应力：许用应力：表表7-1机械设计基础联接v计算螺栓小径时采用试算法来选用计算螺栓小径时采用试

38、算法来选用s s 56已知：一钢制液压油已知：一钢制液压油缸，油缸壁厚缸，油缸壁厚t t为为10mm10mm，油压油压P=1.6MPaP=1.6MPa，D=160mmD=160mm，计算螺栓联，计算螺栓联接和螺栓分布圆直径。接和螺栓分布圆直径。解：解：1 1 计算工作载荷计算工作载荷F FE E， 取螺栓取螺栓Z=8Z=8。KNZDpFE02. 484)160(6 . 1422572 求总拉力求总拉力 Fa=FFa=FE E+F+FR R=F=FE E+1.8F+1.8FE E=2.8F=2.8FE E =2.8 =2.8 4.02=11.3kN4.02=11.3kN3 求螺栓直径求螺栓直径

39、s s=355=355MPa (MPa (选取选取4545号钢号钢) ) S=3 S=3 ( (装配时不要求严格控制预紧力装配时不要求严格控制预紧力) ) = s s/S=355/3=118/S=355/3=118MPaMPa 计算出螺栓小径计算出螺栓小径 mmFda6 .12118103 .113 . 143 . 1431 查附表查附表7-1(P108)M=167-1(P108)M=16，再查表，再查表7.9(P96)7.9(P96)，S=3S=3是正确的是正确的. .58mmZDl4 .8682200 由由P143P143注释可知，当注释可知，当p p 1.61.6MPaMPa时时, ,要

40、求要求l l 7d7d，可知取的可知取的D D0 0和和Z Z是合适的是合适的. .4 4 确定螺栓的分布圆直径确定螺栓的分布圆直径: : 从从P137P137图图10-910-9可得螺栓轴线到边缘的距离可得螺栓轴线到边缘的距离 e=d+(3-6)=19-22e=d+(3-6)=19-22 螺栓的分布圆直径螺栓的分布圆直径 D D0 0=D+2t+2e=D+2t+2e=160+2=160+2 10+210+2 (19-22)=218-224(19-22)=218-224 取取D D0 0=220mm=220mm螺栓间距螺栓间距59 4.6 4.6 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施

41、降低螺栓总拉伸载荷降低螺栓总拉伸载荷FaFa的变化范围；的变化范围； 改善螺纹牙间的载荷分布；改善螺纹牙间的载荷分布； 减少应力集中；减少应力集中； 避免或减少附加应力；避免或减少附加应力； 采用塑性加工工艺。采用塑性加工工艺。60一、降低螺栓总拉伸载荷一、降低螺栓总拉伸载荷FaFa措施措施1 1 从减少螺栓的刚度的角度从减少螺栓的刚度的角度 减小螺栓光杆部分直径；减小螺栓光杆部分直径； 采用空心螺杆；采用空心螺杆； 增加螺栓的长度。增加螺栓的长度。2 2 从增大被联接件的刚度的角度从增大被联接件的刚度的角度 密封时采用金属薄垫片；密封时采用金属薄垫片； 采用采用O O形密封圈。形密封圈。61

42、二二 改善螺纹牙间的载荷分布改善螺纹牙间的载荷分布 采用普通螺母时，轴向载荷在旋合螺纹各圈间的分布是采用普通螺母时，轴向载荷在旋合螺纹各圈间的分布是不均匀的。第一圈受载最大；以后各圈递减；到第不均匀的。第一圈受载最大；以后各圈递减；到第8-108-10圈以圈以后，螺纹几乎不受载荷。后，螺纹几乎不受载荷。 错误：采用圈数多的厚螺母提高联接强度错误：采用圈数多的厚螺母提高联接强度62改善螺纹牙间的载荷不均匀分布的措施改善螺纹牙间的载荷不均匀分布的措施 采用悬置采用悬置( (受拉受拉) )螺母螺母 （螺母锥形悬置段与螺栓杆为一起变形（螺母锥形悬置段与螺栓杆为一起变形） 采用环槽螺母采用环槽螺母63三

43、三 减少应力集中减少应力集中 增大过渡处园角；增大过渡处园角； 切制卸载槽。切制卸载槽。64四四 避免或减少附加应力避免或减少附加应力 不平整的表面；不平整的表面； 被联接件刚度不足；被联接件刚度不足； 偏心钩头螺栓。偏心钩头螺栓。65措施：措施： 支承面加工凸台、沉孔；支承面加工凸台、沉孔； 采用斜垫片；采用斜垫片； 加垫块或套筒。加垫块或套筒。66五五 采用塑性加工工艺采用塑性加工工艺 采用冷镦头部和辗压螺纹；采用冷镦头部和辗压螺纹； 采用表面硬化处理（如碳化、氮化和氰采用表面硬化处理（如碳化、氮化和氰化）。化）。67 4.7 4.7 螺旋传动螺旋传动 螺旋传动主要是把螺旋运动改变成为直线

44、运螺旋传动主要是把螺旋运动改变成为直线运动。动。螺旋传动的分类螺旋传动的分类 传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋681 1 传力螺旋传力螺旋 以传递动力为主，以传递动力为主，要求用较小的力矩转动要求用较小的力矩转动螺杆螺杆( (或螺母或螺母) )而使螺母而使螺母( (或螺杆或螺杆) )产生轴向运动产生轴向运动和较大的轴向力。和较大的轴向力。典型应用典型应用 如起重和加压设备。如起重和加压设备。692 2 传导螺族传导螺族 以传递运动为主，要求有很高的运动精度。典以传递运动为主，要求有很高的运动精度。典型应用型应用 机床刀架或工作台的进给机构。机床刀架或工作台的进给机构。

45、703 3 调整螺旋调整螺旋 调整并固定零件或部件调整并固定零件或部件之间的相对位置。之间的相对位置。典型应用典型应用 调整带传动的初拉力。调整带传动的初拉力。71螺杆和螺母的材料螺杆和螺母的材料 螺杆螺杆 一般可用一般可用Q275Q275、4545、5050； 重要的用重要的用T12T12、40Cr40Cr、65Mn65Mn，要热处理；，要热处理； 螺母螺母 铸造锡青铜铸造锡青铜ZCuSn10P1ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb1Zn5ZCuSn5Pb1Zn5； 重载低速用高强度铸铝青铜重载低速用高强度铸铝青铜ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3； 低速轻载可用铸铁。低速轻载可用铸铁

46、。72螺旋传动的失效形式螺旋传动的失效形式 主要是螺杆螺纹磨损。主要是螺杆螺纹磨损。 还可能有螺杆在拉压塑性变形、螺杆失稳、还可能有螺杆在拉压塑性变形、螺杆失稳、螺纹牙剪断。螺纹牙剪断。螺旋传动的设计过程螺旋传动的设计过程 1 1 设计螺杆的直径和螺母高度设计螺杆的直径和螺母高度( (耐磨性计算耐磨性计算) ) 2 2 螺杆强度校核螺杆强度校核 3 3 螺杆的稳定性校核螺杆的稳定性校核 4 4 螺纹牙强度校核螺纹牙强度校核731 1 耐磨性计算耐磨性计算 通常限制压强通常限制压强p p。校核公式校核公式 MPaphzdFpa2引入系数引入系数2dH设计公式设计公式梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿

47、形螺纹 mmpFda8 . 02 mmpFda65. 02742 2 螺杆强度校核螺杆强度校核 受拉、受扭要根据第四强度理论校核受拉、受扭要根据第四强度理论校核 MPadTdFae2312212216/343753 3 螺杆的稳定性校核螺杆的稳定性校核根据柔度计算临界载荷根据柔度计算临界载荷ill其中：其中：l l 螺杆的最大工作长度，螺杆的最大工作长度， 长长度系数，度系数，I I 螺杆危险截面惯性半径螺杆危险截面惯性半径l l100100时时NlEIFC224040l l100100时时NdFC4)12. 1304(21lNdFC4)57. 2461(21l 470MPa470MPa的优质

48、碳素钢的优质碳素钢 370MPa370MPa的碳素钢的碳素钢l l4040时，不要进行稳定性校核时，不要进行稳定性校核76校核公式校核公式SFFCa四、螺纹牙强度校核四、螺纹牙强度校核校核公式校核公式 MPaDbzFa77一、键联接的分类及结构二、键的强度校核三、花键联接机械设计基础联接78一、键联接的分类及结构一、键联接的分类及结构v目的：目的：v键是用来实现轴与轴上零件的周向固定以传递转矩（静联键是用来实现轴与轴上零件的周向固定以传递转矩（静联接），或实现轴上零件的轴向固定或轴向移动（动联接接），或实现轴上零件的轴向固定或轴向移动（动联接 ）v它是标准件它是标准件v分类：分类：机械设计基础联接键联接键联接松联接松联接紧联接紧联接楔键楔键（静联接，单向轴向固定）（静联接，单向轴向固定）平键平键半圆键半圆键 （静联接）（静联接）普通平键普通平键 （静联接）（静联接）导向平键导向平键 （动联接）（动联接）花键花键791 松联接松联接（1）平键联接）平键联接v结构结构:键两侧与键槽相配合键两侧与键槽相配合(静联接为过渡静联接为过渡配合配合, 动联接为