第3章连接修改

1第二篇连接由于使用、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼此连接。按被连接零件之间在工作时是否有相对运动，连接分动连接和静连接。如果相连接的零件其相对位置在工作时按一定的规律进行变化，此种连接称动连接。如果相连接的零件在工作时其相对位置固定不变，则称静连接。导向平键联接减速器装螺栓4本课程介绍的连接主要是静连接，连接的类型包括：螺纹连接键连接、花键连接、销连接铆接焊接粘接连接可拆连接不可拆连接过盈连接（既可以是可拆也可为不可拆）其中，键连接、花键连接、销连接和过盈连接又称轴毂连接§3.0导言§3.1常用螺纹的主要参数、类型特点和应用§3.2螺纹连接的类型和螺纹紧固件§3.3螺纹连接的预紧和防松§3.4螺栓的强度计算§3.5螺栓连接的结构设计第3章螺纹连接6一、螺纹的形成d2螺旋线----一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹----一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹3.1常用螺纹的主要参数、类型特点和应用7(3)中径d2也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。d1d2d(1)大径d与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。(2)小径d1与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(5)螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。二、螺纹的主要几何参数PPP/2P/2(4)线数n8βd1d2d(6)

导程L(7)螺纹升角λ

中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角(8)牙型角

αtgλ=πd2

nP

牙侧角

β

αβL=nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距PPPP/2P/2

(9)接触高度h内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。h9按螺纹的牙型分三、螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹10螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º11

1）普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。60˚粗牙螺纹应用最广2）细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点：不耐磨易滑扣。应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。Pd粗牙dP细牙dP细牙12梯形螺纹：梯形锯齿形30º3º30º锯齿形螺纹:常用于传动。β=3º返回矩形螺纹3）矩形螺纹：1．在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是()。

A.三角形螺纹B.梯形螺纹

C.锯齿形螺纹D.矩形螺纹2．公制普通螺纹的牙型角为()。

A.30°B.55°C.60°答案：1、D2、C14按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分右旋螺纹左旋螺纹15左旋右旋16按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹一般:n≤4双线螺纹单线螺纹PLL=2PPLPL=Pn线螺纹:L=nP17单线螺纹和多线螺纹18按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹螺纹副19外螺纹内螺纹20按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹连接螺纹（普通螺纹，管螺纹）传动螺纹螺旋传动21联接螺纹传动螺纹22按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹23圆柱螺纹圆锥螺纹管螺纹24dd2d1P用螺纹密封的管螺纹普通细牙螺纹管螺纹非密封管螺纹（圆柱管壁α=55˚）密封管螺纹（圆锥管壁α=55˚）60˚圆锥管螺纹公称直径----管子的公称通径。强调与普通螺纹不同55˚55˚非螺纹密封的管螺纹dd2d1Pφ2φ返回1.螺栓连接3.2.1螺纹连接的主要类型3.2螺纹连接的类型和螺纹紧固件螺纹连接主要有螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接26螺栓连接基本类型eaal1l1可承受横向载荷。螺纹余留长度l1铰制孔螺栓孔与螺杆之间留有间隙静载荷l1>=(0.3~0.5)d;变载荷l1>=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷l1≥d;螺纹伸出长度a=(0.2~0.3)d;螺栓轴线到边缘的距离e=d+(3~6)mm用于经常拆装之处。dd27螺栓连接基本类型a双头螺柱连接

连接件厚，允许拆装。d2.双头螺柱连接3.2螺纹连接的类型和螺纹紧固件29螺栓连接基本类型螺钉连接aee双头螺柱连接

连接件厚，允许拆装。l1l1HHH1H1H2H2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。d4.紧定螺钉连接3.2螺纹连接的类型和螺纹紧固件3.2.2螺纹紧固件

1.螺栓、螺柱、螺钉连接件3.2螺纹连接的类型和螺纹紧固件2.紧定螺钉、螺母3.2螺纹连接的类型和螺纹紧固件3.垫圈3.2螺纹连接的类型和螺纹紧固件34A级B级C级公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的联接；用于一般联接，最常用。3.2.3螺纹紧固件的材料及等级

螺纹紧固件有两类等级，一类是产品等级，另一类是力学性能等级。

1.产品等级

3.2螺纹联接的类型和螺纹紧固件

2.力学性能等级和材料

螺纹紧固件的常用材料为Q215、Q235、10、35和45号钢，对于重要的螺纹紧固件，可采用15Cr、40Cr等。对于特殊用途（如防锈蚀、防磁、导电或耐高温等）的螺纹紧固件，可采用特种钢或铜合金、铝合金等。弹簧垫圈用65Mn制造，并经热处理和表面处理。螺栓的性能等级

37§3－3螺纹连接的预紧1预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。用F’表示。2预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。3预紧力的确定原则：拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。

一、概述碳素钢螺栓：F’

≤(0.6~0.7)σsA1合金钢螺栓：F’≤(0.5~0.6)σsA1A1---危险截面积，A1≈πd21/438测力矩扳手预紧力控制方法:(重要螺栓不宜采用M12以下）F定力矩扳手LS1)凭手感经验；2)测力矩扳手；3)定力矩扳手；LMLS3.3.2

螺栓连接的防松

连接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象。

螺纹连接放松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。

常用的防松方法:摩擦防松机械防松:永久防松弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺母开口销带翅垫片止动垫片3.3螺纹连接的预紧和防松弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺母开口销带翅垫片止动垫片焊点法冲点法串联钢丝49螺栓联接的主要失效形式：滑扣因经常拆装受拉螺栓塑性变形螺纹部分疲劳断裂受剪螺栓剪断压溃螺杆和孔壁的贴合面经常拆卸断裂--轴向变载荷3.4螺栓的强度计算50计算准则对于受拉螺栓联接，保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度；对于受剪螺栓联接，保证螺栓的剪切强度或联接挤压强度。

螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹的公称直径（大经）d等。3.4.1

普通螺栓联接的强度计算1.松螺栓联接强度条件：设计公式：式中[σ]为松联接螺栓的许用拉应力（MPa）,查表d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。3.4螺栓的强度计算2.紧螺栓联接紧螺栓联接有预紧力F′，按所受工作载荷的方向分为两种情况：

(1)受横向工作载荷的紧螺栓联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接在横向工作载荷的作用下，被联接件的接合面间有相对滑移趋势，为防止滑移，由预紧力F′所产生的摩擦力应大于等于横向工作载荷，即3.4螺栓的强度计算引入可靠性系数c，整理得式中——螺栓所受轴向预紧力，N；

c——可靠性数，取c=1.1～1.3；

——螺栓联接所受横向工作载荷，N；

f——接合面间的摩擦系数，对于干燥的钢铁件表面，取f=0.1～0.16；

m——接合面的数目。

当拧紧螺栓联接时，螺栓的危险截面上受由预紧力F′引起的拉应力σ和由螺纹副中摩擦力矩引起的扭转切应力τ的复合作用。因螺栓材料是塑性的，复合应力可按第四强度理论计算，故螺栓的强度条件为对于M10～M68的普通螺纹，

，因此

由此可见，扭切应力对强度的影响在数学式上表现为将轴向拉应力增大30%，即3.4螺栓的强度计算★系数1.3的含义是——※对于普通螺栓联接的标准螺栓来说，虽然同时受拉应力和扭转切应力作用，但计算时可作为纯拉伸的情况处理，即只需将拉伸载荷加大30%以考虑扭转切应力的影响。设计公式为强度校核公式

(2)受轴向工作载荷的紧螺栓联接

这种紧螺栓联接常见于对紧密性要求较高的压力容器中，如气缸、油缸中的法兰联接。

设压力容器内的流体压力为,螺栓数目为z，则缸体周围每个螺栓承受的轴向工作载荷为F=

上图所示的压力容器的螺栓连接是受预紧力和轴向工作载荷的典型实例。3.4螺栓的强度计算

工作载荷作用前工作载荷作用时在工作载荷作用前，螺栓只受预紧力，接合面受压力；工作时，在轴向工作载荷F作用下，接合面有分离趋势，该处压力由减为，称为残余预紧力，同时也作用于螺栓。因此，螺栓所受总拉力应为轴向工作载荷F与残余预紧力之和，即受轴向工作载荷的紧螺栓联接变形图：为保证联接的紧固性与紧密性，残余预紧力F″应大于零（推荐值）。

螺栓的强度校核与设计计算式分别为3.4螺栓的强度计算

受力特点：螺栓受载前后不需预紧，横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。挤压强度条件剪切强度条件3.4.2受剪螺栓联接的强度计算

593．承受工作剪力的紧螺栓联接螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：F－螺栓所受的工作剪力，单位为N；Lmin铰制孔螺栓FFd0设计时应使:Lmin≥1.25d0d0－螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm；Lmin－螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；3.5螺栓组联接的结构设计要设计成轴对称的几何形状。3.5.1

螺栓组联接的结构设计螺栓的布置应使螺栓的受力合理3.5螺栓组联接的结构设计螺栓的布置应有合理的间距、边距3.5螺栓组联接的结构设计同一组螺栓联接中各螺栓的直径和材料均应相同3.5螺栓组联接的结构设计避免附加弯曲应力3.5.2提高螺栓联接强度的措施螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，提高螺栓强度有以下几种措施：降低载荷变化量

受变载荷作用的螺栓，其应力也在一定的幅度内变动，减小螺栓刚度或增大被联接件刚度等皆可以使螺栓的应力变化幅度减小。减小螺栓刚度的方法a.柔性螺栓b.弹性元件3.5螺栓组联接的结构设计增大被联接件刚度的方法a.金属垫片b.密封环3.5螺栓组联接的结构设计减小应力集中的影响3.5螺栓组联接的结构设计避免附加弯曲应力3.5螺栓组联接的结构设计残余预紧力的推荐值

71复习思考题1．在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是()。

A.三角形螺纹B.梯形螺纹C.锯齿形螺纹D.矩形螺纹2．当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常拆卸时，往往采用()。

A螺栓联接B螺钉联接C双头螺柱联接D紧定螺钉联接3.两被联接件之一较厚，盲孔且经常拆卸时，常用（）。A.螺栓联接B.双头螺柱联接C.螺钉联接724．常用联接的螺纹是()。

A三角形螺纹B梯形螺纹C锯齿形螺纹D矩形螺纹5．承受横向载荷的紧螺栓联接，联接中的螺栓受()作用。

A剪切B拉伸C剪切和拉伸6．当两个被联接件不厚,通孔，且需要经常拆卸时，往往采用()。

A螺钉联接B螺栓联接C双头螺柱联接D紧定螺钉联接737．采用凸台或沉头座作为螺栓头或螺母的支撑面是为了()。

A.减少预紧力B.减少挤压力C.避免螺栓受弯曲应力

D便于放置垫圈8．公制普通螺纹的牙型角为()。

A.30°B.55°C.60°7411.设计螺栓组时常把螺栓布置成轴对称的均匀的几何形状，这主要是为了（）。A.美观B.受力最小C.联接方便D.接合面受力较均匀12.在确定紧螺栓联接的计算载荷时，预紧力比一般值提高30%，这是考虑了（）。A.螺纹上的应力集中B.螺栓杆横截面上的扭转应力C.载荷沿螺纹圈分布的不均匀性D.螺纹毛刺的部分挤压13.螺纹连接的基本形式有哪几种？各适用于何种场合？有何特点？14.为什么螺纹连接通常要采用防松设施？常用的防松方法和装置有哪些？75如下图所示，a、b、c三种螺纹联接，依次为____联接。（1）螺栓、螺柱、螺钉

（2）螺钉、螺柱、螺栓（3）螺柱、螺钉、螺栓（4）螺栓、螺钉、螺柱

（5）螺钉、螺柱、螺栓（6）螺柱、螺栓、螺钉7623.在常用的螺纹联接中，自锁性能最好的螺纹是____。（1