吉林大学机械设计课件章螺纹连接

第二篇连接机械连接分为两大类: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1.螺纹作用联接螺纹传动螺纹制式英制螺纹米制螺纹牙型矩形螺纹三角螺纹锯齿形螺纹梯形螺纹旋线方向右旋螺纹左旋螺纹所处位置内螺纹外螺纹母体形状圆锥螺纹圆柱螺纹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、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。连接螺纹传动螺纹第3章螺纹连接§3-1螺纹二、螺纹的主要参数强度计算直径

在轴线剖面内9.牙型斜角β7.螺纹升角ψ6.导程S相邻两牙在中径上对应点的距离4.螺纹线数(头数）n牙厚=牙间宽

1.大径d(D)2.小径d1(D1)10.接触高度h8.牙型角αn=1时，S=P；n＞1时，S=nP5.螺距P3.中径d2(D2)公称直径

大径d—公称直径小径—强度计算直径牙型角接触高度梯形螺纹用于连接矩形螺纹牙根强度高，对中性好，传动效率较高。锯齿形螺纹紧密性好自锁性能好圆柱管螺纹普通螺纹牙根强度高，传动效率高于梯形螺纹用于传动一般很少采用三、常用螺纹的类型、特点和应用三角形β螺纹副自锁条件螺纹副效率矩形=0梯形β螺纹副自锁条件螺纹副效率分析自锁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。自锁单线螺纹自锁性好，常用于联接。多线螺纹效率高，常用于传动。四、螺纹的精度:1、普通螺纹的标记螺纹代号---公差带代号--旋合长度代号M和公称直径中径和顶径公差带S、N、L

M10—5g6g—S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

M10×1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

M20×2—5H/5g6g内螺纹公差带代号

外螺纹公差带代号

§3-2螺纹连接的类型及应用1、螺栓连接FF装拆方便螺栓受拉力FF预紧力普通螺栓连接一、螺纹连接的基本类型铰制孔螺栓连接螺栓受剪切、挤压用于横向载荷大的连接2、双头螺柱连接用于被连接件较厚，不宜制成通孔，且经常装拆的场合双头螺柱受拉力F预紧力3、螺钉连接用于不经常装拆的场合螺钉受拉力F预紧力4、紧定螺钉连接二、标准螺纹连接件螺栓、螺母、螺钉、垫圈等§3-3螺纹连接的预紧和防松螺旋副摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩一、螺纹连接的预紧—保证可靠性、紧密性螺旋副摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩d0D0预紧方法：

测力矩扳手（图3-14）定力矩扳手（图3-15）二、螺纹连接的防松1、摩擦防松对顶螺母弹簧垫圈螺纹升角ψ=1o42’~3o2’

v=6.5o~10.5o垫圈动画防松的根本问题：防止螺旋副的相对转动自锁螺母2、机械防松开口销与槽形螺母止动垫片3、其他防松防松的根本问题：防止螺旋副的相对转动止动垫圈圆螺母§3-4螺栓组连接的设计一、螺栓组连接的结构设计1、连接接合面的几何形状要有对称性；2、螺栓的排列应有合理的间距和边距；3、分布在圆周上的螺栓数目多为偶数；4、减小螺栓受力，尽量受力均匀。FL螺栓布置靠近边缘螺栓排数不宜过多二、螺栓组连接的受力分析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：几点假设：（1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；（2）螺栓的对称中心与连接结合面的形心重合；（3）受载后连接结合面仍保持为平面。1、受横向载荷的螺栓组连接铰制孔用螺栓连接螺栓受剪力Z—螺栓的数目

用普通螺栓连接F/2F/2用普通螺栓连接连接的不滑移条件：Fp=100N,z=3,f=0.15,Ks=1.2求F∑=?不滑移条件：F∑F∑

2、受转矩的螺栓组连接a.用普通螺栓连接连接的不转动条件：160120T=10Nm,z=6,f=0.15,Ks=1.2求Fp=?r1r2不转动条件：r1=60mm,r2=100mmb.采用铰制孔螺栓连接受载最大的螺栓所受剪力160120T=10Nm,z=6,求Fmax=?F1=?r1r2r1=60mm,r2=100mm气缸螺栓连接图3、受轴向力的紧螺栓组连接工作拉力4、受倾覆力矩M的螺栓组连接0绕轴y-y受倾覆力矩M=10Nm,求Fmax=?160120yyxxLLmax=L=80若绕轴x-x受倾覆力矩M=10Nm,求Fmax=?

§3-5单个螺栓连接的强度计算失效形式和计算准则受轴向工作载荷松螺栓连接受横向工作载荷普通螺栓连接无工作载荷1.连接的工作情况：铰制孔螺栓连接紧螺栓连接2.失效形式：受轴向拉伸载荷螺栓杆和螺纹部分可能发生塑性变形或断裂。受横向剪切载荷螺栓杆和孔壁压馈或螺栓杆剪断。

约15%约20%约65%断裂多发生在螺母支撑面上第一、二圈旋合螺纹的牙根处受拉：保证螺栓的静力（疲劳）拉伸强度。

牙根部受剪：保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度。3.计算准则：σ≤[σ]拉断剪切破坏FF一、受拉螺栓连接的强度计算1、仅受预紧力1.3系数是考虑扭转切应力的影响设计式验算式减载销减载套筒减载键FF例1：普通螺栓连接，3个螺栓,[σ]=200MPa,f=0.15,Ks=1.2,F∑=15000N,求所需螺栓的直径d1？1)不滑移条件：=20000N2)强度条件：=12.86mmM16d1=13.835mm查标准气缸螺栓连接图2、受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接

强度计算工作拉力预紧力螺栓承受的总拉力？？未拧紧再受工作载荷螺栓所受的总拉力残余预紧力已拧紧,未受工作载荷力变形力变形变形力F静强度计算当工作拉力F变化时，应验算疲劳强度安全系数1.3强度条件：相对刚度总拉力F力变形FFQ按，判定强度计算方法,验算疲劳强度安全系数。MN例2:图示气缸盖用6个普通螺栓连接,已知气缸压力p=2MPa，D=80mm,取试求:1、螺栓小径d1；

（F-工作拉力）2、安装时预紧力pD解：1、求工作拉力F2、求总拉力FQ3、求螺栓小径4、求螺栓的预紧力二、受剪螺栓连接的强度计算剪切强度失效形式：螺栓剪断接触表面压溃挤压强度注意：[τ]-螺栓材料；[σp]-螺栓或孔壁较弱的材料例3：一横板用两个普通螺栓联在立柱上，已知P=4000N，L=200mm，d=100mm,f=0.15,,试求螺栓小径d1.LdP

解:1、将外力P向螺栓组形心简化。P转矩T螺栓组受载横向力：P转矩：T=P×L=800000Nmm2、分析在各载荷作用下，每个螺栓的受力。=8000NLdP转矩TPFF3、求合力4、求螺栓的预紧力不滑移条件：5、求螺栓小径d16、讨论1）其他条件不变，使螺栓之间的距离由100增至200mm,对连接有何影响？合力：结论：受转矩和倾覆力矩作用的螺栓组，螺栓应远离螺栓组形心或旋转轴线。2)当两个螺栓水平布置时,会有何影响？PLdHLLP例4：图示支座用4个螺钉连接,已知P=8000N，H=120mm,L=80mm,取摩擦系数f=0.15,防滑系数试求螺栓小径.解：1、将外力P移至接合面形心HLLPPM横向载荷P倾覆力矩2、求工作拉力FHLLPPMFF3、按不滑移条件求预紧力不滑移条件：4、求总拉力FQHLLPPMFF5、求螺栓小径6、接合面是否出现间隙？例5：图示支座用4个螺钉连接,已知P=4800N，夹角a=50o,h=340mm,b=150mm,取摩擦系数f=0.15,防滑系数Ks=1.2,试设计螺栓连接.hh1b150P160LLM▲PP1作用下每个螺栓工作拉力：M作用下螺栓工作拉力：工作拉力不滑移条件:M

作用对摩擦力没有影响力变形一、降低应力幅§3-6提高螺纹连接强度的措施F力变形FQ｝FCCCFFmbbpQ++=1、减小螺栓刚度（空心螺栓、加长螺栓）2、增大被联接件刚度（金属垫片）3、减小螺栓刚度、增大被联接件刚度，同时增加预紧