单元6螺纹联接的设计及选用

《机械设计基础》模块三变速箱设计学习目标：

1.能够识别、选用和设计螺纹连接的基本类型并恰当地设计螺纹组的结构

2．掌握螺纹连接预紧和防松的办法技能点：正确使用相关零件的标准知识点：1.螺纹连接类型与选用；

2.螺纹连接类型及应用，螺纹连接件标准；

3.螺纹连接尺寸设计与结构设计；

4.螺纹连接预紧与防松；

单元6-2-2螺纹连接的设计及选用任务一：为变速箱的箱盖和箱座以及箱体与机架的安装选择恰当的连接类型与尺寸（详见任务单）变速箱中心距为150MM，传递功率7.5KW。选择变速箱的箱盖和箱座的连接,已知箱盖与箱座承受的最大横向工作载荷为要求：1.查手册选择螺纹连接的类型、尺寸2.总结螺纹连接的基本类型一、螺纹连接的类型和应用应用

手动压力机飞机机体表面砂轮机一、螺纹连接的类型和应用1.螺栓连接

特点：螺栓穿过被连接件上的光孔并用螺母拧紧。分普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接两种，前者螺栓杆与螺纹孔壁间有间隙，后者则直接接触普通螺栓连接铰制孔螺栓连接一、螺纹连接的类型和应用2.双头螺柱连接

当被连接件之一较厚而不宜制成通孔又需经常拆卸时，可采用双头螺柱连接双头螺柱连接一、螺纹连接的类型和应用3.螺钉连接

多用于不需经常拆卸的场合一、螺纹连接的类型和应用4.紧定螺钉连接

用在受力不大的地方紧定螺钉连接连接二、常用螺纹连接标准件1.螺纹标准件

螺纹紧固件按机械性能分为五级：3.64.64.85.65.86.88.89.810.912.9点前数字为

，点后数字为例如3.6表示根据螺栓、螺柱和螺钉的材料：3.6——低碳钢4.6~6.8——低碳钢或中碳钢8.8、9.8——中碳钢或低碳合金钢10.9——中碳钢、低碳或中碳合金钢12.9——合金钢二、常用螺纹连接标准件2.螺纹标准件性能等级

二、常用螺纹连接标准件3.螺纹零件材料普通垫圈的材料推荐采用Q235、15、35；弹簧垫圈用65钢制造，并经热处理和表面处理。制造一般螺栓常用的材料为Q215、Q235、10、35和45等钢。对于承受冲击、振动或变载荷的螺纹连接件，可采用低合金钢、合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnsi等材料制造。对于特殊用途的螺纹连接付，可采用特种钢、铜合金、铝合金等材料制造。

任务二：为变速箱与电机连接的联轴器设计螺栓连接已知螺栓（Q235钢，[б]=160MPa）的分布圆直径D0=180mm，螺栓数目Z=4，接合面数目m=1,所需传递转矩T=1800Nm,联轴器材料为铸铁，摩擦系数f=0.15.，可靠性系数C取1.2。联轴器凸缘厚度均为20mm，试确定所用普通螺栓的小径d1普通和铰制孔螺栓的直径ds。（详见任务单）1.为变速箱的输入轴和电机输出轴的联轴器选择普通螺栓连接并校核的强度

2.为变速箱的输入轴和电机输出轴的联轴器选择铰制螺栓连接并校核的强度3.总结提高螺纹连接强度的措施初识凸缘式联轴器

联轴器通常用来连接两轴并在其间传递运动和转矩。有时也可以作为一种安全装置用来防止被连接件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。用联轴器连接轴时只有在机器停止运转，经过拆卸后才能使两轴分离。

单个螺栓连接的强度计算是螺纹连接设计的基础。

根据连接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。

设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。

螺栓连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。三、普通螺栓连接强度计算1.

受拉螺栓连接（1）松螺栓连接强度条件：设计公式：式中[s]为松连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。三、普通螺栓连接强度计算1.

受拉螺栓连接（1）松螺栓连接[s]为松连接螺栓的许用拉应力（MPa）三、普通螺栓连接强度计算三、普通螺栓连接强度计算2.紧螺栓连接

只受预紧力紧螺栓连接按拉伸强度公式计算，同时考虑30%的扭转效应设计公式为2.紧螺栓连接----受横向外载荷的普通螺栓连接

载荷与螺栓轴向垂直，靠被连接件间的摩擦力传递。螺栓受载前需预紧,受载前后受力相同。螺栓内部危险截面上既有轴向预紧力F0形成的拉应力s，又有因螺栓与螺纹牙面间的摩擦力矩T1而形成的扭转剪应力t。受力特点螺栓预紧力当f=0.15、Kf=1.1、m=1时，可得此结构，要使连接不发生滑动，螺栓要承受7倍于横向外载荷的预紧力。结构笨重、不经济。因此要避免这种结构，而采用新结构。三、普通螺栓连接强度计算2.紧螺栓连接----受横向外载荷的铰制孔螺栓连接

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三、普通螺栓连接强度计算载荷方向与螺栓轴向一致,螺栓受载前需预紧,受载前后受力不同.螺栓内部危险截面上同样既有拉应力s,又有扭转剪应力t.受力特点强度条件:

设计公式:式中FS为螺栓受载后所受的轴向总拉力(N),通过受载前对螺栓的预紧,和受载后螺栓轴向拉力的分析,可知这里F为单个螺栓的轴向载荷,F0'为残余轴向预紧力FS=F+F0'三、普通螺栓连接强度计算2.紧螺栓连接----承受轴向静载荷的普通螺栓连接三、普通螺栓连接强度计算2.紧螺栓连接----承受轴向静载荷的普通螺栓连接

紧定螺钉连接连接三、普通螺栓连接强度计算2.紧螺栓连接----承受轴向静载荷的普通螺栓连接

三、普通螺栓连接强度计算例题图所示的凸缘联轴器采用铰制孔螺栓连接，螺栓分布在D＝200mm。的圆周上。螺栓数目,所传递的转矩，联轴器的材料为灰铸铁HT250(MPa),螺栓杆与孔接触表面受挤压的最小长度9mm。试求铰制孔用螺栓的直径。

解：1．求总圆周力根据可得总圆周力N此圆周力使铰制孔螺栓受剪切，所以，传递转矩T的螺栓连接，也是承受横载的连接。

每个螺栓承受的剪力为N2．螺栓材料选用Q235钢，查表6.5取中值得，MPa，由表知三、普通螺栓连接强度计算例题

MPa，则，螺栓杆直径

mm查有关设计手册得mm(d=6mm)。3．校核孔壁挤压强度由表取中值得铸件的

MPa，由（6.25）式，孔壁产生挤压应力

MPa可知，故挤压强度足够。机械工程中，不太重要的螺栓连接，通常可根据经验公式，或参照同类结构用类比方法，按有关标准选定即可。F——轴向工作载荷F"——残余预紧力Fs——横向工作载荷F´——预紧力[σ]1.松螺栓连接F1=F2.紧螺栓连接，无工作载荷F1=1.3F´3.紧螺栓连接，受横向工作载荷

F1=1.3F´=1.34.紧螺栓连接，受轴向工作载荷F1=1.3F0=1.3(F+F")F无变化时，F"=(0.2～0.6)FF有变化时，F"=(0.6～1.0)F有密封要求时，F"=(1.5～1.8)F三、普通螺栓连接强度计算普通螺纹强度计算小结四、螺纹连接的预紧和防松1.紧螺纹连接的预紧

预紧：螺纹连接在装配时通常都要拧紧，这种拧紧称之为预紧。预紧的目的：增加连接的刚度、紧密性，以防止螺纹连接的松脱。拧紧螺母时要克服螺纹副的阻力矩和螺母支承面间的摩擦力矩。

对于紧螺栓连接，在装配时都要预紧，预紧的目的在于增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移。预紧后，螺栓受到的预紧力是通过拧紧力矩获得的。因为预紧力的大小对螺纹连接的可靠性、强度和密封性均有很大的影响，因此对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力。四、螺纹连接的预紧和防松1.螺纹连接的预紧

测力矩扳手防松的原因

1、冲击、振动或变载荷作用下，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬时消失。

2、在高温或温度变化较大的情况下，由于螺纹连接件和被连接件的材料发生蠕变和应力松弛，使连接中的预紧力和摩擦力逐渐减小。防松的根本问题

防止螺纹副相对转动。防松的原理利用摩擦、直接锁住、破坏螺纹副关系。

四、螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松四、螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松---摩擦防松

弹簧垫圈对顶螺母四、螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松---摩擦防松

尼龙圈锁紧螺母高温自锁螺母四、螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松---机械防松

串联钢丝开口销槽型螺母机械防松是利用附加机械装置，约束螺母与螺栓之间的相对转动，因而防松可靠，应用很广

四、螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松---机械防松

串联钢丝开口销槽型螺母机械防松是利用附加机械装置，约束螺母与螺栓之间的相对转动，因而防松可靠，应用很广

四、螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松---永久防松

粘接冲点四、螺纹连接的预紧和防松2.螺纹连接的防松---案例

某飞机结构五、提高螺纹连接强度的措施1.降低影响螺栓疲劳强度的应力幅

五、提高螺纹连接强度的措施2改善螺纹牙间载荷的不均匀分布旋合螺纹的变形示意图

旋合螺纹间的载荷分布

五、提高螺纹连接强度的措施2改善螺纹牙间载荷的不均匀分布a）b）c）d）a）