机械零件基础

机械零件基础第1页/共100页第一节联接第2页/共100页

机械是由各种不同的零件按一定的方式连接而成的。连接：指被连接件与连接件的组合。连接件（又称紧固件）：如螺栓、螺母，键、销、铆钉等。被连接件：指轴与轴上零件、箱体与箱盖、等。根据使用、结构、制造、装配、维修和运输等方面的要求，组成机器的各零件之间采用了各种不同的连接方式。联接的种类及适用条件第3页/共100页联接的种类及适用条件1、联接的种类联接可拆联接不可拆联接螺纹联接键联接销联接弹性卡联接铆钉联接焊接粘接（1）按拆开时是否损坏零件分第4页/共100页（2）按机械工作时被连接件间的运动关系分彼此有相对运动。如：花键、螺旋传动等。运动副动连接：静连接：只固定，无相对运动。如：螺纹连接、普通平键连接等联接的种类及适用条件第5页/共100页（3）按传载原理分利用附加材料分子间作用。材料锁合连接：如：粘接、焊接靠摩擦力（力闭合）：非摩擦（形闭合）：靠配合面间的摩擦力。靠连接零件几何形状的相互嵌合。如：过盈连接如：平键联接的种类及适用条件第6页/共100页（4）轴毂连接

——主要用于轴上零件与轴周向固定以传递转矩。功用相对轴向动连接：传递轴向力周向固定：轴向固定：传递转矩联接的种类及适用条件第7页/共100页联接的种类及适用条件2、常用联接方式的特点与适用条件种类主要用途特点其他螺纹联接主要用于两板件和各类零件的联接。例如，减速机上下箱体联接构造简单，装拆方便生产率高，成本低廉应用广泛键联接键主要用于轴和轴上零件之间的周向固定以传递转矩构造比较简单、装拆方便应用比较广泛销联接销可用于轴与轮毂的联接，也可用于其他零件间的联接承受载荷不大应用比较广泛粘接可联接金属和非金属，包括某些脆性材料不引起应力集中和局部翘曲，粘接的表面平整，绝缘、耐腐蚀具有广泛应用前景弹性卡接可用于包装、容器盖等使用方便应用比较广泛第8页/共100页螺纹一、螺纹的形成螺旋线——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d2第9页/共100页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螺纹第10页/共100页螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º潘存云教授研制潘存云教授研制螺纹第11页/共100页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螺纹第12页/共100页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≤4n线螺纹:S=n

P单线螺纹S=2PPSP多线螺纹PSS=P螺纹第13页/共100页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螺纹第14页/共100页外螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制螺纹第15页/共100页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传动螺纹螺旋传动螺纹第16页/共100页连接螺纹传动螺纹螺纹第17页/共100页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传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹螺纹第18页/共100页圆柱螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制管螺纹螺纹第19页/共100页d1d2dψSPP/2P/2hψ(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。β(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。(4)螺距P

相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)导程S(6)螺纹升角ψ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(7)牙型角

α轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。tanψ=πd2nP

牙侧角

β

αβπd2SS=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P螺纹的主要几何参数(8)接触高度h

内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。第20页/共100页

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。螺纹的精度等级:A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连接用于一般连接，最常用粗牙螺纹应用最广。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、受动载荷的连接和微调机构。60˚Pd粗牙dP细牙dP细牙第21页/共100页梯形螺纹：梯形锯齿形30º3º30º为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角β比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。锯齿形螺纹:常用于传动β=15ºβ=3º

粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。螺纹的基本尺寸：螺纹第22页/共100页直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸mm30.52.6752.459公称直径（大径）粗牙细牙

D

d

螺距P

中径D2d2小径D2d2螺距P

40.73.5453.24250.83.5454.1340.350.5615.3504.91881.257.1886.647101.59.0268.3761.25,10.75121.7510.86310.1061.5,1.250.5(14)212.70111.8351.5,116214.70113.835(18)2.516.37615.294202.518.37617.294(20)2.520.37619.29424322.05220.752(27)325.05223.752303.527.72726.2112,1.5,1注：括号内的公称直径为第二系列H=0.866P

d2=d-0.6495P

d1=d-1.0825PD1、d1——内、外螺纹小径D2、d2——内、外螺纹中径D、d

——内、外螺纹大径P——螺距标记示例：M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3)M24×1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5)PP/8P/8P/8H/4D

dD2

d2D1

d1P/2P/430˚60˚90˚第23页/共100页

细牙普通螺纹基本尺寸mm螺距P

中径D2、d2

小径D1、d10.35d-1+0.773d-1+0.6210.5d-1+0.675d-1+0.4590.75d-1+0.513d-1+0.188

1d-1+0.35d-2+0.9181.25d-1+0.188d-2+0.6471.5d-1+0.026d-2+0.3762d-2+0.701d-3+0.8353d-2+0.052d-4+0.752螺纹第24页/共100页

梯形螺纹基本尺寸mm标记示例：Tr48×8(梯形螺纹，直径48，螺距8)P

h3=H4

ac

第1系列第2系列D2d2

D1

螺距螺纹牙高牙顶间隙

公称直径d

中径内螺纹小径

126.50.590、10085、95d-6d-12105.50.540、70、8038、42、65d-5d-1086.50.548、5246、50d-4d-842.250.2516、2018d-2d-452.750.2524、2822、26d-2.5d-562.250.532、3630、34d-3d-6内螺纹外螺纹dPR1R2D1D4H1D2d2d3acac30˚

H4R2第25页/共100页普通细牙螺纹管螺纹非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁α=55˚）用螺纹密封管螺纹（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用螺纹密封的管螺纹55˚dd2d1P55˚非螺纹密封的管螺纹dd2d1Pφ2φ螺纹第26页/共100页螺纹联接螺纹联接的基本形式螺栓联接双头螺柱联接螺钉联接第27页/共100页螺栓连接基本类型螺纹余留长度l1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;铰制孔用螺栓l1≈d;螺纹伸出长度a=(0.2~0.3)d;螺栓轴线到被连接件边缘的距离e=d+(3~6)mm用于经常拆装易磨损之处。一、

螺纹连接的基本类型铰制孔用螺栓潘存云教授研制潘存云教授研制eaal1l1可承受横向载荷。dd孔与螺杆之间留有间隙螺纹联接第28页/共100页一、

螺纹连接的基本类型螺栓连接基本类型螺钉连接座端拧入深度H，当螺孔材料为：双头螺柱连接

连接件厚，允许拆装。钢或青铜H=d;铸铁

H=(1.25~1.5)d铝合金

H=(1.5~2.5)d螺纹孔深度H1=H+(2~2.5)P;钻孔深度H2=H1+(0.5~1)d;参数l1

、e、a与螺栓相同结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。aeel1l1HHH1H1H2H2d螺纹联接第29页/共100页潘存云教授研制螺栓连接基本类型螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接紧定螺钉一、

螺纹连接的基本类型螺纹联接第30页/共100页二、螺纹紧固件螺栓螺纹紧固件螺栓的结构形式LL0d六角头LdL0小六角头螺纹联接第31页/共100页dL0L1LL1

——座端长度L0

——螺母端长度二、螺纹紧固件螺纹紧固件双头螺柱螺栓螺纹联接第32页/共100页二、螺纹紧固件螺纹紧固件末端结构头部结构螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓螺纹联接第33页/共100页二、螺纹紧固件螺纹紧固件潘存云教授研制地脚螺栓起吊螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹连接T型螺栓螺纹联接第34页/共100页二、螺纹紧固件螺纹紧固件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有６０余种不同结构的螺母螺母螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹连接六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圆螺母螺纹联接第35页/共100页潘存云教授研制其它螺母：螺纹联接第36页/共100页潘存云教授研制其它螺母：螺纹联接第37页/共100页垫圈平垫圈薄平垫圈A型平垫圈B型平垫圈螺母螺钉、紧定螺钉双头螺柱二、螺纹紧固件螺栓螺纹紧固件斜垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。专用螺纹连接螺纹联接第38页/共100页预紧力：大多数螺纹连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。预紧的目的：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移动。预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。

一、概述一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。碳素钢螺栓：F0≤(0.6~0.7)σsA1合金钢螺栓：F0≤(0.5~0.6)σsA1A1——危险截面积，A1≈πd21/4螺纹连接的预紧第39页/共100页二、

拧紧力矩T1

——克服螺纹副相对转动的阻力矩；T2

——克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设预紧力为F0

或预紧力（不受轴向载荷）fc

——摩擦因子。无润滑时取fc=0.15rf

——支撑面摩擦半径。rf=(dw+d0)/4简化公式

适用于M10~M60的粗牙螺纹，f’=0.15,fc=0.15,

T≈0.2F0dFa是由连接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧

可靠，应取：总力矩

注意：对于重要的连接，应尽可能采用大于M12的螺栓。Fad0dT螺纹连接的预紧第40页/共100页测力矩扳手预紧力控制方法:连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。F定力矩扳手通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。(1)凭手感经验(2)测力矩扳手(3)定力矩扳手(4)测定伸长量LSLMLS螺纹连接的预紧第41页/共100页螺纹联接件3、螺纹联接的防松摩擦防松永久防松机械防松第42页/共100页连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。防松的方法1.利用附加摩擦力防松防松——防止螺旋副相对转动。弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺母螺纹连接的防松第43页/共100页开口销与六角开槽螺母串联钢丝2.采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈潘存云教授研制止动垫圈螺纹连接的防松第44页/共100页冲点防松法3.其它方法防松1~1.5P用冲头冲2至3点粘合法防松涂粘合剂螺纹连接的防松第45页/共100页螺栓连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——轴向变载荷断裂螺纹连接的强度计算第46页/共100页潘存云教授研制螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，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公称直径d及螺距P等。一、松螺栓连接强度计算强度条件式中

d1——螺纹小径mm，[σ]——许用应力二、紧螺栓连接强度计算FaFa力除以面积设计公式装配时需要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。1.仅承受预紧力的紧螺栓连接2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接3.承受工作剪力的紧螺栓连接装配时不须要拧紧螺纹连接的强度计算第47页/共100页螺栓受轴向拉力F0和摩擦力矩T1的双重作用。拉应力1.仅承受预紧力的紧螺栓连接扭转切应力对于M10~M64的普通钢制螺纹，可取：Tanρ’≈f‘=0.17，d2/d1=1.04~1.08,tanρ’≈0.5得：τ≈0.5σ分母为抗剪截面系数计算应力由此可见，对于M10~M64普通螺纹的钢制紧螺栓连接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。强度条件第48页/共100页

当承受横向工作载荷时，预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。C

——可靠性系数，常取

C=1.1~1.3预紧力F0

f——摩擦系数，对钢与铸铁，取f=0.1~0.15m

——结合面数上图m=1,下图m=2若取

f=0.15，C=1.2,m=1,则F0

≥8F→结构尺寸大FFF0F0FF/2F/2F0F0螺纹连接的强度计算第49页/共100页改进措施：

(1)采用键、套筒、销承担横向工作载荷。(2)采用无间隙的铰制孔用螺栓。2.受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为pπD2/4F

=ZFF/2F/2DpFF螺栓仅起连接作用螺纹连接的强度计算第50页/共100页特别注意，轴向载荷：F2≠

F0+F加预紧力后→螺栓受拉伸长λb→被连接件受压缩短λm加载F

后:螺栓总伸长量增加为总拉力为被连接件压缩量减少为

残余预紧力减少为

F1

很显然F1<F0被连接件放松了∆λ+λbλm-∆λF2=F+F1螺纹连接的强度计算第51页/共100页λb∆λ连接件变形力螺栓变形力∆F∆Fm螺栓变形力F2F1FF0F0F0λbarctanCbλmλmarctanCm螺纹连接的强度计算第52页/共100页表5－4螺栓的相对刚度系数垫片类型金属垫片或无垫片皮革铜皮石棉橡胶0.2~0.30.70.80.9Cb+CmCbF=∆F+∆Fm=(Cb+Cm

)∆λλCb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0–F

1-F1=F0-∆Fm=F0

-Cm

∆λF2=F0

+∆F=F0

+Cb

∆λCb+CmF∆λ=代入得：力螺栓变形arctanCbFF2∆FF0∆λ∆FmF1螺纹连接的强度计算第53页/共100页静强度条件重要场合的螺栓连接，还应进行疲劳强度校核。设计公式当工作拉力在0~F之间变化时，螺栓所受总拉力在F0

~F2之间变化。F2

F0

θm

θbF

若不考虑摩擦力矩的影响，有螺纹连接的强度计算第54页/共100页因为σmin=const

,应力工作点M落在ODGI区域内，依据疲劳强度理论有其中

σ-1tc——螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限。疲劳极限σ-1

σ-1tc10160~220120~150Q215170~220120~16035220~300170~22045250~340190~25040Cr320~440240~340材料Ψσ——材料特性系数碳素钢

ψσ

=0.1~0.2合金钢

ψσ

=0.3~0.3Kσ

——综合影响系数S

——安全系数见下页DIσminσ-1eσ-1σaσmOCAσSGMM’3螺纹连接的强度计算第55页/共100页

螺栓连接的安全系数S

碳素钢5~44~2.52.5~2碳素钢12.5~8.58.58.5~12.5

M6~M16M16~M30M30~M60M16~M16M16~M30M30~M60不控制预紧力的计算控制预紧力的计算受载类型静载荷变载荷松螺栓连接1.2~1.7合金钢5.7~55~3.43.4~3合金钢10~6.86.86.8~101.2~1.51.2~1.5(Sa=2.5~4)钢：Sτ=2.5，Sp=1.25钢：Sτ=3.5~5，Sp=1.5铸铁：Sp=2.0~2.5铸铁：Sp=2.5~3铰制孔用螺栓连接受轴向及横向载荷的普通螺栓连接紧螺栓连接第56页/共100页

这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在连接接合面处，螺栓杆则受剪切。3．承受工作剪力的紧螺栓连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；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。Lmin铰制孔用螺栓FFd0螺纹连接的强度计算第57页/共100页在设计螺栓组连接时，关键是连接的结构设计。它是根据被连接件的结构和连接的用途，确定螺栓数目和分布形式。▲为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常连接接合面的几何形状都设计成一、螺栓组连接的结构设计基本原则：大多数机械中螺栓都是成组使用的。轴对称的简单几何形状

圆形

圆环形

矩形

矩形框

三角形

螺栓组连接的设计第58页/共100页▲螺栓布置应使各螺栓的受力合理(1)对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置８个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；合理不合理(2)当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。潘存云教授研制潘存云教授研制FF螺栓组连接的设计第59页/共100页▲螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间(3)当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗剪零件来承受横向载荷。扳手空间的尺寸见有关标准。dhD60˚ABCCEE60˚螺栓组连接的设计第60页/共100页

对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。t0潘存云教授研制螺栓间距t0工作压力/MPa7d5d

4.54d3.53dt0/mm≤1.61.6~44~1010~1616~2020~30d▲为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同螺栓组连接的设计第61页/共100页保证被连接件，螺母和螺栓头支承面平整，并与螺栓轴线相互垂直。对于在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈等。▲避免螺栓承受附加的弯曲载荷支承面不平采用凸台或沉孔结构切削加工支承面支承面倾斜支承面倾斜螺栓组连接的设计第62页/共100页受力分析的目的:

根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。受力分析时所作假设:(1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；(3)受载后连接接合面仍保持为平面。受力分析的类型：(2)螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；受横向载荷受转矩受轴向载荷受倾覆力矩M螺栓组连接的受力分析第63页/共100页（1）对于铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受工作剪力为（2）对于普通螺栓连接，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有式中z为螺栓数目。

图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组连接。1．受横向载荷的螺栓组连接Ks为防滑系数，设计中可取Ks=1.1~1.3。或F∑F∑F∑F∑普通螺栓铰制孔螺栓第64页/共100页采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。2．受转矩的螺栓组连接

采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。假设底板受载仍为平面，则螺栓的剪切变形量与距离成正比，F=Kri剪切力与距离r的比值为常数TO潘存云教授研制OTrmaxFmaxr1fF0fF0r2riFi第65页/共100页3．受轴向载荷的螺栓组连接

若作用在螺栓组上轴向总载荷FΣ作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为

通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当连接要有保证的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷F2为F2=F1+FDpF∑FF第66页/共100页4．受倾覆力矩的螺栓组连接

倾覆力矩M作用在连接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已被拧紧并承受预紧力F0且被拉伸，地基有均匀的压缩。在作用M后，接触面绕0-0线转动一个角度，左边的地基被放松，而螺栓被进一步拉伸；右边的螺栓被放松，而地基被进一步压缩。单个螺栓拉力产生的力矩为Mi=Fi

Li

假设底板受载仍为平面，则螺栓受力与螺栓中心到螺栓组排列中心的距离成正比。螺栓承受的载荷与距离成正比

F2F0

F0

σp

(

F

0引起)F2mσp2(

F1m引起)σp1(

F1引起)LiLmaxOOxxOMM第67页/共100页单个螺栓的受力分析作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即未加倾覆力矩时，工作点在A。∑Mi=0施加倾覆力矩M时，左边的螺栓，工作点移至

B1

和C1

右边的螺栓，工作点移至

B2

和C2

左边螺栓总拉力增加，右边螺栓总拉力减小。求得最大工作载荷F1m

强调是基座上的压力Fm

F2m

F1

F

F2

C2

Om

力

变形Ob

F2

F2m

C1

B2

B1

A

F0

第68页/共100页螺栓的总拉力

为防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求连接接合面材料的许用挤压应力材料钢铸铁混凝土砖(水泥浆缝)木材[σ]p(MPa)0.8σS(0.4~0.5)σB2.0~3.01.5~2.02.0~4.0直接引用前面的结论第69页/共100页承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：疲劳断裂容易断裂部位：

以螺栓连接为例，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高连接系统的可靠性。一、降低螺栓总拉伸载荷F2的变化范围轴向工作载荷F的变化范围

0~FCb+CmCbF0~F0+F总拉伸载荷的F2变化范围

Cb

↓

或

Cm

↑→F2变化范围∆F↓提高螺栓连接强度的措施有哪些呢？65%20%15%提高螺栓连接强度的措施第70页/共100页措施一：降低螺栓刚度（

C’b<Cb,θ’b

<θb

）措施二：提高被连接件刚度（

C’m

>Cm,θ’m

>θm

）

措施三：综合措施（

C’b

<Cb,C’m

>Cm,F’0

>F0

）虽然F’=F∆F’<∆F强调残余预紧力减小但有∆F’<∆F强调残余预紧力减小F’=FF’=F，F’1

=F1∆F’<∆F前两种措施会导致残余预紧力减小，使密封性能降低。为保证可靠工作，可适当增大预紧力。第71页/共100页采用柔性结构：加弹性元件、或采用柔性螺栓。2.有密封要求时，采用金属薄垫片3.或者采用O形密封圈宜采取措施:因密封采用软垫片将降低被连接件的刚度，这时可采用dd0.8d0.7d第72页/共100页二、改善螺纹牙间的载荷分布措施:采用均载螺母加厚螺母不能提高连接强度！F=F1+F2+F3+F4+F5F1>F2>F3>F4>F5螺母体均载螺母均载原理螺母和螺杆均为拉伸变形，有助于减小两者螺距变化，使受载均匀。螺栓杆螺栓杆F螺栓杆F普通螺母加厚螺母螺母体螺栓杆螺母体螺栓杆FaF5/2F4/2F3/2F2/2F1/2F5/2F4/2F3/2F2/2F1/2螺母体螺栓杆F10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。第73页/共100页均载原理相同螺母也受拉内斜螺母因力的作用点外移可使载荷较大的头几圈螺纹牙容易变形，使载荷上移而改善载荷分布不均。均载元件悬置螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺与环槽螺母都是改变螺母旋合部分的变形性质，使之和螺栓变形性质相同，均为拉伸变形，从而使螺纹牙上载荷分布趋于均匀；钢丝螺套加工复杂，仅限于用在重要场合或大型连接。10~15˚悬置螺母环槽螺母内斜螺母10~15˚内斜与环槽螺母第74页/共100页三、减小应力集中1.增大过渡圆角2.切制卸载槽四、避免或减小附加应力3.卸载过渡结构要从结构、制造与装配精度采取措施。r支承面不平采用凸台或沉孔结构切削加工支承面第75页/共100页五、采用特殊制造工艺冷镦头部、辗压螺纹疲劳强度提高30%比车削表面处理：氰化、氮化也能提高疲劳强度。

采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺栓的装配精度。潘存云教授研制球面垫圈腰环螺栓第76页/共100页一、螺旋传动的类型和应用调整螺旋静压螺旋类型运动形式有螺母固定，螺杆转动并移动螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。作用：回转运动直线运动，同时传递动力。螺杆转动，螺母移动

刀架

按用途分传力螺旋传导螺旋滑动螺旋滚动螺旋按摩擦性质分传递动力传递运动,要求精度高调整相对位置应用实例为车床刀架溜板螺旋传动第77页/共100页潘存云教授研制潘存云教授研制调整螺旋调整螺旋螺旋传动第78页/共100页潘存云教授研制应用实例:机床的进给机构、起重设备（千斤顶）、锻压机械(压力机)、测量仪器（千分尺）、夹具、玩具、机器人及其他工业装备中。潘存云教授研制机床的进给机构第79页/共100页应用实例起重设备（千斤顶）锻压机械(压力机)潘存云教授研制第80页/共100页应用实例工件夹紧装置(锯床)潘存云教授研制潘存云教授研制第81页/共100页应用实例潘存云教授研制钳工虎钳潘存云教授研制千分尺第82页/共100页键联接与销联接1、键联接键联接的常见形式平键联接花键联接半圆键联接第83页/共100页（2）承载能力：压溃：键剪断：（1）工作面：两侧面；工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩。应用最广泛，重点。主要失效形式重要场合需验算一、平键连接

1、普通平键键