连接设计螺栓演示文稿

连接设计螺栓演示文稿目前一页\总数七十九页\编于九点连接设计螺栓目前二页\总数七十九页\编于九点桑塔纳轿车15.1螺纹连接的类型和防松目前三页\总数七十九页\编于九点机床目前四页\总数七十九页\编于九点摩托车目前五页\总数七十九页\编于九点飞机机翼目前六页\总数七十九页\编于九点发动机气缸目前七页\总数七十九页\编于九点化工管道目前八页\总数七十九页\编于九点自行车目前九页\总数七十九页\编于九点锁紧螺母目前十页\总数七十九页\编于九点汽车轮胎目前十一页\总数七十九页\编于九点螺旋线的形成：将直角三角形(直角底边长d2)绕到直径为d2的圆柱体上，其斜边即在圆柱体上形成螺旋线。

螺纹的形成：取一通过圆柱体轴线的平面图形(三角形、矩形、梯形等)沿螺旋线运动，该图形在空间形成的体形即为螺纹。

22S15.1螺纹参数一、螺纹的形成目前十二页\总数七十九页\编于九点二、螺纹的主要参数d—螺纹大径，公称直径d1—螺纹小径d2—螺纹中径n—螺纹线数p—螺距L—导程，L=n.pψ—升角α—牙型角β—牙侧角目前十三页\总数七十九页\编于九点1）按轴向剖面形状（螺纹的牙型）三、螺纹的种类：三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹管制螺纹矩形螺纹目前十四页\总数七十九页\编于九点目前十五页\总数七十九页\编于九点2）按螺旋线数目分单头螺纹：多头螺纹：目前十六页\总数七十九页\编于九点3）按螺旋线绕行方向分左旋右旋（常用）左旋右旋目前十七页\总数七十九页\编于九点15.2螺纹联接的基本类型及螺纹联接件一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接a)普通螺栓联接——被联接件不太厚，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中间隙不许消失，结构简单，装拆方便。目前十八页\总数七十九页\编于九点b)精密螺栓联接——装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接。目前十九页\总数七十九页\编于九点2、双头螺栓联接——螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。拆装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。目前二十页\总数七十九页\编于九点3、螺钉联接——适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况目前二十一页\总数七十九页\编于九点4、紧定螺钉联接——拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。目前二十二页\总数七十九页\编于九点地脚螺栓联接吊环螺钉联接T型槽螺栓5、其它类型目前二十三页\总数七十九页\编于九点二、螺纹联接件

1）螺栓普通螺栓——六角头，小六角头，标准六角头，大六角头,内六角铰制孔螺栓——螺纹部分直径较小目前二十四页\总数七十九页\编于九点各种螺栓目前二十五页\总数七十九页\编于九点

2）双头螺柱——两端带螺纹

A型——有退刀槽B型——无退刀槽目前二十六页\总数七十九页\编于九点3）螺钉：与螺栓区别——螺纹部分直径较粗;全螺纹.目前二十七页\总数七十九页\编于九点4）紧定螺钉

锥端——适于零件表面硬度较低不常拆卸的场合平端——接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸圆柱端——压入轴上凹坑中，适于顶紧轴上零件的位置目前二十八页\总数七十九页\编于九点5）自攻螺钉——由螺钉攻出螺纹目前二十九页\总数七十九页\编于九点6）螺母：六角螺母、锁紧螺母、圆螺母、蝶形螺母、圆盖螺母、法兰螺母、加长螺母等目前三十页\总数七十九页\编于九点圆螺母+止退垫圈——带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧六角螺母按厚度的不同，分为标准、厚、薄型螺母.蝶形螺母目前三十一页\总数七十九页\编于九点7）垫圈放置在螺母和被联接件之间，起保护支承表面等作用。斜垫圈为用于倾斜支承面的垫圈。目前三十二页\总数七十九页\编于九点一、预紧1、预紧目的——保持正常工作。如气缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大联接刚度、紧密性和提高防松能力等。螺纹联接预紧过紧——预紧力过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度预紧过松——预紧力过小，工作不可靠15.3螺纹联接的预紧和防松松联接紧联接目前三十三页\总数七十九页\编于九点拧紧时螺母：T=T1+T2T——拧紧力矩T1——螺纹摩擦阻力矩T2——螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩

2、拧紧力矩其中目前三十四页\总数七十九页\编于九点由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接不宜小于M10~M14对于M10~M68的粗牙螺纹：设计时首先应保证所需的预紧力,但拧紧后螺纹连接件预紧应力不得大于其材料屈服极限σS的80%。对于一般用钢制螺栓,推荐用预紧力极限值为碳素钢螺栓：合金钢螺栓：目前三十五页\总数七十九页\编于九点3、预紧力的控制：

测力矩板手——测出预紧力矩；定力矩板手——达到固定的拧紧力矩时，将自动打滑。扳手拧紧力矩——T=FH·L其中，FH—作用于手柄上的力，L—力臂目前三十六页\总数七十九页\编于九点1、防松目的实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故.2、防松原理消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。二、螺纹防松

3、防松办法及措施1）摩擦防松

2）机械防松3）永久防松目前三十七页\总数七十九页\编于九点自锁螺母——螺母一端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧1）摩擦防松

目前三十八页\总数七十九页\编于九点目前三十九页\总数七十九页\编于九点2）机械防松开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等目前四十页\总数七十九页\编于九点3）永久防松：点焊、冲点、粘合目前四十一页\总数七十九页\编于九点15.4单个螺栓联接的强度计算针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法.失效形式是设计计算的依据和出发点。1、失效形式受拉螺栓——螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓——螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断工程中螺栓联接多数为疲劳失效

受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度

2、设计计算准则与思路目前四十二页\总数七十九页\编于九点、松螺栓联接如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无预紧力，只有工作载荷F起拉伸作用强度条件为：——验算用

——设计用

式中：d1——螺杆危险截面直径（mm）

[σ]——许用拉应力(MPa)

目前四十三页\总数七十九页\编于九点二、紧螺栓联接根据所受拉力不同,紧螺栓连接可分为

1只受预紧力

2受预紧力和静工作拉力

3受预紧力和变工作拉力三类。目前四十四页\总数七十九页\编于九点工作前要进行预紧，螺栓处于复合应力状态:1）预紧力→产生拉伸应力2）螺纹阻力矩→产生剪应力按第四强度理论：(1)只受预紧力的紧螺栓连接目前四十五页\总数七十九页\编于九点式中：F′——轴向拉力或预紧力（N）

T

——螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.mm1.3——系数将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度的影响，把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，简化了计算手续，故又称简化计算法∴强度条件为：目前四十六页\总数七十九页\编于九点F′的大小根据被连接面间不产生滑移条件确定,即

F′≥F/f,f为被连接面间的摩擦系数,查表15.3;[σ]为静载紧连接螺栓的许用拉应力,MPa,其值由表15.8查得。设计公式：仅靠预紧力传递横向力,需很大的预紧力,且连接不可靠。目前四十七页\总数七十九页\编于九点FEFETFaFRFRFa螺栓所受的总拉力：Fa

=F0+FE?×此时，联接中各零件的受力关系属静不定问题未知力有两个：Fa—总拉力FR—残余预紧力须根据静力平衡方程和变形协调条件求解F0F0(2)受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接(压力容器)目前四十八页\总数七十九页\编于九点F0F0F0F0FEFEFaFRFRFaδc0δb0△δb△δc变形协调条件：△δb=△δc=△δ静力平衡条件：Fa

=FR+FE螺栓总拉力残余预紧力轴向外载荷目前四十九页\总数七十九页\编于九点变形力力力变形δb0δc0δb0δc0△δF0F0FaFEFRαbαc(a)(b)(c)F0螺栓刚度:c1=F0/δb0被联接件刚度:c2=F0/δc0ΔFbΔFc目前五十页\总数七十九页\编于九点当c2＞＞c1时，相对刚度系数→0，Fa≈F0当c2＜＜c1时，相对刚度系数→1，Fa≈F0+FE相对刚度系数目前五十一页\总数七十九页\编于九点总拉力公式也写成:K0为预紧系数,查表15.4;预紧力F0=K0FE;Kc螺栓的相对刚度系数,Kc=c1/(c1+c2)。螺栓的相对刚度系数的大小与螺栓及被连接件的材料、尺寸和结构有关,其值在0～1之间变化,一般可按表15.5选取强度条件：注意：对于普通螺栓联接，无论联接是受横向工作载荷还是轴向工作载荷，螺栓本身总是受拉力作用目前五十二页\总数七十九页\编于九点目前五十三页\总数七十九页\编于九点1）无特殊要求时FR=（0.2~0.6)FE2）变载作用时FR=（0.6~1.0)FE3）有紧密性要求时FR

=（1.5~1.8)FE紧螺栓连接应能保证被连接件的接合面不出现缝隙，残余预紧力应满足下列要求：★一般的计算过程：FE→FR

→Fa→σe①设计时,通常在求出FE和预紧力F0后,可以公式求总拉力Fa★一般的计算过程：FE→F0

→Fa→σe②在预紧力难以确定或重要的连接,可先确定残余预紧力目前五十四页\总数七十九页\编于九点当工作载荷FE在0与FE之间变化时,螺栓的拉力在Fa与F0之间变化,螺栓的拉力变幅为由于变载零件的疲劳强度应力幅σa是主要因素,故应满足强度条件力时间OF2F1工作载荷变化变形O力

3)轴向载荷+变工作载荷目前五十五页\总数七十九页\编于九点特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷F进行工作3.受剪螺栓连接目前五十六页\总数七十九页\编于九点螺栓的剪切强度条件为：式中：F—--横向载荷（N）

d0—--螺杆或孔的直径（mm）

[τ]——螺栓许用剪应力，MPa目前五十七页\总数七十九页\编于九点螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：式中：——被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm）

——螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，MPa铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工精度较高，成本较高目前五十八页\总数七十九页\编于九点国家标准规定了螺纹联接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级，螺母的性能等级分为7级。在一般用途的设计中，通常选用4.8级左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹联接件，要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。常用的螺纹联接件材料为Q215、Q235、35、45等碳素钢。当强度要求高时，还可采用合金钢，如15Cr、40Cr等。4.螺栓的材料和许用应力目前五十九页\总数七十九页\编于九点目前六十页\总数七十九页\编于九点二、螺纹联接件的许用应力1．螺纹联接件的许用拉应力2．螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力3．螺纹联接件的安全系数（被联接件为钢）（被联接件为铸铁）目前六十一页\总数七十九页\编于九点15.5螺栓组连接的设计计算螺栓组连接设计主要有以下内容:1)结构设计：按连接的用途和被连接件的结构,选定螺栓的数目和布置形式;2)受力分析：按连接布置形式和载荷情况,求出受力最大的螺栓所受的力;3)强度计算：按受力最大的螺栓进行单个螺栓的强度计算。目前六十二页\总数七十九页\编于九点为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。螺栓的排列应有合理的间距、边距。各螺栓之间的距离大小既要保证联接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空间。

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。避免螺栓承受附加的弯曲载荷。一、螺栓组联接的结构设计结构设计的主要目的,在于合理地确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形式,力求使各螺栓和连接接合面间受力均匀,便于加工和装配。目前六十三页\总数七十九页\编于九点1．受横向载荷2．受转矩3．受轴向载荷4．受倾覆力矩

受力分析的目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。

受力分析时所作假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；受载后联接接合面仍保持为平面。

受力分析的类型：二、螺栓组联接的受力分析螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；FSFSriOOMTfF0fF0FFS目前六十四页\总数七十九页\编于九点1．受轴向载荷的螺栓组联接

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，当联接要有保证的残余预紧力为FR时，每个螺栓所承受的总载荷Fa为。Fa=F+FRFFS目前六十五页\总数七十九页\编于九点

（2）对于铰制孔用螺栓联接（图b），每个螺栓所受工作剪力为：

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联接。2．受横向载荷的螺栓组联接

（1）对于普通螺栓联接(图a)，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：或Kf为防滑系数，设计中可取Ks=1.1~1.3。m为结合面数量，z为螺栓数目，f为摩擦系数目前六十六页\总数七十九页\编于九点分析：当f=0.15，m=1，C=1.2，则F0≥8FΣ，说明这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠.

为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力可采用如下减载装置：

a)减载销b)减载套筒c)减载键目前六十七页\总数七十九页\编于九点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。3．受旋转力矩T的螺栓组连接1）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。

2）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。FSriOTfF0fF0与目前六十八页\总数七十九页\编于九点4．受倾覆力矩的螺栓组联接

倾覆力矩M作用在联接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已拧紧并承受预紧力F0。

作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：

由此可以求出最大工作载荷：OM目前六十九页\总数七十九页\编于九点

为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：

受倾覆力矩的底板螺栓组联接的受力过程可用右图表示。式中,F0为每个螺栓