学习单元螺纹联接的设计

学习单元螺纹联接的设计第一页，共六十三页，编辑于2023年，星期六螺纹连接的相关知识2操作与实践3自主学习4拓展知识5总结6本节自测7项目导入1单元内容

第二页，共六十三页，编辑于2023年，星期六台式钻床千斤顶一、台式钻床的螺栓连接和千斤顶的螺旋传动

第一节、项目导入第三页，共六十三页，编辑于2023年，星期六二、螺纹联结螺栓联结铰制孔螺栓联结双头螺柱联接紧定螺钉联接第四页，共六十三页，编辑于2023年，星期六第五页，共六十三页，编辑于2023年，星期六一、螺纹螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。螺纹按工作性质分为联接用螺纹和传动用螺纹。

第二节、相关知识第六页，共六十三页，编辑于2023年，星期六外螺纹内螺纹第七页，共六十三页，编辑于2023年，星期六螺纹的旋向第八页，共六十三页，编辑于2023年，星期六1、螺纹形成加工方法：车制内外螺纹；直径小用碾压法；内螺纹先用钻头钻出光孔，然后丝锥攻螺纹螺旋线——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第九页，共六十三页，编辑于2023年，星期六2、螺纹几何参数(3)中径d2d1d2d(1)大径d(2)小径d1(4)螺距P(5)导程S(6)螺纹升角ψ

(7)牙型角

αtgψ=πd2

nP

牙侧角

β

ββψπd2SψS=nPSPP/2P/2α第十页，共六十三页，编辑于2023年，星期六第十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期六第十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期六二、螺纹的连接类型

1、连接类型（1）普通螺栓联接

螺栓杆与被联接件孔壁之间有间隙。通孔加工精度低，成本低，应用最广。普通螺栓联结第十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期六（2）铰制孔用螺栓联接

螺栓杆与被联接件孔壁之间无间隙。孔和螺栓杆多采用基孔制过渡配合(H7／m6、H7／n6)，能精确定位，能承受横向载荷被联接件需钻孔、铰孔，成本高。孔与螺杆之间留有间隙铰制孔螺栓联结第十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期六（4）螺钉联接

被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。只用螺钉，不用螺母，直接把螺钉拧进被联接件的螺钉中。

适用于载荷较轻，且不经常装拆的场合。

螺钉联接（3）双头螺柱联接

用两头均有螺纹的螺柱和螺母把被联接件联接起来,被联接件之一为光孔、另一个为螺纹孔。适用于被联接件之一厚度很大，而又不宜钻通孔，但又经常拆卸的地方。双头螺柱联接第十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期六（5）紧定螺钉联接

利用拧入被联接件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面，以固定零件的相对位置，可传递不大的力或扭矩。紧定螺钉联接第十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期六（6）地脚螺栓吊环螺栓T形槽螺栓第十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期六2、标准螺纹联接件

两端螺纹可相同或不同，螺柱可带退刀槽或制成腰杆，也可制成全螺纹。双头螺柱第十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期六螺钉

头部形状有圆头、扁圆头、六角头、圆柱头和沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽和内六角孔等形式。第十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期六紧定螺钉

端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬度较大的平面或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于坚定空心轴上的零件位置。第二十页，共六十三页，编辑于2023年，星期六自攻螺钉头部形状有圆头、平头、半沉头及沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽等形式。末端形状有锥端和平端两种。第二十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期六六角螺母

根据厚度分为标准螺母和薄型螺母两种。制造精度分为A、B、C三级，分别与相同级别的螺柱配合使用。第二十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期六垫圈

平垫圈分为A级和C级两种。用于同一螺纹直径的垫圈又分为特大、大、普通和小的四种规格，特大垫圈主要在铁木结构上使用。斜垫圈只用于倾斜的支承面上。第二十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期六三、螺纹联接的预紧和防松1．螺纹联接的预紧

拧紧的目的1.提高联接的紧密性2.防止联接松动3.提高联接件强度

预紧力的控制：测力矩扳手定力矩扳手第二十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期六定力矩扳手第二十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期六螺旋副的拧紧力矩

注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(＜M12)的螺栓。第二十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期六弹簧垫圈防松2.螺纹联接的防松1）摩擦防松（保证螺纹副间有足够的轴向压力和摩擦力矩）

对顶螺母，弹簧垫圈。结构简单、使用方便。限制螺旋副的相对转动；以防止联接的松动，影响正常工作。①防松的实质②防松方法（摩擦防松.机械防松

.永久防松）自锁螺母防松第二十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期六

对顶螺母防松第二十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期六2）机械防松开口销与开槽六角螺母止动垫圈串联钢丝（在联接中加入其它机械元件)

开口销、止动垫圈，串联铁丝等。

适用于冲击振动载荷，重要场合使用，成本高。第二十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期六机械防松第三十页，共六十三页，编辑于2023年，星期六

止动垫片防松机械防松第三十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期六

止动垫片防松机械防松第三十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期六串联钢丝防松

机械防松第三十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期六焊接铆冲

不可拆卸防松3）永久防松粘、铆、焊等。第三十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期六第三十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期六第三十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期六第三十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期六第三十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期六FF/2F/21、松螺栓联接强度计算(不受预紧力作用，受外载荷）或F——工作拉力，单位为N；d1——螺栓危险截面的直径，单位为mm；[σ]——螺栓材料的许用拉应力，单位为MPa。四、螺纹连接强度的计算第三十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期六2、紧螺栓联接强度计算（1)仅受预紧力的紧螺栓联接－结合面的摩擦力来承受横向载荷，防止被联接件错动1)螺栓的当量拉力螺栓受力拧紧力矩螺栓预紧力受产生拉应力当量拉力联接面间摩擦力2)保证联接面不滑移的螺栓预紧力拧紧力矩预紧力平衡横向力3)强度条件摩擦系数螺栓数接合面数可靠性系数摩擦力矩引起的剪应力第四十页，共六十三页，编辑于2023年，星期六（2)受轴向外载荷的紧螺栓联接F1为残余预紧力，为保证联接的紧密性，应使F1＞0，一般根据联接的性质确定F1的大小。

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。

螺栓预紧力F0后，在工作拉力F的作用下，螺栓的总拉力F2=?第四十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期六未拧紧螺栓：被联件：未受力、无变形未受力、无变形拧紧后工作前螺栓：被联件：伸长受拉缩短受压工作时螺栓：被联件：再加总伸长联接面间受压总压缩量对应拉力第四十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期六或Q螺栓危险截面的拉伸强度条件为对于有密封性要求的联接，一般联接，工作载荷稳定时：工作载荷不稳定时：螺栓所受总拉力Q

=工作拉力F

+剩余预紧力F1Q第四十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期六（3)承受工作剪力的紧螺栓联接

这种联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。在联接结合面处，螺栓杆则受剪切。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：式中：F－螺栓所受的工作剪力，单位为N；

d0－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；设计时

应使Lmin≥1.25d0第四十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期六1.汽缸盖受气体压力：P=p·πD2/4=3.14×2502/4=58875(N)2.单个螺栓工作载荷：F=P/z=58875/12=4906.25(N)3.查表8－11，紧密因数K=2.7：螺栓所受总拉力F''=2.7F2=2.7×4906.25=13246.88(N)4.选择螺栓材料，计算需用应力查表8－12，选择Q215,屈服极限ss=220Mpa

，有表8－13，安全因数S＝1.4，许用应力[s]=ss/S=220/1.4=157.143(Mpa)5确定螺栓小径：查标准，取M16，其d1＝13.84>11.81，其公称直径16mmπ[s]=11.81d>=5.2F''第四十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期六解1.采用普通螺栓联接

（1）普通螺栓的主要失效形式为螺纹部分断裂失效。

（2）螺栓受力分析即每个螺栓的横向工作载荷

F=2T/D=2*0.9*106/150=12*103（3）普通螺栓联接，靠预紧力产生的摩擦力来传递横向力，其预紧力Q=SF/mfz，其中结合面m＝1，螺栓个数z＝4，结合面摩擦系数f＝0.15，安全因数S＝3,Q=SF/mfz=24×103（4）确定许用拉应力查表12，13。螺栓材料为Q235的M12，σs=240MP,S=3,[σ]=σs/S=80MP查机械手册，M12螺栓小径d1＝10.106mm

σ＝1.3×4×24×103/（π×10.1062）＝388.96>[σ]=80故强度不足第四十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期六σs/S=240/2.5=96MP=σb/s=300/2=150MP（4）计算；机械手册查铰制孔用螺栓M12受剪处直径d＝13mm，查表8－8螺栓杆与孔壁挤压面最小高度LMIN=h－l＝15－3＝12（3）求许用切应力和许用挤压应力z＝22.6<96MPz＝19.23<=150MP第四十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期六小结：通过以上两种情况的分析和计算，可以看出，虽然受到的外载荷相同，但由于螺栓联接的类型不同，单个螺栓的受力情况会有很大差异，致使所选螺栓直径相差很大。为了避免采用普通螺栓时螺栓直径太大的缺点，可采用减载装置，来传递横向力，这样所需的预紧力较小，不但减小了螺栓直径，使结构紧凑，而且工作可靠。因此在机械设计中，结构设计的优劣必须给予足够重视。其不同之处在于：普通螺栓联接，靠预紧力产生的摩擦力来传递横向力第四十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期六五、螺栓组联接的结构分析

1、螺纹联接的机构分析（1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。第四十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期六（2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置第五十页，共六十三页，编辑于2023年，星期六如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸承受横载荷的减载零件第五十一页