螺纹连接机械设计

螺纹连接机械设计一、螺纹的类型和特点:螺旋副自锁条件螺旋副效率三角形β矩形

=0梯形β第五章螺纹连接第2页,共89页，2024年2月25日，星期天普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹30o60o33o第3页,共89页，2024年2月25日，星期天三角形螺纹自锁性好，用于连接。矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动。第4页,共89页，2024年2月25日，星期天

大径d

—公称直径小径d1—强度计算直径螺距p

—螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离导程S—螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离线数n

—螺纹的螺旋线数目二、螺纹的主要参数第5页,共89页，2024年2月25日，星期天螺纹旋向

左旋螺纹，右旋螺纹（常用）

旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，右边高则为右旋。第6页,共89页，2024年2月25日，星期天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

第7页,共89页，2024年2月25日，星期天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

第8页,共89页，2024年2月25日，星期天§5-2螺纹连接的类型和标准连接件1、螺栓连接装拆方便螺栓受拉力普通螺栓连接一、螺纹连接的基本类型F0FpFF预紧力第9页,共89页，2024年2月25日，星期天铰制孔螺栓连接螺栓受剪切、挤压用于横向载荷大的连接FF第10页,共89页，2024年2月25日，星期天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预紧力第11页,共89页，2024年2月25日，星期天3、螺钉连接用于不经常装拆的场合螺钉受拉力F预紧力第12页,共89页，2024年2月25日，星期天4、紧定螺钉连接第13页,共89页，2024年2月25日，星期天地脚螺栓联接第14页,共89页，2024年2月25日，星期天二、标准螺纹连接件螺栓、螺母、螺钉、垫圈等第15页,共89页，2024年2月25日，星期天§5-3螺纹连接的预紧预紧的目的—保证可靠性、紧密性防止联接松动提高联接的紧密性提高联接的紧密性第16页,共89页，2024年2月25日，星期天预紧方法：

LF第17页,共89页，2024年2月25日，星期天螺旋副摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩拧紧力矩与预紧力的关系：第18页,共89页，2024年2月25日，星期天螺旋副摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩d0D0第19页,共89页，2024年2月25日，星期天LF第20页,共89页，2024年2月25日，星期天（二）控制预紧力的方法原因：T↑→F↑→拉断、滑扣

T↓→不能满足工作要求方法：1.控制应力或应变2.控制拧紧力矩3.控制拧紧力臂4.测量螺栓伸长量第21页,共89页，2024年2月25日，星期天§5-3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防松的根本问题：防止螺旋副的相对转动第22页,共89页，2024年2月25日，星期天摩擦防松：自锁螺母第23页,共89页，2024年2月25日，星期天2、机械防松开口销与槽形螺母止动垫片第24页,共89页，2024年2月25日，星期天机械防松：串联钢丝防松第25页,共89页，2024年2月25日，星期天3、其他防松:破坏螺纹副关系防松防松的根本问题：防止螺旋副的相对转动第26页,共89页，2024年2月25日，星期天§5-5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；第27页,共89页，2024年2月25日，星期天3、螺栓的排列应有合理的间距和边距；2、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第28页,共89页，2024年2月25日，星期天4、分布在圆周上的螺栓数目多为偶数；5、避免螺栓承受附加的弯曲载荷凸台与沉孔斜面垫圈F0第29页,共89页，2024年2月25日，星期天二、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。螺栓组所受的外载情况：第30页,共89页，2024年2月25日，星期天几点假设：（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。第31页,共89页，2024年2月25日，星期天用普通螺栓连接连接的不滑移条件：1、受横向载荷的螺栓组连接第32页,共89页，2024年2月25日，星期天用铰制孔螺栓连接螺栓受剪力Z—螺栓的数目

第33页,共89页，2024年2月25日，星期天F0=100N,z=3,f=0.15,Ks=1.2求F∑=?不滑移条件：F∑F∑

第34页,共89页，2024年2月25日，星期天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：第35页,共89页，2024年2月25日，星期天160120T=10Nm,z=6,f=0.15,Ks=1.2求F0=?r1r2不转动条件：r1=60mm,r2=100mm第36页,共89页，2024年2月25日，星期天b.采用铰制孔螺栓连接受载最大的螺栓所受剪力第37页,共89页，2024年2月25日，星期天160120T=10Nm,z=6,求Fmax=?r1r2r1=60mm,r2=100mm铰制孔螺栓连接第38页,共89页，2024年2月25日，星期天气缸螺栓连接图3、受轴向力的紧螺栓组连接工作拉力第39页,共89页，2024年2月25日，星期天4、受倾覆力矩M的螺栓组连接0第40页,共89页，2024年2月25日，星期天0应满足的条件：1、螺栓的强度条件23受力最大的螺栓是哪个？第41页,共89页，2024年2月25日，星期天绕轴y-y受倾覆力矩M=10Nm,求Fmax=?160120yyxxL1L1=80若绕轴x-x受倾覆力矩M=10Nm,求Fmax=?

L2L2=60第42页,共89页，2024年2月25日，星期天§5-6螺栓连接的强度计算连接方式失效形式设计准则强度计算受拉螺栓——断裂受剪螺栓——圧溃或剪断第43页,共89页，2024年2月25日，星期天FF一、受拉螺栓连接的强度计算1、仅受预紧力第44页,共89页，2024年2月25日，星期天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第45页,共89页，2024年2月25日，星期天例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：=20000N第46页,共89页，2024年2月25日，星期天2)强度条件：=12.86mmM16d1=13.835mm查标准第47页,共89页，2024年2月25日，星期天气缸螺栓连接图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？？第48页,共89页，2024年2月25日，星期天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Cb螺栓刚度Cm被连接件刚度第49页,共89页，2024年2月25日，星期天力变形力变形第50页,共89页，2024年2月25日，星期天变形力F第51页,共89页，2024年2月25日，星期天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：相对刚度总拉力残余预紧力第52页,共89页，2024年2月25日，星期天F力变形FF2第53页,共89页，2024年2月25日，星期天按判定强度计算方法,验算疲劳强度安全系数。第54页,共89页，2024年2月25日，星期天MN第55页,共89页，2024年2月25日，星期天3、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第56页,共89页，2024年2月25日，星期天例: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第57页,共89页，2024年2月25日，星期天解：1、求工作拉力F2、求总拉力F2第58页,共89页，2024年2月25日，星期天3、求螺栓小径4、求螺栓的预紧力第59页,共89页，2024年2月25日，星期天例：图示气缸用10个M10（小径d1=8.3mm）普通螺栓连接。已知气缸直径D=100mm，工作压力p=0～4MPa，螺栓连接的相对刚度cb/(cm+cb)=0.86,安装预紧力F0=5410N。螺栓材料的极限应力图如图示1、若取安全系数S=1.5，验算螺栓的静强度2、在极限应力图上，标出螺栓的工作应力点W，确定其极限应力点W’。50100100200300/MPa/MPa第60页,共89页，2024年2月25日，星期天例：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.

解:1、将外力P向螺栓组形心简化。螺栓组受载横向力：P转矩：T=P×L=800000NmmLdPd转矩TP第61页,共89页，2024年2月25日，星期天LdPd转矩TP2、分析在各载荷作用下，每个螺栓的受力。=2828N3、求合力第62页,共89页，2024年2月25日，星期天4、求螺栓的预紧力不滑移条件：5、求螺栓小径d1第63页,共89页，2024年2月25日，星期天6、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：第64页,共89页，2024年2月25日，星期天结论：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。第65页,共89页，2024年2月25日，星期天2)当螺栓布置方式发生改变时,会有何影响？LPdd第66页,共89页，2024年2月25日，星期天2)如果采用铰制孔螺栓，会有何影响？求合力LdPd转矩TP第67页,共89页，2024年2月25日，星期天用剪切强度计算螺栓直径校核配合面的挤压强度第68页,共89页，2024年2月25日，星期天HLLP例：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.第69页,共89页，2024年2月25日，星期天解：1、将外力P

移至接合面形心HLLPPM横向载荷P

倾覆力矩第70页,共89页，2024年2月25日，星期天2、求工作拉力FHLLPPMFF第71页,共89页，2024年2月25日，星期天3、按不滑移条件求预紧力不滑移条件：4、求总拉力F2HLLPPMFF第72页,共89页，2024年2月25日，星期天5、求螺栓小径6、接合面是否出现间隙？第73页,共89页，2024年2月25日，星期天§5-7螺纹连接件的材料及其许用应力螺栓性能等级：（表5-8）3.6，4.6，4.8，5.6，5.86.8，8.8，9.8，10.9，12.9屈服极限/MPa900=100×0.9螺母性能等级：（表5-9）

4，5，6，8，9，10，12第74页,共89页，2024年2月25日，星期天螺母性能等级：

45

6891012螺栓性能等级：3.6，4.6，4.8(d>16)3.6，4.6，4.8(d≤16)5.6，5.86.88.89.8(d≤16)10.912.9

第75页,共89页，2024年2月25日，星期天螺纹连接件的许用应力：塑性材料：脆性材料：第76页,共89页，2024年2月25日，星期天一、降低应力幅§5-8提高螺纹连接强度的措施F2｝力变形F第77页,共89页，2024年2月25日，星期天1、减小螺栓刚度（空心螺栓、加长螺栓）2、增大被连接件刚度（金属垫片）3、减小螺栓刚度、增大被连接件刚度，同时增加预紧力F第78页,共89页，2024年2月25日，星期天二、改善螺纹牙间的载荷分布悬置螺母环槽螺母内斜螺母F0F0F0F0悬置螺母第79页,共89页，2024年2月25日，星期天三、减小应力集中（大圆角和卸载结构）1.冷镦螺栓头，滚压螺纹；2.采用氮化、氰化、喷丸处理。四、采用合理的制造方法第80页,共89页，2024年2月25日，星期天图示支座用4个螺钉连接,已知P=5600N，夹角a=45,h=320mm,L=140mm,b=150mm,取摩擦系数f=0.15,防滑系数Ks=1.2,试设计螺栓连接.hh1b150P140LL第81页,共89页，2024年2月25日，星期天M▲PPH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acosPPV=asinPPH=第82页,共89页，2024年2月25日，星期天不滑移条件:M

作用对摩擦力没