《机械原理与机械设计 （下册） 第4版》 课件 第14章-螺纹紧固件连接

第十四章螺纹紧固件连接一、螺纹的形成与分类第一节概述1概述S

形成（以圆柱外螺纹为例）

母体－螺旋线－牙型平面－螺纹概述

分类二、螺纹的主要参数（以圆柱外螺纹为例）

径向参数大径d、小径d1、中径d

2、牙型高度h

轴向参数螺距P、导程S（线数

n）

角度参数牙型角、牙型斜角、螺纹升角2圆柱螺纹圆锥螺纹外螺纹内螺纹左旋螺纹右旋螺纹单线螺纹多线螺纹普通螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹矩形螺纹概述3概述三、常用螺纹（牙型）4普通梯形锯齿形矩形效率自锁性概述螺纹选用

螺纹连接（自锁性）：单线、小螺距；大牙型斜角；螺旋传动（效率）：多线、大螺矩；小牙型斜角。5螺纹紧固件及连接类型6第二节螺纹紧固件及连接类型一、螺纹紧固件摘自GB/T3098.1—2010螺纹紧固件及连接类型二、螺纹紧固件连接的类型普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接7螺纹紧固件及连接类型双头螺柱连接螺钉连接紧定螺钉连接8一、预紧力及其控制螺纹紧固件连接的预紧与防松预紧：装配阶段（承受工作载荷之前），将螺母拧紧到一定程度。预紧力：螺栓所受轴向拉力

F

。目的：提高连接的刚性、紧密性，防止松脱；有紧密性要求的螺纹连接，必须严格控制预紧力（拧紧力矩），以免紧固件受损。0TT2T1T2TT19第三节螺纹紧固件连接的预紧与防松0TT2T1T2TT1螺纹阻力矩：螺母支承面摩擦力矩：拧紧力矩：10螺纹紧固件连接的预紧与防松测力矩扳手定力矩扳手二、防松承受冲击、振动载荷、循环载荷、工作温度变化较大时，螺纹副间和支承面间摩擦力下降，引起连接松脱，影响机器设备正常工作。

摩擦防松11螺纹紧固件连接的预紧与防松机械防松永久止动12螺纹紧固件连接的预紧与防松第四节单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算一、受拉螺栓连接的强度计算失效形式；强度计算对象；危险截面直径。（一）受横向工作载荷拉应力扭应力13单个螺栓连接的强度计算对于M10～M68的普通螺栓，，依据第四强度理论，当量应力校核设计许用应力（表14-6）14减载装置单个螺栓连接的强度计算（二）受轴向工作载荷1.受力分析总拉力剩余预紧力15单个螺栓连接的强度计算16相对刚度（表14-3）单个螺栓连接的强度计算17为确保连接的紧密性，防止接合面产生缝隙，2.受轴向静载荷时的强度计算单个螺栓连接的强度计算校核设计承载后，可能需要补充拧紧，计入扭应力影响，总拉力增大30％18根据连接承载情况，计算螺栓工作载荷，并根据工作要求确定剩余预紧力，求解螺栓总拉力。3.受轴向循环载荷时的强度计算单个螺栓连接的强度计算19先按静强度设计，初定螺栓公称直径，再校其核疲劳强度。二、受剪螺栓（铰制孔用螺栓）连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算20螺栓杆与孔壁为过渡配合或过盈配合；依靠螺栓杆的抗剪切强度、螺栓杆与孔壁间的抗挤压强度工作；预紧力、螺纹摩擦力矩均较小，忽略不计。ds单个螺栓连接的强度计算抗剪切强度（螺栓杆）抗挤压强度（螺栓杆、被连接件）设计校核校核最小接触长度按抗剪切强度设计，确定螺栓杆直径和螺纹公称直径，再校核其抗挤压强度。21ds螺栓杆、被连接件中较小者单个螺栓连接的强度计算三、螺纹紧固件的许用应力22静载荷循环载荷载荷性质应力幅校核不控制预紧力控制预紧力单个螺栓连接的强度计算23螺栓组连接的结构设计与强度计算第五节螺栓组连接的结构设计与强度计算内容：(1)螺栓组结构设计，确定接合面形状、螺栓布置方式和数目；(2)螺栓组受力分析，确定受力最大螺栓（受力大小和方向）；(3)单个螺栓连接强度计算，确定螺栓尺寸。一、螺栓组连接的结构设计准则1：螺栓受力合理尽可能将螺栓布置在接合面的外缘，以减小螺栓的工作载荷；螺栓尽可能相对外载荷对称布置，以使螺栓受力较均匀；对于铰制孔用螺栓组，在平行于工作载荷的方向上，布置螺栓数目不宜超过6～8

个，以避免载荷分布过于不均。24准则2：螺栓规格尺寸一致同一螺栓组中，各螺栓尺寸一般相同，简化设计、制造与维修，降低成本。准则3：螺栓间距适当螺栓布置应有合理的间距、边距和必要的扳手空间。对于紧密性要求较高的连接，推荐的螺栓间距见表14-10

。在圆周上布置的螺栓，数目宜采用4、6、8、12等，以便于加工时分度。25螺栓组连接的结构设计与强度计算准则4：减小附加弯曲应力应保证螺栓头与螺母的支承面平整，并与螺栓轴线垂直，以避免引起偏心载荷。应将被连接件的支承面制成凸台或沉头座；如支承面倾斜，可采用斜面垫圈。二、螺栓组连接的受力分析与计算假设

(1)全组螺栓的尺寸规格和所施加的预紧力均相同；(2)被连接件视为刚体（翻转力矩作用时，基座视为弹性体）；(3)螺栓的变形在弹性范围之内。26螺栓组连接的结构设计与强度计算（一）承受轴向载荷的螺栓组连接轴向总载荷FQ通过螺栓组形心，各螺栓所受轴向工作载荷相等。（二）承受横向载荷的螺栓组连接工作载荷FsΣ

与螺栓轴线垂直，且通过螺栓组对称中心。1.普通螺栓连接27螺栓组连接的结构设计与强度计算2.铰制孔用螺栓连接（二）承受转矩的螺栓组连接1.普通螺栓连接预紧力相同，接合面摩擦力相同，且作用于各螺栓中心。28螺栓组连接的结构设计与强度计算2.铰制孔用螺栓连接设被连接件底板为刚体，各螺栓所受剪力与其到螺栓组形心的距离成正比。29螺栓组连接的结构设计与强度计算（三）承受翻转力矩的螺栓组连接30螺栓组连接的结构设计与强度计算受拉侧不分离受压侧不压溃螺栓变形与其到形心轴线距离成正比，各螺栓刚度相同，故螺栓组连接的结构设计与强度计算31横向工作载荷轴向工作载荷翻转力矩(1)托架不滑移(2)接合面上端(受拉侧)不分离1.螺栓组受力分析2.螺栓组失效分析与强度计算由(1)(2)确定螺栓预紧力螺栓组连接的结构设计与强度计算32例题：接合面滑移、分离、压溃，螺栓拉断(3)受力最大螺栓不拉断(4)接合面下端(受压侧)不压溃-校核工作载荷总拉力强度设计确定螺栓公称直径及其小径螺栓组连接的结构设计与强度计算33螺栓组连接的结构设计与强度计算34习题14-1提高紧固螺纹连接强度的措施35第六节提高紧固螺纹连接强度的措施一、改善旋合螺纹牙间的载荷分配

螺栓受拉，其螺距增大；螺母受压，其螺距减小。螺距变化差依靠螺纹牙的变形来补偿，螺母支承面处第一圈螺纹变形（受力）最大，以后各圈递减。约1/3载荷集中作用在第一圈，第八圈以后几乎不受力。

结论：增加旋合圈数（加厚螺母）不能提高螺纹连接的强度。36悬置螺母环槽螺母内斜螺母措施：改变螺母变形性质、改善螺栓旋合段载荷分布。二、减小螺栓的应力幅最大应力一定时，应力幅越小，螺栓疲劳强度越高。

工作载荷和剩余预紧力不变，减小螺栓系统刚度、增大被连接件系统刚度，均可减小应力幅。

提高紧固螺纹连接强度的措施37预紧力应适当增加，但需确保螺栓的静强度。(1)减小螺栓系统刚度增加螺栓长度、减小螺栓光杆部分的直径、采用柔性螺栓、在螺母或螺栓头下安装弹性元件等。提高紧固螺纹连接强度的措施(2)增加