第二章 螺紋連接

1、 機(jī)機(jī) 械械 設(shè)設(shè) 計計 第二章第二章 螺紋連接螺紋連接 基本要求基本要求 重重 點(diǎn)點(diǎn) 學(xué)學(xué) 時時 螺紋形成、分類及基本參數(shù)，螺紋連接的基本類型，螺紋連接的預(yù) 緊及防松。 螺栓組的設(shè)計及螺栓的強(qiáng)度計算。 了解 掌握 螺栓組的設(shè)計及螺栓的強(qiáng)度計算。 6學(xué)時 第二章第二章 螺紋連接螺紋連接 第一節(jié)第一節(jié) 螺紋連接概述螺紋連接概述 螺紋連接是利用帶有螺紋的零件構(gòu)成的可拆連接，它的功用 是把兩個或者兩個以上的零件連接在一起，這種連接結(jié)構(gòu)簡單， 拆裝方便，互換性好，工作可靠，形式多樣靈活，可反復(fù)拆裝而 不必破壞任何零件。 刀具做直線運(yùn)動； 工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動； 螺紋線：轉(zhuǎn)動與直線運(yùn)動合成； 螺紋牙：某一個形

2、狀小面積沿螺旋線運(yùn)動就形成； 一、螺紋的形成一、螺紋的形成 二、螺紋的分類二、螺紋的分類 1、按照平面圖形的形狀：三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等。 2、按照螺旋線的旋向：左旋螺紋和右旋螺紋。 3、按照螺旋線的數(shù)目：單線螺紋和多線螺紋，為了制造方便，螺紋的線數(shù)一般不超過4。 4、按功能：聯(lián)接螺紋，傳動螺紋。 5、按標(biāo)準(zhǔn)：公制螺紋，英制螺紋。 三、螺紋的主要參數(shù)三、螺紋的主要參數(shù) 1）外徑d螺紋的最大直徑，在標(biāo)準(zhǔn)中定為公稱直徑； 2）內(nèi)徑d1螺紋的最小直徑，在強(qiáng)度計算中常作為螺桿危險截面的計算直徑； 3）中徑d2近似等于螺紋的平均直徑； 4）螺距P相鄰兩牙中徑線上對應(yīng)軸線間的距離;

3、5）導(dǎo)程S同一條螺旋線相鄰兩牙的軸向距離； 6) 線數(shù)n螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n4；螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：L=nP 7）升角-螺旋線與水平線夾角； 8）牙型角-螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角; 9)牙型斜角-螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角。 三、螺紋聯(lián)接的基本類型三、螺紋聯(lián)接的基本類型 左圖螺桿與孔之間有一定的間隙普通螺栓聯(lián)接； 右圖螺桿與孔之間無間隙鉸制孔螺栓聯(lián)接。 1 1、螺栓連接、螺栓連接 2 2、雙頭螺柱連接、雙頭螺柱連接 這種聯(lián)接適用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓聯(lián)接的 場合，例如被聯(lián)接件之一太厚不宜制成通孔，且 需要經(jīng)常拆裝。 3 3、螺釘連接、螺釘連接 這種聯(lián)接在

4、結(jié)構(gòu)上比雙頭螺柱聯(lián)接簡單、 緊湊。其用途和雙頭螺柱聯(lián)接相似，但如經(jīng)常 拆裝時，易使螺紋孔磨損，故多用于受力不大， 或不需要經(jīng)常拆裝的場合。 4 4、緊定螺釘連接、緊定螺釘連接 將緊定螺釘擰入一零件的螺紋孔中，其末端頂住另一零件的表面，或頂入 相應(yīng)的凹坑中。常用于固定兩個零件的相對位置，并可傳遞不大的力或轉(zhuǎn)矩。 5 5、其它連接、其它連接 四、螺紋緊固件（標(biāo)準(zhǔn)件）四、螺紋緊固件（標(biāo)準(zhǔn)件） 螺紋聯(lián)接件品種很多，大都已標(biāo)準(zhǔn)化。常用的標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件有螺栓、 螺釘、雙頭螺柱、緊定螺釘、螺母和墊圈等。 普通螺栓 六角頭、圓柱頭（內(nèi)六角） 1）螺栓 鉸制孔螺栓螺紋部分直徑較小 2）雙頭螺柱兩端帶螺紋 3）螺

5、釘 4）緊定螺釘 5）螺母 6）圓螺母 7）彈簧墊片 8）止動墊片 螺紋緊固件的力學(xué)性能等級螺紋緊固件的力學(xué)性能等級 第二節(jié)第二節(jié) 螺栓連接的預(yù)緊及防松螺栓連接的預(yù)緊及防松 一、螺紋連接的預(yù)緊及其控制一、螺紋連接的預(yù)緊及其控制 1.螺紋連接的預(yù)緊 1）預(yù)緊及預(yù)緊力的定義 2）預(yù)緊的目的：防止被連接件的分離、相對滑移或結(jié)合面開縫。 預(yù)緊力越大越好嗎？預(yù)緊力越大越好嗎？ 2.螺紋連接的預(yù)緊力的控制 1）一般連接經(jīng)驗(yàn)控制，普通扳手。 2）重要連接許嚴(yán)格控制預(yù)緊力。 二、螺紋連接的防松（二、螺紋連接的防松（P276） 1、摩擦式防松； 2、機(jī)械式防松； 3、永久式防松。 第三節(jié)第三節(jié) 螺栓組設(shè)計螺栓組

6、設(shè)計 由兩個或者兩個以上的螺栓組成的連接稱為螺栓組連接。 螺栓組設(shè)計的主要內(nèi)容： 1.螺栓組連接的失效分析； 2.螺栓組的受力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計。 一、螺栓組的失效分析（一、螺栓組的失效分析（P277)P277) 二、螺栓組的受力分析二、螺栓組的受力分析 進(jìn)行螺栓組受力分析的目的是：求出受力最大的螺栓及其所受的力。 下面針對幾種典型的受載情況，分別加以討論。 失效形式：1）被連接件的滑移、出現(xiàn)間隙、壓潰及斷裂； 1）連接件的斷裂、壓潰、塑性變形及螺紋牙的滑扣。 1、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接 1）采用普通螺栓連接 靠摩擦力平衡橫向外載荷。 FKfmZF fP 2）采用鉸制孔螺栓連接 橫向外載荷靠螺栓桿

7、受剪切和螺栓桿與孔壁之間的擠壓平衡。 單個螺栓所受工作載荷： Z F F 平衡公式： 單個螺栓所受預(yù)緊力： Zfm FK F f P 2、受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接 1）采用普通螺栓連接 2）采用鉸制孔螺栓連接 轉(zhuǎn)矩靠摩擦面的摩擦力矩平衡。 TKrrrfF fiP )( 21 外加轉(zhuǎn)矩T由各螺栓所受橫向剪切載荷對形心O的力矩平衡。 TrFrFrF ii 2211 平衡公式： 單個螺栓所受預(yù)緊力： )( 21i f P rrrf TK F 平衡公式： 離形心最遠(yuǎn)的螺栓受力最大： 22 2 2 1 max max i rrr Tr F 3、受軸向工作載荷的緊螺栓連接（詳見第四節(jié)） 4、受傾覆力矩M的螺栓組

8、連接 MrFrFrF ii 2211 平衡公式： 離對稱中心最遠(yuǎn)的螺栓受力最大： 22 2 2 1 max max i rrr Mr F 在翻轉(zhuǎn)力矩作用下，被連接結(jié)合面的壓力最小處不應(yīng)出現(xiàn)間隙，受 力最大處不應(yīng)出現(xiàn)壓潰 0 min W M A ZFP P max P PP ZFM AW 注意：螺栓組受單一載荷的情況較少，經(jīng)常是以上四種情況的組合。注意：螺栓組受單一載荷的情況較少，經(jīng)常是以上四種情況的組合。 進(jìn)行螺栓組受力分析時，首先將載荷進(jìn)行簡化分解，并逐一按照單一進(jìn)行螺栓組受力分析時，首先將載荷進(jìn)行簡化分解，并逐一按照單一 情況進(jìn)行分析，求出各螺栓所受載荷，最后將相同性質(zhì)的載荷按照力情況進(jìn)行

9、分析，求出各螺栓所受載荷，最后將相同性質(zhì)的載荷按照力 的疊加原理，求出受力最大的螺栓所受實(shí)際載荷。的疊加原理，求出受力最大的螺栓所受實(shí)際載荷。 三、螺栓組連接結(jié)構(gòu)設(shè)計三、螺栓組連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的在于根據(jù)載荷情況確定連接結(jié)合面的幾何形狀和螺 栓組布置形式，力爭使各螺栓受力均勻，避免產(chǎn)生附件載荷，便于加工裝配。 1、結(jié)合面形狀簡單：盡量采用有兩個對稱軸的簡單幾何形狀； 2、結(jié)合面便于分度：3、4、6、8、12； 3、盡量減少加工面； 4、各螺栓受力均勻； 5、螺栓排列有合理的間距和邊距。 第四節(jié)第四節(jié) 螺栓的強(qiáng)度計算螺栓的強(qiáng)度計算 一、單個普通螺栓強(qiáng)度計算一、單個普通螺栓強(qiáng)度計算

10、1、松螺栓連接 4 2 1 d F 標(biāo)準(zhǔn)的螺紋連接，其螺栓、螺母、墊片各部分的結(jié)構(gòu)尺寸均已按等強(qiáng)度 原則設(shè)計確定，所以強(qiáng)度計算只需確定或者校核螺紋部分的危險截面，而鉸 制孔螺紋只需確定或者校核螺栓桿無螺紋部分的截面直徑。 2、只受預(yù)緊力的單個緊螺栓連接 4 3 . 1 2 1 d FP 1.3是考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響，將載荷增加30%，按照純拉伸載荷計算。 3、受軸向工作載荷的緊螺栓連接 螺栓所受總載荷? 0 FFF P 擰緊后的狀態(tài)： 2 2 1 1 P P F c F c 2 / 2 1 / 1 0 1 c FF c FFF c FF PP PPP 1 12 c cc 稱為相對剛度。 受工作

11、載荷后： 21 / 0 FFF P 1 0 12 / 2 12 P pP c FFF cc c FFF cc 用 計算單個螺栓的總力時，殘余預(yù)緊力的取值參考以下數(shù)據(jù)： FFF P / 0 一般連接： F為變載荷： F為沖擊載荷： 壓力容器或重要連接： FFP）（6 . 02 . 0 / FFP）（0 . 16 . 0 / FFP）（5 . 10 . 1 / FFP）（8 . 15 . 1 / 4 3 . 1 2 1 0 d F 1）F為靜載荷： 2）F為變載荷：除了 按上式計算還需進(jìn)行應(yīng)力幅值計算 aa a A F 其中： 21 1120102 a . 22cc cFFFF F 二、單個鉸制孔螺栓強(qiáng)度計算二、單個鉸制孔螺栓強(qiáng)度計算 2 0 4 dm F pp hd F min0 第五節(jié)第五節(jié) 提高螺紋連接性能的措施提高螺紋連接性能的措施 一、提