機(jī)械設(shè)計(jì)課件之螺紋聯(lián)接

1、1).1).掌握常用螺紋的類型、特點(diǎn)和普通螺紋掌握常用螺紋的類型、特點(diǎn)和普通螺紋的主要參數(shù)；的主要參數(shù)；2).2).掌握常用螺紋聯(lián)接的主要類型和應(yīng)用；掌握常用螺紋聯(lián)接的主要類型和應(yīng)用；3).3).了解常用螺紋聯(lián)接的擰緊與防松；了解常用螺紋聯(lián)接的擰緊與防松；4).4).掌握單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算；掌握單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算；5).5).掌握螺栓組聯(lián)接的受力分析；掌握螺栓組聯(lián)接的受力分析；基本要求基本要求第第6 6章章 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接重點(diǎn)：重點(diǎn)：受力分析、強(qiáng)度計(jì)算受力分析、強(qiáng)度計(jì)算難點(diǎn)：難點(diǎn)：受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接1.1.螺紋緊固件螺紋緊固件6.1.2 6.1.2 螺紋緊固

2、件的性能等級(jí)和材料螺紋緊固件的性能等級(jí)和材料2.2.緊固件的材料和性能等級(jí)緊固件的材料和性能等級(jí)6.1 6.1 螺紋聯(lián)接的主要類型、材料和精度螺紋聯(lián)接的主要類型、材料和精度6.1.16.1.1螺紋聯(lián)接的主要類型螺紋聯(lián)接的主要類型 螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接按緊固件不同分按緊固件不同分 螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接 雙頭螺柱聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接根據(jù)裝配時(shí)是否擰緊分根據(jù)裝配時(shí)是否擰緊分 松聯(lián)接松聯(lián)接緊聯(lián)接緊聯(lián)接按螺栓受力狀況分按螺栓受力狀況分 受拉螺栓聯(lián)接受拉螺栓聯(lián)接受剪螺栓聯(lián)接受剪螺栓聯(lián)接6.2 螺紋聯(lián)接的擰緊與防松螺紋聯(lián)接的擰緊與防松6.2.16.2.1螺紋聯(lián)接的擰緊螺紋聯(lián)接的擰緊1.1.擰緊的

3、目的：擰緊的目的：增強(qiáng)聯(lián)接的剛性、增強(qiáng)聯(lián)接的剛性、緊密性和防松能力。對(duì)于受拉螺栓緊密性和防松能力。對(duì)于受拉螺栓聯(lián)接，還可提高螺栓的疲勞強(qiáng)度；聯(lián)接，還可提高螺栓的疲勞強(qiáng)度；對(duì)于受剪螺栓聯(lián)接，有利于增大聯(lián)對(duì)于受剪螺栓聯(lián)接，有利于增大聯(lián)接中的摩擦力。接中的摩擦力。2.2.擰緊力矩?cái)Q緊力矩: : dFdFkTTTt212 . 03.3.控制擰緊力矩的方法控制擰緊力矩的方法：如使用測(cè)力矩扳手或定力矩扳手如使用測(cè)力矩扳手或定力矩扳手 6.2.2 6.2.2 螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接的防松防松目的：防松目的：雖然螺紋聯(lián)接一般能滿足自鎖條雖然螺紋聯(lián)接一般能滿足自鎖條件，但在沖擊、振動(dòng)或變載荷下，或當(dāng)問(wèn)對(duì)件，但在

4、沖擊、振動(dòng)或變載荷下，或當(dāng)問(wèn)對(duì)變化大時(shí)，聯(lián)接有可能松動(dòng)。變化大時(shí)，聯(lián)接有可能松動(dòng)。防松原理：摩擦力防松防松原理：摩擦力防松（對(duì)頂螺母、彈簧墊圈、（對(duì)頂螺母、彈簧墊圈、鎖緊螺母等）鎖緊螺母等）；利用機(jī)械元件防松利用機(jī)械元件防松（止動(dòng)墊片、（止動(dòng)墊片、串聯(lián)金屬絲等）串聯(lián)金屬絲等）；破壞螺紋副關(guān)系；破壞螺紋副關(guān)系（焊住螺紋（焊住螺紋副或?qū)β菁y副沖點(diǎn)等）副或?qū)β菁y副沖點(diǎn)等）。 6.3 6.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺栓聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算6.3.16.3.1受拉螺栓聯(lián)接受拉螺栓聯(lián)接主要失效形式：主要失效形式：靜載：螺紋部分的塑性變形或斷裂；靜載：螺紋部分的塑性變形或斷裂；變載：栓桿部

5、分的疲勞斷裂；變載：栓桿部分的疲勞斷裂；精度低或時(shí)常裝拆時(shí)：滑扣。精度低或時(shí)常裝拆時(shí)：滑扣。1.1.受拉松螺栓聯(lián)接受拉松螺栓聯(lián)接只承受軸向靜載只承受軸向靜載強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： 24cdF65%20%15%2. 2. 受拉緊螺栓聯(lián)接受拉緊螺栓聯(lián)接（1 1）只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接）只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接載荷傳遞：載荷傳遞：靠被聯(lián)接件接合面上靠被聯(lián)接件接合面上的摩擦力來(lái)傳遞外載的摩擦力來(lái)傳遞外載F FR R螺栓受載：螺栓受載：只受預(yù)緊力只受預(yù)緊力F F圖 6.4 只 受 預(yù) 緊 力 的 緊 螺 栓 聯(lián) 接外載：外載：橫向載荷橫向載荷強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： 23 . 14cdF(6.4)（2 2）承受

6、預(yù)緊力和軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接）承受預(yù)緊力和軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接FFF 0 FcccFF2110 FcccFF212 (6.5 5 6.8） FcccFF212 螺栓與被聯(lián)接件的受力與變形線圖：螺栓與被聯(lián)接件的受力與變形線圖：圖 6.6 螺 栓 和 被 聯(lián) 接 件 的 力 與 變 形 的 關(guān) 系受 工 作 載 荷 時(shí)21 2 1變 形力 靜強(qiáng)度靜強(qiáng)度： 203 . 14cdF（6.9）疲勞強(qiáng)度：疲勞強(qiáng)度： acCaacccdFFAF2112122（6.10） 6.3.26.3.2受剪螺栓聯(lián)接受剪螺栓聯(lián)接栓桿或孔壁被壓潰栓桿被剪斷主要失效形式：假 設(shè) 擠 壓 應(yīng) 力 分 布） 擠 壓 應(yīng)

7、力 分 布螺 栓 被 擠 壓擠 壓 破 壞剪 斷 破 壞圖 6 . 8 受 剪 螺 栓 聯(lián) 接受 剪 螺 栓 聯(lián) 接被 聯(lián) 接 件 擠壓強(qiáng)度條件：擠壓強(qiáng)度條件： pspdhF （6.12）剪切強(qiáng)度條件：剪切強(qiáng)度條件： mdFdmFss2244（6.11）6.4 6.4 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)6.4.16.4.1螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： 1.1.接合面的幾何形狀設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱式。接合面的幾何形狀設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱式。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的： 確定合理的接合確定合理的接合面面的幾何形狀及螺栓的布的幾何形狀及螺栓的布置形式，以置形式，以

8、使使各螺栓受力均勻，且便于加工各螺栓受力均勻，且便于加工裝配。裝配。1).1).分布在同一圓周上的螺栓應(yīng)取偶數(shù)且均勻分布在同一圓周上的螺栓應(yīng)取偶數(shù)且均勻布置；布置；2).2).螺栓應(yīng)有合理的間距和邊距；螺栓應(yīng)有合理的間距和邊距；3).3).受剪螺栓應(yīng)布置在載荷方向上（或平行），受剪螺栓應(yīng)布置在載荷方向上（或平行），數(shù)目不超過(guò)數(shù)目不超過(guò)6 6個(gè)；個(gè)；4).4).聯(lián)接承受轉(zhuǎn)矩、彎矩時(shí)，應(yīng)盡量使螺栓靠聯(lián)接承受轉(zhuǎn)矩、彎矩時(shí)，應(yīng)盡量使螺栓靠近接合面的邊緣。近接合面的邊緣。5 5）. .避免螺栓承受附加的彎曲載荷避免螺栓承受附加的彎曲載荷2.2.螺栓的布置要合理螺栓的布置要合理6.4.2 6.4.2 螺栓

9、組聯(lián)接的受力分析螺栓組聯(lián)接的受力分析假設(shè)：假設(shè)：1 1）被聯(lián)接件為剛體；）被聯(lián)接件為剛體；2 2）各螺栓的拉伸剛度或剪切剛度（材料、直）各螺栓的拉伸剛度或剪切剛度（材料、直徑、長(zhǎng)度）和預(yù)緊力都相同；徑、長(zhǎng)度）和預(yù)緊力都相同；3 3）螺栓的應(yīng)變?cè)趶椥苑秶鷥?nèi)。）螺栓的應(yīng)變?cè)趶椥苑秶鷥?nèi)。 受力分析的目的：受力分析的目的： 分析各螺栓受力，求出受載最大螺栓所分析各螺栓受力，求出受載最大螺栓所受載荷，進(jìn)而進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。受載荷，進(jìn)而進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。1.1.受軸向力受軸向力F FQ Q的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接工作載荷工作載荷: :zFFQ圖 6.10 受軸向力的螺栓組聯(lián)接板的平衡條件：板的平衡條件：RfsFk

10、Fmz 2. 2. 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接（1 1）受拉螺栓聯(lián)接）受拉螺栓聯(lián)接用 受 拉 螺 栓 聯(lián) 接圖 6.11 受 橫 向 力 的 螺 栓 組 聯(lián) 接 （2 2）受剪螺栓聯(lián)接）受剪螺栓聯(lián)接 板平衡條件：板平衡條件：RsFzF 用受剪螺栓聯(lián)接圖6.11 受橫向力的螺栓組聯(lián)接 3. 3. 受旋轉(zhuǎn)力矩受旋轉(zhuǎn)力矩T T的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接（1 1）用受拉螺栓聯(lián)接）用受拉螺栓聯(lián)接板的平衡條件：板的平衡條件： TkrrrFfzs)(21聯(lián) 接 受 旋 轉(zhuǎn) 力 矩圖 6 . 1 2 受 旋 轉(zhuǎn) 力 矩 的 螺 栓 組 聯(lián) 接用 受 拉 螺 栓 聯(lián) 接（2 2）受剪螺栓聯(lián)接）受

11、剪螺栓聯(lián)接 靜力平衡條件：靜力平衡條件： TrFrFrFzszss2211 變形協(xié)調(diào)條件：變形協(xié)調(diào)條件： zszsSrFrFrF2211ziisrTrF12maxmax 4 4受翻轉(zhuǎn)力矩受翻轉(zhuǎn)力矩M M 的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接底板的靜力平衡條件：底板的靜力平衡條件：MrFrFrFzz2211 變形協(xié)調(diào)條件：變形協(xié)調(diào)條件： zzrFrFrF2211ziirMrF12maxmaxl一般說(shuō)，對(duì)普通螺栓可按軸向載荷或（和）傾覆力矩確定螺栓的工作拉力；按橫向載荷或（和）轉(zhuǎn)矩確定聯(lián)接所需要的預(yù)緊力，然后求出螺栓的總拉力。l再按單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算公式校核6.5 6.5 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施提高螺栓聯(lián)

12、接強(qiáng)度的措施6.5.16.5.1均勻螺紋牙受力分配均勻螺紋牙受力分配 6.5.2 減小附加應(yīng)力減小附加應(yīng)力 從兩方面入手：從兩方面入手： 1 1）減小螺栓的實(shí)際應(yīng)力；）減小螺栓的實(shí)際應(yīng)力； 2 2）提高螺栓的許用疲勞強(qiáng)度）提高螺栓的許用疲勞強(qiáng)度。改善措施：采用懸置螺母、環(huán)槽螺母、內(nèi)斜螺母。采用鋼絲螺套。凸臺(tái)、沉頭座斜墊圈、球面墊圈措施：加高螺母以增加旋合圈數(shù)，加高螺母以增加旋合圈數(shù)，對(duì)提高螺栓強(qiáng)度沒(méi)有多少作對(duì)提高螺栓強(qiáng)度沒(méi)有多少作用。用。裝配時(shí)用扳手在螺栓末裝配時(shí)用扳手在螺栓末端加一相反力矩可消除端加一相反力矩可消除附加切應(yīng)力。附加切應(yīng)力。 減小螺栓的剛度減小螺栓的剛度（適當(dāng)增大螺栓的長(zhǎng)度，部

13、分（適當(dāng)增大螺栓的長(zhǎng)度，部分減小栓桿直徑或作成中空的結(jié)構(gòu)，在螺母的下面減小栓桿直徑或作成中空的結(jié)構(gòu)，在螺母的下面安裝彈性元件等）安裝彈性元件等）或增大被聯(lián)接件的剛度或增大被聯(lián)接件的剛度（用剛（用剛度大的墊片等）度大的墊片等）6.5.4 6.5.4 降低應(yīng)力幅降低應(yīng)力幅 6.5.3 6.5.3 減輕應(yīng)力集中減輕應(yīng)力集中適當(dāng)加大牙根圓角半徑，在螺紋收尾處用退適當(dāng)加大牙根圓角半徑，在螺紋收尾處用退刀槽，在螺母承壓面以內(nèi)的栓桿有余留螺紋刀槽，在螺母承壓面以內(nèi)的栓桿有余留螺紋等都有良好的效果。等都有良好的效果。6.5.6 6.5.6 改善制造工藝改善制造工藝6.5.5 6.5.5 選擇恰當(dāng)?shù)念A(yù)緊力并保持

14、其不減退選擇恰當(dāng)?shù)念A(yù)緊力并保持其不減退冷鐓、碾壓、氮化、噴丸等工藝均可提高螺栓的強(qiáng)度冷鐓、碾壓、氮化、噴丸等工藝均可提高螺栓的強(qiáng)度。分析總結(jié)：分析總結(jié)：螺紋聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算螺紋聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算聯(lián)接類型聯(lián)接類型受力分析受力分析 強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件松螺栓聯(lián)松螺栓聯(lián)接接軸向靜載軸向靜載6.36.3式式緊螺栓緊螺栓聯(lián)接聯(lián)接受拉受拉螺栓螺栓聯(lián)接聯(lián)接外載外載螺栓受力螺栓受力6.46.4式式受橫向外載受橫向外載螺栓只受預(yù)緊力螺栓只受預(yù)緊力受旋轉(zhuǎn)力矩受旋轉(zhuǎn)力矩受軸向外載（靜載或受軸向外載（靜載或變載）變載）受預(yù)緊力和軸向工受預(yù)緊力和軸向工作載荷作載荷6.96.9式（靜載）式（靜載）6.106.1

15、0式（變載式（變載）受翻轉(zhuǎn)力矩受翻轉(zhuǎn)力矩受剪受剪螺栓螺栓聯(lián)接聯(lián)接受橫向外載受橫向外載擠壓和剪切擠壓和剪切6.116.11式式6.126.12式式如圖所示，有一支架用一組螺栓與機(jī)座聯(lián)接，所受外載為F=10000N，=45.接合面的摩擦系數(shù)為0.15，摩擦傳力可靠系數(shù)kf=1.2，螺栓的許用應(yīng)力=400MPa.試求螺栓的計(jì)算直徑。1234解：將F正交分解得：FFaFh軸向分力：NFFa2500045cos10000cos橫向分力：NFFh2500045sin10000sin每個(gè)螺栓所受的軸向工作載荷：NzFFa21250425000工作承受橫向載荷需滿足：hfsFkmzF NmzFkFshf1 .

16、141424115. 0250002 . 1 NFFF9 .159091 工作螺栓的軸向總拉力：所以螺栓的計(jì)算直徑： mmFdc12. 83 . 140 MPa06板A用5個(gè)普通螺釘固定在機(jī)座B上，已知板與機(jī)座間摩擦系數(shù)=0.15，防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)）Kf=1.2，螺釘許用應(yīng)力，試指出哪個(gè)螺釘是危險(xiǎn)螺釘？并按強(qiáng)度計(jì)算該螺釘聯(lián)接中螺釘所需的小徑（或計(jì)算直徑）尺寸。1）將力向形心簡(jiǎn)化：FQ2000N；MFQ N mm9002000900181052）FQ使每一個(gè)螺釘產(chǎn)生作用力FFRQN152000 5400/ M使每個(gè)螺釘產(chǎn)生作用力FMrR2N/ ()41810415030005方向如圖（中間螺釘FR2 03）第2個(gè)螺釘受力最大，為危險(xiǎn)螺釘，設(shè)其受力為FRFFFRR1R2N40030003400FK FfR34002 .115.0F F27200N4）， 13412./ Fd413272006012./ d d12739.mm復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題1.1.螺紋聯(lián)接預(yù)緊的作用是什么？為什么對(duì)重要聯(lián)螺紋聯(lián)接預(yù)緊的作用是什么？為什么對(duì)重要聯(lián)接要控制預(yù)緊力？接要控制預(yù)緊力？2.2.螺紋聯(lián)接常用的防松原理有哪些？螺紋聯(lián)接常用的防松原理有哪些？3.3.受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接