第十章機件的聯(lián)接

第十章機件的聯(lián)接§10—1螺紋如用一個三角形K沿螺旋線運動并使K平面始終通過圓柱體軸線YY-這樣就構(gòu)成了三角形螺紋。同樣改變平面圖形K，可得到矩形、梯形、鋸齒形、管螺紋一、螺紋的形成第十章機件的聯(lián)接按牙型:三角形螺紋、管螺紋——聯(lián)接螺紋矩形、梯形、鋸齒形螺紋——傳動螺紋按位置：內(nèi)螺紋——在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋外螺紋——在圓柱孔的外表面形成的螺紋三角形螺紋：粗牙螺紋——用于緊固件細(xì)牙螺紋——同樣的公稱直徑下，螺距最小，自鎖性好，適于薄壁細(xì)小零件和沖擊變載等根據(jù)螺旋線繞行方向：左旋——如圖右旋——常用根據(jù)螺旋線頭數(shù)：單頭螺紋（n=1）——用于聯(lián)接雙頭螺紋（n=2）——如圖多線螺紋（n≥2）——用于傳動二、螺紋的類型第十章機件的聯(lián)接鋸齒形螺紋三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋第十章機件的聯(lián)接1）外徑（大徑）d（D）——與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，亦稱公稱直徑2）內(nèi)徑（小徑）d1(D1)——與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑3）中徑d2——在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，d2≈0.5(d+d1)三、螺紋的主要參數(shù)第十章機件的聯(lián)接4）螺距P——相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點間的軸向距離5）導(dǎo)程（S）——同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對應(yīng)兩點間的軸向距離6）線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n≤4

螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：L=nP

第十章機件的聯(lián)接7）螺旋升角ψ——中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角8）牙型角α——螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角9）牙型斜角β——螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角第十章機件的聯(lián)接§10—2螺紋聯(lián)接的類型及螺紋聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接主要類型1、螺栓聯(lián)接a)普通螺栓聯(lián)接——被聯(lián)接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，可多個裝拆，應(yīng)用較廣。b)精密螺栓聯(lián)接——裝配后無間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用，采用基孔制配合鉸制孔螺栓聯(lián)接第十章機件的聯(lián)接2、雙頭螺栓聯(lián)接——螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時。折裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯(lián)接件中擰出。3、螺釘聯(lián)接——適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況第十章機件的聯(lián)接特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接,吊環(huán)螺釘聯(lián)接4、緊定螺釘聯(lián)接——擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應(yīng)的缺口中以固定零件的相對位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。第十章機件的聯(lián)接二、螺紋聯(lián)接件

2）雙頭螺柱——兩端帶螺紋A型——有退刀槽B型——無退刀槽1）螺栓普通螺栓——六角頭，小六角頭，標(biāo)準(zhǔn)六角頭，大六角頭,內(nèi)六角鉸制孔螺栓——螺紋部分直徑較小螺母第十章機件的聯(lián)接4）緊定螺釘錐端——適于零件表面硬度較低不常拆卸常合平端——接觸面積大、不傷零件表面，用于頂緊硬度較大的平面，適于經(jīng)常拆卸圓柱端——壓入軸上凹抗中，適于緊定空心軸上零件的位置輕材料和金屬薄板3）螺釘與螺栓區(qū)別——要求螺紋部分直徑較粗;要求全螺紋第十章機件的聯(lián)接6）螺母六角螺母：標(biāo)準(zhǔn)，扁，厚5）自攻螺釘——由螺釘攻出螺紋圓螺母+止退墊圈——帶有缺口，應(yīng)用時帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊第十章機件的聯(lián)接7）墊圈第十章機件的聯(lián)接§10—３螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松一、預(yù)緊預(yù)緊目的——保持正常工作。如汽缸螺栓聯(lián)接，有緊密性要求，防漏氣，接觸面積要大，靠摩擦力工作，增大剛性等。增大剛性——增加聯(lián)接剛度、緊密性和提高防松能力預(yù)緊力QP——預(yù)先軸向作用力（拉力）螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接——在裝配時不擰緊，只存受外載時才受到力的作用緊聯(lián)接——在裝配時需擰緊，即在承載時，已預(yù)先受力，預(yù)緊力QP預(yù)緊過緊——擰緊力QP過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強度過松——擰緊力QP過小，工作不可靠第十章機件的聯(lián)接預(yù)緊力QP的控制：測力矩板手——測出預(yù)緊力矩，如左圖定力矩板手——達(dá)到固定的擰緊力矩T時，彈簧受壓將自動打滑，如右圖測量預(yù)緊前后螺栓伸長量——精度較高二、螺紋防松

第十章機件的聯(lián)接1、防松目的實際工作中，外載荷有振動、變化、材料高溫蠕變等會造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進(jìn)行防松，否則會影響正常工作，造成事故2、防松原理消除（或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。3、防松辦法及措施1）摩擦防松

雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等第十章機件的聯(lián)接彈簧墊圈自鎖螺母——螺母一端做成非圓形收口或開峰后徑面收口，螺母擰緊后收口漲開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊2）機械防松：開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動墊圈，彈簧墊片，軸用帶翅墊片，止動墊片，串聯(lián)鋼絲等第十章機件的聯(lián)接3）永久防松：端鉚、沖點、點焊4）化學(xué)防松——粘合

開槽螺母與開口銷圓螺母與止動墊圈串聯(lián)鋼絲第十章機件的聯(lián)接§10—４單個螺栓聯(lián)接的強度計算針對不同零件的不同失效形式，分別擬定其設(shè)計計算方法，則失效形式是設(shè)計計算依據(jù)和出發(fā)點。1、失效形式和原因

受拉螺栓——螺栓桿和螺紋可能發(fā)生塑性變形或斷裂受剪螺栓——螺栓桿和孔壁間可能發(fā)生壓潰或被剪斷b）失效原因：應(yīng)力集中

a）失效形式

工程中螺栓聯(lián)接多數(shù)為疲勞失效受拉螺栓：設(shè)計準(zhǔn)則為保證螺栓的疲勞拉伸強度和靜強度受剪螺栓：設(shè)計準(zhǔn)則為保證螺栓的擠壓強度和剪切強度

應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程2、設(shè)計計算準(zhǔn)則與思路第十章機件的聯(lián)接、松螺栓聯(lián)接如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無QP，只有工作載荷F起拉伸作用強度條件為：——驗算用——設(shè)計用

d1——螺桿危險截面直徑（mm）[σ]——許用拉應(yīng)力N/mm2(MPa)

σs——材料屈服極限Mpa表4-8N——安全系數(shù)，表4-9第十章機件的聯(lián)接二、緊螺栓聯(lián)接——工作前有預(yù)緊力QP工作前擰緊，在擰緊力矩T作用下：預(yù)緊力QP→產(chǎn)生拉伸應(yīng)力σ螺紋摩擦力矩T1→產(chǎn)生剪應(yīng)力τ

復(fù)合應(yīng)力狀態(tài):接第四強度理論：∴強度條件為：

第十章機件的聯(lián)接式中：QP——預(yù)緊力（N）

T1——螺紋摩擦力矩，起扭剪作用，又稱螺紋扭矩，N.mm1.3——系數(shù)將外載荷提高30%，以考慮螺紋力矩對螺栓聯(lián)接強度的影響，這樣把拉扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)簡化為純拉伸來處理，大大簡化了計算手續(xù)，故又稱簡化計算法第十章機件的聯(lián)接1、橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接計算——主要防止被聯(lián)接件錯動

特點：桿孔間有間隙，靠擰緊的正壓力(QP)產(chǎn)生摩擦力來傳遞外載荷，保證聯(lián)接可靠(不產(chǎn)生相對滑移)的條件為：（1）普通螺栓聯(lián)接

f——接縫面間的摩擦系數(shù)

i——接縫界面數(shù)目

KS——防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)）KS=1.1~1.3第十章機件的聯(lián)接強度條件驗算公式：設(shè)計公式：分析：由上式可知，當(dāng)f=0.2,i=1,KS=1則QP=5R，說明這種聯(lián)接螺栓直徑大，且在沖擊振動變載下工作極不可靠

為增加可靠性，減小直徑，簡化結(jié)構(gòu)，提高承載能力可采用如下減載裝置：

a)減載銷

b)減載套筒

c)減載鍵第十章機件的聯(lián)接2、鉸制孔螺栓聯(lián)接——防滑動特點：螺桿與孔間緊密配合，無間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來傳遞外載荷R進(jìn)行工作螺栓的剪切強度條件為：螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強度條件為：R——橫向載荷（N）d0——螺桿或孔的直徑（mm）

Lmin——被聯(lián)接件中受擠壓孔壁的最小長度（mm），如圖所示[τ]——螺栓許用剪應(yīng)力，MPa，，——螺栓或被聯(lián)接件中較弱者的許用擠壓應(yīng)力，MPa鉸制孔螺栓能承受較大的橫向載荷，但被加工件孔壁加工精度較高，成本較高第十章機件的聯(lián)接2、軸向載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算①工作特點：工作前擰緊，有QP；工作后加上工作載荷F

工作前、工作中載荷變化②工作原理：靠螺桿抗拉強度傳遞外載F③解決問題：

a)保證安全可靠的工作，QP=？

b)工作時螺栓總載荷，Q=？④分析：圖1，螺母未擰緊螺栓螺母松馳狀態(tài)

第十章機件的聯(lián)接

圖２，擰緊—預(yù)緊狀態(tài)凸緣—壓—λm—QP栓桿—拉—λb

→QP

第十章機件的聯(lián)接

圖3，加載F后→工作狀態(tài)栓桿—繼續(xù)拉—凸緣—放松———殘余預(yù)緊力

——總載第十章機件的聯(lián)接a）軸向靜力緊螺栓聯(lián)接強度計算

靜力F不變，Q為靜力，但考慮補充擰緊——防斷強度條件驗算公式：設(shè)計公式：b）軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算

分析：當(dāng)工作載荷，由0→F

螺栓總載，由Qp→Q→QP

部分載荷，由0→ΔF→0第十章機件的聯(lián)接3、當(dāng)驗算不滿足時→措施：b)最好改善結(jié)構(gòu)、降低應(yīng)力集中。包括：工藝、結(jié)構(gòu)、制造、Cm↑Cb↓，適當(dāng)提高QP等綜合措施a)第十章機件的聯(lián)接三、螺栓材料與許用應(yīng)力計算

1、材料

螺母、螺栓強度級別：1）根據(jù)機械性能，把栓母分級并以數(shù)字表示，此乃強度級別

2）所依據(jù)機械性能為抗拉強度極限σBmin和屈服極限σSmin

螺栓級別:

帶點數(shù)字表示，點前數(shù)字為點后數(shù)字為螺母級別:

注意：選擇對螺母的強度級別應(yīng)低于螺栓材料的強度級別，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于20~40HB）第十章機件的聯(lián)接2、許用應(yīng)力

許用拉應(yīng)力：已知：不控制QP的緊螺栓聯(lián)接，易過載?！嘣O(shè)計時應(yīng)取較大的完全系數(shù)?？刂祁A(yù)緊力時可取較小的安全系數(shù)n。∵顯然n，[σ]與d有關(guān)?！嘣O(shè)計時，先假設(shè)d，進(jìn)行試算，選取一安全系數(shù)進(jìn)行計算，計算結(jié)果與估計直徑相比較，如在原先估計直徑所屬范圍內(nèi)即可，否則需重新進(jìn)行估算?！囁惴ǖ谑聶C件的聯(lián)接§10—5螺栓組聯(lián)接的設(shè)計與受力分析工程中螺栓皆成組使用，單個使用極少。因此，必須研究栓組設(shè)計和受力分析。它是單個螺栓計算基礎(chǔ)和前提條件。螺栓組聯(lián)接設(shè)計的順序——選布局、定數(shù)目、力分析、設(shè)計尺寸一、結(jié)構(gòu)設(shè)計原則1、布局要盡量對稱分布，栓組中心與聯(lián)接結(jié)合面形心重合（有利于分度、劃線、鉆孔），以受力均勻2、受剪螺栓組（鉸制孔螺栓聯(lián)接）時，不要在外載作用方向布置8個以上，螺栓要使其受力均勻，以免受力太不均勻，但彎扭作用螺栓組，要適當(dāng)靠接縫邊緣布局，否則受力太不均3、合理間距，適當(dāng)邊距，以利用扳手裝拆第十章機件的聯(lián)接4、避免偏心載荷作用

a）被聯(lián)接件支承面不平突起

b）表面與孔不垂直

c）鉤頭螺栓聯(lián)接防偏載措施：a）凸合；b）凹坑（魚眼坑）；c）斜墊片

二、螺栓組受力分析

目的——求受力最大載荷的螺栓第十章機件的聯(lián)接前提（假設(shè)）：①被聯(lián)接件為剛性不變形，只有地基變形。②各螺栓材料、尺寸、擰緊力均相同③受力后材料變形在彈性范圍內(nèi)④接合面形心與螺栓組形心重合，受力后其接縫面仍保持平面1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接單個螺栓工作載荷為：

F=P/Z

P——軸向外載

Z——螺栓個數(shù)

第十章機件的聯(lián)接2、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接特點：普通螺栓，鉸制孔用螺栓皆可用，外載垂直于螺栓軸線、防滑普通螺栓——受拉伸作用鉸制孔螺栓——受橫向載荷剪切、擠壓作用。單個螺栓所承受的橫向載荷相等第十章機件的聯(lián)接3、受橫向扭矩螺栓組聯(lián)接

（1）圓形接合面：單個螺栓所受橫向載荷（2）矩形接合面

a)普通螺栓聯(lián)接

由靜平衡條件則各個螺栓所需的預(yù)緊力為∴聯(lián)接件不產(chǎn)生相對滑動的條件為：第十章機件的聯(lián)接b)鉸制孔螺栓聯(lián)接組

由變形協(xié)調(diào)條件可知，各個螺栓的變形量和受力大小與其中心到接合面形心的距離成正比由假設(shè)——板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應(yīng)變與半徑成正比。在材料彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比

由靜平衡條件第十章機件的聯(lián)接4、受傾覆（縱向）力矩螺栓組聯(lián)接

特點：M在鉛直平面內(nèi)，繞O-O回轉(zhuǎn)，只能用普通螺栓，取板為受力對象，由靜平衡條件

設(shè)單個螺栓工作載荷為Fi

第十章機件的聯(lián)接①螺栓桿不拉斷的條件

設(shè)計公式

驗算公式

②右側(cè)不壓潰條件（被聯(lián)接件）

QP作用下接合面的擠壓應(yīng)力

M作用下接合面的擠壓應(yīng)力第十章機件的聯(lián)接③左側(cè)不開縫的條件

④若受有橫向載荷PH，板不滑動條件為：

——被聯(lián)接件相對剛度

實際使用中螺栓組聯(lián)接所受的載荷是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合。計算時只要分別計算出螺栓組在這些簡單受力狀態(tài)下每個螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來，便得到每個螺栓的總工作載荷，再對受力最大的螺栓進(jìn)行強度計算即可第十章機件的聯(lián)接說明：①工程中受力情況很復(fù)雜，但均可轉(zhuǎn)化為四種典型情況進(jìn)行解決。②計算公式在對稱分布情況下推導(dǎo)，但不對稱也可以用