機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第二版）課件 11螺紋連接3h

第11章螺紋連接§11-1螺紋的基本參數(shù)§11-2螺紋連接的類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)連接件§11-3螺旋副中力的關(guān)系、效率和自鎖§11-4螺紋連接的預(yù)緊和防松§11-5螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算§11-6螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力§11-7螺紋連接件的尺寸參數(shù)返回如圖所示，將一底邊長(zhǎng)度等于

的直角三角形繞在直徑為

的圓柱體上，并使底邊繞在圓柱體的底邊上，則它的斜邊在圓柱體上便形成一螺旋線。§11-1螺紋的基本參數(shù)一、螺紋的形成及分類(lèi)取任一平面圖形，使它的一邊靠在圓柱的母線上并沿螺旋線移動(dòng)，移動(dòng)時(shí)保持該圖形的平面通過(guò)圓柱體的軸線，就得到相應(yīng)的螺紋。導(dǎo)程§11-1螺紋的基本參數(shù)一、螺紋的形成及分類(lèi)S——導(dǎo)程§11-1螺紋的基本參數(shù)一、螺紋的形成及分類(lèi)以外螺紋為例：大徑d——螺紋的公稱(chēng)直徑小徑d1——強(qiáng)度計(jì)算中徑d2——幾何計(jì)算螺距P——軸向距離牙型角——兩側(cè)邊的夾角升角——螺旋線與端面的夾角線數(shù)n——螺旋線的數(shù)目導(dǎo)程S接觸高度h§11-1螺紋的基本參數(shù)二、螺紋的主要參數(shù)§11-2螺紋連接的類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)連接件一、螺紋連接的類(lèi)型無(wú)釘頭太厚較厚制成盲孔（a）地腳螺栓（b）吊環(huán)螺釘（c）T型槽螺栓連接圖11-6其它螺栓類(lèi)型§11-2螺紋連接的類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)連接件一、螺紋連接的類(lèi)型§11-2螺紋連接的類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)連接件二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件由GB/T5782-2000的規(guī)定，螺紋連接件分為三個(gè)精度等級(jí)，其代號(hào)為A、B、C級(jí)。A級(jí)精度：公差小，精度高，用于要求配合精確、防止振動(dòng)等重要零件的連接；B級(jí)精度：多用于受載較大且經(jīng)常拆卸、調(diào)整或承受變載荷的連接；C級(jí)精度：多用于一般的螺紋連接?！?1-2螺紋連接的類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)連接件二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件矩形螺紋在矩形螺旋副中：等效：將承受軸向載荷的螺母看成一個(gè)重為的物體沿著螺紋斜面移動(dòng)。沿中徑將螺紋展開(kāi)成一斜面。受力分析：承受的軸向載荷為

，推力F，支撐力Fn，摩擦力。圖11-8矩形螺紋連接受力分析§11-3螺旋副中力的關(guān)系、效率和自鎖當(dāng)重物沿斜面等速上升時(shí)，摩擦力向左下方向，因而總反力與軸向載荷的夾角等于升角與摩擦角之和。由力矢量圖解得當(dāng)重物沿斜面等速下降時(shí)，摩擦力向右上方向，此時(shí)F作為阻力存在，總反力與軸向載荷的夾角等于升角與摩擦角之差。由力矢量圖解得§11-3螺旋副中力的關(guān)系、效率和自鎖當(dāng)重物沿斜面等速下降時(shí)，摩擦力向右上方向，此時(shí)F作為阻力存在，總反力與軸向載荷的夾角等于升角與摩擦角之差。由力矢量圖解得討論：F阻止滑塊加速以便保持下滑，故F作為阻力存在；

等速下滑；

滑塊不能在重力作用下自行下滑，即處于自鎖狀態(tài)。

即自鎖條件是：

§11-3螺旋副中力的關(guān)系、效率和自鎖當(dāng)擰緊螺母時(shí)，螺母旋轉(zhuǎn)一周所需的輸入功升舉重物所做的有效功故螺旋副的效率為§11-3螺旋副中力的關(guān)系、效率和自鎖

三角形螺紋副的運(yùn)動(dòng)：

等效為楔形滑塊在斜槽內(nèi)滑動(dòng)。

受力分析：由楔形滑塊若以等速沿垂直于圖面的方向移動(dòng)時(shí)，三角螺紋受力分析圖§11-3螺旋副中力的關(guān)系、效率和自鎖當(dāng)量摩擦系數(shù)定義：多數(shù)情況下，螺紋連接在裝配時(shí)需要擰緊，稱(chēng)為預(yù)緊。被連接件在承受工作載荷之前，螺栓已預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱(chēng)為預(yù)緊力

。目的在于增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)滑移。預(yù)緊力的控制通常是通過(guò)控制擰緊時(shí)所施加的擰緊力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

§11-4螺紋連接的預(yù)緊和防松一、螺栓的預(yù)緊擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過(guò)其材料的屈服極限

的70%。預(yù)緊力的大小應(yīng)根據(jù)載荷性質(zhì)、連接剛度等具體工作條件確定。對(duì)于重要連接在裝配時(shí)應(yīng)控制預(yù)緊力?？刂茢Q緊力矩的常用方法是用測(cè)力矩扳手、定力矩扳手來(lái)實(shí)現(xiàn)。§11-4螺紋連接的預(yù)緊和防松一、螺栓的預(yù)緊擰緊螺母時(shí)，由于擰緊力矩

的作用，使螺栓和被聯(lián)接件之間產(chǎn)生預(yù)緊力

。螺旋副摩擦阻力矩：支承面摩擦阻力矩：經(jīng)驗(yàn)：§11-4螺紋連接的預(yù)緊和防松一、螺栓的預(yù)緊

原因：螺紋連接件一般采用單線普通螺紋。螺紋升角（

）小于螺旋副的當(dāng)量摩擦角（

）。因此，螺紋連接在靜載荷和工作溫度變化不大的場(chǎng)合都是滿足自鎖條件的，不會(huì)松動(dòng)。但在沖擊、振動(dòng)和變載荷作用下，螺紋之間的摩擦力可能瞬時(shí)消失而影響正常工作；在高溫或溫度變化較大時(shí)，若螺栓與被連接件的溫度變化或材料的蠕變，也可能導(dǎo)致連接的松脫，所以設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到防松的問(wèn)題，以保證連接安全可靠?！?1-4螺紋連接的預(yù)緊和防松二、螺栓的防松（a）對(duì)頂螺母（c）開(kāi)槽螺母（b）彈簧墊圈（d）止動(dòng)墊片（e）串聯(lián)鋼絲圖11-12螺紋的防松方式§11-4螺紋連接的預(yù)緊和防松二、螺栓的防松螺栓布置時(shí)一般滿足下列要求：（1）連接結(jié)合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱(chēng)的簡(jiǎn)單幾何形狀；（2）螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理；（3）螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距；（4）分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目要便于鉆孔畫(huà)線加工；（5）避免螺栓承受附加彎曲載荷。

螺栓組連接的受力比較復(fù)雜，一般可以簡(jiǎn)化為軸向載荷、橫向載荷、轉(zhuǎn)矩和傾覆力矩四種類(lèi)型。但對(duì)普通螺栓來(lái)說(shuō)，一般承受軸向拉力。§11-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算松螺栓連接：裝配時(shí)螺母不被擰緊，螺栓不受預(yù)緊力及螺紋間摩擦力矩的作用。受力特點(diǎn)：只受工作拉力的作用，即螺栓所受的總拉力就是工作拉力。裝配特點(diǎn)：不擰緊，不受預(yù)緊力。拉伸強(qiáng)度安全條件:故設(shè)計(jì)公式為:§11-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算一、松螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算推力軸承起重機(jī)吊鉤緊螺栓連接在裝配時(shí)必須擰緊，所以在承受工作載荷之前，螺栓就受到一定的預(yù)緊力。這種連接應(yīng)用很廣泛。下面列舉幾種不同的受力情況和連接型式來(lái)說(shuō)明螺栓連接的計(jì)算方法?！?1-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算受橫向載荷的緊螺栓連接受軸向載荷的緊螺栓連接受剪螺栓連接受力特點(diǎn)：預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷。力的平衡：預(yù)緊力：圖11-14受橫向載荷的螺栓組§11-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算——①受橫向載荷考慮摩擦系數(shù)不穩(wěn)定而加入的可靠性系數(shù)用摩擦力抵抗工作載荷緊螺栓聯(lián)接裝配時(shí)，在擰緊力矩作用下，螺栓除受預(yù)緊力的拉伸應(yīng)力外，還受螺紋摩擦力矩

的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，使螺栓處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下。因此，進(jìn)行僅承受預(yù)緊力的緊螺栓的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)綜合考慮拉伸應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的作用（為拉應(yīng)力的30%）。故考慮切應(yīng)力后，計(jì)算應(yīng)力為：設(shè)計(jì)公式為：§11-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算——①受橫向載荷當(dāng)聯(lián)接承受較大的橫向載荷時(shí)需要大幅度地增加螺栓直徑。為減小螺栓直徑的增加，可采用減載措施，例如在螺栓連接結(jié)合面裝配減載銷(xiāo)、套筒和鍵等?！?1-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算——①受橫向載荷優(yōu)點(diǎn)：預(yù)緊力不必很大。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)和工藝上的復(fù)雜性。

汽缸蓋承受軸向載荷，所受軸向力通過(guò)螺栓組形心時(shí)，各螺栓受的工作載荷相等。即§11-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算——②受軸向載荷這類(lèi)連接在擰緊后還要承受軸向載荷F，由于彈性變形的影響，螺栓所受的總拉力并不等于預(yù)緊力和工作拉力之和，還與螺栓的剛度、被連接剛度等因素有關(guān)。圖（a）為螺母剛好擰到與被連接件接觸，此時(shí)螺栓與被連接件未受力，也不產(chǎn)生變形。圖（b）是螺母已擰緊，但尚未承受工作拉力，螺栓僅受預(yù)緊力F0的作用。圖（c）受軸向工作載荷F后的情況。（a）螺母未擰緊（b）螺母已擰緊（c）受軸向工作載荷圖11-17單個(gè)受軸向載荷的緊螺栓受力分析圖§11-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算——②受軸向載荷被連接件（a）螺母未擰緊（b）螺母已擰緊（c）受軸向工作載荷圖11-17單個(gè)受軸向載荷的緊螺栓受力分析圖§11-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算——②受軸向載荷緊螺栓受軸向載荷后，被連接件反作用在螺栓上的力已不是原來(lái)的預(yù)緊力F0，而是剩余預(yù)緊力F1，螺栓所受的總拉力為未受力不產(chǎn)生變形只受預(yù)緊力§11-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算——②受軸向載荷螺栓被連接件螺栓剛度不變斜率不變對(duì)剩余預(yù)緊力的要求：為了保證連接的剛性或緊密性，應(yīng)大于零。一般聯(lián)接工作載荷穩(wěn)定時(shí)取0.2-0.6倍的F；一般連接工作載荷有變化時(shí)取0.11-1.0倍的F；有緊密性要求的螺栓連接取1.5-1.8倍的F；地腳螺栓連接要求大于等于F?！?1-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算——②受軸向載荷相對(duì)剛度的選擇：從螺栓的總拉力公式中可以看出載荷一定時(shí)，相對(duì)剛度對(duì)總拉力影響很大，相對(duì)剛度和墊片類(lèi)型有關(guān)。金屬墊片（或無(wú)墊片）時(shí)為0.2-0.3；皮革墊片取0.7；銅皮或石棉墊片取0.8；橡膠墊片取0.9。

§11-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算——②受軸向載荷

設(shè)計(jì)流程：可先根據(jù)連接的受載情況，求出螺栓的工作拉力F，再根據(jù)連接的工作要求選取剩余預(yù)緊力F1的值，然后計(jì)算螺栓的總拉力。求得考慮到扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響，螺栓的強(qiáng)度計(jì)算公式為螺栓的設(shè)計(jì)公式為§11-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算——②受軸向載荷

這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來(lái)承受載荷F。

螺栓桿與孔壁之間無(wú)間隙。

接觸表面則受擠壓；

連接接合面處，螺栓桿則受剪切。

因此，應(yīng)分別按擠壓與剪切強(qiáng)度條件計(jì)算?！?1-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算——③受剪螺栓裝配

螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為

螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為§11-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算——③受剪螺栓裝配

常用材料Q215、Q235、25和45號(hào)鋼，對(duì)于重要的或特殊用途的螺紋連接件，可選用15Cr，20Cr，40Cr，1