《机械设计基础》7螺纹连接.ppt

7.1 螺纹联接的基本知识7.2 螺纹联接的预紧与防松7.3 单个螺栓联接的强度计算7.4 螺栓组联接的设计计算与实例分析7.5 提高螺栓联接强度的措施7.6 螺旋传动第7章 螺纹联接引言引言 由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼此联接。多零件需要彼此联接。 机械零件之间的联接分为：机械零件之间的联接分为：联接的类型：联接的类型：螺纹联接螺纹联接键联接、花键联接、销联接键联接、花键联接、销联接弹性环联接等弹性环联接等铆接铆接焊接焊接粘接粘接联接联接可拆联接可拆联接不可拆联接不可拆联接过盈联接过盈联接（介于两者之间介于两者之间）联接概述联接概述7.1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识左旋螺纹和右旋螺纹左旋螺纹和右旋螺纹单线螺纹和多线螺纹单线螺纹和多线螺纹 螺纹分为内螺纹和外螺纹，二者共同组成螺纹副用于联接螺纹分为内螺纹和外螺纹，二者共同组成螺纹副用于联接和传动。和传动。螺纹的牙型螺纹的牙型一、一、螺纹的类型螺纹的类型三角形三角形矩形矩形梯形梯形锯齿形锯齿形主要用于联接主要用于联接多用于传动多用于传动大径大径d d公称直径（查标准）。公称直径（查标准）。小径小径d d1 1计算直径（强度计算）。计算直径（强度计算）。中径中径d d2 2几何直径（几何计算）。几何直径（几何计算）。螺距螺距P P相邻螺牙对应点间轴向距离。相邻螺牙对应点间轴向距离。导程导程S S同一螺线相邻螺牙对应点间同一螺线相邻螺牙对应点间 轴向距离轴向距离 S=nPS=nP（n-n-线数）。线数）。升角升角 螺旋线的切线与垂直于螺纹螺旋线的切线与垂直于螺纹 轴线的平面间的夹角。轴线的平面间的夹角。牙型角牙型角 螺纹轴截面内，牙型两侧边的夹角。螺纹轴截面内，牙型两侧边的夹角。牙型斜角牙型斜角 螺纹轴截面内，牙型侧边与横截面的夹角。螺纹轴截面内，牙型侧边与横截面的夹角。22arctanarctan SnPdd7.1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识二、二、螺纹的主要参数螺纹的主要参数。普通螺纹普通螺纹三、三、常用螺纹的特点及应用常用螺纹的特点及应用管螺纹管螺纹矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹7.1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识1. .螺栓联接螺栓联接四、四、螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型7.1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识2.2.双头螺柱联接双头螺柱联接7.1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识3. 3. 螺钉联接螺钉联接7.1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识4. 4. 紧定螺钉联接紧定螺钉联接7.1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识五、标准螺纹联接件五、标准螺纹联接件1.1.螺栓、螺螺栓、螺柱、螺钉联柱、螺钉联接件接件7.1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识2.2.紧定螺钉、紧定螺钉、螺母螺母7.1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识3.3.垫圈垫圈7.1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识六、螺旋机构的效率与自锁六、螺旋机构的效率与自锁7.1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识tantan()v2、螺纹自锁的条件为、螺纹自锁的条件为 三角螺纹满足自锁条件三角螺纹满足自锁条件1、螺旋机构的效率、螺旋机构的效率vv当量摩擦角当量摩擦角vf当量摩擦系数当量摩擦系数故故增大，增大，v减小，传动效率提高。减小，传动效率提高。三角螺纹用于联接，其他牙型用于传动，多线螺纹传动效率高。三角螺纹用于联接，其他牙型用于传动，多线螺纹传动效率高。22arctanarctanSnPddarctanvvf/cosvff7.2 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 一般螺纹联接在装配的时候都必须拧紧，使联接在承受工作载荷之前，一般螺纹联接在装配的时候都必须拧紧，使联接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加的作用力称为预先受到力的作用，这个预加的作用力称为预紧力预紧力F0。 预紧目的：以增强联接的可靠性、紧密性和防松能力。预紧目的：以增强联接的可靠性、紧密性和防松能力。一、一、螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧 对于一般联接，可凭经验来控制预紧力对于一般联接，可凭经验来控制预紧力F0的大小，但对于重要的联接的大小，但对于重要的联接就要严格控制其预紧力。就要严格控制其预紧力。T=T1+T2=KF0d拧紧时扳手力矩为拧紧时扳手力矩为预紧力控制方法：预紧力控制方法：采用测力矩扳手采用测力矩扳手采用定力矩扳手采用定力矩扳手测螺栓伸长量测螺栓伸长量 式中式中K K为拧紧力矩系数为拧紧力矩系数, ,可可查表查表一般也可取为一般也可取为0.20.2。二、二、螺纹联接的防松螺纹联接的防松 联接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、震动或变载联接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象。荷的作用下容易产生松脱现象。 螺纹联接放松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。螺纹联接放松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。常用的防松方法常用的防松方法: :摩擦防松摩擦防松机械防松机械防松: :其他防松其他防松弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母开口销开口销带翅垫片带翅垫片止动垫片止动垫片7.2 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松7.3 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算 单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。 根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。 设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。 螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d d1 1，然后按照标准选，然后按照标准选定螺纹的公称直径（大径）定螺纹的公称直径（大径）d d等。等。一、一、受拉螺栓联接普通螺栓联接受拉螺栓联接普通螺栓联接1.1.松螺栓联接松螺栓联接强度条件：强度条件：设计公式：设计公式：421dFAF41Fd式中式中 s 为松联接螺栓的许用拉应为松联接螺栓的许用拉应力（力（MPaMPa）, ,查表查表d d1 1计算出后计算出后, ,再按标准查选螺纹的公称直径再按标准查选螺纹的公称直径d d。7.3 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算2. .紧螺栓联接紧螺栓联接 (1) 只受预紧力的只受预紧力的紧螺栓联接紧螺栓联接螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应力状态。螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应力状态。螺栓危险界面上的拉伸应力为螺栓危险界面上的拉伸应力为4210dF螺栓危险界面上的扭转剪切应力为螺栓危险界面上的扭转剪切应力为162/)tan(163120311ddFdTv7.3 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算 对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，取对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，取fv=tan v=0.15，简化，简化处理的处理的 =0.5 ，根据第四理论，可求出当量应力，根据第四理论，可求出当量应力 e为为3 . 1)5 . 0(332222e因此，强度条件为：因此，强度条件为：3 . 1e即即43 . 1210dF设计公式为设计公式为3 . 1401Fd7.3 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算(2)受横向外载荷的受横向外载荷的紧螺栓联接紧螺栓联接 载荷与螺栓轴向垂直，靠被联接载荷与螺栓轴向垂直，靠被联接件间的摩擦力传递。螺栓受载前需预件间的摩擦力传递。螺栓受载前需预紧紧,受载前后受力相同。受载前后受力相同。受力特点受力特点螺栓预紧力螺栓预紧力7.3 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算0fRfF mzK F0fRK FFfmz式中：式中： f 接合面间摩擦系数接合面间摩擦系数 ； m 接合面数；接合面数； Kf 考虑摩擦系数不稳定及靠摩擦传力有时不可靠而引入的考虑摩擦系数不稳定及靠摩擦传力有时不可靠而引入的 可靠性系数。一般可靠性系数。一般Kf =1.11.3当当f=0.15、Kf=1.2、m=1时，可得时，可得01.280.15 1RRFFF 此结构，要使联接不发生滑动，螺栓要承受此结构，要使联接不发生滑动，螺栓要承受8倍于横向外载荷的预紧力。倍于横向外载荷的预紧力。结构笨重、不经济。因此横向外载荷较大时，可采用以下措施：结构笨重、不经济。因此横向外载荷较大时，可采用以下措施：7.3 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算采用减载装置：采用减载装置： a)减载销减载销 b)减载套筒减载套筒 c)减载键减载键采用铰制孔用螺栓采用铰制孔用螺栓(3) 承受轴向静载荷的承受轴向静载荷的紧螺栓联接紧螺栓联接 载荷方向与螺栓轴向一致载荷方向与螺栓轴向一致,螺栓螺栓受载前需预紧受载前需预紧,受载前后受力不同受载前后受力不同.螺螺栓内部危险截面上同样既有拉应力栓内部危险截面上同样既有拉应力 ,又有扭转剪应力又有扭转剪应力 .受力特点受力特点强度条件强度条件: 设计公式设计公式:4/3 . 121dF3 . 141Fd7.3 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算式中式中FS S为螺栓受载后所受的轴向总拉力为螺栓受载后所受的轴向总拉力(N)。 式中式中F0为为残余预紧力残余预紧力，为保证联接的，为保证联接的紧密性紧密性，应使，应使 F0 0一般根据联接的性质确定一般根据联接的性质确定F0的大小。的大小。对于有密封要求的联接：对于有密封要求的联接： F0 =(1.51.8)F；对于一般联接，工作载荷稳定时：对于一般联接，工作载荷稳定时： F0 =(0.20.6)F；工作载荷不稳定时：工作载荷不稳定时： F0 =(0.61.0)F；对于地脚螺栓联接：对于地脚螺栓联接： F0 F； FS S为螺栓受载后所受的轴为螺栓受载后所受的轴向总拉力向总拉力(N),通过受载前通过受载前对螺栓的预紧，和受载后对螺栓的预紧，和受载后螺栓轴向拉力的分析螺栓轴向拉力的分析,可知可知FS S= F0+F7.3 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算FkkkFF2110S10012(1)kFFFkk211kkk为螺栓的相对刚度系数为螺栓的相对刚度系数k1螺栓的刚度系数；螺栓的刚度系数； k2连接件的刚度系数连接件的刚度系数7.3 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算螺栓所受总拉力螺栓所受总拉力FS S也可表示为也可表示为 为使工作载荷作用后，联接结合为使工作载荷作用后，联接结合面间有残余预紧力面间有残余预紧力F0存在，要求螺存在，要求螺栓联接的预紧力栓联接的预紧力F0为：为：（螺栓的相对刚度系数）（螺栓的相对刚度系数）越小，总拉力越小，总拉力FS S越小。越小。 其值可根据垫片材料选取。其值可根据垫片材料选取。k1越越小小，k2越越大，大，211kkk二、二、受剪切螺栓联接铰制孔用螺栓联接受剪切螺栓联接铰制孔用螺栓联接 受力特点：螺栓受载前后不受力特点：螺栓受载前后不需预紧，横向载荷靠螺栓杆与螺需预紧，横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。栓孔壁之间的相互挤压传递。挤压强度条件挤压强度条件剪切强度条件剪切强度条件psRpdF4/2sRdmFp螺栓材料的许用切应力螺栓材料的许用切应力螺栓与孔壁中较弱材料的许用挤压应力螺栓与孔壁中较弱材料的许用挤压应力7.3 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算三、三、螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力 1.1.螺纹联接件的材料螺纹联接件的材料其它对螺纹有特殊要求（如防腐、耐高温）时，应选择有特其它对螺纹有特殊要求（如防腐、耐高温）时，应选择有特殊性能的材料。殊性能的材料。一般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢，如一般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215Q2