机械原理与机械设计第十四章螺纹连接.ppt

螺纹螺纹 螺纹连接螺纹连接 单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施第十四章第十四章 螺纹连接螺纹连接螺纹的主要参数螺纹的主要参数常用螺纹常用螺纹14.1 螺纹螺纹 5-1 螺纹大径大径d 是螺纹的公称直径。是螺纹的公称直径。小径小径d1常用于强度计算。常用于强度计算。中径中径d2常用于几何计算。常用于几何计算。螺距螺距P 中径线上，相邻两螺纹牙中径线上，相邻两螺纹牙上对应点间的轴向距离。上对应点间的轴向距离。导程导程 S 沿螺纹上同一条螺旋线沿螺纹上同一条螺旋线 转一周所移动的轴向距离，转一周所移动的轴向距离，S=nP。线数线数 n 螺纹的螺旋线数目。螺纹的螺旋线数目。牙型角牙型角a在轴向截面内，螺在轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。纹牙型两侧边的夹角。螺纹螺纹螺纹的主要参数螺纹的主要参数牙型高度牙型高度h h牙顶和牙底间牙顶和牙底间垂直于轴线的距离垂直于轴线的距离 22tandnPdS螺纹旋向分左旋和右旋，常用右旋螺纹螺纹旋向分左旋和右旋，常用右旋螺纹螺纹升角螺纹升角螺旋线的切线与垂螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。直于螺纹轴线的平面间的夹角。按轴向剖面形状按轴向剖面形状（螺纹的牙型）（螺纹的牙型）三角形螺纹：三角形螺纹：常用于连接，常用于连接，常用于传动，单向受载常用于传动，单向受载常用于传动常用于传动梯形螺纹：梯形螺纹：锯齿形螺纹：锯齿形螺纹：按螺旋线数目分按螺旋线数目分单头螺纹单头螺纹：多头螺纹多头螺纹：常用于连接，常用于连接，常用于传动常用于传动按螺旋线绕行方向分按螺旋线绕行方向分左旋左旋右旋（常用右旋（常用）常用螺纹常用螺纹螺纹螺纹左旋右旋螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料及精度螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料及精度螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接的防松螺纹连接的防松14.螺纹连接螺纹连接 1.1.螺栓联接螺栓联接螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料和精度螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料和精度螺纹连接螺纹连接一、螺纹连接的类型一、螺纹连接的类型2.2.双头螺柱联接双头螺柱联接工作原理：工作原理：螺栓受拉力，承受螺栓受拉力，承受外载外载应用：应用：被联接件较厚，且被联接件较厚，且常拆卸处常拆卸处螺纹连接螺纹连接3.3.螺钉联接螺钉联接工作原理：工作原理：螺栓受拉承受外载螺栓受拉承受外载应用：应用：一被联件较厚，但一被联件较厚，但不常拆卸处不常拆卸处螺纹连接螺纹连接4.4.紧定螺钉联接紧定螺钉联接工作原理：工作原理：靠靠 承受外载承受外载应用：应用：薄壁件联接薄壁件联接uF螺纹连接螺纹连接螺栓、螺钉、双头螺柱、螺母、螺栓、螺钉、双头螺柱、螺母、垫圈、垫圈、防松零件等防松零件等标准化标准化螺钉、螺母、垫圈螺钉、螺母、垫圈二、螺纹紧固件二、螺纹紧固件螺纹连接螺纹连接按公差等级分成按公差等级分成A A、B B、C C三级。三级。A A级的公差等级最高级的公差等级最高,C,C级公差等级级公差等级较低较低螺栓、螺母、螺钉和双头螺柱的螺栓、螺母、螺钉和双头螺柱的常用材料有常用材料有Q215Q215、Q235Q235、3535和和4545钢钢。螺纹联接件实物螺纹联接件实物1.1.螺栓联接螺栓联接螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接螺纹连接一、螺纹连接的类型一、螺纹连接的类型拧紧目的拧紧目的：提高螺栓联接刚：提高螺栓联接刚性、紧密性、紧固性要求；以及性、紧密性、紧固性要求；以及防松防松拧紧力矩和预紧力拧紧力矩和预紧力预紧：预紧：安装时将螺母拧紧，使联接受到一定的预紧力安装时将螺母拧紧，使联接受到一定的预紧力 。F120.2TTTF d 螺纹间摩擦力矩螺纹间摩擦力矩支承面处与螺母间摩擦力矩支承面处与螺母间摩擦力矩拧紧力矩拧紧力矩T T螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接的预紧及其控制螺纹连接螺纹连接)(221 tgdFTT T2 2=f fc c F/rfF F/预紧力预紧力;d;d2 2螺纹中径螺纹中径;/当量摩擦角当量摩擦角 ;f fc c螺母与被联接件支承面间摩擦系数螺母与被联接件支承面间摩擦系数,无润滑时取无润滑时取f fc c0.150.15；r rf f支承面摩擦半径支承面摩擦半径r rf f(D(D1 1+d+d0 0)/4)/4；式中式中D D1 1、d d0 0螺母支承面的外径、内径。螺母支承面的外径、内径。螺纹连接螺纹连接注意：对于重要的联接，尽可能不采用直注意：对于重要的联接，尽可能不采用直径过小径过小(M12)M12)的螺栓。的螺栓。简化计算：对简化计算：对M10M10M68M68的粗牙普通螺纹的粗牙普通螺纹 取取 f f/=tg=tg /=0.15 =0.15，f fc c0.150.15得：得：T0.2FT0.2F/d N.mmd N.mm控制拧紧力矩方法控制拧紧力矩方法 1 1）拧紧程度）拧紧程度通常由经验控制通常由经验控制2 2）重要联接）重要联接根据联接要求决定根据联接要求决定 计算出计算出T T的值的值 。在拧紧时用。在拧紧时用侧力矩扳手侧力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手控制控制T T 按按T T计算式计算式螺纹连接螺纹连接使用测力矩扳手使用测力矩扳手 测力矩扳手原理：利用弹性件测力矩扳手原理：利用弹性件的变形量正比于拧紧力矩的原理，的变形量正比于拧紧力矩的原理，借助手柄上的指针指示刻度扳上拧借助手柄上的指针指示刻度扳上拧紧力矩值紧力矩值,以控制以控制F F。使用定力矩扳手使用定力矩扳手 定力矩扳手原理：当拧紧力矩超定力矩扳手原理：当拧紧力矩超过规定值时，弹簧压缩，卡盘与圆过规定值时，弹簧压缩，卡盘与圆柱销之间打滑，如果继续转动手柄，柱销之间打滑，如果继续转动手柄，卡盘不再回转，拧紧力矩的大小可卡盘不再回转，拧紧力矩的大小可用螺钉调整弹簧压力来加以控制。用螺钉调整弹簧压力来加以控制。螺纹连接螺纹连接1 1、螺纹联接多采用单线普通螺纹，一般都具有自锁性；、螺纹联接多采用单线普通螺纹，一般都具有自锁性；2 2、在静载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松脱。、在静载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松脱。但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时，但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时，3 3、联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须考虑、联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须考虑放松问题。放松问题。防松方法：防松方法：摩擦防松摩擦防松 机械防松机械防松永久止动永久止动螺纹连接的防松螺纹连接的防松螺纹连接螺纹连接受拉螺栓连接的强度计算受拉螺栓连接的强度计算铰制孔螺栓铰制孔螺栓（受剪螺栓）（受剪螺栓）连接的强度计算连接的强度计算螺纹连接件的许用应力螺纹连接件的许用应力14.单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算 5-3 单个螺栓联接的强度l本节以螺栓联接为代表，讨论强度计算问题，其方法和结论也本节以螺栓联接为代表，讨论强度计算问题，其方法和结论也适用于其他形式的螺纹联接。适用于其他形式的螺纹联接。l螺栓联接螺栓联接强度计算的目的强度计算的目的是：确定防止失效所需的螺栓直径。是：确定防止失效所需的螺栓直径。l联接的联接的强度计算内容强度计算内容，根据其可能的失效形式而定。，根据其可能的失效形式而定。螺纹联接的受载形式基本分为：螺纹联接的受载形式基本分为：采用受拉螺栓采用受拉螺栓可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。轴向载荷（沿轴线方向）：轴向载荷（沿轴线方向）：横向载荷（横向载荷（轴线方向）轴线方向）：下面按螺栓类型和受载形式的不同，分别讨论其强度计算方法。下面按螺栓类型和受载形式的不同，分别讨论其强度计算方法。单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算受拉螺栓的强度一、一、受横向工作载荷的受拉螺栓连接受横向工作载荷的受拉螺栓连接 受拉螺栓的失效受拉螺栓的失效形式主要是：形式主要是：螺纹部分的塑性变形。螺纹部分的塑性变形。螺杆的疲劳断裂。螺杆的疲劳断裂。受拉螺栓连接的强度计算受拉螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算1 1）仅受预紧力）仅受预紧力 FF的紧螺栓联接的紧螺栓联接F Fs s为横向工作载荷；为横向工作载荷；s s为被连接件结合面间为被连接件结合面间的摩擦因数，的摩擦因数，m m为结合面个数；为结合面个数；K K为可靠性因为可靠性因子，通常子，通常K K1.11.11.3 1.3 214dFF引起的拉应力：引起的拉应力：拧紧力矩拧紧力矩 M M 引起的切应力引起的切应力经分析推导可知：经分析推导可知：5.0ssmFKF 162)tan(2121ddFWTT仅受预紧力的螺栓联接按第四强度理论计算当量应力，则按第四强度理论计算当量应力，则3.1)5.0(332222e单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算强度条件为：强度条件为：43.121dFe设计式为：设计式为：Fd3.141验算用验算用 设计用。设计用。查手册，选螺栓查手册，选螺栓 当s0.15、m1、K1.2时，则F 8Fs。可见，可见，要想传递一定的外载荷，需在螺栓上施加要想传递一定的外载荷，需在螺栓上施加8 8倍于外载荷的预紧力，这将导致螺栓与连倍于外载荷的预紧力，这将导致螺栓与连接的结构尺寸过大。接的结构尺寸过大。为避免上述缺点可为避免上述缺点可采用减载装置，如减载采用减载装置，如减载销、减载套等，或采用铰制孔用螺栓连接。销、减载套等，或采用铰制孔用螺栓连接。减载装置减载装置a)a)减载销减载销 b)b)减载套减载套 承受轴向载荷的紧螺栓联接二、受轴向工作载荷的受拉螺栓连接二、受轴向工作载荷的受拉螺栓连接如图所示的气缸盖上的联接即如图所示的气缸盖上的联接即属此种类型。属此种类型。FDDp虽然，这种螺栓是在受预紧力虽然，这种螺栓是在受预紧力FF的基础上，又受的基础上，又受工作拉力F。但是，但是，螺栓的总拉力 FFF0单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算1.1.受力分析受力分析？承受轴向载荷的紧螺栓2bmFFFFF F 0F0FF预紧时受工作载荷后)(0bF)(mFF F剩余预紧力剩余预紧力螺栓：被联接件：mFFF0FF 螺栓的总拉力为螺栓的总拉力为FFF 0abF单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算承受轴向载荷的紧螺栓3可用载荷变形图分析各力之间的关系。可用载荷变形图分析各力之间的关系。螺栓的刚度：Cb 被联接件的刚度：Cmmm力变形bF 力变形o力变形ommbbF F F0FFbbCtanmmCtanFCCCmbb则则螺栓的总拉力 FCCCFFmbb0FCCCFFmbm 或写成：或写成：FCCCFFmbm 受力变形动画bb单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算承受轴向载荷的紧螺栓4令mbbCCCKc，称为螺栓的相对刚度 为保证联接的紧密性，应使 F 0。通常根据工作拉力 F 的性质确定F。l 设计中，根据F确定F计算满足F所需的F计算总拉力0F计算螺栓的强度。.受轴向静载荷时螺栓连接的强度计算受轴向静载荷时螺栓连接的强度计算强度验算：强度验算：21043.1dF设计式为：设计式为：1d3.140F单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算3.3.受轴向循环载荷时螺栓连接的强度计算受轴向循环载荷时螺栓连接的强度计算静强度计算（同上）静强度计算（同上）疲劳强度计算疲劳强度计算螺栓的工作载荷在螺栓的工作载荷在0 0F F之间循环变化时，之间循环变化时，螺栓所受的总拉力将在螺栓所受的总拉力将在F F F F0 0之间循环变化之间循环变化 21minmax22dFkkkmbbaa aaSK1受轴向循环载荷螺栓的拉力变化受轴向循环载荷螺栓的拉力变化受剪螺栓的强度、螺栓杆的、螺栓杆的剪切强度剪切强度条件为：条件为：mdFss24式中：Fs螺栓所受的工作剪力（N）；ds螺栓剪切面的直径（mm）；m螺栓受剪面数；螺栓的许用切应力。铰制孔螺栓联接的强度计算铰制孔螺栓联接的强