哈工大机械设计课件第三章.ppt

1、机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章静连接静连接:在机器中在机器中,把两个零把两个零(部部)件连接起来使之没有相对运件连接起来使之没有相对运动的机械连接称为机械静连接动的机械连接称为机械静连接,1 连接指被连接件与连接件的组合连接指被连接件与连接件的组合被连接件轴与轴上的零件，箱体与箱盖等被连接件轴与轴上的零件，箱体与箱盖等连接件又称紧固件，如螺栓、螺母，键、销釘等连接件又称紧固件，如螺栓、螺母，键、销釘等2 按被连接件运动情况按被连接件运动情况动连接动连接（按需要变化）（按需要变化）静连接静连接（不允许变化）（不允许变化）机械制造中的机械制造中的“连接连接”“”“静

2、连接静连接”连接的定义及分类连接的定义及分类第三章第三章 螺纹连接螺纹连接机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章螺纹连接是利用螺纹零件构成的连接特特 点：点：构造简单，拆装方便，工作可靠， 标准件，应用广8.2节节 螺旋传动是利用具有螺纹的零件来实现回转运螺旋传动是利用具有螺纹的零件来实现回转运动与直线运动之间的转换，同时也传递力和转动与直线运动之间的转换，同时也传递力和转矩矩不可拆连接不可拆连接按拆开是否破坏连接件按拆开是否破坏连接件可拆连接可拆连接机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章 连接用螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠连接；连接用螺

3、纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠连接；传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。 3.1 3.1 螺纹螺纹螺纹螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺旋副螺旋副连接用螺纹连接用螺纹传动用螺纹传动用螺纹(螺纹按工作性质分螺纹按工作性质分) 螺纹螺纹机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.1.2 螺纹的主要参数螺纹的主要参数 除矩形螺纹外，其他螺纹的参数均已标准除矩形螺纹外，其他螺纹的参数均已标准化。有化。有米制米制和和英制英制两种标准尺寸。两种标准尺寸。在我国，除在我国，除管螺纹保持英制外，其他都采用米制管螺纹保持英制外

4、，其他都采用米制，国际上，国际上多数国家也采用米制，少数用英制。多数国家也采用米制，少数用英制。 要求：要求：学会按标准选择，设计计算。学会按标准选择，设计计算。以普通圆柱外螺纹为例：以普通圆柱外螺纹为例：一般有一般有10个参数。个参数。 螺纹的形成螺纹的形成机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章螺纹的类型与特点2普通普通螺纹的主要参数螺纹的主要参数螺纹大径螺纹大径d即螺纹的公称直径。即螺纹的公称直径。螺纹小径螺纹小径d1常用于连接的强度计算。常用于连接的强度计算。中径中径d2常用于连接的几何关系计算。常用于连接的几何关系计算。螺距螺距P螺纹相邻两个牙型在中径线螺纹相邻

5、两个牙型在中径线上对应点间的上对应点间的 轴向距离。轴向距离。线线(头头)数数n螺纹的螺旋线数目。螺纹的螺旋线数目。一般一般导程导程Ph同一条螺旋线上相邻两个同一条螺旋线上相邻两个牙型在中径线上对应点间的牙型在中径线上对应点间的 轴向距轴向距离，离，Ph=nP。 4n 机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章旋向旋向：螺旋线绕行的方向：螺旋线绕行的方向 右旋，左旋右旋，左旋牙型角牙型角 -轴向剖面内螺纹轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹角牙型两侧边的夹角牙侧角牙侧角 -螺纹牙型侧边与螺纹牙型侧边与螺纹轴线的垂线的夹角螺纹轴线的垂线的夹角22arctanarctanhPnPdd螺

6、纹升角螺纹升角螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。的平面间的夹角。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.1.1 常用螺纹类型及特点螺纹的分类：螺纹的分类：按牙形：普通螺纹按牙形：普通螺纹 、矩形螺纹、矩形螺纹、 梯形螺纹、梯形螺纹、 锯齿形螺纹、管螺纹锯齿形螺纹、管螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性连接螺纹：自锁连接螺纹：自锁管管 螺螺 纹：紧密性、气密性纹：紧密性

7、、气密性传动螺纹：效率高传动螺纹：效率高调整螺纹：精度高调整螺纹：精度高起重螺纹：效率高、自锁性好起重螺纹：效率高、自锁性好机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章1 普通螺纹普通螺纹特点：牙型为等边三角形，螺纹的牙型角特点：牙型为等边三角形，螺纹的牙型角 =2 =60 。牙侧角。牙侧角 大，大，因为因为cosff 所以所以 f ftg自锁条件自锁条件故自锁性好，主要用于连接故自锁性好，主要用于连接机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章细牙螺纹与粗细牙螺纹与粗 牙牙螺纹的比较螺纹的比较粗牙：常用粗牙：常用同一公称直径的螺纹按螺距的大小分为粗牙同一公

8、称直径的螺纹按螺距的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹螺纹和细牙螺纹细牙：同样的细牙：同样的d下：细牙的下：细牙的d1大，大，强度高强度高 细牙的细牙的d2大，大，p小小2nptgd小，小，自锁性能好自锁性能好机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣脱扣细牙的应用场合：细牙的应用场合： 常用于承受冲击、振动及变载荷、或空心、常用于承受冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中薄壁零件上及微调装置中机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章2 、矩形螺纹矩形螺纹特点：牙形为正

9、方形，特点：牙形为正方形， =0 ，cosfff小ftg小tantan()高机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章矩形螺纹：矩形螺纹：效率高，用于传动效率高，用于传动, ,牙根强度弱，加工困难，磨损后不易补偿，常牙根强度弱，加工困难，磨损后不易补偿，常被梯形螺纹代替被梯形螺纹代替非标准非标准机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3 、梯形螺纹、梯形螺纹特点：特点： =2 =30 。比矩形螺纹效率略低。比矩形螺纹效率略低。 牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。母可消除间隙

10、，在螺旋传动中有广泛应用。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章4、 锯齿形螺纹锯齿形螺纹特点：工作边特点：工作边 =3 ，非工作边，非工作边 =30 ，便于加工。，便于加工。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点的优点, ,能承受较大的载荷能承受较大的载荷, ,但只能用于单向传动但只能用于单向传动机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章5 、圆柱管螺纹、圆柱管螺纹 特点：用于管件连接的三角螺纹，特点：用于管件连接的三角螺纹， =55 以管子内径为公称直径以管子内径为公称直径机电工程学院机电工程学

11、院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章6、 圆锥螺纹圆锥螺纹特点：螺纹均布在锥度为特点：螺纹均布在锥度为1:16的管上的管上, =55 或或60 螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适用于高温、高压的连接性好，适用于高温、高压的连接机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.1.33.1.3 螺纹的公差和精度螺纹的公差和精度 管螺纹管螺纹 工作状态下内、外螺纹间有一定的过盈量工作状态下内、外螺纹间有一定的过盈量 气密性气密性丝杠丝杠螺距误差小，空行程小螺距误差小，空行程小足够的位移精度足够的位移精度普通螺栓普通螺栓

12、可靠性，可旋入性可靠性，可旋入性机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章只介绍普通螺纹的有关公差精度方面的知识只介绍普通螺纹的有关公差精度方面的知识1.普通螺纹的公差等级及精度普通螺纹的公差等级及精度 GB/T197-2003规定：公差等级有规定：公差等级有3，4，5，6，7，8，9共七级共七级 精度有精密级，中等级和粗糙级共精度有精密级，中等级和粗糙级共3种。种。3级公差精度最高6级公差为基本级9级公差精度最低机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章2. 2. 螺纹标记和螺纹副标记示例螺

13、纹标记和螺纹副标记示例机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.1.4 3.1.4 螺纹副的受力关系、效率和自锁螺纹副的受力关系、效率和自锁 机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章圆周力圆周力F： 拧紧时拧紧时tan()FF 松开时松开时tan()FF效率：拧紧时效率：拧紧时tantan()松开时松开时tan()tan式中式中:f-摩擦系数摩擦系数F -轴向力轴向力, N-当量摩擦系数当量摩擦系数f cosff -当量摩擦角当量摩擦角机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章当不受外力作用时，螺纹副要松开当不受外力作用时，螺纹

14、副要松开自锁：自锁：1NFf F sincosFf F 自锁条件arctan f机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.2 3.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件3.2.1 3.2.1 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型螺栓连接螺栓连接 螺钉连接螺钉连接双头螺柱连接双头螺柱连接紧定螺钉连接紧定螺钉连接受拉螺栓连接受拉螺栓连接(普通螺栓连接）普通螺栓连接）受剪螺栓连接（铰制孔螺栓连接）受剪螺栓连接（铰制孔螺栓连接）机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章1、螺栓连接、螺栓连接 用螺栓穿过被连接件的光孔后拧紧螺母的连接。用于连

15、用螺栓穿过被连接件的光孔后拧紧螺母的连接。用于连接接2个个不太厚的不太厚的零件。连接方式有零件。连接方式有两种两种。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章a）普通螺栓连接）普通螺栓连接。加工、装拆方便，应用十分广泛。加工、装拆方便，应用十分广泛。b）铰制孔螺栓连接）铰制孔螺栓连接。孔需精加工，螺栓也用铰制孔用。孔需精加工，螺栓也用铰制孔用螺栓，螺栓与孔采用过渡配合，主要承受横向载荷，螺栓，螺栓与孔采用过渡配合，主要承受横向载荷，兼起定位作用。兼起定位作用。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章2、螺钉连接螺钉连接 当被连接件之一受结构限制，有下列

16、当被连接件之一受结构限制，有下列4种种情况之一时采用。情况之一时采用。不能开通孔不能开通孔希望结构紧凑希望结构紧凑希望有光整的外露表面希望有光整的外露表面无法装拆螺母无法装拆螺母注意：注意： 螺钉连接不易用在经螺钉连接不易用在经常拆卸的场合，以免损坏常拆卸的场合，以免损坏被连接件的螺纹孔。被连接件的螺纹孔。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章简化画法简化画法标准画法标准画法机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3、双头螺柱连接、双头螺柱连接 当需要螺钉连接，又要经常拆卸或螺钉无法安装当需要螺钉连接，又要经常拆卸或螺钉无法安装时用。时用。注意在结

17、构上的特殊要求注意在结构上的特殊要求 一般情况下：一般情况下：螺纹孔深度螺纹孔深度螺柱座端长度螺柱座端长度 安装时，螺柱座端全安装时，螺柱座端全部拧入螺纹孔中，部拧入螺纹孔中，靠螺纹靠螺纹尾部横向压紧，尾部横向压紧，紧定在螺紧定在螺纹孔中，拆时也不旋出螺纹孔中，拆时也不旋出螺柱。柱。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章简化画法简化画法头部头部中段中段座端座端标准画法标准画法螺纹孔深螺纹孔深机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章4、紧定螺钉连接、紧定螺钉连接b）顶入相应的坑槽中）顶入相应的坑槽中a）顶住被连接件表面）顶住被连接件表面固定相对位置固

18、定相对位置传递不大的力传递不大的力 常用来连接、固定常用来连接、固定2个零件相对位置的情况，有时个零件相对位置的情况，有时也可以传递不大的力和力矩。也可以传递不大的力和力矩。 结构特点：被连接件之一有螺纹孔，另一个没有结构特点：被连接件之一有螺纹孔，另一个没有900机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章 除上述连接的基本类型外，在机器中，还有一些特殊结构的螺除上述连接的基本类型外，在机器中，还有一些特殊结构的螺纹连接。如：纹连接。如：T T型槽螺栓连接、吊环螺钉连接和地脚螺栓连接等。型槽螺栓连接、吊环螺钉连接和地脚螺栓连接等。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机

19、械设计第三章第三章吊环螺钉吊环螺钉机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.2.2 3.2.2 标准螺纹连接件标准螺纹连接件 螺纹连接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹连接件的结螺纹连接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹连接件的结构型式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。构型式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。 机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章普通型普通型防冲击防冲击铰制孔铰制孔防松孔防松孔螺栓螺栓 紧固件结构图紧固件结构图机电工程学院机电工程学院 张锋

20、张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章紧定螺钉末端一般有较高硬度紧定螺钉末端一般有较高硬度典型头部结构典型头部结构典型末端结构典型末端结构顶入凹坑、可传递一定的力顶入凹坑、可传递一定的力软表面，不常调整软表面，不常调整硬表面，常调整硬表面，常调整机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计

21、第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章其它标准螺纹连接件简介其它标准螺纹连接件简介机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章其它标准螺纹连接件简介其它标准螺纹连接件简介机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章其它标准螺纹连接件简介其它标准螺纹连接件简介英制木螺丝英制木螺丝碟形螺帽碟形螺帽轻钢结构用螺钉轻钢结构用螺钉鱼尾螺栓鱼尾螺栓机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.2.3 螺纹连接零件常用材料和机械性能等级螺纹连接零件常用材料

22、和机械性能等级1、常用材料：、常用材料：普通连接：普通连接：低碳钢，中碳钢，如低碳钢，中碳钢，如:Q215、Q235和和10、15、35、45号钢号钢变载荷或有冲击、振动的重要连接：变载荷或有冲击、振动的重要连接：合金钢，如合金钢，如: 40 Cr、15MnVB、30CrMnSi螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低2040HBW机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章2、螺纹连接精度等级、螺纹连接精度等级GB/T3103.1-1982规定了规定了3个精度等级，代号：个精度等级，代号：A、B、C，A级级最高。它们对应螺纹的性能。最高。它们对应

23、螺纹的性能。 选用条件：选用条件：A级用于要求配合精确的连接级用于要求配合精确的连接B级用于受载较大，经常拆卸的场合级用于受载较大，经常拆卸的场合C级用于一般连接。级用于一般连接。 常用螺纹连接常用螺纹连接一般选用一般选用C级级。 螺纹的性能等级和机械性能可查表。螺纹的性能等级和机械性能可查表。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章螺栓、螺钉、螺柱性能等级螺栓、螺钉、螺柱性能等级（摘自GB30981982）（1988年确认） 性能等级 36 4 6 4 8 5 6 58 68 88 9 8 109 1 2 9抗拉强度极限bmin （MPa） 330 400 420 50

24、0 520 600 800 900 1040 1220屈服极限smin（MPa） 190 240 340 300 420 480 640 720 940 1100 硬 度 （HBw） 90 114 124 147 152 181 240 276 304 366 推荐材料 低碳钢 低碳钢或中碳钢低碳合金钢或中碳钢淬火并回火中碳钢，低中碳合金钢淬火并回火 合 金钢 注：1.性能等级的标记代号含义：“.”前的数字为公称抗拉强度极限b的1/100，“.”后的数字为屈强比的10倍，即（s/b）10。2.规定性能等级的螺栓、螺母在图纸上只注性能等级，不应标出材料牌号。C级级A,B级级机电工程学院机电工程学

25、院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章螺母性能等级456891012相配螺栓性能等级3.6,4.6,4.83.6,4.6,4.85.6,5.86.8 8.88.89.810.912.9直径范围1616所有直径1616所有直径393、 螺母性能等级摘自GB3098.21982）（1988年确认）机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章布置大作业1机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.3 3.3 螺纹连接的预紧与防松螺纹连接

26、的预紧与防松 大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。 增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。间出现缝隙或发生相对移动。v 预紧力预紧力：v 预紧的目的：预紧的目的：预紧力过大，会使连接超载预紧力过大，会使连接超载预紧力不足，可能导致连接失效预紧力不足，可能导致连接失效重要的螺栓应控制预紧力重要的螺栓应控制预紧力3.3.1 3.3.1 螺纹连接的拧紧力矩

27、及其控制方法螺纹连接的拧紧力矩及其控制方法机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章拧紧螺母时的预紧力和力矩拧紧螺母时的预紧力和力矩机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章21TTT21tan()2dTF20213031231dDdDFfT33210221012tan()23df DdTFddd Dd螺纹副间摩擦力矩螺纹副间摩擦力矩螺母与支撑面间摩擦力螺母与支撑面间摩擦力矩矩机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章0.2TF d 注意：对于重要的连接，应尽可能不采用直径过注意：对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小小( (M12)

28、M12)的螺栓。的螺栓。将常用的钢制将常用的钢制M10M68普通螺栓的数据代入后平均可普通螺栓的数据代入后平均可得：得：机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可采用测力矩扳手或利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可采用测力矩扳手或定力矩扳手，对于重要的螺栓连接，也可以采用测定螺栓伸长的方法来控制预定力矩扳手，对于重要的螺栓连接，也可以采用测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。紧力。v 预紧力的控制：预紧力的控制：机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设

29、计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章螺纹联接的防松3.3.2 3.3.2 螺纹连接的防松螺纹连接的防松 螺纹连接一般都能满足自锁条件，不会自动松脱。螺纹连接一般都能满足自锁条件，不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐化较大的情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致连接失效。渐减小或可能瞬时消失，导致连接失效。按工作原理按工作原理 摩擦防松摩擦防松（保持摩擦力矩，阻止相对转动）（保持摩擦力矩，阻止相对转动） 机械防松机械

30、防松（用机械办法约束螺旋副（用机械办法约束螺旋副 ） 永久防松永久防松（将螺母与螺栓焊死、铆死和胶住）（将螺母与螺栓焊死、铆死和胶住）防松防松的根本问题的根本问题在于防止在于防止螺纹副螺纹副相对转动相对转动机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章一一 摩擦防松摩擦防松1 双螺母双螺母机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章2 弹簧垫圈弹簧垫圈机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3 、锁紧螺母、锁紧螺母1 1）拧紧螺母时，利用嵌在螺母内的弹性环或尼龙圈挤入）拧紧螺母

31、时，利用嵌在螺母内的弹性环或尼龙圈挤入旋合螺纹中防松旋合螺纹中防松2 2）螺母椭圆口的弹性变形箍紧螺杆）螺母椭圆口的弹性变形箍紧螺杆机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章二二 机械防松机械防松机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章三三 永久防松永久防松机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.4 3.4 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 在

32、设计螺栓组连接时，关键是连接的结构设计。在设计螺栓组连接时，关键是连接的结构设计。它是根据被连接件的结构和连接的用途，确定螺栓它是根据被连接件的结构和连接的用途，确定螺栓数目和分布形式数目和分布形式。3.4.1 3.4.1 螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计 各螺栓之间的距离大小既要保证连接的可靠性各螺栓之间的距离大小既要保证连接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空间又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空间。大多数机械中螺栓都是成组使用的。大多数机械中螺栓都是成组使用的。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章v为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结为

33、了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常连接结合面的几何形状都设计合面受力均匀，通常连接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。成轴对称的简单几何形状。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章v 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。等偶数。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章v螺栓布置应使各螺栓的受力合理。螺栓布置应使各螺栓的受力合理。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章v螺栓

34、的排列应有合理的间距、边距。螺栓的排列应有合理的间距、边距。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章产生偏心载荷的原因产生偏心载荷的原因机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章 受力分析的目的：根据连接的结构和受载情况，受力分析的目的：根据连接的结构和受载情况，求出求出受力最大的螺栓及其所受的力受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行，以便进行螺栓连接的强度计算。螺栓连接的强度计算。 受力分析时所作假设：受力分析时所作假设：1 1

35、被连接件是刚体被连接件是刚体2 2 各螺栓的拉伸刚度或剪切刚度（即螺栓的材料、各螺栓的拉伸刚度或剪切刚度（即螺栓的材料、直径、长度）及预紧力均相同直径、长度）及预紧力均相同3 3 螺栓的应变在弹性范围内螺栓的应变在弹性范围内3.4.2 3.4.2 螺栓组连接的受力分析螺栓组连接的受力分析 机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章1受横向载荷2受转矩3受轴向载荷4受倾覆力矩 受力分析的类型受力分析的类型：FFriOOMTfF0fF0FF机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章QFFZ1 、受轴向载荷、受轴向载荷FQ的螺栓组连接的螺栓组连接FQ机电工程学

36、院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章2 、受横向载荷、受横向载荷FR的螺栓组连接的螺栓组连接（1） 普通螺栓连接普通螺栓连接fRfF mzK FfRK FFfmz 式中：式中：f f接合面间摩擦系数接合面间摩擦系数 m m接合面数接合面数 K Kf f考虑摩擦系数不稳定及靠摩擦传力有时不可靠而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引入的可靠性系数 一般一般K Kf f =1.1=1.11.31.3FRFR机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章(2) 用绞制孔螺栓连接用绞制孔螺栓连接sRRszFFFFzFRFR机电工程学院机电工程学院

37、张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3、受旋转力矩、受旋转力矩T的螺栓组连接的螺栓组连接(1) 采用普通螺栓连接时，靠预紧后在采用普通螺栓连接时，靠预紧后在接合面上各螺栓处摩擦力对形心的力接合面上各螺栓处摩擦力对形心的力矩之和平衡外加力矩矩之和平衡外加力矩TziifzffzrfTKrrrfTKFTKrFfrFfrFf1)2121.(.式中式中: r1 、r2、. rz 各螺栓中心至螺栓各螺栓中心至螺栓 组形心组形心O的距离的距离 Kf可靠性系数可靠性系数 f接合面间摩擦系接合面间摩擦系数数机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章（2）采用绞制孔用螺栓连接时，忽略接合面上）

38、采用绞制孔用螺栓连接时，忽略接合面上的摩擦力，外加力矩的摩擦力，外加力矩T靠螺栓所受剪力对底板靠螺栓所受剪力对底板旋转中心的力矩之和来平衡旋转中心的力矩之和来平衡1 12 2.sssz zF rF rF rT机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章12122221121max1max14582222121.(.).ssszzszssssszziiFFFrrrFrrrTrTrTrFFFFFrrrr根据螺栓变形协调条件根据螺栓变形协调条件机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章4、 受倾覆力矩受倾覆力矩M的螺栓组连接的螺栓组连接机电工程学院机电工程学院

39、张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章ziizzzzzLMLFLLLMLFFLFLFLFMLFLFLF12maxmax22221110122112211.机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章受倾覆力矩的螺栓组联接除要求螺栓强度足受倾覆力矩的螺栓组联接除要求螺栓强度足够外，还应保证接合面既不出缝隙也不被压够外，还应保证接合面既不出缝隙也不被压馈馈接合面右端应满足：接合面右端应满足：maxmax MPappppzFMAW接合面接合面左端应满足：左端应满足：minmax0 MPapppzFMAW机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章由上面的由上面的2个

40、公式分别求得预紧力个公式分别求得预紧力F，并取其中，并取其中较大值较大值,求出工作拉力求出工作拉力Fmax，算出作用在螺栓上的算出作用在螺栓上的总拉力总拉力F0后，再求出所需螺栓直径后，再求出所需螺栓直径机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章螺纹联接的强度计算13.5 3.5 单个螺纹连接的强度计算单个螺纹连接的强度计算 螺栓连接的强度计算主要与连接的装配情况（预紧或螺栓连接的强度计算主要与连接的装配情况（预紧或不预紧）、外载荷的性质和材料性能等有关。不预紧）、外载荷的性质和材料性能等有关。强度计算的目的：强度计算的目的： 确定螺栓直径确定螺栓直径螺栓和螺母的螺纹牙及其

41、他各部分尺寸均按螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定标准选定。65%20%15% 单个螺栓需要考虑强度的部位单个螺栓需要考虑强度的部位有：螺纹根部剪切、弯曲，有：螺纹根部剪切、弯曲，螺杆截面拉伸、扭转等螺杆截面拉伸、扭转等螺纹部分与螺杆保持螺纹部分与螺杆保持等强度等强度，因此可以只计算螺杆，因此可以只计算螺杆机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.5.1 松螺栓连接松螺栓连接机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.5.2 紧螺栓连接的强度计算紧螺栓连接的强度计算受横向载荷

42、的紧螺栓受横向载荷的紧螺栓连连接接 受轴向载荷的紧螺栓受轴向载荷的紧螺栓连连接接机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章1 、受横向载荷的紧螺栓连接受横向载荷的紧螺栓连接 （1） 普通螺栓连接普通螺栓连接机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章214dF2232111tan()242tan()16tdFdTFdWdd对于常用的对于常用的M10M68的普通螺栓的普通螺栓5 . 0机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章螺栓的当量应力（第四强度理论）3 . 1)5 . 0( 332222e螺栓的强度条件为：3 . 1421dFe3

43、. 141Fd设计公式设计公式校核公式校核公式机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章公式表明：公式表明：1）螺栓的拉应力）螺栓的拉应力 增加了增加了30%，相当于考，相当于考虑了剪应力。虑了剪应力。2）公式只适用于单头普通螺纹，）公式只适用于单头普通螺纹，1.3必须乘必须乘在拧紧时所在拧紧时所 产生的轴向力上，对于矩形螺纹产生的轴向力上，对于矩形螺纹乘乘1.2，梯形螺纹乘，梯形螺纹乘1.25。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章（2）铰制孔螺栓连接）铰制孔螺栓连接 螺栓杆的剪切强度条

44、件为螺栓杆的剪切强度条件为:420mdFs螺栓与孔壁的挤压强度条螺栓与孔壁的挤压强度条件为：件为：psphdFmin0MPaMPa机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章0d螺栓抗剪面直径，螺栓抗剪面直径，mm式中m 螺栓抗剪面数目螺栓抗剪面数目minh螺栓杆与孔壁挤压面的最小高螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度度 mm，设计时应使，设计时应使螺栓的许用剪切应力，螺栓的许用剪切应力，MPap 螺栓或孔壁材料的许用挤压螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，应力，MPamin01.25hd机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章2受轴向载荷的紧螺栓连接受轴向载荷的紧螺

45、栓连接FDDp 螺栓预紧力螺栓预紧力F后，在工作拉力后，在工作拉力F 的作用下，的作用下，螺栓的总拉力螺栓的总拉力F0 = ?（1）受力分析）受力分析机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章力与变形关系演示由螺栓的静力平衡条件，可得：由螺栓的静力平衡条件，可得：0FFF机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章根据变形协调条件Bm 0BBBmmFFFFFCCFFC机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章mBmCFFFCC0BBmCFFFCC机电工程学院机电工程学院 张锋

46、张锋机械设计机械设计第三章第三章螺栓的相对刚度螺栓的相对刚度机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章当工作载荷当工作载荷F过大或预紧力过大或预紧力F过小时，接合面会过小时，接合面会出现缝隙，导致连接失去紧密性，并在载荷变出现缝隙，导致连接失去紧密性，并在载荷变化时发生冲击。为此必须保证：化时发生冲击。为此必须保证：0F 对紧固连接：对紧固连接：静载时：静载时：变载时：变载时：对气密连接对气密连接：(0.2 0.6)(0.6 1.0)(1.5 1.8)FFFFFF 机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章（2）静强度计算）静强度计算3 . 14210d

47、F或或3 . 1401FdMPamm式中式中 紧螺栓连接的许用拉应力紧螺栓连接的许用拉应力机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章（3）疲劳强度计算）疲劳强度计算 对于受变载对于受变载荷的螺栓连荷的螺栓连接，按静强接，按静强度设计尺寸度设计尺寸后，还需进后，还需进行疲劳强度行疲劳强度校核校核机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章螺栓危险截面上的最大、最小拉应力和应力幅为：螺栓危险截面上的最大、最小拉应力和应力幅为：0max21min21022maxmin112144442.22BaBmFdFdFFddCFCCd机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械

48、设计机械设计第三章第三章疲劳强度条件为疲劳强度条件为212BaaBmCFCCdamaSKk1MPaMPa式中式中K有效应力集中系数（查表有效应力集中系数（查表3.8）mk螺纹制造工艺系数螺纹制造工艺系数 尺寸系数尺寸系数aS安全系数安全系数1螺栓材料的对称拉压疲劳极限螺栓材料的对称拉压疲劳极限 约等于约等于0.45B机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.5.3 螺栓连接的许用应力螺栓连接的许用应力不控制预紧力时 S 控制预紧力时 S 载荷情况 许用应力 M616 M1630 不分直径 碳钢 54 42.5 静载 合金钢 6.55 53.3 碳钢 128.5 8.5

49、= s/S 合金钢 106.5 6.5 1.21.5 Sa 2.54 1.52.5 dmin 12 16 20 24 30 36 42 48 56 64 1.0 0.87 0.80 0.74 0.67 0.63 0.60 0.57 0.54 0.53 BMPa 400 600 800 1000 有效应力集中系数 K K 3.0 3.9 4.8 5.2 变载 校核应力幅 螺纹制造工艺系数 Km:碾压 Km=1.25 车制 Km=1.0 机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章静载 s/2.5 螺栓的许用剪应力 变载 s/3.55 钢s/1.25 静载 铸铁 B/22.5 螺

50、栓或被联接件的许用挤压应力p 变载 较静载荷时减少(2030)% 混凝土p 12 木材p 24 表表3-9 螺栓许用剪应力及许用挤压应力螺栓许用剪应力及许用挤压应力机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章3.5.4 受轴向工作拉力作用的紧螺栓连接设计受轴向工作拉力作用的紧螺栓连接设计流程图流程图P48 例例 3.1 机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第三章第三章螺栓连接的工况参数连接受力分析与计算求工作拉力F，剩余预紧力F计算螺栓总拉力F0=F+F确定螺栓的性能等级初选螺栓直径d 由表5-1查的由表5-3确定安全系数S与初选d比较其s是否相同否 求许用应力