第十三 章 連接設(shè)計

1、91 螺紋連接的基本知識螺紋連接的基本知識一、螺紋的分類一、螺紋的分類第十三章第十三章 連接設(shè)計連接設(shè)計三角形螺紋三角形螺紋矩形螺紋矩形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋圓弧形螺紋圓弧形螺紋按螺紋牙型分按螺紋牙型分螺紋的牙型螺紋的牙型螺紋線數(shù)螺紋線數(shù)螺旋線的繞行方向分螺旋線的繞行方向分右旋螺紋（正螺紋）右旋螺紋（正螺紋）左旋螺紋（反螺紋）左旋螺紋（反螺紋）內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋外螺紋外螺紋柱螺紋柱螺紋錐螺紋錐螺紋左旋右旋 圖圖13-1 圓柱螺紋基本參數(shù)圓柱螺紋基本參數(shù) 1-外螺紋外螺紋 2內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋 3外螺紋牙頂外螺紋牙頂 4螺紋牙螺紋牙側(cè)側(cè) 5外螺紋牙底外螺紋牙底 6內(nèi)螺紋牙頂內(nèi)螺紋牙頂 7-

2、內(nèi)螺紋牙底內(nèi)螺紋牙底SSSd1d2d12d1hP P5674dd32二二、 螺紋的基本參數(shù)螺紋的基本參數(shù)和術(shù)語和術(shù)語1、外徑（大徑）、外徑（大徑）d-公稱直徑。公稱直徑。2、小徑（內(nèi)徑）、小徑（內(nèi)徑）d1-危險截面直徑。危險截面直徑。3、中徑、中徑- d處于大徑與小徑之間，幾何計算處于大徑與小徑之間，幾何計算直徑。直徑。4、螺距、螺距P-相鄰兩螺紋牙同名點(diǎn)之間的軸向距離。相鄰兩螺紋牙同名點(diǎn)之間的軸向距離。5、導(dǎo)程、導(dǎo)程S-同一條螺旋線上相鄰兩螺紋牙同名點(diǎn)同一條螺旋線上相鄰兩螺紋牙同名點(diǎn)之間的軸向距離。之間的軸向距離。S=Pn （-螺旋線頭數(shù)）螺旋線頭數(shù)） S=d2tg6、螺旋升角螺旋升角-螺旋

3、線上任意點(diǎn)切螺旋線上任意點(diǎn)切線與垂直于螺紋軸線平線與垂直于螺紋軸線平 面間的夾角。面間的夾角。7、牙型角、牙型角-同一螺同一螺紋牙的兩個側(cè)邊所夾紋牙的兩個側(cè)邊所夾銳角。牙側(cè)角銳角。牙側(cè)角。8、工作高度、工作高度h螺紋螺紋副的螺紋牙接觸部分副的螺紋牙接觸部分的徑向高度。的徑向高度。自鎖條件：自鎖條件： v 連接螺紋自鎖性要強(qiáng)：連接螺紋自鎖性要強(qiáng)： 要小，要小，v 要大。要大。傳動用螺旋效率要高：傳動用螺旋效率要高： 要大，要大，v 要小。要小。fftgv cos)(vtgtg 三、螺紋副的效率和自鎖三、螺紋副的效率和自鎖 vtgtgv)( 1、普通螺紋普通螺紋- 主要用于連接主要用于連接 1）、

4、粗牙）、粗牙- 2）、細(xì)牙）、細(xì)牙-2、矩形螺紋、矩形螺紋-3、梯形螺紋、梯形螺紋-4、鋸齒形螺紋、鋸齒形螺紋-5、圓弧螺紋、圓弧螺紋-四、機(jī)械制造中常用的螺紋四、機(jī)械制造中常用的螺紋主要用于傳動主要用于傳動主要用于排污設(shè)備、玻璃器皿主要用于排污設(shè)備、玻璃器皿132螺紋連接基本類型和螺紋連接件螺紋連接基本類型和螺紋連接件一、基本類型一、基本類型1、螺栓連接、螺栓連接d d d d L L1 1a aa a螺栓連接11-4b.swf普通螺栓連接工作原理：螺栓受拉力，被連接件結(jié)合面產(chǎn)生的摩擦力承受外載荷。應(yīng)用：應(yīng)用于被連接件不太厚,被連接件上下兩個方向都有操作空間，需要經(jīng)常拆卸的場合鉸制孔用螺栓連

5、接工作原理側(cè)壁受擠壓桿橫截面受剪 承受外載應(yīng)用：需精確固定兩被連接件的相對位置2、雙頭螺柱連接、雙頭螺柱連接 3、螺釘連接、螺釘連接H2H2一個被連接件很厚，或一個被連接件很厚，或單側(cè)有操作空間又要經(jīng)單側(cè)有操作空間又要經(jīng)常拆卸的場合。常拆卸的場合。不經(jīng)常拆卸的場合，不經(jīng)常拆卸的場合，其它同雙頭螺柱。其它同雙頭螺柱。螺釘連接11-6.swf雙頭螺注連接11-5.swf4、緊定螺釘連接、緊定螺釘連接 用螺釘?shù)奈捕酥苯禹斪×硗庥寐葆數(shù)奈捕酥苯禹斪×硗庖粋€被連接件的表面或頂入凹一個被連接件的表面或頂入凹坑中。用以固定兩個被連接件坑中。用以固定兩個被連接件的相互位置，可傳遞較小的力的相互位置，可傳遞較小

6、的力或轉(zhuǎn)矩。或轉(zhuǎn)矩。 緊定螺釘連接11-7.swf4、其它螺紋連接二、螺紋連接件二、螺紋連接件1、螺栓和螺釘、螺栓和螺釘2、雙頭螺柱、雙頭螺柱3、緊定螺釘、緊定螺釘二、螺紋連接件二、螺紋連接件4、螺母和墊圈、螺母和墊圈13-3螺紋連接的預(yù)緊和防松螺紋連接的預(yù)緊和防松一、預(yù)緊一、預(yù)緊（一）目的：（一）目的：增加剛度；增加剛度；增加連接的緊密性；增加連接的緊密性；增加連接的可靠性；增加連接的可靠性；提高螺栓的疲勞強(qiáng)度提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。（二）預(yù)緊力的大?。ǘ╊A(yù)緊力的大小Fp1.擰緊力矩擰緊力矩TT = T1 + T2 T2-螺母與支乘面間的摩擦阻力矩螺母與支乘面間的摩擦阻力矩T1-螺紋副摩擦力矩

7、螺紋副摩擦力矩（二）預(yù)緊力的大?。ǘ╊A(yù)緊力的大小Fp202030300231dDdDFfTp 1.擰緊力矩擰緊力矩TT = T1 + T2 T2-螺母與支乘面間的摩擦阻力矩螺母與支乘面間的摩擦阻力矩T1螺紋副摩擦阻力矩螺紋副摩擦阻力矩)(22221vpttgdFdFT 當(dāng)量摩擦系數(shù)當(dāng)量摩擦系數(shù)FpT2D0 螺紋為標(biāo)準(zhǔn)件，將螺紋為標(biāo)準(zhǔn)件，將M12M64螺紋各參數(shù)代入上螺紋各參數(shù)代入上式整理后得：式整理后得：dFTp)3 . 01 . 0( 取取0.2適用于適用于M12的螺栓的螺栓拉力拉力Fp扭矩扭矩T1結(jié)論：擰緊螺栓時結(jié)論：擰緊螺栓時d1截面截面 20203030232)tan(21dDdDd

8、fdddFTvP dFTp2 . 0 （三）預(yù)緊力大小的控制（三）預(yù)緊力大小的控制1、不重要的連接、不重要的連接-不控制預(yù)緊力。不控制預(yù)緊力。2、重要連接、重要連接-定力矩扳手、測力矩扳手、測量螺栓定力矩扳手、測力矩扳手、測量螺栓伸長量、控制螺母轉(zhuǎn)角、測量螺栓的應(yīng)變等。伸長量、控制螺母轉(zhuǎn)角、測量螺栓的應(yīng)變等。 圖圖13-6 力矩扳手力矩扳手a ）、）、b) 測力矩扳手測力矩扳手 c） 定力矩扳手定力矩扳手b)a)c)二、螺紋連接的防松二、螺紋連接的防松防止螺紋副的相對運(yùn)動防止螺紋副的相對運(yùn)動（一）利用摩擦力防松（一）利用摩擦力防松1.原理原理2.方法方法（二）機(jī)械防松（二）機(jī)械防松1.原理原理

9、2.方法方法（三）永久防松（三）永久防松1.原理原理2.方法方法摩擦防松摩擦防松： 對頂螺母對頂螺母 彈簧墊圈彈簧墊圈 自鎖螺母自鎖螺母正確不正確機(jī)械防松機(jī)械防松： 開口銷與六角開口銷與六角 開槽螺母開槽螺母 止動墊圈止動墊圈 串聯(lián)鋼絲串聯(lián)鋼絲washer antimoving.swf永久防松：永久防松： 點(diǎn)沖點(diǎn)沖 鉚合鉚合 點(diǎn)焊點(diǎn)焊粘合粘合144 螺栓組連接設(shè)計螺栓組連接設(shè)計一、螺紋連接失效一、螺紋連接失效1、被連接件：、被連接件：滑移、出現(xiàn)間隙、滑移、出現(xiàn)間隙、壓潰及斷裂。壓潰及斷裂。2、連接件：、連接件：斷裂、壓潰、斷裂、壓潰、塑性變形、塑性變形、螺紋牙的破壞。螺紋牙的破壞。 螺栓組的受

10、力可歸納為四種情況：螺栓組的受力可歸納為四種情況：XY 受橫向載荷受橫向載荷F 作用的螺栓組作用的螺栓組連接連接；Z 受軸向載荷受軸向載荷F 作用的螺栓組連接；作用的螺栓組連接；YX受傾覆力矩受傾覆力矩M 作用的螺栓組作用的螺栓組連接連接；Z受旋轉(zhuǎn)力矩受旋轉(zhuǎn)力矩T 作用的螺栓組作用的螺栓組連接連接；一）受橫向載荷作用的螺栓組連接一）受橫向載荷作用的螺栓組連接FFO二、螺栓組連接的受力分析二、螺栓組連接的受力分析ZF P f mK f F K f=1.11.3。 1、普通螺栓連接、普通螺栓連接fmzFKFfP單個螺栓受預(yù)緊力：單個螺栓受預(yù)緊力：目的：找出螺栓組中受力最大的螺栓目的：找出螺栓組中受

11、力最大的螺栓2、鉸制孔用螺栓連接組、鉸制孔用螺栓連接組單個螺栓受工作載荷：單個螺栓受工作載荷：ZFF二）、受轉(zhuǎn)矩作用的螺栓連接組二）、受轉(zhuǎn)矩作用的螺栓連接組 在轉(zhuǎn)矩在轉(zhuǎn)矩T 作用下，被連接件接觸面作用下，被連接件接觸面不允許發(fā)生滑移或壓潰。不允許發(fā)生滑移或壓潰。1）采用普通螺栓）采用普通螺栓螺栓只受預(yù)緊力螺栓只受預(yù)緊力 各螺栓預(yù)緊力各螺栓預(yù)緊力Fp相同。相同。力平衡條件：力平衡條件：ziifprfTKF1 TKfrFfrFfrFfippp 21Tf Fpr1fFpr2T 2）采用鉸制孔用螺栓（找出受力最大的螺栓）采用鉸制孔用螺栓（找出受力最大的螺栓）21maxmaxizirTrF受力最大的螺栓

12、的橫向工作載荷：受力最大的螺栓的橫向工作載荷：力平衡條件：力平衡條件：TrFrFrFii 2211變形協(xié)調(diào)條件：變形協(xié)調(diào)條件：maxmax2211rFrFrF34521678910r2F2dTF2T三）受軸向載荷作用的螺栓組三）受軸向載荷作用的螺栓組OFOZFF單個螺栓的軸向工作載荷：單個螺栓的軸向工作載荷：單個螺栓所受總載荷單個螺栓所受總載荷F0 ？工作前各螺栓受工作前各螺栓受預(yù)緊力預(yù)緊力FP。四）受傾翻力矩四）受傾翻力矩M作用的螺栓連接組作用的螺栓連接組平衡條件：平衡條件：iiziLFM1maxmax2211.LFLFLF 變形協(xié)調(diào)條件變形協(xié)調(diào)條件受力最大螺栓的軸向載荷：受力最大螺栓的軸向

13、載荷：21maxmaxiziLMLF受拉側(cè)不許出現(xiàn)間隙；受壓側(cè)不允許壓潰受拉側(cè)不許出現(xiàn)間隙；受壓側(cè)不允許壓潰 0minWMAZFPp maxpPpWMAZF（受傾翻力矩傾翻力矩M作用的螺栓連接組作用的螺栓連接組不作考試內(nèi)容）例：例：a) b) c)圖圖9-13 螺栓組的力分析螺栓組的力分析x xy yo ozo ox xF Fx xzy yF FF Fx xz zy yo ox xaF F三、螺栓組連接結(jié)構(gòu)設(shè)計三、螺栓組連接結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計準(zhǔn)則：設(shè)計準(zhǔn)則：根據(jù)載荷情況確定連接接合面的幾何形狀和根據(jù)載荷情況確定連接接合面的幾何形狀和螺栓組布置形式，力爭使各螺栓受力均勻，螺栓組布置形式，力爭使各螺栓受

14、力均勻，避免螺栓產(chǎn)生附加載荷，便于加工和裝配避免螺栓產(chǎn)生附加載荷，便于加工和裝配 。設(shè)計準(zhǔn)則1、形狀盡量簡單、形狀盡量簡單2、便于加工和分度、便于加工和分度3、盡量減少加工面、盡量減少加工面4、各螺栓受力均勻、各螺栓受力均勻5、螺栓排列應(yīng)有合理的釘距和邊距、螺栓排列應(yīng)有合理的釘距和邊距6、其它、其它參數(shù)見表10-6 扳手空間11-9c.swf扳手空間11-9b.swf145單個螺栓的強(qiáng)度計算單個螺栓的強(qiáng)度計算 螺栓連接的強(qiáng)度計算主要與螺栓連接的強(qiáng)度計算主要與連接的裝配情況（預(yù)緊或不預(yù)連接的裝配情況（預(yù)緊或不預(yù)緊）、外載荷的性質(zhì)和材料性能緊）、外載荷的性質(zhì)和材料性能等有關(guān)。等有關(guān)。 螺栓連接強(qiáng)度

15、計算的目的是根據(jù)強(qiáng)度條件確定螺螺栓連接強(qiáng)度計算的目的是根據(jù)強(qiáng)度條件確定螺栓直徑，而螺栓和螺母的螺紋牙及其他各部分尺寸均栓直徑，而螺栓和螺母的螺紋牙及其他各部分尺寸均按標(biāo)準(zhǔn)選定。按標(biāo)準(zhǔn)選定。 螺紋連接的失效形式：螺紋連接的失效形式：對于受拉螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿對于受拉螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂。對于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓桿被剪斷的疲勞斷裂。對于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓桿被剪斷或螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰。或螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰。65%20%15%失效位置position of breakage of screw.swf一

16、、普通螺栓一、普通螺栓（一）單個松螺栓連接強(qiáng)度計算（一）單個松螺栓連接強(qiáng)度計算F（一）單個松螺栓連接強(qiáng)度計算（一）單個松螺栓連接強(qiáng)度計算 MPa 421dFF根據(jù)根據(jù)d1值查手冊，確定值查手冊，確定d的大小的大小=s/S（MPa） S安全系數(shù)，安全系數(shù)，F(xiàn)FFPFPFfFf （二）（二）只受預(yù)緊力的單個緊連接螺栓強(qiáng)度計算只受預(yù)緊力的單個緊連接螺栓強(qiáng)度計算 （受橫向載荷作用的單個螺栓強(qiáng)度計算）受橫向載荷作用的單個螺栓強(qiáng)度計算）fmzFKFfP橫載loading principle.swf214dFP312162)tan(ddFvP螺栓應(yīng)力：螺栓應(yīng)力：和和準(zhǔn)則：接合面不滑移準(zhǔn)則：接合面不滑移 3

17、. 1322 v MPa 43 . 121 dFP根據(jù)第四強(qiáng)度理論：根據(jù)第四強(qiáng)度理論：只受預(yù)緊力的緊螺栓連接強(qiáng)度條件：只受預(yù)緊力的緊螺栓連接強(qiáng)度條件： mm 3 . 141PFd（三）受軸向載荷作用的緊螺栓連接強(qiáng)度計算（三）受軸向載荷作用的緊螺栓連接強(qiáng)度計算ZFF螺栓工作載荷：螺栓工作載荷：螺栓受預(yù)緊力：螺栓受預(yù)緊力：Fp螺栓總載荷：螺栓總載荷：F0？設(shè)計要求：設(shè)計要求： 在在F作用下，不允許接觸面間有間隙，且接觸作用下，不允許接觸面間有間隙，且接觸面間仍有足夠的壓應(yīng)力。面間仍有足夠的壓應(yīng)力。 1、受力和變形分析：、受力和變形分析： 連接件和被連接件均為彈性體，應(yīng)變均在連接件和被連接件均為彈性

18、體，應(yīng)變均在彈性變形范圍內(nèi)。力和變形為線性關(guān)系。彈性變形范圍內(nèi)。力和變形為線性關(guān)系。12軸向載荷11-16.swf力變形曲線力變形曲線圖5-15動畫.swf變形曲線11-17b.swf變形曲線11-17c.swf12F0Fp/FFFpOb變形力FpOm2Fp1力連接件剛度連接件剛度C1：被連接件剛度被連接件剛度C2：2211 ppFCFC 力變形關(guān)系曲線force and deformation.swf工作前：受力工作前：受力連接件連接件F p 1被連接件被連接件F p 2連接件連接件1 （1+ 1） F0被連接件被連接件2 （ 2- 2） F p/工作中：工作中：F0Fp/FF2Fp1力力根

19、據(jù)變形協(xié)調(diào)條件得：根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件得：1=2FFFP /01101cFFFcFFPPP2/2cFFPPF0Fp/FF2Fp1力力得：得：FCCCFFFCCCFFppp 212/2110受軸向載荷作用的緊螺栓連接的總載荷受軸向載荷作用的緊螺栓連接的總載荷F0FCCC212211CCC 螺栓的相對剛度見表螺栓的相對剛度見表13-6F0Fp/FF2Fp1力力FCCC211分析受軸向載荷的緊螺栓連接：分析受軸向載荷的緊螺栓連接： 1）相對剛度）相對剛度與結(jié)構(gòu)、材料、尺寸有關(guān)與結(jié)構(gòu)、材料、尺寸有關(guān) 2） = 2時連接失效。時連接失效。 所以所以Fp/ 0 3）F0FpF0 變應(yīng)力變應(yīng)力疲勞破壞。疲勞破壞

20、。如果工作載荷如果工作載荷F為變載荷（在為變載荷（在 F1F2之間變化）之間變化）則螺栓總載荷則螺栓總載荷F02F01F02 4) F/P的常用值見的常用值見P286 2、受軸向載荷的緊螺栓連接強(qiáng)度計算、受軸向載荷的緊螺栓連接強(qiáng)度計算MPa 43 .1210 dF使用公式說明：使用公式說明：F F不變不變-靜強(qiáng)度計算靜強(qiáng)度計算F F變化變化-靜強(qiáng)度計算靜強(qiáng)度計算+ +疲勞強(qiáng)度計算疲勞強(qiáng)度計算 3、疲勞強(qiáng)度計算（應(yīng)力幅計算）、疲勞強(qiáng)度計算（應(yīng)力幅計算）421aaaadFAF 211120102.22cccFFFFFa 拉力幅拉力幅應(yīng)力幅應(yīng)力幅提高螺栓連接疲勞強(qiáng)度的措施提高螺栓連接疲勞強(qiáng)度的措施2

21、11120102.22cccFFFFFa FFFp 0減小減小Fa（ F0 、F /P 和和F不能改變）不能改變） 1、降低、降低C1 ； 2、提高、提高 C2；3、降低、降低C1同時提高同時提高C2。FCCCFFpp 212/減小減小Fa 13-6螺栓的材料和許用應(yīng)力螺栓的材料和許用應(yīng)力螺栓、螺柱及螺釘?shù)男阅艿燃壱姳砺菟?、螺柱及螺釘?shù)男阅艿燃壱姳?3-8，如，如36、46、48.。前數(shù)字為前數(shù)字為b /100；后為屈強(qiáng)比后為屈強(qiáng)比 10s /b。b 為材料的抗拉強(qiáng)度極限為材料的抗拉強(qiáng)度極限s 為材料的屈服極限。為材料的屈服極限。二、緊螺栓連接許用應(yīng)力見表二、緊螺栓連接許用應(yīng)力見表13-6一、

22、螺栓的材料見表一、螺栓的材料見表13-8SsS安全系數(shù)見表安全系數(shù)見表13-7。表表13-7 材材料料靜靜 載載 荷荷變變 載載 荷荷M6M16M16M30M306M60M6M16M16M30碳素鋼碳素鋼5 44 2.52.5 212.5 8.58.5合金鋼合金鋼5.7 55 3.43.4 310 6.86.8控制預(yù)緊力時控制預(yù)緊力時緊螺栓連接的安全系數(shù)緊螺栓連接的安全系數(shù)S=1.2 1.5不控制預(yù)緊力時緊螺栓連接的安全系數(shù)：不控制預(yù)緊力時緊螺栓連接的安全系數(shù)：二、鉸制孔用螺栓連接強(qiáng)度計算二、鉸制孔用螺栓連接強(qiáng)度計算MPa MPa 4min0P20pLdFmdF d0d1 Lmin-最小工作長

23、度。最小工作長度。m受剪面對數(shù)。受剪面對數(shù)。設(shè)計要求：不壓潰，不剪斷。設(shè)計要求：不壓潰，不剪斷。受剪螺栓的許用應(yīng)力SspSs見表13-8例：一凸緣聯(lián)軸器若采用例：一凸緣聯(lián)軸器若采用M16的的普通螺栓聯(lián)成一體，傳遞轉(zhuǎn)矩普通螺栓聯(lián)成一體，傳遞轉(zhuǎn)矩T450N m，螺栓性能等級，螺栓性能等級4.8，結(jié)合面摩擦因數(shù)結(jié)合面摩擦因數(shù)f=0.15，安裝時不，安裝時不控制預(yù)緊力，試設(shè)計此螺栓連接。控制預(yù)緊力，試設(shè)計此螺栓連接。解題思路：解決螺栓個數(shù)解題思路：解決螺栓個數(shù)Z；橫向載荷的普通螺栓組，；橫向載荷的普通螺栓組，以預(yù)緊力以預(yù)緊力FP產(chǎn)生摩擦阻力矩傳遞轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生摩擦阻力矩傳遞轉(zhuǎn)矩T； 即：即：FPfZrmKfT。 F 43 . 1P21求出由dFp解：查設(shè)計手冊，解：查設(shè)計手冊，M16的螺栓，的螺栓，d1=13.835mm， 由性能等級知由性能等級知S=320MPa查表查表13-7（不控制預(yù)緊力）?。ú豢刂祁A(yù)緊力）