機械設計2-螺栓連接

1、2-1 概概 述述 在通用機械中，連接件占總零件數的在通用機械中，連接件占總零件數的2050%。如。如Boeng747中有中有250萬個緊固連接件。萬個緊固連接件。一、連接一、連接( (joint) )分類分類1. . 按運動關系分按運動關系分靜連接：只固定，無相對運動。如螺紋連接、普通平鍵連接。動連接：彼此有相對運動。如滑鍵、螺旋傳動等。運動副2. 按傳載原理分按傳載原理分靠摩擦力：如螺栓、過盈連接。非摩擦：靠連接零件的相互嵌合傳載，如平鍵。材料鎖合連接：利用附加材料分子間作用，如粘接、焊接。3. . 按拆開時是否損壞零件分按拆開時是否損壞零件分可拆連接：如螺紋連接（最廣泛的可拆連接）。不可

2、拆連接：如焊接、鉚接等。二、螺紋基本知識二、螺紋基本知識1) ) 直徑大徑d：公稱直徑。M20d=20mm小徑d1：螺紋的最小直徑中徑d2：齒厚=齒槽寬處直徑4) ) 螺距P2) ) 線數 n：n =1時用于連接；n1時用于傳動； n，但為便于制造n43) ) 牙形角 ：螺紋牙兩側面夾角1. 螺紋的主要參數螺紋的主要參數5) ) 升角 連接螺紋：一般為單線、粗牙、右旋的三角螺紋。連接螺紋：一般為單線、粗牙、右旋的三角螺紋。三角形螺紋三角形螺紋2. 螺紋的類型螺紋的類型2-2 螺紋連接的類型和材料性能等級螺紋連接的類型和材料性能等級1. 螺栓連接螺栓連接 裝拆方便，成本低，打通孔，應用最廣。裝拆

3、方便，成本低，打通孔，應用最廣。鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓普通螺栓普通螺栓一、螺紋連接主要類型一、螺紋連接主要類型FF2. 雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接 螺柱不用拆下，用于螺柱不用拆下，用于被連被連接件之一較厚接件之一較厚（盲孔）（盲孔）或材料或材料較軟，且經常拆裝的場合。較軟，且經常拆裝的場合。3. 螺釘連接螺釘連接 無螺母，結構緊湊，經常拆無螺母，結構緊湊，經常拆裝時，容易損傷螺紋孔。多用于裝時，容易損傷螺紋孔。多用于受力不大或受力不大或無需經常拆裝的場合。無需經常拆裝的場合。4. . 緊定螺釘連接緊定螺釘連接 螺釘末端頂住另一零件的表面或相應凹坑，以固定螺釘末端頂住另一零件的表面或相應凹坑，以固定

4、兩個零件的相互位置，并可兩個零件的相互位置，并可傳遞不大的力或力矩。傳遞不大的力或力矩。二、螺紋連接件的材料性能等級二、螺紋連接件的材料性能等級螺栓（釘、柱）的力學性能等級螺栓（釘、柱）的力學性能等級( (GB/T3098.1-2000, 3098.2-2000) )性能性能等級等級3.6 4.6 4.85.65.86.8 8.8 9.810.912.9抗拉抗拉強度強度 b/ /MPa300 400 400 500 600 800 90010001200屈服屈服強度強度 s/ /MPa180 240 320300400480 640 72090010802-3 螺紋連接的預緊和防松螺紋連接的預

5、緊和防松一、預緊一、預緊受載之前擰緊螺母預緊力F0預緊目的連接剛度防松能力緊密性二、防松二、防松實質是防止螺紋副發(fā)生相對轉動。實質是防止螺紋副發(fā)生相對轉動。 怎么會發(fā)生松動？怎么會發(fā)生松動？防松的方法：防松的方法： 摩擦摩擦 機械機械 破壞破壞 見表見表5-32-4 螺栓連接的強度計算螺栓連接的強度計算螺栓連接受拉螺栓受剪螺栓松連接：不擰緊，無預緊力F0，僅受工作載荷F緊連接：需擰緊僅受預緊力F0同時受預緊力F0和工作載荷F一、松連接一、松連接（不受預緊力不受預緊力） MPammdNFdF，螺螺栓栓材材料料的的許許用用拉拉應應力力螺螺紋紋小小徑徑，軸軸向向工工作作載載荷荷，式式中中： 4121

6、 F二、緊連接二、緊連接（受預緊力受預緊力）（1）承受）承受橫向工作載荷橫向工作載荷的的普通螺栓連接普通螺栓連接 2102102 .543 .1dFdF失效形式：接合面發(fā)生滑移失效形式：接合面發(fā)生滑移 螺栓與孔之間有間隙，工作時預緊力螺栓與孔之間有間隙，工作時預緊力F0導致接合面所產導致接合面所產生的摩擦力應大于或等于橫向靜載荷生的摩擦力應大于或等于橫向靜載荷。問：公式中的系數問：公式中的系數1.3是何用意？是何用意？強度條件：強度條件：上式中：上式中：F0 單個螺栓的軸向預緊力，單個螺栓的軸向預緊力，N F0 KSF/ /fZi 計算時取計算時取 F0 = KSF / /fZi KS 可靠系

7、數可靠系數( (防滑系數防滑系數) )，1.11.3 F 橫向靜載荷，橫向靜載荷，N Z 螺栓數目螺栓數目 i 接合面數接合面數 f 接合面摩擦系數接合面摩擦系數 2102102.543.1dFdF1.3系數將系數將提高提高30%，以考慮螺紋力矩以考慮螺紋力矩對連接強度的影響，這對連接強度的影響，這樣把拉扭的復合應力狀樣把拉扭的復合應力狀態(tài)簡化為純拉伸來處理，態(tài)簡化為純拉伸來處理，簡化了計算。簡化了計算。某普通螺栓組連接，已知橫向靜載荷某普通螺栓組連接，已知橫向靜載荷F=30kN，結合面摩擦，結合面摩擦系數系數f =0.15，結合面數，結合面數i =1，可靠系數，可靠系數KS=1.2，共有六個

8、螺栓，共有六個螺栓，不控制預緊力，螺栓材料為碳鋼，性能等級不控制預緊力，螺栓材料為碳鋼，性能等級4.8，試確定螺栓規(guī)格。，試確定螺栓規(guī)格。NfZiFKFs400001615. 0300002 . 10 解解：單個螺栓預緊力單個螺栓預緊力F0 由于不控制預緊力，采用估計法確定安全系數由于不控制預緊力，采用估計法確定安全系數S， 由表由表5-10 1. 選選M24，S = 3.14( (插值計算插值計算) ) mmFd495.2514. 3320400002 . 5413 . 101 = s/ /S = 320/ /3.14 MPa M24的的d1=20.752mm，估計偏小，不適用。，估計偏小，

9、不適用。2. 選選M30，S = 2.5 = s/ /S = 320/ /2.5 =128 MPa mmFd749.22128400002 . 5413 . 101 （2）受預緊力）受預緊力F0和軸向工作載荷和軸向工作載荷F 的緊螺栓連接的緊螺栓連接松弛松弛狀態(tài)狀態(tài)F0F0F0F0 m b預緊預緊狀態(tài)狀態(tài)FF工作工作狀態(tài)狀態(tài)F是是工作工作拉力拉力F1F1F1F1 m b變形受力過程：無變形無變形 F0 + +F 變形協(xié)調條件： b= = m = = m b b+ + b m- - m各力定義要明確各力定義要明確1. 預緊力F0（擰緊螺母后，作用在螺栓上的拉力和被連件上的壓力）2. 螺栓總拉力F

10、2 F2 = F1+F3. 工作拉力F（對螺栓連接施加的軸向外載荷）4. 殘余預緊力F1 F1 0不出現縫隙。強度條件：強度條件： 2122122 .543 .1dFdF 螺栓的相對剛度系數螺栓的相對剛度系數墊片類型墊片類型 金屬墊片或無墊片金屬墊片或無墊片 皮革皮革 銅皮石棉銅皮石棉 橡膠橡膠 0.20.3 0.7 0.8 0.9Cb +CmCb 解：解：（1 1） NFCCCFFmbb1500100021100002 NFCCCFFmbm500100021100001 （2）要求要求F10 NFFFCCCFmbm20002000 解：（解：（1） 預緊力預緊力F0=30000N （2）工作拉力）工作拉力F =35000- -20000 =15000N（3）校核）校核 MPadF4 .84211.264350003 . 1413 . 12212 螺栓連接強度足夠螺栓連接強度足夠。 ( 4 ) 被連接件變形為被連接件變形為0時，容器則漏氣，由圖可知時，容器則漏氣，由圖可知 F2 = 45000N2-5 螺栓組連接的設計螺栓組連接的設計1. 接合面幾何形狀力求簡單（矩、圓、三角），且螺栓組的對