连连 接接机械动连接机械动连接运动副机械静连接机械静连接焊接、 胶接、胶接、 铆接铆接螺纹连接螺纹连接、键连接、键连接销连接等销连接等第九章 螺纹联接设计o91 螺纹o92 螺旋副的受力分析、效率和自锁o93 螺纹联接的基本类型o94 螺纹联接的预紧和防松o95 螺栓联接的强度计算o96 螺栓组的结构设计o97 提高螺栓联接强度的措施o98 螺旋传动l l大径大径 d d 公称直径公称直径小径小径 d1 d1 强度计算直径强度计算直径螺距螺距 p p 螺纹相邻两个牙型螺纹相邻两个牙型 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 S螺纹上任一点沿螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离动的轴向距离线数线数 n n 螺纹的螺旋线数目螺纹的螺旋线数目9.1 螺纹9.1.1 螺纹形成原理及主要参数三角形三角形矩形矩形 =0梯形梯形牙型角与牙侧角牙型角与牙侧角9.1 螺纹9.1.2 螺纹的分类左旋螺纹和右旋螺纹单线螺纹和多线螺纹粗牙和细牙 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。螺纹的牙型三角形矩形梯形锯齿形主要用于联接多用于传动第九章 螺纹联接设计o91 螺纹o92 螺旋副的受力分析、效率和自锁o93 螺纹联接的基本类型o94 螺纹联接的预紧和防松o95 螺栓联接的强度计算o96 螺栓组的结构设计o97 提高螺栓联接强度的措施o98 螺旋传动9.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副是由外螺纹和内螺纹组成的运动副。9.2.1 矩形螺纹 在轴向载荷作用下螺旋副相对运动时，可看作推动滑块沿螺纹表面运动。将矩形螺纹沿中径d2处展开，得一倾角为的斜面，斜面上的滑块代表螺母，螺母和螺杆的相对运动可看作滑块在斜面上运动。9.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁当滑块在斜面上等速上升时摩擦力摩擦角转动螺纹所需的转矩螺母旋转一周所需的输入功为W1此时螺母上升一个导程s，其输出功为W2正行程螺旋副的效率为：FFQFNFQFFfFRlFR9.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 将效率公式绘成曲线，当 时效率最高，但过大的升角使制造困难。当 后，效率增加不明显，故通常取不超过25度。 当滑块沿斜面等速下降时：当滑块沿斜面等速下降时： 此时螺旋副的效率为， 9.2.1 矩形螺纹9.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁假设螺旋副的自锁条件是： ，那么，说明无论轴向载荷FQ有多大，螺母都不能沿斜面运动，这种现象称为自锁。表明螺旋副处于临界自锁状态。其值越小，自锁性越强，需要有足够大的驱动力F才能使螺旋副产生相对运动。9.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁其他螺纹是指牙型角 的三角螺纹、梯形螺纹和锯齿行螺纹等非矩形螺纹。 9.2.2 其他螺纹当量摩擦系数 当量摩擦角 螺旋副效率 螺旋副自锁条件 普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹30o60o33o螺旋副自锁条件螺旋副自锁条件螺旋副效率螺旋副效率螺纹的类型螺纹的类型三角形螺纹自锁性好，用于连接。三角形螺纹自锁性好，用于连接。矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动。矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动。第九章 螺纹联接设计o91 螺纹o92 螺旋副的受力分析、效率和自锁o93 螺纹联接的基本类型o94 螺纹联接的预紧和防松o95 螺栓联接的强度计算o96 螺栓组的结构设计o97 提高螺栓联接强度的措施o98 螺旋传动9.3 螺纹联接的基本类型螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联接是螺纹联接的四种基本类型。1.螺栓联接1螺栓联接o特点和应用：无须在被联接件上切制螺纹，使用不受被联接件材料的限制。构造简单，装拆方便，应用最广。用于可制通孔的场合。分为受拉螺栓联接和受剪螺栓联接。装拆方便装拆方便螺栓受拉力螺栓受拉力普通螺栓连接普通螺栓连接FFFF预紧力预紧力1螺栓联接铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接螺栓受剪切、挤压螺栓受剪切、挤压用于横向载荷用于横向载荷大的连接大的连接FF9.3 螺纹联接的基本类型2.双头螺柱联接用于被连接件较厚，用于被连接件较厚，不宜制成通孔，不宜制成通孔，且经常装拆且经常装拆的场合的场合双头螺柱受拉力双头螺柱受拉力F预紧力预紧力9.3 螺纹联接的基本类型3. 螺钉联接用于不经用于不经常装拆的常装拆的场合场合螺钉受拉力螺钉受拉力F预紧力预紧力9.3 螺纹联接的基本类型4. 紧定螺钉联接4紧定螺钉联接Hex Socket Headless Setscrewo特点和应用：旋入被联接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被联接件的表面或顶入相应的坑中，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或转矩。第九章 螺纹联接设计o91 螺纹o92 螺旋副的受力分析、效率和自锁o93 螺纹联接的基本类型o94 螺纹联接的预紧和防松o95 螺栓联接的强度计算o96 螺栓组的结构设计o97 提高螺栓联接强度的措施o98 螺旋传动预紧的目的预紧的目的保证可靠性、紧密保证可靠性、紧密性性防止联接松动防止联接松动提高联接的紧密性提高联接的紧密性提高联接的紧密性提高联接的紧密性9.4 螺纹联接的预紧和防松螺旋副摩擦阻力矩螺旋副摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩拧紧力矩与预紧力的关系：拧紧力矩与预紧力的关系：螺旋副摩擦阻力矩螺旋副摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩d0D1LF对于M10M68的钢制普通粗牙螺纹，无润滑时，取9.4 螺纹联接的预紧和防松 对于一般联接，预紧力凭装配经验控制；对于重要的联接，可用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力F的大小，也可用测定螺栓的伸长量来控制预紧力。9.4 螺纹联接的预紧和防松 联接用的三角普通螺纹，螺纹升角都较小，在静载荷作用下，一般都能满足自锁条件。但在冲击、振动或变载荷作用下，或当温度变化很大时，螺旋副间的摩擦力减小或瞬时小时，联接就可能产生自动松脱现象，影响联接的牢固和紧密，甚至造成严重的事故。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:摩擦防松机械防松:其他防松9.4.2 螺纹联接的防松9.4 螺纹联接的预紧和防松弹簧垫圈9.4.2 螺纹联接的防松摩擦防松9.4 螺纹联接的预紧和防松对顶螺母9.4.2 螺纹联接的防松摩擦防松9.4 螺纹联接的预紧和防松尼龙圈锁紧螺母9.4.2 螺纹联接的防松摩擦防松9.4 螺纹联接的预紧和防松开口销9.4.2 螺纹联接的防松机械防松:9.4 螺纹联接的预紧和防松带翅垫片9.4.2 螺纹联接的防松机械防松:9.4 螺纹联接的预紧和防松止动垫片9.4.2 螺纹联接的防松机械防松:9.4 螺纹联接的预紧和防松串联钢丝9.4.2 螺纹联接的防松机械防松:机械防松实例9.4 螺纹联接的预紧和防松冲点法9.4.2 螺纹联接的防松9.4 螺纹联接的预紧和防松9.4.2 螺纹联接的防松粘合法9.4 螺纹联接的预紧和防松焊点法9.4.2 螺纹联接的防松螺纹放松的根本目的：螺纹放松的根本目的：防止螺旋副的相互转动防止螺旋副的相互转动第九章 螺纹联接设计o91 螺纹o92 螺旋副的受力分析、效率和自锁o93 螺纹联接的基本类型o94 螺纹联接的预紧和防松o95 螺栓联接的强度计算o96 螺栓组的结构设计o97 提高螺栓联接强度的措施o98 螺旋传动9.5 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。 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。9.5.1 失效形式和设计准则 对受拉螺栓，主要失效形式为螺纹部分的塑性变形或断裂；经常装拆时绘因磨损而发生滑扣，故其设计准则主要保证螺栓杆有足够的拉伸强度。 对于受横向载荷的铰制孔螺栓，主要失效形式为螺杆被剪断，螺杆或孔壁被压溃，故其设计准则应保证螺栓杆和被联接件具有足够的剪切强度和挤压强度。 螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹的公称直径大径d 等。9.5 螺栓联接的强度计算1.松螺栓联接强度条件：设计公式：d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。9.5.2 受轴向载荷的螺栓联接FF9.5 螺栓联接的强度计算只受预紧力紧螺栓联接只受预紧力紧螺栓联接2.紧螺栓联接9.5 螺栓联接的强度计算螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的复合应力状态。根据第四强度理论，可求出螺栓危险剖面的当量应力为：校核公式为：设计公式为：9.5.2 受轴向载荷的螺栓联接工作拉力工作拉力气缸螺栓连接图气缸螺栓连接图预紧力预紧力螺栓承受的总拉力螺栓承受的总拉力？9.5 螺栓联接的强度计算受预紧力和轴向载荷的螺栓联接受预紧力和轴向载荷的螺栓联接9.5 螺栓联接的强度计算螺栓预紧后的受力分析9.5 螺栓联接的强度计算螺栓加载后的受力分析未拧紧未拧紧再受工再受工作载荷作载荷螺栓所受的总拉力螺栓所受的总拉力残余预紧力已拧紧已拧紧, ,未未受工作载荷受工作载荷kb螺栓刚度kc被连接件刚度9.5 螺栓联接的强度计算 工作载荷F和残余预紧力F一起作用在螺栓上，故螺栓的总拉伸载荷为： 紧螺栓联接在轴向力作用下应能保证被联接件的结合面不出现缝隙，即残余预紧力应大于零。当工作载荷F稳定时，取 当工作载荷F不稳定时，取 对于有紧密性要求的的联接压力容器），取一方面抵抗工作载荷一方面抵抗工作载荷一方面压紧被连接件一方面压紧被连接件螺栓受力螺栓受力力变形力变形变形力F9.5 螺栓联接的强度计算称为螺栓的相对刚度系数，可按下表选取。垫片类别垫片类别金属垫片或金属垫片或无垫片无垫片皮革垫片皮革垫片铜皮石棉垫铜皮石棉垫片片橡胶垫片橡胶垫片相对刚度相对刚度系数系数0.20.20.30.30.80.80.80.80.90.91.3强度条件：总拉力总拉力残余预紧力残余预紧力例例:图示气缸盖用图示气缸盖用6个普通螺栓连接个普通螺栓连接,已知气缸压已知气缸压力力p=2MPa，D=80mm,取取 试求试求: 1、螺栓小径、螺栓小径d1； （F-工作拉力）工作拉力） 2、安装时预紧、安装时预紧力力pD解：解：1、求工作拉力、求工作拉力F2、求总拉力、求总拉力F03、求螺栓小径、求螺栓小径4、求螺栓的预紧力、求螺栓的预紧力9.5 螺栓联接的强度计算 铰制孔螺栓联接，螺栓杆与孔壁件没有间隙，通常采用基孔制过渡配合，受力特点：螺栓受载前后不需预紧，横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。挤压强度条件剪切强度条件9.5.3 受横向载荷的螺栓联接9.5 螺栓联接的强度计算 当采用普通螺栓联接，当联接承受相同的横向载荷FR时，因螺栓与孔之间留有间隙，故横向载荷FR靠被联接件的结合面压紧后所产生的摩擦力来平衡。 为使被联接件之间不发生相对滑动，螺栓联接所需的预紧力为：减载装置F=100N,z=3,f =0.15, C=1.2求求F=?不滑移条件：不滑移条件：FF 例：普通螺栓连接，例：普通螺栓连接，3 3个螺栓个螺栓,=200MPa,=200MPa,f =0.15, C=1.2,F=15000N,f =0.15, C=1.2,F=15000N,求所需螺栓的求所需螺栓的直径直径d1d1？1)1)不滑移条件：不滑移条件：=20 000N2)2)强度条件：强度条件：=12.86mmM16 d1=13.835mm查标准查标准第九章 螺纹联接设计o91 螺纹o92 螺旋副的受力分析、效率和自锁o93 螺纹联接的基本类型o94 螺纹联接的预紧和防松o95 螺栓联接的强度计算o96 螺栓组的结构设计o97 提高螺栓联接强度的措施o98 螺旋传动9.6 螺栓组的结构设计要设计成轴对称的几何形状结构设计时应综合考虑以下几方面的问题：9.6 螺栓组的结构设计螺栓的布置应使螺栓的受力合理9.6 螺栓组的结构设计分布在同已圆周上的螺栓数目应取为偶数。同一组螺栓联接中各螺栓的直径和材料均应相同9.6 螺栓组的结构设计对于有密封要求的重要连接，要保持合理的间距9.6 螺栓组的结构设计螺栓的布置应有合理的间距、边距普通螺栓连接，普通螺栓连接，3 3个螺栓个螺栓,=200MPa,=200MPa,f =0.15, C=1.2,F=15000N,f =0.15, C=1.2,F=15000N,求所需螺栓的求所需螺栓的小径小径d1d1？作业：10-14