1、多媒體CAI課件設計基礎 第一章第第7章章 螺紋連接螺紋連接 計劃學時：計劃學時：4h 制作人：馬兆允制作人：馬兆允基本要求及重點、難點基本要求及重點、難點7.1 螺紋連接的基本知識螺紋連接的基本知識7.2 螺紋連接的預緊和防松螺紋連接的預緊和防松7.3 單個螺栓連接的強度計算單個螺栓連接的強度計算7.4 螺栓組連接的設計計算與實例分析螺栓組連接的設計計算與實例分析7.5 提高螺栓連接強度的措施提高螺栓連接強度的措施多媒體CAI課件設計基礎 第一章重點：重點：1）自鎖概念及自鎖條件。）自鎖概念及自鎖條件。2）螺紋連接的防松方法。）螺紋連接的防松方法。3 3）橫向工作載荷作用時受拉、受剪螺栓的強

2、度計算。）橫向工作載荷作用時受拉、受剪螺栓的強度計算。 難點：難點：1) 1) 螺栓的強度計算螺栓的強度計算 作業作業: 7.15 7.18基本要求基本要求:1）了解螺紋參數。）了解螺紋參數。 2）了解螺旋副的效率、掌握自鎖的概念。）了解螺旋副的效率、掌握自鎖的概念。3）了解機械制造常用螺紋。）了解機械制造常用螺紋。4）掌握螺紋連接的預緊和防松方法。）掌握螺紋連接的預緊和防松方法。5）掌握橫向工作載荷作用時受拉、受剪螺栓的強度計算。）掌握橫向工作載荷作用時受拉、受剪螺栓的強度計算。6）了解提高螺紋連接強度的主要措施。）了解提高螺紋連接強度的主要措施。多媒體CAI課件設計基礎 第一章螺紋的形成螺

3、紋的形成 將一傾斜角為將一傾斜角為的直線繞在圓柱體上便形成一條螺旋線。的直線繞在圓柱體上便形成一條螺旋線。取一平面圖形，使它沿著螺旋線運動，并保持此圖形所在平取一平面圖形，使它沿著螺旋線運動，并保持此圖形所在平面始終通過圓柱體的軸線，就得到了螺紋。面始終通過圓柱體的軸線，就得到了螺紋。 螺旋線的形成螺旋線的形成 不同線數的右旋螺紋不同線數的右旋螺紋 連接的分類：連接的分類： 不可拆連接可拆連接機械靜連接機械動連接連接多媒體CAI課件設計基礎 第一章7.1.1 螺紋的類型螺紋的類型1 1）按照平面圖形的形狀按照平面圖形的形狀：分為三角形螺紋、梯形螺紋、分為三角形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋和矩形螺

4、紋等。鋸齒形螺紋和矩形螺紋等。 2 2）按照螺旋線方向按照螺旋線方向：分為左旋螺紋和右旋螺紋。分為左旋螺紋和右旋螺紋。 7.1 螺紋連接的基本知識螺紋連接的基本知識 螺紋連接和螺旋傳動：螺紋連接和螺旋傳動： 它們都是利用螺紋零件工作的，但兩者工作性質不同。連它們都是利用螺紋零件工作的，但兩者工作性質不同。連接是作為緊固件，需保證連接強度、自鎖性和緊密性。而傳動接是作為緊固件，需保證連接強度、自鎖性和緊密性。而傳動需要保證強度、傳動精度、效率和磨損壽命需要保證強度、傳動精度、效率和磨損壽命。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章4 4）按照制式：）按照制式：分為米制和英制。分為米制和英制。 5 5）

5、按照母體形狀：）按照母體形狀：分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。 7.1.2 螺紋的主要參數螺紋的主要參數 大徑大徑d d 與外螺紋牙頂與外螺紋牙頂( (或內螺紋牙底或內螺紋牙底) )相重合的假想相重合的假想圓柱體的直徑圓柱體的直徑( (內螺紋為內螺紋為D D) )，在標準中定為公稱直徑。，在標準中定為公稱直徑。 小徑小徑d d1 1 與外螺紋與外螺紋牙底牙底( (或內螺紋牙頂）相或內螺紋牙頂）相重合的假想圓柱體的直重合的假想圓柱體的直徑徑( (內螺紋為內螺紋為D D1 1) )，在強，在強度計算中常作為螺桿危度計算中常作為螺桿危險截面的直徑。險截面的直徑。 3 3）按照螺旋線的

6、數目：）按照螺旋線的數目：螺紋還分為單線螺紋和等距排列螺紋還分為單線螺紋和等距排列 的多線螺紋。的多線螺紋。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章 中徑中徑d d2 2 也是一個假想圓柱的直也是一個假想圓柱的直徑徑( (內螺紋為內螺紋為D D2 2) ) 該圓柱體的母線上該圓柱體的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。近似等牙型溝槽和凸起寬度相等。近似等于螺紋的平均直徑于螺紋的平均直徑 2)(12ddd 線數線數n n 螺紋的螺旋線數目。沿一根螺旋線形成的螺紋螺紋的螺旋線數目。沿一根螺旋線形成的螺紋稱單線螺紋；沿兩根以上的等距螺旋線形成的螺紋稱多線螺稱單線螺紋；沿兩根以上的等距螺旋線形成的螺紋稱多線螺紋。

7、常用的連接螺紋要求具有自鎖性，故多用單線螺紋。為紋。常用的連接螺紋要求具有自鎖性，故多用單線螺紋。為了便于制造一般了便于制造一般n n 4 4。 螺距螺距P P 螺紋相鄰兩個牙型上對應點間的軸向距離。螺紋相鄰兩個牙型上對應點間的軸向距離。 導程導程 螺紋上任一點沿同一條螺旋線轉一周所移動的螺紋上任一點沿同一條螺旋線轉一周所移動的軸向距離。軸向距離。單線螺紋：單線螺紋： = =P P ； 多線螺紋：多線螺紋： = =nPnPhPhPhPhP多媒體CAI課件設計基礎 第一章 螺紋升角螺紋升角 中徑中徑d d2 2圓柱上，螺圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾

8、角面的夾角 2tgdnP 牙型角牙型角 軸向截面內螺紋牙型相鄰兩側邊的夾角。軸向截面內螺紋牙型相鄰兩側邊的夾角。 牙側角牙側角 牙型側邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角。牙型側邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角。 對于對稱牙型：對于對稱牙型： = = /2/2 補充補充： 螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副的受力分析、效率和自鎖 1 1矩形螺紋矩形螺紋 1 1）滑塊沿斜面等速上升，）滑塊沿斜面等速上升，F Fa a為阻力，為阻力，F F為為驅動力驅動力。 )tg(a FF多媒體CAI課件設計基礎 第一章作用在螺旋副上的相應驅動力矩作用在螺旋副上的相應驅動力矩 2)tg(22a2dFFdT2 2）滑塊沿斜面

9、等速下滑，）滑塊沿斜面等速下滑，軸向力軸向力F Fa a變為驅動力，而變為驅動力，而F F變變為維持滑塊等速運動所需的平衡力為維持滑塊等速運動所需的平衡力 )tg(a FF 作用在螺旋副上的相應驅動力矩作用在螺旋副上的相應驅動力矩 2)tg(22a2dFdFT多媒體CAI課件設計基礎 第一章 自鎖條件：自鎖條件： 自鎖自鎖 當時當時 時時，F F0 ，這表明要使滑塊下滑，必須，這表明要使滑塊下滑，必須改變改變F F力的方向，即力的方向，即F F力也為驅動力才行，否則單憑軸向力力也為驅動力才行，否則單憑軸向力F Fa a的作用，無論其多大，滑塊都不會自動下滑。這種現象稱為的作用，無論其多大，滑塊

10、都不會自動下滑。這種現象稱為螺旋副的自鎖。螺旋副的自鎖。 2 2非矩形螺紋非矩形螺紋 矩形螺紋與非矩形螺紋的法向力矩形螺紋與非矩形螺紋的法向力 當量摩擦系數當量摩擦系數 tgcosff 多媒體CAI課件設計基礎 第一章1 1）滑塊沿斜面等速上升）滑塊沿斜面等速上升 驅動力驅動力 )(tga FF 驅動力矩驅動力矩 )(tg222a2dFdFT2 2）滑塊沿非矩形螺紋等速下滑）滑塊沿非矩形螺紋等速下滑 平衡力平衡力 平衡力矩平衡力矩 )(tga FF)(tg22adFT 非矩形螺紋的自鎖條件：非矩形螺紋的自鎖條件： 為了防止螺紋在軸向力的作用下自動松開，用于連接的螺為了防止螺紋在軸向力的作用下自

11、動松開，用于連接的螺紋必須滿足自鎖條件。紋必須滿足自鎖條件。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章 當當 =45- - /2時效率最高?？紤]過大的螺紋升角制造困時效率最高。考慮過大的螺紋升角制造困難，且效率增高也不顯著，因此即使用于傳動的螺紋，難，且效率增高也不顯著，因此即使用于傳動的螺紋，一般一般 角也不大于角也不大于25。 螺旋副的效率：螺旋副的效率： )(tgtg2aTPFh7.1.3 常用螺紋的特點及應用常用螺紋的特點及應用 三角螺紋三角螺紋 其牙形為等腰三角其牙形為等腰三角形，主要有普通螺紋和管螺紋，其形，主要有普通螺紋和管螺紋，其當量摩擦角當量摩擦角 大，自鎖性好，且強大，自鎖性好，且

12、強度高，主要用于連接。普通螺紋多度高，主要用于連接。普通螺紋多用于緊固連接，管螺紋則用于緊密用于緊固連接，管螺紋則用于緊密連接。連接。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章 普通螺紋普通螺紋 = =60 的三角形米制螺紋稱為普通螺紋。的三角形米制螺紋稱為普通螺紋。 粗牙螺紋粗牙螺紋同一公稱直徑的普通螺紋中螺距最大的稱為同一公稱直徑的普通螺紋中螺距最大的稱為粗牙螺紋。粗牙螺紋。 細牙螺紋細牙螺紋其余螺距的其他螺紋均稱為細牙螺紋。它的其余螺距的其他螺紋均稱為細牙螺紋。它的升角小、小徑大，自鎖性能好、強度高，但不耐磨、易滑升角小、小徑大，自鎖性能好、強度高，但不耐磨、易滑扣，適用于薄壁零件、受動載荷的零

13、件和微調機構?？郏m用于薄壁零件、受動載荷的零件和微調機構。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章 管連接螺紋分類：管連接螺紋分類：普通細牙螺紋、非螺紋密封的管螺紋、普通細牙螺紋、非螺紋密封的管螺紋、用螺紋密封的管螺紋和米制錐管螺紋。管螺紋公稱直徑是用螺紋密封的管螺紋和米制錐管螺紋。管螺紋公稱直徑是管子的公稱通徑。管子的公稱通徑。 梯形螺紋和鋸齒形螺紋：梯形螺紋和鋸齒形螺紋：其牙側角都比三角螺紋的小的其牙側角都比三角螺紋的小的多，而且有較大的間隙便于儲存潤滑油，從而可減少摩擦多，而且有較大的間隙便于儲存潤滑油，從而可減少摩擦和提高效率，常用于傳動。和提高效率，常用于傳動。 多媒體CAI課件設計基礎

14、 第一章 普通螺栓連接普通螺栓連接螺栓與孔之間有間隙。這種連接的優點是加工螺栓與孔之間有間隙。這種連接的優點是加工簡便，成本低，使用時不受被連接件材料的限制，故應用極廣。簡便，成本低，使用時不受被連接件材料的限制，故應用極廣。 鉸制孔用螺栓連接鉸制孔用螺栓連接其螺桿外徑與螺栓孔的內徑具有同一基本尺其螺桿外徑與螺栓孔的內徑具有同一基本尺寸，常采用基孔制過渡配合寸，常采用基孔制過渡配合( H7/m6 ； H7/n6）。它能精確固定被連接件）。它能精確固定被連接件的相對位置，但孔的加工精度要求較高，適用于承受垂直于螺栓軸線的的相對位置，但孔的加工精度要求較高，適用于承受垂直于螺栓軸線的橫向載荷。橫向

15、載荷。7.1.4 螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型1.1.螺栓連接螺栓連接 多媒體CAI課件設計基礎 第一章3.3.螺釘連接螺釘連接 螺釘直接旋入被連接件的螺紋孔中，省去了螺母，因此螺釘直接旋入被連接件的螺紋孔中，省去了螺母，因此結構上比較簡單。但這種連接不宜經常裝拆，以免被連接件結構上比較簡單。但這種連接不宜經常裝拆，以免被連接件的螺紋孔磨損而修復困難。的螺紋孔磨損而修復困難。2.2.雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接 雙頭螺柱多用于較厚的被連接件或為了結構緊湊而采用盲雙頭螺柱多用于較厚的被連接件或為了結構緊湊而采用盲孔的連接。雙頭螺柱連接允許多次裝拆而不損壞被連接零件?？椎倪B接。雙頭螺柱連接允許

16、多次裝拆而不損壞被連接零件。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章4.4.緊定螺釘連接緊定螺釘連接 緊定螺釘連接是擰入零件螺紋緊定螺釘連接是擰入零件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一個零件的孔中的螺釘末端頂住另一個零件的表面或頂入相應的凹坑中，以固定表面或頂入相應的凹坑中，以固定兩零件的相對位置，并可傳遞不大兩零件的相對位置，并可傳遞不大的力或轉矩。的力或轉矩。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章標準螺紋連接件標準螺紋連接件 1.1.螺栓螺栓 螺栓的頭部形狀很多，最常用的有六角頭和小六角頭螺栓的頭部形狀很多，最常用的有六角頭和小六角頭兩種，螺栓桿部可制出一段螺紋或全螺紋。兩種，螺栓桿部可制出一段螺紋或全螺紋

17、。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章 螺母的形狀有六角形、圓形等。六角螺母有螺母的形狀有六角形、圓形等。六角螺母有3種不同厚度，種不同厚度，薄螺母用于尺寸受到限制的地方，厚螺母用于經常裝拆易于薄螺母用于尺寸受到限制的地方，厚螺母用于經常裝拆易于磨損之處。圓螺母常用于軸上零件的軸向固定。磨損之處。圓螺母常用于軸上零件的軸向固定。 2.2.螺母螺母 3.3.墊圈墊圈 墊圈的作用是增加被連接件的支承面積以減小接觸處的壓墊圈的作用是增加被連接件的支承面積以減小接觸處的壓強和避免擰緊螺母時擦傷被連接件的表面。強和避免擰緊螺母時擦傷被連接件的表面。 另外還有一些特殊結構的連接。如專門用于將機座或機架另外還

18、有一些特殊結構的連接。如專門用于將機座或機架固定在地基上的地角螺栓連接，裝在機器或大型零、部件的頂固定在地基上的地角螺栓連接，裝在機器或大型零、部件的頂蓋或外殼上便于起吊用的吊環螺栓連接等。蓋或外殼上便于起吊用的吊環螺栓連接等。多媒體CAI課件設計基礎 第一章7.2 螺紋連接的預緊和防松螺紋連接的預緊和防松 預緊力預緊力連接在承受工作載荷之前，預先受到力的作用。這個預加連接在承受工作載荷之前，預先受到力的作用。這個預加的作用力稱為預緊力的作用力稱為預緊力 ( (用用F0表示）。表示）。 預緊力的目的預緊力的目的增強連接的可靠性和密封性，防止受載后被連接增強連接的可靠性和密封性，防止受載后被連接

19、件間出現縫隙或發生相對滑移。對于重要的螺紋連接，為了保證螺紋連件間出現縫隙或發生相對滑移。對于重要的螺紋連接，為了保證螺紋連接的可靠性、強度和密封性，在裝配時應控制其預緊力。接的可靠性、強度和密封性，在裝配時應控制其預緊力。 擰緊力矩擰緊力矩 螺紋連接的擰緊力矩螺紋連接的擰緊力矩T等于克服等于克服螺紋副相對轉動的阻力矩螺紋副相對轉動的阻力矩T1和螺母支和螺母支承面上的摩擦阻力矩承面上的摩擦阻力矩 T2之和之和iac2a21)(tg2rFfdFTTT式中：式中：F Fa a軸向力，對于不承受軸向工作載荷的螺紋，軸向力，對于不承受軸向工作載荷的螺紋，F Fa a = = F F0 0；7.1.1

20、螺紋連接的預緊螺紋連接的預緊多媒體CAI課件設計基礎 第一章d d2 2螺紋中徑；螺紋中徑；f fc c螺母與被連接件支承面之間的摩擦系數，當無潤滑時可取螺母與被連接件支承面之間的摩擦系數，當無潤滑時可取f fc c =0.15 =0.15；r ri i為支承面摩擦半徑，為支承面摩擦半徑，r ri i ( (d dw w+ +d d0 0)/4,)/4,d dw w為螺母支承面的外徑，為螺母支承面的外徑，d d0 0為螺栓為螺栓孔直徑。孔直徑。 對于對于M10M68粗牙普通螺紋的鋼制螺栓，可簡化為粗牙普通螺紋的鋼制螺栓，可簡化為 dFT02 . 0原則：原則：擰緊后螺紋連接件的預緊應力不得超過

21、其材料的屈服擰緊后螺紋連接件的預緊應力不得超過其材料的屈服極限極限 s s的的8080。 推薦：推薦：對于一般連接用的鋼制螺栓連接對于一般連接用的鋼制螺栓連接 碳素鋼螺栓碳素鋼螺栓 107 . 06 . 0AFs）（合金鋼螺栓合金鋼螺栓 106 . 05 . 0AFs）（ s s為螺栓的屈服極限；為螺栓的屈服極限；A A1 1為螺栓危險截面的面為螺栓危險截面的面積。積。 為了能保證裝配質量，重要的螺紋連接應按計算值控制擰為了能保證裝配質量，重要的螺紋連接應按計算值控制擰緊力矩。小批量生產時可用緊力矩。小批量生產時可用測力矩搬手測力矩搬手和和定力矩搬手定力矩搬手。大量生。大量生產多采用風扳機。產

22、多采用風扳機。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章7.1.2 螺紋連接的防松螺紋連接的防松 螺紋連接防松的根本問題在于防止螺旋副的相對運動。螺紋連接防松的根本問題在于防止螺旋副的相對運動。 1 1）利用附加摩擦力防松）利用附加摩擦力防松 彈簧墊片防松彈簧墊片防松對頂螺母防松對頂螺母防松多媒體CAI課件設計基礎 第一章尼龍圈鎖緊螺母防松尼龍圈鎖緊螺母防松2 2）采用專門防松元件防松）采用專門防松元件防松 槽型螺母和開口銷防松槽型螺母和開口銷防松多媒體CAI課件設計基礎 第一章圓螺母和帶翅墊片防松圓螺母和帶翅墊片防松六角螺母和止動墊片防松六角螺母和止動墊片防松多媒體CAI課件設計基礎 第一章3 3）

23、其他方法防松）其他方法防松 沖點法防松沖點法防松粘合法防松粘合法防松多媒體CAI課件設計基礎 第一章7.3 單個單個螺栓連接的強度計算螺栓連接的強度計算 螺紋連接：螺紋連接：螺栓連接、雙頭螺柱連接和螺釘螺栓連接、雙頭螺柱連接和螺釘連接。其計算方法完全相同。連接。其計算方法完全相同。 失效形式失效形式： 螺栓桿的拉斷；螺栓桿的拉斷； 螺紋的壓螺紋的壓潰和剪斷；潰和剪斷； 經常裝拆時會因磨損而發生滑經常裝拆時會因磨損而發生滑扣現象?？郜F象。 等強度原則：等強度原則：標準螺栓與螺母的螺紋及其他各部分尺寸是標準螺栓與螺母的螺紋及其他各部分尺寸是根據等強度原則設計的，不需要每項都進行強度計算。根據等強度

24、原則設計的，不需要每項都進行強度計算。 設計方法：設計方法：1）單個螺栓）單個螺栓設計基礎設計基礎 先確定螺栓小徑先確定螺栓小徑d1，然后依據標準選定公稱直徑，然后依據標準選定公稱直徑d及螺距及螺距p。2）螺栓組）螺栓組工程實用工程實用 通過受力分析找出受力最大的螺栓，并求出力的大小，然通過受力分析找出受力最大的螺栓，并求出力的大小，然后按單個螺栓進行強度計算。后按單個螺栓進行強度計算。多媒體CAI課件設計基礎 第一章1 1松螺栓連接松螺栓連接 強度條件：強度條件：4= 21adF式中：式中：d d1 1螺紋小徑，螺紋小徑，mm； 許用拉應力，許用拉應力，MPa。多媒體CAI課件設計基礎 第一

25、章 對于對于M10M68的普通螺紋，的普通螺紋， ，按照第四強，按照第四強度理論，當量應力為度理論，當量應力為 3 . 1)5 . 0(332222e 強度條件：強度條件：43 . 1 21adF5 . 02緊螺栓連接緊螺栓連接 螺栓危險截面的拉應力螺栓危險截面的拉應力 4=21adF 螺栓危險截面的扭轉切應力螺栓危險截面的扭轉切應力 4)(tg2162)(tg1621a12312a311dFddddFdT多媒體CAI課件設計基礎 第一章F F0 0為預緊力；為預緊力；C C為可靠性系數，通常取為可靠性系數，通常取C C=1.1=1.11.31.3；m為接合面數目；為接合面數目；f f為接合面

26、摩擦系數，對于鋼或鑄鐵被連接件可取為接合面摩擦系數，對于鋼或鑄鐵被連接件可取 f f =0.1=0.10.150.15。 mfCFFF 0a=螺栓所需的軸向力螺栓所需的軸向力( (此時即為預緊力此時即為預緊力) )應為應為 1) 僅承受預緊力的普通螺栓連接僅承受預緊力的普通螺栓連接 多媒體CAI課件設計基礎 第一章 強度驗算公式強度驗算公式 43 . 1 210dF 強度設計公式強度設計公式 3 . 1401 Fd 螺栓組連接：螺栓組連接：z z個螺栓組成的螺栓組連接，并且橫向載個螺栓組成的螺栓組連接，并且橫向載荷的作用線通過螺栓組的對稱中心荷的作用線通過螺栓組的對稱中心zmfCFF 0多媒體

27、CAI課件設計基礎 第一章 措施：措施：采用鍵、套筒或銷承擔橫向工作載荷，而螺栓僅采用鍵、套筒或銷承擔橫向工作載荷，而螺栓僅起連接作用?；虿捎勉q制孔用螺栓連接起連接作用?；虿捎勉q制孔用螺栓連接 。 分析：分析：當當f f= =0.15，c c= =1.2，m= =1時，時，F F0 0 8F F，所以螺栓連接靠，所以螺栓連接靠摩擦力來承擔橫向工作載荷時，必然使其結構尺寸增加。此摩擦力來承擔橫向工作載荷時，必然使其結構尺寸增加。此外，在振動、沖擊或變載荷下，由于摩擦力的變動，將使連外，在振動、沖擊或變載荷下，由于摩擦力的變動，將使連接的可靠性降低。接的可靠性降低。 多媒體CAI課件設計基礎 第一

28、章 2) 承受工作剪力的鉸制孔用螺栓連接承受工作剪力的鉸制孔用螺栓連接 擠壓強度條件擠壓強度條件 =p10p dFp20p dF或或 剪切強度條件剪切強度條件 4 20dF式中：式中：F F為螺栓所受的工作剪力為螺栓所受的工作剪力, ,N；d d0 0為螺栓剪切面的直徑，為螺栓剪切面的直徑，mm； 1 1， 2 2分別為螺栓桿與孔壁擠壓面的高度，分別為螺栓桿與孔壁擠壓面的高度，mm, ,設計時應使設計時應使 1.25d d0 0； P P 為螺栓或孔壁材料的許用擠壓應力為螺栓或孔壁材料的許用擠壓應力, , Mpa，計算時取兩者較小值，計算時取兩者較小值； 為螺栓材料的許用切應力，為螺栓材料的許

29、用切應力，MPa。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章 3) 同時承受預緊力和軸向工作拉力的普通螺栓連接同時承受預緊力和軸向工作拉力的普通螺栓連接 在圖示的壓力容器中，設內部壓強為在圖示的壓力容器中，設內部壓強為P，螺栓數為，螺栓數為z ，則，則容器周圍每個螺栓平均承受的軸向工作載荷為容器周圍每個螺栓平均承受的軸向工作載荷為F，并且與螺，并且與螺栓軸線重合。這種受力形式通常采用普通螺栓連接。栓軸線重合。這種受力形式通常采用普通螺栓連接。 zDpF42多媒體CAI課件設計基礎 第一章 安裝狀態：安裝狀態：螺母已擰緊，但未承螺母已擰緊，但未承受工作載荷，螺栓受到預緊力受工作載荷，螺栓受到預緊力F F

30、0 0而而伸長了伸長了 b0b0，被連接件受到壓縮力，被連接件受到壓縮力F F0 0而縮短了而縮短了 c0c0, ,見圖見圖b b。 工作狀態：工作狀態：在連接承受軸向工作載荷在連接承受軸向工作載荷FE時，螺栓被繼續拉時，螺栓被繼續拉長長 ，拉力由，拉力由F F0 0增至增至F Fa a，伸長量由，伸長量由 b0b0增至增至 b0b0+ + , ,見圖見圖c c。與。與此同時，被連接件則隨著螺栓的伸長而放松此同時，被連接件則隨著螺栓的伸長而放松, , 壓縮量相應減壓縮量相應減少，由變形協調條件可知，其減少量也為少，由變形協調條件可知，其減少量也為 而成為而成為 c0c0- - ，被連接件的壓縮

31、力由被連接件的壓縮力由F F0 0減至減至 ，并稱其為，并稱其為殘余預緊力殘余預緊力。 自由狀態：自由狀態：螺母剛好擰到和被連螺母剛好擰到和被連接件接觸，螺母和被連接件都不受接件接觸，螺母和被連接件都不受力，見圖力，見圖a。 螺栓和被連接件受載前后的情況，可分為螺栓和被連接件受載前后的情況，可分為3 3種狀態：種狀態： RF多媒體CAI課件設計基礎 第一章 當螺栓和被連接件的應力沒有超過對應材料的比例極限，當螺栓和被連接件的應力沒有超過對應材料的比例極限，兩者的受力與變形應符合拉兩者的受力與變形應符合拉( (壓壓) )虎克定律，即力與變形成正比虎克定律，即力與變形成正比 螺栓總的軸向拉力螺栓總

32、的軸向拉力 0aFFFFFERE圖圖a a表示螺栓的力與變形的關系，對應直線的斜率即為螺栓剛度表示螺栓的力與變形的關系，對應直線的斜率即為螺栓剛度k kb b= =F F0 0/ / b0b0。圖圖b b表示被連接件的力與變形的關系，對應直線的斜率即為被連接件剛度表示被連接件的力與變形的關系，對應直線的斜率即為被連接件剛度 k kc c= =F F0 0/ / c0c0。圖。圖c c為合并圖，該圖同樣滿足上式。為合并圖，該圖同樣滿足上式。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章 為了保證連接的緊密性，防止連接受載后接合面間產生縫隙，為了保證連接的緊密性，防止連接受載后接合面間產生縫隙，應使應使F F

33、R R 0 0。 工作載荷穩定時，工作載荷穩定時，F FR R = = (0.20.6) F FE E ； 工作載荷不穩定時，工作載荷不穩定時，F FR R = = (0.61.0) F FE E ； 對于有密封要求的連接對于有密封要求的連接, F FR R = = (1.51.8) F FE E ； 對于地腳螺釘對于地腳螺釘, F FR R F FE E 。 殘余預緊力殘余預緊力的確定的確定 強度驗算公式：強度驗算公式： 43 . 1 21adF 強度設計公式：強度設計公式： 3 . 14a1Fd多媒體CAI課件設計基礎 第一章 螺栓允許的最大間距：螺栓允許的最大間距： 對于壓力容器等密封性

34、要求較高的重要連接對于壓力容器等密封性要求較高的重要連接, , l(=(= D D0 0/z)/z)還還應滿足應滿足: : 當當p p 1.6MPa時時, l 7d d；當；當p p= =1.61010 MPa時時, l 4.5d d；當；當p p= =1030 0 MPa時時, l ( (43)d d。式中。式中d d為公稱直徑。設計時螺栓為公稱直徑。設計時螺栓數目數目z z必須滿足上述要求。必須滿足上述要求。 各力之間的關系：各力之間的關系： b0b0akFFFFc0c0RkFFFFcbcbEkkFFFcbEkkFcbb0aEkkkFFF)()1 (cbc0cbb0EERkkkFFkkkF

35、FF多媒體CAI課件設計基礎 第一章 相對剛性系數相對剛性系數 cbbkkkcbbkkk墊片類型 金屬墊片或無墊片皮革墊片銅皮石綿墊片橡膠墊片0.2 0.30.70.8 0.97.3.3 螺栓的材料和許用應力螺栓的材料和許用應力 常用的材料常用的材料：Q215，Q235，10，35和和45鋼，鋼，15Gr，40Gr，30GrMnSi。螺紋連接的安全系數及許用應力見表。螺紋連接的安全系數及許用應力見表。表表7.5緊螺栓連接的安全系數緊螺栓連接的安全系數S S（不嚴格控制預緊力時）（不嚴格控制預緊力時）材 料 靜 載 荷 變 載 荷M6 M16M16 M30M6 M16M16 M30碳素鋼合金鋼4

36、 35 43 2 4 2.510 6.57.6 56.55多媒體CAI課件設計基礎 第一章表表7.4 螺栓連接的許用應力螺栓連接的許用應力 S/s5 . 2/s25. 1/sp）5 . 22/(sp）55 . 3/(spp緊螺栓連接的受載情況許 用 應 力受軸向載荷、橫向載荷控制預緊力時S =1.25 1.5；不控制預緊力時S查表13.5鉸制孔用螺栓受橫向載荷 靜載荷 （被連接件為鋼） （被連接件為鑄鐵） 變載荷 按靜載荷 的值降低20% 30%7.5 提高螺紋連接強度的措施提高螺紋連接強度的措施 螺栓連接中，最常見的破壞形式是螺栓桿部螺栓連接中，最常見的破壞形式是螺栓桿部分的疲勞斷裂，一般發

37、生在應力集中較嚴重之分的疲勞斷裂，一般發生在應力集中較嚴重之處，即螺栓頭部、螺紋收尾部和螺母支承平面處，即螺栓頭部、螺紋收尾部和螺母支承平面所在處的螺紋。所在處的螺紋。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章 減小螺栓光桿部分直徑或采用空心螺桿；減小螺栓光桿部分直徑或采用空心螺桿； 當工作要求需要被連接件的接合面必須采用密封元件時，當工作要求需要被連接件的接合面必須采用密封元件時，應避免采用軟墊片結構。常采用金屬墊片或用應避免采用軟墊片結構。常采用金屬墊片或用O O形密封圈形密封圈作為密封元件。作為密封元件。 1降低螺栓總拉伸載荷降低螺栓總拉伸載荷Fa的變化范圍的變化范圍 減小減小k kb b或增大

38、或增大k kc c都可以減小都可以減小F Fa a的變化范圍：的變化范圍：多媒體CAI課件設計基礎 第一章2改善螺紋牙間的載荷分布改善螺紋牙間的載荷分布 采用懸置采用懸置( (受拉受拉) )螺母；螺母；采用環槽螺母。采用環槽螺母。采用內斜螺母采用內斜螺母 由于螺栓和螺母的剛度及變形性質不同，采用普通螺母時，由于螺栓和螺母的剛度及變形性質不同，采用普通螺母時，各圈螺紋牙上的受力是不同的各圈螺紋牙上的受力是不同的. . 3減少應力集中減少應力集中 增大過渡處圓角；增大過渡處圓角； 切制卸載槽切制卸載槽 。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章4避免或減小附加應力避免或減小附加應力 由于設計、制造或安裝

39、上的疏忽，可能使螺栓受到附加彎由于設計、制造或安裝上的疏忽，可能使螺栓受到附加彎曲應力，這對螺栓疲勞強度的影響很大，應設法避免。曲應力，這對螺栓疲勞強度的影響很大，應設法避免。 采用凸臺或沉頭座等結構；采用凸臺或沉頭座等結構； 在被連接件的懸臂處采用加強筋，提高其剛度。在被連接件的懸臂處采用加強筋，提高其剛度。 除上述方法外，在制造工藝上采取冷鐓頭部和滾壓螺紋的除上述方法外，在制造工藝上采取冷鐓頭部和滾壓螺紋的螺栓，其疲勞強度比車制螺栓約高螺栓，其疲勞強度比車制螺栓約高30%30%，氰化、氮化等表面硬，氰化、氮化等表面硬化處理也能提高疲勞強度。化處理也能提高疲勞強度。 多媒體CAI課件設計基礎

40、 第一章例例7.1 一鋼制液壓油缸，油壓一鋼制液壓油缸，油壓 p=1.6MPa，D=160mm，D0=160mm，試設計其上蓋的螺栓連接試設計其上蓋的螺栓連接 。 解解 (1) 確定螺栓工作載荷確定螺栓工作載荷F Fe e 暫取螺栓數z=8，則每個螺栓承受的平均軸向工作載荷為 kN 02.4841606.1422EzDpF (2) 確定螺栓總拉伸載荷確定螺栓總拉伸載荷F Fa a 對于壓力容器取殘余預緊力FR=1.8FE，則由公式可得 kN 3 .1102. 48 . 28 . 1EFEaFF (3) 求螺栓直徑求螺栓直徑 選取螺栓材料為45鋼, s=355MPa，裝配時不要求嚴格控制預緊力，

41、按表13.5暫取安全系數S =3，螺栓許用應力為 MPa1183355S Smm612=11810311314= 31431a .F.d取標準值：d1=13.835mm，d=16mm，取M16的螺栓。按表13.5可知取S =3是正確的 (4) 驗算螺栓的間距驗算螺栓的間距 mm 112=167=7mm 4.86=8220= 0dzDl由于p1.6MPa ，所以所選的螺栓個數是合宜的。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章13.2 鍵連接和花鍵連接鍵連接和花鍵連接 13.2.1 13.2.1 鍵連接的類型鍵連接的類型 鍵主要用來實現軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞轉矩。鍵主要用來實現軸和軸上零件之間

42、的周向固定以傳遞轉矩。有些類型的鍵還可實現軸上零件的軸向固定或軸向移動。有些類型的鍵還可實現軸上零件的軸向固定或軸向移動。 鍵是標準件，分為平鍵、半圓鍵、楔鍵和切向鍵等。鍵是標準件，分為平鍵、半圓鍵、楔鍵和切向鍵等。 1平鍵連接平鍵連接 平鍵：普通平鍵和導向平鍵。定心性較好、裝拆方便。平鍵：普通平鍵和導向平鍵。定心性較好、裝拆方便。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章普通平鍵普通平鍵 分為圓頭分為圓頭(A(A型型) )、方頭（、方頭（B B型）或單圓頭型）或單圓頭(C(C型型) )，圓頭鍵在軸，圓頭鍵在軸槽中固定性好，但軸上鍵槽端部的應力集中較大。方頭鍵的槽中固定性好，但軸上鍵槽端部的應力集中較

43、大。方頭鍵的應力集中較小。單圓頭鍵常用于軸端。普通平鍵應用最廣。應力集中較小。單圓頭鍵常用于軸端。普通平鍵應用最廣。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章導向平鍵導向平鍵 導向平鍵連接能實現軸上零件的軸向移動，構成動連接。導向平鍵連接能實現軸上零件的軸向移動，構成動連接。多媒體CAI課件設計基礎 第一章 2半圓鍵連接半圓鍵連接 半圓鍵連接具有良好的定心性能。半圓鍵能在軸槽中擺動半圓鍵連接具有良好的定心性能。半圓鍵能在軸槽中擺動以適應轂槽底面，裝配方便。但鍵槽對軸的強度削弱較大，以適應轂槽底面，裝配方便。但鍵槽對軸的強度削弱較大，適用于輕載連接。適用于輕載連接。 錐形軸端采用半圓鍵連接在工藝上較為方

44、便錐形軸端采用半圓鍵連接在工藝上較為方便。多媒體CAI課件設計基礎 第一章 3楔鍵連接和切向鍵連接楔鍵連接和切向鍵連接 楔鍵的上下面是工作面，產生很大的預緊力楔鍵的上下面是工作面，產生很大的預緊力F Fn n。工作時主要。工作時主要靠接觸面上的摩擦力靠接觸面上的摩擦力fFfFn n傳遞轉矩傳遞轉矩T T, ,并能承受單方向的軸向力。并能承受單方向的軸向力。楔鍵僅適用于定心精度要求不高、載荷平穩和低速的連接。楔鍵僅適用于定心精度要求不高、載荷平穩和低速的連接。 在重型機械中常采用切向鍵連接。鍵的工作面為窄面，其上在重型機械中常采用切向鍵連接。鍵的工作面為窄面，其上的工作壓力沿軸的切線方向作用，能

45、傳遞很大的轉矩。當雙向的工作壓力沿軸的切線方向作用，能傳遞很大的轉矩。當雙向傳遞轉矩時，可用兩對切向鍵并分布成傳遞轉矩時，可用兩對切向鍵并分布成120120130130。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章13.2.2 13.2.2 平鍵連接的強度計算平鍵連接的強度計算 鍵的材料：鍵的材料：采用強度極限不低于采用強度極限不低于600600MPa的碳素鋼，常用的碳素鋼，常用4545鋼，鋼，2020鋼或鋼或Q235Q235鋼。鍵的截面尺寸應按軸徑鋼。鍵的截面尺寸應按軸徑d d從鍵的標準從鍵的標準中查??；鍵的長度中查??；鍵的長度L L可參照輪轂長度從標準中選取（表可參照輪轂長度從標準中選?。ū?3.7

46、13.7）。必要時進行強度校核。）。必要時進行強度校核。 主要失效形式：主要失效形式：工作面的壓潰和磨損（對于動連接）。工作面的壓潰和磨損（對于動連接）。除非嚴重過載，才有可能出現沿除非嚴重過載，才有可能出現沿a a- -a a面的剪斷。面的剪斷。 多媒體CAI課件設計基礎 第一章式中：式中： T T 為轉矩，為轉矩，Nmm；d為軸徑、為軸徑、h h為鍵的高度、為鍵的高度、 l為鍵的工作長度，為鍵的工作長度，mm； p p 為許用擠壓應力、為許用擠壓應力、 p p 為許用壓強，為許用壓強，MPa。（見表（見表13.8）。）。 表表13.8 鍵連接的許用擠壓應力許用壓強鍵連接的許用擠壓應力許用壓

47、強 MPapP 許 用 值 輪轂材料 載 荷 性 質靜載荷 輕微沖擊 沖 擊 鋼 125 150 100 120 60 90鑄 鐵70 80 50 60 30 45 鋼 50 40 30 若強度不夠時，可采用兩個鍵按若強度不夠時，可采用兩個鍵按180180布置。在強度校核中布置。在強度校核中可按可按1.51.5個鍵計算。個鍵計算。 擠壓強度條件：擠壓強度條件： 4=pp dhlT動連接計算依據：動連接計算依據： 4= pdhlTp多媒體CAI課件設計基礎 第一章13.2.3 13.2.3 花鍵連接花鍵連接 花鍵連接花鍵連接軸和輪轂孔周向均布的多個鍵齒構成的連接。軸和輪轂孔周向均布的多個鍵齒構成的連接。 組成：組成：外花鍵，內花鍵外花鍵，內花鍵。 特點：特點：花鍵連接比平鍵連接的承載能力高，對軸的削弱程花鍵連接比平鍵連接的承載能力高，對軸的削弱程度小（齒淺、應力集