ch09 螺纹联接设计
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华科 机械设计 第10章-连接设计
螺栓所受拉力 = 工作载荷 F 危险截面的强度条件： 查表10-5
s F F [ ] MPa 1 1.2 ~ 1.7 A d 1 2 安全系数 S 4
F—拉力；A—危险截面面积；d1—螺纹小径 设计式： d1
4F [ ] mm
根据计算所得的 d1 ，查标准（GB/T196） 确定螺栓的公称直径 d
螺栓性能等级如： 4.6 σb＝4×100MPa σs＝0.6σb MPa
剩余预紧力应满足下列要求： 1）无特殊要求时 F″ =（0.2~0.6) F 2）变载作用时 F″ =（0.6~1.0) F 3）有紧密性要求时 F″=（1.5~1.8) F
五、螺栓材料及其许用应力
一般用途：碳素钢； 重要连接：合金钢 许用应力：见表 10-6、表 10-7
第十章 连接设计－紧螺栓连接强度计算
拉、扭联合作用时，按材料力学第四强度理论：
当量拉应力： ca
2 3 2 2 3(0.5 ) 2 1.3
强度条件： ca
1.3F 1.3 [ ] MPa 2 d1 / 4
4 1.3F [ ] mm
（直线运动变回转运动）
Fa 变成驱动力； F 变成阻力
R λ-ρ Fa
v
F
F = Fatan(λ-ρ） Fd 2 a 2 tan ( ) 2T1 2 ' Fad 2 tan Fa S
tan( ) tan
若λ ≤ρ，
则 F ≤0 ,
此时螺旋副具有自锁性
自锁条件：λ≤ρ 此时：η＜0.5
t
扳手空间尺寸查手册
机械设计
第十章 连接设计－结构设计
5、同一螺栓组，螺栓材料、尺寸应相同， 以便减少零件规格、品种 6、支承面应光洁、平整，并与轴线垂直， 避免螺栓受附加弯矩作用
s F F [ ] MPa 1 1.2 ~ 1.7 A d 1 2 安全系数 S 4
F—拉力；A—危险截面面积；d1—螺纹小径 设计式： d1
4F [ ] mm
根据计算所得的 d1 ，查标准（GB/T196） 确定螺栓的公称直径 d
螺栓性能等级如： 4.6 σb＝4×100MPa σs＝0.6σb MPa
剩余预紧力应满足下列要求： 1）无特殊要求时 F″ =（0.2~0.6) F 2）变载作用时 F″ =（0.6~1.0) F 3）有紧密性要求时 F″=（1.5~1.8) F
五、螺栓材料及其许用应力
一般用途：碳素钢； 重要连接：合金钢 许用应力：见表 10-6、表 10-7
第十章 连接设计－紧螺栓连接强度计算
拉、扭联合作用时，按材料力学第四强度理论：
当量拉应力： ca
2 3 2 2 3(0.5 ) 2 1.3
强度条件： ca
1.3F 1.3 [ ] MPa 2 d1 / 4
4 1.3F [ ] mm
（直线运动变回转运动）
Fa 变成驱动力； F 变成阻力
R λ-ρ Fa
v
F
F = Fatan(λ-ρ） Fd 2 a 2 tan ( ) 2T1 2 ' Fad 2 tan Fa S
tan( ) tan
若λ ≤ρ，
则 F ≤0 ,
此时螺旋副具有自锁性
自锁条件：λ≤ρ 此时：η＜0.5
t
扳手空间尺寸查手册
机械设计
第十章 连接设计－结构设计
5、同一螺栓组，螺栓材料、尺寸应相同， 以便减少零件规格、品种 6、支承面应光洁、平整，并与轴线垂直， 避免螺栓受附加弯矩作用
机械设计(螺纹联接)(1)
机械设计(螺纹联接)(1)
2020/11/18
机械设计(螺纹联接)(1)
3、 按刀具加工位置分 阿基米德蜗杆
渐开线蜗杆
法向直廓蜗杆
机械设计(螺纹联接)(1)
蜗杆传动复习
❖ 切向力：主动轮上与啮合点线速度 方向相反，从动轮上则相同；
❖ 径向力：指向各自轮心 ❖ 轴向力：与切向力相反，主动轮用
左右手法则判断
机械设计(螺纹联接)(1)
3. 螺钉联接
机械设计(螺纹联接)(1)
螺钉联接
螺钉拧入深度H:
钢或青铜 H≈d
铸铁 H=(1.25∽1.5)d
铝合金 H=(1.5 ∽2.5)d
机械设计(螺纹联接)(1)
4. 紧定螺钉联接
机械设计(螺纹联接)(1)
地脚螺栓联接 吊环螺栓联接
机械设计(螺纹联接)(1)
2.失效形式——螺栓拉断 （静、疲劳）
机械设计(螺纹联接)(1)
（一）松螺栓联接设计
3.设计准则——保证螺栓拉伸强度 4.强度条件： σ≤[σ] 5.设计计算方法：
校核式
设计式
机械设计(螺纹联接)(1)
(二）紧螺栓联接的强度计算
拉应力 剪应力
近似处理
机械设计(螺纹联接)(1)
应力合成： 强度条件：
控制拧紧力臂
机械设计(螺纹联接)(1)
二、 螺纹联接的防松
1、防松目的 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变 等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消 失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作 用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松， 否则会影响正常工作，造成事故
2、防松原理 消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大 相对运动的难度。
2020/11/18
机械设计(螺纹联接)(1)
3、 按刀具加工位置分 阿基米德蜗杆
渐开线蜗杆
法向直廓蜗杆
机械设计(螺纹联接)(1)
蜗杆传动复习
❖ 切向力：主动轮上与啮合点线速度 方向相反，从动轮上则相同；
❖ 径向力：指向各自轮心 ❖ 轴向力：与切向力相反，主动轮用
左右手法则判断
机械设计(螺纹联接)(1)
3. 螺钉联接
机械设计(螺纹联接)(1)
螺钉联接
螺钉拧入深度H:
钢或青铜 H≈d
铸铁 H=(1.25∽1.5)d
铝合金 H=(1.5 ∽2.5)d
机械设计(螺纹联接)(1)
4. 紧定螺钉联接
机械设计(螺纹联接)(1)
地脚螺栓联接 吊环螺栓联接
机械设计(螺纹联接)(1)
2.失效形式——螺栓拉断 （静、疲劳）
机械设计(螺纹联接)(1)
（一）松螺栓联接设计
3.设计准则——保证螺栓拉伸强度 4.强度条件： σ≤[σ] 5.设计计算方法：
校核式
设计式
机械设计(螺纹联接)(1)
(二）紧螺栓联接的强度计算
拉应力 剪应力
近似处理
机械设计(螺纹联接)(1)
应力合成： 强度条件：
控制拧紧力臂
机械设计(螺纹联接)(1)
二、 螺纹联接的防松
1、防松目的 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变 等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消 失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作 用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松， 否则会影响正常工作，造成事故
2、防松原理 消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大 相对运动的难度。
机械设计基础课件第 9章 螺纹连接解读
11
2019年3月14日星期四
§9-2 螺纹副受力分析、效率和自锁
2019年3月14日星期四
类
按照螺旋线的旋向，螺纹分为左旋和右旋螺纹。机 械制造中一般采用右旋螺纹。 按照螺旋线的数目，螺纹还分为单线螺纹和等距排 列的多线螺纹(右下图)。为了制造方便，螺纹的线数一般 不超过4。 螺纹有内螺纹和外螺纹之分，两者旋合组成螺旋副 或称螺纹副。 按照母体形状，螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。 用于联接的螺纹称为联接螺纹；用于传动的螺纹称为 传动螺纹，相应的传动称为螺旋传动。
常识告诉我们，在螺母固定的情况下，旋动螺杆时，螺杆将沿轴线 方向前进或后退，这说明螺杆受到了一个沿运动方向的作用力。该作 用力方向的判定方法是对左、右旋螺纹分别采用左、右手定则。具体 做法如下：拇指伸直，其余四指握拳，令四指弯曲方向与螺杆转动方 向一致，拇指的指向即是螺杆前进的方向。
2019年3月14日星期四 §9-1 螺纹 7
现以圆柱螺纹为例，说明螺纹的主要几 何参数(如图)。 (1)大径d （公称直径）——与外螺纹牙顶(或内 螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。 (2)小径d1 ——与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)重 合的假想圆柱体的直径。 (3)中径d2 ——假想圆柱的直径，该圆柱的母线 上牙型沟槽和凸起宽度相等。 (4)螺距P——相邻两牙在中径线上对应两点间的 轴向距离。 (5)线数n ——螺纹的螺旋线数。 (6)导程S——同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，则 S= nP。 (7)螺纹升角λ ——中径d2 圆柱上，螺旋线的切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹 角。 λ ＝arctg(S/πd2)= arctg(nP /πd2) (8)牙型角α ——轴向截面内构成螺纹牙型的两侧边的夹角称为牙型角。牙型侧边 与垂直于螺纹轴线的平面之间的夹角称为牙侧角β 。对于对称牙型，β =α /2。
2019年3月14日星期四
§9-2 螺纹副受力分析、效率和自锁
2019年3月14日星期四
类
按照螺旋线的旋向，螺纹分为左旋和右旋螺纹。机 械制造中一般采用右旋螺纹。 按照螺旋线的数目，螺纹还分为单线螺纹和等距排 列的多线螺纹(右下图)。为了制造方便，螺纹的线数一般 不超过4。 螺纹有内螺纹和外螺纹之分，两者旋合组成螺旋副 或称螺纹副。 按照母体形状，螺纹分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。 用于联接的螺纹称为联接螺纹；用于传动的螺纹称为 传动螺纹，相应的传动称为螺旋传动。
常识告诉我们，在螺母固定的情况下，旋动螺杆时，螺杆将沿轴线 方向前进或后退，这说明螺杆受到了一个沿运动方向的作用力。该作 用力方向的判定方法是对左、右旋螺纹分别采用左、右手定则。具体 做法如下：拇指伸直，其余四指握拳，令四指弯曲方向与螺杆转动方 向一致，拇指的指向即是螺杆前进的方向。
2019年3月14日星期四 §9-1 螺纹 7
现以圆柱螺纹为例，说明螺纹的主要几 何参数(如图)。 (1)大径d （公称直径）——与外螺纹牙顶(或内 螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。 (2)小径d1 ——与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)重 合的假想圆柱体的直径。 (3)中径d2 ——假想圆柱的直径，该圆柱的母线 上牙型沟槽和凸起宽度相等。 (4)螺距P——相邻两牙在中径线上对应两点间的 轴向距离。 (5)线数n ——螺纹的螺旋线数。 (6)导程S——同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，则 S= nP。 (7)螺纹升角λ ——中径d2 圆柱上，螺旋线的切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹 角。 λ ＝arctg(S/πd2)= arctg(nP /πd2) (8)牙型角α ——轴向截面内构成螺纹牙型的两侧边的夹角称为牙型角。牙型侧边 与垂直于螺纹轴线的平面之间的夹角称为牙侧角β 。对于对称牙型，β =α /2。
CH09
螺栓联接的强度计算
2 受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接 工作时螺栓受力： 预紧力：F′
F
pD 2 工作载荷： F 4n
但螺栓的总拉力： F0≠F′+F
D0 D
p
应为： F0=F + F″
F″称为剩余预紧力。
为保证联接的接合面不出现间隙，应使F″＞0， 一般根据联接的性质确定F″的大小。
上海应用技术学院
输出功：
作力三角形：
螺旋副效率： W2
Fd 2
FQ s
W1
tan( ) tan
l-r
FQ
可知：若λ≤ρ，则有η′≤0，
表明此时无论FQ有多大，滑块都不能沿斜面下滑，即螺母不能转动， 这种现象称为自锁。 若需螺母向下转动，应加反向转矩T。 ∴ 螺旋副自锁条件： λ≤ρ
螺栓联接的强度计算
1．仅受预紧力的紧螺栓联接 预紧力引起的拉应力：
螺纹联接的强度计算2
F d12
F′ F
4
d ' 螺牙间的摩擦力矩引 F tan(y v ) 2 2 0.5 起的扭转剪应力： F 3 d1 16 根据第四强度理论， 螺栓在预紧状态下的 2 3 2 1.3 ca 计算应力: ' F′ 1.3F ca 强度条件： 2 d1 4 可知：对紧螺栓联接，可将其所受拉应力增大30%，以考虑 扭转切应力的影响。 当联接承受较大的横向载荷F时，由于要求F0≥F／f（f=0.2），即 F0≥5F ，因而需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径的增加， 说明 可采用减载措施。
F
二、其他螺纹 对b≠ 0º 的三角形螺纹、梯形螺纹、 锯齿形螺纹： F’=f FN ’= f FQ/cos b 轴 线 FQ 螺母
螺纹连接
在矩形螺旋副中，若螺母 上作用有轴向载荷Q（包 括外载荷与自重）时，螺 母在螺旋副上的运动情况 可看作推动一重物（滑 块）Q沿螺旋运动。
① 拧紧螺母时的受力分析
F Q tan( )
T1
F
d2 2
Q tan(
)
d2 2
当螺母旋转一周时，输入功为：
W1 2T1
升举重物所作的输出功（有效功）为：W2 Q S
S=P S=2P S=3P
机械设计基础(I)讲义·李良军
按螺旋线的数目分类
三、圆柱螺纹的主要参数
1) 直径(Diameter)
大径(Major dia.)d 小径(Minor dia.)d1 中径(Pitch dia.)d2
2) 螺距(Pitch)P 3) 导程(Lead)S 4) 升角(Lead angle) 5) 牙型角(Thread angle) 6) 牙型斜角 7) 螺纹工作高度(Working
铰制孔用螺栓连接，其工作时，螺栓只承受横向载 荷，故又称受剪螺栓连接，其主要失效形式为螺栓剪 断、栓孔或孔壁压溃。
65%
20%
15%
3.2 受拉螺栓连接强度计算
螺栓连接的强度计算，主要是根据连接类型、载荷状
态、装配条件等确定螺栓受力状态。然后按相应的强 度计算准则，计算螺栓的危险截面的直径d1或校核其 强度。
螺纹连接的拧紧 螺纹连接的防松
2.1 螺纹连接的拧紧(Bolt tightening)
各种机械中实际使用的螺纹连接，绝大 多数在装配时就已预先拧紧，使螺纹连 接受到较大的预紧力的作用，其目的是 使螺纹连接可靠地承受载荷，获得所要 求的紧密性、刚性或防松能力。
1）确定拧紧力矩
① 拧紧螺母时的受力分析
F Q tan( )
T1
F
d2 2
Q tan(
)
d2 2
当螺母旋转一周时，输入功为：
W1 2T1
升举重物所作的输出功（有效功）为：W2 Q S
S=P S=2P S=3P
机械设计基础(I)讲义·李良军
按螺旋线的数目分类
三、圆柱螺纹的主要参数
1) 直径(Diameter)
大径(Major dia.)d 小径(Minor dia.)d1 中径(Pitch dia.)d2
2) 螺距(Pitch)P 3) 导程(Lead)S 4) 升角(Lead angle) 5) 牙型角(Thread angle) 6) 牙型斜角 7) 螺纹工作高度(Working
铰制孔用螺栓连接，其工作时，螺栓只承受横向载 荷，故又称受剪螺栓连接，其主要失效形式为螺栓剪 断、栓孔或孔壁压溃。
65%
20%
15%
3.2 受拉螺栓连接强度计算
螺栓连接的强度计算，主要是根据连接类型、载荷状
态、装配条件等确定螺栓受力状态。然后按相应的强 度计算准则，计算螺栓的危险截面的直径d1或校核其 强度。
螺纹连接的拧紧 螺纹连接的防松
2.1 螺纹连接的拧紧(Bolt tightening)
各种机械中实际使用的螺纹连接，绝大 多数在装配时就已预先拧紧，使螺纹连 接受到较大的预紧力的作用，其目的是 使螺纹连接可靠地承受载荷，获得所要 求的紧密性、刚性或防松能力。
1）确定拧紧力矩
健康装备制造与维护专业《项目九 螺纹联接2》
工程九螺纹联接任务2 机械设计根底课程教学教案教学内容及教学过程设计本单元课程教学总计2学时〔时间：90分钟〕教学具体内容〔讲授50分钟〕二、螺旋副的受力分析、效率和自锁1螺纹按照用途可分为传动螺纹和联接螺纹。
2螺纹用于传导运动或动力时，希望它的效率越高越好，能量损失越小越好。
3而用于联接时那么希望它的效率越低越好，能量损失越大越好，一般还要要求自锁。
4这一节主要讨论螺纹副效率和自锁条件。
〔一〕矩形螺纹副的效率和自锁螺旋副在力矩和轴向载荷作用下的相对运动，可以看成是作用在中径的水平力推动滑块沿螺纹运动，如图9-7a所示。
1矩形螺纹的效率当滑块沿斜面等速上升时，F a为阻力，F为驱动力。
因摩擦力向下，故总反力F R与F a的夹角为。
2 矩形螺纹的自锁分析式可知：当，时。
自锁条件是螺纹升角小于等于接触面间的摩擦角。
图9-7矩形螺纹的受力分析〔二〕三角螺纹副的效率和自锁1三角螺纹副的效率如图9-8所示，假设不考虑螺纹升角的影响，在轴向力F a作用下，三角螺纹的法向力比矩形螺纹的法向力大。
假设将三角螺纹法向力的增加等价转化为摩擦因数的增加，那么三角螺纹的摩擦阻力可写为图9-8矩形与非矩形螺纹的法向力2 三角形螺纹的自锁条件〔1〕仿矩形螺纹自锁条件可得，三角形螺纹的自锁条件为Ψ≤ρ’〔2〕由此得知，牙型斜角越大，当量摩擦系数就越大。
〔3〕当量摩擦系数与当量摩擦角成正比。
〔4〕因此，牙型角越大，自锁性越好。
〔5〕牙型角越小，传动效率越高。
〔6〕紧固联接常用三角形螺纹，传动螺纹常用梯形螺纹。
〔三〕螺栓组联接一般在机械中螺栓都是成组使用的，一组螺栓共同承当载荷。
由于在螺栓组中每个螺栓所处的位置不同，其承受的载荷也各不相同。
因此，失效的情况也较单个螺栓更为复杂。
1 螺栓组联接的失效大多数机器在联接中都是成组地使用螺纹联接件，因此应根据螺纹组整体的受力状况来分析螺纹联接件的载荷状况，合理地布置螺纹联接件。
螺栓组所受载荷主要为横向载荷、轴向载荷、转矩和倾覆力矩等。
CH09
§9－1 机械零件设计概述 七、机械零件的设计方法
理论设计 常规设计方法
经验设计
模型实验设计
机械零件的设 计方法 现代设计方法
常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人们在长 期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计的 方法。 理论设计----根据长期的总结出来的设计理论和实验数据所 进行的设计。
齿轮齿面塑形变形
轴承外圈塑性变形
§9－1 机械零件设计概述
轴承外圈塑性变形
轴承内圈塑性变形
§9－1 机械零件设计概述
（三）零件的表面破坏
零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。
轴瓦磨损
齿面接触疲劳（点蚀）
§9－1 机械零件设计概述
轴承套圈点蚀
轴承内圈点蚀
失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等。 统计结果显示： 断裂仅占4.79%;腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%。
§9－2 机械零件的强度
疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命)有关的断裂。 疲劳断裂具有以下特征： 1)疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至 比屈服极限低； 2) 疲劳断口均为无明显塑性变形的脆性突然断裂； 3) 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。
§9－2 机械零件的强度
设计计算——根据设计准则，确定尺寸。 校核计算——先参照实物、图纸、经验数据等初步拟定结构和 尺寸，然后根据设计准则进行验算。 以受拉杆为例，强度计算公式为： σ ≤ σlim/S 设计计算： A≥ FS/ σlim 校核计算有四种可选方式： 或 F/A ≤ σlim/S σ = F/A ≤ [σ] F≤ A [σ] S = σlim / σ ≥ [S] σlim ≥ [S ]σ
螺纹紧固件及连接画法
简化标记: 螺柱 GB/T 898 M12×60 螺纹规格d=M12、公称长度l=60 mm、 性能等级为常用的4.8级、不经表面处理、 bm=1.25d、两端均为粗牙普通螺纹的B 型双头螺柱。 当螺柱为A型时，应将螺柱规格大小 写成“AM12×60”。
完整标记: 螺钉 GB/T 65-2000M10×60-4.8-A
2.螺钉装配图的简化画法
螺钉用于不经常拆卸和受力较小的连接中， 按用途可分为连接螺钉和紧定螺钉。
连接螺钉
螺钉连接演示
螺钉装配图的简化画法
l bm
螺钉长度： l计=bm+
0.5d
bm: 钢： bm=d
铸铁: bm=1.25d或1.5d
铝: bm=2d
公称长度 l 为查表得l计相近值。
沉头螺钉的公称长度是螺钉的全长。
0.3d
2 l
★ 被连接件的孔径=1.1d ★ 两块板的剖面线方向相反
★ 螺栓、垫圈、螺母按不剖画
1 ★ 螺栓的有效长度按下式计算
l计= 1+ 2+0.15d(垫圈厚) +0.8d(螺母厚)+0.3d
计算后查表取标准值
螺纹紧固件公称长度 l 的确定
螺栓公称长度l ≈δ1+δ2+h(垫圈厚)+m(螺母厚) +0.3d
都与规格d（或D）建立一定的比例关系，并按此比
例画图称为比例画法。工程实践中常用比例画法。
a.螺栓的比例画法
规定标记： 螺栓GB/T 5780 M12×80 螺栓
长度
简化 画法：
b.螺母的比例画法
规定标记： 螺母 GB/T 6170 M12
国标号 螺纹规格
简化画法：
完整标记: 螺钉 GB/T 65-2000M10×60-4.8-A
2.螺钉装配图的简化画法
螺钉用于不经常拆卸和受力较小的连接中， 按用途可分为连接螺钉和紧定螺钉。
连接螺钉
螺钉连接演示
螺钉装配图的简化画法
l bm
螺钉长度： l计=bm+
0.5d
bm: 钢： bm=d
铸铁: bm=1.25d或1.5d
铝: bm=2d
公称长度 l 为查表得l计相近值。
沉头螺钉的公称长度是螺钉的全长。
0.3d
2 l
★ 被连接件的孔径=1.1d ★ 两块板的剖面线方向相反
★ 螺栓、垫圈、螺母按不剖画
1 ★ 螺栓的有效长度按下式计算
l计= 1+ 2+0.15d(垫圈厚) +0.8d(螺母厚)+0.3d
计算后查表取标准值
螺纹紧固件公称长度 l 的确定
螺栓公称长度l ≈δ1+δ2+h(垫圈厚)+m(螺母厚) +0.3d
都与规格d（或D）建立一定的比例关系，并按此比
例画图称为比例画法。工程实践中常用比例画法。
a.螺栓的比例画法
规定标记： 螺栓GB/T 5780 M12×80 螺栓
长度
简化 画法：
b.螺母的比例画法
规定标记： 螺母 GB/T 6170 M12
国标号 螺纹规格
简化画法：
9螺纹及常用件改优质资料
测力和储能等。
★种类：
常用种类
螺旋弹簧
涡旋弹簧
压力弹簧 拉力弹簧 扭转弹簧
二、圆柱螺旋压力弹簧
⒈ 弹簧各部分的名称及尺寸关系
d:簧丝直径 D:弹簧中径 D1:弹簧内径 D2:弹簧外径
D2=D+d t:弹簧节距
有效圈数n: 保持节距相等
参加工作的圈数 (计算 弹簧刚度时的圈数）。
支撑圈数n2: 弹簧端部用
紧定螺钉分锥端、 Ⅰ 柱端、平端三种。
Ⅰ 2.5:1
0.2d
锥端紧定螺钉靠
端部锥面顶入机件上
d
的小锥坑起定位、固
定作用。
0.4d
柱端紧定螺钉利 用端部小圆柱插入机
Ⅱ
Ⅱ 2.5:1
件上的小孔或环槽起
定位、固定作用。
平端紧定螺钉靠 其端平面与机件的摩 擦力起定位作用。
9.3 键 联 接
一、键的功用、种类及标记
l计=t1+t2+0.15d(垫圈厚) +0.8d(螺母厚)+0.3d
计算后查表取标准值
l
t1
画图步骤： 先画俯视图较方便
l
bm t
⒉ 螺钉装配图的简化画法
螺钉长度： l计=bm+t bm: 钢： bm=d 铸铁: bm=1.25d或1.5d 铝: bm=2d
0.5d
允许将螺 纹画到底
常见的几种错误画法：
⒈ 键的功用 用键将轴与轴上的传动件(如齿轮、皮
带轮等)联接在一起，以传递扭矩。
轴键
皮带轮
⒉ 键的种类
普通平键 半圆键 钩头楔键 ⒊ 键的标记
标记示例：键 16×100 GB/T 1096-1979 表示：圆头普通平键(A)型
CH铆接焊接资料实用
感谢您的欣赏！
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铆接2
铆 接
铆钉有空心的和实心的两大类，且大部分都以标准化。 铆接分冷铆和热铆。
二、铆钉的主要类型
三、铆缝的设计要点
强度计算主要是材料力学的基本公式。
强度计算时，一般假设： 连接的横向力F通过铆钉组形心，一组铆钉中各个铆钉受力均等。 铆缝不受弯矩作用。 被铆件结合面摩擦力略去不计。 被铆件危险剖面上的拉(压)应力，铆钉的剪应力，工作挤压应力都是均匀分布的。
第7页/共13页
胶接1
胶 接
胶接用于木材由来已久。随着新型胶粘剂的发展，胶接在金属构件的连接中也日渐增多。
一、概述
胶接是用胶粘剂直接把被连接件连接在一起且具有一定强度的连接，利用胶粘剂凝固后出现的粘附力来传递载荷。
胶粘剂的品种繁多，通常按其使用目的分为三类：结构胶粘剂、非结构胶粘剂和其它胶粘剂。在机械制造中常用的是结构胶粘剂中的环氧树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂等。
五、过盈连接的设计计算
过盈连接主要用以承受轴向力、传递转矩，或者同时承受以上两种载荷。为了保证过盈连接的工作能力，须作以下两方面的分析计算：
在已知载荷的条件下，计算配合面间所需产生的压力和产生这个压力所需的 最小过盈量；
在选定的标准过盈配合下，校核连接诸零件在最大过盈量时的强度。
第12页/共13页
1．对接焊缝
2．搭接角焊缝
通常正面角焊缝只用来承受拉力；侧面角焊缝和混合角焊缝可用来承受拉力或弯矩。实践证明，在静载荷作用下，搭接角焊缝的破裂通常从沿着与垂直平分线重合的最小剖面上开始。
对接焊缝主要用来承受作用于被焊件所在平面内的拉（压）力或弯矩，对接焊缝的破坏形式是沿焊缝断裂；
第5页/共13页
二、胶粘剂
第13页/共13页
铆接2
铆 接
铆钉有空心的和实心的两大类，且大部分都以标准化。 铆接分冷铆和热铆。
二、铆钉的主要类型
三、铆缝的设计要点
强度计算主要是材料力学的基本公式。
强度计算时，一般假设： 连接的横向力F通过铆钉组形心，一组铆钉中各个铆钉受力均等。 铆缝不受弯矩作用。 被铆件结合面摩擦力略去不计。 被铆件危险剖面上的拉(压)应力，铆钉的剪应力，工作挤压应力都是均匀分布的。
第7页/共13页
胶接1
胶 接
胶接用于木材由来已久。随着新型胶粘剂的发展，胶接在金属构件的连接中也日渐增多。
一、概述
胶接是用胶粘剂直接把被连接件连接在一起且具有一定强度的连接，利用胶粘剂凝固后出现的粘附力来传递载荷。
胶粘剂的品种繁多，通常按其使用目的分为三类：结构胶粘剂、非结构胶粘剂和其它胶粘剂。在机械制造中常用的是结构胶粘剂中的环氧树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂等。
五、过盈连接的设计计算
过盈连接主要用以承受轴向力、传递转矩，或者同时承受以上两种载荷。为了保证过盈连接的工作能力，须作以下两方面的分析计算：
在已知载荷的条件下，计算配合面间所需产生的压力和产生这个压力所需的 最小过盈量；
在选定的标准过盈配合下，校核连接诸零件在最大过盈量时的强度。
第12页/共13页
1．对接焊缝
2．搭接角焊缝
通常正面角焊缝只用来承受拉力；侧面角焊缝和混合角焊缝可用来承受拉力或弯矩。实践证明，在静载荷作用下，搭接角焊缝的破裂通常从沿着与垂直平分线重合的最小剖面上开始。
对接焊缝主要用来承受作用于被焊件所在平面内的拉（压）力或弯矩，对接焊缝的破坏形式是沿焊缝断裂；
第5页/共13页
二、胶粘剂
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2007年10月 2007年10月
•带翅垫片 •冲点法
机械工程基础部
•止动垫片 •串连钢丝 •粘合法 •焊点法
32
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 弹簧垫圈
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
33
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 对顶螺母
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
பைடு நூலகம்
34
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松尼龙圈锁紧螺母
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
35
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 开口销
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
36
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 带翅垫片
机械工程基础部
18
F0 预紧力
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 F 的场合
双头螺柱受拉力 双头螺柱受拉力
2007年10月 2007年10月 机械工程基础部 19
9.3 螺纹联接的基本类型
3. 螺钉联接
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
连
接 机械动连接 → 运动副 焊接、 机械静连接 → 焊接、 铆接 胶接、 胶接、 螺纹连接 、键连接 销连接等
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
1
第九章 螺纹联接设计
9－1 螺纹 9－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 9－3 螺纹联接的基本类型 9－4 螺纹联接的预紧和防松 9－5 螺栓联接的强度计算 9－6 螺栓组的结构设计 9－7 提高螺栓联接强度的措施 9－8 螺旋传动
2007年10月 2007年10月 机械工程基础部 5
主要用于联接 多用于传动
第九章 螺纹联接设计
9－1 螺纹 9－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 9－3 螺纹联接的基本类型 9－4 螺纹联接的预紧和防松 9－5 螺栓联接的强度计算 9－6 螺栓组的结构设计 9－7 提高螺栓联接强度的措施 9－8 螺旋传动
9.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁
若 λ ≤ ρ ，则 η ′ ≤ 0 ，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。 W Fπ d 2 F = FQ tan(λ − ρ ) ′= 2 = η W1 FQ s 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。
当滑块沿斜面等速下降时： 当滑块沿斜面等速下降时： F = FQ tan(λ − ρ )
此时螺旋副的效率为， W Fπ d 2 η′ = 2 = W1 FQ s
= FQ tan(λ − ρ )π d 2 FQπ d 2 tan λ tan(λ − ρ ) = tan λ
机械工程基础部 9
2007年10月 2007年10月
f c = 0.15
T ≈ 0.2 F ′d
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。
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
30
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
31
9.4 螺纹联接的预紧和防松
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
37
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 止动垫片
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
38
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 串联钢丝
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
39
机械防松实例
W2 FQ s tan λ η= = = W1 2π T1 tan(λ + ρ )
2007年10月 2007年10月 机械工程基础部 8
F = FQ tan(λ + ρ )
ρ = arctan f
9.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁
9.2.1 矩形螺纹 将效率公式绘成曲线，当 λ ≈ 40o 时效率最高，但过大的升 o 角使制造困难。当 λ > 25 后，效率增加不明显，故通常取 λ不超过25度。
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
27
第九章 螺纹联接设计
9－1 螺纹 9－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 9－3 螺纹联接的基本类型 9－4 螺纹联接的预紧和防松 9－5 螺栓联接的强度计算 9－6 螺栓组的结构设计 9－7 提高螺栓联接强度的措施 9－8 螺旋传动
2007年10月 2007年10月 机械工程基础部 28
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
40
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 冲点法
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
41
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
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
42
9.4 螺纹联接的预紧和防松
2007年10月 2007年10月 机械工程基础部 2
9.1 螺纹
9.1.1 螺纹形成原理及主要参数
d
d2
大径 d —公称直径 公称直径 小径 d1 —强度计算直径 强度计算直径 线数 n —螺纹的螺旋线数目 螺纹的螺旋线数目 螺距 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 d2 导程S 螺纹上任一点沿 导程S—螺纹上任一点沿 同一条螺旋线转一周所移 动的轴向距离 np
9.4.2 螺纹联接的防松 焊点法
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
43
第九章 螺纹联接设计
9－1 螺纹 9－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 9－3 螺纹联接的基本类型 9－4 螺纹联接的预紧和防松 9－5 螺栓联接的强度计算 9－6 螺栓组的结构设计 9－7 提高螺栓联接强度的措施 9－8 螺旋传动
T = T1 + T2 F ′d 2 D +d = tan(λ + ρv ) + f c F ′ 1 0 2 4
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
29
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.1 螺纹联接的预紧 对于M10～M68的钢制普通粗牙螺纹，无润滑时，取
f v = tan ρv = 0.15
1/ cos β
′ Ff′ = fFN = fFQ / cos β = f v FQ
当量摩擦系数 f v = f / cos β = tan ρ v 当量摩擦角 螺纹力矩 螺旋副效率
2007年10月 2007年10月
ρv = arctan f v
FQ d 2 2
螺旋副自锁条件
T1 =
tan(λ + ρv )
ψ
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
S
7
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 F f = fFN 摩擦角
d 2 FQ d 2 = tan(λ + ρ ) 转动螺纹所需的转矩 T1 = F 2 2 螺母旋转一周所需的输入功 W1 输入功为 输入功
此时螺母上升一个导程s，其输出功 W2 输出功为 输出功 正行程螺旋副的效率为：
装拆方便 螺栓受拉力
F0 预紧力
Fp
F F
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
F0
16
铰制孔螺栓连接
螺栓受剪切、 螺栓受剪切、挤压 用于横向载荷 大的连接 大的连接
F
F
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
17
9.3 螺纹联接的基本类型
2.双头螺柱联接
2007年10月 2007年10月
螺旋副自锁条件 λ ≤ ρ v
机械工程基础部 12
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， 矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动。
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
13
第九章 螺纹联接设计
9－1 螺纹 9－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 9－3 螺纹联接的基本类型 9－4 螺纹联接的预紧和防松 9－5 螺栓联接的强度计算 9－6 螺栓组的结构设计 9－7 提高螺栓联接强度的措施 9－8 螺旋传动
tan λ =
πd 2
P S P
3
λ
2007年10月 2007年10月
d1
机械工程基础部
πd 2
牙型角与牙侧角
β = 300 三角形
2007年10月 2007年10月
β
β
β = 15 0 梯形
机械工程基础部
矩形 β=0
4
9.1 螺纹
9.1.2 螺纹的分类 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。 左旋螺纹和右旋螺纹 单线螺纹和多线螺纹 粗牙和细牙 螺纹的牙型 三角形 矩形 梯形 锯齿形
20
预紧力 F0
F
用于不经 常装拆的 场合
螺钉受拉力 螺钉受拉力
2007年10月 2007年10月 机械工程基础部 21
9.3 螺纹联接的基本类型
4. 紧定螺钉联接
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
22
2007年10月 2007年10月
•带翅垫片 •冲点法
机械工程基础部
•止动垫片 •串连钢丝 •粘合法 •焊点法
32
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 弹簧垫圈
2007年10月 2007年10月
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33
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 对顶螺母
2007年10月 2007年10月
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பைடு நூலகம்
34
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松尼龙圈锁紧螺母
2007年10月 2007年10月
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35
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 开口销
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36
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 带翅垫片
机械工程基础部
18
F0 预紧力
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 F 的场合
双头螺柱受拉力 双头螺柱受拉力
2007年10月 2007年10月 机械工程基础部 19
9.3 螺纹联接的基本类型
3. 螺钉联接
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
连
接 机械动连接 → 运动副 焊接、 机械静连接 → 焊接、 铆接 胶接、 胶接、 螺纹连接 、键连接 销连接等
2007年10月 2007年10月
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1
第九章 螺纹联接设计
9－1 螺纹 9－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 9－3 螺纹联接的基本类型 9－4 螺纹联接的预紧和防松 9－5 螺栓联接的强度计算 9－6 螺栓组的结构设计 9－7 提高螺栓联接强度的措施 9－8 螺旋传动
2007年10月 2007年10月 机械工程基础部 5
主要用于联接 多用于传动
第九章 螺纹联接设计
9－1 螺纹 9－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 9－3 螺纹联接的基本类型 9－4 螺纹联接的预紧和防松 9－5 螺栓联接的强度计算 9－6 螺栓组的结构设计 9－7 提高螺栓联接强度的措施 9－8 螺旋传动
9.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁
若 λ ≤ ρ ，则 η ′ ≤ 0 ，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。 W Fπ d 2 F = FQ tan(λ − ρ ) ′= 2 = η W1 FQ s 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。
当滑块沿斜面等速下降时： 当滑块沿斜面等速下降时： F = FQ tan(λ − ρ )
此时螺旋副的效率为， W Fπ d 2 η′ = 2 = W1 FQ s
= FQ tan(λ − ρ )π d 2 FQπ d 2 tan λ tan(λ − ρ ) = tan λ
机械工程基础部 9
2007年10月 2007年10月
f c = 0.15
T ≈ 0.2 F ′d
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。
2007年10月 2007年10月
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30
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
31
9.4 螺纹联接的预紧和防松
2007年10月 2007年10月
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37
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 止动垫片
2007年10月 2007年10月
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38
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 串联钢丝
2007年10月 2007年10月
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39
机械防松实例
W2 FQ s tan λ η= = = W1 2π T1 tan(λ + ρ )
2007年10月 2007年10月 机械工程基础部 8
F = FQ tan(λ + ρ )
ρ = arctan f
9.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁
9.2.1 矩形螺纹 将效率公式绘成曲线，当 λ ≈ 40o 时效率最高，但过大的升 o 角使制造困难。当 λ > 25 后，效率增加不明显，故通常取 λ不超过25度。
2007年10月 2007年10月
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27
第九章 螺纹联接设计
9－1 螺纹 9－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 9－3 螺纹联接的基本类型 9－4 螺纹联接的预紧和防松 9－5 螺栓联接的强度计算 9－6 螺栓组的结构设计 9－7 提高螺栓联接强度的措施 9－8 螺旋传动
2007年10月 2007年10月 机械工程基础部 28
2007年10月 2007年10月
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40
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.2 螺纹联接的防松 冲点法
2007年10月 2007年10月
机械工程基础部
41
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
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42
9.4 螺纹联接的预紧和防松
2007年10月 2007年10月 机械工程基础部 2
9.1 螺纹
9.1.1 螺纹形成原理及主要参数
d
d2
大径 d —公称直径 公称直径 小径 d1 —强度计算直径 强度计算直径 线数 n —螺纹的螺旋线数目 螺纹的螺旋线数目 螺距 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 d2 导程S 螺纹上任一点沿 导程S—螺纹上任一点沿 同一条螺旋线转一周所移 动的轴向距离 np
9.4.2 螺纹联接的防松 焊点法
2007年10月 2007年10月
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43
第九章 螺纹联接设计
9－1 螺纹 9－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 9－3 螺纹联接的基本类型 9－4 螺纹联接的预紧和防松 9－5 螺栓联接的强度计算 9－6 螺栓组的结构设计 9－7 提高螺栓联接强度的措施 9－8 螺旋传动
T = T1 + T2 F ′d 2 D +d = tan(λ + ρv ) + f c F ′ 1 0 2 4
2007年10月 2007年10月
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29
9.4 螺纹联接的预紧和防松
9.4.1 螺纹联接的预紧 对于M10～M68的钢制普通粗牙螺纹，无润滑时，取
f v = tan ρv = 0.15
1/ cos β
′ Ff′ = fFN = fFQ / cos β = f v FQ
当量摩擦系数 f v = f / cos β = tan ρ v 当量摩擦角 螺纹力矩 螺旋副效率
2007年10月 2007年10月
ρv = arctan f v
FQ d 2 2
螺旋副自锁条件
T1 =
tan(λ + ρv )
ψ
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S
7
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 F f = fFN 摩擦角
d 2 FQ d 2 = tan(λ + ρ ) 转动螺纹所需的转矩 T1 = F 2 2 螺母旋转一周所需的输入功 W1 输入功为 输入功
此时螺母上升一个导程s，其输出功 W2 输出功为 输出功 正行程螺旋副的效率为：
装拆方便 螺栓受拉力
F0 预紧力
Fp
F F
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F0
16
铰制孔螺栓连接
螺栓受剪切、 螺栓受剪切、挤压 用于横向载荷 大的连接 大的连接
F
F
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9.3 螺纹联接的基本类型
2.双头螺柱联接
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螺旋副自锁条件 λ ≤ ρ v
机械工程基础部 12
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， 矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动。
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第九章 螺纹联接设计
9－1 螺纹 9－2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 9－3 螺纹联接的基本类型 9－4 螺纹联接的预紧和防松 9－5 螺栓联接的强度计算 9－6 螺栓组的结构设计 9－7 提高螺栓联接强度的措施 9－8 螺旋传动
tan λ =
πd 2
P S P
3
λ
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d1
机械工程基础部
πd 2
牙型角与牙侧角
β = 300 三角形
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β
β
β = 15 0 梯形
机械工程基础部
矩形 β=0
4
9.1 螺纹
9.1.2 螺纹的分类 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。 左旋螺纹和右旋螺纹 单线螺纹和多线螺纹 粗牙和细牙 螺纹的牙型 三角形 矩形 梯形 锯齿形
20
预紧力 F0
F
用于不经 常装拆的 场合
螺钉受拉力 螺钉受拉力
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9.3 螺纹联接的基本类型
4. 紧定螺钉联接
2007年10月 2007年10月
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22
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