机械设计-05螺纹连接

动联接（ connection）——机器工作 动联接（movable connection）——机器工作 被联接零件之间可以有相对运动的联接。 时，被联接零件之间可以有相对运动的联接。 螺纹联接 考虑结构安装 运动副 静联接（ 机器工作时， 静联接（fixed joint）——机器工作时，被联接 机器工作时 运输维护 ） 键联接 滑动轴承 零件之间不允许有相对运动的连接。 零件之间不允许有相对运动的连接。 螺纹联接 可拆联接——不需要毁坏任何零件就可拆开的联 可拆联接 不需要毁坏任何零件就可拆开的联 焊接 焊接 考虑制造 接。 经济性 铆接 不可拆联接——拆开时至少要破坏一个零件的联 拆开时至少要破坏一个零件的联 不可拆联接 接。
占65% 占20%
占15%
计算准则：保证螺栓的静力拉伸强度。 计算准则：保证螺栓的静力拉伸强度。
机械设计 第五章 螺纹联接 河北工程大学 机电工程学院 机械设计系
② 受剪螺栓 螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断； 螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断； 计算准则：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。 计算准则：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。
∆ =C ⋅ ∆ F λ b
F −∆ = Cm ⋅ ∆ F λ
相对刚度尽可能 C b 取小些， 取小些，推荐值 ∆ = F F Cb +Cm 金属垫片( 为：金属垫片(或 C b 无垫片)0.2～0.3， F 无垫片)0.2～0.3， F = F +∆ = F + F 2 0 0 C +Cm b 皮革垫片0.7， 皮革垫片0.7，铜 C 皮石棉垫片0.8， 皮石棉垫片0.8， b C +C 橡胶垫片0.9。 橡胶垫片0.9。 b m
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第五章 螺纹联接
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3、主要参数
大径d——公称直径 大径d——公称直径（nominal thread） 公称直径（ thread） 小径d ——危险剖面直径 危险剖面直径， 小径d1——危险剖面直径，强度计算直径 中径d ——轴线剖面上的假想直径 中径d2——轴线剖面上的假想直径 线数n ——螺旋线数目 线数n ——螺旋线数目 S＝nP ＝ 螺距P pitch） 螺距P（thread pitch） 导程S lead） 导程S（lead） 螺纹升角 升角ψ（ 螺纹升角 （lead angle） ） 牙型角α 牙侧角β 接触高度h 接触高度
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F0 F R N F Ff
ψ
F0
R
F π 2 tanψ A tanψ 0 d 2 = 效率： 效率： η = = A F π 2 tan ψ +ϕ) tan ψ +ϕ) ( ( 1 0 d
当ψ＝45º－0.5φ 时，螺纹副的效率最高 ＝ － ② 物体沿斜面匀速下降 F＝ F0 tan（ψ－φ） ＝ （ － ） 自锁条件为： 自锁条件为： F＝F0 tan（ψ―φ）≤0 ＝ （ ） ⇒ ψ≤ φ
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第二篇 联接 （connection） connection）
第五章 螺纹联接和螺旋传动
一、螺纹（thread） 螺纹（thread） 1、螺纹的形成 2、螺纹的类型 ① 按平面图形分
牙根强度 工艺性 适用场合 三角形螺纹(triangular thread) 最大 三角形螺纹 矩形螺纹(rectangle thread) 矩形螺纹 梯形螺纹(trapezoidal thread) 梯形螺纹 锯齿形螺纹(sawtooth thread) 锯齿形螺纹 管螺纹（ 管螺纹（pipe thread） ）
3 D3 −d0 1 T = F fc 0 2 0 2 3 D2 −d0 0
3、拧紧力矩 、
3 1 2 D3 −d0 T =T +T2 = F d2 tan ψ +ϕv ) + fc 0 ( = FL 1 0 2 2 2 3 D −d0 0
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第五章 螺纹联接
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tanψ η= ta (ψ +ϕ ) n v
'
f V 自锁条件 ψ ≤ϕ =arctan f =arctan cosβ
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（二）螺纹联接的预紧
1、螺纹阻力矩 d2 增加可靠性 T = F ⋅ tan ψ +ϕV ) ( 1 0 紧密性 2 2、支承面阻力矩 、
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C ∆ F = b F −∆ F C m
拉伸强度： 拉伸强度：
设计式： 设计式： 说明
4×1.3F 2 σca = ≤[σ] 2 πd1
4×1 3F . 2 d1 ≥ π[σ]
① 保证联接的紧密性，应使F1＞0 保证联接的紧密性，应使F 有紧密性要求的： 有紧密性要求的：F1＝（1.5～1.8）F 一般联接，载荷稳定： 一般联接，载荷稳定：F1＝（0.2～0.6）F 一般联接，载荷不稳定： 一般联接，载荷不稳定：F1＝（0.6～1.0）F 地脚螺栓：F1≥F 地脚螺栓：
除受到预紧力产生的拉伸应力以外，还受到螺纹摩擦力 普通钢制螺栓， 普通钢制螺栓，tanφv＝0.17 矩的作用，因此在螺栓上产生扭转剪切应力。
4F σ= 0 π1 d2
d2／d1＝1.04～1.08，tanψ＝0.05 ～ ， ＝ τ ≈0.5σ 代入计算得
根据第四强度理论： 根据第四强度理论：
σca = σ +3 = σ +3(0.5σ) ≈1.3 τ σ
2 0
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3）受轴向载荷的紧螺栓联接
残余预紧力 F2＝F0 pretightening force） 螺杆的总受力 （residual ＋F ？ ）
F ≠ F +F 2 0
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F = F +F 2 1
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σp = F A ≤[σp] 1
τ = F A ≤[τ] 2
2）铰制孔用螺栓联接的强度 ） 铰制孔螺栓连接的螺栓杆 挤压强度： 挤压强度： 部与螺栓孔为配合关系，所受 载荷由螺栓杆部受剪切与接触 ] σp = F d0Lm ≤[σp in 面受挤压承载，故： 剪切强度： 剪切强度：
τ = 4F πd ≤[τ]
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第五章 螺纹联接
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2、松螺栓联接的强度计算
拉伸强度条件为： 拉伸强度条件为：
F 4F σ = = 2 ≤[σ] A π1 d
—校核公式 —设计公式
4F d1 = π[σ]
式中：d1 ——危险剖面直径，mm 式中： 危险剖面直径， 危险剖面直径 [σ]——许用应力，Mpa 许用应力， 许用应力 [σ]＝σ S／S ＝
2 2 2 2
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1） 受横向载荷的紧螺栓联接
螺杆的强度条件为： 螺杆的强度条件为：
σ ca
4 × 1.3 F0 = ≤ [σ ] 2 π d1
减载键、减载环 减载键、
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挤压强度： 挤压强度： 剪切强度： 剪切强度：
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3、紧螺栓联接的强度计算
拉伸应力为： 拉伸应力为： 扭剪应力： 扭剪应力： d2 F tan( +ϕv ) 2 ψ 扭转剪切应力的产生原因： tanψ +tanϕ 2d2 F 0 v = ⋅ ⋅1 0 2 τ= 3 1 πd1 1−tanψ tanϕv d1 4 πd1 紧螺栓连接装配时需要一定的拧紧力矩，此时螺栓 16
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6、标准螺纹联接件 、 螺栓、螺柱、螺钉、 螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉 自攻螺钉、螺母、 自攻螺钉、螺母、垫圈
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第五章 螺纹联接
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三、螺纹联接的预紧和防松
（一）螺纹副受力分析 1、矩形螺纹 ① 物体沿斜面匀速上升 F ＝F0 tan（ψ+φ） tan（ψ+φ） 螺母旋转一周的输入功为 A1 ＝Fπd2＝F0 tan（ψ+φ）πd2 （ ） 举升重物的有效功为 A2 ＝F0S＝F0πd2 tanψ ＝
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二、螺纹联接的基本类型
1、螺栓（bolt）联接 螺栓（bolt） 普通螺栓（ bolt） 普通螺栓（general bolt）联接 铰制孔螺栓（ 铰制孔螺栓（reamer bolt）联接 ） 2、双头螺柱（stud，double-end bolt）联接 、双头螺柱（ ， ）
机械设计 第五章 螺纹联接
好 差 好 好
联接 传动 传动 传动 联接
小 较大 较大
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② 按螺线的绕行方向分 左旋螺纹（left-hand thread） thread） 左旋螺纹（left右旋螺纹（right-hand thread） thread） 右旋螺纹（right③ 按螺纹线数分 单线螺纹（single-thread）——用于联接 单线螺纹（single-thread）——用于联接 双线螺纹（double-thread）——用于传动 双线螺纹（double-thread）——用于传动 三线螺纹（triple-thread）——用于传动 三线螺纹（triple-thread）——用于传动 多线螺纹——用于传动 多线螺纹——用于传动