第10章 联 接(1)

如发动机缸体与缸盖装配用的螺 栓杆结构，就是如此。
一、降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围
kb 根据 Fa F0 FE kb k c 如使kb ，或使kc , Fa 。 kb - 螺栓的刚度； kc - 被联接件的刚度
减小螺杆刚度kb的结构设计： 增大被联接件刚度kc的结构：
d1手册 d1计算，取接近值， 选取相应的Md及粗牙螺距t。
图10-22的分析： a) 联接未预紧。 b)预紧后，但还未 加工作载荷FE 。
力
δ1
δ2
变形
c)联接承受工作载荷FE 。 由图知，FE 的作用使被联接件所 受预紧压力由F0减小到FR, 故作用 在螺栓上的总拉力 Fa= FE + FR 。 FR—称为残余预紧力
关系式
kb Fa F0 FE . kb k c
的推导：
见教材P144。
kb Fa F0 FE 关系式的推导： kb k c
中径d2(D2)： 是一个假想的圆 柱直径，用于计算螺纹的效率、 升角、自锁。 螺距P：螺纹上相邻两牙对应点 间轴向距离。
导程S：任一点沿同一条螺纹线 转一周的轴向位移，s=n•p。
螺纹升角 ：在中径圆柱面上螺 旋线的切线与垂直于螺纹轴线的 s np 平面间的夹角。 tan d d
10-6 螺栓联接的强度计算 工程意义：重要的螺纹连接，螺 纹公称尺寸d的选用，是通过强 度计算确定的。
螺纹连接设计的问题（内容）： ① 分析单个螺栓的受力及失效； ② 建立强度条件，算出螺纹的小径 d1计算值； ③ 查标准，按d1标准>d1计算值，选取 相应的螺纹公称尺寸d。
一、松螺栓联接 装配不拧紧，螺栓只承受工 作载荷。
1）对联接结构受力分析 2）建立强度条件式，求出F/
3）按经验式
Nmm，算出 T，用测力矩扳手或定力矩扳手 控制。
/ T=0.2F
二、螺纹联接的防松
知识点： ① 螺纹副具有自锁性，受静载荷作 用，螺纹联接是不会松动。 ② 在冲击、振动下，螺纹副间的压 力会减弱，摩擦力减小，螺纹副 要出现松动。
2. 按螺旋线数分：
单线螺纹、双线螺纹和多线螺纹。
3. 按螺旋线绕行方向：
分左旋螺纹和右旋螺纹。
左、右旋螺纹的判断方法： 螺纹直立，螺旋线向右上升为右 旋螺纹，向左上升为左旋螺纹。
4. 外螺纹与内螺纹 5. 螺旋副 内外螺纹旋合上紧称 作螺旋副（螺纹副）。
三、螺纹参数（见图10-3） 大径d(D): 标准中称公称直径， 是螺纹的标注尺寸。如M8，表 示d=8mm。 小径d1(D1)： 用于螺纹联接强度 设计的计算值。
例：图示轴承盖用4个螺钉固定于铸 铁箱体上，已知作用于轴承盖上的 力FQ＝10.4kN，螺钉材料为Q235钢， 屈服极限为40Mpa，取剩余预紧力F 为工作拉力的0.4倍，不控制预紧力， 取安全系数为4，求螺钉所需最小直 径。
• 许用拉应力

SS
S
240 60 MPa 4
①
2. 铰制孔螺栓联接
结构特点：无装配间隙，孔的 精度高（钻、铰孔）。 ② 用途：用于两被联接件有位置 精度要求或横向受载联接。
①
如发动机缸体与缸盖联接，连杆 体与连杆盖的联接等。
③
如被联接件有位置精度要求，而 用普通螺栓连接时，则被联接件 上应设计定位销联接。 如减速器的装配：
3. 螺钉联接
• 4个螺钉，z＝4，每个螺钉的工作载 荷剩余预紧力F＝ 0.4F=0.42600=1040 N • 螺钉总拉力 F0 F F 2600 1040 3640 N • 按强度条件，螺栓小径
4 13 . F0 d 1 ( 或d c ) ≥ 4 13 . 3640 10.021 mm 60
设计式：
d1
4 1.3Fa

mm
注意，式中轴向总载荷
Fa F0 FE
（3）螺栓总载荷Fa的计算
1）计算工作载荷
2
FE
P D / 4 FE Z
2）根据对图10-22的分析知：
Fa= FE + FR 。 FR—称为残余预紧力，按教材 P144内容确定。
（4）算出d1，查标准按
1）上紧螺母的受力
可看作是滑块在水平力F作用下 沿螺旋面上升时的受力，如图b）。
受力分析得：
2）下拉螺母时的受力
看作是滑块在轴向载荷Fa作用下， 沿斜面下滑。
受力分析得：
2. 非矩形螺纹副（ 0 ）
受力关系式：
滑块沿非矩形螺旋上升 滑块沿非矩形螺旋下滑 F Fatg ( )
防松办法：见表10-4。 （1）双螺母防松
（2）用弹簧垫圈防松
拧紧螺母后，弹簧垫圈被压平， 其弹力使螺纹副间保持一定的轴 向压力而防松。
弹簧垫圈
（3）圆螺母与止动垫圈防松
垫圈的内舌插入螺杆的槽内，外 舌弯入圆螺母槽中，使螺杆与螺 母不能相对转动。
（4）串联低碳钢丝法
（5）开口销与六角开槽螺母
螺纹副预紧后，螺杆和被联接件 都要受轴向力F/作用， F/称为预 紧力。 螺栓杆受力性质：轴向拉伸。 被联接件受力性质：轴向受压。
2.
①
/ 预紧力F 的控制
②ห้องสมุดไป่ตู้
一般机械装配的螺纹联接，预紧 程度凭经验。 重要的螺纹联接，如发动机缸体、 压力容器、连杆等，必须严格控 制预紧力F/的大小。
3. 控制预紧力F/方法：
4）计算d1，查标准，
按d1 手册 > d1计算 ，取其对应的公 称直径d。
2. 受轴向工作载荷FE作用的紧螺栓
联接
（1）对单个螺栓受力分析
设轴向总载荷Fa、拧紧力矩T 写出在螺纹小径截面上产生的当 量应力：
4 1.3Fa e MPa 2 d1
（2）强度条件
e
4 1.3Fa e 2 d1
1. 自锁分析 滑块下滑时的受力：F Fa tg ( )
'
如 , 则F是负号。
'
表明：要使滑块下滑, 必须改变力F 的方 向，否则，无论Fa 有多大，滑块都不会 自行下滑，即出现自锁。
2. 自锁特定条件
考虑到极限情况：
'
三、螺纹传动的效率 Fa S tg ' 2 T tg ( )
s
— 螺栓材料
3）计算d1计算值，查标准，
按d1标准值>d1计算值，选螺纹公称 直径d。
d1
4 Fa

(mm )
二、紧螺栓联接 装配时要预紧，螺栓杆受预 ' 紧力 F 作用。
1. 受横向工作载荷FR作用的紧螺栓
联接
1）单个螺栓受力分析
受轴向拉伸预紧力F/、拧紧力矩 T1的联合作用。
1. 单个螺栓受力及失效分析
1）轴向拉应力
Fa MPa 2 d1 4
Fa 2）强度条件： 2 d1 2）建立强度条件 4
S 的许用拉应力，MPa； s — 材料的屈服极 限，MPa；S — 安全系数，未淬火钢取 1.2， 淬火钢取1.6。
式中：d1 — 螺纹小径；
知识点： ' ① 因 为定值，螺纹效率与螺纹 升角有关。
Fa S tg ' 2 T tg ( )
②
由图10-6 知，过大的升角，效率 增加不明显。故螺纹升角一般不 0 大于25 。
③
根据 ，螺距相同，单 线螺纹升角小，易于自锁，故多 用于联接；多线螺纹升角大，效 率高，多用于传动。
2 2
牙形角 ：轴向剖面内，螺纹牙 形两侧边的夹角。 牙形斜角 ：轴向剖面内，螺纹 牙形一侧边与径向直线间的夹角。
10-2 螺旋副的受力分析、效率和 自锁 本节内容的工程意义： 研究、解决螺纹副在工程中 用于连接固定、起重的可靠性 （自锁）。
一、螺旋副的受力分析
1. 矩形螺旋副( 0 )
在螺纹小径截面上： 预紧力F/产生拉应力
F 2 d1 / 4
'
拧紧力矩T1 产生的扭剪应力：
d2 F tg ( ) T1 2 3 3 d1 / 16 d1 / 16
' '
2d 2 F ' tg ( ) 2 d1 d1 / 4
'
对于M10~M68的普通螺栓，最 后整理，得： 0.5。
/
f ' f tg f tg cos
'
.
/
3）受力关系式
用 代替矩形螺纹副摩擦角 得
滑块沿非矩形螺旋等速上升 滑块沿非矩形螺旋等速下滑
'
，
'
F Fatg ( ) F Fatg ( )
'
二、螺纹的自锁 内容：研究旋合的螺母在轴向力 作用下会不会松落下来？
10-8 提高螺栓联接强度的措施 知识点： ① 螺杆的强度计算方法， FE是以 静载荷考虑的，保证的是螺杆的 静强度。若FE在0~ FE变化，普 通螺栓杆仍可能会发生疲劳断裂。
② 重要螺栓联接设计，除要保证 静强度 ， 还要从螺杆的结
构设计、制造工艺上进行改进， 以提高螺杆的抗疲劳强度。
四、螺纹标记
螺栓M 10 60，表示公称直径为 10 mm, 长度为60 mm的粗牙螺纹. 螺母M 10 1.5，表示公称直径为 10 mm, 螺距为1.5mm的细牙螺纹。
10-5 螺纹联接的预紧和防松 一、螺纹联接的预紧 预紧：拧紧螺母，称作预紧。预 紧后，可防止联接松动。
1. 预紧力F/
tg
S np d 2 d 2
10-3 机械制造常用螺纹
1) 牙型角 60 的三角形米制螺纹，