2联接

第二篇联接(12学时)机器由许多零件组成，而各零件之间总是按某种形式联接字一起的。

这种按需要将零件之间相互固定的联接形式有许多。

如螺纹联接、键联接。

可使零件相互固定。

而允许零件之间有相互运动的联接有花键、螺旋传动、导轨联接。

还有使零件不可拆卸的联接，如铆接、焊接、粘接。

我们重点介绍螺纹联接。

形式：①螺纹联接、键（销）联接——固定但可拆卸②花键、螺旋传动、导规联接——相对运动③铆接、焊接、粘接——不可拆卸第五章螺纹联接 (10学时)一、概述1、螺纹类型及特点按螺纹牙形分类有如下几种：A、三角形螺纹分粗牙和细牙粗牙—自锁性好，效率低、用于一般联接。

细牙—用于薄壁零件连接。

BC、梯形螺纹：传动效率高，用于传动D、锯齿形螺纹：效率高，用于单向载荷传动。

管螺纹：（英制）用于管联接，紧密性好，管内径为工程直径。

E 、英制螺纹：修配，螺距=牙数i/英寸F 、自攻螺纹牙形角为60°，牙顶较窄，螺距大。

主要用于金属薄板的联接。

2、 螺纹主要参数d －外径，公称直径。

标记M20→d=20mm d 1－内径，d 2－中径，P －螺距，α—牙型角Ψ－螺纹升角3、 螺纹副中力的关系，自锁条件．设螺纹副中轴向力为Ｆ＇（螺纹受的预紧力），螺纹力矩Ｔ，则拧紧螺母时） Ｔ＝2).('2d tg F v ρψ+ 当量摩擦角αμρcos arctg v =自锁条件: v ρψ≤22arctan arctand nPd S ππψ==①μμρ===NN N f tg ②如图: )('v tg F F ρψτ+= ③三角螺纹: αμρcos tgv =二、螺纹联接类型，拧紧和防松 １、类型螺栓联接：构造简单，易制造，运用广 双头螺柱：因结构限制而采用螺钉联接（紧定螺钉）：用于不常装卸场合，传递力小２、拧紧螺纹工作前一般要拧紧，以保证被联接件的紧密状、刚性及防松能力 拧紧力矩由螺纹副间的摩擦力矩T 1和螺母支承面间的摩擦阻力矩T 2组成。

即T=T 1+T 2＝)tan(220v d F ϕψ+＋2203030031d D d D F f c --整理后： T ≈0.2F 0d工作时，拧紧力度合适，否则难以保证螺栓正常工作寿命，常用工具有：测力扳手，气动，电动，螺丝刀等。

３、防松：在变载荷作用下（或冲击振动）联接会松动，从而影响零件正常工作。

故需要防松，图５－３放松方法——按放松原理不同，分为三类：a 摩擦放松——利用摩擦力如弹簧垫圈、对顶螺母等，简单，运用广泛；b 机械放松（直接锁住）——防松可靠，效果好，如开口销、槽形螺母等。

C 破坏螺纹副关系（不可拆卸）——如胶接、焊接等 三、单个螺栓联接受力分析和强度计算 １、受拉螺栓联接指工作前不用拧紧螺母的联接。

送螺栓只受工作拉力作用。

故强度条件：[]σπσ≤=4/21d F式中：d 1——危险截面直径；[σ]——许用应力，２、紧螺栓联接按螺栓所受工作载荷方向不同有：（１） 只受预紧力F 0（即受横向工作载荷）的紧螺栓联接：mm ——设计式 查手册，选螺栓][41σπF d ≥如图示：螺栓受力：拧紧螺纹副扭矩Ｔ－τ（切应力）和预紧力F 0－σ（拉应力）截面上受复合应力（ σ、 τ）作用，按第四强度理论，强度条件：[]σστσσ≤=+=3.1322ca []σ≤即[]σπσ≤=2143.1dF ca设计时用 []σπ43.101F d ≥mm —— 设计式由上可见，紧螺栓联接受拉扭应力状态，可以认为是按受拉力增加３０％的纯拉伸应力状态计算。

预紧力F 0的计算：因为联接靠接触面上产生摩擦力传递工作载荷F 0，故要保证联接不相对滑动应有 F 0f ≥K ｓF K ｓ—防滑系数，K ｓ=1.1-1.3, f-接合面的摩擦系数(见表5-6)分析:f 很小,如钢f=0.1(干燥面)当F ↑, F 0↑↑,这说明传递F 所需很大预紧力,即需很大螺栓直径,故需采用减载零件,见图5-14。

受剪切螺栓联接图示为受剪螺栓（即铰制孔螺栓），螺栓杆与孔壁间无间隙， 螺栓杆受剪切和挤压作用。

失效形式为剪断和压溃。

按挤压和剪切强度条件计算挤压强度条件：[]p p L d Fσσ≤=min0 剪切强度条件：[]τπτ≤=204d F式中：F －螺栓所受的工作剪力，单位为N ；d 0－螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm ；L min －螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm ；设计时应使L min ≥1.25d 0（２） 受轴向工作载荷的紧螺栓联接受力特点：工作载荷Ｆ和预紧力F 0同向（沿轴线方向），但螺栓截面① 拧紧，螺栓受拉力（预紧力）F 0，其伸长b λ，被联接件受压力F 0，压缩为m λ② 加工作载荷Ｆ后，螺栓伸长增量为λ∆，受力由F 0上升到F ２ 被联接件放松，压缩减量为λ∆，受力由F 0下降到F １（残余预紧力） 结论：螺栓总拉力等于工作拉力加残余预紧力即F ２=Ｆ＋F １ 再看变形情况如下图由变形协调条件导出螺栓受总拉力另一表达式：由图，F 2 = F 1 + F ， F 2 = F 0 + ΔF ， ΔF=Δλtgθb ， F – ΔF=Δλ tgθm ， ∴m b m b C C tg tg F F F ==∆-∆θθ， → F C C C F mb b +=∆ ·螺栓的总拉力F 2为： F C C C F F F F mb b++=∆+=002 ，F F F +=12即：螺栓总拉力等于预紧力加上部分工作载荷。

·螺栓的残余预紧力F 1为： F C C C F F F F F F F F F F mb m+-=∆--=-∆+=-=00021)(讨论：a 、mb bC C C +为螺栓的相对刚度，垫片越软，刚度C m 越小，相对刚度越大。

其取值范围为 0～1，当C m ＞＞C ｂ时，F 2≈F 0 ，当C m ＜＜C ｂ时，F 2≈F 0+ F 相当刚度与螺栓联接所用垫片有关 金属材料或不用垫片：０.2～0.3 皮革垫片: 0.7 铜片石棉垫片: 0.8 橡胶垫片: 0.9设计时联接不允许出现缝隙,即F 1＞0,其取值按联接时载荷大小重要性确定:当工作载荷F 稳定时： F 1＝（0.2～0.6）F 当工作载荷F 不稳定时：F 1＝（0.6～1）F 有密封性要求的联接： F 1＝（1.5～1.8）F设计时根据工作拉力F 确定残余预紧力F 1 就可求出总拉力F 2。

知道螺栓所受总拉力F 2就可计算强度。

同理，考虑扭转作用，强度条件为： []σπσ≤=21243.1d F ca 设计时： []σπ43.121F d ≥[]a σ的确定：① 选择材料及机械性能等级 例如：低碳钢－3.6(前数等于100Bσ,点后数等于B S σσ10)低碳钢或中碳钢－4.6,4.8,5.6,5.8,6.8. ②计算B σS σ如3.6:B σ=106,3001003Bs MPa MPa σσ⨯==⨯③根据表3.2计算1-σ值. ④由表6.3确定[a σ]值.对变载荷，当工作拉力在 0～F 之间变化时，螺栓的总拉力将在F 0～F 2之间变化，如图5－17。

由：21min 4dF πσ=， 212max 4dF πσ=；则应力幅为：211m inm ax 222d FC C C A F m b b a πσσσ+=∆=-=·对于承受轴向变载荷的重要螺栓，还应作疲劳强度校核。

min σ 保持不变。

强度条件:S K K S a tc ca ≥++-+=-)2)(()(2min min1σσψσψσσσσσ四、螺栓组联接的受力分析1、受横向力∑F 的螺栓组联接，如图对于普通螺栓联接（图a ） ，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有：∑≥F K zi fF S 0fziF K F ∑≥S 0或K s 为防滑系数，设计中可取K s =1.1-1.3。

i 为接合面数目,z 是螺栓组数目 2、受转矩T 的紧螺栓组联接(如下图)如图在T 作用下,底板有绕通过螺栓组形心的轴线O-O 旋转趋势,则每个螺栓都受有横向力,但采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。

采用普通螺栓(受拉螺栓)，是靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦 力矩来抵抗转矩T 。

由静力平衡条件得 F 0fr 1+ F 0fr 2+…+ F 0fr z +≥K S T即 ∑=≥Zi irfT K F S 1采用铰制孔用螺栓(受剪螺栓)，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T 。

由静力平衡条件T r F zi i i =∑=1因为刚度相同,且剪切变形量与其中心到底板旋转中心的距离成正比,而且剪切力也与这个距离成正比。

由变形协调条件得iir F r F =max max联立两式解得最大剪切力∑==Zi irTr F 12m axm ax4、 受翻转力矩M 的螺栓组联接倾覆力矩 M 作用在联接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆 力矩之前，螺栓已拧紧并承受预紧力F 0。

作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M 平衡，即：根据变形协调条件得iir F r F =max max由上两式可以求出最大工作载荷：∑==Zi LML F 12im axm ax在倾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作点都处于A 点。

底板受倾覆力矩后，在轴线 O-O 左侧，螺栓与地基的工作点分别移至B 1 和C 1 ，两者作用在底板上的合力为F 。

在轴线O-O 右侧，螺栓与地基的工作点分别移至B 2 和C 2 ，两者作用 在底板上的合力为 F m螺栓的总拉力：五、提高螺栓联结强度措施螺纹联接强度受诸多因素影响除材料、尺寸外径与结构、工艺等有关。

1、改善螺纹牙间受力分配图5－31所示螺栓受载时各圈螺纹牙变形不等，受力不均匀第一圈：Δp 最大，受力最大，第8~10圈后几乎不受力且各圈受力不均。

∴ 采用加高螺母不能提高联接强度，仅是设计用的。

提高措施：①悬置螺母，螺纹牙变形一致，受力均匀，提高强度40%。

②内斜螺母 从结构上、改善螺纹牙受力分配状况。

③环槽螺母 采用受拉螺母（变形一致）减小螺栓螺母螺距变化差 ④钢丝螺套（弹性好）装于螺纹孔中，可减轻螺纹牙受力不均匀和冲击振动2、降低应力幅σa应力幅是影响疲劳强度的重要因素，应力幅越大，强度降低、反之增加。

如下图，在工作载荷和剩余预紧力不变情况下措施：a 增大螺栓长度；b 减小光杆直径；c 采用弹性元件。

1）、采用柔性螺栓，降低螺栓刚度c 1措施：不宜采用刚度小的垫片。

３、减小附加弯曲应力牙根因由于偏心载荷产生附加弯曲应力 作用发生断裂。

引起附加弯曲应力因素： 除螺纹孔不正、被联件表面不平、 发生变形等，还有螺栓受偏心载 荷作用，被联接件刚度不足等因素。