螺纹连接的预紧和防松

2. 受轴向工作载荷作用的螺栓连接 FE FR F0 充气前螺栓预紧力为F0
充气后螺栓继续受拉变长， 接合面间作用力减小到FR
F
FE FR F0
P D
FR——残余预紧力
气体压力
4 单个螺栓所受的轴向外载荷为:
螺栓所受轴向总载荷： Fa Fa=FE+FR
F P

D2
F FE z
残余预紧力的确定：
Fa tg ( ' ) d 2 2 T1 切应力： d13 / 16 WT Fa 2d 2 tg ( ' ) 2 d1 d1 / 4
对于M10~M68的普通螺纹，取d1、d2和ψ的平均值， 并取： tgρ’ = f ’ =0.15 得： τ ≈ 0.5 σ
F 60318 单个螺栓所受的工作载荷： FE 60318 N . z 10
残余预紧力（有紧密性要求）：
FR 1.6FE 1.6 60318 965088N . .
螺栓工作时的计算载荷：
Fa FE FR 60318 965088 1568268N . . .
截面尺寸：b×h 按轴径d来选择
2. 尺寸选择： 长度：L 按轮毂长度L′而定 L =L′-（5～10mm），且圆整为标准系列 3. 强度校核
练习题
一、填空 1. 弹簧垫圈属于
防松方法。 2. 5.6级螺栓的屈服极限是 是 3. 。 螺栓连接容易因螺杆压溃和剪断而失效。 ，楔键的工作面是 。 ，强度极限
s 5 6 10 300MPa
s
查表10-6，要求控制预紧力，取 S=1.3
300 230 .77 MPa ∴ 许用应力： S 1.3
2.由接合面间不产生相对滑移的条件有：
D F0 f mz CT 2
∴
2CT 2 1.2 5000103 F0 3921569N . fDm z 0.15 3401 6
类型：普通楔键、钩头楔键。
钩头是用来拆卸用的
楔键工作面：上、下面
工作面 拆卸空间
在重型机械中常采用切向键----一对楔键组成。
特点：能单向传递大转矩。
当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120˚ ～ 130 ˚ 切向键工作面：窄面（相互平行）
120˚ ~130˚ 窄面 工作面
d
d
斜度1：100

F

4
[ ]
d mz
2 0
F/2 F
d0——螺栓孔直径，mm； [τ] ——许用切应力，MPa。 m----接合面数目； z----螺栓个数。
F/2
• 挤压应力
F/2
p
F zd 0 hmin
[ p ]
F/2
h1 h2 h3
F
hmin——螺栓与孔壁间挤压面的最小高度 hmin=min{h1+h3 ,h2} [σp]——螺栓与被连接件中材料机械性能 较差者的许用挤压应力。P148表10-6
，强度极限
螺栓连接容易因螺杆压溃和剪断而失效。
二、计算题
1. 一刚性凸缘联轴器用6个5.6级M24的普通螺栓连 接，联轴器材料为HT200，允许传递最大转矩 T=5000N· m，接合面摩擦系数 f=0.15，安装时要 求控制预紧力，C=1.2，试校核螺栓连接的强度。
D0 =340mm
解：1.许用应力：螺栓材料5.6级， ∴
§10－5 螺纹连接的预紧和防松
一、 螺纹连接的预紧 工作载荷作用前，使螺杆受到预紧力的作用。
1. 预紧的目的
1）增加连接的刚度
2）增加紧密性
3）提高防松能力
2. 拧紧力矩
设预紧力为 Fa
d
T 拧紧力矩： T1 T2
T1—克服螺纹副相对转动的阻力矩； T2—克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；
d0
导向平键 ——用于动连接 结构特点：长度较长，需用螺钉固定。
为便于装拆，制有起键螺孔。
固定螺钉
起键螺孔
2. 半圆键连接 优点：定心好，装配方便。 缺点：对轴的削弱较大，只适 用于轻载连接。 特别适用于锥形轴端的连接。 工作面：两侧面
工作面
3. 楔键连接和切向键连接 结构特点：键的上表面有1:100的斜度， 轮毂槽的底面也有1:100的斜度。 缺点：定心精度不高。 应用：只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的连接。
防松方法，串联钢丝属于
4. 平键的工作面是
二、计算题 某一铸铁直齿圆柱齿轮通过键与一钢轴联接，装
齿轮处的轴段直径d=60mm，轮毂长L′=100mm，传递
的扭矩T=5.5×105N· mm，工作中稍有冲击，试设计此
弹簧垫圈
对顶螺母
尼龙圈锁紧螺母
2. 采用专门防松元件防松(机械防松) 开口销与槽形螺母
止动垫圈
圆螺母加止动垫圈
串联钢丝
3. 其他方法防松（破坏螺纹副关系） 涂粘合剂 用冲头冲2~3点 1~1.5P
冲点防松法
粘合法防松
பைடு நூலகம்
§10－6 螺栓连接的强度计算
螺栓拉断
失效形式
螺杆压溃或剪断
3.强度计算
查表10-1，有：M24的螺栓，d1=20.752mm
强度条件式：
1.3F0
4 1.3 3921569 . 150.73MPa 2 2 20.752 d1 4
∴该螺栓连接强度满足要求。
2. 一钢制液压油缸的螺栓连接，油压P=3MPa， 油缸内径 D=160mm，为保证气密性要求，用10个 M12（d1=10.106mm)、性能等级为6.8级的螺栓连接， 控制预紧力，试校核该螺栓连接的强度？
l L
B型
b l=L
[σp ] ——许用挤压应力 查表10-10
C型
b l=L-b/2
2. 导向平键强度条件
失效形式：磨损 4T ≤[p ] p= dhl [p ] ——许用压强，查表10-10
若强度不够时，可采用两个键按180°
布置。考虑到载荷分布的不均匀性，
校核强度时按1.5个键计算。
三、花键连接
螺栓材料为塑性材料，受拉伸和扭剪复合应力作 用，由“第四强度理论”有： 计算应力：
2 3(0.5 ) 2 c 3
2 2
1.3
由此可见：受拉伸与扭剪复合应力作用的螺栓连接，可 以只按受拉伸应力来计算，但必须将拉应力加大30%， 以考虑剪应力的影响。
1. 受横向工作载荷的紧螺栓连接 普通螺栓连接 工作时，接合面间不允许产 生相对滑移，因此有：
4
d
2 1
d
2 1
有，单个螺栓所能承受的预紧力：
F0
4 1.3
13.8352 133.33 1541815N .
4 1.3
3.由接合面间不产生相对滑移的条件：
D F0 f mz CT 2
有，所需螺栓个数：
2CT 2 1.2 1500103 z 10.04 F0 fDm 1541815 0.151551 .
系数 C=1.2，安装时不控制预紧力，试确定所需螺栓
个数。
解：1.确定许用应力
s 5 8 10 400MPa
查表10-7，（不控制预紧力 ）M16、碳素钢，
安全系数： S=3
400 ∴许用应力： 133 .33MPa S 3
2.由强度条件式：
s
1.3F0


b
的
第二数字： 表示螺栓材料的屈服极限σ s 与强度极
见教材表10-6、10-7
本 次 课 重 点回顾
1. 螺纹连接的防松方法
2. 松螺栓强度条件
Fa [ ] 2 d1 / 4
3.紧螺栓强度条件
1.3Fa [ ] 2 d1 / 4
1）受横向载荷 a. 普通螺栓连接
CF Fa = F0 fmz
所以，该连接需要10个螺栓。
§10－11 键连接和花键连接
作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭 矩，或实现零件的轴向固定或移动。 一、键连接的类型 平键、半圆键、楔键、切向键等。 1. 平键连接
间隙 工作面
特点：定心好、装拆方便。
工作面：两侧面
普通平键
种类
轴
导向平键
普通平键 ——用于静连接 圆头(A型) 键槽用指状铣刀加工，固定良好，应力集中大。
对于M10～M60的普通粗牙螺纹 简化公式： T ≈ 0.2 Fa d
T
Fa
dw
3. 控制预紧力的方法
1）靠装配工人的经验 2）采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。
F
测力矩扳手
定力矩扳手
二、 螺纹连接的防松
防松的实质：阻止螺纹副相对反转。
1. 防松的方法 1）利用附加摩擦力防松（摩擦防松）
A型
• 方头(B型)
键槽用盘形铣刀加工，应力集中小。
• 单圆头(C型)
用于轴端。
C型
B型
普通平键的尺寸标记
C× 45˚或r1
A型
h
B型
C型
R=b/2
b
L L L
标记实例：
b×L 圆头普通平键(A型): 键16×100 GB1096-79
方头普通平键(B型): 键B16×100 GB1096-79 单圆头普通平键(C型) : 键C16×100 GB1096-79
3.强度计算
强度条件式：
1.3Fa
4 1.3 1568268 . 254.16MPa 2 2 10.106 d1 4
∴该螺栓连接强度满足要求。
3. 一刚性凸缘联轴器用M1（d1=13.835mm）的普通螺
栓连接，以摩擦力来传递转矩T=1500N· m，螺栓材料
为45钢（5.8级），接合面摩擦系数 f=0.15， 可靠性
Fa
滑扣 问题：确定螺纹小径d1，根据标 准选定螺栓的公称直径d、螺距 p、长度L等。
一、松螺栓连接
Fa 强度条件： 2 [ ] d1 / 4
式中: d1----螺纹小径， mm ----许用应力，MPa
Fa
二、紧螺栓连接 螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T的双重作用。
拉应力：
Fa σ d12 / 4
F/2 F0 F0
F0
F
CF 预紧力F0 ： F0 fmz
C---可靠性系数，常取C=1.1~1.3； m---结合面数目； f---摩擦系数； z---螺栓个数；
F/2
F---横向外载荷。
1.3Fa 强度条件： [ ] 2 d1 / 4
其中：Fa =F0
铰制孔用螺栓连接 • 剪切应力
P p D D
解：1.确定许用应力：螺栓性能等级6.8级， ∴ s 6 8 10 480MPa 查表10-6，控制预紧力，取S=1.5 ∴许用应力： s 480 320 MPa
S
1.5
2.计算载荷：
液压缸内总的轴向外载荷：F

4
160 2 3 60318 N
1）工作载荷无变化： FR=(0.2～0.6)FE 2）工作载荷有变化： FR=(0.6～1)FE
3）有紧密性要求： 强度条件：
FR=(1.5～1.8)FE
1.3Fa [ ] 2 d1 / 4
§10－7螺栓的材料和许用应力
1. 螺栓材料 Q235、35、45、40Cr 螺栓按其力学性能进行分级，国标规定： 螺栓 3.6 、4.6 、4.8 、 5.6 、 5.8、6.8 、8.8 、
二、平键连接的强度计算 1. 普通平键强度条件
失效形式：压溃、剪断（严重过载）。
σp =
T 4T F ≤[σp ] = (d/2)(h/2)l = dhl S
A型
b
MPa
l ——键的工作长度（mm）
b d ——轴径（mm） h ——键高度（mm） h/2 F T ——转矩（N· d mm）
l=L-b
1. 结构特点：沿轴和轮毂周向均布多个键齿。 2. 优点：承载能力高、对轴的削弱程度小、 定心好、导向性好。
3. 工作面：齿的侧面。
4. 分类：
• 矩形花键
制造容易最常用。
• 键开线花键 用于高强度连接。 • 三角形花键 用于薄壁零件连接。
四、键的选择 1. 类型选择：根据键连接特点，工作条件。
9.8 、10.9 、12.9
螺母 4 、5 、 6、 8 、9 、 10 、 12
2. 螺栓性能等级代号的意义： 第一数字：表示螺栓材料抗拉强度极限σ 1/100。 σ b =第一数字×100 限σ b 比值的10倍。 σ s =第一数字×第二数字×10 例：4.6级螺栓 σb=4×100=400MPa，σs=4×6×10=240MPa 3.螺纹连接的许用应力
b. 铰制孔螺栓连接 • 挤压应力 p
F zd 0 hmin [ p ]
•剪切应力
F

4
[ ]
2 d 0 mz
2）受轴向载荷
Fa=FE+FR 4. 螺栓等级符号的意义
练习题
一、填空 1. 对顶螺母属于
防松方法。
防松方法，止动垫片属于
2. 5.6级螺栓的屈服极限是
是 3. 。