螺纹连接设计讲解
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F F F
O
F
M O
ri
T fF0
fF0
受横向载荷
受转矩
受轴向载荷 受倾覆力矩
在实际使用中，螺栓组所受的工作载荷常常是以上4种 简单受力状态的不同组合。
受横向载荷的螺栓组连接
F∑ F∑ F∑ F∑
对于铰制孔用螺栓连 接（图b），每个螺栓所 受工作剪力为： F F z 式中：z为螺栓数目。
受轴向载荷的螺栓组连接
螺纹连接组的设计5
若作用在螺栓组上轴向 总载荷FΣ作用线与螺栓轴 线平行，并通过螺栓组的 对称中心 则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：
F F z 通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当连接 要有保证的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总 载荷F2为。 F =F +F
5-4 螺纹连接的防松
防松的原因：
螺纹连接一般都能满足自锁条件 (y 1o42' ~ 3o2' ) 不会自动松脱。 但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化 较大的情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可 能瞬时消失，导致连接失效。
防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。 按工作原理的不同，防松方法分为：
a)
b)
对于普通螺栓连接（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：
fF0 zi KS F
或
K S F F0 fzi
Ks为防滑系数，设计中可取Ks =1.1~1.3。
受转矩的螺栓组连接
采用普通螺栓，是靠连 接预紧后在接合面间产生的 摩擦力矩来抵抗转矩T。
5-3 螺纹连接的预紧
预紧力的定义：
纹连接的预紧
大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之 前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。
预紧的目的：
增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现 缝隙或发生相对移动。 预紧力的确定原则：
预紧力限制
拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的 80%。
第五章 螺纹连接与螺旋传动
§5-1 §5-2 §5-3 §5-4 §5-5 §5-6 §5-7 §5-8 §5-9 螺纹 螺纹连接的类型与标准连接件 螺纹连接的预紧 螺纹连接的防松 螺纹组连接的设计 螺纹连接的强度计算 螺纹连接件的材料与许用应力 提高螺纹连接强度的措施 螺旋传动
5-1 螺
纹
螺纹的类型与特点2
2 1
受倾覆力矩的螺栓组连接
螺纹连接组的设计6
倾覆力矩 M 作用
在连接接合面的一个 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F0。
z
作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即： M
Βιβλιοθήκη Baidu
Fi Fmax
Li Lmax
Fi Li
i 1
由此可以求出最大工作载荷： Fmax
S nP arctan d 2 d 2
5-2 螺纹连接的类型与标准连接件 螺纹连接的基本类型
连接类型与标准件1
螺栓连接 分为普通螺栓连接、铰制孔用螺栓连接 双头螺柱连接
螺钉连接
紧定螺钉连接。它们的特点
其他类型的螺纹连接
标准螺纹连接件
结构形式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用 参见表5-2
采用铰制孔用螺栓，是 靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁 的挤压作用来抵抗转矩T。
F0 fr1 F0 fr2 F0 frz KsT
F0 KST f ri
i 1 z
Fmax Fi rmax ri
Fr T
i 1 i i
z
Fmax
Trmax
2 r i i 1 Z
普通螺纹的主要参数
大径d－即螺纹的公称直径。 小径d1－常用于连接的强度计算。 中径d2－常用于连接的几何计算。 螺距P－螺纹相邻两个牙型上对应点间的 轴向距离。 牙型角a－螺纹轴向截面内，螺纹牙型两 侧边的夹角。 升角y－螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线 的平面间的夹角。 线数n－螺纹的螺旋线数目。 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，S=nP。 升角y的计算式为： y arctan
5-3 螺纹连接的预紧
纹连接的预紧
预紧力的控制
利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可采用 测力矩扳手或定力矩扳手，对于重要的螺栓连接，也可以采用测 定螺栓伸长的方法来控制预紧力。 预紧力和预紧力矩之间的关系： T 0.2 F0d
详细推导
注意： 对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小(＜M12)的螺栓。
MLmax
i 1
Li
Z
2
受倾覆力矩的螺栓组连接
底板螺栓组连接的受力过程
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B1 和C1 ，两者作用在底板上的 合力为F。
摩擦锁合连接 如：受横向载荷的紧螺栓连接、过盈连接
材料锁合连接 如：胶接、焊接
连 接
引言
根据可拆性分为： 螺纹连接
可拆连接 连接 过盈连接 不可拆连接 连接类型的选择：
键连接、花键连接、销连接
弹性环连接等 铆接 焊接 粘接
（介于两者之间）
使用要求（如强度、刚度、紧密性等）、经济要求
连接的加工条件和被连接零件的材料、形状及尺寸等因素。
连 接
引言
连接的类型：
为了便于机器的制造安装运输维修以及提高劳动生产率， 机器中广泛使用连接。 机械零件之间的连接分为： 在机器工作时，被连接的零部件间不允许产 机械静连接 ： 生相对运动的连接。 机械动连接：可以有相对运动的连接。例如：运动副 本课程介绍的连接主要是静连接。 根 据工作原理的不同分： 形似锁合连接 如：铰制孔用螺栓连接、平键连接
螺栓组连接的受力分析
目的：根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓 及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。
5-5 螺栓组连接的设计
螺栓组连接的受力分析
受力分析时所作假设： 所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合； 受载后连接接合面仍保持为平面。
受力分析的类型：
摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副防松等见表5-3。
5-5 螺栓组连接的设计
螺纹连接组的设计1
大多数机械中螺栓都是成组使用的。 设计螺栓组连接的步骤： 螺栓组连接的结构设计
目的：合理地确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形 式，力求各螺栓和连接接合面间受力均匀，便于加工和装配。 设计时应该综合考虑的几个问题
O
F
M O
ri
T fF0
fF0
受横向载荷
受转矩
受轴向载荷 受倾覆力矩
在实际使用中，螺栓组所受的工作载荷常常是以上4种 简单受力状态的不同组合。
受横向载荷的螺栓组连接
F∑ F∑ F∑ F∑
对于铰制孔用螺栓连 接（图b），每个螺栓所 受工作剪力为： F F z 式中：z为螺栓数目。
受轴向载荷的螺栓组连接
螺纹连接组的设计5
若作用在螺栓组上轴向 总载荷FΣ作用线与螺栓轴 线平行，并通过螺栓组的 对称中心 则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：
F F z 通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当连接 要有保证的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总 载荷F2为。 F =F +F
5-4 螺纹连接的防松
防松的原因：
螺纹连接一般都能满足自锁条件 (y 1o42' ~ 3o2' ) 不会自动松脱。 但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化 较大的情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可 能瞬时消失，导致连接失效。
防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。 按工作原理的不同，防松方法分为：
a)
b)
对于普通螺栓连接（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：
fF0 zi KS F
或
K S F F0 fzi
Ks为防滑系数，设计中可取Ks =1.1~1.3。
受转矩的螺栓组连接
采用普通螺栓，是靠连 接预紧后在接合面间产生的 摩擦力矩来抵抗转矩T。
5-3 螺纹连接的预紧
预紧力的定义：
纹连接的预紧
大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之 前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。
预紧的目的：
增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现 缝隙或发生相对移动。 预紧力的确定原则：
预紧力限制
拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的 80%。
第五章 螺纹连接与螺旋传动
§5-1 §5-2 §5-3 §5-4 §5-5 §5-6 §5-7 §5-8 §5-9 螺纹 螺纹连接的类型与标准连接件 螺纹连接的预紧 螺纹连接的防松 螺纹组连接的设计 螺纹连接的强度计算 螺纹连接件的材料与许用应力 提高螺纹连接强度的措施 螺旋传动
5-1 螺
纹
螺纹的类型与特点2
2 1
受倾覆力矩的螺栓组连接
螺纹连接组的设计6
倾覆力矩 M 作用
在连接接合面的一个 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F0。
z
作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即： M
Βιβλιοθήκη Baidu
Fi Fmax
Li Lmax
Fi Li
i 1
由此可以求出最大工作载荷： Fmax
S nP arctan d 2 d 2
5-2 螺纹连接的类型与标准连接件 螺纹连接的基本类型
连接类型与标准件1
螺栓连接 分为普通螺栓连接、铰制孔用螺栓连接 双头螺柱连接
螺钉连接
紧定螺钉连接。它们的特点
其他类型的螺纹连接
标准螺纹连接件
结构形式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用 参见表5-2
采用铰制孔用螺栓，是 靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁 的挤压作用来抵抗转矩T。
F0 fr1 F0 fr2 F0 frz KsT
F0 KST f ri
i 1 z
Fmax Fi rmax ri
Fr T
i 1 i i
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Fmax
Trmax
2 r i i 1 Z
普通螺纹的主要参数
大径d－即螺纹的公称直径。 小径d1－常用于连接的强度计算。 中径d2－常用于连接的几何计算。 螺距P－螺纹相邻两个牙型上对应点间的 轴向距离。 牙型角a－螺纹轴向截面内，螺纹牙型两 侧边的夹角。 升角y－螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线 的平面间的夹角。 线数n－螺纹的螺旋线数目。 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，S=nP。 升角y的计算式为： y arctan
5-3 螺纹连接的预紧
纹连接的预紧
预紧力的控制
利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可采用 测力矩扳手或定力矩扳手，对于重要的螺栓连接，也可以采用测 定螺栓伸长的方法来控制预紧力。 预紧力和预紧力矩之间的关系： T 0.2 F0d
详细推导
注意： 对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小(＜M12)的螺栓。
MLmax
i 1
Li
Z
2
受倾覆力矩的螺栓组连接
底板螺栓组连接的受力过程
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B1 和C1 ，两者作用在底板上的 合力为F。
摩擦锁合连接 如：受横向载荷的紧螺栓连接、过盈连接
材料锁合连接 如：胶接、焊接
连 接
引言
根据可拆性分为： 螺纹连接
可拆连接 连接 过盈连接 不可拆连接 连接类型的选择：
键连接、花键连接、销连接
弹性环连接等 铆接 焊接 粘接
（介于两者之间）
使用要求（如强度、刚度、紧密性等）、经济要求
连接的加工条件和被连接零件的材料、形状及尺寸等因素。
连 接
引言
连接的类型：
为了便于机器的制造安装运输维修以及提高劳动生产率， 机器中广泛使用连接。 机械零件之间的连接分为： 在机器工作时，被连接的零部件间不允许产 机械静连接 ： 生相对运动的连接。 机械动连接：可以有相对运动的连接。例如：运动副 本课程介绍的连接主要是静连接。 根 据工作原理的不同分： 形似锁合连接 如：铰制孔用螺栓连接、平键连接
螺栓组连接的受力分析
目的：根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓 及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。
5-5 螺栓组连接的设计
螺栓组连接的受力分析
受力分析时所作假设： 所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合； 受载后连接接合面仍保持为平面。
受力分析的类型：
摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副防松等见表5-3。
5-5 螺栓组连接的设计
螺纹连接组的设计1
大多数机械中螺栓都是成组使用的。 设计螺栓组连接的步骤： 螺栓组连接的结构设计
目的：合理地确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形 式，力求各螺栓和连接接合面间受力均匀，便于加工和装配。 设计时应该综合考虑的几个问题