机械原理与机械设计第十四章螺纹连接演示文稿

π d12
16
仅受预紧力的螺栓联 接
单个螺栓连接的强度计算
按第四强度理论计算当量应力，则
e 2 3 2 2 3 (0.5 )2 1.3
强度条件为：
e
1.3F
d12 4
设计式为：
d1
4 1.3F
——验算用
——设计用。 查手册，选螺栓
当s＝0.15、m＝1、K＝1.2时，则F ＝8Fs。
受拉螺栓连接的强度计算 铰制孔螺栓（受剪螺栓）连接的强度计算 螺纹连接件的许用应力
单个螺栓连接的强度计算
本节以螺栓联接为代表，讨论强度计算问题，其§方5-3 单法个螺栓和联接的强度 结论也适用于其他形式的螺纹联接。 螺栓联接强度计算的目的是：确定防止失效所需的螺栓直径。
联接的强度计算内容，根据其可能的失效形式而定。
拧紧目的：提高螺栓联接刚
性、紧密性、紧固性要求；以 及防松
拧紧力矩和预紧力
拧紧力矩T
螺纹间摩擦力矩
T1
F
d2 2
tg(
)
支承面处与螺母间摩擦力矩 T2 = fc F/ rf
T T1 T2 0.2Fd
螺纹连接
F/—预紧力;d2—螺纹中径; /—当量摩擦角 ;
式中
fc—螺母与被联接件支承面间摩擦系数,无润滑时 取fc＝0.15；
牙上对应点间的轴向距离。
线数 n －螺纹的螺旋线数目。 导程 S －沿螺纹上同一条螺旋线
螺纹升角－螺旋线的切线与
垂直于螺纹轴线的平面间的夹 角。
转一周所移动的轴向距离，S = nP。
螺纹旋向分左旋和右旋，常用右旋螺纹
tan S nP
πd2 πd2
螺纹
常用螺纹
按轴向剖面形状
（螺纹的牙型）
三角形螺纹：常用于连接， 梯形螺纹： 常用于传动 锯齿形螺纹：常用于传动，单向受载
螺纹连接
螺纹连接的防松
螺纹连接
1、螺纹联接多采用单线普通螺纹，一般都具有自锁性；
2、在静载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松 脱。但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时，
3、联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须 考虑放松问题。
防松方法： 摩擦防松 机械防松 永久止动
§14.３ 单个螺栓连接的强度计算
可见，要想传递一定的外载荷，需在螺 栓上施加8倍于外载荷的预紧力，这将 导致螺栓与连接的结构尺寸过大。
为避免上述缺点可采用减载装置，如减 载销、减载套等，或采用铰制孔用螺栓 连接。
减载装置
a) 减载销
b) 减载套
二、受轴向工作载荷的受拉螺栓连接
1. 受力分析
如图所示的气缸盖上的联接
F
即属此种类型。
使用测力矩扳手 测力矩扳手原理：利用弹性件 的变形量正比于拧紧力矩的原理， 借助手柄上的指针指示刻度扳上 拧紧力矩值,以控制F’。
使用定力矩扳手 定力矩扳手原理：当拧紧力矩 超过规定值时，弹簧压缩，卡盘 与圆柱销之间打滑，如果继续转 动手柄，卡盘不再回转，拧紧力 矩的大小可用螺钉调整弹簧压力 来加以控制。
按螺旋线数目分 单头螺纹： 常用于连接， 多头螺纹： 常用于传动
左旋
按螺旋线绕行方向分 右旋（常用）
左旋
右旋
§14.２ 螺纹连接
螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料及精度 螺纹连接的预紧及其控制 螺纹连接的防松
螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料和精度
一、螺纹连接的类型
螺纹连接
1. 螺栓联接
螺纹联接的受载形式基本分为： 轴向载荷（沿轴线方向）： 采用受拉螺栓 横向载荷（⊥轴线方向）： 可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。
下面按螺栓类型和受载形式的不同，分别讨论其强度计算方 法。
单个螺栓连接的强度计算
受拉螺栓连接的强度计算 受拉螺栓的强度
受拉螺栓的失效形式主要是：
螺纹部分的塑性变形。 螺杆的疲劳断裂。
rf—支承面摩擦半径rf≈(D1+d0)/4 ；
D1Biblioteka Baidud0—螺母支承面的外径、内径。
简化计算：对M10－M68的粗牙普通螺纹 取 f /=tg / =0.15 ， fc＝0.15 得：T≈0.2F/d N.mm
注意：对于重要的联接，尽可能不采用 直径过小(＜M12)的螺栓。
螺纹连接
控制拧紧力矩方法 1）拧紧程度——通常由经验控制 2）重要联接——根据联接要求决定 按T计算式 计算出T的值 。在拧紧时用侧力矩扳手或定力矩 扳手控制T
虽然，这种螺栓是在受预紧力F′
的基础上，又受工作拉力F 。但 是，螺栓的总拉力
F0FF
？
单个螺栓连接的强度计算
承受轴向载荷的紧螺栓联接
Dp D
承受轴向载荷的紧螺栓2
F″－剩余预紧力
F0 F
F
螺栓的总拉力为
F0 F F
单个螺栓连接的强度计算
b
F
m
F a
F
F
F
F0
F
F
预紧时
螺栓： F b
螺钉、螺母、垫圈 标准化
按公差等级分成A、B、C三级。 A级的公差等级最高,C级公差 等级较低
螺栓、螺母、螺钉和双头螺柱 的常用材料有Q215、Q235、 35和45钢。
螺纹连接
螺纹联接件实物
螺纹连接的预紧及其控制
一、螺纹连接的类型
1. 螺栓联接
螺纹连接
螺纹连接的预紧及其控制
螺纹连接
预紧： 安装时将螺母拧紧，使联接受到一定的预紧力 。F
一、受横向工作载荷的受拉螺栓连接
1）仅受预紧力 F′的紧螺栓联接
msFKFs
Fs为横向工作载荷；s为被连接件结合 面间的摩擦因数，m为结合面个数；K为
可靠性因子，通常K＝1.1～1.3
F′引起的拉应力：
F
4
d12
拧紧力矩 M 引起的切应力
经分析推导可知： 0.5
T1
Ftan( ) d2
2
WT
机械原理与机械设计第十四章螺纹连接演示文稿
§14.1 螺纹
螺纹的主要参数 常用螺纹
螺纹的主要参数 大径d －是螺纹的公称直径。
螺纹
§5-1 螺纹
小径d1－常用于强度计算。 中径d2－常用于几何计算。 牙型角a－在轴向截面内，
螺纹牙型两侧边的夹角。
牙型高度h－牙顶和牙底
间垂直于轴线的距离
螺距P －中径线上，相邻两螺纹
2. 双头螺柱联接
工作原理： 螺栓受拉力，承 受外载
应用： 被联接件较厚， 且常拆卸处
螺纹连接
3. 螺钉联接
工作原理： 螺栓受拉承受外载
应用： 一被联件较厚， 但不常拆卸处
螺纹连接
4. 紧定螺钉联接
工作原理：
靠Fu承受外载
应用： 薄壁件联接
螺纹连接
二、螺纹紧固件
螺栓、螺钉、双头螺柱、螺 母、垫圈、 防松零件等
被联接件： Fm
F
F0
受工作载荷后
F 0 (b ) F (m )
单个螺栓连接的强度计算
可用载荷变形图分析各力之间承受的轴向载关荷的紧系螺栓。3