第十章 机械连接

2.紧螺栓联接
只受预紧力紧螺栓联接 螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应力状态。
螺栓危险界面上的拉伸应力为
F0
d12
4
螺栓危险界面上的扭转剪切应力为
T1
d13
F0 tan(l v ) d2 / 2 d13
(10-5a)
T
F
d2 2
Fa
tan( ) d2
2
(10-5b)
匀速下降: Ｆ＝Fa·tan(φ－ρ ′)
(10-6a)
T
F
d2 2
Fa
tan( ) d2
2
(10-6b)
自锁条件： φ ≤ρ′
(10-7)
α (β )↑ ρ′ ↑ →
自锁性↑
φ ↑ → 自锁性↓
α
要自锁好→ α (β ) ↑ , φ ↓(单头)
FRBaidu NhomakorabeaFn ρ
φ
Ff
F Fa
FR φ+ρ Fa F
→加载Ｆa(轴向力,自重,阻力) →法向反力Fn(⊥斜面)
→施加水平推力Ｆ →摩擦阻力: f·Fn=Ff
→合反力FR ∵(滑块) 合力＝０
FR与Fn夹角→摩擦角ρ: tanρ＝ f ＝ Ff /Ｆn
∴ＦR与Ｆa 夹角＝φ＋ρ
∴Ｆ＝Ｆa·tan(φ ＋ρ)
Ｆ0 被联接件→轴向压力
→Ｔ＝Ｔ1＋Ｔ2
T可由测力矩扳手测定!
(一)拧紧力矩T
螺纹阻力矩 T1 :
Ｔ1＝F d2/2＝Fa tan(φ ＋ρ’) d2 /2
螺母支持面上的摩擦阻力矩T2
T2＝ fc·Fa ·r f
(10-10)
对于M10-M68粗牙螺纹 T＝T1＋T2≈0.2Fad N·mm
控制、不严格控制Ｆa(少－测力矩板手；多－风板机)
过大，制造困难
max 25
要自锁好→α↑ φ ↓(单) ;要效率→α↓φ↑(多)
§10-3 机械制造常用螺纹及标准
螺
联接(可靠) →
ρ′↑ →α↑ φ ↓ →单线ｎ=1
旋 →要自锁
副 传动→ ρ′↓→α↓ 效率高 φ ↑→多线ｎ＞１
1.三角形／普通螺纹(M) →α＝60°, β=30°
螺纹
→紧固→联接(单线、α大)(粗,细)
FR φ－ρ
Fa F
(10-3b)
Ｆ＜０→ 作用力Ｆ与假设力的方向相反→推力 →无论Ｆa多大，滑块不会自动下滑→自锁
自锁条件： Ｆ≤０ → φ ≤ ρ
二．非矩形螺纹
→将ρ→ρ′ (当量摩擦角)
tanρ′＝f / cos β = f ′ (10-4) (当量摩擦系数)
匀速上升: Ｆ＝Ｆa·tan(φ＋ρ′)
S np
tan np d2
d2
S (n p)
(10－1)
牙型:
60 ° 普通 α =60 ° β＝30°
矩形 α =0 ° β＝0°
30 ° 梯形
α =30 ° β＝15°
锯齿形
3° 30 ° β工＝3°, β非＝30°
牙 α =60 ° 非
型 α =30 ° α =33 °
矩 形
α =0 ° → 矩形
§10-1 螺纹参数
(一)螺纹的形成：
螺纹分为内螺纹和外螺纹，二者共同组成螺纹副用于 联接和传动。
左旋螺纹和右旋螺纹
单线螺纹和多线螺纹 螺纹的牙型
三角形 矩形 梯形 锯齿形
主要用于联接 多用于传动
(二)螺纹参数：
大经d 小径d1 中经d2 螺距P 导程S 升角l 牙型角a、牙型斜角b
§10-1 螺纹参数
（二）螺纹联接的防松
螺纹联接放松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运 动。
常用的防松方法: （关键→阻止螺旋副相对转动）
摩擦防松
•弹簧垫圈
机械防松:
•开口销
其他防松
•对顶螺母 •带翅垫片
•尼龙圈锁紧螺母 •止动垫片
例题102
§10-6螺栓连接的强度计算
单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。
根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受 拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。
第十章 连接
前 言:
机械零件 → 构件(运动单元) → 机构 → 机器
(制造单元) 静联接
动联接 零件 联接
联接 被联接件 联接件
联接 机械静联接→ 可拆联接 →螺纹、键、销
分类
不可拆联接→焊、粘、铆
机械动联接→运动副
螺 内螺纹 纹 外螺纹
螺旋副→ 螺纹联接(静联接→构件) 螺旋传动(动联接→机构)
设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应 部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。
螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标 准选定螺纹的公称直径（大经）d等。
1.松螺栓联接 强度条件：
F A
F
d12
[ ]
4
d1
4F
[ ]
式中[s]为松联接螺栓的许用拉 应力（MPa）,查表
d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。
§10-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁
内螺纹 外螺纹
→螺旋副
联接 传动
相对运动→拧 顶紧 起、 重加 物载、
→在轴向载荷下相对运动图(10－4,a) →滑块(重物)在斜面运动
→将螺旋线沿中径展开
F Fa
d2
S (n p)
一．矩形螺纹 : (α = )0
图(10－4,b)
分析: 1.当匀速上升:
一．螺纹联接基本类型
1.螺栓联接
2.双头螺柱联接
3. 螺钉联接
4. 紧定螺钉联接
二．螺纹紧固件
1.螺栓、螺 柱、螺钉联 接件
2.紧定螺钉、 螺母
3.垫圈
§10-5螺纹联接的预紧和防松 P.139
(一)拧紧力矩T 目的：→防止松动→提高可靠、强度、紧密性 T 的大小: 拧紧时→ 锁紧力 螺栓→轴向拉力
(联接) ＼管螺纹 →α＝60°、55°→紧密
§10-3 机械制造常用螺纹及标准
2.传动螺纹 →效率高 →α小、 φ大 →多线 梯形螺纹 Tr →α＝30°, β＝15° 锯齿形螺纹S →β工＝3°,β非＝30° 矩形螺纹 →α＝０ °
表10-1、10-2、10-3
例10-1
§10-4螺纹联接基本类型及螺纹联接件
β
三.效率:
当匀速上升: η
S
η＝有效功／输入功 ＝Ｆa·Ｓ／（Ｆπｄ2）
45d2 / 2 φ
＝Ｆa·πｄ2 tan φ/[Ｆa·tan(φ＋ρ′)πｄ2]
tan
tan( )
(10-8)
ρ′－当量摩擦角 , φ－升角
要效率高→ φ ↑, ρ′↓
→ α ↓, φ ↑(多头)
/ \
45 / 2 max
(10－2a)
作用在螺旋副上的驱动力矩：
T
F
d2 2
Fa
tan( ) d2
2
(10-2b)
2. 当匀速下降 :图(10－4,c) →施加水平支持力Ｆ
FnFR Ff
(匀速下滑)
ρ
F Fa
F Fa tan( ) φ
T
F
d2 2
Fa
tan( ) d2
2
当Ｆ＝０→ 滑块在斜面运动状态不变