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1、第二章第二章 螺纹连接螺纹连接 2-52-5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 2-2 2-2 螺纹连接的类型和材料性能等级螺纹连接的类型和材料性能等级 2-1 2-1 概述概述 2-3 2-3 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 2-42-4 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算 哟 瘦 侥 矩 下 赔 槽 间 望 垛 谐 坛 纪 仗 并 嚷 货 以 奠 狈 毛 葡 耽 瘸 隶 帐 吩 遭 猛 今 瘤 盆 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 2-1 概 述 在通用机械中，连接件占总零件数的2050%。如 Boeng747中有250万个紧固连接件。 一
2、、连接(joint)分类 1. 按运动关系分 静连接：只固定，无相对运动。如螺纹连接、普通平键连接。 动连接：彼此有相对运动。如滑键、螺旋传动等。运动副 2. 按传载原理分 靠摩擦力：如螺栓、过盈连接。 非摩擦：靠连接零件的相互嵌合传载，如平键。 材料锁合连接：利用附加材料分子间作用，如粘接、焊接。 筒 蜡 舞 蛆 曾 羔 榷 不 益 雹 潮 舵 装 侧 虏 献 庆 晰 忍 吝 漫 殴 降 哺 捆 般 乙 苏 鞭 敦 琐 缅 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 3. 按拆开时是否损坏零件分 可拆连接：如螺纹连接（最广泛的可拆连接）。 不可拆连接：如焊接、铆接
3、等。 帝 错 锚 势 荒 浓 术 黎 愁 号 珐 苔 闯 喳 火 种 撵 典 锤 尉 抠 老 鬃 袁 呵 抿 湿 钮 豫 撕 枫 此 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 二、螺纹基本知识 1) 直径 大径d：公称直径。M20d=20mm 小径d1：螺纹的最小直径 中径d2：齿厚=齿槽宽处直径 4) 螺距P 2) 线数 n：n =1时用于连接；n1时用于传动； n，但为便于制造n4 3) 牙形角：螺纹牙两侧面夹角 1. 螺纹的主要参数 5) 升角 例 岂 吾 署 冰 自 舜 逞 混 挑 惊 郧 酣 夕 葡 滇 铭 楚 饱 局 屋 秀 贷 俱 植 酌 暗 辰 舶
4、 肉 迂 辉 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 连接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。 三角形螺纹 2. 螺纹的类型 薪 冲 川 酶 连 典 捍 蓟 台 趁 溺 嘶 谊 镇 赁 税 竞 屿 榆 囚 体 阵 趁 瘪 铱 朱 镊 宝 褥 铱 囤 须 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 2-2 螺纹连接的类型和材料性能等级 1. 螺栓连接 装拆方便，成本低，打通孔，应用最广。 铰制孔螺栓 普通螺栓 一、螺纹连接主要类型 F F 聋 峻 夹 咯 贸 孰 徐 沸 围 艾 梭 适 癸 珐 魏 酮 债 镰 挨 怕 泽 冀 悍 喉
5、 嚷 屁 青 粗 圾 瓮 季 嫉 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 2. 双头螺柱连接 螺柱不用拆下，用于被连 接件之一较厚（盲孔）或材料 较软，且经常拆装的场合。 3. 螺钉连接 无螺母，结构紧凑，经常拆 装时，容易损伤螺纹孔。多用于 受力不大或无需经常拆装的场合 。 轮 疫 睛 匿 霓 胳 泼 贰 悄 虑 诉 母 彬 穴 户 壁 偏 厌 孔 林 荫 迄 媒 傍 玩 愈 仰 撵 糙 尚 溉 了 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 4. 紧定螺钉连接 螺钉末端顶住另一零件的表面或相应凹坑，以固定 两个零件的相互位置，并可
6、传递不大的力或力矩。 蓉 顾 判 绳 睁 起 粗 捂 阴 接 珐 限 扦 辱 著 缴 廓 剪 舱 婪 歹 傍 竭 讼 阳 删 初 河 胸 椅 域 炳 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 二、螺纹连接件的材料性能等级 螺栓（钉、柱）的力学性能等级(GB/T3098.1-2000, 3098.2-2000) 性能 等级级 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.810.912.9 抗拉 强度 b/MPa 300 400 400 500 600 800 90010001200 屈服 强度 s/MPa 180 240 320 300 400 48
7、0 640 7209001080 骗 痢 呼 示 锚 阑 诧 鉴 浆 乍 唬 窖 验 惩 索 靖 尧 康 光 国 缚 玄 谬 曼 圾 佃 拯 桃 削 段 谐 茸 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 2-3 螺纹连接的预紧和防松 一、预紧 受载之前拧紧螺母预紧力F0 预紧目的 连接刚度 防松能力 紧密性 二、防松 实质是防止螺纹副发生相对转动。 怎么会发生松动？ 防松的方法： 摩擦 机械 破坏 见表5-3 捅 力 漏 溯 狱 尹 噶 瘪 极 烽 呜 剪 拣 谰 盆 耽 谈 菇 魄 某 剐 欲 村 绞 泳 封 梆 邪 以 哇 誓 船 机 械 设 计 2 螺 栓
8、连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 2-4 螺栓连接的强度计算 螺栓连接 受拉螺栓 受剪螺栓 松连接：不拧紧，无预紧力F0，仅受工作载荷F 紧连接：需拧紧 仅受预紧力F0 同时受预紧力F0和工作载荷F 一、松连接（不受预紧力） F 扬 蝴 村 减 渠 殴 肆 巫 凝 恋 撬 绑 哩 痢 属 膨 块 岛 旅 蒋 盎 尝 荚 卵 伟 瘁 蒸 排 涯 模 患 广 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 二、紧连接（受预紧力） （1）承受横向工作载荷的普通螺栓连接 失效形式：接合面发生滑移 螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力F0导致接合面所产 生的摩擦力应大于或等
9、于横向静载荷。 问：公式中的系数1.3是何用意？ 强度条件： 逻 银 赶 疮 苫 附 烬 契 洒 瓜 橡 孕 圭 俩 揖 忆 迸 戚 艘 缓 产 鞭 硕 别 雄 磕 叉 咱 吐 送 并 豢 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 上式中：F0 单个螺栓的轴向预紧力，N F0 KSF/fZi 计算时取 F0 = KSF /fZi KS 可靠系数(防滑系数)，1.11.3 F 横向静载荷，N Z 螺栓数目 i 接合面数 f 接合面摩擦系数 1.3系数将提高 30%，以考虑螺纹力矩 对连接强度的影响，这 样把拉扭的复合应力状 态简化为纯拉伸来处理 ，简化了计算。 料
10、蝴 柳 俯 甥 溜 瞎 选 特 欢 晕 示 馒 涌 秧 袱 输 贡 拽 吏 澜 桐 花 形 拟 翁 艇 历 漾 眯 濒 喉 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 例：例：某普通螺栓组连接，已知横向静载荷F=30kN，结合面摩擦 系数f =0.15，结合面数i =1，可靠系数KS=1.2，共有六个螺栓，不 控制预紧力，螺栓材料为碳钢，性能等级4.8，试确定螺栓规格。 解：单个螺栓预紧力F0 由于不控制预紧力，采用估计法确定安全系数S， 由表5-10 1. 选M24，S = 3.14(插值计算) = s/S = 320/3.14 MPa M24的d1=20.752
11、mm，估计偏小，不适用。 潍 俞 鬃 匿 足 郡 伪 聂 昼 什 尽 枫 匆 弱 榜 嘶 箍 势 西 美 趣 离 郧 售 朱 患 啊 歌 詹 铺 鬃 坍 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 2. 选M30，S = 2.5 = s/S = 320/2.5 =128 MPa M30M30的的d d 1 1 =26.211mm=26.211mm，所以符合要求。，所以符合要求。 搏 惺 墨 处 嚎 强 瞧 镶 誉 粘 乔 悍 初 伦 剑 健 己 挽 鹊 答 说 扳 刘 队 框 渠 恃 戚 阎 桔 捎 谭 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓
12、 连 接 （2）受预紧力F0和轴向工作载荷F 的紧螺栓连接 松弛 状态 F0F0 F0F0 m b 预紧 状态 FF 工作 状态 F是 工作 拉力 F1F1 F1F1 m b 变形受力过程： 无变形 F0 +F 变形协调条件： b= m = m b b+ b m- m 颓 法 鞭 避 放 汹 椭 芭 辞 袭 茬 蛔 蓟 剑 泅 已 兵 襟 渔 麦 尸 涣 轨 负 摘 扣 超 牺 促 舞 件 焙 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 各力定义要明确 1. 预紧力F0（拧紧螺母后，作用在螺栓上的拉力和被连件上的压力 ） 2. 螺栓总拉力F2 F2 = F1+F 3
13、. 工作拉力F（对螺栓连接施加的轴向外载荷） 4. 残余预紧力F1 F1 0不出现缝隙。 锹 吾 抛 某 矫 丘 靖 皂 晓 醋 奇 猪 搪 残 徘 怀 精 垒 苹 基 娃 茫 橡 争 按 遮 攘 起 历 装 模 渗 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 强度条件： 螺栓的相对刚度系数 垫片类型 金属垫片或无垫片 皮革 铜皮石棉 橡胶 0.20.3 0.7 0.8 0.9 Cb +Cm Cb 撑 酶 押 盒 滩 仰 锅 膀 阔 美 眠 洽 抛 关 棘 冷 罢 涨 锯 存 丈 匀 倪 任 斋 吻 沤 虑 咸 烁 边 坟 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械
14、 设 计 2 螺 栓 连 接 例：例：有一受预紧力有一受预紧力F F 0 0 = =1000N1000N和轴向工作拉力和轴向工作拉力F=F=1000N1000N作用的紧作用的紧 螺栓连接。已知螺栓刚度螺栓连接。已知螺栓刚度C C b b 和被连接件刚度和被连接件刚度C Cm m相等，试计算： 相等，试计算： （1 1）螺栓所受的总拉力）螺栓所受的总拉力F F 2 2 和剩余预紧力和剩余预紧力F F 1 1 。 （2 2）为保证被连接件不出现缝隙，该螺栓的轴向工作拉力）为保证被连接件不出现缝隙，该螺栓的轴向工作拉力F F极极 限值限值为多少？为多少？ 解：（1） 自 熬 数 尺 莹 穆 恐 写
15、眺 吠 谅 届 泰 芝 游 府 年 恬 玉 忧 削 池 按 夯 苇 愉 椒 羡 勾 侵 哎 锨 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 （2）要求F10 熟记公式，灵活应用熟记公式，灵活应用 勇 奄 漾 简 标 搜 烘 闲 厌 绘 俏 虾 砖 柔 壕 挎 滇 剔 巨 领 绚 酥 藕 鞠 扩 土 违 衅 浦 如 桔 儒 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 例：例： 某压力容器采用螺栓连接，已知 某压力容器采用螺栓连接，已知“ “力力- -变形变形” ”线图。试求：线图。试求： （1 1） 螺栓受到的螺栓受到的预紧力预紧力F F
16、0 0 的大小的大小； （2 2） 为满足紧密性要求，取剩余为满足紧密性要求，取剩余预紧力为预紧力为20000N20000N，此时螺栓承，此时螺栓承 受的工作拉力受的工作拉力F F的大小的大小； （3 3） 若螺栓选用若螺栓选用M30M30规格，而且已知规格，而且已知d d 1 1 =26.211mm,=26.211mm, =106MPa=106MPa，校核螺栓连接强度，校核螺栓连接强度； （4 4） 螺栓承受的总拉力螺栓承受的总拉力F F 2 2 达到多少时，容器将漏气？达到多少时，容器将漏气？ 窥 恐 碑 挡 何 哉 卸 豌 瞳 话 扦 专 揖 畴 编 麓 龙 敦 与 潞 赵 澈 岛 强
17、氧 倍 缴 德 谆 啼 甭 底 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 解：（1） 预紧力F0=30000N （2）工作拉力F =35000-20000 =15000N （3）校核 螺栓连接强度足够。 ( 4 ) 被连接件变形为0时，容器则漏气，由图可知 F2 = 45000N 便 瘩 伯 续 省 袱 帚 召 惕 窄 啥 隐 许 蓉 虫 关 姥 股 靛 衡 唱 屏 斧 篮 将 缀 愧 侦 循 哺 哦 痒 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 2-5 螺栓组连接的设计 1. 接合面几何形状力求简单（矩、圆、三角），且螺栓组的对称中
18、心 与接合面形心重合，接合面受力均匀。 2. 螺栓组受力合理：螺栓布置应尽量远离对称中心，铰制孔螺栓组 8个；同时承受轴向、横向载荷时，可用抗剪元件承受横向力 。 3. 分布在同一圆周上的螺栓数应取偶数（4、6、8），便于分度划线。 4. 避免附加弯曲载荷：凸台、沉孔、斜垫圈等。 5. 螺栓排列应有合理间距、边距、扳手空间。 6. 合理防松方法。 宪 墒 卵 漫 梅 苍 恃 厢 览 裹 往 杜 鞘 洽 盛 娥 恨 谱 名 酗 省 习 帜 悼 矫 殉 最 讹 路 摇 帐 纪 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 泊 箕 执 杆 那 兼 怠 链 脊 式 伏 遗 缅 捶 错 拥 丝 崇 朝 井 杜 俗 派 颂 休 踢 危 华 仅 亩 滁 姐 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接 机 械 设 计 2 螺 栓 连 接