第十二讲(2007)

1、1 8 81 1 螺螺 纹纹 8 82 2 螺旋副的受力分析、效率及自螺旋副的受力分析、效率及自 锁锁 8-3 8-3 机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹（自学（自学） 一、矩形螺纹二、非矩形螺纹 一、螺纹的形成及类型 二、螺纹的主要参数 2 第十二讲第十二讲 内容提要（8 联接） 8 84 4 螺纹联接的基本类型及和标准螺纹联接件螺纹联接的基本类型及和标准螺纹联接件 8 85 5 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 8 86 6 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算 一、螺栓的失效形式与计算准则一、螺栓的失效形式与计算准则 二、单个螺栓的强度计算二、单个螺栓的强度计算 松联接松联接 紧联

2、接紧联接 1 1）仅受预紧力的紧螺栓联接）仅受预紧力的紧螺栓联接 2 2）承受横向工作载荷的紧螺栓联接）承受横向工作载荷的紧螺栓联接 普通螺栓联接普通螺栓联接 铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接 3 3）受预紧力又受轴向工作载荷的紧螺栓）受预紧力又受轴向工作载荷的紧螺栓联接联接 3 学习提示：学习提示： 1、了解机械联接的一般形式和应用、了解机械联接的一般形式和应用 2、熟悉螺纹联接常用的防松方法及装置、熟悉螺纹联接常用的防松方法及装置 3、能对、能对及及进行受力分进行受力分 析及强度计算析及强度计算 4、重点为紧螺栓联接单个螺栓的强度计算、重点为紧螺栓联接单个螺栓的强度计算 4 84 84 螺纹联

3、接的类型及标准螺纹联接件螺纹联接的类型及标准螺纹联接件 一、螺纹联接主要类型一、螺纹联接主要类型 1 1、螺栓联接、螺栓联接 a) a) 普通螺栓联接普通螺栓联接被联接件不太厚，通孔不带螺纹，被联接件不太厚，通孔不带螺纹，加工加工 精度低，精度低，螺杆带钉头，螺杆穿过通孔螺杆带钉头，螺杆穿过通孔 与螺母配合使用。装配后孔与杆间有与螺母配合使用。装配后孔与杆间有 间隙，并在工作中不许消失，结构简间隙，并在工作中不许消失，结构简 单，装拆方便，可多次装拆，应用较单，装拆方便，可多次装拆，应用较 广广。 b) b) 铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接装配后无间隙，主要承受装配后无间隙，主要承受 横向载荷，

4、也可作定位用，采用基横向载荷，也可作定位用，采用基 孔制过度配合，加工精度高孔制过度配合，加工精度高 d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) d l1 d0 a (a)(b) 5 2 2、双头螺柱联接、双头螺柱联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时 一端旋入被联接件，另一端配以螺母。一端旋入被联接件，另一端配以螺母。 适于常拆卸而被联接件之一较厚，加工适于常拆卸而被

5、联接件之一较厚，加工 螺纹孔。折装时只需拧下螺母，而不必螺纹孔。折装时只需拧下螺母，而不必 将双头螺柱从被联接件中拧出。将双头螺柱从被联接件中拧出。 3 3、螺钉联接、螺钉联接适于被联接件之一较适于被联接件之一较 厚，加工螺纹孔，不需经厚，加工螺纹孔，不需经 常装拆，一端有螺钉头，常装拆，一端有螺钉头， 不需螺母，适于受载较小不需螺母，适于受载较小 情况，结构简单。情况，结构简单。 (b)(a) d H l2 d l3H l2 l1 (b)(a) d H l2 d l3H l2 l1 (b)(a) d H l2 d l3H l2 l1 (b)(a) d H l2 d l3H l2 l1 6 特

6、殊结构联接：地脚螺栓联接特殊结构联接：地脚螺栓联接 , , 吊环螺钉联接吊环螺钉联接 4 4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接拧入后，利用螺钉末端顶住另一零件表面拧入后，利用螺钉末端顶住另一零件表面 或旋入零件相应的缺口中，以固定零件的或旋入零件相应的缺口中，以固定零件的 相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。 (a)(b) (a)(b) (a)(b) (a)(b) 7 二、螺纹联接件二、螺纹联接件 2 2）双头螺柱）双头螺柱两端带螺纹两端带螺纹 A A型型有退刀槽有退刀槽 B B型型无退刀槽无退刀槽 1 1）螺栓）螺栓 普通螺栓普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角

7、六角头，小六角头，标准六角 头，大六角头头，大六角头, , 内六角内六角 铰制孔螺栓铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺纹部分直径较小 r da ds kls kl lg d 1530 辗制末端 e s r da ds kls kl lg d 1530 辗制末端 e s bml b XX ds d 倒角端 倒角端 辗制末端 辗制末端 ds d bml b XX A型 B型 bml b XX ds d 倒角端 倒角端 辗制末端 辗制末端 ds d bml b XX A型 B型 8 4 4）紧定螺钉）紧定螺钉 锥锥 端端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 平平 端端接触面积大

8、、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大 的平面，适于经常拆卸的平面，适于经常拆卸 圆柱端圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置 轻材料和金属薄板轻材料和金属薄板 3 3）螺钉）螺钉 与螺栓区别与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗，螺钉头不同要求螺纹部分直径较粗，螺钉头不同 n bX dk t l d R n bX dk t l d R l t n d 90 R l t n d 90 R 9 6 6）螺母）螺母 六角螺母：标准，薄六角螺母：标准，薄 5 5）自攻螺钉）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹由螺钉攻出螺纹 e ms

9、d 3015 e ms d 3015 e ms d 3015 e ms d 3015 圆螺母圆螺母+ +止退垫圈止退垫圈带有缺带有缺 口，应用时带翅垫圈内舌嵌口，应用时带翅垫圈内舌嵌 入轴槽中，外舌嵌入圆螺母入轴槽中，外舌嵌入圆螺母 的槽内，螺母即被锁紧的槽内，螺母即被锁紧 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30

10、30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 10 7 7）垫圈）垫圈 特大、大、中、小。平垫圈特大、大、中、小。平垫圈A A、C C级级 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 根据国家标准：根据国家标准： 螺纹联接件分为螺纹联接件分为A、

11、B、C三个等级，精度依次降低，常用三个等级，精度依次降低，常用C 级级 11 8 85 5 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 1、预紧力预紧力 由于拧紧，使螺栓和被联接件 间产生的轴向力 0 Q 0 Q 一、预紧（预先拧紧）一、预紧（预先拧紧） 预紧预紧目的目的：增强连接可靠性、紧密性、防止出现缝隙和相对滑移，：增强连接可靠性、紧密性、防止出现缝隙和相对滑移， 提高联接强度提高联接强度 预紧过紧预紧过紧拧紧力拧紧力Q Q0 0过大，过大， 螺杆静载荷增大、降低本身强度螺杆静载荷增大、降低本身强度 预紧预紧过松过松拧紧力拧紧力Q Q0 0过小，过小， 工作不可靠工作不可靠 控制控制: :

12、预紧应力不超过屈服极限预紧应力不超过屈服极限 的的80%80%，一般，一般50%-70%50%-70% 测力矩扳手和定力矩扳手测力矩扳手和定力矩扳手 12 预紧力预紧力Q QP P的控制：的控制： 测力矩板手测力矩板手测出预紧力矩，如左图测出预紧力矩，如左图 定力矩板手定力矩板手达到固定的拧紧力矩达到固定的拧紧力矩T T时，弹簧时，弹簧 受压将自动打滑，如右图受压将自动打滑，如右图 测量预紧前后螺栓伸长量测量预紧前后螺栓伸长量精度较高精度较高 12 图4-12 测力矩扳手 1234 12 图4-12 测力矩扳手 1234 12 图4-12 测力矩扳手 1234 12 图4-12 测力矩扳手 1

13、234 拧紧力矩：拧紧力矩：T=F(拧紧力拧紧力)L 扳手柄与扳手头之间通过槽扳手柄与扳手头之间通过槽-球装球装 置卡住，球通过弹簧压紧，压紧置卡住，球通过弹簧压紧，压紧 力可通过改变压紧长度调节。力力可通过改变压紧长度调节。力 矩超过设定值时，球体力平衡被矩超过设定值时，球体力平衡被 破坏，脱出卡槽，造成打滑破坏，脱出卡槽，造成打滑。 13 T T1 1 螺旋副的摩擦阻力矩 螺旋副的摩擦阻力矩 T T2 2 螺母支撑面上的螺母支撑面上的摩擦阻力矩摩擦阻力矩 )tan( 2 2 01 d QT fc rQfT 02 拧紧力矩: T=T1 + T2= 0.2Q0d 2、拧紧力矩拧紧力矩T=T1

14、+ T2 c f螺母与被连接件间的摩擦系数，螺母与被连接件间的摩擦系数，0.150.15 f r 支撑面摩擦半径支撑面摩擦半径 4 0o f dD r 0 d 0 D螺栓孔外径螺栓孔外径 螺母环形支撑面外径螺母环形支撑面外径 14 1 1、防松目的、防松目的 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成 摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零， 从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失 效。因此，必须

15、进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。 2 2、防松原理、防松原理 消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运 动的难度。动的难度。 3 3、防松办法及措施、防松办法及措施 上螺母 螺 栓 下螺母 上螺母 螺 栓 下螺母1 1）摩擦防松）摩擦防松 双螺母、弹簧垫圈、尼双螺母、弹簧垫圈、尼 龙垫圈、自锁螺母等龙垫圈、自锁螺母等 二、防松 15 弹簧垫圈弹簧垫圈 自锁螺母自锁螺母螺母一端做成非圆螺母一端做成非圆 形收口或开峰后径面收口，螺母拧形收口或开峰后径面收口，螺母拧 紧后收口涨开，利

16、用收口的弹力使紧后收口涨开，利用收口的弹力使 旋合螺纹间压紧旋合螺纹间压紧 2 2）机械防松：）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用 带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等 16 3 3）永久防松：端铆、冲点、点焊）永久防松：端铆、冲点、点焊 4 4）化学防松）化学防松粘合粘合 (a)正确 (b)不正确 (a)正确 (b)不正确 开槽螺母开槽螺母 与开口销与开口销 圆螺母圆螺母 与止动垫圈与止动垫圈 串联钢丝串联钢丝 (a)正确 (b)不正确 17 针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方

17、针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方 法，则失效形式是设计计算依据和出发点。法，则失效形式是设计计算依据和出发点。 1 1、失效形式和原因、失效形式和原因 受拉螺栓受拉螺栓螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂 受剪螺栓受剪螺栓螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断 b b）失效原因：应力集中）失效原因：应力集中 a a）失效形式）失效形式 受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度 受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压

18、强度和剪切强度 应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程 2 2、设计计算准则与思路、设计计算准则与思路 86 86 单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算 18 、松螺栓联接、松螺栓联接 F 如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无Q Q0 0， 只有工作载荷只有工作载荷F F起拉伸作用起拉伸作用 强度条件为：强度条件为： 4 2 1 d F 4 1 F d 验算用验算用 设计用设计用 d d1 1螺杆危险截面直径（螺杆危险截面直径（mmmm） 许用应力许用应力 (MPa(MPa) ) S S / s s材料屈服极限材料屈服极限MpaMp

19、a表表5-105-10 S S安全系数，安全系数，S=1.2S=1.21.71.7 19 二、紧螺栓联接二、紧螺栓联接 1.1.工作前有且仅预紧力工作前有且仅预紧力Q Q0 0 工作前拧紧，在拧紧力矩工作前拧紧，在拧紧力矩T T作用下：作用下： 预紧力预紧力Q Q0 0产生拉伸应力产生拉伸应力 螺纹摩擦力矩螺纹摩擦力矩T T1 1产生剪应力产生剪应力 复合应力状态复合应力状态: : 2 1 0 4 1 d Q )5 .0(48.0 4 48.04610 4 2 )( 16 1 )( 2 2 1 0 2 1 0 1 2 3 1 2 0 1 或当 d Q MM d Q d d tg d tg d

20、Q W T T 接第四强度理论接第四强度理论：当量应力当量应力3 . 13 22 e 强度条件为：强度条件为： 4 3 . 1 2 1 0 d Q e 20 4 3 . 1 2 1 0 d Q e 式中：式中：Q Q0 0 预紧力（预紧力（N N） T T1 1 螺纹摩擦力矩，螺纹摩擦力矩，N.mmN.mm 1.3 1.3系数，将外载荷提高系数，将外载荷提高30%30%，以考虑螺纹力矩，以考虑螺纹力矩 对螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应对螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应 力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算 手续，故又称简化计算法手续，故又称简化计算法 21 2