机械设计螺栓连接PPT学习教案

1、会计学1 机械设计螺栓连接机械设计螺栓连接 3. . 按拆开时是否损坏零件分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、铆接等。 第1页/共26页 二、螺纹基本知识二、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. 螺纹的主要参数螺纹的主要参数 5) ) 升角 第2页/共26页 连接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。连接螺纹：一般

2、为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。 三角形螺纹三角形螺纹 2. 螺纹的类型螺纹的类型 第3页/共26页 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 1. 螺栓连接螺栓连接 装拆方便，成本低，打通孔，应用最广。装拆方便，成本低，打通孔，应用最广。 铰制孔螺栓铰制孔螺栓 普通螺栓普通螺栓 一、螺纹连接主要类型一、螺纹连接主要类型 F F 第4页/共26页 2. 双头螺柱连接双头螺柱连接 螺柱不用拆下，用于螺柱不用拆下，用于被连接件之一较厚被连接件之一较厚（盲孔）（盲孔）或材料较软，且经常拆装的场合。或材料较软，且经常拆装的场合。 3. 螺钉连接螺钉连接 无螺母，结构紧凑，经常拆装

3、时，容易损伤螺纹孔。多用于受力不大或无螺母，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。无需经常拆装的场合。 第5页/共26页 4. . 紧定螺钉连接紧定螺钉连接 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，并可两个零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩。传递不大的力或力矩。 第6页/共26页 二、螺纹连接件的材料性能等级二、螺纹连接件的材料性能等级 螺栓（钉、柱）的力学性能等级螺栓（钉、柱）的力学性能等级( (GB/T3098.1-2000, 3098.2-2000) ) 性能性能 等级等级 3.

4、6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.810.912.9 抗拉抗拉 强度强度 b/ /MPa 300 400 400 500 600 800 90010001200 屈服屈服 强度强度 s/ /MPa 180 240 320 300 400 480 640 7209001080 第7页/共26页 2-3 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 一、预紧一、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、防松二、防松 实质是防止螺纹副发生相对转动。实质是防止螺纹副发生相对转动。怎么会发生松动？怎么会发生松动？ 防松的方法：防松的方法： 摩擦摩擦

5、 机械机械 破坏破坏 见表见表5-3 第8页/共26页 2-4 螺栓连接的强度计算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、松连接一、松连接（不受预紧力不受预紧力） MPa mmd NF d F ，螺螺栓栓材材料料的的许许用用拉拉应应力力 螺螺纹纹小小径径， 轴轴向向工工作作载载荷荷，式式中中： 4 1 2 1 F 第9页/共26页 二、紧连接二、紧连接（受预紧力受预紧力） （1）承受）承受横向工作载荷横向工作载荷的的普通螺栓连接普通螺栓连接 2 1 0 2 1 0 2 .

6、5 4 3 . 1 d F d F 失效形式：接合面发生滑移失效形式：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于横向静载荷。导致接合面所产生的摩擦力应大于或等于横向静载荷。 问：公式中的系数问：公式中的系数1.3是何用意？是何用意？ 强度条件：强度条件： 第10页/共26页 上式中：上式中：F0 单个螺栓的轴向预紧力，单个螺栓的轴向预紧力，N F0 KSF/ /fZi 计算时取计算时取 F0 = KSF / /fZi KS 可靠系数可靠系数( (防滑系数防滑系数) )，1.11.3 F 横向静载荷，横向静载荷，N Z

7、 螺栓数目螺栓数目 i 接合面数接合面数 f 接合面摩擦系数接合面摩擦系数 2 1 0 2 1 0 2.5 4 3.1 d F d F 1.3系数将系数将提高提高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。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。 第11页/共26页 某普通螺栓组连接，已知横向静载荷某普通螺栓组连接，已知横向静载荷F=30kN，结合面摩擦系数，结合面摩擦系数f =0.15，结合面数，结合面数i =1，可靠系数，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

8、等级，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。，试确定螺栓规格。 N fZi FK F s 40000 1615. 0 300002 . 1 0 解解：单个螺栓预紧力单个螺栓预紧力F0 由于不控制预紧力，采用估计法确定安全系数由于不控制预紧力，采用估计法确定安全系数S， 由表由表5-10 1. 选选M24，S = 3.14( (插值计算插值计算 ) ) mm F d495.25 14. 3 320 400002 . 5 4 1 3 . 1 0 1 = s/ /S = 320/ /3.14 MPa M24的的d1=20.752mm，估计偏小，不适用，估计偏小，

9、不适用 。 第12页/共26页 2. 选选M30，S = 2.5 = s/ /S = 320/ /2.5 =128 MPa mm F d749.22 128 400002 . 5 4 1 3 . 1 0 1 第13页/共26页 （2）受预紧力）受预紧力F0和轴向工作载荷和轴向工作载荷F 的紧螺栓连接的紧螺栓连接 松弛松弛 状态状态 F0F0 F0F0 m b 预紧状态预紧状态 FF 工作状态工作状态 F是是 工作工作 拉力拉力 F1F1 F1F1 m b 变形受力过程： 无变形无变形 F0 + +F 变形协调条件： b= = m = = m b b+ + b m- - m 第14页/共26页

10、各力定义要明确各力定义要明确 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. 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。 第18页/共26页 强度条件：强度条件： 2 1 2 2 1 2 2 . 5 4 3 . 1 d F d F 螺栓的相对刚度系数螺栓的相对刚度系数 垫片类型垫片类型 金属垫片或无垫片金属垫片或无垫片 皮革皮革 铜皮石棉铜皮石棉 橡胶橡胶 0.20.3 0.7 0.8 0.9 Cb +Cm Cb 第19页/共26页 解：解：（1 1） N F CC C FF mb

11、b 15001000 2 1 1000 02 N F CC C FF mb m 5001000 2 1 1000 01 第20页/共26页 （2）要求要求F10 NFF F CC C F mb m 20002 0 0 0 第21页/共26页 第22页/共26页 解：（解：（1） 预紧力预紧力F0=30000N （2）工作拉力）工作拉力F =35000- -20000 =15000N （3）校核）校核 MPa d F 4 .84 211.26 4 350003 . 1 4 1 3 . 1 22 1 2 螺栓连接强度足够螺栓连接强度足够。 ( 4 ) 被连接件变形为被连接件变形为0时，容器则漏气，由图可知时，容器则漏气，由图可知 F2 = 45000N 第23页/共26页 2-5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 1. 接合面几何形状力求简单（矩、圆、三角），且螺栓组的对称中心 与接合面形心重合，接合面受力