第部分螺纹连接

1、静连接静连接动连接动连接运动副运动副与动力与动力源组合源组合零件零件构件构件机构机构机器机器静连接静连接动连接动连接(运动副运动副)可拆连接：可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接等螺纹连接、键连接、销连接等不可拆连接不可拆连接：铆接、焊接、胶接等：铆接、焊接、胶接等连接连接（一）螺纹的类型和应用（一）螺纹的类型和应用1 螺纹形成螺纹形成 螺旋线形成：螺旋线形成：倾斜线绕在圆柱体上倾斜线绕在圆柱体上形成的曲线形成的曲线 螺纹形成：螺纹形成：平面图形沿螺旋线形成平面图形沿螺旋线形成三角形、矩形、梯形、锯齿形、半圆形螺纹三角形、矩形、梯形、锯齿形、半圆形螺纹 螺旋线的数目螺旋线的数目(线数线数):单线

2、、多线单线、多线 旋向旋向(螺旋线方向螺旋线方向)：常用右旋，特殊要求时用左旋常用右旋，特殊要求时用左旋 问题：问题：旋向判断旋向判断 ？ 粗牙螺纹粗牙螺纹 一般连接一般连接 细牙螺纹细牙螺纹 d1大、强度大、自锁性好，常用于变载大、强度大、自锁性好，常用于变载 d2SP连接连接传动传动 第五章第五章 螺纹连接螺纹连接5-1 螺纹螺纹螺纹旋向判断螺纹旋向判断 旋向旋向(螺旋线方向螺旋线方向)：常用右旋，特殊常用右旋，特殊要求时用左旋要求时用左旋 旋向判断旋向判断:(1)轴线垂直放，右边高轴线垂直放，右边高右旋右旋 左左边高边高左旋左旋 (2)右手右手旋，前进旋，前进右旋右旋 左左手手旋，前进旋

3、，前进左旋左旋 d2 （二）螺纹的主要参数（二）螺纹的主要参数 大径大径d、D：最大直径最大直径公称直径公称直径 小径小径d1：外螺纹的危险剖面直径外螺纹的危险剖面直径 强度直径强度直径 中径中径d2、D2：假想直径，牙型沟槽假想直径，牙型沟槽宽与牙的宽度相等宽与牙的宽度相等 计算直径计算直径 螺距螺距P：相邻两牙轴向距离相邻两牙轴向距离 导程导程S：同一条螺纹线的相邻两牙间同一条螺纹线的相邻两牙间的轴向距离，的轴向距离，S = nP 升角升角 ：螺纹线的切线与其轴线的垂直平面所成的夹角螺纹线的切线与其轴线的垂直平面所成的夹角 牙型角牙型角a a ：螺纹两侧边的夹角螺纹两侧边的夹角d1D, d

4、SP5-2 5-2 螺纹螺纹连接的连接的类型和标准连接件类型和标准连接件1.1.螺栓连接螺栓连接FF装拆方便装拆方便螺栓受拉螺栓受拉FF0F预紧力预紧力普通螺栓连接普通螺栓连接（一）螺纹（一）螺纹连接的基本连接的基本类型类型铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接螺栓受剪切、挤压螺栓受剪切、挤压用于横向载荷大的用于横向载荷大的连接连接FF2. 双头螺柱连接双头螺柱连接用于经常装拆的场合用于经常装拆的场合双头螺柱双头螺柱受拉受拉0F预紧力预紧力FF3. 螺钉连接螺钉连接用于不经常装拆的场合用于不经常装拆的场合螺钉螺钉受拉受拉0F预紧力预紧力FF4.紧定螺钉连接紧定螺钉连接 多用于轴上零件多用于轴上零件的固定

5、，传递较的固定，传递较小的力。小的力。 锥端螺钉连接锥端螺钉连接 平端螺钉连接平端螺钉连接 圆柱端螺钉连接圆柱端螺钉连接其他连接其他连接 地脚螺栓连接、地脚螺栓连接、吊环螺栓连接吊环螺栓连接、 T形槽螺栓连接形槽螺栓连接（二）标准螺纹连接件二）标准螺纹连接件螺栓螺栓 普通螺栓普通螺栓 铰制孔螺栓铰制孔螺栓 双头螺柱双头螺柱 螺钉螺钉 连接螺钉连接螺钉 紧定螺钉、自攻螺钉紧定螺钉、自攻螺钉 螺母螺母：六角螺母、圆螺母：六角螺母、圆螺母 垫圈垫圈：平垫圈、斜垫圈：平垫圈、斜垫圈螺纹连接件通过组合形成螺纹连接螺纹连接件通过组合形成螺纹连接5-3 5-3 螺纹螺纹连连接的接的预紧预紧 目的：目的：防止

6、松动防止松动提高连接的提高连接的可靠性、强度、紧密性。可靠性、强度、紧密性。 螺母拧紧时螺母拧紧时预紧力预紧力F0 拧紧阻力矩拧紧阻力矩 T 的大小：的大小： 螺旋副间的摩擦力矩螺旋副间的摩擦力矩 T1 ： 螺母与支承面间摩擦力矩螺母与支承面间摩擦力矩 T2 ：螺栓螺栓预紧拉力预紧拉力F F0 0被连接件被连接件预紧压力预紧压力F F0 0施加在扳手上的力施加在扳手上的力FTd0.2FTTT021)tan(2dFTv2012020303o0c2dDdDFf31TTF0F0LFTTTT21T1T2控制控制拧紧力矩拧紧力矩的扳手的扳手 定力矩扳手定力矩扳手 测力矩扳手测力矩扳手5-45-4 螺纹连

7、接的防松螺纹连接的防松静载荷：静载荷：r rv(自锁自锁) + 预紧后摩擦力预紧后摩擦力可可以防止松动以防止松动 动载荷：动载荷：摩擦力减小、消失摩擦力减小、消失不可靠不可靠 螺纹连接螺纹连接防松的实质防松的实质在于在于限制限制螺旋副的螺旋副的相对相对转动转动 螺纹连接防松的方法按螺纹连接防松的方法按工作原理工作原理可分为可分为:1 摩擦防松摩擦防松2 机械防松机械防松3 其它：其它：破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）破坏螺纹副关系（铆冲、粘接、焊接）1 摩擦防松摩擦防松 使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终使螺纹接触面间始终保持一定的压力，始终有阻止螺旋副转动的摩擦阻力矩有阻止螺旋副转动的

8、摩擦阻力矩 弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、弹簧垫圈防松、自锁螺母防松、对顶螺母对顶螺母(双螺母双螺母)防松防松 对顶对顶螺母防松螺母防松F0F0F0F1F0+F12 . 机械防松机械防松 用机械装置把螺母和螺栓用机械装置把螺母和螺栓连成一体连成一体，消除了，消除了它们之间相对转动的可能性它们之间相对转动的可能性 开口销、开口销、止动垫圈止动垫圈、串联钢丝串联钢丝防松防松螺栓螺栓开槽螺母开槽螺母开口销开口销装配图装配图止动垫圈止动垫圈防松防松 用机械装置把螺母和螺栓连成一体，用机械装置把螺母和螺栓连成一体，消除消除了它们了它们之间之间相对转动的可能性相对转动的可能性串联钢丝防松串联钢丝防松正确错误

9、 用机械装用机械装置把螺母置把螺母和螺栓和螺栓联联成一体成一体，消除了它消除了它们之间相们之间相对转动的对转动的可能性可能性3 其它：其它：破坏螺纹副关系破坏螺纹副关系 焊接焊接 铆冲铆冲结构设计结构设计1 1、连接、连接接合面接合面的几何形状要有的几何形状要有对称性对称性2 2、螺栓的排列应有合理的、螺栓的排列应有合理的间距和边距间距和边距3 3、分布在圆周上的螺栓、分布在圆周上的螺栓数目应为偶数数目应为偶数4 4、避免附加应力避免附加应力 F凸台与沉孔凸台与沉孔斜面垫圈斜面垫圈 进行螺栓组连接进行螺栓组连接受力分析的目的受力分析的目的是：是：找出找出螺栓组中螺栓组中受力最大受力最大的螺栓及

10、其工作载的螺栓及其工作载荷（即螺栓所受的力）。荷（即螺栓所受的力）。假定：假定：1、同一组螺栓的材料、规格、预紧力等完、同一组螺栓的材料、规格、预紧力等完全相同；全相同；2、螺栓组对称中心与结合面形心重合、螺栓组对称中心与结合面形心重合3、受载后，结合面仍保持为平面（刚体）、受载后，结合面仍保持为平面（刚体）4、螺栓变形在弹性范围内、螺栓变形在弹性范围内符合虎克定符合虎克定律。律。（二（二）螺栓组连接的螺栓组连接的受力分析受力分析1 1、受受横向载荷横向载荷的螺栓组连接的螺栓组连接可以采用可以采用普通螺栓普通螺栓连接或连接或铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓连接连接1）铰制孔）铰制孔用用螺栓连接螺栓连接

11、FFZFF螺栓受剪力螺栓受剪力FF2 2）用）用普通螺栓普通螺栓连接连接FF0F0FfF0FKZifFS0连接的不滑移条件：连接的不滑移条件：fZiFKFS01i 2i 2 2、受受转矩转矩的螺栓组连接的螺栓组连接fF0fF0irT1 1）用）用普通螺栓普通螺栓连接连接TKrfFSiz1i0连接的不滑移条件：连接的不滑移条件：z1iiS0rfTKF2）铰制孔）铰制孔用用螺栓连接螺栓连接iimaxmaxrFrFz1iiiTrFz1i2imaxmaxrTrF受载最大的螺受载最大的螺栓所受剪力栓所受剪力TmaxrmaxFiriF3.3.受受轴向轴向载荷载荷的螺栓组连接的螺栓组连接气缸螺栓连接图气缸螺

12、栓连接图DpFF4ZDpZFF2螺栓工作拉力螺栓工作拉力4、受受倾覆力矩倾覆力矩M的螺栓组连接的螺栓组连接iimaxmaxLFLFz1iiiMLFz1i2imaxmaxLMLF0MiFmaxFmaxLiLAZF0 p0pmaxWMAZF0WMAZF0pmin5-6 5-6 螺纹螺纹强度强度一般设计步骤：一般设计步骤： 螺栓螺栓组受力和失效分析组受力和失效分析找出找出受力最大受力最大的螺栓的螺栓 单个螺栓单个螺栓受力受力分析和分析和失效失效分析分析 单个螺栓单个螺栓强度计算强度计算确定螺栓的确定螺栓的尺寸尺寸（直径、长度）（直径、长度） 螺纹连接包括螺纹连接包括螺栓连接、双头螺柱螺栓连接、双头螺

13、柱连接和连接和螺钉连接螺钉连接等等 仅讨论螺栓（仅讨论螺栓（单个单个）连接的强度计算，其他连接也同）连接的强度计算，其他连接也同样适用。样适用。松松螺栓连接：螺栓连接：无预紧力，只有工作拉力无预紧力，只有工作拉力紧紧螺栓连接：螺栓连接：有预紧力，还有工作拉力有预紧力，还有工作拉力螺栓组连接螺栓组连接螺栓的主要失效形式螺栓的主要失效形式 1. 螺栓杆螺栓杆拉断拉断（普通螺栓）（普通螺栓） 2. 螺杆螺杆压溃和剪断压溃和剪断（铰制孔螺栓）（铰制孔螺栓） 3. 经常装拆因磨损而发生经常装拆因磨损而发生滑扣滑扣（一）（一） 松螺栓松螺栓连接强度计连接强度计算算 受载荷形式受载荷形式轴向拉伸轴向拉伸(工

14、作拉力工作拉力F) 失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断 (静、疲劳静、疲劳) 设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度 强度条件：强度条件： ss 设计计算方法：设计计算方法： 校核式校核式 : 设计式设计式: d4FAF214Fd1F（二）（二）紧螺栓紧螺栓强度强度4dF21016dT31122ca3 4dF1.32101.3系数是考虑系数是考虑拧转剪应力拧转剪应力的影响的影响 4F1.3d011 1、仅承受预紧力仅承受预紧力的的紧螺栓紧螺栓FF0F0F310.5校核式校核式设计式设计式:fFF00.2f 5FF0靠摩擦力靠摩擦力传递横向载荷的传递横向载荷的普通螺栓普通螺栓连连接，在冲

15、击、振动或变载荷下，由于接，在冲击、振动或变载荷下，由于摩擦系数的变动使摩擦系数的变动使连连接接可靠性降低可靠性降低，而且所需螺栓而且所需螺栓直径较大直径较大（例使结合面不（例使结合面不滑移所需产生摩擦力滑移所需产生摩擦力F的预紧力为：的预紧力为：若若因此，常用各种因此，常用各种抗剪零件抗剪零件来承受横来承受横向载荷向载荷。2 2、承受、承受预紧力和工作拉力预紧力和工作拉力的紧螺栓的紧螺栓气缸螺栓连接图气缸螺栓连接图Dp0FF预紧力预紧力0FFFF02螺栓承受的螺栓承受的总拉力总拉力？FFF022F？4ZDpZFF2螺栓工作拉力螺栓工作拉力未拧紧未拧紧0FbmF1F1F已受工已受工作载荷作载荷

16、FFFF12螺栓所受的总拉力螺栓所受的总拉力残残余余预预紧紧力力m0F已拧紧已拧紧, ,未未受工作载荷受工作载荷0F力力变形变形bm力力变形变形0F0F变形变形力力m b 2 2F F1FbmFFCFbmb0bbFtanCCFFmm0mmFtanCFCCCFmbbFCCCFFFFmbb002FCCCFFmbm10相对刚度相对刚度总拉力总拉力mbbCCCFFFCCCFF1mbb022FmbbCCC02FF mbCC FFF022FmbCC 总拉力总拉力与螺栓相对刚度系数与螺栓相对刚度系数有关有关:总拉力约等于预紧力；总拉力约等于预紧力；为了为了减小总拉减小总拉力力1 1）螺栓直径取小，整个结构尺

17、寸小；）螺栓直径取小，整个结构尺寸小； 2 2）螺母下加弹性垫片；）螺母下加弹性垫片；3 3）被连接件间加刚性垫片。）被连接件间加刚性垫片。若若若若总拉力等于预紧力加上工作载荷总拉力等于预紧力加上工作载荷bCmC 4F1.3d21总拉力总拉力FCCCFFmbm10d0.2FT0 Ss静强度计算静强度计算当当工作拉力工作拉力 F 变化变化时，应验算时，应验算疲劳疲劳强强度安全系数。度安全系数。FFFCCCFF1mbb02 4dF1.3212拧紧阻力矩拧紧阻力矩1FFF2F1FF20F力力变形变形m b C4dF210min4dF212max按按 ，判定强度计算方法，判定强度计算方法, ,验算疲劳

18、强度安全系数。验算疲劳强度安全系数。Cminam1KsNM MN20FF FCCC212FFmbb02a21mbb21mbbad2FCCCd4FCCC21当工作载荷在当工作载荷在0与与F之间之间变化时，螺栓所受变化时，螺栓所受的总拉力在的总拉力在螺栓的螺栓的拉力变化幅值拉力变化幅值为：为： 故应满足故应满足应力幅应力幅的强度条件为：的强度条件为： 之间变化之间变化minL0d3、承受、承受工作剪力工作剪力的紧螺栓连接的紧螺栓连接 pmin0pLdF 4dF20 螺纹连接件的材料和许用应力螺纹连接件的材料和许用应力 螺纹连接件的材料：螺纹连接件的材料： 一般一般用途：用途：低碳钢或中碳钢低碳钢或中碳钢 (3545及及Q235Q275) 重要重要连接：连接：合金钢（合金钢（ 40Cr、30CrMnTi ） 国标国标(GB/T 3098.1_2000)规定螺栓按材料的力学性规定螺栓按材料的力学性能分出能分出十个等级十个等级（详见详见8686页及页及表表5-85-8）： 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9 规则：规则：小数点前数字表示小数点前数字表示s sB/100, 小数点后数字表示小数点后数字表示10s sS/s sB 如：如：5.8级：表