机械设计2-螺栓连接

1、2-1 概概 述述 在通用机械中，连接件占总零件数的在通用机械中，连接件占总零件数的2050%。如。如Boeng747中有中有250万个紧固连接件。万个紧固连接件。一、连接一、连接( (joint) )分类分类1. . 按运动关系分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。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

2、拆连接：如焊接、铆接等。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P2) ) 线数 n：n =1时用于连接；n1时用于传动； n，但为便于制造n43) ) 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 连接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。连接螺纹：一般为单线、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

3、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FF2. 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，用于被连被连接件之一较厚接件之一较厚（盲孔）（盲孔）或材料或材料较软，且经常拆装的场合。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，经常拆无螺母，结构紧凑，经常拆装时，容易损伤螺纹孔。多用于装时，容易损伤螺纹孔。多用于受力不大或受力不大或无需经常拆装的场合。无需经常拆装的场合。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

4、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。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3.6 4.6 4.85.65.86.8 8.8 9.810.912.9抗拉抗拉强度强度 b/ /MPa300 400 400 500 600 800 90010001200屈服屈服强度强度 s/ /MPa180 240 320300400480 640 72090010802-3 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预

5、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 机械机械 破坏破坏 见表见表5-32-4 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） MPammdNFdF，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： 4121

6、 F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 2102102 .543 .1dFdF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导致接合面所产导致接合面所产生的摩擦力应大于或等于横向静载荷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：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

7、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 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 2102102.543.1dFdF1.3系数将系数将提高提高30%，以考虑螺纹力矩以考虑螺纹力矩对连接强度的影响，这对连接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，态简化为纯拉伸来处理，简化了计算。简化了计算。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，结合面摩擦系数系数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

8、螺栓，共有六个螺栓，不控制预紧力，螺栓材料为碳钢，性能等级不控制预紧力，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。NfZiFKFs400001615. 0300002 . 10 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) ) mmFd495.2514. 3320400002 . 5413 . 101 = 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。2. 选选M30，S = 2.5 = s/ /S = 320/ /2.5 =128 MPa mmFd749.22128400002 . 5413 . 101 （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F0F0F0F0 m b预紧预紧状态状态FF工作工作状态状态F是是工作工作拉力拉力F1F1F1F1 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F

10、2 F2 = F1+F3. 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。强度条件：强度条件： 2122122 .543 .1dFdF 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 0.9Cb +CmCb 解：解：（1 1） NFCCCFFmbb1500100021100002 NFCCCFFmbm500100021100001 （2）要求要求F10 NFFFCCCFmbm20002000 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 MPadF4 .84211.264350003 . 1413 . 12212 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 = 45000N2-5 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