机械设计教案浙江科技学院

1、第五章 螺纹联接和螺旋传动大纲要求：了解常用螺纹类型、联接形式及联接标准件；了解螺纹联接件的材料及许用应力确定方法；掌握单个螺栓联接的强度计算方法；掌握螺栓组联接的强度计算方法；掌握提高螺纹联接强度的措施。（51学时）重点内容：螺纹联接的类型。单个螺栓联接的强度计算。螺栓组受力分析及强度计算。§51 螺纹（一） 螺纹的类型和应用 （重点内容）结合表51图，讲解常用螺纹类型、特点和应用；适当补充介绍一下自攻螺钉。（二） 螺纹的主要参数大径螺纹的最大直径，公称尺寸小径螺纹的最小直径，强度计算时作为危险截面的计算直径中径假想的平均直径，确定螺纹几何参数和配合性质的直径螺纹线数螺纹的螺旋线数

2、目螺纹旋向左旋、右旋螺距P螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离；导程S螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离，S=nP；螺纹升角按螺纹中径d 2处计算；牙型角螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角；（新）接触高度h内外螺纹旋合后的接触面的径向高度。（新）§52 螺纹联接的类型和标准联接件 （以自学为主）重点提示：普通螺栓（受拉螺栓） 结构、受力状况不同 铰制孔螺栓（受剪螺栓） 设计计算也将不同§53螺纹联接的预紧 （以自学为主）·预紧目的：防止联接松弛，失效！螺栓拧紧后，螺栓受拉，受预紧力F0 。·预紧力F0不能过大，螺栓会拉断，应控制拧紧力矩T

3、 。碳钢螺栓：合金钢螺栓： ·拧紧力矩T = T1 + T2 T1：螺旋副摩擦力矩； T2：螺母与支撑面间摩擦力矩； ，T=FL，F 为拧紧力200N， L=15d， 15000N，这个预紧力拧M12螺栓，可能会拧断。·重要联接不能用小螺栓，应大于M12。·螺栓预紧后，其应力状态为拉扭联合作用。§54螺纹联接的防松 p68 （以自学为主）防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。按工作原理的不同，防松方法分为：摩擦防松：机械防松。（结合图简单讲解常用的摩擦放松和机械放松方法）§55 螺纹联接的强度计算 （重点内容）（一）螺纹联接的失效形式和设计准则

4、 联接的失效形式：主要是指螺纹联接件的失效。受拉螺栓主要失效形式：螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。受剪螺栓主要失效形式：螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。设计准则：受拉螺栓 受剪螺栓 ；螺纹联接的设计过程 : 根据联接的功能和结构要求-螺栓组设计-受力分析-受力最大的单个螺栓强度计算-按标准选择螺栓、螺母、垫圈及防松装置。（二）松螺栓联接强度计算松螺栓联接，螺母不拧紧，无预紧力。螺栓只受轴向工作拉力。 -校核公式（58） -设计公式（59）（三） 紧螺栓联接强度计算 （重点内容）1 仅承受预紧力F0（仅受横向载荷）的紧螺栓联接 图513螺栓受力：预紧力（拉伸力）F0 拉应力；拧紧力

5、矩T 扭应力 ·由第四强度理论 ·强度计算公式 ，·螺栓预紧后，其应力状态为拉扭联合作用。注意：紧螺栓联接时，如用普通螺栓，则螺栓中不仅受拉应力，还因拧紧时螺栓杆受扭而产生扭转切应力。按第四强度理论计算复合应力，应用中可按承受拉力1.3F0进行抗拉强度计算。 -校核公式 （514） 由于普通螺栓是靠拧紧后产生的摩擦力承受横向载荷，拧紧力须很大，而且摩擦因数不稳定，联接不可靠。 措施一：如图514采用减载零件 措施二：如图518采用铰制孔螺栓 P762 承受预紧力 F0 和工作拉力 F 的紧螺栓联接图515 解释拧紧、加载过程中，螺栓及被联接零件的受力变形状况图51

6、6 要求掌握弹性联接图的画法、各参量的物理意义、导出关系：·螺栓刚度 Cb = ， ·被联接件刚度Cm = ，由图，F2 = F1 + F ， F2 = F0 + F， F=tgb， F F= tgm， ， ·螺栓的总拉力F2为： ，·螺栓的残余预紧力F1为：· 为螺栓的相对刚度，垫片越软，刚度Cm越小，相对刚度越大。采用橡胶垫片相对刚度为0.9，金属垫片为0.2。·螺栓的相对刚度小，螺栓受力降低，提高螺栓联接的承载能力。·强度计算公式： ，·螺栓应力状态为拉扭联合作用。·联接设计：a. 根据载荷计算工作

7、拉力F； b. 根据联接要求选取残余预紧力F1；c. 计算螺栓总拉力F2=F+F1；d. 强度计算。对变载荷，当工作拉力在 0F 之间变化时，螺栓的总拉力将在F0F2之间变化，如图517， 由： ， ； 则应力幅为： ·对于承受轴向变载荷的重要螺栓，还应作疲劳强度校核。 保持不变。，·与的区别3 承受工作剪力（横向载荷）的紧螺栓联接此乃受剪螺栓（即铰制孔螺栓），螺栓杆与孔壁间无间隙，螺栓杆受剪切和挤压作用。失效形式为剪断和压溃。按挤压和剪切强度条件计算挤压强度条件： （521）剪切强度条件： （522）§56 螺栓组联接的设计 （重点内容）（一） 螺栓组联接的结构

8、设计 （结合图例讲解）1 联接的接合面通常设计成轴对称的简单几何形状。2 螺栓的布置应使各螺栓受力合理。即应使普通螺栓受拉力，铰制孔螺栓受剪力；各螺栓受力尽可能小且均匀。3 螺栓的排列应有合理的间距、边距。4 分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8等偶数。5 同一螺栓组中的螺栓，其直径、长度、材料等应用相同的标准、规格。6 避免螺栓承受附加的弯曲载荷。7 合理选择螺栓组的防松装置。（二） 螺栓组联接的受力分析目的：找出螺栓组中受力最大的螺栓，并计算其值，尔后对其进行强度计算1 受横向载荷 F 的螺栓组联接注意：此时，可用铰制孔螺栓靠螺栓杆受剪和挤压抵抗横向载荷也可用普通螺栓靠拧紧形成的接

9、合面间的摩擦力抵抗横向载荷。 (故：二者的强度条件不同，计算方法也不同。前者的承载能力远高于后者。）应用铰制孔螺栓时，见图522 b ,每个螺栓的工作载荷为 （认为z个螺栓均匀分担横向总载荷F ）: (5-23)然后，按式521、522 校核螺栓杆部的挤压强度和剪切强度。应用普通螺栓时，见图522 a ,应保证联接预紧后，接合面间所产生的最大摩擦力大于或等于横向总载荷 ： 或 (5-24)2 受转矩 T 的螺栓组联接本质上，各螺栓仍是承受横向载荷，同样可以采用两种螺栓。应用普通螺栓时，见图523 a ,应保证联接预紧后，每个螺栓所产生的摩擦力矩之总和大于或等于螺栓组的转矩T ： (5-25)应

10、用铰制孔螺栓时，见图523 b ,因每个螺栓距回转中心距离不等而使受力不等，若假定底板为刚体，则各螺栓的受力大小Fi与其向径的大小ri成正比,即， 变形协调条件 (5-26)再引入 力矩平衡条件 (5-27)联立解式526 、527 得受力最大的螺栓的工作剪力为 (5-28)3 受轴向载荷F的螺栓组联接最典型的是液压缸、气压缸的缸体缸盖螺栓组联接。此时，认为作用在缸盖上的总载荷F平均分配给各螺栓，各螺栓所受的工作载荷为： (5-29)4 受倾覆力矩M的螺栓组联接见图525。未受载前，螺栓组已拧紧，受力情况如图525 b；加载后，受力情况如图525 c,变形也是弹性联接变形，只是左右两侧的变形方法相反而已。弹性联接图见图526力矩平衡条件 M Fi Li (5-30)变变形协调条件 Fi F max Li / L max 联立解上两式，得螺栓最大的工作载荷 F max M L max/ Li2 (5-31)同时，应满足： 不压溃条件 (5-36) 不离缝条件 (5-37)§57 螺纹联接件的材料及许用应力 P83 解释表58、59、510§58 提高螺纹联接强度的措施 （重点内容）P85必需强调：计算的强度不等于实际的强度。影响螺栓强度