机械设计基础 第7章 连接2012-2

1、教师: 曾 钢 机电与信息工程学院机电工程系机电与信息工程学院机电工程系 绪论绪论第一章 平面机构的自由度和平面机构的自由度和 速度分析速度分析第二章 平面连杆机构平面连杆机构第三章 凸轮机构凸轮机构第四章 间隙运动机构间隙运动机构第五章 机械的调速和平衡机械的调速和平衡第六章 机械零件设计和计算机械零件设计和计算 概论概论第七章 连接连接第八章 带传动和链传动带传动和链传动第九章 齿轮传动齿轮传动第十章 蜗杆传动蜗杆传动第十一章 轮系、减速器和轮系、减速器和 无级变速传动无级变速传动第十二章 轴轴第十三章 轴承轴承第十四章 联轴器、离合器和联轴器、离合器和 制动器制动器第十五章 弹簧弹簧第十

2、六章 电力电气设备零件电力电气设备零件第十七章 现代机械设计方法简介现代机械设计方法简介201248学时学时 第七章第七章 连接连接 7-1 螺纹连接螺纹连接 (p.77) (联结联结) 7-2 键连接键连接 第七章第七章 连接连接 7-1 螺纹连接螺纹连接 (p.77) (一） 螺纹及其主要参数（二）（二） 螺旋副螺旋副的力的关系、效率和自锁的力的关系、效率和自锁（三）（三） 机械制造中常用螺纹机械制造中常用螺纹种类种类及及标准标准( (四）四） 螺纹连接件的主要螺纹连接件的主要类型类型 ( (五）五） 螺纹连接的螺纹连接的防松防松装置装置( (六）六） 螺拴连接螺拴连接的计算的计算( (七

3、）七） 螺拴螺拴的材料和许用应力的材料和许用应力 第七章 连接连接 不可拆不可拆连接：铆、焊连接：铆、焊可拆可拆连接：连接： 螺纹螺纹、键、销和楔、键、销和楔机器连接机器连接分分两两类：类：零件零件构件构件部件部件机器机器连接连接连接连接连接连接连接连接静静连接连接动动连接连接运动副运动副运动副运动副静连接静连接（一）（一） 螺纹及其主要参数螺纹及其主要参数 螺纹连接是利用是利用带有螺纹带有螺纹的的零件零件构成的构成的可拆连接。 第七章 连接连接 第七章 连接连接 （一）（一） 螺纹及其主要参数螺纹及其主要参数7(一） 螺纹及其主要参数 将一底边长将一底边长 d2的的直角三角形直角三角形abc

4、缠绕缠绕在一直径为在一直径为d2的的圆圆柱柱上，上，底边底边ab绕在圆柱底边，绕在圆柱底边，斜边斜边ac在圆柱体上形成在圆柱体上形成螺旋线螺旋线。abac8螺纹的类型及分类螺纹的类型及分类右旋右旋左旋左旋旋向判定旋向判定： 顺着轴线方向看，可见侧左边高则顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，右边高则为右旋。为左旋，右边高则为右旋。螺纹旋向螺纹旋向：左旋左旋螺纹，螺纹，右旋右旋螺纹螺纹（常用）（常用）。思考？思考？(一） 螺纹及其主要参数螺纹螺纹位置位置：内螺纹内螺纹螺母螺母；外螺纹；外螺纹螺钉螺钉。按按螺旋线的数目螺旋线的数目分分单单线线双双线线三三线线多多线线(3)中径中径d2d1d2d(1

5、)大径大径d(2) 小径小径 d1(4) 螺距螺距P(5) 导程导程S(6) 螺纹升角螺纹升角 (7)牙型角牙型角 tg=d2 nP 牙侧角牙侧角 S = nP 螺纹的主要几何参数螺纹的主要几何参数SPP/2P/2按螺纹的按螺纹的牙型牙型分分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的按螺纹的旋向旋向分分按螺旋线的按螺旋线的根数根数分分 矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹按螺纹的按螺纹的牙型牙型分分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的按螺纹的旋向旋向分分按回转体的按回转体的内外表面内外表面分分 外螺纹外螺纹内螺纹内螺

6、纹螺纹副螺纹副外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺纹副螺纹副 如图所示，在外力（或外力矩）作用下，如图所示，在外力（或外力矩）作用下，螺旋副螺旋副的相的相对运动，可看作对运动，可看作推动滑块沿螺纹表面运动推动滑块沿螺纹表面运动。（二）（二） 螺旋副中力的关系、效率和自锁螺旋副中力的关系、效率和自锁1 矩形螺旋副为例矩形螺旋副为例 (p.79)fF 如图所示，将矩形螺纹沿如图所示，将矩形螺纹沿中径中径d2处展开，得一倾斜角为处展开，得一倾斜角为 的斜面，斜面上的的斜面，斜面上的滑块滑块代表螺母，螺母与螺杆的相对运代表螺母，螺母与螺杆的相对运动可看成滑块在斜面上的运动。动可看成滑块在斜面上的运动。 FQFR

7、FNF2dvsQFFRF 如图所示，当滑块沿如图所示，当滑块沿斜面斜面向上等速运动向上等速运动时，所时，所受作用力包括受作用力包括轴向载荷轴向载荷FQ、水平推力水平推力F、斜面对滑块的斜面对滑块的法向反力法向反力FN以及以及摩擦力摩擦力Ff 。FN与与 Ff的的 合 力合 力 为为 FR，Ff=fFN，f为摩擦系数，为摩擦系数，FR与与FN的夹角为摩擦角的夹角为摩擦角 。由力由力FR、F和和FQ组成的力多边形封闭图得组成的力多边形封闭图得F=FQtan( ( ) ) FQFfFRFNF2dvsQFRF轴向载荷轴向载荷水平推力水平推力斜面对滑块的法向反力斜面对滑块的法向反力摩擦力摩擦力Ff合力合

8、力FR 转动螺纹所需的转动螺纹所需的转矩转矩为为 举升重物所作举升重物所作有效功有效功为为W2= =FQ S = = FQ d2tan。 tan22221QFddFT螺旋副的效率为螺旋副的效率为 tantantantan2212dFdFWWQQ螺母螺母旋转一周所需的输入功旋转一周所需的输入功为为W1 1=2 T1 1= tan2dFQ 效率效率 与螺纹升角与螺纹升角 和摩擦角和摩擦角 有关有关. . 螺旋线的螺旋线的线数多、升角大，则效率高线数多、升角大，则效率高，反之亦然。，反之亦然。 当当 一定时，对式求极值，一定时，对式求极值，可得当升角可得当升角 4040时效率最高。时效率最高。 螺纹

9、升角过大，螺纹制造很困难，而且当螺纹升角过大，螺纹制造很困难，而且当 25后，效率增长不后，效率增长不明显，因此，明显，因此，通常升角不超过通常升角不超过25。 如前图示，当如前图示，当滑块沿斜面等速下滑滑块沿斜面等速下滑时，轴向载荷时，轴向载荷FQ变变为驱动滑块等速为驱动滑块等速下滑的驱动力下滑的驱动力，F为阻碍滑块下滑的支持力，为阻碍滑块下滑的支持力，摩擦力摩擦力Ff的方向与滑块运动方向相反。由的方向与滑块运动方向相反。由FR、F和和FQ组成的组成的力多边形封闭图得力多边形封闭图得F=FQtan( ( - - ) ) FQFfFRFNF2dvs tantantantan2212-dFdFW

10、WQQ 螺母螺母反转一周反转一周 时的输入功为时的输入功为W1=FQS，输出功为，输出功为W2=F d2，则螺旋副的效率为，则螺旋副的效率为 由式可知，当由式可知，当 时，时， 0，说明，说明无论无论FQ力多大，滑力多大，滑块（即螺母）都不能运动块（即螺母）都不能运动，这种现象称为，这种现象称为螺旋副的螺旋副的自锁自锁。 =0表明螺旋副处于临界自锁状态。表明螺旋副处于临界自锁状态。 因此螺旋副的自锁条件是因此螺旋副的自锁条件是 设计螺旋副时，设计螺旋副时，对要求正反转自由运动的螺旋副，应对要求正反转自由运动的螺旋副，应避避免自锁现象免自锁现象。 工程中也可以应用螺旋副的自锁特性，如起重螺旋做成

11、工程中也可以应用螺旋副的自锁特性，如起重螺旋做成自锁螺旋，可以省去制动装置。自锁螺旋，可以省去制动装置。 非矩形螺纹非矩形螺纹是指是指牙形角牙形角a a不等于零不等于零的螺纹，包括的螺纹，包括三角形三角形螺纹、梯形螺纹螺纹、梯形螺纹和和锯齿形螺纹锯齿形螺纹。如图所示，非矩形螺纹的。如图所示，非矩形螺纹的螺母与螺杆相对运动时，相当于螺母与螺杆相对运动时，相当于非矩形断面滑块斜槽内滑非矩形断面滑块斜槽内滑动。动。 2 三角形螺纹副三角形螺纹副 (p.81)FFQFvQFNFNF 非矩形螺纹的受力分析与矩形螺纹的受力分析过程一样，非矩形螺纹的受力分析与矩形螺纹的受力分析过程一样，而矩形螺纹与非矩形螺

12、纹的不同之处在于，在相同轴向载荷而矩形螺纹与非矩形螺纹的不同之处在于，在相同轴向载荷F FQ Q作用下，作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹大。非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹大。不同螺纹副间的受力不同螺纹副间的受力 螺母螺母螺杆螺杆矩形矩形三角形三角形aQFNF螺杆螺杆螺母螺母F=FQtan( ( ) ) 自锁条件自锁条件FN =FQ / 2sin QFNFNF =FQ / 2cos a a Ff =2f.FN =( f / con a a ).FQ = f .FQf 当量摩擦系数当量摩擦系数三角形螺纹中的摩擦阻力大于矩形螺纹三角形螺纹中的摩擦阻力大于矩形螺纹由由 = = arctan arct

13、an f = arctan arctan (f / con a ) tantan螺旋副效率螺旋副效率三角形螺纹三角形螺纹看成看成楔形滑块在斜槽内滑动楔形滑块在斜槽内滑动 摩擦力摩擦力QF 引入引入当量摩擦系数当量摩擦系数f 和和当量摩擦角当量摩擦角 来考虑非矩形螺纹来考虑非矩形螺纹法向力的增加量，即用当量摩擦角法向力的增加量，即用当量摩擦角 代替代替 三角螺纹自锁性能比矩形螺纹好，三角螺纹自锁性能比矩形螺纹好，静联接螺纹要求自静联接螺纹要求自锁，故多采用牙形角大的三角螺纹。锁，故多采用牙形角大的三角螺纹。 传动螺纹传动螺纹要求螺旋副的要求螺旋副的效率效率 要要高高，一般采用牙形角较，一般采用牙

14、形角较小的小的梯形螺纹梯形螺纹。 螺纹联接装配时，一般都要拧紧螺纹，使联接螺纹在螺纹联接装配时，一般都要拧紧螺纹，使联接螺纹在承受工作载荷之前，受到预先作用的力，这就是螺纹联接承受工作载荷之前，受到预先作用的力，这就是螺纹联接的的预紧预紧，预先作用的力称为，预先作用的力称为预紧力预紧力。3 螺纹连接的拧紧力矩螺纹连接的拧紧力矩（p.82）螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧螺纹联接预的目的螺纹联接预的目的在于增加联接的在于增加联接的可靠性可靠性、紧密性紧密性和和防松防松能力能力。 如图所示，在拧紧螺母时，螺栓受预紧力如图所示，在拧紧螺母时，螺栓受预紧力Fs ，被连接件受预紧压，被连接件受预紧压力力Fs

15、 ，需要克服螺纹副相对扭转的阻力矩和螺母与支承面之间的摩擦，需要克服螺纹副相对扭转的阻力矩和螺母与支承面之间的摩擦阻力矩，即拧紧力矩阻力矩，即拧紧力矩T=T1+T2。L LS S2sF2FssFsF2sF2sFT2T1T2DFtD1d0d2sF2sF拧紧螺母时的力矩计算拧紧螺母时的力矩计算a)螺母所 受转矩b)螺栓所 受转矩c)螺栓转 矩图T1T2T1TTTT434T3T1221dFTt)tan(stFF螺纹副间有效圆周力螺纹副间有效圆周力2)tan(2dFsF/2F/2d)螺 栓 和 被 联 接 件 所 受 预 紧 力e)计 算 螺 母 承 压 面 力 矩 用 的 符 号FF/2F/2FD1

16、d1msZrFfT2（r rmm支承面摩擦半径）支承面摩擦半径）LL扳手长度扳手长度4002dDFfTsZ2)tan(2dFs400dDFfsZLFTT0公式可简化为公式可简化为dFTs 2 . 00拧紧力矩拧紧力矩d d 为公称直径为公称直径对于一般联接用的钢制普通螺栓联接，其对于一般联接用的钢制普通螺栓联接，其预紧力预紧力Q0大小按下大小按下式计算式计算式，式，s ss为螺栓材料的屈服极限，为螺栓材料的屈服极限，N/mm2；A为螺栓危险截面为螺栓危险截面的面积，的面积，A d2/4，mm2。 Q0 = (0.50.7)s ssA NT=0.2Q0d Nmm 对于对于M10M64的粗牙普通螺

17、栓，若螺纹联接的预紧力的粗牙普通螺栓，若螺纹联接的预紧力为为Q0，螺栓直径为，螺栓直径为d，则，则紧拧紧力矩紧拧紧力矩T可以按近似公式计算可以按近似公式计算（三）（三） 常用螺纹连接件类型常用螺纹连接件类型 (p.83)（1) )普通螺纹普通螺纹 普通螺纹以大径普通螺纹以大径d为为公称直径公称直径，同一公称，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹粗牙螺纹，其余的统称为其余的统称为细牙螺纹细牙螺纹。60粗牙螺纹应用最广。粗牙螺纹应用最广。细牙螺纹的优点：细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点：缺点

18、：不耐磨易滑扣。不耐磨易滑扣。应用：应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙1 三角形螺纹三角形螺纹d dd d2 2d d1 1P P用螺纹密封的管用螺纹密封的管螺纹螺纹普通细牙普通细牙螺纹螺纹（2 2）管）管螺纹螺纹非螺纹密封管非螺纹密封管螺纹螺纹（圆柱管壁（圆柱管壁 = 55）用螺纹密封管用螺纹密封管螺纹螺纹（圆锥管壁（圆锥管壁 = 55）60圆锥管圆锥管螺纹螺纹公称直径公称直径-管子的公称通径管子的公称通径（英制）（英制）。强调与普通螺纹不同55 55 非螺纹密封的管非螺纹密封的管螺纹螺纹d dd d2 2d d

19、1 1P P23 3 梯形梯形螺纹螺纹：梯梯 形形锯齿形锯齿形30330为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。4 锯齿形螺纹锯齿形螺纹:常用于传动。常用于传动。= 15= 3 粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见表（或查阅相关机械设计手册）。寸见表（或查阅相关机械设计手册）。螺纹的基本尺寸：螺纹的基本尺寸：2 2 矩形矩形螺纹螺纹： 7-1 螺纹连接螺纹连接 (p.77) 第七章 连接连接 ( (四）四）

20、 螺纹连接件的主要类型螺纹连接件的主要类型 1 1 螺栓螺栓2 2 双头螺柱双头螺柱3 3 螺钉螺钉4 4 螺母螺母5 5 垫圈垫圈一、螺纹联接类型一、螺纹联接类型1 1、螺栓联接、螺栓联接 被联件较薄、易做成被联件较薄、易做成通孔通孔处，可经常拆卸。处，可经常拆卸。( (四）四） 螺纹连接件的主要类型螺纹连接件的主要类型 (p.85)（1 1）普通螺栓普通螺栓：被联件孔与螺栓杆有间隙，可传横向、轴向外载：被联件孔与螺栓杆有间隙，可传横向、轴向外载（2 2）铰制孔螺栓铰制孔螺栓： 被联件孔与螺栓被联件孔与螺栓 杆过渡配合，只杆过渡配合，只 传横向外载传横向外载普通螺栓普通螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺

21、栓杆孔间隙杆孔间隙过渡配合面过渡配合面螺栓螺栓螺螺栓栓连连接接构构件件螺栓的结构形式螺栓的结构形式LL0d六角头六角头LdL0小六角头小六角头( (四）四） 螺纹连接件的基本类型螺纹连接件的基本类型 (p.85)螺栓联接特点螺栓联接特点eaal1 1l1 1可承受横向载荷。应用很广应用很广铰制孔螺栓铰制孔螺栓孔与螺杆之间孔与螺杆之间留有间隙留有间隙一端有头，一端有螺纹一端有头，一端有螺纹分分六角头六角头和和绞制孔用螺栓绞制孔用螺栓用六角棒料车制用六角棒料车制用于经常拆装易磨损之处。dd绞制孔用螺栓中绞制孔用螺栓中螺杆螺杆与钉孔为基孔制与钉孔为基孔制过盈过盈配合配合地脚螺栓地脚螺栓 1 螺栓应用

22、螺栓应用( (四）四） 螺纹连接件的基本类型螺纹连接件的基本类型 (p.85)( (四）四） 螺纹连接件的基本类型螺纹连接件的基本类型 (p.85)1 螺栓副构件螺栓副构件( (四）四） 螺纹连接件的基本类型螺纹连接件的基本类型 (p.85)2 2、双头螺柱联接、双头螺柱联接被联件之一较厚、被联件之一较厚、不易做成通孔不易做成通孔，需经常拆卸处，需经常拆卸处( (四）四） 螺纹连接件的基本类型螺纹连接件的基本类型 (p.85)3 螺钉螺钉螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺钉联接ae ee e双头螺柱联接双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。l1 1l1 1H HH HH H1 1H H1

23、1H H2 2H H2 2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。d( (四）四） 螺纹连接件的基本类型螺纹连接件的基本类型 (p.85)2 双头螺柱双头螺柱被联件之一较厚、被联件之一较厚、不易做成通孔不易做成通孔，不需经常拆卸处，不需经常拆卸处3 3、螺钉联接、螺钉联接( (四）四） 螺纹连接件的基本类型螺纹连接件的基本类型 (p.85)螺螺纹纹连连接接构构件件末端末端结构结构头部头部结构结构螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓3 3、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接：固定两零件相对位置，可传不大扭矩：固定两零件相对位置，可传不大扭矩z z平端紧定平端紧定螺钉螺钉

24、锥端紧定锥端紧定螺钉螺钉( (四）四） 螺纹连接件的基本类型螺纹连接件的基本类型 (p.85)3 螺钉应用螺钉应用螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺钉联接双头螺柱联接双头螺柱联接紧定螺钉联接紧定螺钉联接紧定螺钉紧定螺钉( (四）四） 螺纹连接件的基本类型螺纹连接件的基本类型 (p.85)螺螺纹纹紧紧固固件件起吊螺钉起吊螺钉 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓专用螺纹联接专用螺纹联接T 型螺栓型螺栓 六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母圆螺母圆螺母螺螺拴拴构构件件用于经常拆装易磨损之处。国标罗列有六十余种不同结构的螺母用于尺寸受限制之处。4 螺母螺母

25、（p. 88）分普通螺母和开槽螺母分普通螺母和开槽螺母5 垫圈垫圈 (p.89) 弹簧垫圈弹簧垫圈保护被保护被连接件的表面连接件的表面不被擦伤，不被擦伤，增大接触面积增大接触面积开口方向：斜向右下方斜向右下方弹性增压弹性增压尖端抵住尖端抵住倒角型倒角型斜型斜型斜型斜型平垫圈平垫圈 7-1 螺纹连接螺纹连接 1 1 利用摩擦力利用摩擦力（1 1） 弹簧垫圈弹簧垫圈（2 2） 双螺母双螺母2 2 机械方法防松机械方法防松( (五）五） 螺纹连接的防松装置螺纹连接的防松装置 (p.89)（1 1） 开口销开口销（2 2） 止动垫圈止动垫圈 螺纹连接的防松装置螺纹连接的防松装置 防松的方法：防松的方法

26、： （1）. 利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松弹簧垫圈弹簧垫圈防松防松-防止螺旋副相对转动。防止螺旋副相对转动。 开口方向：斜向右下方斜向右下方弹性增压尖端抵住弹簧垫圈弹簧垫圈双螺母双螺母弹簧垫圈下螺母上螺母螺栓对顶螺母对顶螺母防松方法防止螺旋副相对转动防止螺旋副相对转动。按防松原理不同，分为：a a ）摩擦防松摩擦防松自锁螺母自锁螺母开口销与槽形螺母开口销与槽形螺母b b ）机械防松（直接锁住）机械防松（直接锁住）圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母串联钢丝串联钢丝（2） 机械防松机械防松圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈止动垫圈止动垫圈（六）螺栓连接的

27、计算（六）螺栓连接的计算（P.91）一、松螺栓连接一、松螺栓连接二、紧螺栓连接二、紧螺栓连接只受工作载荷作用的螺栓联接（工作前不预紧，例：起重吊钩）只受工作载荷作用的螺栓联接（工作前不预紧，例：起重吊钩）一、松螺栓连接一、松螺栓连接;4 32121NFMpadF工作载荷工作载荷F工作载荷工作载荷螺栓许用应力螺栓许用应力）强度条件：）强度条件：（或拉断或拉断）失效形式：螺栓塑变）失效形式：螺栓塑变（）受力分析：）受力分析：（- - - s ss s s s1d：螺纹螺纹小小径径（六）螺栓连接的计算（六）螺栓连接的计算二、紧螺栓连接二、紧螺栓连接1 1、受横向载荷的螺栓连接、受横向载荷的螺栓连接2

28、 2、受轴向载荷的螺栓连接、受轴向载荷的螺栓连接3 3、受偏心载荷的紧螺栓连接、受偏心载荷的紧螺栓连接3 .1)5 .0(332222s ss ss ss s s ss s Tca螺栓杆螺栓杆拉扭合成应力拉扭合成应力：单个螺栓预紧力设计准则：-ssFdF 4 3 .121ss失效形式：螺栓失效形式：螺栓塑变塑变或拉断或拉断注：受拉、剪应力复合作用的螺栓，可按受纯拉伸处理注：受拉、剪应力复合作用的螺栓，可按受纯拉伸处理, , 将拉应力加大将拉应力加大30%30%计入剪应力的影响。计入剪应力的影响。只受预紧力普通螺栓只受预紧力普通螺栓QpQpTT（1 1）受横向载荷）受横向载荷 s s s s 5

29、 .016 4 3121dTTdQPTQP摩摩擦擦力力矩矩：预预紧紧力力：FsFsF:横向载荷4/)tan(216/2/)tan(22321cvccvTTdFddddFWT紧螺栓联接紧螺栓联接：装配时预紧，工作前承受预紧力装配时预紧，工作前承受预紧力fFsF2 .1 为使连接件为使连接件不滑动，且可靠不滑动，且可靠受横向载荷的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接单个螺栓预紧力设计准则：-ssFdF 4 3 .121ss只受预紧力普通螺栓只受预紧力普通螺栓QpQpTTfFsF2 .1 如如 f=0.2f=0.2， F Fs s = 6F = 6F当横向载荷当横向载荷F F很大时，很大时， 需要的需要

30、的Fs也很大，也很大，需需要采取要采取减载减载措施。措施。已知已知F Fs s 、材料属性，求材料属性，求d d1 1 螺栓螺栓设计问题设计问题fFsF2 .1 f=0.2f=0.2，F Fs s = 6F = 6F采取采取减载措施减载措施（减小横向载荷（减小横向载荷F)F)。减载键减载键减载环减载环绞制孔螺栓绞制孔螺栓减载装置强度计算：减载装置强度计算：P.93 P.93 注意注意受力部位受力部位（图（图7-237-23）P.94例题：设计问题 凸缘联轴器，4个螺栓连接。已知转矩T (N.mm)， 试确定螺栓直径直径。可靠工作：可靠工作：4 f *F s = 1.2FF=2T / D0 =

31、（N)F s = 8000N 注意单位统一注意单位统一设计准则设计准则：sdF4 3 . 121ss4sFdcmm 设计式试算：先选材料，查手册，sS 、 s 求得d1,查手册,得 d, 选螺栓（2 2）受轴向载荷的螺栓连接受轴向载荷的螺栓连接 （p.95)p.95)例：压力容器的顶盖和凸缘例：压力容器的顶盖和凸缘1 1 顶盖顶盖2 2 壳体壳体3 3 凸缘凸缘工作要求工作要求：要保证强度及连接的紧密性要保证强度及连接的紧密性 受预紧力受预紧力QpQp和工作载荷和工作载荷F F作用的螺栓联接作用的螺栓联接ZFF单个螺栓受工作载荷： 受力分析受力分析（2 2）受轴向载荷的螺栓连接受轴向载荷的螺栓

32、连接 ：凸缘结构示意：凸缘结构示意pNDFp42Z：作用在顶盖上的总载荷 D Dp p = D + 2/3 b = D + 2/3 btDZ0螺栓数目： 拧紧前拧紧前 拧紧后拧紧后承受工作承受工作载荷后载荷后 b: b: 垫片宽度。垫片宽度。 先确定螺栓先确定螺栓 分布跨距分布跨距 t t D Dp p ：受压面直径：受压面直径 设计一个即可设计一个即可 FF工作载荷工作载荷F F螺栓受载螺栓受载被联接件受载被联接件受载预紧状态预紧状态F F作用作用前前预紧拉力预紧拉力Q QP P预紧压力预紧压力Q QP P工作状态工作状态F F作用作用后后( (拉力拉力增加增加) )总载荷总载荷 Q Q(

33、(压力压力下降下降) )残余预紧力残余预紧力Q Q P P（2 2）受轴向载荷的螺栓连接）受轴向载荷的螺栓连接 （p.95)p.95) 拧紧前拧紧前 拧紧后拧紧后承受工作承受工作载荷后载荷后载荷载荷螺栓变形螺栓变形被联接件变形被联接件变形变形关系变形关系预紧状态预紧状态Q QP P作用下作用下伸长伸长 1 1压缩压缩 b bL FL F工作状态工作状态Q QP P 、F F共同作用共同作用伸长伸长 1 1 + + 1 1压缩压缩 b b = b b - 1 1LL = =FF螺栓受总拉力螺栓受总拉力: :0sFFF螺栓拉力螺栓拉力 F0压力减到压力减到FsF0 0FFs s 1 1 1+ 1

34、b螺栓受总拉力螺栓受总拉力: :0sFFF螺栓螺栓被连接件被连接件设计问题：已知力和材料属性，求d1（2 2）受轴向载荷的螺栓连接受轴向载荷的螺栓连接 （p.95)p.95)例：压力容器的螺栓直径设计例：压力容器的螺栓直径设计1 1 顶盖顶盖2 2 壳体壳体3 3 凸缘凸缘工作要求工作要求：要保证强度及连接的紧密性要保证强度及连接的紧密性 受预紧力受预紧力QpQp和工作载荷和工作载荷F F作用的螺栓联接作用的螺栓联接条件：条件：已知：已知： 容器内最大压力。垫片、壳体尺寸容器内最大压力。垫片、壳体尺寸 钩头钩头螺栓螺栓（3 3）受偏心载荷的紧螺栓连接）受偏心载荷的紧螺栓连接 （p.98)p.9

35、8)总拉力总拉力 F F0 0弯矩弯矩F0 e偏心载荷偏心载荷凸台凸台鱼眼坑鱼眼坑（七）螺纹联接件的材料性能与许用应力（七）螺纹联接件的材料性能与许用应力1 1、螺纹联接件的材料与性能等级、螺纹联接件的材料与性能等级（1 1）常用材料：）常用材料： 碳碳 钢钢：Q215-AQ215-A、Q235-AQ235-A、3535、45 45 一般联接一般联接 合金钢：合金钢：15Cr15Cr、20Cr20Cr、40Cr40Cr等等 重要联接重要联接（2 2）螺栓、螺母材料性能等级（表）螺栓、螺母材料性能等级（表） 直径越小，许用应力越低直径越小，许用应力越低计算小径时，可采用计算小径时，可采用试算法试

36、算法。冲击扳手直径直径材料材料碳钢碳钢注注: s为螺栓材料的屈服极限为螺栓材料的屈服极限,N/mm20.20 s(0.130.20) s0.4 s(0.250.40) s(0.200.25) s合金钢合金钢0.15 s(0.100.15) s(0.500.77) s(0.330.50) s(0.250.33) sM16M30M6M16M30M60M16M30M6M16变载荷变载荷静载荷静载荷载荷性质载荷性质不严格控不严格控制预紧力制预紧力的紧联接的紧联接(0.60.8) s严格控制严格控制预紧力的预紧力的紧联接紧联接s松连接松连接表表 螺栓连接的许用拉应力螺栓连接的许用拉应力 由表可知，由表可

37、知，不严格控制预紧力的紧螺栓联接的许用拉不严格控制预紧力的紧螺栓联接的许用拉应力与螺栓直径有关。应力与螺栓直径有关。 在设计时，通常在设计时，通常螺栓直径是未知的螺栓直径是未知的，因此要用试算法：，因此要用试算法：先假定一个公称直径先假定一个公称直径d，根据此直径查出螺栓联接的许用拉，根据此直径查出螺栓联接的许用拉应力，按式或式计算出螺栓小径应力，按式或式计算出螺栓小径d1，由，由d1查取公称直径查取公称直径d，若该公称直径与原先假定的公称直径相差较大时，应进行若该公称直径与原先假定的公称直径相差较大时，应进行重算，直到两者相近。重算，直到两者相近。 例例 如图示，一钢制液压油缸，已知油压如图

38、示，一钢制液压油缸，已知油压p=1.6 N/mm2，D= 160 mm，采用，采用8个个4.8级螺栓，试计算其缸盖联接螺栓的直级螺栓，试计算其缸盖联接螺栓的直径和螺栓分布圆直径径和螺栓分布圆直径D。QFQFDD0图图12-8kN 02.4841606 .14/22zDpQF每个螺栓承受的平均轴向工作载荷每个螺栓承受的平均轴向工作载荷QF为为 解解 （1） 决定螺栓工作载荷决定螺栓工作载荷QFQFQFDD0图图12-8选取螺栓材料为选取螺栓材料为45钢，钢，s ss=340 N/mm2（表（表12-6），），装配时不严格控制预紧力，按表装配时不严格控制预紧力，按表12-7，螺栓许用力为，螺栓许用力为kNQQQQFrF 3 .1102.48 .28 .22 2 决定螺栓总拉伸载荷决定螺栓总拉伸载荷Q根据密封性要求，对于压力容器取残余预紧力根据密封性要求，对于压力容器取残余预紧力