机械设计2-螺栓连接

第二章螺纹连接§2-5

螺栓组连接的设计§2-2螺纹连接的类型和材料性能等级§2-1概述§2-3螺纹连接的预紧和防松§2-4

螺栓连接的强度计算§2-1概述在通用机械中，连接件占总零件数的20~50%。如Boeng747中有250万个紧固连接件。一、连接(joint)分类1.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。二、螺纹基本知识1)直径大径d：公称直径。M20→d=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；n＞1时用于传动；

n↑→↑，但为便于制造n≤43)牙形角：螺纹牙两侧面夹角1.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。三角形螺纹2.螺纹的类型§2-2螺纹连接的类型和材料性能等级1.螺栓连接装拆方便，成本低，打通孔，应用最广。铰制孔螺栓普通螺栓一、螺纹连接主要类型FF2.双头螺柱连接螺柱不用拆下，用于被连接件之一较厚（盲孔）或材料较软，且经常拆装的场合。3.螺钉连接无螺母，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。4.紧定螺钉连接

螺钉末端顶住另一零件的表面或相应凹坑，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩。二、螺纹连接件的材料性能等级螺栓（钉、柱）的力学性能等级(GB/T3098.1-2000,3098.2-2000)性能等级3.64.64.85.65.86.88.89.810.912.9抗拉强度b/MPa30040040050060080090010001200屈服强度s/MPa1802403203004004806407209001080§2-3螺纹连接的预紧和防松一、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、防松实质是防止螺纹副发生相对转动。怎么会发生松动？防松的方法：摩擦机械破坏见表5-3§2-4

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（不受预紧力）F二、紧连接（受预紧力）（1）承受横向工作载荷的普通螺栓连接失效形式：接合面发生滑移

螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力F0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1.3是何用意？？？强度条件：上式中：F0

—单个螺栓的轴向预紧力，N

F0

≥

KSFΣ/fZi

计算时取F0

=

KSFΣ

/fZi

KS

—可靠系数(防滑系数)，1.1~1.3

FΣ

—横向静载荷，NZ—螺栓数目

i—接合面数f—接合面摩擦系数1.3——系数将σ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。例：某普通螺栓组连接，已知横向静载荷F∑=30kN，结合面摩擦系数f=0.15，结合面数i=1，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，性能等级4.8，试确定螺栓规格。解：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S，由表5-10

1.选M24，S=3.14(插值计算)

[]=

s/S=320/3.14MPa

M24的d1=20.752mm，估计偏小，不适用。2.选M30，S=2.5

[]=

s/S=320/2.5=128MPa

M30的d1=26.211mm，所以符合要求。（2）受预紧力F0和轴向工作载荷F的紧螺栓连接松弛状态F0F0F0F0

m

b预紧状态FF工作状态F是工作拉力F1F1F1F1Δ

mΔ

b变形受力过程：无变形

→F0→→+F

→变形协调条件：Δ

b=Δ

m

=Δ

m

b

b+

Δ

b

m-

Δ

m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+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F1F1<

F0螺栓变形力

bF0θb螺栓刚度：Cb=tanθb=F0/

b被连接件变形力F0

m被连接件刚度：Cm=tanθm=F0/

mθmΔ变形力F2F1FF0

b

m∆F由合成图分析F0=F1+(F

-

∆F)Δ∆F变形力F2F1FF0

b

mθmθb——检查残余预紧力F1的大小???显然：螺栓的总拉力F2(用于计算强度)讨论：1.——螺栓相对刚度当F0、

F一定时，∴为↓螺栓受力→选择不同垫片→应使2.

F1>0不出现缝隙。强度条件：

螺栓的相对刚度系数垫片类型金属垫片或无垫片皮革铜皮石棉橡胶

0.2~0.3

0.70.80.9Cb+CmCb例：有一受预紧力F0=1000N和轴向工作拉力F=1000N作用的紧螺栓连接。已知螺栓刚度Cb和被连接件刚度Cm相等，试计算：（1）螺栓所受的总拉力F2和剩余预紧力F1。（2）为保证被连接件不出现缝隙，该螺栓的轴向工作拉力F极限值为多少？

解：（1）

（2）要求F1>0

熟记公式，灵活应用例：

某压力容器采用螺栓连接，已知“力-变形”线图。试求：（1）

螺栓受到的预紧力F0的大小；（2）

为满足紧密性要求，取剩余预紧力为20000N，此时螺栓承受的工作拉力F的大小；（3）

若螺栓选用M30规格，而且已知d1=26.211mm,[]=106MPa，校核螺栓连接强度；（4）

螺栓承受的总拉力F2达到多少时，容器将漏气？解：（1）

预紧力F0=30000N

（2）工作拉力F=35000-20000=15000N（3）校核

螺栓连接强度足够。

(4)

被连接件变形为0时，容器则漏气，由图可知

F2=45000N§2-5

螺栓组连接的设计1.接合面几何形状力求简