山轻院机械设计基础课件10联接

可拆联接：允许多次装拆，不会破坏或

损伤联接中的任何一个零件，

如螺纹联接、键联接、销联接

§10联接按是否可拆分为

联接：将两个或两个以上的零件组合成一体的结构。不可拆联接：若不破坏或损伤联接中的零件就不能将联接拆开，如焊接、铆接、粘接等。

联接10.1螺纹联接的主要类型、材料和精度10.2

螺栓联接的拧紧和防松10.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算10.4

螺栓组联接的受力分析10.5提高螺栓联接强度的措施

§10联接

§10-1螺纹参数螺纹的形成按轴向剖面形状（螺纹的牙型）1.螺纹的种类：三角形螺纹：常用于联接，常用于传动，单向受载常用于传动梯形螺纹：锯齿形螺纹：

§10-1螺纹参数按螺旋线绕行方向分左旋右旋（常用）左旋右旋按螺旋线数目分单线螺纹：多线螺纹：2

螺纹的主要参数大径d小径d1中径d2螺距P导程S升角牙型角a

牙侧角b

§10-1螺纹参数大径：与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径（标记用）小径：与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径（计算用）中径：一假想圆柱的直径，该圆柱母线上的沟槽和凸起宽度相等。螺距P：相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离。导程S

：同一条螺线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离升角：在圆柱上，螺线切线与垂直于螺线轴线平面间的夹角牙型角a与牙型斜角b：轴向剖面内牙型相邻两侧边的夹角，称为牙型角a，牙型侧边与螺纹轴线垂线间的夹角称为牙型斜角b。

§10-1螺纹参数

§10-2螺旋副的受力分析一、矩形螺纹vρΨFnFRFFaFFaFRΨΨ+ρ拧紧力矩

螺母等速旋转并上升相当于滑块沿斜面等速上移拧紧螺母

§10-2螺旋副的受力分析放松力矩

螺母等速旋转并下降相当于滑块沿斜面等速下降放松螺母FRΨ-ρΨFavΨρFnFFFRFa1）当ψ>ρ时，即斜面较陡，此时F>0（与假定方向一致），

F

是维持滑块等速下降的支持力(阻力)，阻止螺母加速松退。2）当ψ<ρ

时，斜坡平缓，此时F<0（与假定方向相反），

F

是旋松螺母所需加的驱动力（推滑块下滑）。若不加驱动力F，无论Fa多大，滑块（螺母）都不会自行下滑—自锁状态。FRΨ-ρΨFavΨρFnFFFRFa自锁条件：

讨论：二、非矩形螺纹略去升角的影响，在同样轴向载荷作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹的大，造成摩擦力较大：——当量摩擦系数——当量摩擦角把法向力的增加看作摩擦系数的增加1）滑块等速上升时（拧紧螺母）水平推力驱动力矩2）滑块等速下滑时（旋松螺母）水平推力驱动力矩自锁条件10.1螺纹联接的主要类型、材料和精度1主要类型按工作前拧紧否按受力情况紧联接：在装配时需拧紧，即在承载前已受预紧力作用松联接：在装配时不拧紧，只在受外载时才受到力的作用受拉螺栓受剪螺栓

§10-4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件(1)

螺栓联接(2)

双头螺柱联接螺栓受拉力，承受外载。用于一被联接件厚，且常拆卸处

§10-4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件(3)

螺钉联接螺栓受拉承受外载。用于一被联件，常拆卸处

§10-4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件(4)

紧定螺钉联接靠承受外载；用于薄壁件联接

§10-4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件2螺纹紧固件螺栓双头螺柱螺钉螺母垫圈标准化

§10-4螺纹联接的基本类型及螺纹紧固件1.螺栓联接的拧紧提高螺栓联接刚性2.拧紧力矩T紧密、紧固性要求防松

§10-4螺纹联接的预紧和防松1.拧紧目的螺纹副相对转动阻力矩支承面螺母间摩擦力矩拧紧力矩的控制（1）测力矩扳手：带指针刻度，测出拧紧力矩（2）定力矩扳手：当拧紧力矩达到所调节的额定值时，弹簧受压，离合器便会打滑而自动脱开注：直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接，若无控制拧紧力矩的措施，不宜采用小于M12的螺栓。

§10-4螺纹联接的预紧和防松2

螺栓联接的防松目的：冲击、震动、变化副间急剧下降原理：防止螺旋副间的相对转动。摩擦防松：简便，但不可靠直接防松（机械）:破坏螺纹副：可靠，一次性弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺母开口销带翅垫片止动垫片温度变化，材料蠕变联接松脱分类：表10－4其他防松

§10-4螺纹联接的预紧和防松

单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。

根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受

设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应

计算原则：螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹的公称直径（大径）d等。拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。

§10-6螺栓联接的强度计算（1）

受拉螺栓联接和断裂静载螺纹部分塑性变形变载螺杆疲劳断裂危险截面：H－牙型三角形高度15％20％65％(10.2)

§10-6螺栓联接的强度计算失效形式1.受拉松螺栓联接强度条件：拉应力（MPa）,查表式中为松联接螺栓的许用2.受拉紧螺栓联接装配时需要拧紧。在拧紧力矩T作用下：

螺栓受轴向拉力（预紧力）Fa的作用而产生拉伸应力；

同时还受到螺纹力矩T1所引起的扭切应力;

即螺栓处于拉伸和扭转的的复合应力状态。10.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算螺栓拉伸应力T1扭剪应力据第四强度理论（螺栓塑性）强度条件：式中为紧联接螺栓的许用拉应力,见表10－6(10－12)[1]应力表达Fa10.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算10.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算[2]受力变形图（伸长量）（压缩量）a：螺栓未预紧b：螺栓预紧c：螺栓受工作载荷被联接件不受载螺栓不受载螺栓被联接件（预紧力）（伸长量）（预紧力）（压缩量）螺栓联件（拉力）（压力）螺栓的预紧和受载后螺栓轴向拉力的分析各力间关系螺栓相对刚性系数①先根据联接的工作要求规定残余预紧力②再求出螺栓的总拉伸载荷①当工作载荷没有变化时，取②当工作载荷有变化时，取紧螺栓联接应能保证被联接件的接合面不出现缝隙，即残余预紧力③有紧密性要求联接（如压力容器螺栓联接），取③然后计算螺栓强度：计算方法例10-4：一钢制液压油缸，壁厚为10mm，油压试计算其上盖的螺栓联接和螺栓分布圆直径。3）强度计算：取螺栓材料45钢，，装配时不要求严格控制预紧力，暂取S=3，则

1）确定螺栓工作载荷暂取螺栓数Z=8，则每个螺栓承受的平均轴向工作载荷为2）螺栓总拉伸载荷合适

由强度公式得螺纹小径为取M16螺栓（），取S=3正确。4）决定螺栓分布圆直径

螺栓间距为取C—可靠性系数，1.1~1.3[1]特点：靠拧紧后接合面上的正压力所产生的摩擦力来承担横向外载荷。螺栓仅承受预紧力的作用，而且预紧力不受工作载荷的影响。（2）受剪紧螺栓联接

§10-6螺栓联接的强度计算保证联接可靠(不产生相对滑移)的条件为：结合面数结合面摩擦系数mf--验算公式：

设计公式：当取f=0.15,m=1,C=1.2时,

说明这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作时不可靠。[2]强度计算为增加可靠性，减小螺栓直径，提高承载能力，可采用如下减载装置：

a)销b)套筒c)键即用键、套筒或销承担横向工作载荷而螺栓仅起联接作用。铰制孔用螺栓

§10-6螺栓联接的强度计算螺杆与孔紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷F螺栓的剪切强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件：铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被联接件孔壁加工精度较高，成本较高1.抗剪切强度条件（10.11）2.挤压强度条件（10.12）10.3.3

许用应力表10.3受拉螺栓静：许用拉应力变载：应力幅表10.4受剪螺栓许用剪应力许用挤压应力例10.1变载螺栓：1.降低螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围通过降低螺栓刚度，提高被联件刚度，图10.20措施：作柔性螺栓，图10.21；提高被联件刚度，图10.22

§10-8提高螺栓联接的措施

减小螺栓刚度的方法a.柔性螺栓b.弹性元件10.5提高螺栓联接强度的措施10.5提高螺栓联接强度的措施

增大被联接件刚度的方法a.金属垫片b.密封环2.改善螺纹牙间受力分配机理：螺栓受拉：自上而下积累，p逐渐变大螺母受压：自上而下积累，p逐渐变小措施：

采用受拉螺母：悬置螺母和环槽螺母

采用内斜螺母：最下面几圈易变形

采用均载装置：钢丝螺套

螺栓p<螺母p

螺母采用有色金属等（E小，变形小）除钢丝螺套，皆采用变形协调条件

§10-8提高螺栓联接的措施7.6提高螺栓联接强度的措施

螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，提高螺栓强度有以下几种措施：改善螺纹牙间的载荷分配内斜螺母环槽螺母悬置螺母螺纹牙间载荷分配关系3.减小附加应力措施：提高被联件刚度不采用钩头及相应不合理而导致同类结果，图10.18