第十三 章 連接設(shè)計(jì)

§9—1螺紋連接的基本知識(shí)一、螺紋的分類第十三章連接設(shè)計(jì)三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋圓弧形螺紋按螺紋牙型分螺紋的牙型螺紋線數(shù)螺旋線的繞行方向分右旋螺紋（正螺紋）左旋螺紋（反螺紋）內(nèi)螺紋外螺紋柱螺紋錐螺紋左旋右旋

圖13-1圓柱螺紋基本參數(shù)1--外螺紋2—內(nèi)螺紋3—外螺紋牙頂4—螺紋牙側(cè)5—外螺紋牙底6—內(nèi)螺紋牙頂7--內(nèi)螺紋牙底γSSSπd1πd2πd12d1hP5674dd32βα二、螺紋的基本參數(shù)和術(shù)語1、外徑（大徑）d----公稱直徑。2、小徑（內(nèi)徑）d1----危險(xiǎn)截面直徑。3、中徑----d２處于大徑與小徑之間，幾何計(jì)算直徑。4、螺距P--相鄰兩螺紋牙同名點(diǎn)之間的軸向距離。5、導(dǎo)程S--同一條螺旋線上相鄰兩螺紋牙同名點(diǎn)之間的軸向距離。S=Pn（ｎ--螺旋線頭數(shù)）

S=πd2tgγ6、螺旋升角γ--螺旋線上任意點(diǎn)切線與垂直于螺紋軸線平面間的夾角。7、牙型角α--同一螺紋牙的兩個(gè)側(cè)邊所夾銳角。牙側(cè)角β。8、工作高度h—螺紋副的螺紋牙接觸部分的徑向高度。自鎖條件：γ＜Ψv

連接螺紋自鎖性要強(qiáng)：∴γ要小，Ψv要大。傳動(dòng)用螺旋效率要高：∴γ要大，Ψv要小。三、螺紋副的效率和自鎖ρΨv1、普通螺紋--主要用于連接1）、粗牙--2）、細(xì)牙--2、矩形螺紋--3、梯形螺紋--4、鋸齒形螺紋--5、圓弧螺紋--四、機(jī)械制造中常用的螺紋主要用于傳動(dòng)主要用于排污設(shè)備、玻璃器皿§13—2螺紋連接基本類型和螺紋連接件一、基本類型1、螺栓連接dd

L1aa普通螺栓連接工作原理：螺栓受拉力，被連接件結(jié)合面產(chǎn)生的摩擦力承受外載荷。應(yīng)用：應(yīng)用于被連接件不太厚,被連接件上下兩個(gè)方向都有操作空間，需要經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合鉸制孔用螺栓連接工作原理側(cè)壁受擠壓桿橫截面受剪承受外載應(yīng)用：需精確固定兩被連接件的相對(duì)位置2、雙頭螺柱連接3、螺釘連接H2H2一個(gè)被連接件很厚，或單側(cè)有操作空間又要經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。不經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合，其它同雙頭螺柱。4、緊定螺釘連接用螺釘?shù)奈捕酥苯禹斪×硗庖粋€(gè)被連接件的表面或頂入凹坑中。用以固定兩個(gè)被連接件的相互位置，可傳遞較小的力或轉(zhuǎn)矩。4、其它螺紋連接二、螺紋連接件1、螺栓和螺釘2、雙頭螺柱3、緊定螺釘二、螺紋連接件4、螺母和墊圈§13--3螺紋連接的預(yù)緊和防松一、預(yù)緊（一）目的：增加剛度；增加連接的緊密性；增加連接的可靠性；提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。（二）預(yù)緊力的大小Fp1.擰緊力矩TT=T1+T2

T2----螺母與支乘面間的摩擦阻力矩T1--螺紋副摩擦力矩（二）預(yù)緊力的大小Fp1.擰緊力矩TT=T1+T2

T2----螺母與支乘面間的摩擦阻力矩T1－螺紋副摩擦阻力矩當(dāng)量摩擦系數(shù)FpT2D0螺紋為標(biāo)準(zhǔn)件，將M12~M64螺紋各參數(shù)代入上式整理后得：取0.2適用于＞M12的螺栓拉力Fp扭矩T1結(jié)論：擰緊螺栓時(shí)d1截面（三）預(yù)緊力大小的控制1、不重要的連接----不控制預(yù)緊力。2、重要連接---定力矩扳手、測(cè)力矩扳手、測(cè)量螺栓伸長量、控制螺母轉(zhuǎn)角、測(cè)量螺栓的應(yīng)變等。

圖13-6力矩扳手a）、b)測(cè)力矩扳手c）定力矩扳手b)a)c)二、螺紋連接的防松防止螺紋副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（一）利用摩擦力防松1.原理2.方法（二）機(jī)械防松1.原理2.方法（三）永久防松1.原理2.方法摩擦防松：對(duì)頂螺母彈簧墊圈自鎖螺母正確不正確機(jī)械防松：開口銷與六角開槽螺母止動(dòng)墊圈

串聯(lián)鋼絲永久防松：結(jié)束放映點(diǎn)沖鉚合點(diǎn)焊粘合§14—4螺栓組連接設(shè)計(jì)一、螺紋連接失效1、被連接件：滑移、出現(xiàn)間隙、壓潰及斷裂。2、連接件：斷裂、壓潰、塑性變形、螺紋牙的破壞。

螺栓組的受力可歸納為四種情況：XY—受橫向載荷F作用的螺栓組連接；Z—受軸向載荷F作用的螺栓組連接；YX—受傾覆力矩M作用的螺栓組連接；Z—受旋轉(zhuǎn)力矩T作用的螺栓組連接；一）受橫向載荷作用的螺栓組連接FΣFΣO二、螺栓組連接的受力分析ZFP

fm≥Kf

FΣ

Kf=1.1～1.3。1、普通螺栓連接單個(gè)螺栓受預(yù)緊力：目的：找出螺栓組中受力最大的螺栓2、鉸制孔用螺栓連接組單個(gè)螺栓受工作載荷：二）、受轉(zhuǎn)矩作用的螺栓連接組在轉(zhuǎn)矩T作用下，被連接件接觸面不允許發(fā)生滑移或壓潰。1）采用普通螺栓—螺栓只受預(yù)緊力各螺栓預(yù)緊力Fp相同。力平衡條件：TfFpr1fFpr2T2）采用鉸制孔用螺栓（找出受力最大的螺栓）受力最大的螺栓的橫向工作載荷：力平衡條件：變形協(xié)調(diào)條件：34521678910r2F2TT三）受軸向載荷作用的螺栓組OFΣO單個(gè)螺栓的軸向工作載荷：單個(gè)螺栓所受總載荷F0＝？工作前各螺栓受預(yù)緊力FP。四）受傾翻力矩M作用的螺栓連接組平衡條件：變形協(xié)調(diào)條件受力最大螺栓的軸向載荷：受拉側(cè)不許出現(xiàn)間隙；受壓側(cè)不允許壓潰

（受傾翻力矩M作用的螺栓連接組不作考試內(nèi)容）例：a)b)c)圖9-13螺栓組的力分析xyozoxFxzyFFxzyoxαaF三、螺栓組連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：根據(jù)載荷情況確定連接接合面的幾何形狀和螺栓組布置形式，力爭使各螺栓受力均勻，避免螺栓產(chǎn)生附加載荷，便于加工和裝配。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1、形狀盡量簡單2、便于加工和分度3、盡量減少加工面4、各螺栓受力均勻5、螺栓排列應(yīng)有合理的釘距和邊距6、其它參數(shù)見表10-6§14—5單個(gè)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算

螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算主要與連接的裝配情況（預(yù)緊或不預(yù)緊）、外載荷的性質(zhì)和材料性能等有關(guān)。

螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算的目的是根據(jù)強(qiáng)度條件確定螺栓直徑，而螺栓和螺母的螺紋牙及其他各部分尺寸均按標(biāo)準(zhǔn)選定。螺紋連接的失效形式：對(duì)于受拉螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂。對(duì)于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓桿被剪斷或螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰。一、普通螺栓（一）單個(gè)松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算F（一）單個(gè)松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算F根據(jù)d1值查手冊(cè)，確定d的大小[σ]=σs/S（MPa）S－安全系數(shù)，F(xiàn)FFPFPFfFf

（二）只受預(yù)緊力的單個(gè)緊連接螺栓強(qiáng)度計(jì)算

（受橫向載荷作用的單個(gè)螺栓強(qiáng)度計(jì)算）螺栓應(yīng)力：和準(zhǔn)則：接合面不滑移根據(jù)第四強(qiáng)度理論：只受預(yù)緊力的緊螺栓連接強(qiáng)度條件：（三）受軸向載荷作用的緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算螺栓工作載荷：螺栓受預(yù)緊力：Fp螺栓總載荷：F0＝？設(shè)計(jì)要求：在F∑作用下，不允許接觸面間有間隙，且接觸面間仍有足夠的壓應(yīng)力。

1、受力和變形分析：連接件和被連接件均為彈性體，應(yīng)變均在彈性變形范圍內(nèi)。力和變形為線性關(guān)系。12力變形曲線λ1λ2F0Fp/F△FFpOb變形力△λFpOmλ2Fpλ1力連接件剛度C1：被連接件剛度C2：工作前：受力連接件Fp→

λ1被連接件Fp→λ2連接件λ1→（λ1+△λ1）

F0被連接件λ2→（λ2-△λ2）Fp/工作中：F0Fp/F△F△λλ2Fpλ1力根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件得：△λ1=△λ2F0Fp/F△F△λλ2Fpλ1力得：受軸向載荷作用的緊螺栓連接的總載荷F0螺栓的相對(duì)剛度見表13-6F0Fp/F△F△λλ2Fpλ1力分析受軸向載荷的緊螺栓連接：

1）相對(duì)剛度與結(jié)構(gòu)、材料、尺寸有關(guān)2）△λ=λ2時(shí)連接失效。所以Fp/>03）F0→Fp→F0變應(yīng)力→疲勞破壞。如果工作載荷F為變載荷（在F1→F2之間變化）則螺栓總載荷F02→F01→F02

4)F/P的常用值見P286

2、受軸向載荷的緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算使用公式說明：F不變----靜強(qiáng)度計(jì)算F變化----靜強(qiáng)度計(jì)算+疲勞強(qiáng)度計(jì)算

3、疲勞強(qiáng)度計(jì)算（應(yīng)力幅計(jì)算）拉力幅應(yīng)力幅提高螺栓連接疲勞強(qiáng)度的措施減小Fa（F0、F/P和F不能改變）1、降低C1；2、提高C2；3、降低C1同時(shí)提高C2。減小Fa

§13--6螺栓的材料和許用應(yīng)力螺栓、螺柱及螺釘?shù)男阅艿燃?jí)見表13-8，如3·6、4·6、4·8…….?！で皵?shù)字為σb/100；·后為屈強(qiáng)比10σs/σb。σb為材料的抗拉強(qiáng)度極限σs為材料的屈服極限。二、緊螺栓連接許用應(yīng)力見表13-6一、螺栓的材料見表13-8S－安全系數(shù)見表13-7。表13-7

材料靜載荷變載荷M6～M16M16～M30M306～M60M6～M16M16～M30碳素鋼5～44～2.52.5～212.5～8.58.5合金鋼5.7～55～3.43.4～310～6.86.8控制預(yù)緊力時(shí)緊螺栓連接的安全系數(shù)S=1.2～

1.5不控制預(yù)緊力時(shí)緊螺栓連接的安全系數(shù)：二、鉸制孔用螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算d0≠d1

Lmin---最小工作長度。m—受剪面對(duì)數(shù)。設(shè)計(jì)要求：不壓潰，不剪斷。受剪螺栓的許用應(yīng)力見表13-8例：一凸緣聯(lián)軸器若采用M16的普通螺栓聯(lián)成一體，傳遞轉(zhuǎn)矩T＝450Nm，螺栓性能等級(jí)4.8，結(jié)合面摩擦因數(shù)f=0.15，安裝時(shí)不控制預(yù)緊力，試設(shè)計(jì)此螺栓連接。解題思路：解決螺栓個(gè)數(shù)Z；橫向載荷的普通螺栓組，以預(yù)緊力FP產(chǎn)生摩擦阻力矩傳遞轉(zhuǎn)矩T；即：FPfZrm≥KfT。解：查設(shè)計(jì)手冊(cè)，M16的螺栓，d1=13.835mm，由性能等級(jí)知σS=320MPa查表13-7（不控制預(yù)緊力）取S=4[σ]=σS/S=320/4=80MPa

由FPfZrm≥KfT取過載系數(shù)Kf=1.2；由題意知m＝1，r＝D/2=155/2=77.5mm。Z≥KfT/FPfrm＝1.2×450×103/9246.44×0.15×77.5×1=5.02∴取螺栓個(gè)數(shù)為Z=6個(gè)。

3）分析F和T對(duì)螺栓組的作用，并劃出力分析圖；1）布置方案2）力向螺栓組形心簡化，得到橫向載荷F和扭距T；4）劃出各螺栓所受的合力。5）求出各方案中受力最大的螺栓所受載荷Fmax比較方案的合理性。6）設(shè)計(jì)螺栓的直徑例：設(shè)計(jì)圖示螺栓連接組（螺栓布置方案、螺