0 第12章 (1-7)螺紋連接機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

（PPT課件）

車輪輪轂和輪輻之間的連接螺栓結(jié)構(gòu)如何，尺寸大小多少，如何進(jìn)行設(shè)計(jì)和選用。這些問題，通過本章的學(xué)習(xí)，你都可以得到答案。在機(jī)械產(chǎn)品中，是否還有其它零件、其它方式將零件連接起來，還有哪些機(jī)械要用到連接結(jié)構(gòu)？在日常生活中，能否找到連接的應(yīng)用？

第12章螺紋連接12.1常用螺紋的類型特點(diǎn)、應(yīng)用和參數(shù)12.2螺紋聯(lián)接的基本類型和螺紋緊固件12.3螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松第12章螺紋連接12.4螺栓的強(qiáng)度計(jì)算12.5螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12.7工程應(yīng)用案例—卷揚(yáng)機(jī)和法蘭結(jié)構(gòu)12.6提高螺栓強(qiáng)度的措施4本章知識要點(diǎn)掌握螺紋的結(jié)構(gòu)和尺寸；了解螺紋的類型和應(yīng)用場合；掌握螺紋連接的類型和結(jié)構(gòu)；掌握螺紋連接零件的設(shè)計(jì)計(jì)算；掌握提高螺紋連接零件強(qiáng)度的措施。興趣實(shí)踐觀察自行車和管道內(nèi)部哪些部位存在螺紋連接，分別屬于何種螺紋類型和螺紋連接類型。思考探索在選用或設(shè)計(jì)螺紋連接零件時(shí)，為什么有的需要進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，而有的僅需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用即可。第12章螺紋連接5大徑d、小徑d1、中徑d2、螺距P、導(dǎo)程S一、螺紋的主要參數(shù)升角、牙型角α、牙型斜角β常用螺紋的類型特點(diǎn)、應(yīng)用和參數(shù)案例12-1右上圖所示的水龍頭的螺紋是哪種螺紋？我們的日常用水是怎么連到千家萬戶的？右下圖中的家具是如何由板料和鉸鏈（合頁）連接而成？常用螺紋的類型特點(diǎn)、應(yīng)用和參數(shù)7二、螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用根據(jù)螺紋的牙形三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋常用螺紋的類型特點(diǎn)、應(yīng)用和參數(shù)案例12-1分析水龍頭的螺紋主要用于管道連接，是英制管螺紋，保證其密閉性要求。我們的日常用水就是通過管道連接管道、閥門等管道配件由水源地運(yùn)輸?shù)郊壹覒魬?。燃?xì)?、暖氣同樣如此。家具是由板料、鉸鏈（合頁）、螺釘連接而成。常用螺紋的類型特點(diǎn)、應(yīng)用和參數(shù)9根據(jù)螺旋線方向左旋螺紋右旋螺紋根據(jù)螺旋線數(shù)目單線螺紋多線螺紋

按螺距（大徑相同）粗牙螺紋細(xì)牙螺紋按母體形狀圓柱螺紋圓錐螺紋常用螺紋的類型特點(diǎn)、應(yīng)用和參數(shù)案例12-2如右圖所示的旋轉(zhuǎn)圓拖是如何實(shí)現(xiàn)手壓清洗和脫水功能的？

常用螺紋的類型特點(diǎn)、應(yīng)用和參數(shù)按螺紋的作用可分為連接螺紋和傳動(dòng)螺紋。連接螺紋的自鎖性能要好。傳動(dòng)螺紋的傳動(dòng)效率盡可能高。按螺紋所在的位置可分為外螺紋和內(nèi)螺紋，在圓柱體外表面上的螺紋為外螺紋，如螺栓、螺釘和螺柱均為外螺紋。在圓柱體內(nèi)表面，或者內(nèi)孔圓柱面上形成的螺紋為內(nèi)螺紋。常用螺紋的類型特點(diǎn)、應(yīng)用和參數(shù)案例12-2分析旋轉(zhuǎn)圓拖是靠螺紋傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)手壓清洗和脫水功能。

常用螺紋的類型特點(diǎn)、應(yīng)用和參數(shù)13一、螺紋聯(lián)接的主要類型四種基本類型螺栓聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接需擰緊螺母不需螺母

除上述聯(lián)接的基本類型外，在機(jī)器中，還有一些特殊結(jié)構(gòu)的螺紋聯(lián)接。如：T型槽螺栓聯(lián)接、吊環(huán)螺釘聯(lián)接和地腳螺栓聯(lián)接等。詳細(xì)說明螺紋連接的基本類型和螺紋緊固件14二、螺紋緊固件螺紋連接的基本類型和螺紋緊固件15一、預(yù)緊

預(yù)緊力

大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。

增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對移動(dòng)。

預(yù)緊的目的

擰緊后螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過材料屈服極限σs的80%。

預(yù)緊力的確定原則螺紋連接的預(yù)緊和防松16利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。通?？刹捎脺y力矩扳手或定力矩扳手，對于重要的螺栓聯(lián)接，也可以采用測定螺栓伸長的方法來控制預(yù)緊力。

預(yù)緊力的控制

注意：對于重要的聯(lián)接，應(yīng)盡可能不采用直徑過小

(＜M12)的螺栓。

預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系：測力矩扳手定力矩扳手測定螺栓伸長螺紋連接的預(yù)緊和防松17二、防松

聯(lián)接中常用的單線普通螺紋和管螺紋一般都能滿足自鎖條件不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，或在高溫或溫度變化較大的情況下，螺紋聯(lián)接中的預(yù)緊力和摩擦力會(huì)逐漸減小或可能瞬時(shí)消失，導(dǎo)致聯(lián)接失效。

防松的根本問題在于防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動(dòng)。常用的防松方法:

摩擦防松

機(jī)械防松

其他防松彈簧墊圈對頂螺母尼龍圈鎖緊螺母開口銷帶翅墊片止動(dòng)墊片螺紋連接的預(yù)緊和防松案例12-3在現(xiàn)實(shí)生活和工業(yè)生產(chǎn)中所用到的螺紋連接件分別是何種類型？受載情況如何？右圖所示單個(gè)螺栓連接分別承受什么載荷？

螺栓的強(qiáng)度計(jì)算19

螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算方法：根據(jù)聯(lián)接的類型、聯(lián)接的裝配情況（是否預(yù)緊）和受載狀態(tài)等條件，確定螺栓的受力，然后按相應(yīng)的強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓危險(xiǎn)截面的直徑（螺紋小徑）或校核其強(qiáng)度。

螺栓的其他部分（如螺紋牙、螺栓頭和螺桿等）和螺母、墊圈的結(jié)構(gòu)尺寸，則是根據(jù)等強(qiáng)度條件及使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的，通常不需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，可按螺紋的公稱直徑（螺紋大徑）直接從標(biāo)準(zhǔn)中查找或選定。一、普通螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算1.松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度條件：設(shè)計(jì)公式：實(shí)例螺栓的強(qiáng)度計(jì)算202.緊螺栓聯(lián)接

緊螺栓聯(lián)接有預(yù)緊力F'，按所受工作載荷的方向分為兩種：受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接和受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接。（1）受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接受力特點(diǎn)：

載荷與螺栓軸向垂直，靠被聯(lián)接件間的摩擦力傳遞。螺栓受載前需預(yù)緊,受載前后受力相同。螺栓內(nèi)部危險(xiǎn)截面上既有軸向預(yù)緊力F'形成的拉應(yīng)力σ，又有因螺栓與螺紋牙面間的摩擦力矩T1而形成的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力τ。F'F'FsFs/2Fs/2螺栓的強(qiáng)度計(jì)算21

正常聯(lián)接條件：預(yù)緊力F0所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于等于橫向工作載荷F，即式中，F(xiàn)0——螺栓所受軸向預(yù)緊力，N；C——可靠性系數(shù)，取C=1.1~1.3；F——螺栓聯(lián)接所受橫向工作載荷，N；f——接合面間的摩擦系數(shù)，對于干燥的鋼鐵件表面，取f=0.1~0.15；m——接合面的數(shù)目。螺栓的強(qiáng)度計(jì)算22根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺栓的強(qiáng)度條件為：對于M10~M68的普通螺紋，，因而有，

由此可見，扭切應(yīng)力對強(qiáng)度的影響在數(shù)學(xué)上表現(xiàn)為將軸向拉應(yīng)力增大30%，即：設(shè)計(jì)公式為：螺栓的強(qiáng)度計(jì)算23

載荷方向與螺栓軸向一致,螺栓受載前需預(yù)緊,受載前后受力不同.螺栓內(nèi)部危險(xiǎn)截面上同樣既有拉應(yīng)力σ,又有扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力τ。受力特點(diǎn)：強(qiáng)度條件:設(shè)計(jì)公式:

式中，F(xiàn)Q為螺栓受載后所受的軸向總拉力(N),通過受載前對螺栓的預(yù)緊,和受載后螺栓軸向拉力的分析,可知這里F為單個(gè)螺栓的軸向載荷,F''為殘余軸向預(yù)緊力。FQ=F+F''（2）受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接螺栓的強(qiáng)度計(jì)算24二、螺紋聯(lián)接件材料及等級常用的螺紋聯(lián)接件材料為Q215、Q235、35、45等碳素鋼。當(dāng)強(qiáng)度要求高時(shí)，還可采用合金鋼，如15Cr、40Cr等。

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了螺紋聯(lián)接件的性能等級。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級，螺母的性能等級分為7級。在一般用途的設(shè)計(jì)中，通常選用4.8級左右的螺栓，在重要的或有特殊要求設(shè)計(jì)中的螺紋聯(lián)接件，要選用高的性能等級，如在壓力容器中常采用8.8級的螺栓。性能等級表螺栓的強(qiáng)度計(jì)算251．螺紋聯(lián)接件的許用拉應(yīng)力2．螺紋聯(lián)接件的許用剪應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力3．螺紋聯(lián)接件的安全系數(shù)（被聯(lián)接件為鋼）（被聯(lián)接件為鑄鐵）安全系數(shù)表螺紋連接的基本類型和螺紋緊固件三、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力案例12-3分析右上圖所示為凸緣聯(lián)軸器，主要承受轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩作用于垂直于螺栓軸線，因此此時(shí)單個(gè)螺栓承受的載荷為橫向載荷。右下圖所示為法蘭連接，當(dāng)管道內(nèi)通入帶有壓力的流體時(shí)，將會(huì)對螺栓連接組施加一個(gè)平行于軸線方向的作用載荷，因此此時(shí)單個(gè)螺栓承受的載荷為軸向載荷。螺栓的強(qiáng)度計(jì)算27

在設(shè)計(jì)螺栓組聯(lián)接時(shí)，關(guān)鍵是聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。它是根據(jù)被聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)和聯(lián)接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式。

各螺栓之間的距離大小既要保證聯(lián)接的可靠性又要考慮裝拆方便，還應(yīng)留有足夠的扳手空間。大多數(shù)機(jī)械中螺栓都是成組使用的。螺栓連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28一、螺栓組的布置

要設(shè)計(jì)成軸對稱的幾何形狀螺栓連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29

螺栓的布置應(yīng)使螺栓的受力合理螺栓連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30

螺栓的布置應(yīng)有合理的間距、邊距螺栓連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31

同一組螺栓聯(lián)接中各螺栓的直徑和材料均應(yīng)相同螺栓連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32

避免螺栓承受偏心載荷螺栓連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33一、提高螺栓強(qiáng)度的措施

減小應(yīng)力集中的影響

降低載荷變化量

避免附加彎曲應(yīng)力提高螺栓強(qiáng)度的措施卷揚(yáng)機(jī)所用凸緣聯(lián)軸器，允許傳遞最大轉(zhuǎn)矩T為600Nm（靜載），用6個(gè)M16普通螺栓連接左右半聯(lián)軸器，螺栓分布圓直徑D0=120mm，左右半聯(lián)軸器接合面摩擦系數(shù)f=0.2，確定所選用螺栓、螺母的性能等級。工程應(yīng)用案例—卷揚(yáng)機(jī)和法蘭結(jié)構(gòu)351.螺栓聯(lián)接螺紋連接的基本類型和螺紋緊固件362.雙頭螺柱聯(lián)接螺紋連接的基本類型和螺紋緊固件373.螺釘聯(lián)接螺紋連接的基本類型和螺紋緊固件384.緊定