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第三章 螺纹连接,连接：将若干机械零件固连在一起称为“连接”， “连接”分为：可拆连接与不可拆连接两大类 螺纹连接是利用螺纹零件构成的可拆连接。 其特点：结构简单，拆装方便，工作可靠， 各种螺纹连接件是标准件，应用广泛。,基本概念：,3.1.1 常用螺纹的类型及特点和应用,*对螺纹的要求： 足够的强度和良好的工艺性，此外要求 连接螺纹：自锁 管 螺 纹：紧密性、气密性 传动螺纹：效率高、韧度高 调整螺纹：精度高 起重螺纹：效率高、自锁性好,*螺纹的分类： 按牙形：普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹 按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹,3.1 螺纹,1 、普通螺纹（代号M）,特点：螺纹的牙型角=2=60。因牙侧角大，所以当量摩擦因数大，自锁性能好，主要用于连接。,细牙螺纹与粗 牙螺纹的比较,粗牙：常用,细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。,细牙：自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中。,2 、矩形螺纹,特点： 牙形为矩形，=0 =0，所以效率高，用于传动,但 牙根强度弱，同心度差，磨损后不宜补偿，加工困难， 故常被梯形螺纹代替。,3 、梯形螺纹（代号Tr）,特点： =2=30。比矩形螺纹效率略低。 牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。,4、 锯齿形螺纹(代号B),特点：工作边=3，非工作边=30，便于加工。 它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。,5 、圆柱管螺纹 (代号G),特点：用于管件连接的三角螺纹，=55 螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的管件连接。,6、 圆锥管螺纹,特点：螺纹均布在锥度为1:16的管上,=55或60 螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适用于高温、高压的管件连接。,7、 其它螺纹,主要用于金属薄板的连接,d-螺纹大径 d1-螺纹小径 d2-螺纹中径 p-螺距 n-线数 Ph-导程 Ph=np y -螺纹升角 -牙型角 -牙侧斜角 旋向 h-接触高度,3.1.2、 螺纹的主要参数,3.1.3 螺纹的公差和精度,3级公差精度最高 6级公差为基本级 9级公差精度最低,只介绍普通的螺纹的有关公差精度方面的知识 1.普通螺纹的公差等级及精度 GB/T197-2003规定：公差等级有3，4，5，6，7，8，9共7级，,精度有精密级，中等级和粗糙级共3种。,2. 螺纹标记和螺纹副标记示例,3.1.4、螺纹副的受力、效率和自锁,圆周力：拧紧时,松开时,效率：拧紧时,松开时,自锁条件,以上各式中:,-当量摩擦因数， ；,f -摩擦因数； -牙侧角，度；, -当量摩擦角，度， ；,F -预紧力, N；, -螺纹升角，度；,普通螺栓连接 铰制孔用螺栓连接,普通螺栓连接 螺栓和孔壁有间隙,孔的加工精度低。 铰制孔用螺栓连接 螺杆与孔用过渡配合，承受横向载荷，孔需精制。可起定位作用。,3.2 螺纹连接的基本类型和标准螺纹连接件,3.2.1 、螺纹连接的基本类型及其特点与应用,1、 螺栓连接 特点：被连接件较薄，易做通孔。,特点：被连接件不宜做成通孔。 不宜经常拆卸。 拧入深度： 铜或青铜：H=d 铸 铁：H=(1.251.5)d 铝 合 金： H=(1. 52.5)d,2、 螺钉连接,特点：被连接件不宜做成通孔又需要经常拆卸或用螺钉无法安装。,拧入深度： 铜或青铜：H=d 铸 铁：H=(1.251.5)d 铝 合 金： H=(1. 52.5)d,3、双头螺柱连接,4 、紧定螺钉连接 旋入被连接件的螺纹孔中，顶住另一被连接件的表面或凹坑。 固定两个零件或传递不大的力及力矩。,5、其它特殊结构的螺纹连接,地脚螺栓,吊环螺钉,T型槽螺栓,二 、标准螺纹连接件,1.螺栓,2.双头螺柱 旋入端长度有,3.螺钉,1d 1.25d 1.5d 2d,各种螺钉,紧定螺钉的头部和末端,4.紧定螺钉,5.螺母,6.垫圈,3.2.3 、螺纹连接件的常用材料及机械性能等级,1、常用材料： 普通连接： 普通碳素钢，优质碳素结构钢，如:Q215、Q235和10、15、35、45号钢。 变载荷或有冲击、振动的重要连接： 合金钢，如: 15Cr、20Cr、40 Cr、15MnVB、30CrMnSi。,2、螺栓、螺钉、螺柱、螺母性能等级,螺母材料一般较相配合螺栓的硬度低(2040)HBW。 注：,3.3 螺纹连接的预紧与松防 3.3.1 螺纹连接的预紧,1、预紧的作用： 预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力F的作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙或横向滑移。预紧也可以防松。,2、为什么要控制预紧力？ 预紧力过大，会使连接超载。 预紧力不足，可能导致连接失效。 重要的螺栓应控制预紧力。,拧紧螺母时的力矩和预紧力,3、拧紧力矩的计算,螺纹副摩擦力矩,螺母与被连件摩擦力矩,拧紧力矩,故：,Kt为拧紧力矩系数,当钢制螺纹M10M68时，由螺纹几何关系和取摩擦因数 ,当量摩擦角 ，经整理可得：,4、装配时控制预紧力的方法,用测力矩扳手,定力矩扳手,3.3.2 螺纹连接的防松,*防松的实质：防止螺纹副间的相对转动 *防松的方法： 一 、摩擦防松,1 、双螺母 在螺母和螺栓之间形成内力，保证摩擦力。 结构简单、使用方便，但 可靠性不高。 用于平稳、低速、重载的螺纹连接。,2 、弹簧垫圈 弹力保持一定压力 切口尖端逆向。 用于一般的螺纹连接。,3 、锁紧螺母 镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺母。 利用螺母椭圆口的弹性变形箍住螺栓 利用自锁螺母,尼龙圈,二、 机械防松,1 、开口销与六角开槽螺母,2 、止动垫圈,止动垫圈,3 、串联钢丝,三、 永久防松,焊接 冲点 涂胶,3.5 单个螺栓连接的强度计算,3.5.1 松螺栓连接,强度条件 或 许用应力,一般连接取s=1.21.7， 对安全性要求高的连接如起重吊钩的连接，取s=5,3.5.2 、紧螺栓连接 1 、受横向载荷的紧螺栓连接,（1） 普通螺栓连接,靠预紧力F'在接合面产生的摩擦力f F' 传递外力FR 螺栓既受拉应力又受扭剪应力,对于常用的M10M68的钢制普通螺栓,拉应力,剪应力,螺栓的当量应力（第四强度理论）,螺栓的强度条件为：,校核公式：,设计公式：,当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，采用套筒、键、销来承受横向载荷。,（2）铰制孔螺栓连接,螺栓杆的剪切强度条件为:,螺栓与孔壁的挤压强度条件为：,螺栓抗剪面直径，mm；,式中,m 螺栓抗剪面数目；,螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度 ，mm设计时应使 ；,螺栓的许用剪切应力，MPa；,螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，MPa。,2 、受轴向工作载荷的紧螺栓连接,汽缸盖的连接,（1） 受力分析(见动画),螺栓受力,被连接件受力,总拉力,剩余预紧力,螺栓的相对刚度,剩余预紧力,（2）静强度计算,式中,紧螺栓连接的许用拉应力， MPa。,校核公式：,设计公式：,（3）疲劳强度计算,对于受变载荷的螺栓连接，按静强度设计尺寸后，还需进行疲劳强度校核。,疲劳强度条件为,式中,有效应力集中系数,螺纹制造工艺系数,尺寸系数,安全系数,螺栓材料的对称拉压疲劳极限,MPa,3.5.3、 螺栓连接的许用应力,螺栓许用剪应力及许用挤压应力,3.4 螺栓组连接的设计,3.4.1、螺栓组连接的结构设计 *目的：合理地确定连接结合面的几何形状和螺栓的布置形式 *要考虑的问题：,1 、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状,2、 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理,3 、螺栓的排列应有合理的间距、边距,扳手空间,4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应 取4, 6, 8等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线,5 、避免螺栓承受偏心载荷,产生偏心载荷的原因,斜垫圈的应用,凸面和沉头座的应用,避免偏载的结构,3.4.2、 螺栓组连接的受力分析,1 、受轴向载荷 的螺栓组连接,设定有z个螺栓 则：单个螺栓受外力,2 、受横向载荷 的螺栓组连接、,（1） 普通螺栓连接,式中： f 接合面间摩擦因数； m 接合面数； Kf 考虑摩擦因数不稳定及靠摩擦传力有时不可靠而引入的可靠性系数， 一般Kf =1.11.3。,(2) 用铰制孔用螺栓连接,螺栓受力： 剪切力Fs,式中z螺栓数目。,3、受旋转力矩 T 的螺栓组连接,(1) 采用普通螺栓连接时，靠预紧后在接合面上各螺栓处摩擦力对形心的力矩之和平衡外加力矩T。,式中: r1 、r2、. rz 各螺栓中心至螺栓 组形 心O的距离 Kf 可靠性系数 ； f 接合面间摩擦因数； z螺栓数目。,（2）采用铰制孔用螺栓连接时，忽略接合面上的摩擦力，外加力矩T靠螺栓所受剪力对底板旋转中心的力矩之和来平衡。,4、 受倾覆力矩M的螺栓组连接,受倾覆力矩的螺栓组连接除要求螺栓强度足够外，还应保证接合面既不出缝隙也不被压溃。,接合面右端应满足：,左端应满足：,由公式求得预紧力F，并取两者较大值,和工作拉力Fmax求得作用在螺栓上的总拉力F0后，再求出所需螺栓直径。,3.6 提高螺栓连接强度的措施,3.6.1、改善螺纹牙上载荷的分配,均载螺母1,均载螺母2,均载螺母3,钢丝螺套,3.6.2 避免螺栓承受附加额外载荷（偏心载荷）,在铸、锻件表面上安装螺栓时，制做凸台或沉头座孔,支承面为斜面时，采用斜垫圈 采用球面垫圈,3.6.3、提高抗疲劳强度 1 减小应力幅,减小螺栓刚度 螺母下加弹性元件、中空螺杆、减小螺杆直径,增大被连接件刚度 去掉弹性密封垫、加密封环,2 减小应力集中,减小应力集中,