机械设计基础螺纹连接课件

第七章第七章 螺纹连接螺纹连接主要内容：主要内容：1.1.螺纹连接的基本知识螺纹连接的基本知识2.2.螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松3.3.单个螺栓连接的强度计算（单个螺栓连接的强度计算（重点重点）4.4.螺栓组连接的设计计算与实例分析螺栓组连接的设计计算与实例分析（难点）（难点）5.5.提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施 第七章第七章 螺纹连接螺纹连接2024/7/6机械设计基础22023/8/13机械设计基础机械设计基础22024/7/6机械设计基础37 7.1 1 螺纹联接的基本知识螺纹联接的基本知识一、螺纹的主要参数二、螺纹联接件主要类型机械设计基础联接2023/8/13机械设计基础机械设计基础37.1 螺纹联接的基本知识一螺纹联接的基本知识一2024/7/6机械设计基础4二、螺纹联接件主要类型二、螺纹联接件主要类型标准螺纹联接件标准螺纹联接件v1.1.螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓 铰制孔螺栓铰制孔螺栓v2.2.双头螺栓双头螺栓v3.3.螺钉螺钉联接螺钉联接螺钉紧定螺钉、自攻螺钉紧定螺钉、自攻螺钉螺纹联接件通过组合形成螺纹联接螺纹联接件通过组合形成螺纹联接机械设计基础联接2023/8/13机械设计基础机械设计基础4二、螺纹联接件主要类型标准螺二、螺纹联接件主要类型标准螺2024/7/6机械设计基础51.1.螺栓联接螺栓联接螺纹连接螺纹连接2023/8/13机械设计基础机械设计基础51.螺栓联接螺纹连接螺栓联接螺纹连接2024/7/6机械设计基础62.2.双头螺柱联接双头螺柱联接工作原理：工作原理：螺栓受拉力，承螺栓受拉力，承受外载受外载应用：应用：被联接件较厚，被联接件较厚，且常拆卸处且常拆卸处螺纹连接螺纹连接2023/8/13机械设计基础机械设计基础62.双头螺柱联接工作原理：双头螺柱联接工作原理：2024/7/6机械设计基础73.3.螺钉联接螺钉联接工作原理：工作原理：螺栓受拉承受外载螺栓受拉承受外载应用：应用：一被联件较厚，一被联件较厚，但不常拆卸处但不常拆卸处螺纹连接螺纹连接2023/8/13机械设计基础机械设计基础73.螺钉联接工作原理：螺栓螺钉联接工作原理：螺栓2024/7/6机械设计基础84.4.紧定螺钉联接紧定螺钉联接工作原理：工作原理：靠拧入零件螺纹孔靠拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住中的螺钉末端顶住另一个零件的表面，另一个零件的表面，或者顶入相应的凹或者顶入相应的凹坑中，将零件固定。坑中，将零件固定。应用：应用：薄壁件联接薄壁件联接螺纹连接螺纹连接2023/8/13机械设计基础机械设计基础84.紧定螺钉联接工作原理：紧定螺钉联接工作原理：2024/7/6机械设计基础9螺纹联接件实物螺纹联接件实物2023/8/13机械设计基础机械设计基础9螺纹联接件实物螺纹联接件实物2024/7/6机械设计基础107.2 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松2023/8/13机械设计基础机械设计基础107.2 螺纹连接的预紧和螺纹连接的预紧和2024/7/6机械设计基础111 1、预紧的作用：、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预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力F F0 0的作用，以防止连接受载后被连接件之间出现间隙或的作用，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。横向滑移。预紧也可以防松。2 2、控制预紧力的目的：在于增加连接的可靠性、紧、控制预紧力的目的：在于增加连接的可靠性、紧 密性和防松能力。密性和防松能力。预紧力过大，会使连接超载。预紧力过大，会使连接超载。预紧力不足，可能导致连接失效。预紧力不足，可能导致连接失效。重要的螺栓应控制预紧力。重要的螺栓应控制预紧力。一、螺纹连接的预紧一、螺纹连接的预紧2023/8/13机械设计基础机械设计基础111、预紧的作用：、预紧的作用：2、控制预、控制预2024/7/6机械设计基础12拧紧螺母时的力矩和预紧力拧紧螺母时的力矩和预紧力3、拧紧力矩和预紧力的计算、拧紧力矩和预紧力的计算2023/8/13机械设计基础机械设计基础12拧紧螺母时的力矩和预紧力拧紧螺母时的力矩和预紧力32024/7/6机械设计基础13螺纹副摩擦力矩螺纹副摩擦力矩螺母与被连件摩擦力矩螺母与被连件摩擦力矩拧紧力矩拧紧力矩2023/8/13机械设计基础机械设计基础13螺纹副摩擦力矩螺母与被连件螺纹副摩擦力矩螺母与被连件2024/7/6机械设计基础14 当钢制螺纹当钢制螺纹M10M68时，由螺纹几何关系和摩时，由螺纹几何关系和摩擦系数可得：擦系数可得：F F0 0大小可以根据螺栓的受力情况和连接的工作要求大小可以根据螺栓的受力情况和连接的工作要求决定，一般规定，拧紧后不超过螺纹连接件材料屈服强决定，一般规定，拧紧后不超过螺纹连接件材料屈服强度的度的8080。2023/8/13机械设计基础机械设计基础14 当钢制螺纹当钢制螺纹2024/7/6机械设计基础15v定力矩扳手定力矩扳手v测力矩扳手测力矩扳手机械设计基础联接4、装配时控制预紧力的方法、装配时控制预紧力的方法2023/8/13机械设计基础机械设计基础15定力矩扳手测力矩扳手机械设定力矩扳手测力矩扳手机械设2024/7/6机械设计基础16定力矩扳手定力矩扳手2023/8/13机械设计基础机械设计基础16定力矩扳手定力矩扳手2024/7/6机械设计基础17二、二、螺纹连接的防松螺纹连接的防松（一）（一）、摩擦防松、摩擦防松1、双螺母、双螺母在螺母和螺栓之间形成内力，在螺母和螺栓之间形成内力，保证摩擦力。保证摩擦力。结构简单、使用方便。结构简单、使用方便。可靠性不高。可靠性不高。用于平稳、低速、重载。用于平稳、低速、重载。2023/8/13机械设计基础机械设计基础17二、螺纹连接的防松（一）二、螺纹连接的防松（一）2024/7/6机械设计基础182、弹簧垫圈、弹簧垫圈 其反弹力使螺纹间保持一定压其反弹力使螺纹间保持一定压力，切口处的尖端也能阻止螺母转力，切口处的尖端也能阻止螺母转动脱落。动脱落。不十分可靠，用于不太重要的不十分可靠，用于不太重要的连接。连接。2023/8/13机械设计基础机械设计基础182、弹簧垫圈、弹簧垫圈2024/7/6机械设计基础193、锁紧螺母、锁紧螺母镶嵌弹性环或尼龙圈镶嵌弹性环或尼龙圈挤入螺纹中椭圆口螺挤入螺纹中椭圆口螺母。母。2023/8/13机械设计基础机械设计基础193、锁紧螺母、锁紧螺母2024/7/6机械设计基础20（二）、（二）、机械防松机械防松 1、开口销、开口销2023/8/13机械设计基础机械设计基础20（二）、（二）、机械防松机械防松 1、2024/7/6机械设计基础212、止动垫圈、止动垫圈2023/8/13机械设计基础机械设计基础212、止动垫圈、止动垫圈2024/7/6机械设计基础22止动垫圈止动垫圈2023/8/13机械设计基础机械设计基础22止动垫圈止动垫圈2024/7/6机械设计基础233、串联钢丝、串联钢丝2023/8/13机械设计基础机械设计基础233、串联钢丝、串联钢丝2024/7/6机械设计基础24（三）、（三）、永久防松永久防松焊接焊接 冲点冲点 涂胶涂胶2023/8/13机械设计基础机械设计基础24（三）、（三）、永久防松焊接永久防松焊接 2024/7/6机械设计基础25v问题：问题：v为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法为什么要防松？防松的原理？防松零件的装配方法？机械设计基础联接2023/8/13机械设计基础机械设计基础25问题：机械设计基础问题：机械设计基础联接联接2024/7/6机械设计基础267.37.3、螺栓联接的计算、螺栓联接的计算松螺栓联接：松螺栓联接：无预紧力，只有工作拉力无预紧力，只有工作拉力紧螺栓联接：紧螺栓联接：有预紧力，还有工作拉力有预紧力，还有工作拉力1 失效形式失效形式2 设计步骤设计步骤3 松螺栓联接强度设计松螺栓联接强度设计4 紧螺栓联接强度设计紧螺栓联接强度设计仅受预紧力仅受预紧力的紧螺栓联接的紧螺栓联接受横向载荷受横向载荷的紧螺栓联接的紧螺栓联接受轴向载荷受轴向载荷的紧螺栓联接的紧螺栓联接受偏心载荷受偏心载荷的紧螺栓联接的紧螺栓联接机械设计基础联接螺栓组联接螺栓组联接2023/8/13机械设计基础机械设计基础267.3、螺栓联接的计算松螺、螺栓联接的计算松螺2024/7/6机械设计基础271 失效形式失效形式v失效形式：失效形式：v 1.螺栓杆拉断（普通螺栓）螺栓杆拉断（普通螺栓）v 2.螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）v 3.经常装拆因磨损而发生滑扣经常装拆因磨损而发生滑扣v普通螺栓主要为普通螺栓主要为螺纹部分发生断裂螺纹部分发生断裂v受剪螺栓受剪螺栓(铰制孔螺栓铰制孔螺栓)主要为压溃和剪切主要为压溃和剪切机械设计基础联接2023/8/13机械设计基础机械设计基础271 失效形式失效形式：普通失效形式失效形式：普通2024/7/6机械设计基础282 设计步骤设计步骤一般设计步骤：一般设计步骤：v螺栓组受力和失效分析螺栓组受力和失效分析找出受力最大的螺栓找出受力最大的螺栓 单个螺栓单个螺栓受力分析和失效分析受力分析和失效分析 单个螺栓强度计算单个螺栓强度计算确定螺栓的尺确定螺栓的尺寸（直径、长度）寸（直径、长度）v试算法：试算法：先选定一个螺栓直径先选定一个螺栓直径d 查查 计算计算d1。v若若d1与与d1（假定的小径）相近，则合用；否则再选（假定的小径）相近，则合用；否则再选机械设计基础联接2023/8/13机械设计基础机械设计基础282 设计步骤一般设计步骤：设计步骤一般设计步骤：2024/7/6机械设计基础293 松螺栓联接强度设计松螺栓联接强度设计v受载荷形式受载荷形式轴向拉伸轴向拉伸(工作拉力工作拉力F)v失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断(静、疲劳静、疲劳)v设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度v强度条件：强度条件：v设计计算方法：设计计算方法：v校核式校核式:v设计式设计式:机械设计基础联接F2023/8/13机械设计基础机械设计基础293 松螺栓联接强度设计受载松螺栓联接强度设计受载2024/7/6机械设计基础304 紧螺栓联接强度设计紧螺栓联接强度设计(1)仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接v受载荷形式受载荷形式拧紧后拧紧后:轴向拉伸轴向拉伸(工作拉力工作拉力F0)v 拧紧过程中拧紧过程中:轴向拉伸轴向拉伸F0、扭力、扭力Tv失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断(拉、扭综合作用拉、扭综合作用)v设计准则设计准则保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度v强度条件：强度条件：v设计计算方法：设计计算方法：v校核式校核式:机械设计基础联接TF0F0拧紧力矩拧紧力矩T T剪应力剪应力预紧拉力预紧拉力F Fo o拉应力拉应力v设计式设计式:2023/8/13机械设计基础机械设计基础304 紧螺栓联接强度设计紧螺栓联接强度设计(12024/7/6机械设计基础31(2).(2).横向载荷的螺栓联接计算横向载荷的螺栓联接计算主要防止被联接件错动主要防止被联接件错动 特特点点：杆杆孔孔间间有有间间隙隙，靠靠拧拧紧紧的的正正压压力力(F0)产产生生摩摩擦擦力力来来传传递递外外载载荷荷，保保证证联联接接可可靠靠(不不产产生生相相对对滑滑移移)的的条件为：条件为：F0fFR 即即 F0fm=kfFR1 1）普通螺栓联接：）普通螺栓联接：FR 横向外载荷横向外载荷 m接缝界面数目、接缝界面数目、f为摩擦系数为摩擦系数 Kf防滑系数（可靠性系数）防滑系数（可靠性系数）Kf=1.11.3 2023/8/13机械设计基础机械设计基础31(2).横向载荷的螺栓联接横向载荷的螺栓联接2024/7/6机械设计基础32分析：由上式可知，当分析：由上式可知，当F FR R=0.15,m=1,K=0.15,m=1,Kf f=1.1=1.1则则F F0 0=7=7FR，说明，说明这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠，这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠，因此应设法避免。因此应设法避免。为为增增加加可可靠靠性性，减减小小直直径径，简简化化结结构构，提提高高承承载载能能力力可可采用如下减载装置：采用如下减载装置：a)a)减载销减载销 b)b)减载套筒减载套筒 c)c)减载键减载键求出F0以后按右式进行强度计算2023/8/13机械设计基础机械设计基础32分析：由上式可知，当分析：由上式可知，当FR=2024/7/6机械设计基础33受横向载荷的铰制孔螺栓联接受横向载荷的铰制孔螺栓联接v受载荷形式受载荷形式拧紧过程中拧紧过程中:轴向拉伸轴向拉伸Fs、扭力扭力T(预紧力小，计算时可忽略预紧力小，计算时可忽略)v 工作时：工作时：横向载荷横向载荷Fv失效形式失效形式侧面压溃及螺栓剪切侧面压溃及螺栓剪切v设计准则设计准则保证挤压、剪切强度保证挤压、剪切强度v强度条件强度条件：p p、t t t t v设计计算方法：设计计算方法：v挤压强度：挤压强度：v剪切强度：剪切强度：机械设计基础联接2023/8/13机械设计基础机械设计基础33受横向载荷的铰制孔螺栓联接受横向载荷的铰制孔螺栓联接2024/7/6机械设计基础34讨论：讨论：v普通螺栓受横向载荷普通螺栓受横向载荷F时，为保证结合面时，为保证结合面不发生滑移，靠结合面的摩擦力抵抗不发生滑移，靠结合面的摩擦力抵抗Fv预紧力预紧力Fs的大小，根据接合面不发生滑移的大小，根据接合面不发生滑移的条件确定的条件确定vf=0.2时，时，FS=6Fv结论：结论：v横向载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓横向载荷过大的情况下，不适宜用普通螺栓v宜采用铰制孔螺栓宜采用铰制孔螺栓v必须采用普通螺栓时，应配合必须采用普通螺栓时，应配合减载销、键或减载套筒减载销、键或减载套筒使用使用v减载装置强度计算同铰制孔螺栓计算减载装置强度计算同铰制孔螺栓计算机械设计基础联接FSFsFFT2023/8/13机械设计基础机械设计基础34讨论：普通螺栓受横向载荷讨论：普通螺栓受横向载荷F2024/7/6机械设计基础35(3)(3)、承受轴向静载荷的紧螺栓联接强度计算、承受轴向静载荷的紧螺栓联接强度计算2023/8/13机械设计基础机械设计基础35(3)、承受轴向静载荷的紧、承受轴向静载荷的紧2024/7/6机械设计基础36工作特点：工作前拧紧，有工作特点：工作前拧紧，有F F0 0；工作后加上工作载荷；工作后加上工作载荷F F 工作前、工作中载荷变化工作前、工作中载荷变化工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F解决问题：解决问题：a)a)保证安全可靠的工作，保证安全可靠的工作，F F0 0=？b)b)工作时螺栓总载荷，工作时螺栓总载荷，F=F=？分析：分析：图图1 1，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态，螺栓与被连接件均不受力。螺栓与被连接件均不受力。2023/8/13机械设计基础机械设计基础36工作特点：工作前拧紧，有工作特点：工作前拧紧，有2024/7/6机械设计基础37 图，图，拧紧拧紧预紧状态预紧状态 凸缘凸缘压压m F F0 栓杆栓杆拉拉b FF0 0 图图7.15b7.15b所示为螺栓被拧所示为螺栓被拧紧后，螺栓受预紧力紧后，螺栓受预紧力F F0 0，被联，被联接件受预紧压力接件受预紧压力F F0 0的作用而产的作用而产生压缩变形生压缩变形l l的情况。的情况。2023/8/13机械设计基础机械设计基础37 图，拧紧图，拧紧预紧状态预紧状态 2024/7/6机械设计基础38 图图3 3，加载加载F F后后工作状态工作状态图图7.15c7.15c所示为螺栓受到轴向所示为螺栓受到轴向外载荷外载荷(因气缸内压力而引起因气缸内压力而引起的的)F)F作用时的情况，螺栓被拉作用时的情况，螺栓被拉伸，变形增量为伸，变形增量为2 2，根据变形，根据变形协调条件，协调条件，2即等于被联接即等于被联接件压缩变形的减少量。此时被件压缩变形的减少量。此时被联接件受到的压缩力将减小为联接件受到的压缩力将减小为F F/0 0，称为残余预紧力。显然，称为残余预紧力。显然，为了保证按联接件间密封可靠。为了保证按联接件间密封可靠。应使：应使：FFF0此时螺栓所受的轴向总拉力此时螺栓所受的轴向总拉力F F应为其所应为其所受的工作载荷受的工作载荷F F与残余预紧力与残余预紧力FF0 0之和之和。2023/8/13机械设计基础机械设计基础38 图图3，加载，加载F后后工作状态工作状态2024/7/6机械设计基础392023/8/13机械设计基础机械设计基础392024/7/6机械设计基础402023/8/13机械设计基础机械设计基础402024/7/6机械设计基础412023/8/13机械设计基础机械设计基础412024/7/6机械设计基础42五、螺栓材料和许用应力五、螺栓材料和许用应力v材料：材料：一般用途：一般用途：低碳钢或中碳钢低碳钢或中碳钢(3545及及Q235Q275)重要联接：重要联接：合金钢（合金钢（40Cr、30CrMnTi）v国标国标(GB/T 3098.1_2000)规定螺栓按材料的力学性能分出十个等级：规定螺栓按材料的力学性能分出十个等级：v3.6,4.6,4.8,5.6,5.8,6.8,8.8,9.8,10.9,12.9v规则：规则：小数点前数字表示小数点前数字表示 B/100,小数点后数字表示小数点后数字表示10 S/Bv如：如：5.8级：表示级：表示 B=500MPa，S=400MPav许用应力：许用应力：表表7-1机械设计基础联接v计算螺栓小径时采用试算法来选用计算螺栓小径时采用试算法来选用2023/8/13机械设计基础机械设计基础42五、螺栓材料和许用应力材料五、螺栓材料和许用应力材料2024/7/6机械设计基础43螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的受力分析与计算螺栓组连接的受力分析与计算7.4 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 2023/8/13机械设计基础机械设计基础43螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计7.2024/7/6机械设计基础441、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状几何形状2023/8/13机械设计基础机械设计基础441、连接结合面的几何形状、连接结合面的几何形状2024/7/6机械设计基础452、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理螺栓的布置应使各螺栓的受力合理2023/8/13机械设计基础机械设计基础452、螺栓的布置应使各螺栓螺栓的布置应使各螺栓2024/7/6机械设计基础463、螺栓的排列应有合理的间距、边距、螺栓的排列应有合理的间距、边距2023/8/13机械设计基础机械设计基础463、螺栓的排列应有合理的、螺栓的排列应有合理的2024/7/6机械设计基础47扳手空间扳手空间2023/8/13机械设计基础机械设计基础47扳手空间扳手空间2024/7/6机械设计基础484、分布在同一圆周上的螺栓数目，应、分布在同一圆周上的螺栓数目，应 取取4,6,8等等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画线2023/8/13机械设计基础机械设计基础484、分布在同一圆周上的螺栓、分布在同一圆周上的螺栓2024/7/6机械设计基础495、避免螺栓承受偏心载荷避免螺栓承受偏心载荷产生偏心载荷的原因产生偏心载荷的原因2023/8/13机械设计基础机械设计基础495、避免螺栓承受偏心载荷、避免螺栓承受偏心载荷2024/7/6机械设计基础50斜垫圈的应用斜垫圈的应用凸面和沉头座的应用凸面和沉头座的应用避免偏载的结构避免偏载的结构2023/8/13机械设计基础机械设计基础50斜垫圈的应用凸面和沉头座的斜垫圈的应用凸面和沉头座的2024/7/6机械设计基础51螺栓组联接的基本螺栓组联接的基本受载类型：受载类型：2受横向载荷FSFS4受倾覆力矩OM3受转矩riOT1受轴向载荷FFS假设：假设：所有螺栓的刚度和预紧力均相同；所有螺栓的刚度和预紧力均相同；被联接件为刚体；被联接件为刚体；各零件的变形在弹性范围内。各零件的变形在弹性范围内。螺栓组连接的受力分析与设计螺栓组连接的受力分析与设计螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计2023/8/13机械设计基础机械设计基础51螺栓组联接的基本受载类型：螺栓组联接的基本受载类型：2024/7/6机械设计基础525-4 螺栓组联接受力分析一、承受轴向载荷的螺栓组连接一、承受轴向载荷的螺栓组连接 如图所示为压力容器的螺栓组如图所示为压力容器的螺栓组连接，所受轴向总载荷连接，所受轴向总载荷F FQ Q通过螺栓通过螺栓组组形心形心，螺栓组各螺栓所受的工作，螺栓组各螺栓所受的工作载荷载荷 相等。相等。螺栓数目螺栓数目注：如注：如 FQ不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计轴向外载荷轴向外载荷受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接 2023/8/13机械设计基础机械设计基础525-4 螺栓组联接受力分螺栓组联接受力分2024/7/6机械设计基础53受横向载荷1二、承受横向载荷的螺栓组连接二、承受横向载荷的螺栓组连接.普通螺栓连接普通螺栓连接 螺栓预紧后在被联接件的接螺栓预紧后在被联接件的接触面上产生正压力，靠由此产生触面上产生正压力，靠由此产生的摩擦力承受的摩擦力承受 。保证被联接件不相对滑动，保证被联接件不相对滑动，须满足：须满足：则则所需预紧力所需预紧力为为式中：式中：K K可靠性系数可靠性系数 结合面的摩擦因数结合面的摩擦因数m m结合面数结合面数螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计受横向载荷的螺栓组连接受横向载荷的螺栓组连接 2023/8/13机械设计基础机械设计基础53受横向载荷受横向载荷1二、承受横向载二、承受横向载2024/7/6机械设计基础54受横向载荷2.受铰制孔螺栓连接受铰制孔螺栓连接各螺栓承受的横向力各螺栓承受的横向力 相等。相等。分别进行分别进行剪切强度剪切强度和和挤压强挤压强度度计算。计算。螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计三、承受转矩三、承受转矩 T T 的螺栓组连接的螺栓组连接连接受载后有绕螺栓组连接受载后有绕螺栓组形心转动的趋势，螺栓形心转动的趋势，螺栓受力情况与承受横向工受力情况与承受横向工作载荷的螺栓连接类似作载荷的螺栓连接类似 承受转矩的螺栓组连接承受转矩的螺栓组连接 2023/8/13机械设计基础机械设计基础54受横向载荷受横向载荷2.受铰制孔受铰制孔2024/7/6机械设计基础55承受转矩 T 时1.普通螺栓连接普通螺栓连接 靠结合面上的摩擦力承受靠结合面上的摩擦力承受T T。保证底板在保证底板在 T T 作用下不转作用下不转动，须满足动，须满足则所需预紧力则所需预紧力螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计r r1 1、r r2 2、rzrz各螺栓中心与螺栓组形心间的距离。各螺栓中心与螺栓组形心间的距离。2023/8/13机械设计基础机械设计基础55承受转矩承受转矩 T 时时1.普通普通2024/7/6机械设计基础56承受转矩 T 时2.铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接各螺栓所受的工作剪力各螺栓所受的工作剪力 与其中心到底板中心的距离与其中心到底板中心的距离 成正比。成正比。底板的静力平衡方程为底板的静力平衡方程为联立两式求解，得联立两式求解，得最大工作剪力最大工作剪力即即螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计2023/8/13机械设计基础机械设计基础56承受转矩承受转矩 T 时时2.铰铰2024/7/6机械设计基础57受翻转力矩M时1四、承受倾翻力矩四、承受倾翻力矩 M M 的螺栓组连接的螺栓组连接 在在 M M 作用下，底板有绕通过螺作用下，底板有绕通过螺栓组形心的轴线栓组形心的轴线 O O 转动的趋势。转动的趋势。在前述假设下，各螺栓所受在前述假设下，各螺栓所受的工作拉力的工作拉力 与其中心到翻转与其中心到翻转轴线的距离轴线的距离 成正比成正比。底板的静力平衡方程为底板的静力平衡方程为联立两式求解，得联立两式求解，得最大工作拉力最大工作拉力螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计2023/8/13机械设计基础机械设计基础57受翻转力矩受翻转力矩M时时1四、承受倾四、承受倾2024/7/6机械设计基础58受翻转力矩M时2为防止为防止结合面受压最小处结合面受压最小处出现间隙出现间隙，要求，要求：为防止为防止结合面受压最大处结合面受压最大处被压溃被压溃，要求：，要求：式中：式中：A结合面的面积（结合面的面积（mm2）W结合面的抗弯截面模量（结合面的抗弯截面模量（mm3）许用挤压应力（许用挤压应力（Mpa）实际中，螺栓组往往同时承受两种或实际中，螺栓组往往同时承受两种或两种以上的载荷。两种以上的载荷。螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 工作时承受工作时承受外载荷外载荷F FP P 轴向载荷轴向载荷FV横向载荷横向载荷FH 翻转力矩翻转力矩M2023/8/13机械设计基础机械设计基础58受翻转力矩受翻转力矩M时时2为防止结合为防止结合2024/7/6机械设计基础59改善螺纹牙间的载荷分配改善螺纹牙间的载荷分配减小螺纹的应力副减小螺纹的应力副减小附加弯曲应力减小附加弯曲应力7.5 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施 2023/8/13机械设计基础机械设计基础59改善螺纹牙间的载荷分配改善螺纹牙间的载荷分配72024/7/6机械设计基础60螺纹联接组的设计1设计螺栓组连接时，通常是先进行结构设计，即设计螺栓组连接时，通常是先进行结构设计，即确定结合确定结合面的形状、螺栓布置方式和数目，然后按螺栓组的结构和面的形状、螺栓布置方式和数目，然后按螺栓组的结构和承载状况进行受力分析承载状况进行受力分析。l为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。轴对称的简单几何形状。l螺栓布置应使各螺栓的受力合理。螺栓布置应使各螺栓的受力合理。l 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成上的螺栓数目取成4 4、6 6、8 8等偶数等偶数。l螺栓的排列应有合理的间距、边距。各螺栓之间的距离大小既要螺栓的排列应有合理的间距、边距。各螺栓之间的距离大小既要保证联接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空。保证联接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空。改善螺纹牙间的载荷分配改善螺纹牙间的载荷分配提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施2023/8/13机械设计基础机械设计基础60螺纹联接组的设计螺纹联接组的设计1设计螺栓设计螺栓2024/7/6机械设计基础615-5 提高螺栓强度的措施 工作中，螺栓受拉，螺母受压，从而产生螺距差，导工作中，螺栓受拉，螺母受压，从而产生螺距差，导致旋合的致旋合的各圈螺纹牙受载各圈螺纹牙受载不均。不均。提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施改善螺纹牙间的载荷分配改善螺纹牙间的载荷分配螺栓受拉伸，其螺纹的螺距增大；螺栓受拉伸，其螺纹的螺距增大；螺母受压缩，其螺纹的螺距减小。螺母受压缩，其螺纹的螺距减小。约有约有1/3的载荷集中作用在的载荷集中作用在第一圈，第八圈以后的螺第一圈，第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷纹牙几乎不承受载荷 2023/8/13机械设计基础机械设计基础615-5 提高螺栓强度的提高螺栓强度的2024/7/6机械设计基础62、悬置螺母、悬置螺母螺杆与悬置螺母同时受拉螺杆与悬置螺母同时受拉力，使两者变形协调，可使旋力，使两者变形协调，可使旋合螺纹牙的载荷均匀分配。合螺纹牙的载荷均匀分配。提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施、环槽螺母、环槽螺母环槽螺母和螺栓在支承面处的变环槽螺母和螺栓在支承面处的变形性质相同（均受拉），从而改形性质相同（均受拉），从而改善了旋合圈螺纹的受载状况。善了旋合圈螺纹的受载状况。、内斜螺母、内斜螺母将螺母旋入端制成将螺母旋入端制成10 15 的内锥，的内锥，使螺栓受力较大的螺纹圈之受力点外使螺栓受力较大的螺纹圈之受力点外移，螺栓疲劳强度可提高约移，螺栓疲劳强度可提高约20%。2023/8/13机械设计基础机械设计基础62、悬置螺母提高螺栓连接强、悬置螺母提高螺栓连接强2024/7/6机械设计基础63减小螺栓的应力幅减小螺栓的应力幅增加螺栓的长度增加螺栓的长度减小无螺纹部分螺杆的直径减小无螺纹部分螺杆的直径螺杆制成中空结构（柔性螺栓）螺杆制成中空结构（柔性螺栓）在螺母下安装弹性元件在螺母下安装弹性元件 措施措施提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度，都能使应力幅减小减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度，都能使应力幅减小 2023/8/13机械设计基础机械设计基础63减小螺栓的应力幅增加螺栓的减小螺栓的应力幅增加螺栓的2024/7/6机械设计基础64采用合理的制造工艺。采用合理的制造工艺。减小附加弯曲应力减小附加弯曲应力冷镦、碾压、氮化、喷丸等工艺均可提高螺栓的强度。冷镦、碾压、氮化、喷丸等工艺均可提高螺栓的强度。提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施球面垫圈球面垫圈带环腰的螺栓带环腰的螺栓 2023/8/13机械设计基础机械设计基础64采用合理的制造工艺。减小附采用合理的制造工艺。减小附2024/7/6机械设计基础657-3 键联接键联接一、键联接的分类及结构二、键的强度校核三、花键联接机械设计基础联接2023/8/13机械设计基础机械设计基础657-3 键联接一、键联接的键联接一、键联接的2024/7/6机械设计基础661 松联接松联接（1）平键联接）平键联接v结构结构:键两侧与键槽相配合键两侧与键槽相配合(静联接为过渡静联接为过渡配合配合,动联接为间隙配合动联接为间隙配合),上端面与轮毂上端面与轮毂键槽底面有间隙键槽底面有间隙v工作原理工作原理:两侧面是工作面，靠两侧面挤两侧面是工作面，靠两侧面挤压传递转矩压传递转矩v失效形式失效形式:v静联接：工作面挤溃，键剪断静联接：工作面挤溃，键剪断v动联接：工作面磨损动联接：工作面磨损v特点：特点：结构简单，装折方便，对中性好，承载能力大，应用广泛结构简单，装折方便，对中性好，承载能力大，应用广泛v成对使用成对使用:v承载能力不够时采用承载能力不够时采用,按按 180布置两个键。一对平键按布置两个键。一对平键按1.5 个键计算个键计算机械设计基础联接2023/8/13机械设计基础机械设计基础661 松联接（松联接（1）平键联接失）平键联接失2024/7/6机械设计基础67(2)半圆键联接半圆键联接v结构结构:v工作原理工作原理:v两侧面是工作面，侧面两侧面是工作面，侧面挤压传递转矩挤压传递转矩v构造与加工构造与加工:v键键:用圆钢切制或冲压用圆钢切制或冲压后磨削后磨削v键槽键槽:盘状铣刀加工盘状铣刀加工v失效形式失效形式:键剪断键剪断,工作面压溃工作面压溃v特点特点:便于安装便于安装,对中好对中好,用于锥形轴端用于锥形轴端,但对轴削弱大但对轴削弱大v成对使用成对使用:承载能力不够时用承载能力不够时用,沿同一母沿同一母线布置线布置机械设计基础联接2023/8/13机械设计基础机械设计基础67(2)半圆键联接结构半圆键联接结构:2024/7/6机械设计基础682 紧联接紧联接v楔键楔键联接联接v结构结构:键侧与键槽有间隙键侧与键槽有间隙,上下面楔紧上下面楔紧v工作原理工作原理:上下面为工作面，靠摩擦力传上下面为工作面，靠摩擦力传递转矩递转矩v方头楔键、方头楔键、钩头楔键、钩头楔键、圆头楔键圆头楔键v失效形式失效形式:工作面压溃工作面压溃v特点特点:简单简单,且可实现轮毂在轴上单向轴向固定且可实现轮毂在轴上单向轴向固定v楔紧产生偏心楔紧产生偏心,对中性差对中性差,不适于高速及对中要求高的场合不适于高速及对中要求高的场合机械设计基础联接2023/8/13机械设计基础机械设计基础682 紧联接楔键联接失效形式紧联接楔键联接失效形式2024/7/6机械设计基础69二、键的强度校核二、键的强度校核v1 键的选择键的选择v键是标准零件：键是标准零件：p109 表表7-2v材料多采用碳素钢材料多采用碳素钢v键的类型选择键的类型选择根据使用要求和工作条件根据使用要求和工作条件:v转矩、转速、载荷性质、是否移动、对中性转矩、转速、载荷性质、是否移动、对中性v键的尺寸选择键的尺寸选择（同时确定配合类型）（同时确定配合类型）:v工作要求工作要求 键的种类键的种类按轴径按轴径d选键的选键的b、h选键长选键长L(标标准准;短于轮毂宽度短于轮毂宽度)机械设计基础联接2023/8/13机械设计基础机械设计基础69二、键的强度校核二、键的强度校核1 键的选键的选2024/7/6机械设计基础70三、花键联接三、花键联接v特特点：点：v受力较均匀，应力集受力较均匀，应力集中小，承载能力大中小，承载能力大v对中性好，导向性好，对中性好，导向性好，精度高精度高v需专门设备和工具需专门设备和工具,成成本高本高v结构结构:v轴及轮毂孔周向均布轴及轮毂孔周向均布的多个键齿互相配合的多个键齿互相配合,构成花键联接构成花键联接机械设计基础联接v工作原理工作原理:v键侧是工作面，靠键侧是工作面，靠键侧面与键槽挤压键侧面与键槽挤压传递转矩传递转矩2023/8/13机械设计基础机械设计基础70三、花键联接特点：机械设计三、花键联接特点：机械设计