第12章 螺纹联接

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,12,章,螺纹联接,12.1,常用螺纹的类型和特点,12.2,常用螺纹的基本类型和标准螺纹联接件,12.3,螺纹联接的预紧和防松,12.4,螺栓联接的强度计算,12.5,提高螺栓联接强度的途径,机械联接是指实现机械零（部）件之间互相联接功能的方法。,本章主要介绍机械静联接的内容。,2,）机械静联接,，即被联接零（部）件之间不允许有相对运动的联接。,1,）机械动联接,，即被联接的零（部）件之间可以有相对运动的联接，如各种运动副；,机械联接分为两大类：,1,）可拆联接,，即允许多次装拆而不失效的联接，包括螺纹联接、键联接（包括花键联接和无键联接）和销联接；,机械静联接又可分为两类：,2,）不可拆联接,，即必须破坏联接某一部分才能拆开的联接，包括铆钉联接、焊接和粘接等。另外，过盈联接既可做成可拆联接，也可做成不可拆联接。,本章介绍螺纹联接。螺纹联接是利用,具有螺纹的零件构成的连接，是最广泛的一种联接。,12.1,常用螺纹的类型和特点,普通螺纹以大径,d,为,公称直径,，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为,粗牙螺纹,，其余的统称为,细牙螺纹,。,60,粗牙螺纹应用最广。,细牙螺纹的优点：,升角小、小径大、自锁性好、强度高,缺点：,不耐磨易滑扣。,应用：,薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。,P,d,粗牙,d,P,细牙,d,P,细牙,梯形,螺纹：,梯 形,锯齿形,30,3,30,为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角,比,三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。,锯齿形螺纹,:,常用于传动。,=,15,=,3,粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。,螺纹的基本尺寸：,d,d,2,d,1,P,用螺纹密封的管,螺纹,普通细牙,螺纹,管,螺纹,非螺纹密封管,螺纹,（圆柱管壁,=55,）,用螺纹密封管,螺纹,（圆锥管壁,=55,）,60,圆锥管,螺纹,公称直径,-,管子的公称通径。,强调与普通螺纹不同,55,55,非螺纹密封的管,螺纹,d,d,2,d,1,P,2,12.2.1,螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,e,a,a,l,1,l,1,可承受横向载荷。,螺纹余留长度,l,1,铰制孔螺栓,孔与螺杆之间留有间隙,静载荷,l,1,=(0.30.5)d;,变载荷,l,1,=0.75d;,冲击载荷或弯曲载荷,l,1,d;,铰制孔用螺栓,l,1,0;,螺纹伸出长度,a=(0.20.3)d;,螺栓轴线到边缘的距离,e=d+(36)mm,用于经常拆装易磨损之处。,d,d,12.2,螺纹联接的基本类型与标准螺纹联接件,12.2,螺纹联接的类型及标准联接件,12.2.1,螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,座端拧入深度,H,，,当螺孔材料为：,a,e,e,双头螺柱联接,联接件厚，允许拆装。,钢或青铜,H=d;,铸铁,H=(1.251.5)d,铝合金,H=(1.52.5)d,螺纹孔深度,H,1,=H+(22.5)P;,钻孔深度,H,2,=H,1,+(0.51)d;,参数,l,1,、,e,、,a,与螺栓相同,l,1,l,1,H,H,H,1,H,1,H,2,H,2,结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。,d,12.2,螺纹联接的类型及标准联接件,12.2.1,螺纹联接的基本类型,螺栓联接,基本类型,螺钉联接,双头螺柱联接,紧定螺钉联接,紧定螺钉,12.2.2,标准螺纹联接件,螺栓,螺纹紧固件,螺栓的结构形式,L,L,0,d,六角头,L,d,L,0,小六角头,12.2.2,标准螺纹联接件,螺纹紧固件,末端结构,头部结构,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,12.2.2,标准螺纹联接件,螺纹紧固件,地脚螺栓,起吊螺钉,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹联接,T,型螺栓,12.2.2,标准,螺纹联接件,六角螺母,六角扁螺母,六角厚螺母,圆螺母,螺纹紧固件,用于经常拆装易磨损之处。,用于尺寸受限制之处。,国标罗列有六十余种不同结构的螺母,螺母,螺钉、紧定螺钉,双头螺柱,螺栓,专用螺纹联接,螺纹联接装配时，一般都要拧紧螺纹，使联接螺纹在承受工作载荷之前，受到预先作用的力，这就是螺纹联接的预紧，预先作用的力称为,预紧力,。,12.3,螺纹联接的预紧和防松,12.3.1,螺纹联接的预紧,螺纹联接预的目的,在于增加联接的,可靠性,、,紧密性,和,防松能力,。,如图所示，在拧紧螺母时，需要克服螺纹副相对扭转的阻力矩,T,1,和螺母与支承面之间的摩擦阻力矩,T,2,，,即拧紧力矩,T,=,T,1,+,T,2,。,拧紧螺母时的力矩计算,L,S,T,D,1,对于一般联接用的钢制普通螺栓联接，其预紧力,Q,0,大小按下式计算,式,（,12-9,）,中，,s,s,为螺栓材料的屈服极限，,N/mm,2,；,A,为螺栓危险截面的面积，,A,p,d,2,/4,，,mm,2,。,Q,0,=(0.50.7),s,s,A,N,(12-2),T,=0.2,Q,0,d,Nmm,(12-1),对于,M10M64,的粗牙普通螺栓，若螺纹联接的预紧力为,Q,0,，,螺栓直径为,d,，,则紧拧紧力矩,T,可以按近似公式计算,测力矩扳手,预紧力控制方法,:,联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。,F,定力矩扳手,通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。,L,S,1),凭手感经验；,2),测力矩扳手；,3),定力矩扳手；,4),测定伸长量。,L,M,L,S,12.3.2,螺纹联接的防松,联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。,防松的方法：,1.,利用附加摩擦力防松,尼龙圈锁紧螺母,弹簧垫圈,对顶螺母,防松,-,防止螺旋副相对转动。,开口销与六,角开槽螺母,串联钢丝,2.,机械防松,圆螺母用止动垫圈,止动垫圈,3.,其他方法防松,11.5P,用冲头,冲,23,点,冲点防松法,粘合法防松,涂,粘合剂,螺栓联接通常是成组使用的，称为螺栓组。在进行螺栓组的设计计算时，首先要确定螺栓的数目和布置，再进行螺栓受载分析，从螺栓组中找出受载最大的螺栓，计算该螺栓所受的载荷，螺栓组的强度计算，实际上是计算螺栓组中受载最大的单个螺栓的强度。,12.4,螺栓联接的强度计算,由于螺纹联接件已经标准化，各部分结构尺寸是根据等强度原则及经验确定的，所以，螺栓联接的设计只需根据强度理论进行计算确定其螺纹直径即可，其它部分尺寸可查标准选用。,螺栓联接中的单个螺栓受力分为轴向载荷（受拉螺栓）和横向载荷（受剪螺栓）两种。,12.4.1,螺栓联接的失效形式和设计准则,受拉力作用的普通螺栓联接，其主要失效形式是螺纹部分的塑性变形或断裂，经常装拆时也会因磨损而发生滑扣，其设计准则是保证螺栓的静力或者疲劳拉伸强度；,受剪切作用的铰制孔用螺栓联接，因此其主要失效形式是螺杆被剪断，螺杆或者被联接件的孔壁被压溃，故其设计准则为：,保证螺栓被联接件具有足够的剪切强度和挤压强度。,松螺栓联接装配时不需要拧紧螺母，在承受工作载荷之前，螺栓不受力。如图,所,示，起重吊钩的螺栓联接就是典型的松螺栓联接。当承受工作载荷,Q,时，螺栓杆受拉，其强度条件为,12.4.2,受轴向载荷的螺栓联接,（,1,）松螺栓联接,Q,如图所示，紧螺栓联接装配时需要将螺母拧紧，在拧紧力矩作用下，螺栓受到预紧力产生的拉应力作用，同时还受到螺纹副中摩擦阻力矩,T,1,所产生的剪切应力作用，即螺栓处于弯扭组合变形状态。为了简化计算，对,M10,M68,的钢制普通螺栓，只按拉伸强度计算，并将所受拉力增大,30%,来考虑剪切应力的影响。,（,2,）紧螺栓联接,1,）只受预紧力的紧螺栓联接,T,D1,即螺栓的强度条件为,式中：,Q,0,为螺栓所受的预紧力，,N,；,d,1,为螺纹小径，,mm,2,；,s,为紧螺栓联接的许用应用力，,N/mm,2,。,2,）,受预紧力和横向工作载荷的紧螺栓联接,如图,所,示，紧螺栓联接受横向工作载荷。普通螺栓与螺栓孔之间有间隙，它是靠接合面间的摩擦力来承受工作载荷的。工作时，只有当接合面间摩擦力足够大时，才能保证被联接件不会发生相对滑动。,F,F,F,F/2,F/2,F,0,F,0,F,0,F,0,因此，螺栓的预紧力,Q,0,应为,式中：,z,为联接螺栓数目；,f,为接合面间的摩擦系数，对于钢和铸铁，,f,=0.15 0.2,；,m,为摩擦接合数；,F,为横向载荷，,N,；,K,f,为可靠性系数或称防滑系数，通常,K,f,=1.11.3,。,（,12,5,）,用键、套筒和销承受横向载荷,普通螺栓靠摩擦力来承受横向工作载荷需要很大的预紧力，为了防止螺栓被拉断，需要较大的螺栓直径，这将增大联接的结构尺寸。,对横向工作载荷较大的螺栓联接，可采用辅助结构，如图,所,示，用键、套筒和销等抗剪切件来承受横向载荷，这时，螺栓仅起一般联接作用，不受横向载荷，联接的强度应按键、套筒和销的强度条件进行计算。,按式（,12-5,）求出预紧力,Q,0,后，再按式（,12-4,）计算螺栓强度即可。,如图所示，受剪螺栓通常是六角头铰制孔用螺栓，螺栓与螺栓孔多采用过盈配合或过渡配合。,12.4.3,受剪螺栓联接,用铰制孔螺栓受剪,F,F,d,0,F,F/2,F/2,d,0,F,为横向载荷，,N,；,z,为螺栓数目；,m,为螺栓受剪面数目；,d,0,为螺栓杆在剪切面处的直径，,mm,；,d,为螺栓杆与孔壁间接触受压的最小轴向长度，,mm,；,t,为螺栓材料许用剪应力,，,N/mm,2,；,s,p,为螺,杆或者被联接件材料的许用挤压应力，,N/mm,2,，,计算时取两者中的小值。,当联接承受横向载荷时，在联接的结合处螺栓横截面受剪切，螺栓杆和被联接件孔壁接触表面受挤压，螺栓的剪切强度条件和螺杆与孔壁接触表面的挤压强度条件分别为,如,图所示为气缸的盖螺栓联接，设,z,个螺栓沿圆周均布，气缸内的气体压强为,p,，,则每个螺栓的工作载荷为,12.4.4,受预紧力和轴向载荷作用的紧螺栓联接,p,F,F,D,受载,变形,特别注意，轴向载荷：,F,2,F,0,+F,加预紧力后螺栓受拉伸长,b0,被联接件受压缩短,m0,加载,F,后,:,螺栓总伸长量增加为,:,总拉力为：,被联接件压缩量减少为：,残余预紧力减少为：,F,1,很显然,:,F,1,M16,M16,一栏,对钢结构的螺栓分别改为,M12,和,M12.,紧定螺钉的性能等级与螺钉不同,此表未列入。,365,312,269,248,232,181,140,134,113,109,90,最低硬度,HBS,min,1100,940,720,660,640,480,420,300,340,240,190,最小抗拉极限,Smin,或,0.2min,N/mm,2,1220,1040,900,830,800,600,520,500,420,400,330,最小抗拉强度极限,Bmin,N/mm,2,12.9,10.9,9.8,8.8,6.8,5.8,5.6,4.8,4.6,3.6,机械性能等级,表,12-5,螺栓、螺钉和双头螺柱的机械性能等级（,GB3098.11982,）,螺栓联接的许用应力与材料、制造、结构尺寸及载荷性质等有关。普通螺栓联接的许用拉应力按表,12-6,选取，许用剪应力和许用挤压应力按表,12-7,选取。,在设