第二篇联接

第二篇联接 太原理工大学机械零件教研室

联接：为了便于制造、安装、运输、维修，机器不可能被制造成一个整体，而是由许多零件、部件组成。要把这些零部件组装成一台机器，需要用一定的方式将它们联接起来联接：为了便于制造、安装、运输、维修，机器不可能被制造成一个整体，而是由许多零件、部件组成。要把这些零部件组装成一台机器，需要用一定的方式将它们联接起来静联接：在机器工作中，不允许零部件之间存在相对运动的联接。根据联结可否运动分动联接：机器工作时，零部件之间可以有相对运动。例如：机械原理中，各种运动副之间的联接。可拆联接：不须毁坏联接中的任何一个零件就可拆开的联接。例如：螺纹联接、键联接、过盈联结。静联接不可拆联接：至少毁坏联接中的一部分才能拆开的联接。例如：铆接、焊接、胶接等

摩擦：靠联接配合面间的摩擦传递载荷，如：过盈摩擦：靠联接配合面间的摩擦传递载荷，如：过盈联结根据工作原理分非摩擦：通过零件的嵌合来传递载荷。例如：平键共同作用：同时靠摩擦和嵌合传递载荷。如：楔键

第六章螺纹联接 • 基本要求及重点、难点 • 螺纹及螺纹联接的基本知识；螺栓组联接的设计，包括单个螺栓联接的拧紧、强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高螺栓联接强度的措施等；滑动螺旋传动的设计计算方法。 • 基本要求: • 1) 掌握螺纹的基本知识——螺纹的基本参数、常用螺纹的种类、特性及其应用。 • 2) 掌握螺纹联接的基本知识——螺纹联接的基本类型、结构特点及其应用，螺纹联接标准件，螺纹联接的拧紧与防松。 • 3) 掌握螺栓组联接设计的基本方法——螺栓组联接的结构设计，受力分析，螺栓联接的强度计算理论与方法。 • 4) 掌握提高螺纹联接强度的各种措施。 • 5) 掌握滑动螺旋传动的常用设计方法。 • 难点： • 1) 螺纹联接的结构设计与表达。 • 2) 受倾覆力矩作用的螺栓组联接受力分析。 • 3) 复杂受力状态下的螺栓组联接受力分析。 • 4) 受预紧力和轴向工作载荷作用时，单个螺栓联接的螺栓总拉力的确定

6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度 • 6.1.1 主要类型（螺纹联结件一般为标准件、各种类型的特点见表6.1） • 螺栓：用于通孔，应用广泛，包括普通螺栓（受拉）和铰制孔用螺栓（受剪）两种 • 双头螺柱：用于常拆卸的场合 • 螺钉：用于被连接件之一较厚、不常拆卸的情况 • 紧定螺钉：用于定位

普通螺栓　　　　　　　铰制孔螺栓

6.1.2 螺纹紧固件的性能等级和材料 性能等级分十级（P101），如3.6; 4.6; 4.8等，小数点前数字表示σBmin/100，点后数字为10(σSmin/σBmin) 材料根据性能等级选取低碳钢、中碳钢、合金钢等螺母性能等级按螺母高度分两大类 • 6.1.3 螺纹公差和精度公差：内螺纹的公差带为G和H，外螺纹采用e、f、g、h，G的基本偏差为正，efg的基本偏差为负，内外配合最好用G/h，H/g，H/h 精度等级分精密(4—6级)、中等（7级）和粗糙（7—8级）三种 • 6.2 螺栓联结的拧紧和防松 • 6.2.1 螺栓联结的拧紧拧紧（予紧）的目的：增强联结的紧密性、可靠性，防止出现间隙，增强联结的刚性。对受拉螺栓，还可提高螺栓的疲劳强度拧紧力矩的计算 • T=T1(螺纹力矩)+T2（螺母支撑面摩擦力矩）

予紧方法：测力扳手、定力矩扳手 例题：已知扳手力臂L=15d，板动力F=200N，求予紧力F’ 解：T=FL=15dF T=0.2F’d 15dF=0.2F’d F’=15F/0.2=1.5吨

6.2.2 螺纹联接的防松(表6.2) • 螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动。以防止联接的松动影响正常工作。

焊住冲点

6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算 • 6.3.1 受拉螺栓联接 • 螺栓为标准件，故一般仅仅计算螺栓强度，螺母、垫圈等直接从标准中选定 • 失效形式：塑性变形、断裂、疲劳、滑扣等 • 危险截面的确定:dc=d1-H/6 • 1.受拉松螺栓联接 • 4F/πdc2≤[σ] • 2.受拉紧螺栓联接 • 只受予紧力的紧螺栓联接（靠摩擦力传递载荷） • 受予紧力和螺纹力矩共同作用，故应用第四强度理论得 • 4x1.3F’/ πdc2≤[σ]

受予紧力和工作载荷的紧螺栓联接F0≠F’+F F0=F+F”在受工作载荷前被联接件和螺栓受相等都为F’,螺栓伸长量δ1=F’/C1, δ2=F’/C2

受工作载荷后，在被联接件出现缝隙前，所受力不同，但伸长和缩减增量相同，Δδ１＝Δδ２故可得：F”=F’- F（c2/c1+c2）F’=F”+F（c2/c1+c2）F0=F’+F（c1/c1+c2）由上式可知，F0与相对刚度系数c1/c1+c2有关，采用刚度较大得被联接件，有助于减小F0

被联接件为钢铁件时，根据垫片可采用： • 金属0.2—0.3；皮革0.7；铜皮石棉0.8；橡胶0.9 • 予紧力F”应大大于０，其中F无变化化时，F”=(0.2—0.6)F，有变化时F”=(0.6--1)F，压力容器及其它紧密联结F”=(1.5—1.8)F • 强度计算公式： 4x1.3F’/ πdc2≤[σ] • 变载荷作用时，应力幅为主要因素，计算公式和说明见（P108和P110表6.3） • 6.3.2 受剪螺栓联接（铰制孔螺栓联接） • 失效形式为剪断、压溃等 • 剪切强度条件： 4xFs/ mπd2≤[τ] • 压溃强度条件：Fs≤dh[σp]

例题6.1P110 • 6.4 螺栓组联接的受力分析 • 同一组螺栓应尽量采用相同的螺栓 • 螺栓组要有合适的间距、边距，要考虑扳手空间方便装配 • 螺栓组受力分析的目标就是找出其中受力最大的螺栓和载荷，然后应用单个螺栓强度计算方法计算 • 在螺栓组分析时采用的一些理想化的假设有： • 被联结体为刚体、各个螺栓的刚度和予紧力相同、螺栓应变在弹性范围内 • 6.4.1 受轴向力FQ的螺栓组联接 • 工作载荷均分　F= FQ/Z

6.4.2 受横向力FR的螺栓组联接 用受拉螺栓联接时，仅靠予紧力产生的摩擦面间的摩擦力传递载荷； F’=kfFR/µsmz，这种方法的主要缺点时予紧力很大，一般是横向载荷的很多倍用受剪螺栓联接时，通过螺栓受剪和螺栓与被联接件挤压来传递载荷;Fs=FR/z • 6.4.3 受旋转力矩T的螺栓组联接用普通受拉螺栓联接时（各个螺栓摩擦力相同） • kfT= µsF’r1+µsF’r2+µsF’r3+…..+µsF’rn 用受剪螺栓联接时： • T= Fs1r1+Fs2r2+Fs3r3+…..+Fsnrn • Fs1/r1=Fs2/r2=Fs3/r3=…..=Fsn/rn 各个螺栓受剪力与距离成正比 • 通过求解以上公式可得：

受翻转力矩M得螺栓联接 • M= F1r1+F2r2+F3r3+…..+Fnrn • F1/r1=F2/r2=F3/r3=…..=Fn/rn各个螺栓得变形量与距离成正比，也就是工作拉力与距离成正比

6.5 提高螺栓联接强度的措施 改善螺纹牙载荷分布不均的现象，第一圈螺纹承担约三分之一的载荷，为均衡载荷，可以采用悬置螺母、内斜螺母、环槽螺母、低弹性模量螺母、钢丝螺套等（图6.14,6.15,6.16）减少附加应力(图6.17,6.18) 减轻应力集中(加大牙根圆角半径) 降低应力幅，采用柔性螺栓、保持被联接件的刚度选择恰当的予紧力并保持不减退改善制造工艺、提高制造质量

例题1：图示轴承盖用4个螺钉固定于铸铁箱体上，已知作用于轴承盖上的力FQ＝10.4kN，螺钉材料为Q235钢，屈服极限为240Mpa，取剩余预紧力F为工作拉力的0.4倍，不控制预紧力，取安全系数为4，求螺栓所需最小直径。例题1：图示轴承盖用4个螺钉固定于铸铁箱体上，已知作用于轴承盖上的力FQ＝10.4kN，螺钉材料为Q235钢，屈服极限为240Mpa，取剩余预紧力F为工作拉力的0.4倍，不控制预紧力，取安全系数为4，求螺栓所需最小直径。

许用拉应力 • 4个螺钉，z＝4，每个螺钉的工作载荷 • 剩余预紧力F＝0.4F=0.42600=1040 N • 故得螺钉中总拉力 • 按强度条件，螺栓小径

例题2：设螺栓刚度为被联接件刚度的3倍，当螺栓的预紧力为60kN，轴向工作载荷在40kN至10kN之间交替变化时，试计算作用在螺栓上对应的拉力变化幅值范围。例题2：设螺栓刚度为被联接件刚度的3倍，当螺栓的预紧力为60kN，轴向工作载荷在40kN至10kN之间交替变化时，试计算作用在螺栓上对应的拉力变化幅值范围。

例题3：如图所示起重机卷筒，钢丝绳起重量W＝60000N，利用双头螺柱夹紧产生的摩擦力矩使转矩由齿轮传到卷筒上。8个螺柱均匀分布在直径 的圆周上。联接件接触面摩擦系数=0.12，为了安全，希望摩擦力矩比计算值大20％，螺柱材料为6.8级，45钢。控制预紧力，取安全系数试求螺柱所需最小直径（或计算直径）。

转矩许用拉应力每个螺柱所需预紧力由强度条件，螺柱小径

例题： 用绳索通过吊环螺钉起重，绳索受最大拉力 ,螺钉刚度与被联接件刚度之比，试求： 1）为使螺钉头与重物接触面不离缝，螺钉的最小预紧力； 2）若预紧力为10kN，工作螺钉的剩余预紧力为多少？ 1）螺钉头与重物接触面不离缝，应使剩余预紧力故得螺钉最小预紧力 2）预紧力F ＝10 kN，则工作螺钉剩余预紧力

板A用5个普通螺钉固定在机座B上，已知板与机座间摩擦系数=0.15，防滑系数（可靠性系数）Kf=1.2，螺钉许用应力板A用5个普通螺钉固定在机座B上，已知板与机座间摩擦系数=0.15，防滑系数（可靠性系数）Kf=1.2，螺钉许用应力，试指出哪个螺钉是危险螺钉？并按强度计算该螺钉联接中螺钉所需的小径（或计算直径）尺寸。

1）将力向形心简化：FQ＝2000 N； 2）FQ使每一个螺钉产生作用力 M使每个螺钉产生作用力方向如图（中间螺钉 3）第2个螺钉受力最大，为危险螺钉，设其受力为FR ，， 4）

end

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