機(jī)械設(shè)計(jì)2-螺栓連接

第二章螺紋連接§2-5

螺栓組連接的設(shè)計(jì)§2-2螺紋連接的類型和材料性能等級(jí)§2-1概述§2-3螺紋連接的預(yù)緊和防松§2-4

螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算§2-1概述在通用機(jī)械中，連接件占總零件數(shù)的20~50%。如Boeng747中有250萬(wàn)個(gè)緊固連接件。一、連接(joint)分類1.按運(yùn)動(dòng)關(guān)系分靜連接：只固定，無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如螺紋連接、普通平鍵連接。動(dòng)連接：彼此有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如滑鍵、螺旋傳動(dòng)等。——運(yùn)動(dòng)副2.

按傳載原理分靠摩擦力：如螺栓、過(guò)盈連接。非摩擦：靠連接零件的相互嵌合傳載，如平鍵。材料鎖合連接：利用附加材料分子間作用，如粘接、焊接。3.

按拆開時(shí)是否損壞零件分可拆連接：如螺紋連接（最廣泛的可拆連接）。不可拆連接：如焊接、鉚接等。二、螺紋基本知識(shí)1)直徑大徑d：公稱直徑。M20→d=20mm小徑d1：螺紋的最小直徑中徑d2：齒厚=齒槽寬處直徑4)螺距P2)

線數(shù)n：n=1時(shí)用于連接；n＞1時(shí)用于傳動(dòng)；

n↑→↑，但為便于制造n≤43)牙形角：螺紋牙兩側(cè)面夾角1.螺紋的主要參數(shù)5)升角連接螺紋：一般為單線、粗牙、右旋的三角螺紋。三角形螺紋2.螺紋的類型§2-2螺紋連接的類型和材料性能等級(jí)1.螺栓連接裝拆方便，成本低，打通孔，應(yīng)用最廣。鉸制孔螺栓普通螺栓一、螺紋連接主要類型FF2.雙頭螺柱連接螺柱不用拆下，用于被連接件之一較厚（盲孔）或材料較軟，且經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。3.螺釘連接無(wú)螺母，結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)常拆裝時(shí)，容易損傷螺紋孔。多用于受力不大或無(wú)需經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。4.緊定螺釘連接

螺釘末端頂住另一零件的表面或相應(yīng)凹坑，以固定兩個(gè)零件的相互位置，并可傳遞不大的力或力矩。二、螺紋連接件的材料性能等級(jí)螺栓（釘、柱）的力學(xué)性能等級(jí)(GB/T3098.1-2000,3098.2-2000)性能等級(jí)3.64.64.85.65.86.88.89.810.912.9抗拉強(qiáng)度b/MPa30040040050060080090010001200屈服強(qiáng)度s/MPa1802403203004004806407209001080§2-3螺紋連接的預(yù)緊和防松一、預(yù)緊受載之前擰緊螺母預(yù)緊力F0預(yù)緊目的↑連接剛度↑防松能力↑緊密性二、防松實(shí)質(zhì)是防止螺紋副發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。怎么會(huì)發(fā)生松動(dòng)？防松的方法：摩擦機(jī)械破壞見表5-3§2-4

螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算螺栓連接受拉螺栓受剪螺栓松連接：不擰緊，無(wú)預(yù)緊力F0，僅受工作載荷F緊連接：需擰緊僅受預(yù)緊力F0同時(shí)受預(yù)緊力F0和工作載荷F一、松連接（不受預(yù)緊力）F二、緊連接（受預(yù)緊力）（1）承受橫向工作載荷的普通螺栓連接失效形式：接合面發(fā)生滑移

螺栓與孔之間有間隙，工作時(shí)預(yù)緊力F0導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于或等于橫向靜載荷。問：公式中的系數(shù)1.3是何用意？？？強(qiáng)度條件：上式中：F0

—單個(gè)螺栓的軸向預(yù)緊力，N

F0

≥

KSFΣ/fZi

計(jì)算時(shí)取F0

=

KSFΣ

/fZi

KS

—可靠系數(shù)(防滑系數(shù))，1.1~1.3

FΣ

—橫向靜載荷，NZ—螺栓數(shù)目

i—接合面數(shù)f—接合面摩擦系數(shù)1.3——系數(shù)將σ提高30%，以考慮螺紋力矩對(duì)連接強(qiáng)度的影響，這樣把拉扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)化為純拉伸來(lái)處理，簡(jiǎn)化了計(jì)算。例：某普通螺栓組連接，已知橫向靜載荷F∑=30kN，結(jié)合面摩擦系數(shù)f=0.15，結(jié)合面數(shù)i=1，可靠系數(shù)KS=1.2，共有六個(gè)螺栓，不控制預(yù)緊力，螺栓材料為碳鋼，性能等級(jí)4.8，試確定螺栓規(guī)格。解：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓預(yù)緊力F0

由于不控制預(yù)緊力，采用估計(jì)法確定安全系數(shù)S，由表5-10

1.選M24，S=3.14(插值計(jì)算)

[]=

s/S=320/3.14MPa

M24的d1=20.752mm，估計(jì)偏小，不適用。2.選M30，S=2.5

[]=

s/S=320/2.5=128MPa

M30的d1=26.211mm，所以符合要求。（2）受預(yù)緊力F0和軸向工作載荷F的緊螺栓連接松弛狀態(tài)F0F0F0F0

m

b預(yù)緊狀態(tài)FF工作狀態(tài)F是工作拉力F1F1F1F1Δ

mΔ

b變形受力過(guò)程：無(wú)變形

→F0→→+F

→變形協(xié)調(diào)條件：Δ

b=Δ

m

=Δ

m

b

b+

Δ

b

m-

Δ

m各力定義要明確1.預(yù)緊力F0（擰緊螺母后，作用在螺栓上的拉力和被連件上的壓力）2.螺栓總拉力F2

—→F2=

F1+F3.工作拉力F（對(duì)螺栓連接施加的軸向外載荷）4.殘余預(yù)緊力F1F1<

F0螺栓變形力

bF0θb螺栓剛度：Cb=tanθb=F0/

b被連接件變形力F0

m被連接件剛度：Cm=tanθm=F0/

mθmΔ變形力F2F1FF0

b

m?F由合成圖分析F0=F1+(F

-

?F)Δ?F變形力F2F1FF0

b

mθmθb——檢查殘余預(yù)緊力F1的大小???顯然：螺栓的總拉力F2(用于計(jì)算強(qiáng)度)討論：1.——螺栓相對(duì)剛度當(dāng)F0、

F一定時(shí)，∴為↓螺栓受力→選擇不同墊片→應(yīng)使2.

F1>0不出現(xiàn)縫隙。強(qiáng)度條件：

螺栓的相對(duì)剛度系數(shù)墊片類型金屬墊片或無(wú)墊片皮革銅皮石棉橡膠

0.2~0.3

0.70.80.9Cb+CmCb例：有一受預(yù)緊力F0=1000N和軸向工作拉力F=1000N作用的緊螺栓連接。已知螺栓剛度Cb和被連接件剛度Cm相等，試計(jì)算：（1）螺栓所受的總拉力F2和剩余預(yù)緊力F1。（2）為保證被連接件不出現(xiàn)縫隙，該螺栓的軸向工作拉力F極限值為多少？

解：（1）

（2）要求F1>0

熟記公式，靈活應(yīng)用例：

某壓力容器采用螺栓連接，已知“力-變形”線圖。試求：（1）

螺栓受到的預(yù)緊力F0的大??；（2）

為滿足緊密性要求，取剩余預(yù)緊力為20000N，此時(shí)螺栓承受的工作拉力F的大??；（3）

若螺栓選用M30規(guī)格，而且已知d1=26.211mm,[]=106MPa，校核螺栓連接強(qiáng)度；（4）

螺栓承受的總拉力F2達(dá)到多少時(shí)，容器將漏氣？解：（1）

預(yù)緊力F0=30000N

（2）工作拉力F=35000-20000=15000N（3）校核

螺栓連接強(qiáng)度足夠。

(4)

被連接件變形為0時(shí)，容器則漏氣，由圖可知

F2=45000N§2-5

螺栓組連接的設(shè)計(jì)1.接合面幾何形狀力求簡(jiǎn)