1、1 105 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松一、一、 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧1. 1. 预紧的目的预紧的目的1 1）增加连接的刚度）增加连接的刚度2 2）增加紧密性）增加紧密性3 3）提高防松能力）提高防松能力工作载荷作用前，使螺杆受到预紧力的作用。工作载荷作用前，使螺杆受到预紧力的作用。2.2. 拧紧力矩拧紧力矩12TTT T T1 1克服螺纹副相对转动的阻力矩；克服螺纹副相对转动的阻力矩；T T2 2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设预紧力为设预紧力为 F Fa add0dwT简化公式：简化公式：T 0.2 F 0.2 Fa a dF Fa a拧紧
2、力矩：拧紧力矩：对于对于M10M10M60M60的普通粗牙螺纹的普通粗牙螺纹3.3. 控制预紧力的方法控制预紧力的方法1）靠装配工人的经验）靠装配工人的经验2）采用采用测力矩扳手测力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手来控制预紧力的大小。来控制预紧力的大小。测力矩扳手测力矩扳手F F定力矩扳手定力矩扳手二、二、 螺纹连接的防松螺纹连接的防松1. 防松的方法防松的方法1）利用附加摩擦力防松（摩擦防松）利用附加摩擦力防松（摩擦防松）尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母防松的实质：阻止螺纹副相对反转。防松的实质：阻止螺纹副相对反转。 开口销与槽形螺母开口销与槽形螺母2. 采用专门防
3、松元件防松采用专门防松元件防松(机械防松机械防松) 止动垫圈止动垫圈 串联钢丝串联钢丝 圆螺母加止动垫圈圆螺母加止动垫圈3. 其他方法防松（破坏螺纹副关系）其他方法防松（破坏螺纹副关系）11.5P用冲头冲用冲头冲23点点冲点防松法冲点防松法粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂1 106 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算失效形式失效形式螺栓拉断螺栓拉断螺杆压溃或剪断螺杆压溃或剪断滑扣滑扣一、松螺栓连接一、松螺栓连接强度条件：强度条件：4/21dFa式中式中: d1-螺纹小径，螺纹小径， mmFaFa问题：确定螺纹小径问题：确定螺纹小径d d1 1，根据标，根据标准选定螺栓的公称直径准选定螺栓
4、的公称直径d d、螺距、螺距p p、长度、长度L L等。等。 -许用应力，许用应力，MPa二、紧螺栓连接二、紧螺栓连接螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩和摩擦力矩T的双重作用。的双重作用。4/21dFa拉应力：拉应力：切应力：切应力：1TTW 16/2) (312ddtgFa4/) (22112dFtgdda对于对于M10M68的普通螺纹，取的普通螺纹，取d1、d2和和的平均值，的平均值，并取：并取： tg = f =0.15 得：得： 0.5 计算应力：计算应力：223c22)5 . 0( 3由此可见由此可见：受拉伸与扭剪复合应力作用的螺栓连接，可：受拉伸与扭剪复合应力作用的螺栓连接
5、，可以只按受拉伸应力来计算，但必须将拉应力加大以只按受拉伸应力来计算，但必须将拉应力加大30%，以考虑剪应力的影响。以考虑剪应力的影响。3 .1螺栓材料为塑性材料，受拉伸和扭剪复合应力作螺栓材料为塑性材料，受拉伸和扭剪复合应力作用，由用，由“第四强度理论第四强度理论”有：有：1. 受横向工作载荷的紧螺栓连接受横向工作载荷的紧螺栓连接 普通螺栓连接普通螺栓连接C-可靠性系数，常取可靠性系数，常取C=1.11.3；0CFFfm z 预紧力预紧力F0 ： f-摩擦系数；摩擦系数；m-结合面数目；结合面数目；FF/2F/2F0F0F0 z-螺栓个数；螺栓个数；4/3 . 121dFa强度条件：强度条件
6、：其中：其中：Fa =F0F-横向外载荷。横向外载荷。工作时，接合面间不允许产工作时，接合面间不允许产生相对滑移，因此有：生相对滑移，因此有： 剪切应力剪切应力d0螺栓孔直径，螺栓孔直径，mm； 许用切应力，许用切应力，MPa。420 mzdFFF/2F/2 铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接m-接合面数目；接合面数目；z-螺栓个数。螺栓个数。FF/2F/2min0pphzdF h hminmin螺栓与孔壁间挤压面的最小高度螺栓与孔壁间挤压面的最小高度 hmin=minh1+h3 ,h2 p p 螺栓与被连接件中材料机械性能螺栓与被连接件中材料机械性能 较差者的许用挤压应力。较差者的许用挤压应力
7、。P148表表10-6 挤压应力挤压应力h1h2h32. 受轴向工作载荷作用的螺栓连接受轴向工作载荷作用的螺栓连接充气前螺栓预紧力为充气前螺栓预紧力为F0充气后螺栓继续受拉变长，充气后螺栓继续受拉变长，接合面间作用力减小到接合面间作用力减小到FR单个螺栓所受的轴向外载荷为单个螺栓所受的轴向外载荷为: 螺栓所受轴向总载荷：螺栓所受轴向总载荷： Fa Fa=FE+FRzFFE 24DPF FR残余预紧力残余预紧力气体压力气体压力PDF0F0FFRFRFEFE残余预紧力的确定：残余预紧力的确定： 1）工作载荷无变化：）工作载荷无变化： 2）工作载荷有变化：）工作载荷有变化： 3）有紧密性要求：）有紧
8、密性要求： FR=(0.20.6)FE FR=(0.61)FE FR=(1.51.8)FE 强度条件：强度条件： 4/3 . 121 dFa1. 螺栓材料螺栓材料 Q235、35、45、40Cr 螺栓按其力学性能进行分级，国标规定：螺栓按其力学性能进行分级，国标规定： 螺栓螺栓 3.6 、4.6 、4.8 、 5.6 、 5.8、6.8 、8.8 、 9.8 、10.9 、12.9 螺母螺母 4 、5 、 6、 8 、9 、 10 、 12107 7螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力2. 螺栓性能等级代号的意义：螺栓性能等级代号的意义： 第一数字：第一数字：表示螺栓材料抗拉强度极限表示螺
9、栓材料抗拉强度极限b b 的的1/100。b b =第一数字第一数字100第二数字第二数字： 表示螺栓材料的屈服极限表示螺栓材料的屈服极限s s 与强度极与强度极限限b b 比值比值的的10倍。倍。s s =第一数字第一数字第二数字第二数字10例：例：4.6级螺栓级螺栓b=4100=400MPa，s=4610=240MPa3.3.螺纹连接的许用应力螺纹连接的许用应力见教材表见教材表10-610-6、10-710-7本本 次次 课课 重重 点回顾点回顾1. 1. 螺纹连接的防松方法螺纹连接的防松方法2. 2. 松螺栓强度条件松螺栓强度条件3.3.紧螺栓强度条件紧螺栓强度条件4/21 dFa4/3
10、 . 121dFa1 1）受横向载荷）受横向载荷 a. a. 普通螺栓连接普通螺栓连接 Fa =b. b. 铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接 挤压应力挤压应力fmzCFF 0min0pphzdF 剪切应力剪切应力420 mzdF2）受轴向载荷）受轴向载荷Fa=FE+FR4. 螺栓等级符号的意义螺栓等级符号的意义练习题1. 对顶螺母属于 防松方法，止动垫片属于 防松方法。2. 5.6级螺栓的屈服极限是 ，强度极限是 。3. 螺栓连接容易因螺杆压溃和剪断而失效。一、填空 1. 一刚性凸缘联轴器用一刚性凸缘联轴器用6个个5.6级级M24的普通螺栓连的普通螺栓连 接，联轴器材料为接，联轴器材料为HT200
11、，允许传递最大转矩，允许传递最大转矩 T=5000Nm，接合面摩擦系数，接合面摩擦系数 f=0.15，安装时要，安装时要 求控制预紧力，求控制预紧力，C=1.2，试校核螺栓连接的强度。，试校核螺栓连接的强度。D0 =340mm二、计算题解：解：1.1.许用应力：螺栓材料许用应力：螺栓材料5.65.6级，级，MPas3001065查表查表10-610-6，要求控制预紧力，取，要求控制预紧力，取 S=1.3S=1.3 许用应力：许用应力： MPaSs77.2303 . 13002.2.由接合面间不产生相对滑移的条件有：由接合面间不产生相对滑移的条件有：CTmzDfF20NfDmzCTF69.392
12、156134015. 01050002 . 122303.3.强度计算强度计算查表查表10-110-1，有：，有：M24M24的螺栓，的螺栓，d d1 1=20.752mm=20.752mm强度条件式：强度条件式： MPadF73.150752.2069.392153 . 1443 . 12210该螺栓连接强度满足要求。该螺栓连接强度满足要求。 2. 一钢制液压油缸的螺栓连接，油压一钢制液压油缸的螺栓连接，油压P=3MPa，油缸内径油缸内径 D=160mm，为保证气密性要求，用，为保证气密性要求，用10个个M12（d1=10.106mm)、性能等级为、性能等级为6.8级的螺栓连接，级的螺栓连接
13、，控制预紧力，试校核该螺栓连接的强度？控制预紧力，试校核该螺栓连接的强度？ PDpD解：解：1.确定许用应力：螺栓性能等级确定许用应力：螺栓性能等级6.8级，级，MPas4801086查表查表10-610-6，控制预紧力，取，控制预紧力，取S=1.5S=1.5许用应力：许用应力： MPaSs3205 . 14802.计算载荷：计算载荷：液压缸内总的轴向外载荷：液压缸内总的轴向外载荷：NF60318316042单个螺栓所受的工作载荷：单个螺栓所受的工作载荷：NzFFE8 .60311060318残余预紧力（有紧密性要求）：残余预紧力（有紧密性要求）：NFFER88.96508 .60316 .
14、16 . 1螺栓工作时的计算载荷：螺栓工作时的计算载荷：NFFFREa68.1568288.96508 .60313.3.强度计算强度计算强度条件式：强度条件式： MPadFa16.254106.1068.156823 . 1443 . 1221该螺栓连接强度满足要求。该螺栓连接强度满足要求。3. 一刚性凸缘联轴器用一刚性凸缘联轴器用M1（d1=13.835mm）的普通螺）的普通螺栓连接，以摩擦力来传递转矩栓连接，以摩擦力来传递转矩T=1500Nm，螺栓材料，螺栓材料为为45钢（钢（5.8级），接合面摩擦系数级），接合面摩擦系数 f=0.15， 可靠性可靠性系数系数 C=1.2，安装时不控制预
15、紧力，试确定所需螺栓，安装时不控制预紧力，试确定所需螺栓个数。个数。解：解：1.确定许用应力确定许用应力MPas4001085查表查表10-710-7，（不控制预紧力，（不控制预紧力）M16M16、碳素钢，、碳素钢， MPaSs33.1333400安全系数：安全系数： S=3S=3许用应力：许用应力：2.2.由强度条件式：由强度条件式： 21043 . 1dF有，单个螺栓所能承受的预紧力：有，单个螺栓所能承受的预紧力： NdF15.154183 . 1433.133835.133 . 1422103.3.由接合面间不产生相对滑移的条件：由接合面间不产生相对滑移的条件：CTmzDfF20有，所需
16、螺栓个数：有，所需螺栓个数：04.10115515. 015.154181015002 . 12230fDmFCTz所以，该连接需要所以，该连接需要1010个螺栓。个螺栓。特点：定心好、装拆方便。特点：定心好、装拆方便。1 1011 键连接和花键连接键连接和花键连接作用：作用：用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭 矩，或实现零件的轴向固定或移动。矩，或实现零件的轴向固定或移动。 一、键连接的类型一、键连接的类型 平键、半圆键、楔键、切向键等。平键、半圆键、楔键、切向键等。1. 平键平键连接连接工作面工作面种类种类普通平键普通平键导向平键导向平键间隙间隙轴
17、轴工作面：两侧面工作面：两侧面 普通平键普通平键 圆头圆头(A型型)键槽用指状铣刀加工，固定良好，应力集中大。键槽用指状铣刀加工，固定良好，应力集中大。用于静连接用于静连接A型型B型型C型型 单圆头单圆头(C型型) 方头方头(B型型)键槽用盘形铣刀加工，应力集中小。键槽用盘形铣刀加工，应力集中小。用于轴端。用于轴端。A型型B型型C型型bhR=b/2C 45或或r1LLL标记实例：标记实例： 圆头普通平键圆头普通平键(A型型): 键键16100 GB1096-79 方头普通平键方头普通平键(B型型): 键键B16100 GB1096-79单圆头普通平键单圆头普通平键(C型型) : 键键C1610
18、0 GB1096-79普通平键的尺寸标记普通平键的尺寸标记bL起键螺孔起键螺孔导向平键导向平键固定螺钉固定螺钉用于动连接用于动连接结构特点：长度较长，需用螺钉固定。结构特点：长度较长，需用螺钉固定。为便于装拆，制有起键螺孔。为便于装拆，制有起键螺孔。起键螺孔起键螺孔固定螺钉固定螺钉2. 半圆键半圆键连接连接优点：优点：定心好，装配方便。定心好，装配方便。缺点：缺点：对轴的削弱较大，只适对轴的削弱较大，只适 用于轻载连接。用于轻载连接。特别适用于锥形轴端的连接。特别适用于锥形轴端的连接。工作面工作面工作面：两侧面工作面：两侧面3. 楔键楔键连接和切向键连接连接和切向键连接结构特点：结构特点：键的
19、上表面有键的上表面有1:100的斜度，的斜度， 轮毂槽的底面也有轮毂槽的底面也有1:100的斜度。的斜度。缺点：缺点：定心精度不高。定心精度不高。应用：应用：只能应用于定心精度不高，载荷只能应用于定心精度不高，载荷 平稳和低速的连接。平稳和低速的连接。类型：类型：普通楔键、钩头楔键。普通楔键、钩头楔键。钩头是用来拆卸用的工作面工作面楔键工作面：上、下面楔键工作面：上、下面拆卸拆卸空间空间dd斜度斜度1：100120 130 在重型机械中常采用在重型机械中常采用切向键切向键-一对楔键组成。一对楔键组成。窄面窄面工作面工作面切向键工作面：窄面（相互平行）切向键工作面：窄面（相互平行）特点：能单向传
20、递大转矩。特点：能单向传递大转矩。当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成当双向传递扭矩时，需要两对切向键分布成120120 130 130 bA型型二、平键连接的强度计算二、平键连接的强度计算失效形式：失效形式：压溃、剪断（严重过载）。压溃、剪断（严重过载）。Lbh/21. 普通平键强度条件普通平键强度条件p =SF(d/2)(h/2)lT=p MPa MPa d h l4T=l=L-bl=LbB型型ldl 键的工作长度（键的工作长度（mm）bC型型l=L-b/2d 轴径（轴径（mm）h 键高度（键高度（mm）T 转矩（转矩（Nmm）p 许用挤压应力许用挤压应力查表查表10-10Fp d h
21、l4Tp=2. 导向平键强度条件导向平键强度条件 失效形式：磨损失效形式：磨损若强度不够时，可采用若强度不够时，可采用两个键按两个键按180布置。考虑到载荷分布的不均匀性，布置。考虑到载荷分布的不均匀性，校核强度时校核强度时按按1.5个键个键计算。计算。p 许用压强，查表许用压强，查表10-10三、花键连接三、花键连接1. 结构特点：结构特点：沿轴和轮毂周向均布多个键齿。沿轴和轮毂周向均布多个键齿。2. 优点：优点：承载能力高、对轴的削弱程度小、承载能力高、对轴的削弱程度小、 定心好、导向性好。定心好、导向性好。3. 工作面：齿的侧面。工作面：齿的侧面。4. 分类：分类：制造容易最常用。制造容
22、易最常用。用于高强度连接。用于高强度连接。用于薄壁零件连接。用于薄壁零件连接。 矩形花键矩形花键 键开线花键键开线花键 三角形花键三角形花键四、键的选择四、键的选择1. 类型选择：根据键连接特点，工作条件。类型选择：根据键连接特点，工作条件。 截面尺寸：截面尺寸：bh 按轴径按轴径d来选择来选择2. 尺寸选择：尺寸选择： 长度：长度：L 按轮毂长度按轮毂长度L而定而定L =L- -（5 510mm），且圆整为标准系列），且圆整为标准系列3. 强度校核强度校核练习题1. 弹簧垫圈属于 防松方法，串联钢丝属于 防松方法。2. 5.6级螺栓的屈服极限是 ，强度极限是 。3. 螺栓连接容易因螺杆压溃和
23、剪断而失效。4. 平键的工作面是 ，楔键的工作面是 。一、填空二、计算题二、计算题 某一铸铁直齿圆柱齿轮通过键与一钢轴联接，装某一铸铁直齿圆柱齿轮通过键与一钢轴联接，装齿轮处的轴段直径齿轮处的轴段直径d=60mm，轮毂长，轮毂长L=100mm，传递，传递的扭矩的扭矩T=5.5105Nmm，工作中稍有冲击，试设计此，工作中稍有冲击，试设计此键联接。键联接。解：解：1）确定键的材料、类型和尺寸）确定键的材料、类型和尺寸 因为轮毂为铸铁制成，键的材料可以选用因为轮毂为铸铁制成，键的材料可以选用45钢钢，而齿轮与轴之间不要求有轴向移动，故选用，而齿轮与轴之间不要求有轴向移动，故选用A型型普通平键。普通平键。 根据轴径根据轴径d=60mm，轮毂长，轮毂长100mm，查表，查表10-9，取：取：b=18mm，h=11mm，L=90mm。2 2）验算键连接的挤压强度）验算键连接的挤压强度 因为轮毂材料为铸铁，所以应按轮毂来验算连因为轮毂材料为铸铁，所以应按轮毂来验算连接的挤压强度。查表接的挤压强度。查表10-10，有：，有：MPap53ppMPabLdhTdhlT3 .46)1890(1160105 . 54)(445该连接满足强度要求。该连接满足强度要求。
