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1、螺纹连接和键连接复习,一、重点内容分析,1、螺纹的基本知识,主要是螺纹的基本参数，常用螺纹的牙型、特性及其应用，螺纹副的受力分析，影响螺纹副效率和自锁性的主要参数。,2、螺纹连接的基本知识,主要是螺纹连接的类型、特点及其应用，防松的原理及防松装置。,4、单个螺栓连接的强度计算,松螺栓连接的强度计算：,3、螺栓组连接的受力分析,受横向载荷的螺栓组连接，受转矩的螺栓组连接，受轴向载荷的螺栓组连接，受倾覆力矩的螺栓组连接。主要是复杂受力状态下的受力分析。,校核式,设计式,紧螺栓连接的强度计算：,(1)仅承受预紧力的紧螺栓连接,校核式,设计式,(2)承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接,设计式,F2总拉力
2、，F工作拉力,校核式,称为相对刚度。,Cb螺栓刚度Cm被连接件刚度,(3)承受工作剪力的紧螺栓连接,螺栓杆与孔壁的挤压强度条件：,螺栓杆的剪切强度条件：,5、螺栓组连接的综合计算,主要有三种情况：校核螺栓组连接螺栓的强度；设计螺栓组连接螺栓所需的直径尺寸；确定螺栓组连接所能承受的最大载荷。,6、滑动螺旋传动的设计计算及校核计算,二、难点内容分析,1、螺纹连接的结构设计与表达,这个问题作为难点，是为了引起同学们的重视，学会正确选择连接类型，正确地绘制出连接结构图，或找出连接结构图中的错误。望多看实物，多看连接结构图，多练习绘图。,2、复杂受力状态下的螺栓组连接受力分析,由于复杂受力状态下的螺栓组
3、连接，其螺栓受力既可能是预紧力或轴向工作载荷，也可能是预紧力和轴向工作载荷的复合载荷，还可能是横向载荷。而这既与螺栓组连接的受力情况有关，又与螺栓连接的类型有关。,对于这类问题，首先要利用静力分析方法将复杂的受力状态简化成四种简单受力状态，即轴向载荷、横向载荷、旋转力矩和倾覆力矩；然后根据螺栓组连接的受力情况和螺栓连接的类型，确定单个螺栓连接的受力。当螺栓组连接受横向载荷，或旋转力矩，或横向载荷与旋转力矩联合作用时，对于普通螺栓连接，则需要确定的是螺栓所受的预紧力；而对于铰制孔用螺栓连接，则需要确定的是螺栓所受的横向载荷。当螺栓组连接受轴向载荷，或倾覆力矩，或轴向载荷与倾覆力矩联合作用时（这时
4、只能采用普通螺栓连接），则需要确定的是螺栓所受的轴向工作载荷。,应当注意，当螺栓组连接既受横向载荷，或旋转力矩，或横向载荷与旋转力矩联合作用，又受轴向载荷作用时，在确定螺栓所受的预紧力时，一定要考虑轴向载荷的影响，因为此时接合面间的压紧力不再是预紧力，而是残余预紧力（也称剩余预紧力）。只要分别计算出螺栓组连接在这些简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后将同类工作载荷矢量叠加，便可得到每个螺栓的总的工作载荷预紧力或轴向工作载荷。若螺栓组连接中各个螺栓既受预紧力作用又受轴向工作载荷作用，则最后要求出受力最大螺栓所受的总拉力。,3、受倾覆力矩作用的螺栓组连接受力分析,对这种受力状态进行受力分析时，首
5、先要了解假设条件。认为机座底板是刚体，而地基与螺栓是弹性体，受倾覆力矩M作用机座欲倾覆时，底板不变形，接合面仍然为一平面，底板有绕对称轴O-O倾覆的趋势，使对称轴一侧的螺栓被拉紧，而对称轴另一侧的螺栓被放松，但其接合面间压力则增加。,注意，对于受倾覆力矩作用的螺栓组连接进行受力分析和强度计算时，一定要考虑受压最大处不被压溃，而受压最小处不出现缝隙或保持某个压力的要求。,根据受力矩M作用后对称轴线两侧接合面间变形对称的条件，以底板为分离体，可以判定对称轴一侧被拉紧的螺栓对底板的作用和对称轴另一侧地基对底板的支反力作用是相等的。因此，可以把地基对底板的支反力（分布载荷）简化为数个集中力作用于螺栓所
6、在位置，然后根据静力平衡条件和螺栓变形协调条件，求出受力最大螺栓所受的轴向工作载荷。,4、受预紧力和轴向工作载荷作用时，单个紧螺栓连接的螺栓总拉力的确定,这个问题的关键是解题的思维方式要转变，要由解静定问题转到解静不定问题上来。要从分析螺栓及被连接件的受力变形入手，充分理解变形协调条件，深入掌握螺栓与被连接件的受力变形关系图，从而得出以下几个重要结论。,(1)螺栓所受的总拉力F2不等于螺栓的预紧力F0和轴向工作载荷F之和，即：F2F0+F。,(a)螺栓所受的总拉力F2等于螺栓的预紧力F0和轴向工作载荷的一部分F之和，即：F2=F0+F,(b)螺栓所受的总拉力F2等于残余预紧力F1和螺栓的轴向工
7、作载荷F之和，即：F2=F1+F,(2)轴向工作载荷F的一部分F用于使螺栓进一步伸长，而另一部分(F-F)则用于恢复被连接件的部分压缩变形。,(3)使螺栓进一步伸长的F，其大小与螺栓刚度Cb及被连接件刚度Cm有关。,显然Cb愈小，Cm愈大，则F 愈小；反之亦然。在螺栓组连接设计中采用细长螺栓就是为了减小Cb，在接合面间不加垫片或不采用刚性大的垫片就是为了增大Cm，从而减小F。,螺栓的相对刚度,三、螺纹设计时应注意的事项,1、标准螺纹紧固件的选用方法1）要优先选用国家标准规定的螺纹紧固件类型及其附件，合理选择螺纹连接的类型，是保证螺栓正常工作条件的前提。例如被连接件之一太厚且要经常装拆时宜选用双
8、头螺柱连接。在选用的螺纹连接件类型确定后，还要重视规格的选取。对外螺纹件既要正确选取螺纹直径规格又应正确选取其长度规格。要尽量避免采用国家标准中带括号的直径与长度规格，尽量减少每一个产品采用的标准紧固件种类与规格，以扩大需用批量，方便生产管理。,2）粗牙螺纹较耐用，易装配，不易损伤，故可经常装拆。钢制外螺纹标准件与被连接件是铸铁、电木、轻合金、塑料等内螺纹连接时和在有污垢甚至是砂料等异物及有腐蚀性的环境地方，都以使用粗牙螺纹为宜；细牙螺纹经常装拆时易磨损而滑扣，但同样外径的细牙螺纹抗拉与抗剪强度大于粗牙螺纹，且其螺距小，自锁性好，所以在薄壁零件或螺纹旋合长度较短的场合，细牙螺纹有其明显的优越性
9、。,2、要正确进行螺栓连接的设计计算 单个螺栓连接的强度计算是螺栓组连接设计计算的基础。计算的关键在于对载荷准确判断，对仅受预紧力或同时受预紧力与工作拉力的场合，要用1.3系数来考虑因预紧过程而产生的转矩的影响；对受剪力或挤压力的场合，则应以剪力或挤压力为依据进行强度计算。螺栓组连接的强度计算，其核心是受力分析。首先判断其受力的状况：是受轴向载荷、横向载荷、扭转力矩、翻转力矩还是同时受若干力的组合。其次找出受力最大的螺栓，并求出其受力的大小。然后按单个螺栓连接强度计算的方法进行强度计算。,3、正确进行螺栓连接的结构设计是螺栓连接可靠工作的保证1）应避免螺杆受附加弯曲应力，使其强度受到削弱。例如
10、设计凸台或沉头座来减小和避免弯曲应力的影响。2）螺栓连接防松方法要正确可靠。例如串连钢丝防松要注意钢丝的穿入方向；采用止动垫圈时，若垫圈的止动凸缘没有插入螺钉的竖槽里，则不能止动防松。3）要保证螺栓安装与拆卸的扳手空间，使螺栓能顺利地装入取出。,四、单项选择题,1、当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能。,A、好 B、差C、相同 D、不一定,A,2、用于薄壁零件连接的螺纹，应采用。,A、三角形细牙螺纹 B、梯形螺纹C、锯齿形螺纹D、多线的三角形粗牙螺纹,A,3、用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹。,A、牙根强度高，自锁性能好 B、传动效率高C
11、、防振性能好 D、自锁性能差,A,4、若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的。,A、螺距和牙型角 B、升角和头数C、导程和牙形斜角 D、螺距和升角,B,5、对于连接用螺纹，主要要求连接可靠，自锁性能好，故常选用。,A、升角小，单线三角形螺纹 B、升角大，双线三角形螺纹C、升角小，单线梯形螺纹 D、升角大，双线矩形螺纹,A,6、当铰制孔用螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓。,A、必受剪切力作用 B、必受拉力作用C、同时受到剪切与拉伸D、即可能受剪切，也可能受挤压作用,D,7、计算紧螺栓连接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原
12、来的 倍。,A、1.1 B、1.3C、1.25 D、0.3,B,8、在螺栓连接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是。,A、提高强度B、提高刚度C、防松D、减小每圈螺纹牙上的受力,C,9、在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了。,A、受力均匀 B、便于装配C、外形美观 D、降低成本,B,10、螺栓的材料性能等级标成6.8级，其数字6.8代表。,A、对螺栓材料的强度要求B、对螺栓的制造精度要求C、对螺栓材料的刚度要求D、对螺栓材料的耐腐蚀性要求,A,6表示材料的抗拉强度极限B的1/1008表示屈服极限s与B比值的10倍,11、紧螺栓连接在按拉伸强度计算时，应将拉伸载荷增加到原
13、来的1.3倍，这是考虑 的影响。,A、螺纹的应力集中 B、扭转切应力作用C、安全因素D、载荷变化与冲击,B,12、预紧力为F0的单个螺栓连接，受到轴向工作载荷F作用后，螺栓受到的总拉力F2 F0+F。,A、大于B、等于C、小于D、大于或等于,C,F2=F+F1,F2F0+F,F1F0,F1为残余预紧力,13、在受轴向载荷作用的紧螺栓连接中，为提高螺栓的疲劳强度，可采取的措施是。,A、增大螺栓刚度Cb，减小被连接件刚度Cm B、减小Cb，增大CmC、增大Cb和CmD、减小Cb和Cm,B,14、在螺栓连接设计中，若被连接件为铸件，则有时在螺栓孔处制作沉头座孔或凸台，其目的是。,A、避免螺栓受附加弯
14、曲应力作用B、便于安装C、为安置防松装置D、为避免螺栓受拉力过大,A,15、平键连接的工作面是键的。,A、两个侧面 B、上下两面C、两个端面 D、侧面和上下面,A,16、一般普通平键的主要失效形式是。,A、剪断 B、磨损C、胶合D、压溃,D,17、普通平键连接与楔键连接相比，最重要的优点是。,A、键槽加工方便 B、对中性好C、应力集中小 D、可承受轴向力,B,18、一般导向键连接的主要失效形式是。,A、剪断 B、磨损C、胶合 D、压溃,B,19、楔键连接的工作面是键的。,A、两个侧面 B、上下两面C、两个端面 D、侧面和上下面,B,20、设计普通平键连接时，根据 来选择键的长度尺寸。,A、传递
15、的转矩 B、传递的功率C、轴的直径D、轮毂长度,D,21、设计普通平键连接时，根据 来选择键的截面尺寸。,A、传递的转矩B、传递的功率C、轴的直径D、轮毂的长度,C,22、矩形花键连接通常采用 定心。,A、小径B、大径C、侧边D、齿廓,A,23、当采用一个平键不能满足强度要求时，可采用两个错开 布置。,A、90 B、120C、150 D、180,D,24、花键连接与平键连接相比较，的观点是错误的。,A、承载能力较大B、对中性和导向性都比较好C、对轴的削弱比较严重D、可采用磨削加工提高连接质量,C,五、填空题,1、三角形螺纹的牙型角=，适用于，而梯形螺纹的牙型角=，适用于。,60,2、常用螺纹的
16、类型主要有、和。,三角螺纹,管螺纹,矩形螺纹,3、若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的 和。,升角,头数,30,连接,传动,梯形螺纹,锯齿形螺纹,4、受轴向工作载荷F的紧螺栓连接，螺栓所受的总拉力F2等于 和 之和。,F,残余预紧力F1,5、螺纹连接防松的实质是。,防止螺杆与螺母(或被连接件螺纹孔)间发生相对转动,6、螺纹连接的拧紧力矩等于 和 之和。,螺纹副间摩擦力矩,螺母(或螺栓头)端面与被连接件支承面间摩擦力矩,7、被连接件受横向载荷作用时，若采用普通螺栓连接，则螺栓受 载荷作用，可能发生的失效形式为。,螺栓发生塑性变形或断裂,拉伸,8、在螺纹连接中采用悬置
17、螺母或环槽螺母的目的是为了。,均匀各旋合圈螺纹牙上的载荷,即防止螺纹副之间相对转动。,9、对受轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，当预紧力F0和轴向工作载荷F一定时，为减小螺栓所受的总拉力F2，通常采用的方法是减小 的刚度或增大 的刚度。,螺栓,10、螺纹连接防松，按其防松原理可分为 防松，防松和 防松。,破坏螺旋副运动关系,摩擦,机械,11、在螺栓连接中，当螺栓轴线与被连接件支承面不垂直时，螺栓中将产生附加 应力。,弯曲,被连接件,12、普通平键用于 连接，其工作面是 面，工作时靠 传递转矩，主要失效形式是。,静,13、导向键和滑键用于 连接，主要失效形式是，这种连接的强度条件是。,动,磨损,侧面
18、受挤压和剪切,两侧,工作面被压溃,14、平键的剖面尺寸通常是根据 选择；长度尺寸主要根据 选择。,轴的直径,轮毂的长度,耐磨条件pp,六、改错题,找出下列图中螺纹连接结构中的错误，说明原因，并绘图改正。已知被连接件材料均为Q235，连接件为标准件。图1为普通螺栓连接；图2为螺钉连接；图3为双头螺柱连接；图4为紧定螺钉连接。,图 1,图 2,图 3,图 4,图 1,1、普通螺栓连接。主要错误如下：1）螺栓安装方向不对，装不进去，应掉过头来安装。2）普通螺栓连接的被连接件孔要大于螺栓大径，而下部被连接件孔与螺栓杆间无间隙。3）被连接件表面没加工，应做出沉头座并刮平，以保证螺栓头及螺母支承面平整且垂
19、直于螺栓轴线，避免拧紧螺母时螺栓产生附加弯曲应力。4）一般连接；不应采用扁螺母。5）弹簧垫圈尺寸不对，缺口方向不对6）螺栓长度不标准，应取标准长60。7）螺栓中螺纹部分长度短了，应取30,改正后的螺纹连接结构图 1,图 2,2、螺钉连接。主要错误如下：1）采用螺钉连接时，被连接件之一应有大于螺栓大径的光孔，而另一被连接件上应有与螺钉相旋合的螺纹孔。而图中上边被连接件没做成大于螺栓大径的光孔，下边被连接件的螺纹孔又过大，与螺钉尺寸不符，而且螺纹孔的画法不对，小径不应为细实线。2）若上边被连接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没有加工。,改正后的螺钉连接结构图 2,图 3,3、双头螺柱连接。主要错误
20、如下：1）双头螺柱的光杆部分不能拧进被连接件的螺纹孔内，M12不能标注在光杆部分。2）锥孔角度应为120，而且应从螺纹孔的小径（粗实线）处画锥孔角的两边。3）若上边被连接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没加工。4）弹簧垫圈厚度尺寸不对。,改正后的双头螺柱连接结构图 3,图 4,4、紧定螺钉连接。主要错误如下：1）轮毂上没有做出M6的螺纹孔。2）轴上未加工螺纹孔，螺钉拧不进去，即使有螺纹孔，螺钉能拧入，也需作局部剖视才能表达清楚。,改正后的紧定螺钉连接结构图 4,七、计算举例,例题1：一厚度=12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度1=30mm的铸铁支架上，螺栓的布置有两种方案，如下图所示。已知：螺栓
21、材料为Q235，=95MPa、=96MPa,钢板p=320MPa，铸铁p1=180MPa，接合面间摩擦系数f=0.15，可靠性系数Kf=1.2，载荷F=12000 N，尺寸l=400mm，a=100mm。（1）比较哪种螺栓布置方案合理？（2）按照螺栓布置合理方案，分别确定采用普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接时的螺栓直径。,解题分析：本题是螺栓组连接受横向载荷和旋转力矩共同作用的典型例子。解题时，首先要将作用于钢板上的外载荷F向螺栓组连接的接合面形心简化，得出该螺栓组连接受横向载荷F和旋转力矩T两种简单载荷作用的结论。然后将这两种简单载荷分配给各个螺栓，找出受力最大的螺栓，并把该螺栓承受的横向载荷
22、用矢量叠加原理求出合成载荷。在外载荷与螺栓数目一定的条件下，对不同的螺栓布置方案，受力最大的螺栓所承受的载荷是不同的，显然使受力最大的螺栓承受较小的载荷是比较合理的螺栓布置方案。,若螺栓组采用铰制孔用螺栓连接，则靠螺栓光杆部分受剪切和配合面间受挤压来传递横向载荷，其设计准则是保证螺栓的剪切强度和连接的挤压强度，可按相应的强度条件式，计算受力最大螺栓危险剖面的直径。若螺栓组采用普通螺栓连接，则靠拧紧螺母使被连接件接合面间产生足够的摩擦力来传递横向载荷。在此情况下，应先按受力最大螺栓承受的横向载荷，求出螺栓所需的预紧力；然后用只受预紧力作用的紧螺栓连接，受拉强度条件式计算螺栓危险剖面的直径d1；最
23、后根据d1查标准选取螺栓直径d，并根据被连接件厚度、螺母及垫圈厚度确定螺栓的标准长度。,解题要点：1、螺栓组连接受力分析（1）将载荷简化 将载荷F向螺栓组连接的接合面形心O点简化，得一横向载荷 F=12000N和一旋转力矩T：T=Fl=12000N400mm=4.8106Nmm（看下图）,（2）确定各个螺栓所受的横向载荷 在横向力F作用下，各个螺栓所受的横向载荷Fs1大小相同，与F同向。Fs1=F/4=12000/4=3000 N 而在旋转力矩T作用下，由于各个螺栓中心至形心O点距离相等，所以各个螺栓所受的横向载荷FS2大小也相同，但方向分别垂直于各螺栓中心与形心O的连线。见下图。,对于方案（
24、a)，各螺栓中心至形心O点的距离为：,由上图(a)可知，螺栓1和2所受两力的夹角最小，故螺栓1和2所受横向载荷最大，即：,对于方案(b)，各螺栓中心至形心O点的距离为：,rb=a=100mm,由上图(b)可知，螺栓横向载荷最大，即：,Fsmaxb=Fs1+Fs2=3000+12000=15000N,（3）两种方案比较 在螺栓布置方案(a)中，受力最大的螺栓1和2所受的总横向载荷Fsmaxa=10820N，而在螺栓布置方案(b)中，受力最大的螺栓1所受的总横向载荷Fsmaxb=15000N。可以看出，FsmaxaFsmaxb，因此方案(a)比较合理。,2、按螺栓布置方案(a)确定螺栓直径（1）采
25、用铰制孔用螺栓连接 1）因为铰制孔用螺栓连接是靠螺栓光杆受剪切和配合面间受挤压来传递横向载荷，因此按剪切强度设计螺栓光杆部分的直径ds：,查GB27-88，取M1260（ds=1311.98mm),2）校核配合面挤压强度：按右图所示的配合面尺寸，螺栓光杆与钢板孔间,螺栓光杆与铸铁支架孔间,故配合面挤压强度足够。,（2）采用普通螺栓连接 因为普通螺栓连接是靠螺栓预紧螺栓在被连接件的接合面间产生的摩擦力来传递横向载荷，因此首先要求出螺栓所需的预紧力F0。,由fF0=KfFs，得,根据强度条件式可得螺栓小径d1，即,查表，取M45（d1=40.12938.84mm),例题2：下图所示为螺栓组连接的三
26、种方案，其外载荷为R，尺寸a、L均相同，a=60mm，L=300mm。试分析计算各方案中受力最大螺栓所受横向载荷FS，并分析比较哪个方案好？,解：把外载荷R螺栓组连接的接合面形心简化，则该螺栓组连接受有横向载荷R和旋转力矩T=RL的作用。在下图所示的三个方案中，横向载荷R使螺栓组中的每个螺栓受到的横向载荷FSR相等，都等于R/3，且具有相同的方向；但由于螺栓布置方式不同，旋转力矩T使三个方案中受力最大螺栓所受的横向载荷是不同的。,方案二：由图可知，螺栓4和6受力最大，所受横向载荷为,方案一：由图可知，螺栓3受力最大，所受横向载荷为,方案三：由图可知，螺栓8受力最大，所受横向载荷为,形心到螺栓8
27、的距离,结论：比较三个方案中受力最大的螺栓受力情况，方案二中受力最大的螺栓受力最小，因此方案二较好。,八、作业讲解,如图所示螺栓连接，4个普通螺栓成矩形分布，已知螺栓所受载荷R=4000 N，L=300mm，r=100mm，接合面数m=1，接合面间的摩擦系数为f=0.15，可靠性系数Kf=1.2，螺栓的许用应力为=240MPa，试求：所需螺栓的直径（d1）。,解：(1)将R简化到螺栓组形心，成为一个横向载荷R和一个转矩T，如右图所示，其中：,(2)求每个螺栓连接承受的分力,R的分力：,FSR=R/z=4000/4=1000 N,T的分力：,(3)求FSmax,(4)根据不滑移条件：,F0 f
28、m Kf FSmax,所需预紧力F0：,(5)根据强度条件：,求得螺栓小径d1,讨论1：如果本题改为用铰制孔螺栓连接，在解法上有什么相同和不同之处？,（1）求FSR、FST和FSmax的方法相同，但求FST的公式应为：,（2）铰制孔螺栓连接不用求预紧力，因为FSmax就是铰制孔螺栓所受的剪力。,（3）强度条件不同。铰制孔螺栓连接的可靠性条件是剪切强度和挤压强度。,讨论2：如果螺栓的布置改为如右图所示，螺栓中心到螺栓组形心的距离 r 不变。问那种布置方案更合理？为什么？,原来的布置方案更合理。因为在右图的方案中，螺栓1承载的两个分载荷FSR 和FST方向相同，合成后的FSmax比原方案大。载荷大，所需螺栓尺寸就大。,九、思考题,1、常用螺纹牙型分为哪几种？各有何特点？各适用于什么场合？2、螺纹连接有哪些基本类型？各有何特点？各适用于什么场合？3、为什么螺纹连接常需要防松？按防松原理，螺纹连接的防松方法可分为哪几类？试举例说明。4、提高螺栓连接强度的措施有哪些？这些措施中哪些主要是针对静强度？哪些主要是针对疲劳强度？,5、普通平键有哪些失效形式？主要失效形式是什么？怎样进行强度校核？如经校核判断强度不足时，可采取哪些措施？6、平键和楔键连接在工作原理上有什么不同？7、花键有哪几种？哪种花键应用最广？如何定心？8、销有哪几种类型？各用于何种场合？销连接有哪些失效形式？,
