《螺纹联接设计新》课件

螺纹联接设计新欢迎参加《螺纹联接设计新》课程本课程旨在帮助工程师和设计人员掌握螺纹联接设计的最新方法和技术，提升产品设计的可靠性和安全性我们将从螺纹联接的基础知识入手，深入探讨材料选择、失效分析、设计步骤、防松方法等关键环节通过案例分析，学习如何在汽车、航空、机械等不同行业中应用螺纹联接技术课程目标掌握螺纹联接设计的最新方法螺纹联接基础1了解螺纹联接的定义、类型、应用及相关标准，为后续设计打下坚实基础材料选择与失效分析2掌握常用螺纹材料的特性和选择原则，能够分析螺纹联接的失效形式及原因设计计算与防松技术3掌握螺栓预紧力的计算方法和拧紧力矩的控制，熟悉各种螺纹防松方法及元件高级应用与案例分析4了解高强度螺栓、疲劳载荷下的螺纹联接设计，并通过案例分析学习实际应用螺纹联接概述定义、类型与应用定义类型应用螺纹联接是通过螺纹实现的零件之间包括螺栓联接、螺钉联接、双头螺栓广泛应用于机械、汽车、航空航天、的可拆卸联接，依靠螺旋作用力传递联接、螺母联接等，根据应用场合选建筑等领域，是重要的结构联接方载荷择式螺纹标准、等常用标准介绍ISO GB标准ISO国际标准化组织制定的标准，具有广泛的国际适用性，如ISO

68、ISO261等标准GB中国国家标准，适用于国内生产和使用，如GB/T

3098.

1、GB/T5782等标准ANSI美国国家标准学会制定的标准，主要在美国及北美地区应用标准DIN德国工业标准，在欧洲地区应用广泛，常被其他国家借鉴螺纹参数螺距、导程、牙型角等螺距（）P相邻两螺纹牙在中径线上对应两点间的轴向距离，是螺纹的重要参数导程（）L螺纹旋转一周，沿轴向移动的距离，单线螺纹导程等于螺距牙型角（）α螺纹牙型两侧面的夹角，影响螺纹的强度和自锁性能，常用牙型角有60°和55°螺纹的制造工艺车削、铣削、磨削等车削1在车床上使用螺纹车刀进行加工，适用于大批量生产，精度较高铣削2在铣床上使用螺纹铣刀进行加工，适用于复杂螺纹和特殊材料磨削3在磨床上使用砂轮进行加工，适用于高精度和硬材料螺纹常用螺纹材料钢、不锈钢、合金钢等钢不锈钢合金钢常用碳素钢，如具有良好的耐腐蚀通过添加合金元素提Q

235、45钢等，强性，如

304、316高强度和耐磨性，如度适中，成本较低，等，适用于腐蚀环40Cr、35CrMo等，适用范围广境适用于高强度场合材料选择原则强度、耐腐蚀性、成本等耐腐蚀性在腐蚀环境中选择耐腐蚀材料，防2止螺纹锈蚀失效强度根据载荷大小选择具有足够强度的1材料，保证螺纹联接的承载能力成本在满足性能要求的前提下，选择成3本较低的材料，降低制造成本螺纹联接的失效形式断裂、松动、磨损等断裂1松动2磨损3腐蚀4螺纹联接的失效形式多种多样，包括螺纹断裂、螺纹松动、螺纹磨损以及螺纹腐蚀等设计时必须充分考虑各种失效的可能性，并采取相应的预防措施，确保螺纹联接的安全可靠失效分析原因、预防与改进措施原因预防改进断裂超载、疲劳、应力集中；松断裂合理选择材料、优化结构、控优化设计改进螺纹结构、提高材料动振动、冲击、预紧力不足；磨制应力集中；松动选择合适的防松强度；提高加工精度保证螺纹配合损润滑不良、异物侵入；腐蚀环方法、保证预紧力；磨损加强润质量；加强维护保养定期检查、润境介质侵蚀滑、防止异物侵入；腐蚀选择耐腐滑、更换蚀材料、涂覆防腐涂层螺纹联接的设计步骤确定载荷、选择螺纹规格确定载荷分析螺纹联接所承受的轴向载荷、横向载荷和扭转载荷，作为设计依据选择螺纹规格根据载荷大小和使用场合，选择合适的螺纹类型、螺距和直径材料选择根据使用环境和载荷要求，选择合适的螺纹材料，保证强度和耐腐蚀性螺栓预紧力的计算重要性与计算方法重要性计算方法预紧力能够提高螺纹联接的抗松动能力，增加摩擦力，提根据载荷大小、摩擦系数和拧紧力矩计算预紧力，常用计高承载能力和疲劳寿命算公式F=k*T/d*μ拧紧力矩的控制方法与工具力矩扳手角度法拉伸法通过控制拧紧力矩来控制预紧力，通过控制拧紧角度来控制预紧力，通过测量螺栓的拉伸量来控制预紧精度较高，适用于高精度螺纹联适用于高强度螺栓联接力，精度最高，适用于关键螺纹联接接摩擦系数的影响如何准确估算材料不同材料的摩擦系数不同，钢与2钢、钢与铝、钢与铜等摩擦系数各表面状态异表面粗糙度、清洁度和润滑状态影1响摩擦系数，表面越粗糙、越脏、润滑越干燥，摩擦系数越大润滑剂能够降低摩擦系数，选择合适的润滑剂能够提高螺纹联接的性3能螺纹副的润滑作用与润滑剂的选择作用润滑剂选择降低摩擦系数、减少磨损、防止锈蚀、提高拧紧精度、延根据工况选择合适的润滑剂，如润滑油、润滑脂、防锈油长使用寿命等，考虑温度、载荷、环境等因素螺纹的防松方法机械防松、摩擦防松、化学防松机械防松摩擦防松使用止动垫圈、开口销等机增加螺纹副之间的摩擦力，械元件防止螺纹松动，简单如弹簧垫圈、锁紧螺母等，可靠，但可能影响美观常用且有效化学防松使用防松胶等化学物质填充螺纹间隙，固化后形成粘结力，防止螺纹松动，效果好但可拆卸性差常用防松元件弹簧垫圈、锁紧螺母、止动垫圈等弹簧垫圈锁紧螺母止动垫圈利用弹簧力增加摩通过特殊结构增加螺通过卡爪或挡块防止擦，防止螺纹松动，纹副之间的摩擦力，螺母旋转，可靠性安装方便，应用广防松效果好，适用于高，适用于重要场泛振动环境合化学防松剂种类与使用方法种类使用方法厌氧型防松胶、快干型防松胶、耐高温型防松胶等，根据清洁螺纹表面、涂抹适量防松胶、拧紧螺纹、固化，注意使用环境选择操作规范高强度螺栓联接的设计特点与注意事项特点强度高、预紧力大、抗疲劳性能好，适用于承受高载荷和冲击载荷的场合注意事项选择合适的强度等级、控制预紧力、防止应力集中、定期检查和维护螺栓的选型强度等级、材料选择强度等级材料选择根据载荷大小选择合适的强根据使用环境选择合适的材度等级，如

8.8级、

10.9级、料，如碳素钢、合金钢、不

12.9级等锈钢等尺寸规格根据连接件的厚度和孔径选择合适的螺栓长度和直径预紧力的施加高精度拧紧方法力矩法1使用力矩扳手控制拧紧力矩，适用于一般精度要求的螺纹联接角度法2控制拧紧角度，适用于高强度螺栓联接，精度高于力矩法拉伸法3测量螺栓的拉伸量，精度最高，适用于关键螺纹联接疲劳载荷下的螺纹联接设计疲劳强度计算疲劳强度计算方法螺纹联接在交变载荷作用下发生疲劳断裂的极限应力，是根据材料的S-N曲线和载荷谱计算疲劳寿命，考虑应力集疲劳设计的关键参数中和表面状态的影响应力集中原因与缓解措施缓解措施优化结构设计、采用圆角过渡、提2高表面光洁度、降低载荷幅值原因螺纹根部、孔边、缺口等结构突变1处易产生应力集中，导致疲劳断裂材料选择选择韧性好的材料，降低应力集中3对疲劳寿命的影响预紧力对疲劳寿命的影响预紧力疲劳适当提高预紧力能够提高螺纹联预紧力能够降低螺纹副之间的应接的抗疲劳寿命，但过大的预紧力幅值，减缓疲劳损伤，延长使力会导致螺纹断裂用寿命有限元分析在螺纹联接设计中的应用建模建立螺纹联接的三维模型，包括螺栓、螺母和连接件网格划分将模型划分为有限个单元，单元越小，精度越高边界条件设置施加载荷、约束和接触条件，模拟实际工况建模、网格划分与边界条件设置建模网格划分使用CAD软件建立螺纹联接选择合适的单元类型和网格的三维模型，注意简化模密度，保证计算精度和效型，提高计算效率率，关键部位进行局部加密边界条件准确施加载荷、约束和接触条件，模拟实际工况，提高计算结果的可靠性结果分析与优化设计结果分析优化设计分析应力分布、变形情况和接触压力，判断螺纹联接的强根据分析结果优化螺纹结构、材料和预紧力，提高螺纹联度和刚度是否满足要求接的性能和可靠性螺纹联接的优化设计强度、重量、成本等强度1提高螺纹联接的承载能力和疲劳寿命，保证安全可靠重量2在满足强度要求的前提下，减轻螺纹联接的重量，提高结构效率成本3在满足性能要求的前提下，降低螺纹联接的制造成本，提高经济效益拓扑优化概念与应用概念应用在给定的设计空间、载荷和约束条件下，通过优化材料分应用于螺纹联接的轻量化设计，减少材料用量，提高结构布，获得最佳结构形式效率形状优化提高承载能力优化目标优化方法应用提高螺纹联接的承载能力、降低应改变螺纹牙型、螺纹根部圆角、螺应用于高强度螺栓联接的设计，提力集中、延长疲劳寿命纹表面处理等，优化螺纹结构高螺纹的可靠性螺纹联接的可靠性设计可靠性指标可靠度螺纹联接在规定时间内完成规定功能的概率失效概率螺纹联接在规定时间内不能完成规定功能的概率平均寿命螺纹联接从开始使用到失效的平均时间可靠性分析方法与工具方法工具应力-强度干涉法、蒙特卡洛模拟法、有限元法等可靠性分析软件、有限元分析软件等冗余设计提高系统可靠性冗余设计在螺纹联接系统中设置多个螺栓，当一个螺栓失效时，其他螺栓能够继续承受载荷，保证系统正常运行特殊工况下的螺纹联接设计高温、低温、腐蚀等高温低温选择耐高温材料、采取散热选择低温韧性好的材料、防措施、防止螺纹松动止脆性断裂腐蚀选择耐腐蚀材料、涂覆防腐涂层、定期检查和维护高温环境材料选择、防松措施材料选择防松措施选择耐高温合金钢、不锈钢等，保证高温强度和抗蠕变性采用高温防松螺母、锁紧垫圈等，防止高温蠕变引起的螺能纹松动低温环境脆性断裂的预防设计避免应力集中，采用圆角过渡，降2低缺口敏感性材料选择1选择低温韧性好的材料，如低温合金钢、奥氏体不锈钢等工艺进行低温冲击试验，验证材料的低3温性能腐蚀环境防腐蚀材料与涂层防腐蚀材料防腐蚀涂层选择不锈钢、钛合金、镍合金等，提高螺纹联接的耐腐蚀涂覆锌、铬、镍等涂层，隔离腐蚀介质，延长使用寿命性螺纹联接的装配工艺装配顺序、工具选择装配顺序1按照规定的顺序拧紧螺栓，保证均匀预紧力工具选择2根据螺栓规格和预紧力要求，选择合适的拧紧工具，如力矩扳手、电动扳手等拧紧顺序保证均匀预紧力交叉拧紧1对角拧紧2循环拧紧3为确保均匀的预紧力，需按照指定的拧紧顺序进行操作交叉拧紧、对角拧紧以及循环拧紧是常用的方法，在实际应用中应根据连接件的形状和螺栓的分布进行选择工具选择手动工具、电动工具、液压工具手动工具电动工具力矩扳手、套筒扳手等，适电动扳手、电动螺丝刀等，用于小批量生产和精度要求适用于大批量生产，提高装不高的场合配效率液压工具液压扳手、液压拉伸器等，适用于高强度螺栓联接，提供大扭矩和精确控制螺纹联接的维护与保养定期检查、润滑定期检查检查螺纹联接的松动、腐蚀和磨损情况，及时发现问题润滑定期润滑螺纹副，降低摩擦系数，防止锈蚀，延长使用寿命更换对失效的螺栓、螺母和垫圈进行更换，保证螺纹联接的可靠性检查内容松动、腐蚀、磨损等松动腐蚀磨损检查螺栓是否松动，检查螺纹表面是否有检查螺纹牙型是否有拧紧力矩是否符合要锈蚀，涂层是否完磨损，螺纹配合是否求好良好润滑周期与润滑剂更换润滑周期润滑剂更换根据使用环境和工况，制定合理的润滑周期，一般为3个定期更换润滑剂，清除旧润滑剂中的杂质和污染物，保证月或6个月润滑效果螺纹联接的最新技术发展自锁螺纹、智能螺纹自锁螺纹通过特殊结构实现自锁功能，无需其他防松元件，提高可靠性，简化装配智能螺纹集成传感器，能够实时监测螺纹联接的状态，如预紧力、温度等，实现智能化维护自锁螺纹原理与应用原理应用通过增加螺纹副之间的摩擦力或采用特殊牙型结构，防止应用于振动环境、高可靠性要求的场合，如航空航天、汽螺纹松动车等智能螺纹传感器集成与状态监测传感器集成状态监测将力传感器、温度传感器、振动传感器等集成到螺纹中，通过无线传输技术将数据传输到监控中心，实现远程监测实时监测螺纹状态和故障诊断螺纹联接设计案例分析汽车、航空、机械等汽车行业航空行业发动机螺栓、车轮螺栓等，飞机结构螺栓、发动机螺栓要求高强度、抗疲劳、防松等，要求轻量化、高可靠动性、耐腐蚀机械行业通用机械螺栓、专用机械螺栓等，要求强度适中、成本低廉、易于维护汽车行业发动机螺栓、车轮螺栓发动机螺栓车轮螺栓承受高温、高压和交变载荷，要求高强度、耐高温、抗疲承受冲击载荷和振动，要求高强度、防松动、耐腐蚀劳航空行业飞机结构螺栓、发动机螺栓飞机结构螺栓发动机螺栓连接机身、机翼等结构件，要求轻1承受高温、高压和交变载荷，要求量化、高强度、抗疲劳、耐腐蚀高强度、耐高温、抗疲劳、高可靠2性机械行业通用机械螺栓、专用机械螺栓通用机械螺栓连接通用机械零部件，要求强度适中、成本低廉、易于维护专用机械螺栓连接专用机械零部件，根据具体工况选择合适的强度等级和材料案例一高强度螺栓在桥梁结构中的应用桥梁结构设计要点高强度螺栓连接钢结构，承受重载和动载荷，要求高强选择合适的强度等级和材料、控制预紧力、采取防松措度、抗疲劳、防松动施、定期检查和维护案例二自锁螺纹在高速列车中的应用高速列车优势自锁螺纹连接车体、转向架等部1无需其他防松元件，简化装配，提件，承受振动和冲击，要求高可靠2高可靠性，降低维护成本性、防松动案例三智能螺纹在风力发电机中的应用风力发电机优势智能螺纹连接叶片、塔筒等部件，承受风载荷和振动，实时监测螺纹状态，及时发现故障，降低维护成本，提要求高可靠性、状态监测高发电效率常见问题解答螺纹选型、预紧力计算等螺纹选型1根据载荷大小、使用环境和材料特性选择合适的螺纹类型、螺距和直径预紧力计算2根据载荷大小、摩擦系数和拧紧方式计算预紧力，保证螺纹联接的可靠性螺纹选型依据载荷与环境载荷环境根据轴向载荷、横向载荷和扭转根据使用环境的温度、湿度和腐载荷的大小选择螺纹类型和强度蚀性选择螺纹材料和表面处理方等级式预紧力计算考虑摩擦系数与拧紧方式摩擦系数拧紧方式准确估算摩擦系数，考虑表面状态、材料和润滑剂的影根据拧紧方式选择合适的计算公式，如力矩法、角度法和响拉伸法课程总结重点回顾与知识梳理螺纹联接基础1回顾螺纹联接的定义、类型、应用及相关标准材料选择与失效分析2回顾常用螺纹材料的特性和选择原则，以及螺纹联接的失效形式及原因设计计算与防松技术3回顾螺栓预紧力的计算方法和拧紧力矩的控制，以及各种螺纹防松方法及元件高级应用与案例分析4回顾高强度螺栓、疲劳载荷下的螺纹联接设计，以及实际应用案例螺纹联接设计的新趋势与挑战新趋势新挑战智能化、轻量化、高可靠性、绿色环保新材料的应用、复杂工况的适应、维护成本的降低、可靠性要求的提高未来发展方向智能化、轻量化、高可靠性智能化轻量化高可靠性智能螺纹能够实时监采用轻量化材料和优采用高强度材料和先测螺纹状态，实现智化设计，降低螺纹联进工艺，提高螺纹联能化维护和故障诊接的重量，提高结构接的可靠性和使用寿断效率命参考文献相关标准、书籍、论文等•GB/T

3098.1-2014紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱•GB/T5782-2016六角头螺栓•ISO898-1:2009紧固件机械性能碳钢和合金钢制造的螺栓、螺钉和螺柱•《机械设计手册》。