第6章螺纹联接

1、 动联接动联接 静联接静联接 联接联接 联接联接 过盈联接过盈联接 可拆联接可拆联接 螺纹联接螺纹联接 键、花键、销联接键、花键、销联接 楔联接楔联接 型面联接型面联接 不可拆联接不可拆联接 铆接铆接 焊接焊接 胶胶 接接 螺纹联接的主要类型螺纹联接的主要类型 螺纹的主要参数螺纹的主要参数 螺纹紧固件及其性能等级螺纹紧固件及其性能等级 紧联接紧联接 松联接松联接 按螺纹拧紧按螺纹拧紧 的方式分联的方式分联 接接 受拉螺栓联接受拉螺栓联接 受剪螺栓联接受剪螺栓联接 按螺纹的受按螺纹的受 力方式分联力方式分联 接接 按螺纹的结按螺纹的结 构特点分联构特点分联 接接 螺栓联接螺栓联接 双头螺柱联接双

2、头螺柱联接 螺钉联接螺钉联接 紧定螺钉联接紧定螺钉联接 1 1、螺纹联接分类、螺纹联接分类 特殊类型特殊类型 吊环螺钉联接吊环螺钉联接 地脚螺栓联接地脚螺栓联接 T T型槽螺栓联接型槽螺栓联接 根据螺纹的牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、根据螺纹的牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 根据螺旋线方向：左旋、右旋根据螺旋线方向：左旋、右旋 根据螺旋线的数目：单线、多线根据螺旋线的数目：单线、多线 根据螺距：粗牙螺纹、细牙螺纹根据螺距：粗牙螺纹、细牙螺纹 根据母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹根据母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹 根据采用的标准制度不同：米制螺纹、英制螺纹根据采用

3、的标准制度不同：米制螺纹、英制螺纹 2 2、螺纹的类型、螺纹的类型 普通螺纹普通螺纹 管螺纹管螺纹 矩形螺纹矩形螺纹 梯形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 3 3、常用螺纹的特点及应用、常用螺纹的特点及应用 螺纹大径、小径、中径、螺距、导程、螺纹线数、螺纹大径、小径、中径、螺距、导程、螺纹线数、 螺旋升角、牙形角、牙形斜角螺旋升角、牙形角、牙形斜角 1 1、螺纹紧固件、螺纹紧固件 六角头螺纹、双头螺栓、螺钉、紧定螺钉、自攻螺六角头螺纹、双头螺栓、螺钉、紧定螺钉、自攻螺 钉、六角螺母、圆螺母、垫圈钉、六角螺母、圆螺母、垫圈 100 b 10 b s MPa b 6001006 例：已知螺栓的级

4、别为例：已知螺栓的级别为6.8 代号由两个数字组成：小数点前的数字代号由两个数字组成：小数点前的数字 小数点后的数字小数点后的数字 MPa b s 480 10 6008 10 8 2 2、性能等级标记代号的意义、性能等级标记代号的意义 螺纹联接的拧紧螺纹联接的拧紧 螺纹联接的防松螺纹联接的防松 1 1、预紧的作用、预紧的作用 1 1）增强联接的刚性、可靠性紧密性和防松能力）增强联接的刚性、可靠性紧密性和防松能力 3 3）提高螺栓的疲劳强度）提高螺栓的疲劳强度 2 2）保持正常工作、防止出现缝隙或发生相对滑移）保持正常工作、防止出现缝隙或发生相对滑移 4 4）有利于增大联接中的摩擦（受剪螺栓联

5、接）有利于增大联接中的摩擦（受剪螺栓联接） 2 2、预紧的方法、预紧的方法 dKFTTT 021 T T1 1克服螺纹副的螺纹力矩克服螺纹副的螺纹力矩 T T2 2螺母的承压面力矩螺母的承压面力矩 K K拧紧力矩系数拧紧力矩系数 3 3、拧紧力矩、拧紧力矩 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会 造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦 力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接 就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则

6、会影响正常就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常 工作，造成事故。工作，造成事故。 防止（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运防止（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运 动的难度。动的难度。 1 1、防松的目的、防松的目的 2 2、防松原理、防松原理 3 3、防松方法及措施、防松方法及措施 使螺纹副中有不随联接在何而变的压力，从而使螺纹副中有不随联接在何而变的压力，从而 始终有摩擦力矩存在，防止相对转动始终有摩擦力矩存在，防止相对转动 自锁螺母、尼龙圈锁紧螺母、对顶螺母、弹簧垫圈自锁螺母、尼龙圈锁紧螺母、对顶螺母、弹簧垫圈 1）摩擦防松）摩擦防松 利用便于更换的金属元件

7、约束螺纹副利用便于更换的金属元件约束螺纹副 将螺纹副变为非运动副，从而排除相对转动的可能将螺纹副变为非运动副，从而排除相对转动的可能 开口销与槽形螺母、止动垫片、带翅垫片、串联金属丝开口销与槽形螺母、止动垫片、带翅垫片、串联金属丝 焊点、冲点、粘合焊点、冲点、粘合 2）直接锁住（机械防松）直接锁住（机械防松） 3）破坏螺纹副运动关系）破坏螺纹副运动关系 普通螺栓联接普通螺栓联接 受剪螺栓联接受剪螺栓联接 松螺栓联接松螺栓联接 紧螺栓联接紧螺栓联接 变载荷作用时的失效形式：螺栓杆可能发生疲劳断裂变载荷作用时的失效形式：螺栓杆可能发生疲劳断裂 计算直径计算直径dc 6 1 H ddc 强度条件：

8、设计公式： 4 2 c d F A F 4 F d c d dc c计算出后计算出后, ,再按标准查选螺纹的公称直径。再按标准查选螺纹的公称直径。 1、受拉松螺栓联接 只能承受静载荷作用只能承受静载荷作用 FF螺栓承受的轴向工作载荷螺栓承受的轴向工作载荷 松螺栓联接的许用拉应力松螺栓联接的许用拉应力 N/mm2 (MPa) N/mm2 (MPa) R FfmF fm cF F R 3 . 13 22 Tv 2 3 . 14 c v d F F dc 2 . 5 螺栓正常工作需满足的条件（预紧力条件）螺栓正常工作需满足的条件（预紧力条件） 螺栓的强度条件螺栓的强度条件 螺栓的设计公式螺栓的设计公

9、式 验算用 设计用 2、受拉紧螺栓联接 2 0 3 . 14 c v d F 0 2 . 5F dc FFF 0 螺栓所受的总拉力螺栓所受的总拉力 螺栓的强度条件螺栓的强度条件 螺栓的设计公式螺栓的设计公式 设计用 验算用 2 2、受拉紧螺栓联接、受拉紧螺栓联接 螺栓和被连接件的受力和变形螺栓和被连接件的受力和变形 若螺栓所受载荷为变载荷若螺栓所受载荷为变载荷 a ccc a a cc c d FF cc c d FF A F 21 1 2 12 21 1 2 12 )(24 2 )( 联接的预紧力和摩擦力在一般情况下忽略不计，主要只联接的预紧力和摩擦力在一般情况下忽略不计，主要只 受剪切力的

10、作用受剪切力的作用 受剪螺栓联接的失效形式受剪螺栓联接的失效形式 1）螺栓受剪面的塑性变形或剪断）螺栓受剪面的塑性变形或剪断 2）螺杆与被连接件中较弱者的挤压面被压溃）螺杆与被连接件中较弱者的挤压面被压溃 md F S R 2 4 p S R p hd F 螺栓杆的受剪强度条件螺栓杆的受剪强度条件 螺栓杆与孔壁的挤压强度条件螺栓杆与孔壁的挤压强度条件 要对联接中所有的受压件分别进行计算要对联接中所有的受压件分别进行计算 已知：气缸盖与气缸体的凸缘厚度均为已知：气缸盖与气缸体的凸缘厚度均为b=30mm， 采用普通螺栓联接。气体压强采用普通螺栓联接。气体压强p=15MPa， D=250mm，12个

11、螺栓联接，其分布直径个螺栓联接，其分布直径 D0=350mm。 试选择螺栓的材料和性能，确定螺栓的直径。试选择螺栓的材料和性能，确定螺栓的直径。 解：（解：（1）选择材料的性能等级）选择材料的性能等级 （2）计算螺栓所受的总拉力）计算螺栓所受的总拉力 b=600MPa，s=0.8b=480MPa 根据已知该联接属于受轴向工作载荷的紧螺栓联接，选根据已知该联接属于受轴向工作载荷的紧螺栓联接，选 螺栓的性能等级为螺栓的性能等级为6.8 N z Dp F83.6132 124 25014. 35 . 1 4 22 每个螺栓所受工作载荷为：每个螺栓所受工作载荷为： （3）计算所需螺栓直径）计算所需螺栓

12、直径 5 . 1S MPaS s 3205 . 1480 mm F dc08. 9 32014. 3 37.159452 . 52 . 5 0 有表有表6-3查得查得，所以，所以 选选M12的螺栓的螺栓 残余预紧力取残余预紧力取 FF6 . 1 每个螺栓所受的总拉力为：每个螺栓所受的总拉力为： NFFFFF37.159456 . 1 0 （压力容器，（压力容器，6.3.1节）节） 已知：凸缘联轴器。已知：凸缘联轴器。D0=250mm，b=30mm， T=106N?m，f=0.15，C=1.2 试求：试求：1）若采用）若采用6个普通螺栓联接，计算所需螺栓个普通螺栓联接，计算所需螺栓 直径直径 2

13、）若采用与上相同公称直径的三个绞制孔用螺栓）若采用与上相同公称直径的三个绞制孔用螺栓 联接，强度是否足够？联接，强度是否足够？ 解：解：1）求普通螺栓直径）求普通螺栓直径 （1）求螺栓所受预紧力）求螺栓所受预紧力 该联接是受横向工作载荷的紧螺栓联接，所以每个螺栓的预紧力为：该联接是受横向工作载荷的紧螺栓联接，所以每个螺栓的预紧力为： N zfmD CT fm CF F R 10667 6250115. 0 102 . 122 6 0 （2）选择螺栓材料，确定许用应力）选择螺栓材料，确定许用应力 选选Q235，4.6级级MPa b 400MPa s 240 由表由表6-3，得安全系数，得安全系数

14、 4S MPa S s 60 4 240 许用应力为许用应力为 （3）计算螺栓直径）计算螺栓直径 mm F dc159.17 6014. 3 106672 . 52 . 5 取取d=20mm 2）校核绞制孔用螺栓强度）校核绞制孔用螺栓强度 （1）每个螺栓所受横向载荷）每个螺栓所受横向载荷N zD T Fs2667 3250 1022 6 0 （2）选择螺栓材料，确定许用应力）选择螺栓材料，确定许用应力 选选Q235，4.6级级MPa b 400MPa s 240 由表由表6-3， 5 . 2 s S 25. 1 p S MPa Ss s 96 5 . 2 240 MPa Sp s p 192

15、25. 1 240 （3）校核螺栓强度）校核螺栓强度 查表得查表得ds=21mm，计算得，计算得hmin=23mm p s R p s R hd F d F 5 . 5 2321 2667 7 . 7 4 2114. 3 2667 4 min 22 采用采用3个绞制孔用螺栓联接强度足够个绞制孔用螺栓联接强度足够 受轴向力的螺栓组联接受轴向力的螺栓组联接 受横向力的螺栓组联接受横向力的螺栓组联接 受旋转力矩的螺栓组联接受旋转力矩的螺栓组联接 受翻转力矩的螺栓组联接受翻转力矩的螺栓组联接 被联接件为刚性不变形，只有地基变形被联接件为刚性不变形，只有地基变形 各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同各螺栓材料

16、、尺寸、拧紧力均相同 受力后材料变形在弹性范围内受力后材料变形在弹性范围内 接合面形心与螺栓组形心重合，受力后接合面形心与螺栓组形心重合，受力后 其接缝面仍保持平面其接缝面仍保持平面 P D p FQ轴向外载轴向外载 z螺栓个数螺栓个数 z F F Q 单个螺栓工作载荷为单个螺栓工作载荷为 2 0 3 . 14 c v d F 0 2 . 5F dc FFF 0 设计用设计用 验算用验算用 Rfs FkmzF mz Fk F s Rf s接合面摩擦系数接合面摩擦系数 m接合面数目接合面数目 z螺栓数目螺栓数目 kf摩擦传力的可靠系数摩擦传力的可靠系数 1 1、普通螺栓、普通螺栓 受拉伸作用受拉

17、伸作用 FR FR FR FR RR FzF z F F R R z螺栓数目螺栓数目 2 2、铰制孔螺栓、铰制孔螺栓受横向载荷剪切、挤压作用受横向载荷剪切、挤压作用 FR FR FR FR 由静平衡条件由静平衡条件0T TkTrFrFrF fZsss 21 Z i is f Zs f r Tk rrr kT F 1 21 )( 则各个螺栓所需的预紧力为则各个螺栓所需的预紧力为 联接件不产生相对滑动的条件为：联接件不产生相对滑动的条件为： 1 1、普通螺栓、普通螺栓 O T O ri Fmax rmax T Fi ri s F sF 由变形协调条件可知，各个由变形协调条件可知，各个 螺栓的变形量

18、和受力大小与其中螺栓的变形量和受力大小与其中 心到接合面形心的距离成正比心到接合面形心的距离成正比 z szss r F r F r F 2 2 1 1 由静平衡条件由静平衡条件 0TTrFrFrF zszss 2211 Z i i s r rT F 1 2 max max 2、铰制孔螺栓 O Fsmax rmax T Fsi ri MrFrFrF zz 2211 z i i r Mr F 1 2 max max 由静平衡条件由静平衡条件 0M z z r F r F r F 2 2 1 1 由变形协调条件可知由变形协调条件可知 ri rm a x O xx O M O 工程实际使用中螺栓组联

19、接所受的载荷是以上四种简工程实际使用中螺栓组联接所受的载荷是以上四种简 单受力状态的不同组合。计算时只要分别计算出螺栓组在单受力状态的不同组合。计算时只要分别计算出螺栓组在 这些简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后按向量叠这些简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后按向量叠 加起来，便得到每个螺栓的总工作载荷，再对受力最大的加起来，便得到每个螺栓的总工作载荷，再对受力最大的 螺栓进行强度计算即可螺栓进行强度计算即可 总设计思路：螺栓组结构设计（布局、数目）总设计思路：螺栓组结构设计（布局、数目）螺栓组受力螺栓组受力 分析（载荷类型、状态、形式）分析（载荷类型、状态、形式）求单个螺栓的最求单个螺

20、栓的最 大工作载荷（判断哪个最大）大工作载荷（判断哪个最大）按最大载荷的单个按最大载荷的单个 螺栓设计（求螺栓设计（求d1标准）标准）全组采用同样尺寸螺栓全组采用同样尺寸螺栓 （互换的目的）（互换的目的） 螺栓组的布置螺栓组的布置 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施 同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度应相同同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度应相同 分布在同一圆周上的螺栓数目，应便于在圆周分布在同一圆周上的螺栓数目，应便于在圆周 上分度划线上分度划线 避免螺栓承受偏心载荷避免螺栓承受偏心载荷 联接接合面形状应和机器的结构形状相适应联接接合面形状应和机器的结构形状相适应 螺栓的布置应使螺栓受

21、力合理螺栓的布置应使螺栓受力合理 螺栓排列应有合理的间距螺栓排列应有合理的间距 减轻应力集中减轻应力集中 降低应力幅降低应力幅 减少附加应力减少附加应力 另外一些措施另外一些措施 螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，影响螺栓强螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，影响螺栓强 度的主要因素有载荷分布、应力变化幅度、应力集中度的主要因素有载荷分布、应力变化幅度、应力集中 和附加应力、材料的力学性能等几个方面和附加应力、材料的力学性能等几个方面 均匀螺纹牙受力分配均匀螺纹牙受力分配 右 旋 左 旋 d l1 d0 a (a )(b ) d l1 d0 a (a )(b ) 点击查看三维图 (b)(a)

22、 d H l2 d l3H l2 l1 点击查看三维图 (b )(a) d H l2 d l3H l2 l1 点击查看三维图 (a)(b) 拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应 的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力 或扭矩或扭矩 点击查看三维图 松联接松联接在装配时不拧紧，只存受在装配时不拧紧，只存受 外载时才受到力的作用外载时才受到力的作用 紧联接紧联接在装配时需拧紧，在装配时需拧紧， 即在承载时，已预先受力，预即在承载时，已预先受力，预 紧力紧力 吊环螺钉联接吊环螺钉联接

23、地脚螺栓联接地脚螺栓联接T T型槽螺栓联接型槽螺栓联接 1 1）外径（大径）外径（大径）d d（D D）与外螺纹牙顶相重合的假与外螺纹牙顶相重合的假 想圆柱面直径，亦称公称直径想圆柱面直径，亦称公称直径 3 3）中径）中径d d2 2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假 想面的圆柱直径，想面的圆柱直径，d d2 20.5(d+d0.5(d+d1 1) ) 2 2）内径（小径）内径（小径）d d1 1(D(D1 1) ) 与外螺纹牙底相重合的假与外螺纹牙底相重合的假 想圆柱面直径想圆柱面直径 4 4）螺）螺 距距PP相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间相邻两牙

24、在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离的轴向距离 5 5）导程）导程LL同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线 上的对应两点间的轴向距离上的对应两点间的轴向距离 6 6）线）线 数数 n n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造螺纹螺旋线数目，一般为便于制造 n4n4螺距、导程、线数之间关系：螺距、导程、线数之间关系：S=nPS=nP 7 7）螺旋升角）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角线轴线的平面的夹角 8 8）牙型角）牙型角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹

25、角 9 9）牙型斜角）牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角 r da ds kls kl lg d 1530 辗制末端 e s r da ds kls kl lg d 1530 辗制末端 e s bml b XX ds d 倒角端 倒角端 辗制末端 辗制末端 ds d bml b XX A型 B型 bml b XX ds d 倒角端 倒角端 辗制末端 辗制末端 ds d bml b XX A型 B型 1 1）螺栓）螺栓 普通螺栓普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角六角头，小六角头，标准六角 头，大六角头头，大六角头, , 内六角内六角 铰制孔螺栓铰制

26、孔螺栓螺纹部分直径较小螺母螺纹部分直径较小螺母 2 2）双头螺柱）双头螺柱两端带螺纹两端带螺纹 A A型型有退刀槽有退刀槽 B B型型无退刀槽无退刀槽 n bX dk t l d R n bX dk t l d R 3 3）螺钉）螺钉 与螺栓区别与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗要求螺纹部分直径较粗; ;要要 求全螺纹求全螺纹 4 4）紧定螺钉）紧定螺钉 锥锥 端端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 平平 端端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大 的平面，适于经常拆卸的平面，适于经常拆卸 圆柱端圆柱端压入轴上凹抗中，适于

27、紧定空心轴上零件的位置压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置 轻材料和金属薄板轻材料和金属薄板 l t n d 90 R l t n d 90 R e ms d 3015 e ms d 3015 e ms d 3015 e ms d 3015 5 5）自攻螺钉）自攻螺钉 由螺钉攻出螺纹由螺钉攻出螺纹 6 6）螺母）螺母六角螺母：六角螺母： 标准，扁，厚标准，扁，厚 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h

28、 d1 d2 平垫圈斜垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 7 7）圆螺母）圆螺母+ +止退垫圈止退垫圈带有缺口，应用时带翅垫圈带有缺口，应用时带翅垫圈 内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即 被锁紧被锁紧 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 DC1 120 b t H D1 d C45 30 b 30 30 30 30 15 d0 D1 h d1 d2 平垫圈斜垫圈 8 8）垫圈）垫圈 1）定力矩扳手）定力矩扳手 自锁螺母自锁螺母螺母螺母 一端做成非圆形收口一端做成非圆形收口 或开峰后径面收口，或开峰后径面收口， 螺母拧紧后收口涨开，螺母拧紧后收口涨开，