螺纹连接设计实例经典课件私人共享

1、机机 械械 设计设计上海工程技术大学陆宁老师课件上海工程技术大学陆宁老师课件联接的分类和意义联接的分类和意义静联接静联接动联接动联接可拆联接可拆联接(螺纹联接、键联接）螺纹联接、键联接）不可拆联接不可拆联接（铆接、焊接、胶接）（铆接、焊接、胶接）联接的选择联接的选择（根据使用要求与经济要求来选择、（根据使用要求与经济要求来选择、根据联接的加工条件和被联接零件的材料、形状和根据联接的加工条件和被联接零件的材料、形状和尺寸等）尺寸等）联接的设计要求联接的设计要求1强度条件（等强度条件）强度条件（等强度条件）2经济性经济性3刚度条件或紧密性条件刚度条件或紧密性条件5-0 5-0 引引 言言 由于使用

2、、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼此联接。中很多零件需要彼此联接。 机械零件之间的联接分为：机械零件之间的联接分为：被联接件之间相互完全固定。被联接件之间相互完全固定。（形锁合、摩擦锁合、材料锁合）（形锁合、摩擦锁合、材料锁合）被联接件之间能产生一定的相对运动。被联接件之间能产生一定的相对运动。例如：运动副。例如：运动副。静联接：静联接：动联接：动联接：本课程介绍的联接主要是本课程介绍的联接主要是静联接静联接。联接的类型：联接的类型：螺纹联接螺纹联接键联接、花键联接、销联接键联接、花键联接、销联接弹性环联接等弹性环联接等

3、铆接铆接焊接焊接粘接粘接联联接接可拆可拆联接联接不可拆不可拆联接联接过盈联接过盈联接（介于两者之间）（介于两者之间）螺纹的形成螺纹的形成d d2 2螺旋线螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹普通螺纹普通螺纹(M)(M)605555非密封管螺纹非密封管螺纹(G)(G)555555非密封管螺纹非密封管螺纹5555密封管螺纹（密封管

4、螺纹（R R）55 梯形螺纹梯形螺纹(Tr)(Tr)30 锯齿形螺纹锯齿形螺纹(B)(B)303 标准螺纹标准螺纹。 非标准螺纹非标准螺纹。 矩形螺纹矩形螺纹螺纹的牙型螺纹的牙型矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹151530303 33030联联接接螺螺纹纹传传动动螺螺纹纹MGTrB粗牙粗牙细牙细牙螺螺 纹纹管管 螺螺 纹纹梯形螺纹梯形螺纹锯锯 齿齿 形形 螺螺 纹纹普普 通通是最常用的联接螺纹是最常用的联接螺纹用于细小的精密或薄壁零件用于细小的精密或薄壁零件用于水管、油管、气管等用于水管、油管、气管等薄壁管子上，用于管路的薄壁管子上，用于管路的联接。联接

5、。用于各种机床的丝杠，做用于各种机床的丝杠，做传动用。传动用。只能传递单方向的动力。只能传递单方向的动力。螺螺 纹纹 种种 类类特征特征代号代号外外 形形 图图用用 途途常用的几种螺纹的特征代号及用途常用的几种螺纹的特征代号及用途外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺旋线螺旋线制在回转体外表面制在回转体外表面的螺纹为的螺纹为车刀车刀制在回转体内表面制在回转体内表面的螺纹为的螺纹为卡盘卡盘车外螺纹车外螺纹车内螺纹车内螺纹工件工件卡盘卡盘螺尾和退刀槽螺尾和退刀槽螺纹的加工方法：螺纹的加工方法：车刀车刀螺螺 尾尾开始退刀开始退刀退出车刀退出车刀退刀槽退刀槽车刀车刀车车刀刀内退刀槽内退刀槽外退刀槽外退刀槽退刀纹退

6、刀纹螺纹收尾螺纹收尾 5-1 螺纹 螺纹的牙型螺纹的牙型三角形三角形 在通过螺纹轴线的剖面上，螺纹在通过螺纹轴线的剖面上，螺纹的轮廓形状。的轮廓形状。梯形梯形锯齿形锯齿形常用的有：常用的有：牙型牙型 螺纹的大径、小径和中径螺纹的大径、小径和中径大径大径：与：与外螺纹牙顶外螺纹牙顶或或内螺纹牙底内螺纹牙底相切的相切的 假想圆柱面的直径。假想圆柱面的直径。D D、d d小径小径：与：与外螺纹牙底外螺纹牙底或或内螺纹牙顶内螺纹牙顶相切的相切的 假想圆柱面的直径。假想圆柱面的直径。 D D1 1、d d1 1牙底牙底牙底牙底牙顶牙顶牙顶牙顶小径小径大径大径 外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹牙顶牙顶牙底牙底牙底

7、牙底牙顶牙顶大径大径 D、d小径小径D1、d1中径中径D2、d2螺纹的中径：螺纹的中径： 一个假想圆柱的直径。该圆柱的母线通一个假想圆柱的直径。该圆柱的母线通过牙型上过牙型上沟槽和凸起宽度相等沟槽和凸起宽度相等的地方。的地方。 螺纹的线数螺纹的线数n n 沿沿一条螺旋线一条螺旋线形成的螺形成的螺纹叫做纹叫做单线螺纹单线螺纹；沿；沿两条或两条或两条以上两条以上在轴向等距分布的在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹叫做螺旋线所形成的螺纹叫做多多线螺纹线螺纹。单线螺纹单线螺纹双线螺纹双线螺纹 螺距和导程螺距和导程 螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离之间的轴向距

8、离P P称为螺距。称为螺距。 同一条螺纹上同一条螺纹上相邻两牙在中径线上对相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离应两点之间的轴向距离P Ph h称为导程。称为导程。单线螺纹：单线螺纹：P=PP=Ph h多线螺纹：多线螺纹：P=PP=Ph h/n/n=导程导程螺距螺距螺距螺距导程导程单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹螺距螺距(P)(P)导程导程(L)(L) 螺纹的旋向螺纹的旋向右旋右旋(常用常用)左旋左旋注意注意：只有上述各：只有上述各要素完全相同要素完全相同的内、外的内、外 螺纹才能旋合在一起。螺纹才能旋合在一起。螺旋在上方用右旋，则顺时针方向是螺旋在上方用右旋，则顺时针方向是搬紧，合乎用力习

9、惯。反之，在下方搬紧，合乎用力习惯。反之，在下方用左旋则顺时针方向是搬紧，合乎用用左旋则顺时针方向是搬紧，合乎用力习惯力习惯。5-1 螺纹大径大径d d 是螺纹的公称直径。是螺纹的公称直径。小径小径d d1 1常用于强度计算。常用于强度计算。中径中径d d2 2常用于几何计算。常用于几何计算。螺距螺距P P 相邻两螺纹牙上对应点相邻两螺纹牙上对应点间的轴向距离。间的轴向距离。导程导程 S 沿螺纹上同一条螺旋线沿螺纹上同一条螺旋线 转一转一周所移动的轴向距离，周所移动的轴向距离，S = nP。线数线数 n 螺纹的螺旋线数目。螺纹的螺旋线数目。牙型角牙型角a a在轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。

10、在轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。牙型斜角牙型斜角在轴向截面内，螺纹牙型一侧边与螺纹轴线的垂在轴向截面内，螺纹牙型一侧边与螺纹轴线的垂 线之间的夹角。线之间的夹角。（6）螺纹的角度）螺纹的角度螺纹升角螺纹升角y y螺螺旋线的切线与垂直旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面于螺纹轴线的平面间的夹角。间的夹角。22tandnPdSyA AA A （7 7）螺纹连接的画法）螺纹连接的画法A AA A旋入深度旋入深度画图要点：画图要点： 大径线和大径线对齐；小径线和小径线大径线和大径线对齐；小径线和小径线 对齐。对齐。 旋合部分按外螺纹画；其余部分按各自旋合部分按外螺纹画；其余部分按各自 的规定画。的规定

11、画。按不剖画按不剖画内、外螺纹剖面线方向相反内、外螺纹剖面线方向相反为什么？为什么？画图步骤：画图步骤： 画外螺纹画外螺纹 确定内螺纹的端面位置确定内螺纹的端面位置 画内螺纹及其余部分投影画内螺纹及其余部分投影 大径线画粗实线大径线画粗实线 倒角圆不画倒角圆不画小径圆约画小径圆约画3/4圈圈外螺纹剖视画法：外螺纹剖视画法：小径小径大径大径AA螺纹终止线画一小段螺纹终止线画一小段剖面线画到大径线剖面线画到大径线AA小径线画细实线小径线画细实线且画到倒角内且画到倒角内小径小径0.85d螺纹终止线螺纹终止线画粗实线画粗实线螺纹终止线螺纹终止线 大径线画细实线大径线画细实线 小径线画粗实线小径线画粗实

12、线 倒角圆不画倒角圆不画大径圆约画大径圆约画3/4圈圈剖面线画到小径线剖面线画到小径线即粗实线位置即粗实线位置AAAA（8 8）螺纹的标注螺纹的标注 标注的基本格式标注的基本格式特征代号特征代号 公称直径公称直径导程导程( (P螺距螺距) )旋向旋向公差带代号公差带代号 旋合长度代号旋合长度代号粗牙螺纹不标注螺距。粗牙螺纹不标注螺距。旋合长度为中等时，旋合长度为中等时，“N N”可省略。可省略。右旋螺纹不用标注旋向，左旋时则标注右旋螺纹不用标注旋向，左旋时则标注LHLH。右旋右旋左旋左旋长：长：L L 中等：中等：N N短：短：S S中径和顶径中径和顶径公差带代号公差带代号单线螺纹单线螺纹 改

13、为改为 。导程导程( (P螺距螺距) )螺距螺距公差带代号应按顺序标注中径、顶径公差带代号。公差带代号应按顺序标注中径、顶径公差带代号。 导程导程(P(P螺距螺距) )螺距螺距改为改为。螺纹各种数据的螺纹各种数据的查表查表M2025g6gS LH 例例1 1：例例2 2：梯形螺纹梯形螺纹 大径大径D40 导程导程14螺距螺距7线数线数2中径、顶径中径、顶径公差带代号公差带代号长旋合长度长旋合长度 右旋右旋左旋左旋 M202LH5g6gS普通螺纹普通螺纹大径大径d20螺距螺距P2 (细牙细牙)短旋合长度短旋合长度顶径公差带代号顶径公差带代号左旋左旋中径公差带代号中径公差带代号例例3：例例4：Tr

14、4014(P7)7HL梯形螺纹梯形螺纹大径大径D40导程导程14螺距螺距P7线数线数2中径、顶径中径、顶径公差带代号公差带代号长旋合长度长旋合长度右旋右旋名称名称标准编号标准编号形式与尺寸形式与尺寸材料材料热处理热处理表面处理表面处理例例: :螺纹规格螺纹规格d=M12d=M12，公称长度，公称长度L=80L=80，性能等，性能等级为级为4.84.8级，不进行表面处理，全螺纹，级，不进行表面处理，全螺纹，C C级级的六角头螺栓：的六角头螺栓：a a）螺栓）螺栓 b b）螺母螺母 垫圈垫圈 GB/T GB/T 97.1-2000 897.1-2000 8c c）垫圈）垫圈 螺纹的类型螺纹的类型螺

15、纹分为螺纹分为外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹左旋左旋右旋右旋常用右旋常用右旋效率较高，主要用于螺旋传动效率较高，主要用于螺旋传动此外，还有此外，还有 管螺纹：管螺纹： 主要用于管路的联接主要用于管路的联接。按牙型的不同分为按牙型的不同分为普通螺纹：普通螺纹：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效率低，易自锁，多用于联接效率低，易自锁，多用于联接。？?d2dd1y y)(yytgtg2450yyOdd得效率最大时令2450yyOdd得效率最大时令过大的螺旋升角制造困难过大的螺旋升角制造困难,而且而且当角度大于当角度大于25度后效率相差不度后效率相差不大了

16、大了.一般取不大于一般取不大于20-25度度.fNFf2cos2NQ QfQfQffNFvfcoscos222传动应效率高传动应效率高,希望螺旋升角大希望螺旋升角大紧固要求自锁紧固要求自锁,希望螺旋升角小希望螺旋升角小牙型角小摩擦就小，易于传牙型角小摩擦就小，易于传动，但太小则牙根强度不够。、动，但太小则牙根强度不够。、牙型角大摩擦就大，易于紧固牙型角大摩擦就大，易于紧固连接，但太大拧紧费力连接，但太大拧紧费力 V0D0dddd9 . 02 23421OOydd1 . 10dD7 . 103010306OOv15. 0f05. 0522Otg17. 0399Otg08. 104. 112dd一

17、基本类型一基本类型（请掌握各联接的请掌握各联接的特点特点及及适用场合适用场合）1螺栓联接螺栓联接 普通螺栓联接（受拉螺栓联接普通螺栓联接（受拉螺栓联接） 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接(受剪螺栓联接受剪螺栓联接)2双头螺柱联接（常拆场合）双头螺柱联接（常拆场合）3螺钉联接（不常拆场合）螺钉联接（不常拆场合）4紧定螺钉联接紧定螺钉联接螺纹紧固件连接的基本形式有：螺纹紧固件连接的基本形式有：螺栓连接螺栓连接双头螺柱连接双头螺柱连接螺钉连接螺钉连接普通螺栓连接l l计计=t=t1 1+t+t2 2+0.15d(+0.15d(垫圈厚垫圈厚) ) +0.8d( +0.8d(螺母厚螺母厚)+0.3d)+

18、0.3d 螺栓、垫圈、螺母按不剖画螺栓、垫圈、螺母按不剖画 螺栓的有效长度按下式计算螺栓的有效长度按下式计算计算后查表取标准值计算后查表取标准值 两块板的剖面线方向相反两块板的剖面线方向相反t t1l l0.3d t t2 被连接件的孔径被连接件的孔径=1.1d=1.1d普通螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接 普通螺栓联接普通螺栓联接（受拉螺栓联接）（受拉螺栓联接） 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接(受剪螺栓联接受剪螺栓联接)螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺纹余留长度螺纹

19、余留长度l1 静载荷静载荷l1=(0.30.5)d;变载荷变载荷l1=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷冲击载荷或弯曲载荷l1 d;铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓l1 0;螺纹伸出长度螺纹伸出长度a=(0.20.3)d; 螺栓轴线到边缘的距离螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36) mmL1铰制孔螺栓铰制孔螺栓dL1铰制孔螺栓铰制孔螺栓 双头螺柱联接双头螺柱联接不能采用螺栓的场合,例如:连接件之一太厚不宜采用通孔,材料又比较软.t tbml ll l计计= t +0.15d+0.8d+0.3d bm同螺钉同螺钉, ,由被联接件的由被联接件的材料决定。材料决定。螺柱长度螺柱长度:设计：潘存云螺栓联接螺栓联接基

20、基本本类类型型座端拧入深度座端拧入深度H，当螺孔材料为：，当螺孔材料为：ae ee e双头螺柱联接双头螺柱联接钢或青铜钢或青铜 H=d;铸铁铸铁 H=(1.251.5)d铝合金铝合金 H=(1.52.5)d螺纹孔深度螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;钻孔深度钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;参数参数l1 、e、a与螺栓相同与螺栓相同 l1 1l1 1H HH HH H1 1H H1 1H H2 2H H2 2d螺钉联接螺钉联接 螺钉联接螺钉联接多用于受力不大且不需要经常拆卸的场合t tbml l0.5d bm: 钢钢： bm=d铸铁铸铁: bm=1.25d或或1.5d铝铝: : bm=

21、2d螺钉长度：螺钉长度：l l计计=bm+t0.2d2.5:1d0.4d0.25d 2.5:1 柱端紧定螺钉柱端紧定螺钉利利用端部小圆柱插入机用端部小圆柱插入机件上的小孔或环槽起件上的小孔或环槽起定位、固定作用。定位、固定作用。 紧定螺钉分紧定螺钉分锥端锥端、柱端柱端、平端平端三种。三种。 锥端紧定螺钉锥端紧定螺钉靠靠端部锥面顶入机件上端部锥面顶入机件上的小锥坑起定位、固的小锥坑起定位、固定作用。定作用。 平端紧定螺钉平端紧定螺钉靠靠其端平面与击机件的其端平面与击机件的摩擦力起定位作用。摩擦力起定位作用。螺钉联接螺钉联接螺钉联接螺钉联接螺钉联接螺钉连接螺钉连接螺钉拧入深度H: 钢或青铜 Hd

22、铸铁 H=(1.251.5)d 铝合金 H=(1.52.5)d双头螺柱连接其他螺纹连接类型紧定螺钉连接地脚螺栓连接吊环螺栓连接T型槽螺栓连接紧定螺钉连接紧定螺钉连接锥端紧定螺钉平端紧定螺钉地脚螺栓连接吊环螺栓连接吊环螺栓连接T型槽螺栓连接d1.1d0.9d0.7d120.8dL(1.5-2)d2d2.2d1.5d(0.20.3)d0.15d0.2d75被连接件被连接件1 1的厚度的厚度 1 1 =30=30被连接件被连接件2 2的厚度的厚度 2 2 =30=30dddL2 . 08 . 015. 021螺栓长度螺栓长度L L =1 1 2 20.2d0.2d0.8d0.8d0.3d0.3d =

23、 30+30+(0.15 = 30+30+(0.150.80.80.2)0.2)2424 = 91.2 = 91.2 将将L L圆整圆整为标准螺栓系列长为标准螺栓系列长度度100 100 螺纹部分长度螺纹部分长度 = 2d = 2= 2d = 224 = 4824 = 48d1.1d0.85d0.7d120.8dL(1.5-2)d2d2.2d(0.20.3)d0.15d螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件末端末端结构结构头部头部结构结构螺母螺母六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母圆螺母圆螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓

24、螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件1.扩大接触面、降低紧固力对扩大接触面、降低紧固力对被紧固件的应力集中，防止损被紧固件的应力集中，防止损坏被紧固件。坏被紧固件。2.拧紧螺母时不会划伤被紧固拧紧螺母时不会划伤被紧固件。件。3.花垫和弹簧垫还有防止螺母花垫和弹簧垫还有防止螺母松脱的作用。松脱的作用。 垫圈垫圈平垫圈平垫圈薄平垫圈薄平垫圈A型平垫圈型平垫圈B型平垫圈型平垫圈螺纹紧固件螺纹紧固件斜垫圈斜垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈作用：增加支撑面积以减作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。伤表面、防松。1精度等级：精度等级：A、B、C （精度由

25、高（精度由高低）低）A类用于要求配合精确、防止振动的重要场合类用于要求配合精确、防止振动的重要场合B类用于受载大且常拆、调整或变载荷的场合类用于受载大且常拆、调整或变载荷的场合C类用于一般的螺纹联接的场合类用于一般的螺纹联接的场合一预紧目的一预紧目的1增加联接可靠性增加联接可靠性2增加联接紧密性增加联接紧密性二拧紧力矩二拧紧力矩Tdo预紧力预紧力F0三控制方法（控制三控制方法（控制预紧力预紧力QP的大小）的大小）1010) 6 . 05 . 0 () 7 . 06 . 0 (AFAFss合金钢碳素钢测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手0D0dddF2

26、 .0dDdDFf31)(tg2dFTTT0202030300cv2021ydd9 . 02 23421OOydd1 . 10dD7 . 103010306OOv15. 0f05. 0522Otg17. 0399Otg复习:FF0aFRF0a)(0atgFLTFFLT2/2d)(220atgdFT2d2r12r2rdrF0)(21220rrFprdrds22122313202132rrrrfFfprdsMrrFdF2 .0dDdDFf31)(tg2dFTTT0202030300cv2021yT1为螺旋副间的摩擦力矩为螺旋副间的摩擦力矩T2为螺母与支承面间的摩擦力矩为螺母与支承面间的摩擦力矩当当

27、F=200N,则则F0=1500N,很大的力和力矩很大的力和力矩.所以对于重所以对于重要螺栓不用过小的直径要螺栓不用过小的直径.FF750dFFdFLT02 . 015当当F=200N,则则F0=1500N,很大的力和力矩很大的力和力矩.所以对于重所以对于重要螺栓不用过小的直径要螺栓不用过小的直径.测量伸长量（测量伸长量（QP=l*Cb）一防松目的一防松目的防松根本问题防松根本问题：防止螺旋副的相对转动：防止螺旋副的相对转动二防松方法：有三种（图例见下页）二防松方法：有三种（图例见下页）1摩擦防松摩擦防松2机械防松机械防松3铆冲防松（破坏螺纹副）铆冲防松（破坏螺纹副）摩擦防松摩擦防松1. 利用

28、附加摩擦力防松利用附加摩擦力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机械防松机械防松开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈止动垫圈止动垫圈串联钢丝串联钢丝止动垫圈止动垫圈串联钢丝串联钢丝11.5P用冲头冲用冲头冲23点点冲点防松法冲点防松法一一普通螺栓普通螺栓联接的强度计算联接的强度计算失效形式：失效形式：螺纹部分的塑变螺纹部分的塑变或断裂，或断裂， 危险截面为螺纹小危险截面为螺纹小径径d1所对应的面积所对应的面积A=d21/4设计准则：设计准则：保证静强度或疲保证静强度或疲劳强度劳强度d165%20%15%(一一)松螺栓联接的强度计算

29、松螺栓联接的强度计算（螺母不需要拧紧、在承受工作载荷前，螺栓不受力）螺母不需要拧紧、在承受工作载荷前，螺栓不受力）65%20%15%(二二)紧螺纹联接的强度计算紧螺纹联接的强度计算（螺母需要拧紧、承受工作载荷前，螺栓受预紧力）（螺母需要拧紧、承受工作载荷前，螺栓受预紧力）1仅受预紧力时紧螺栓联接仅受预紧力时紧螺栓联接0F0F只有横向载荷只有横向载荷,没有轴向拉力没有轴向拉力FFFF/2F/2t3 .1322ca由第四强度理论得到由第四强度理论得到64M10M普通螺纹的钢制螺栓对05. 0ytg08. 104. 112dd17. 0Vtgt5 . 0虽然同时承受拉应力和剪切应力，但只按拉应力计算

30、，虽然同时承受拉应力和剪切应力，但只按拉应力计算，增加百分之三十拉应力做为对剪切应力的影响的考虑。增加百分之三十拉应力做为对剪切应力的影响的考虑。fFF 0 0121043 . 143 . 13 . 1FddFcaFFF00F0FFfFF 0F设计式校核式强度条件3.1443.101210FddFca 1.3的含义的含义危险截面在小径危险截面在小径d1处处计算求得计算求得d1后应查后应查标准标准d1 ,然后确定然后确定大径大径d如何求出预紧力如何求出预紧力F0？实际中何种情况使用上述公式？实际中何种情况使用上述公式？问问注意注意pFFD2受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接受预紧力和工作拉力的紧螺栓

31、联接2受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接A单个螺栓受力变形图单个螺栓受力变形图b0F1FmF松弛松弛状态状态受载受载变形变形预紧预紧状态状态松弛松弛状态状态受载受载变形变形预紧预紧状态状态mb21FFFF0bmF1FF2FbmmF0力变形螺栓螺栓 F0 F1+F螺栓预紧力螺栓预紧力 F0 F1被连接件被连接件 F0 F1mbmbcctgtgFFFFcccFmbbbcmc螺栓和被连接螺栓和被连接件受力与变形件受力与变形的关系即刚度的关系即刚度FcccFFFFFmbm110)(FcccFFFFmbb002式中FFF2cccccFF2ccccccccccFFF20mbbmb

32、0mbbmbmbbmb100推荐：推荐：FFFFFF)8 .15 .1 ()0 .16 .0()6 .02 .0(111有紧密性要求时载荷不稳定时载荷稳定时002)2(FFcccFFmbb由联接可靠性要求求出求由受轴向变载荷（受轴向变载荷（工作拉力）工作拉力）作用的紧螺栓作用的紧螺栓联接的计算联接的计算之间变化螺栓总拉力则在之间变化若工作载荷在变化时当200FFFF212max4dF最大拉应力210min4dF最小拉应力21mbbminmaxadF2ccc2应力幅s)2)(K()K(2sdF2cccminamintc1caa21mbbayy或疲劳强度条件 为什么上述螺栓联接的强度计算仅对螺栓杆

33、进行？为什么上述螺栓联接的强度计算仅对螺栓杆进行？ 当工作载荷为变载荷时，强度计算如何进行？当工作载荷为变载荷时，强度计算如何进行？受轴向变载荷（受轴向变载荷（工作拉力）工作拉力）作用的紧螺栓联接的作用的紧螺栓联接的强度计算：不仅要进行静强度计算，还要进行疲劳强强度计算：不仅要进行静强度计算，还要进行疲劳强度计算。度计算。问题问题螺母和螺栓是等强度的螺母和螺栓是等强度的,而螺栓的小径更小而螺栓的小径更小.所以主要讨论螺栓的连接强度所以主要讨论螺栓的连接强度.如图为一受轴向工作载荷的紧螺栓连接工作时力和变形的如图为一受轴向工作载荷的紧螺栓连接工作时力和变形的关系关系,问问:(1)螺栓刚度和被连接

34、件的刚度大小对螺栓受力螺栓刚度和被连接件的刚度大小对螺栓受力F2有何影响有何影响?(2)若预紧力若预紧力F0=800N,工作载荷工作载荷F=1000N,Cm=4Cb求求:螺栓上螺栓上的总载荷的总载荷F2以及残余预紧力以及残余预紧力F1F2FF1F0bmF解:(1)减小减小Cb增大增大Cm可以使总载荷可以使总载荷F2下降下降(2)FcccFFFFFmbm110)(100010004800002bbbmbbcccFcccFFFF010005480054440001FFFcccFFcccFFbbbmbmF2FF1F0bmF想一想会出现想一想会出现什么情况什么情况?间隙间隙 某气缸缸体与缸盖间用某气缸

35、缸体与缸盖间用10个个M20（d1=17. 294mm）的）的普通螺栓联接。缸体内径普通螺栓联接。缸体内径D250mm，缸内工作压力，缸内工作压力p为为01MPa之间变化，螺栓的屈服极限之间变化，螺栓的屈服极限S S=340 MPa,=340 MPa,安全系安全系数取数取S=2S=2。1）若结合面上的残余预紧力）若结合面上的残余预紧力F1为工作载荷的为工作载荷的1.5倍，试校倍，试校核该螺栓的静强度。核该螺栓的静强度。2）仍按上述条件，计算汽缸工作时螺栓危险剖面上的最）仍按上述条件，计算汽缸工作时螺栓危险剖面上的最大拉应力，最小拉应力，平均应力和应力幅大拉应力，最小拉应力，平均应力和应力幅.（

36、已知螺栓的（已知螺栓的相对刚度相对刚度0.5 ） 0.5bbmCCCNPZDF7 .490842NFF75.122715 . 11 MPaSs17023400.5bbmCCCNPZDF7 .490842FF5 . 11 MPaSs1702340校核该螺栓的静强度校核该螺栓的静强度螺栓总拉力螺栓总拉力:NFFFFF75.122715 . 112应力应力(计入切应力计入切应力): MpaDFca9 .6743 .122安全安全NFFFFF75.122715 . 112NFFFFcccFFFFmbb4 .981725 . 05 . 22200.5bbmCCCNPZDF7 .490842FF5 . 1

37、1螺栓应力在螺栓应力在F2与与F0之之间波动间波动MPadF24.524212maxMPadF79.414210minMPadF24.524212maxMPadF79.414210minMPam472minmaxMPaa3 . 52minmax一降低应力幅一降低应力幅21mbbadF2ccc1降低降低cb降低降低降低降低降低amaxbbQc2增大增大cm降低降低降低增大增大amaxmmQc方法方法： 增加螺栓长度增加螺栓长度 腰状杆螺栓或空心螺栓腰状杆螺栓或空心螺栓 螺母下装弹性元件螺母下装弹性元件方法方法：采用刚度较大的金属垫片或密封环：采用刚度较大的金属垫片或密封环3同时降低同时降低cb，

38、增大，增大cm和和Qp1降低降低cb(减小减小 )F0bb02FFFF1FF2F2b螺栓总拉力的变动范围螺栓总拉力的变动范围(应力幅应力幅)下降下降F0FF2F0FF2mm2增大增大cm( )m也可使应力幅下降也可使应力幅下降3同时降低同时降低cb，增大，增大cm和和F0bmF00F二改善螺纹牙上载荷分布不均现象二改善螺纹牙上载荷分布不均现象1改善螺母结构：改善螺母结构：悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母2采用钢丝螺套采用钢丝螺套3合理选配材料合理选配材料二改善螺纹牙上二改善螺纹牙上载荷分布不均现象载荷分布不均现象三减小应力集中的影响三减小应力集中的影响四采用合理的制造工

39、艺方法四采用合理的制造工艺方法1采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的方法。采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的方法。2采用强化处理的方法（氮化、氰化、喷丸）采用强化处理的方法（氮化、氰化、喷丸）1采用大圆角和卸载结构。采用大圆角和卸载结构。2在设计、制造及装配上避免产生附加在设计、制造及装配上避免产生附加弯曲应力弯曲应力圆角和卸栽结构圆角和卸栽结构 铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓联接的强度计算联接的强度计算A失效形式失效形式： 1螺栓杆剪断螺栓杆剪断 2螺栓杆与被联接件孔壁的压溃螺栓杆与被联接件孔壁的压溃0dminLsFsF1剪切强度条件剪切强度条件螺杆的螺杆的 tt20d4F2挤压强度条件挤压强度条件联接的联接的

40、 pmin0pLdFB强度条件强度条件 用挤压应力螺栓杆或孔壁材料的许一般最小高度螺栓杆或孔壁挤压面的螺栓杆的许用剪应力光杆直径p0minmin0100d25.1LLdddddt式中：式中：如何正确理解联接的挤压强度公式？如何正确理解联接的挤压强度公式？问问注意：注意：取取Lmin及及 p小者代入计算小者代入计算投影面积投影面积A=d0*Lmin 性能等级及许用应力性能等级及许用应力联接件材料联接件材料常用常用 Q235 103545冲击振动时冲击振动时15Cr40Cr30CrMnTi性能等级性能等级螺栓螺栓minminmin10100BsB点后数字点前数字例如例如： 4.6抗拉强度极限抗拉强

41、度极限400MPa,屈服极限与抗拉强度极限之比屈服极限与抗拉强度极限之比为为0.6,可知屈服极限为可知屈服极限为:MPa2404006 . 0pBspssssstt或许用应力许用应力有有 、 t 、 p三种一般而言螺栓与螺母的性能要相配一般而言螺栓与螺母的性能要相配一螺栓组联接的结构设计一螺栓组联接的结构设计1宜对称宜对称2受力合理受力合理3有合理的间距、边距有合理的间距、边距4尽量取偶数，且规格相同尽量取偶数，且规格相同5避免偏心避免偏心足够的扳手空间足够的扳手空间避免偏心避免偏心球面垫圈球面垫圈斜面处理斜面处理二螺栓组联接的受力分析二螺栓组联接的受力分析目的目的：找到受力最大的螺栓及其所受

42、的力：找到受力最大的螺栓及其所受的力假设假设：各螺栓规格相同各螺栓规格相同各螺栓预紧力相同各螺栓预紧力相同螺栓组中心与接合面形心重合螺栓组中心与接合面形心重合各螺栓在弹性限度内工作各螺栓在弹性限度内工作1受横向载荷时：分两种情况受横向载荷时：分两种情况A采用普通螺栓联接时采用普通螺栓联接时（结合面不滑移）（结合面不滑移）FFFFa)ziFKFFKziFss由不滑移条件得通过由预紧力所产生的结合面上的摩擦力通过由预紧力所产生的结合面上的摩擦力来平衡横向外载荷来平衡横向外载荷F，接合面数螺栓数目防滑系数磨擦力izKKFss3.11.1式中式中设每个螺栓预紧力都是F0fziFKfFFziFKfFss

43、00B采用铰制孔用螺栓联接采用铰制孔用螺栓联接（结合面不滑移）（结合面不滑移）b)通过剪切力通过剪切力F来平衡外载荷来平衡外载荷F，因此每个螺因此每个螺栓中受力相等，皆为栓中受力相等，皆为F。6zzFF问题：问题： 受横向载荷时螺栓联接的强度如何进行计算？受横向载荷时螺栓联接的强度如何进行计算？1采用普通螺栓联接时按采用普通螺栓联接时按仅受预紧力仅受预紧力时的紧螺栓时的紧螺栓联接的强度计算方法计算。联接的强度计算方法计算。2采用铰制孔用螺栓联接时按铰制孔用螺栓联接的采用铰制孔用螺栓联接时按铰制孔用螺栓联接的强度计算强度计算方法计算。方法计算。2受旋转力矩时：分两种情况受旋转力矩时：分两种情况A

44、采用普通螺栓联接采用普通螺栓联接（不发生转动）（不发生转动）OT1r2r0fF0fF对称中心的距离个螺栓中心到螺栓组第式中单个螺栓摩擦力应为：由不转动条件irrTKfFFTKrfFrfFrfFiziissz1002010通过由预紧力通过由预紧力F0所产生的结合面上的所产生的结合面上的摩擦力矩摩擦力矩来来平衡外载荷平衡外载荷T，因此每个螺栓中受力相等，皆为因此每个螺栓中受力相等，皆为F0ri越大，所需越大，所需F0就越小，所以应远距离分布。就越小，所以应远距离分布。讨论讨论问题：问题： 受旋转力矩时普通螺栓联接的强度如何受旋转力矩时普通螺栓联接的强度如何 进行计算？进行计算？采用普通螺栓联接时按

45、采用普通螺栓联接时按仅受预紧力仅受预紧力时时的紧螺栓联接的强度计算方法计算的紧螺栓联接的强度计算方法计算B采用铰制孔用螺栓联接采用铰制孔用螺栓联接（不发生转动）（不发生转动）OTirmaxriFmaxFTrFrFrFzz2211由力矩平衡通过剪切力通过剪切力F所产生的所产生的力矩力矩来平衡外载荷来平衡外载荷T，由于此时由于螺栓的位置不同，因此每由于此时由于螺栓的位置不同，因此每个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的螺栓所受到的力螺栓所受到的力Fmax变形协调条件变形协调条件：每个螺栓受到的剪切力与其到中心点的距每个螺栓受到的剪切力与其到中心点的距离成正比。

46、离成正比。z1i2imaxmaxrTrF得到maxmaxii2211rFrFrFrF由力与变形关系由变形协调条件可知：由变形协调条件可知：所以远距离分布就越小则越大讨论,F,r:maxz1i2i问题：问题： 受旋转力矩时铰制孔用螺栓联接的强度如何进行计受旋转力矩时铰制孔用螺栓联接的强度如何进行计算？算？采用铰制孔用螺栓联接时采用铰制孔用螺栓联接时首先首先找受力最找受力最大的螺栓所受到的力大的螺栓所受到的力Fmax，然后然后按铰制孔用按铰制孔用螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算方法计算方法计算FGF”FTr单个螺栓所受最大横向力单个螺栓所受最大横向力ziFKFsziisrTKF1fFFG0螺栓

47、很多,应取按照余弦定理合成所得最大的摩擦力即maxFFFG普通螺栓组同时受普通螺栓组同时受外力和外力矩作用外力和外力矩作用时预紧力的计算时预紧力的计算设计式校核式强度条件3.1443.101210FddFca转距产生的切向力转距产生的切向力F”FTr单个螺栓所受最大横向力ziirTrF12maxmaxZFF tt204dFG pGpLdFmin0铰制孔用螺铰制孔用螺栓连接栓连接FG3受轴向载荷时受轴向载荷时普通螺栓联接普通螺栓联接zFFz根据假设可知，每个螺栓所承担的工作拉力根据假设可知，每个螺栓所承担的工作拉力皆相等为皆相等为F，即：，即：问题：问题：受轴向载荷时受轴向载荷时普通普通螺栓联接

48、的强度如何螺栓联接的强度如何进行计算？进行计算？求出工作拉力求出工作拉力F后按后按受预紧力和工作受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接拉力的紧螺栓联接的强度计算的强度计算方法计算。方法计算。4受倾覆力矩时受倾覆力矩时普通螺栓联接普通螺栓联接)(81FF)(72FF)(63FF)(54FF)(63LL)(81LL)(72LL)(54LLO12345678)(54LL)(81LL)(72LL)(63LL)(81FF)(72FF)(63FF)(54FF)(63LL)(81LL)(72LL)(54LLO12345678)(54LL)(81LL)(72LL)(63LLmaxmaxii2211LFLFLFLF由力

49、与变形关系MLFLFLFzz2211由力矩平衡MMLFLFLFzz2211由力矩平衡通过左右两侧螺栓与地基间所产生的力通过左右两侧螺栓与地基间所产生的力F形成的力形成的力偶来平衡外载荷偶来平衡外载荷M，由于此时由于螺栓的位置不同，由于此时由于螺栓的位置不同，因此每个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的因此每个螺栓的受力不相等，关键是找受力最大的螺栓所受到的力螺栓所受到的力Fmax变形协调条件变形协调条件：每个螺栓受到的工作拉力：每个螺栓受到的工作拉力与其到中心点的距离成正比。与其到中心点的距离成正比。A 轴向工作载荷轴向工作载荷Fz1i2imaxmaxLMLF得到式中式中Li各螺栓轴线到螺栓组

50、对称中心的垂直距离各螺栓轴线到螺栓组对称中心的垂直距离 （ Li与与ri 含义不同）含义不同）maxmaxii2211LFLFLFLF由力与变形关系由变形协调条件可知：由变形协调条件可知：所以远距离分布就越小则越大讨论,:max12FLzii单个螺栓工作拉力单个螺栓工作拉力FcccFFFFmbb002设计式校核式强度条件3 .1443 .121212FddFcaB.倾覆力矩时倾覆力矩时普通螺栓普通螺栓联接的强度如何进行计算？联接的强度如何进行计算？首先首先找受找受力最大的螺栓力最大的螺栓所受到的力所受到的力Fmax然后按然后按受受预紧力和工作预紧力和工作拉力的紧螺栓拉力的紧螺栓联接联接的强度计

51、的强度计算算方法计算。方法计算。ZFFF轴向maxC承受倾覆力矩条件下接合面可靠工作条件承受倾覆力矩条件下接合面可靠工作条件先算出倾覆力矩和轴向工作拉力产生的合力先算出倾覆力矩和轴向工作拉力产生的合力F轴向轴向受倾覆力矩作用的零件与底板不滑移的条件是残余预受倾覆力矩作用的零件与底板不滑移的条件是残余预紧力所产生的摩擦力大于滑移方向总外力紧力所产生的摩擦力大于滑移方向总外力滑移方向外力轴向FKFCCCZFfsbmm)(0不滑移不滑移用防滑移条件用防滑移条件算预紧力算预紧力FO受倾覆力矩作用的零件与底板不滑移的条件是残余预受倾覆力矩作用的零件与底板不滑移的条件是残余预紧力所产生的摩擦力大于滑移方向

52、总外力紧力所产生的摩擦力大于滑移方向总外力滑移方向外力轴向FKFCCCZFfsbmm)(0不滑移不滑移)(10maxPbmmPWMFCCCZFAWMFCCCZFAbmmP轴向无间歇无间歇F1残余应力残余应力单个螺栓受轴向拉力：单个螺栓受轴向拉力：ZFFa轴向412maxmaxiiLMLFmaxFFFa弯矩产生最大轴向力弯矩产生最大轴向力工作载荷工作载荷FcccFFmbb02 213 . 14Fd Ss在实际使用中，螺栓组所受的载荷是以上四种简在实际使用中，螺栓组所受的载荷是以上四种简单受力状态的不同组合，但不论如何复杂，都可以将单受力状态的不同组合，但不论如何复杂，都可以将其简化成上述简单受力

53、状态，从而分别计算每个螺栓其简化成上述简单受力状态，从而分别计算每个螺栓的工作载荷，然后将其进行向量迭加得到每个螺栓的的工作载荷，然后将其进行向量迭加得到每个螺栓的总的工作载荷。总的工作载荷。对普通螺栓可按对普通螺栓可按轴向载荷以及倾覆力矩轴向载荷以及倾覆力矩来确定螺来确定螺栓的栓的工作拉力工作拉力，按，按横向载荷以及转矩横向载荷以及转矩来确定联接所需来确定联接所需的的预紧力预紧力，最后求出螺栓的，最后求出螺栓的总拉力总拉力Q。对铰制孔用螺栓按对铰制孔用螺栓按横向载荷以及转矩横向载荷以及转矩来确定螺栓来确定螺栓的的工作剪力工作剪力，。说明：说明：教材例题教材例题 图示为一固定在立柱上的铸铁拖架

54、图示为一固定在立柱上的铸铁拖架,总总载荷载荷F=4800N ,作用线与垂直方向夹角呈作用线与垂直方向夹角呈50O,设计设计此螺栓组连接此螺栓组连接.34015022015050OF160NFFOO367750sin480050sin轴向NFFOO308550cos480050cos滑移轴向F滑移FMcmNFFM.1051071516滑移轴向340150220105107Ncm3677N3085NM23333max2107)2234(34615)(121cmhHbyWzbHh2maxHy查表得摩擦系数为16. 0f滑移方向外力轴向FKFCCCZFfsbmm)(02 . 0bmbCCC8 . 0b

55、mmCCC则按不滑移条件确定预紧力2 . 1sK取取NF65200得)(10maxPbmmPWMFCCCZFAWMFCCCZFAbmmP轴向72.44N/cm2=0.72MPa0184.6N/cm2=1.84MPaMpaBP1252505 . 05 . 0不压溃不压溃无间隙无间隙单个螺栓直径的确定单个螺栓直径的确定单个螺栓受轴向拉力：单个螺栓受轴向拉力：NZFFa91943677轴向NLMLFii1877144141051072412maxmaxNF27969191877弯矩产生最大轴向力弯矩产生最大轴向力工作载荷工作载荷NFcccFFmbb707927962 . 0652002单个螺栓直径单

56、个螺栓直径 mmFd6 . 83 . 1421 MPaSs1605 . 1240这里选材料这里选材料Q235，性，性能等级能等级4.6，查表得：，查表得：5 . 1240Ss注意注意:工作拉力是即考虑外部轴向拉力也考虑倾覆力矩所产工作拉力是即考虑外部轴向拉力也考虑倾覆力矩所产生的单个螺栓承受的最大工作拉力生的单个螺栓承受的最大工作拉力,用以设计计算螺栓强度用以设计计算螺栓强度的的.而计算是否滑移仅取决于轴向工作拉力所造成的残余预而计算是否滑移仅取决于轴向工作拉力所造成的残余预紧力紧力.FF6个普通螺栓连接个普通螺栓连接,承受承受F=1000N的载荷的载荷,取接合面摩擦系取接合面摩擦系数数f=0.15,防滑系数防滑系数 K S=1.2,通过计算判断哪个方案合理通过计算判断哪个方案合理?50010001000FFTTNmmT51055001000200200100NiZFKFS2006110002 . 1NriTKFiiS1000100611052 . 1561max右侧最大为两者相加右侧最大为两者相加Fmax=1200NNF200 NriTKFiiS1096)5028 .1114(11052 . 1561max按照余弦定理合按照余弦定理合成矢量得成矢量得