第4章螺纹连接

1、例：例：图示铸铁托架，用一组螺栓固定在砖墙上，托架轴孔中图示铸铁托架，用一组螺栓固定在砖墙上，托架轴孔中受一斜力受一斜力P P=15000N=15000N，P P力与铅垂线夹角力与铅垂线夹角 =55=55，砖墙的许，砖墙的许用挤压应力用挤压应力 P P=2N/mm=2N/mm2 2（MPaMPa）接合面摩擦系数）接合面摩擦系数f f=0.3=0.3，相对刚度系数相对刚度系数C C1 1/(/(C C1 1+ +C C2 2)=0.3)=0.3，L L1 1=200mm, L=200mm, L2 2=400mm, =400mm, L L3 3=150mm, L=320mm, h=250mm, =

2、150mm, L=320mm, h=250mm, 试求螺栓的最小直径，试求螺栓的最小直径，并校核螺栓组接合面的工作能力。并校核螺栓组接合面的工作能力。1. 1. 螺栓组受力分析螺栓组受力分析将斜力将斜力P P分解为水平和铅垂分力，并移至接合面上，分解为水平和铅垂分力，并移至接合面上，可得翻转力矩可得翻转力矩MM、横向力、横向力P Py y与轴向力与轴向力P Px x。（1 1）轴向力）轴向力P Px x（作用于螺栓组形心，水平向右）（作用于螺栓组形心，水平向右）（2 2）横向力（作用于接合面，垂直向下）横向力（作用于接合面，垂直向下）（3 3）翻转力矩（绕）翻转力矩（绕OO轴，顺时针方向）轴，

3、顺时针方向）0sin15000 sin5512287xPPN0cos15000 cos558604yPPN8604 1501290600yMPhNmm2. 2. 确定单个螺栓的工作载荷确定单个螺栓的工作载荷（1 1）在横向力）在横向力P Py y作用下，底板在连接接合面处可能产生作用下，底板在连接接合面处可能产生滑移。为保证板接合面不发生滑移，残余预紧力产生的滑移。为保证板接合面不发生滑移，残余预紧力产生的摩擦力满足摩擦力满足2012xsYCfzFPK PCC取取f=0.3 (f=0.3 (铸铁对砖墙铸铁对砖墙) ) ，Ks=1.1(Ks=1.1(表表4-4)4-4)，相对刚度系数相对刚度系数

4、C C1 1/(C/(C1 1+C+C2 2)=0.3)=0.3，则则C C2 2/(C/(C1 1+C+C2 2)=0.7)=0.7201211 1.1 86040.7 122871003740.3sYxK PCFPNzfCC2. 2. 确定单个螺栓的工作载荷确定单个螺栓的工作载荷（2 2）计算螺栓的工作拉力）计算螺栓的工作拉力在水平分力在水平分力P Px x作用下，螺栓所受到的工作拉力作用下，螺栓所受到的工作拉力 1122873072z4xPFN在翻转力矩在翻转力矩MM作用下，作用下，螺栓所受到的工作拉力为螺栓所受到的工作拉力为maxmax42211290600 16020174 160i

5、MLFNL受力最大的螺栓上作用的工作拉力为受力最大的螺栓上作用的工作拉力为 1max307220175089FFFN（3 3）计算螺栓的总拉力为）计算螺栓的总拉力为 12012100370.3 508911564CFFFNCC3. 3. 强度计算强度计算（1 1）计算许用拉应力）计算许用拉应力 选选4.84.8级螺栓，查表知级螺栓，查表知 s s=320MPa=320MPa，考虑不需严格控制，考虑不需严格控制预紧力，初估直径预紧力，初估直径16-3016-30，P.90.P.90.表表4646取取S S =4=4，则，则， =80 MPa =80 MPa。(2)(2)计算螺栓直径。计算螺栓直径

6、。14 1.3 1156415.5mm80d查国标查国标GB1962003GB1962003知，知，M18M18的的d d1 1为为15.83515.835，选，选M18M18满满足强度要求。足强度要求。3. 3. 强度计算强度计算（3 3）校核接合面上的挤压应力，保证下端）校核接合面上的挤压应力，保证下端结合面不被压溃。结合面不被压溃。0maxmaxppppzFMAW232115040020030000ALLLmm33336332121504002003.5 1066 400LWLLmmL220max64 1003712906001.71/2/300003.5 10ppzFMN mmN mm

7、AW（4 4）保证上端接合面不出现缝隙，即残余的最小压力大于）保证上端接合面不出现缝隙，即残余的最小压力大于 0 0。20min64 1003712906000.970/0300003.5 10pzFMN mmAW满足要求满足要求 练习题练习题一、选择题一、选择题1 1、在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是、在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 。（1 1）三角形螺纹；（）三角形螺纹；（2 2）梯形螺纹；（）梯形螺纹；（3 3）锯齿形螺纹；（）锯齿形螺纹；（4 4）矩形螺纹；）矩形螺纹；2 2、在常用的螺纹联接中，自锁性最好的螺纹是、在常用的螺纹联接中，自锁性最好的螺纹是 。（1 1）

8、三角形螺纹；（）三角形螺纹；（2 2）梯形螺纹；（）梯形螺纹；（3 3）锯齿形螺纹；（）锯齿形螺纹；（4 4）矩形螺纹；）矩形螺纹；3 3、当两个被联接件不太厚时，宜采用、当两个被联接件不太厚时，宜采用 。（1 1）双头螺柱联接；（）双头螺柱联接；（2 2）螺栓联接；（）螺栓联接；（3 3）螺钉联接；（）螺钉联接；（4 4）紧定螺钉联接；）紧定螺钉联接；4 4、当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常拆装时，往往采用、当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常拆装时，往往采用 。（1 1）螺栓联接；（）螺栓联接；（2 2）螺钉联接；（）螺钉联接；（3 3）双头螺柱联接；（）双头螺

9、柱联接；（4 4）紧定螺钉联接；）紧定螺钉联接；4 41 12 23 35 5、当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常拆、当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常拆装时，往往采用装时，往往采用 。（1 1）螺栓联接；（）螺栓联接；（2 2）螺钉联接；（）螺钉联接；（3 3）双头螺柱联接；（）双头螺柱联接；（4 4）紧定螺钉联接；紧定螺钉联接；6 6、在拧紧螺栓联接时，控制拧紧力矩有很多方法，例如、在拧紧螺栓联接时，控制拧紧力矩有很多方法，例如 。（1 1）增加拧紧力；（）增加拧紧力；（2 2）增加扳手力臂；（）增加扳手力臂；（3 3）使用测力矩扳手）使用测力矩扳手

10、或定力矩扳手；或定力矩扳手；7 7、螺纹联接预紧的目的之一是、螺纹联接预紧的目的之一是 。（1 1）增强联接的可靠性和紧密性；（）增强联接的可靠性和紧密性；（2 2）增加被联接件的刚性；）增加被联接件的刚性；（3 3）减小螺栓的刚性；）减小螺栓的刚性；8 8、有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在、有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在0 02Mpa2Mpa之间循环之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律为变化，则螺栓中的应力变化规律为 。（1 1）对称循环变应力；（）对称循环变应力；（2 2）脉动循环变应力；（）脉动循环变应力；（3 3）非对称循）非对称循环变应力；（环变应力；（4 4）非稳定循

11、环变应力；）非稳定循环变应力；23139 9、承受预紧力、承受预紧力F F0 0的紧螺栓联接在受工作拉力的紧螺栓联接在受工作拉力F F时，剩余预时，剩余预紧力为紧力为F F1 1，其螺栓所受的总拉力，其螺栓所受的总拉力F F2 2为为 。（1 1） ； （2 2） ； （3 3） ； （4 4） ；1010、 承受横向载荷或旋转力矩的紧螺栓联接，该联接中承受横向载荷或旋转力矩的紧螺栓联接，该联接中的螺栓的螺栓 。（1 1）受剪切作用；（）受剪切作用；（2 2）受拉伸作用；（）受拉伸作用；（3 3）受剪切和拉）受剪切和拉伸作用；（伸作用；（4 4）既可能受剪切又可能受拉伸作用；）既可能受剪切又可

12、能受拉伸作用；02FFF12FFF012FFF02bbmCFFFCC241111、现有一单个螺栓联接，要求被联接件的结合面不分离，假定螺栓的刚度、现有一单个螺栓联接，要求被联接件的结合面不分离，假定螺栓的刚度C Cb b与被联接的刚度与被联接的刚度C Cmm相等，联接的预紧力为相等，联接的预紧力为F F0 0，现开始对联接施加轴向载荷，当，现开始对联接施加轴向载荷，当外载荷达到与预紧力外载荷达到与预紧力F F0 0的大小相等时，则的大小相等时，则 。（1 1）被联接件发生分离，联结失效；）被联接件发生分离，联结失效；(2) (2) 被联接件即将发生分离，联接不可靠；被联接件即将发生分离，联接不

13、可靠；（3 3）联接可靠，但不能再继续加载；（）联接可靠，但不能再继续加载；（4 4）联接可靠，只要螺栓强度足够，外载）联接可靠，只要螺栓强度足够，外载荷荷F F还可继续增加到接近预紧力还可继续增加到接近预紧力F F0 0的两倍；的两倍；1212、在下列四种具有相同公称直径和螺距并采用相同的配对材料的传动螺旋副中，、在下列四种具有相同公称直径和螺距并采用相同的配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是传动效率最高的是 。（1 1）单线矩形螺纹；）单线矩形螺纹； （2 2）单线梯形螺纹；）单线梯形螺纹；（3 3）双线矩形螺纹；）双线矩形螺纹； （4 4）双线锯齿形螺纹；）双线锯齿形螺纹；1313、

14、被联接件受横向载荷作用时，若采用一组普通螺栓联接，则载荷靠、被联接件受横向载荷作用时，若采用一组普通螺栓联接，则载荷靠 来来传递。传递。（1 1）结合面之间的摩擦力；（）结合面之间的摩擦力；（2 2）螺栓的剪切和挤压；）螺栓的剪切和挤压；（3 3）螺栓的剪切和被联接件的挤压；）螺栓的剪切和被联接件的挤压；4311414、设计螺栓组联接时，虽然每个螺栓的受力不一定相等，但对该、设计螺栓组联接时，虽然每个螺栓的受力不一定相等，但对该组螺栓仍均采用相同的材料、直径和长度，这主要是为了组螺栓仍均采用相同的材料、直径和长度，这主要是为了 。（1 1）外形美观；（）外形美观；（2 2）购买方便；（）购买方

15、便；（3 3）便于加工和安装；）便于加工和安装；1515、确定紧螺栓联接中拉伸和扭转复合载荷作用下的当量应力时，、确定紧螺栓联接中拉伸和扭转复合载荷作用下的当量应力时，通常是按通常是按 来进行计算的。来进行计算的。（1 1）第一强度理论；）第一强度理论； （2 2）第二强度理论；）第二强度理论；（3 3）第三强度理论；）第三强度理论； （4 4）第四强度理论；）第四强度理论；1616、当采用铰制孔用螺栓联接承受横向载荷时，螺栓杆受到、当采用铰制孔用螺栓联接承受横向载荷时，螺栓杆受到 作用。作用。（1 1）弯曲和挤压；）弯曲和挤压； （2 2）拉伸和剪切；）拉伸和剪切；（3 3）剪切和挤压；）剪

16、切和挤压； （4 4）扭转和弯曲；）扭转和弯曲；34317.设计螺栓组时常把螺栓布置成轴对称的均匀的几何形状，这主要是为了 （ ）。A.美观 B.受力最小 C.联接方便 D.接合面受力较均匀 18.在确定紧螺栓联接的计算载荷时，预紧力F0比一般值提高30%，这是考虑了（ ）。A.螺纹上的应力集中 B.螺栓杆横截面上的扭转应力 C.载荷沿螺纹圈分布的不均匀性 D.螺纹毛刺的部分挤压 19.判断下列说法的对错： 1）对于受轴向工作载荷的紧螺栓连接有：F2=F+F0。( ) 2）紧螺栓连接的强度是按拉应力建立的，因此没有考虑剪切应力的影响。 ( ) 3）受拉螺栓连接只能承受轴向载荷。 ( )DB20

17、.如下图所示，a、b、c三种螺纹联接，依次为_联接。（1）螺栓、螺柱、螺钉 （2）螺钉、螺柱、螺栓 （3）螺柱、螺钉、螺栓（4）螺栓、螺钉、螺柱 （5）螺钉、螺柱、螺栓 （6）螺柱、螺栓、螺钉（2）简答题1.螺纹连接的基本形式有哪几种？各适用于何种场合？有何特点？2.为什么螺纹连接通常要采用防松设施？常用的防松方法和装置有哪些？3.常见的螺栓失效形式有哪几种？失效发生的部位通常在何处？ 4.螺栓连接的结构设计要求螺栓组对称布置于连接接合面的形心，理由是什么？5.受横向载荷的普通螺栓联接有何缺点？6.为什么大多数螺纹联接都要预紧？预紧力F0过小后果是什么？预紧力F0过大有什么结果？7.简述提高螺

18、纹联接强度的四种措施。 1. 1. 最大拉应力理论最大拉应力理论（第一强度理论）（第一强度理论） 最大拉应力是材料发生脆性断裂的破坏因素，最大拉应力是材料发生脆性断裂的破坏因素，无论在何种复杂的应力无论在何种复杂的应力状态下，只要构件内一点处的状态下，只要构件内一点处的1达到极限值达到极限值u , 材料就会发生脆断。材料就会发生脆断。nbbu极限拉应力，由单向拉伸实验测得。极限拉应力，由单向拉伸实验测得。u许用拉应力许用拉应力1第一强度理论强度条件第一强度理论强度条件：b1 断裂条件断裂条件铸铁拉伸铸铁拉伸铸铁扭转铸铁扭转2. 2. 最大伸长拉应变理论最大伸长拉应变理论（第二强度理论）（第二强

19、度理论） 最大拉应变是材料发生脆性断裂的破坏因素。无论材料处于什么应最大拉应变是材料发生脆性断裂的破坏因素。无论材料处于什么应力状态力状态, ,只要构件内一点处的只要构件内一点处的1达到极限值达到极限值u, 材料发生脆性断裂。材料发生脆性断裂。u1构件危险点的最大伸长线应变构件危险点的最大伸长线应变1E/)(3211Ebu极限拉应变，由单向拉伸实验测得。极限拉应变，由单向拉伸实验测得。u断裂条件断裂条件EEnnbu许用拉应变许用拉应变)(321第二强度理论强度条件第二强度理论强度条件： 混凝土或石料等脆性材料轴向受压时，如在试验机与试块的接触面混凝土或石料等脆性材料轴向受压时，如在试验机与试块

20、的接触面上添加润滑剂，则试块沿垂直于压力的方向开裂，与这一理论相符。上添加润滑剂，则试块沿垂直于压力的方向开裂，与这一理论相符。 最大切应力是材料发生屈服的破坏因素。无论材料处于什么应力状态最大切应力是材料发生屈服的破坏因素。无论材料处于什么应力状态, ,只要构件内一点处的只要构件内一点处的max达到极限值达到极限值u , 材料发生屈服。材料发生屈服。max3. 3. 最大切应力理论最大切应力理论（第三强度理论）（第三强度理论）构件危险点的最大切应力构件危险点的最大切应力22sn2/ )(31max2su极限切应力，由塑性材料单向拉伸实验测得。极限切应力，由塑性材料单向拉伸实验测得。u许用切应力许用切应力31第三强度理论强度条件第三强度理论强度条件：低碳钢拉伸低碳钢拉伸低碳钢扭转低碳钢扭转umax屈服屈服条件条件 最大形状改变比能是材料发生屈服的破坏因素，无论材料处于什么应力最大形状改变比能是材料发生屈服的破坏因素，无论材料处于什么应力状态状态, ,只要最大形状改变比能只要最大形状改变比能 vmax 达到极限值达到极限值vu ,材料发生屈服。材料发生屈服。4. 4. 形状改变比形状改变比能理论能理论（第四强度理论）（第四强度理论）)2(612suEv极限形状改变比能极限形状改变比能 ，由塑性材料单向拉伸实验测得。，由塑性材料单向拉伸实验测得。uvmax 构件危险