孔老师-机械设计第5章-11

1、5-1 螺螺 纹纹5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算5-8 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施5-7 螺纹联接件的材料及许用应力螺纹联接件的材料及许用应力5-9 螺旋传动螺旋传动5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧5-2 螺纹联接的类型和标准联接件螺纹联接的类型和标准联接件第第5 5章章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松5-6 螺纹组联接的设计螺纹组联接的设计 5-0 联接概述联接概述 而而联接联接在机械方面则是在机械方面则是需要需要进行进行装拆装拆和制造才能使物体和制造才能使物体联接联接成成一体一体。 机器机器是是由由不同的不同的零

2、件组合零件组合而成的，这些零件只有通过而成的，这些零件只有通过联接联接才能才能构成完整的机器。在机械制造中，构成完整的机器。在机械制造中，联接联接是指是指联接件联接件与被与被联接联接件的组件的组合。合。 连接连接通常指通常指不产生装拆不产生装拆和不对物体进行制造的连通。和不对物体进行制造的连通。 5-0 5-0 联接概述联接概述联接的分类联接的分类: :动联接：动联接：静联接静联接：静联接静联接可拆联接可拆联接不可拆联接不可拆联接过盈联接过盈联接不不需需毁坏毁坏联接中的联接中的任何任何一个一个零件零件就就可拆开可拆开的的联接联接。即各种即各种运动副运动副在机器工作中，在机器工作中，不允许不允许

3、零部件之间零部件之间存在存在相对运动相对运动的联接。的联接。如如螺纹联接螺纹联接、键联接键联接等。等。如如铆接铆接、焊接焊接、胶接胶接等。等。低副低副-面面接触（转动副和移动副）接触（转动副和移动副） 高副高副-点线接触（齿轮副、凸轮副）点线接触（齿轮副、凸轮副）至少至少毁坏毁坏联接中的联接中的一部分一部分才能拆开的联才能拆开的联接。接。 5-0 5-0 联接概述联接概述螺栓联接螺栓联接 5-0 5-0 联接概述联接概述键联接键联接 5-0 5-0 联接概述联接概述铆铆 接接 5-0 5-0 联接概述联接概述焊接的齿轮结构焊接的齿轮结构焊焊 接接焊接的减速箱体焊接的减速箱体 5-0 5-0 联

4、接概述联接概述 5-0 5-0 联接概述联接概述一、螺纹的形成一、螺纹的形成d2螺旋线螺旋线动点动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，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同时沿轴向作等速移动的轨迹轨迹。螺纹螺纹平面图形沿平面图形沿螺旋线螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到柱体的轴线，就得到螺纹螺纹。螺纹螺纹5-1 5-1 螺纹螺纹1、螺纹有螺纹有外螺纹外螺纹与与内螺纹内螺纹之分，它们共同组成之分，它们共同组成螺旋副螺旋副。2、螺纹按工作性质分为螺纹按工作性质分为联接用螺纹联接用螺纹和和传动用螺纹传动用螺纹。二、螺纹的分

5、类二、螺纹的分类5-1 5-1 螺纹螺纹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15303303、按螺纹的按螺纹的牙型牙型分分: :用于用于传动传动：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹用于用于联接联接：三角形三角形螺纹螺纹（牙形角55或60）5-1 5-1 螺纹螺纹5-1 5-1 螺纹螺纹4、三角形螺纹按三角形螺纹按母体母体形状分形状分:圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹管螺纹管螺纹普通螺纹牙形角为60，管螺纹牙形角55三角形螺纹三角形螺纹普通螺纹普通螺纹 = 60管螺纹管螺纹 = 55普通螺纹以普通螺纹以大径大径d为为公称直径公称直径

6、，同一公称直径可以有，同一公称直径可以有多种螺距多种螺距，其中其中螺距最大螺距最大的称为的称为粗牙螺纹粗牙螺纹，其余的统称为，其余的统称为细牙螺纹细牙螺纹。60Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙普通普通螺纹螺纹:三角形螺纹三角形螺纹5-1 5-1 螺纹螺纹直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm3 0.5 2.675 2.459 3 0.5 2.675 2.459 公称直径（大径）公称直径（大径） 粗粗 牙牙 细细 牙牙 D d D d 螺距螺距P P 中径中径 D D2 2 d d2 2 小径小径 D D1 1 d d1 1 螺距螺距P P 4 0.7 3.5

7、45 3.242 4 0.7 3.545 3.242 5 0.8 3.545 4.1345 0.8 3.545 4.1340.350.350.50.56 1 5.350 4.918 6 1 5.350 4.918 8 1.25 7.188 6.647 8 1.25 7.188 6.647 10 1.5 9.026 8.376 1.25, 1 0.75 10 1.5 9.026 8.376 1.25, 1 0.75 12 1.75 10.863 10.106 1.5, 1.25 0.5 12 1.75 10.863 10.106 1.5, 1.25 0.5 (14) 2 12.701 11.83

8、5 (14) 2 12.701 11.835 1.5, 11.5, 116 2 14.701 13.835 16 2 14.701 13.835 (18) 2.5 16.376 15.294 (18) 2.5 16.376 15.294 20 2.5 18.376 17.294 20 2.5 18.376 17.294 (20) 2.5 20.376 19.294 (20) 2.5 20.376 19.294 24 3 22.052 20.752 24 3 22.052 20.752 (27) 3 25.052 23.752 (27) 3 25.052 23.752 30 3.5 27.727

9、 26.211 30 3.5 27.727 26.211 2, 1.5, 12, 1.5, 1注：括号内的公称直径为第二系列注：括号内的公称直径为第二系列 H=0.866P dH=0.866P d2 2=d-0.6495P d=d-0.6495P d1 1=d-1.0825P=d-1.0825PD D1 1、d d1 1-内、外螺纹小径内、外螺纹小径 D D2 2、d d2 2-内、外螺纹中径内、外螺纹中径 D D、d d -内、外螺纹大径内、外螺纹大径 P-P-螺距螺距 标记示例：标记示例：M24M24( (粗牙普通螺纹、直径粗牙普通螺纹、直径2424、螺距、螺距3) 3) M24M241.

10、51.5( (细牙普通螺纹细牙普通螺纹, ,直径直径24,24,螺距螺距1.5) 1.5) P PP/8P/8P/8P/8P/8P/8H/4H/4D dD dD D2 2 d d2 2 D D1 1 d d1 1 P/2P/2P/4P/43030 6060 9090 60Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙粗牙螺纹粗牙螺纹应用最广应用最广细牙螺纹细牙螺纹的优点：的优点：小径大小径大、强度高强度高、升角小、自锁性好，、升角小、自锁性好，缺点：不耐磨、易滑扣。缺点：不耐磨、易滑扣。应用：应用：薄壁零件薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。、受动载荷的联接和微调机构。5-1 5-1 螺纹螺纹用螺纹密封

11、的管螺纹用螺纹密封的管螺纹管管螺纹螺纹公称直径公称直径-不是不是螺纹大径而是螺纹大径而是近似近似等于管子的内径。等于管子的内径。非螺纹密封的管螺纹非螺纹密封的管螺纹55 dd2d1P55 dd2d1P25-1 5-1 螺纹螺纹梯形螺纹：梯形螺纹：梯梯 形形锯齿形锯齿形30330为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。锯齿形螺纹锯齿形螺纹:常用于传动。常用于传动。= 15= 35-1 5-1 螺纹螺纹5、按螺纹的、按螺纹的旋向旋向分分:5-1 5-1 螺纹螺纹右旋

12、螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹6、按螺旋线的按螺旋线的根数根数分分: : n 4n 4多线螺纹多线螺纹单线螺纹单线螺纹PSS = 2PPSPS =P三、普通螺纹的主要参数三、普通螺纹的主要参数大径大径d d 螺纹的螺纹的公称直径公称直径。小径小径d d1 1 用于联接的用于联接的强度计算强度计算。中径中径d d2 2 用于用于联接联接的几何计算。的几何计算。d d1 1d d2 2d d5-1 5-1 螺纹螺纹牙型角牙型角 ，牙侧角，牙侧角 P/2P/2螺距螺距P线数线数n导程导程S =nP。升角升角2dnPtgd1d2d S SP Pdd2 2S 5-1 5-1 螺纹螺纹d2PS S一、螺纹联

13、接的基本类型一、螺纹联接的基本类型1. 螺栓联接螺栓联接分为：分为：普通螺普通螺栓联接栓联接 铰制孔铰制孔用螺栓联接用螺栓联接普通螺栓普通螺栓铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓应用广泛应用广泛5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件普通普通螺栓联接螺栓联接铰制孔铰制孔用螺栓联接用螺栓联接相同：均为通孔，装拆较薄件注意制图、结构的关系孔与螺杆孔与螺杆之间留之间留有有间隙间隙螺杆与孔螺杆与孔壁接触，壁接触，无间隙无间隙有配合，成本高：螺杆精度、用铰刀铰孔5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件凸缘凸缘联轴器联轴器:铰制孔螺栓铰制孔螺栓 普通螺栓普通螺栓

14、 对中榫对中榫 5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件2. 双头双头螺螺柱柱联接联接3. 螺钉螺钉联接联接可可经经常常装装拆拆不不可可经经常常装装拆拆相同：一个为非通孔，装拆较厚件注意制图、结构的关系5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件4. 紧定螺钉联接紧定螺钉联接5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件平端紧定螺钉平端紧定螺钉锥端紧定螺钉锥端紧定螺钉圆柱端紧定螺钉圆柱端紧定螺钉其它：地脚螺栓其它：地脚螺栓 吊环螺栓吊环螺栓 T T形槽螺栓形槽螺栓5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与

15、标准联接件二、标准螺纹联接件二、标准螺纹联接件5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件六角头螺栓六角头螺栓LL0d 精度分精度分A A、B B、C C三级，通用机械中三级，通用机械中多用多用C C级级。 螺纹有粗牙和细牙之分。螺纹有粗牙和细牙之分。细牙螺纹用于细小零件、薄壁零细牙螺纹用于细小零件、薄壁零件或受冲击有变载荷的联接。件或受冲击有变载荷的联接。A级精度高，公差小级精度高，公差小5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件 两端两端螺纹可螺纹可相同相同或或不同不同，螺柱可带退刀槽或制成腰杆，螺柱可带退刀槽或制成腰杆，也可制成也可制成全

16、螺纹全螺纹。双头螺柱双头螺柱B型型bldA型型bld5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件螺钉螺钉 头部形状有头部形状有圆头圆头、扁圆头扁圆头、六角头六角头、圆柱头和沉头等。头部、圆柱头和沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽和内六起子槽有一字槽、十字槽和内六角孔等形式。角孔等形式。5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件紧定螺钉紧定螺钉 锥端锥端适用于被紧定零件的表面硬度较低或适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸不经常拆卸的场合；的场合；90 平端平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬度较大的平面接触面积大，不伤零件表面，常用于

17、顶紧硬度较大的平面或或经常拆卸经常拆卸的场合；的场合； 圆柱端圆柱端压入轴上的凹坑中，适用于压入轴上的凹坑中，适用于紧定紧定空心轴上的空心轴上的零件位置零件位置。5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件自攻螺钉自攻螺钉 头部形状有圆头、平头、半沉头及沉头等。头部起子槽头部形状有圆头、平头、半沉头及沉头等。头部起子槽有一字槽、十字槽等形式。末端形状有锥端和平端两种。有一字槽、十字槽等形式。末端形状有锥端和平端两种。在在被联接件被联接件上可上可不预先不预先制出制出螺纹螺纹。5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件六角螺母六角螺母 根据厚度分为

18、标准螺母和薄型螺母两种。制造精度分为根据厚度分为标准螺母和薄型螺母两种。制造精度分为A A、B B、C C三级，分别三级，分别与相同级别与相同级别的的螺栓螺栓配合使用。配合使用。5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件圆螺母与止动垫圈圆螺母与止动垫圈 圆螺母圆螺母常与常与止动垫圈配止动垫圈配用，装配时将垫圈内舌插用，装配时将垫圈内舌插入轴上的槽内，而将垫圈入轴上的槽内，而将垫圈的外舌嵌入圆螺母的槽内，的外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧。螺母即被锁紧。Dbb5-2 5-2 螺纹联接的类型与标准联接件螺纹联接的类型与标准联接件垫圈垫圈 平垫圈分为平垫圈分为A级和级和C

19、级两种。用于同一螺纹直径的垫圈又分为级两种。用于同一螺纹直径的垫圈又分为特大、大、普通和小的四种规格。用于特大、大、普通和小的四种规格。用于螺母螺母和和被联接件被联接件之间，起之间，起保护支撑面保护支撑面的作用。的作用。 斜垫圈只用于倾斜的支承面上。斜垫圈只用于倾斜的支承面上。预紧力预紧力预紧的目的预紧的目的 大多数螺纹联接大多数螺纹联接在装配在装配时都时都需要拧紧需要拧紧，使之在承，使之在承受工作载荷受工作载荷之之前前，预先，预先受受到力到力的作用，这个预加作用力称为的作用，这个预加作用力称为预紧力预紧力。增加联接的增加联接的可靠性可靠性和和紧密性紧密性。 拧紧后，螺纹联接件的预紧应力不得超

20、过拧紧后，螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限其材料的屈服极限s ss的的80%预紧力的确定原则：预紧力的确定原则：TF0F0碳素钢螺栓碳素钢螺栓01(0.6 0.7)SFAs01(0.5 0.6)SFAs合金钢螺栓合金钢螺栓5-3 5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧TA1螺栓危险截面的面积，螺栓危险截面的面积，A1 d12/4，d d1 1为小径。为小径。v 预紧力的控制：预紧力的控制：5-3 5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手 注意：对于重要的联接，应尽可能注意：对于重要的联接，应尽可能不采用不采用直径过小直径过小(M12)的螺栓。的螺栓

21、。v 预紧力和预紧力矩之间的关系：预紧力和预紧力矩之间的关系：T=T1+T20.2F0dP69测力矩扳手测力矩扳手预紧力控制方法预紧力控制方法: :F F定力矩扳手定力矩扳手通常螺纹通常螺纹连接拧紧是连接拧紧是凭工人凭工人的的经验经验来决定的，来决定的，重要螺栓重要螺栓则必须预紧力进行则必须预紧力进行精确控制精确控制。(1)凭凭手感手感经验经验(2)测测力矩力矩扳手扳手(3)定力矩定力矩扳手扳手(4)测定测定伸长量伸长量L LS SL LS S操作简便操作简便但但准确性差准确性差，受摩擦系数影响，受摩擦系数影响大大P70b0SMCFLL/ 5-3 5-3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧 解：拧紧

22、力矩解：拧紧力矩T=FL F15d例例5-1：设有强：设有强度级别为度级别为4.6的的M12螺栓（螺栓（s ss=240MPa），用），用拧紧力拧紧力为为F=200N（一般标准扳手的长度（一般标准扳手的长度L 15d），问预紧力），问预紧力F0等于多少？螺栓等于多少？螺栓是否过载而被拧断？是否过载而被拧断？而由而由T0.2F0d强度级别强度级别4.6的的M12螺栓的许用预紧力为螺栓的许用预紧力为F00.7ssA1=0.724010.1062/4 N=13237 NF0=15000N（其中d1为小径，等于10.106mm）得得F0=75F=75200N=15000N因此会因此会过载过载而被折断而

23、被折断一般不用小于一般不用小于M12的螺栓。的螺栓。螺纹联接防松的实质在于螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动限制螺旋副的相对转动。按工作原理可分为三类：按工作原理可分为三类： 1. 摩擦防松摩擦防松对顶螺母对顶螺母自锁螺母防松自锁螺母防松5-4 5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松弹簧垫圈弹簧垫圈5-4 5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松2. 机械防松机械防松止动垫圈止动垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈串联钢丝串联钢丝开口销与开槽六角螺母开口销与开槽六角螺母3. 不可拆防松不可拆防松 （铆冲；粘接；（铆冲；粘接； 焊接）焊接）11.5P用冲头冲用冲头冲23点点冲点防松法冲点防松法

24、粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂5-4 5-4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松 分析步骤：分析步骤： 对对螺栓组螺栓组进行进行受力分析受力分析 确定受力确定受力最大的螺栓最大的螺栓及其所及其所受的力受的力 对对单个螺栓单个螺栓进行进行强度计算强度计算一、概述一、概述 大多数机械中，螺栓都是成组使用的。大多数机械中，螺栓都是成组使用的。5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算FFTM 螺栓有螺栓有受拉螺栓受拉螺栓和和受剪螺栓受剪螺栓两种。两种。受横向力受横向力受轴向力受轴向力普通螺栓联接：受普通螺栓联接：受轴向拉伸轴向拉伸铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接挤压挤压剪切剪切受拉松螺栓联

25、接：受轴向工作载荷的拉伸作用受拉松螺栓联接：受轴向工作载荷的拉伸作用受拉紧螺栓联接：受轴向工作载荷的拉伸作用受拉紧螺栓联接：受轴向工作载荷的拉伸作用单个螺栓单个螺栓的的受力形式：受力形式：（一般一般是是普普 通螺栓通螺栓）5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算一、概述一、概述受拉螺栓受拉螺栓承受承受拉应力拉应力，可承受，可承受轴向载荷轴向载荷也可承受也可承受横向载荷横向载荷；受剪螺栓受剪螺栓承受承受剪应力剪应力，一般只承受，一般只承受横向载荷横向载荷。装配时螺母装配时螺母不不需要需要拧紧拧紧装配时螺母装配时螺母需需要要拧紧拧紧如：起重吊钩、拉杆的螺纹联接，如：起重吊钩、拉杆的螺纹

26、联接， 应用较少应用较少螺栓联接的主螺栓联接的主要要失效形式失效形式滑扣滑扣 因经常拆装因经常拆装受受拉拉螺栓螺栓塑性变形塑性变形 螺纹部分螺纹部分疲劳断裂疲劳断裂受受剪剪螺栓螺栓 剪断剪断压溃压溃 螺杆和孔壁的贴合面螺杆和孔壁的贴合面经常拆卸经常拆卸 轴向变载荷轴向变载荷5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算一、概述一、概述二、二、单个单个螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算（一）（一）普通螺栓普通螺栓联接联接单个螺栓主要承受单个螺栓主要承受轴向力轴向力Fa（二）（二）铰制孔铰制孔用用螺栓螺栓联接联接单个螺栓主要承受单个螺栓主

27、要承受横向力横向力FFaFaFFd05-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算（一）（一）普通普通螺栓联接螺栓联接受轴向力受轴向力Fa的强度计算的强度计算1.失效形式失效形式：2.计算准则计算准则：(2)紧螺栓紧螺栓联接强度计算联接强度计算3.螺栓联接强度计算螺栓联接强度计算Fa=F0的情况的情况FaF0F工作工作的情况的情况FaFa(1) 松松螺栓螺栓联接强度计算联接强度计算（一）（一）普通螺栓联接普通螺栓联接受受轴向力轴向力Fa的强度计算的强度计算5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算1.1.失效形式：失效形式：螺栓杆和螺纹螺栓杆和螺纹部分发生部分发生塑性变形塑性变

28、形或或拉断拉断。2.计算准则：计算准则：保证螺栓的保证螺栓的静力静力或或疲劳拉伸强度疲劳拉伸强度。15%20%65%90的螺栓为的螺栓为疲劳断裂疲劳断裂FaFa/2Fa/23.3.松螺栓松螺栓联接联接强度计算强度计算 214aFdss14 aFd s设计公式：设计公式：Fa轴向工作拉力，单位：轴向工作拉力，单位：N；d1螺栓危险截面的直径，单位：螺栓危险截面的直径，单位：mm；螺栓材料的螺栓材料的许用拉应力许用拉应力，单位：，单位：MPa。5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算 螺栓与螺母的螺栓与螺母的其他尺寸其他尺寸（螺纹牙、螺栓头、光杆）和螺母、垫片等，是根（螺纹牙、螺栓头、

29、光杆）和螺母、垫片等，是根据等强度原则及据等强度原则及经验规定经验规定的。采用的。采用标准件标准件时，这些部分都时，这些部分都不需要不需要进行进行强度计算强度计算。可可按按螺栓螺栓大径大径d由标准选取。由标准选取。装配时螺母装配时螺母不不需要需要拧紧拧紧（一）（一）普通普通螺栓联接螺栓联接受轴向力受轴向力Fa的强度计算的强度计算如：起重吊钩、拉杆的螺纹联接，如：起重吊钩、拉杆的螺纹联接， 应用较少应用较少P87P65设计用设计用 验算验算/ /校校核用核用5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算3. 紧螺栓紧螺栓联接联接强度强度计算计算(1) 轴向轴向仅仅承受承受预紧力预紧力的紧螺

30、栓连接的紧螺栓连接( (2) ) 轴向承受轴向承受预紧力预紧力和和工作拉力工作拉力的紧螺栓连接的紧螺栓连接(3) 横向承受横向承受工作剪力工作剪力的紧螺栓连接的紧螺栓连接装配时装配时需需要要拧紧拧紧，在工作状态下可，在工作状态下可能还需要补充拧紧。能还需要补充拧紧。1.3s螺栓受螺栓受轴向轴向预紧力预紧力F0和摩擦和摩擦力矩力矩T1的双重作用。的双重作用。021/ 4Fds拉应力拉应力 = =(1) 轴向轴向仅仅承承受预紧力受预紧力的紧螺栓联接的紧螺栓联接扭转切应力扭转切应力113T1/16TTWd0231tan()2/16Fdd022112tan()/4Fddd对于对于M10M64的普通钢制

31、螺纹，可取：的普通钢制螺纹，可取： tan f =0.17， d2 /d1=1.04 1.08, tan 0.05 得得 0.5 分母为抗扭截面系数分母为抗扭截面系数计算应力计算应力22ca3ss22)5 . 0( 3ss由此可见，对于由此可见，对于M10 M64普通螺纹的钢制紧螺栓连接，在普通螺纹的钢制紧螺栓连接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大预紧力增大30%来考虑来考虑扭转扭转的影响。的影响。0ca211.3/ 4Fdss强度条件强度条件5-5

32、5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算P69T1F0F0F0F0记住：记住：1.3系数的由来系数的由来当承受当承受横向工作载荷横向工作载荷F时，时， 预紧力预紧力F0导致导致接合面所产生的接合面所产生的摩擦力摩擦力应应大于大于横向载荷横向载荷F。Ks防滑系数，常取防滑系数，常取Ks=1.11.3预紧力预紧力F0 f 摩擦系数，对钢与铸铁，取摩擦系数，对钢与铸铁，取 f =0.10.16i 结合面数结合面数 上图上图 i=1,下图下图 i=2若取若取 f =0.15，Ks=1.2, i=1, 则则F0 8F 结构结构尺寸大尺寸大（螺栓直径很大）（螺栓直径很大）FFFF/2F/2F0F0F0

33、F05-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算(1) 轴向仅承受预紧力的紧螺栓联接轴向仅承受预紧力的紧螺栓联接P76f iFKFs0改进措施：改进措施： (1) (1)采用采用键键、套筒套筒、销销承担承担横向横向工作载荷，工作载荷，螺栓螺栓仅起仅起联接联接作用。作用。(2)(2)采用采用无间隙无间隙的的铰制孔铰制孔用用螺栓螺栓。5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算(1) 轴向仅承受预紧力的紧螺栓连接轴向仅承受预紧力的紧螺栓连接例例5-3：图示联接中采用两个：图示联接中采用两个M20的螺栓，其许用拉应的螺栓，其许用拉应=160MPa，被联，被联接件结合面间摩擦系数接件结

34、合面间摩擦系数 f=0. 2,若摩擦传力的防滑系数若摩擦传力的防滑系数KS=1.2，试计算该联，试计算该联接允许传递的横向工作载荷接允许传递的横向工作载荷F。解：这是一个典型的普通螺栓联接受解：这是一个典型的普通螺栓联接受横向横向力力F作用的例子。作用的例子。FFF225-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算对对M20的螺栓，查手册得的螺栓，查手册得d1=17.294mm则由则由 43.1210ssdFca得得 N28911N3 . 1160294.1743 . 142210sdF由由 FKFifzS0得得 NNKfziFFS192742 . 128911222 . 00FaF0F

35、工作工作的情况的情况 各个螺栓受载相同，各个螺栓受载相同，每个螺栓所受每个螺栓所受轴向工作载荷轴向工作载荷：FFz受受轴向载荷轴向载荷的螺栓组联接的螺栓组联接 加载前加载前，各个螺栓承受，各个螺栓承受预紧力预紧力F0的作用；的作用； 加载后加载后，各个螺栓所受轴向，各个螺栓所受轴向工作载荷工作载荷为为F， 则每个螺栓所承受的则每个螺栓所承受的总载荷总载荷F2(Fa)=? 单个螺栓所承受的总载荷单个螺栓所承受的总载荷Fa ：20FFF5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算pFFD1D2(2) 轴向轴向承受承受预紧力预紧力和和工作拉力工作拉力的紧螺栓连接的紧螺栓连接F为联接所受总载荷

36、，为联接所受总载荷，z为螺栓个数为螺栓个数潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制 预紧预紧 状态状态潘存云教授研制F2 F0+F加预紧力加预紧力F0后后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b b被连接件受压缩短被连接件受压缩短m m加载加载 F F 后后: :螺栓总伸长量增加为螺栓总伸长量增加为 总拉力总拉力为为 被连接件压缩量减少为被连接件压缩量减少为 残余预紧力残余预紧力减少为减少为 F F1 1F0 很显然很显然 F F1 1 9.353mm 4、校核疲劳强度、校核疲劳强度 MPa3.2434212maxdFsMPa9.22442.04212210mindFFdFs）

37、（相对刚度取2 .002FcccFFmbb（3）螺栓选型）螺栓选型MPa2 . 92minmaxsssa满足疲劳强度条件满足疲劳强度条件 5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算3.137.1)9.2242.92)(1.09.3(9.224)1.09.3(2402)2)()(2minmin1ssssssssatccaKKS851PKtc取值参考的、sss5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算普通螺栓联接普通螺栓联接单个螺栓承受单个螺栓承受轴向力轴向力Fa铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接单个螺栓承受单个螺栓承受横向力横向力FFaFaFFd0(二二) 承受承受工作剪力工作

38、剪力的紧螺栓连接的紧螺栓连接5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算（二）（二）铰制孔铰制孔用螺栓联接用螺栓联接受横向力受横向力F F的强度计算的强度计算FFd01.失效形式失效形式：2.计算准则计算准则：3.螺栓联接强度计算螺栓联接强度计算（二）（二）铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接受受横向力横向力F F 的强度计算的强度计算5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算1.失效形式失效形式： 螺栓杆和孔壁的螺栓杆和孔壁的贴合面压溃贴合面压溃 螺栓杆螺栓杆剪断剪断（联接接合面处联接接合面处）2.计算准则计算准则：保证联接的保证联接的挤压强度挤压强度和和螺栓螺栓的的剪切强度剪

39、切强度FFd0单个螺栓的受力为单个螺栓的受力为F1）螺栓杆与孔壁的螺栓杆与孔壁的挤压强度挤压强度：2）螺栓杆的螺栓杆的剪切强度剪切强度：d0螺栓光杆的螺栓光杆的直径直径（螺栓孔直径）（螺栓孔直径）Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度最小高度，设计时应使，设计时应使Lmin1.25d03. 强度计算强度计算：5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算FFd0LminPP0minFd Lss 204Fd（二）（二）铰制孔用螺栓联接受横向力铰制孔用螺栓联接受横向力F F 的强度计算的强度计算(1) 确定螺栓的几何参数确定螺栓的几何参数: 查手册查手册P151: M16铰

40、制孔螺栓，铰制孔螺栓，d0=17mm， 例例5-5: 若采用若采用铰制孔铰制孔螺栓，螺栓，M16，5.6级，且横向力级，且横向力F=3846N，联轴器的，联轴器的材料为铸铁，试材料为铸铁，试选择该螺栓的长度选择该螺栓的长度并判断并判断强度是否满足要求强度是否满足要求。解：解：5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算公称长度公称长度lL+a+m = (23+23+14.8+3.2)mm=64mm, 取取 l=70mm，则，则 l3=l-l0=(70-28)mm=42mm, Lmin=l1=(42-23)mm=19mml0L5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算(2) 校

41、核校核单个受剪螺栓强度：单个受剪螺栓强度：MPaMPadF12095.164/420剪切剪切强度：强度：挤挤压压强度：强度：故：螺栓组强度故：螺栓组强度满足要求满足要求。其中：其中：螺栓杆螺栓杆 =s/S=300/2.5MPa=120MPa,螺栓杆螺栓杆P1 = s/SP= 300/1.25MPa=240MPa被联接件被联接件 P2= B/SP= 240/2MPa=120MPa5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算MPaMPaLdFpminp1209.110ss三三、单个螺栓强度计算：单个螺栓强度计算：受拉螺栓受拉螺栓受变载：受变载：4/3 . 12ss10dF紧联接紧联接受受F

42、0和和F4/2dFpminpLdFss4/21ssdFa 影响疲劳强度4/3 . 1212assdFc受剪螺栓受剪螺栓：松联接松联接：仅受仅受F0：受静载：受静载：F2=F1+FF0+F5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算1. 1. 被联接件被联接件形状形状应应简单对称简单对称：如：如圆形圆形、环形、环形、矩形矩形、框形等、框形等5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计一、一、螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计2. 圆周布置的圆周布置的螺栓螺栓数目取成数目取成4、6、8等等偶数偶数，以，以便于便于钻孔时的分度钻孔时的分度和和画线画线；3. 螺栓布置应使各螺栓的螺栓

43、布置应使各螺栓的受力合理受力合理: 受横向力的受横向力的铰制孔铰制孔用螺栓组受力方向用螺栓组受力方向不超过不超过8 8个个； 受受弯矩弯矩M 或或转矩转矩T作用时应适当作用时应适当远离对称轴，即远离对称轴，即螺栓的位置适当螺栓的位置适当靠近靠近连接接合面的连接接合面的边缘边缘，以，以减少减少螺栓的螺栓的受力。受力。合理合理不合理不合理方便加工方便加工、受力均匀受力均匀4. 螺栓的排列应有螺栓的排列应有合理合理的的间距间距、边距边距: :5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计dDh60ABd60CEEC螺栓间距螺栓间距t0工作压力工作压力(MPa)1.61.64410101616202

44、030t0(mm)7d4.5d4.5d4d3.5d3dDt0以保证扳手空间以保证扳手空间5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计6. 避免避免螺栓承受螺栓承受附加附加的的弯曲载荷弯曲载荷: :5. 同一螺栓组同一螺栓组紧固件紧固件形状形状、尺寸尺寸、材料材料应应尽量一致尽量一致；凸台凸台沉头座沉头座斜面垫圈斜面垫圈1受受横向横向载荷载荷2受受转矩转矩3受受轴向载荷轴向载荷4受受倾覆力矩倾覆力矩目的：目的：假设：假设：所有螺栓的所有螺栓的材料材料、直径直径、长度长度和和预紧力预紧力均均相同相同； 受载后受载后联接接合面联接接合面仍保持为仍保持为平面平面。 受力分析的类型：受力分析的类型：

45、二、螺栓组联接的受力分析二、螺栓组联接的受力分析螺栓组的螺栓组的对称中心对称中心与与联接接合面联接接合面的的形心重合形心重合；FFriOOMTfF0fF0FF5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计求出求出受力最大受力最大的螺栓及其所受的力的螺栓及其所受的力Fmax，以便进行螺栓联接的强度计算。，以便进行螺栓联接的强度计算。1 1受受横向横向载荷载荷F F 的螺栓组联接的螺栓组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zFF单单个螺栓所受横向载荷个螺栓所受横向载荷F：0szifFKF单单个螺栓受力为轴向载荷：个螺栓受力为轴向载荷： 预紧力预紧力F05-6 5-6 螺栓

46、组联接的设计螺栓组联接的设计Ff 总总= =挤压和剪切力挤压和剪切力Z为螺栓个数为螺栓个数f为为摩擦系数摩擦系数，Z为为螺栓个数螺栓个数，i为为单个螺栓单个螺栓的的接合面数，接合面数，Ks为为防滑系数防滑系数，设计中可取，设计中可取Ks =1.11.3。（a）（b） 非配合非配合 过渡过渡 配合配合2受转矩受转矩T T 的螺栓组联接的螺栓组联接5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计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Tri fF0 fF0Tri FmaxOrmaxFi摩擦力的摩擦力的TFf =力矩力矩01020zsF frF frF frK TS01ziiK TF

47、fr靠螺栓的靠螺栓的剪切剪切和螺栓与孔壁的和螺栓与孔壁的挤压挤压作用作用来来抵抗转矩抵抗转矩T假设底板受载仍为平面，则螺栓的剪切变形量假设底板受载仍为平面，则螺栓的剪切变形量与距离成正比：与距离成正比：F=Kri1,zi iiFrTmaxmax,iiFFrrm axm ax21ziiTrFr,iiFK r 例例 5-6 起重卷筒与大齿轮用起重卷筒与大齿轮用8个普通螺栓个普通螺栓联接在一起，如图所示，已知联接在一起，如图所示，已知卷筒直径卷筒直径D=400mm，螺栓分布圆直径，螺栓分布圆直径D0=500mm，被联接结合面间摩擦，被联接结合面间摩擦系数系数f=0.12，若摩擦传力的可靠性系数，若摩

48、擦传力的可靠性系数KS=1.2，起重钢索拉力，起重钢索拉力Q=50000N，螺栓材料的许用拉应力螺栓材料的许用拉应力=100MPa，试设计该螺栓组的螺栓，试设计该螺栓组的螺栓直径直径。 DQD0解：这是典型的普通螺栓联接受解：这是典型的普通螺栓联接受转矩转矩T作用的例子。作用的例子。1、计算转矩、计算转矩 mmNmmNDQT71024005000022、计算螺栓所需要的预紧力、计算螺栓所需要的预紧力F0 ziiSrfTKF10NN500002500812.0102.175-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计3、确定螺栓直径、确定螺栓直径d1 mmFd768.28100500003 .

49、 143 . 1401s查查GB196-81，取，取M36的螺栓（的螺栓（d1=31.670mm28.768mm）5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计(2)确定螺栓的几何参数确定螺栓的几何参数:查手册查手册P151: M16铰制孔螺栓，铰制孔螺栓，d0=17mm， 例例5-7: 若采用若采用铰制孔铰制孔螺栓，螺栓，4个个M16，5.6级，且级，且T=1.5KNm， D1=195mm, 联轴器的材料为铸铁，试联轴器的材料为铸铁，试选择该螺栓的长度选择该螺栓的长度并判断并判断强度是否满足要求强度是否满足要求。解：解：(1)受力分析：受力分析：NNDZDTFmax384619542105

50、.1)2(2621122221maxmaxzrrrTrF 5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算l0L公称长度公称长度lL+a+m = (23+23+14.8+3.2)mm=64mm, 取取 l=70mm，则，则 l3=l-l0=70-28=42mm, Lmin=l1=42-23=19mm5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算(3) 校核校核单个受剪螺栓强度：单个受剪螺栓强度：MPaMPadF12095.16420剪切剪切强度：强度：挤挤压压强度：强度：故：螺栓组强度故：螺栓组强度满足要求满足要求。其中：其中：=s/S=300/2.5MPa=120MPa, P1=

51、s/SP= 300/1.25MPa=240MPa P2= B/SP= 240/2MPa=120MPa5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算MPaMPaLdFpminp1209.110ssFaF0F工作工作的情况的情况 各个螺栓受载相同，各个螺栓受载相同，每个螺栓所受每个螺栓所受轴向工作载荷轴向工作载荷：FFz气缸盖螺栓组联接气缸盖螺栓组联接 加载前，各个螺栓承受预紧力加载前，各个螺栓承受预紧力F0的作用；的作用； 加载后，各个螺栓所受轴向工作载荷为加载后，各个螺栓所受轴向工作载荷为F， 残余预紧力为残余预紧力为F1 则每个螺栓所承受的总载荷则每个螺栓所承受的总载荷F2(Fa)=F

52、1FF0F单个螺栓所承受的单个螺栓所承受的总载荷总载荷F2 ：5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计pFFD1D23受受轴向载荷轴向载荷例例5-7 图示为气缸盖螺栓组联接，已知缸内的工作压力图示为气缸盖螺栓组联接，已知缸内的工作压力p在在01.5MPa之之间变化，缸盖与缸体均为钢制，其结构尺寸如图所示，为保证气密性要间变化，缸盖与缸体均为钢制，其结构尺寸如图所示，为保证气密性要求求F1=(1.51.8)F，螺栓，螺栓间距不间距不得得大于大于120mm，试选择螺栓材料，并确定，试选择螺栓材料，并确定螺栓数目和尺寸。螺栓数目和尺寸。 解：这是一个典型的解：这是一个典型的普通螺栓联接普通螺

53、栓联接受受轴向力轴向力F 作用的例子。作用的例子。 5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算（1）计算螺栓个数）计算螺栓个数 因为螺栓间距不得大于因为螺栓间距不得大于120mm 所以所以 z=350/120=9.16，取，取 z=10 个个 NpApF73631042502则每个螺栓所受的轴向工作拉力为则每个螺栓所受的轴向工作拉力为 NzFF1 .73630因为有因为有气密性气密性要求要求F1=（1.51.8）F，取，取F1=1.65F （2）受力分析）受力分析螺栓所受总拉力螺栓所受总拉力F2=F1+F=2.65F=19512N 250350故气缸盖联接，选螺栓材料为故气缸盖联接，

54、选螺栓材料为45号钢，号钢，6.8级，查表得级，查表得s=480MPa 5-5 5-5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算MPaMPaSS2 .3693 . 1480ssmmmmFd353. 92 .369195123 . 143 . 1421s故故选选M12的螺栓的螺栓 d1=10.106mm9.353mm 4、校核疲劳强度、校核疲劳强度 MPa3.2434212maxdFsMPa9.22442.04212210mindFFdFs）（相对刚度取2 .002FcccFFmbb（3）螺栓选型）螺栓选型MPa2 . 92minmaxsssa满足疲劳强度条件满足疲劳强度条件 5-5 5-5 螺纹联

55、接的强度计算螺纹联接的强度计算3.137.1)9.2242.92)(1.09.3(9.224)1.09.3(2402)2)()(2minmin1ssssssssatccaKKS851PKtc取值参考的、sss4受受倾覆力矩倾覆力矩M的螺栓组联接的螺栓组联接 失效分析：失效分析：1.螺栓拉断；螺栓拉断；2.底板左侧出现间隙；底板左侧出现间隙；3.底板右侧压溃。底板右侧压溃。 假定假定底板底板为刚体，倾覆力矩为刚体，倾覆力矩M作用在螺栓组的联接形心在作用在螺栓组的联接形心在xx面上，受载后绕面上，受载后绕OO转动仍保持平面。转动仍保持平面。 在在M的作用下，的作用下，左侧左侧螺栓螺栓拉力增大拉力增

56、大；右；右侧螺栓侧螺栓拉力拉力减小减小而地面压而地面压力增大。力增大。5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计MFmaxooxx 螺栓的总拉力螺栓的总拉力： 要求要求防止防止结合面结合面受压最大处被压碎受压最大处被压碎或或受压最小处出现间隙受压最小处出现间隙5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计F0F0p (F0引起引起)p1 (F1引起引起)MF2mF2p2 (F1m引起引起)maxmbb02FCCCFF F2变形变形力力ObOmF2mF1mB2FmC2B1F0C1F1FA单个螺栓单个螺栓的受力分析：的受力分析：1ziiiMF L作用在作用在底板底板两侧的合力矩与倾覆力矩两

57、侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，平衡，即即未加倾覆力矩时，工作点在未加倾覆力矩时，工作点在A。Mi=0施加施加倾覆力矩倾覆力矩M时：时：左边的螺栓左边的螺栓/地基，工作点移至地基，工作点移至B1 和和C1， 右边的螺栓右边的螺栓/地基，工作点移至地基，工作点移至B2 和和C2 左边螺栓总拉力增加，左边螺栓总拉力增加，右边螺栓总拉力减小。右边螺栓总拉力减小。iiLFLFmaxmax由：iiLLFFmaxmax求得最大求得最大工作载荷工作载荷ZiLMLF12imaxmax5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计F2变形变形力力ObOmF2mF1mB2FmC2B1F0C1F1FA00minP W

58、MAzFs s螺栓的总拉力螺栓的总拉力maxmbb02FCCCFF 为防止接合面为防止接合面受压最大处受压最大处被被压碎压碎或或受压最小处受压最小处出现出现间隙间隙，要求：，要求： 联接接合面材料的联接接合面材料的许用挤压应力许用挤压应力材料材料 钢钢 铸铁铸铁 混凝土混凝土 砖砖(水泥浆缝水泥浆缝) 木材木材p/MPa 0.8 S (0.40.5)B 2.03.0 1.52.0 2.04.0直接引用前面的结论直接引用前面的结论5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计A为接合面的为接合面的有效面积有效面积，W 为接合面的为接合面的抗弯截面系数抗弯截面系数，p为接合面的许用挤压应力为接合

59、面的许用挤压应力P0Pmaxs ss s WMAzF例例5-8 如图如图,为一固定在钢制立柱上的铸铁托架，已知总载荷为一固定在钢制立柱上的铸铁托架，已知总载荷F=4800N,其作用线与垂直线的夹角其作用线与垂直线的夹角=50，底板高，底板高h=340mm，宽宽b=150mm，试，试设计设计此螺栓组联接。此螺栓组联接。解：解：1、螺栓组、螺栓组结构设计结构设计采用如图所示的结构，螺栓数采用如图所示的结构，螺栓数Z=4，对称布置对称布置2.螺栓螺栓受力分析受力分析1）在工作载荷）在工作载荷F的作用下，螺栓组联接承的作用下，螺栓组联接承受以下各力受以下各力和和倾覆力矩倾覆力矩的作用：的作用：轴向力轴

60、向力（作用于螺栓组中心，水平向右）（作用于螺栓组中心，水平向右）NNFFh367750sin4800sin5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计横向力横向力（作用于接合面，垂直向下）（作用于接合面，垂直向下）NNFFv308550cos4800cosKKb220h15016050FhvO倾覆力矩倾覆力矩（顺时针方向）（顺时针方向）2）在）在轴向力轴向力作用下各螺栓所受作用下各螺栓所受工作拉力工作拉力为：为：mmNFFMvh1051070150160KKb220h15016050NNFFh91943677za5-6 5-6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计3）在）在倾覆力矩倾覆力矩作用