第4章 螺纹连接与螺旋传动

1、第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动4.1 螺纹4.2 螺纹连接的类型与标准连接件4.3 螺纹连接的预紧4.4 螺纹连接的防松4.5 螺纹连接组的设计4.6 螺纹连接的强度计算4.7 提高螺纹连接强度的措施4.8 螺纹连接件的材料与许用应力4.9 螺旋传动第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动连杆体连杆盖螺栓垫圈螺母连杆衬套轴瓦第二篇第二篇 连接连接n一、概述第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动第二篇第二篇 连接连接n一、分类静连接可拆连接：不须毁坏连接中的任何一个零件就可拆开的连接。 例：螺纹连

2、接、键连接 、销连接。不可拆连接：至少毁坏连接中的一部分才能拆开的连接。 例：铆接、焊接、胶接等。工作原理摩擦锁合：靠连接配合面间的摩擦传递载荷。过盈连接。形锁合：靠零件形状的嵌合来传递载荷。平键连接。材料锁合：靠被连接件间涂敷材料所产生分子力来传递载荷。胶接。n静连接：不允许相对运动的连接。n动连接：可以有相对运动。运动副之间的连接。第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动n二、选用原则使用要求和经济性要求。 不可拆连接多考虑制造及经济性因素。 可拆连接多考虑结构、安装、运输、维修上的因素。 板件与板件多选用螺纹连接、焊接、铆接或胶接。 杆件与杆件多选用螺纹连接或焊接。 轴与轮毂

3、多选用键、花键连接或过盈连接。 轴与轴采用联轴器或离合器。被连接零件类型第二篇第二篇 连接连接铸造焊接第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动外螺纹内螺纹一、螺纹的分类当量摩擦角较小传动用螺纹4.1 螺纹螺纹当量摩擦角较大连接用螺纹共同组成螺旋副。第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动螺纹牙型矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹30梯形螺纹梯形螺纹15锯齿形螺纹锯齿形螺纹3034.1 螺纹螺纹一、螺纹的分类第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动母体形状圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹管螺纹管螺纹英制与米制英制与米制粗牙与细牙粗牙与细牙4.1 螺纹螺纹一、

4、螺纹的分类第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动螺纹的旋向:右旋螺纹左旋螺纹螺旋线的根数 :n 4n 4多线螺纹单线螺纹PSS = 2PPSPS =P4.1 螺纹螺纹一、螺纹的分类第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动连接：效率低、自锁性好。传动：效率高、自锁性差。螺纹牙形：三角形、矩形、梯形、锯齿形等3033060三角形梯形锯齿形矩形单线，用于连接双线或多线，常用于传动粗牙：一般情况下使用。细牙：d相同，p小， 小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。 用于变载荷场合。 连接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。螺纹线数：单线（连接）；多线（传动）。4.1 螺纹螺

5、纹一、螺纹的分类第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动连接螺纹：自锁。如：紧固螺纹。管螺纹：紧密性、气密性。如：用于气体、液体管道螺纹。传动螺纹：效率高。如：车床传动丝杠。调整螺纹：精度高。如：螺旋千分尺。承载螺纹：效率高、自锁性好。如千斤顶。对螺纹连接的要求：足够的连接强度和良好的工艺性。4.1 螺纹螺纹二 、常用螺纹的特点和应用第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动1 、普通螺纹（代号：M GB 192-81）特点：牙型角=2=60。牙型半角大，当量摩擦系数大，自锁性能好，主要用于连接螺纹。4.1 螺纹螺纹二 、常用螺纹的特点和应用第第4 4章章 螺纹连接与螺旋

6、传动螺纹连接与螺旋传动细牙螺纹与粗牙螺纹粗牙：常用。细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣。细牙：自锁性能更好。常用于承受冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中。1 、普通螺纹（代号：M GB 192-81）4.1 螺纹螺纹二 、常用螺纹的特点和应用第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动2 、矩形螺纹特点：牙形为正方形。=0，效率高，用于传动，牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。4.1 螺纹螺纹二 、常用螺纹的特点和应用第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动3 、梯形螺纹(代号：Tr GB 192-81)特点： =2=30。比矩形螺纹效率略低。牙

7、根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。4.1 螺纹螺纹二 、常用螺纹的特点和应用第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动4、 锯齿形螺纹(代号：S JB 923-66)特点：工作边=3，非工作边=30，便于加工。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受较大的载荷,但只能用于单向传动。4.1 螺纹螺纹二 、常用螺纹的特点和应用第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动5 、圆柱管螺纹 特点：用于管件连接的三角螺纹，=55，螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的连接。4.1 螺纹螺纹二 、常用螺纹的特点和

8、应用第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动6、 圆锥管螺纹特点：螺纹均布在锥度为1:16的管上，=55或60 ，螺纹面间没有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适用于高温、高压的连接。4.1 螺纹螺纹二 、常用螺纹的特点和应用第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动大径d螺纹的公称直径。小径d1连接的强度计算。中径d2连接的几何计算。螺距P螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。牙型角螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边 的夹角。升角y螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面 间的夹角。线数n螺纹的螺旋线数目。导程S螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所 移动的轴向距离，S=nP。升角

9、y的计算式为：22arctanarctandnPdSy4.1 螺纹螺纹三、普通螺纹的主要参数第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动孔与螺杆之孔与螺杆之间留有间隙间留有间隙螺纹余留长度l1 静载荷l1=(0.30.5)d;变载荷l1=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷l1 d;铰制孔用螺栓l1 d;螺纹伸出长度a=(0.20.3)d; 螺栓轴线到边缘的距离 e=d+(36) mm1. 螺栓连接普通螺栓普通螺栓4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件一、一、螺纹连接的基本类型第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动用于两被联件均不太厚的场合。除起连接作用外

10、，还起定位作用。特点和应用：无须在被连接件上切制螺纹，使用不受被连接件材料的限制。构造简单，装拆方便，应用最广。用于可制通孔通孔的场合。4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件1. 螺栓连接一、一、螺纹连接的基本类型第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动应用：凸缘联轴器铰制孔螺栓铰制孔螺栓 普通螺栓普通螺栓 对中榫对中榫 4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件1. 螺栓连接一、一、螺纹连接的基本类型第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动3. 双头螺柱连接2. 螺钉连接座端拧入深度H，当螺孔材料为：钢或青铜 H=d;铸铁 H=

11、(1.251.5)d铝合金 H=(1.52.5)d螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;参数l1 、e、a与螺栓相同 e el1 1lH H1 1H H1 1H H2 2H Hae e e e1 1lH H1 1H H2 2d4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件一、一、螺纹连接的基本类型第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动特点：不用螺母，而且能有光整的外露表面。应用：有一连接件较厚，但不宜用于时常装拆的连接，以免损坏被连接件的螺纹孔。特点：座端旋入并紧定在被连接件之一的螺纹孔中。应用：有一连接件较厚，并经常装拆的场合

12、，拆卸时只需拧下螺母即可。4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件3. 双头螺柱连接2. 螺钉连接一、一、螺纹连接的基本类型第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动4. 紧定螺钉连接特点和应用：旋入被连接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被连接件的表面或顶入相应的坑中，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或转矩。4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件一、一、螺纹连接的基本类型第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动其它：地脚螺栓 吊环螺栓 T形槽螺栓4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件一、一、螺纹连接

13、的基本类型第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动六角头螺栓LL0d精度分A、B、C三级，通用机械中多用C级。螺纹有粗牙和细牙之分。4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动两端螺纹可不同，螺柱可带退刀槽或制成腰杆，也可制成全螺纹。双头螺柱4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动螺钉头部形状：圆头、扁圆头、六角头、圆柱头和沉头等。头部起子槽：一字槽、十字槽和内六角孔等形式。4.2 螺纹连接的类型与标准连接件

14、螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动紧定螺钉锥端锥端：适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合；平端平端：接触面积大，不伤零件表面，常用于硬度较大平面或经常拆卸的场合；圆柱端圆柱端：压入轴上的凹坑中，适用于紧定空心轴上的零件位置。4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动自攻螺钉头部形状：圆头、平头、半沉头及沉头等。头部起子槽：一字槽、十字槽等形式。末端形状：锥端和平端两种。渗碳钢，硬度不低于45HRC，不预制螺纹。4.2 螺纹连接的类型与

15、标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动六角螺母厚度：标准螺母和薄型螺母两种。制造精度分为A、B、C三级。4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动圆螺母与止动垫圈圆螺母常与止动垫圈配用，装配时将垫圈内舌插入轴上的槽内，而将垫圈的外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧。4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动垫圈平垫圈：A级和C级两种。垫圈：特大、大、普通和

16、小的四种规格，特大垫圈主要在铁木结构上使用。斜垫圈：用于倾斜的支承面上。4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动机械制造中常见的螺纹连接件的结构型式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。 4.2 螺纹连接的类型与标准连接件螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动装配时拧紧，承受工作载荷前，预先受到力的作用。这个预加作用力称为预紧力。防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。

17、v 预紧力：v 预紧的目的：v 预紧力的确定原则：预紧连接刚度防松能力紧密性 一般连接用的钢制螺栓连接的预紧力F0：碳素钢螺栓01(0.6 0.7)SFAs合金钢螺栓4.3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动拧紧力矩T=？螺母支承面间的摩擦阻力矩以螺母分析：T=T1+T2螺纹副间的摩擦力矩221dFTt)tan(0vtFFy2)tan(20dFvyFt螺纹副间有效圆周力4.3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧2020303000231dDdDFfrFfTcfcrf支承面摩擦半径TF0F0dd0D D0第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动

18、20203030020312)tan(dDdDFfdFcvykt拧紧力矩系数dddDfddvc1 . 117. 0tan7 . 1; 2 . 01 . 09 . 0,23241002y对普通螺栓：dFdFkTTTt00212 . 0(M10M64)4.3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧拧紧力矩T=？TF0F0dd0D D0以螺母分析：T=T1+T2第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常-采用测力矩扳手或定力矩扳手，重要-采用测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。 注意：对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小(M12)的螺栓。v 预紧力的控制：

19、v 预紧力和预紧力矩之间的关系：dFT02 . 0严格控制预紧力时，dM12M16标准扳手长度L=15d，若拧紧力为F，则： T=FL=F15d=0.2F0d F0=75F若F=200N，则 F0=15000N。 小于M12，则易拉断。4.3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧p第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动定力矩扳手定力矩扳手控制拧紧力矩；控制拧紧力矩；规定螺母拧紧圈数；测量螺栓的伸长量或控制应力或应变。测力矩扳手测力矩扳手4.3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动测力矩扳手或定力矩扳手，准确性较差，也不适用于大型的螺栓连接。测量

20、螺栓伸长量测量螺栓伸长量4.3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧控制拧紧力矩；规定螺母拧紧圈数；测量螺栓的伸长量或控制应力或应变。测量螺栓的伸长量或控制应力或应变。可以采用测量螺栓伸长量的方法来控制预紧力。第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致连接失效。防松方法： 摩擦防松对顶螺母防松、弹簧垫圈防松、自锁螺母防松。 机械防松开口销与六角螺母防松、止动垫圈防松、串联钢丝防松。 永久防松如铆冲防松、在旋合螺纹间涂胶防松等。（不可拆连接） 防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动

21、。4.4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动下螺母上螺母螺栓对顶螺母防松自锁螺母防松4.4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松摩擦防松第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动弹簧垫圈开口方向：斜向右下方弹性增压尖端抵住弹簧垫圈防松摩擦防松4.4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动开口销与六角螺母防松止动垫圈 防松4.4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松机械防松第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动串联钢丝防松正确不正确注意金属丝穿入方向机械防松4.4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松第第4

22、4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动胶接冲点焊住4.4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松永久防松第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动v 为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。大多数机械中螺栓都是成组使用的。v 螺栓间距离：保证联接可靠性、考虑装拆方便，留有足够的扳手空间。v 根据被联接件的结构和联接的用途，确定螺栓数目和分布形式。4.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计一、螺栓组连接的结构设计第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动v 螺栓布置应使各螺栓的受力合理。合理合理不合理不合理v 为

23、便于圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。4.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计一、螺栓组连接的结构设计第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动v 螺栓的排列应有合理的间距、边距。4.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计一、螺栓组连接的结构设计第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动螺纹牙根弯曲应力断裂a)螺栓受偏心载荷eFb)被联接件刚度不够v 避免螺栓承受附加的弯曲载荷。引起附加弯曲应力因素：螺纹孔不正、被联件表面不平、发生变形等。4.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计一、螺栓组连接的结构设计第第4 4章章 螺纹连接与螺旋

24、传动螺纹连接与螺旋传动v 避免螺栓承受附加的弯曲载荷。凸台沉头座斜面垫圈采用球面垫片4.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计一、螺栓组连接的结构设计第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动1受横向载荷2受转矩3受轴向载荷4受倾覆力矩 受力分析的目的：求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便按单个螺栓 连接的进行强度计算。 受力分析时所作假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 受载后连接接合面仍保持为平面。 受力分析的类型：二、螺栓组连接的受力分析螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；FFriOOMTfF0fF0FF4.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计第第4 4章章 螺纹

25、连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动1）铰制孔用螺栓连接（图b），每个螺栓所受工作剪力为：2）普通螺栓连接（图a），预紧后接合面间的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有： 式中：z为螺栓数目。1受横向载荷的螺栓组连接zFFFKzifFS0fziFKFS0或Ks为防滑系数，设计中可取Ks =1.11.3。i 为结合面数。FFFFb)a)4.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动2受转矩的螺栓组连接TKfrFfrFfrFsz02010 TrFziii11）普通螺栓，连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。2）铰制孔用螺栓，螺栓的剪切和螺栓

26、与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmaxziirfTKF1S04.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动3受轴向载荷的螺栓组连接总载荷F作用线与螺栓轴线平行， 通过螺栓组的对称中心，各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷工作载荷为：螺栓预紧力F0，残余预紧力F1，每个螺栓所承受的总载荷F2为：zFFF2 = F + F1 F2 = F + F0 4.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动4受倾覆力矩的螺栓组连接力矩平衡：最大工作载荷工作载荷：ziL

27、FM1iiZiLMLF12imaxmax4.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计iiLFLFmaxmax倾覆力矩 M第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动受倾覆力矩后，左侧螺栓与地基的工作点分别移至B1 和C1，底板上合力为底板上合力为F受倾覆力矩的底板螺栓组的受力过程 右侧螺栓与地基的工作点分别移至B2 和C2 ，底板上合力为底板上合力为 Fm = -F倾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作点都处于A点，底板所受合力为零。螺栓地基4受倾覆力矩的螺栓组连接4.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计左侧B1-C1右侧B2-C2第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动4受倾覆力矩

28、的螺栓组连接4.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计0maxPPWMAzFss00minPWMAzFs 为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：螺栓预紧力F0第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动1）将复杂受力状态分解为上述四种简单受力状态，再将各自结果向量叠加。4.5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计二、螺栓组连接的受力分析实际螺栓组所受工作载荷可以是上述四种受力状态的不同组合2）对普通螺栓普通螺栓可按轴向载荷和倾覆力矩确定工作拉力；按横向载荷和转矩确定联接所需的最小预紧力，然后求出螺栓的总拉力。3）对于铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓则按横向载荷和转矩确定螺栓的工作剪

29、力。第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动螺栓连接强度计算：根据强度条件确定螺栓直径螺栓直径。 螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定。失效形式 受拉螺栓：螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。 受剪螺栓：螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。65%20%15%4.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动一、松螺栓连接强度计算二、紧螺栓连接强度计算1仅受预紧力的紧螺栓连接 2受轴向载荷的紧螺栓连接3承受工作剪力的紧螺栓连接螺栓连接受拉螺栓受剪螺栓松连接：不拧紧，无预紧力F0，仅受工作载荷F紧连接：需拧紧仅受预紧力F0同

30、时受预紧力F0和工作载荷F螺栓连接的强度计算 与连接的类型、装配情况（预紧或不预紧）、外载荷的性质和材料性能等有关。4.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动一、松螺栓连接强度计算 214Fdss14 Fd s或F工作拉力，单位为N；d1螺栓危险截面的直径，单位为mm；螺栓材料的许用拉应力，单位为MPa。F4.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动1仅受预紧力的紧螺栓连接2104dFs预紧力引起的拉应力：sy5 . 0162)tan(312v0ddF螺牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力： s

31、s210ca43 . 1dF强度条件：强度条件：sssss3 . 15 . 0332222ca）（根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:F0F0FF二、紧螺栓连接强度计算(M10M64)4.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动横向载荷F较大时，由于F0 Ff（f=0.2），即F05F，需大幅增加螺栓直径。为此，可采用减载措施。减载键减载套筒减载销4.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算1仅受预紧力的紧螺栓连接二、紧螺栓连接强度计算第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动2受轴向载荷的紧螺栓联接FDDp螺栓预紧力F0

32、，工作拉力F ，螺栓的总拉力F2 = ?F1为残余预紧力，为保证联接的紧密性，应使 F1 0，一般根据联接的性质确定F1的大小。FFF124.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算二、紧螺栓连接强度计算第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动无变形 F0 bm +F +F b+ 1m- 2变形协调条件：变形协调条件： 1 1= = 2 2 = 4.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算松连接预紧力F0受轴向载荷FFFF12第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动bFF2F1FF0F0mF0bmbm mb螺栓伸长螺栓伸长力力Ob力力Ob力力联接件压缩联接件压缩OmmO

33、mFFF124.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算已知已知F0和和F计算？计算？第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动FF2F1F F0bmb力力ObmOm00/tan/tanbbbmmmFCFCtanbF tanmFF tantanbbmmCFFFCbbmCFFCC20FFF0bbmCFFCC式中：mbbCCC为螺栓的相对刚度，其取值范围为 01。4.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动2受轴向载荷的紧螺栓联接4.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算二、紧螺栓连接强度计算 ss4/3 . 1212cadF静强度条

34、件：静强度条件：214 1.3 Fd s或第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动2max214Fds0min214Fdsmaxmin2122babmCFCCdsss1minmin2()()(2)tccaaKSSKsssssysyss1tcs螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限，Pa。若工作载荷为变载荷：若工作载荷为变载荷：4.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算2受轴向载荷的紧螺栓联接二、紧螺栓连接强度计算bbmCFFCC第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动3承受工作剪力的紧螺栓连接铰制孔用螺栓：螺栓杆与孔壁接触表面受挤压；结合面螺栓杆受剪切。螺栓杆与孔壁的挤压强度

35、条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：式中：F螺栓所受的工作剪力，N；d0螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），mm；Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，mm；设计时应使Lmin1.25d0Pmin0PssLdF 204dFFFd0Lmin4.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算二、紧螺栓连接强度计算第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动轴向力横向力转矩倾覆力矩ziiLLMF12maxmaxizfFkFRs0受拉ziisrfTkF10受拉ziirTrF12maxmax受剪4/3 . 1210ssdFca4/20dFmin0ppLdFss4/21ssdF4/3 . 1212ssdFc

36、a小结螺栓组单个螺栓受拉螺栓受剪螺栓：zFF/受剪zFF/F2=F+F14/4/210min212maxdFdFss紧连接松连接：受F0和F仅受F0：受变载：受静载：4.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动p 降低影响螺栓疲劳强度的应力幅p 改善螺纹牙上载荷分布不均的现象p 减小应力集中的影响p 采用合理的制造工艺影响螺栓连接强度（螺栓强度）的主要因素有：n 螺纹牙的载荷分配n 应力变化幅度n 应力集中n 附加应力n 材料的力学性能和制造工艺通过螺纹连接强度的措施：4.7 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施第第4 4章章 螺纹连

37、接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动降低螺栓的刚度增大被联接件的刚度Cm20bbmCFFFCC4.7 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施增大预紧力F0减小螺栓刚度Cb 一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅降低螺栓刚度的措施d0.7d空心螺栓安装弹性元件4.7 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施0.8dd腰状杆螺栓第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅增大被联接件刚度的措施使用金属垫片4.7 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施密封环密封第第4 4章

38、章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象4.7 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动三、减小应力集中的影响三、减小应力集中的影响加大圆角加大圆角卸载槽卸载槽卸载过渡结构卸载过渡结构4.7 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动四、采用合理的制造工艺四、采用合理的制造工艺冷镦螺钉头部冷镦螺钉头部不切断材料纤维金属流线走向合理冷作硬化疲劳强度 3040%冷镦螺钉头部、滚压螺纹4.7 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连

39、接强度的措施第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动1、螺栓：十个性能等级，如：3.6、4.6、4.8、性能等级材料性能如：6.8Bmin/100=6Bmin=600MPa10(smin/Bmin)=8smin=480MPa或smin=(6008)/10=480MPa低碳钢或中碳钢2、螺母：七个等级，与螺栓性能相配。4.8 螺纹连接件的材料与许用应力螺纹连接件的材料与许用应力一、螺纹连接件材料一般用途的设计中，通常选用4.8级左右的螺栓第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动常用的螺纹连接件材料为Q215、Q235、35、45等低、中碳素钢。当强度要求高时，还可采用合金

40、钢，如15Cr、40Cr等。4.8 螺纹连接件的材料与许用应力螺纹连接件的材料与许用应力一、螺纹连接件材料二、螺纹连接件的许用应力1螺纹连接件的许用拉应力2螺纹连接件的许用剪应力和许用挤压应力3螺纹连接件的安全系数 见表SssssSsPsPSss（被连接件为钢）PBPSss（被连接件为铸铁）第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动螺栓组连接的设计例题例题4-2 设计如图所示的支架底板螺栓组联接。支架材料HT200，立柱为钢，外载荷F=2000N。受任意载荷螺栓组向形心简化四种简单状态迭加受载最大螺栓 按单个计算解题步骤第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动解：解：（一

41、）受力分析（一）受力分析FH=Fsin30=2000sin30=1000NFV=Fcos30=2000cos30=1732NM=FH80-FV200=100080-1732200=4.26105N mm第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动解：解：（二）工作条件分析（二）工作条件分析1、保证结合面不滑移fzKFFV剩余预紧力FF”F Fbmb力力ObmOmFCCCFFmbmzFFHzFCCCfKFFHmbmV/预紧力防滑系数K=1.11.3，取1.2；P78摩擦系数f=0.3，未加工钢构件表面；相对刚度Kc=0.3，表4-4；p72NF19704/10007.03.017322.

42、17 . 03 . 01mbmCCC取预紧力F=2000NFV第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动解：解：（二）工作条件分析（二）工作条件分析FH=Fsin30=2000sin30=1000N工作拉力F1=1000/4=250NM=FH80-FV200=100080-1732200=4.26105N mmNLMLFZi1331804801026. 4251max22i最大螺栓的总工作拉力：F=F1+F2=250+1331=1581N2、受力最大螺栓轴向载荷第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动解：解：（二）工作条件分析（二）工作条件分析3、计算螺栓直径FF0F”F

43、 Fbmb力力ObmOmNFCCCFFmbb247415813.020000选择4.6级螺栓，查表4-5，p73s=240MPa，不控制预紧力。查表4-7，安全系数S=4.4(初估螺栓直径在M6M16)=240/4.4=54.5MPa。mmFd67. 85 .5424743 . 143 . 1401s查手册 M12，d1=10.106mm8.67mm。满足要求并与初估相符。第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动解：解：（二）工作条件分析（二）工作条件分析4、校核接合面不压溃剩余预紧力作用下的挤压应力MPaAzFF76. 08012018254sFH剩余预紧力NzFCCCFFHmb

44、m1825410007.02000FF0F”F Fbmb力力ObmOm第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动解：解：（二）工作条件分析（二）工作条件分析5、校核接合面不出现间隙剩余预紧力作用下的挤压应力MPaAzFF76. 08012018254sFH上缘挤压应力下= F”M=0.760.68=0.08MPa0倾覆力矩产生的挤压应力WMMs3533331025. 612020020061206mmLHHbWMPaWM68. 01027. 61026. 455Ms下缘挤压应力下= F”+ M=0.76+0.68=1.44MPa查表4-9铸铁许用挤压应力p= b/2=200/2=10

45、0MPa1.44MPa第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动螺栓组连接的设计例题例题4-1 一钢制液压缸，压力p在02.2MPa之间变化，缸径D=160mm，铜皮石棉垫片，试计算其缸盖的螺栓联接。解题步骤计算螺栓工作拉力 计算螺栓总拉力计算螺栓直径螺栓疲劳校核第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动螺栓组连接的设计例题例题4-1 一钢制液压缸，压力p在02.2MPa之间变化，缸径D=160mm，铜皮石棉垫片，试计算其缸盖的螺栓联接。解解：(1)(1) 计算螺栓最大工作拉力计算螺栓最大工作拉力F F暂取螺栓数z=6，每个螺栓平均拉力NzDpF3221037. 76416

46、02 . 24 (2)(2) 计算螺栓总拉力计算螺栓总拉力F F0 0压力容器取剩余预紧力F”=1.8FF”=1.8FNFFFF3301064.201037. 78 . 28 . 2第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动螺栓组连接的设计例题例题4-1 一钢制液压缸，压力p在02.2MPa之间变化，缸径D=160mm，铜皮石棉垫片，试计算其缸盖的螺栓联接。解解：(3)(3) 按静强度计算螺栓直径按静强度计算螺栓直径mmFd948. 867.4261064.203 . 143 . 14301s选A级六角螺栓，性能等级8.8级，由表(4-5)，b=800MPa，s=640MPa由表(4

47、-7)取安全系数S=1.5(控制预紧力)MPaSS67.4265 . 1640ss查手册得M12mm，d1=10.106mm，故暂取M12螺栓。第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动螺栓组连接的设计例题例题4-1 一钢制液压缸，压力p在02.2MPa之间变化，缸径D=160mm，铜皮石棉垫片，试计算其缸盖的螺栓联接。解解：(4)(4) 按疲劳强度校核按疲劳强度校核螺栓的应力幅由表(4-4)铜皮石棉垫片KC=0.8212dFKCas结果：选M16螺栓6个。许用应力幅aaSkssss1-1=0.32b=0.32800=256MPa。(P74经验公式)； Sa=2.5(表4-7)表4-

48、8，=1.0，k=4.80.8=3.84(商品螺栓均为辗压螺纹)MPaa75.36106.101037. 78 . 0223sMPaa67.265 . 284. 32561s不合格查手册再选M16螺栓，d1=13.835mm。MPaa61.19835.131037. 78 . 0223s)87. 0(2 .235 . 284. 325687. 0sskMPaa第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动一、螺旋传动的类型和应用利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递动力和动力。常见的运动形式有：螺杆转动、螺母移动；螺母固定、螺杆转动并移动。螺杆

49、转动，螺母移动 （机床进给机构）螺母固定，螺杆转动并移动 （螺旋起重器）4.9 螺旋传动螺旋传动第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动4.9 螺旋传动螺旋传动一、螺旋传动的类型和应用n按用途分为n传力螺旋传力螺旋n传递动力。如各种起重或加压装置的螺旋。n承受很大轴向力，一般为间歇性工作，每次的工作时间较短，工作速度也不高，通常具有自锁能力；n传导螺旋传导螺旋n传递运动为主，有时也承受较大的轴向力。n如机床进给机构的螺旋等。n常需在较长的时间内连续工作，工作速度较高，要求具有较高的传动精度；n调整螺旋调整螺旋n调整、固定零件的相对位置，n如机床、仪器及测试装置中的微调机构螺旋。n不经常转动，一般在空载下调整。第第4 4章章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动4.9