螺纹联接江苏大学机械设计

1、机机 械械 设计设计20222022年年4 4月月2323日日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机机 械械 设设 计计20222022年年4 4月

2、月2323日日一常用螺纹一常用螺纹A联接螺纹联接螺纹1普通螺纹普通螺纹 (粗牙粗牙 细牙细牙)2管螺纹管螺纹3 锥螺纹锥螺纹1梯形螺纹梯形螺纹3矩形螺纹矩形螺纹2锯齿形螺纹锯齿形螺纹B传动螺纹传动螺纹二螺纹参数二螺纹参数大径大径d：公称直径：公称直径中径中径d2：几何与配合：几何与配合小径小径d1：危险截面：危险截面线数线数n：n4螺距螺距P导程导程S：S=n*P旋向（左、右旋）旋向（左、右旋）牙型角牙型角牙侧角牙侧角升角升角22dnPdStg一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

3、） 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图例见下页图例见下页有间隙有间隙无间隙无间隙 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) 双头螺柱联接双头螺柱联接 螺钉联接螺钉联接二标准联接件二标准联接件1精度等级：精度等级：A、B、C （精度由高（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

4、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2常用的标准螺纹联接件（常用的标准螺纹联接件（具体见书上表具体见书上表格格P6465）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QP（书上为（书上为F0）dQ2 .0dDdDQf31)(tg2dQTTTp20203030pcv2p21-+rT1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）一般一般p0.8sA11sp1

5、spA) 6 . 05 . 0 (QA) 7 . 06 . 0 (Q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）摩擦防松摩擦防松机械防松机械防松串联钢丝串联钢丝一一普通螺栓普通螺栓联接的强度计算联接的强度计算D0QpQp/2QP失效形式：失效形式：螺纹部分的塑变或断裂，螺纹部分的塑变或断裂， 危险截面为螺纹小径危险截

6、面为螺纹小径d1 所对应的面积所对应的面积A=d21/4设计准则：设计准则：保证静强度或疲劳强度保证静强度或疲劳强度(一一)松螺栓联接的强度计算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）强度条件强度条件421dFca式中式中 d1螺纹小径，螺纹小径，mm 螺栓材料的许用拉应力，螺栓材料的许用拉应力，MPa F轴向工作载荷，轴向工作载荷，N(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QP）1仅受预紧力时紧螺栓联接仅受预紧力时紧螺栓联接

7、21pd4Q拉应力31v2pT1d16)(tg2dQWTr+扭转切应力5 . 064M10M普通螺纹的钢制螺栓对3 .1322ca+由第四强度理论得到设计式校核式强度条件Q3.14dd4Q3.1p121pca 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Qp？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B单个螺栓受力变形线图单个螺栓受力变形线图FcccFFccc

8、Fmbmmbb+)cc(FFFcFcFmbmb由变形协调方程可得mmbbctgctgCF知由FcccQQFcccQQFcccQQFQQmbmppmbmppmbbpp+-+得到FQQ1cccccQQ0ccccc10,cccccQQQpmbbmbpmbbmbmbbmbpp+-+-时时其值介于螺栓相对刚度被联接件刚度螺栓刚度被联接件的残余预紧力预紧力螺栓总拉力式中书上为书上为F2书上为书上为F0书上为书上为F1Q Qp+F掌握变形协调图掌握变形协调图设计式校核式强度条件Q3 .14dd4Q3 .1121ca提示提示求总拉力求总拉力Q的二种情况：的二种情况：(1)由由Q Qp+F 求：当有刚性或紧密性

9、要求时求：当有刚性或紧密性要求时 不产生缝隙至少不产生缝隙至少Qp0推荐推荐：F)8 .15 .1 (QF)0 .16 .0(QF)6 .02 .0(Qppp有紧密性要求时载荷不稳定时载荷稳定时pmbbpQFcccQQ)2(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QQF0Fp21maxd4Q最大拉应力21pmind4Q最小拉应力21mbbminmaxadF2ccc2+-应力幅s)2)(K()K(2sdF2cccminamintc1caa21mbba+-+-或疲劳强度条

10、件 为什么上述螺栓联接的强度计算仅对螺栓杆进行？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）作用的紧螺栓作用的紧螺栓联接的强度计算：不仅要进行静强度计算，还联接的强度计算：不仅要进行静强度计算，还要进行疲劳强度计算。要进行疲劳强度计算。问题问题二二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1剪切强度条件剪切强度条件螺杆的螺杆的20d4F2挤压强度条件挤压强度

11、条件联接的联接的 pmin0pLdF（公式的解释见下页）（公式的解释见下页）B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-p0minmin0100d25.1LLddddd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三性能等级及许用应力三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minBminsminB10

12、100点后数字点前数字例如例如： 4.65.66.8螺母螺母100minBpBspsssss或许用应力许用应力有有 、 、 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避免偏心避免偏心凸台凸台沉头孔沉头孔避免偏心避免偏心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

13、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）fziFKQFKzifQspsp由不滑移条件得通过由预紧力通过由预紧力QP所产生的结合面上的摩所产生的结合面上的摩擦力来平衡外载荷擦力来平衡外载荷F，因此每个螺栓中受力因此每个螺栓中受力相等，皆为相等，皆为QPF8Q2 . 1K,15. 0f , 1i , 1z:ps则若例接合面数螺栓数目摩擦系数防滑系数预紧力-izf3.11.1K,KQssp式中式中B采用铰制孔用螺栓联接采用铰制孔用螺栓联

14、接（结合面不滑移）（结合面不滑移）FF/2F/2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采用普通螺栓联接采用普通螺栓联接（

15、不发生转动）（不发生转动）对称中心的距离个螺栓中心到螺栓组第式中由不转动条件irrfTKQTKrfQrfQrfQiz1iispszp2p1p-+通过由预紧力通过由预紧力QP所产生的结合面上的所产生的结合面上的摩擦摩擦力矩力矩来平衡外载荷来平衡外载荷T，因此每个螺栓中受力相因此每个螺栓中受力相等，皆为等，皆为QPri越大，所需越大，所需p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

16、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）TrFrFrFzz2211+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。离成正比。z1i2imaxmaxrTrF得到maxmaxii2211rFrFrFrF由力与变形关系由变形

17、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算？受旋转力矩时铰制孔用螺栓联接的强度如何进行计算？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3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

18、通螺栓联接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MLFLFLFzz2211+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

19、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,:max12FLziiFcccQQFcccQQmbbpmbbp+-+右侧左侧B总拉力总拉力Q问题：问题： 受倾覆力矩时受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

20、进行计算？首先首先找受力最大的螺栓所受到的力找受力最大的螺栓所受到的力Fmax然后按然后按受受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接预紧力和工作拉力的紧螺栓联接的的强度计算强度计算方法计算。方法计算。C接合面可靠工作条件接合面可靠工作条件ppmaxppmaxpWMAzQ+受压最大处不被压碎0WMAzQpmaxppminp-受压最小处不产生间隙在实际使用中，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