机械设计第6章螺纹联接

1、第2篇 联接第6章 螺纹联接第7章 键、花键、销、成形联接 联接概述联接概述一、联接分类一、联接分类1、按运动关系分静联接：只固定，无相对运动。如螺纹联接、普通平键联接。动联接：彼此有相对运动。如花键、螺旋传动等。运动副2、按传载原理分靠摩擦力（力闭合）：如受拉螺栓、过盈联接。非摩擦（形闭合）：靠联接零件的相互嵌合传载，如平键。材料锁合联接：利用附加材料分子间作用，如粘接、焊接。3、按拆开时是否损坏零件分可拆联接：如螺纹联接（最广泛的可拆联接）。不可拆联接：如焊接、铆接等。补充资料重点：螺纹联接的主要类型； 各类不同外载荷情况下，螺栓组联接的受力分析； 螺栓联接的强度计算，尤其是承受轴向载荷的

2、紧螺栓联接的强度计算。 第6章 螺纹联接螺纹的工程应用螺纹的工程应用补充资料补充资料补充资料补充资料二、螺纹基本知识二、螺纹基本知识 直径大径d：公称直径。M20d=20mm小径d1：螺纹的最小直径。中径d2：齿厚=齿槽宽处直径，几何计算用。 一般取：d2=(d+d1)/2 线数n：n=1时用于联接；n1时用于传动； n，但为便于制造n41、螺纹的主要参数中径升角：2arctandnp中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。补充资料2、螺纹的类型右旋左旋螺纹位置：内螺纹螺母；外螺纹螺钉。旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，右边高则为右旋。螺纹旋向：左旋螺纹，右旋螺

3、纹（常用）。思考：补充资料 螺栓联接螺栓联接按紧固件不同分按紧固件不同分 螺钉联接螺钉联接 双头螺柱联接双头螺柱联接紧定螺钉联接紧定螺钉联接根据装配时是否拧紧分根据装配时是否拧紧分 松联接松联接紧联接紧联接按螺栓受力状况分按螺栓受力状况分 受拉螺栓联接受拉螺栓联接受剪螺栓联接受剪螺栓联接1 1 螺纹联接的主要类型、材料和精度螺纹联接的主要类型、材料和精度一、主要类型一、主要类型1、螺栓联接受拉普通螺栓普通螺栓：无需在被联件上加工螺纹 孔，装拆方便，用于两被 联件均不太厚的场合。受剪铰制孔螺栓铰制孔螺栓：除起联接作用外， 还起定位作用。按紧固件不同按紧固件不同螺栓螺栓普通螺栓能承受横向和轴向的载

4、荷，但横向的载荷承受方法主要是靠预紧力矩带来的摩擦力，而铰制孔螺栓也是能承受横向和轴向载荷，横向载荷的承受方法是靠螺栓本身的抗剪强度，它的横向承载能力远高于普通螺栓，而轴向承载能力和普通螺栓相同.普通螺栓普通螺栓螺杆部分直径与其孔之间的基本尺寸一般不一样,(一般孔尺寸比螺栓尺寸大0.51毫米)所以不能叫配合。它靠螺栓的预紧力防止被联接件的相对滑动和运动。当被联接件间有相对滑动时，预紧力便转化为摩擦力，防止其运动，因此需要较大的预紧力。 铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接螺杆部分直径与其孔之间的基本尺寸一样,是过渡配合（不是间隙配合）。当被联接件间有相对滑动时，依靠螺栓本身的抗剪作用，防止其运动，因此

5、只需要较小的预紧力 2、双头螺柱联接 用于有一联接件较厚，并经常装拆的场合，拆卸时只需拧下螺母即可。3、螺钉联接 用于有一联接件较厚，且不需经常装拆的场合。4、紧定螺钉联接 螺钉末端顶住另一零件的表面或相应凹坑，以固定两个零件的相互位置，并可传递不大的力或力矩。特殊联接：地脚螺栓联特殊联接：地脚螺栓联接接 , 吊环螺钉联接吊环螺钉联接二、螺纹二、螺纹紧固件紧固件的性能等级和材料的性能等级和材料1、螺栓等：十个性能等级，如：3.6、4.6、4.8、材料性能可按不同的性能等级选择2、螺母性能等级按螺母高度不同有两类螺栓与螺母等级之间的相配关系标准中也有规定，如： 3.6、4. 6、4.8-4 8.

6、8-8一般的螺栓是用X.Y表示强度的， X*100=此螺栓的抗拉强度， X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度 （因为按标识规定：屈服强度/抗拉强度=Y/10） 如4.8级 则此螺栓的 抗拉强度为：400MPa 屈服强度为：400*8/10=320MPa2 2 螺栓联接的拧紧与防松螺栓联接的拧紧与防松一、螺栓联接的拧紧一、螺栓联接的拧紧受载之前拧紧螺母预紧力F预紧联接刚度防松能力紧密性1、拧紧力矩T=？以螺母分析：T=T1+T2螺母与支承面间的摩擦阻力矩螺纹副间的摩擦力矩F/2F/2d)螺栓和被联接 件所受预紧力e)计算螺母承压面 力矩用的符号FF/2F/2FD1d1螺栓所受的螺纹力矩T1

7、=T3+T4在螺纹力矩的作用下，螺纹副间有圆周力Ft的作用，螺栓受到预紧力F头部的承压面力矩夹持力矩.d2FtFFtT1 螺纹力矩的计算: VtdFdFTtan22221T2 螺母支承面摩擦力矩： 20213031231dDdDFrFT2)tan(2dFvdFkTTTt 21kt拧紧力矩系数，一般取kt=0.2简化公式：简化公式：, ddFT2 . 02、控制T的方法T F 拉断、滑扣T不能满足工作要求控制T的大小一般情况凭经验，拧紧即可。方法：测量螺栓伸长量： （大型螺栓联接）定力矩扳手测力矩扳手 采用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力，准确性较差，也不适用与大型的螺栓联接。为此，可以采用测量

8、螺栓伸长量的方法来控制预紧力。（计算机，传感器）测量螺栓伸长量测量螺栓伸长量3、严格控制预紧力时不宜采用小于M12M16的螺栓标准扳手长度L=15d，若拧紧力为F，则： T=FL=15dF=0.2Fd F=75F若F=200N，则F=15000N。 小于M12，则易拉断。二、防松二、防松1、螺纹联接按自锁条件设计： v。 静载下不会自行松脱。2、松动原因冲击、振动、变载荷温度变化较大时螺旋副摩擦力Ff减小或瞬时消失松动3、防松方法防松的根本问题：防止螺旋副相对转动。按防松原理不同，分为三类：a ）摩擦防松 利用摩擦力防松的原理是：在螺纹副中产生正压力，以形成阻止螺纹副相对转动的摩擦力。这种防松

9、方法适用于机械外部静止构件的联接，以及防松要求不严格的场合。一般可采用弹簧垫圈或双螺母等来实现螺纹副的摩擦力防松。 机械方法防松是采用各种专用的止动元件来限制螺纹副的相对转动。这种防松方法可靠，但装拆麻烦，适用于机械内部运动构件的联接，以及防松要求较高的场合。b ）机械防松（直接锁住）c ）破坏螺纹副关系 破坏螺纹副防松是在螺纹副拧紧之后，采用某种措施使得螺纹副变为非螺纹副而成为不可拆联接的一种防松方法，适用于装配之后不再拆卸的场合。下螺母上螺母螺栓对顶螺母a ）摩擦防松自锁螺母 在两个螺母拧紧之后，利用两个螺母之间所产生的对顶作用，使螺栓始终受到附加的轴向拉力，而螺母则受压，增大了螺纹之间的

10、摩擦力和变形，从而达到防止螺母自动松脱的目的。弹簧垫圈开口方向：斜向右下方开口销与槽形螺母b ）机械防松（直接锁住）拧紧螺母时，垫圈被压平后的弹性力使螺纹副纵向压紧。注意金属丝穿入方向串联金属丝正确不正确c ）破坏螺纹副关系不可拆联接胶接冲点焊住3 3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算单个螺栓联接的受力分析和强度计算螺栓联接受拉螺栓受剪螺栓松联接：不拧紧，无预紧力F，仅受工作载荷F紧联接：需拧紧仅受预紧力F同时受预紧力F和工作载荷F失效分析及计算准则失效分析及计算准则失效形式失效形式静载荷下，失效形式主要为螺纹牙的塑性变形和断裂，变载荷下，失效形式为应力集中处的疲劳断裂。受拉螺栓受拉螺栓计算准

11、则满足螺栓的拉伸强度条件。失效部位失效部位受剪螺栓受剪螺栓失效形式失效形式 螺杆或通孔孔壁的压溃或螺杆被剪断。计算准则 满足螺栓的挤压强度和剪切强度条件。一、受拉螺栓联接一、受拉螺栓联接对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。65%20%15%危险截面面积由计算直径dc确定：dc=d1-H/6，H0.866p；其中：d1、p分别为螺纹小径和螺距。 H为螺纹牙形的三角形高度1、松联接只受静载荷，仅受轴向工作拉力F。失效：拉断强度条件：4/2cdFMPa 校核式式中：dc危险截面计算直径许用应力， = sSs，见表6.3（P110）。4Fdcmm 设计式查机械零件设计手册

12、，选螺栓,得到螺栓的公称直径2、受拉紧螺栓联接（1）只受预紧力F的紧联接（受横向载荷时螺栓必须拧紧）外载荷FR对螺栓为横向力靠摩擦力传递a. FR作用下，板不滑移：FRFf，而FfF。b. 按F计算： F为螺栓轴向负荷拉应力c. 拧紧过程中，在T1作用下螺栓受扭产生T4/)tan(216/2/)tan(22321cvccvTTdFddddFWT分析：螺栓在整个过程中所受的最多的力：F，T1FFFRFRTT1FF4/2cdF对于M10M64的普通螺纹，取d1、d2和的平均值，并取：tgv = 0.15 ,则 T0.53 . 1322Tc校核式即：4/3 . 12ccdF1.3意义：紧联接时，将拉

13、应力增大30%以考虑拧紧力矩的影响。3 . 14Fdcmm 设计式3 . 1322Tcd. 危险截面上受复合应力（ 、 T）作用强度准则螺栓为塑性材料第四强度理论。当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，采用套筒、键、当所需预紧力很大时，为了减小螺栓尺寸，采用套筒、键、销来承受横向载荷。销来承受横向载荷。用抗剪件来承受横向载荷汽缸盖的连接汽缸盖的连接（2）受预紧力F和轴向工作载荷F的紧螺栓联接FFFFFFFF0F02112TF变形协调条件变形协调条件: 1= 2= F0F+FF0=F+F预紧预紧F受载受载F螺栓螺栓被联接件被联接件拉力拉力F，伸长，伸长1压力压力F，压缩，压缩2拉力拉力F0, 伸

14、长伸长1 1 1 1压力压力F, 压缩压缩2 2未预紧未预紧 未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形各力定义1、预紧力F（拧紧螺母后，作用在螺栓上的拉力和被联件上压力）2、螺栓工作拉力F0 总拉力3、工作载荷F（对螺栓联接施加的外载荷）4、F”剩余预紧力。静力平衡条件： F0=F+F”即：螺栓总拉力等于工作载荷与剩余预紧力之和。 静不定问题，上述过程可通过力变形图表示，求解变形变形力力力力力力变形变形12121FFF0FFbc(a)(b)(c)F螺栓和被联接件的力与变形的关系螺栓刚度螺栓刚度: c1 = F/1=tgb被联接件刚度被联接件刚度: c2 = F/2 =tgc11

15、0121cFFFcFF FcccFF2122FcccFF2110螺栓相对刚度系数螺栓相对刚度系数当当c2 c1时，时，相对刚度系数相对刚度系数0， F0 F检查F”的大小求总拉力螺栓被联接件22cFF 反之，当反之，当c2 c1时，相对刚时，相对刚度系数度系数1， F0 F+F讨论：1、211ccc螺栓相对刚度系数当F、F一定时，2110cccF为螺栓受力选择不同垫片211ccc应使2、0 F：不出现缝隙。(由FcccFF 212验算)同理，考虑扭转作用，强度条件为：校核式4/3 . 120ccdF3 . 140Fdcmm 设计式F无变化时，F=(0.2-0.6)F; F有变化时F=(0.6-

16、1.0)F；压力容器的紧密联接F=(1.5-1.8)FFcccFF2110FcccFF212F1o时间o工作载荷变化2力F变形螺栓拉力变化c1+c2c1Fc2c1+c2F2F1F2F12F02-F01F01F02若工作载荷为变载荷：当工作载荷在F1F2变化时，螺栓总拉力在F01F02之间变化变载荷下螺栓失效：Fa作用下的疲劳拉断Fa拉力变幅：21112010222CCCFFFFFa)(2211212acaCCCdFF应力幅：螺栓许用应力幅（P110）表6.3即：变载荷下螺栓，应力幅越小，疲劳强度越高。疲劳强度：疲劳强度： 二、受剪螺栓联接二、受剪螺栓联接栓杆或孔壁被压溃栓杆被剪断主要失效形式：

17、假设挤压应力分布）挤压应力分布螺栓被挤压挤压破坏剪断破坏图 6.8 受 剪 螺 栓 联 接受剪螺栓联接被联接件hhFR12d21剪断破坏挤压破坏被连接件FRa)受剪螺栓联接b)螺栓被挤压二、受剪螺栓联接二、受剪螺栓联接1、失效形式： 剪断、接触表面压溃。2、螺栓剪切强度条件4/2dmFsd杆抗剪面直径m抗剪面数目许用剪应力3、挤压强度条件psphdFh对象受压高度；p许用挤压应力，表6.4，取弱者计算；设螺栓所受的剪力为Fs4 4 螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析一、思路一、思路联接结构形式、外载荷类型 螺栓受力 找出受载最大螺栓按单个螺栓联接的计算方法计算二、基本假定二、基本假定1、

18、被联件为刚体；2、各螺栓刚度相同；3、各螺栓F相同； 4、变形在弹性范围内；1受横向载荷3受轴向载荷4受倾覆力矩螺栓组联接的受载类型：FSFSOM2受转矩riOTFFS三、四种典型受载情况时的受力分析三、四种典型受载情况时的受力分析特点：载荷与螺栓轴线平行，并通过螺栓组对称中心。各螺栓组平均受载： F=FQ/z螺栓还受F F0 3 . 1420CdF工作条件：F”01、受轴向载荷的螺栓组联接PFF注：如 不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。QFQF2、受横向载荷的螺栓组联接FRFRa)用受拉螺栓联接FFFFFFFR/2FR/2（1）特点：横向载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组对称中心

19、。（2）承载方式：形闭合：受剪螺栓（靠杆的剪切与挤压承载）力闭合：受拉螺栓（由F在结合面产生的摩擦力承载）FRFRb)用受剪螺栓联接Fs/2Fs/2Fs/2FsFs/2FsFR/2FR/2（3）受力分析a 、受拉螺栓工作条件：zmFkFsRf按仅受F的紧联接计算。 式中：s 结合面的摩擦系数； z 螺栓个数； m 结合面数目，图中m=2； kf可靠系数（防滑系数）， kf=1.11.5；FRFRa)用受拉螺栓联接FFFFFFFR/2FR/2设计单个螺栓时，需要知道F，而工作时必须是摩擦力要大于等于FR。对于多个螺栓连接，将FR均匀分布到每个螺栓上，则单个螺栓所受到的横向工作载荷等于FR /zz

20、FkmFRfs/ 然后按单个螺栓连接时的计算进行设计与校核FRFRb)用受剪螺栓联接Fs/2Fs/2Fs/2FsFs/2FsFR/2FR/2b、受剪螺栓假定每个螺栓受载相同，则工作条件：RsFFzzFFRS/剪切计算挤压计算3、受旋转力矩T的螺栓组联接特点：在转矩T作用下，底板有绕螺栓组形心轴线O-O旋转的趋势。横向力受拉螺栓受剪螺栓摩擦力承载，各螺栓处产生相等的摩擦力Fs（a）受拉螺栓联接工作条件：TkrFrFrFfzsss21ziisfzsfrTkrrrTkF121)(（b）受剪螺栓联接 靠剪切和挤压承载，各螺栓在T作用下受横向力Fs。问题：Fs1= Fs2= = Fsz ？即Fsi与ri

21、成正比：zszssrFrFrF2211或isisrFrFmaxmax工作条件： Fs1r1+ Fs2r2+ + Fszrz= T变形协调条件：底板视为刚体，ri剪切变形量 Fsir越大，Fs越大，离O越远，受的挤压力也越大。maxmaxrrFFissi代入工作条件中：ziizsrTrrrrTrF12max22221maxmax4、受翻转力矩M（倾覆力矩）的螺栓组联接特点：在M作用下，底板有绕螺栓组形心轴翻转的趋势。作用M前：各螺栓受相同F作用M后：左侧：F拉(不均匀)， 右侧：F压(不均匀) F工作条件：MrFrFrFzz2211变形协调条件：maxmax2211rFrFrFrFzzziizr

22、rMrrrrMF12max22221maxmax其它条件：附加校核讨论：设计时，如何布置螺栓更合理？实际应用可转化为上述四种状态的不同组合：分别计算 迭加横向载荷和旋转力矩F轴向载荷和翻转力矩F0F强度计算左侧不出现缝隙右侧边缘不压溃5 5 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施1、机理工作时，螺栓受拉，p螺母受压，p两者产生螺距差一、改善螺纹牙间受力分配一、改善螺纹牙间受力分配第一圈：p最大，受力最大第810圈后几乎不受力各圈受载不均从降低螺栓的负担、提高螺栓的能力上入手，提高螺纹联接强度 采用加高螺母不能提高联接强度。2、办法采用受拉螺母（变形一致） 减小螺栓螺母螺距变化差二、减小附

23、加弯曲应力二、减小附加弯曲应力螺纹牙根弯曲应力断裂螺纹孔不正、被联件表面不平、发生变形等。引起附加弯曲应力因素：a)螺栓受偏心载荷eFb)被联接件刚度不够a)采用球面垫圈抗弯力偶e)采用环腰d)采用沉头座b)采用斜垫圈c)采用凸台措施：垫圈、凸台、沉孔等。三、减轻应力集中三、减轻应力集中收尾：退刀槽；增大牙根处过渡圆角半径。四、降低应力幅四、降低应力幅 a amax 一定时：a疲劳强度当F、F”不变时： c1 或 c2。减小螺栓刚度的措施： 1）螺栓长度 2）光杆直径 3）采用柔性螺栓1、降低螺栓刚度c1 1 26.7 6.7 螺栓组结构设计要点螺栓组结构设计要点1、 结合面几何形状力求简单（

24、矩、圆、三角），且螺栓组的对称中心与结合面形心重合，结合面受力均匀。3、 分布在同一圆周上的z应取偶数（4、6、8），便于分度划线。4、 避免附加弯曲载荷：凸台、沉孔、斜垫圈等。5、 螺栓排列应有合理间距、边距、扳手空间。6、 合理防松方法。2、 螺栓组受力合理：螺栓布置应尽量远离对称中心，铰制孔螺栓组8个；同时承受轴向、横向载荷时，可采用抗剪元件承受横向力，d。谢谢大家的努力！作业：作业与练习：2、3、4、5一般的螺栓是用X.Y表示强度的， X*100=此螺栓的抗拉强度， X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度 （因为按标识规定：屈服强度/抗拉强度=Y/10） 如4.8级 则此螺栓的 抗

25、拉强度为：400MPa 屈服强度为：400*8/10=320MPa 1 1.螺栓性能等级为4.8的中碳钢的屈服极限是多少？2.受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力为15000N，当受轴向工作载荷为10000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。例例1 1图示为一固定在钢制立柱上的铸铁托架。试设计此螺栓组联接。, 2 . 1,15. 0,240,50, 5 . 1, 4,48000fsaskMpSZNP已知： PxPy2.向形心平移1.对力分解TxTy解：1.螺栓组结构设计 采用如图所示的结构，螺栓数Z=4，对称布置 NaPPx367750sin4800

26、sin0NaPPy308550cos4800cos0横向力（作用于接合面，垂直向下）倾覆力矩（顺时针方向）mmNPPMyx71005. 11501602）在轴向力Px的作用下，各螺栓所受的工作拉力为：NZPFx919436771 1）在工作载荷P的作用下，螺栓组联接承受以下各力和倾覆力矩的作用：2.螺栓受力分析轴向力（作用于螺栓组中心，水平向右）3）在倾覆力矩M的作用下，上面两螺栓受到加载作用，而下面两螺栓受到减载作用，故上面的螺栓受力较大，所受的载荷为：NLMLFZii1877)1414(21401005. 122712maxmax故上面的螺栓所受的轴向工作载荷为：NFFF279618779

27、19max14）在横向力Py的作用下，底板联接接合面可能产生滑移，根据底板接合面不滑移的条件ZPkmFyfs/ xPcccFF212 NF6520求得已知，P107页得螺栓相对刚度系数取0.2-0.3.在此可选0.2.fsk,NFcccFF707927962 . 0652021105）螺栓所受的总拉力F03.确定螺栓直径螺栓的许用应力： MPaSs1605 . 1240求螺栓危险截面的直径： mmFdc6 . 81601416. 370793 . 143 . 140求出螺栓d1,选择螺栓。可选用螺纹公称直径d=12mm的螺栓。4. 校核螺栓组联接接合面的工作能力（教材没介绍此项内容）5. 校核

28、螺栓所需的预紧力是否合适（教材没介绍此项内容）1） 联接接合面下端的挤压应力不超过许用值，以防止接合面压碎。2） 联接接合面上端应保持一定的残余预紧力，以防止托架受力时接合面间产生间隙，即0minp复习思考题复习思考题1.将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细有什么好处？2.分析活塞式空气压缩机气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力、最小应力如何得出？当气缸内的最高压力提高时，它的最大应力、最小应力将如何变化？3.如下图所示，底板螺栓组联接受外力F时，外力F 作用在包含X轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？保证联接安全工作的必要条件

29、有哪些？4.如下图所示，两块边板和一块承受板焊成的龙门起重机导轨托架。两块边板各有4个螺栓与立柱联接，托架所承受的最大载荷为20KN,载荷有较大的变动，试问：此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺检联接为宜？为什么？5.已知一个托架的边板用6个螺栓与相领的机架相联接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行，距离为250mm,大小为60KN的载荷作用。现如下图所示两种螺栓布置型式，设采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种布置型式所用的螺栓直径较小？为什么？1.将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细有什么好处？ 答：联接螺栓的光杆部分做得细些可以使螺栓的刚度降低。而根据理论与实践可知，受轴向变载

30、荷的紧螺栓联接，在最小应力不变的条件下，应力幅直菠，则螺栓越不容易发生疲劳破坏，联接的可靠性越高。根据公式6.10可知，当螺栓的刚度c1降低时，可使受变载荷作用的螺栓总拉力的应力幅减小。2.分析活塞式空气压缩机气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力、最小应力如何得出？当气缸内的最高压力提高时，它的最大应力、最小应力将如何变化？ 答：螺栓的预紧力是确定的，而联接件和被联接件的刚度一定，则工作载荷最大时应力最大，工作载荷最小时应力最小。最大总拉力为F2max=F+c1Fmax/(c1+c2),则最大应力为41.3F2max/(dc2);最小总拉力为F2min=F+c1Fmin/(c1+

31、c2),则最小应力为41.3F2min/(dc2);当气缸内的最大压力提高时，最大应力也将提高。最小应力不变。3.如下图所示，底板螺栓组联接受外力F时，外力F 作用在包含X轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？保证联接安全工作的必要条件有哪些？答：载荷可以向螺栓组中心简化为轴向力及逆时针的倾覆力矩、横向力及顺时针的倾覆力矩。由于在轴向力和横向力的作用下每螺栓受力是一样的，具体哪个螺栓受力最大要看两个不同方向倾覆力矩的大小。即若M1=F sinlM2=F cosh,则右侧螺栓1和1受力最大。相反M1M2,则螺栓左侧1和1螺栓受力最大。而当M1=M2时，

32、则所有螺栓受力相同。4.如下图所示，两块边板和一块承受板焊成的龙门起重机导轨托架。两块边板各有4个螺栓与立柱联接，托架所承受的最大载荷为20KN,载荷有较大的变动，试问：此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺检联接为宜？为什么？答：载荷可以向螺栓组对称中心简化得一横向载荷和转矩，即螺栓组联接受横向载荷和转矩联合作用。由于载荷有较大变动，若采用普通螺栓联接，必须依靠接合面的摩擦力来抵抗横向载荷和转矩。而摩擦力是不稳定的，为了保证联接的可靠性，就必须加大预紧力以增大摩擦力。预紧力的加大意味着螺栓直径的加大。所以用铰制孔螺栓联接较为适宜。5.已知一个托架的边板用6个螺栓与相领的机架相联接。托架受一

33、与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行，距离为250mm,大小为60KN的载荷作用。现如下图所示两种螺栓布置型式，设采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种布置型式所用的螺栓直径较小？为什么？ 分析：将载荷P=60KN向螺栓组形心简化可得横向载荷P和转矩T,因采用铰制孔螺栓联接，螺栓拧紧后靠挤压和剪切来抵抗横向载荷和转矩。在横向载荷作用下各螺栓所受的剪切力和挤压应力相同。在转矩作用下，各螺栓所受的横向工作剪力与该螺栓轴线到螺栓组对称中心O的连线相垂直，距螺栓组对称中心O越远，螺栓的剪切变形量越大，其所受的工作剪力也越大。必须确定出两种不同布置方式中各自受力最大螺栓及其所受的力。结果a)中的布置型式所用的螺栓

34、直径较小。Thanks!例例2.2.图示是由两块边板焊成的龙门式起重机导轨托图示是由两块边板焊成的龙门式起重机导轨托架。两块边板各用架。两块边板各用4 4个普通螺栓与立柱（工字钢）个普通螺栓与立柱（工字钢）相联接，支架所承受的最大载荷为相联接，支架所承受的最大载荷为20000N20000N，K Kf f1.21.2，s s0.150.15，螺栓的精度等级为，螺栓的精度等级为5.65.6级，试求级，试求螺栓的计算直径。螺栓的计算直径。向承重板边板立柱判断题判断题1. 用于薄壁零件联接的螺纹，应采用三角形细牙螺纹。A.正确B.错误 2. 选取螺纹联接件时，若螺栓的性能等级为4.6，则选择性能等级为

35、5的螺母与之相配合是可行的。A.正确B.错误 3. 铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与通孔的配合多为过渡配合。A.正确B.错误 4. 在受轴向变载荷的紧螺栓联接中，已知预紧力F0=8000N，轴向工作载荷Fmin=0,Fmax=4000N，若螺栓和被联接件刚度C1=C2=1。则在最大工作载荷下，被联接件的残余预紧力F1=4000N。A.正确B.错误 AAAB 单项选择题单项选择题1. 常用螺纹的牙形有三角形、矩形、梯形和锯齿形等，其中用于联接和用于传动的牙形分别为( )。A.第一种和第三种B.第二种和第三种C.第三种和第一种 2. 在螺纹联接常用的防松方法中，当承受冲击或振动载荷时，无效的方法是(

36、)。A.采用开口销与六角开槽螺母B.采用胶接或焊接的方法 C.设计时使螺纹联接具有自锁性能 3. 承受轴向拉伸工作载荷的紧螺栓联接，设预紧力为F0，工作载荷为F，则螺栓承受的总拉力F2( )。A.小于F0+FB.等于F0+FC.大于F0+F 4. 普通螺纹联接中的松联接和紧联接之间的主要区别是：松联接的螺纹部分不承受( )。A.拉伸作用B.扭转作用C.弯曲作用ACAB 钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。螺

37、栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。例如： 性能等级4.6级的螺栓，其含义是： 1、螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级； 2、螺栓材质的屈强比值为0.6； 3、螺栓材质的公称屈服强度达4000.6=240MPa级 性能等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到： 1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级； 2、螺栓材质的屈强比值为0.9； 3、螺栓材质的公称屈服强度达10000.9=900MPa级 螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。 强度等级所谓8.8级

38、和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9GPa 8.8 公称抗拉强度800N/MM2 公称屈服强度640N/MM2 一般的螺栓是用X.Y表示强度的， X*100=此螺栓的抗拉强度， X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度 （因为按标识规定：屈服强度/抗拉强度=Y/10） 如4.8级 则此螺栓的 抗拉强度为：400MPa 屈服强度为：400*8/10=320MPa 1 , 能自锁10-11030 0.1 0.15MMf 例计算粗牙普通螺纹和的螺旋升角，并说明能否自锁（）。2 (1) 101.59.026MPmmdmm解：螺纹升角 ，1021.53.039.026Parct

39、garctgd268664.103MPmmdmm，3023.52.3027.727Parctgarctgd(2) 30 0.12f自锁性能0.16.59coscos30farctgarctg0 122350.080.116.613 50% 12cwMQffdmmdmm例10-2已知螺栓用制成， ，欲使螺母拧紧后螺杆的拉力达到材料屈服极限的。求： ）拧紧力矩； ）能否自锁。0.01 6.59coscos30farctgarctg 解2212: 1.75 , 10.863, 10.106MPmmdmmdmm21.752.9410.863Parctgarctgd , 具有自锁性22110.10623

40、59420424 2sadFmm10.86394202.946.59219.05tgN m（）16.6+13+0.159420422acafF dTtgf F r（）2241601.64.02 kN4 8EpDFz（）201.6/160pN mmDmmD例10-4 已知油缸壁厚10mm,，。 设计螺栓联接和。8z 暂取1.82.8 4.0211.3 kNaEEFFF2360 120 N/mm3sS有紧密性要求的联接有紧密性要求的联接 取取FR=1.8解解：（1）计算）计算FE（2）计算）计算Fa（3）求）求d螺栓选用螺栓选用45钢，钢， s = 360N/mm，S = 3 0220mmD 取2

41、1.6/mm77 16112 mmpNld314 1.34 1.3 11.3 1012.5 mm 120aFd 取取M16螺栓，螺栓，d1 =13.835mm，查表，查表10-7所取所取S = 3 正确。正确。（4）确定）确定022 101602163 6 2 10 218 224 mmDDe （）022086.4 mm8DlZe螺栓间距螺栓间距l自测练习题：错误太多1.采用普通螺栓联接的凸缘联轴器，在传递转矩时，A.螺栓的横截面受剪切 B.螺栓与螺栓孔配合面受挤压C.螺栓同时受剪切与挤压 D.螺栓受拉伸与扭转作用2.当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性

42、能A.好 B.差 C.相同 D.不一定3.用于联接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹A.牙根强度高，自锁性能好 B.传动效率高 C.防振性能好 D.自锁性能差4.若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的 A.螺距和牙型角 B.升角和头数 C.导程和牙形斜角 D.螺距和升角5.对于联接用螺纹，主要要求联接可靠，自锁性能好，故常选用 A.升角小，单线三角形螺纹 B.升角大，双线三角形螺纹 C.开角小，单线梯形螺纹 D. 升角大，双线矩形螺纹自测练习题：6.用于薄壁零件联接的螺纹，应采用，()A.三角形细牙螺纹 B.梯形螺纹C.锯齿形螺纹 D.多线的三角形粗牙螺纹7.当

43、铰制孔用螺栓组联接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓()A.必受剪切力作用 B.必受拉力作用 C.同时受到剪切与拉伸 D.既可能受剪切，也可能受挤压作用8.计算紧螺栓联接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的倍()A.1.1 B.1.3 C.1.25 D.0.39.在螺栓联接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是() A.提高强度 B.提高刚度 C.防松 D.减小每圈螺纹牙上的受力10.在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了() A.提高强度 B.提高刚度 C.外形美观 D. 降低成本自测练习题：11.预紧力为F的单个紧螺栓联接，受到轴向

44、工作载荷F作用后，螺栓受到的总拉力F0F+F ()A.大于 B.等于 C.小于 D.大于或等于12.在螺栓联接设计中，若被联接件为铸件，则有时在螺栓孔处制做沉头座孔或凸台，其目的是 ()A.避免螺栓受附加弯曲应力作用 B.便于安装 C.为安置防松装置 D.为避免螺栓受拉力过大13.若要提高轴向变载荷作用的紧螺栓的疲劳强度，则可 ()A.在被联接件间加橡胶垫片 B.增大螺栓长度 C.采用精制螺栓 D.加防松装置14.有一单个紧螺栓联接，要求被联接件接合面不分离，已知螺栓与被联接件的刚度相同，螺栓的预紧力为F，当对联接施加轴向载荷，使螺栓的轴向工作载荷F与预紧力F相等时，则 () A.被联接件发生

45、分离，联接失效 B.被联接件将发生分离，联接不可靠 C.联接可靠，但不能再继续加载 D.联接可靠，只要螺栓强度足够，可继续加载，直到轴向工作载荷F接近但小于预紧力的两部。自测练习题：15.对于受轴向变载荷作用的紧螺栓联接，若轴向工作载荷F在0-1000N之间循环的变化，则该联接螺栓所受拉应力的类型为A.非对称循环应力 B.脉动循环变应力 C.对称循环变 应力 D.非稳定循环变应力16.对于紧螺栓联接，当螺栓的总拉力F2和残余预紧力F1不变，若将螺栓由实心变成空心，则螺栓的应力幅与预紧力会发生变化，A. 应力幅增大，预紧力应适当减小 B.应力幅增大，预紧力应适当增大 C.应力幅减小，预紧力应适当

46、减小 D.应力幅减小，预紧力应适当增大 17.螺纹升角增大，则联接的自锁性，传动的效率，牙型角增加，则螺纹的自锁性，传动的效率 (C A A C)A.提高 B.不变 C.降低18. 一螺纹联接，螺栓与被联接件的刚度相同且tanm=tanb=1,若保证残余预紧力F”等 于预紧力F的1/2,则该螺纹联接所能随的最大轴向工作载荷Fmax的大小为 A.F B.1/2F C.3/2F D.21/2/2F 自测练习题：1.为什么螺纹联接常需要防松？按防松原理，螺纹联接的防松方法可分为哪几类？试举例说明。2.降低螺栓刚度及增大被联接刚度的具体措施有哪些？3.对于受轴向变载荷作用的螺栓，可以采用哪些措施来减小

47、螺栓的应力幅？。FFF:A02FCCCFF:Bmbb12FCCCFF:Cmbm02FFF:D122、承受预紧力和工作拉力F的紧螺栓连接，螺栓的总拉力F2应如何计算？ ( ) F1残余预紧力；Cb螺栓的刚度；Cm被连接件的刚度。六、螺纹联接的结构设计六、螺纹联接的结构设计1.1. 避免螺栓承受附加的弯曲应力避免螺栓承受附加的弯曲应力2. 2. 合理安排成组螺栓的平面位置合理安排成组螺栓的平面位置 相邻螺栓的中心距一般应小于 （d为螺栓的公称直径），具有密封要求的螺栓中心距一般不应大于 。 螺栓之间及螺栓与机体之间要留有足够的扳手空间，扳手转动角度应大于 。d10d7o60 安排一组螺栓的平面位置和数目时， 力求各螺栓受力均匀，便于加工和装配。同一圆周上的螺栓数目，应采用3、4、6、8、12等数，以便分度和划线。原因原因 螺栓的附件应力螺栓的附件应力(a) 支承面不平支承面不平(b) 螺母孔不正螺母孔不正(c) 被