上海工程技术大学机械设计A复习题第五章螺纹连接和螺旋传动

1、第二篇第二篇 连连 接接1连接的类型连接的类型形锁合：形锁合：铰制孔螺栓连接、键连接铰制孔螺栓连接、键连接摩擦锁合：摩擦锁合：受横向载荷的紧螺栓连接受横向载荷的紧螺栓连接、过盈连接、过盈连接材料锁合：胶接、焊接材料锁合：胶接、焊接连接原理连接原理可拆连接：可拆连接：螺纹连接、键连接螺纹连接、键连接、销连接、销连接不可拆连接：不可拆连接：铆接、焊接、胶接铆接、焊接、胶接可拆性可拆性连接的设计要求连接的设计要求1）强度要求）强度要求2）刚度条件）刚度条件3）紧密性要求）紧密性要求4）经济性要求）经济性要求2连接的选择：连接的选择：1）板件和板件：螺纹连接、焊接、铆接或胶接）板件和板件：螺纹连接、焊

2、接、铆接或胶接2）杆件和杆件：螺纹连接或焊接）杆件和杆件：螺纹连接或焊接3）轴与轮毂：键、花键或过盈连接）轴与轮毂：键、花键或过盈连接4）轴与轴：联轴器或离合器）轴与轴：联轴器或离合器第五章第五章 螺螺纹连接纹连接和螺旋传动和螺旋传动5-1 螺纹螺纹5-2 螺纹连接的类型和标准联接件螺纹连接的类型和标准联接件5-3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松5-5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算5-7 螺栓连接件的材料及许用应力螺栓连接件的材料及许用应力5-8 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施5-9 螺旋传动螺旋传

3、动3螺纹的形成螺纹的形成d2螺纹螺纹45-1 螺螺 纹纹工件工件卡盘卡盘车刀车刀5螺纹加工方法螺纹加工方法开始退刀开始退刀退出车刀退出车刀车刀车刀车刀车刀内退刀槽内退刀槽外退刀槽外退刀槽退刀纹退刀纹螺纹收尾螺纹收尾6螺纹旋向：左旋螺纹和螺纹旋向：左旋螺纹和右旋螺纹右旋螺纹右旋右旋左旋左旋71. 螺纹的类型和应用螺纹的类型和应用89 传动螺纹传动螺纹普通螺纹普通螺纹管螺纹管螺纹矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹连接螺纹连接螺纹螺纹牙型螺纹牙型普普通螺通螺纹纹按螺距按螺距可可分为分为粗粗牙牙和和细牙，内外螺纹旋合后有细牙，内外螺纹旋合后有径向间隙径向间隙细牙螺纹细牙螺纹螺距小，升

4、角小，自锁性能好，强螺距小，升角小，自锁性能好，强度高，主要用于细小、薄壁件或受冲击、振动或变载荷度高，主要用于细小、薄壁件或受冲击、振动或变载荷的场合。的场合。普通螺纹（普通螺纹（M）6010管螺纹为管螺纹为英制细牙螺纹英制细牙螺纹，基准直径基准直径为管子的为管子的外螺纹大径外螺纹大径，内外螺纹旋合后内外螺纹旋合后无径无径向间向间隙隙。非螺纹密封的管螺纹（非螺纹密封的管螺纹（G）5511螺螺纹分布在纹分布在1:16的圆锥管壁的圆锥管壁上，内上，内外螺纹配合时没有间隙外螺纹配合时没有间隙，密封简单。密封简单。螺纹密封的管螺纹（螺纹密封的管螺纹（R）5512矩形螺纹为矩形螺纹为非标准螺纹非标准螺

5、纹，标注时应注出大径、小径和螺距。，标注时应注出大径、小径和螺距。牙牙型为正方形，牙厚是螺距的一型为正方形，牙厚是螺距的一半。半。矩形螺纹矩形螺纹13牙牙型为等腰梯型，牙型角为型为等腰梯型，牙型角为30 ，传动，传动效率比矩效率比矩形螺纹低，但形螺纹低，但牙牙根强度高，对中性好。根强度高，对中性好。梯形螺纹（梯形螺纹（Tr）3014牙型为不等腰梯形，工牙型为不等腰梯形，工作面的作面的牙侧角牙侧角为为3 ，非工作面的，非工作面的牙侧角牙侧角为为30 ，只能，只能 用于单向传动用于单向传动。锯齿形螺纹（锯齿形螺纹（B）30315螺纹的牙型螺纹的牙型矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹15锯齿形螺纹锯齿

6、形螺纹303三角形螺纹三角形螺纹3016连连接接螺螺纹纹传传动动螺螺纹纹MGTrB粗牙粗牙细牙细牙管螺纹管螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形锯齿形 螺纹螺纹普通普通螺纹螺纹最常用的连接螺纹最常用的连接螺纹用于细小、薄壁零件用于细小、薄壁零件用于管路、旋塞和阀门用于管路、旋塞和阀门最常用的传动螺纹。最常用的传动螺纹。只能单方向受力。只能单方向受力。螺纹种类螺纹种类特征特征代号代号外形图外形图用途用途171）大径）大径（公称直径）（公称直径） d ：与外螺纹牙顶（或内螺纹牙底）与外螺纹牙顶（或内螺纹牙底）相切的假想圆柱体的直径。相切的假想圆柱体的直径。2）小径）小径d1：与外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）相切的

7、假想圆与外螺纹牙底（或内螺纹牙顶）相切的假想圆柱体的直径。柱体的直径。小径小径牙底牙底牙底牙底牙顶牙顶牙顶牙顶大径大径2. 螺纹的主要参数螺纹的主要参数18外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹牙顶牙顶牙底牙底牙底牙底牙顶牙顶大径大径 D，d小径小径D1，d1中径中径D2，d23） 中径中径d2：通过螺纹轴截面内牙型上的沟槽和凸起宽通过螺纹轴截面内牙型上的沟槽和凸起宽度相等处的假想圆柱的直径。度相等处的假想圆柱的直径。194）线数）线数n：螺纹的螺旋线数目。：螺纹的螺旋线数目。单线螺纹：单线螺纹：沿一根螺旋线形成的螺纹。沿一根螺旋线形成的螺纹。多线螺纹：多线螺纹：沿两根或两根以上的轴向等沿两根或两根以上的轴

8、向等距分布螺旋线形成的螺纹。距分布螺旋线形成的螺纹。单线螺纹单线螺纹双线螺纹双线螺纹205）螺距）螺距P：相邻两牙相邻两牙在在中径线中径线上对应两点间的上对应两点间的轴向距离轴向距离。6）导程）导程 Ph ：同一螺旋线同一螺旋线上相邻两牙在上相邻两牙在中径线中径线上对应两点上对应两点的的轴向距离轴向距离，Ph= nP。单线螺纹：单线螺纹： Ph= P多线螺纹：多线螺纹：Ph= nP=导程导程螺距螺距螺距螺距导程导程217）螺纹升角）螺纹升角 ：在中径圆柱在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。纹轴线的平面间的夹角。22harctanarctandnPdP

9、225-1 螺纹8）牙型角）牙型角：在轴向截面内螺纹牙在轴向截面内螺纹牙型两侧边的夹角。型两侧边的夹角。 牙型侧角牙型侧角：螺纹牙型一侧边与螺螺纹牙型一侧边与螺纹轴线的垂直平面之间的夹角。纹轴线的垂直平面之间的夹角。9）接触高度）接触高度h：内、外螺纹旋合后内、外螺纹旋合后接触面的径向高度。接触面的径向高度。23 大径线画粗实线大径线画粗实线 倒角圆不画倒角圆不画小径圆约画小径圆约画3/4圈圈小径线画细实线且画小径线画细实线且画到倒角内到倒角内小径小径0.85d螺纹终止线画螺纹终止线画粗实线粗实线大径大径螺纹终止线画一小段螺纹终止线画一小段剖面线画到大径线剖面线画到大径线小径小径AAAA24外

10、螺纹画法外螺纹画法螺纹终止线螺纹终止线 大径线画细实线大径线画细实线 小径线画粗实线小径线画粗实线 倒角圆不画倒角圆不画大径圆约画大径圆约画3/4圈圈剖面线画到小径线剖面线画到小径线AAAA25内螺纹画法内螺纹画法螺纹连接的画法螺纹连接的画法AA内、外螺纹剖面线方向相反内、外螺纹剖面线方向相反AA旋入深度旋入深度按不剖画按不剖画26先画外螺纹先画外螺纹再画内螺纹再画内螺纹旋和部分按外螺纹画旋和部分按外螺纹画27螺纹的标记螺纹的标记特征代号特征代号公称直径公称直径 导程导程( (P螺距螺距) )旋向旋向右旋右旋左旋左旋旋合长度代号旋合长度代号长：长：L 中等：中等：N短：短：S公差带代号公差带代

11、号中径和顶径中径和顶径公差带代号公差带代号粗牙螺纹不标注螺距粗牙螺纹不标注螺距右旋螺纹不用标注旋向，左旋时则标注右旋螺纹不用标注旋向，左旋时则标注LH公差带代号按中径、顶径公差带代号顺序标注公差带代号按中径、顶径公差带代号顺序标注旋合长度为中等时，旋合长度为中等时，N可省略可省略28注意事项注意事项u中径和顶径的公差带相同时，只注一个中径和顶径的公差带相同时，只注一个u连接螺纹公称带等级：内螺纹有连接螺纹公称带等级：内螺纹有G、H两种，外螺纹有两种，外螺纹有e、f、g、h四种四种u管螺纹公称直径为管子的通径，采用英制。管螺纹公称直径为管子的通径，采用英制。u管螺纹公差等级：外螺纹有管螺纹公差等

12、级：外螺纹有A、B两级；内螺纹仅一种，两级；内螺纹仅一种，不标注。不标注。2930大径大径d20 M202 LH5g6gS螺距螺距P=2 （细牙）（细牙） 左旋左旋普通螺纹普通螺纹中径、顶径公差带代号中径、顶径公差带代号短旋合长度短旋合长度 梯形螺纹梯形螺纹 大径大径D40 长旋合长度长旋合长度 Tr4014（P7） 7H L导程导程14，螺距，螺距7，线数，线数2中径、顶径公差带代号中径、顶径公差带代号右旋右旋5-2 螺纹连接的类型和标准连接件螺纹连接的类型和标准连接件31螺栓连接螺栓连接普通螺栓连接（普通螺栓连接（受拉螺栓连接受拉螺栓连接）铰制孔用螺栓连接（铰制孔用螺栓连接（受剪螺栓连接受

13、剪螺栓连接）双头螺柱连接双头螺柱连接螺钉连接螺钉连接紧定螺钉连接紧定螺钉连接螺纹连接螺纹连接1. 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型螺栓连接螺栓连接双头螺柱连接双头螺柱连接螺钉连接螺钉连接32螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型1）螺栓连接）螺栓连接33a）普通螺栓连接）普通螺栓连接b）铰制孔用螺栓连接）铰制孔用螺栓连接34螺纹余留长度螺纹余留长度l1 静载荷：静载荷：l1 (0.30.5)d 变载荷：变载荷：l1 0.75d 冲击载荷或弯曲载荷：冲击载荷或弯曲载荷：l1 d 铰制孔用螺栓：铰制孔用螺栓：l1 d螺纹伸出长度螺纹伸出长度: a=(0.20.3)d;螺栓轴线到边缘的距离螺栓轴线

14、到边缘的距离: e=d+(36) mm通孔直径：通孔直径：d0=1.1d l1add0e螺栓连接的简化画法螺栓连接的简化画法351.5d0.2d75d0.7d 1 20.8dL(1.5-2)d2d2.2d(0.20.3d0.15d1.1d0.9dl=t1+t2+0.15d+0.8d+0.3d两被连接件的剖面线方向相反两被连接件的剖面线方向相反螺栓、垫圈、螺母按不剖画螺栓、垫圈、螺母按不剖画36螺栓长度螺栓长度t1l0.3d t2已知被连接件：板厚已知被连接件：板厚1230 mm，板宽，板宽B60 mm。螺栓螺栓 GB/T 5782-2000 24L（螺栓长度）（螺栓长度）螺母螺母 GB/T 6

15、170-2000 24垫圈垫圈 GB/T 93-1987 24螺栓的长度计算螺栓的长度计算37螺栓长度：螺栓长度： L =120.15d0.8d0.2d = 30 mm+30 mm+(0.150.80.2)24 mm = 91.2 mm将将L圆整为标准螺栓系列长度圆整为标准螺栓系列长度100 mm 螺纹部分长度螺纹部分长度L1= 2d = 224 mm = 48 mm38392）双头螺柱连接）双头螺柱连接钢或青铜钢或青铜 H=d;铸铁铸铁 H=(1.251.5)d铝合金铝合金 H=(1.52.5)dl2=(22.5)Pl3=(0.51)dael1 1Hl2l3dtHll= t +0.15d+0

16、.8d+0.3d螺柱长度螺柱长度4041设计：潘存云el1 1Hl33）螺钉连接）螺钉连接钢或青铜：钢或青铜： H=d铸铁：铸铁： H=(1.251.5)d铝：铝： H=(1.52.5)dl24）紧定螺钉连接）紧定螺钉连接42作用：作用：固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩或转矩地脚螺栓连接地脚螺栓连接吊环螺栓连接吊环螺栓连接435）其它连接形式）其它连接形式T型槽螺栓连接型槽螺栓连接4445螺栓螺栓双头螺栓双头螺栓螺钉螺钉螺母螺母垫圈垫圈2. 标准螺纹连接件标准螺纹连接件461）六角头螺栓）六角头螺栓紧定螺钉紧定螺钉一字螺钉一字螺钉十字螺钉十

17、字螺钉自攻螺钉自攻螺钉翼形螺钉翼形螺钉圆头螺钉圆头螺钉2）螺钉）螺钉473）螺母）螺母4）垫圈）垫圈六角螺母六角螺母六角开槽螺母六角开槽螺母圆螺母圆螺母平垫圈平垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈48A级：用于要求配合精确、防止振动的重要场合级：用于要求配合精确、防止振动的重要场合B级：用于受载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的场合级：用于受载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的场合C级：级：用于一般的螺纹连接用于一般的螺纹连接49螺纹连接精度等级螺纹连接精度等级螺纹规格螺纹规格d=M12，公称长度，公称长度L=80，性能等级为，性能等级为4.8级，不进级，不进行表面处理，全螺纹

18、，行表面处理，全螺纹，C级的六角头螺栓：级的六角头螺栓：螺栓标记螺栓标记螺栓螺栓 标准号标准号 螺纹规格螺纹规格有效长度有效长度50螺栓螺栓 GB/T 5780-2000 M1280螺纹规格螺纹规格D=M12，性能等级为，性能等级为10级，不经表面处理，级，不经表面处理，A级的级的六角螺母。六角螺母。 螺母标记螺母标记螺母螺母 标准号标准号 螺纹规格螺纹规格51 螺母螺母 GB/T 6170-2000 M12标准系列，公称尺寸标准系列，公称尺寸d=8，性能等级为，性能等级为140HV，不经表面处，不经表面处理的平垫圈理的平垫圈垫圈标记垫圈标记垫圈垫圈 标准号标准号 公称直径公称直径52垫圈垫圈

19、 GB/T 97.1-2000 81. 预紧目的预紧目的1）增加连接的可靠性）增加连接的可靠性2） 增加连接的紧密性增加连接的紧密性3） 防止被连接件间出现缝隙或相对滑动防止被连接件间出现缝隙或相对滑动5-3 螺纹连接的螺纹连接的预紧预紧532. 预紧力预紧力F0碳钢螺栓碳钢螺栓合金钢螺栓合金钢螺栓1S0)7 . 06 . 0(AF1S0)6 . 05 . 0(AF预紧应力不超过连接件材料屈服极限预紧应力不超过连接件材料屈服极限S的的80%。543. 拧紧力矩拧紧力矩T测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手55拧紧力矩拧紧力矩TT1为螺旋副间的摩擦阻力矩为螺旋副间的摩擦阻力矩T2为螺母与支承

20、面间的摩擦阻力矩为螺母与支承面间的摩擦阻力矩FLT 21TTT预紧力预紧力F0与拧紧力矩与拧紧力矩T)tan(2v201dFT202030300c231dDdDFfT20203030cv202132)tan(21dDdDfdFTTT56螺母与支承面间的摩擦阻力矩螺母与支承面间的摩擦阻力矩T2螺旋副间的摩擦阻力矩螺旋副间的摩擦阻力矩T1拧紧力矩拧紧力矩D0d0ddFT02 . 0dD5 . 10dd9 . 02dd1 . 10f155. 1arctanv232412 . 01 . 0f15. 0cf57M10M64的粗牙普通螺纹的粗牙普通螺纹D0d0d重要螺栓公称直径大于重要螺栓公称直径大于M1

21、2dL15FF75058预紧力预紧力F0和拧紧力和拧紧力FdFFLT02.059拧紧后螺栓长度拧紧后螺栓长度 LM=LS+F0/Cb精确控制预紧力精确控制预紧力F0图图5-11 测量螺栓伸长量测量螺栓伸长量螺栓原始长度螺栓原始长度 LS1. 防松目的防松目的根本目的：防止螺旋副的相对转动。根本目的：防止螺旋副的相对转动。2. 防松方法防松方法1）摩擦防松）摩擦防松2）机械防松）机械防松3）破坏螺旋副运动关系（铆合和冲点）破坏螺旋副运动关系（铆合和冲点）5-4 螺纹连接的螺纹连接的防松防松601）摩擦防松）摩擦防松61弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母自锁螺母自锁螺母622）机械防松）机械防松开口

22、销与六角开槽螺母开口销与六角开槽螺母63止动垫圈止动垫圈64圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈串联钢丝串联钢丝6511.5P66用冲头冲用冲头冲34点点3）破坏螺纹副运动）破坏螺纹副运动冲点法冲点法1. 螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计选定螺栓的数目及布置形式选定螺栓的数目及布置形式确定螺栓连接的结构尺寸确定螺栓连接的结构尺寸5-5 螺螺栓栓组连接的组连接的设计设计671）螺栓组连接的设计内容）螺栓组连接的设计内容接合面应为轴对称的简单几何形状接合面应为轴对称的简单几何形状螺栓的布置应使螺栓的受力合理螺栓的布置应使螺栓的受力合理螺栓排列应保持合理的间距和边距螺栓排列应保持合理的间距和边距

23、同一圆周上螺栓数量应取偶数，且采用相同规格同一圆周上螺栓数量应取偶数，且采用相同规格避免螺栓受附加弯曲载荷避免螺栓受附加弯曲载荷2）螺栓组连接结构设计的原则）螺栓组连接结构设计的原则68接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置螺栓的排列应有合理的间距和边距螺栓的排列应有合理的间距和边距6970密封性有要求的重要连接密封性有要求的重要连接避免附加弯曲载荷的措施避免附加弯曲载荷的措施71球面垫圈球面垫圈斜面垫圈斜面垫圈沉头座沉头座凸台凸台2. 螺栓组螺栓组连接的受力分析连接的受力分析目的：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

24、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的对称中心与接合面形心重合螺栓组的对称中心与接合面形心重合受载后接合面仍保持为平面受载后接合面仍保持为平面721）受横向载荷的螺栓组连接）受横向载荷的螺栓组连接（1）采用普通螺栓连接）采用普通螺栓连接FFFF73连接要求：连接要求：接合面上的最大摩擦力大于或等于横向外载荷接合面上的最大摩擦力大于或等于横向外载荷74FKzifFs0平衡条件平衡条件预紧力预紧力fziFKFs0防滑系数防滑系数Ks=1.11.3计算方法：计算方法：转化为仅受预紧力的普通紧螺栓连接的强度计算。转化为仅受预紧力的普通紧螺栓连接的强度计算。（2）采用铰制孔用螺栓连接）

25、采用铰制孔用螺栓连接75每个螺栓所受横向工作剪力每个螺栓所受横向工作剪力zFF计算方法：计算方法：转化为铰制孔用螺栓连接的强度计算。转化为铰制孔用螺栓连接的强度计算。2）受转矩的螺栓组连接）受转矩的螺栓组连接（1）采用普通螺栓连接）采用普通螺栓连接76OfF0fF0Tr2r1TKrfFrfFrfFsz02010力矩平衡条件力矩平衡条件预紧力预紧力zirfTKfrfrrfTKF1isz21s0)(通过预紧力通过预紧力F0在接合面上产在接合面上产生的摩擦力矩来平衡转矩生的摩擦力矩来平衡转矩T计算方法：计算方法：转化为转化为仅受仅受预紧力作用的普通紧螺预紧力作用的普通紧螺栓连接进行强度计算栓连接进行

26、强度计算（2）采用铰制孔用螺栓连接）采用铰制孔用螺栓连接77OFmaxFiTrmaxri通过横向剪切力通过横向剪切力F所产生所产生的力矩来平衡外载荷的力矩来平衡外载荷T变形协调条件：变形协调条件：螺栓的剪切变形量与该螺螺栓的剪切变形量与该螺栓到螺栓组对称中心的距栓到螺栓组对称中心的距离成正比。离成正比。iirFrFmaxmax78计算方法：计算方法：转化为受最大工作剪力的铰制孔螺栓强度计算。转化为受最大工作剪力的铰制孔螺栓强度计算。ziirTrF12maxmax螺栓所受的最大工作剪力螺栓所受的最大工作剪力由力矩平衡得由力矩平衡得iziirFT13）受轴向载荷的螺栓组连接）受轴向载荷的螺栓组连接

27、假设各螺栓平均受载，每个螺栓所受的轴向工作载荷假设各螺栓平均受载，每个螺栓所受的轴向工作载荷求出工作载荷求出工作载荷F后，按受预紧力后，按受预紧力F0和工作载荷和工作载荷F的紧螺栓的紧螺栓连接进行强度计算。连接进行强度计算。zFF79注意：注意：F2 F0+F4）受倾覆力矩的螺栓组连接）受倾覆力矩的螺栓组连接80由力矩平衡得由力矩平衡得iziiLFM1由力与变形条件得由力与变形条件得iiLFLFmaxmaxziiLMLF12maxmax螺栓所受的最大工作载荷螺栓所受的最大工作载荷)(81FF)(72FF)(63FF)(54FF)(63LL)(81LL)(72LL)(54LLO123 45678

28、)(54LL)(81LL)(72LL)(63LLM81防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，应校核受载后地基接合面压应力的最大值和最小值：应校核受载后地基接合面压应力的最大值和最小值：pmaxppmaxp0maxpppmin地基接合面受载前由预紧力产生的挤压应力地基接合面受载前由预紧力产生的挤压应力AzF0p力矩力矩M加载在地基接合面上产生的附加最大挤压应力加载在地基接合面上产生的附加最大挤压应力WMp表表5-6（P79）连接接合面材料的许用挤压应力）连接接合面材料的许用挤压应力P1. 将复杂工作载荷转化为简单载荷的组合。将复杂工作载荷

29、转化为简单载荷的组合。2. 1 普通螺栓：普通螺栓： 1）根据轴向载荷和倾覆力矩来确定螺栓的工作拉力；）根据轴向载荷和倾覆力矩来确定螺栓的工作拉力； 2）根据横向载荷和转矩来确定连接所需的预紧力；）根据横向载荷和转矩来确定连接所需的预紧力； 3）找出受总拉力最大的螺栓；）找出受总拉力最大的螺栓； 4）对受总拉力最大的螺栓进行强度计算。）对受总拉力最大的螺栓进行强度计算。2.2 铰制孔用螺栓：铰制孔用螺栓： 1）按横向载荷以及转矩来确定螺栓的工作剪力；）按横向载荷以及转矩来确定螺栓的工作剪力； 2）找出受工作剪力最大的螺栓；）找出受工作剪力最大的螺栓； 3）对受工作剪力最大的螺栓进行强度计算。）

30、对受工作剪力最大的螺栓进行强度计算。复杂工作载荷作用下螺栓组强度计算说明复杂工作载荷作用下螺栓组强度计算说明825-6螺纹连接的螺纹连接的强度计算强度计算失效形式失效形式8365%20%15%受拉螺栓：螺栓杆和螺纹部分受拉螺栓：螺栓杆和螺纹部分的塑性变形或断裂的塑性变形或断裂受剪螺栓：螺栓杆和孔壁贴合受剪螺栓：螺栓杆和孔壁贴合面压溃或螺栓杆被剪断面压溃或螺栓杆被剪断设计准则设计准则受拉螺栓：保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度受拉螺栓：保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度受剪螺栓：保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度受剪螺栓：保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度螺母不需要拧紧，在承受工作载荷前，螺栓不受力螺母不需

31、要拧紧，在承受工作载荷前，螺栓不受力。1. 松螺栓连接强度计算松螺栓连接强度计算84421dF 41Fd 拉伸强度条件拉伸强度条件设计公式设计公式2. 紧螺纹连接的强度计算紧螺纹连接的强度计算1）仅受预紧力的紧螺栓连接）仅受预紧力的紧螺栓连接85拉伸应力拉伸应力2104dF21012vv312v0T142tantan1tantan162)tan(dFddddFWT扭转切应力扭转切应力F0F0普通螺栓连接普通螺栓连接43 . 13 . 1210cadF 43 . 101Fd86强度条件强度条件3 . 1322ca第四强度理论第四强度理论M10M64钢制螺栓钢制螺栓5 . 0设计公式设计公式F0F

32、0fFF 087连接要求：连接要求：保证接合面不滑移保证接合面不滑移受横向载荷的普通螺栓连接受横向载荷的普通螺栓连接FFF0F0缺点：缺点：1）要求较大的预紧力）要求较大的预紧力2）振动、冲击或变载荷下连）振动、冲击或变载荷下连接可能松脱接可能松脱改善措施：改善措施：1）减载销；）减载销；2）减载套筒；）减载套筒； 3）减载键）减载键pFFD2）受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接）受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接88图图5-25 单个紧螺栓连接受力变形图单个紧螺栓连接受力变形图89(b)螺母拧紧螺母拧紧(a)螺母未拧紧螺母未拧紧(c)承受工作载荷承受工作载荷FFF1F1F1F1F0F0F0F0 b

33、mmb+ 90图图5-26(c) 单个螺栓连接受力变形线图单个螺栓连接受力变形线图螺栓刚度螺栓刚度 mF1FF2FF0力力变形变形bmm b被连接件刚度被连接件刚度b0bbtanFCm0mmtanFC螺栓总拉力：螺栓总拉力： F2= F1+F= F0+ F91 mF1FF2FF0力力变形变形bmm bmbmbtantanCCFFFFCCCFmbb由几何关系得由几何关系得92FCCCFFCCCFFFFFmbm1mbb1101)(FCCCFFFFmbb002螺栓预紧力螺栓预紧力螺栓总拉力螺栓总拉力 mF1FF2FF0力力变形变形bmm b螺栓的相对刚度螺栓的相对刚度mbbCCC螺栓相对刚度螺栓相对

34、刚度Cb/(Cb+Cm)材料材料金属金属(无垫片无垫片)皮革皮革铜皮石棉铜皮石棉橡胶橡胶Cb/Cb+Cm0.20.30.70.80.993FCCCFFmbb02螺栓总拉力螺栓总拉力941）一般连接：）一般连接：F1(0.20.6)F2）工作载荷不稳定：）工作载荷不稳定：F1(0.61.0)F3）有密封性要求的连接）有密封性要求的连接：F1(1.51.8)F4）地脚螺栓连接：）地脚螺栓连接： F1 F当有刚性或紧密性要求当有刚性或紧密性要求时，残余预紧力时，残余预紧力F10螺栓总拉力螺栓总拉力F2 F1+F残余预紧力残余预紧力F1选择原则选择原则1）根据受载情况，求出螺栓的工作拉力）根据受载情况

35、，求出螺栓的工作拉力F；2）根据连接的要求，选择残余预紧力）根据连接的要求，选择残余预紧力F1；3）计算螺栓总拉力）计算螺栓总拉力F2= F1+F；4）螺栓强度校核或确定螺栓危险截面直径。）螺栓强度校核或确定螺栓危险截面直径。95受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接静强度计算：受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接静强度计算：43 . 13 . 1212cadF 43 . 121Fd强度条件强度条件设计公式设计公式受轴向变载荷作用的紧螺栓连接受轴向变载荷作用的紧螺栓连接96F1F2F0工作载荷变化范围工作载荷变化范围0 F螺栓总拉力变化范围螺栓总拉力变化范围F0 F297212max4dF210min4dF

36、螺栓危险截面的最大和最小应力螺栓危险截面的最大和最小应力应力幅应力幅21mbbminmaxa22dFCCCFCCCFFmbb02螺栓总拉力螺栓总拉力mI J -1eamOA M MminaG CSma45SKKSminamin1tc-ca2-298螺栓的最大应力计算安全系数螺栓的最大应力计算安全系数如图所示一受轴向工作载荷的紧螺栓连接工作时，力和变如图所示一受轴向工作载荷的紧螺栓连接工作时，力和变形的关系。形的关系。1）分析螺栓和被连接件刚度大小对螺栓总拉）分析螺栓和被连接件刚度大小对螺栓总拉力力F2有何影响？有何影响？2）若预紧力）若预紧力F0=800N，工作载荷，工作载荷F=1000N，C

37、m=4Cb，求螺栓总载荷，求螺栓总载荷F2以及残余预紧力以及残余预紧力F1。99 mF1FF2FF0力力变形变形bmm b1）减小）减小Cb增大增大Cm可以使总载荷可以使总载荷F2下降下降100解：解：N 1000N 41000N 800bbbmbb002CCCFCCCFFFFFCCCFFFFFmbm110)(0N 100054N 80044bbb0mbm01FCCCFFCCCFF2）螺栓总载荷）螺栓总载荷螺栓残余预紧力螺栓残余预紧力由由得得某气缸缸体与缸盖间用某气缸缸体与缸盖间用10个个M20（d1=17.94mm）的普）的普通螺栓连接。缸体内径通螺栓连接。缸体内径D250mm，缸内工作压力

38、，缸内工作压力p在在01MPa之间变化，螺栓的屈服极限之间变化，螺栓的屈服极限s=340MPa，取安，取安全系数全系数S=2。101pD求：求：1）若接合面上的残余预紧力）若接合面上的残余预紧力F1为工作载荷的为工作载荷的1.5倍，倍，试校核该螺栓的静强度；试校核该螺栓的静强度；2）计算汽缸工作时螺栓危险截）计算汽缸工作时螺栓危险截面上的最大拉应力，最小拉应力，平均应力和应力幅。面上的最大拉应力，最小拉应力，平均应力和应力幅。（已知螺栓的相对刚度（已知螺栓的相对刚度0.5 ） 102pD103N 7 .490842zDpFFF5 . 11解：解：1）校核该螺栓的静强度）校核该螺栓的静强度螺栓的

39、工作载荷螺栓的工作载荷螺栓的残余预紧力螺栓的残余预紧力螺栓总拉力螺栓总拉力螺栓的静强度校核螺栓的静强度校核N 75.122715 . 112FFFFFMPa 170MPa 9 .6743 . 1212cadFMPa 170sS螺栓的许用应力螺栓的许用应力螺栓的静强度满足要求螺栓的静强度满足要求最大应力最大应力104N 4 .98175 . 0-5 . 2-mbb220FFFCCCFFFFMPa 24.524212maxdFMPa 79.414210mindF2）计算螺栓危险截面上的工作拉力在）计算螺栓危险截面上的工作拉力在F0F2之间变化之间变化N 75.122715 . 112FFFFFMP

40、a 3 . 52minmaxaMPa 472minmaxm最小应力最小应力应力幅应力幅平均应力平均应力3）承受工作剪力的紧螺栓连接）承受工作剪力的紧螺栓连接螺栓杆与被连接件孔壁螺栓杆与被连接件孔壁压溃或螺栓杆剪断压溃或螺栓杆剪断0d105铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接失效形式失效形式 d0LminFF螺栓杆的剪切强度条件螺栓杆的剪切强度条件螺栓杆与孔壁的挤压强度条件螺栓杆与孔壁的挤压强度条件106420dFpmin0pLdF螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度Lmin1.25d05-7 螺纹连接的材料及许用应力螺纹连接的材料及许用应力1. 螺纹连接件的材料螺纹连接件的材料常用

41、材料常用材料Q215 10Q235 3545冲击振动冲击振动15Cr40Cr30CrMnTi普通垫圈普通垫圈Q235 15 35表表5-8（P86） 螺栓、螺钉和螺柱的性能等级螺栓、螺钉和螺柱的性能等级107性能等级性能等级4.64.85.65.86.88.89.810.912.9B / MPa40050060080090010001200S / MPa2403203004004806407209001080HBS114124147152181245286316380材料材料和热处理和热处理碳钢或添加元素的碳钢碳钢或添加元素的碳钢碳钢、添加元素的碳钢、碳钢、添加元素的碳钢、合金钢，淬火并回火合

42、金钢，淬火并回火合金钢、添加元素的碳合金钢、添加元素的碳钢，淬火并回火钢，淬火并回火螺栓性能等级螺栓性能等级4.6抗拉强度极限抗拉强度极限400MPa屈服极限与抗拉强度极限之比为屈服极限与抗拉强度极限之比为0.6屈服极限为屈服极限为240MPa1082. 螺纹连接件的许用应力螺纹连接件的许用应力109Ss许用拉应力许用拉应力许用切应力许用切应力sS许用挤压应力许用挤压应力pspSpBpS或或表表5-10（P87） 螺纹连接的安全系数螺纹连接的安全系数S影响螺栓疲劳强度的因素影响螺栓疲劳强度的因素1）螺纹牙的载荷分布）螺纹牙的载荷分布2）应力变化副）应力变化副3）应力集中）应力集中4）附加应力）

43、附加应力5）材料的力学性能和制造工艺）材料的力学性能和制造工艺5-8 提提高螺高螺纹连接纹连接强度的措施强度的措施1101. 降低影响螺栓疲劳强度的应力幅降低影响螺栓疲劳强度的应力幅1）降低螺栓刚度）降低螺栓刚度Cb2）增大被连接件刚度）增大被连接件刚度Cm增加螺栓长度增加螺栓长度腰状杆螺栓或空心螺栓腰状杆螺栓或空心螺栓螺母下装弹性元件螺母下装弹性元件采用刚度较大的金属垫片或密封环采用刚度较大的金属垫片或密封环3）降低）降低Cb，增大，增大Cm和预紧力和预紧力F01111121）降低）降低Cb113FFF0F1F2F2bbFF1F2）增大）增大Cm114mF0FF2mFF2FF1F13）降低）

44、降低Cb，增大，增大Cm和和F0115F0mF0bFFF2F1Fb2. 改善螺纹牙上载荷分布不均现象改善螺纹牙上载荷分布不均现象1161）悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母）悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母2）采用钢丝螺套）采用钢丝螺套改善螺纹牙上载荷分布不均的装置改善螺纹牙上载荷分布不均的装置117悬置螺母悬置螺母内斜螺母内斜螺母环槽螺母环槽螺母环槽内斜螺母环槽内斜螺母3. 减小应力集中的影响减小应力集中的影响1）采用大圆角和卸载结构。）采用大圆角和卸载结构。2）在设计、制造及装配上避免产生附加弯曲应力）在设计、制造及装配上避免产生附加弯曲应力1181194. 采用合理的制造工艺方法采用合理的制造工艺

45、方法1）采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的方法。）采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的方法。2）采用强化处理的方法（氮化、氰化、喷丸）采用强化处理的方法（氮化、氰化、喷丸）120例题（例题（P92）：）：图示为一固定在钢制立柱上的铸铁拖架，已图示为一固定在钢制立柱上的铸铁拖架，已知总载荷知总载荷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，底板高高h=340mm，宽，宽b=150mm，试设计此螺栓组连接。，试设计此螺栓组连接。121h=340b=150220150=50F160M280122解：解：1）螺栓组结构设计）螺栓组结构设计h=340b=150220150=50F160

46、M280如图所示结构，螺栓数如图所示结构，螺栓数z=4，对称布置。，对称布置。1233085NN 50cos4800cosvFFN 3677N 50sin4800sinhFFcmN 051071cm 15cm 16vhFFM2）螺栓受力分析）螺栓受力分析h=340b=150220150=50F160M280轴向力轴向力横向力横向力倾覆力矩倾覆力矩（1）螺栓组所受力和力矩）螺栓组所受力和力矩（2）在轴向力）在轴向力Fh作用下，各螺栓所受的工作拉力作用下，各螺栓所受的工作拉力上面螺栓所受轴向工作载荷上面螺栓所受轴向工作载荷124N919N43677hazFF（3）在倾覆力矩）在倾覆力矩M作用下，上

47、面螺栓所受载荷作用下，上面螺栓所受载荷N 1877N)1414(2141051072212maxmaxziiLMLFN 2796N 1877N 919maxaFFF由表由表5-5查得接合面间摩擦系数查得接合面间摩擦系数f=0.16，取，取Cb/（Cb+Cm）=0.2，Ks=1.2，则各螺栓所需的预紧力，则各螺栓所需的预紧力（4）在横向力）在横向力Fv作用下，底板连接面不滑移的条件作用下，底板连接面不滑移的条件125340150220105107 Ncm3677 N3085 NFKFCCCzFfshmbm0)(N 6520N36778 . 016. 030852 . 1411hmbmvs0FCC

48、CfFKzF（5）上面螺栓所受的总拉力）上面螺栓所受的总拉力F2126N 7079N 79622 . 0N 6520mbb02FCCCFF3）确定螺栓直径）确定螺栓直径选择材料选择材料Q235，性能等级，性能等级4.6的螺栓，由表的螺栓，由表5-8查得材料查得材料屈服极限屈服极限S=240 MPa，由表，由表5-10查得安全系数查得安全系数S=1.5，螺栓材料的许用应力螺栓材料的许用应力MPa 160MPa5 . 1240 sS127螺栓危险截面的直径螺栓危险截面的直径mm 6 . 8mm 16070793 . 14 3 . 1421Fd按粗牙普通螺纹标准（按粗牙普通螺纹标准（GB/T 196

49、2003），选用螺纹），选用螺纹公称直径公称直径d=12mm（螺纹小径（螺纹小径d1=10.106 mm8.6 mm）确定螺栓的公称直径后，确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型、长度、精度以螺栓的类型、长度、精度以及相应的螺母、垫圈等结构尺寸，可根据底板厚度、及相应的螺母、垫圈等结构尺寸，可根据底板厚度、螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑。螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑。1284）校核螺栓组连接接合面的工作能力）校核螺栓组连接接合面的工作能力340150220105107 Ncm3677 N3085 N（1）连接面下端挤压应力不超过许用值，防止接合面压碎。）连接面下端挤压应力不

50、超过许用值，防止接合面压碎。WMFCCCzFAhmbm0maxp133333maxN/cm )2234(2341215)(121hHbyW129N 6520N/cm)2234(2341215105107)36778 . 065204()2234(1511333hmbm0maxpWMFCCCzFA由表由表5-6查得查得p=0.5B =0.5250MPa=125MPa。 pmax p，连接接合面下端不会压碎。，连接接合面下端不会压碎。130（2）连接面上端应保持一定的残余预紧力，防止托架受力）连接面上端应保持一定的残余预紧力，防止托架受力时接合面间产生间隙。时接合面间产生间隙。0MPa 7244.

51、 0N/cm 44.7213hmbm0pminWMFCCCzFA接合面上端受压最小处不会产生间隙。接合面上端受压最小处不会产生间隙。1315）校核螺栓所需的预紧力）校核螺栓所需的预紧力已知螺栓屈服极限已知螺栓屈服极限s=240 MPa ，危险截面面积，危险截面面积取预紧力下限取预紧力下限222211mm 214.80mm 106.1044dA对碳钢螺栓要求对碳钢螺栓要求1s0)7 . 06 . 0(AFN8 .11550N214.802406 . 06 . 01sA要求的预紧力要求的预紧力F0=6520 N ，小于上值，满足要求。，小于上值，满足要求。如图所示的如图所示的6个普通螺栓组连接，承

52、受载荷个普通螺栓组连接，承受载荷F=1000N，接，接合面摩擦系数合面摩擦系数f=0.2，防滑系数，防滑系数 Ks=1.2。1）试判断哪个）试判断哪个方案合理方案合理? 2）若改用铰制孔螺栓组连接，结果如何？）若改用铰制孔螺栓组连接，结果如何？F500FT200FFT2001001323）右侧螺栓受到的最大载荷）右侧螺栓受到的最大载荷133N 200N1610002 . 1sziFKFN 1000N10061052 . 151s ziirTKF解：解：mmN 105mmN 50010005 FLT1）横向力作用下每个螺栓的载荷）横向力作用下每个螺栓的载荷2）转矩作用下每个螺栓的载荷）转矩作用下

53、每个螺栓的载荷FTN 1200N1000N200max FFF普通螺栓组结构设计方案普通螺栓组结构设计方案I134F153.431）横向力作用下每个螺栓的载荷）横向力作用下每个螺栓的载荷N 200N1610002 . 1sziFKF2）转矩作用下每个螺栓的载荷）转矩作用下每个螺栓的载荷N 1096N5028 .11141052 . 151s ziirTKF3）右侧螺栓受到的最大载荷）右侧螺栓受到的最大载荷N 1278max FFF普通螺栓组结构设计方案普通螺栓组结构设计方案II1351）横向力作用下每个螺栓的载荷）横向力作用下每个螺栓的载荷N 7 .166N61000zFF2）转矩作用下每个螺

54、栓的载荷）转矩作用下每个螺栓的载荷N 833.3N10061001052512max ziirTrF3）右侧螺栓受到的最大载荷）右侧螺栓受到的最大载荷N 1000N 3 .833N7 .166max FFF铰制孔螺栓组结构设计方案铰制孔螺栓组结构设计方案IFT1361）横向力作用下每个螺栓的载荷）横向力作用下每个螺栓的载荷N 7 .166N61000zFF2）转矩作用下每个螺栓的载荷）转矩作用下每个螺栓的载荷N 1016.4N505010041001052222512max ziirTrF3）右侧螺栓受到的最大载荷）右侧螺栓受到的最大载荷N 1168max FFF铰制孔螺栓组结构设计方案铰制孔

55、螺栓组结构设计方案IIF153.43137如图所示支架用四个普通螺栓连接在立柱上。已知载荷如图所示支架用四个普通螺栓连接在立柱上。已知载荷F=1240N，连接的尺寸如图所示，接合面摩擦系数，连接的尺寸如图所示，接合面摩擦系数f=0.2，螺栓材料的屈服极限螺栓材料的屈服极限s=270 MPa，安全系数，安全系数S=1.5，螺栓的，螺栓的相对刚度为相对刚度为0.3，防滑系数，防滑系数 Ks=1.2。求所需要的螺纹小径。求所需要的螺纹小径。F各螺栓所需的预紧力各螺栓所需的预紧力1）保证连接面不滑移所需预紧力）保证连接面不滑移所需预紧力138FKfFzisN 18600N142 . 0124002 .

56、 1s0fziFKFF连接面不滑移的条件连接面不滑移的条件解：解：139cmN 6000081cmN 15012400 FLM倾覆力矩倾覆力矩N 58125N216042/1601860000212maxmaxziiLMLF2）在倾覆力矩）在倾覆力矩M作用下，螺栓所受最大轴向载荷作用下，螺栓所受最大轴向载荷F3）左侧螺栓所受的总拉力）左侧螺栓所受的总拉力F2140N 75.20343N 5 .58123 . 0N 18600maxmbb02FCCCFF4）确定螺栓的最小直径）确定螺栓的最小直径螺栓材料的许用应力螺栓材料的许用应力MPa 180MPa5 . 1270 sSmm 67.13 43

57、. 121Fd螺栓的最小直径螺栓的最小直径例：例：如图所示如图所示，一牵一牵引引钩用钩用2个个M10（dl=8.376 mm）的）的普通螺栓固定于机普通螺栓固定于机架架上。已知接合面间上。已知接合面间的的摩擦系数摩擦系数f=0.15，防滑防滑系数系数Ks=1.3，螺栓，螺栓采用性能等采用性能等级为级为4.6的中碳钢的中碳钢，螺螺栓许用应力为栓许用应力为屈服极限屈服极限的的60%。试计算该。试计算该螺栓组允许的螺栓组允许的最大最大牵引牵引力力FR。141解：解：1421）确定螺栓材料的许用应力）确定螺栓材料的许用应力由螺栓性能等级为由螺栓性能等级为4.6知，螺栓材料的屈服极限知，螺栓材料的屈服极

58、限MPa 240sMPa 441MPa 2406 . 06 . 0s螺栓材料的螺栓材料的许用应力许用应力143得得2）确定螺栓连接允许的最大预紧力）确定螺栓连接允许的最大预紧力41.3210cadF由紧螺栓连接的强度条件由紧螺栓连接的强度条件螺栓连接允许的最大预紧力螺栓连接允许的最大预紧力F0=6100.5 N。N .51006N 3 . 14144376. 814. 33 . 142210dF144得得3）确定牵引钩允许的最大拉力）确定牵引钩允许的最大拉力由紧螺栓承受横向载荷的平衡条件由紧螺栓承受横向载荷的平衡条件该螺栓组允许的最大牵引力该螺栓组允许的最大牵引力FR=1407.8 N。FKzifFs0N 07.841N 3 . 1125 .610015. 0s0KzifFF5-8（P102）：）：如图所示如图所示，两块金属板，两块金属板用用2个个M12（dl=10.106mm）的普通螺栓）的普通螺栓连接连接。已知螺栓。已知螺栓采用性能等采用