第5章螺纹连接和螺旋传动

1、第第5章章 螺纹连接和螺旋传动螺纹连接和螺旋传动51 螺纹螺纹52 螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件53 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧55 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计57 螺纹连接件的材料和许用应力螺纹连接件的材料和许用应力58 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施59 螺旋传动螺旋传动54 螺纹连接的防松螺纹连接的防松56 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算一、螺纹的形成一、螺纹的形成51 螺螺 纹纹d2螺旋线：螺旋线：一动点在一圆柱体一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。

2、动的轨迹。螺纹：螺纹：一平面图形沿螺旋线运动，运动时保一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹d2按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分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右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹

3、螺纹副螺纹副螺旋传动螺旋传动矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹30潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹15303潘存云教授研制按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分一般一般: n 4n线螺纹线螺纹: S = n PPSS = 2PP PS SP PS =P单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按回转体的按回转体的内外表面分内外表面分外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺纹副螺纹副连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹按螺旋的作用分按螺旋的

4、作用分连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹螺旋传动螺旋传动圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹按母体形状分按母体形状分圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹 普通螺纹以大径普通螺纹以大径d d为公称直径，同一公称直为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。螺纹，其余的统称为细牙螺纹。60粗牙螺纹应用最广。粗牙螺纹应用最广。Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙细牙螺纹的细牙螺纹的优点：优点： 升角小、小径大、自锁性好、强度高。升角小、小径大、自锁性好、强度高。缺点：缺点：不耐磨、易滑扣。不耐磨、易滑扣。应用：应用：薄壁零件

5、、受动载荷的连接和微调机构。薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。梯形螺纹：梯形螺纹：梯梯 形形锯齿形锯齿形30330锯齿形螺纹锯齿形螺纹:常用于传动。常用于传动。= 15= 3 粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见可查阅相关机械设计手册。本尺寸见可查阅相关机械设计手册。螺纹的基本尺寸：螺纹的基本尺寸：普通细牙螺纹普通细牙螺纹管螺纹管螺纹非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁 = 55）用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁 = 55）60圆锥管螺纹圆锥管螺纹公称直径公称直径管子的公称通径。管子的公称通径。 用螺纹密

6、封的管螺纹用螺纹密封的管螺纹非螺纹密封的管螺纹非螺纹密封的管螺纹55 dd2d1Pdd2d1P55 2(3) 中径中径d2d1d2d(1) 大径大径d(2) 小径小径d1二、螺纹的主要几何参数二、螺纹的主要几何参数与外螺纹牙顶与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底或内螺纹牙底)相重合的相重合的假想圆柱体的直径。假想圆柱体的直径。与外螺纹牙底与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶或内螺纹牙顶)相重合相重合的假想圆柱体的直径。的假想圆柱体的直径。 也是一个假想圆也是一个假想圆柱的直径，该圆柱柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。和凸起宽度相等。d1d2d(5) 螺距螺距P(6) 导程导程SS =

7、 nPSPP/2P/2(4) 线数线数n螺纹的螺旋线数目。螺纹的螺旋线数目。相邻两牙在中径线上对应两点间的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。轴向距离。螺纹上任一点沿同一螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一圈所移条螺旋线转一圈所移动的轴向距离。动的轴向距离。(7) 螺纹升角螺纹升角tg=d2 nP (8) 接触高度接触高度 h 中径中径d2圆柱上，圆柱上，螺旋线的切线与垂螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平直于螺纹轴线的平面的夹角。面的夹角。d1d2dSPP/2P/2h 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。d2S (9) 牙型角牙型角 牙侧角牙侧角 牙型侧边与螺纹轴线

8、的垂线间的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。粗牙普通螺纹基本尺寸粗牙普通螺纹基本尺寸 mmH=0.866P d2=d-0.6495P d1=d-1.0825PD1、d1内、外螺纹小径内、外螺纹小径 D2、d2内、外螺纹中径内、外螺纹中径 D、d 内、外螺纹大径内、外螺纹大径 P螺距螺距 标记示例：标记示例：M24(粗牙普通螺纹、直径粗牙普通螺纹、直径24、螺距、螺距3) M24X1.5(细牙普通螺纹细牙普通螺纹,直径直径24,螺距螺距1.5) P PP/8P/8P/8P/8P/8P/8H/4H/4D dD dD D2

9、 2 d d2 2 D D1 1 d d1 1 P/2P/2P/4P/43030 6060 9090 3 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 D2 2 d d2 2 螺距螺距P P 4 0.7 3.545 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

10、 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 11.835 (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 1

11、5.294 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 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 52 螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件螺栓连接螺栓

12、连接基基本本类类型型螺钉连接螺钉连接双头螺柱连接双头螺柱连接紧定螺钉连接紧定螺钉连接一、一、 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 在被连接件上开有通孔，插入螺栓后，在螺栓在被连接件上开有通孔，插入螺栓后，在螺栓的另一端拧上螺母。被连接件较薄，易做成通孔，的另一端拧上螺母。被连接件较薄，易做成通孔，可经常拆卸。可经常拆卸。普通螺栓连接：普通螺栓连接：被连接件上的通孔与螺栓杆间被连接件上的通孔与螺栓杆间留有间隙，通孔的加工精度要求低，结构简单，留有间隙，通孔的加工精度要求低，结构简单，装拆方便。装拆方便。铰制孔用螺栓连接：铰制孔用螺栓连接：孔与螺栓杆过渡配合，能孔与螺栓杆过渡配合，能精确固定被连

13、接件的相对位置，能承受横向载荷。精确固定被连接件的相对位置，能承受横向载荷。但孔的加工精度要求较高。但孔的加工精度要求较高。1、螺栓连接、螺栓连接普通螺栓普通螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓杆孔间隙杆孔间隙过渡配合面过渡配合面螺栓连接螺栓连接 适用于结构上不能采用螺栓连接的场合，例如被适用于结构上不能采用螺栓连接的场合，例如被连接件之一太厚不宜制成通孔，材料较软，需要经连接件之一太厚不宜制成通孔，材料较软，需要经常拆装。拆卸这种连接时，不用拆螺柱。常拆装。拆卸这种连接时，不用拆螺柱。2. .双头螺柱连接双头螺柱连接 螺栓直接拧入被连接件的螺孔中，不用螺母。螺栓直接拧入被连接件的螺孔中，不用螺母。被连接

14、件之一较厚、不易做成通孔，用于受力不被连接件之一较厚、不易做成通孔，用于受力不大，不需经常拆卸的场合。结构上比双头螺柱连大，不需经常拆卸的场合。结构上比双头螺柱连接简单、紧凑。接简单、紧凑。3. . 螺钉连接螺钉连接 利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入相应的凹坑中，以固定两零件相对位的表面或顶入相应的凹坑中，以固定两零件相对位置，可传不大扭矩。置，可传不大扭矩。4. 紧定螺钉连接紧定螺钉连接潘存云教授研制紧定螺钉紧定螺钉锥端紧定螺钉锥端紧定螺钉 平端紧定螺钉平端紧定螺钉地脚螺栓地脚螺栓 起吊螺钉起吊螺钉 5.其它螺纹连接其它螺纹连接

15、T 型螺栓型螺栓 螺纹的精度等级：螺纹的精度等级：GB3103.1-82规定为三级。规定为三级。A级：公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；级：公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；B级：受载较大且经常拆卸，用于调整或承受变载荷的连接；级：受载较大且经常拆卸，用于调整或承受变载荷的连接；C级：用于一般连接，最常用。级：用于一般连接，最常用。二、标准螺纹连接件二、标准螺纹连接件 螺纹连接件均为标准件，常见的有螺栓、双头螺螺纹连接件均为标准件，常见的有螺栓、双头螺柱、螺母和垫圈等。这类零件的结构型式和尺寸都柱、螺母和垫圈等。这类零件的结构型式和尺寸都已标准化，设计中可根据有关标准选

16、用。已标准化，设计中可根据有关标准选用。双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉螺螺 母母六角螺母六角螺母六角薄螺母六角薄螺母圆螺母圆螺母六角厚螺母六角厚螺母其它螺母：其它螺母：53 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧 一、概述一、概述 一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很小对螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。大影响。预紧力：预紧力： 大多数螺纹连接在装配时

17、都需要拧紧，使之大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。个预加作用力称为预紧力。预紧的目的：预紧的目的： 增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。被连接件间出现缝隙或发生相对移动。二、预紧力的确定原则二、预紧力的确定原则 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料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的屈服极限s的的80%。碳素钢螺栓：碳素钢螺栓：F0(0.60.7) s A1合金钢螺栓：合金钢螺栓：F0 (0.5

18、0.6) s A1A1 危险截面积，危险截面积， A1 d21/4对于重要的连接，应尽可能采用对于重要的连接，应尽可能采用M12的螺栓。的螺栓。三、预紧力控制方法三、预紧力控制方法 通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重通常螺纹连接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。要螺栓则必须预紧力进行精确控制。1)凭手感经验；凭手感经验；2)测力矩扳手；测力矩扳手；3)定力矩扳手；定力矩扳手；4)测定伸长量。测定伸长量。测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手 对于对于M10M64粗牙普通螺纹的钢制螺栓：粗牙普通螺纹的钢制螺栓：四、拧紧力矩四、拧紧力矩T和预紧力的关系和预紧力

19、的关系 拧紧力矩拧紧力矩T等于螺旋副间的摩擦阻力矩等于螺旋副间的摩擦阻力矩T1和和螺母环形端面与被连接件（或垫圈）支承面的螺母环形端面与被连接件（或垫圈）支承面的摩擦阻力矩摩擦阻力矩T2之和，即：之和，即：T=T1+T2T0.2F0d 连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷连接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接仍有可能松动而失效。高温下瞬时消失，连接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓连接，由于温度变形差异等，也可能发的螺栓连

20、接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。虑防松，即防止相对转动。二、防松的方法二、防松的方法 54 螺纹连接的防松螺纹连接的防松一、防松的目的一、防松的目的防止螺旋副相对转动。防止螺旋副相对转动。 1、摩擦防松、摩擦防松利用辅助元件（结构）防止螺纹副间摩擦力消失。利用辅助元件（结构）防止螺纹副间摩擦力消失。弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母自锁螺母自锁螺母 特点：特点：防松简单、方便，防松简单、方便，但没有机械防松可靠。但没有机械防松可靠。2. 机械防松机械防松用防松元件约束螺纹副的相对运动用防松元件

21、约束螺纹副的相对运动。开口销与六角开槽螺母开口销与六角开槽螺母圆螺母与止动垫圈圆螺母与止动垫圈止动垫圈止动垫圈串联钢丝串联钢丝特点：特点：防松可靠，适用防松可靠，适用于重要的连接。于重要的连接。3、破坏螺纹副防松、破坏螺纹副防松防松可靠，适用于重要连接。防松可靠，适用于重要连接。冲点法：冲坏螺纹副冲点法：冲坏螺纹副铆合法：端部铆死铆合法：端部铆死端焊法：端部焊死端焊法：端部焊死粘结法：拧紧时涂胶粘剂粘结法：拧紧时涂胶粘剂55 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计设计螺栓组连接方法：设计螺栓组连接方法： 首先选定螺栓的数目及布置形式，然后确定首先选定螺栓的数目及布置形式，然后确定螺栓连接的结构尺寸。

22、对于不重要的连接，用螺栓连接的结构尺寸。对于不重要的连接，用类比法确定，对于重要的连接，应找出受力最类比法确定，对于重要的连接，应找出受力最大的螺栓进行强度校核。大的螺栓进行强度校核。一、螺栓组连接的结构设计一、螺栓组连接的结构设计主要目的：主要目的： 合理地确定连接结合面的几何形状、螺栓的合理地确定连接结合面的几何形状、螺栓的布置形式和螺栓的个数；力求各螺栓和连接接布置形式和螺栓的个数；力求各螺栓和连接接合面间受力均匀，便于加工和装配。合面间受力均匀，便于加工和装配。 （1）为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常连接结合面的几何连接结

23、合面受力均匀，通常连接结合面的几何形状都设计成形状都设计成轴对称的简单几何形状。轴对称的简单几何形状。基本原则：基本原则： 圆形圆形 圆环形圆环形 矩形矩形 矩形框矩形框 三角形三角形 （2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。a) 对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置荷的方向上成排地布置8 8个以上的螺栓，以免载荷个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；分布过于不均；b) 当螺栓连接弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当螺栓连接弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。当靠近连接接

24、合面的边缘，以减少螺栓的受力。c) 当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用销、键、套筒等抗剪零件来承受横向载荷。用销、键、套筒等抗剪零件来承受横向载荷。dhD60CCEE60扳手空间的尺寸见有关标准。扳手空间的尺寸见有关标准。AB（3）螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间。扳手空间。对于压力容器等紧密性要求较高的重对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺栓的间距应选取手册上的推荐值。要连接。螺栓的间距应选取手册上的推荐值。（4）为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常）为了便于在圆周上钻孔时的分度和画

25、线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取分布在同一圆周上的螺栓数目取4、6、8等偶数。等偶数。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。（5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。 在结构上要设法保证载荷不偏心，在工艺上要在结构上要设法保证载荷不偏心，在工艺上要保证被连接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，保证被连接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。在铸、锻件等的粗糙表面并与螺栓轴线相垂直。在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座，当支承面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座，当支承面为倾斜表面时，应采用斜面

26、垫圈。为倾斜表面时，应采用斜面垫圈。（6）合理地选择螺栓组的防松装置。）合理地选择螺栓组的防松装置。二、螺栓组连接的受力分析二、螺栓组连接的受力分析受力分析的目的：受力分析的目的： 根据连接的结构和受载情况，求出受力最大根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。度计算。 受力分析时所作的假设：受力分析时所作的假设： c) 受载后连接接合面仍保持为平面。受载后连接接合面仍保持为平面。b) 螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；a) 所有螺栓的材料、直径、长度均相同，预紧所

27、有螺栓的材料、直径、长度均相同，预紧力相等且在结合面间产生的压力均匀分布；力相等且在结合面间产生的压力均匀分布； 受力分析的类型：受力分析的类型：横向载荷、转矩、轴向载荷、倾覆力矩。横向载荷、转矩、轴向载荷、倾覆力矩。（1）对于铰制孔用螺栓连接，靠螺栓杆受剪切力和）对于铰制孔用螺栓连接，靠螺栓杆受剪切力和挤压来抵抗横向载荷。每个螺栓所受工作剪力为：挤压来抵抗横向载荷。每个螺栓所受工作剪力为：z z 为螺栓数目。为螺栓数目。F F 为每个螺栓所受的横向工作剪力。为每个螺栓所受的横向工作剪力。F F为横向总载荷。为横向总载荷。1 1受横向载荷受横向载荷的螺栓组连接的螺栓组连接zFF 横向载荷的作用

28、线与螺栓轴线垂直并过螺栓组的横向载荷的作用线与螺栓轴线垂直并过螺栓组的对称中心。对称中心。（2）对于普通螺栓连接）对于普通螺栓连接 ，靠连接预紧后在接合面，靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷。即预紧后接合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷。即预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷。间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷。FKzifFS0fziFKFS0或或Ks为防滑系数，设计中可取为防滑系数，设计中可取Ks =1.11.3。FFFFf接合面的摩擦系数，接合面的摩擦系数，i结合面数，结合面数，F0预紧力。预紧力。采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组采用普通螺栓和铰制孔用螺栓

29、组成的螺栓组受转矩时的受力情况成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的是不同的2受转矩的螺栓组连接受转矩的螺栓组连接 采用普通螺栓时，靠连接预紧后在接合面间采用普通螺栓时，靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。 转矩转矩T T作用在连接接合面内，在转矩的作用作用在连接接合面内，在转矩的作用下，底板将绕通过螺栓组对称中心并与接合面下，底板将绕通过螺栓组对称中心并与接合面相垂直的轴线转动。相垂直的轴线转动。潘存云教授研制OTKfrFfrFfrFsz02010 ziirfTKF1S0Tr1f F0f F0r2根据作用在底板上的力矩平衡及连接强度的条件：根据作用在底板上

30、的力矩平衡及连接强度的条件：潘存云教授研制TOTrFziii1 采用铰制孔用螺栓时，靠螺栓的剪切和螺栓与孔采用铰制孔用螺栓时，靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩壁的挤压作用来抵抗转矩T。iirFrFmaxmaxrmaxFmaxriFi剪切力与距离剪切力与距离r r的比值为常数的比值为常数 各螺栓所受的横向工作剪力和该螺栓轴线到螺栓各螺栓所受的横向工作剪力和该螺栓轴线到螺栓组对称中心的连线相垂直。各螺栓剪切变形量与该组对称中心的连线相垂直。各螺栓剪切变形量与该螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离成正比。螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离成正比。假设底板受载后仍为平面，则螺栓的假设底板受载后仍为平

31、面，则螺栓的剪切变形量与距离成正比，剪切变形量与距离成正比，F Fi i=Kr=Kri i潘存云教授研制TOZiirTrF12maxmaxrmaxFmaxriFi 根据作用在底板上的力矩平衡条件推导出根据作用在底板上的力矩平衡条件推导出受力最大的螺栓的工作剪力为：受力最大的螺栓的工作剪力为：3受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接 若作用在螺栓组上的轴向总载荷若作用在螺栓组上的轴向总载荷F F 的作用线与的作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为： 通

32、常，各个螺栓还承受预紧力通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当连的作用，当连接的残余预紧力为接的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载时，每个螺栓所承受的总载荷荷F2为：为：zFFF2 = F1 + F4受倾覆力矩的螺栓组连接受倾覆力矩的螺栓组连接F2F0 F0 p ( F 0引起引起)F2mp2( F1m引起引起)p1( F1引起引起)LiLmaxOOxxOMM单个螺栓拉力产生的力矩单个螺栓拉力产生的力矩为：为：Mi=Fi Li iiLFLFmaxmax 假设底板受载后仍为平面，则螺栓受力与螺栓中假设底板受载后仍为平面，则螺栓受力与螺栓中心到螺栓组排列中心的距离成正比。心到螺栓组排列中心

33、的距离成正比。 首先，预紧力作用下，螺栓受拉，被连接件均匀首先，预紧力作用下，螺栓受拉，被连接件均匀受压。倾覆力矩作用下，一边螺栓的拉力、变形增受压。倾覆力矩作用下，一边螺栓的拉力、变形增加，而被连接件的受力、变形减小；另一边螺栓的加，而被连接件的受力、变形减小；另一边螺栓的拉力、变形减小，被连接件间压力、变形增大。拉力、变形减小，被连接件间压力、变形增大。 螺栓的受力分析：螺栓的受力分析： 倾覆力矩倾覆力矩 M 作用在通过作用在通过x-x轴并垂直于连接轴并垂直于连接接合面的对称平面内，底板在承受倾覆力矩之接合面的对称平面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已被拧紧，承受预紧力前，螺栓已被拧紧，承

34、受预紧力F0，螺栓有均，螺栓有均匀的伸长，地基有均匀的压缩。在作用匀的伸长，地基有均匀的压缩。在作用M后，后，接触面绕接触面绕o-o线转动一个角度，左边的地基被放线转动一个角度，左边的地基被放松，而螺栓被进一步拉伸；右边的螺栓被放松，松，而螺栓被进一步拉伸；右边的螺栓被放松，而地基被进一步压缩。而地基被进一步压缩。Om 力力 变形变形 Ob A F0 下图为单个螺栓下图为单个螺栓地基的受力变形图，斜线地基的受力变形图，斜线ObA表示螺栓的受力变形线，斜线表示螺栓的受力变形线，斜线OmA表示地基的受力表示地基的受力变形线。变形线。F1m 强调是基座上的压力强调是基座上的压力Fm F2m F1 F

35、 F2 C2 单个螺栓的受力分析：单个螺栓的受力分析：Om 力力 变形变形 Ob 未加倾覆力矩时，工未加倾覆力矩时，工作点在作点在A点，点，Mi=0施加倾覆力矩施加倾覆力矩M时时:左边的螺栓和地基，工左边的螺栓和地基，工作点分别移至作点分别移至B1 和和C1 右边的螺栓和地基，工作点分别移至右边的螺栓和地基，工作点分别移至B2 和和C2 左边螺栓总拉力增加，右边螺栓总拉力减小。左边螺栓总拉力增加，右边螺栓总拉力减小。F2 F2m C1 B2 B1 A F0 作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：平衡，即：ziLFM1ii0maxPPWMAzF00minPW

36、MAzF 为防止结合面受压最大处被压溃或受压最小处出为防止结合面受压最大处被压溃或受压最小处出现间隙，要求接合面压应力最大值不超过允许值，现间隙，要求接合面压应力最大值不超过允许值，最小值不小于零。即：最小值不小于零。即：iiLLFFmaxmax因求得最大工作载荷求得最大工作载荷ZiLMLF12imaxmaxziiLLFM1max2maxp地基接合面的许用挤压应力，可查表选取。地基接合面的许用挤压应力，可查表选取。W接合面的有效抗弯系数。接合面的有效抗弯系数。A接合面的有效面积。接合面的有效面积。Z总的螺栓个数。总的螺栓个数。 在实际使用中，螺栓组连接所受的工作载荷在实际使用中，螺栓组连接所受

37、的工作载荷常常是以上四种简单受力状态的不同组合。一常常是以上四种简单受力状态的不同组合。一般来说，对普通螺栓可按轴向载荷或（和）倾般来说，对普通螺栓可按轴向载荷或（和）倾覆力矩确定螺栓的工作拉力；按横向载荷或覆力矩确定螺栓的工作拉力；按横向载荷或（和）转矩确定连接所需要的预紧力，然后求（和）转矩确定连接所需要的预紧力，然后求出螺栓的总拉力。对铰制孔用螺栓则按横向载出螺栓的总拉力。对铰制孔用螺栓则按横向载荷或（和）转矩确定螺栓的工作剪力。求得受荷或（和）转矩确定螺栓的工作剪力。求得受力最大的螺栓及其所受的剪力后，再进行单个力最大的螺栓及其所受的剪力后，再进行单个螺栓连接的强度计算。螺栓连接的强度

38、计算。螺栓组的设计包括两部分内容：螺栓组的设计包括两部分内容：(1) 正确进行结构设计，通过受力分析找出受正确进行结构设计，通过受力分析找出受力最大的螺栓；力最大的螺栓；(2) 按照单个螺栓连接的强度计算公式来设计按照单个螺栓连接的强度计算公式来设计这个受力最大的螺栓的尺寸，其余螺栓则按同这个受力最大的螺栓的尺寸，其余螺栓则按同样尺寸选用。样尺寸选用。设计时应正确解决的几个问题：设计时应正确解决的几个问题：(1) 螺栓组的布置，一般可参考现有设备由经螺栓组的布置，一般可参考现有设备由经验确定；也可先将总载荷分解，再按各种载荷验确定；也可先将总载荷分解，再按各种载荷进行分配计算，再叠加，得到总载

39、荷在各螺栓进行分配计算，再叠加，得到总载荷在各螺栓中的分配情况；中的分配情况；(2) 确定螺栓的拧紧力矩；必要时将这一结果确定螺栓的拧紧力矩；必要时将这一结果标注到相应的图纸上；标注到相应的图纸上；(3) 确定螺栓直径，据此确定螺栓其他部分尺确定螺栓直径，据此确定螺栓其他部分尺寸，并进行精确校核，疲劳强度校核时应特别寸，并进行精确校核，疲劳强度校核时应特别注意受力变形线图；注意受力变形线图；(4) 采取适当措施提高螺栓连接强度。采取适当措施提高螺栓连接强度。 56 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算 对于整个螺栓组来说，所受载荷可能是轴向对于整个螺栓组来说，所受载荷可能是轴向载荷、横向载荷、

40、弯矩和转矩等。对单个螺栓载荷、横向载荷、弯矩和转矩等。对单个螺栓来说，其载荷形式皆为横向力或轴向力。来说，其载荷形式皆为横向力或轴向力。一、螺纹连接的载荷形式和失效形式一、螺纹连接的载荷形式和失效形式1. 1. 螺纹连接的载荷形式螺纹连接的载荷形式 在进行螺栓连接的强度计算时，要先根据连在进行螺栓连接的强度计算时，要先根据连接的类型、连接的装配情况、载荷状态条件，接的类型、连接的装配情况、载荷状态条件，确定螺栓的受力，然后按相应的强度条件计算确定螺栓的受力，然后按相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径或校核其强度。其他尺寸螺栓危险截面的直径或校核其强度。其他尺寸可直接在标准中选用，不需进行强度计

41、算。可直接在标准中选用，不需进行强度计算。 螺栓连接螺栓连接的主要失的主要失效形式效形式滑扣滑扣（因经常拆装）（因经常拆装）受拉螺栓受拉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剪螺栓受剪螺栓 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2. 螺纹连接的失效形式螺纹连接的失效形式 螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓连接的

42、计算主要是确定螺纹小径连接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照，然后按照标准选定螺纹公称直径标准选定螺纹公称直径d及螺距及螺距P等。等。 二、松螺栓连接强度计算二、松螺栓连接强度计算（工作前不预紧）（工作前不预紧）螺栓工作之前不需拧紧螺母，螺栓不受力。螺栓工作之前不需拧紧螺母，螺栓不受力。失效形式：失效形式：螺栓塑变或被拉断。螺栓塑变或被拉断。强度条件：强度条件：4/21dF式中式中: d1螺栓危险截面的直径螺栓危险截面的直径 螺栓材料的许用应力螺栓材料的许用应力 F工作拉力工作拉力设计公式：设计公式：41Fd 三、紧螺栓连接强度计算三、紧螺栓连接强度计算 工作前预紧（装配时须拧工作前预紧（

43、装配时须拧紧），在工作状态下可能还紧），在工作状态下可能还需要补充拧紧。需要补充拧紧。 螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力F0和摩擦和摩擦力矩力矩T T1的双重作用。的双重作用。1. 1. 仅承受预紧力的紧螺栓连接仅承受预紧力的紧螺栓连接F F0 0T T1 1F F0 0T T1 14/210dF拉应力：拉应力：扭转切应力：扭转切应力：分母为抗剪截面系数分母为抗剪截面系数F F0 0T T1 1F F0 0T T1 1失效形式：失效形式：螺栓塑变或被拉断。螺栓塑变或被拉断。200232111tantantan221tantan164vvvdFFdddd3 . 1对于对于M10M64的普通钢制螺纹，

44、可取：的普通钢制螺纹，可取： tgv 0.17， d2 /d1=1.041.08, tg 0.05 得：得： 0.5 计算应力：计算应力：223ca22)5 . 0(34/3.1210dFca强度条件：强度条件：3 . 1401Fd 此类螺栓连接在拧紧时虽是同时承受拉伸和此类螺栓连接在拧紧时虽是同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时可以只按拉伸强扭转的联合作用，但在计算时可以只按拉伸强度计算，并将所受拉力（预紧力）增大度计算，并将所受拉力（预紧力）增大30%来来考虑扭转的影响。考虑扭转的影响。 因横向载荷是由预紧力因横向载荷是由预紧力F0在被连接件间产生的摩在被连接件间产生的摩擦力来抵抗的，

45、所以往往需要很大的预紧力，会使擦力来抵抗的，所以往往需要很大的预紧力，会使螺栓的结构尺寸增加，这时可采取各种减载零件来螺栓的结构尺寸增加，这时可采取各种减载零件来承担横向载荷。如销、套筒、键等。承担横向载荷。如销、套筒、键等。fFF0使连接接合面不滑移的预紧力：使连接接合面不滑移的预紧力：螺母未拧紧螺母未拧紧螺母已拧紧螺母已拧紧受工作载荷受工作载荷F F2. . 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中图中图：加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b被连接件受被连接件受 压压 缩短缩短m。右图：加载右图：加载 F 后，后，螺栓总伸长量增加为螺栓总伸长量增加为: +b

46、被连接件压缩量减少为被连接件压缩量减少为：m - 左图：螺栓和被连接件都不受力。因而也不产生变左图：螺栓和被连接件都不受力。因而也不产生变 形。形。被连接件的压缩力由被连接件的压缩力由F0减至减至F1。F1称为残余预紧力称为残余预紧力总拉力总拉力F2为：为：F2=F+F1注意：注意：由于螺栓和被连接件的弹性变形，连接由于螺栓和被连接件的弹性变形，连接受载后，预紧力发生了变化，螺栓的总拉力受载后，预紧力发生了变化，螺栓的总拉力F2并不等于预紧力并不等于预紧力F0与工作拉力与工作拉力F之和，而是等于之和，而是等于残余预紧力残余预紧力F1与工作拉力与工作拉力F之和。之和。F2F0+F F14 精密螺

47、杆或水平安装精密螺杆或水平安装螺杆长度系数，查表确定。螺杆长度系数，查表确定。I 螺杆危险截面的惯性矩螺杆危险截面的惯性矩 l 螺杆的工作长度（螺杆的工作长度（不同的支承结构，不同的支承结构，l取值不同）取值不同）当当S40时，不必进行稳定性校核。时，不必进行稳定性校核。当不满足条件时，应增大螺纹小径当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。SS螺杆稳定性安全系数；螺杆稳定性安全系数；Ssc螺杆稳定性的计算安全系数；螺杆稳定性的计算安全系数；E螺杆材料的拉压弹性模量；螺杆材料的拉压弹性模量；Fcr螺杆的临界载荷；螺杆的临界载荷；S螺杆的柔度；螺杆的柔度；S=l/i，i指危险截面的惯性半径。指危险截面

48、的惯性半径。 在螺杆和螺母之间设有封闭的循环滚道，其间充在螺杆和螺母之间设有封闭的循环滚道，其间充以滚珠或滚子，这样就使螺旋面间的滑动摩擦成为以滚珠或滚子，这样就使螺旋面间的滑动摩擦成为滚动摩擦。滚动摩擦。四、滚动螺旋传动和静压螺旋传动简介四、滚动螺旋传动和静压螺旋传动简介类型：滚珠螺旋、滚子螺旋。类型：滚珠螺旋、滚子螺旋。1 1、滚动螺旋传动简介、滚动螺旋传动简介特点：特点：传动效率高，启动力矩小，传动灵敏传动效率高，启动力矩小，传动灵敏平稳；磨损小，传动精度高；平稳；磨损小，传动精度高；不自锁，可实不自锁，可实现直线现直线 运动与旋转运动的转换；工作寿命运动与旋转运动的转换；工作寿命长。但

49、制造工艺较复杂，特别是长螺杆热处长。但制造工艺较复杂，特别是长螺杆热处理及磨削质量难以保证，刚性和抗振性能较理及磨削质量难以保证，刚性和抗振性能较差。差。2、静压螺旋传动简介、静压螺旋传动简介把静压原理应用于螺旋传动中，制成静压螺旋。把静压原理应用于螺旋传动中，制成静压螺旋。特点：特点： 传动摩擦小，传动效率高，传动的刚性和抗传动摩擦小，传动效率高，传动的刚性和抗振性好。振性好。计计 算算 举举 例例例题例题1：一厚度：一厚度=12mm的钢板用的钢板用4个螺栓固连在厚个螺栓固连在厚度度1=30mm的铸铁支架上，螺栓的布置有两种方案，的铸铁支架上，螺栓的布置有两种方案，如下图所示。如下图所示。已

50、知：螺栓材料为已知：螺栓材料为Q235，=95MPa、=96MPa,钢板钢板p=320MPa，铸铁，铸铁p1=180MPa，接合面间，接合面间摩擦系数摩擦系数f=0.15，可靠性系数，可靠性系数Kf=1.2，载荷，载荷F=12000 N，尺寸，尺寸l=400mm，a=100mm。（1）比较哪种螺栓布置方案合理？）比较哪种螺栓布置方案合理？（2）按照螺栓布置合理方案，分别确定采用普通）按照螺栓布置合理方案，分别确定采用普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接时的螺栓直径。螺栓连接和铰制孔用螺栓连接时的螺栓直径。解题分析：解题分析： 本题是螺栓组连接受横向载荷和旋转力矩共本题是螺栓组连接受横向载荷和旋转力矩

51、共同作用的典型例子。解题时，首先要将作用于同作用的典型例子。解题时，首先要将作用于钢板上的外载荷钢板上的外载荷F向螺栓组连接的接合面形心向螺栓组连接的接合面形心简化，得出该螺栓组连接受横向载荷简化，得出该螺栓组连接受横向载荷F F 和旋转和旋转力矩力矩T T两种简单载荷作用的结论。然后将这两两种简单载荷作用的结论。然后将这两种简单载荷分配给各个螺栓，找出受力最大的种简单载荷分配给各个螺栓，找出受力最大的螺栓，并把该螺栓承受的横向载荷用矢量叠加螺栓，并把该螺栓承受的横向载荷用矢量叠加原理求出合成载荷。原理求出合成载荷。 在外载荷与螺栓数目一定的条件下，对不同的在外载荷与螺栓数目一定的条件下，对不

52、同的螺栓布置方案，受力最大的螺栓所承受的载荷是螺栓布置方案，受力最大的螺栓所承受的载荷是不同的，显然使受力最大的螺栓承受较小的载荷不同的，显然使受力最大的螺栓承受较小的载荷是比较合理的螺栓布置方案。是比较合理的螺栓布置方案。 若螺栓组采用铰制孔用螺栓连接，则靠螺栓光若螺栓组采用铰制孔用螺栓连接，则靠螺栓光杆部分受剪切和配合面间受挤压来传递横向载荷，杆部分受剪切和配合面间受挤压来传递横向载荷，其设计准则是保证螺栓的剪切强度和连接的挤压其设计准则是保证螺栓的剪切强度和连接的挤压强度，可按相应的强度条件式，计算受力最大螺强度，可按相应的强度条件式，计算受力最大螺栓危险剖面的直径。栓危险剖面的直径。 若螺栓组采用普通螺栓连接，则靠拧紧螺母使若螺栓组采用普通螺栓连接，则靠拧紧螺母使被连接件接合面间产生足够的摩擦力来传递横向被连接件接合面间产生足够的摩擦力来传递横向载荷。在此情况下，应先按受力最大螺栓承受的载荷。在此情况下，应先按受力最大螺栓承受的横向载荷，求出螺栓所需的预紧力；然后用只受横向载荷，求出螺栓所需的预紧力；然后用只受预紧力作用的紧螺栓连接，受拉强度条件式计算预紧力作用的紧螺栓连接，受拉强度条件式计算螺栓危险剖面的直径螺栓危险剖面的直径d d1