第5章螺纹联接

1、螺纹联接第二篇第二篇 联接（联接（connection）动联接动联接机器工作时，被联接零件之间可以有机器工作时，被联接零件之间可以有相对运动的联接。相对运动的联接。可拆联接可拆联接不需要毁坏任何零件就可拆开的联不需要毁坏任何零件就可拆开的联接。接。静联接静联接机器工作时，被联接零件之间不允许机器工作时，被联接零件之间不允许有相对运动的连接。有相对运动的连接。运动副运动副滑动轴承滑动轴承螺纹联接螺纹联接焊接焊接不可拆联接不可拆联接拆开时至少要破坏一个零件的联拆开时至少要破坏一个零件的联接。接。考虑结构安装考虑结构安装运输维护运输维护螺纹联接螺纹联接键联接键联接焊接焊接铆接铆接考虑制造考虑制造经济

2、性经济性螺纹联接第五章第五章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动一、一、 螺纹螺纹1、螺纹的形成、螺纹的形成2、螺纹的类型、螺纹的类型 按平面图形分按平面图形分 牙根强度牙根强度 工艺性工艺性 适用场合适用场合三角形螺纹三角形螺纹 最大最大 好好 联接联接矩形螺纹矩形螺纹 小小 差差 传动传动梯形螺纹梯形螺纹 较大较大 好好 传动传动锯齿形螺纹锯齿形螺纹 较大较大 好好 传动传动管螺纹管螺纹 联接联接螺纹联接 按螺线的绕行方向分按螺线的绕行方向分左旋螺纹左旋螺纹右旋螺纹右旋螺纹 按螺纹线数分按螺纹线数分单线螺纹单线螺纹用于联接用于联接双线螺纹双线螺纹用于传动用于传动三线螺纹三线螺纹用于传动用

3、于传动多线螺纹多线螺纹用于传动用于传动螺纹联接3、主要参数、主要参数大径大径d公称直径公称直径小径小径d1危险剖面直径，强度计算直径危险剖面直径，强度计算直径中径中径d2轴线剖面上的假想直径轴线剖面上的假想直径线数线数n 螺旋线数目螺旋线数目螺距螺距P导程导程S SnP升角升角牙型角牙型角 牙侧角牙侧角 工作高度工作高度h（接触的（接触的径向高度）径向高度）螺纹联接二、螺纹联接的基本类型二、螺纹联接的基本类型1、螺栓联接、螺栓联接 普通螺栓联接普通螺栓联接 铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接2、双头螺柱联接、双头螺柱联接螺纹联接3、螺钉联接、螺钉联接4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接5、特殊用螺钉联接、

4、特殊用螺钉联接 地脚螺钉联接地脚螺钉联接吊环螺钉联接吊环螺钉联接螺纹联接6、标准螺纹联接件、标准螺纹联接件 螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉自攻螺钉、螺母、垫圈自攻螺钉、螺母、垫圈 螺纹联接三、螺纹联接的预紧和防松三、螺纹联接的预紧和防松（一）螺纹副受力分析（一）螺纹副受力分析1、矩形螺纹、矩形螺纹 物体沿斜面匀速上升物体沿斜面匀速上升 F F0 tan（+）螺纹联接 螺母旋转一周的输入功为螺母旋转一周的输入功为 A1 F d2F0 tan（+） d2 举升重物的有效功为举升重物的有效功为 A2 F0SF0 d2 tan螺纹联接效率：效率：)tan(tan)tan(tan2

5、02012dFdFAA当当450.5 时，螺纹副的效率最高时，螺纹副的效率最高 物体沿斜面匀速下降物体沿斜面匀速下降F0RNFFfF0RF F F0 tan（） 自锁条件为：自锁条件为： FF0 tan（）0 螺纹联接2、三角形螺纹、三角形螺纹(牙面正压力倾斜牙面正压力倾斜)摩擦力：摩擦力：力的关系力的关系 F F0 tan（ v）效效 率率 cosNN coscosFnffFnfNNfFf)tan(tanv自锁条件自锁条件cosarctanarctanffV螺纹联接（二）螺纹联接的预紧（二）螺纹联接的预紧1、螺纹阻力矩、螺纹阻力矩)tan(2201VdFT2、支承面阻力矩、支承面阻力矩202

6、030300231dDdDfFTc3、拧紧力矩、拧紧力矩FLdDdDfdFTTTcv20203030202132)tan(21增加可靠性增加可靠性紧密性紧密性螺纹联接4、控制预紧力的方法、控制预紧力的方法 测力矩板手测力矩板手 定力矩板手定力矩板手 测定螺栓伸长量测定螺栓伸长量螺纹联接（三）螺纹联接的防松（三）螺纹联接的防松1、摩擦防松、摩擦防松 双螺母双螺母弹簧垫圈弹簧垫圈自锁螺母自锁螺母螺纹联接2、机械防松、机械防松开口销与六角开槽螺母开口销与六角开槽螺母止动垫圈止动垫圈串联金属丝串联金属丝螺纹联接3、永久防松（破坏螺纹副）、永久防松（破坏螺纹副）冲点、焊接、粘合冲点、焊接、粘合四、单个螺

7、栓联接的强度计算四、单个螺栓联接的强度计算1、失效形式及计算准则、失效形式及计算准则 受拉螺栓受拉螺栓 断裂（过载断裂、疲劳断裂（过载断裂、疲劳断裂）、螺纹滑扣；断裂）、螺纹滑扣；计算准则：保证螺栓的静力拉伸强度。计算准则：保证螺栓的静力拉伸强度。占占65%占占20%占占15%螺纹联接 受剪螺栓受剪螺栓 螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断；螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断； 计算准则：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。计算准则：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。螺纹联接2、松螺栓联接的强度计算、松螺栓联接的强度计算拉伸强度条件为：拉伸强度条件为：式中：式中：d1 危险剖面直径，危险剖面直径，mm 许用应

8、力，许用应力，Mpa SS421dFAF41Fd螺纹联接3、紧螺栓联接的强度计算、紧螺栓联接的强度计算拉伸应力为：拉伸应力为：2104dF214101231161202tantan1tantan)tan(2dFdddFvvdv扭剪应力：扭剪应力：普通钢制螺栓普通钢制螺栓，tanv0.17 d2d11.041.08，tan0.05代入计算得代入计算得 0.5 3 . 1)5 . 0 ( 332222ca螺纹联接1） 受横向载荷的紧螺栓联接受横向载荷的紧螺栓联接螺杆的强度条件为：螺杆的强度条件为：减载键、减载环减载键、减载环3 .14210dFca螺纹联接挤压强度：挤压强度：1AFp剪切强度：剪切

9、强度：2AF2）铰制孔用螺栓联接的强度）铰制孔用螺栓联接的强度剪切强度：剪切强度：min0ppLdF420dF挤压强度：挤压强度：螺纹联接3）受轴向载荷的紧螺栓联接）受轴向载荷的紧螺栓联接螺杆的总受力螺杆的总受力 F2F0F ？FFF02FFF12残余预紧力残余预紧力螺纹联接相对刚度尽可能取小相对刚度尽可能取小些，推荐值为：金属些，推荐值为：金属垫片垫片(或无垫片或无垫片)0.20.3，皮革垫片，皮革垫片0.7，铜皮石棉垫片铜皮石棉垫片0.8，橡，橡胶垫片胶垫片0.9。bbbtgCCFmmmtgCCFFmbCCFFFFCCCFmbbFCCCFFFFmbb002mbbCCC螺纹联接拉伸强度：拉伸

10、强度： 保证联接的紧密性，应使保证联接的紧密性，应使F10 有紧密性要求的：有紧密性要求的：F1（1.51.8）F 一般联接，载荷稳定：一般联接，载荷稳定：F1（0.20.6）F 一般联接，载荷不稳定：一般联接，载荷不稳定：F1（0.61.0）F 地脚螺栓：地脚螺栓：F1F3 .14212dFca 设计式设计式：3 .1421Fd 说明说明螺纹联接 对变载重要联接，应作疲劳强度校核对变载重要联接，应作疲劳强度校核-1tc螺栓材料的对称循环螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限；拉压疲劳极限；SKKSatcca)2)()(2minmin1试件的材料常数，碳素钢试件的材料常数，碳素钢0.10.2，合，合金

11、钢金钢0.20.3；K拉压疲劳强度综合影响系数拉压疲劳强度综合影响系数k有效应力集中系数有效应力集中系数尺寸系数尺寸系数S 安全系数安全系数kK螺纹联接4）受偏心载荷的紧螺栓联接）受偏心载荷的紧螺栓联接2103100432dFdeFAFWTb949432210210210dFdFdF1de螺纹联接避免偏载的措施：避免偏载的措施： 铸造出凸台；铸造出凸台； 斜面用斜垫圈；斜面用斜垫圈； 采用球面垫圈。采用球面垫圈。 加工沉头座；加工沉头座；螺纹联接五、螺栓组联接的设计五、螺栓组联接的设计 1、螺栓组的结构设计、螺栓组的结构设计 轴对称的简单几何形状轴对称的简单几何形状螺纹联接a、铰制孔螺栓，在载

12、荷方向不要成排布置、铰制孔螺栓，在载荷方向不要成排布置8个以上的螺栓。个以上的螺栓。b、受弯矩或扭矩时，螺栓应布置在结合面的、受弯矩或扭矩时，螺栓应布置在结合面的边缘上，使受力小。边缘上，使受力小。c、同时受轴向、横向载荷时，用减载键、同时受轴向、横向载荷时，用减载键、销、套筒等。销、套筒等。 螺栓的受力合理螺栓的受力合理螺纹联接 螺栓间有合理的间距、边距；螺栓间有合理的间距、边距； 同一圆周上的螺栓数目尽量取偶数，同一螺同一圆周上的螺栓数目尽量取偶数，同一螺栓组中各螺栓的材料、直径、长度应一致；栓组中各螺栓的材料、直径、长度应一致； 避免螺栓受偏心载荷。避免螺栓受偏心载荷。螺纹联接2、螺栓组

13、受力分析、螺栓组受力分析目的：找出受力最大的螺拴及所受力的大小目的：找出受力最大的螺拴及所受力的大小假设：螺栓的材料、直径、长度、预紧力相同；假设：螺栓的材料、直径、长度、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； 受载后结合面仍保持为平面。受载后结合面仍保持为平面。螺纹联接（1）受横向载荷的螺栓组联接）受横向载荷的螺栓组联接F z Ff 接合面摩擦系数；接合面摩擦系数；i 接合面数目；接合面数目；z 螺栓数目；螺栓数目；KS防滑系数，防滑系数，KS1.11.3。FF0 f zF0 f zF0 f z i FKS螺纹联接（2）受转矩的螺栓组联接）受转矩的

14、螺栓组联接 普通螺栓联接普通螺栓联接不滑移条件不滑移条件ri第第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心的距离。个螺栓的轴线到螺栓组对称中心的距离。TKrfFrfFrfFSz02010iSzSrfTKrrrfTKF)(210f F0f F0螺纹联接 铰制孔螺栓组联接铰制孔螺栓组联接TrFrFrFzz2211TrFiiF1FmaxiirFrFmaxmaxmaxmaxrrFFiiTrrFrrrFrFiiiii2maxmaxmaxmax2maxmaxirTrF螺纹联接（3）受轴向载荷的螺栓组联）受轴向载荷的螺栓组联接接假设：底板是刚性假设：底板是刚性 底板绕底板绕OO翻转翻转 螺杆和地基按各自的螺杆和地基按各

15、自的刚度拉伸和压缩。刚度拉伸和压缩。FF zpDF2241（4）受倾覆力矩的螺纹组联接受倾覆力矩的螺纹组联接F1Fmax螺纹联接 计算受力最大螺栓的受力计算受力最大螺栓的受力最大外载荷：最大外载荷：MLFLFZZ11maxmaxLFLFiiMLFiimaxmaxFLLFii2maxmaxiLMLF螺栓总拉力：螺栓总拉力：max02FCCCFFmbb螺纹联接 考虑地基强度考虑地基强度受外载前地基的挤压应力：受外载前地基的挤压应力：M引起的最大应力：引起的最大应力：AzFp0近似取近似取)(maxmbmpCCCWM左边不出现缝隙左边不出现缝隙1mbmCCCWMpmax右边地基不被压溃右边地基不被压

16、溃0maxminpppp地基材料的许用挤压应力地基材料的许用挤压应力maxmaxpppp螺纹联接六、螺纹联接件的材料及许用应力六、螺纹联接件的材料及许用应力1、螺纹联接件的材料、螺纹联接件的材料常用材料：常用材料：Q215、Q235，10、35、45等；等；冲击振动大的场合：冲击振动大的场合：40Cr、30CrMnSi等；等；特殊场合：特殊场合：1Cr13、CrNi2、H62等。等。国家标准规定：国家标准规定： 螺纹联接件按材料的力学性能分等级：螺纹联接件按材料的力学性能分等级： 螺栓、螺柱、螺钉从螺栓、螺柱、螺钉从3.612.9分十个等级；分十个等级；3.6的含义：的含义：3抗拉强度抗拉强度

17、B：300MPa.6屈服强度屈服强度S ：180MPaS / B螺母从螺母从412分七个等级。分七个等级。标记的含义：标记的含义：保证最小应力的保证最小应力的1100选用时：选用时：螺母的性能等级不低螺母的性能等级不低于螺栓的性能等级于螺栓的性能等级螺纹联接2、许用应力、许用应力螺纹联接件的螺纹联接件的许用拉应力：许用拉应力： sS螺纹联接件的螺纹联接件的许用剪应力：许用剪应力： sS螺纹联接件的螺纹联接件的许用挤压应力：许用挤压应力： 钢：钢： p sSp 铸铁：铸铁： p BSps、B联接件材料的屈服极限、强度极限联接件材料的屈服极限、强度极限；S、 S 、Sp安全系数。安全系数。螺纹联接

18、七、提高螺拴联接强度的措施七、提高螺拴联接强度的措施 减少螺栓刚度减少螺栓刚度Cb1、降低应力幅、降低应力幅用腰用腰状螺状螺杆、杆、空心空心螺杆螺杆螺母螺母下安下安装弹装弹性元性元件件改变前改变前改变后改变后螺纹联接 增大被联接件刚度增大被联接件刚度Cm不用垫片，或用刚性较大垫片不用垫片，或用刚性较大垫片 减少螺栓刚度减少螺栓刚度Cb、增大被联接、增大被联接件刚度件刚度Cm和增大预紧力并用。和增大预紧力并用。改变前改变前改变后改变后改变前改变前改变后改变后螺纹联接2、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螺栓和螺母的刚度和变形性质不同，造成螺纹螺栓和螺母的刚度和变形性质不同，造成螺纹牙上各圈的受力不均牙上各圈的受力不均第一圈螺纹牙