第5章螺纹联接和螺旋传动(wxd)

1、武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 1第第5章章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动主要内容：主要内容：1。螺纹联接的基本知识（类型、结构、标。螺纹联接的基本知识（类型、结构、标 准、应用场合及有关的防松方法）准、应用场合及有关的防松方法）2。螺栓联接设计及强度计算。螺栓联接设计及强度计算3。螺旋传动性能及设计计算方法。螺旋传动性能及设计计算方法(了解了解)重点及难点：重点及难点：1。螺栓组的受力分析。螺栓组的受力分析2。螺栓联接的强度计算。螺栓联接的强度计算武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 2潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺纹的形成一、螺纹的形成5 51 螺螺 纹纹d2螺旋线螺旋线

2、-一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹螺纹-一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图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。形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 3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

3、锯齿形螺纹锯齿形螺纹武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 4潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制螺纹的牙型螺纹的牙型潘存云教授研制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1530330潘存云教授研制潘存云教授研制武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 5潘存云教授研制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

4、旋螺纹潘存云教授研制左旋螺纹左旋螺纹武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 6潘存云教授研制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 一般一般: n 4双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹PSS = 2PPSPS =Pn线螺纹线螺纹: S = n P潘存云教授研制潘存云教授研制武汉科技大学专用 作者： 潘存

5、云教授 7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螺纹副螺纹副武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 8潘存云教授研制潘存云教授研制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武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 9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

6、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联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹螺旋传动螺旋传动武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 10联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 11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

7、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联接螺纹联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武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 12潘存云教授研制圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制管螺纹管螺纹武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 13潘存云教授研制(3)中径中径d2 (D2) 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等

8、。d1d2d(1)大径大径d(D)与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。(2) 小径小径 d1 (D1) 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(4) 螺距螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5) 导程导程S(6) 螺纹升角螺纹升角 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 (7)牙型角牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。tg=d2 nP 牙侧角（牙型斜角牙侧角（牙型斜角 ） d2SS = nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P二、螺纹的主要几何参数二、螺纹的主要几何参数

9、SP (8)接触高度接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。h武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 14 普通螺纹普通螺纹（牙型为等边三角形，牙型角牙型为等边三角形，牙型角=60）以大径）以大径d为为公称直径公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为的称为粗牙螺纹粗牙螺纹，其余的统称为，其余的统称为细牙螺纹细牙螺纹。60螺纹的精度等级螺纹的精度等级:A级级B级级C级级公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的联接；受载较大且经常拆卸，调整或承受

10、变载荷的联接；用于一般联接，最常用。用于一般联接，最常用。粗牙螺纹应用最广粗牙螺纹应用最广细牙螺纹的优点：细牙螺纹的优点：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、受动载荷的联接和微调机构。薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 15潘存云教授研制潘存云教授研制梯形梯形螺纹：螺纹：梯梯 形形锯齿形锯齿形30330为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形

11、螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。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本粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册 P88）。）。螺纹的基本尺寸：螺纹的基本尺寸：武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 16潘存云教授研制直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mmmm3 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

12、P 中径中径 D D2 2 d d2 2 小径小径 D D1 1 d d1 1 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 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.

13、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 15.294 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 20.75

14、2 (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 H=0.866P dH=0.866P d2 2=d-0.6495P d=d-0.6495P d1 1=d-1.0825P=d-1.0825PD D1 1、d d1 1-内、外螺纹小径内、外螺纹小径 D D2 2、d d2 2-内、外螺纹中径内、外螺纹中径 D D、d d -内、外螺纹大径内、外螺纹大径 P-P-螺距螺距 标记示例

15、：标记示例：M24(M24(粗牙普通螺纹、直径粗牙普通螺纹、直径2424、螺距、螺距3) 3) M24X1.5(M24X1.5(细牙普通螺纹细牙普通螺纹, ,直径直径24,24,螺距螺距1.5) 1.5) P PP/8P/8P/8P/8P/8P/8H/4H/4D dD dD D2 2 d d2 2 D D1 1 d d1 1 P/2P/2P/4P/43030 6060 9090 武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 17潘存云教授研制潘存云教授研制 梯形螺纹基本尺寸梯形螺纹基本尺寸 mmmm标记示例：标记示例：Tr48X8Tr48X8( (梯形螺纹，直径梯形螺纹，直径4848，螺距，螺距8)8

16、)h3 3=H4 4=H1 1+ac cH1 1=0.5pP hP h3 3=H=H4 4 a ac c 第第1 1系列系列 第第2 2系列系列 D D2 2 d d2 2 D D1 1 螺距螺距 螺纹牙高螺纹牙高 牙顶间隙牙顶间隙 公称直径公称直径d d 中中 径径 内螺纹小径内螺纹小径 12 6.5 0.5 9012 6.5 0.5 90、100 85100 85、95 d-6 d-12 95 d-6 d-12 10 5.5 0.5 4010 5.5 0.5 40、7070、80 3880 38、4242、65 d-5 d-10 65 d-5 d-10 8 4.5 0.5 488 4.5

17、0.5 48、52 4652 46、50 d-4 d-8 50 d-4 d-8 4 2.25 0.25 164 2.25 0.25 16、20 18 d-2 d-4 20 18 d-2 d-4 5 2.75 0.25 245 2.75 0.25 24、28 2228 22、26 d-2.5 d-5 26 d-2.5 d-5 6 3.5 0.5 326 3.5 0.5 32、36 3036 30、34 d-3 d-6 34 d-3 d-6 内螺纹内螺纹外螺纹外螺纹d dP PR R1 1R R2 2D D1 1D D4 4H H1 1D D2 2 d d2 2d d3 3a ac ca ac c

18、3030 H H4 4R R2 2武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 18潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制d dd d2 2d d1 1P P用螺纹密封的管用螺纹密封的管螺纹螺纹普通细牙普通细牙螺纹螺纹管管螺纹螺纹非螺纹密封管非螺纹密封管螺纹螺纹（圆柱管壁（圆柱管壁 = 55）用螺纹密封管用螺纹密封管螺纹螺纹（圆锥管壁（圆锥管壁 = 55）60圆锥管圆锥管螺纹螺纹（圆锥管壁（圆锥管壁 = 60，米制），米制）公称直径公称直径-管子的公称通径管子的公称通径。强调与普通螺纹不同55 55 非螺纹密封的管非螺纹密封的管螺纹螺纹d dd d2 2d d1 1P P2武汉科技大

19、学专用 作者： 潘存云教授 195 52 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件一、一、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型潘存云教授研制eaal1 1l1 1可承受横向载荷。铰制孔螺栓铰制孔螺栓（受剪螺栓）（受剪螺栓）孔与螺杆之孔与螺杆之间留有间隙间留有间隙螺纹余留长度螺纹余留长度l1：根据载荷及螺栓：根据载荷及螺栓 类型确定；类型确定；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到边缘的距离e=d+(36) mm 见见P65页页用于经常拆装易磨损之处。潘存云教授研制潘存云教授研制dd普通螺栓（受拉螺栓）普通螺栓

20、（受拉螺栓）武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 20潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、一、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺钉联接座端拧入深度座端拧入深度H，见，见P65ae ee e双头螺柱联接双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。参数参数l1 、e、a与螺栓相同与螺栓相同 l1 1l1 1H HH HH H1 1H H1 1H H2 2H H2 2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。d5 52 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件H1， H2查查机械设计课程设计机械设计课程设计 表表11-8武汉科

21、技大学专用 作者： 潘存云教授 21潘存云教授研制一、一、 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型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紧定螺钉紧定螺钉5 52 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件潘存云教授研制武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 22垫圈垫圈 平垫圈平垫圈薄平垫圈薄平垫圈A型平垫圈型平垫圈B型平垫圈型平垫圈螺母螺母 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱二、二、标准标准螺纹联接件（自学）螺纹联接件（自学） （P66 表表5-2）螺栓螺栓螺螺纹纹联联接接件件斜垫圈斜垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫

22、圈圆螺母用止动垫圈作用：作用：增加支撑面积以减增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。伤表面、防松。专用螺纹联接专用螺纹联接武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 235 53 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧预紧力：预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之大多数螺纹联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，这个预加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作用力称为预紧力F0 。预紧的目的：预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。载后被联

23、接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧力的确定原则：预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹联接件的预紧应力不拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限得超过其材料的屈服极限s ss的的80%。 一、概述一、概述一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。F0F0武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 24fcrFftgdFTTT02021)(2)(22021tgdFTTT二、二、 拧紧力矩拧紧力矩21TTTT T1 1克服螺纹副相对转动的阻力矩；克服螺纹副相对转动的阻力矩；T T2 2克服螺母

24、支撑面上的摩擦阻力矩；克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设预紧力为设预紧力为F F0 0 或预紧力（不受轴向载荷） fc c摩擦系数。摩擦系数。 无润滑时取：无润滑时取： fc c =0.15 =0.15rf f支撑面摩擦半径。支撑面摩擦半径。 rf =( =(dw w+ +d0 0)/4)/4简化公式：简化公式： 适用于M10M60的粗牙螺纹， f=0.15, fc=0.15, T 0.2 F 0.2 F0 0 dF F0 0Fa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：总力矩：总力矩： 注意：对于重要的联接，应尽可能采用M12的螺栓。Td0ddw武汉科技大学专用 作者：

25、 潘存云教授 25潘存云教授研制测力矩扳手测力矩扳手预紧力控制方法预紧力控制方法: :F F定力矩扳手定力矩扳手通常螺纹联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。L LS S1)1)凭手感经验；凭手感经验；2)2)测力矩扳手；测力矩扳手；3)3)定力矩扳手；定力矩扳手；4)4)测定伸长量。测定伸长量。L LM ML LS S武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 26潘存云教授研制联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。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可

26、能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。防松的方法（防松的方法（P71 表表5-3）：）： 1. 利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母5 54 螺纹联接的防松螺纹联接的防松防松防松-防止螺旋副相对转动。防止螺旋副相对转动。 武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 27潘存云教授研制潘存云教授研制开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母串联钢丝串联钢丝2. 采用专门防松元件防松采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈潘存云教授研制止动垫圈止动垫圈武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 283. 其他方

27、法防松其他方法防松11.5P用冲头冲用冲头冲23点点冲点防松法冲点防松法粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 295 55 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算螺栓联接螺栓联接的的主要失主要失效形式效形式：滑扣滑扣 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经常拆卸经常拆卸 断裂断裂-轴向变载荷轴向变载荷潘存云教授研制受剪螺栓受剪螺栓d潘存云教授研制潘存云教授研制d受拉螺栓受拉螺栓武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 30潘存云教授研制螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度

28、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，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。 一、松螺栓联接强度计算一、松螺栓联接强度计算强度条件：强度条件：(校核公式校核公式)4/21ssdFa式中式中: d1-螺纹小径螺纹小径 mm ， 许用应力许用应力二、紧螺栓联接强度计算二、紧螺栓联接强度计算(单个螺栓单个螺栓)FaFa力除以面积设计公式：设计公式：41saFd 装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。1. 普通螺栓联接强度计算普通螺栓联接强度计算2. 铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接强度计算强度计算装配时不须要拧紧武汉科

29、技大学专用 作者： 潘存云教授 31s3 .1螺栓受预紧力螺栓受预紧力F0（轴向拉力）和摩擦力矩（轴向拉力）和摩擦力矩T1的双重作用。的双重作用。4/210ssdF拉应力：拉应力：1.普通螺栓联接强度计算普通螺栓联接强度计算扭转切应力：扭转切应力：16/3111dTWTT16/2) (3120ddtgF4/) (221012dFtgdd对于对于M10M64的普通钢制螺纹，可取：的普通钢制螺纹，可取： tg f =0.17， d2 /d1=1.04-1.08, tg 0.5 得：得： 0.5 分母为抗剪截面系数计算应力：计算应力：223ssca22)5 . 0(3ss由此可见，对于M10M64普

30、通螺纹的钢制紧螺栓联接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。4/3.1210ssdFca强度条件：强度条件：1） 预紧时预紧时潘存云教授研制F0F0武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 32潘存云教授研制潘存云教授研制2）承受）承受横向横向工作载荷（外载）工作载荷（外载）F 时时ks-可靠性系数可靠性系数(防滑系数防滑系数)，常取，常取 ks =1.11.3mfFkFs0预紧力预紧力F0 ： f-摩擦系数，对钢与铸铁，取摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.10.15m-结合面数结合面数 上图m=1,下图m=2若

31、取若取 f =0.15， ks =1.2, m=1, 则：则：F0 8F结构尺寸大结构尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0为保证联接可靠，预紧力为保证联接可靠，预紧力F0应使接合面所产生的应使接合面所产生的摩擦力大于横向载荷摩擦力大于横向载荷F强度校核：强度校核：4/3.1210ssdFca武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 33潘存云教授研制潘存云教授研制FF/2F/23）承受承受轴向轴向工作载荷（外载）工作载荷（外载）F 时时改进措施：改进措施： a. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用b. 采用无间隙的铰制孔螺栓。采用无间隙的铰制孔

32、螺栓。设气体压强为设气体压强为p，螺栓数目为，螺栓数目为Z，则缸体周围，则缸体周围每个螺栓受的平均轴向载荷为：每个螺栓受的平均轴向载荷为：p D2/4F = =ZpFFD潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 34潘存云教授研制潘存云教授研制受载受载变形变形特别注意，轴向载荷：特别注意，轴向载荷：F2 F0+F加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b被联接件受压缩短被联接件受压缩短m加载加载 F 后后:螺栓受拉继续伸长；被联接件放松了 螺栓总伸长量为螺栓总伸长量为: 总拉力为：总拉力为：被联接件压缩量为：被联接件压缩量为： 残余预紧力减少到：残余预

33、紧力减少到： F1 很显然很显然: F11.64 410 1016 1620 2030 1.6 1.64 410 1016 1620 2030 d d为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成布在同一圆周上的螺栓数目取成: 4、6、8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。武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 45潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制保证被联接件，螺母和螺栓头支承面平整，并与螺栓轴线相互垂直。对于在铸、锻件等的粗糙表面上

34、安装螺栓时，应制成凸台或沉头座。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈等。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。采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构切削加工支承面切削加工支承面支承面不平支承面不平支承面倾斜支承面倾斜采用斜垫圈采用斜垫圈武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 46二、螺栓组联接的受力分析二、螺栓组联接的受力分析* * *受力分析的目的：受力分析的目的：根据联接的结构和受载情况，求出根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓受力最大的螺栓及其及其所受的力及载荷性质所受的力及载荷性质，以便进行螺栓联接的强度计算。，以便进行螺栓联接的强度计算。 受力分析时所作假设：受

35、力分析时所作假设： a)a)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； c)c)受载后联接接合面仍保持为平面。受载后联接接合面仍保持为平面。受力分析的类型：受力分析的类型：b)b)螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受转矩受转矩受横向载荷受横向载荷受轴向载荷受轴向载荷受倾覆力矩受倾覆力矩M武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 47潘存云教授研制潘存云教授研制（1）对于铰制孔螺栓联接，每个螺栓所受工作剪力为：对于铰制孔螺栓联接，每个螺栓所受工作剪力为：（2）对于普通螺栓联接对于普通螺栓联接 ，按预紧后接合面间所

36、产生的最大摩擦力必须大于或，按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的要求，有：等于横向载荷的要求，有：式中：式中：z z为螺栓数目。为螺栓数目。 图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。1 1受横向载荷受横向载荷的螺栓组联接的螺栓组联接zFFFKzmfFS0fzmFKFS0或或Ks-防滑系数，设计中可取防滑系数，设计中可取 Ks =1.11.3m-接合面数接合面数铰制孔螺栓FFFF普通螺栓 Pmin0PssLdF 204dF强度条件强度条件：强度条件：强度条件：4/3.1210ssdFca武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 48潘存云教授研制TO潘存云教授研制O采用普

37、通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。2受转矩受转矩T的螺栓组联接的螺栓组联接TKfrFfrFfrFsz02010 TrFziii1 1)1)采用普通螺栓采用普通螺栓是靠联接预紧后在接是靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。 2)2)采用铰制孔螺栓采用铰制孔螺栓靠螺栓的剪切和螺靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmaxziirfTKF1S0TrmaxFmaxr1f F0f F0r2riFi假设底板受载仍为平面，则螺栓的剪切变形量与距离成正比，F

38、=KriiirKF剪切力与距离r的比值为常数单个普通螺栓强度计算：单个普通螺栓强度计算：见式（见式（5-33）单个铰制孔螺栓的强度计算：单个铰制孔螺栓的强度计算：见式见式(5-35)，(5-36)武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 493受轴向载荷的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接 若作用在螺栓组上轴向总载荷若作用在螺栓组上轴向总载荷F F 作用线与螺栓轴线作用线与螺栓轴线平行，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：同，每个螺栓所受轴向工作载荷为： 通常，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，

39、当联接要有保证的残余的作用，当联接要有保证的残余预紧力为预紧力为F1时，时，每个螺栓所承受的总载荷每个螺栓所承受的总载荷F2为为:zFFF2 = F1 + Fp潘存云教授研制DFFF强度计算：见式（强度计算：见式（5-33）武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 50潘存云教授研制潘存云教授研制4受倾覆力矩的螺栓组联接受倾覆力矩的螺栓组联接 倾覆力矩 M 作用在联接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已被拧紧并承受预紧力F0且被拉伸，地基有均匀的压缩。在作用M后，接触面绕o-o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，而地基被进一步压缩。单个螺栓拉力产

40、单个螺栓拉力产生的力矩为：生的力矩为：F1F0 F0 p ( F 0引起引起)F2mp2( F1m引起引起)p1( F1引起引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi Li iirFrFmaxmax假设底板受载仍为平面，则螺栓受力与螺栓中心到螺栓组排列中心的距离成正比。iirKF螺栓承受的载荷与距离成正比：螺栓承受的载荷与距离成正比： 武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 51潘存云教授研制F1m 强调是基座上的压力Fm F2m F1 F 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 ziLFM1ii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

41、力矩M平衡，即：平衡，即：未加倾覆力矩时：未加倾覆力矩时： 工作点在工作点在A ， Mi=0施加倾覆力矩施加倾覆力矩M时时:左边的螺栓，工作点移至：左边的螺栓，工作点移至：B1 和和C1 右边的螺栓，工作点移至：右边的螺栓，工作点移至：B2 和和C2 左边螺栓总拉力增加，右边螺栓总拉力减小。F2 F2m C1 B2 B1 iiLFLFmaxmax由：iiLLFFmaxmax求得最大工作载荷ZiLMLF12imaxmaxA F0 武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 520maxPPWMAzFss00minPWMAzFs受力最大的螺栓的受力最大的螺栓的总拉力：总拉力：maxmbb02FCCCFF

42、 为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：间隙，要求：表5-6 联接接合面材料的许用挤压应力材料 钢 铸铁 混凝土 砖(水泥浆缝) 木材p(MPa) 0.8 s (0.40.5)B 2.03.0 1.52.0 2.04.0直接引用前面的结论强度条件：强度条件：4/3.1212ssdFca武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 535 57 螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力一、螺纹联接件材料一、螺纹联接件材料螺栓、螺柱、螺钉常用材料：螺栓、螺柱、螺钉常用材料：Q215Q215、Q235Q235、3535、4545等碳素钢；等碳素钢

43、；螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为1010级级( (见表见表5-8)5-8)作为标准零件，螺纹联接件是按其性能等级选用的。对于一定性能等级的螺纹联接件应具备一定的强度极限。冲击振动场合用：冲击振动场合用：15Cr15Cr、40Cr40Cr、 30CrMnSi30CrMnSi等合金钢。等合金钢。3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9例：例：4 . 8强度极限强度极限1/100 =400MPa屈服极限屈服极限=0.8倍强度极限=320MPa武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 54选用原则：选用原则：一般用途：通常选用一般用途

44、：通常选用4.8级左右的螺栓，级左右的螺栓，重要场合：要选用高的性能等级，重要场合：要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。级的螺栓。螺母的性能等级分为 7级。 4 5 6 8 9 10 12武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 55二、螺纹联接件的许用应力二、螺纹联接件的许用应力 螺纹联接件的许用应力与载荷性质螺纹联接件的许用应力与载荷性质( (静、变载荷静、变载荷) )、装配情况装配情况( (松、紧联接松、紧联接) )、材料、结构尺寸有关。、材料、结构尺寸有关。许用拉应力：许用拉应力： 许用剪应力和挤压应力：许用剪应力和挤压应力： SssssSsPsPS

45、ss-被联接件为钢被联接件为钢PBPSss-被联接件为铸铁被联接件为铸铁S S, , S Sp p-安全系数，其取值详见表安全系数，其取值详见表5-10。武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 565 58 提高螺栓联接强度的措施（自学）提高螺栓联接强度的措施（自学）承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：疲劳断裂疲劳断裂容易断裂部位：容易断裂部位：一、一、降低螺栓总拉伸载荷降低螺栓总拉伸载荷F2的变化范围的变化范围轴向工作载荷轴向工作载荷F的变化范围的变化范围: 0 FCb+ CmCbF0 F0 +F总拉伸载荷的总拉伸载荷的F2变化范围变化范围: Cb 或或 Cm

46、F2变化范围变化范围F 提高螺栓联接强度的措施有哪些呢？ 以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。65%20%15%武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 57潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F0 m b措施一：措施一：降低螺栓刚度（降低螺栓刚度（ Cb Cb , b Cm , m m ） 措施三：措施三：综合措施（综合措施（ Cb Cm , F0 F0 ）F F F1 F2 F2F F m F1bF0m 虽然F = =FF F强调残余预紧力减小但有F F强调残余预紧力减小F = =FF = =F， F1 = =F 1F F

47、F2 2FF3 3FF4 4FF5 510圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。螺螺栓栓杆杆F F螺螺栓栓杆杆F F螺母体螺母体均载螺母均载原理均载螺母均载原理 螺母和螺杆均为拉伸变形，有助于减小两者螺距变化，使受载均匀。加厚螺母加厚螺母武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 60潘存云教授研制1015悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母1015内斜与环槽螺母内斜与环槽螺母均载原理相同均载原理相同螺母也受拉螺母也受拉内斜螺母因力的作用点外移可使载荷较大的头几圈螺纹牙容易变形，使载荷上移而改善载荷分布不均。均载均载元件元件悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母内斜螺与环槽螺母内斜螺与

48、环槽螺母都是改变螺母旋合部分的变形性质，使之和螺栓变形性质相同，均为拉伸变形，从而使螺纹牙上载荷分布趋于均匀；钢丝螺套钢丝螺套加工复杂，仅限于用加工复杂，仅限于用在重要场合或大型联接。在重要场合或大型联接。武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 61潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制支承面不平支承面不平三、减小应力集中三、减小应力集中1.1.增大过渡圆角增大过渡圆角2.2.切制卸载槽切制卸载槽r r四、避免或减小附加应四、避免或减小附加应力力采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构切削加工支承面切削加工支承面潘存云教授研制被联接件变形太大被联接件变形太大3.3.卸载过渡结构卸载

49、过渡结构要从结构、制造与装配精度采取措施。要从结构、制造与装配精度采取措施。武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 62潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制五、采用特殊制造工艺五、采用特殊制造工艺冷镦头部、辗压螺纹冷镦头部、辗压螺纹疲劳强度提高疲劳强度提高30% 比车削 表面处理：表面处理： 氰化、氮化也能氰化、氮化也能提高疲劳强度。提高疲劳强度。球面垫圈球面垫圈采用球面垫圈和腰环采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺栓的螺栓可以保证螺栓的装配精度。装配精度。腰环螺栓腰环螺栓武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 63例题讲解例1: 如图，一矩形钢板用2个M24的普通螺栓联接到机架上，各尺寸如图示

50、，已知作用于板的载荷P=2800N，板和螺栓材料均为Q235，板与机架间的摩擦系数f=0.2，可靠性系数ks=1.1，试求： 1）校核螺栓的联接强度（不控制预紧力） 2）若改用铰制孔螺栓联接，计算所需螺栓的直径例2:(P92)PL=300a=200b=12武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 64例例3: 如图，一厚度如图，一厚度=12mm的钢板用的钢板用4个螺栓联接到厚度个螺栓联接到厚度1=30mm的铸铁支架的铸铁支架上，螺栓的布置方案如图示。上，螺栓的布置方案如图示。 已知：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p2 =18

51、0MPa，板与机架间的摩擦系数，板与机架间的摩擦系数f=0.15，可靠性系数，可靠性系数ks=1.2，作用，作用于板的载荷于板的载荷P=12000N，l=400mm，a=200mm，试设计采用铰制孔螺栓联接时，试设计采用铰制孔螺栓联接时所需螺栓的直径所需螺栓的直径 、长度及联接图、长度及联接图 。 将载荷向形心将载荷向形心O点简化得：点简化得：横向载荷：横向载荷：F=12000NL=400Pa=200a=2001OmmNPlT6108 . 440012000FT（2）确定各螺栓所受载荷）确定各螺栓所受载荷 横向载荷横向载荷F作用下，作用下，各螺栓受各螺栓受横向力横向力F作用：作用： F=120

52、00/4=3000N解解: 1。螺栓组受力分析：。螺栓组受力分析：（1）将载荷简化）将载荷简化旋转力矩：旋转力矩：武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 65O旋转力矩旋转力矩T作用下，作用下，各螺栓受力各螺栓受力F作用：作用： OFFFFraFFFF则：则：F=T/(4ra)=8487Nmmra4 图可知，右边两个螺栓受力最大，由图可知，右边两个螺栓受力最大，其所受最大力为其所受最大力为Fmax：NFFFFF1082045cos8487300028487300045cos 2 2222maxFmaxFmax2。确定螺栓直径和尺寸：。确定螺栓直径和尺寸： 因为右边两个螺

53、栓受力最大，为最危险螺栓，则按最危险螺栓来设因为右边两个螺栓受力最大，为最危险螺栓，则按最危险螺栓来设计；该螺栓为铰制孔螺栓受横向载荷，则按计；该螺栓为铰制孔螺栓受横向载荷，则按剪切和挤压强度剪切和挤压强度来设计来设计（1）按）按剪切强度剪切强度设计螺栓光杆部分的直径设计螺栓光杆部分的直径dsmmFds98.119614. 31082044max各螺栓中心到各螺栓中心到O点距离点距离武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 66查查机械设计课程设计机械设计课程设计P93 ,表表11-10，GB27-88 取取M12螺栓螺栓螺栓长度确定：螺栓长度确定：1230查表查表11-10 ， M12螺栓的螺栓

54、的l0 = 22mm;则该螺栓长度则该螺栓长度 L估计在估计在30+12+ l0 = 64mm左右查表查表11-10 ，长度，长度 L标准系列值，则该螺栓长度标准系列值，则该螺栓长度 L=60mm画出联接配合图如图示画出联接配合图如图示l0608（2）校核）校核挤压强度挤压强度MPaMPahdFpssp32010481310820ss螺栓光杆与钢板间：螺栓光杆与钢板间：螺栓光杆与铸铁支架间：螺栓光杆与铸铁支架间：MPaMPahdFpssp1807.273013108201ss故取故取4个个M1260的铰制孔螺栓可行的铰制孔螺栓可行武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 67问题1。采用4个普通螺

55、栓，其直径如何？同铰制孔螺栓相比，哪个联接好？2。如方案改成如图：效果如何，哪个好？Pa=200a=200O武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 68思考题1。题5-1，5-22。螺纹联接有哪几种基本类型？各适用于何场合？3。螺纹联接为什么要预紧？为什么要防松？常用的防松方法有 哪几种？4。提高螺纹联接强度的措施有哪些？作业 题5-4，5-6武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 69武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 70图a) 螺栓联接的主要错误1）螺栓无法装拆，应掉头安装2）孔与螺栓杆之间无间隙3）螺母支撑面没加工，应有沉头座4）一般联接，不应采用扁螺母5）弹簧垫圈尺寸不对，缺口方向不对

56、6）螺栓长度不标准7）螺栓的螺纹部分过短图b) 螺钉联接的主要错误1）上被联接件孔应为大于螺栓大径的光孔，下被联接件孔应为螺纹孔2）若上被联接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没被加工。武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 71图d) 紧定螺钉联接的主要错误1）轮毂上没螺纹孔2）紧定螺钉不应拧入轴太深。图c) 双头螺柱联接的主要错误1）双头螺柱的光杆部分不能拧进被联接件的螺纹孔内，M12不能标在光杆上2）锥孔角度应为120，而且应从螺纹孔的小径（粗实线）处画锥孔角的两边。3）若上被联接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没被加工4）弹簧垫圈厚度尺寸不对武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 72一、螺

57、旋传动的类型和应用一、螺旋传动的类型和应用调整螺旋调整螺旋静压螺旋静压螺旋类类型型运动形式有：运动形式有：5 59 螺旋传动（自学）螺旋传动（自学）螺母固定，螺杆转动并移动螺母固定，螺杆转动并移动 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。作用：作用：回转运动回转运动 直线运动，同时传递动力。直线运动，同时传递动力。螺杆转动，螺母移动螺杆转动，螺母移动 按用按用途分途分传力螺旋传力螺旋传导螺旋传导螺旋滑动螺旋滑动螺旋滚动螺旋滚动螺旋按摩擦按摩擦性质分性质分传递动力传递动力 传递运动传递运动, ,要求精度高要求精度高调整相对位置调整相对位置武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 73调整螺

58、旋调整螺旋调整螺旋调整螺旋武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 74潘存云教授研制潘存云教授研制应用应用: 机床的进给机构、起重设备机床的进给机构、起重设备（千斤顶（千斤顶） 、锻压机械、锻压机械(压力压力机机)、测量仪器（千分尺）、工、测量仪器（千分尺）、工具（老虎钳）、夹具、玩具、具（老虎钳）、夹具、玩具、机器人机器人及其他工业装备中。及其他工业装备中。二、滑动螺旋的结构和材料二、滑动螺旋的结构和材料 滑动螺旋的结构主要滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。螺旋传支承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系。支

59、承结构有直接关系。压力机压力机1、结构、结构 千斤顶千斤顶武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 75潘存云教授研制潘存云教授研制整体螺整体螺母母组合螺组合螺母母剖分螺剖分螺母母螺母结构螺母结构潘存云教授研制组合螺母组合螺母调整楔快调整楔快固定螺钉固定螺钉调整螺钉调整螺钉剖分螺母剖分螺母武汉科技大学专用 作者： 潘存云教授 76潘存云教授研制螺旋副材料要求：螺旋副材料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦系数小足够的强度、耐磨性、摩擦系数小2滑动螺旋的材料滑动螺旋的材料（P92 表表5-11）螺杆材料螺杆材料: : Q257、45、50钢，或钢，或T12、40Cr、65Mn 螺母材料螺母材料: : ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl1