第二篇 联接(第五章 螺纹联接和螺旋传动)

1、 为了便于机器的制造、安装、运输、维修等原因，广泛使为了便于机器的制造、安装、运输、维修等原因，广泛使用各种联接。用各种联接。- -螺纹联接、焊接、铆钉等。螺纹联接、焊接、铆钉等。（讲课学时（讲课学时1414学时）学时） 联接的类型：联接的类型： 根据机器工作时被联接零件之间有无相对运动分根据机器工作时被联接零件之间有无相对运动分 - -机械联接机械联接静联接：被联接件间相互固定静联接：被联接件间相互固定、不能相对运动的不能相对运动的 动联接：能按一定的运动形式作相对运动的。动联接：能按一定的运动形式作相对运动的。机械静联接机械静联接可拆联接：拆开时不破坏连接中的零件可拆联接：拆开时不破坏连接

2、中的零件, ,重新安装重新安装 - - 有螺纹联接有螺纹联接、键联接和销联接等。键联接和销联接等。 联接类型的选择：以使用要求及经济要求为根据的。联接类型的选择：以使用要求及经济要求为根据的。 采用不可拆联接采用不可拆联接 - - 多系由于制造及经济上的原因；多系由于制造及经济上的原因； 采用可拆联接采用可拆联接 - - 多系由于结构、安装、运输、维修上的原因多系由于结构、安装、运输、维修上的原因 不可拆联接：拆开时要破坏联接中的某一零件，不可拆联接：拆开时要破坏联接中的某一零件， 不能继续使用不能继续使用- - 铆钉、焊接和胶联接等铆钉、焊接和胶联接等。 可拆或不可拆：过盈联接的过盈量决定。

3、可拆或不可拆：过盈联接的过盈量决定。 螺纹联接和螺旋传动都是利用螺纹零件紧固和传动的。螺纹联接和螺旋传动都是利用螺纹零件紧固和传动的。 螺纹联接螺纹联接 - - 作为紧固件用，要求保证联接强度；作为紧固件用，要求保证联接强度；动画演示动画演示 螺旋传动螺旋传动 - - 作为传动件用，要求保证传动精度、效率和磨作为传动件用，要求保证传动精度、效率和磨损寿命等。损寿命等。动画演示动画演示 （一）螺纹的类型和应用（一）螺纹的类型和应用 有外螺纹和内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。有外螺纹和内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。螺纹加工螺纹加工 常用螺纹类型：表常用螺纹类型：表5-15-1联接螺纹有：联接螺纹

4、有：1)1)普通螺纹普通螺纹2)2)圆柱管螺纹圆柱管螺纹3)3)圆锥管螺纹圆锥管螺纹4)4)圆锥螺纹圆锥螺纹传动螺纹有：传动螺纹有：1)1)矩形螺纹矩形螺纹 2 2）梯形螺纹）梯形螺纹 3 3）锯齿形螺纹。）锯齿形螺纹。 （二）螺纹的主要参数（二）螺纹的主要参数 7 7）螺纹升角）螺纹升角螺旋线的切线与垂螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。用直于螺纹轴线的平面间的夹角。用d d2 2计算计算 8 8）牙型角）牙型角 螺纹轴向平面内，螺螺纹轴向平面内，螺纹牙型两侧边的夹角。纹牙型两侧边的夹角。 9 9）接触高度）接触高度h h 内外螺纹旋合后内外螺纹旋合后的接触面的径向高度。的接触面的径

5、向高度。 5 5）螺距）螺距P P 螺纹相邻两个牙型上对应点间的螺纹相邻两个牙型上对应点间的距离。距离。 6 6）导程）导程S S 螺纹上任一点沿同一条螺旋线转螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的距离。单线螺纹一周所移动的距离。单线螺纹S = PS = P；多线；多线S = nPS = nP。 1 1）大径）大径d d、D D 螺纹的最大直径。螺纹的最大直径。 2 2）小径）小径d d1 1、D D1 1 - - 螺纹的最小直径。螺纹的最小直径。 3 3）中径）中径d d2 2、D D2 2- - 通过螺纹轴向截面通过螺纹轴向截面内牙型上的沟槽和凸起宽度相等处的假内牙型上的沟槽和凸起宽度相

6、等处的假想圆柱面的直径。想圆柱面的直径。 4 4）线数）线数n n 螺旋线数目。螺旋线数目。 （一）螺纹联接的基本类型：螺栓、螺钉、双头螺柱和紧定（一）螺纹联接的基本类型：螺栓、螺钉、双头螺柱和紧定螺钉联接。螺钉联接。 1 1、螺栓联接：、螺栓联接： 普通螺栓联接普通螺栓联接 - - 通孔和螺栓杆间有间隙。通孔和螺栓杆间有间隙。特点特点 - - 通孔的加通孔的加工精度要求低工精度要求低, ,结构简单结构简单, ,装拆方便不受被联接件材料限制。装拆方便不受被联接件材料限制。 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接孔和螺栓杆用基孔制配合。孔和螺栓杆用基孔制配合。特点特点 能能精确固定被联接件的相对位置，

7、并能承受横向载荷，但孔的加工精确固定被联接件的相对位置，并能承受横向载荷，但孔的加工精度要求高。精度要求高。 2 2、双头螺柱联接：、双头螺柱联接： 被连接件之一太厚不宜制成通孔被连接件之一太厚不宜制成通孔, ,材材料又比较软料又比较软, ,且需要经常拆装时采用。且需要经常拆装时采用。 3 3、螺钉联接：、螺钉联接： 特点特点 直接拧入被联接件的螺纹直接拧入被联接件的螺纹孔中，不用螺母孔中，不用螺母, ,结构上比双头简单、结构上比双头简单、紧凑。应用双头相似紧凑。应用双头相似, ,但不宜经常装拆但不宜经常装拆的联接的联接, ,以免损坏螺纹孔。以免损坏螺纹孔。 4 4、紧定螺钉联接：、紧定螺钉联

8、接： 利用螺钉的末端顶住另一零件的表利用螺钉的末端顶住另一零件的表面面, ,以固定两个零件的相对位置以固定两个零件的相对位置, ,可传递可传递不大的力或转矩。不大的力或转矩。 特殊结构特殊结构的联接：地脚的联接：地脚螺栓、吊环螺螺栓、吊环螺栓等。栓等。FF 螺纹联接动画演示图螺纹联接动画演示图 1 1）普通螺栓联接：）普通螺栓联接：2 2）铰制孔螺栓联接）铰制孔螺栓联接 3 3）双头螺柱联接）双头螺柱联接4 4）螺钉联接）螺钉联接5 5）紧定螺钉联接）紧定螺钉联接 （二）标准螺纹联接件：（二）标准螺纹联接件： 在机械制造中常见的螺纹联接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、在机械制造中常见的螺纹联接件有螺

9、栓、双头螺柱、螺钉、螺母和垫圈等。螺母和垫圈等。 这类零件的结构形式和尺寸都已标准化，设计时可根据有这类零件的结构形式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用。表关标准选用。表5-25-2常用标准螺纹联接件常用标准螺纹联接件 。21TTT 1T螺纹螺纹( (牙间牙间) )副传动阻力矩副传动阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩螺母和支承面上的摩擦阻力矩2T拧紧力矩拧紧力矩: : 在拧紧过程中可控制预紧力。常用方在拧紧过程中可控制预紧力。常用方法有法有: : 1)1)使用测力矩扳手；使用测力矩扳手；2)2)定力矩扳手；定力矩扳手； 3)3)控制拧紧力矩。控制拧紧力矩。 预紧力预紧力F F0 0：螺纹

10、联接在装配时都必须拧紧，使联接在承受工：螺纹联接在装配时都必须拧紧，使联接在承受工作载荷之前作载荷之前, ,预先受到力的作用。这个预加作用力称为预紧力。预先受到力的作用。这个预加作用力称为预紧力。 目的：为了增加连接的刚性，增加紧密性和可靠性，提高防目的：为了增加连接的刚性，增加紧密性和可靠性，提高防松能力。松能力。 优点：受轴向力的螺栓联接优点：受轴向力的螺栓联接有利于有利于提高疲劳强度；提高疲劳强度； 受横向载荷的普通螺栓受横向载荷的普通螺栓- -有利于增大有利于增大接合面的摩擦力。接合面的摩擦力。 通常，通常，F F0 0 0.08 0.08s s 。 碳素钢螺栓碳素钢螺栓 F F0 0

11、 (0.6 (0.60.7)0.7)s sA A1 1 。 合金钢螺栓合金钢螺栓 F F0 0 (0.5 (0.50.6)0.6)s sA A1 1 。 对于对于M10-M64M10-M64粗牙普通螺纹粗牙普通螺纹 T0.2FT0.2F0 0d d 螺纹联接出现松脱螺纹联接出现松脱 - - 会影响机器正常运行，或造成严重会影响机器正常运行，或造成严重事故。因此，设计时必须采取有效的防松措施。事故。因此，设计时必须采取有效的防松措施。 在静载荷和工作温度变化不大时，如果联接螺纹满足自锁条在静载荷和工作温度变化不大时，如果联接螺纹满足自锁条件件 0.0. 推荐推荐F F1 1：有密封性要求，：有密

12、封性要求，F F1 1= =（1.51.51.81.8）F F；对于一般联接对于一般联接，工作载荷稳定，工作载荷稳定，F F1 1= =（0.20.20.60.6）F F；工作载荷不稳定，工作载荷不稳定，F F1 1= =（0.60.61.01.0）F F；对于地脚螺栓；对于地脚螺栓F F1 1 F F。 受受F F时时 螺栓：总拉力为螺栓：总拉力为F F2 2，总伸长量，总伸长量 = = b b+ +； 被联接件：残余预紧力被联接件：残余预紧力F F1 1, ,总压缩量总压缩量m m= =m m- -。 可知，可知，F F2 2 = F = F1 1+ F + F 。 由图几何关系推出：由图

13、几何关系推出： 式中，式中，C Cb b、C Cm m分别为螺栓和被联接件的刚度，均为定值。分别为螺栓和被联接件的刚度，均为定值。mmmbbbCtgFCtgF 00, 又得：又得：FCCCFCCtgtgFFFFFFFmbbmbmb,)( 由几何关系：由几何关系：10 螺栓的预紧力：螺栓的预紧力：FCCCFFCCCFFmbmmbb1101 螺栓的总拉力为：螺栓的总拉力为：FCCCFFFFmbb 002 式中式中: : 称为螺栓的相对刚度，其大小与螺栓和被称为螺栓的相对刚度，其大小与螺栓和被联接件的结构尺寸、材料以及垫片、工作载荷的作用位置等因素联接件的结构尺寸、材料以及垫片、工作载荷的作用位置等

14、因素有关，其值在有关，其值在0 01 1之间变动。实验确定。之间变动。实验确定。mbbCCC 若被联接件的刚度很大若被联接件的刚度很大C Cm m，而螺栓刚度很小时，而螺栓刚度很小时C Cb b，相，相对刚度对刚度00，此时，此时，F F作用后作用后FF2 2增加很少。反之增加很少。反之F F2 2增大较大。增大较大。 因此，为降低螺栓的受力，提高螺栓联接的承载能力应使相因此，为降低螺栓的受力，提高螺栓联接的承载能力应使相对刚度值小些。对刚度值小些。一般设计时，使用的垫片材料不同，推荐相对刚一般设计时，使用的垫片材料不同，推荐相对刚度值：金属垫片度值：金属垫片0.2-0.30.2-0.3；皮革

15、；皮革0.70.7；铜皮石棉；铜皮石棉0.80.8。 .421231dF 强度条件为：强度条件为： 或设计公式：或设计公式： 231F.4d1 设计螺栓联接时：设计螺栓联接时： a a）求）求F - F - 根据受载情况；根据受载情况；b b）确定）确定F F1 1 根据工作要求；根据工作要求；c c）由公式计算由公式计算 F F2 2；d d）进行强度计算或设计。）进行强度计算或设计。 2 2、预紧力、预紧力F F0 0和变工作拉力的紧螺栓联接：和变工作拉力的紧螺栓联接： 螺栓的总拉力将在螺栓的总拉力将在 F F0 0F F2 2之间变化。内燃机的气缸盖螺栓联之间变化。内燃机的气缸盖螺栓联接

16、。接。S 2 1tc-)()-(minmin aca2KKS 螺栓的最大应力计算安全系数为：螺栓的最大应力计算安全系数为： 。表表安安全全系系数数系系数数；拉拉压压疲疲劳劳强强度度综综合合影影响响试试件件材材料料特特性性；压压疲疲劳劳极极限限，表表螺螺栓栓材材料料的的对对称称循循环环拉拉105, - S452 1tc- K螺栓杆抗剪切强度条件螺栓杆抗剪切强度条件: :栓杆或孔壁挤压强度条件栓杆或孔壁挤压强度条件：式中，式中，d d0 0抗剪面直径抗剪面直径;m;m抗剪面数目抗剪面数目;h;h挤压面挤压面最小高度。最小高度。 mdF420 P0PhdF 铰制孔用螺栓联接是用螺栓抗剪切来承受铰制孔

17、用螺栓联接是用螺栓抗剪切来承受F F。螺栓杆与孔壁。螺栓杆与孔壁之间无间隙之间无间隙, ,其接触表面受挤压其接触表面受挤压, ,在接合面处在接合面处, ,螺栓杆受剪切。螺栓杆受剪切。 损坏可能形式：螺栓被剪断，栓杆或孔壁被压溃等。预紧损坏可能形式：螺栓被剪断，栓杆或孔壁被压溃等。预紧力和摩擦力忽略。应以剪切和挤压强度条件计算。力和摩擦力忽略。应以剪切和挤压强度条件计算。(Design of Bolt Group Connection) 螺栓组联接的设计主要内容有：螺栓组联接的设计主要内容有： 1 1）结构设计）结构设计 用途和被联接件的结构用途和被联接件的结构, ,选定螺栓数目和布置选定螺栓数

18、目和布置 2 2）受力分析）受力分析 根据布置和载荷情况根据布置和载荷情况, ,求受力最大螺栓所受力求受力最大螺栓所受力 3 3）强度计算）强度计算 对受力最大的螺栓进行单个螺栓的强度计算对受力最大的螺栓进行单个螺栓的强度计算. . （一）螺栓组联接的结构设计（一）螺栓组联接的结构设计 结构设计目的：合理确定联接接合面的几何形状和螺栓的结构设计目的：合理确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求使螺栓和接合面间受力均匀，便于加工和装配。布置形式，力求使螺栓和接合面间受力均匀，便于加工和装配。 (1)(1)联接接合面的几何形状联接接合面的几何形状 - - 轴对称。轴对称。 (2)(2)分布分

19、布 同一圆周上取偶数同一圆周上取偶数, ,便于分度和画线便于分度和画线, ,同组同类螺栓同组同类螺栓 (3) (3)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。 (4) (4)螺栓排列应有合理的空间。螺栓排列应有合理的空间。 ( (5 5) )避免承受附加弯曲载荷避免承受附加弯曲载荷触的支承面平整触的支承面平整, ,与轴线垂直。与轴线垂直。 ( (6 6) )对压力容器等有紧密性要求的重要联对压力容器等有紧密性要求的重要联接接, ,螺栓间距不易太大。螺栓间距不易太大。 （二）螺栓组联接的受力分析（二）螺栓组联接的受力分析 目的：根据联接的结构和受载情况，确定受力最大的螺栓和

20、目的：根据联接的结构和受载情况，确定受力最大的螺栓和求出其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。求出其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。 为了简化计算为了简化计算 假设假设:(1:(1) ) 被联接件为刚性；被联接件为刚性； (2) (2) 各螺栓的性能（材料、直径、长度）及预紧力都各螺栓的性能（材料、直径、长度）及预紧力都相同；相同； (3) (3) 螺栓应变不超出弹性范围。螺栓应变不超出弹性范围。 受力分析的类型：受力分析的类型： 1 1）普通螺栓联接）普通螺栓联接( (受拉受拉) )图图A: A: 靠接合面摩擦力传递载荷靠接合面摩擦力传递载荷 根据板平衡条件：根据板平衡条件：下面介绍

21、几种典型螺栓组受力分析的方法。下面介绍几种典型螺栓组受力分析的方法。 1 1、受横向载荷的螺栓组联接受横向载荷的螺栓组联接 横向载荷作用线与螺栓轴线垂直横向载荷作用线与螺栓轴线垂直, ,并通过螺栓组的对称中心并通过螺栓组的对称中心. .A A FB B F F F2/F 2/F SF2/ F2/ F0FfziFKFFKfFss00或或zi式中，式中，f f摩擦系数摩擦系数;i;i为接合面数为接合面数;Z;Z螺栓数目螺栓数目;K;Ks s防滑系数防滑系数1.1-1.3.1.1-1.3.强度校核：强度校核： 210dF3 .14ziFFFzFiSS 或或 2 2）铰制孔螺栓联接）铰制孔螺栓联接(

22、(受剪受剪) )图图B B。 靠螺栓受剪和螺栓与被联接件相互挤压时的变形来传递载荷靠螺栓受剪和螺栓与被联接件相互挤压时的变形来传递载荷 螺栓杆抗剪切强度条件螺栓杆抗剪切强度条件: : idF420S 预紧力和摩擦力忽略不计，则由力平衡关系可得：预紧力和摩擦力忽略不计，则由力平衡关系可得：A A FB B F F F2/F 2/F SF2/ F2/ F0F)(ziiSzSSzrfTKrrrfTKFTKrfFrfFrfF121002010或或f f 接合面摩擦系数；接合面摩擦系数；r ri i第第i i个螺栓轴线到旋转个螺栓轴线到旋转中心的距离；中心的距离； Z Z 螺栓数目；螺栓数目；K Kf

23、f 防滑系数。防滑系数。 2 2、受旋转力矩的螺栓组联接、受旋转力矩的螺栓组联接 假设在假设在T T作用下底板有绕过螺栓组形心的轴线转动的趋势，作用下底板有绕过螺栓组形心的轴线转动的趋势，每个螺栓均受横向力。为防止转动可用普通或铰制孔螺栓联接。每个螺栓均受横向力。为防止转动可用普通或铰制孔螺栓联接。 1) 1) 用普通螺栓联接用普通螺栓联接 假设各螺栓联接接合面的摩擦力相等并集中在螺栓中心处假设各螺栓联接接合面的摩擦力相等并集中在螺栓中心处, ,与与螺栓中心至底板旋转中心螺栓中心至底板旋转中心O O垂直，则根据底板的静力平衡条件得垂直，则根据底板的静力平衡条件得: :强度校核：强度校核： 21

24、0dF3 .14 联立上两式求得联立上两式求得, ,最大工作剪力为：最大工作剪力为： z1i2imaxmaxsrrTF 根据螺栓的变形协调条件，各螺栓的剪切变形量与其中心根据螺栓的变形协调条件，各螺栓的剪切变形量与其中心线至底板旋转中心的距离成正比。因为螺栓剪切刚度相同，所以线至底板旋转中心的距离成正比。因为螺栓剪切刚度相同，所以各螺栓的剪力也与这个距离成正比，各螺栓的剪力也与这个距离成正比， 2) 2) 用铰制孔螺栓联接用铰制孔螺栓联接 各螺栓的工作载荷与螺栓中心各螺栓的工作载荷与螺栓中心至底板旋转中心至底板旋转中心O O垂直，忽略预紧垂直，忽略预紧力和摩擦力，则根据底板的静力平力和摩擦力，

25、则根据底板的静力平衡条件得衡条件得: :TrFrFrFzSzSS 2211zSz22S11SmaxmaxSrFrFrFrF 于是就有：于是就有： 螺栓杆抗剪切强度条件螺栓杆抗剪切强度条件: : idF420maxs 3 3、受轴向力的螺栓组联接受轴向力的螺栓组联接 汽缸盖螺栓连接，其载荷通过螺栓组形心，并与螺栓轴线平汽缸盖螺栓连接，其载荷通过螺栓组形心，并与螺栓轴线平行。行。 受力分析：受力分析： 这种联接通常采用普通螺栓，在这种联接通常采用普通螺栓，在外载荷外载荷F F作用下，每个螺栓所受的工作用下，每个螺栓所受的工作拉力相等，螺栓数目为作拉力相等，螺栓数目为Z Z，则，则 F = F =

26、F F /Z /Z。 螺栓还受有预紧力时螺栓还受有预紧力时, , 螺栓的螺栓的总拉力为：总拉力为：FCCCFFFFmbb002 .421231dF强度条件为：强度条件为： 或设计公式：或设计公式： 231F.4d1iziizzLFMMLFLFLF12211 假设被联接件是弹性体，接合面始终保持为平面，且在假设被联接件是弹性体，接合面始终保持为平面，且在M M作作用下底板有绕用下底板有绕o-oo-o轴线翻转的趋势，则左螺栓受工作载荷轴线翻转的趋势，则左螺栓受工作载荷F,F,右螺右螺栓受负拉力栓受负拉力, ,预紧力减小。预紧力减小。 4 4、受倾覆力矩的螺栓组联接、受倾覆力矩的螺栓组联接 如图所示

27、螺栓联接采用受拉螺栓。拧紧后，螺栓受预紧力。如图所示螺栓联接采用受拉螺栓。拧紧后，螺栓受预紧力。M MF F2121.F.F210210F F2222.F.F2929F F2424.F.F2 27 7F F2525.F.F2626l l1 1. .l l1010l l5 5. .l l6 6l l2 2. .l l9 9l l4 4. .l l7 71 13 32 24 4 5 56 67 78 89 91010 根据底板的静力平衡条件得根据底板的静力平衡条件得: :maxmaxmaxziiLMLrLLMLF122102221 联立上两式求得联立上两式求得, ,最大工作载荷为：最大工作载荷为：

28、 根据螺栓变形协调条件根据螺栓变形协调条件, ,各螺栓的拉伸变形量与其中心线各螺栓的拉伸变形量与其中心线至底板翻转轴线的距离成正比。至底板翻转轴线的距离成正比。zz2211maxmaxLFLFLFLF 因为螺栓拉伸刚度相同，所以左边螺栓的工作载荷和右边因为螺栓拉伸刚度相同，所以左边螺栓的工作载荷和右边基座压力也与这个距离成正比基座压力也与这个距离成正比, ,于是就有：于是就有：强度校核：强度校核： 2214 1.3 Fdmax002FCCCFFFFmbb 对于受倾覆力矩的螺栓组连接，不仅要对螺栓进行强度计对于受倾覆力矩的螺栓组连接，不仅要对螺栓进行强度计算，而且还应保证接合面：算，而且还应保证

29、接合面：受压最大处受压最大处( (右边右边) )不被压溃；不被压溃； 受压最小处受压最小处( (左边左边) )不出现缝。不出现缝。接合面挤压应力的最大和最小值：接合面挤压应力的最大和最小值：不压溃条件：不压溃条件： 无缝隙条件：无缝隙条件： ：预紧力产生的挤压应力，：预紧力产生的挤压应力，A A：结合面的有效面积；：结合面的有效面积； ：倾覆力矩产生的附加最大挤压应力：倾覆力矩产生的附加最大挤压应力 ：地基相对刚度。因刚性大接近于：地基相对刚度。因刚性大接近于1 1； ：抗弯截面系数；：抗弯截面系数； ：接合面材料的许用挤压应力，表：接合面材料的许用挤压应力，表5-75-7。0WMAzFWMA

30、zFmaxPPminPPmaxPPmaxP - - pbmmbmmPPWCCCWMCCCMWAzF 10max （一）（一） 常用材料有：低碳钢常用材料有：低碳钢Q215Q215、1010和中碳钢和中碳钢 Q235 Q235 、3535、4545钢。钢。合金钢合金钢15Cr15Cr、40Cr40Cr、30CrMnSi-30CrMnSi-重要和特殊用途重要和特殊用途 。 表表5-85-8和表和表5-95-9为螺栓联接件的性能等级及推荐材料。为螺栓联接件的性能等级及推荐材料。 （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、装配情况以及螺纹联接螺纹联接件的许用

31、应力与载荷性质、装配情况以及螺纹联接件的材料、结构尺寸等因素有关。表件的材料、结构尺寸等因素有关。表5-105-10为螺纹联接的安全系数为螺纹联接的安全系数 许用拉应力：许用拉应力： = = S S/S/S； 许用切应力：许用切应力： = = S S/S/S 许用压许用压应力应力： p p = = S S/S/Sp p；- - 对于钢。对于钢。 许用压应力：许用压应力： p p = = B B/S/Sp p；- - 对于铸铁。对于铸铁。 普通螺栓联接的强度取决于螺栓的强度。影响螺栓强度的因普通螺栓联接的强度取决于螺栓的强度。影响螺栓强度的因素很多，主要涉及到螺纹牙的载荷分配、应力变化幅度、应力

32、集素很多，主要涉及到螺纹牙的载荷分配、应力变化幅度、应力集中、附加应力和材料、结构、尺寸参数、制造和装配工艺等。中、附加应力和材料、结构、尺寸参数、制造和装配工艺等。 （一）降低影响螺栓疲劳强度的应力幅（一）降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 受轴向变载荷的紧螺栓联接，在最小应力一定时，应力副愈受轴向变载荷的紧螺栓联接，在最小应力一定时，应力副愈小，疲劳强度愈高，联接的可靠性越高。小，疲劳强度愈高，联接的可靠性越高。 降低应力幅的方法：降低应力幅的方法： C Cb b或或CCm m使使F F2 2,但增量不大（但增量不大（减小应力副减小应力副a a）。但由）。但由公式公式 可知，可知，CCb b或或

33、CCm m使使F F1 1(因因F F0 0不变不变) )，降低联接的紧密性。因此，同时适当增加降低联接的紧密性。因此，同时适当增加F F0 0，但不宜过大。，但不宜过大。FCCCFFmbm10 螺栓受的工作拉力螺栓受的工作拉力0 0F F之间变化时之间变化时, ,则总拉力将在则总拉力将在F F0 0F F2 2之间之间变动。由变动。由 可知，可知，F F0 0不变的条件下不变的条件下 ，FCCCFFmbb02 螺栓受力变形图说明降低应力幅原理：螺栓受力变形图说明降低应力幅原理： a a）降低螺栓的刚度：）降低螺栓的刚度：C Cb b减小减小 C Cb b ，即，即b bb b，F F0 0不

34、变不变,F,F2 2FF2 2，降低应力，降低应力幅幅FF。 b b）增大被联接件刚度：）增大被联接件刚度：C Cm m增大增大CCm m，即，即m mm m，F F0 0不变不变,F,F2 2FF2 2，降低应力幅，降低应力幅FF。 具体措施：具体措施： a a）减小螺栓刚度措施减小螺栓刚度措施：适当加大螺栓长度：适当加大螺栓长度; ;减小栓杆或做成减小栓杆或做成空心的结构；垫弹性元件等；空心的结构；垫弹性元件等； b b）提高被联接件刚度提高被联接件刚度：不用垫片或采用刚度较大的垫片。：不用垫片或采用刚度较大的垫片。 c c）同时采用三种措施：）同时采用三种措施： F F 0 0FF0 0

35、 C Cb bCCCm m，则总拉力，则总拉力F F2 2不变，降低应力幅不变，降低应力幅FF。 （二）改善螺纹牙载荷分布（二）改善螺纹牙载荷分布 螺栓联接中，螺栓联接中，F F2 2是通过螺栓和螺母的螺纹牙面相接触来传递是通过螺栓和螺母的螺纹牙面相接触来传递的。的。由于螺栓和螺母的刚度及变形性质不同等原因，轴向载荷在由于螺栓和螺母的刚度及变形性质不同等原因，轴向载荷在旋合螺纹各圈间的分布是不均匀的旋合螺纹各圈间的分布是不均匀的。 螺纹载荷分布：螺纹载荷分布： 通过实验可知，从螺母支承面算起，第一圈受载最大，以通过实验可知，从螺母支承面算起，第一圈受载最大，以后各圈递减。到第后各圈递减。到第8

36、-108-10圈以后，几乎不受载荷。因此，加厚螺母圈以后，几乎不受载荷。因此，加厚螺母并不提高螺纹联接的强度。并不提高螺纹联接的强度。 改善螺纹牙上载荷分布措施：改善螺纹牙上载荷分布措施： (A)(A)悬置螺母：可减少螺母与栓杆的螺距变化差，从而使均悬置螺母：可减少螺母与栓杆的螺距变化差，从而使均匀；匀； (B)(B)环槽螺母：作用相同。环槽螺母：作用相同。 （三）减小应力集中的影响（三）减小应力集中的影响 螺纹的牙根、螺栓头与栓杆过渡处以及横截面积发生变化的螺纹的牙根、螺栓头与栓杆过渡处以及横截面积发生变化的部位等，都要产生应力集中，部位等，都要产生应力集中，是产生裂纹的危险部位。其中螺是产

37、生裂纹的危险部位。其中螺纹牙根的应力集中影响最大。纹牙根的应力集中影响最大。 减小应力集中措施：减小应力集中措施： 加大圆角加大圆角 加大牙根圆角半径以及加大牙根圆角半径以及螺栓头过度部分圆角；螺栓头过度部分圆角； 卸载结构卸载结构 卸载槽、退刀槽等。卸载槽、退刀槽等。 球面垫圈球面垫圈 螺栓承受偏心载荷螺栓承受偏心载荷F Fe eF FF FF Fe e(c)(c)斜面垫圈斜面垫圈(a)(a)凸台（凸台（b)b)沉孔沉孔 避免或减小附加应力避免或减小附加应力 设计、制造或安装不当会产生附加弯曲应力设计、制造或安装不当会产生附加弯曲应力, ,对疲劳强度影对疲劳强度影响大。响大。 减小附加应力的

38、措施：减小附加应力的措施： 改进结构、制造和装配等方面改进结构、制造和装配等方面 - - 螺母螺栓头支承部分螺母螺栓头支承部分, ,采用采用凸台，沉孔，斜垫片，切削加工平整。凸台，沉孔，斜垫片，切削加工平整。 （四）采用合理的制造工艺方法（四）采用合理的制造工艺方法 措施：采用冷镦螺栓头部、碾压措施：采用冷镦螺栓头部、碾压( (滚滚) )螺纹等方法以及热处理等方法可降低应力集螺纹等方法以及热处理等方法可降低应力集中、纤维未被切断、有冷作硬化的效果中、纤维未被切断、有冷作硬化的效果提提高螺纹疲劳强度。高螺纹疲劳强度。 （一）螺旋传动的类型和应用（一）螺旋传动的类型和应用 螺旋传动是利用螺杆和螺母

39、组成的螺旋副来实现传动的。螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递动力。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递动力。 螺旋传动的常用运动形式有：螺旋传动的常用运动形式有： 螺杆转动螺杆转动, ,螺母移动螺母移动- -多用于机床的进给运动；多用于机床的进给运动；进给丝杆动画进给丝杆动画 螺母固定螺母固定, ,螺杆转动并移动螺杆转动并移动- -多用于螺旋起重器或压力机中。多用于螺旋起重器或压力机中。千斤顶动画演示千斤顶动画演示 螺旋传动按其用途不同，螺旋传动按其用途不同，可分为以下三种类型可分为以下三种类型: : 传力螺旋、传导螺旋、调传

40、力螺旋、传导螺旋、调整螺旋。整螺旋。 常见的滑动螺旋有：螺旋千斤顶、螺旋压力常见的滑动螺旋有：螺旋千斤顶、螺旋压力机机- -垂直布置；机床传导螺旋、虎钳垂直布置；机床传导螺旋、虎钳- -水平布置。水平布置。 结构：主要是螺杆、螺母的固定和支承的结结构：主要是螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。将螺母固定，螺杆转动并作轴向移动。构形式。将螺母固定，螺杆转动并作轴向移动。 螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为：螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为： 滑动螺旋、滚动螺旋、静压螺旋。滑动螺旋、滚动螺旋、静压螺旋。 螺旋机构在机床的进给机构、起重设备、锻压机械、测螺旋机构在机床的进给机构、起重

41、设备、锻压机械、测量仪器、工具、夹具、玩具及其他工业装备中有着广泛的应用。量仪器、工具、夹具、玩具及其他工业装备中有着广泛的应用。 （二）滑动螺旋的结构和材料（二）滑动螺旋的结构和材料 1 1、滑动螺旋的结构、滑动螺旋的结构 传力螺旋：通常需要有自锁能力，应采用单传力螺旋：通常需要有自锁能力，应采用单线螺旋，其升角一般不大于线螺旋，其升角一般不大于4 45 5。 传导螺旋：为提高传动效率及直线运动速度传导螺旋：为提高传动效率及直线运动速度，可采用多线螺纹。，可采用多线螺纹。 2 2、螺杆和螺母的材料、螺杆和螺母的材料 应具有足够的强度外，还要求有较高的耐磨性和良好的工艺应具有足够的强度外，还要

42、求有较高的耐磨性和良好的工艺性。常用材料见表性。常用材料见表5-115-11。 （三）滑动螺旋传动的设计计算（三）滑动螺旋传动的设计计算 设计时，应根据螺旋传动类型、工作条件、受力及其失效设计时，应根据螺旋传动类型、工作条件、受力及其失效形式等，选择不同的设计准则。形式等，选择不同的设计准则。 螺旋运动形式：螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动螺旋运动形式：螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动 滑动螺旋受力：主要承受转矩和几轴向拉力滑动螺旋受力：主要承受转矩和几轴向拉力( (或压力或压力) )的作用的作用 失效形式：主要是螺纹的磨损、螺杆弯曲、螺母牙的剪切或失效形式：主要是螺纹的磨损、螺杆弯曲、螺母牙的剪切或弯曲。弯曲。 常用计算方法常用计算方法 1 1、耐磨性计算、耐磨性计算 滑动螺旋的磨损滑动螺旋的磨损- -与与螺纹工作面上的压力螺纹工作面上的压力p p、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态的因滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态的因素有关。因此素有关。因此, ,主要限制主要限制p p p p 。表。表5-125-12 phHdFPhudFAFp22 强度校核：强度校核： phFPd 2 设计计算：令设计计算：令 ，则，则2dH 由公式由公式 HAHAp p，一般取，一般取 5 . 32 . 1 对于有自锁性要求的螺旋副，应满足螺纹升角对于有自锁性要求的