第5章螺纹联接

1、第5章螺纹联接静联接静联接（fixed joint） 机器工作时，被联接零件之间不机器工作时，被联接零件之间不允许有相对运动的连接。允许有相对运动的连接。螺纹联接螺纹联接焊接焊接可拆联接可拆联接 不需要毁坏任何零件就可拆开的不需要毁坏任何零件就可拆开的联接。联接。考虑结构安装运考虑结构安装运输维护输维护螺纹联接螺纹联接键联接键联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接拆开时至少要破坏一个零件的联接铆接铆接 焊接焊接考虑制造经济性考虑制造经济性第五章第五章 螺纹联接螺纹联接一、一、 螺纹（螺纹（thread）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

2、形分三角形螺纹三角形螺纹(triangular thread) 矩形螺纹矩形螺纹(rectangle thread)梯形螺纹梯形螺纹(trapezoidal thread)锯齿形螺纹锯齿形螺纹(sawtooth thread)管螺纹（管螺纹（pipe thread） 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 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（left-hand thread

3、）右旋螺纹（右旋螺纹（right-hand thread） 按螺纹线数分按螺纹线数分单线螺纹（单线螺纹（single-thread）用于联接用于联接双线螺纹（双线螺纹（double-thread）用于传动用于传动三线螺纹（三线螺纹（triple-thread）用于传动用于传动多线螺纹多线螺纹用于传动用于传动3. 主要参数主要参数大径大径d公称直径（公称直径（nominal thread）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（thread pitch）导程导程S（lead）S

4、nP牙牙型型角角工作高度工作高度h牙牙侧侧角角升升角角（）lead angle三角形螺纹三角形螺纹2 二、螺纹联接的基本类型二、螺纹联接的基本类型1. 螺栓（螺栓（bolt）联接）联接 普通螺栓（普通螺栓（general bolt）联接）联接 铰制孔螺栓（铰制孔螺栓（reamer bolt）联接）联接2. 双头螺柱（双头螺柱（stud，double-end bolt）联接）联接3. 螺钉（螺钉（screw）联接）联接4. 紧定螺钉（紧定螺钉（setscrew）联接）联接5. 特殊用螺钉联接特殊用螺钉联接 地脚螺钉地脚螺钉(foundation bolt)联接联接吊环螺钉（吊环螺钉（eye bo

5、lt）联接）联接自攻螺钉自攻螺钉螺母螺母垫圈垫圈 6. 其他标准螺纹联接件其他标准螺纹联接件 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螺母旋转一周的输入功为螺母旋转一周的输入功为)tan(0 FF2021)tan(dFdFA 举升重物的有效功为举升重物的有效功为效率为效率为)tan(tan)tan(tan202012 dFdFAA tan2002dFSFA 时，螺纹副的效率最高时，螺纹副的效率最高当当 5 . 0450 物体沿斜面匀速下降物体沿斜面匀速下降自锁条件为自锁条件为)tan(0

6、 FF0)tan(0 FF 2. 三角形螺纹三角形螺纹摩擦力摩擦力 cos2sin200FFN 000coscos222fFfFfFNfFf 力的关系力的关系)tan(tanv 自锁条件自锁条件 cosarctanarctanffv )tan(0vFF 效效 率率 （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(2201vdFT 2. 支承面阻力矩支承面阻力矩202030300231dDdDfFTc 3. 拧紧力矩拧紧力矩FLdDdDfdFTTTcv 20203030202132)tan(21 增加可靠性增加可靠性紧密性紧密性4. 控制预紧力的方法控制预紧力的方法

7、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（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（prevent loosening by friction） 双螺母（双螺母（double nut）弹簧垫圈（弹簧垫圈（spring washer）自锁螺母（自锁螺母（self-locking nut）2. 机械防松机械防松开口销开口销(spring cotter)与与六角开槽螺母六角开槽螺母(notch nut)止动垫圈（止动垫圈（stop washer）串联金属丝（串联金属丝（in series wire）3. 永久防松（破坏螺纹副）永久防松（破坏螺纹副

8、）冲点、焊接冲点、焊接(jointing)、粘合、粘合(conglutination)四、单个螺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、螺纹滑扣断裂、螺纹滑扣计算准则：计算准则：保证螺栓的静力拉伸强度保证螺栓的静力拉伸强度占占65%占占20%占占15% ca 受剪螺栓受剪螺栓 螺杆和通孔孔壁被压螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断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。pp 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

9、面直径，危险剖面直径，mm421 dFAF41 Fd Ss 许许用用应应力力， Mpa3. 紧螺栓联接的强度计算紧螺栓联接的强度计算拉伸应力：拉伸应力：2104dF 22031161tan()dvFd 扭剪应力：扭剪应力：0221411tantan21tantanvvFddd 普通钢制螺栓：普通钢制螺栓：223ca 17.0tan v 05.0tan 1 1. .0 08 804.112 dd代入计算得：代入计算得： 5 .0 223(0.5 )1.3 （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 . 14210 dFc

10、a挤压强度：挤压强度：1 AFp剪切强度：剪切强度：2 AF（2）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：min0ppLdF 420 dF挤压强度：挤压强度：（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 ？FFF 02FFF 12残余预紧力残余预紧力（residual pretightening force） 推荐值为：推荐值为：金属垫片金属垫片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橡胶垫片橡胶垫片0.9。 bCF mCFFmbCCFFF FCCCFmbb FFF 02FCCCFmbb 0FFF 0

11、2相对刚度相对刚度拉伸强度：拉伸强度： 保证联接的紧密性，应使保证联接的紧密性，应使F10 3 .14212 dFca 设计式：设计式：3.1421 Fd 说明说明一般联接，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：F1F压力容器：压力容器：F1（1.51.8）F 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SKKS )2)()(2minmin1 atccat tc c螺螺栓栓材材料料的的对对称称循循环环拉拉压压疲疲劳劳极极限限1 kK 试试件件的的材材料料常常数数 合合金金钢钢

12、 碳碳 素素钢钢0.1 0.20.2 0.3 拉拉压压疲疲劳劳强强度度综综合合影影响响系系数数KS 安全系数安全系数 有有效效应应力力集集中中系系数数k 尺尺寸寸系系数数（4）受偏心载荷的紧螺栓联接）受偏心载荷的紧螺栓联接2103100432dFdeFAFWTb 949432210210210 dFdFdF1ed 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； 加工沉头座；加工沉头座； （鱼眼坑）（鱼眼坑） 采用球面垫圈。采用球面垫圈。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

13、形状受力均匀受力均匀便于加工便于加工a、铰制孔螺栓，在载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个以上的个以上的螺栓。螺栓。b、受弯矩或扭矩时，螺栓应布置在结合面的边、受弯矩或扭矩时，螺栓应布置在结合面的边缘上，使受力小。缘上，使受力小。c、同时受轴向、横向载荷时，用减载键、销、套筒、同时受轴向、横向载荷时，用减载键、销、套筒等。等。 螺栓的受力合理螺栓的受力合理 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，同一螺栓组中各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；螺栓的材料、直径、长度应一致； 避免螺栓

14、受偏心载荷。避免螺栓受偏心载荷。2. 螺栓组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。（1）受横向载荷的螺栓组联接）受横向载荷的螺栓组联接f 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。zF0 fzF0 f0szF fiF K zFF zF0zF0F0

15、2zF fF （2）受转矩的螺栓组联接）受转矩的螺栓组联接 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TKrfFrfFrfFSz 02010 iSzSrfTKrrrfTKF)(210f F0f F0 铰制孔螺栓组联接铰制孔螺栓组联接TrFrFrFzz 2211TrFii F1FmaxiirFrF maxmaxmaxmaxrrFFii TrrFrrrFrFiiiii 2maxmaxmaxmax 2maxmaxirTrF（3）受轴向载荷的螺栓组联接）受轴向载荷的螺栓组联接假设：底板是刚性假设：底板是刚性 底板绕底板绕O

16、O翻转翻转 螺杆和地基按各自的刚度螺杆和地基按各自的刚度拉伸和压缩。拉伸和压缩。pDF2241 （4）受倾覆力矩的螺纹组联接）受倾覆力矩的螺纹组联接FiFmaxzFF 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：MLFLFZZ 11maxmaxLFLFii MLFii maxmaxFLLFii 2maxmaxiLMLF螺栓总拉力：螺栓总拉力：max02FCCCFFmbb 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 1 mbmCCCWMp max 左边不出现

17、缝隙左边不出现缝隙右边地基不被压溃右边地基不被压溃0maxmin ppp maxmaxpppp 地地基基材材料料的的许许用用挤挤压压应应力力p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

18、级；3.6的含义：的含义：抗拉强度抗拉强度屈服强度屈服强度B300MPa ：S180MPa ：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于螺栓的性能等级螺母的性能等级不低于螺栓的性能等级2. 许用应力许用应力Ss 螺纹联接件的许用拉应力：螺纹联接件的许用拉应力：螺纹联接件的许用剪应力：螺纹联接件的许用剪应力： Ss 螺纹联接件的许用挤压应力：螺纹联接件的许用挤压应力：钢：钢：PsPS 铸铁：铸铁：PBPS B B、联联接接件件材材料料的的屈屈服服极极限限、强强度度极极限限；sP P、安安全全系系数数。SSS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改变前改变前改变后改变后用腰状螺杆、空心螺杆用腰状螺杆、空心螺杆螺母下安装弹性元件螺母下安装弹性元件 增大被联接件刚度增大被联接件刚度Cm不用垫片，或用不用垫片，或用刚性较大垫片刚性较大垫片改变前改变前改变后改变后 减少螺栓刚度减少螺栓刚度Cb、增大被联接件刚度、增大被联接件刚度Cm和增大预紧和增大预紧力并用。力并用。改变后改变后改变前改变前2. 改善螺纹