机械设计第五章 螺纹连接与螺旋传动

1、第二篇第二篇 连接连接连连接接机械动连接机械动连接运动副运动副机械静连接机械静连接可拆卸连接可拆卸连接不可拆卸连接不可拆卸连接螺纹连接螺纹连接键、花键、销连接键、花键、销连接无键连接无键连接铆接铆接焊接焊接胶接胶接过盈连接过盈连接% 连接的基本类型连接的基本类型第五章第五章 螺纹连接和螺旋传动螺纹连接和螺旋传动第六章第六章 键、花键、无键和销连接键、花键、无键和销连接第七章第七章 铆接、焊接、胶接和过盈连接铆接、焊接、胶接和过盈连接Pd2一一. . 螺纹的形成螺纹的形成用于连接用于传动单单线线螺螺纹纹Sd2多多线线螺螺纹纹5-1 螺 纹二二. . 螺纹的分类螺纹的分类1、按牙形分：、按牙形分：

2、2、按螺旋的线数分：单线、多、按螺旋的线数分：单线、多 线（一般不超过线（一般不超过4线），线线），线 数越多，导程越大。单线用数越多，导程越大。单线用 于连接，多线用于传动。于连接，多线用于传动。3 3、按旋向分：右旋、左旋。一般用右旋。、按旋向分：右旋、左旋。一般用右旋。4 4、内、外螺纹之分：二者旋合组成螺旋副（螺纹副）、内、外螺纹之分：二者旋合组成螺旋副（螺纹副）5、按母体的形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹、按母体的形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹6 6、按采取标准制度的不同：公制、英制、按采取标准制度的不同：公制、英制注：注：除了矩形螺纹外，其它螺纹都已标除了矩形螺纹外，其它螺纹都已标 准化了，

3、设计时应按国家标准设计。准化了，设计时应按国家标准设计。三角形：三角形：锯齿形：锯齿形：矩矩 形：形：剃剃 形：形：机械制造常用螺纹：机械制造常用螺纹：常用螺纹常用螺纹（ 按牙形分）按牙形分）三角螺纹三角螺纹矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹圆螺纹圆螺纹普通螺纹普通螺纹管螺纹管螺纹粗牙螺纹粗牙螺纹细牙螺纹细牙螺纹普通细牙普通细牙 非螺纹密封非螺纹密封螺纹密封螺纹密封圆锥管螺纹圆锥管螺纹用于传动用于传动用于用于连接连接1 、普通螺纹、普通螺纹(代号：代号：M GB 192-81)特点：特点：螺纹的牙型角螺纹的牙型角 =2 =60 。因牙型角。因牙型角 大，所以当大，所以当量摩擦

4、系数大，自锁性能好，主要用于连接。量摩擦系数大，自锁性能好，主要用于连接。 常用螺纹的特点及应用常用螺纹的特点及应用 细牙螺纹因螺距小，升角小，因此自锁性好、强度高，但细牙螺纹因螺距小，升角小，因此自锁性好、强度高，但不耐磨、易滑扣。细牙螺纹用于薄壁零件以及受振动载荷的连不耐磨、易滑扣。细牙螺纹用于薄壁零件以及受振动载荷的连接、微调机构中。接、微调机构中。细牙螺纹与粗细牙螺纹与粗 牙螺纹的比较牙螺纹的比较粗牙：粗牙：常用常用 同一公称直径可以有多种螺距。其中螺距最大的称同一公称直径可以有多种螺距。其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的均称为细牙螺纹。为粗牙螺纹，其余的均称为细牙螺纹。细牙：细牙：2

5、 、矩形螺纹矩形螺纹特点：特点：牙形为正方形，牙形为正方形， =0 ，所以效率高，用于传动，所以效率高，用于传动, ,牙根强牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。3 、梯形螺纹、梯形螺纹(代号：代号：T特点：特点： =2 =30 。比矩形螺纹效率略低。牙根强度高，易于对中，。比矩形螺纹效率略低。牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。易于制造，剖分螺母可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。 r GB 192-81)4、 锯齿形螺纹锯齿形螺纹(代号：代号：S JB 923-66)特点：特点：工作边工作边 =3 ，非工作边，非工

6、作边 =30 ，便于加工。它综合了，便于加工。它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点, ,能承受较大的能承受较大的载荷载荷, ,但只能用于单向传动。但只能用于单向传动。5 、圆柱管螺纹、圆柱管螺纹 特点：特点：用于管件连接的三角螺纹，用于管件连接的三角螺纹， =55 ，螺纹面间没有间隙，螺纹面间没有间隙，密封性好，适用于压强在密封性好，适用于压强在1.6MPa1.6MPa以下的连接。以下的连接。6、 圆锥螺纹圆锥螺纹特点：特点：螺纹均布在锥度为螺纹均布在锥度为1:16的管上的管上, =55 或或60 ，螺纹面间没，螺纹面间没有间隙，不用填料，靠

7、牙变形，密封性好，适用于高温、高压的有间隙，不用填料，靠牙变形，密封性好，适用于高温、高压的连接。连接。用螺纹密封的管螺纹7、 其它螺纹其它螺纹主要用于金属薄板的连接主要用于金属薄板的连接三、三、 螺纹的基本参数螺纹的基本参数1 1）大径）大径d d：（公称直径）公称直径）h8 8）螺纹升角）螺纹升角：中径圆柱上，螺旋线切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。中径圆柱上，螺旋线切线与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。 tgtg=nP/=nP/ d d2 29 9）接触高度）接触高度h h：内外螺纹旋合后接触面的径向高度。内外螺纹旋合后接触面的径向高度。2 2）小径）小径d d1 1：（强度计算用）（强度计

8、算用）3 3）中径）中径d d2 2：（分析效率时用）（分析效率时用）4 4）螺距）螺距P P：相邻两牙在中径线上相邻两牙在中径线上 对应点间的轴向距离。对应点间的轴向距离。5 5）导程）导程S S：同一螺旋线上相邻两牙在同一螺旋线上相邻两牙在 中径线上对应点间的轴向中径线上对应点间的轴向 距离。距离。S=nPS=nP6 6）牙形角）牙形角 ：螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。7 7）牙形斜角）牙形斜角 ：牙型侧边牙型侧边与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。对于对称牙型与垂直螺纹轴线的平面间的夹角。对于对称牙型 = = /2/2。5-2 5-2 螺纹连接的类

9、型及螺纹标准件螺纹连接的类型及螺纹标准件一、螺纹连接的基本类型一、螺纹连接的基本类型1. 螺栓连接螺栓连接1）被连接件的孔不用加工螺纹，装拆方便，用于经常）被连接件的孔不用加工螺纹，装拆方便，用于经常 拆装的场合。拆装的场合。2）只适用于被连接件都较薄的情况。）只适用于被连接件都较薄的情况。（1）普通螺栓连接（2）铰制孔螺栓连接螺栓连接螺栓连接、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。2. 双头螺柱连接双头螺柱连接特点及应用：特点及应用： 被连接件之一需加工螺纹孔。用于被被连接件之一需加工螺纹孔。用于被连接件之一比较厚，需经常拆装的情况。连接件之一比较厚，需经常拆

10、装的情况。3. 螺钉连接螺钉连接特点及应用：特点及应用： 被连接件之一需加工螺纹孔，省去被连接件之一需加工螺纹孔，省去了螺母，结构简单。用于被连接件之一了螺母，结构简单。用于被连接件之一比较厚，不宜经常拆装的场合。比较厚，不宜经常拆装的场合。4. 紧定螺钉连接紧定螺钉连接 用于固定两零件用于固定两零件的相对位置，并传递的相对位置，并传递不大的力或力矩。不大的力或力矩。地脚螺栓地脚螺栓吊环螺栓吊环螺栓T T形槽螺栓形槽螺栓其它特殊结构的螺纹连接（三个变种）其它特殊结构的螺纹连接（三个变种）二、螺纹紧固件二、螺纹紧固件1.1.螺栓螺栓 螺栓的形状较多，螺栓的形状较多，用途也很广泛。如右用途也很广泛

11、。如右图所示为各种不同形图所示为各种不同形式的螺栓。螺栓连接式的螺栓。螺栓连接也可以用于螺钉连接也可以用于螺钉连接中。中。2.2.双头螺柱双头螺柱3.3.螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉 螺钉的头部和端螺钉的头部和端部有多种形式，以适部有多种形式，以适应不同场合的需要。应不同场合的需要。4.4.螺母螺母 普通用的螺纹紧固件，按制造精度分粗制、精制两类。普通用的螺纹紧固件，按制造精度分粗制、精制两类。前者多用于建筑、木结构及其它次要场合，精制的广泛用于前者多用于建筑、木结构及其它次要场合，精制的广泛用于机器设备中。机器设备中。 螺纹连接件分三个精度等级：螺纹连接件分三个精度等级：A A、B B、C

12、C（高（高底），底），C C级级最常用。精度等级要配套使用。最常用。精度等级要配套使用。5.5.垫圈垫圈5-3 5-3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧 在装配时，螺纹连接都必须预紧。对于重要的螺纹连接，还应在装配时，螺纹连接都必须预紧。对于重要的螺纹连接，还应控制其预紧力的大小。控制其预紧力的大小。1.预紧力：预紧力：2.预紧的目的：预紧的目的：1）增加连接的可靠性；）增加连接的可靠性；2）增加连接的刚性；）增加连接的刚性；3）防松；）防松；4）受横向载荷作用时，增大）受横向载荷作用时，增大 摩擦力，防止相对滑动；摩擦力，防止相对滑动；5）增大疲劳强度。）增大疲劳强度。使连接在承受工作载荷之前预

13、先受到力的作用，使连接在承受工作载荷之前预先受到力的作用， 这个力称为这个力称为预紧力预紧力。 预紧力不能太大，太大易过载拉断，因此，预紧力要预紧力不能太大，太大易过载拉断，因此，预紧力要保证且又不使其过载。保证且又不使其过载。3.3.拧紧力矩拧紧力矩T=T1+T2001）螺旋副间的摩擦力矩）螺旋副间的摩擦力矩T1：设设F0为螺栓所受的预紧力为螺栓所受的预紧力,则则:)(0vtgFF)(222021vtgdFdFT2）螺母与支撑面间的摩擦力矩）螺母与支撑面间的摩擦力矩330020220013cDdTf FDd式中式中: : fc为螺母与被连接件支撑面间的摩擦系数，无润滑时为螺母与被连接件支撑面

14、间的摩擦系数，无润滑时fc=0.1520203030020312dDdDFftgdFTcv拧紧力矩拧紧力矩: :20203030020312dDdDFftgdFTcv拧紧力矩拧紧力矩: :T 0.2F0 d Nmm 为使连接有足够的预紧力又不使螺栓拧为使连接有足够的预紧力又不使螺栓拧断，预紧力可按屈服极限取：断，预紧力可按屈服极限取： 碳素钢：碳素钢：F0 （0.6 0.7） SA1 合金钢：合金钢：F0 （0.5 0.6） SA1 对对M12M12以下的螺栓，应注意控制预以下的螺栓，应注意控制预紧力，以防过载拉断。紧力，以防过载拉断。00dDdddd5 . 1,1 . 1,9 . 0002f

15、arctgv155. 1,23241对于M10 M64的普通螺纹，（f 为螺旋副的间的摩擦系数,无润滑时 f=0.10.2），fc=0.15测力矩扳手定力矩扳手4.控制预紧力的方法：控制预紧力的方法：1）控制拧紧力矩；）控制拧紧力矩；b.定力矩板手；定力矩板手；2）测量螺栓的伸长量；）测量螺栓的伸长量；a.测力矩板手；测力矩板手；3）螺母转角法。）螺母转角法。 1）在冲击、振动、变载荷作用下，螺旋副间的摩擦阻力极不稳定，）在冲击、振动、变载荷作用下，螺旋副间的摩擦阻力极不稳定，在某一瞬间会急剧减少以致消失，失去自锁能力，连接就可能松脱；在某一瞬间会急剧减少以致消失，失去自锁能力，连接就可能松脱

16、； 2）螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作，材料发生蠕变和应力）螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作，材料发生蠕变和应力松弛，也会使预紧力和摩擦力逐渐减少，最终导致连接失效。松弛，也会使预紧力和摩擦力逐渐减少，最终导致连接失效。1.1.防松的根本原理：防松的根本原理：防止螺旋副的相对转动防止螺旋副的相对转动。3.3.防松的方法：防松的方法： 摩擦防松：摩擦防松：摩擦防松简单方便，不如以下两种方法可靠。摩擦防松简单方便，不如以下两种方法可靠。 机械防松：机械防松：机械防松可靠，可和摩擦防松联合使用。机械防松可靠，可和摩擦防松联合使用。用于不再拆卸连接。这种方法是将螺旋副变成非运动副，用于不再拆

17、卸连接。这种方法是将螺旋副变成非运动副，从而排除了相对运动的可能性。从而排除了相对运动的可能性。 永久防松：永久防松：2.2.防松的原因：防松的原因：5-4 5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松1 1）摩擦防松：）摩擦防松： 弹簧垫圈防松弹簧垫圈防松 自锁螺母防松自锁螺母防松对顶螺母防松对顶螺母防松0F0F00FF0F0F螺栓装配图开槽螺母开口销2 2）机械防松：）机械防松：开口销防松开口销防松止动垫片防松止动垫片防松串联钢丝防松串联钢丝防松正确错误3 3）永久防松：）永久防松：5-5 螺栓组连接的设计一一. .螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计1 、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的

18、简单几何形状、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状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3 、螺栓的排列应有合理的间距、边距、螺栓的排列应有合理的间距、边距扳手空间扳手空间4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应、分布在同一圆周上的螺栓数目，应 取取4, 6, 8等偶数，以便等偶数，以便 钻孔时在圆周上分度和画线钻孔时在圆周上分度和画线5 、避免螺栓承受偏心载荷避免螺栓承受偏心载荷产生偏心载荷的原因产生偏心载荷的原因斜垫圈的应用斜垫圈的应用凸面和沉头座的应用凸面和沉头座的应用避免偏载的结构避免偏载的结构 螺栓组连接设计计算的一般步骤：螺栓组连接设计计算的一般步

19、骤： 螺栓组受力分析螺栓组受力分析 找出受力最大的螺栓及其力的大小找出受力最大的螺栓及其力的大小； 单个螺栓受力和失效分析单个螺栓受力和失效分析 单个螺栓强度计算；单个螺栓强度计算； 确定螺栓的尺寸（直径、长度）。确定螺栓的尺寸（直径、长度）。二二. .螺栓组连接的受力分析螺栓组连接的受力分析两种情况的工作原理不同！两种情况的工作原理不同！% 普通螺栓连接% 铰制孔用螺栓连接1. 承受横向载荷作用的螺栓组连接承受横向载荷作用的螺栓组连接为了简化计算，假设：为了简化计算，假设： 1）所有螺栓的）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同材料、直径、长度和预紧力均相同； 2）螺栓组的）螺栓组的几何中

20、心几何中心与连接与连接结合面的形心重合结合面的形心重合； 3）受载后连接）受载后连接结合面仍保持为平面结合面仍保持为平面。fziFKFFKzifFss00或受力平衡条件：单个螺栓受力单个螺栓受力0F_7655_1.1 1.3sfPiK接合面间的摩擦系数，表；接合面数目；可靠性系数（防滑系数），取。螺栓组受力螺栓组受力F1）普通螺栓组连接单个螺栓受力单个螺栓受力zFF螺栓组受力螺栓组受力F剪切强度计算：剪切强度计算： 4/20dFmin,ppp螺栓孔壁挤压强度：挤压强度：ppLdFmin02）铰制孔用螺栓连接2. 2. 受转矩的螺栓组连接受转矩的螺栓组连接TKfrFfrFfrFsz 02010不

21、滑动条件：)(210zsrrrfTKF 1 1）普通螺栓连接）普通螺栓连接ir0fF0fFziisrfTK1iriFmaxFmaxr2）铰制孔用螺栓连接）铰制孔用螺栓连接zzrFrFrFT 2211力矩平衡：22221maxmaxzrrrTrF 受力最大螺栓：)(22221maxmaxzrrrrFT 即：变形量越大，则工作剪力越大变形量越大，则工作剪力越大 ziirTr12max剪切强度计算：剪切强度计算： 4/20maxdF挤压强度：挤压强度：ppLdFmin0maxmaxmaxmaxmaxiiiiFFFFrrrrF03.3.受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接单个螺栓的受力：预紧力

22、单个螺栓的受力：预紧力F F0 0 工作力工作力F F : :zFF4.4.受翻转力矩的螺栓组连接受翻转力矩的螺栓组连接假定假定: : 1) 1)底板为刚体；底板为刚体； 2)2)翻转力矩作用在螺栓组连接的翻转力矩作用在螺栓组连接的形心；形心； 3)3)受载后绕受载后绕O-OO-O转动仍保持平面转动仍保持平面。在在M的作用下：的作用下： 左侧：左侧：螺栓拉力增大；螺栓拉力增大； 右侧：右侧：螺栓拉力减小而地面压螺栓拉力减小而地面压 力增大力增大失效分析：失效分析： 1.1.螺栓拉断；螺栓拉断； 2.2.底板左侧出现间隙；底板左侧出现间隙； 3.3.底板右侧压溃。底板右侧压溃。 1B1C2F1F

23、F2C2BmF1mF2mFmF%底板受力分析底板受力分析受翻转力矩前，接合受翻转力矩前，接合面面挤压应力分布图挤压应力分布图F0在翻转力矩作用下，接合面在翻转力矩作用下，接合面挤压应力分布图挤压应力分布图2FmF2maxmax2211LFLFLFLFzz 变形条件：max12max12zzFFFFLLLL变形条件：zzLFLFLFM 2211力矩平衡： ziizLLMLLLLMF12max22221maxmax力：受力最大螺栓的工作拉% 螺栓所受的螺栓所受的工作拉力与距工作拉力与距离成正比离成正比iLmaxL% 螺栓所受的工作拉力螺栓所受的工作拉力maxFiFmaxmaxiiFFLL2FmF2

24、验算接合面的强度计算验算接合面的强度计算0minppp左侧不出现间隙：左侧不出现间隙：ppppmax右侧不压溃：右侧不压溃：-许用挤压应力，许用挤压应力，P79P79表表5-65-6AzFp0mbmpCCCWMWM00minWMAzFpppWMAzF0maxW接合面的有效抗弯截面系数接合面的有效抗弯截面系数%小结：小结：1.1.在实际工作中，螺栓所受的工作载荷往往是以上四种在实际工作中，螺栓所受的工作载荷往往是以上四种 简单形式的不同组合，但不论受力多复杂，都可以将简单形式的不同组合，但不论受力多复杂，都可以将 复杂状态简化成以上四中简单的受力状况，先分别求复杂状态简化成以上四中简单的受力状况

25、，先分别求 螺栓的工作载荷，然后向量迭加，就可求出螺栓所受螺栓的工作载荷，然后向量迭加，就可求出螺栓所受 的总工作载荷；的总工作载荷；横向荷载横向荷载+ +轴向载荷轴向载荷+ +翻转力矩翻转力矩横向载荷横向载荷+ +旋转力矩旋转力矩FT=Fe2.2.虽然前面讲了螺栓的四种不同外载（横向、转矩、轴虽然前面讲了螺栓的四种不同外载（横向、转矩、轴 向、倾覆力矩），但对单个螺栓而言，受力只有两种：向、倾覆力矩），但对单个螺栓而言，受力只有两种： 拉力、剪力；拉力、剪力；3.3.为了保证落栓连接的可靠性，还要考虑综合条件：不为了保证落栓连接的可靠性，还要考虑综合条件：不 出现间隙、不压溃等。出现间隙、不

26、压溃等。1.1.在轴向载荷作用下，螺栓杆或螺纹部分发生塑性变形或拉断；在轴向载荷作用下，螺栓杆或螺纹部分发生塑性变形或拉断；5-6 5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算一一. . 螺栓连接的失效形式：螺栓连接的失效形式：v普通螺栓连接：普通螺栓连接： 松螺栓连接松螺栓连接 紧螺栓连接紧螺栓连接v铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接受横向工作载荷受横向工作载荷F的的紧螺栓连接紧螺栓连接受轴向工作拉力受轴向工作拉力F F的紧螺栓连接的紧螺栓连接螺纹连接的失效往往是由于螺栓的失效而引起。螺纹连接的失效往往是由于螺栓的失效而引起。对单个螺栓来说受力的形式不外乎是对单个螺栓来说受力的形式不外乎是轴向

27、力轴向力或或横向力横向力。2.2.在横向载荷作用下，铰制孔螺栓连接的失效形式是：螺拴杆在横向载荷作用下，铰制孔螺栓连接的失效形式是：螺拴杆 和孔壁的贴合面上可能的压溃或螺栓杆被剪断；和孔壁的贴合面上可能的压溃或螺栓杆被剪断；3.3.地基接合面被压碎或被连接件间发生相对滑移。地基接合面被压碎或被连接件间发生相对滑移。% 螺栓连接大多工作之前应螺栓连接大多工作之前应 预紧，称为紧螺栓连接预紧，称为紧螺栓连接二二. .设计准则：设计准则：对受拉螺栓：对受拉螺栓：保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。三三. 螺栓连接的强度计算：螺栓连接的强度计算：对受剪螺栓：对受剪螺栓：保证连接

28、的挤压强度和螺栓的剪切强度。保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度。1. 松螺栓连接的强度计算：松螺栓连接的强度计算：421dF)(1mmd)(mmd许用应力，MPa14 Fd 校核公式校核公式设计公式设计公式“不断、不溃、不碎、不移不断、不溃、不碎、不移”2. 2. 紧螺栓连接紧螺栓连接的强度计算的强度计算1 1）受横向工作载荷受横向工作载荷F的的紧螺栓连接紧螺栓连接 仅受预紧力的紧螺栓连接仅受预紧力的紧螺栓连接 螺栓上的作用力：螺栓上的作用力：F0、T14210dF拉应力4/216/2/16/210123120311dFtgddddtgFdTvv剪应力对于对于M10-M64的螺纹，的螺纹，d1

29、、d2、 取平均值，并取取平均值，并取tg v=f =0.175 . 0得：得：4/3 . 13 . 15 . 033102222dFca 2210/4/3 . 1mmNdFca强度条件F0F0FFF0 F / f ，当，当f=0.15, F0=8F，螺栓的可能尺寸较大。，螺栓的可能尺寸较大。 可用减载零件来承受横向力，此时螺栓只起连接作用，不可用减载零件来承受横向力，此时螺栓只起连接作用，不承载，强度计算按减载零件计算。承载，强度计算按减载零件计算。2 2）受轴向工作拉力）受轴向工作拉力F F的紧螺栓连接的紧螺栓连接由于螺栓由于螺栓和被连接和被连接件都是弹件都是弹性体，满性体，满足虎克定足虎

30、克定律。律。bmF0F0F0F0F2F2FFF1F1螺栓上的总拉力：螺栓上的总拉力：F2 F0+F=螺栓上的作用力：螺栓上的作用力：预紧后，受外载预紧后，受外载F F前：前：F0、T1 受外载受外载F F后：后：F0、T1、F预紧前：预紧前：螺栓不受力螺栓不受力 FFbmF0F0F0F0F2F2FFF1F1bbbtgFC0mmmtgFC0 bF0F0bmm螺栓被连接件2FFF1FmCFFbCF mbCCFFFFCCCFmbbFFFCCCFFFFmbb1002残余预紧力返回FCCCFFCCCFFFFFmbmmbb00011)( FFbmF0F0F0F0F2F2FFF1F1F-F3 . 14212

31、dFca0.90.80.70.2 0.3橡胶垫片橡胶垫片铜皮或石棉垫片铜皮或石棉垫片皮革垫片皮革垫片金属垫片或无垫片金属垫片或无垫片垫类别垫类别mbbCCC 为了保证连接的紧密性，防止连接受载后结合面间产生为了保证连接的紧密性，防止连接受载后结合面间产生缝隙，应使缝隙，应使F10。推荐：。推荐：（2）对于一般连接，工作载荷稳定时，对于一般连接，工作载荷稳定时，FF6 . 02 . 01FF0 . 16 . 01（3）工作载荷不稳定时，工作载荷不稳定时，（4）对于地脚螺栓连接，对于地脚螺栓连接，FF 1（1）对于有紧密性要求的连接，对于有紧密性要求的连接，FF8 . 15 . 113 . 142

32、1Fd校核公式校核公式设计公式设计公式失效形式有：失效形式有： 1 1）螺栓杆剪断螺栓杆剪断， 2 2）螺栓杆和孔壁两者中的弱者被）螺栓杆和孔壁两者中的弱者被压溃压溃。a. a. 螺栓杆孔壁表面间的压力分布均匀；螺栓杆孔壁表面间的压力分布均匀；b. b. 因因F F0 0很小，忽略了很小，忽略了F F0 0与与T T1 1的影响。的影响。3. 承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接%假设：假设：挤压挤压挤压强度：挤压强度：ppLdFmin0min,ppp螺栓孔壁MPa剪切强度计算：剪切强度计算： 4/20dF许用切应力，F24.4.受轴向变载荷受轴向变载荷F F的紧螺栓连接的紧螺栓连

33、接 除了进行除了进行静强度静强度计算外，计算外，还要还要精确校核疲劳强度精确校核疲劳强度F：0 FF2：F0 F2 ： min max212max3 . 14dF210min3 . 14dF21minmax3 . 122dFCCCmbbaSKKSatccaminmin122式中：式中： -1tc螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限5-7 5-7 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一、常用材料一、常用材料： 碳素钢：碳素钢：Q215（A2）、）、Q235（A3）、）、10、35、45等等普通连普通连接接 合金钢：合金钢：15Cr、40Cr、30CrMnS

34、i等等变载荷或有冲击、振动的变载荷或有冲击、振动的 重要连接重要连接特殊用途（防蚀、防磁、导电、耐高温）：特殊用途（防蚀、防磁、导电、耐高温）： 特种钢（如不锈钢）、铜合金、铝合金等特种钢（如不锈钢）、铜合金、铝合金等 P86表表5-8、9 螺栓连接的性能等级：螺栓连接的性能等级： 3.6 12.9螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低2040HBS。 铰制孔用螺铰制孔用螺栓受横向载荷栓受横向载荷 控制预紧力时控制预紧力时S=1.21.5； 不能严格控制预紧力时不能严格控制预紧力时S查查 表表5-10 受轴向载荷、横向载荷的受轴向载荷、横向载荷的普通螺栓连接普通螺

35、栓连接许用应力许用应力 连接的受载情况连接的受载情况 Ss 被联接件为铸铁被联接件为钢PBpPspsSSS二、许用应力二、许用应力：安全系数见表安全系数见表5-105-8 5-8 提高螺文连接强度的措施提高螺文连接强度的措施 一一. .降低影响螺栓疲劳强度的应力幅降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 应力变化幅度过大是疲劳断裂的根本原因。应力变化幅度过大是疲劳断裂的根本原因。)(002mbbCCCFFFF的变化范围：FF2F1：bC) 1F F0 0和和F F保保持持不不变变基本措施：增大预紧力。此外：FF2F1：mC)2 二二. . 改善螺纹牙的受力不均改善螺纹牙的受力不均: : 变形不谐调是螺纹牙

36、受力变形不谐调是螺纹牙受力不均的根本原因。不均的根本原因。三三. . 减少应力集中减少应力集中: : 对螺纹来讲，形状突变是对螺纹来讲，形状突变是产生应力集中的主要原因。产生应力集中的主要原因。四四. 减小附加应力减小附加应力: : 偏心拉伸对螺栓十分不利。偏心拉伸对螺栓十分不利。五五. .采用合理的制造工艺方法：采用合理的制造工艺方法： 1 1）冷墩头部、滚压螺纹）冷墩头部、滚压螺纹 2 2）氮化、氰化、喷丸等处理。）氮化、氰化、喷丸等处理。 - - - 例例 题题 - - - 例例1 1：钢制液压缸，如图。油压：钢制液压缸，如图。油压： P=3N/mmP=3N/mm2 2。 为保证密封性要

37、求，螺栓间距为保证密封性要求，螺栓间距L L不得不得 大于大于4.54.5倍螺栓公称直径。倍螺栓公称直径。 设计：双头螺柱连接设计：双头螺柱连接（确定螺柱直径、个数及分布圆直径（确定螺柱直径、个数及分布圆直径D D0 0）解：解：1 1、求螺柱总拉力、求螺柱总拉力分析：分析： 显然，显然，F F 不变，螺柱直径大则数目不变，螺柱直径大则数目Z Z小；反之小；反之Z Z大则螺柱直径小。大则螺柱直径小。因此因此Z Z取值不同本题可有多解。考虑到油缸是压力容器，有紧密性要求，取值不同本题可有多解。考虑到油缸是压力容器，有紧密性要求，故故Z Z应适当大些。另外，数目应适当大些。另外，数目Z Z最好是偶

38、数，而且要便于分度。综上：取最好是偶数，而且要便于分度。综上：取Z=12Z=12NpDF60288412NZFF5024螺柱工作拉力为：螺柱工作拉力为：FF8 . 11取螺柱总拉力为：螺柱总拉力为：NFFFF2 .140678 . 21222107.121602 .140672 . 53 . 14mmFd由强度条件得：由强度条件得： 用用4.64.6级的级的Q235Q235螺柱，拧紧时控制予紧力螺柱，拧紧时控制予紧力, ,取取S=1.5 S=1.5 （P86P86表表5-85-8、P87P87表表5-105-10） ，于是，于是asMPS1605 . 12402 2、求螺柱直径、求螺柱直径:

39、:查手册，取查手册，取M16M16（其（其d d1 1=13.83512.07=13.83512.07）3 3、确定螺栓分布圆直径、确定螺栓分布圆直径D D0 0：mmdDD2005 . 20暂定暂定而临界许用值为：而临界许用值为： mmd725 . 4因此，最终取分布圆直径因此，最终取分布圆直径mmD2000于是螺栓间距为：于是螺栓间距为：mmZDL76.51180sin00注：注：根据题意，本题确定根据题意，本题确定Z=12Z=12，d=16d=16，D D0 0=200mm=200mm后就算解毕，但对于有密后就算解毕，但对于有密封性要求的螺栓连接，一般应确定必须的预紧力。现确定如下：封性

40、要求的螺栓连接，一般应确定必须的预紧力。现确定如下： 由结构示意图知，缸盖与缸体间无软垫片，查手册或教材可由结构示意图知，缸盖与缸体间无软垫片，查手册或教材可得相对刚度为：得相对刚度为：25. 0mbbCCCNFCCCFFmbb2 .1281120于是预紧力为：于是预紧力为：NF130000最终取预紧力为：最终取预紧力为：例例2.2.图示支架用图示支架用6 6个螺栓连接在砖墙上。已知砖墙为水泥个螺栓连接在砖墙上。已知砖墙为水泥 砂浆缝，载荷砂浆缝，载荷F =10KN=10KN，螺栓材料，螺栓材料Q235Q235，强度级别，强度级别4.64.6 级，支架底板与砖墙间摩擦系数级，支架底板与砖墙间摩

41、擦系数f f=0.3=0.3，底板材料为，底板材料为 ZG270-500ZG270-500， ，试设计该螺栓连接。，试设计该螺栓连接。1 . 0mbbCCC分析：分析：支架正常工作支架正常工作 的条件是：的条件是：在倾覆力矩在倾覆力矩M和水和水 平力平力F H作用下作用下, ,上上 侧螺栓不被拉断；侧螺栓不被拉断；在铅垂力在铅垂力F V作用下作用下 底板不下滑；底板不下滑；底板上侧与砖墙底板上侧与砖墙 不能有间隙；不能有间隙；底板下侧或砖墙底板下侧或砖墙 不能被压溃。考虑到不能被压溃。考虑到 便于安装和制造，采用普通受拉螺栓为好。便于安装和制造，采用普通受拉螺栓为好。F F HF VF HF

42、V解：解：根据力的分解和简化原理，载荷对螺栓组连接的作用可用根据力的分解和简化原理，载荷对螺栓组连接的作用可用轴向力轴向力F H 、横向力横向力F V及及倾覆力矩倾覆力矩M的联合作用来代替，其中：的联合作用来代替，其中：NFFV866030cosNFFH500030sinmmNFFMHV5156800200480F F HF VF HF V1 1、由、由F H引起的每个螺栓的工作拉力：引起的每个螺栓的工作拉力： 2 2、由力矩、由力矩M引起的受力最大螺栓的工作拉力：引起的受力最大螺栓的工作拉力：NzFFHa3 .83365000NMLMLFii3 .429712008 .51566200612

43、maxmax4 4、 在在F V作用下，作用下，由不下滑条件确定螺栓预紧力：由不下滑条件确定螺栓预紧力：VsambmFKFCCCFffF)(66013 3、受力最大螺栓的总工作拉力为：、受力最大螺栓的总工作拉力为： NFFFa6 .51303 .42973 .833maxNFCCCfFKFambmVs60423 .8339 . 03 . 0686601 . 1605 5、由下侧不被压溃、上侧不出现间隙条件确定预紧力：、由下侧不被压溃、上侧不出现间隙条件确定预紧力：底板接触面积底板接触面积 A= (500-300)A= (500-300)300=6300=610104 4mmmm2 2底板抗弯截

44、面模量底板抗弯截面模量 W=300W=300(500(5002 2-300-3002 2)/6=8)/6=810106 6mmmm3 31 . 1sK取apMP25 . 1由下侧不被压溃条件得：由下侧不被压溃条件得：PambmpWMFCCCFA)(60maxNFCCCAWMFambmp930060由由上侧不出现间隙的条件可得：上侧不出现间隙的条件可得：0)(60minWMFCCCFAambmp072006mabmCMAFFNWCC可知，满足工作要求的预紧力范围为可知，满足工作要求的预紧力范围为: :NFN930072000NF80000最终取最终取6 6、根据螺栓不被拉断的强度条件确定螺栓直径

45、、根据螺栓不被拉断的强度条件确定螺栓直径d d：3 3、受力最大螺栓的总拉力为：、受力最大螺栓的总拉力为： NFCCCFFmbb6 .85316 .51301 . 0800002 根据题意，螺栓的屈服极限根据题意，螺栓的屈服极限 ，为确保，为确保安全，装配时应控制予紧力，取安全系数安全，装配时应控制予紧力，取安全系数 , ,于是：于是： 2240mmNs5 . 1S2160mmNSSmmFd388. 91606 .85132 . 53 . 1401由强度条件有：由强度条件有：查手册取查手册取M12即可（其即可（其d d1 1=10.106 =10.106 计算值计算值9.3889.388）。）

46、。注注 如拧紧力不加控制，由着工人尽可能地拧紧，为避免螺栓拧断，应适如拧紧力不加控制，由着工人尽可能地拧紧，为避免螺栓拧断，应适当增大螺栓直径。计算表明，在这种情况下，至少应采用当增大螺栓直径。计算表明，在这种情况下，至少应采用M12M12的螺栓。的螺栓。5-9 5-9 螺旋传动螺旋传动一一 、螺旋传动的类型和应用、螺旋传动的类型和应用螺旋传动按其用途可分为：螺旋传动按其用途可分为： 调整螺旋：调整螺旋：如机床进给的微调螺旋如机床进给的微调螺旋 传力螺旋：传力螺旋：如千斤顶如千斤顶 传导螺旋：传导螺旋：如机床丝杠如机床丝杠螺旋传动按其螺纹间摩擦性质的不同螺旋传动按其螺纹间摩擦性质的不同,可分为

47、可分为: 滑动螺旋：滑动螺旋：滑动摩擦，结构简单，加工方便，应用最广。滑动摩擦，结构简单，加工方便，应用最广。 滚动螺旋：滚动螺旋：滚动摩擦滚动摩擦 静压螺旋：静压螺旋：液体摩擦液体摩擦滑动螺旋牙形：滑动螺旋牙形： 多用梯形螺纹多用梯形螺纹,重载起重螺旋也有用锯齿形螺纹重载起重螺旋也有用锯齿形螺纹, 对效率对效率 要求高时可用矩形螺纹。要求高时可用矩形螺纹。螺旋传动的应用螺旋传动的应用螺旋传动的应用螺旋传动的应用立式加工中心立式加工中心二维数控台原理图二维数控台原理图螺旋传动的应用螺旋传动的应用二维数控台二维数控台螺旋传动的应用螺旋传动的应用滚珠丝杠滚珠丝杠螺旋传动的应用螺旋传动的应用螺旋千斤

48、顶螺旋千斤顶螺旋传动的应用螺旋传动的应用螺旋受力：螺旋受力：滑动螺旋工作时，螺杆承受轴向载荷和转矩；螺杆和螺母滑动螺旋工作时，螺杆承受轴向载荷和转矩；螺杆和螺母的螺纹牙承受挤压、弯曲和剪切。的螺纹牙承受挤压、弯曲和剪切。滑动螺旋的失效形式有：滑动螺旋的失效形式有：螺纹磨损，螺纹磨损，螺杆断裂，螺杆断裂，螺纹牙根剪断和弯断，螺纹牙根剪断和弯断，受压螺杆很长时还可能失稳。受压螺杆很长时还可能失稳。二二 、滑动螺旋的失效形式和材料、滑动螺旋的失效形式和材料螺杆的材料：螺杆的材料：要求有足够的强度，常用要求有足够的强度，常用35、45号钢号钢;需经热处理以达到高需经热处理以达到高硬度的重要螺杆，则常用

49、合金钢，如硬度的重要螺杆，则常用合金钢，如65Mn、40Cr、T12、20CrMnTi等。等。螺母材料：螺母材料：除要有足够的强度外，还要求在与螺杆配合时摩擦系数小和耐除要有足够的强度外，还要求在与螺杆配合时摩擦系数小和耐磨。磨。常用材料有铸造青铜，如常用材料有铸造青铜，如ZCuSn10Pb1, ZCuSn5Pb5Zn5重载低速使用强度较高的铸造青铜重载低速使用强度较高的铸造青铜ZCuAl10Fe3或铸造黄铜或铸造黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3 。低速不重要的螺旋传动也可用耐磨铸铁或灰铸铁。低速不重要的螺旋传动也可用耐磨铸铁或灰铸铁。三、滑动螺旋的设计计算三、滑动螺旋的设计计算1 、耐磨

50、性计算、耐磨性计算 耐磨性计算主要是限制螺纹工作表面的压强，以防止过度耐磨性计算主要是限制螺纹工作表面的压强，以防止过度磨损。磨损。假想螺纹牙可以展成一长条，设螺旋的轴向载荷为假想螺纹牙可以展成一长条，设螺旋的轴向载荷为F，螺母旋合，螺母旋合高度为高度为H、螺距为、螺距为p，螺纹旋合圈数为，螺纹旋合圈数为Z=H/p、螺纹工作高度为、螺纹工作高度为h、承压面积为承压面积为A，螺纹工作面上的压强为，螺纹工作面上的压强为 ps。则螺纹的耐磨性条件为：则螺纹的耐磨性条件为：22phHdFphZdFAFpsMPa若按耐磨性条件设计螺纹中径若按耐磨性条件设计螺纹中径d2时，可引用系数时，可引用系数2dH以消去以消去H2phFpdmm对于矩形和梯形螺纹，对于矩形和梯形螺纹，h=0.5p, 则则8 . 02pFd对于锯齿形螺纹，对于锯齿形螺纹，h=0.75p, 则则65. 02pFd系数系数 的值：的值：可根据螺母结构选定，可根据螺