WANGWZH第三章螺纹连接

1、12主要内容主要内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构第三节第三节 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 第四节第四节 单个螺栓的强度计算单个螺栓的强度计算 第五节第五节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析第六节第六节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施3第第1节节 概述概述1.1 螺纹的基本参数螺纹的基本参数与外螺纹牙顶或内螺纹与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱牙底相重合的假想圆柱面直径，在标准中定为面直径，在标准中定为公称直径。公称直径。（1）公称直径）公称直径-大径大径 d (D)与外螺纹牙底或内螺纹牙顶与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重

2、合的假想圆柱面直径。相重合的假想圆柱面直径。（2）小径）小径 d1(D1)（3）中径）中径(D2) d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径。的假想圆柱面的直径。常用于连接的强度计算常用于连接的强度计算常用于连接的几何计算常用于连接的几何计算4（4）螺）螺 距距 p 螺纹相邻两牙在中径上对应两点间的轴螺纹相邻两牙在中径上对应两点间的轴 向距离。向距离。（5）导程）导程 S 螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所 移动的轴向距离。移动的轴向距离。第第1节节 概述概述5第第1节节 概述概述导程是螺纹旋转一圈所移动的轴导程是螺

3、纹旋转一圈所移动的轴向距离。向距离。螺距指的是第一个牙与第二牙的螺距指的是第一个牙与第二牙的轴向距离。轴向距离。如是单头，二者相等，如是多头如是单头，二者相等，如是多头 导程螺距导程螺距头数头数（6）线）线 数数 n 螺纹的螺旋线数目。连接用螺纹要求螺纹的螺旋线数目。连接用螺纹要求 有自锁性，多用有自锁性，多用 单线螺纹。单线螺纹。d1SP6（7）旋向）旋向 螺纹有右旋和左旋之分。工程上常用右旋螺纹。螺纹有右旋和左旋之分。工程上常用右旋螺纹。（8）牙型角）牙型角 轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹角。轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹角。（9）牙型斜角）牙型斜角 轴向剖面内，螺纹牙的侧边与螺纹轴线轴向剖面

4、内，螺纹牙的侧边与螺纹轴线 的垂线间的夹角。对三角形、梯形等对称牙型的垂线间的夹角。对三角形、梯形等对称牙型 = /2 第第1节节 概述概述（10）工作高度）工作高度 h 内、外螺纹的径向接触高度。内、外螺纹的径向接触高度。7。（11）螺纹升角）螺纹升角 中径圆柱面上螺旋线的切线与垂中径圆柱面上螺旋线的切线与垂 直于螺旋线轴线的平面的夹角。直于螺旋线轴线的平面的夹角。 22tandnPdS第第1节节 概述概述S2d81.2 螺纹的种类、特点及应用螺纹的种类、特点及应用按牙型可将螺纹分为按牙型可将螺纹分为普通螺纹普通螺纹、管螺纹管螺纹、 矩形螺纹矩形螺纹、梯形螺纹梯形螺纹和和锯齿形螺纹锯齿形螺纹

5、。三角形螺纹、管螺纹用于连。三角形螺纹、管螺纹用于连接，其他用于传动。接，其他用于传动。1.普通螺纹普通螺纹应用最广，米制三角形螺纹，牙型角应用最广，米制三角形螺纹，牙型角60当量摩擦角大，自锁性能好当量摩擦角大，自锁性能好主要用于连接主要用于连接,按螺距大小分为粗牙和细牙按螺距大小分为粗牙和细牙,细牙螺纹的细牙螺纹的螺距小螺距小,自锁性好自锁性好;适于薄壁细小零件和冲击变载等。适于薄壁细小零件和冲击变载等。92.圆柱管螺纹圆柱管螺纹 英制细牙三角形螺纹，牙型角英制细牙三角形螺纹，牙型角 =55,牙顶牙顶有较大圆角，内外螺纹旋合后无径向间隙有较大圆角，内外螺纹旋合后无径向间隙公称直径近似为管子

6、内径，紧密性好。公称直径近似为管子内径，紧密性好。多用于压力为多用于压力为1.568MPa以下的水、煤气管以下的水、煤气管道、润滑和电线管路系统。道、润滑和电线管路系统。3.矩形螺纹矩形螺纹牙型为正方形，牙型角为牙型为正方形，牙型角为0，当量摩擦，当量摩擦角小，效率高。角小，效率高。牙根强度差，磨损后无法补偿间隙，定心牙根强度差，磨损后无法补偿间隙，定心性能差。性能差。矩形螺纹尚未标准化，很少采用，目前已矩形螺纹尚未标准化，很少采用，目前已逐渐被梯形螺纹所代替。逐渐被梯形螺纹所代替。 1.2 螺纹的种类、特点及应用螺纹的种类、特点及应用104.梯形螺纹梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角牙型为等腰梯

7、形，牙型角30与矩形螺纹相比，传动效率略低，但与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好工艺性好，牙根强度高，对中性好应用较广的传动螺纹应用较广的传动螺纹 5.锯齿形螺纹锯齿形螺纹牙型为不等腰梯形，工作面的牙型半牙型为不等腰梯形，工作面的牙型半角为角为3,非工作面的牙型半角为非工作面的牙型半角为30 综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点。根强度高的特点。用于单向受力的传力螺旋中，如螺旋用于单向受力的传力螺旋中，如螺旋压力机。压力机。 1.2 螺纹的种类、特点及应用螺纹的种类、特点及应用111.螺纹副中轴向力与圆周力的关系螺纹副中轴向

8、力与圆周力的关系1.3 螺纹副的受力、自锁和效率螺纹副的受力、自锁和效率矩形矩形螺纹螺纹12拧紧螺母受力图拧紧螺母受力图和和力的封闭三角形力的封闭三角形)tan(t FF2tan()2dTF拧紧螺母拧紧螺母1.3 螺纹副的受力、自锁和效率螺纹副的受力、自锁和效率13松退螺母松退螺母ttan()FF1.3 螺纹副的受力、自锁和效率螺纹副的受力、自锁和效率NRFFtFR fNtF14对于牙型角对于牙型角 不等于零的三角形螺纹和梯形螺纹等不等于零的三角形螺纹和梯形螺纹等可等效为楔形重物沿槽形斜面的运动可等效为楔形重物沿槽形斜面的运动)tan(vt FF2v)tan(21dFT)tan(vt FF 拧

9、紧螺母时拧紧螺母时 松退螺母时松退螺母时 1.3 螺纹副的受力、自锁和效率螺纹副的受力、自锁和效率cosvff当量摩擦系数当量摩擦系数vvarctan f当量摩擦角当量摩擦角152.螺纹传动的效率螺纹传动的效率 旋转螺母一周所作的功为旋转螺母一周所作的功为TW21 有效功有效功FSW 2 螺纹传动的效率为螺纹传动的效率为)tan(tan)tan(tan2vv2212dFdFTFSWW1.3 螺纹副的受力、自锁和效率螺纹副的受力、自锁和效率16 3.螺纹的自锁条件螺纹的自锁条件vsinFvtancosFfNcosvFf1.3 螺纹副的受力、自锁和效率螺纹副的受力、自锁和效率172.1 螺纹连接主

10、要类型螺纹连接主要类型1.螺栓连接螺栓连接(a)普通螺栓连接普通螺栓连接-被连接件上开有被连接件上开有通孔，通孔不带螺纹，装配后孔与通孔，通孔不带螺纹，装配后孔与杆间有间隙。杆间有间隙。结构简单，装拆方便，应用较广结构简单，装拆方便，应用较广 第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构(b)铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接装配后无间装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可定位隙，主要承受横向载荷，也可定位孔和螺栓杆之间采用基孔制过渡配孔和螺栓杆之间采用基孔制过渡配合合(H7/m6、H7/n6)18螺杆两端均有螺纹，装配时其一端旋入螺杆两端均有螺纹，装配时其一端旋入被连接件的螺纹孔中，另一端与

11、螺母旋合被连接件的螺纹孔中，另一端与螺母旋合适用于常拆卸而被连接件之一较厚或不适用于常拆卸而被连接件之一较厚或不宜制成通孔、材料又比较软的场合。宜制成通孔、材料又比较软的场合。3.螺钉连接螺钉连接2.双头螺栓连接双头螺栓连接螺钉直接拧入被连接件之一的螺螺钉直接拧入被连接件之一的螺纹孔内，不用螺母纹孔内，不用螺母用途和双头螺柱连接相似，但不用途和双头螺柱连接相似，但不适合经常装拆，易使螺纹孔磨损适合经常装拆，易使螺纹孔磨损第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构19拧入后，利用末端顶住另一零件表面或旋拧入后，利用末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置入零件相应

12、的缺口中以固定零件的相对位置可传递不大的轴向力或转矩可传递不大的轴向力或转矩4.紧定螺钉连接紧定螺钉连接第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构20地脚螺栓连接地脚螺栓连接吊环螺钉连接吊环螺钉连接T型槽螺栓连接型槽螺栓连接 5.特殊连接特殊连接第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构21 2.双头螺柱双头螺柱 1.六角头螺栓六角头螺栓2.2 标准螺纹连接件标准螺纹连接件 A型型有退刀槽有退刀槽 B型型无退刀槽无退刀槽 3.螺螺 钉钉 第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构224.4.紧定螺钉紧定螺钉 圆柱端圆柱端: : 压入轴上凹坑中，适压入轴上凹坑中，适

13、于紧定空心轴上零件于紧定空心轴上零件的位置，轻材料和金的位置，轻材料和金属薄板。属薄板。锥锥 端端: : 适于零件表面硬度较低不常拆卸的场合。适于零件表面硬度较低不常拆卸的场合。 平平 端端: : 接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度 较大的平面，适于经常拆卸的场合。较大的平面，适于经常拆卸的场合。 第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构236.螺母螺母5.自攻螺钉自攻螺钉 (由螺钉攻出螺纹由螺钉攻出螺纹)7.圆螺母圆螺母+止动垫圈止动垫圈8.垫垫 圈圈 第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构242.3 螺纹连接零件常用材料和

14、机械性能螺纹连接零件常用材料和机械性能1.常用材料常用材料一般工况一般工况：中低碳钢，如中低碳钢，如Q215、10、35和和45钢等钢等变载荷或有冲击、振动的重要连接中：变载荷或有冲击、振动的重要连接中：合金钢，如合金钢，如 40Gr、15MnVB和和30CrMnSi等。等。2.机械性能等级机械性能等级国家标准规定螺纹连接件按材料的机械性能分级。国家标准规定螺纹连接件按材料的机械性能分级。螺栓、螺柱、螺钉的机械性能等级分为十级，从螺栓、螺柱、螺钉的机械性能等级分为十级，从3.6至至12.9 ；螺母的性能等级分为七级，从；螺母的性能等级分为七级，从4到到12。 抗拉强度B百分之一百分之一BS10

15、第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构253.1螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧 增强连接的可靠性和紧密性，防止受载增强连接的可靠性和紧密性，防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移 增加连接刚度，提高防松能力；增加连接刚度，提高防松能力； 适当选用较大的预紧力可提高螺纹连接适当选用较大的预紧力可提高螺纹连接件的疲劳强度件的疲劳强度F 在装配时拧紧，即在承载前，已预先受预在装配时拧紧，即在承载前，已预先受预 紧力紧力 。F目的：目的：预紧：预紧：预紧力控制：预紧力控制：通过控制拧紧力矩等方法控制预紧力的大小。通过控制拧紧力矩等方法控制预紧力的大小。

16、用测力矩扳手或定力矩扳手可控制拧紧力矩。用测力矩扳手或定力矩扳手可控制拧紧力矩。 第第3节节 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松26定力矩板手定力矩板手：达到固定的拧紧力矩：达到固定的拧紧力矩T时，时，弹簧受压将自动打滑。弹簧受压将自动打滑。第第3节节 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松测力矩板手测力矩板手：测出预紧力矩：测出预紧力矩定力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手测力矩扳手27 )(32)tan(2120203020v2dDdDdfddKc令2 . 0 K拧紧时螺母：拧紧时螺母：T=T1+T2拧紧力矩拧紧力矩:扳手拧紧力矩扳手拧紧力矩: T=FL)tan(2v21dFT202030

17、30v232)tan(21dDdDfdFTc2020303023dDdDfFTc0.2 TFdF L对于常用对于常用M10-M68粗牙普通钢制螺纹粗牙普通钢制螺纹 第第3节节 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松预紧力28 消除（或限制）螺纹副之间的相对转动。消除（或限制）螺纹副之间的相对转动。摩擦防松摩擦防松 3.2 螺纹连接的防松螺纹连接的防松1 . 为什么防松为什么防松3 . 防松办法防松办法2 . 防松原理防松原理在冲击在冲击,振动或变载荷的作用下振动或变载荷的作用下,螺纹副间的摩擦螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬时消失，力可能减小或瞬时消失，从而使螺纹联接松动从而使螺纹联接松动高温或

18、温度变化大时高温或温度变化大时,材料发生蠕变和应力松弛材料发生蠕变和应力松弛,预紧力和摩擦力逐渐减小预紧力和摩擦力逐渐减小机械防松机械防松破坏螺纹副关系破坏螺纹副关系第第3节节 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松29主要内容主要内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构第三节第三节 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 第四节第四节 单个螺栓的强度计算单个螺栓的强度计算 第五节第五节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析第六节第六节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施30受剪螺栓受剪螺栓失效形式失效形式（工程中螺栓联接（工程中螺栓联接90%为疲

19、劳失效）为疲劳失效） 静载荷：螺纹部分发生塑性变形或断裂静载荷：螺纹部分发生塑性变形或断裂受拉螺栓受拉螺栓 变载荷：疲劳断裂。失效部位变载荷：疲劳断裂。失效部位螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算31受剪螺栓：连接的受剪螺栓：连接的挤压强度挤压强度和螺栓剪切强度和螺栓剪切强度螺纹设计计算准则螺纹设计计算准则受拉螺栓：疲劳拉伸强度或静强度受拉螺栓：疲劳拉伸强度或静强度第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算强度计算的目的：螺纹选择和校核强度计算的目的：螺纹选择和校核32 受载形式受载形式 轴向受拉和横向受剪轴

20、向受拉和横向受剪 受力性质受力性质 静载荷和变载荷静载荷和变载荷 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算如何强度计算？如何强度计算？ 连接类型连接类型 松松/紧连接、铰制螺纹连接等紧连接、铰制螺纹连接等 装配情况装配情况 是否预紧？是否预紧？ 按相应的强度条件计算危险截面的直径（小径）按相应的强度条件计算危险截面的直径（小径） 或校核其强度或校核其强度 其他部分一般不校核，按公称直径在标准中选取其他部分一般不校核，按公称直径在标准中选取 334.1受拉螺栓连接的强度计算受拉螺栓连接的强度计算1. 松连接螺栓强度计算松连接螺栓强度计算第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算34

21、第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算1.受载荷形式受载荷形式轴向拉伸（工作拉力轴向拉伸（工作拉力F）2.失效形式失效形式 螺栓拉断（静、疲劳）螺栓拉断（静、疲劳）3.设计准则设计准则 保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度4.强度条件：强度条件： 5.危险截面应力计算：危险截面应力计算：6.螺栓材料及许用应力螺栓材料及许用应力 查表查表7.安全系数安全系数s1.21.78.设计计算方法：设计计算方法： 查手册，求查手册，求d41Fd 214dFd1-螺纹小径螺纹小径mm松螺栓连接设计松螺栓连接设计 /sS35第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算(a)仅承受预紧力的紧连接螺栓的

22、强度计算仅承受预紧力的紧连接螺栓的强度计算 特点：仅靠摩擦力承受横向载荷特点：仅靠摩擦力承受横向载荷2. 紧连接螺栓强度计算紧连接螺栓强度计算F F 36T1(螺纹副摩擦力矩螺纹副摩擦力矩)产生的扭转剪应力产生的扭转剪应力 211/()4Fd应力合成应力合成: 按第四强度理论按第四强度理论,螺纹部分的计算应力为螺纹部分的计算应力为3 . 1322caF(预紧力预紧力)产生拉应力产生拉应力2112v312v142tan162tandFddddFWT近似处理：近似处理：常用的常用的M10M64钢制普通螺纹钢制普通螺纹0.49 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 应力计算应力计算可先按

23、纯拉伸计算螺可先按纯拉伸计算螺栓的应力栓的应力,然后增大然后增大30%以考虑扭转的影以考虑扭转的影响响,从而得到计算应力从而得到计算应力37 )tan(t FF2tan()2dTF38 强度条件强度条件: 2143 . 13 . 1dFca 设计公式设计公式: 2 . 51Fd第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算39第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算靠摩擦力承受横向载荷的紧螺栓连接的可靠性靠摩擦力承受横向载荷的紧螺栓连接的可靠性差。为增加可靠性，减小直径，可采用减载装差。为增加可靠性，减小直径，可采用减载装置置套筒减载套筒减载键减载键减载销钉减载销钉减载止口减载止口减

24、载40(b)承受预紧力承受预紧力F和工作拉力和工作拉力F的紧连接螺栓强度计算的紧连接螺栓强度计算 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算F F 41第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算螺母未拧紧螺母未拧紧42第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算螺母未拧紧螺母未拧紧螺母已拧紧螺母已拧紧F变形变形力力43第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算螺母未拧紧螺母未拧紧螺母已拧紧螺母已拧紧但未受工作载荷但未受工作载荷已受工作载荷已受工作载荷FFFF0F变形变形力力变形变形力力44第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算求螺栓的轴向受力求螺栓的轴向受力F0

25、45第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算求出螺栓的轴向受力求出螺栓的轴向受力F046第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算求出螺栓的轴向受力求出螺栓的轴向受力F047LLLLtanFC FFFFtanFFC FCCCFFLLCFFFFFFCCFLF第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算螺栓刚度螺栓刚度求出螺栓的轴向受力求出螺栓的轴向受力F00FFFFFFL 被连接件被连接件刚度刚度有密封要求有密封要求:F=(1.51.8)F一般连接一般连接:载荷稳定载荷稳定 F=(0.20.6)F载荷不稳定载荷不稳定 F=(0.61.0)F地脚螺栓地脚螺栓: F=F48LLLL

26、tanFC FFFFtanFFC FCCCFFLLCFFFFFFCCFLFFKFFCCCFFFFFFcFLL0 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算螺栓的相螺栓的相对刚度对刚度求出螺栓的轴向受力求出螺栓的轴向受力F00FFFFFFL 49FLLCCCCK螺栓的相对刚度，与螺栓，被螺栓的相对刚度，与螺栓，被连接件的结构尺寸，材料，垫片，连接件的结构尺寸，材料，垫片，工作载荷的作用位置等有关工作载荷的作用位置等有关金属垫片金属垫片(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橡胶垫片橡胶垫片 0.9第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度

27、计算50 21043 . 1dFca强度条件强度条件设计公式设计公式 2 . 501Fd 轴向载荷轴向载荷F为静载荷为静载荷第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算51轴向载荷轴向载荷F为变载荷，在为变载荷，在0F之间变化之间变化 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算应力幅影响应力幅影响疲劳强度疲劳强度52按螺栓最大拉力按螺栓最大拉力F0进行强度校核与设计，然后进进行强度校核与设计，然后进行疲劳强度校核行疲劳强度校核设计公式设计公式 2 . 501Fd 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 21043 . 1dFca强度条件强度条件(1)强度校核与设计强度校核与

28、设计53螺栓的总拉力螺栓的总拉力0FF 应力幅应力幅拉力变化幅度拉力变化幅度 FKFFKFFF222cc021cminmax42/2dFKa疲劳强度校核公式疲劳强度校核公式: a21c2dFKa第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算影响零件疲劳强度的主要因素是影响零件疲劳强度的主要因素是应力幅，应力幅，所以主要进行应力幅校核所以主要进行应力幅校核(2)疲劳强度校核疲劳强度校核54(c)受横向载荷的铰制孔用螺栓连接强度计算受横向载荷的铰制孔用螺栓连接强度计算主要失效形式主要失效形式强度条件强度条件挤压挤压 Pmin0PLdF剪切剪切 204dF第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强

29、度计算螺栓杆被剪断螺栓杆被剪断螺栓杆或孔壁被压溃螺栓杆或孔壁被压溃55第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算例例1: 1: 图示为某受轴向工作载荷的紧螺栓连接预紧时的受图示为某受轴向工作载荷的紧螺栓连接预紧时的受力力- -变形图变形图(1)(1)当工作载荷为当工作载荷为F=2000NF=2000N时时, ,求螺栓所受总拉力求螺栓所受总拉力F F0 0及被及被连接件件剩余预紧力连接件件剩余预紧力F F, ,并在图上画出来并在图上画出来. .(2)(2)若要求被连接件不出现缝隙若要求被连接件不出现缝隙, ,最大工作载荷最大工作载荷F Fmaxmax是多少是多少? ?0300454000N

30、力变形0max473227326309.4FNFNFNF0FF565.1螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计 目的：目的：合理确定连接接合面的几何形状和螺合理确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置栓的布置 形式，力求各螺栓和连接接形式，力求各螺栓和连接接合面间受力均匀，便于加工和装配合面间受力均匀，便于加工和装配 。第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析571. 接合面设计成轴对称的简单几何形状，如圆接合面设计成轴对称的简单几何形状，如圆 形、形、环形、矩形、三角形等。便于加工制造（有利环形、矩形、三角形等。便于加工制造（有利于分度、划线、钻孔），使各个螺栓受力合理，于分度、划线、

31、钻孔），使各个螺栓受力合理，接合面受力均匀。接合面受力均匀。第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析582. 螺栓的布置应使各螺栓受力合理螺栓的布置应使各螺栓受力合理对于对于铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接不要在平行于工作载荷的方不要在平行于工作载荷的方向上成排布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。向上成排布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。 当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。靠近连接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。(a)合理合理 ( b)不合理不合理TT第第5节节 螺栓组连接受

32、力分析螺栓组连接受力分析 如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷，应采用销、如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷，应采用销、套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。紧力及其结构尺寸。593. 合理间距，适当边距，以利用扳手装拆。合理间距，适当边距，以利用扳手装拆。4. 同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均应相同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均应相同，以简化结构和便于加工装配。同，以简化结构和便于加工装配。5. 分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和

33、画线。等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析606. 连接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并与连接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。在铸、锻件等的粗糙表面上安螺栓轴线相垂直。在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座等。装螺栓时，应制成凸台或沉头座等。第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析615.2螺栓组连接的受力分析螺栓组连接的受力分析第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析目的目的根据连接的结构和受载情况，求出受力最根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及所受的力，以便进行螺栓连接大的螺

34、栓及所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。的强度计算。62 1受横向载荷的螺栓组连接受横向载荷的螺栓组连接 普通螺栓连接普通螺栓连接 FKzmFfnfzmFKFn第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析预紧后产生的摩擦力平衡横向载荷预紧后产生的摩擦力平衡横向载荷假设假设(1)各螺栓均匀受载各螺栓均匀受载;(2)螺栓组的对称中心螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合与连接接合面的形心重合;(3)受载后连接接合受载后连接接合面仍保持为平面面仍保持为平面可靠性系数可靠性系数1.11.363铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接 每个螺栓所受的横向工作剪力为每个螺栓所受的横向工作剪力为zFF第第5节

35、节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析靠螺栓受剪切及与孔壁的挤压来抵抗横向力靠螺栓受剪切及与孔壁的挤压来抵抗横向力642受转矩的螺栓组连接受转矩的螺栓组连接普通螺栓连接普通螺栓连接 TKrFfrFfrFfzn21ziizrfTKrrrfTKF1n21n第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析力平衡条件力平衡条件所需预紧力所需预紧力65iirFrFmaxmaxmaxmaxiirFFrziiiTrF1铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接 ziirTrF12maxmaxi=1z第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析力平衡条件力平衡条件受力最大的螺栓的工作切力受力最大的螺栓的工作切力忽

36、略预紧力和摩擦力忽略预紧力和摩擦力663. 受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接 zFF第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析认为各螺栓均匀受载认为各螺栓均匀受载674受翻转力矩的螺栓组连接受翻转力矩的螺栓组连接第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析68受翻转力矩前仅受预紧力作用受翻转力矩前仅受预紧力作用第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析69受翻转力矩后受翻转力矩后第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析70iziinnLFLFLFLFM12211maxmax2211LFLFLFLFnnziinLMLLLLMLF12max22221maxmax

37、最大受压处不被压溃条件最大受压处不被压溃条件 pPmaxWMAFz0PminWMAFz最小受压处不出现间隙条件最小受压处不出现间隙条件第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 变形协调条件刚度相同变形协调条件刚度相同 力平衡力平衡 最大工作拉力最大工作拉力0maxcFFK F 螺栓受的总螺栓受的总拉力拉力 校核工作能力校核工作能力确定螺栓直径确定螺栓直径71影响连接强度的因素很多，如材料、结构、尺影响连接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、螺纹牙间载荷分布、应力幅度、机寸、工艺、螺纹牙间载荷分布、应力幅度、机械性能械性能.螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度螺栓连接的强度主要取决于

38、螺栓的强度。 第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施72 6.1、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 1.保持预紧力不变降低螺栓刚度保持预紧力不变降低螺栓刚度LCaCKF腰状杆螺栓腰状杆螺栓 空心螺栓空心螺栓 螺母下面安螺母下面安装弹性元件装弹性元件第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施0cFFFFK FFLLCCCCK732.保持预紧力不变增大被连接件刚度保持预紧力不变增大被连接件刚度 FCaCKF3. 同时降低螺栓刚性，增大被连接件刚度同时降低螺栓刚性，增大被连接件刚度 可以不用垫片或采用可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。刚度较大的垫片。有紧密性

39、要求的连接，有紧密性要求的连接，采用刚度较大的金属垫采用刚度较大的金属垫片或密封环。片或密封环。第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施74！注意：！注意： 尽管尽管减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度都减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度都可以达到减小应力幅的目的；可以达到减小应力幅的目的； 但是但是将引起剩余预紧力的减小，从而降低了将引起剩余预紧力的减小，从而降低了连接的紧密性；连接的紧密性； 因而因而同时适当增加预紧力以提高剩余预紧力，同时适当增加预紧力以提高剩余预紧力，但不宜增大太多（消弱静强度）但不宜增大太多（消弱静强度）第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施756.2 改

40、善螺纹牙间载荷分布不均状况改善螺纹牙间载荷分布不均状况 螺栓螺纹牙受拉伸长，螺母螺纹牙受压缩短，螺距螺栓螺纹牙受拉伸长，螺母螺纹牙受压缩短，螺距变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应力最大，其余各圈依次递减。力最大，其余各圈依次递减。第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施 第一圈受第一圈受1/3载荷，第八圈后基本不受力。载荷，第八圈后基本不受力。 圈数过多的加厚螺母，并不能提高连接的强度。圈数过多的加厚螺母，并不能提高连接的强度。76改善螺纹牙上的载荷分布不均的措施改善螺纹牙上的载荷分布不均的措施第第6节节 提高螺栓强度的措施提高

41、螺栓强度的措施螺母的旋合部分受拉，变形螺母的旋合部分受拉，变形性质与螺栓相同，从而减小性质与螺栓相同，从而减小了两者的螺距变化差，螺纹了两者的螺距变化差，螺纹牙上的载荷分布更均匀牙上的载荷分布更均匀螺母的旋合部分局部受拉，螺纹牙上的载荷均布效果不及悬置螺母受力大的几圈螺纹处制成受力大的几圈螺纹处制成1015度的度的斜角，螺栓螺纹牙的受力面由上而下斜角，螺栓螺纹牙的受力面由上而下逐渐外移，螺栓螺纹牙易变形，载荷逐渐外移，螺栓螺纹牙易变形，载荷将向上转移，分布趋于均匀将向上转移，分布趋于均匀776.3减小应力集中和避免附加弯曲应力减小应力集中和避免附加弯曲应力 1.减小应力集中减小应力集中第第6节

42、节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施78钩头螺栓连接钩头螺栓连接支承面不平支承面不平螺母孔不正螺母孔不正被连接件刚度小被连接件刚度小2.避免附加弯曲应力避免附加弯曲应力第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施如何避免如何避免796.4采用合理的制造工艺方法采用合理的制造工艺方法提高疲劳强度提高疲劳强度:采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施 消除应力集中消除应力集中 不切断材料纤维，金属流线走向合理不切断材料纤维，金属流线走向合理 有冷作硬化效果有冷作硬化效果 表层有残余应力表层有残余应力304070

43、100采用先热处理后滚压螺纹的工艺方法采用先热处理后滚压螺纹的工艺方法80下图为一固定在钢制立柱上的轴承托架，已知载下图为一固定在钢制立柱上的轴承托架，已知载荷荷Q=5500N,力方向力方向=50；托架材料为灰铸铁；托架材料为灰铸铁HT200,底板宽底板宽b=150mm,长长h=340mm,试设计此螺试设计此螺栓组连接栓组连接(接合面摩擦系数取接合面摩擦系数取0.16)例题例题1：hb220QFvFH280150811 1 螺栓组受力分析螺栓组受力分析例题例题1：(1)(1)计算螺栓组所受工作载荷计算螺栓组所受工作载荷- - 转换到结合面中心转换到结合面中心线上线上 轴向载荷，横向载荷和翻转力

44、矩轴向载荷，横向载荷和翻转力矩Fv =Qsin=5500*sin50=4213NFH=Qcos=5500*cos50=3535NM= Fv 160FH1501204330Nmm82例题例题1：(2)计算单个螺栓所受最大工作拉力计算单个螺栓所受最大工作拉力轴向力 F1 =Fv/z=4213/4=1053N翻转力矩maxmax222122151.nMLFNLLL螺栓所受总的最大工作拉力1max3204FFFN83例题例题1：(3)计算螺栓预紧力计算螺栓预紧力横向力作用下滑移，不滑移条件横向力作用下滑移，不滑移条件1 (1)FcvnHFLCzfFFf zFKFK FCC1(1)nHcvK FFKFz

45、f7471FN取取Kc=0.2(无垫片无垫片)； 可靠性系数可靠性系数Kn=1.284例题例题1：(4) 计算螺栓所受总拉力计算螺栓所受总拉力08112cFFK FN852 确定螺栓直径确定螺栓直径例题例题1： 015.212.96Fdmm查手册，选用查手册，选用M16粗牙普通螺纹粗牙普通螺纹选择螺栓材料为选择螺栓材料为Q235，强度级别为，强度级别为4.6, 表表3-3查得查得s240MPa。假设螺栓的公称直径。假设螺栓的公称直径d在在1630mm间，得间，得S=32,取取3,因而因而 80MPass863 校核螺栓组连接的工作能力校核螺栓组连接的工作能力例题例题1：最大受压处不被压溃条件，注意考虑螺