第九章螺纹连接

1、CH9 螺纹联接螺纹联接本节要点本节要点一、联接短片播放一、联接短片播放二、概述二、概述三、螺纹参数三、螺纹参数 S普通螺纹：牙型角为普通螺纹：牙型角为 ，同一公称直径有多种螺距，同一公称直径有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺其中螺距最大的称为粗牙螺纹，一般用于连接；其余的纹，一般用于连接；其余的都称为细牙螺纹，螺距越小，升角越小，都称为细牙螺纹，螺距越小，升角越小，自锁性能越好。自锁性能越好。是应用最广泛的是应用最广泛的一种传动螺纹。一种传动螺纹。3 30 0的侧面用于承受载荷，的侧面用于承受载荷，效率比梯形螺纹高；效率比梯形螺纹高； 30300 0的侧面用于增加牙根的侧面用于增加牙根强度

2、，它仅适用承受单强度，它仅适用承受单方向轴向载荷。方向轴向载荷。牙型为正方形，牙型角牙型为正方形，牙型角为为0 00 0，是非标准螺纹。，是非标准螺纹。传动效率最高，但精加传动效率最高，但精加工较困难，常用于传动工较困难，常用于传动螺纹。螺纹。左旋左旋右旋右旋三线螺纹三线螺纹双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹特别注明：特别注明： M 20M 20螺纹的公称直径螺纹的公称直径普通螺纹即三角形螺纹普通螺纹即三角形螺纹特别注明：可以用特别注明：可以用单线螺纹、多线螺纹单线螺纹、多线螺纹以及定义来进行讲解以及定义来进行讲解四、螺旋副的受力、效率四、螺旋副的受力、效率与自锁与自锁第一次简化过程第一次简化过

3、程第二次简化过程第二次简化过程IMP Formula IMP conclusion1 1、自锁性能：粗牙螺纹、自锁性能：粗牙螺纹 细牙螺纹细牙螺纹 传动效率：粗牙螺纹传动效率：粗牙螺纹 细牙螺纹细牙螺纹2 2、自锁性能：单线螺纹、自锁性能：单线螺纹 多线螺纹多线螺纹 传动效率：多线螺纹传动效率：多线螺纹 单线螺纹单线螺纹3 3、自锁性能：三角形螺纹梯形螺纹锯、自锁性能：三角形螺纹梯形螺纹锯 齿形齿形螺纹矩形螺纹螺纹矩形螺纹1.1.螺栓联接螺栓联接2.2.双头螺柱联接双头螺柱联接3. 3. 螺钉联接螺钉联接4. 4. 紧定螺钉联接紧定螺钉联接5. 5. 螺母螺母6.垫圈垫圈螺纹联接的预紧和防松螺

4、纹联接的预紧和防松 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松一一基本概念基本概念1. 预紧：预紧：螺纹连接在装配时通常都要拧紧，这种拧紧称之为预螺纹连接在装配时通常都要拧紧，这种拧紧称之为预紧。紧。2. 紧螺栓连接：紧螺栓连接：装配时预紧的螺栓连接。装配时预紧的螺栓连接。3. 松螺栓连接：松螺栓连接：不预紧的螺栓连接。不预紧的螺栓连接。4. 预紧的目的：预紧的目的：增加连接的刚度、紧密性，以防止螺纹连接的增加连接的刚度、紧密性，以防止螺纹连接的松脱。拧紧螺母时要克服螺纹副的阻力矩和螺母支承面间的松脱。拧紧螺母时要克服螺纹副的阻力矩和螺母支承面间的摩擦力矩。摩擦力矩。对于紧螺栓连接，在装配时都要

5、预紧，对于紧螺栓连接，在装配时都要预紧，预紧的目的预紧的目的在于在于增增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移隙或发生相对滑移。预紧后，螺栓受到的预紧力是通过拧紧力矩获得的。因为预预紧后，螺栓受到的预紧力是通过拧紧力矩获得的。因为预紧力的大小对螺纹连接的可靠性、强度和密封性均有很大的紧力的大小对螺纹连接的可靠性、强度和密封性均有很大的影响，因此对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力。影响，因此对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力。 二二拧紧力矩拧紧力矩1.1. 拧紧力矩拧紧力矩T T：是用以克服螺纹是用以克服螺纹副相对

6、转动的阻力矩副相对转动的阻力矩T1和螺母和螺母支承面上的摩擦阻力矩支承面上的摩擦阻力矩T2 ，它与预紧力它与预紧力F0间的关系为：间的关系为：120 20tg()2cfTTTFdf Fru式中：式中：rf为支承面摩擦半径，为支承面摩擦半径， rf(dw+d0)/4，其中，其中dw为螺母支承为螺母支承面的外径，面的外径， d0为螺栓孔直径为螺栓孔直径(如图所示如图所示)。图图7-15 支承面摩擦阻力矩支承面摩擦阻力矩螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松00.2N mmTF d对于对于M10M68的粗牙螺纹的粗牙螺纹2. 预紧预紧F0值的确定：值的确定：是由螺纹连接的要求来决定的。是由螺纹连接

7、的要求来决定的。u 为了充分发挥紧固件的工作能力，保证预紧的可靠，为了充分发挥紧固件的工作能力，保证预紧的可靠，拧紧后螺纹紧固件的预紧应力一般可达到材料屈服极拧紧后螺纹紧固件的预紧应力一般可达到材料屈服极限限S的的5070%，但不得超过，但不得超过S的的80。对于一般。对于一般连接用钢螺栓，预紧力可参考下式确定：连接用钢螺栓，预紧力可参考下式确定： 1010) 6 . 05 . 0 () 7 . 06 . 0 (AFAFss 合合金金钢钢螺螺栓栓碳碳素素钢钢螺螺栓栓 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松螺纹大径螺纹大径螺纹危险螺纹危险截面面积截面面积对于受轴向工作载荷的重要连接和有特殊对于

8、受轴向工作载荷的重要连接和有特殊要求的螺栓，预紧力应根据其使用实践确要求的螺栓，预紧力应根据其使用实践确定，并在装配图标注出其预紧力和拧紧力定，并在装配图标注出其预紧力和拧紧力矩，以便安装时控制。矩，以便安装时控制。3. 预紧力预紧力QP的控制：的控制： 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。 测量预紧前后螺栓伸长量测量预紧前后螺栓伸长量精度较高。精度较高。 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松三三螺纹连接的防松螺纹连接的防松1 1、防松目的（原因）：、防松目的（原因）：连

9、接用的三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和连接用的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。工作温度变化不大时不会自动松脱。但是但是在冲击、振动和变载的作用下，预紧力可在冲击、振动和变载的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，连接仍有可能松脱。能在某一瞬间消失，连接仍有可能松脱。在高在高温或温度变化较大时，由于温度变形差异等原因，温或温度变化较大时，由于温度变形差异等原因，也可能导致连接的松脱。也可能导致连接的松脱。螺栓连接一旦松脱，轻者会影响机器的正常运转，螺栓连接一旦松脱，轻者会影响机器的正常运转，重者会造成重大事故。因此，为了保证连接可靠，重者会造成重大事故。因此，为了

10、保证连接可靠，必须采取有效的防松措施。必须采取有效的防松措施。 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松2. 防松原理（防松的实质、根本问题）防松原理（防松的实质、根本问题） 防止螺纹副的相对转动。防止螺纹副的相对转动。3. 防松方法防松方法螺纹连接防松的方法按工作原理可分螺纹连接防松的方法按工作原理可分为为:摩擦防松：摩擦防松：弹簧垫圈弹簧垫圈 对顶螺母对顶螺母尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母开口销和槽形螺母开口销和槽形螺母圆螺母用带翅垫片圆螺母用带翅垫片止动垫片止动垫片机械防松：机械防松：其它：其它：u破坏螺纹副关系（破坏螺纹副关系（铆冲铆冲、粘接粘接、焊接焊接），排除了螺母），排除了螺母相对

11、螺栓转动的可能。相对螺栓转动的可能。 串联金属丝串联金属丝自锁螺母自锁螺母 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松p预紧：在实用中，绝大多数螺纹联接在安装时都必须拧紧，使联接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加的作用力称为预紧力F0。p预紧目的：增强联接的可靠性、紧密性和防松能力。p注意：施加的 预紧力要适当，过小，连接不可靠；过大，有可能拧断螺栓。 因此，为了保证联接所需要的预紧力，又不使联接件过载，对重要的螺纹联接，在装配时要控制预紧力。一般规定，拧紧后螺纹联接件的预紧力不得超过其材料屈服极限s的80%。预紧预紧 对于一般联接，可凭经验来控制预紧力对于一般联接，可凭经验来控制预

12、紧力F F0 0的大小，的大小，但对于重要的联接就要严格控制其预紧力。但对于重要的联接就要严格控制其预紧力。T=T1+T2=KF0d拧紧时扳手力矩为拧紧时扳手力矩为T T可由测力矩扳手测定可由测力矩扳手测定! !式中式中K K为拧紧力矩系数为拧紧力矩系数, ,可可查表查表图图 测力矩和定力矩扳手测力矩和定力矩扳手 螺纹联接装配时，一般都要拧紧螺纹，使联接螺螺纹联接装配时，一般都要拧紧螺纹，使联接螺纹在承受工作载荷之前，受到预先作用的力，这就是纹在承受工作载荷之前，受到预先作用的力，这就是螺纹联接的预紧，预先作用的力称为预紧力。螺纹联接的预紧，预先作用的力称为预紧力。螺纹联接的预紧和防松螺纹联接

13、的预紧和防松螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧螺纹联接预的目的在于增加联接的可靠性、紧密性和螺纹联接预的目的在于增加联接的可靠性、紧密性和防松能力。防松能力。 如图所示，在拧紧螺母时，需要克服螺纹副相对如图所示，在拧紧螺母时，需要克服螺纹副相对扭转的阻力矩扭转的阻力矩T1和螺母与支承面之间的摩擦阻力矩和螺母与支承面之间的摩擦阻力矩T2，即拧紧力矩即拧紧力矩T=T1+T2。拧紧螺母时的力矩计算拧紧螺母时的力矩计算d0d20Q20QL LS S20Q20Q0Q0Q20Q20QT2T1T2DTD1测力矩扳手测力矩扳手预紧力控制方法预紧力控制方法: :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

14、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。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。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防松防松p联接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、震动联接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象。或变

15、载荷的作用下容易产生松脱现象。为了防止联为了防止联接松脱，保证联接安全可靠，设计时必须采取有效接松脱，保证联接安全可靠，设计时必须采取有效的防松措施。的防松措施。p 防松的根本问题在于防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动。防止螺纹副的相对转动。 螺纹联接的防松螺纹联接的防松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： 1. 利用附加摩擦力防松利用附加摩擦

16、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防防松松-防止螺旋副相对转动。防止螺旋副相对转动。 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. 机械防松机械防松圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈止动垫圈止动垫圈3. 其他方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单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算螺栓联接通常是螺栓联接通常是成组成组使用的，称为使用的，称为螺栓组螺栓组。在进。在进行螺栓组的设计计算时，首先要确定螺栓的数目和布行螺栓组的设计计算时，首先要确定螺栓的数目和布置，再进行螺栓受

17、载分析，从螺栓组中找出受载最大置，再进行螺栓受载分析，从螺栓组中找出受载最大的螺栓，计算该螺栓所受的载荷，螺栓组的强度计算，的螺栓，计算该螺栓所受的载荷，螺栓组的强度计算，实际上是计算螺栓组中受载最大的单个螺栓的强度。实际上是计算螺栓组中受载最大的单个螺栓的强度。由于螺纹联接件已经标准化，各部分结构尺寸是由于螺纹联接件已经标准化，各部分结构尺寸是根据根据等强度原则等强度原则及经验确定的，所以，螺栓联接的设及经验确定的，所以，螺栓联接的设计只需根据强度理论进行计算确定其螺纹直径即可，计只需根据强度理论进行计算确定其螺纹直径即可，其它部分尺寸可查标准选用。其它部分尺寸可查标准选用。 受拉螺栓的失效

18、形式：受拉螺栓的失效形式：螺栓杆螺栓杆的塑性变形或断裂。的塑性变形或断裂。 其破坏部其破坏部位及其出现的百分比见右图。位及其出现的百分比见右图。 受剪螺栓的失效形式：受剪螺栓的失效形式：螺栓杆和螺栓杆和孔壁间压溃或螺栓杆被剪断。孔壁间压溃或螺栓杆被剪断。 普通螺栓连接普通螺栓连接（受拉螺栓）（受拉螺栓） 铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接（受剪螺栓）（受剪螺栓） 轴向拉力轴向拉力剪切力剪切力u螺栓连接螺栓连接松螺栓连接松螺栓连接 紧螺栓连接紧螺栓连接 65%20%15%一一螺栓的受力螺栓的受力二二螺栓的失效形式螺栓的失效形式紧螺栓连接：紧螺栓连接：装配时预紧的螺栓连接。装配时预紧的螺栓连接。松螺栓连

19、接：松螺栓连接：不预紧的螺栓连接。不预紧的螺栓连接。三三螺栓连接的设计方法螺栓连接的设计方法1.根据约束根据约束强度条件强度条件确定螺栓确定螺栓(或螺钉、双头螺柱或螺钉、双头螺柱)的大的大径。径。根据螺栓连接的受力情况，通过分析，确定其所属类型，根据螺栓连接的受力情况，通过分析，确定其所属类型，然后计算出受力最大螺栓的拉力或剪力，即可按强度条然后计算出受力最大螺栓的拉力或剪力，即可按强度条件计算出螺栓的小径件计算出螺栓的小径d1(或螺栓杆直径或螺栓杆直径d0)。由所计算出。由所计算出的的d1，根据标准即可查出相应的螺栓大径，根据标准即可查出相应的螺栓大径d。2.由螺栓大径由螺栓大径d ，根据标

20、准，查出全部螺纹连接件的尺，根据标准，查出全部螺纹连接件的尺寸和相应的代号。寸和相应的代号。3.完成设计。完成设计。 螺栓联接中的单个螺栓受力分为轴向载荷（受拉螺栓联接中的单个螺栓受力分为轴向载荷（受拉螺栓）和横向载荷（受剪螺栓）两种。螺栓）和横向载荷（受剪螺栓）两种。螺栓联接的失效形式和设计准则螺栓联接的失效形式和设计准则 受拉力作用的普通螺栓联接，其主要失效形式是螺受拉力作用的普通螺栓联接，其主要失效形式是螺纹部分的塑性变形或断裂，经常装拆时也会因磨损而发纹部分的塑性变形或断裂，经常装拆时也会因磨损而发生滑扣，其设计准则是生滑扣，其设计准则是保证螺栓的静力或者疲劳拉伸强保证螺栓的静力或者疲

21、劳拉伸强度；度； 受剪切作用的铰制孔用螺栓联接，因此其主要失受剪切作用的铰制孔用螺栓联接，因此其主要失效形式是螺栓杆被剪断，螺杆或者被联接件的孔壁被压效形式是螺栓杆被剪断，螺杆或者被联接件的孔壁被压溃，故其设计准则为：溃，故其设计准则为：保证螺栓被联接件具有足够保证螺栓被联接件具有足够的剪切强度和挤压强度。的剪切强度和挤压强度。 针对不同零件的不同失效形式，分别拟定针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算依据其设计计算方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。和出发点。1 1、失效形式和原因、失效形式和原因 a a）失效形式）失效形式 工程中螺栓联接多数为疲劳失效

22、工程中螺栓联接多数为疲劳失效p受拉螺栓受拉螺栓螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂或断裂p受剪螺栓受剪螺栓螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断被剪断 b b）失效原因：应力集中）失效原因：应力集中 应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程 2、设计计算准则与思路p受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度p受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度一、受拉螺栓的强度计算一、受拉螺栓的强度计算 （一）、松螺栓联接（一）、松螺栓联接 如吊钩螺栓，工作前不拧紧，只有工作载荷如吊钩螺栓，工作前不拧紧，只有

23、工作载荷F F起拉伸起拉伸作用。强度条件为：作用。强度条件为：松螺栓连接松螺栓连接 当承受轴向工作当承受轴向工作载荷载荷F (N)时，其时，其强度条件为强度条件为设计公式：设计公式： Fd41 )1110(421dF计算出计算出d d1 1后，再按标准查选螺纹的公称直径。后，再按标准查选螺纹的公称直径。F F 分析分析（二）、紧螺栓联接（二）、紧螺栓联接1 1、只受预紧力作用的螺栓、只受预紧力作用的螺栓 紧螺栓联接装配时需要将螺母拧紧，在拧紧力矩作紧螺栓联接装配时需要将螺母拧紧，在拧紧力矩作用下，螺栓受到预紧力产生的拉应力作用，同时还用下，螺栓受到预紧力产生的拉应力作用，同时还受到螺纹副中摩擦

24、阻力矩受到螺纹副中摩擦阻力矩T1T1所产生的剪切应力作用，所产生的剪切应力作用，即螺栓处于弯扭组合变形状态。为了简化计算，对即螺栓处于弯扭组合变形状态。为了简化计算，对M10 M10 M68 M68的钢制普通螺栓，只按拉伸强度计算，的钢制普通螺栓，只按拉伸强度计算，并并将所受拉力增大将所受拉力增大30%30%来考虑剪切应力的影响来考虑剪切应力的影响。紧螺栓连接紧螺栓连接 421dFo21232111tg()22tg()164aatFdFTdddWd工件工件 受压受压(Fo)当当拧紧拧紧时时螺栓螺栓受拉受拉(Fo)拉力拉力Fo扭矩扭矩T1 复合应力复合应力拉应力拉应力e当量应力当量应力扭剪应力扭

25、剪应力 第四强度理论第四强度理论223 e 对于对于M10M68的普通螺纹，取的普通螺纹，取d1、d2和和的平的平均值，并取均值，并取tg=f=0.15，得，得0.5。则当量应。则当量应力力e为为 故螺栓螺纹部分的强度条件为故螺栓螺纹部分的强度条件为 3 . 15 . 0332222 ）（e 43 . 121dFoe考虑扭剪应力考虑扭剪应力设计公式：设计公式： aFd3 . 141 如图如图所所示，紧螺栓联接受横向示，紧螺栓联接受横向工作载荷。普通螺栓与螺栓孔之间工作载荷。普通螺栓与螺栓孔之间有间隙，它是靠接合面间的摩擦力有间隙，它是靠接合面间的摩擦力来承受工作载荷的。工作时，只有来承受工作载

26、荷的。工作时，只有当接合面间摩擦力足够大时，才能当接合面间摩擦力足够大时，才能保证被联接件不会发生相对滑动。保证被联接件不会发生相对滑动。FRFRFRFR/2FR/2F0F0F0F01m2m2 2、承受横向外载荷的紧螺栓连接、承受横向外载荷的紧螺栓连接因此，螺栓的预紧力因此，螺栓的预紧力F0应为应为 式中：式中：z为联接螺栓数目；为联接螺栓数目；f为接合面间的摩擦系数，对于钢和铸铁，为接合面间的摩擦系数，对于钢和铸铁，f=0.15 0.2；m为摩擦接合面数；为摩擦接合面数；FR为横向载荷，为横向载荷，N；Kf为可靠性系数或称防滑系数，通常为可靠性系数或称防滑系数，通常Kf = 1.11.3。

27、N 0zfmFRKFf 按上式求出预紧力按上式求出预紧力F0后，再按式后，再按式计算螺栓强度即可。计算螺栓强度即可。根据根据d1d1，按标准查选螺纹的公称直径。，按标准查选螺纹的公称直径。 43 . 121dFae aFd3 . 141 0aCFFFmf受受横横向向工工作作载载荷荷F F的的螺螺栓栓强强度度u 可靠性系数可靠性系数 C=1.11.3， um为接合面数目。为接合面数目。 从上式可以计算，当摩擦系数从上式可以计算，当摩擦系数f =0.15、可、可靠性系数靠性系数1.2、 结合面数目结合面数目m =1时，时，F08F。即预紧力应为横向工作载荷的。即预紧力应为横向工作载荷的8倍，倍，所

28、以螺栓连接靠摩擦力来承担横向载荷时，所以螺栓连接靠摩擦力来承担横向载荷时，其尺寸是较大的。其尺寸是较大的。 为了避免上述缺点，可用键、套筒或销承为了避免上述缺点，可用键、套筒或销承担横向工作载荷，而螺栓仅起连接作用，担横向工作载荷，而螺栓仅起连接作用，如下图。如下图。（重点）（重点）普通螺栓靠摩擦力来承受横向工作载荷需要很大普通螺栓靠摩擦力来承受横向工作载荷需要很大的预紧力，为了防止螺栓被拉断，需要较大的螺栓直径，的预紧力，为了防止螺栓被拉断，需要较大的螺栓直径，这将增大联接的结构尺寸。这将增大联接的结构尺寸。 对横向工作载荷较大的螺栓联接，可采用辅助结构，对横向工作载荷较大的螺栓联接，可采用

29、辅助结构，如图如图所所示，用键、套筒和销等抗剪切件来承受横向载荷，示，用键、套筒和销等抗剪切件来承受横向载荷，这时，螺栓仅起一般联接作用，不受横向载荷，联接的这时，螺栓仅起一般联接作用，不受横向载荷，联接的强度应按键、套筒和销的强度条件进行计算。强度应按键、套筒和销的强度条件进行计算。 用键、套筒和销承受横向载荷用键、套筒和销承受横向载荷 3 3、承受轴向静载荷的紧螺栓连接、承受轴向静载荷的紧螺栓连接二、受剪螺栓的强度计算二、受剪螺栓的强度计算 特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷承受挤压和剪切来传递外载荷FsFs进

30、行工作进行工作铰制孔用螺栓受力特点：铰制孔用螺栓受力特点：螺栓受载前后不需预紧，横向螺栓受载前后不需预紧，横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。挤压强度条件：挤压强度条件： Pmin0P LdF剪切强度条件：剪切强度条件： mdF204注意：注意：若轴向工作载荷若轴向工作载荷F在在0 F间周期性间周期性变化，则螺栓所受总拉伸载荷应在变化，则螺栓所受总拉伸载荷应在F0 Fa间变化。受变载荷螺栓的粗略计算可按总间变化。受变载荷螺栓的粗略计算可按总拉伸载荷拉伸载荷Fa进行，其强度条件仍为下面公进行，其强度条件仍为下面公式，所不同的是许用应力应按表式，

31、所不同的是许用应力应按表7-6和表和表7-7在变载荷项内查取。在变载荷项内查取。43.121dFae螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力螺栓的常用材料为低碳钢、中碳钢，如螺栓的常用材料为低碳钢、中碳钢，如Q215、Q235、 10、35和和45钢，重要和特钢，重要和特殊用途的螺纹连接件可采用殊用途的螺纹连接件可采用15Cr、40Cr、30CrMnSi等力学性能较高的合金钢。各等力学性能较高的合金钢。各种材料的力学性能见教材表种材料的力学性能见教材表7-3.螺纹连接螺纹连接的许用应力及安全系数见表的许用应力及安全系数见表7-4和表和表7-5。螺纹连接件的性能等级如下表。螺纹连接件的性能等级如

32、下表。表表7-57-5表表7-47-4表表7-57-5螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计p连接接合面的几何形状通常设计成轴对称的连接接合面的几何形状通常设计成轴对称的简单几何形状。简单几何形状。p螺栓的布置应使螺栓的受力合理。螺栓的布置应使螺栓的受力合理。p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。p同一螺栓组连接中各螺栓的直径、长度和材同一螺栓组连接中各螺栓的直径、长度和材料均应相同。分布在同一圆周上的螺栓数目料均应相同。分布在同一圆周上的螺栓数目应取应取4 4、6 6、8 8等偶数。等偶数。p避免螺栓承受偏心载荷。避免螺栓承受偏心载荷。螺栓组联接受力分析与计算螺

33、栓组联接受力分析与计算目的：求出螺栓组中受力最大的螺栓及其所受的力，目的：求出螺栓组中受力最大的螺栓及其所受的力，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。假设：假设：（1 1）所有螺栓均相同，而且刚度和预紧力均相同；所有螺栓均相同，而且刚度和预紧力均相同； （2 2）螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；）螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合； （3 3）受载后连接接合面仍保持为平面；）受载后连接接合面仍保持为平面； （4 4）被联接件为刚体；）被联接件为刚体； （5 5）各零件的变形在弹性范围内。）各零件的变形在弹性范围内。一、承受轴向载荷一、承受轴向载荷 时时FFPFF

34、 当当 通过螺栓组形心通过螺栓组形心时，各螺栓所受的工作载荷 相等。FF则zFF螺栓个数螺栓个数注：如 不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。F四种典型情况四种典型情况：（：（1 1）受轴向载荷）受轴向载荷； （2 2）受横向载荷受横向载荷； （3 3）受扭转力矩；）受扭转力矩； （4 4）受倾翻力矩。）受倾翻力矩。 二、二、受横向载荷受横向载荷 时时sF1）用受拉螺栓 螺栓预紧后在被联接件的接触面上产生正压力，靠由此产生的摩擦力承受 。sF 保证被联接件不相对滑动，须满足：ssKFmzF则所需预紧力为mzKFFss式中：K可靠性系数， 结合面的摩擦因数。 m结合面数。s注：为减小螺栓直径

35、，可采用减载措施。说明FFFFb)a)sFsFsFsF2）用受剪螺栓FFFFb)a)FFFFb)a)sFsF 通过螺栓组形心时，在前述假设下，各螺栓承受的横向力 相等。 则sFsFzFFss注：a) 不通过螺栓组形心时，向形心平移后再计算。sFb) 沿 方向上的受剪螺栓个数不宜过多。sF三、承受转矩三、承受转矩 T 时时1）用受拉螺栓 靠结合面上的摩擦力承受T 。 保证底板在 T 作用下不转动，须满足zsssrFrFrF 21KT则所需预紧力F)(21zsrrrKT OT1r2rFsFs式中：K可靠性系数， 结合面的摩擦因数。 s2sF2）用受剪螺栓 在前述假设下，各螺栓所受的工作剪力 与其中

36、心到底板中心的距离 成正比。siFir底板的静力平衡方程为TrFrFrFzszss 2211联立两式求解，得最大工作剪力22221maxmaxzsrrrTrF zszssrFrFrF 2211即OT1r2r1sF四、受倾翻力矩 M 时MO1F2F3F4F3r1r2r4r 在 M 作用下，底板有绕通过螺栓组形心的轴线 O 转动的趋势。 在前述假设下，各螺栓所受的工作拉力 与其中心到翻转轴线的距离 成正比。iFirzzrFrFrF 2211即底板的静力平衡方程为MrFrFrFzz 2211联立两式求解，得最大工作拉力22221maxmaxzrrrMrF 0minPWMAFz为防止结合面受压最小处出现间隙，要求：maxPPWMAFz为防止结合面受压最大处被压溃，要求：式中：A结合面的面积（mm2）。W结合面的抗弯截面模量（mm3）。许用挤压应力（Mpa）。p注： 实际中，螺栓组往往同时承受两种或两种以上的载荷。螺栓组联接受力分析与计算例：如图所示的支架受 F 力。MABFOOHFVFHFVF 将 F 力分解并向螺栓组形心及结合面平移，得：轴向载荷 横向载荷翻转力矩HFVFBFAFMHV设计中，需要防止如下四种可能的失效形式：上沿开缝；下沿压溃支架下滑； 需要足够大的 。 F螺栓拉断； 需要足够大的螺栓直径 。1d0minpmaxpp提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强