第五章螺纹联接

1、第二篇第二篇 联接联接联接的基本类型联接的基本类型联联接接机械动机械动联接联接运动副运动副机械静机械静联接联接可拆卸联接可拆卸联接不可拆卸联接不可拆卸联接螺纹联接螺纹联接键、花键、销联接键、花键、销联接无键联接无键联接铆接铆接焊接焊接胶接胶接过盈联接过盈联接第五章第五章 螺纹联接螺纹联接和和螺旋传动螺旋传动第六章第六章 键、花键、无键和销联接键、花键、无键和销联接第七章第七章 铆接、焊接、胶接和过盈联接铆接、焊接、胶接和过盈联接主要内容：主要内容：1 1）螺纹）螺纹2 2）螺纹联接的类型和标准联接件）螺纹联接的类型和标准联接件3 3）螺纹联接的预紧和防松）螺纹联接的预紧和防松4 4）螺纹联接的

2、强度计算）螺纹联接的强度计算5 5）螺纹组联接的设计）螺纹组联接的设计6 6）螺纹联接件的材料及许用应力）螺纹联接件的材料及许用应力7 7）提高螺纹联接强度的措施）提高螺纹联接强度的措施8 8）螺旋传动（自学）螺旋传动（自学）基本要求：基本要求：1 1）掌握各种螺纹的特点和选择）掌握各种螺纹的特点和选择2 2）掌握螺纹联接的预紧与防松）掌握螺纹联接的预紧与防松3 3）掌握螺纹联接的受力分析和计算）掌握螺纹联接的受力分析和计算4 4）掌握影响螺栓连接强度的因素和提高连接强度的措施）掌握影响螺栓连接强度的因素和提高连接强度的措施重点和难点：重点和难点：1 1）各种螺纹的特点和选择）各种螺纹的特点和

3、选择2 2）单个螺栓连接的受力分析和计算以及螺栓组连接的受）单个螺栓连接的受力分析和计算以及螺栓组连接的受力分析和设计力分析和设计3 3）影响螺栓连接强度的因素和提高连接强度的措施）影响螺栓连接强度的因素和提高连接强度的措施Pd2一、螺纹的形成一、螺纹的形成用于联接用于传动单单线线螺螺纹纹Sd2多多线线螺螺纹纹第一节第一节 螺纹螺纹二二. . 螺纹的分类：螺纹的分类：1 1）按牙形分：）按牙形分：2 2）按螺旋的线数分：）按螺旋的线数分：单线、多线（一般不超过单线、多线（一般不超过4 4线），线数越多，导线），线数越多，导程越大。单线用于联接，多线用于传动。程越大。单线用于联接，多线用于传动。

4、3 3）按旋向分：）按旋向分：右旋、左旋。一般用右旋。右旋、左旋。一般用右旋。三角形：三角形：锯齿形：锯齿形：矩矩 形：形：梯梯 形：形：3033060三角形梯形锯齿形矩形二二. . 螺纹的分类：螺纹的分类：4 4）内、外螺纹之分：）内、外螺纹之分：二者旋合组成螺旋副（螺纹副）二者旋合组成螺旋副（螺纹副）5 5）按母体的形状分：）按母体的形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹圆柱螺纹、圆锥螺纹6 6）按采取标准制度的不同：）按采取标准制度的不同：公制公制( (米制米制) )、英制、英制机械制造常用螺纹：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

5、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联接联接注：注：除了矩形螺纹、半圆形螺纹外，其它螺纹除了矩形螺纹、半圆形螺纹外，其它螺纹都已标准化了，设计时应按国家标准设计。都已标准化了，设计时应按国家标准设计。德国标准，牙型角是30度，螺纹顶和螺纹底都是圆弧的，很多瓶子口就是这种 三、螺纹的主要几何参数三、螺纹的主要几何参数 直径直径大径大径d d：公称直径。：公称直径。M20d=20mmM20d=20mm小径小径d d1 1：螺纹的最小直径。：螺纹的

6、最小直径。中径中径d d2 2：齿厚：齿厚= =齿槽宽处直径，几何计算齿槽宽处直径，几何计算用。用。 一般取：一般取：d d2 2=(d+d=(d+d1 1)/2)/2 线数线数n n：n=1n=1时用于联接；时用于联接；n n1 1时用于传动；时用于传动；nn，但为便于制造，但为便于制造n4n4 螺纹升角螺纹升角：2arctandnp牙形角牙形角：螺纹牙两侧面夹角。：螺纹牙两侧面夹角。 螺距螺距p p： 导程导程s s ：s=nps=np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h 四、常用螺纹的应用四、常用螺纹的应用普通螺纹：普通螺纹： 同一公称直

7、径可以有多种螺距。其中螺距最大的称为粗牙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。螺纹，其余的均称为细牙螺纹。细牙螺纹因螺距小，升角小，因细牙螺纹因螺距小，升角小，因此自锁性好、强度高，但不耐磨、此自锁性好、强度高，但不耐磨、易滑扣。易滑扣。细牙螺纹用于薄细牙螺纹用于薄壁零件以及受振动载荷的联接、壁零件以及受振动载荷的联接、微调机构中。微调机构中。螺纹的精度：螺纹的精度：A A级：主要用于配合精确，防止振动的场合；级：主要用于配合精确，防止振动的场合；B B级：多用于受载较大、经常拆装、调整或承受变载荷的连接；级：多用于受载较大、经常拆装、调整或承受变载荷的

8、连接；C C级：主要用于一般的连接。级：主要用于一般的连接。 四、常用螺纹的应用四、常用螺纹的应用管螺纹：管螺纹： 公称直径为管子的公称通径。公称直径为管子的公称通径。非螺纹密封管螺纹：用于管接头、阀门的连非螺纹密封管螺纹：用于管接头、阀门的连接；接；螺纹密封管螺纹：用于管子、管接头、阀门螺纹密封管螺纹：用于管子、管接头、阀门的连接。的连接。 传动螺纹：传动螺纹：梯形螺纹梯形螺纹是最常用的螺纹。是最常用的螺纹。第二节第二节 螺纹联接的类型及标准连接件螺纹联接的类型及标准连接件一一. .螺纹联接的基本类型：螺纹联接的基本类型：1. 1. 螺栓联接：螺栓联接：1 1）被联接件的孔不用加工螺纹，装拆

9、方便，）被联接件的孔不用加工螺纹，装拆方便，用于经常拆装的场合。用于经常拆装的场合。2 2）只适用于被联接件都较薄的情况。）只适用于被联接件都较薄的情况。（1）普通螺栓联接（2）铰制孔螺栓联接2. 2. 双头螺柱联接：双头螺柱联接： 被联接件之一需加工螺纹孔。被联接件之一需加工螺纹孔。用于被联接件之一比较厚，材料用于被联接件之一比较厚，材料较软，需经常拆装的情况较软，需经常拆装的情况。3. 3. 螺钉联接：螺钉联接： 被联接件之一需加工螺纹被联接件之一需加工螺纹孔，省去了螺母，结构简单。孔，省去了螺母，结构简单。用于被联接件之一比较厚，不用于被联接件之一比较厚，不宜经常拆装的场合。宜经常拆装的

10、场合。4. 4. 紧定螺钉联接：紧定螺钉联接： 用于固定两零件的用于固定两零件的相对位置，并传递不大相对位置，并传递不大的力或转矩。的力或转矩。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常用的螺纹联接其它常用的螺纹联接吊环螺栓连接二二. .标准螺纹联接件标准螺纹联接件1.1.螺栓螺栓 螺栓的形状较螺栓的形状较 多，用途也很广泛。多，用途也很广泛。如右图所示为各种不如右图所示为各种不同形式的螺栓。螺栓同形式的螺栓。螺栓联接也可以用于螺钉联接也可以用于螺钉联接中。联接中。2.2.双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓 GB/T5782 M12GB/T5782 M128080螺柱螺柱 GB/T89

11、8 M10GB/T898 M1050503.3.螺钉螺钉 螺钉的头部和端部有螺钉的头部和端部有多种形式，以适应不同多种形式，以适应不同场合的需要。场合的需要。 螺钉有：螺钉有：连接螺钉和紧定螺钉连接螺钉和紧定螺钉螺钉螺钉 GB/T70.1 M8GB/T70.1 M82020内六角圆柱头螺钉4.4.螺母螺母I I型六角螺母型六角螺母 GB/T6170 M10GB/T6170 M105.5.垫圈垫圈垫圈垫圈 GB/T93 16GB/T93 16止动垫圈止动垫圈第三节第三节 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧 在装配时，螺纹联接都必须预紧。对于重要的螺纹在装配时，螺纹联接都必须预紧。对于重要的螺纹联接，还

12、应控制其预紧力的大小。联接，还应控制其预紧力的大小。预紧力：预紧力：预紧的目的：预紧的目的：1 1）增加联接的可靠性；）增加联接的可靠性；2 2）增加联接的刚性；）增加联接的刚性；3 3）防松；）防松；4 4）受横向载荷作用时，增大摩擦力，防止相对滑动；）受横向载荷作用时，增大摩擦力，防止相对滑动；5 5）增大疲劳强度。）增大疲劳强度。使联接在承受工作载荷之前预先受到力的作用，使联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。第三节第三

13、节 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧预紧力大小确定原则：预紧力大小确定原则：预紧力的控制方法：预紧力的控制方法：1 1）测力矩扳手；）测力矩扳手；2 2）定力矩扳手；）定力矩扳手；3 3）螺栓变形伸长量；）螺栓变形伸长量；4 4）凭手感经验。）凭手感经验。碳素钢螺栓：碳素钢螺栓：合金钢螺栓：合金钢螺栓：10)7 . 06 . 0(AFs10)6 . 05 . 0(AFs测力矩扳手定力矩扳手拧紧力矩与预紧力的关系：拧紧力矩与预紧力的关系：受载之前受载之前拧紧螺母拧紧螺母预紧力预紧力F F预紧联接刚度防松能力紧密性拧紧力矩拧紧力矩T=T=？螺母支承面间的摩擦阻力矩螺母支承面间的摩擦阻力矩以螺母分析：以

14、螺母分析：T=TT=T1 1+T+T2 2螺纹副间的摩擦力矩螺纹副间的摩擦力矩00螺旋副间的摩擦力矩螺旋副间的摩擦力矩T T1 1：设设F F0 0为螺栓所受的预紧力为螺栓所受的预紧力, ,则则: :)(0vtgFF)(222021vtgdFdFT螺母与支撑面间的摩擦力矩：螺母与支撑面间的摩擦力矩：fcrFfT02式中式中: : f fc c为螺母与被联接件支撑面间的摩擦系数。为螺母与被联接件支撑面间的摩擦系数。 无润滑时无润滑时f fc c=0.15=0.1520203030031dDdDFfc20203030020312dDdDFftgdFTcv拧紧力矩拧紧力矩: :20203030020

15、312dDdDFftgdFTcv拧紧力矩拧紧力矩: :T 0.2F0 d Nmm 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。00对于对于M10 M68的普通纹，的普通纹， ，fc=0.15， ，f 为螺旋副间的摩为螺旋副间的摩擦系数擦系数,无润滑时无润滑时 f=0.10.2，则：则：dDdddd5 . 1,1 . 1,9 . 0002farctgv155. 1,23241 1 1）在冲击、振动、变载荷作用下，螺旋副间的摩擦阻力）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，极不稳

16、定，在某一瞬间会急剧减少以致消失，失去自锁能力，联接就可能松脱；联接就可能松脱； 2 2）螺栓在高温、温度变化较大的情况下工作，材料发生）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，最终导致联接失效。致联接失效。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。防松的原因：防松的原因：第四节第四节 螺纹联接的防松螺纹联接的防松防松的方法：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摩擦防松简单方便，不如以下两种方法可靠。靠。 机械防松：机械防松：

17、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。用于不再拆卸联接。这种方法是将螺旋副变用于不再拆卸联接。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。成非运动副，从而排除了相对运动的可能性。 铆冲防松：铆冲防松：摩擦防松：摩擦防松： 弹簧垫圈防松弹簧垫圈防松开口方向：开口方向：斜向右下方斜向右下方左旋摩擦防松：摩擦防松： 自锁螺母防松自锁螺母防松螺母副在安装的过程中螺母副在安装的过程中,螺栓的螺螺栓的螺纹对螺母中嵌入的尼龙挤压纹对螺母中嵌入的尼龙挤压,使得使得尼龙变形尼龙变形,安装完毕后安装完毕后,尼龙和螺纹尼龙和螺纹完全是挤压接触完全是挤压接触,被挤压的

18、尼龙对被挤压的尼龙对螺栓产生一个很大的回弹力螺栓产生一个很大的回弹力,增大增大了摩擦，这个力使得螺栓不容易了摩擦，这个力使得螺栓不容易松动松动. 对顶螺母防松对顶螺母防松0F0F00FF0F0F结构简单，用于低速重载场合。螺栓装配图开槽螺母开口销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不正确注意金属丝穿入方向铆冲防松：铆冲防松：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；螺栓联接的失效形式：螺栓联接的失效形式：在横向载荷作用下，铰制孔螺栓联接的失效形式是：螺拴杆在横向载荷作用下，铰制

19、孔螺栓联接的失效形式是：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；螺纹牙的滑扣。螺纹牙的滑扣。第五节第五节 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算-单个螺栓联接的受力分析和强度计算单个螺栓联接的受力分析和强度计算对单个螺栓来说受力的形式不外对单个螺栓来说受力的形式不外乎是乎是轴向力轴向力或或横向力横向力。设计准则：设计准则：保证螺栓的静力或疲劳强度。保证螺栓的静力或疲劳强度。设计准则：设计准则：保证螺栓的挤压强度和螺栓的保证螺栓的挤压强度和螺栓的 剪切强度剪切强度。设计准则：设计准则：提高材料性能提高材料性能。螺栓联接螺栓联接受拉螺栓受拉螺栓受剪

20、螺栓受剪螺栓松联接：不拧紧，无预紧力松联接：不拧紧，无预紧力F F0 0，仅受工作载荷，仅受工作载荷F F紧联接：需拧紧紧联接：需拧紧仅受预紧力仅受预紧力F F0 0同时受预紧力同时受预紧力F F0 0和工作载荷和工作载荷F F一、松螺栓联接强度计算一、松螺栓联接强度计算如：起重滑轮螺栓如：起重滑轮螺栓仅受轴向工作拉力仅受轴向工作拉力F F失效：拉断失效：拉断强度条件：强度条件：4/21dFMPa 校核式式中：式中：d d1 1危险截面计算直径危险截面计算直径许用应力，许用应力， = = s sS S，见，见P86P86、P87P87表表5-85-8、9 9、1010。41Fd mm 设计式查

21、手册，选螺栓松螺栓连接松螺栓连接：不必把螺母拧紧，在承受工：不必把螺母拧紧，在承受工作载荷前，螺栓不受力（自重不计）。作载荷前，螺栓不受力（自重不计）。二、紧螺栓联接强度计算二、紧螺栓联接强度计算1 1）只受预紧力）只受预紧力F F0 0的紧联接的紧联接4/210dF拧紧过程中，在拧紧过程中，在T T1 1作用下螺栓受扭作用下螺栓受扭产生产生4/)tan(216/2/)tan(2101231201dFddddFWTvvT对钢制对钢制M10M68M10M68螺栓：螺栓： 0.5螺栓危险截面的拉伸应力：螺栓危险截面的拉伸应力：紧螺栓连接：紧螺栓连接：在装配时，螺母需拧紧，即在在装配时，螺母需拧紧，

22、即在承受工作载荷之前，螺栓就受到了一定的预承受工作载荷之前，螺栓就受到了一定的预紧力。紧力。F0F03 . 1322ca校核式校核式4/3 . 1210dFca意义意义：紧联接时，将拉应力增大：紧联接时，将拉应力增大30%30%以考虑以考虑拧紧力矩拧紧力矩的影响。的影响。3 . 1401Fdmm 设计式设计式根据第四强度理论根据第四强度理论 可用减载零件来承受横向力，此可用减载零件来承受横向力，此时螺栓只起联接作用，不承载，强度时螺栓只起联接作用，不承载，强度计算按减载零件计算。计算按减载零件计算。F0F0FFFfF0当承受横向载荷时，要靠接合面之间的摩擦力来与外力平衡。2 2）受预紧力）受预

23、紧力F F0 0和轴向工作载荷和轴向工作载荷F F的紧螺栓联接的紧螺栓联接FFF02螺栓所受的总拉力螺栓所受的总拉力F F2 2不等于预紧力不等于预紧力F F0 0与工作拉力与工作拉力F F之和之和重要或紧密性要求的连接：重要或紧密性要求的连接：F F1 1=（1.5-1.81.5-1.8）F F一般连接、工作稳定的连接：一般连接、工作稳定的连接：F F1 1=（0.2-0.60.2-0.6）F F工作载荷不稳定的连接：工作载荷不稳定的连接：F F1 1=（0.6-1.00.6-1.0）F F地脚螺栓：地脚螺栓：F F1 1FF残余预紧力与工作载荷的取值：残余预紧力与工作载荷的取值：FFF12

24、螺栓的总拉力：螺栓的总拉力：bbF0tanbbbFC0tanC Cb b称为称为螺栓的刚度螺栓的刚度mmF0tanmmmFC0tanC Cmm称为称为被连接件的刚度被连接件的刚度)(001002mbmmmbCCFFFCFFFFCFFFFmbCCF令令令令)(001002mbmmmbCCFFFCFFFFCFFFFmbCCFmbbCCCFFF02mbbCCC螺栓的相对刚度或相对刚度系数螺栓的相对刚度或相对刚度系数1 001mbbmbmCCCFFCCCFFF同理，考虑扭转作用，强度条件为：同理，考虑扭转作用，强度条件为：校核式4/3 . 1212dFc3 . 1421Fdmm 设计式 当工作载荷在当

25、工作载荷在0-F0-F变化变化时，螺栓总拉力时，螺栓总拉力F F2 2在在F F0 0-F-F2 2之间变化，若不考虑扭转之间变化，若不考虑扭转影响：影响：2121022)(2dFCCCdFFmbba应力幅：应力幅：212max41dF210min41dFSKKSatcca)2)()(2minmin13 3）承受工作剪力的紧螺栓联接）承受工作剪力的紧螺栓联接失效形式：失效形式： 剪断、接触表面压溃。剪断、接触表面压溃。螺栓剪切强度条件：螺栓剪切强度条件：4/20dFd0杆抗剪面直径许用剪应力挤压强度条件：挤压强度条件：min0ppLdFLmin对象受压最小高度；p许用挤压应力。第六节第六节 螺

26、栓组联接的设计螺栓组联接的设计一、螺栓组联接的结构设计一、螺栓组联接的结构设计被联接件结合面形状应简单对称被联接件结合面形状应简单对称： 便于加工，便于螺栓对称布置，使便于加工，便于螺栓对称布置，使螺栓组的对称中心与结合面形心重合螺栓组的对称中心与结合面形心重合螺栓的布置应使螺栓受力合理：螺栓的布置应使螺栓受力合理： 受横向力的螺栓组受力方向不受横向力的螺栓组受力方向不超过超过8 8个；受力矩作用时应适当远个；受力矩作用时应适当远离对称轴；离对称轴；布置螺栓应留有合理的间距、边距，方布置螺栓应留有合理的间距、边距，方便装配便装配 扳手空间尺寸，查标准扳手空间尺寸，查标准 压力容器螺栓间距，压力

27、容器螺栓间距，P73P73表表5-45-4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偶数取偶数避免螺栓偏心承载，而避免螺栓偏心承载，而产生附加弯曲载荷产生附加弯曲载荷同一螺栓组紧固件形状、尺寸、材料应尽量一致同一螺栓组紧固件形状、尺寸、材料应尽量一致 螺栓组联接设计计算的一般步骤：螺栓组联接设计计算的一般步骤：螺栓组受力分析螺栓组受力分析 找出受力最大的螺栓找出受力最大的螺栓, ,及其力的及其力的大小；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、螺栓组联接的受力分析：二、

28、螺栓组联接的受力分析：两种情况的工作原理不同！两种情况的工作原理不同！普通螺栓联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接1. 1. 承受横向载荷作用的螺栓组联接承受横向载荷作用的螺栓组联接为了简化计算，假设：为了简化计算，假设： 1 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 2）螺栓组的）螺栓组的几何中心几何中心与联接与联接结合面的形心重合结合面的形心重合； 3 3）受载后联接）受载后联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0F3 . 11 . 1_5576_可靠

29、性系数，取接合面数目；表接合面间的摩擦系数，sKiPf螺栓组受力螺栓组受力F dFddFca012103 . 144/3 . 1或普通螺栓组联接普通螺栓组联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： 4/20dF孔壁螺栓ppp,min挤压强度：挤压强度：ppLdFmin0 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接2. 2. 受转矩的螺栓组联接受转矩的螺栓组联接TKfrFfrFfrFsz 02010不滑动条件：)(210zsrrrfTKF 1 1）普通螺栓联接）普通螺栓联接ir0fF0fF dFddFca012103 . 144/3 . 1或ziisrfTK1ir

30、iFmaxFmaxr2 2）铰制孔用螺栓联接）铰制孔用螺栓联接iirFrFmaxmaxzzrFrFrFT 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 ziirTr12maxmaxmaxrrFFiiiriFmaxFmaxr剪切强度计算：剪切强度计算： 4/20maxdF挤压强度：挤压强度：ppLdFmin0maxF03.3.受轴向载荷的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接单个螺栓的受力：预紧力单个螺栓的受力：预紧力F F0 0 工作力工作力F F : :zFFFCCCFFFF

31、mbb002 dFddFca212123 . 144/3 . 1或001mbmCCCFFF对于有紧密性要求的联接，对于有紧密性要求的联接，FF8 .15 .114.4.受倾覆力矩的螺栓组联接受倾覆力矩的螺栓组联接假定假定: : 1) 1)底板为刚体；底板为刚体； 2)2)倾覆力矩作用在螺栓组联接的形倾覆力矩作用在螺栓组联接的形心；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 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

32、.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。 zzLFLFLFM 2211力矩平衡： ziizLLMLLLLMF12max22221maxmax力：受力最大螺栓的工作拉螺栓所受的工螺栓所受的工作拉力与距离作拉力与距离成正比成正比iLmaxLmax02FCCCFFmbb：受力最大螺栓的总拉力maxFiFiiLFLFmaxmaxmaxmaxLLFFiimax02FCCCFFmbb：受力最大螺栓的总拉力 dFddFca212123 . 144/3 . 1或2FmF2受翻转力矩前，接合面挤压应力分布图受翻转力矩前，接合面挤压应力分布图F0在翻转力矩作用下，接合面挤压

33、应力分布图在翻转力矩作用下，接合面挤压应力分布图1B1C2F1FF2C2BmF1mF2mF2FmF2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：AzFp0mbmpCCCWMWM00minWMAzFpppWMAzF0maxmF 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种简单的受力状况，先分别求复杂状态简化成以上四种简单的受力状况，

34、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.为了保证螺栓联接的可靠性，还要考虑综合条件：不为了保证螺栓联接的可靠性，还要考虑综合条件：不 出现间隙、不压溃等。出现间隙、不压

35、溃等。第七节第七节 螺纹联接件的材料和许用应力螺纹联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： Q215Q215、Q235Q235、1010、3535、4545等等 合金钢：合金钢： 15Cr15Cr、40Cr40Cr、30CrMnSi30CrMnSi等等特殊用途（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 P86P86表表5-8 5-8 螺栓、螺钉、螺柱的性能等级：螺栓、螺钉、螺柱的性能等级：3.6 -12.93.6 -12.9P86P86表表5-9 5-9 螺母性能等级

36、：螺母性能等级：4 -124 -12选用时，螺母的性能等级应不低于与其相配螺栓的性能等级选用时，螺母的性能等级应不低于与其相配螺栓的性能等级 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、横向载受轴向载荷、横向载荷的普通螺栓联接荷的普通螺栓联接许用应力许用应力 联接的受载情况联接的受载情况 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：安全系数见安全系数见P87P87表表5-105-10第八节第八节 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施

37、 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 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：bC) 1残余预紧力减小，降低了连接的紧密性。残余预紧力减小，降低了连接的紧密性。：mC)2残余预紧力减小，降低了连接的紧密性。残余预紧力减小，降低了连接的紧密性。:,)30FCCmb适当增加预紧力,可能螺栓上总拉力不会发生变化,但可以使残余预紧力不致下降过多,或可以保持不变,对于改善连接的可靠性与紧密性是有利的.措措施施 二、改善螺纹牙的受力不均二、改善螺纹牙的受力不均 变形不协调是螺纹牙受力不均的根本原因。

38、变形不协调是螺纹牙受力不均的根本原因。三、减少应力集中三、减少应力集中 对螺纹来讲，形状突变是产生应力集中的主要原因。对螺纹来讲，形状突变是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。采用腰环采用腰环五、采用合理的制造工艺方法五、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。 冷作硬化；滚压螺纹强度可以提高30%40%热处理再滚压可以提高70%100%；材料利用率高，生产效率高，制造成本低例例1 1：如图为一凸缘联轴器，它是利用凸台对中的，用：如图为

39、一凸缘联轴器，它是利用凸台对中的，用4 4个个普通螺栓连接，已知螺栓中心圆直径普通螺栓连接，已知螺栓中心圆直径D D0 0=180mm=180mm，联轴器传，联轴器传递的转矩递的转矩T=4.8T=4.810105 5NmmNmm，摩擦系数取，摩擦系数取0.20.2，许用应力为，许用应力为77.6MPa77.6MPa，试确定螺栓的直径。，试确定螺栓的直径。1 1）作用在螺栓中心圆）作用在螺栓中心圆D D0 0上的圆周力：上的圆周力：021DTF N5333180108 . 4252 2）计算螺栓的预紧力：）计算螺栓的预紧力：FKfziFs0412 . 02 . 1zifKsNF800003 3）

40、确定螺栓直径：）确定螺栓直径：根据公式：根据公式： 210413 . 1dFmmFd06.136 .7780003 . 143 . 1401因为因为Mpa6 .77查标准，公称直径为查标准，公称直径为16mm16mm小径为小径为13.835mm13.835mm，螺距为，螺距为2 2毫米毫米采用采用M16M16的螺栓的螺栓例例2 2：一压力容器如图所示，顶盖用：一压力容器如图所示，顶盖用8 8个螺栓压紧，个螺栓压紧，已知容器的内径已知容器的内径D=300mmD=300mm，容器内最大压力，容器内最大压力P=1MpaP=1Mpa，垫片宽度，垫片宽度b=20mmb=20mm，试计算螺栓直径。，试计算

41、螺栓直径。1 1）作用在每个螺栓上的外载荷）作用在每个螺栓上的外载荷pDFp42bDDp32NzpbDzFF69.963381)2032300(4)32(4222 2）残余预紧力）残余预紧力FF)8 . 15 . 1 (1压力容器有紧密性要求，残余预紧力为：压力容器有紧密性要求，残余预紧力为：FF5 . 11N54.1445069.96335 . 13 3）螺栓总拉力）螺栓总拉力NFFF23.24084124 4）确定螺栓直径）确定螺栓直径3 . 1421Fdmm12.14选选M16M16，其小径为，其小径为14.376mmm14.12mm14.376mmm14.12mm，螺距，螺距1.51.

42、5毫米可行。毫米可行。螺栓材料：螺栓材料：3535# #钢，等级钢，等级5.65.6级级MpaSSMpass2005 . 13005 . 1300例例3 3：一厚度为：一厚度为 的钢板用的钢板用4 4个螺栓固联在厚度个螺栓固联在厚度 的铸铁支架上，螺栓的布置有的铸铁支架上，螺栓的布置有A A、B B两种方案，已知载荷两种方案，已知载荷 螺栓材料为螺栓材料为Q235Q235（性能等级为（性能等级为4.64.6级），级）， ，铸铁，铸铁架架 ，钢板，钢板 ，螺栓，螺栓M16-M45 M16-M45 的拉应力安的拉应力安全系数全系数S=2-4S=2-4，板和架的摩擦系数，板和架的摩擦系数f=0.15

43、f=0.15。（1 1）试比较哪种螺栓布置方案合理？）试比较哪种螺栓布置方案合理？（2 2）按合理的布置方案，分别确定采用普通螺栓和铰制孔用）按合理的布置方案，分别确定采用普通螺栓和铰制孔用螺栓的螺栓直径。螺栓的螺栓直径。mm12mm301,100,400,12000mmammlNFMpa96Mpap180Mpap3201. 1. 螺栓组的受力分析螺栓组的受力分析1 1） 将载荷向螺栓组形心简化：将载荷向螺栓组形心简化：3104800,lFTF2 2） 确定各个螺栓所受的横向载荷：确定各个螺栓所受的横向载荷：在横向力在横向力F F作用下作用下 NFF300041200041在旋转力矩在旋转力矩

44、T T作用下作用下 A A方案方案NzrTFaa84874 .141410480032cos2212221maxaaaFFFFFN1082045cos8487300028487300022B B方案方案NzrTFbb33210121004104800NFFFbb1500021max方案比较方案比较 baFFmaxmaxA A方案较合理方案较合理2. 2. 按按A A方案布置，确定螺栓直径方案布置，确定螺栓直径1 1）采用铰制孔用螺栓联接）采用铰制孔用螺栓联接mmFd98.119610820440查标准，取查标准，取M12M12，d d0 0=13mm=13mm校核配合面的挤压强度校核配合面的挤

45、压强度螺栓公称长度螺栓公称长度60mm60mm，L L0 0=22mm=22mm，L Lminmin=8mm=8mmdd1 . 10螺栓光杆与钢板螺栓光杆与钢板孔之间孔之间 MpaLdFpp32010481310820min0螺栓光杆与铸铁螺栓光杆与铸铁支架之间支架之间 MpaLdFpp1807 .273013108201012 2）采用普通螺栓联接）采用普通螺栓联接FKfziFs01, 4,15. 0, 2 . 1izfKsNF2164003 . 1401Fd螺栓材料为螺栓材料为Q235Q235，性能等级为，性能等级为4.64.6级级Mpas240?Sd安全系数螺栓直径试算法4.4S105P

46、87M12，表表，用插值法查表，用插值法查表假设先取螺栓直径为假设先取螺栓直径为MpaSs55.54mmFd63.2555.54216403 . 143 . 1401此值与假设相差太大，再假设螺栓直径为此值与假设相差太大，再假设螺栓直径为M24M24，同理用插值法，同理用插值法求得求得S=3.14S=3.14MpaSs43.76mmFd65.2143.76216403 . 143 . 1401要求为止。要求为止。直到满足直到满足重新按上述方法试算。重新按上述方法试算。的螺栓其强度还不够，的螺栓其强度还不够，说明选择说明选择螺栓，其小径螺栓，其小径册，册，查机械设计课程设计手查机械设计课程设计手