第3章-螺纹连接

第3章螺纹连接§3－1螺纹(类型、参数、标记、功用）§3－2螺纹连接的类型及标准连接件§3－3螺纹连接的预紧和防松§3－5单个螺栓的强度计算§3－4螺栓组连接的结构设计与受力分析§3－6提高螺栓连接强度的措施§3－0

引言§3－0引言(停)

由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很多零件需要彼此联接。机械零件之间的联接分为：被联接件之间相互完全固定。（形锁合、摩擦锁合、材料锁合）被联接件之间能产生一定的相对运动。例如：运动副。静联接：动联接：本课程介绍的联接主要是静联接。联接的类型：螺纹联接键联接、花键联接、销联接弹性环联接等铆接焊接粘接联接可拆联接不可拆联接过盈联接（介于两者之间）一、螺纹的形成§3－1螺纹d2螺旋线——一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹——一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹停P30表3-1螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º潘存云教授研制潘存云教授研制各种螺纹的特点、应用自锁条件：升角<v（摩擦角）；牙型斜角越小越不容易加工。综合摩擦系数：牙型斜角大，cos小，f大v大1——用于联接；2、3、4——很少用联接；v

矩形、梯形——传动丝杠；按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹一般:n≤4PSS=2PPSPS=Pn线螺纹:S=n·P单线螺纹多线螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分

按回转体的内外表面分

按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹螺纹副外螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分

按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹连接螺纹传动螺纹螺旋传动连接螺纹传动螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分

按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹连接螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹按标准制米/英潘存云教授研制圆柱螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制管螺纹(3)中径d2

也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。d1d2d(1)大径d

与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径,公称直径。(2)小径d1

与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(4)螺距P

相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)导程S(6)螺纹升角λ

中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角tanλ=πd2

nP

ψS=nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P二、螺纹的主要几何参数SPP/2P/2hλβ(7)牙型角α

轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。牙型斜角β

αβπd2S(8)工作高度h

内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。

螺纹的精度等级:A级B级C级公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接用于一般连接，最常用

普通螺纹以大径d为公称直径，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，其余的统称为细牙螺纹。60˚粗牙螺纹应用最广。细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点：不耐磨，易滑扣。应用：薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。Pd粗牙dP细牙dP细牙梯形螺纹：梯形锯齿形30º3º30º为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角β比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。锯齿形螺纹:常用于传动。β=15ºβ=3º

粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。螺纹的基本尺寸：直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸mmH=0.866P

d2=d-0.6495P

d1=d-1.0825PD1、d1——内、外螺纹小径

D2、d2——内、外螺纹中径

D、d

——内、外螺纹大径

P——螺距

标记示例：M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3)M24×1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5)

PP/8P/8P/8H/4D

dD2

d2

D1

d1

P/2P/430˚60˚

90˚

30.52.6752.459公称直径（大径）粗牙细牙

D

d

螺距P

中径D2d2小径D2d2螺距P

40.73.5453.24250.83.5454.1340.350.5615.3504.91881.257.1886.647101.59.0268.3761.25,10.75121.7510.86310.1061.5,1.250.5(14)212.70111.8351.5,116214.70113.835(18)2.516.37615.294202.518.37617.294(20)2.520.37619.29424322.05220.752(27)325.05223.752303.527.72726.2112,1.5,1注：括号内的公称直径为第二系列

梯形螺纹基本尺寸mm内螺纹外螺纹dPR1R2D1D4H1D2

d2d3acac30˚

H4R2标记示例：Tr48×8(梯形螺纹，直径48，螺距8)P

h3=H4

ac

第1系列第2系列D2d2

D1

螺距螺纹牙高牙顶间隙

公称直径d

中径内螺纹小径

126.50.590、10085、95d-6d-12

105.50.540、70、8038、42、65d-5d-10

86.50.548、5246、50d-4d-8

42.250.2516、18d-2d-4

52.750.2524、2822、26d-2.5d-5

62.250.532、3630、34d-3d-6

dd2d1P用螺纹密封的管螺纹普通细牙螺纹管螺纹非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁α=55˚）用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁α=55˚）60˚圆锥管螺纹管螺纹的公称直径不是螺纹大径而近似等于管子的公称通径。与普通螺纹不同55˚55˚非螺纹密封的管螺纹dd2d1Pφ2φ§3－2螺纹连接的类型及标准连接件(P30)一、螺纹连接的基本类型1、螺栓连接eaal1l1可承受横向载荷螺纹余留长度l1;

铰制孔用螺栓静载荷l1>=(0.3～0.5)d;变载荷l1>=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷l1≥d;铰制孔用螺栓l1≈d;螺纹伸出长度a=(0.2～0.3)d;螺栓轴线到被连接件边缘的距离

e=d+(3～6)mm用于经常拆装易磨损之处。潘存云教授研制潘存云教授研制dd孔与螺杆之间留有间隙普通螺栓P33表3-2潘存云教授研制座端拧入深度H，当螺孔材料为：ae双头螺柱连接连接件厚，允许拆装。钢或青铜

H=d;铸铁

H=(1.25～1.5)d铝合金

H=(1.5～

2.5)d螺纹孔深度

H1=H+(2～

2.5)P;钻孔深度

H2=H1+(0.5～

1)d;参数l1

、e、a与螺栓相同

l1HH1H1H2螺钉连接用于结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。el1HH2d2、螺钉连接和双头螺柱连接

潘存云教授研制紧定螺钉3、紧定螺钉连接紧定螺钉连接用于固定两个零件的相对位置并可传递不大的力或转矩。二、螺纹紧固件1、螺栓螺栓的结构形式LL0d六角头LdL0小六角头dL0L1LL1

——座端长度L0

——螺母端长度2、双头螺柱末端结构头部结构3、螺钉、紧定螺钉潘存云教授研制地脚螺栓起吊螺钉

4、专用螺纹连接T型螺栓用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有６０余种不同结构的螺母5、螺母六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圆螺母潘存云教授研制6、其它螺母：潘存云教授研制7、垫圈平垫圈薄平垫圈A型平垫圈B型平垫圈斜垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。普通螺栓连接普通螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接普通螺栓联接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铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接螺钉联接螺钉联接螺钉联接螺钉联接螺钉联接螺钉连接螺钉连接螺钉拧入深度H:

钢或青铜H≈d

铸铁H=(1.25～1.5)d

铝合金H=(1.5～2.5)d双头螺柱连接其他螺纹连接类型紧定螺钉连接地脚螺栓连接吊环螺栓连接T型槽螺栓连接紧定螺钉连接紧定螺钉连接地脚螺栓连接吊环螺栓连接吊环螺栓连接T型槽螺栓连接§3－3螺纹连接的预紧预紧力：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。预紧的目的：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隙或发生相对移动。预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限(σs)的80%。

一、概述一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。碳素钢螺栓：F0≤(0.6～0.7)σsA1合金钢螺栓：F0≤(0.5～0.6)σsA1A1——危险截面积，

A1≈πd21/4二、拧紧力矩(停)T1

——克服螺纹副相对转动的阻力矩；T2

——克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设预紧力为F0

或预紧力（不受轴向载荷）

fc

——摩擦因子。无润滑时取

fc=0.15rf

——支撑面摩擦半径简化公式

P38式3-6,适用于M10M-68的粗牙螺纹，f’=0.15,fc=0.15,

T≈0.2F0d总力矩

Fad0dT测力矩扳手预紧力控制方法:连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，连接仍有可能松动。高温下的螺栓连接，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定力矩扳手通常螺纹连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。(1)凭手感经验(2)测力矩扳手P36(3)定力矩扳手P37(4)测定伸长量LSLMLS尼龙圈锁紧螺母连接用三角形螺纹都具有自锁性（螺旋升角），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，连接仍有可能松动而失效。高温或温差大的螺栓连接，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

1.利用附加摩擦力防松弹簧垫圈对顶螺母§3－3螺纹连接的防松防松——防止螺旋副相对转动。

P38表3-5开口销与六角开槽螺母串联钢丝2.采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈潘存云教授研制止动垫圈潘存云教授研制潘存云教授研制冲点防松法3.其它方法防松1～1.5P用冲头冲2至3点粘合法防松涂粘合剂§3－4螺栓组连接的设计(P40)在设计螺栓组连接时，关键是连接的结构设计。它是根据被连接件的结构和连接的用途，确定螺栓数目和分布形式。▲１.为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常连接接合面的几何形状都设计成一、螺栓组连接的结构设计基本原则（六项）：大多数机械中螺栓都是成组使用的。轴对称的简单几何形状

圆形

圆环形

矩形

矩形框

三角形

▲２.螺栓布置应使各螺栓的受力合理FF(1)对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置８个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；潘存云教授研制潘存云教授研制合理不合理(2)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，以减少螺栓的受力。(3)当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗剪零件来承受横向载荷。（键、套筒、销等）dhD▲３.螺栓的排列应有合理间距、边距，以保证扳手空间潘存云教授研制60˚CCEE60˚扳手空间的尺寸见有关标准。AB

对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。t0潘存云教授研制螺栓间距t0工作压力/MPa7d5d

4.54d3.5

3d

t0/mm≤1.61.6～44～1010～1616～2020～30

d▲４.为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同支承面倾斜采用凸台或沉孔结构支承面不平保证被连接件，螺母和螺栓头支承面平整，并与螺栓轴线相互垂直。对于在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈等。特殊情况下也可采用球面垫圈。▲５.避免螺栓承受附加的弯曲载荷切削加工支承面支承面倾斜▲６.合理选择螺栓组的防松装置二、螺栓组连接的受力分析(停)P42受力分析的目的:

根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。受力分析时所作假设:(1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均同；

(3)受载后连接接合面仍保持为平面。受力分析的类型：(2)螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；受转矩受横向载荷受轴向载荷受倾覆力矩M（1）对于铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受工作剪力为（2）对于普通螺栓连接，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有式中z为螺栓数目。

图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组连接。1．受横向载荷的螺栓组连接Ks为防滑系数，设计中可取Ks=1.1～1.3。铰制孔螺栓F∑F∑F∑F∑普通螺栓或P43式3-31P43式3-7潘存云教授研制TO潘存云教授研制O采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。2．受转矩的螺栓组连接采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。TrmaxFmaxr1fF0fF0r2riFi假设底板受载仍为平面，则螺栓的剪切变形量与距离成正比，Fｉ=Kri剪切力与距离r的比值为常数P44式3-9P44式3-10D3．受轴向载荷的螺栓组连接若作用在螺栓组上轴向总载荷FΣ作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当连接要有保证的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷F2为F2=F1+FpF∑FFP45式3-114．受倾覆力矩的螺栓组连接倾覆力矩M作用在连接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已被拧紧并承受预紧力F0且被拉伸，地基有均匀的压缩。在作用M后，接触面绕0-0线转动一个角度，左边的地基被放松，而螺栓被进一步拉伸；右边的螺栓被放松，而地基被进一步压缩。单个螺栓拉力产生的力矩为F1F0

F0

σp

(

F

0引起)F2mσp2(

F1m引起)σp1(

F1引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi

Li

假设底板受载仍为平面，则螺栓受力与螺栓中心到螺栓组排列中心的距离成正比。螺栓承受的载荷与距离成正比强调是基座上的压力单个螺栓的受力分析

未加倾覆力矩时，工作点在A。∑Mi=0施加倾覆力矩M时，左边的螺栓，工作点移至

B1

和C1

右边的螺栓，工作点移至

B2

和C2

左边螺栓总拉力增加，右边螺栓总拉力减小。F1m

Fm

F2m

F1

F

F2

C2

Om

力

变形Ob

C1

B2

B1

A

F0

作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即求得最大工作载荷

为防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求Ａ—接合面的有效面积Ｗ—接合面的有效抗弯截面系数［σｐ］—地基接合面的许用压应力P45式3-12P46式3-13,14螺栓的总拉力

连接接合面材料的许用挤压应力材料钢铸铁混凝土砖(水泥浆缝)木材[σp]

(MPa)0.8σS(0.4～0.5)σB2.0～3.01.5～2.02.0～4.0§3－5螺纹连接的强度计算P46螺栓连接主要失效形式滑扣

因经常拆装受拉螺栓塑性变形

螺纹部分疲劳断裂受剪螺栓

剪断压溃

螺杆和孔壁的贴合面经常拆卸

——轴向变载荷断裂潘存云教授研制螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓连接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。一、松螺栓连接强度计算P47强度条件3-15式中d1

—螺纹小径mm

，[σ]

—许用应力二、紧螺栓连接强度计算FF力除以面积设计公式3-16装配时需要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。1.仅承受预紧力的紧螺栓连接2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接3.承受工作剪力的紧螺栓连接装配时不须要拧紧在拧紧力矩的作用下，螺栓受轴向拉力F0和螺纹摩擦力矩T1的双重作用。拉应力1.仅承受预紧力的紧螺栓连接（预紧）扭转切应力分母为抗剪截面系数对于M10～M64的普通钢制螺纹，可取：得：

τ≈0.5σ计算应力由此可见，对于M10-M64普通螺纹的钢制紧螺栓连接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。（式3-18）强度条件又∵螺栓材料塑性，根据第四强度理论可得Tanφv≈f=0.17，d2/d1=1.04～1.08,tanψ≈0.05

设计公式P49式3-19

当普通螺栓连接承受横向工作载荷时，预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。Ks

——可靠性系数，常取

Ks

=1.1～1.3预紧力F0

f

——接合面摩擦系数，对钢与铸铁，取

f=0.1～0.16i——结合面数

上图i=1,下图i=2若取

f=0.15，Ks=1.2,i=1,z=1则F0≥8F螺栓结构尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0FF/2F/2改进措施：

(1)采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用(2)采用无间隙的铰制孔用螺栓。2.受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接（紧拉）设缸内流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为pπD2/4F

=ZDpFF潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制

预紧

状态潘存云教授研制特别注意，轴向载荷：F2≠F+F0加预紧力后→螺栓受拉伸长λb→被连接件受压缩短λm加载F

后:螺栓总伸长量增加为

总拉力为

被连接件压缩量减少为

残余预紧力减少为

F1

很显然

F1<F0

被连接件放松了

F1推荐值见P51-52∆λ+λbλm-∆λF0F0受载变形松弛状态潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F2F2F2=F+F1F1F1FFλmλb∆λ∆λ

F0F0螺栓变形λb力F0arctanCb△λ∆Fb∆Fm螺栓变形力F2F1FF0λbλm连接件变形力F0arctanCmλmF1推荐值见P51-52力螺栓变形arctanCbF=∆Fb+∆Fm=(Cb+Cm

)∆λF1=F0-∆Fm=F0-

Cm

∆λF2=F0

+∆Fb=F0

+Cb

∆λCb+CmF∆λ=FF2∆FbF0∆λ∆FmF1——相对刚度系数Cb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0

–F代入得：1－表3－4螺栓的相对刚度系数垫片类型金属垫片或无垫片皮革铜皮石棉橡胶

0.2～0.30.70.80.9Cb+CmCb静强度条件P52式3-25设计公式P52式3-26受轴向变载荷的重要连接，还应进行疲劳强度校核。当工作拉力在0～F之间变化时，螺栓所受总拉力在F0

～F2之间变化。F2

F0

θm

θbF

若不考虑摩擦力矩的影响，有DI因为σmin=const

,应力工作点M落在ODGI区域内，依据疲劳强度理论有：（P53式3-27）其中σ-1tc

——螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限。疲劳极限σ-1

σ-1tc10160～220120～150Q215170～220120～16035220～300170～22045250～340190～25040Cr320～440240～340材料Ψσ

——材料特性系数碳素钢

ψσ

=0.1～0.2合金钢

ψσ

=0.3～0.3σminσ-1eσ-1σaσmOCAσS

GMM’3Kσ

——综合影响系数S

——安全系数见P54表3-12这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在连接接合面处，螺栓杆则受剪切。3．承受工作剪力的紧螺栓连接螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为

螺栓杆的剪切强度条件为

F

—螺栓所受的工作剪力，单位为N；Lmin铰制孔用螺栓FFd0设计时应使

Lmin≥1.25d0d0—螺栓剪切面直径（可取螺栓孔直径），单位为mm；Lmin

——螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm。P54式3-28P54式3-29M-受剪工作面数§3－7螺栓的材料和许用应力一、螺纹连接件材料螺栓、螺柱、螺钉常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素钢；特殊用途(防磁、导电):

特殊钢、铜合金、铝合金等，并经表面处理螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级。作为标准零件，螺纹连接件是按其性能等级选用的。对于一定性能等级的螺纹连接件应具备一定的强度极限。冲击振动场合用：15Cr、40Cr、30CrMnSi等合金钢。普通垫圈：Q235、15、35弹簧垫圈：65Mn

σｂ=点前数字

X

100；

σｓ=点前数字X点后数字X10选用原则：一般用途：通常选用4.8级左右的螺栓，重要场合：要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。螺母的性能等级分为7级。螺母性能等级数字粗略表示其所能保证最小应力的1/100；二、螺纹连接件的许用应力

螺纹连接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷)、装配情况(松、紧连接)、材料、结构尺寸有关。许用拉应力

许用切应力和挤压应力

被连接件为钢被连接件为铸铁Sτ、Sp

——安全系数，其取值详见P54表3-12§3－8提高螺栓连接强度的措施承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：疲劳断裂容易断裂部位：提高螺栓连接强度的措施有哪些呢？以螺栓连接为例，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高连接系统的可靠性。65%20%15%一、降低影响螺栓总拉伸载荷F2的变化范围轴向工作载荷F的变化范围

0～F总拉伸载荷的F2变化范围

Cb

↓

所以

Cm

↑→F2变化范围

∆F↓Cb+CmCbF0～

F0+F=F2F0

θm

θb措施一：降低螺栓刚度（

C’b<Cb,θ’b

<θb

）∆FFF1

F2

虽然F’=F但有∆F’<∆F强调残余预紧力减小F’2F’

∆F’F’1

θ’b

措施二：提高被连接件刚度（

C’m

>Cm,θ’m

>θm

）

措施三：综合措施（

C’b

<Cb,C’m

>Cm,F’0

>F0

）F’2F’∆F

F’1θ’bF’0θm

∆F’<∆F强调残余预紧力减小F’=FF’=F，F’1

=F1∆F’<∆F前两种措施会导致残余预紧力减小，使密封性能降低。为保证可靠工作，可适当增大预紧力。F0

θm

θb∆FF

F1

F2

F’F’1∆F’F0

θb∆FF

F1

F2

dd0.8d0.7d采用柔性结构：加弹性元件、或采用柔性螺栓（腰杆、空心螺栓）。2.有密封要求时，宜采用刚度较大的金属垫片

P57

或密封环宜采取措施:普通螺母二、改善螺纹牙间的载荷分布措施:

采用均载螺母加厚螺母不能提高连接强度！加厚螺母螺栓杆螺母体螺栓杆螺母体螺栓杆FaF5/2F4/2F3/2F2/2F1/2F5/2F4/2F3/2F2/2F1/2潘存云教授研制螺母体螺栓杆FF=F1+F2+F3+F4+F5F1>F2>F3>F4>F5螺栓杆F潘存云教授研制螺栓杆F螺母体均载螺母均载原理螺母和螺杆均为拉伸变形，有助于减小两者螺距变化，使受载均匀。10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。10～15˚悬置螺母环槽螺母内斜螺母10～15˚内斜与环槽螺母均载原理相同螺母也受拉内斜螺母因力的作用点外移可使载荷较大的头几圈螺纹牙容易变形，使载荷上移而改善载荷分布不均。均载元件悬置螺母环槽螺母内斜螺母内斜与环槽螺母都是改变螺母旋合部分的变形性质，使之和螺栓变形性质相同，均为拉伸变形，从而使螺纹牙上载荷分布趋于均匀；钢丝螺套加工复杂，仅限于用在重要场合或大型连接。采用凸台或沉孔结构三、减小应力集中1.增大过渡圆角2.切制卸载槽r四、避免或减小附加应力3.卸载过渡结构要从结构、制造与装配精度采取措施。支承面不平切削加工支承面潘存云教授研制五、采用特殊制造工艺冷镦头部、滚压螺纹疲劳强度提高30%