第7章 螺纹联接(新版)

机械零件

主讲人：何春燕7．1螺纹联接的基本知识7．2螺纹联接的预紧和防松7．3单个螺栓联接的强度计算7.4螺纹联接件的材料及许用应力7．5螺栓组联接的结构设计和受力分析7.6提高螺栓联接强度的措施

第7章螺纹联接7．1螺纹联接的基本知识一、螺纹的主要参数二、螺纹的类型和应用三、标准螺纹联接件四、螺纹联接的基本类型下一节一、螺纹的主要参数1、大径d——螺纹的最大直径.标准中定为公称直径它是与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径。2、小径d1——螺纹的最小直径。计算直径

它是与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面 的直径。在强度计算常作为螺杆危险剖面的计算直径。3、中径d2——螺纹牙厚和牙间相等处的假想圆柱

面的直径。

它是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。4、线数n——螺纹螺旋线的数目。一般不大于4条

单线螺纹：沿一条螺旋线所形成的螺纹。多螺纹：沿2根以上等距螺旋线所形成的螺纹。常用的联接螺纹要求具有自锁性，故多用单线螺纹；传动螺纹要求效率高，多用双线或三线螺纹。5、螺距

P——相邻两螺纹牙在中径线上同侧齿廓 之间的轴向距离。

大径相同时，按螺距大小分：粗牙和细牙

6、导程

Ph——同一条螺纹线上相邻两牙在中径线 上对应点的轴向距离。7、升角——螺旋线的切线与垂直于轴线的平面 间的夹角。在螺纹的不同直径处，螺旋线的升角各不相同，通常 按中径处计算：8、牙型角——螺纹轴向剖面内，螺纹牙型两侧 边的夹角。牙型斜角9、旋向——按螺旋线绕行方向分：左旋：从右向左升高（螺母或螺钉逆时针旋入）右旋：从左向右升高（螺母或螺钉顺时针旋入）返回二、螺纹的类型和应用有外螺纹和内螺纹之分根据采用的标准制度，可分为米制和英制（管螺纹）根据工作性质，可分为联接用螺纹和传动用螺纹联接用螺纹当量摩擦角较大，有利于实现可靠联接传动用螺纹当量摩擦角较小，有利于提高传动效率根据牙型：1）三角形螺纹（联接）2）矩形螺纹（传动）3）梯形螺纹（传动）4）锯齿形螺纹（传动）（5）三角形管螺纹（联接）返回三角形螺纹（普通螺纹）矩形螺纹梯形螺纹

锯齿形螺纹三角形管螺纹圆柱管螺纹：低压场合圆锥管螺纹：高温、高压或密封要求较高的场合三、标准螺纹联接件1、螺栓（六角头螺纹）2、双头螺柱3、螺钉4、紧定螺钉5、螺母6、垫圈返回1、螺栓（六角头螺纹）受拉螺栓：受剪螺栓（绞制孔用螺栓）：承受剪切力并具有联接 定位作用。2、双头螺柱旋入端（旋入被联接件）和螺母端（安装螺母）3、螺钉4、紧定螺钉5、螺母6、垫圈四、螺纹联接的基本类型1、螺栓联接2、双头螺柱联接3、螺钉联接4、紧定螺钉联接返回下一节普通螺栓联接铰制孔螺栓联接1、螺栓联接2、双头螺柱联接3、螺钉联接返回4、紧定螺钉联接7．2螺纹联接的预紧和防松一、螺纹联接的预紧二、螺纹联接的防松下一节一、螺纹联接的预紧1、预紧：

联接在承受载荷之前，预先受到力的作用2、预紧力：拧紧时，螺栓受到预紧拉力F0，而被联接件受到预紧压力F03、预紧的目的增强联接的可靠性和紧密性，防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。4、拧紧力矩T等于螺纹副间的摩擦阻力矩T1和螺母环形端面与支承表面间的摩擦阻力矩T2之和。预紧力和预紧力矩间的关系5、预紧力的控制采用测力矩扳手或定力矩扳手。对于重要的螺栓联接，可采用测定螺栓伸长量的方法来控制预紧力返回二、螺纹联接的防松防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动。防松方法按其工作原理可分为：1、摩擦防松：使螺纹副间始终具有不随联接载荷而变的压力，因而始终具有摩擦力矩防止相对转动。弹簧垫圈对顶螺母自锁螺母2、机械防松：利用附加的机械装置约束螺纹副。

开口销、止动垫片、串联金属丝、带翅垫片等。3、破坏螺纹副关系防松焊接、冲点、粘接多用于很少拆开或不拆的联接。返回下一节

弹簧垫圈防松

对顶螺母防松

自锁螺母防松

开口销与六角螺母防松

止动垫圈防松

串联钢丝防松带翅垫片一、受拉螺栓联接

（普通螺栓联接）

1、受拉松螺栓联接

2、受拉紧螺栓联接

（1）仅受预紧力的紧螺栓联接

（2）受横向外载荷的紧螺栓联接

（3）受预紧力和静工作拉力的紧螺栓联接

二、受剪螺栓联接（铰制孔螺栓联接）7．3单个螺栓联接的强度计算下一节一、受拉螺栓联接失效：在静载荷下，螺纹部分的塑性变形和断裂；在变载荷下，螺栓杆的疲劳断裂。设计准则：保证螺栓有足够的拉伸强度。返回

装配时无须预紧力，在承受工作载荷之前，螺栓不受力。按纯拉伸建立强度条件，其螺纹部分强度条件：1、受拉松螺栓联接返回

承受工作载荷之前，螺母必须拧紧到一定程度，使被联接件间产生足够的预紧力。当螺栓拧紧后，受到预紧力F0和螺纹副摩擦力矩T1的联合作用，因而分别产生拉应力和扭转切应力，即：

在上面的拉、扭复合作用下，可由第四强度理论求得螺栓的当量应力：2、受拉紧螺栓联接返回（1）仅受预紧力的紧螺栓联接紧螺栓联接在预紧时虽然同时承受拉伸与扭转的复合作用，但计算时，可以只按拉伸强度来计算，并将所受的拉力（预紧力）增大来考虑扭转的影响。螺栓螺纹部分的强度条件：设计公式返回

螺栓不直接承受横向载荷FR，而是靠预紧力在接合面上产生的摩擦力来承受横向载荷。这时螺栓仅受预紧力，被联接件受压力在接合面产生摩擦力。若满足不滑动的条件：

则联接不发生滑动。若考虑联接的可靠性及结合面的数目：当承受横向载荷时FR时，要联接不滑动，螺栓上要承受约8倍于横向载荷的预紧力，这样设计出的螺栓结构笨重、尺寸大、不经济，因此尽量避免。（2）受横向外载荷的紧螺栓联接返回RR

由于螺栓和被联接件的弹性变形，所以螺栓受到的总拉力：

螺栓总拉力：根据静力平衡和变形协调条件得出预紧力和剩余预紧力的关系式：（3）受预紧力和轴向静载荷的紧螺栓联接为了防止联接受载后接合面间产生缝隙，应使。分析1）螺栓未被拧紧时，螺栓与被联接件皆不受力;2）螺栓被拧紧后，螺栓受预紧拉力F0,伸长；而被联接件则受预紧压力F0的作用，产生压缩变形；3）螺栓又受到轴向外载荷F的作用，由于螺栓中总的拉力增大，螺栓比预紧时增加伸长变形，总伸长量；被联接件则随螺栓的伸长而弹回，其也压缩变形量减少 ，总压缩变形量：;此时的压紧力也随之减小（剩余预紧力）。所以螺栓受轴向载荷后，螺栓的总拉力为：剩余预紧力为了防止联接受载后接合面间产生缝隙，应使剩余预紧力大于零。对于较重要的螺栓联接，可先取。

F无变化，F有变化，紧密性要求，

由上式知：当螺栓承受的轴向工作载荷在间变化时，螺栓中总拉力的变化范围是。当减小螺栓刚度或增大被联接件刚度，均可减小相对刚性系数值，从而缩小螺栓总拉力的变化范围，提高螺栓承受变载荷时的疲劳强度。

强度条件：

这种联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。在联接结合面处，螺栓杆则受剪切。1、失效形式：螺栓被剪断，栓杆或孔壁被压溃。2、设计准则：螺栓杆与孔壁的挤压强度条件螺栓杆的剪切强度条件二、受剪螺栓联接RdsRdsds7．5

螺栓组联接的结构设计

和受力分析一、螺栓组联接的结构设计二、螺栓组联接的受力分析

1、受横向力FR的螺栓组联接

——用受拉螺栓联接——用受剪螺栓联接2、受旋转力矩T的螺栓组联接

——用受拉螺栓联接——用受剪螺栓联接

3、受轴向力FQ的螺栓组联接

4、受翻转力矩M的螺栓组联接

总结下一节1、螺栓在联接接合面上通常设计成轴对称布置，

以便接合面受力比较均匀。2、对承受弯距或扭矩的螺栓组联接，应使螺栓的 位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺柱 的受力。3、对既承受轴向载荷又承受较大横向载荷的螺栓 组联接，应采取销、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。一、螺栓组联接的结构设计5、在布置螺栓位置时，螺栓中心线与机体壁 之间、以及螺栓组相互之间的最小距离， 应根据扳手所须活动空间的大小来确定。（合理的间距、边距）4、螺栓组中螺栓数目不宜过多，以免载荷 分布过于不均。6、被联接件、螺母和螺栓头部的支承面应平 整，并与螺栓轴线相垂直。避免承受偏心 载荷7、同一螺栓组中的螺栓一般均采用同样的材 料和尺寸。返回二、螺栓组联接的受力分析目的：求出联接中各螺栓受力的大小、特别 是其中受力最大的螺栓及其载荷。假设：1、所有螺栓材料、规格、预紧力相同；2、螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；3、受载后联接接合面仍保持平面；4、被联接件为刚体；5、螺栓变形在弹性范围内；返回1、受横向力FR的螺栓组联接——用受拉螺栓联接——用受剪螺栓联接2、受旋转力矩T的螺栓组联接——用受拉螺栓联接——用受剪螺栓联接3、受轴向力FQ的螺栓组联接4、受翻转力矩M的螺栓组联接返回总结

载荷可通过两种方法传递：①普通螺栓联接（受拉螺栓联接）②铰制孔螺栓联接（受剪螺栓联接——用受拉螺栓联接（普通螺栓联接）仅受预紧力，靠联接预紧后在接合面产生的摩擦力传递外载荷，被联接件间不产生相互滑移时，应满足：1、受横向力FR的螺栓组联接

靠螺栓杆的受剪和螺栓杆与被联接件相互挤压时产生的变形来传递载荷。每个螺栓所受剪力：——用受剪螺栓联接返回——用受拉螺栓联接靠联接预紧后在接合面内产生的摩擦力抵抗转矩2、受旋转力矩T的螺栓组联接

靠螺栓受剪切和挤压来传递转矩T——用受剪螺栓联接返回

3、受轴向力FQ

的螺栓组联接FQ返回

拧紧后，螺栓受预紧力。根据底板的力矩平衡条件：4、受翻转力矩M的螺栓组联接除满足其强度要求外（），还应保证左侧（图中受力时）接合面不出现缝隙，右侧（图中受力时）接合面不发生压溃破坏。接合面不出现缝隙条件：

右侧（图中受力时）接合面不发生压溃破坏。

返回总结：1、首先判断螺栓组所受力的性质，算出单个螺栓所受的载荷的大小（最大载荷）；实际应用中，螺栓组所受的工作载荷常常是我们讲到的四种简单受力状态的不同组合。这时，只要分别计算出螺栓组在这些简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后用矢量法叠加，便得到每个螺栓的总的工作载荷，然后确定受力最大的螺栓。2、再进行单个螺栓的强度计算。下一节返回1、螺纹联接件的材料螺栓采用Q215，Q235，10，15，35，45号钢。承受冲击、振动或变载荷的螺栓，可用合金钢。15Cr，40Cr螺母材料的强度不得低于与之相配的螺栓材料强度。2、螺纹联接的许用应力和安全系数7.4螺纹联接件的材料及许用应力下一节例1、图示为一凸缘联轴器联接两轴，传递转矩,接合面的摩擦系数，取可靠系数。分别求:用4个普通螺栓和铰制孔用螺栓联接两半联轴器时，单个螺栓的工作载荷和受力。例2、刚性凸缘联轴器传递的最大转矩为1.5，用4个材料为Q235的M16螺栓联接。螺栓均布在直径 的圆周上，联轴器材料为H