螺纹联接及螺旋传动新

关于螺纹联接及螺旋传动新第一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三第五章螺纹联接及螺旋传动

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螺纹的形成——展开为三角形ψsπd2P★螺纹的主要参数大径d（D

）（公称直径）小径d1（D1）（计算直径）中径d2（D2）螺距P线数n导程s（s=nP）螺纹升角ψ牙型角αpα§1螺纹第二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三★螺纹的类型

三角形螺纹（用于联接）

矩形螺纹梯形螺纹（用于传动）锯齿形螺纹普通螺纹

管螺纹

粗牙细牙

圆柱管螺纹圆锥管螺纹※轴线垂直放置，螺旋线向左上升——左旋螺旋线向右上升——右旋左旋右旋

按线数分单线双（多）线

按牙形分

按旋向分★问题：常用螺栓的螺纹是——？单线、粗牙、右旋的普通螺纹右旋左旋右旋第三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三★机械制造中常用螺纹种类及标准第四页，共四十九页，编辑于2023年，星期三★螺纹联接的主要类型与结构普通螺栓联接（受拉螺栓联接）铰制孔用螺栓联接（受剪螺栓联接）双头螺柱联接螺钉联接紧定螺钉联接δ≠0δ＝0螺栓联接§2螺纹联接

第五页，共四十九页，编辑于2023年，星期三D0T0Fs§3螺栓联接的拧紧FTL②拧紧力矩：式中：M1——螺纹副摩擦阻力矩;

M2——螺母与支承面间的摩擦力矩;③对于重要的螺纹联接必须控制其预紧力，为什么？∵对于M10～M64的钢制粗牙普通螺纹，将其有关参数的统计平均值代入公式→而一般标准扳手的长度为L≈15d，Kt=0.2;则：若：FT=200N，则：F’=15000N①拧紧的目的？——增强联接的可靠性、紧密性和防松能力。F’（5-2）（5-3）第六页，共四十九页，编辑于2023年，星期三④预紧力的控制

推荐：螺栓材料的屈服极限⑤控制预紧力的方法力矩法螺母转角法测定螺栓伸长量法测力矩扳手定力矩扳手测量螺栓伸长量法第七页，共四十九页，编辑于2023年，星期三§4螺纹联接的防松——防止螺旋副相对转动摩擦防松机械防松粘合冲点弹簧垫圈对顶螺母开口销止动垫圈破坏螺纹副的运动关系防松1、为什么要防松？2、防松的根本原理？3、防松的方法有哪些？螺纹联接件一般采用：单线粗牙的普通螺纹：螺纹升角ψ=1°42′～3°2′

螺旋副的当量摩擦角ρ′=6.5°～10.5°问：能否自锁？——显然能但为什么还要防松？①能保证自锁的条件是：静载荷和工作温度变化不大的场合。②在冲击、振动或变载荷作用下，螺纹副间的摩擦力可能在瞬间减小或消失。③这种现象多次重复后，会使联接松脱。第八页，共四十九页，编辑于2023年，星期三摩擦防松第九页，共四十九页，编辑于2023年，星期三摩擦防松第十页，共四十九页，编辑于2023年，星期三机械防松第十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三机械防松第十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三破坏螺纹副的运动关系防松第十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三课堂练习一、查出下列螺栓的螺距、大径、中径及小径：M10、M10×1、M12、M12×1.5、第十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期三0.2～0.3dM24课堂练习二、图中，两块板的厚度均为25mm，求所需螺栓长度（注：加弹簧垫圈）。第十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期三第十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期三第十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期三§5单个螺栓联接的强度计算★

螺栓联接的主要失效形式：※普通（受拉）螺栓联接——拉断铰制孔用（受剪）螺栓联接——压溃、剪断★强度计算的目的：确定或验算螺栓危险截面的尺寸（直径）★其它部分的尺寸以及螺母、垫圈的尺寸是根据等强度条件确定的，通常不需进行强度计算。受拉螺栓受剪螺栓δ≠0δ＝0第十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期三一、

受剪螺栓联接的强度计算★特点:①孔和杆之间无间隙，多用配合尺寸，能精确定位，但加工精度要求高。②加横向载荷F后，靠挤压和剪切承担载荷。③主要失效形式为：压溃、剪断。★强度计算：挤压强度条件：剪切强度条件：hminssssdsds第十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期三工作时，螺栓受纯拉伸，工作载荷为

F（N）。——校核式——设计计算式1、松螺栓联接的强度计算★特点：装配时，螺母不拧紧；★强度计算：二、受拉螺栓联接的强度计算放映第二十页，共四十九页，编辑于2023年，星期三5-8a（1）仅承受预紧力的紧螺栓联接——普通螺栓联接（受拉螺栓联接）2、紧螺栓联接的强度计算★特点：装配时，螺母需拧紧,螺栓受预紧力（预加锁紧力）F’和螺纹阻力矩M1的作用。F’★特点：所加载荷为横向工作载荷F（载荷方向⊥螺栓轴线），加载后，螺栓受力不发生变化，而靠预紧力产生的摩擦力抵抗外载荷。F’★强度计算：要考虑到螺栓杆同时受拉应力和扭转剪应力的作用。∵螺栓是塑性材料∴应按第四强度理论求拉扭合成当量应力：第二十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三★系数1.3的含义是——※对于普通螺栓联接的标准螺栓来说，虽然同时受拉应力和扭转剪应力作用，但计算时可作为纯拉伸的情况处理，即只需将拉伸载荷加大30%以考虑扭转剪应力的影响。——校核式（5-9）——设计式（5-10）★简化处理如下：对于M10～M64的钢制普通螺栓→

ψ、d2/d1取统计平均值、′=arctan0.17→

≈0.5因此，当量应力为：其中：第二十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三典型实例：压力容器缸盖上的螺栓联接（2）承受预紧力和轴向静载荷的紧螺栓联接

★特点：装配时，螺母需拧紧，螺栓受F′和M1作用;加载后，螺栓总拉力：FΣFpDF0=F′+F？★工作拉力F：F0≠F′+F第二十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三★受力变形分析：螺栓被联接件无力无变形无力无变形受力F’变形δb受力F’变形δm变形δb＋Δδ

受力F+F”

变形δm－Δδ

受力F”

★因此，工作状态下螺栓所受总拉力为：承受工作载荷后预紧后F′F′δmδbFFΔδ剩余预紧力F″+FF″+FF′F′预紧前F″F″Δδδm－Δδδb＋Δδ第二十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期三★受力变形关系图

（图5-12）FbmFbF'mF'b

mF'bmFFF″F0⊿F－⊿F⊿F若Cb

和Cm

分别表示螺栓与被联接件的刚度，则由图可得：F0=F+F″F0=F'＋⊿F

F0=F′+KcFF′=F″+(1-Kc)FF″=F′-(1-Kc)F其中：

Kc—螺栓与被联接件的相对刚度，与联接的材料、结构等有关。当螺栓与被联接件均为钢制时，一般仅决定于垫片的材料：金属垫片Kc

=0.2～0.3；皮革垫片Kc=0.7；铜皮垫片Kc=0.8；橡胶垫片Kc=0.9。第二十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期三◆有紧密性要求的联接，取F”

=(1.5～1.8)F◆对不太重要的联接:

若外载荷稳定，取F”=（0.2～0.6）F

若外载荷有变动，取F”=（0.6～1.0）F

对地脚螺栓，取F”≥F★设计与计算①联接不出现缝隙，应满足F”＞0②螺栓的强度条件：（5-15）（5-16）第二十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期三（3）受轴向变载荷的紧螺栓联接螺栓的载荷幅：螺栓的疲劳强度：第二十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期三§7螺栓联接件的许用应力一般：Q235、Q275、35钢、45钢特殊用途：15Cr、40Cr◆螺栓的材料：σ0.2——试样在拉伸过程中，标距部分残余伸长达到原标距长度的0.2%时的负荷除以原横截面积所得的应力。第二十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期三§7螺栓联接件的许用应力◆螺栓的许用拉应力1、受静载荷时：松螺栓联接：S=1.2～1.7；紧螺栓联接：S——查表5-7。2、受轴向变载荷时：第二十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期三设计要点：◆对于重要的场合、不控制预紧力时，要求使用>M16螺栓。◆设计时通常先估计d→查许用应力→设计计算求出d1→取d→判断是否与假设接近，否则须重新设d→查许用应力→再进行计算，直至符合所设的d。◆螺栓成组使用→受力最大的螺栓→单个螺栓计算→采用同一尺寸第三十页，共四十九页，编辑于2023年，星期三

§6螺纹组联接的设计1．螺栓组受力分析的目的2．受力分析中的几个假设条件3.螺栓组受力分析2)承受横向载荷F∑3)承受转矩T1)承受轴向载荷FZ4)承受倾翻力距M１）螺栓组中各螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；２）螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；３）假定底板为刚体，受载后联接接合面仍旧保持为平面。主要是要找出螺栓组中受力最大的螺栓及其所受力的大小，为螺栓联接的强度计算提供依据。第三十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三一、承受轴向载荷FZ

假设载荷在每个螺栓上均匀分配，则工作拉力F：需注意：①螺栓个数参考螺栓间距t0确定。②分布在同一圆周上的螺栓的数目，应取成4、6、8等偶数，以便于在圆周上钻孔时分度和画线。pDt0第三十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三二、承受横向载荷Fs∑μsF'①普通螺栓联接Fs∑Fs∑假设螺栓组中的每个螺栓的预紧力F′都相同，并且由此而引起的摩擦力均集中在螺栓的中心。则zFs∑mKFs∑Fs∑②铰制孔用螺栓联接于是，有≥

假设载荷在每个螺栓上都是均匀分配，则K——可靠性系数，K=1.1～1.3第三十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三三、承受转矩T①普通螺栓联接r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8μsF'μsF'μsF'

μsF'

μsF'μsF'μsF'

μsF'μsF'

μsF'仍旧假设每个螺栓的预紧力均相同，于是有μsF'r1+μsF'r2+μsF'r3+……μsF'rz≥TK由此可得(5-23)第三十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期三三、承受转矩T②铰制孔用螺栓联接Fs4Fs10Fs1Fs2Fs3Fs5Fs6Fs7Fs8Fs9解此静不定方程要点：①假定底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面，即变形全由螺栓承担。

②螺栓组受后，刚性底座协调了各螺栓的变形量λsi，即由力的平衡：于是有：r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8即：③∵假定各螺栓的材料、直径、长度均相同，∴它们的剪切刚度也相同，剪切刚度第三十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期三三、承受转矩T②铰制孔用螺栓联接Fs4Fs10Fs1Fs2Fs3Fs5Fs6Fs7Fs8Fs9

螺栓的受力大小Fsi与其到回转中心的距离ri成正比，即由力的平衡：于是得r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8即：(5-24)第三十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期三Moorirmax四、承受倾翻力距MFiFmax⑶由力的平衡条件可得：FiFmax解此静不定方程要点：①假定底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面，即变形由螺栓和基座承担。

②螺栓组受M后，刚性底座协调了各螺栓的变形量，即每个螺栓的变形量是与其到对称轴的距离称正比。同理可知：变形愈大，受力也愈大。⑴螺栓先拧紧，拧紧后螺栓受预紧力（产生拉伸变形），基座被压缩（产生压缩变形）

⑵在M作用下，o-o轴线左侧的螺栓承受工作拉力（螺栓被进一步拉伸），o-o轴线右侧的基座承受工作压力（螺栓被放松，预紧力减小）第三十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期三Moorirmax四、承受倾翻力距MFiFmax于是:①受力最大的螺栓所承受的载荷为：②接合面受压一侧不被压溃的条件③接合面受拉一侧不出缝隙的条件FiFmax

螺栓的受力大小Fi与其到对称轴线的距离ri成正比，即(5-25)(5-26)(5-27)第三十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期三几点分析结论⒈实际应用中，螺栓组所受的工作载荷常常是以上四种简单受力状态的不同组合，都可利用静力分析方法将复杂的受力状态简化为上述四种简单受力状态；⒉一般情况下，对于普通螺栓可按轴向载荷与弯矩确定螺栓的工作拉力；按横向载荷与扭矩确定螺栓的预紧力；尔后确定螺栓的总拉力。⒊铰制孔用螺栓应根据横向载荷和转矩确定螺栓的工作剪力。⒋不管螺栓组的载荷状态如何复杂，就螺栓组中单个螺栓而言，其受力只有两种情况：①轴向力；②横向力。第三十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期三§8提高螺栓联接强度的措施一、改善螺纹牙上载荷分布不均现象⑴载荷分配不均现象及其产生的原因⑵改善措施①悬挂螺母；②环槽螺母；③内斜螺母；④组合螺母（环槽与内斜组合等）。第四十页，共四十九页，编辑于2023年，星期三二、降低应力幅⑴降低螺栓的刚度⑵提高被联接件的刚度具体措施：①使用空心螺栓；②减小螺栓直径；在螺母下面假装弹性元件可达相同效果具体措施：①合理设计联接的结构；②避免在被联接件接合面上使用刚性小的垫片；③在被联接件接合面间加装刚性大的垫片Ｆ'ＦＦ０Ｆ"ＦＦ０Ｆ"Ｆ'ＦＦ０Ｆ"Ｆ"ＦＦ０第四十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期三F′F′三、减少附加弯曲应力凸台鱼眼坑第四十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期三例题：第四十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期三（二）螺栓组的结构设计①力求对称布置，以使接合面受力均匀②分布在同一圆周上的螺栓数应为３、４、６、８等易于分度的数目，以利划线钻