螺纹连接和螺旋传动课件

第二篇连接机械设计人员必须熟悉常用的连接方法及连接件的结构、类型、性能、适用场合，掌握它们的设计理论或选用方法。连接对于机器的制造、安装、维修必不可少。1.动连接2.静连接可拆连接不可拆连接？有没有既是可拆连接又是不可拆连接的连接形式如:各种运动副---如:螺纹、键、销连接等---铆、焊、粘接等又称（永久连接）---被连接的零件间可以有相对运动的连接---被连接件之间不许产生相对运动的连接连接的分类过盈连接应用：主要用于轴与毂、轮圈与轮芯、滚动轴承与轴或座孔的连接等。AAA-A曲轴过盈连接组件d第五章螺纹连接和螺旋传动§5-1螺纹一、螺纹的类型和应用螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。螺纹按工作性质分：联接用螺纹和传动用螺纹。螺纹位置：内、外螺纹母体形状：圆柱、圆锥螺纹外螺纹内螺纹潘存云教授研制一、螺纹的类型和应用螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。螺纹按工作性质分：联接用螺纹和传动用螺纹。螺纹位置：内、外螺纹母体形状：圆柱、圆锥螺纹牙型：三角形矩形梯形矩齿形效率低，易自锁,

主要用于联接效率较高,多用于传动一、螺纹的类型和应用螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。螺纹按工作性质分：联接用螺纹和传动用螺纹。螺纹位置：内、外螺纹母体形状：圆柱、圆锥螺纹牙型：三角形矩形梯形矩齿形旋向：左、右左旋右旋右旋左旋右旋一、螺纹的类型和应用螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。螺纹按工作性质分：联接用螺纹和传动用螺纹。螺纹位置：内、外螺纹母体形状：圆柱、圆锥螺纹牙型：三角形矩形梯形矩齿形旋向：左、右按线数分：单线螺纹、多线螺纹说明常见螺纹类型、特点和应用1、大径d（D）

与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径，亦称公称直径2、小径d1(D1)

与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径（危险剖面直径）3、中径d2在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径d2≈0.5(d+d1)二、螺纹的主要参数PS=nP4、线数n螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤45、螺距P相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离6、导程（S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面上的轴向距离二、螺纹的主要参数螺距、导程、线数之间关系：S=nPΨPS=nPS7、螺纹升角ψ螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角按螺纹中径处计算螺纹升角二、螺纹的主要参数8、牙型角α螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9、牙型斜角β螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角10、接触高度内外螺纹旋合后的接触面的径向高度二、螺纹的主要参数ΨPS=nPS§5-2

螺纹连接的类型和标准连接件一、螺纹连接的基本类型1、螺栓联接一、螺纹连接的基本类型1、螺栓联接——被联件较薄、易做成通孔处，可经常拆卸。（2）铰制孔螺栓：被联件孔与螺栓杆用过渡配合孔加工精度高承受横向载荷（1）普通螺栓：被联件孔与螺栓杆有间隙通孔加工精度低可承受横向、轴向外载一、螺纹连接的基本类型2、双头螺柱连接被联件之一太厚，不宜制成通孔需要经常装拆一、螺纹连接的基本类型3、螺钉连接螺栓或螺钉直接拧入被连接件的螺纹孔，不用螺母较双头螺柱结构简单被连接件之一较厚，受力不大，不需经常装拆的场合一、螺纹连接的基本类型4、紧定螺钉连接固定两零件间的相对位置可传递不大的力或转矩锥端紧定螺钉平端紧定螺钉一、螺纹连接的基本类型5、特殊结构连接二、标准螺纹连接件双头螺柱六角头螺栓螺钉紧定螺钉自攻螺钉六角螺母圆螺母垫圈应用最为广泛分A、B、C三个精度等级，通用机械制造中常用C级螺杆可制出一段螺纹或全螺纹二、标准螺纹连接件双头螺柱六角头螺栓螺钉紧定螺钉自攻螺钉六角螺母圆螺母垫圈两端螺纹可同、可不同A型带退刀槽；B型无退刀槽，为腰杆形式也可制成全螺纹一段旋入后不拆卸，另一端安装螺母以固定二、标准螺纹连接件双头螺柱六角头螺栓螺钉紧定螺钉自攻螺钉六角螺母圆螺母垫圈头部形状很多头部槽的形状也很多十字槽强度高、对中性好内六角孔可承受较大扳手力矩，用于结构要求紧凑的场合全螺纹；或部分螺纹时，螺纹部分直径较粗二、标准螺纹连接件双头螺柱六角头螺栓螺钉紧定螺钉自攻螺钉六角螺母圆螺母垫圈末端形状有锥端、平端和圆柱端锥端用于表面硬度低或不经常装卸的场合平端接触面积大，常用于顶紧硬度大的平面或经常拆卸的场合圆柱端用于紧定空心轴上零件位置二、标准螺纹连接件双头螺柱六角头螺栓螺钉紧定螺钉自攻螺钉六角螺母圆螺母垫圈头部和槽的形状样式较多被连接件上可不预制出螺纹，连接时利用螺钉直接攻出螺纹螺钉材料表面处理后硬度>45HRC与普通螺纹相比时，在相同大径时，螺距大而小径稍小二、标准螺纹连接件双头螺柱六角头螺栓螺钉紧定螺钉自攻螺钉六角螺母圆螺母垫圈分A、B、C三个等级，分别与相同级别的螺栓配用分标准和薄型两种薄螺母用于受剪力或空间尺寸受限制的场合二、标准螺纹连接件双头螺柱六角头螺栓螺钉紧定螺钉自攻螺钉六角螺母圆螺母垫圈常与止动垫圈配用常用于滚动轴承的轴向固定二、标准螺纹连接件双头螺柱六角头螺栓螺钉紧定螺钉自攻螺钉六角螺母圆螺母垫圈螺母与被连接件间，起支撑保护作用按加工精度分A级和C级按同一螺纹直径分特大、大、普通和小四种斜垫圈用于倾斜的支撑面上二、标准螺纹连接件双头螺柱六角头螺栓螺钉紧定螺钉自攻螺钉六角螺母圆螺母垫圈GB3103.1-82规定——螺纹联接件分A、B、C三级A级：精密配合，防振场合B级：受载较大，常拆卸调整、变载场合C级：一般联接§5-3螺纹连接的预紧一、预紧的目的和要求预紧

——工作前拧紧目的：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滑移。要求：装配时控制预紧力在规定范围内D0T0Fs0二、拧紧力矩的计算FL1、拧紧力矩组成式中：T1——螺纹副摩擦阻力矩

T2——螺母与支承面间的摩擦力矩;M10～M64的钢制粗牙普通螺纹一般标准扳手的长度为L≈15d，Kt=0.22、经验公式或三、预紧力控制方法1、测力矩扳手2、定力矩扳手3、测螺栓伸长量操作简便，准确性差，不适于大型螺栓连接为什么要控制预紧力？防止力过大，拧断螺栓防止力过小，达不到连接目的重要连接、大型螺栓连接§5-4螺纹连接的防松——防止螺旋副相对转动1、为什么要防松？2、防松的根本原理？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°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。一、防松目的和原理二、防松方法摩擦防松机械防松粘合对顶螺母止动垫圈破坏螺纹副的运动关系防松弹簧垫圈自锁螺母开口销串联钢丝冲点铆合二、防松方法摩擦防松机械防松粘合对顶螺母止动垫圈破坏螺纹副的运动关系防松弹簧垫圈自锁螺母开口销串联钢丝冲点铆合螺母拧紧后，旋合螺纹间始终受到附加压力和摩擦力作用结构简单，适合低速重载场合下螺母受力较小，高度可小一些利用辅助元件(结构)防止螺纹副间摩擦力消失二、防松方法摩擦防松机械防松粘合对顶螺母止动垫圈破坏螺纹副的运动关系防松弹簧垫圈自锁螺母开口销串联钢丝冲点铆合利用辅助元件(结构)防止螺纹副间摩擦力消失二、防松方法摩擦防松机械防松粘合对顶螺母止动垫圈破坏螺纹副的运动关系防松弹簧垫圈自锁螺母开口销串联钢丝冲点铆合螺母一端制成非圆形收口或开缝后径向收口。当螺母拧紧后，收口胀开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧。这种防松结构简单、防松可靠，可多次拆装而不降低防松性能。利用辅助元件(结构)防止螺纹副间摩擦力消失二、防松方法摩擦防松机械防松粘合对顶螺母止动垫圈破坏螺纹副的运动关系防松弹簧垫圈自锁螺母开口销串联钢丝冲点铆合利用防松元件约束螺纹副相对运动二、防松方法摩擦防松机械防松粘合对顶螺母止动垫圈破坏螺纹副的运动关系防松弹簧垫圈自锁螺母开口销串联钢丝冲点铆合利用防松元件约束螺纹副相对运动二、防松方法摩擦防松机械防松粘合对顶螺母止动垫圈破坏螺纹副的运动关系防松弹簧垫圈自锁螺母开口销串联钢丝冲点铆合用低碳钢钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺钉串联起来，使其相互制动。注意钢丝穿入的方向——与螺栓旋向相反适用于螺钉组连接，防松可靠，但装拆不便利用防松元件约束螺纹副相对运动二、防松方法摩擦防松机械防松粘合对顶螺母止动垫圈破坏螺纹副的运动关系防松弹簧垫圈自锁螺母开口销串联钢丝冲点铆合端焊法二、防松方法摩擦防松机械防松粘合对顶螺母止动垫圈破坏螺纹副的运动关系防松弹簧垫圈自锁螺母开口销串联钢丝冲点铆合二、防松方法摩擦防松机械防松粘合对顶螺母止动垫圈破坏螺纹副的运动关系防松弹簧垫圈自锁螺母开口销串联钢丝冲点铆合§5-5螺纹组连接的设计螺栓组联接设计的顺序:定出螺栓的尺寸结构设计受力分析(单)强度计算确定d1确定螺栓的数目及布置形式找出受力最大的螺栓一、螺栓组连接的结构设计在设计螺栓组联接时关键

——联接的结构设计内容

——合理确定连接结合面的几何形状，确定螺栓数目和分布形式要求

——各螺栓和连接结合面受力均匀

——便于加工和装配1、要设计成轴对称的简单几何形状。一、螺栓组连接的结构设计2、螺栓的布置应使螺栓的受力合理一、螺栓组连接的结构设计（1）对铰制孔用螺栓连接，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；FF（2）当螺栓连接受弯矩或转矩作用时，应使螺栓的位置靠近接合面的边缘，以减少螺栓的受力。合理不合理!（3）若同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用抗剪零件来承受横向载荷。键套筒销2、螺栓的布置应使螺栓的受力合理一、螺栓组连接的结构设计一、螺栓组连接的结构设计3、螺栓的布置应有合理的间距、边距一、螺栓组连接的结构设计3、螺栓的布置应有合理的间距、边距边距间距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2，3，4、6、8等数。同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均应相同。一、螺栓组连接的结构设计5、避免螺栓承受附加的弯曲载荷一、螺栓组连接的结构设计螺栓组受力分析的目的受力分析中的几个假设条件典型螺栓组受载情况2)承受转矩3)承受轴向载荷1)承受横向载荷4)受倾覆力矩螺栓组中各螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；假定底板为刚体，受载后联接接合面仍旧保持为平面。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。二、螺栓组连接的受力分析典型的螺栓组受载情况：M受横向载荷F∑F∑受转矩潘存云教授研制OTpD受轴向载荷F∑受倾覆力矩二、螺栓组连接的受力分析铰制孔用螺栓连接普通螺栓连接？在横向载荷的作用下被连接件之间有何运动趋势？载荷的特点：载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组的对称中心。F∑F∑F∑F∑二、螺栓组连接的受力分析1、受横向载荷的螺栓组连接Fs∑Fs∑靠螺栓杆受剪切和挤压抵制横向载荷靠预紧后结合面产生的摩擦力抵制横向载荷二、螺栓组连接的受力分析1、受横向载荷的螺栓组连接连接方式工作原理螺栓受力类型单个螺栓受力铰制孔螺栓连接普通螺栓横向工作剪力轴向预紧力Fs∑Fs∑i=?1i=?2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。T在转矩T作用下，被连接件底板将绕通过螺栓组对称中心O并与接合面相垂直的轴线转动。？在转矩作用下被连接件之间有什么运动趋势？二、螺栓组连接的受力分析2、承受转矩的螺栓组连接靠连接预紧后结合面产生的摩擦力矩抵抗转矩二、螺栓组连接的受力分析2、承受转矩的螺栓组连接连接方式工作原理螺栓受力类型单个螺栓受力铰制孔螺栓连接普通螺栓轴向预紧力r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8fF0fF0fF0fF0fF0fF0fF0fF0fF0fF0假设每个螺栓的预紧力均相同fF0

r1+……≥TKS由此可得+fF0

r2+fF0

r3+fF0

ri靠螺栓杆受剪切和挤压作用抵抗转矩靠连接预紧后结合面产生的摩擦力矩抵抗转矩二、螺栓组连接的受力分析2、承受转矩的螺栓组连接连接方式工作原理螺栓受力类型单个螺栓受力铰制孔螺栓连接普通螺栓工作剪力轴向预紧力F4F10F1F2F3F5F6F7F8F9由力的平衡：r10r9r1r2r3r4r5r6r7r8即：螺栓受力大小Fi与其到回转中心的距离ri成正比潘存云教授研制TOrmaxFmaxriFi铰制孔用螺栓，受力最大螺栓所受的工作剪力可见，距旋转中心O点最远的螺栓承受的工作剪力最大。图示凸缘连轴器，是承受转矩的螺栓组连接的典型部件。

凸缘联轴器铰制孔用螺栓？当螺栓分布在半径为r的圆周上，请写出Fmax的表达式。d二、螺栓组连接的受力分析2、承受转矩的螺栓组连接D2∑D1二、螺栓组连接的受力分析3、受轴向载荷螺栓组连接作用在螺栓组上轴向总载荷大小：FΣ方向：作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心单个螺栓受工作载荷——相同总载荷F2=F1+F单个螺栓所受载荷→→残余预紧力F1预紧力F0工作载荷？?？轴向载荷F作用下被连接件之间有什么运动趋势？答：此时，被连接件有分离的趋势。一般多用普通螺栓连接。结合面受力螺栓受力(1)基本假定螺栓、地基为弹性体；M作用在z-z平面内，机座在M作用下绕O-O转动机座刚性较大，变形后与基础的接触面仍为平面（2）受力分析

螺栓接合面左侧螺栓右侧螺栓左侧右侧预紧状态拉拉压压工作状态↑↑↓↓二、螺栓组连接的受力分析4、受倾覆力矩螺栓组连接F0F2F2mσp1σp2（3）螺栓所受最大工作载荷力平衡条件(a)代入(b)变形协调条件二、螺栓组连接的受力分析4、受倾覆力矩螺栓组连接MooLiLmaxFiFmaxFiFmax最大工作载荷？受倾覆（翻转）力矩作用的螺栓组联接中，螺栓的位置应尽量远离结合面的几何形心（）×平衡点A（4）单个螺栓-地基受力变形图线二、螺栓组连接的受力分析4、受倾覆力矩螺栓组连接螺栓受力：地基受力：底板受力：预紧拉力F0压力F00OO轴左侧F0↗F2（B1点）F0↘F1（C1）

F=F2–F1方向向下OO轴右侧F0↘

F2m（B2点）F0↗F1m（C2点）

Fm=F1m–F2m方向向上MooLiLmaxOO轴左侧螺栓力-变形线地基力-变形线（5）失效形式螺栓被拉断机座与地基的接合面被压溃或出缝隙二、螺栓组连接的受力分析4、受倾覆力矩螺栓组连接（6）校核方式接合面受压一侧不被压溃的条件接合面受拉一侧不出缝隙的条件⒈实际应用中，螺栓组所受的工作载荷常是四种简单受力状态的不同组合；可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，分别单独计算。然后进行叠加即可。⒉一般情况下，普通螺栓按轴向载荷与倾覆力矩确定螺栓的工作拉力；按横向载荷与转矩确定螺栓的预紧力；尔后确定螺栓的总拉力。二、螺栓组连接的受力分析几点结论⒊铰制孔用螺栓根据横向载荷和转矩确定螺栓的工作剪力。铰制孔：横向工作载荷通孔：预紧力单个螺栓工作载荷最大工作载荷螺栓组受力分析目的？求解单个螺栓上所受的载荷？普通螺栓组联接所受载荷可分解为（），（），（）（），4种基本载荷的组合。轴向载荷横向载荷转矩倾覆（或翻转）力矩PsinαPcosαPcosαM=

aPsinα+bPcosαPsinαPαab示例1：示例2：QaQTT=QaF合示例3：首先将P向0点简化，可以得到一个横向力和一个转矩。●在P作用下每个螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？●在T作用下每个螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？●将P和T作用下螺栓所受的力进行合成，结果如何？图示为铰制孔用螺栓组连接的两种方案，试分析哪个方案较好？LP2aTPLP2aTP75756060F4251243143F/42F/4F/4F/4FTFTFTFTFR1FR4FR3FR2r250矩形钢板用4个螺栓固定在250mm宽的槽钢上，受悬臂载荷F=16KN。试求：1）用铰制孔用螺栓连接，求受载最大的螺栓所受的横向剪力；2）用普通螺栓连接，求螺栓所受的预紧力。设摩擦系数f=0.3，可靠系数KS=1.1例题解：1、铰制孔螺栓由下图可知：1、2螺栓受力最大例题143F/42F/4F/4F/4FTFTFTFTFR1FR4FR3FR2rα该情况属于受横向载荷和转矩的铰制孔螺栓组连接横向载荷F下，螺栓受剪力相同，为转矩作用下，每个螺栓受工作剪力公式5-13：其中F作用下产生的转矩则相应的剪力为：总的最大载荷为：75756060F425例题2、用普通螺栓连接螺栓的受力分析同前，螺栓1、2传递的横向载荷最大每个螺栓仅受预紧力，并根据螺栓1或2求预紧力F0因此可得计算结果：普通螺栓连接，螺栓所需预紧力铰制孔用螺栓连接，螺栓1、2受力最大§5-6螺纹连接的强度计算概述受力类型失效形式设计准则轴向力横向力塑性形变断裂压溃螺栓杆被剪断保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度螺栓受载荷类型？轴向载荷横向载荷弯矩转矩确定螺栓受力计算危险截面直径螺纹根部截面积较小并有缺口应力集中部位螺杆头与光杆交接处计算普通螺栓连接时，只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度？概述松螺栓紧螺栓承受预紧力和工作拉力仅受预紧力承受工作剪力横向载荷轴向载荷一、松螺栓连接强度计算——校核式——设计计算式1、特点：装配时，螺母不拧紧；工作时，螺栓受纯拉伸，工作载荷为

F（N）。2、强度计算：只受预紧力普通螺栓F0F0TT1、仅承受预紧力的紧螺栓联接(1)受力特点预紧力F0→拉伸螺纹间摩擦力矩T1→扭转切应力(2)螺栓危险截面上的拉伸应力(3)螺栓危险截面上的扭转剪切应力为二、紧螺栓连接强度计算(4)计算应力：普通常用钢制螺栓并考虑根据第四理论轴向载荷1、仅承受预紧力的紧螺栓联接(1)受力特点预紧力F0→拉伸螺纹间摩擦力矩→扭转切应力(2)螺栓危险界面上的拉伸应力(3)螺栓危险界面上的扭转剪切应力为二、紧螺栓连接强度计算(4)计算应力(5)相关公式——校核式——设计计算式轴向载荷只受预紧力普通螺栓F0F0TT(1)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。（2）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。1、仅承受预紧力的紧螺栓联接二、紧螺栓连接强度计算横向载荷(3)计算应力(4)相关公式——校核式——设计计算式公式5-9求取★系数1.3的含义——※对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。二、紧螺栓连接强度计算1、仅承受预紧力的紧螺栓联接几点说明★受相同横向载荷情况下，普通螺栓比铰制孔用螺栓直径大。为什么？靠摩擦力抵抗工作载荷，要求保持较大的预紧力。如何减小直径？若要采用普通螺栓，靠利用减载键销或减载套筒。设计：潘存云FF/2F/2二、紧螺栓连接强度计算2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接载荷方向与螺栓轴向一致，螺栓受载前需预紧。（1）受力特点为什么？装配时：加载预紧力F0工作时：加载工作载荷F总载荷：F2=？F0FΔλ压F1压F00工件受力λb＋Δλλb0螺栓变形F00工作载荷拉F00螺栓受力λmF0预紧时工作时预紧前λm－ΔλF0↘F100工件变形预紧力二、紧螺栓连接强度计算2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接（2）受力分析承受工作载荷后预紧后F0F0λm

λbFFΔλ残余预紧力F1+FF1+FF0F0预紧前F1F1λm－Δλλ

b＋ΔλF2=F+F1二、紧螺栓连接强度计算2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接（3）应力应变线图分析F1F00工件受力λb＋Δλλb0螺栓变形F00工作载荷F00螺栓受力λmF0预紧时工作时预紧前λm－ΔλF0↘F100工件变形预紧力变形力bm力变形λ

bF0λ

mF0λbλ

mF0bm变形力FF1F2⊿λF0－⊿F⊿F残余预紧力工作载荷F2=F+F1二、紧螺栓连接强度计算2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接（4）应力应变线图与结构变形图的关系二、紧螺栓连接强度计算2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接（5）螺栓总工作载荷的求解F'λ

bλ

mF0bmλFFF1F2⊿λF－⊿F⊿FF2=F1

+FF2=F0＋⊿

F保证被联件结合面不出缝隙ïïîïïíìïîïíì===FFFFFFFF111）（平稳：）（波动：一般联接）（有紧密性要求：6.0~2.00.1~6.08.1~5.1法一二、紧螺栓连接强度计算2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接（5）螺栓总工作载荷的求解F'λ

bλ

mF0bmλFFF1F2⊿λF－⊿F⊿FCb

——螺栓的刚度；Cm

——被联接件的刚度螺栓与被联接件的相对刚度法二F2=F1

+FF2=F0＋⊿

FKC↑，F2↑，所需螺栓尺寸↑实际中KC尽量↓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。二、紧螺栓连接强度计算2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接（6）强度校核按照连接情况，求出螺栓的工作拉力F根据工作要求，求出所需的残余预紧力F1求解总载荷F2考虑可能需要的补充拧紧，将总载荷放大30%以考虑扭转切应力的影响，按公式进行校核或设计F2=F1

+FF2=F0＋⊿

F——校核式——设计计算式按静强度校核二、紧螺栓连接强度计算2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接（6）强度校核疲劳强度精确校核疲劳安全区塑性安全区J45°工作拉力在0~F间变化螺栓所受总拉力在

间变化最大拉应力最小拉应力应力幅按最小应力为常数校核计算安全系数AGIO区域CGI区域F0~F2F1~F2？对受轴向变载荷的普通螺栓联接适当增加预紧力可以提高螺栓的抗疲劳强度（）？压力容器盖的紧螺栓组连接，外载荷F为变载荷，若螺栓的最大总拉力F2和残余预紧力F1不变，只将螺栓由实心的变成空心的，则螺栓的应力幅（），预紧力F0应适当（）。√F2=F1

+F增大减小(1)工作原理：杆孔挤压、螺杆受剪传递横向力(2)失效形式：杆孔结合面压溃

螺杆剪断(3)设计准则：杆孔挤压强度条件螺杆剪切强度条件二、紧螺栓连接强度计算3、承受工作剪力的紧螺栓连接iim=2三、小结设计计算内容与步骤结构设计：确定螺栓布置形式、数量受力分析：确定螺栓组中受力最大螺栓和所受最大力强度计算：按受力最大螺栓确定整组螺栓直径松螺栓连接紧受预紧力F0承受横向载荷F受工作拉力紧螺栓连接受工作剪力紧螺栓连接F2=F1

+FF2=F0＋⊿

FF→F0F0为已知其受力分析的目的是求出（）。后者靠（）来抵抗外载荷，其受力分析的目的是（）。前者靠（）来抵抗外载荷，三、小结（1）外载荷为横向载荷时，可以用（）或（） 螺栓来进行连接。普通铰制孔用螺栓预紧后在接合面上产生的摩擦力求出螺栓所受的预紧力F0螺杆受剪切和挤压螺杆所受的工作剪力§5-7

螺纹连接件的材料及许用应力1、性能等级国家标准规定螺纹联接件按材料的力学性能分出等级；螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级：螺母的性能等级分为7级：在一般用途的设计中，通常选用4.8级左右的螺栓；螺母的性能等级不低于与其相配螺栓的性能等级。2、常用材料一般用途：低碳钢或中碳钢(35~45及Q235~Q275)重要联接：合金钢（40Cr、30CrMnTi）规则：小数点前数字表示σB/100

小数点后数字表示10σS/σB如：5.8级：表示σB=

，σS=一、螺纹连接件的材料抗拉强度极限屈服极限500MPa400MPa规则：数字粗略等于σmin/100?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。二、螺纹连接件的许用应力1、许用应力影响因素：载荷性质：静、变载荷材料质量：性能等级结构尺寸：尺寸系数装配质量：载荷控制准确性2、螺纹联接件的许用拉应力3、螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力4、螺纹联接件的安全系数（被联接件为钢）（被联接件为铸铁）pF气缸与气缸盖的螺栓连接中,已知气缸内径D=200mm,气缸内气体的工作压强p=1.2MPa,缸盖与缸体之间用橡胶垫圈密封。若螺栓数目z=10，螺栓分布圆直径D0=260mm，试确定螺栓直径，并检查螺栓间距t是否符合要求。D01、确定每个螺栓所受的轴向工作载荷F2、计算每个螺栓的总拉力根据连接的紧密性要求：F1=1.8F则总拉力：例题3、确定螺栓的公称直径1）螺栓材料选35钢，性能等级为4.8级，由表5-8得若装配时不控制预紧力，螺栓安全系数与直径的关系，用试算法。假定螺栓直径d=16mm，查表5-10得：s=4则：2）计算螺栓小直径d1由d1值查手册得螺纹外径d=16mm，为标准值，并与假定相符。例题4、检查螺栓间距t查表5-4，当，压力容器螺栓间距螺栓间距的计算结果能满足紧密性要求。例题§5-8提高螺纹连强度的措施受轴向变载荷的紧螺栓连接，在最小应力不变的条件下，应力幅越小，则螺栓越不容易发生疲劳破坏，连接的可靠性越高。轴向变载荷紧螺栓连接，应力幅变化范围△F=F0~F2措施降低螺栓刚度增大被连接件刚度以上两种措施并用一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅1、降低螺栓的刚度Ｆ0ＦＦ2Ｆ1ＦＦ2Ｆ1一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅（1）分析(2)具体措施：减小螺栓直径；使用空心螺栓；在螺母下面加装弹性元件可达相同效果（2）具体措施：合理设计联接的结构；避免在被联接件接合面上使用刚性小的垫片；采用密封环结构。2、提高被联接件的刚度Ｆ0ＦＦ2Ｆ1Ｆ1ＦＦ０一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅（1）分析设计：潘存云1、载荷分配不均现象及其产生的原因二、改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象工作中，螺栓受拉，螺母受压，从而产生螺距差，导致旋合的各圈螺纹牙受载不均。在联接承受轴向载荷作用时，其承受的载荷逐圈递减的。试验证明：约有三分之一的载荷集中在第一圈螺纹上，以后各圈递减，在第八圈以后螺纹几乎不承受载荷。利用增加螺母厚度来提高联接强度，其效果不大。F2螺母体螺栓杆螺母体螺栓杆FaF5/2F4/2F3/2F2/2F1/2F5/2F4/2F3/2F2/2F1/2F=F1+F2+F3+F4+F5F1>F2>F3>F4>F58圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。2、改善措施二、改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象悬置螺母环槽螺母内斜螺母组合螺母螺母悬置螺母螺杆都受拉螺距变化差小载荷分布趋于均匀。螺母内缘下端(螺栓旋入端)局部受拉效果不如悬置螺母。螺纹牙受力面由上而下受力面向外移下部发生变形，使得载荷上移加工复杂，限于大型或重要结构钢丝螺套三、减小应力集中的影响卸载槽卸载过渡结构加大圆角四、采用合理的制造工艺方法用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高30~40%冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等可提高疲劳强度热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度提高70~100%，此法具有优质、高产、低消耗功能控制单个螺距误差和螺距累积误差图示为一固定在钢制立柱上的铸铁托架，已知总载荷F∑=4800N，其作用线与水平线的夹角α＝40°，底板高h=340mm，宽b=150mm。试设计此螺栓连接。例题220340150++++280160F∑F∑vF∑h150例题220340150++++280160F∑F∑vF∑h150F∑轴向力F∑h横向力F∑v倾覆力矩轴向工作载荷F所需预紧力F0螺栓组连接的类型——受倾覆力矩螺栓组连接——受轴向载荷螺栓组连接——受横向载荷螺栓组连接单个螺栓受力类型——承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接可能的失效形式——轴向载荷和倾覆力矩作用下，结合面可能出现离缝或压溃——横向载荷作用下，支架可能下滑——受拉强度不满足轴向工作载荷Fmax式5-16式5-14式5-9解：1、螺栓组结构设计采用图示结构，螺栓数z=4，对称布置。2、螺栓受力分析1）在总载荷F∑的作用下，螺栓组连接承受以下各力和倾覆力矩的作用：轴向力F∑h

=横向力F∑v

=倾覆力矩M=2）在轴向力F∑h

的作用下，各螺栓所受的工作拉力为3）在倾覆力矩M的作用下，上面两螺栓受到加载作用，而下面两螺栓受到减载作用，故上面的螺栓受力较大，所受的载荷由式5-16确定因而单个螺栓最大的总工作载荷例题4）在横向力F∑v的作用下，底板结合面可能产生滑移，根据底板结合面不滑移的条件：根据已知条件查得则各螺栓所需要的预紧力为5）每个螺栓所受的总拉力F2为（承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接）例题F'λ

bλ

mF0bmλFFF1F2⊿λF－⊿F⊿FF2=F1

+FF2=F0＋⊿

F3、确定螺栓直径选择螺栓材料为Q235、性能等级为4.6级的螺栓，由表5-8查得屈服极限σS=240MPa，由表5-10查得安全系数（控制预紧力）S=1.5，故螺栓材料的许用应力根据式5-34求得螺栓危险截面直径为按粗牙普通螺纹标准（GB/T196-2003），选用螺纹公称直径d=12mm（螺纹小径d1=10.106mm>8.6mm）。例题4、校核螺栓组连接结合面的工作能力1）连接结合面下端的挤压应力不超过许用值，以防止结合面压碎。参考式5-20有由表5-6查得[σp]=0.5σB=125MPa>>1.84MPa,故连接结合面不会被压碎。2）连接结合面上端应保持一定的残余力，以防止托架受力时结合面产生间隙，即σpmin

>0，参考式5-21，有故结合面上端受压最小处不会产生间隙。例题5、校核螺栓所需预紧力是否合适例题已知σS=240MPa，取预紧力下限，即参考式5-2，对碳素钢螺栓，要求又§5-9螺旋传动1、螺旋传动的组成与功用组成：螺旋传动是由螺杆与螺母构成的功用：将回转运动转变为直线运动运动形式螺杆螺母螺杆螺母（旋转）螺杆（转动并移动）螺母螺杆螺母（转动并移动）①螺杆转动螺母移动④螺杆固定螺母转动和移动③螺母固定螺杆转动和移动②螺母转动螺杆移动一、螺旋传动的类型和应用一种螺旋千斤顶：螺杆连接于底盘固定不动4，转动手柄3使螺母回转并作上升或下降的直线运动，从而举起或放下托盘1常见的还有插齿机刀架传动图为应力试验机上的观察镜螺旋调整装置螺杆2、螺母3为左旋螺旋副当螺母转动时，螺杆带动观察镜上下移动台虎钳当螺杆与螺母作相对运动时，螺杆连同活动虎钳口作直线运动2、螺旋传动的类型与特点按照螺纹副的摩擦性质分类滑动螺旋传动滚动螺旋传动静压螺旋传动按照螺旋传动的用途分类传力螺旋传导螺旋调整螺旋优点：结构简单、制造方便、传动平稳、噪声小，可获得很大的减速比，从而能够承受较大的轴向载荷，并可实现自锁。缺点：磨损大、效率低。优点：摩擦损失比滑动螺旋小，故而效率高；缺点：滚动体需要返回通道，体积大，制造成本高。优点：传动摩擦损失和磨损都很小，效率很高；缺点：需要有一套油路装置，结构复杂。传递动力间歇性工作要求自锁传递运动长时连续工作高传动精度调整、固定零件位置空载下调整螺旋面间注入静压油，为液体摩擦状态。螺旋面间装有滚动体的螺旋传动，为滚动摩擦状态.螺杆与螺母直接接触，彼此间为滑动摩擦状态.一、螺旋传动的类型和应用二、滑动螺旋的结构和材料1．滑动螺旋的结构整体螺母组合螺母剖分螺母螺母结构:滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系。螺杆的材料要有足够的强度和耐磨性螺母的材料除了要有足够的强度外，还要求在与螺杆材料相配合时摩擦系数小和耐磨。2．滑动螺旋的材料滑动螺旋常用种类及其特点三、滑动螺旋传动的设计计算主要失效形式:螺牙的磨损设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距；校核螺杆、螺母强度等。设计方法和步骤：1．耐磨性计算2．螺杆强度计算3．螺母螺纹牙的强度计算4．螺杆稳定性计算三、滑动螺旋传动的设计计算1、耐磨性计算滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力:

其中：一般值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。——校核式——设计计算式增大螺距满足计算的螺纹中径按螺纹标准选择合适的直径和螺距不满足不满足基本原理计算步骤三、滑动螺旋传动的设计计算2、螺杆的强度计算螺杆的强度条件：式中，F为螺杆所受的轴向压力（或拉力）;

T为螺杆所受的扭矩螺杆工作时承受的载荷轴向拉力F扭矩T校核依据——第四强度理论求计算应力三、滑动螺旋传动的设计计算3、螺母螺纹牙的强度计算每圈螺牙上的平均压力为：F/u危险截面a–a

剪切强度条件弯曲强度条件一般螺母材料强度低，只需校核螺母当螺母与螺杆材料相同是，校核螺杆的强度，将公式中的D改为d1三、滑动螺旋传动的设计计算4、螺杆的稳定性计算工作情况：长径比较大的受压螺杆校核公式：传力螺旋传导螺旋精密螺杆或水平安装本章小结本章小结1、螺纹§5-1（1）螺纹及其连接件大都已标准化，少量未标准化的也有推荐尺寸。（2）对重要的螺纹连接，设计计算时只是确定螺栓危险截面的直径（多是小径）。（3）在个别特殊情况下，可以根据需要自行设计非标准螺纹连接件。（4）三角螺纹只能连接，不起密封作用。（5）梯形、锯齿形和矩形螺纹多作传动螺纹，其中锯齿形为单向传动。（6）所有螺纹连接件都不能保证螺杆与螺母之