第5章 螺纹联接和螺旋传动

2023/9/17第二篇连接12023/9/17主要内容连接的概述第五章：螺纹连接和螺旋传动第六章：键、花键、无键连接和销连接第七章：铆接、焊接、胶接和过盈连接22023/9/17连接的概述为什么需要连接？（相互作用的一种方式）（制造、安装、维修、运输等因素）方式设计连接时考虑的因素（强度、刚度、经济性、紧密性）32023/9/17连接的方式连接的种类动连接（运动副）静连接可拆不可拆铆接焊接胶接螺纹连接键、花键、销连接成型连接弹性环连接过盈连接（可拆、不可拆）42023/9/17常见的连接应用板件与板件（螺纹、焊接、铆接、胶接）杆件与杆件（螺纹、焊接）轴和轮毂（键、花键、过盈连接）轴和轴（联轴器、离合器）52023/9/17中国的第一座全钢结构铆接桥梁。62023/9/1772023/9/17第5章螺纹连接和螺旋传动§5－1螺纹§5－2螺纹连接的类型及标准联接件§5－3螺纹连接的预紧§5－6螺纹连接的强度计算§5－7螺栓的材料和许用应力§5－8提高螺栓连接强度的措施§5－9螺旋传动§5－4螺纹连接的防松§5－5螺栓组连接的设计82023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺纹的形成§5－1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92023/9/17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102023/9/17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螺纹的牙型潘存云教授研制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密封性好不适合传递力滑扣传动效率高牙根部有应力传动效略低牙根部应力小兼具两种优势单向传动112023/9/17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潘存云教授研制左旋螺纹122023/9/17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一般:n≤4双线螺纹单线螺纹PSS=2PPSPS=Pn线螺纹:S=nP潘存云教授研制潘存云教授研制132023/9/17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142023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制外螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制152023/9/17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162023/9/17连接螺纹传动螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制172023/9/17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182023/9/17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192023/9/17潘存云教授研制(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。βd1d2d(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。(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ψ

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(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。tgψ=πd2nP

牙侧角

β

αβψπd2SψS=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/2(8)接触高度

h

内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。h202023/9/17

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˚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联接；用于一般联接，最常用。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、受动载荷的联接和微调机构。Pd粗牙dP细牙dP细牙212023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制梯形螺纹：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：222023/9/17潘存云教授研制直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸mm30.52.6752.459公称直径（大径）粗牙细牙Dd螺距P中径D2d2小径D2d2螺距P40.73.5453.24250.83.5454.1340.350.5615.3504.91881.257.1886.647101.59.0268.3761.25,10.75121.7510.86310.1061.5,1.250.5(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H=0.866Pd2=d-0.6495Pd1=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)M24X1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5)PP/8P/8P/8H/4DdD2d2D1d1P/2P/430˚60˚90˚232023/9/17潘存云教授研制

细牙普通螺纹基本尺寸mm螺距P中径D2、d2

小径D1、d10.35d-1+0.773d-1+0.6210.5d-1+0.675d-1+0.4590.75d-1+0.513d-1+0.1881d-1+0.35d-2+0.9181.25d-1+0.188d-2+0.6471.5d-1+0.026d-2+0.3762d-2+0.701d-3+0.8353d-2+0.052d-4+0.752242023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制

梯形螺纹基本尺寸mm标记示例：Tr48X8(梯形螺纹，直径48，螺距8)Ph3=H4ac

第1系列第2系列D2d2D1

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-12105.50.540、70、8038、42、65d-5d-1086.50.548、5246、50d-4d-842.250.2516、2018d-2d-452.750.2524、2822、26d-2.5d-562.250.532、3630、34d-3d-6内螺纹外螺纹dPR1R2D1D4H1D2d2d3acac30˚

H4R2252023/9/17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˚圆锥管螺纹公称直径----管子的公称通径。强调与普通螺纹不同55˚55˚非螺纹密封的管螺纹dd2d1Pφ2φ262023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制§5－2螺纹联接的类型及标准联接件一、

螺纹联接的基本类型螺栓联接基本类型潘存云教授研制eaal1l1可承受横向载荷。螺纹余留长度l1铰制孔螺栓孔与螺杆之间留有间隙静载荷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≈0;螺纹伸出长度a=(0.2~0.3)d;螺栓轴线到边缘的距离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dd272023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、

螺纹联接的基本类型螺栓联接基本类型螺钉联接座端拧入深度H，当螺孔材料为：aee双头螺柱联接

联接件厚，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

l1l1HHH1H1H2H2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。d§5－2螺纹联接的类型及标准联接件282023/9/17潘存云教授研制一、

螺纹联接的基本类型螺栓联接基本类型螺钉联接双头螺柱联接紧定螺钉联接紧定螺钉§5－2螺纹联接的类型及标准联接件潘存云教授研制292023/9/17潘存云教授研制二、螺纹紧固件螺栓螺纹紧固件螺栓的结构形式LL0d六角头LdL0小六角头302023/9/17dL0L1LL1-----座端长度L0-----螺母端长度二、螺纹紧固件螺纹紧固件双头螺柱螺栓312023/9/17二、螺纹紧固件螺纹紧固件末端结构头部结构螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓322023/9/17潘存云教授研制二、螺纹紧固件螺纹紧固件潘存云教授研制地脚螺栓潘存云教授研制起吊螺钉吊环螺母螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹联接T型螺栓332023/9/17六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圆螺母二、螺纹紧固件螺纹紧固件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有六十余种不同结构的螺母螺母螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹联接342023/9/17潘存云教授研制其它螺母：352023/9/17潘存云教授研制其它螺母：362023/9/17垫圈平垫圈薄平垫圈A型平垫圈B型平垫圈螺母螺钉、紧定螺钉双头螺柱二、螺纹紧固件螺栓螺纹紧固件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。专用螺纹联接372023/9/17§5－3螺纹联接的预紧预紧力：大多数螺纹联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：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧力的确定原则：拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。

一、概述一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，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≈πd21/4382023/9/17二、

拧紧力矩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—摩擦系数。无润滑时取：fc=0.15简化公式：

适用于M10~M60的粗牙螺纹fc=0.15,

T≈0.2F0dFa总力矩：

注意：对于重要的联接，应尽可能采用>M12的螺栓。Td0ddw392023/9/17潘存云教授研制测力矩扳手预紧力控制方法:联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，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，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联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。LS1)凭手感经验；2)测力矩扳手；3)定力矩扳手；4)测定伸长量。LMLS402023/9/17潘存云教授研制联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，联接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓联接，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尼龙圈锁紧螺母弹簧垫圈对顶螺母§5－4螺纹联接的防松防松----防止螺旋副相对转动。41自锁螺母2023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制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422023/9/172.采用专门防松元件防松431.圆螺母安装前必须将表面毛刺打磨干净。2.圆螺母必须与止动垫配套安装。3.圆螺母倒角面要压住被定位零件，不能反装。4.止动垫内爪使用钢丝钳弯折，要有圆角过度，避免弯成直角，并且折弯位置应离开根部一点，否则易断。2023/9/172.采用专门防松元件防松445.止动垫外爪使用榔头加钝刃錾子弯折入槽。不能使用锋利的錾子弯折,以免将外爪錾断或削弱外爪强度。6.安装或拆卸圆螺母必须使用专用的钩形扳手，严禁使用錾子击打。在不便于使用钩形扳手的场合，允许使用钝刃的錾子安装，但是要控制好力度，避免破坏圆螺母上的槽。留圆角，避免断裂留圆角，避免断裂2023/9/173.其他方法防松1~1.5P用冲头冲2~3点冲点防松法粘合法防松涂粘合剂452023/9/17§5－5

螺栓组连接的设计在设计螺栓组联接时，关键是联接的结构设计。它是根据被联接件的结构和联接的用途，确定螺栓数目和分布形式。▲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，通常连接结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：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462023/9/17▲螺栓布置应使各螺栓的受力合理潘存云教授研制FFa)对于铰制孔用螺栓联接，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!b)当螺栓联接受弯距或转距时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。472023/9/17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潘存云教授研制dhD▲螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间c)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。60˚CCEE60˚扳手空间的尺寸见有关标准。AB482023/9/17潘存云教授研制对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。t0螺栓间距t0工作压力(MPa)7d4.5d4.54d3.53dt0(mm)≤1.61.6~44~1010~1616~2020~30d▲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。492023/9/17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保证被联接件，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。▲避免螺栓承受附加的弯曲载荷。采用凸台或沉孔结构切削加工支承面支承面不平支承面倾斜采用斜垫圈502023/9/17二、螺栓组连接的受力分析▲受力分析的目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。▲

受力分析时所作假设：

a)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；c)受载后联接接合面仍保持为平面。▲受力分析的类型：b)螺栓组的对称中心与联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M512023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制（1）对于铰制孔用螺栓联接，每个螺栓所受工作剪力为：（2）对于普通螺栓联接，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联接。1．受横向载荷的螺栓组连接或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522023/9/17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，是靠联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，F=Kri剪切力与距离r的比值为常数532023/9/173．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，当联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+Fp潘存云教授研制DF∑FF542023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制4．受倾覆力矩的螺栓组连接

倾覆力矩M作用在联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o-o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=FiLi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：552023/9/17潘存云教授研制F1m

强调是基座上的压力Fm

F2m

F1

F

F2

C2

单个螺栓的受力分析：Om

力变形Ob

作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：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。F2

F2m

C1

B2

B1

求得最大工作载荷A

F0

562023/9/17螺栓的总拉力：

为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：表8-5联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[σ]p(Mpa)0.8σs(0.4~0.5)σB2.0~3.01.5~2.02.0~4.0直接引用前面的结论572023/9/17§5－6螺纹联接的强度计算螺栓联接的主要失效形式：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断裂--轴向变载荷582023/9/17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，螺栓联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、松螺栓联接强度计算强度条件：式中:d1----螺纹小径mm，[σ]—许用应力二、紧螺栓联接强度计算FaFa力除以面积设计公式：装配时须要拧紧，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强度2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接3.承受工作剪力的紧螺栓联接装配时不须要拧紧592023/9/17螺栓受轴向拉力F0和摩擦力矩T1的双重作用。拉应力：1.仅承受预紧力的紧螺栓强度扭转切应力：得：

τ≈0.5σ分母为抗剪截面系数计算应力：由此可见，对于M10—M64普通螺纹的钢制紧螺栓联接，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。强度条件：602023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制当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。C---可靠性系数，常取C=1.1~1.3预紧力F0

：f---摩擦系数，对钢与铸铁，取:

f=0.1~0.15m---结合面数上图m=1,下图m=2若取f=0.15，C=1.2,m=1,

则：F0

≥8F→结构尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0612023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制FF/2F/22.受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接改进措施：

a.采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用b.采用无间隙的铰制孔螺栓。设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：p·πD2/4F

=ZpFFD潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制622023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制受载变形特别注意，轴向载荷：F2≠F0+F加预紧力后→螺栓受拉伸长λb→被联接件受压缩短λm加载F

后:螺栓总伸长量增加为:总拉力为：被联接件压缩量减少为：

残余预紧力减少为：F1

很显然:F1<F0被联接件放松了∆λ+λbλm-∆λ潘存云教授研制松弛状态预紧状态λbF0F0λmFFF0F0FFFFF2F2F2=F+F1∆λF1F1∆λ

632023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制λb∆λ联接件变形力螺栓变形力∆Fb∆Fm螺栓变形力F2F1FF0F0λmF0λbλmarctgCbarctgCm642023/9/17潘存云教授研制力螺栓变形arctgCb----相对刚度系数F=∆Fb+∆Fm=(Cb+Cm)∆λCb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0–F

1-F1=F0-∆F=F0

-Cm∆λF2=F0

+∆Fb=F0

+Cb∆λCb+CmF∆λ=FF2∆FbF0∆λ代入得：表5-4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∆FmF1652023/9/17静强度条件：重要场合的螺栓联接，还应进行疲劳强度校核。设计公式：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：662023/9/17DI∵σmin=const,应力工作点M落在ODGI区域内，依据疲劳强度理论有：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

=0.3~0.3σminMσ-1eσ-1σaσmOCAσSGMM’3Kσ

----综合影响系数S

----安全系数见下页672023/9/17潘存云教授研制表5-11螺栓联接的安全系数S碳素钢5~44~2.52.5~2碳素钢12.5~8.58.58.5~12.5M6~M16M16~M30M30~M60M16~M16M16~M30M30~M60不控制预紧力的计算控制预紧力的计算受载类型静载荷变载荷松螺栓联接1.2~1.7合金钢5.7~55~3.43.4~3合金钢10~6.86.86.8~101.2~1.51.2~1.5(Sa=2.5~4)钢：Sτ=2.5，Sp=1.25，钢：Sτ=3.5~5，Sp=1.5铸铁：Sp=2.0~2.5，铸铁：Sp=2.5~3铰制孔用螺栓联接受轴向及横向载荷的普通螺栓联接紧螺栓联接682023/9/173．承受工作剪力的紧螺栓联接

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。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铰制孔螺栓FFd0设计时应使:Lmin≥1.25d0d0－螺栓剪切面的直径（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；692023/9/17§5－7螺栓的材料和许用应力一、螺纹联接件材料螺栓、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。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级。3.64.64.85.6586.88.89.810.912.9作为标准零件，螺纹联接件是按其性能等级选用的。对于一定性能等级的螺纹联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。垫圈：Q235、15、35垫圈：

65Mn702023/9/17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。456891012712023/9/17二、螺纹联接件的许用应力

螺纹联接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷)、装配情况(松、紧联接)、材料、结构尺寸有关。许用拉应力：许用剪应力和挤压应力：--被联接件为钢--被联接件为铸铁Sτ,Sp---安全系数，其取值详见下页表。722023/9/17潘存云教授研制表5-11螺栓联接的安全系数S碳素钢5~44~2.52.5~2碳素钢12.5~8.58.58.5~12.5M6~M16M16~M30M30~M60M16~M16M16~M30M30~M60不控制预紧力的计算控制预紧力的计算受载类型静载荷变载荷松螺栓联接1.2~1.7合金钢5.7~55~3.43.4~3合金钢10~6.86.86.8~101.2~1.51.2~1.5(Sa=2.5~4)钢：Sτ=2.5，Sp=1.25，钢：Sτ=3.5~5，Sp=1.5铸铁：Sp=2.0~2.5，铸铁：Sp=2.5~3铰制孔用螺栓联接受轴向及横向载荷的普通螺栓联接紧螺栓联接732023/9/17§5－8提高螺栓联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：一、降低螺栓总拉伸载荷F2的变化范围轴向工作载荷F的变化范围:0~FCb+CmCbF0~F0+F总拉伸载荷的F2变化范围:

Cb

↓

或

Cm↑→F2变化范围∆F

↓提高螺栓联接强度的措施有哪些呢？

以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。65%20%15%742023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F0

θm

θb措施一：降低螺栓刚度（

C’b<Cb,θ’b

<θb

）措施二：提高被联接件刚度（C’m>Cm,θ’m

>θm

）

措施三：综合措施（

C’b<Cb,C’m>Cm,F’0>F0

）∆FFF1

F2

F’2F’

∆F

θ’m

F’1θ’bF’0θm

虽然F’=F∆F’<∆F强调残余预紧力减小但有∆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。F’2F’∆F’F’1

θ’b

F0

θm

θb∆FFF1

F2

F’F’1∆F’F0

θb∆FFF1

F2

θm

752023/9/17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d0.8d0.7dd采用柔性结构：加弹性元件、或采用柔性螺栓。2.有密封要求时，采用金属薄垫片3.或者采用O形密封圈宜采取措施:因密封采用软垫片将降低被联接件的刚度，这时可采用762023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制二、改善螺纹牙间的载荷分布措施:

采用均载螺母。加厚螺母不能提高联接强度。普通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螺母体螺栓杆FF=F1+F2+F3+F4+F5F1>F2>F3>F4>F510圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。螺栓杆F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。加厚螺母772023/9/17潘存云教授研制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螺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联接。782023/9/17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支承面不平三、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采用凸台或沉孔结构切削加工支承面潘存云教授研制被联接件变形太大3.卸载过渡结构要从结构、制造与装配精度采取措施。792023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制五、采用特殊制造工艺冷镦头部、辗压螺纹疲劳强度提高30%比车削表面处理：氰化、氮化也能提高疲劳强度。球面垫圈采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺栓的装配精度。腰环螺栓802023/9/17一、螺旋传动的类型和应用调整螺旋静压螺旋类型运动形式有：§5－9螺旋传动螺母固定，螺杆转动并移动螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。作用：回转运动直线运动，同时传递动力。螺杆转动，螺母移动按用途分传力螺旋传导螺旋滑动螺旋滚动螺旋按摩擦性质分

传递动力

传递运动,要求精度高

调整相对位置812023/9/17调整螺旋调整螺旋822023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制应用:

机床的进给机构、起重设备（千斤顶）、锻压机械(压力机)、测量仪器（千分尺）、工具（老虎钳）、夹具、玩具、机器人及其他工业装备中。二、滑动螺旋的结构和材料

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。压力机1、结构千斤顶832023/9/17潘存云教授研制潘存云教授研制整体螺母组合螺母剖分螺母螺母结构潘存云教授研制组合螺母调整楔快固定螺钉调整螺钉剖分螺母842023/9/17潘存云教授研制螺旋副材料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦系数小2．滑动螺旋的材料螺杆材料:Q257、45、50钢，或T12、40Cr、65Mn螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3.螺杆-螺母材料滑动速度m/min许用压力/Mpa摩擦系数低速18~25≤311~186~127~10>151~2

淬火钢-青铜

钢-青铜

钢--铸铁

钢—钢

6~1210~130.06~0.08

<2.413~18

6~124~7

低速7.5~130.11~0.170.08~0.1

0.12~0.15

表5-14滑动螺旋副材料的许用压力[p]及摩擦系数

852023/9/17潘存云教授研制三、滑动螺旋传动的设计计算承受载荷:

转矩、轴向力设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距；校核螺杆、螺母强度等。主要失效形式:

螺牙的磨损表5-15

滑动螺旋副材料的许用应力许用应力/MPa螺旋副材料螺杆钢

[σs]/(3~5)螺母青铜

40~6030~40铸铁

45~5540钢

(0.1~0.2)[σ]0.6[σ][σ][σb][τ]注：1)σs

为材料的屈服极限；

2)载荷稳定时，许用应力取大值。862023/9/17对螺旋传动的要求:

强度足够,耐磨,摩擦系数小.螺杆材料:Q257、45、50钢，或T12、40Cr、65Mn螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、

ZCuAl10Fe3.失效形式:磨损通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺旋各主要参数，而后对可能发生的其他失效一一校核。一)耐磨性计算校核公式：影响磨损的原因很多，目前还没有完善的计算方法，通常是限制螺纹接触处的压强。p=≤[p]MPa

πd2hzFaFa为轴向力；z为参加接触的螺纹圈数；d2为螺纹中径；h为螺纹的工作高度；[p]为许用压强。速度v<12m/min4~77~1010~13低速，如人力驱动等10~1815~25-----表5-8螺旋副的许用压强许用压强配对材料钢对铸铁钢对