第5章螺纹连接和螺旋传动

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连接件§5－3螺纹连接的预紧§5－5螺栓组连接的设计§5－7螺纹连接件的材料和许用应力§5－8提高螺纹连接强度的措施§5－9螺旋传动§5－4螺纹连接的防松§5－6螺纹连接的强度计算一、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d2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螺纹副螺旋传动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按螺纹的牙型分按螺纹的旋向分右旋螺纹左旋螺纹按螺旋线的根数分一般:n≤4n线螺纹:S=nPPSS=2PPSPS=P单线螺纹多线螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按回转体的内外表面分外螺纹内螺纹螺纹副连接螺纹传动螺纹按螺旋的作用分连接螺纹传动螺纹螺旋传动圆柱螺纹圆锥螺纹按母体形状分圆柱螺纹圆锥螺纹

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可查阅相关机械设计手册。螺纹的基本尺寸：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。

用螺纹密封的管螺纹非螺纹密封的管螺纹55˚dd2d1Pdd2d1P55˚φ2φ(3)中径d2d1d2d(1)大径d(2)小径d1二、螺纹的主要几何参数与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。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(5)螺距P(6)导程SS=nPSPP/2P/2(4)线数n螺纹的螺旋线数目。相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一圈所移动的轴向距离。(7)螺纹升角ψtgψ=πd2nP

ψ

(8)接触高度

h

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。d1d2dSPP/2P/2h内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。πd2Sψβ

(9)牙型角

α牙侧角

β

αβ牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。粗牙普通螺纹基本尺寸mmH=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˚30.52.6752.459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§5－2螺纹连接的类型及标准连接件螺栓连接基本类型螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接一、螺纹连接的基本类型

在被连接件上开有通孔，插入螺栓后，在螺栓的另一端拧上螺母。被连接件较薄，易做成通孔，可经常拆卸。▲普通螺栓连接：被连接件上的通孔与螺栓杆间留有间隙，通孔的加工精度要求低，结构简单，装拆方便。▲铰制孔用螺栓连接：孔与螺栓杆过渡配合，能精确固定被连接件的相对位置，能承受横向载荷。但孔的加工精度要求较高。1、螺栓连接普通螺栓铰制孔螺栓杆孔间隙过渡配合面螺栓连接

适用于结构上不能采用螺栓连接的场合，例如被连接件之一太厚不宜制成通孔，材料较软，需要经常拆装。拆卸这种连接时，不用拆螺柱。2.双头螺柱连接螺栓直接拧入被连接件的螺孔中，不用螺母。被连接件之一较厚、不易做成通孔，用于受力不大，不需经常拆卸的场合。结构上比双头螺柱连接简单、紧凑。3.螺钉连接利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面或顶入相应的凹坑中，以固定两零件相对位置，可传不大扭矩。4.紧定螺钉连接潘存云教授研制紧定螺钉锥端紧定螺钉

平端紧定螺钉地脚螺栓起吊螺钉5.其它螺纹连接T型螺栓螺纹的精度等级：GB3103.1-82规定为三级。A级：公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；B级：受载较大且经常拆卸，用于调整或承受变载荷的连接；C级：用于一般连接，最常用。二、标准螺纹连接件螺纹连接件均为标准件，常见的有螺栓、双头螺柱、螺母和垫圈等。这类零件的结构型式和尺寸都已标准化，设计中可根据有关标准选用。双头螺柱螺栓螺钉、紧定螺钉螺母六角螺母六角薄螺母圆螺母六角厚螺母其它螺母：§5－3螺纹连接的预紧一、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。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。二、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%。碳素钢螺栓：F0≤(0.6~0.7)σs

A1合金钢螺栓：F0≤(0.5~0.6)σs

A1A1——危险截面积，A1≈πd21/4对于重要的连接，应尽可能采用>M12的螺栓。三、预紧力控制方法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；3)定力矩扳手；4)测定伸长量。测力矩扳手定力矩扳手对于M10～M64粗牙普通螺纹的钢制螺栓：四、拧紧力矩T和预紧力的关系拧紧力矩T等于螺旋副间的摩擦阻力矩T1和螺母环形端面与被连接件（或垫圈）支承面的摩擦阻力矩T2之和，即：T=T1+T2T≈0.2F0d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，连接仍有可能松动而失效。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。二、防松的方法

§5－4螺纹连接的防松一、防松的目的——防止螺旋副相对转动。1、摩擦防松利用辅助元件（结构）防止螺纹副间摩擦力消失。弹簧垫圈对顶螺母自锁螺母

特点：防松简单、方便，但没有机械防松可靠。2.机械防松用防松元件约束螺纹副的相对运动。开口销与六角开槽螺母圆螺母与止动垫圈止动垫圈串联钢丝特点：防松可靠，适用于重要的连接。3、破坏螺纹副防松防松可靠，适用于重要连接。冲点法：冲坏螺纹副铆合法：端部铆死端焊法：端部焊死粘结法：拧紧时涂胶粘剂§5－5

螺栓组连接的设计设计螺栓组连接方法：首先选定螺栓的数目及布置形式，然后确定螺栓连接的结构尺寸。对于不重要的连接，用类比法确定，对于重要的连接，应找出受力最大的螺栓进行强度校核。一、螺栓组连接的结构设计主要目的：合理地确定连接结合面的几何形状、螺栓的布置形式和螺栓的个数；力求各螺栓和连接接合面间受力均匀，便于加工和装配。（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，通常连接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。基本原则：圆形圆环形矩形矩形框三角形（2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。a)

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；b)

当螺栓连接弯矩或转矩时，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。c)

当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用销、键、套筒等抗剪零件来承受横向载荷。dhD60˚CCEE60˚扳手空间的尺寸见有关标准。AB（3）螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间。对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺栓的间距应选取手册上的推荐值。（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。（5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。在结构上要设法保证载荷不偏心，在工艺上要保证被连接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。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。（6）合理地选择螺栓组的防松装置。二、螺栓组连接的受力分析▲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。▲受力分析时所作的假设：

c)受载后连接接合面仍保持为平面。b)螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；a)所有螺栓的材料、直径、长度均相同，预紧力相等且在结合面间产生的压力均匀分布；

▲受力分析的类型：横向载荷、转矩、轴向载荷、倾覆力矩。（1）对于铰制孔用螺栓连接，靠螺栓杆受剪切力和挤压来抵抗横向载荷。每个螺栓所受工作剪力为：z为螺栓数目。F为每个螺栓所受的横向工作剪力。F∑为横向总载荷。1．受横向载荷的螺栓组连接横向载荷的作用线与螺栓轴线垂直并过螺栓组的对称中心。（2）对于普通螺栓连接

，靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷。即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。或Ks为防滑系数，设计中可取Ks=1.1~1.3。F∑F∑F∑F∑f—接合面的摩擦系数，i—结合面数，F0—预紧力。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

▲采用普通螺栓时，靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。Tr1fF0fF0r2转矩T作用在连接接合面内，在转矩的作用下，底板将绕通过螺栓组对称中心并与接合面相垂直的轴线转动。根据作用在底板上的力矩平衡及连接强度的条件：潘存云教授研制TO

▲采用铰制孔用螺栓时，靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。rmaxFmaxriFi剪切力与距离r的比值为常数各螺栓所受的横向工作剪力和该螺栓轴线到螺栓组对称中心的连线相垂直。各螺栓剪切变形量与该螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离成正比。假设底板受载后仍为平面，则螺栓的剪切变形量与距离成正比，Fi=Kri潘存云教授研制TOrmaxFmaxriFi根据用用在底板上的力矩平衡条件推导出受力最大的螺栓的工作剪力为：3．受轴向载荷的螺栓组连接若作用在螺栓组上的轴向总载荷FΣ的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，当连接的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷F2为：F2=F1+F4．受倾覆力矩的螺栓组连接F2F0

F0

σp

(

F

0引起)F2mσp2(

F1m引起)σp1(

F1引起)LiLmaxOOxxOMM单个螺栓拉力产生的力矩为：Mi=Fi

Li假设底板受载后仍为平面，则螺栓受力与螺栓中心到螺栓组排列中心的距离成正比。首先，预紧力作用下，螺栓受拉，被连接件均匀受压。倾覆力矩作用下，一边螺栓的拉力、变形增加，而被连接件的受力、变形减小；另一边螺栓的拉力、变形减小，被连接件间压力、变形增大。螺栓的受力分析：倾覆力矩M作用在通过x-x轴并垂直于连接接合面的对称平面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已被拧紧，承受预紧力F0，螺栓有均匀的伸长，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。Om

力变形

Ob

A

F0

下图为单个螺栓—地基的受力变形图，斜线ObA表示螺栓的受力变形线，斜线OmA表示地基的受力变形线。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

未加倾覆力矩时，工作点在A点，∑Mi=0施加倾覆力矩M时:左边的螺栓和地基，工作点分别移至B1

和C1

右边的螺栓和地基，工作点分别移至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

A

F0

作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：为防止结合面受压最大处被压溃或受压最小处出现间隙，要求接合面压应力最大值不超过允许值，最小值不小于零。即：求得最大工作载荷[σp]—地基接合面的许用挤压应力，可查表选取。W—接合面的有效抗弯系数。A—接合面的有效面积。Z—总的螺栓个数。在实际使用中，螺栓组连接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。一般来说，对普通螺栓可按轴向载荷或（和）倾覆力矩确定螺栓的工作拉力；按横向载荷或（和）转矩确定连接所需要的预紧力，然后求出螺栓的总拉力。对铰制孔用螺栓则按横向载荷或（和）转矩确定螺栓的工作剪力。求得受力最大的螺栓及其所受的剪力后，再进行单个螺栓连接的强度计算。螺栓组的设计包括两部分内容：(1)正确进行结构设计，通过受力分析找出受力最大的螺栓；(2)按照单个螺栓连接的强度计算公式来设计这个受力最大的螺栓的尺寸，其余螺栓则按同样尺寸选用。设计时应正确解决的几个问题：(1)螺栓组的布置，一般可参考现有设备由经验确定；也可先将总载荷分解，再按各种载荷进行分配计算，再叠加，得到总载荷在各螺栓中的分配情况；(2)确定螺栓的拧紧力矩；必要时将这一结果标注到相应的图纸上；(3)确定螺栓直径，据此确定螺栓其他部分尺寸，并进行精确校核，疲劳强度校核时应特别注意受力变形线图；(4)采取适当措施提高螺栓连接强度。§5－6

螺纹连接的强度计算对于整个螺栓组来说，所受载荷可能是轴向载荷、横向载荷、弯矩和转矩等。对单个螺栓来说，其载荷形式皆为横向力或轴向力。一、螺纹连接的载荷形式和失效形式1.螺纹连接的载荷形式在进行螺栓连接的强度计算时，要先根据连接的类型、连接的装配情况、载荷状态条件，确定螺栓的受力，然后按相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径或校核其强度。其他尺寸可直接在标准中选用，不需进行强度计算。螺栓连接的主要失效形式—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—轴向变载荷2.

螺纹连接的失效形式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。二、松螺栓连接强度计算（工作前不预紧）螺栓工作之前不需拧紧螺母，螺栓不受力。失效形式：螺栓塑变或被拉断。强度条件：式中:d1——螺栓危险截面的直径

[σ]——螺栓材料的许用应力

F——工作拉力设计公式：三、紧螺栓连接强度计算工作前预紧（装配时须拧紧），在工作状态下可能还需要补充拧紧。螺栓受轴向拉力F0和摩擦力矩T1的双重作用。1.仅承受预紧力的紧螺栓连接F0T1F0T1拉应力：扭转切应力：分母为抗剪截面系数F0T1F0T1失效形式：螺栓塑变或被拉断。对于M10~M64的普通钢制螺纹，可取：tgφv

≈0.17，d2/d1=1.04～1.08,tgψ≈0.05得：τ≈0.5σ计算应力：强度条件：此类螺栓连接在拧紧时虽是同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时可以只按拉伸强度计算，并将所受拉力（预紧力）增大30%来考虑扭转的影响。因横向载荷是由预紧力F0在被连接件间产生的摩擦力来抵抗的，所以往往需要很大的预紧力，会使螺栓的结构尺寸增加，这时可采取各种减载零件来承担横向载荷。如销、套筒、键等。使连接接合面不滑移的预紧力：螺母未拧紧螺母已拧紧受工作载荷F2.受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接中图：加预紧力后→螺栓受拉伸长λb→被连接件受压缩短λm。右图：加载F

后，螺栓总伸长量增加为:

∆λ+λb被连接件压缩量减少为：λm-∆λ左图：螺栓和被连接件都不受力。因而也不产生变形。被连接件的压缩力由F0减至F1。F1称为残余预紧力总拉力F2为：F2=F+F1注意：由于螺栓和被连接件的弹性变形，连接受载后，预紧力发生了变化，螺栓的总拉力F2并不等于预紧力F0与工作拉力F之和，而是等于残余预紧力F1与工作拉力F之和。F2≠F0+FF1<F0

力与变形的关系图螺栓拉伸变形由坐标原点Ob向右量起；被连接件压缩变形由坐标原点Om向左量起。在连接尚未承受工作拉力F时，螺栓的拉力和被连接件的压缩力都等于预紧力F0。将上页中的两个图形合并成上图，由图可见，当连接承受工作载荷F时，螺栓的总拉力为：

F2=F1+F——相对刚度系数（可查表选取）Cb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0–F

1-根据上图的几何关系推导出螺栓总拉力和残余预紧力Cb—螺栓刚度Cm—被连接件刚度失效形式：被连接件结合面出现缝隙，螺栓塑变或被拉断。先计算出螺栓的总拉力F2，考虑到螺栓在总拉力F2的作用下可能需要补充拧紧，将总拉力增加30%，以考虑扭转切应力的影响。再进行强度计算。拉伸强度计算危险截面的拉伸强度条件：设计公式：疲劳强度计算：对于受轴向变载荷的重要连接，除了进行静强度计算外，还应对螺栓的疲劳强度作精确校核。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。若不考虑摩擦力矩的影响，有：DI∵σmin=const,应力工作点M落在ODGI区域内。依据疲劳强度理论有：式中：σ-1tc——螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限。可查表选取。ψσ——试件的材料常数碳素钢：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，可查表3．承受工作剪力的紧螺栓连接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。在连接结合面处，螺栓杆则受剪切。分别按挤压及剪切强度条件计算。F—螺栓所受的工作剪力d0—螺栓剪切面的直径Lmin—螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度螺栓杆的剪切强度条件为：设计时应使:Lmin≥1.25d0螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：在强度计算公式中所使用的载荷必须是计入各种影响后螺栓承受的总的载荷。松螺栓连接为工作载荷F；对只承受预紧力的紧螺栓连接要考虑拧紧力矩的影响，取预紧力F0的1.3倍；对同时承受预紧力和轴向工作力的紧螺栓连接，考虑受载后补充拧紧，总载荷取总拉力F2的1.3倍。注意§5－7

螺栓连接件的材料和许用应力一、螺纹连接件的材料螺栓、螺钉、螺柱的性能等级分为十级，分别为：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9。

小数点前的数字代表材料的抗拉强度极限（σB）的1/100，小数点后面数字代表材料的屈服极限（σs或σ0.2）与抗拉强度极限σB之比值（屈强比）的10倍。国家标准规定螺纹连接件按材料的力学性能分出等级。

作为标准件，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。例如，性能等级为6.8，6表示抗拉强度极限为600MPa，8表示屈服极限与抗拉强度极限之比为0.8。螺母的性能等级分7级，由数字4、5、6、8、9、10、12表示，数字粗略表示螺母所能承受最小应力σmin的1/100。螺栓、螺柱、螺钉常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素钢。螺母材料：比相配合的螺栓硬度低20～40HBS。特殊用途(防磁、防锈蚀、导电、耐高温等):特殊钢、铜合金、铝合金等。承受冲击、振动或变载荷的连接：15Cr、40Cr、30CrMnSi等合金钢。普通垫圈材料：Q235、15、35弹簧垫圈材料：65Mn且经热处理和表面处理。选用原则：一般用途选用4.8级左右的螺栓，重要场合选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。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、结构尺寸等有关。许用拉应力：许用挤压应力：—被连接件为钢—被连接件为铸铁S、Sτ,Sp——安全系数，可查表选取。许用剪应力：§5－8

提高螺纹连接强度的措施螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度。影响螺栓强度的主要因素有：螺纹牙的载荷分配、应力变化幅度、应力集中、材料的力学性能和制造工艺等方面。承受轴向变载荷的紧螺栓连接，螺栓的损坏形式主要是疲劳断裂。一、降低应力幅，提高螺栓疲劳强度螺栓损坏情况统计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。

减小应力幅的方法：

Cb

↓或Cm↑，F0

↑（适当）应力幅：残余应力：Cb—螺栓刚度Cm—被连接件刚度减小螺栓刚度的措施：适当增加螺栓的长度，或采用腰状杆螺栓和空心螺栓；或在螺母下面安装弹性元件。增大被连接件刚度的措施：可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。对于需要保持紧密性的连接，采用软垫片并不合适，可采用刚度较大的金属垫片或密封环。软垫片密封密封环密封二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象螺栓所受的总拉力F2都是通过螺栓和螺母的螺纹牙面相接触来传递的。当连接受载时，螺栓受拉伸，外螺纹的螺距增大，而螺母受压缩，内螺纹的螺距减小。各圈螺纹牙上的受力是不同的，约有1/3的载荷集中在第一圈上，第八圈以后的螺纹牙几乎不受力，采用加厚螺母，并不能提高连接强度。螺母体螺栓杆F2改善螺纹牙上载荷分布不均的措施:采用悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母、钢丝螺套等。▲悬置螺母：螺母的旋合部分全部受拉，其变形性质与螺栓相同，可以减小两者的螺距变化差，使螺纹牙上的载荷分布趋于均匀。螺母体、螺栓均受拉▲环槽螺母：这种结构可以使螺母内缘下端（螺栓旋入端）局部受拉，其作用和悬置螺母相似。▲内斜螺母：螺母下端（螺栓旋入端）受力大的几圈螺纹处制成10°～15°的斜角，使螺栓螺纹牙的受力面由上而下逐渐外移。这样，螺栓旋合段下部的螺纹牙在载荷作用下，容易变形，而载荷将向上转移使载荷分布趋于均匀。▲环槽内斜螺母：兼有环槽螺母和内斜螺母的作用。

▲钢丝螺套主要用来保护有色金属的螺纹孔，旋入后将安装柄根在缺口处折断，再将螺钉拧入其中。因有弹性而起到均载的作用。

三、减小应力集中的影响增大过渡圆角切制卸载槽设计卸载过渡结构r=0.2d；r1≈0.15d；r2≈1.0d；h=0.5d四、采用合理的制造工艺方法冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法比切削螺纹的疲劳强度高。另外，氮化、氰化、喷丸处理可提高螺纹连接件的疲劳强度。此外，在设计、制造和装配上应设法避免螺纹连接产生附加应力，以免严重降低螺栓的强度。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。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

结构简单，传动效率低

传动效率高，结构复杂作用：回转运动直线运动，同时传递动力。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和精度等与支承结构有直接关系。1、结构螺杆短而粗且垂直时，可用螺母作为支承；螺杆细而长且水平时，可在螺杆的两端或中间附加支承；轴向尺寸较大的螺杆，应采用对接的组合结构代替整体结构，以减少制造工艺上的困难。螺旋丝杆动画复式螺旋动画整体螺母组合螺母剖分螺母螺母结构整体螺母组合螺母调整楔快固定螺钉调整螺钉潘存云教授研制剖分螺母螺旋副材料要求：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。三、滑动螺旋传动的设计计算承受载荷：转矩、轴向力（拉力或压力）。设计准则：根据耐磨性条件确定直径，选择螺距；校核螺杆、螺母强度等。主要失效形式：螺牙的磨损。对于受力较大的传力螺旋，应校核螺杆危险截面以及螺母螺纹牙的强度，以防止发生塑性变形或断裂；对于要求自锁的螺杆应校核其自锁性；对于精密的传导螺旋应校核螺杆的刚度，以免受力后由于螺距的变化引起传动精度降低；对于长径比很大的螺杆，应校核其稳定性，以防止螺杆受压后失稳；对于高速的长螺杆还应校核其临界转速，以防止产生过度的横向振动等。在设计时，应根据螺旋传动的类型、材料、结构、工作条件分析主要失效形式，选择对应的设计准则进行计算。而不必逐项进行校核。螺杆α螺母1．耐磨性计算F—轴向力；u=H/Pu—螺纹工作圈数；d2—螺纹中径；h—螺纹的工作高度；H—螺母高度;hPHD2d2P—螺距;F/uF滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，其强度条件：许用压力矩形螺旋：

h=0.5P；锯齿形螺旋：h=0.75P代入上式得螺纹中径的计算公式：校核公式：p=πd2

huF=≤[p]MPa

πd2

hHFP令Φ=H/d2，失效形式：螺栓塑变或被拉断。30°锯齿形螺纹：φ=1.2~2.5整体式螺母2.5~3.5剖分式螺母一般取：u≤10梯形螺纹和矩形螺纹:φ值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。依据计算出的螺纹中径，按螺纹标准选择合适的直径和螺距。验算：若不满足要求，则增大螺距。对有自锁性要求的螺旋传动，应校核自锁条件：2．螺杆的强度计算对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度理论求出危险截面的计算应力：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：对碳素钢,[σ]=50~80MPa3．螺母螺纹牙的强度计算螺牙上的平均压力为：F/u螺纹牙多发生剪切和挤压破坏。一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。πDπD2aaF/uπDaaπDπD2aaF/u其危险截面a–a

的剪切强度条件：弯曲强度条件：4．螺杆的稳定性计算对于长径比较大的受压螺杆，需要校核压杆的稳定性，要求螺杆的工作压力F要小于临界载荷Fcr。螺杆的稳定性条件为：Ss=3.5~5传力螺旋2.5~4传导螺旋

>4精密螺杆或水平安装μ——螺杆长度系数，查表确定。I——螺杆危险截面的惯性矩

l——螺杆的工作长度（不同的支承结构，l取值不同）▲当λS<40时，不必进行稳定性校核。▲当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。SS——螺杆稳定性安全系数；Ssc——螺杆稳定性的计算安全系数；E——螺杆材料的拉压弹性模量；Fcr——螺杆的临界载荷；λS——螺杆的柔度；λS=μl/i，i—指危险截面的惯性半径。在螺杆和螺母之间设有封闭的循环滚道，其间充以滚珠或滚子，这样就使螺旋面间的滑动摩擦成为滚动摩擦。四、滚动螺旋传动和静压螺旋传动简介类型：滚珠螺旋、滚子螺旋。1、滚动螺旋传动简介特点：传动效率高，启动力矩小，传动灵敏平稳；磨损小，传动精度高；不自锁，可实现直线运动与旋转运动的转换；工作寿命长。但制造工艺较复杂，特别是长螺杆热处理及磨削质量难以保证，刚性和抗振性能较差。2、静压螺旋传动简介把静压原理应用于螺旋传动中，制成静压螺旋。特点：传动摩擦小，传动效率高，传动的刚性和抗振性好。计算举例例题1：一厚度δ=12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度δ1=30mm的铸铁支架上，螺栓的布置有两种方案，如下图所示。已知：螺栓材料为Q235，[δ]=95MPa、[τ]=96MPa,钢板[σ]p=320MPa，铸铁[σ]p1=180MPa，接合面间摩擦系数