螺纹连接与螺旋传动

关于螺纹连接与螺旋传动

机器是零部件通过联接实现的有机组合体。在机械中，联接是指为实现某种功能，使两个或两个以上的零件相互接触，并以某种方式保证一定的位置关系。如果被联接件间相互位置固定，不能作相对运动，称为静联接，能作相对运动的则称为动联接（如铰链等）。习惯上，机械设计中的联接通常指的是静联接，简称联接。联接的方法很多，有些联接需要专门的联接件，如箱体与箱盖的螺纹联接，轴与轴上零件（如齿轮、带轮）的键联接。联接件又称紧固件，常见的有螺栓、螺母、键、销等；有些联接则不需要专门的联接件。引言：第2页,共110页，星期六，2024年，5月第3页,共110页，星期六，2024年，5月2.1螺纹联接的基本知识一、螺纹的形成二、螺纹的主要参数三、几种常用螺纹的特点和应用第4页,共110页，星期六，2024年，5月一、螺纹的形成第5页,共110页，星期六，2024年，5月一、螺纹的形成螺旋线----将一与水平面倾斜角为

的直线绕在圆柱体上，即可形成一条螺旋线。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。第6页,共110页，星期六，2024年，5月按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按回转体的内外表面分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹第7页,共110页，星期六，2024年，5月螺纹的牙型第8页,共110页，星期六，2024年，5月按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按回转体的内外表面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第9页,共110页，星期六，2024年，5月按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按回转体的内外表面分

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外螺纹内螺纹螺纹副螺纹配合第10页,共110页，星期六，2024年，5月第11页,共110页，星期六，2024年，5月二、螺纹的主要参数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。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。第12页,共110页，星期六，2024年，5月二、螺纹的主要参数(5)导程SS=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(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tgψ=πd2

nP

第13页,共110页，星期六，2024年，5月二、螺纹的主要参数(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。牙侧角

β

(8)接触高度

h

内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。第14页,共110页，星期六，2024年，5月二、螺纹的主要参数第15页,共110页，星期六，2024年，5月三、几种常用螺纹的特点和应用1.普通螺纹的代号与标记（1）普通螺纹代号的组成：由螺纹代号M、公称直径、螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号所组成。粗牙普通螺纹用字母M及公称直径表示细牙普通螺纹用字母M及公称直径×螺距表示（2）普通螺纹标记：第16页,共110页，星期六，2024年，5月注：（1）当螺纹为左旋时，在螺纹代号之后加“LH”字、右旋螺纹不标注旋向代号。（2）旋合长度有长旋合长度L、中等旋合长度N和短旋合长度S三种，中等旋合长度N不标注。（3）公差带代号中，前者为中径公差带代号，后者为顶径公差带代号，两者一致时则只标注一个公差带代号。内螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母。（4）内、外螺纹配合的公差带代号中，前者为内螺纹公差带代号后者为外螺纹公差带代号，中间用“/”分开。1.普通螺纹的代号与标记第17页,共110页，星期六，2024年，5月示例:普通螺纹的含义1、普通粗牙螺纹：M12LH--7g--L2、普通细牙螺纹：M12×1--7H8H3、内外配合螺纹：M12LH--6H/7gM12×1--6H/7g8g第18页,共110页，星期六，2024年，5月2.梯形螺纹的代号与标记说明：①单线螺纹只标注螺距，多线螺纹标注螺距和导程。②右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹用LH表示。③旋合长度有长旋合长度L、中等旋合长度N两种，中等旋合长度N不标注。④公差带代号中，螺纹只标注中径公差带代号。内螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母。⑤内、外螺纹配合的公差带代号中，前者为内螺纹公差带代号，后者为外螺纹公差带代号，中间用“/”分开。

（1）梯形螺纹代号组成：特征代号Tr、公称直径、螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号所组成。第19页,共110页，星期六，2024年，5月Tr24×10(p5)LH-7H示例:梯形螺纹的含义梯形螺纹公称直径导程螺距左旋中径公差带代号2.梯形螺纹的代号与标记第20页,共110页，星期六，2024年，5月3、管螺纹标记说明：①管螺纹尺寸代号不再称作公称直径，也不是螺纹本身的任何直径尺寸，只是一个无单位的代号。②管螺纹为英制细牙螺纹，其公称直径近似为管子的内孔直径，以英寸为单位。③右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹则用LH表示。④非螺纹密封管螺纹的外螺纹的公差等级有A、B两级，A级精度较高；内螺纹的公差等级只有一个，故无公差等级代号。⑤内、外螺纹配合在一起时，内、外螺纹的标注用“/”分开，前者为内螺纹的标注，后者为外螺纹的标注。

管螺纹用螺纹密封的管螺纹非螺纹密封的管螺纹第21页,共110页，星期六，2024年，5月1）非螺纹密封的管螺纹：G1A-LH示例:管螺纹的含义2）螺纹密封的管螺纹：R2-LHRc2Rp2外螺纹公差等级代号圆锥内螺纹尺寸代号圆柱内螺纹圆锥外螺纹非螺纹密封管螺纹尺寸代号左旋尺寸代号尺寸代号左旋3、管螺纹标记第22页,共110页，星期六，2024年，5月常用螺纹的类型特点和应用第23页,共110页，星期六，2024年，5月常用螺纹的类型特点和应用第24页,共110页，星期六，2024年，5月习题：1.螺纹的分类。2.螺纹的主要参数。3.解释下列螺纹代号：M20-5H，M16-5H6H-L，M30X1-6H/5g6g4.有一普通螺栓，已知直径d=20mm,中径d2=18.376mm,小径d1=17.294mm，螺距p=2.5mm，螺纹头数n=2，试求：1）螺栓的导程S；2）螺栓的升角Ψ第25页,共110页，星期六，2024年，5月习题：3.解释下列螺纹代号：M20-5H，M16-5H6H-L，M30X1-6H/5g6g；普通内螺纹，公称直径为20mm，中径和顶径公差带代号均为5H；普通内螺纹，公称直径为16mm,中径公差带代号为5H，顶径公差带代号为6H，长旋合长度公称直径为30mm，螺距为1mm的普通内、外螺纹配合。内螺纹的中径与顶径公差带代号为6H；外螺纹的中径公差带代号为5g，顶径公差带代号为6g4.有一普通螺栓，已知直径d=20mm,中径d2=18.376mm,小径d1=17.294mm，螺距p=2.5mm，螺纹头数n=2，试求：1）螺栓的导程S；2）螺栓的升角Ψ第26页,共110页，星期六，2024年，5月2.2螺纹联接的预紧和防松一、标准螺纹联接件二、螺纹联接的基本类型三、螺纹联接的预紧四、螺纹联接的防松第27页,共110页，星期六，2024年，5月一、标准螺纹连接件

螺纹联接件品种很多，大都已标准化。常用的标准螺纹联接件有螺栓、螺钉、紧定螺钉、自攻螺钉、双头螺柱、螺母和垫圈。第28页,共110页，星期六，2024年，5月1.螺栓

机械零件，配用螺母的圆柱形带螺纹的紧固件。由头部和螺杆（带有外螺纹的圆柱体）两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件。

按连接的受力方式分：分普通的和有铰制孔用的。按头部形状分：有六角头的，圆头的，方形头的，沉头的等等。其中六角头是最常用的。一般沉头用在要求连接的地方。第29页,共110页，星期六，2024年，5月2.螺钉（螺丝）

螺钉[Screw]，也有人叫它“螺丝”（螺丝钉）、“螺杆”（螺丝杆）。其实螺丝是通称，而螺丝钉、螺丝杆都是互有区别的。螺丝钉一般叫木螺丝；是前端有尖头的那种，螺距较大，一般用于紧固木制件、塑料件。螺丝杆是机螺丝（机械螺丝），是前端平头的那种，螺距较小，均匀，一般用于紧固金属、机器部件。

种类有开槽普通螺钉、内六角螺钉、十字槽普通螺钉、吊环螺钉等。第30页,共110页，星期六，2024年，5月3.紧定螺钉（支头螺钉、定位螺钉）

专供固定机件相对位置用的一种螺钉。使用时，把紧定螺钉旋入待固定的机件的螺孔中，以螺钉的末端紧压在另一机件的表面上，即使前一机件固定在后一机件上。第31页,共110页，星期六，2024年，5月4.自攻螺钉

自攻螺钉，是在金属或非金属材料之预钻孔中自行攻钻出所配合阴螺纹之一种有螺纹扣件。自攻螺钉多用于薄的金属板（钢板、锯板等）之间的连接。连接时，先对被连接件制出螺纹底孔，再将自攻螺钉拧入被连接件的螺纹底孔中。由于自攻螺钉的螺纹表面具有较高的硬度（≥45HRC），可在被连接件的螺纹底孔中攻出内螺纹，从而形成连接。

螺钉头部形状有圆头，平头，半沉头及沉头等。由于其自行成型或攻出其配合螺纹，因此在组合上具有高防松能力，且可以装卸。在小形螺丝上其尺寸，螺纹型式，头型，攻钻性能在工程用途上几乎无可限量。第32页,共110页，星期六，2024年，5月5.双头螺柱（双头螺栓）

用于连接机械的固定链接功能，双头螺栓两头都有螺纹，中间的螺杆，有粗的也有细的。一般用于矿山机械，桥梁，汽车，摩托车，锅炉钢结构，吊塔，大跨度钢结构和大型建筑等。主要用途：

1.用在主体为大型设备，需要安装附件，比如视镜、机械密封座、减速机架等。这时就用到双头螺栓，一端拧入主体，安装好附件后另一端带上螺母，由于附件是经常拆卸的，螺纹会磨损或损坏，使用双头螺栓更换会非常方便。

2.用于连接体厚度很大，螺栓长度非常长时，会用双头螺栓。

3.用于连接厚板和不便使用六角螺栓连接的地方，如混凝土屋架、屋面梁悬挂单轨梁悬挂件等。第33页,共110页，星期六，2024年，5月6.螺母

螺母就是螺帽,与螺栓或螺杆拧在一起用来起紧固作用的零件，所有生产制造机械必须用的一种元件。根据材质的不同，分为碳钢、不锈钢、有色金属（如铜）等几大类型。螺母是具有内螺纹并与螺栓配合使用的紧固件,具有内螺纹并与螺杆配合使用用以传递运动或动力的机械零件。

六角螺母(Hexagonnut)与螺栓、螺钉配合使用，起连接紧固机件作用。其中经1型六角螺母应用最广，C级螺母用于表面比较粗糙、对精度要求不高的机器、设备或结构上；A级和B级螺母用于表面比较光洁、对精度要求较高的机器、设备或结构上。2型六角螺母的厚度m较厚，多用于常经常需要装拆的场合。六角薄螺母的厚度m较薄，多用于被连接机件的表面空间受限制的场合。第34页,共110页，星期六，2024年，5月7.垫圈

指垫在被连接件与螺母之间的零件。一般为扁平形的金属环，用来保护被连接件的表面不受螺母擦伤，分散螺母对被连接件的压力。

平垫圈一般用在连接件中一个是软质地的，一个是硬质地较脆的，其主要作用是增大接触面积，分散压力，防止把质地软的压坏。而弹簧垫圈的弹簧的基本作用是再螺母拧紧之后给螺母一个力，增大螺母和螺栓之间的摩擦力。弹簧垫圈在一般机械产品的承力和非承力结构中应用广泛，其特点是成本低廉、安装方便，适用于装拆频繁的部位。但是弹簧垫圈的防松能力很低，尤其在欧美各国要求可靠性高的产品中采用率极低，特别是重要的承力结构连接部位早已被抛弃。第35页,共110页，星期六，2024年，5月标准螺纹联接件实物第36页,共110页，星期六，2024年，5月二、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.紧定螺钉联接第37页,共110页，星期六，2024年，5月1.螺栓联接第38页,共110页，星期六，2024年，5月2.双头螺柱联接工作原理：螺栓受拉力，承受外载应用：被联接件较厚，且常拆卸处第39页,共110页，星期六，2024年，5月3.螺钉联接工作原理：螺栓受拉承受外载应用：一被联件较厚，但不常拆卸处第40页,共110页，星期六，2024年，5月4.紧定螺钉联接工作原理：靠拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一个零件的表面，或者顶入相应的凹坑中，将零件固定。应用：薄壁件联接第41页,共110页，星期六，2024年，5月三、螺纹联接的预紧

大多数螺纹联接在承受工作载荷之前，装配时就已经拧紧，称之为预紧。螺纹联接在承受工作载荷之前预先受到的一个拧紧作用力叫做预紧力。装配时预紧的螺栓联接称为紧螺栓联接。预紧的目的防止联接松脱，增强可靠性。

被联接件结合面具有足够的紧密性。使结合面产生摩擦力，以承受横向载荷。第42页,共110页，星期六，2024年，5月三、螺纹联接的预紧1.预紧力的控制可以通过控制拧紧力矩T来实现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的80%。注意：对于重要的联接，应尽量不采用直径过小（<M12）的螺栓。第43页,共110页，星期六，2024年，5月三、螺纹联接的预紧1.预紧力的控制可以通过控制拧紧力矩T来实现第44页,共110页，星期六，2024年，5月三、螺纹联接的预紧2.预紧力F0的控制手段（1）测力矩扳手——测出预紧力矩第45页,共110页，星期六，2024年，5月三、螺纹联接的预紧2.预紧力F0的控制手段（2）定力矩扳手——达到固定的拧紧力矩T时，弹簧受压将自动打滑第46页,共110页，星期六，2024年，5月三、螺纹联接的预紧2.预紧力F0的控制手段（3）测量预紧前后螺栓伸长量——精度较高第47页,共110页，星期六，2024年，5月三、螺纹联接的预紧2.预紧力F0的控制手段（4）控制力臂的长度第48页,共110页，星期六，2024年，5月四、螺纹联接的防松1.防松目的在实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松弛而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。

2.防松原理消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。第49页,共110页，星期六，2024年，5月四、螺纹联接的防松3.防松办法及措施（1）摩擦防松

A、对顶螺母原理：两螺母对顶拧紧后，上下两螺母与螺栓螺纹接触面相反，使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力的作用。特点：结构简单，适用于平稳、低速和重载的固定装置的联接。第50页,共110页，星期六，2024年，5月四、螺纹联接的防松3.防松办法及措施（1）摩擦防松

B、弹簧垫圈原理：螺母拧紧后，靠垫圈压平而产生的弹性反力使旋合螺纹间压紧，同时垫圈斜口的尖端抵住螺母与被联接件的支撑面也有防松作用。特点：结构简单，使用方便，但在振动冲击载荷作用下，防松效果较差，一般用于不甚重要的联接。第51页,共110页，星期六，2024年，5月四、螺纹联接的防松3.防松办法及措施（1）摩擦防松

C、自锁螺母原理：螺母一端制成非圆形收口或开封后径向收口。当螺母拧紧后，收口涨开，利用收口的回弹力使旋合螺纹间压紧。特点：结构简单，防松可靠，可多次装卸而不降低防松性能。第52页,共110页，星期六，2024年，5月四、螺纹联接的防松3.防松办法及措施（2）机械防松

A、开槽螺母与开口销原理：六角开槽螺母拧紧后，将开口销穿入螺栓尾部小孔和螺母的槽内，并将开口销尾部掰开与螺母侧面贴紧。特点：适用于有较大冲击、振动的高速机械中运动部件的联接。第53页,共110页，星期六，2024年，5月四、螺纹联接的防松3.防松办法及措施（2）机械防松

B、止动垫圈原理：螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被联接件的侧面折弯贴紧，即可将螺母锁住。若两个螺栓需要双联锁紧时，可采用双联止动垫圈，使两个螺母相互制动。特点：结构简单，使用方便，防松可靠。第54页,共110页，星期六，2024年，5月四、螺纹联接的防松3.防松办法及措施（2）机械防松

C、串联钢丝原理：用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。但需注意钢丝的穿入方向。特点：适用于螺钉组联接，但是拆卸不方便。第55页,共110页，星期六，2024年，5月四、螺纹联接的防松3.防松办法及措施（3）永久防松端铆、冲点、点焊

第56页,共110页，星期六，2024年，5月四、螺纹联接的防松3.防松办法及措施（4）化学防松——粘合在螺纹副间或支撑面间涂胶。

第57页,共110页，星期六，2024年，5月习题：1.为什么要防松？2.防松的原理？3.零件防松的办法及措施？第58页,共110页，星期六，2024年，5月2.3单个螺栓连接的强度计算一、松螺栓联接二、紧螺栓联接第59页,共110页，星期六，2024年，5月针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算依据和出点。1、失效形式和原因

受拉螺栓——螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓——螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断b）失效原因：应力集中

a）失效形式

工程中螺栓联接多数为疲劳失效

受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度

应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程2、设计计算准则与思路第60页,共110页，星期六，2024年，5月失效形式：

1.螺栓杆拉断（普通螺栓）

2.螺纹压溃和剪断（受剪螺栓）

3.经常装拆因磨损而发生滑扣普通螺栓主要为螺纹部分发生断裂受剪螺栓(铰制孔螺栓)主要为压溃和剪切第61页,共110页，星期六，2024年，5月一、松螺栓联接如吊钩螺栓，工作前不拧紧，只有工作载荷F起拉伸作用强度条件为：——验算用

——设计用

d1——螺杆危险截面直径（mm）

[σ]——许用拉应力N/mm2(MPa)

σs——材料屈服极限Mpa表4-8N——安全系数，表4-9第62页,共110页，星期六，2024年，5月二、紧螺栓联接——工作前有预紧力QP工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下：预紧力QP→产生拉伸应力σ复合应力状态:接第四强度理论：∴强度条件为：第63页,共110页，星期六，2024年，5月式中：QP——预紧力（N）

T1——螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.mm1.3——系数将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续，故又称简化计算法第64页,共110页，星期六，2024年，5月1、横向载荷的紧螺栓联接计算——主要防止被联接件错动

特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力(QP)产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠(不产生相对滑移)的条件为：（1）普通螺栓联接

f——接缝面间的摩擦系数

i——接缝界面数目

KS——防滑系数（可靠性系数）

KS=1.1~1.3第65页,共110页，星期六，2024年，5月强度条件验算公式：

设计公式：

分析：由上式可知，当f=0.2,i=1,KS=1则QP=5R，说明这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠

为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力可采用如下减载装置：

a)减载销

b)减载套筒

c)减载键第66页,共110页，星期六，2024年，5月2、铰制孔螺栓联接——防滑动特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷R进行工作螺栓的剪切强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：R——横向载荷（N）d0——螺杆或孔的直径（mm）

Lmin——被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm），如图所示[τ]——螺栓许用剪应力，MPa，，——螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，MPa铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工精度较高，成本较高第67页,共110页，星期六，2024年，5月3、轴向载荷紧螺栓联接强度计算①工作特点：工作前拧紧，有QP；工作后加上工作载荷F

工作前、工作中载荷变化②工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F③解决问题：

a)保证安全可靠的工作，QP=？

b)工作时螺栓总载荷，Q=？④分析：

图1，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态

第68页,共110页，星期六，2024年，5月

图２，拧紧—预紧状态凸缘—压—λm—QP栓杆—拉—λb

→QP

第69页,共110页，星期六，2024年，5月

图3，加载F后→工作状态栓杆—继续拉—凸缘—放松———残余预紧力

——总载第70页,共110页，星期六，2024年，5月⑤作图，为了更明确以简化计算（受力变形图）设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比

单个紧螺栓联接受力变形图

左图——拧紧螺母时,螺栓与被联接件的力与变形

右图——将上两图合并，并施加工作载荷F从图线可看出，螺栓受工作载荷F时，螺栓总载荷：

第71页,共110页，星期六，2024年，5月变形协调条件：

凸缘→压力减量

变形缩小Δλm

栓杆→拉力增量

变形缩小Δλb

变形协调条件——

第72页,共110页，星期六，2024年，5月∴由图可知，螺栓刚度：

被联接件刚度：

——称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度

ΔF——部分工作载荷

第73页,共110页，星期六，2024年，5月对残余预紧力的要求，为保证受载后接合面联接的紧密性应使QP′的取法:

QP′=（1.5~1.8）F——有密封要求一般联接

QP′=（0.2~0.6）F载荷稳定

QP′=（0.6~1.0）F载荷不稳

QP′>F

地脚螺栓联接

第74页,共110页，星期六，2024年，5月讨论：

１）最不利的情况

２）最理想的情况

３）不允许的情况——有缝隙存在，漏气

４）降低螺栓受力的措施：

a)必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈）b)加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高强度

５）为联接紧密、不漏气，要求

第75页,共110页，星期六，2024年，5月6）计算时可根据已知条件选择其一进行计算a）轴向静力紧螺栓联接强度计算

静力F不变，Q为静力，但考虑补充拧紧——防断

强度条件验算公式：

设计公式：

b）轴向变载荷紧螺栓联接强度计算

分析：当工作载荷，由0→F

螺栓总载，由Qp→Q→QP

部分载荷，由0→ΔF→0第76页,共110页，星期六，2024年，5月3、当验算不满足时→措施：b)最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、制造、Cm↑Cb↓，适当提高QP等综合措施a)例子：书本P93-P94第77页,共110页，星期六，2024年，5月2.5螺栓组连接的设计计算与实例分析一、结构设计原则二、螺栓组受力分析第78页,共110页，星期六，2024年，5月工程中螺栓皆成组使用，单个使用极少。因此，必须研究栓组设计和受力分析。它是单个螺栓计算基础和前提条件。螺栓组联接设计的顺序——选布局、定数目、力分析、设计尺寸

一、结构设计原则

1、布局要尽量对称分布，栓组中心与联接结合面形心重合（有利于分度、划线、钻孔），以受力均匀2、受剪螺栓组（铰制孔螺栓联接）时，不要在外载作用方向布置8个以上，螺栓要使其受力均匀，以免受力太不均匀，但弯扭作用螺栓组，要适当靠接缝边缘布局，否则受力太不均3、合理间距，适当边距，以利用扳手装拆第79页,共110页，星期六，2024年，5月4、避免偏心载荷作用

a）被联接件支承面不平突起

b）表面与孔不垂直

c）钩头螺栓联接防偏载措施：a）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片

二、螺栓组受力分析

目的——求受力最大载荷的螺栓第80页,共110页，星期六，2024年，5月前提（假设）：①被联接件为刚性不变形，只有地基变形。②各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同③受力后材料变形在弹性范围内④接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面1、受轴向载荷螺栓组联接

单个螺栓工作载荷为：

F=P/Z

P——轴向外载

Z——螺栓个数

第81页,共110页，星期六，2024年，5月2、受横向载荷的螺栓组联接特点：普通螺栓，铰制孔用螺栓皆可用，外载垂直于螺栓轴线、防滑普通螺栓——受拉伸作用铰制孔螺栓——受横向载荷剪切、挤压作用。单个螺栓所承受的横向载荷相等R=RL/Z第82页,共110页，星期六，2024年，5月3、受横向扭矩螺栓组联接

（1）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷（2）矩形接合面

a)普通螺栓联接

由静平衡条件则各个螺栓所需的预紧力为∴联接件不产生相对滑动的条件为：第83页,共110页，星期六，2024年，5月b)铰制孔螺栓联接组

由变形协调条件可知，各个螺栓的变形量和受力大小与其中心到接合面形心的距离成正比由假设——板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪应变与半径成正比。在材料弹性范围内，应力与应变成正比

由静平衡条件第84页,共110页，星期六，2024年，5月4、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接

特点：M在铅直平面内，绕O-O回转，只能用普通螺栓，取板为受力对象，由静平衡条件

设单个螺栓工作载荷为Fi

第85页,共110页，星期六，2024年，5月①螺栓杆不拉断的条件

设计公式

验算公式

②右侧不压溃条件（被联接件）

QP作用下接合面的挤压应力

M作用下接合面的挤压应力

第86页,共110页，星期六，2024年，5月③左侧不开缝的条件

④若受有横向载荷PH，板不滑动条件为：

——被联接件相对刚度

实际使用中螺栓组联接所受的载荷是以上四种简单受力状态的不同组合。计算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，然后按向量叠加起来，便得到每个螺栓的总工作载荷，再对受力最大的螺栓进行强度计算即可第87页,共110页，星期六，2024年，5月说明：①工程中受力情况很复杂，但均可转化为四种典型情况进行解决。②计算公式在对称分布情况下推导，但不对称也可以用③取转轴不同，公式计算精度不同。

总设计思路：螺栓组结构设计（布局、数目）→螺栓组受力分析（载荷类型、状态、形式）→求单个螺栓的最大工作载荷（判断哪个最大）→按最大载荷的单个螺栓设计（求d1—标准）→全组采用同样尺寸螺栓（互换的目的）

第88页,共110页，星期六，2024年，5月2.5提高螺栓连接强度的措施影响联接强度的因素很多，如材料、结构、尺寸、工艺、螺纹牙间、载荷分布、应力幅度、机械性能，而螺栓联接的强度又主要取决于螺栓的强度。

改善螺纹牙间的载荷分配减小螺纹的应力副减小附加弯曲应力第89页,共110页，星期六，2024年，5月螺纹联接组的设计1设计螺栓组连接时，通常是先进行结构设计，即确定结合面的形状、螺栓布置方式和数目，然后按螺栓组的结构和承载状况进行受力分析。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，通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。螺栓布置应使各螺栓的受力合理。

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。螺栓的排列应有合理的间距、边距。各螺栓之间的距离大小既要保证联接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空。

改善螺纹牙间的载荷分配提高螺纹连接强度的措施第90页,共110页，星期六，2024年，5月§5-5提高螺栓强度的措施

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。提高螺栓连接强度的措施改善螺纹牙间的载荷分配螺栓受拉伸，其螺纹的螺距增大；螺母受压缩，其螺纹的螺距减小。约有1/3的载荷集中作用在第一圈，第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷

第91页,共110页，星期六，2024年，5月１、悬置螺母螺杆与悬置螺母同时受拉力，使两者变形协调，可使旋合螺纹牙的载荷均匀分配。提高螺栓连接强度的措施２、环槽螺母环槽螺母和螺栓在支承面处的变形性质相同（均受拉），从而改善了旋合圈螺纹的受载状况。３、内斜螺母将螺母旋入端制成10

～15

的内锥，使螺栓受力较大的螺纹圈之受力点外移，螺栓疲劳强度可提高约20%。第92页,共110页，星期六，2024年，5月减小螺栓的应力幅增加螺栓的长度减小无螺纹部分螺杆的直径螺杆制成中空结构（柔性螺栓）在螺母下安装弹性元件措施提高螺栓连接强度的措施减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度，都能使应力幅减小

第93页,共110页，星期六，2024年，5月采用合理的制造工艺。减小附加弯曲应力冷镦、碾压、氮化、喷丸等工艺均可提高螺栓的强度。提高螺栓连接强度的措施球面垫圈带环腰的螺栓第94页,共110页，星期六，2024年，5月一、螺旋传动的类型、特点与应用

1、应用

螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传递运动或动力。

2、传动形式：

a)螺杆转螺母移

b)螺杆又转又移（螺平固定）——用得多

c)螺母转螺杆移

d)螺母又转又移（螺杆固定）——用得少

2.6螺旋传动第95页,共110页，星期六，2024年，5月按用途分三类：

1）传力螺旋——举重器、千斤顶、加压螺旋特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁

2）传导螺旋——机床进给汇杠—传递运动和动力特点：速度高、连续工作、精度高

3）调整螺旋——机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。特点：是受力较小且不经常转动

3、螺旋传动类型螺旋传动按摩擦副的性质分：

1、滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁缺点：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗大，传动效率低（30~40%）传动精度低第96页,共110页，星期六，2024年，5月2、滚动螺旋传动——摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环两种

特点：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆运动效率相同，可实现逆传动。缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺要求高，成本较高。

第97页,共110页，星期六，2024年，5月3、静压螺旋——液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开

特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现