螺纹连接强度计算教育课件.ppt

1、螺纹连接强度螺纹连接强度计算计算按牙型按牙型: : 三角形螺纹、管螺纹三角形螺纹、管螺纹 联接螺纹联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹传动螺纹传动螺纹按位置：按位置： 内螺纹内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹三角形螺纹：三角形螺纹： 粗牙螺纹粗牙螺纹用于紧固件用于紧固件 细牙螺纹细牙螺纹同样的公称直径下，螺距最小，同样的公称直径下，螺距最小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等根据螺旋线绕行方向：根据螺旋线绕行方向： 左旋左旋如图如图 右旋右旋常用

2、常用根据螺旋线头数：根据螺旋线头数： 单头螺纹（单头螺纹（n=1n=1）用于联接用于联接 双头螺纹（双头螺纹（n=2n=2）如图如图 多线螺纹（多线螺纹（n2n2）用于传动用于传动二、螺纹的类型二、螺纹的类型1）外径（大径）外径（大径）d（D）与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱 面直径，亦称公称直径面直径，亦称公称直径2）内径（小径）内径（小径）d1(D1) 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱与外螺纹牙底相重合的假想圆柱 面直径面直径3）中径）中径d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱柱 面的直径，面的直径，d20.5(d+d1)三

3、、螺纹的主要参数三、螺纹的主要参数d2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lh4）螺）螺 距距 P 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间 的轴向距离的轴向距离5）导程（）导程（S）同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线线 上的对应两点间的轴向距离上的对应两点间的轴向距离6）线）线 数数 n 螺纹螺旋线数目，一般为便于制造螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n4 螺距、导程、线数之间关系：螺距、导

4、程、线数之间关系：S=nP d2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lh7）螺旋升角）螺旋升角中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋 线轴线的平面的夹角线轴线的平面的夹角8）牙型角）牙型角 螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角9）牙型斜角）牙型斜角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角22/dnParctgdarctgLd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd

5、2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lhd2dd1Pdd2d1L=nP(n=2)Lh61 螺纹联接的类型及螺纹联接件螺纹联接的类型及螺纹联接件 一、螺纹联接主要类型一、螺纹联接主要类型1、螺栓联接、螺栓联接a) 普通螺栓联接普通螺栓联接(受拉螺栓连接受拉螺栓连接)被联接件不太厚，螺杆带被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较单，装拆方便，可多个装

6、拆，应用较广。广。b) 精密螺栓联接精密螺栓联接(受剪螺栓联接受剪螺栓联接)装配后无间隙，装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接采用基孔制配合铰制孔螺栓联接dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)2 2、双头螺柱联接、双头螺柱联接螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被

7、联接件之一较厚时。折适于常拆卸而被联接件之一较厚时。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。联接件中拧出。3 3、螺钉联接、螺钉联接适于被联接件之一较适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小不需螺母，适于受载较小情况情况(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l1特殊联接：地脚螺栓联特殊联接：地脚螺栓联接接 , 吊环螺钉联接吊环螺钉联接4 4、紧定螺钉联接、紧定

8、螺钉联接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩位置。可传递不大的轴向力或扭矩。(a)(b)(a)(b)(a)(b)(a)(b)二、螺纹联接件二、螺纹联接件 2 2）双头螺柱）双头螺柱两端带螺纹两端带螺纹 A A型型有退刀槽有退刀槽 B B型型无退刀槽无退刀槽1 1）螺栓）螺栓 普通螺栓普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角六角头，小六角头，标准六角头，大六角头头，大六角头, , 内六角内六角 铰制孔螺栓铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺母螺纹部分直径较小螺母rdads

9、klskllgd1530辗制末端esrdadsklskllgd1530辗制末端esbmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型bmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型4 4）紧定螺钉）紧定螺钉 锥锥 端端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合适于零件表面硬度较低不常拆卸常合 平平 端端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸的平面，适于经常拆卸 圆柱端圆柱端压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板轻材料和金属薄板3 3

10、）螺钉）螺钉 与螺栓区别与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗要求螺纹部分直径较粗; ;要求全螺纹要求全螺纹nbXdktldRnbXdktldRltnd90Rltnd90R5 5）螺母）螺母 六角螺母：标准，扁，厚六角螺母：标准，扁，厚 圆螺母圆螺母+ +止退垫圈止退垫圈带有缺口，带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧内，螺母即被锁紧DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120bt

11、HD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈6 6）垫圈）垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈62 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 一、预紧一、预紧预紧目的预紧目的保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大刚性等。

12、大刚性等。增大刚性增大刚性增加联接刚度、紧密性和提高防松能力增加联接刚度、紧密性和提高防松能力预紧力预紧力F预先轴向作用力（拉力）预先轴向作用力（拉力）螺纹联接：松联接螺纹联接：松联接在装配时不拧紧，只承受外载时才受在装配时不拧紧，只承受外载时才受到力的作用到力的作用 紧联接紧联接在装配时需拧紧，即在承载时，已预在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受力，预紧力先受力，预紧力FF预紧过紧预紧过紧拧紧力拧紧力F过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度 过松过松拧紧力拧紧力F过小，工作不可靠过小，工作不可靠 扳手拧紧力矩扳手拧紧力矩T=FtL, 拧紧时螺母：拧紧时螺母：T=

13、T1+T2T拧紧力矩拧紧力矩 T1螺纹摩擦阻力矩螺纹摩擦阻力矩 T2螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩螺母端环形面与被联接件间的摩擦力矩 由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过载拉断，所以对于重要的联接不宜小于重要的联接不宜小于M10M14TT2T1TT2T1预紧力预紧力FF的控制：的控制：测力矩板手测力矩板手测出预紧力矩，如左图测出预紧力矩，如左图定力矩板手定力矩板手达到固定的拧紧力矩达到固定的拧紧力矩T T时，弹簧时，弹簧受压将自动打滑，如右图受压将自动打滑，如右图测量预紧前后螺栓伸长量测量预紧前后螺栓伸长量精度较高精度较高 12图4-12 测

14、力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手1234二、螺纹防松二、螺纹防松 1 1、防松目的、防松目的实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成实际工作中，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，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，螺纹联接就会松驰而失从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故 2

15、2、防松原理、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。动的难度。3 3、防松办法及措施、防松办法及措施 上螺母螺栓下螺母上螺母螺栓下螺母1 1）摩擦防松）摩擦防松 双螺母、双螺母、弹簧垫圈弹簧垫圈、尼、尼龙垫圈、自锁螺母等龙垫圈、自锁螺母等 弹簧垫圈弹簧垫圈自锁螺母自锁螺母螺母一端做成非圆螺母一端做成非圆形收口或开峰后径面收口，螺母拧形收口或开峰后径面收口，螺母拧紧后收口涨开，利用收口的弹力使紧后收口涨开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧旋合螺纹间压紧2 2）机械防松：）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧

16、垫片，轴用开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等3 3）永久防松：端铆、冲点、点焊）永久防松：端铆、冲点、点焊4 4）化学防松）化学防松粘合粘合 (a )正 确(b )不 正 确(a )正 确(b )不 正 确开槽螺母开槽螺母与开口销与开口销圆螺母圆螺母与止动垫圈与止动垫圈串联钢丝串联钢丝(a )正 确(b )不 正 确63 单个螺栓联接的强度计算 针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算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发点。方法，则失效形式是设计计算依据和出发点。1

17、1、失效形式、失效形式受拉螺栓受拉螺栓螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓受剪螺栓螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断静载荷螺栓联接：静载荷螺栓联接：静载荷螺栓联接：多数为疲劳失效静载荷螺栓联接：多数为疲劳失效 受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的拉伸强度受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的拉伸强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度 2 2、设计计算准则与思路、设计计算准则与思路、松螺栓联接、松螺栓联接F如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无FF，只有工作

18、载荷只有工作载荷F F起拉伸作用起拉伸作用强度条件为：强度条件为：421dF41Fd 验算用验算用 设计用设计用 d d1 1螺杆危险截面直径（螺杆危险截面直径（mmmm）许用拉应力许用拉应力 N/mm2 (MPa)N/mm2 (MPa) 、受拉螺栓联接、受拉螺栓联接、紧螺栓联接、紧螺栓联接工作前有预紧力工作前有预紧力工作前拧紧，在拧紧力矩工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下：作用下：预紧力预紧力产生拉伸应力产生拉伸应力螺纹摩擦力矩螺纹摩擦力矩T1产生剪应力产生剪应力 复合应力状态复合应力状态:2141dF3121161)(2dtgdFWTvT接第四强度理论：接第四强度理论：3 . 1322ca 强

19、度条件为：强度条件为：43 . 121dFca 43 . 121dFca式中：式中：F 预紧力（预紧力（N） 1.31.3系数将外载荷提高系数将外载荷提高30%30%，以考虑螺纹力矩对，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，故又称简化计算法续，故又称简化计算法 （1 1）、受横向载荷的受拉紧螺栓联接计算）、受横向载荷的受拉紧螺栓联接计算主要防止被联接件错动主要防止被联接件错动 QpQpRRRRLmind0特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压特点：杆孔间有间隙

20、，靠拧紧的正压力力( (F) )产生摩擦力来传递外载荷，产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠保证联接可靠( (不产生相对滑移不产生相对滑移) )的的条件为：条件为：RfsFKFummuFKFsRf us 接缝面间的摩擦系数接缝面间的摩擦系数 m接缝界面数目接缝界面数目 Kf防滑系数（可靠性系数）防滑系数（可靠性系数） Kf=1.11.3 强度条件验算公式：强度条件验算公式： 4/13.121dFca设计公式：设计公式： 43 . 11Fd分析：分析：由上式可知，当由上式可知，当u us s=0.2,m=1,K=0.2,m=1,Kf f=1=1则则F=5FF=5FR R，说明这，说明这种联接螺栓

21、直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠种联接螺栓直径大，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：可采用如下减载装置： a)a)减载销减载销 b)b)减载套筒减载套筒 c)c)减载键减载键（2 2）、轴向载荷受拉紧螺栓联接强度计算）、轴向载荷受拉紧螺栓联接强度计算工作特点：工作前拧紧，有工作特点：工作前拧紧，有FF；工作后加上工作载荷；工作后加上工作载荷F F 工作前、工作中载荷变化工作前、工作中载荷变化工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F解决问题：解决问题： a

22、) a) 保证安全可靠的工作，保证安全可靠的工作，F=F=？ b) b) 工作时螺栓总载荷，工作时螺栓总载荷， F F0 0= =？ 分析：分析： 图图1 1，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态，螺母未拧紧螺栓螺母松驰状态 QpQpQpQpQ pQ pQ pQ pFbmbmQpQpQpQpQ pQ pQ pQ pFbmbm 图，拧紧图，拧紧预紧状态预紧状态 凸缘凸缘压压2F 栓杆栓杆 拉拉 1 FFFFFF 01111从 图图3 3，加载，加载F F后后工作状态工作状态栓杆栓杆继续拉继续拉凸缘凸缘 放松放松 2222FF 从 残余预紧力残余预紧力 总载总载QpQpQpQpQpQpQpQpFbmbm 作

23、图，为了更明确以简化计算（受力变形图）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单个紧螺栓联接受力变形图QpQpmbbmOb力变形变形力力bObm变形bmmQpQQpFFmb(a)(b)(c)拧紧螺母时拧紧螺母时, ,螺栓与被联接件的力与变形螺栓与被联接件的力与变形QpQpmbbmOb力变 形变 形力力bObm变 形bmmQpQQpFFmb(a)(b)(c)将上两图合并：将上两图合并：从图线可看出，螺栓受工作载荷从图线可看出，螺栓受工作载荷F F时，螺栓总载荷：时，螺栓总载荷： 0FFFFF

24、 变形协调条件：变形协调条件： 凸缘凸缘压力减量压力减量 FF 变形缩小变形缩小 QpQpQpQpQpQpQpQpFbmbm栓杆栓杆拉力增量拉力增量 变形放大变形放大 21变形协调条件变形协调条件 0FF QpQpmbbmOb力变 形变 形力力bObm变 形bmmQpQQpFFmb(a)(b)(c)由图可知，螺栓刚度：由图可知，螺栓刚度： 101111CFFFtgC 被联接件刚度：被联接件刚度： 22222 CFFFtgC FF F 0静力平衡条件：静力平衡条件： FKFFFKFFFCCCFFFCC)1 ( )1 ( F 2110 得：对残余预紧力对残余预紧力的要求，为保证受载后接合面联接的紧

25、密性应使的要求，为保证受载后接合面联接的紧密性应使0 F的取法的取法: : F =（1.51.81.51.8）FF有密封要求有密封要求 一般联接一般联接 F =（0.20.6）F 载荷稳定载荷稳定 F =（0.61.0）F 载荷不稳定载荷不稳定 FF 地脚螺栓联接地脚螺栓联接 称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度称螺栓相对于联接的刚度，称螺栓的相对刚度 F 部分工作载荷部分工作载荷 211CCCKc2110 CCCFFKFFFFFFFc 讨论：讨论： ） 最不利的情况最不利的情况 ) 1(FF021CKFCC)0(FF021CKCC） 最理想的情况最理想的情况 ）不允许的情况）不允许的情况

26、有缝隙存在，漏气有缝隙存在，漏气 0F ）降低螺栓受力的措施：）降低螺栓受力的措施： a) a) 必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈）必须采用刚度小螺栓（空心、加长、细颈）b) b) 加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高强度加硬垫片或直接拧在凸缘上均可提高强度 ）为联接紧密、不漏气，要求）为联接紧密、不漏气，要求 0F FFFFFF00 6 6）计算时可根据已知条件选择其一进行计算）计算时可根据已知条件选择其一进行计算a a）轴向静力紧螺栓联接强度计算）轴向静力紧螺栓联接强度计算 静力静力F不变不变，F0为静力，但考虑补充拧紧为静力，但考虑补充拧紧防断防断 强度条件验算公式：强度条件验算公式：

27、4F3 . 1210dcaF43 . 101d设计公式：设计公式： b b）轴向变载荷紧螺栓联接强度计算）轴向变载荷紧螺栓联接强度计算 分析：当工作载荷，由分析：当工作载荷，由0F 210max0F4Fd 螺栓总载，由螺栓总载，由FF021minF4Fd2412/22121aCadFKdFF 变形力时间QQpQpFFbm螺栓中总拉力的变化当验算不满足时当验算不满足时措施：措施：ad1b) b) 最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、制造、制造、C C2 2CC1 1，适当提高，适当提高FF等综合措施等综合措施mca)QpQpRRRRLmin

28、d0二、受剪螺栓联接二、受剪螺栓联接防滑动防滑动特点：螺杆与孔间紧密配合，无间特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷剪切来传递外载荷R R进行工作进行工作4F2Smd螺栓的剪切强度条件为：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：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为： PPhdminFS，QpQpRRRRLmind0FS 横向载荷（横向载荷（N） d螺杆或孔的直径（螺杆或孔的直径（mm） hmin 被联接件中受挤压孔壁的最小长度（被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm），如图所示），如图所示螺栓许用剪应力，螺栓许用剪应力，MP

29、aMPa，P螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，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，成本较高精度较高，成本较高三、螺栓材料三、螺栓材料1 1、材料、材料 螺母、螺栓强度级别：螺母、螺栓强度级别： 1 1）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此乃强度级别）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此乃强度级别 2 2）所依据机械性能为抗拉强度极限）所依据机械性能为抗拉强度极限Bmin和屈服极限和屈服极限Smin 螺栓级别螺栓级别: : 带点数字表示带点数字表示 ， 点前数字为点前

30、数字为100/minB点后数字为点后数字为minmin/10Bs螺母级别螺母级别: : 100/minB注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB） 64 螺栓组联接的设计与受力分析螺栓组联接的设计与受力分析 工程中螺栓皆成组使用，单个使用极少。因此，必须研究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。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螺栓组联接设计的顺序选布

31、局、定数目、力分析、设选布局、定数目、力分析、设计尺寸计尺寸 一、结构设计原则一、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、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（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、受剪螺栓组（铰制孔螺栓联接）时，不要在外载作用方向布置布置8个以上，螺栓要使其受力均匀，以免受力太不均匀，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，否则受力太不均不均 3、合理

32、间距，适当边距，以利用扳手装拆、合理间距，适当边距，以利用扳手装拆4、避免偏心载荷作用、避免偏心载荷作用 a）被联接件支承面不平突起）被联接件支承面不平突起 b）表面与孔不垂直）表面与孔不垂直 c）钩头螺栓联接）钩头螺栓联接防偏载措施：防偏载措施：a）凸合；）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片）斜垫片 二、螺栓组受力分析二、螺栓组受力分析 目的目的求受力最大载荷的螺栓求受力最大载荷的螺栓前提（假设）：前提（假设）：被联接件为刚性不变形，只有地基变形。被联接件为刚性不变形，只有地基变形。各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同受力后材料变形在弹性范围内受力

33、后材料变形在弹性范围内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、受轴向载荷螺栓组联接 单个螺栓工作载荷为：单个螺栓工作载荷为： F=Fa/Z Fa轴向外载轴向外载 Z螺栓个数螺栓个数 PDp(受拉螺栓受拉螺栓) 2、受横向载荷的螺栓组联接、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、防滑栓轴线、防滑普普 通通 螺螺 栓栓 受拉伸作用受拉伸作用铰制孔螺栓铰制孔螺栓受横向载荷剪切、挤压作用。受横向载荷剪切、挤压作用。单个螺栓所承受

34、的横向载荷相等单个螺栓所承受的横向载荷相等 FS=FR/ZRRRR(受拉螺栓受拉螺栓,受剪螺栓受剪螺栓) 3、受横向扭矩螺栓组联接、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）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷 rZTFS（2）矩形接合面）矩形接合面 a)普通螺栓联普通螺栓联接接 OfQpTrifQpTOFmaxrmaxriFi由静平衡条件由静平衡条件0TTKrFurFuFurfZsss21ZiisfZsfruTKrrruKTF121)(则各个螺栓所需的预紧力为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：联接件不产生相对滑动的条件为：(受拉螺栓受拉螺栓,受剪螺栓受剪螺

35、栓) OfQpTrifQpTOFmaxrmaxriFib)铰制孔螺栓联接组铰制孔螺栓联接组 由变形协调条件可知，各个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心到接合面形心的距离成正比ZSSSrFrFrF22211由假设由假设板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪板为刚体不变形，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，应力与应变成正比应变与半径成正比。在材料弹性范围内，应力与应变成正比 iSSiSSirrFFrFrFmaxmaxmaxmax1由静平衡条件由静平衡条件0TZiiSrrTF12maxmax TrFZi

36、iSi14、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接 Lm a xLiQpQppQ1p2Q2MMp1OOOxxLm a xLiQpQppQ1p2Q2MMp1OOOxx特点：特点：M在铅直平面内，在铅直平面内，绕绕O-O回转，只能用普回转，只能用普通螺栓，取板为受力对通螺栓，取板为受力对象，由静平衡条件象，由静平衡条件 设单个螺栓工作载荷为设单个螺栓工作载荷为Fi MLFLFLFZZ2211)(1maxmaxmax11LLLFconstLFLFii这里ZiiLMLFF12max1max)( 即(受拉螺栓受拉螺栓) 螺栓杆不拉断的条件螺栓杆不拉断的条件 43 . 121max0d

37、Fca43 . 1max01Fd设计公式设计公式 验算公式验算公式 右侧不压溃条件（被联接件）右侧不压溃条件（被联接件） F 作用下接合面的挤压应力作用下接合面的挤压应力 AZFPM作用下接合面的挤压应力作用下接合面的挤压应力 WMM maxPMPPWMAZFLm a xLiQpQppQ1p2Q2MMp1OOOxx左侧不开缝的条件左侧不开缝的条件 0 ZF若受有横向载荷若受有横向载荷FH，板不滑动条件为：，板不滑动条件为： HfsFKZFu 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

38、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说明：说明：工程中受力情况很复杂，但均可转化为四种典型情况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。进行解决。 计算公式在对称分布情况下推导，但不对称也可以用计算公式在对称分布情况下推导，但不对称也可以用 取转轴不同，公式计算精度不同。取转轴不同，公式计算精度不同。 总设计思路：总设计思路：螺栓组结构设计（布局、数

39、目）螺栓组结构设计（布局、数目）螺栓组受力螺栓组受力分析（载荷类型、状态、形式）分析（载荷类型、状态、形式）求单个螺栓的最求单个螺栓的最大工作载荷（判断哪个最大）大工作载荷（判断哪个最大）按最大载荷的单个按最大载荷的单个螺栓设计（求螺栓设计（求d1标准）标准）全组采用同样尺寸螺栓全组采用同样尺寸螺栓（互换的目的）（互换的目的） 65 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联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、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

40、于螺栓的强度。度又主要取决于螺栓的强度。 一、改善螺纹牙间载荷分布不均状况一、改善螺纹牙间载荷分布不均状况 Q工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应力最大，处第一圈为最大，应变最大，应力最大，其余各圈依次递减，旋合螺纹间的载荷分其余各圈依次递减，旋合螺纹间的载荷分布如图所示。所以采用圈数过多的加厚螺布如图所示。所以采用圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度。母，并不能提高联接的强度。 办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以

41、缓和矛盾 a) 悬置螺母悬置螺母 b) 环槽螺母环槽螺母 c)c)内斜螺母内斜螺母 d d)环槽内斜环槽内斜1 01 51 01 5二、降低螺栓应力幅二、降低螺栓应力幅 1、降低螺栓刚性、降低螺栓刚性 aFC,11 则F2b2b1QpQ2mQp2Qp1FFF1Q1抗疲劳强度得到提高，可用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接抗疲劳强度得到提高，可用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接 2、增大凸缘刚性、增大凸缘刚性 aFC,22 则bQpQ2F2Qp2m2Qp1F1Q1m1FF提高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度垫片或直接拧在铸铁提高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度垫片或直接拧在铸铁 3、同时使用、同时使用C1,C

42、2同时适当增加同时适当增加Fb2b1Qp1Qp2F2Qpm2QFF1m1理想方法理想方法 三、减小应力集中的影响三、减小应力集中的影响drdr0.51.0dr2hr1r=0.2dr0.2dr10.15d;r21.0d;h0.5d;1）加大过渡处圆角）加大过渡处圆角(图图1) 2）改用退刀槽）改用退刀槽3）卸载槽，）卸载槽，(图图2) 4）卸载过渡结构。（图）卸载过渡结构。（图3） 四、采用合理的制造工艺四、采用合理的制造工艺 1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高3040% 2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等）冷作硬化，表层有

43、残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等可提高疲劳强度可提高疲劳强度3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度提高）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度提高70100 %，此法具有优质、高产、低消耗功能，此法具有优质、高产、低消耗功能4）控制单个螺距误差和螺距累积误差）控制单个螺距误差和螺距累积误差66 螺旋传动螺旋传动一、螺旋传动的类型、特点与应用一、螺旋传动的类型、特点与应用 1、应用、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，同时传递运动或的。它主要用于将回转运动变为直线运动，同时传递运动或

44、动力。动力。 2、传动形式：、传动形式： a)螺杆转螺母移螺杆转螺母移 b)螺杆又转又移（螺母固定）螺杆又转又移（螺母固定）用得多用得多 c) 螺母转螺杆移螺母转螺杆移 d) 螺母又转又移（螺杆固定）螺母又转又移（螺杆固定）用得少用得少 图图.按用途分三类：按用途分三类： 1）传力螺旋）传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋 特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁 2）传导螺旋）传导螺旋机床进给丝杠机床进给丝杠传递运动和动力传递运动和动力 特点：速度高、连续工作、精度高特点：速度高、连续工作、精度高 3）调整螺旋）调整螺旋机床、仪器及

45、测试装置中的微调螺旋。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特点：是受力较小且不经常转动 3、螺旋传动类型、螺旋传动类型螺旋传动按摩擦性质分：螺旋传动按摩擦性质分： 1、滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工、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、易于自锁方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁缺缺 点点 ：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），：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（摩擦损耗大，传动效率低（3040%）传动精度低）传动精度低2、滚动螺旋传动、滚动螺旋传动摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传

46、动是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：体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环两种内循环、外循环两种 返 回 通 道螺 母滚 珠螺 杆反 向 器 特点：传动效率高（可达特点：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵），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。运动效率相同，

47、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，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。制造工艺要求高，成本较高。 3、静压螺旋、静压螺旋液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压液体摩擦，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杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开 p1p2进油回油节流器h1h2Fa油腔螺旋面FrBCA特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现象，定位特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现象，定位精度高，磨损小，寿命

48、长。但螺母结构复杂（需密精度高，磨损小，寿命长。但螺母结构复杂（需密封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机床中进给和分度机构床中进给和分度机构 二、滑动螺旋的设计计算二、滑动螺旋的设计计算 1、结构与材料、结构与材料 千斤顶典型结构千斤顶典型结构 3456789121- 托 杯 ；2- 螺 钉 ；3- 手 柄 ；4- 挡 环 ；5- 螺 母 ；6- 紧 定 螺 钉 ；7- 螺 杆 ；8- 底 座 ；9- 挡 环2、耐磨性计算、耐磨性计算 滑动螺旋中磨损是最主要的一种滑动螺旋中磨损是最主要的一种失效形式，它会引起传动精度下降，失效形式，它会引

49、起传动精度下降，空间大，并使强度下降。空间大，并使强度下降。 磨损的影响因素：工作面的比压磨损的影响因素：工作面的比压，螺纹表面质量，滑动速度和润滑状，螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态态 所以耐磨性计算主要限制螺纹工所以耐磨性计算主要限制螺纹工作面上比压作面上比压P要求小于材料的许用比要求小于材料的许用比压压当速度相同时，比压大，磨损量大当速度相同时，比压大，磨损量大比压小时，润滑油不被挤出，易形成油膜润滑比压小时，润滑油不被挤出，易形成油膜润滑耐磨性条件：耐磨性条件： PHzphHdFPhzdFhdzFAFp/ /222设计公式：设计公式： 22/ dHPhFPd2、自锁性验算、自锁性验算

50、vdnpdS22arctanarctan3、螺杆的强度计算、螺杆的强度计算 螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）与扭矩螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）与扭矩T的的作用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用作用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用按弯扭复合强度条件计算按弯扭复合强度条件计算第四强度理论第四强度理论 )( 3)(32222TcaWTAF4、螺母的螺纹牙强度计算、螺母的螺纹牙强度计算 由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，因此螺由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，因此螺纹牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处纹牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处