1、 第二章第二章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动主要内容：主要内容：1.1.螺纹连接的基本知识螺纹连接的基本知识2.2.螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松3.3.单个螺栓连接的强度计算（单个螺栓连接的强度计算（重点重点）4.4.螺栓组连接的设计计算与实例分析螺栓组连接的设计计算与实例分析（难点）（难点）5.5.提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施6.6.螺旋传动螺旋传动 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
2、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。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一、螺纹的形成一、螺纹的形成一、螺纹的形成一、螺纹的形成螺旋线螺旋线-将一与水平面倾斜角为将一与水平面倾斜角为 的直线绕在圆柱体上，的直线绕在圆柱体上，即可形成一条螺旋线。即可形成一条螺旋线。螺纹螺纹-一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该
3、图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。过圆柱体的轴线，就得到螺纹。按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹螺纹的牙型螺纹的牙型按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按回转体的内外表面分按回转体的内外
4、表面分 矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺纹副螺纹副螺纹配合螺纹配合二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数3.3.中径中径d d2 2 也是一个假想圆也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。牙型沟槽和凸起宽度相等。1.大径大径d 与外螺纹牙顶与外螺纹牙顶(或内或内螺纹牙底螺纹牙底)相重合的假想圆柱相重合的假想圆柱体的直径。体的直径。2. 小径小径 d1 与外螺纹牙底与外螺纹牙底(或或内螺纹牙顶内螺纹牙顶)相重合的假想圆相重合的假想圆柱体的直径。柱体的直径。
5、4. 螺距螺距P 相邻两牙在中径线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。对应两点间的轴向距离。二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数(5) 导程导程S S = nP同一条螺旋线上的相邻两牙同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴在中径线上对应两点间的轴向距向距P(6) 螺纹升角螺纹升角 中径中径d2圆柱上，螺旋线的切圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角的夹角tg=d2 nP 二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数 (7)牙型角牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。
6、纹轴线的垂线间的夹角。牙侧角牙侧角 (8)接触高度接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。的径向高度。二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数三、几种常用螺纹的特点和应用三、几种常用螺纹的特点和应用1.普通螺纹的代号与标记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：注：（注：（1 1）当螺纹为左旋时，在螺纹代号之后加）当螺纹为左旋时，在螺纹代号之后加“LH”“LH”字、字、右旋螺纹不标注旋向代号。右旋螺纹不标注旋
7、向代号。 （2 2）旋合长度有长旋合长度）旋合长度有长旋合长度L L、中等旋合长度、中等旋合长度N N和短和短旋合长度旋合长度S S三种，中等旋合长度三种，中等旋合长度N N不标注。不标注。 （3 3）公差带代号中，前者为中径公差带代号，后者）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。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。内螺纹用大写字母，外螺纹用小写字母。 （4 4）内、外螺纹配合的公差带代号中，前者为内螺）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，中间用纹公
8、差带代号后者为外螺纹公差带代号，中间用“ / ”“ / ”分开。分开。1.普通螺纹的代号与标记普通螺纹的代号与标记示例示例:普通螺纹的含义普通螺纹的含义v1、普通粗牙螺纹：M12LH-7g-Lv2、普通细牙螺纹：M121-7H8Hv3、内外配合螺纹：M12LH-6H/7gv M121-6H/7g 8g2.梯形螺纹的代号与标记梯形螺纹的代号与标记说明：单线螺纹只标注螺距，多线螺纹标注螺距和导程。说明：单线螺纹只标注螺距，多线螺纹标注螺距和导程。右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹用右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹用LHLH表示。表示。旋合长度有长旋合长度旋合长度有长旋合长度L L、中等旋合长度、中等
9、旋合长度N N两种，中两种，中等旋合长度等旋合长度N N不标注。不标注。公差带代号中，螺纹只标注中径公差带代号。内螺公差带代号中，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。纹用大写字母，外螺纹用小写字母。内、外螺纹配合的公差带代号中，前者为内螺纹公内、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，中间用差带代号，后者为外螺纹公差带代号，中间用“ / ”“ / ”分开。分开。 （1 1）梯形螺纹代号组成梯形螺纹代号组成： 特征代号特征代号TrTr、公称直径、螺纹公差带、公称直径、螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号所组成。代号和螺纹旋合长度代号所组成。
10、Tr 24 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梯形螺纹的代号与标记3、管螺纹标记、管螺纹标记说明：管螺纹尺寸代号不再称作公称直径，也不是螺纹本说明：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。身的任何直径尺寸，只是一个无单位的代号。 管螺纹为英制细牙螺纹，其公称直径近似为管子的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。内孔直径，以英寸为单位。 右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹则用右旋螺纹不标注旋向代号，左旋螺纹则用LHLH表示。表示。 非螺纹密封管螺
11、纹的外螺纹的公差等级有非螺纹密封管螺纹的外螺纹的公差等级有A A、B B两级，两级，A A级精度较高；内螺纹的公差等级只有一个，故无公差等级精度较高；内螺纹的公差等级只有一个，故无公差等级代号。级代号。 内、外螺纹配合在一起时，内、外螺纹的标注用内、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，后者为外螺纹的标分开，前者为内螺纹的标注，后者为外螺纹的标注。注。 管螺纹管螺纹用螺纹密封的管螺纹用螺纹密封的管螺纹非螺纹密封的管螺纹非螺纹密封的管螺纹1）非螺纹密封的管螺纹：G 1 A-LH示例:管螺纹的含义2）螺纹密封的管螺纹： R 2 - LHRc 2 Rp
12、2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、管螺纹标记常用螺纹的类型特点和应用常用螺纹的类型特点和应用常用螺纹的类型特点和应用常用螺纹的类型特点和应用习题：习题：1.螺纹的分类。螺纹的分类。2.螺纹的主要参数。螺纹的主要参数。3.解释下列螺纹代号：解释下列螺纹代号：M20-5H，M16-5H6H-L，M30X1-6H/5g6g4.有一普通螺栓，已知直径有一普通螺栓，已知直径d=20mm,中径中径d2=18.376mm,小径小径d1=17.294mm，螺距，螺距p=2.5mm，螺纹头数，螺纹头数n=2，试求：，试求：1
13、）螺栓的导）螺栓的导程程S；2）螺栓的升角）螺栓的升角习题：习题：3.解释下列螺纹代号：解释下列螺纹代号：M20-5H，M16-5H6H-L，M30X1-6H/5g6g；普通内螺纹，公称直径为普通内螺纹，公称直径为20mm，中径和顶径公差带代号均为，中径和顶径公差带代号均为5H；普通内螺纹，公称直径为普通内螺纹，公称直径为16mm,中径公差带代号为中径公差带代号为5H，顶径公差带代号为，顶径公差带代号为6H，长旋合长度长旋合长度公称直径为公称直径为30mm，螺距为，螺距为1mm的普通内、外螺纹配合。内螺纹的中径与顶径的普通内、外螺纹配合。内螺纹的中径与顶径公差带代号为公差带代号为6H；外螺纹的
14、中径公差带代号为；外螺纹的中径公差带代号为5g，顶径公差带代号为，顶径公差带代号为6g4.有一普通螺栓，已知直径有一普通螺栓，已知直径d=20mm,中径中径d2=18.376mm,小径小径d1=17.294mm，螺距，螺距p=2.5mm，螺纹头数，螺纹头数n=2，试求：，试求：1）螺栓的导）螺栓的导程程S；2）螺栓的升角）螺栓的升角一、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、螺纹联接的防松一、标准螺纹连接件一、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
15、母和垫件有螺栓、螺钉、紧定螺钉、自攻螺钉、双头螺柱、螺母和垫圈。圈。1.螺栓螺栓 机械零件，配用机械零件，配用螺母螺母的圆柱形带螺纹的的圆柱形带螺纹的紧固紧固件。由头部和件。由头部和螺螺杆杆（带有外螺纹的圆柱体）两部分组成的一类紧固件，需与螺（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。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
16、的。一般沉头用在要求连接的地方。角头是最常用的。一般沉头用在要求连接的地方。 2.螺钉（螺丝）螺钉（螺丝） 螺钉螺钉Screw ，也有人叫它，也有人叫它“螺丝螺丝”（螺丝钉）、（螺丝钉）、“螺杆螺杆”（螺丝杆）。其实螺丝是通称，而螺丝钉、螺丝杆都是互有区（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，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），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、机是前端平头的那
17、种，螺距较小，均匀，一般用于紧固金属、机器部件。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。环螺钉等。3.紧定螺钉（支头螺钉、定位螺钉）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。的表面上，即使前一机件固定在后一机件上。4.自攻螺钉自攻螺钉 自攻螺钉，是在金属或非金属材料之预钻孔中自行攻
18、钻出所自攻螺钉，是在金属或非金属材料之预钻孔中自行攻钻出所配合阴配合阴螺纹螺纹之一种有螺纹扣件。自攻螺钉多用于薄的金属板之一种有螺纹扣件。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（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（螺钉的螺纹表面具有较高的硬度（45HRC），可在被连接件），可在被连接件的螺纹底孔中攻出的螺纹底孔中攻出内螺纹内螺纹，从而形成连接。，从而形成连接。 螺钉头部形状有圆头，平头，半沉头及沉头等。
19、由于其自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在工程用途上几乎无可限量 。5.双头螺柱（双头螺栓）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，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
20、构，吊塔，大跨度钢结构和大型建筑等车，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：主要用途： 1.用在主体为大型设备，需要安装附件，比如视镜、机械密用在主体为大型设备，需要安装附件，比如视镜、机械密封座封座 、减速机架等。这时就用到双头螺栓，一端拧入主体，安、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，装好附件后另一端带上螺母，由于附件是经常拆卸的，螺纹螺纹会会磨损或损坏，使用双头螺栓更换会非常方便。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。用于连接体厚度很大，螺栓长
21、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。屋架、屋面梁悬挂单轨梁悬挂件等。6.螺母螺母 螺母就是螺母就是螺帽螺帽,与与螺栓螺栓或或螺杆螺杆拧在一起用来起紧固作用的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，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。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螺母是具有内螺纹并与螺栓配合使用的紧固件,具有
22、内螺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。纹并与螺杆配合使用用以传递运动或动力的机械零件。 六角螺母六角螺母(Hexagon nut)与螺栓、螺钉配合使用，起连接与螺栓、螺钉配合使用，起连接紧固机件作用。其中经紧固机件作用。其中经1型六角螺母应用最广，型六角螺母应用最广，C级螺母用于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；表面比较粗糙、对精度要求不高的机器、设备或结构上；A级级和和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。或结构上。2型六角螺母的厚度型六角螺母的厚度m较厚，多用于常经常需
23、要装较厚，多用于常经常需要装拆的场合。六角薄螺母的厚度拆的场合。六角薄螺母的厚度m较薄，多用于被连接机件的表较薄，多用于被连接机件的表面空间受限制的场合。面空间受限制的场合。 7.垫圈垫圈 指垫在被连接件与指垫在被连接件与螺母螺母之间的零件。一般为扁平形的金属之间的零件。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，其主要作用是增大较脆的，其主要作用是增大接触面积接触面积，分散，分散
24、压力压力，防止把质地，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、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
25、位早已被抛弃。别是重要的承力结构连接部位早已被抛弃。标准螺纹联接件实物标准螺纹联接件实物二、螺纹联接的基本类型二、螺纹联接的基本类型 1.螺栓联接螺栓联接 2.双头螺柱联接双头螺柱联接 3.螺钉联接螺钉联接 4.紧定螺钉联接紧定螺钉联接1. 1. 螺栓联接螺栓联接2. 2. 双头螺柱联接双头螺柱联接工作原理：工作原理：螺栓受拉力，承螺栓受拉力，承受外载受外载应用：应用：被联接件较厚，被联接件较厚，且常拆卸处且常拆卸处3. 3. 螺钉联接螺钉联接工作原理：工作原理：螺栓受拉承受外载螺栓受拉承受外载应用：应用：一被联件较厚，一被联件较厚，但不常拆卸处但不常拆卸处4. 4. 紧定螺钉联接紧定螺钉联接
26、工作原理：工作原理：靠拧入零件螺纹孔靠拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住中的螺钉末端顶住另一个零件的表面，另一个零件的表面，或者顶入相应的凹或者顶入相应的凹坑中，将零件固定。坑中，将零件固定。应用：应用：薄壁件联接薄壁件联接三、螺纹联接的预紧三、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，大多数螺纹联接在承受工作载荷之前，装配时就已经拧紧，称之为称之为预紧预紧。 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力叫做预紧力预紧力。 装配时预紧的螺栓联接称为装配时预紧的螺栓联接称为紧螺栓联接紧螺栓联接。预紧的目的预紧的目的
27、防止联接松脱，增强可靠性。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。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。使结合面产生摩擦力，以承受横向载荷。三、螺纹联接的预紧三、螺纹联接的预紧1.预紧力的控制可以通过控制拧紧力矩预紧力的控制可以通过控制拧紧力矩T来实现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的80%。注意：对于重要的联接，应尽量不采用直径过小（注意：对于重要的联接，应尽量不采用直径过小（F 地脚螺栓联接 讨论： ） 最不利的情况 ) 1(CPmbKFQQCC)0(CPmbKQQ
28、CC） 最理想的情况 ）不允许的情况有缝隙存在，漏气 FQQpP 0即）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 ）为联接紧密、不漏气，要求 cpPKFQQ1 0即mbbPCPPPCCCFQKFQFQQFQFQQFQQPP6）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： 43 . 121dQca43 . 11d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0F 21max4dQQ 螺栓总载，由QpQ QP 21min4dQQ
29、Pp部分载荷，由0F0 21212412/2dFKdFFCa3、当验算不满足时措施：add1b) 最好改善结构、降低应力集中。包括：工艺、结构、制造、CmCb，适当提高QP等综合措施mca)例子：书本例子：书本P93-P94P93-P94螺栓组连接的设计计算与实例分析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、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），
30、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前提（假设）：被联接件为刚性不变形，只有地基变形。各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同受力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1、受轴向载荷螺栓组联接 单个螺栓工作载荷为：
31、F=P/Z P轴向外载 Z螺栓个数 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/Z3、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 rZTR（2）矩形接合面 a)普通螺栓联接 由静平衡条件0TTKTrfQrfQfQrSZPPP21ZiiSZSPrfTKrrrfKTQ121)(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：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TrRrR
32、rRrRZiiiZZ12211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 iiirrRRrRrRmaxmaxmaxmax1由静平衡条件0TTrRrRrRZZ2211ZiirrTR12maxmax 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 MLFLFLFZZ2211)(1maxmaxmax11LLLFconstLFLFii这里tiiLMLFF12max1max)( 即螺栓杆不拉断的条件 43 . 121maxdQca43 . 1max1Qd设计
33、公式 验算公式 右侧不压溃条件（被联接件） QP作用下接合面的挤压应力 AZQPQPM作用下接合面的挤压应力 WMM maxPPMQPPWMAZQ左侧不开缝的条件 0minWMAZQPMQPP若受有横向载荷PH，板不滑动条件为： HSHVCPPKPPKZQf)()(1VCHSPPKfPKZQmbmCCCCK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说明：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。
34、 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。 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） 提高螺栓连接强度的措施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改善螺纹牙间的载荷分配减小螺纹的应力副减小螺纹的应力副减小附加弯曲应力减小附加弯曲应力螺纹联接组的设计1设计螺栓组连接时，通常是
35、先进行结构设计，即设计螺栓组连接时，通常是先进行结构设计，即确定结合确定结合面的形状、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承载状况进行受力分析。l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。轴对称的简单几何形状。l螺栓布置应使各螺栓的受力合理。螺栓布置应使各螺栓的受力合理。l 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为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常
36、分布在同一圆周上的螺栓数目取成上的螺栓数目取成4 4、6 6、8 8等偶数等偶数。l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。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改善螺纹牙间的载荷分配提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施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，导工作中，螺栓受拉，螺母受压，从而产生螺距差，导致旋合的致旋合的各圈螺纹牙受载各圈螺纹牙受载不均。不均。提高螺栓连接强度的措施提高
37、螺栓连接强度的措施改善螺纹牙间的载荷分配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。螺母受压缩，其螺纹的螺距减小。约有约有1/3的载荷集中作用在的载荷集中作用在第一圈，第八圈以后的螺第一圈，第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷纹牙几乎不承受载荷 、悬置螺母、悬置螺母螺杆与悬置螺母同时受拉螺杆与悬置螺母同时受拉力，使两者变形协调，可使旋力，使两者变形协调，可使旋合螺纹牙的载荷均匀分配。合螺纹牙的载荷均匀分配。提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施、环槽螺母、环槽螺母环槽螺母和螺栓在支承面处的变环槽螺母和螺栓在支承面处的变形性质
38、相同（均受拉），从而改形性质相同（均受拉），从而改善了旋合圈螺纹的受载状况。善了旋合圈螺纹的受载状况。 、内斜螺母、内斜螺母将螺母旋入端制成将螺母旋入端制成10 15 的内锥，的内锥，使螺栓受力较大的螺纹圈之受力点外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移，螺栓疲劳强度可提高约20%。 减小螺栓的应力幅减小螺栓的应力幅增加螺栓的长度增加螺栓的长度减小无螺纹部分螺杆的直径减小无螺纹部分螺杆的直径螺杆制成中空结构（柔性螺栓）螺杆制成中空结构（柔性螺栓） 在螺母下安装弹性元件在螺母下安装弹性元件 措施措施提高螺栓连接强度的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，
39、都能使应力幅减小减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度，都能使应力幅减小 采用合理的制造工艺。采用合理的制造工艺。减小附加弯曲应力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。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提高螺栓连接强度的措施球面垫圈球面垫圈带环腰的螺栓带环腰的螺栓 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
40、又移（螺杆固定）用得少 螺旋传动螺旋传动按用途分三类： 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（3040%）传动精度低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
41、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。 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，无爬行现象，定位精度高，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。适用于精密机床中进给和分度机构
42、 二、滑动螺旋的设计计算 1、结构与材料 千斤顶典型结构 2、耐磨性计算 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，空间大，并使强度下降。 磨损的影响因素：工作面的比压，螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态 所以耐磨性计算主要限制螺纹工作面上比压P要求小于材料的许用比压当速度相同时，比压大，磨损量大润滑油不被挤出，易形成油膜润滑耐磨性条件： /22PhHdQPhduQAuQP设计公式： 2PhQPd2、自锁性验算 vdnparctgdLarctg223、螺杆的强度计算 螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）Q与扭矩T的作用，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第
43、四强度理论 )()(32222TcaWTAQ4、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展开，即可视为一悬壁梁，每圈螺纹承受的平均压力Q/u作用在中径d2的圆周上。 螺纹牙根部危险剖面的变曲强度条件为：bbuDbQlWM62剖面 -的剪切强度条件为：DbuQ5、螺杆的稳定性计算当螺杆较细长且受较大轴向压力时，可能会双向弯曲而失效，螺杆相当于细杆，螺杆所承受的轴向压力Q小于其临界压力QcaSCSCnQQnnS螺杆稳定许用安全系数 传导螺旋nS =2.54.0；传力螺旋 nS =3.55.0；精密螺杆或水平螺杆 nS
44、 4 习题习题1：一牵曳钩用：一牵曳钩用2个个M10的普通螺钉固定于机的普通螺钉固定于机体上，如图所示。已知接合面间的摩擦系数体上，如图所示。已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为，螺栓材料为Q235、强度级别为、强度级别为4.6级，级，装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。大牵引力。 解题解题1： 解题分析：本题是螺栓组受横向载荷作用的典型例子它是靠普通螺解题分析：本题是螺栓组受横向载荷作用的典型例子它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦力来传递横向外载荷栓拧紧后在接合面间产生的摩擦力来传递横向外载荷FR。解题时，要。解题时，要先
45、求出螺栓组所受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算先求出螺栓组所受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷FR。 习题习题2：有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓连接，如图：有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓连接，如图所示。已知气缸中的压力所示。已知气缸中的压力p在在02MPa之间变化，气缸内之间变化，气缸内径径D=500mm，螺栓分布圆直径，螺栓分布圆直径D0=650mm。为保证气。为保证气密性要求，剩余预紧力密性要求，剩余预紧力F=1.8F，螺栓间距，螺栓间距t4.5d（d为为螺栓的大径）。螺栓材料的
46、许用拉伸应力螺栓的大径）。螺栓材料的许用拉伸应力=120MPa，许用应力幅许用应力幅=20MPa。选用铜皮石棉垫片螺栓相对。选用铜皮石棉垫片螺栓相对刚度刚度C1/（C1+C2）=0.8，试设计此螺栓组连接。，试设计此螺栓组连接。 解题解题2： 解题分析：本题是螺栓组受横向载荷作用的典型例子它是靠普通螺解题分析：本题是螺栓组受横向载荷作用的典型例子它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦力来传递横向外载荷栓拧紧后在接合面间产生的摩擦力来传递横向外载荷FR。解题时，要。解题时，要先求出螺栓组所受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算先求出螺栓组所受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算
47、准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷FR。 人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。
