1、连接连接静连接静连接动连接动连接可拆连接可拆连接不可拆连接不可拆连接螺纹连接螺纹连接键、花键和销连接键、花键和销连接型面连接型面连接过盈连接过盈连接铆接铆接焊接焊接胶接胶接第二篇第二篇 连接连接5-1 螺纹螺纹5-2 螺纹连接的类型与标准联接件螺纹连接的类型与标准联接件5-3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧5-5 螺纹连接组的设计（重点）螺纹连接组的设计（重点）5-6 螺纹连接的强度计算（重点）螺纹连接的强度计算（重点）5-8 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施5-7 螺纹连接件的材料与许用应力螺纹连接件的材料与许用应力5-9 螺旋传动螺旋传动5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松第一节
2、第一节 螺螺 纹纹一、螺纹的类型和应用一、螺纹的类型和应用工程应用工程应用1、螺纹的形成螺纹的形成一个三角形绕着圆柱体的轴线沿螺旋线运动就构成了三角形螺一个三角形绕着圆柱体的轴线沿螺旋线运动就构成了三角形螺纹。同样可得到梯形、锯齿形、矩形螺纹。纹。同样可得到梯形、锯齿形、矩形螺纹。d d2 2连接：效率低、自锁性好。连接：效率低、自锁性好。传动：效率高、自锁性差。传动：效率高、自锁性差。2 2）按螺纹牙形分：）按螺纹牙形分：三角形、矩形、梯形、锯齿形等三角形、矩形、梯形、锯齿形等30303 330306060三角形三角形梯形梯形锯齿形锯齿形矩形矩形单线，用于连接单线，用于连接双线或多线，常用于
3、传动双线或多线，常用于传动粗牙：一般情况下使用。粗牙：一般情况下使用。细牙：细牙：d d相同，相同，p p小，小，小，牙浅，自锁性好，但不小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。耐磨，易滑扣。用于变载荷场合。用于变载荷场合。连接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。连接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。2 2、螺纹分类、螺纹分类1 1）按螺纹线数分）按螺纹线数分：单线（连接）；多线（传动）。：单线（连接）；多线（传动）。管螺纹的公称直径管螺纹的公称直径管子的公称内径（通径）管子的公称内径（通径）圆柱管螺纹圆柱管螺纹=55=55用于水、煤气、润滑管路用于水、煤气、润滑管路圆锥管螺纹圆锥管螺
4、纹=55=55,60,60用于密封要求高的管路用于密封要求高的管路d d3 3）按螺纹用途）按螺纹用途连接螺纹：三角形螺纹、管螺纹、自攻螺钉连接螺纹：三角形螺纹、管螺纹、自攻螺钉1 1矩形螺纹矩形螺纹(0):0):但强度但强度定心性定心性传动螺纹传动螺纹要求：效率较高要求：效率较高2 2梯形螺纹梯形螺纹(3030):):较较高高,易切削易切削,强度强度定心性定心性 具有梯形螺纹强度高特点，具有梯形螺纹强度高特点，又具有矩形螺纹效率高特点。又具有矩形螺纹效率高特点。锯齿形螺纹只能进行单向传动。锯齿形螺纹只能进行单向传动。3.3.锯齿形螺纹锯齿形螺纹非工作面：非工作面：3030工作面：工作面：3
5、34）按螺旋线绕行方向分）按螺旋线绕行方向分：左旋左旋 右旋右旋常用常用旋向判定：旋向判定：顺着轴线方向看，可见侧左边高顺着轴线方向看，可见侧左边高则为左旋，右边高则为右旋。则为左旋，右边高则为右旋。5）按螺旋线位置分）按螺旋线位置分：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思考：思考：螺纹类型螺纹类型性能性能牙根强度牙根强度工艺性工艺性适用场合适用场合三角形螺纹三角形螺纹自锁性好自锁性好最大最大好好联接联接矩形矩形效率最高效率最高小小差差传动传动梯形梯形效率较高效率较高较大较大好好传动传动(标准化标准化
6、)锯齿形锯齿形效率较高效率较高较大较大好好传动（单向）传动（单向）各种螺纹的特点各种螺纹的特点:二、螺纹主要参数二、螺纹主要参数)(21212ddd 1、直径大径大径d d：公称直径公称直径。M20d=20mmM20d=20mm小径小径d d1 1：螺纹的最小直径：螺纹的最小直径,常用于连接的强度计算。常用于连接的强度计算。中径中径d d2 2：齿厚：齿厚=齿槽宽处直径，常用于连接的动力、运动、几何计算。齿槽宽处直径，常用于连接的动力、运动、几何计算。几何计算用。几何计算用。一般取：一般取：3 3、螺距、螺距P P螺纹相邻两螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴个牙型上对应点间的轴向距离。向距离。4
7、4、导程、导程S S：2 2、线数、线数n n：螺纹的螺旋线数目。：螺纹的螺旋线数目。n效率效率自锁性自锁性常用连接的螺纹要求自锁性，一般为单线。为便于制造常用连接的螺纹要求自锁性，一般为单线。为便于制造n4。螺旋线上任一点沿同螺旋线上任一点沿同一条螺线旋转一周所移一条螺线旋转一周所移动的轴向距离。动的轴向距离。S=nP5 5、升角、升角：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。22tandnPds 可见可见，S S效率效率自锁性自锁性。6 6、牙形角牙形角：螺纹牙两侧边的夹角，对称牙形，螺纹牙两侧边的夹角，对称牙形，=2=2。7、工作高度工作
8、高度h h：内外螺：内外螺 纹旋合的接触高度纹旋合的接触高度。8、效率效率：)tan(tanV 放松螺母时放松螺母时)tan(0 FF22dFT )tan(220 dF水平推力水平推力:9 9、自锁条件：、自锁条件：)tan(0 FF自锁自锁farctan 螺旋副的自锁条件为螺旋副的自锁条件为：0 当当时时0 FR例例1 1：一梯螺纹的螺杆，：一梯螺纹的螺杆，d=20mm,d=20mm,，d d1 1=15.5mm=15.5mm，d d2 2=18mm=18mm，P=4mmP=4mm，n=2n=2，f=0.2f=0.2，问：该螺纹是否满足自锁条件？，问：该螺纹是否满足自锁条件？解：解：1414
9、.018422 dnPtg 05.8 15cos2coscosffftg 69.11 则：则：则：则：因因，故该机构自锁。，故该机构自锁。第二节第二节 螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件一、螺纹连接件的类型一、螺纹连接件的类型螺纹连接的类型螺纹连接的类型螺栓连接螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接双头螺柱连联接双头螺柱连联接螺钉连接螺钉连接紧定螺钉连接紧定螺钉连接地脚螺栓地脚螺栓二、标准螺纹连接件二、标准螺纹连接件 参见参见66页表页表5-2（常用标准螺纹连接件）（常用标准螺纹连接件）2 2）双头螺柱）双头螺柱两端带螺纹两端带螺纹 1 1）螺栓）螺栓
10、A A型型有退刀槽有退刀槽 B B型型无退刀槽无退刀槽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场合。适于零件表面硬度较低不常拆卸场合。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，适于经常拆卸场合。场合。圆柱端圆柱端压入轴上凹坑中，适于紧定空心轴上零件的位置压入轴上凹坑中，适于紧定空心轴上零件的位置3 3）螺钉）螺钉 6 6）螺母）螺母5 5）自攻螺钉）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹由螺钉攻出螺纹7 7）垫圈）垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈D
11、C1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈第三节第三节 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧一、预紧力一、预紧力 预紧的目的预紧的目的：在于增强连接的可靠性和紧密性，以防止受：在于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滑动。载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑动。1010)6.05.0()7.06.0(AFAFSS ：合金钢螺栓碳素钢螺栓 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料屈服极限的拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料屈服极限的80%80%。v 预紧力的确定原则：预紧力的确定原则：绝大多数螺纹连接绝大多数螺纹连接受载之前受载
12、之前拧紧拧紧受到的这个预加作用力称受到的这个预加作用力称为预紧力为预紧力F0控制预紧力的方法控制预紧力的方法一般情况凭经验，拧紧即可一般情况凭经验，拧紧即可定力矩扳手定力矩扳手测量螺栓伸长量测量螺栓伸长量测力矩扳手测力矩扳手 N N fN NF FF F0 0)tan(222021 dFdFTfarctan 螺纹副摩擦力矩：螺纹副摩擦力矩：螺母向上作匀速运动时螺母向上作匀速运动时:)tan(0 FF二、预紧力和预紧力矩之间的关系二、预紧力和预紧力矩之间的关系 T T2 2 螺母与支承面间的摩螺母与支承面间的摩 擦阻力矩擦阻力矩以螺母分析：以螺母分析：T T=T T1 1+T T2 2T T1
13、1 螺纹副间的摩擦力矩螺纹副间的摩擦力矩1 1、螺纹副间的摩擦力矩螺纹副间的摩擦力矩T T1 1 R2、螺母与接触面的摩擦力矩、螺母与接触面的摩擦力矩 202030300231dDdDFfTc 33200120022001tan()23vcDddTFLTTFf FDd 对于对于M10M64的螺纹，一般取的螺纹，一般取 15.0 155.1arctan5.1 2.01.01.1 9.0002 cvffdDfdddd 例：取例：取F=200N，L=15d，代入上，代入上 式，则得式，则得 F0=15000N 注意：对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小注意：对于重要的连接，应尽可能不采用直径过小(
14、M12)M12)的螺的螺栓。栓。小于小于M12，则易拉断。，则易拉断。第四节第四节 螺纹连接的防松螺纹连接的防松3 3、防松的根本问题：、防松的根本问题：在于防止螺旋副相对转动。在于防止螺旋副相对转动。4 4、防松方法、防松方法摩擦防松摩擦防松机械防松机械防松其它防松其它防松1 1、螺纹连接按自锁条件设计、螺纹连接按自锁条件设计：v v 静载下不会自行松脱。静载下不会自行松脱。2 2、松动原因、松动原因冲击、振动、变载荷下冲击、振动、变载荷下温度变化较大时温度变化较大时螺旋副摩擦力螺旋副摩擦力F Ff f减小或瞬时消失减小或瞬时消失 松动松动第五节第五节 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 大多
15、数机器的螺纹连接件都是成组使用的，其中以螺栓大多数机器的螺纹连接件都是成组使用的，其中以螺栓组连接最具有典型性，故以螺栓组连接为例，讨论它的设计组连接最具有典型性，故以螺栓组连接为例，讨论它的设计和计算问题，其结论对双头螺柱组、螺钉组连接也同样适用。和计算问题，其结论对双头螺柱组、螺钉组连接也同样适用。螺栓设计步骤：螺栓设计步骤：1、结构设计：螺栓数目、布置方式。、结构设计：螺栓数目、布置方式。2、受力分析：找出受力最大的螺栓。、受力分析：找出受力最大的螺栓。3、强度计算：确定螺栓的直径。、强度计算：确定螺栓的直径。一、螺栓组连接的结构设计一、螺栓组连接的结构设计 目的目的：确定螺栓数目及布置
16、形式确定螺栓数目及布置形式。要求要求：1 1、连接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几、连接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，何形状，如圆形、环形、矩形、框形、三角形等。如圆形、环形、矩形、框形、三角形等。且螺栓组的且螺栓组的对称中心与结合面形心重合，对称中心与结合面形心重合，从而保证从而保证结合面受力均匀。结合面受力均匀。2 2、螺栓的布置应使各螺栓的受、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。力合理。（1 1）对于铰制孔螺栓联接，不要）对于铰制孔螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布在平行于工作载荷的方向上成排地布置置8 8个以上的螺栓，以免载荷分布过个以上的螺栓，以
17、免载荷分布过于不均。于不均。（2）当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠）当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。近连接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。（3）当采用普通螺栓连接时，如果螺栓同时承受轴向载荷和）当采用普通螺栓连接时，如果螺栓同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销、套简、键等抗剪零件来承受横较大的横向载荷时，应采用销、套简、键等抗剪零件来承受横向载荷向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。3、螺栓的排列应有合理的间距、边距、螺栓的排列应有合理的间距、边距。各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁
18、间的最小距离，应根各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。据扳手所需活动空间的大小来决定。4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成偶数，以便在圆周、分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。上钻孔时的分度和画线。5、为了便于装配，同一螺栓组中所有螺栓的材料、直径和长、为了便于装配，同一螺栓组中所有螺栓的材料、直径和长度均应相同。度均应相同。6、避免螺栓承受附加的弯曲载荷、避免螺栓承受附加的弯曲载荷：凸台、沉孔、斜垫圈等。：凸台、沉孔、斜垫圈等。二、螺栓组连接的受力分析二、螺栓组连接的受力分析 根据联接的结构形式、外载荷类型根
19、据联接的结构形式、外载荷类型螺栓受力螺栓受力找出受载最大螺栓找出受载最大螺栓按单个螺栓联接的计算方法计算按单个螺栓联接的计算方法计算假设假设：、所有螺栓的材料、所有螺栓的材料、直径、长度、刚度相同；直径、长度、刚度相同；2 2、预紧力均相同；、预紧力均相同；3 3、变形在弹性范围内；、变形在弹性范围内；4 4、被联件为刚体。、被联件为刚体。1 1、受横向载荷的螺栓组连接、受横向载荷的螺栓组连接（可采用普通螺栓或铰制孔螺栓）（可采用普通螺栓或铰制孔螺栓）保证接合面不产生滑移保证接合面不产生滑移四种典型受载情况时的受力分析四种典型受载情况时的受力分析（1 1）采用普通螺栓连接）采用普通螺栓连接 特
20、点：载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组对称中心。特点：载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组对称中心。FKizfFS0izfFKFS 0（2 2）采用铰制孔用螺栓连接（）采用铰制孔用螺栓连接（受剪螺栓）FRFRb)用受剪螺栓联接Fs/2Fs/2Fs/2FsFs/2FsFR/2FR/2假定每个螺栓受载相同，则工作条件：aFFz zFFa/剪切计算挤压计算2、受扭转力矩的螺栓组连接、受扭转力矩的螺栓组连接（可采用普通螺栓或铰制孔螺栓）（可采用普通螺栓或铰制孔螺栓）TKfrFfrFfrFfz 02010特点：在转矩特点：在转矩T T作用下，底板有绕螺栓组形心轴线旋转的趋势。作用下，底板有绕螺栓组
21、形心轴线旋转的趋势。（1）采用普通螺栓连接）采用普通螺栓连接 摩擦力承载，各螺栓处产生相等的摩擦力摩擦力承载，各螺栓处产生相等的摩擦力TKrfFSzii 10 ziiSrfTKF10（2）采用铰制孔用螺栓连接）采用铰制孔用螺栓连接 靠剪切和挤压承载，各螺栓在靠剪切和挤压承载，各螺栓在T T作用下受横向力作用下受横向力F Fi i。工作条件：工作条件：F F1 1r r1 1+F+F2 2r r2 2+F+Fz zr rz z T T即即F Fsisi与与r ri i成正比：成正比：变形协调条件变形协调条件：底板视为刚体，：底板视为刚体，r ri i 剪切变形量剪切变形量FFsisiiirFrF
22、 maxmaxzzrFrFrF 2211iirrFFmaxmax ziizrTrrrrTrF12max22221maxmaxTrrrrrFz )(2232221maxmax例题例题1 1、图示凸缘联轴器，用六个普通螺栓将两半联轴器相连，、图示凸缘联轴器，用六个普通螺栓将两半联轴器相连，被联轴的转速被联轴的转速n=960r/minn=960r/min，传递的功率，传递的功率P=1.5kWP=1.5kW，联轴器接合，联轴器接合面间摩擦系数面间摩擦系数f=0.2f=0.2，防滑系数，防滑系数Ks=1.2Ks=1.2，试计算需加在每个螺，试计算需加在每个螺栓上的预紧力大小。栓上的预紧力大小。解：解：1
23、 1）联轴器所传递转矩）联轴器所传递转矩mmNnPT.105.1960151055.91055.9466 2 2）螺栓所承受的预紧力）螺栓所承受的预紧力F F0 0 NFNzfrTKFS150 1501002.06105.12.1040 ：取取TKfzrFs 0 3 3受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接（只可用普通螺栓联接）（只可用普通螺栓联接）FDDp 除外载荷除外载荷F F，螺栓还承螺栓还承受预紧力受预紧力F F0 0的作用，在工作的作用，在工作拉力拉力F F 的作用下，螺栓的总的作用下，螺栓的总拉力拉力 F F2 2 F F+F F0 0特点：外载荷特点：外载荷F F与螺栓轴线
24、平行，与螺栓轴线平行，并通过螺栓组对称中心。并通过螺栓组对称中心。各螺栓组平均受载：各螺栓组平均受载：F F=F F/z/zF0F0bm变形F0b力力ObOm变形mF0螺栓被连接件OmmmbF2F1F （1 1）受力分析）受力分析 变形受力过程：变形受力过程：无变形无变形F F0 0b bm+F+Fmm-2 2b b+1变形协调条件：变形协调条件：1 1=2 2=FFFFF 012变形F0b力mF2F1FFFbm（2）受力变形图 )(mbCCFFFmbCCF 故故设螺栓所承受的工作力F：令bbC FtanmmCF tan mmCtanbbCtanFFF 02bF tan0 螺栓所承受的总的载荷
25、螺栓所承受的总的载荷bCF 0螺栓总的拉力：FFF 02 bCF0FCmCCFbb 0FF 1残余预紧力为：FFF 21FCCCFmbm 0FFCCCFmbb 0式中：mbbCCC 为螺栓的相对刚度，其取值范围为 01。变形F0b力mF2F1FFFbm结论：结论：1 1、上述分析可见：螺栓承受的总拉力、上述分析可见：螺栓承受的总拉力F F2 2 F F0 0+F F 2 2、当、当F F0 及及F F 一定时，一定时，F F2 取决于取决于 C Cb b/(/(C Cb b+C Cm m)C Cb b（C Cm m）螺栓受力螺栓受力F F2 2 ，取应采用刚度较小的螺栓，取应采用刚度较小的螺栓
26、，刚度较大的被连接件。刚度较大的被连接件。3 3、为防止出现缝隙，残余预紧力应大于、为防止出现缝隙，残余预紧力应大于0,0,一般：一般：F F1 1=(0.2=(0.21)1)F F;有密封要求的有密封要求的F F0 0=(1.5=(1.51.8)1.8)F F。各力定义各力定义预紧力预紧力F F0 0 工作载荷工作载荷F F（对螺栓连接施加的外载荷）（对螺栓连接施加的外载荷）FFFCCCFF 1mbb02FCCCFFFmbm011 残余预紧力残余预紧力螺栓所承受的总的载荷螺栓所承受的总的载荷例题例题2 2、一紧螺栓连接，已知，、一紧螺栓连接，已知，加工作载荷加工作载荷F F后，螺栓又伸长后，
27、螺栓又伸长1mm1mm，此时螺栓受到轴向总载荷，此时螺栓受到轴向总载荷F F2 2=5000kN=5000kN，求螺栓的预紧力，求螺栓的预紧力F F0 0、工作载荷、工作载荷F F、残余预紧力、残余预紧力F F1 1大小？大小？mmKNCb/1000 mmKNCm/2000 解：受轴向工作载荷的紧螺栓连接预紧时的受力解：受轴向工作载荷的紧螺栓连接预紧时的受力-变形图。变形图。KNCCFFFmbmb30001)20001000()(tantan KNCFFFFFFFCmCCFFbbb4000110005000220002 KNFFF20003000500021 F4受倾覆力矩的螺栓组连接受倾覆力
28、矩的螺栓组连接（只可用普通螺栓联接）（只可用普通螺栓联接）假定底板为刚体，在假定底板为刚体，在M作用下接合面仍保持平面；地基作用下接合面仍保持平面；地基和螺栓为弹性体；底板受翻转力矩和螺栓为弹性体；底板受翻转力矩M作用后，将绕对称轴作用后，将绕对称轴OO翻转。翻转。特点：特点：在在M M作用下，底板有绕螺栓组形心轴翻转的趋势。作用下，底板有绕螺栓组形心轴翻转的趋势。作用作用M M前：各螺栓受力相同前：各螺栓受力相同作用作用M M后：左侧：后：左侧：F F拉拉(不均匀不均匀)，右侧：右侧：F F压压(不均匀不均匀)F)FMLFLFLFzz 2211工作条件：工作条件：根据变形协调条件根据变形协调
29、条件：maxmax2211LFLFLFLFzz ziizLLMLLLLMF12max22221maxmax受力最大的螺栓所受力最大的螺栓所 承受的总的载荷承受的总的载荷maxmbb02FCCCFF AzFp/0式中：WMCCCMWmbm)(1max 附加校核其它条件：右侧边缘不压溃左侧不出现缝隙 ppppmaxmax0maxminppp 故：00min0maxWMAzFWMAzFppp 实际中，螺栓组所受的外载荷常常是复合状态，但都可实际中，螺栓组所受的外载荷常常是复合状态，但都可以简化成上述四种简单受力状态，按力的叠加原理求出螺栓以简化成上述四种简单受力状态，按力的叠加原理求出螺栓受力。求得
30、受力最大的螺栓所受的载荷后，即可进行单个螺受力。求得受力最大的螺栓所受的载荷后，即可进行单个螺栓连接的强度计算。栓连接的强度计算。1 1）受横向载荷）受横向载荷（普通螺栓或铰制孔螺栓）（普通螺栓或铰制孔螺栓）小结：螺栓的受力状态分析小结：螺栓的受力状态分析2）受扭转力矩（普通螺栓或铰制孔螺栓）受扭转力矩（普通螺栓或铰制孔螺栓）3 3）受轴向载荷）受轴向载荷（普通螺栓联接）（普通螺栓联接）4）受倾覆力矩（普通螺栓联接）受倾覆力矩（普通螺栓联接）第六节第六节 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算 1、受拉螺栓、受拉螺栓 2、受剪螺栓、受剪螺栓 失效形式：失效形式：螺栓杆和孔壁的贴合面上出压溃或螺栓
31、杆被剪断。螺栓杆和孔壁的贴合面上出压溃或螺栓杆被剪断。设计准则：设计准则：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。保证螺栓的挤压强度和剪切强度。65%20%15%螺栓的失效形式螺栓的失效形式设计准则：设计准则：保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。失效形式：失效形式：螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。（一）松螺栓连接的强度计算（一）松螺栓连接的强度计算 仅受轴向工作拉力仅受轴向工作拉力FF失效：拉断失效：拉断强度条件：41Fd mm mm 设计设计查手册，选螺栓 SdFAFs211 41 校核校核（二）紧螺栓联接的强度计算（二）紧螺栓联接的强度
32、计算 1 1、仅承受预紧力的紧螺栓连接、仅承受预紧力的紧螺栓连接 紧螺栓在装配时，在拧紧螺栓在装配时，在拧紧力矩紧力矩T1的作用下，除了受预紧的作用下，除了受预紧力力F F0 0产生的拉应力外，还承受由于拧紧螺母产生的扭转剪应产生的拉应力外，还承受由于拧紧螺母产生的扭转剪应力的作用。力的作用。2104dF 预紧力引起的拉应力：预紧力引起的拉应力：312v0162)tan(ddF 螺牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力：螺牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力：F0F0FF对于对于M12M12M64M64螺栓：螺栓：05.0tan08.104.1 17.0tan12，ddv 5.0 根据第四强度理论根据第四强
33、度理论 3.1)5.0(332222ca 危险剖面的强度条件式危险剖面的强度条件式：1.31.3意义意义：紧连接时，将拉应力增大：紧连接时，将拉应力增大30%30%以考虑以考虑拧紧力矩拧紧力矩的影响。的影响。210413.1dFca校核式校核式3.1401 Fd mmmm 设计式设计式2 2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接1 1）工作载荷为静载荷）工作载荷为静载荷 在设计时首先计算螺栓的工作载荷在设计时首先计算螺栓的工作载荷F F，再根据连接的要求选，再根据连接的要求选取取F F0 0值，计算螺栓的总拉力值，计算螺栓的总拉力F F2 2 ，再考虑扭切应力的影
34、响。截面，再考虑扭切应力的影响。截面的拉伸强度条件是：的拉伸强度条件是：212123.1441/3.1FddFca ，或：，或：螺栓的最大拉应力为：螺栓的最大拉应力为：212max41dF 螺栓的最小拉应力为：螺栓的最小拉应力为：210min41dF 应力幅为应力幅为：21minmax22dFCCCmbba 计算安全系数计算安全系数)2)()(2minmin1maxmaxlimSKKSaamameaeca 由前面知识可知这种应力状态为最小应力等于常数由前面知识可知这种应力状态为最小应力等于常数 min=C2 2）工作载荷为变载荷）工作载荷为变载荷(螺栓的疲劳强度进行精确校核螺栓的疲劳强度进行精
35、确校核)工作载荷在工作载荷在0 0F F变化时螺栓总拉力在变化时螺栓总拉力在F F0 0FCmCCFFbb 02之间变化。之间变化。（三）承受工作剪力的紧螺栓连接（三）承受工作剪力的紧螺栓连接失效形式：螺杆被剪断及螺杆或孔壁被压溃失效形式：螺杆被剪断及螺杆或孔壁被压溃。FFd0Lmin螺栓杆的剪切强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：4dF20 挤压强度条件为：挤压强度条件为：F0minppdL p取弱者计算Lmin=min1，2一、材料一、材料1、螺栓在一般设计中，通常选用在一般设计中，通常选用4.8级左右的螺栓，在重要的或有特殊级左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹连接件如在压力容器
36、中常采用要求设计中的螺纹连接件如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。级的螺栓。第七节第七节 螺纹连接件的材料及许用应力螺纹连接件的材料及许用应力 螺栓的常用材料为低碳钢、中碳钢、合金钢螺栓的常用材料为低碳钢、中碳钢、合金钢螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级 (见表见表5-8)3.6 4.6 4.8 5.6 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9小数点前的数字小数点前的数字100为为Bmin-代表强度极限大小代表强度极限大小小数点及后面的数字小数点及后面的数字Bmin 为为Smin-代表屈服极限的大小代表屈服极限的大小4.64.6级级:BminBmin=400
37、=400 MPa s=400s=4000.6=2400.6=240 MPaMPa例如例如6.86.8级：级：BminBmin=600MPa=600MPa sminsmin=0.8=0.8600=480MPa600=480MPa螺母的性能等级分为七级：螺母的性能等级分为七级：4 5 6 8 9 10 12（表（表5-9）数字100代表螺母能承受的最小应力min 2、螺母二、螺纹连接的许用应力及安全系数二、螺纹连接的许用应力及安全系数1 1螺纹联接件的许用拉应力螺纹联接件的许用拉应力2 2螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力3 3螺纹联接件的安全系数（表螺纹联接
38、件的安全系数（表5-105-10）Ss Ss PsPS （被联接件为钢）（被联接件为钢）PbPS （被联接件为铸铁）（被联接件为铸铁）从公式从公式 可以看出，在预紧力及工作载荷不可以看出，在预紧力及工作载荷不变的情况下，减小应力幅实际就是减少螺栓的总拉力。变的情况下，减小应力幅实际就是减少螺栓的总拉力。FCCCFFmbb 02第八节第八节 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施 1、降低影响螺栓联接的应力幅、降低影响螺栓联接的应力幅 maxmax 一定时：一定时：a a疲劳强度疲劳强度当当F F、F”F”不变时：不变时：Cb b 或或 C Cmm。措施：措施：1 1）螺栓长度螺栓长度 2
39、 2）光杆直径光杆直径 3 3）采用柔性螺栓：）采用柔性螺栓：腰状螺栓腰状螺栓 空心螺栓空心螺栓4 4）采用弹性元件）采用弹性元件 2 2）增加被连接件的刚度）增加被连接件的刚度 采用刚度较大的金属采用刚度较大的金属气缸垫片或采用密封环。气缸垫片或采用密封环。3 3）适当增加预紧力及减小连接件的刚度和增大被连接件的刚）适当增加预紧力及减小连接件的刚度和增大被连接件的刚度度1 1）减小联接件的刚度）减小联接件的刚度2、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象 工作时，螺栓受拉，p螺母受压，p两者产生螺距差第一圈：p最大，受力最大第810圈：后几乎不受力各圈受载不均 采用加高
40、螺母不能 提高联接强度。改善螺纹牙载荷分布方法。改善螺纹牙载荷分布方法。改善螺纹牙间载荷分布的措施 悬置螺母 环槽螺母 内斜螺母 环槽螺母与内斜螺母3减小应力集中的影响减小应力集中的影响 收尾：退刀槽；增大牙根处过渡圆角半径或采用卸载结构。螺纹牙根弯曲应力断裂螺纹孔不正、被联件表面不平、发生变形等。4、避免或减小附加载荷、避免或减小附加载荷措施：垫圈、凸台、沉孔等。5、合理的制造工艺、合理的制造工艺 1)加工方法：碾制螺纹牙较车制强度30%；2)表面处理：喷丸、氮化等。螺栓组受力分析横向力旋转力矩轴向力翻转力矩F=FA/zziirrMF12maxmaxzmfFkFRf0受拉zFFR/受剪zii
41、frfTkF10受拉ziirTrF12maxmax受剪受拉螺栓受变载：4/3.1210dFca紧联接受F0和F4/20dmFmin0pphdF4/21dFa影响疲劳强度4/3.1212dFca单个螺栓强度计算受剪螺栓：松联接：仅受F0：受静载：F2=F+F1例题例题3 3、图示塔接板，用、图示塔接板，用4 4个普通螺栓连接，每个螺栓危险剖面个普通螺栓连接，每个螺栓危险剖面面积为面积为225mm225mm2 2，作用在联连板上的横向外力，作用在联连板上的横向外力F=18000NF=18000N，接合面间，接合面间的摩擦系数的摩擦系数F=0.15F=0.15，防滑系数，防滑系数K KS S=1.2
42、=1.2，求螺栓承受的最小工作应，求螺栓承受的最小工作应力。力。解：解：1 1）求每个螺栓施加的预紧力。）求每个螺栓施加的预紧力。NfziFKFZFKfziFSS180004215.0180002.1400 2 2）求螺栓工作应力）求螺栓工作应力 a0MP 104225180003.13.1 AFca NF18000min0 例例4 4 如图所示用两个如图所示用两个M10M10（小径（小径d d1 1=8.376mm=8.376mm，中径，中径d d2 2=9.026mm=9.026mm）螺钉固定一牵引钩。若螺钉材料为螺钉固定一牵引钩。若螺钉材料为Q235Q235钢，屈服极限钢，屈服极限s s
43、=240MPa=240MPa，安全系数取，安全系数取S=1.6,S=1.6,考虑摩擦传力的可靠性系数考虑摩擦传力的可靠性系数（防滑系数）（防滑系数）K KS S=1.2=1.2，接合面摩擦系数，接合面摩擦系数f=0.2f=0.2，求其允许的牵，求其允许的牵引力引力F FR R。RFmfzFS0K 解：许用拉应力解：许用拉应力 MPa 0156.1/240S S 螺钉数螺钉数z z2 2，接合面数，接合面数m m=1=1，根椐不发生滑移条件，根椐不发生滑移条件RRR03212.02.1FFfmzFKFS 强度条件为强度条件为 21043.1dFca N 182133.14150376.833.1
44、4221R dF 例题例题5 5、图示凸缘联轴器，用六个普通螺栓将两半联轴器相连，、图示凸缘联轴器，用六个普通螺栓将两半联轴器相连，被联轴的转速被联轴的转速n=960r/minn=960r/min，传递的功率，传递的功率P=1.5kWP=1.5kW，联轴器接合，联轴器接合面间摩擦系数面间摩擦系数f=0.2f=0.2，防滑系数，防滑系数Ks=1.2Ks=1.2，螺栓材料屈服极限，螺栓材料屈服极限s s=320Mpa=320Mpa，安全系数，安全系数S=1.5S=1.5，计算螺栓直径。，计算螺栓直径。解：解：1 1）联轴器所传递转矩）联轴器所传递转矩mmNnPT.105.19605.11055.9
45、1055.9466 2 2）螺栓所承受的预紧力）螺栓所承受的预紧力F F0 0 NFNzfrTKFS150 1501002.06105.12.1040 ：取取TKfzrFs 03 3）求许用应力）求许用应力 asMPs3.2135.1/320/4 4）求螺栓直径）求螺栓直径 mmdmmFddFca41.341.33.21315003.143.14413.1101210 ：取取 例题例题6 6、气缸盖连接结构如图所示，气缸内径、气缸盖连接结构如图所示，气缸内径D D=250mm=250mm，为保证气，为保证气密性要求采用密性要求采用1212个个M18M18的螺栓，螺纹内径的螺栓，螺纹内径15.2
46、94mm15.294mm、中径、中径16.376mm16.376mm，许用拉应力，许用拉应力 =120MPa=120MPa，取剩余预紧力为工作拉力的，取剩余预紧力为工作拉力的1.51.5倍，求气缸所能承受的最大压强。倍，求气缸所能承受的最大压强。解：解：1.1.单个螺栓所能承受的总的拉力单个螺栓所能承受的总的拉力NdFdFca2.169493.1120294.1525.03.141413.12212212 2.2.单个螺栓所承受的工作力单个螺栓所承受的工作力NFFFFFFFF68.67795.2/5.25.1212 F F 3.3.气缸盖所承受的总的拉力气缸盖所承受的总的拉力NzFF16.81
47、35668.677912 4.4.气缸所能承受的最大压强。气缸所能承受的最大压强。aMPDFAFp658.1)2250(16.81356)2(22max 例题例题7 7、板板A A用用4 4个普通螺钉固定在机座个普通螺钉固定在机座B B上，已知板与机座间摩擦系上，已知板与机座间摩擦系数数=0.14=0.14，螺钉许用拉应力，螺钉许用拉应力=120MPa=120MPa，F FQ Q=2.5kN=2.5kN，要求能产生，要求能产生的摩擦力比工作负载大的摩擦力比工作负载大25%25%，试螺钉小径。，试螺钉小径。解：解：kN.mm 2085.28aaaFTQ 7a7aA AB B2a2a2a2aF F
48、Q QF FQ QT TF FQ Q/4/4F FQ Q/4/4F FQ Q/4/4F FQ Q/4/4kNaaF53.322524201 aFT241 kNFFQ625.04/2 F F1 1kNFFFFF4135cos2212221 kNFF71.3525.10 T TF FQ Q/4/4F FQ Q/4/4F FQ Q/4/4F FQ Q/4/4F F1 1F F1 1F F1 1F F1 1F FFmZF%)251(0 413.1210 dF根据不发生滑移条件：根据不发生滑移条件：Z=1=1，m=1=1d d1 1=22.2mm=22.2mm作业作业 5-55-5（补充条件：（补充条件
49、：=100MPa，=150MPa）5-85-8 5-9 5-9实验：螺栓组合实验实验：螺栓组合实验59螺旋传动螺旋传动螺旋千斤顶螺旋千斤顶一、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将直线运动变为回的。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。转运动，同时传递运动或动力。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
50、)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 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）传导螺旋机床进给汇杠机床进给汇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
