1、连接设计螺栓连接设计螺栓优选连接设计螺栓桑塔纳轿车桑塔纳轿车15.1 螺纹连接的类型和防松螺纹连接的类型和防松机床机床摩托车摩托车飞机机翼飞机机翼发动机气缸发动机气缸化工管道化工管道自行车自行车锁紧螺母锁紧螺母汽车轮胎汽车轮胎螺旋线的形成螺旋线的形成：将直角三角形将直角三角形(直角底边长直角底边长 d d2 2)绕到直径为绕到直径为d d2 2的圆柱体上，其斜边即在圆柱的圆柱体上，其斜边即在圆柱体上形成螺旋线。体上形成螺旋线。螺纹的形成螺纹的形成：取一通过圆柱体轴线的平面图形取一通过圆柱体轴线的平面图形(三角形、矩形、三角形、矩形、梯形等梯形等)沿螺旋线运动，该图形在空间形成的体形即为螺纹。沿
2、螺旋线运动，该图形在空间形成的体形即为螺纹。22S15.1 螺螺 纹纹 参参 数数一、螺纹的形成一、螺纹的形成2arctan()Sd二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数d2dd1P d d2 d1L=nP(n=2)Lhd2dd1P d d2 d1L=nP(n=2)Lhd2dd1P d d2 d1L=nP(n=2)Lhd2dd1P d d2 d1L=nP(n=2)Lhd 螺纹大径，公称直径螺纹大径，公称直径d1 螺纹小径螺纹小径d2 螺纹中径螺纹中径n 螺纹线数螺纹线数p 螺距螺距L 导程，导程，L=n.p 升角升角 牙型角牙型角 牙侧角牙侧角1）按轴向剖面形状（螺纹的牙型）三、螺纹的种类：三角
3、形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹管制螺纹矩形螺纹相对刚度系数0，Fa F06 提高螺栓连接强度的措施式中：z为螺栓数目。对于复杂的受力状态,可以化简为上述四种简单受力状态,再按矢量叠加原理求出螺栓受力。地脚螺栓联接 吊环螺钉联接 T型槽螺栓式中：z为螺栓数目。变形协调条件：b=c=T 螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.d0-螺杆或孔的直径（mm）4;预紧力 F0=K0 FE;5 螺栓组连接的设计计算3）有紧密性要求时 FR=（1.22 MPa;木材p=24 MPa。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。在预紧力难以确定或重要的连接,可先确定残余预紧力倾覆力矩 M 作用在联接接合面的一个对称面内，底
4、板在承受倾覆力矩之前，螺栓已拧紧并承受预紧力F0。1）预紧力产生拉伸应力国家标准规定了螺纹联接件的性能等级。受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度螺栓刚度:c1=F0/b02）按螺旋线数目分单头螺纹：）易自锁（故,r多头螺纹：用于传动,3）按螺旋线绕行方向分左旋右旋（常用）左旋右旋15.2 螺纹联接的基本类型及螺纹联接件螺纹联接的基本类型及螺纹联接件 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dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)a)普通螺栓联接普通螺栓联接被联接件不太厚，通孔不带螺纹，螺杆被联接件不太厚，
5、通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中间隙不许消失，结构简单，装拆方便。作中间隙不许消失，结构简单，装拆方便。dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)dl1d0a(a)(b)b)精密螺栓联接精密螺栓联接装配后无间隙，主要承受横装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接。螺栓联接。2 2、双头螺栓联接、双头螺栓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
6、配以螺母。一端旋入被联接件，另一端配以螺母。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。适于常拆卸而被联接件之一较厚时。拆装时只需拆螺母，而不将双头螺栓拆装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。从被联接件中拧出。(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l13 3、螺钉联接、螺钉联接适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况适于受载较小情况(b)(a)dHl2dl3Hl2l1(b)(a)dHl2dl3Hl2l14 4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接拧入后，
7、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)地脚螺栓联地脚螺栓联接接 吊环螺钉联接吊环螺钉联接 T T型槽螺栓型槽螺栓5、其它类型、其它类型二、螺纹联接件二、螺纹联接件 1 1）螺栓）螺栓 普通螺栓普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角头，小六角头，标准六角头，大六角头六角头，大六角头,内六内六角角 铰制孔螺栓铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺纹部分直径较小rdadsklskllgd1530辗制末端esrdadsklskllg
8、d1530辗制末端es各种螺栓各种螺栓 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bmlbXXdsd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3 3）螺钉：）螺钉：与螺栓区别与螺栓区别螺纹部分直径较粗螺纹部分直径较粗;全螺纹全螺纹.nbXdktldRnbXdktldR4 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的场合适于零件表面硬度较低不常拆卸的场合 平平 端端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较接触面积大、不伤零件表面，用于
9、顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸大的平面，适于经常拆卸 圆柱端圆柱端压入轴上凹坑中，适于顶紧轴上零件的位置压入轴上凹坑中，适于顶紧轴上零件的位置ltnd90Rltnd90RT拧紧力矩 T1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5）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹1）按轴向剖面形状（螺纹的牙型）1受轴向载荷的螺栓组联接3）有紧密性要求时 FR=（1.通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当联接要有保证的残余预紧开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等3螺纹联接件的安全系数针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法.圆螺母+止退垫圈带有缺口，应用时带翅垫
10、圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧放置在螺母和被联接件之间，起保护支承表面等作用。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间。4、紧定螺钉联接拧入后，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位置。9,混凝土p =23 MPa;砖(水泥浆缝)p=1.螺栓或被联接件中较弱者的许用挤压应力，MPa22 MPa;木材p=24 MPa。（2）对于铰制孔用螺栓联接（图b），每个螺栓所受工作剪力为：数目取成4、6、8等偶数。2、设计计算准则与思路1 螺纹连接的类型和防松T 螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.5 5）自
11、攻螺钉）自攻螺钉由螺钉攻出螺纹由螺钉攻出螺纹emsd3015emsd30156 6）螺母：六角螺母、锁紧螺母、圆螺母、蝶形螺母、圆盖）螺母：六角螺母、锁紧螺母、圆螺母、蝶形螺母、圆盖螺母、法兰螺母、加长螺母等螺母、法兰螺母、加长螺母等圆螺母圆螺母+止退垫圈止退垫圈带有缺口，应用时带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺圆螺母的槽内，螺母即被锁紧母即被锁紧六角螺母按六角螺母按厚度的不同，厚度的不同，分为标准、厚、薄型螺母分为标准、厚、薄型螺母.emsd3015emsd3015蝶形螺母蝶形螺母7 7）垫圈）垫圈DC1120btHD1dC453
12、0b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈放置在螺母和被联接件之间，起保护支承表面等作用。放置在螺母和被联接件之间，起保护支承表面等作用。斜垫圈为用于倾斜支承面的垫圈。斜垫圈为用于倾斜支承面的垫圈。一、预紧一、预紧1、预紧目的、预紧目的保持正常工作。如气缸螺栓联接，有紧保持正常工作。如气缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大联接刚度、紧密性和提高防松力工作，增大联接刚度、紧密性和提高防松能力等。能力等。螺纹联接螺纹联接预紧过紧预紧过
13、紧预预紧力过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度紧力过大，螺杆静载荷增大、降低本身强度预紧过松预紧过松预预紧力过小，工作不可靠紧力过小，工作不可靠 15.3 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松松联接松联接紧联接紧联接拧紧时螺母：拧紧时螺母：T=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21()2F dTtg2cfTfFr 212 ()2cfF dTTTtgfFrTT2T1TT2T12 2、拧紧力矩、拧紧力矩004()fSdrSd为螺母支撑面外径，为螺纹孔直径其中其中由于直径过小的螺栓，容易在拧紧时过
14、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M10M14对于对于M10M68的粗牙螺纹：的粗牙螺纹：0.2TF d 设计时首先应保证所需的预紧力设计时首先应保证所需的预紧力,但拧紧后螺纹连接件预紧应但拧紧后螺纹连接件预紧应力不得大于其材料屈服极限力不得大于其材料屈服极限S的的80%。对于一般用钢制螺栓。对于一般用钢制螺栓,推推荐用预紧力极限值为荐用预紧力极限值为碳素钢螺栓：碳素钢螺栓：合金钢螺栓：合金钢螺栓：3 3、预紧力的控制、预紧力的控制：测力矩板手测力矩板手测出预紧力矩；测出预紧力矩；定力矩板手定力矩板手达到固定的拧紧力矩时，将自
15、动打滑。达到固定的拧紧力矩时，将自动打滑。12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123412图4-12 测力矩扳手1234扳手拧紧力矩扳手拧紧力矩T=FHL其中，其中，FH作用于手柄上的力作用于手柄上的力，L力臂力臂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，如反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。从而使螺纹联接松动，如反复作用，螺
16、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，造成事故因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故.2 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。二、螺纹防松二、螺纹防松 3、防松办法及措施、防松办法及措施1 1）摩擦防松）摩擦防松 2）机械防松）机械防松3）永久防松）永久防松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1 1）摩
17、擦防松）摩擦防松 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F进行工作在一般用途的设计中，通常选用4.针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法.如气缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增大联接刚度、紧密性和提高防松能力等。一、改善螺纹牙上载荷的分配3）永久防松：点焊、冲点、粘合5 螺栓组连接的设计计算6 提高螺栓连接强度的措施K0为预紧系数,查表 15.预紧过松预紧力过小，工作不可靠(2)受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接(压力容器)由于设计、制造或安装上的疏忽,有可能使螺栓受到附加弯曲应力,这对螺栓疲劳强度的影响很大,应设法避免。L
18、 导程，L=n.T 螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.a)普通螺栓联接被联接件不太厚，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。Fa=F0+FE变形协调条件：b=c=装配后孔与杆间有间隙，并在工作中间隙不许消失，结构简单，装拆方便。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，轴用带翅垫片，开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等止动垫片，串联钢丝等3 3）永久防松：点焊、冲点、）永久防松：点焊、冲点、粘合粘合15.4 单个螺栓联接的强度计算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
19、，分别拟定其设计计算方法方法.失效形式是设计计算的依据和出发点。失效形式是设计计算的依据和出发点。1 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工程中螺栓联接多数为疲劳失效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
20、栓联接、松螺栓联接F如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无预紧如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无预紧力，只有工作载荷力，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：214 Fd41Fd 验算用验算用 设计用设计用 式中：式中：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 (MPa)(MPa)二、紧螺栓联接二、紧螺栓联接根据所受拉力不同根据所受拉力不同,紧螺栓连接可分为紧螺栓连接可分为 1 只受预紧力只受预紧力 2 受预紧力和静工作拉力受预紧力和静工作拉力 3 受预紧力和变工作拉力三类。受预紧力和变工作拉力三类。工作前要进行预紧，螺栓处于工作前要进行预紧
21、，螺栓处于复合应力状态复合应力状态:1）预紧力）预紧力产生拉伸应力产生拉伸应力2）螺纹阻力矩）螺纹阻力矩产生剪应力产生剪应力21/4Fd22112()/4TdTFtgWdd按第四强度理论：按第四强度理论：2231.3e10 680.5MM当(1)只受预紧力的紧螺栓连接只受预紧力的紧螺栓连接式中：式中：F轴向拉力或预紧力（轴向拉力或预紧力（N）T 螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.mm 1.3 1.3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，把拉扭的复合应力状态螺栓联接强度的影响，把拉扭的
22、复合应力状态简化为纯拉伸来处理，简化了计算手续，故又简化为纯拉伸来处理，简化了计算手续，故又称简化计算法称简化计算法 211.3/4eFd 强度条件为：强度条件为：F的大小根据被连接面间不产生滑移条件确定的大小根据被连接面间不产生滑移条件确定,即即 F F/f,f 为被连接面间的摩擦系数为被连接面间的摩擦系数,查表查表 15.3;为静载紧连接螺栓的许用拉应力为静载紧连接螺栓的许用拉应力,MPa,其值由表其值由表 15.8 查得。查得。14 1.31.29FFd 设计公式：设计公式：仅靠预紧力传递横向力仅靠预紧力传递横向力,需很大的预紧力需很大的预紧力,且连接不可靠。且连接不可靠。FEFETFa
23、FRFRFa螺栓所受的总拉力：螺栓所受的总拉力：Fa=F0+FE?此时，联接中各零件的受力关系属此时，联接中各零件的受力关系属静不定问题静不定问题未知力有两个：未知力有两个：Fa 总拉力总拉力FR 残余预紧力残余预紧力须根据静力平衡方程和变形协调条件求解须根据静力平衡方程和变形协调条件求解F0F0(2)受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接(压力容器压力容器)F0F0F0F0FEFEFaFRFRFac0b0bc变形协调条件：变形协调条件：b=c=静力平衡条件：静力平衡条件：Fa=FR+FE螺栓螺栓总拉力总拉力残余残余预紧力预紧力轴向轴向外载荷外载荷变形变形力力力力力力变形
24、变形b0c0b0c0F0F0FaFEFRbc(a)(b)(c)F0螺栓刚度螺栓刚度:c1=F0/b0被联接件刚度被联接件刚度:c2=F0/c0 001002abRcFFFFcFFFFc 1212EbcEFFFccFcc FbFc1012(1)REcFFFcc1012aREEcFFFFFcc当当c2 c1时，时，相对刚度系数相对刚度系数0，Fa F0当当c2 c1时，时，相对刚度系数相对刚度系数1，Fa F0+FE相对刚度系数相对刚度系数10012()aEEccFFFKKFcc总拉力公式也写成总拉力公式也写成:K0为预紧系数为预紧系数,查表查表 15.4;预紧力预紧力 F0=K0 FE;Kc 螺
25、栓的相对刚度系数螺栓的相对刚度系数,Kc=c1/(c1+c2)。螺栓的相对刚度系。螺栓的相对刚度系数的大小与螺栓及被连接件的材料、数的大小与螺栓及被连接件的材料、尺寸和结构有关尺寸和结构有关,其值其值在在 01 之间变化之间变化,一般可按表一般可按表 15.5 选取选取强度条件：强度条件：2141.31.3aeFM Pad注意：对于普通螺栓联接，无论联接是受横向工作载注意：对于普通螺栓联接，无论联接是受横向工作载荷还是轴向工作载荷，螺栓本身总是受拉力作用荷还是轴向工作载荷，螺栓本身总是受拉力作用1）无特殊要求时）无特殊要求时 FR=（0.20.6)FE2）变载作用时）变载作用时 FR=（0.6
26、1.0)FE3）有紧密性要求时）有紧密性要求时 FR=（1.51.8)FE紧螺栓连接应能保证被连接件的接合面不出现缝隙，残紧螺栓连接应能保证被连接件的接合面不出现缝隙，残余预紧力应满足下列要求：余预紧力应满足下列要求：一般的计算过程：一般的计算过程：FE FR Fa e设计时设计时,通常在求出通常在求出F E和预紧力和预紧力F0后后,可以公式求总拉力可以公式求总拉力Fa一般的计算过程：一般的计算过程：FE F0 Fa e在预紧力难以确定或重要的连接在预紧力难以确定或重要的连接,可先确定残余预紧力可先确定残余预紧力当工作载荷当工作载荷F FE E在在0 0与与F FE E之间变化时之间变化时,螺
27、栓的拉力在螺栓的拉力在F Fa a与与F F0 0之间之间变化变化,螺栓的拉力变幅为螺栓的拉力变幅为由于变载零件的疲劳强度应力幅由于变载零件的疲劳强度应力幅a a是主要因素是主要因素,故应满足故应满足强度条件强度条件011211222aEcEFFcFK Fcc212cEaaK Fd力时间OF2F1工作载荷变化变形O力 3)3)轴向载荷轴向载荷+变工作载荷变工作载荷特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压特点：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和剪切来传递外载荷F F进行工作进行工作3.受剪螺栓连接受剪螺栓连接204 Fd螺栓的剪切强度条件为：螺栓的剪切
28、强度条件为：式中：式中：F-F-横向载荷（横向载荷（N N）d d0 0-螺杆或孔的直径（螺杆或孔的直径（mmmm）螺栓许用剪应力，螺栓许用剪应力，MPaMPa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：0 min PPFd l式中：式中：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（mmmm）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，MPaMPa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 Pminl国家标准规定了螺纹联接
29、件的性能等级。螺栓、螺柱、螺国家标准规定了螺纹联接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为钉的性能等级分为1010级，螺母的性能等级分为级，螺母的性能等级分为 7 7级。级。在一般用途的设计中，通常选用在一般用途的设计中，通常选用4.84.8级左右的螺栓，在重级左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹联接件，要选用高的性能等级，要的或有特殊要求设计中的螺纹联接件，要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用如在压力容器中常采用8.88.8级的螺栓。级的螺栓。常用的螺纹联接件材料为常用的螺纹联接件材料为Q215Q215、Q235Q235、3535、4545等碳素钢。等碳素钢。当强度要求高时，
30、还可采用合金钢，如当强度要求高时，还可采用合金钢，如15Cr15Cr、40Cr40Cr等。等。4.螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力二、螺纹联接件的许用应力二、螺纹联接件的许用应力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螺纹联接件的安全系数s SSsPsPS（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）15.5 螺栓组连接的设计计算螺栓组连接的设计计算螺栓组连接设计主要有以下内容螺栓组连接设计主要有以下内容:1)结构设计：按连接的用途和被连接件的
31、结构结构设计：按连接的用途和被连接件的结构,选定螺栓的选定螺栓的数目和布置形式数目和布置形式;2)受力分析：按连接布置形式和载荷情况受力分析：按连接布置形式和载荷情况,求出受力最大的螺求出受力最大的螺栓所受的力栓所受的力;3)强度计算：按受力最大的螺栓进行单个螺栓的强度计算。强度计算：按受力最大的螺栓进行单个螺栓的强度计算。v为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，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。v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间。v 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常
32、分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。v避免螺栓承受附加的弯曲载荷。一、螺栓组联接的结构设计一、螺栓组联接的结构设计结构设计的主要目的,在于合理地确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形式,力求使各螺栓和连接接合面间受力均匀,便于加工和装配。1受横向载荷2受转矩3受轴向载荷4受倾覆力矩 受力分析的目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓 及其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。受力分析时所作假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；受载后联接接合面仍保持为平面。受力分析的类型：二、螺栓组联接的受力分析二、螺栓组联接的受力分析螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；FS
33、FSriOOMTfF0fF0FFS1受轴向载荷的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接 若作用在螺栓组上轴向总载荷F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，当联接要有保证的残余预紧力为FR时，每个螺栓所承受的总载荷Fa为。zFFSFa=F+FRFFS （2）对于铰制孔用螺栓联接（图b），每个螺栓所受工作剪力为：式中：z为螺栓数目。图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。2 2受横向载荷受横向载荷的螺栓组联接的螺栓组联接zFFSFFFFb)a)（1）对于普通螺栓联接(图a)，按预紧后接合面间所产生的最大摩
34、擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有：SFKmzfFf0fmzFKFSf0或Kf为防滑系数，设计中可取Ks=1.11.3。m为结合面数量，z为螺栓数目，f为摩擦系数分析：当f=0.15，m=1，C=1.2，则F08F，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。3受旋转力矩受旋转力矩 T 的螺栓组连接的螺栓组连接0 10 20 zffF rfF rfF rK TTrFziii1 1）采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合
35、面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。2）采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmaxf01ziiK TFfrFSriOTfF0fF0与4 4受倾覆力矩受倾覆力矩的螺栓组联接的螺栓组联接 倾覆力矩 M 作用在联接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已拧紧并承受预紧力F0。作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：由此可以求出最大工作载荷：i i1ziMFrmaxmax2i1ZiM rFrOMiirFrFmaxmax0Pmax12ppPzFMAW0Pmin120ppzFMAW 为防止结合面受压最大处被压碎或受
36、压最小处出现间隙，要求：受倾覆力矩的底板螺栓组联接的受力过程可用右图表示。式中,F0为每个螺栓所受的预紧力,N;p1 为由预紧力产生的挤压应力,MPa;z 为螺栓数目;A 为接合面的有效面积,mm2;p2 为由翻转力矩产生的附加最大挤压应力,MPa,W为接合面抗弯截面系数,mm3;p 为接合面材料的许用挤压应力,MPa,对于钢和铸铁,其值见表15.9,混凝土p =23 MPa;砖(水泥浆缝)p=1.22 MPa;木材p=24 MPa。在实际应用中,螺栓组连接所受工作载荷可能是以上四种简单受力状态的不同组合。对于复杂的受力状态,可以化简为上述四种简单受力状态,再按矢量叠加原理求出螺栓受力。求出受
37、力最大螺栓的力值后,即可进行单个螺栓连接强度计算。一一、改善螺纹牙上载荷的分配、改善螺纹牙上载荷的分配15.6 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施均载螺母均载螺母1均载螺母均载螺母2均载螺母均载螺母3钢丝螺套钢丝螺套二二.避免或减小附加应力避免或减小附加应力由于设计、制造或安装上的疏忽由于设计、制造或安装上的疏忽,有可能有可能使螺栓受到附加弯曲应力使螺栓受到附加弯曲应力,这对螺栓疲劳这对螺栓疲劳强度的影响很大强度的影响很大,应设法避免。例如应设法避免。例如,在在铸件或锻件等未加工表面上安装螺栓时铸件或锻件等未加工表面上安装螺栓时,常采用凸台或沉头座等结构常采用凸台或沉头座等结构,经切削加工经切削加工后可获得平整的支承面后可获得平整的支承面三、提高疲劳强度三、提高疲劳强度1、减小应力幅减小应力幅减小螺栓刚度减小螺栓刚度螺母下加弹性元件、中空螺杆、减小螺杆直径螺母下加弹性元件、中空螺杆、减小螺杆直径增大被连接件刚度增大被连接件刚度去掉弹性密封垫、加密封环去掉弹性密封垫、加密封环2 减小应力集中减小应力集中
