ch05螺紋連接螺旋運動

1、第二篇第二篇 聯(lián)接聯(lián)接聯(lián)接的基本類型聯(lián)接的基本類型聯(lián)聯(lián)接接機械動機械動聯(lián)接聯(lián)接運動副運動副機械靜機械靜聯(lián)接聯(lián)接可拆卸聯(lián)接可拆卸聯(lián)接不可拆卸聯(lián)接不可拆卸聯(lián)接螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接鍵、花鍵、銷聯(lián)接鍵、花鍵、銷聯(lián)接無鍵聯(lián)接無鍵聯(lián)接鉚接鉚接焊接焊接膠接膠接過盈聯(lián)接過盈聯(lián)接第五章第五章 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接和和螺旋傳動螺旋傳動第六章第六章 鍵、花鍵、無鍵和銷聯(lián)接鍵、花鍵、無鍵和銷聯(lián)接第七章第七章 鉚接、焊接、膠接和過盈聯(lián)接鉚接、焊接、膠接和過盈聯(lián)接主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1 1）螺紋）螺紋2 2）螺紋聯(lián)接的類型和標準聯(lián)接件）螺紋聯(lián)接的類型和標準聯(lián)接件3 3）螺紋聯(lián)接的預緊和防松）螺紋聯(lián)接的預緊和防松4 4）螺紋聯(lián)接的

2、強度計算）螺紋聯(lián)接的強度計算5 5）螺紋組聯(lián)接的設(shè)計）螺紋組聯(lián)接的設(shè)計6 6）螺紋聯(lián)接件的材料及許用應力）螺紋聯(lián)接件的材料及許用應力7 7）提高螺紋聯(lián)接強度的措施）提高螺紋聯(lián)接強度的措施8 8）螺旋傳動（自學）螺旋傳動（自學）基本要求：基本要求：1 1）掌握各種螺紋的特點和選擇）掌握各種螺紋的特點和選擇2 2）掌握螺紋聯(lián)接的預緊與防松）掌握螺紋聯(lián)接的預緊與防松3 3）掌握螺紋聯(lián)接的受力分析和計算）掌握螺紋聯(lián)接的受力分析和計算4 4）掌握影響螺栓連接強度的因素和提高連接強度的措施）掌握影響螺栓連接強度的因素和提高連接強度的措施重點和難點：重點和難點：1 1）各種螺紋的特點和選擇）各種螺紋的特點和

3、選擇2 2）單個螺栓連接的受力分析和計算以及螺栓組連接的受）單個螺栓連接的受力分析和計算以及螺栓組連接的受力分析和設(shè)計力分析和設(shè)計3 3）影響螺栓連接強度的因素和提高連接強度的措施）影響螺栓連接強度的因素和提高連接強度的措施Pd2一、螺紋的形成一、螺紋的形成用于聯(lián)接用于傳動單單線線螺螺紋紋Sd2多多線線螺螺紋紋第一節(jié)第一節(jié) 螺紋螺紋二二. . 螺紋的分類：螺紋的分類：1 1）按牙形分：）按牙形分：2 2）按螺旋的線數(shù)分：）按螺旋的線數(shù)分：單線、多線（一般不超過單線、多線（一般不超過4 4線），線數(shù)越多，導線），線數(shù)越多，導程越大。單線用于聯(lián)接，多線用于傳動。程越大。單線用于聯(lián)接，多線用于傳動。

4、3 3）按旋向分：）按旋向分：右旋、左旋。一般用右旋。右旋、左旋。一般用右旋。三角形：三角形：鋸齒形：鋸齒形：矩矩 形：形：剃剃 形：形：3033060三角形梯形鋸齒形矩形二二. . 螺紋的分類：螺紋的分類：4 4）內(nèi)、外螺紋之分：）內(nèi)、外螺紋之分：二者旋合組成螺旋副（螺紋副）二者旋合組成螺旋副（螺紋副）5 5）按母體的形狀分：）按母體的形狀分：圓柱螺紋、圓錐螺紋圓柱螺紋、圓錐螺紋6 6）按采取標準制度的不同：）按采取標準制度的不同：公制、英制公制、英制機械制造常用螺紋：機械制造常用螺紋：常用螺紋常用螺紋（ 按牙形分）按牙形分）三角螺紋三角螺紋矩形螺紋矩形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺

5、紋圓螺紋圓螺紋普通螺紋普通螺紋管螺紋管螺紋粗牙螺紋粗牙螺紋細牙螺紋細牙螺紋普通細牙普通細牙非螺紋密封非螺紋密封螺紋密封螺紋密封圓錐管螺紋圓錐管螺紋用于傳動用于傳動用于用于聯(lián)接聯(lián)接注：注：除了矩形螺紋、半圓形螺紋外，其它螺紋除了矩形螺紋、半圓形螺紋外，其它螺紋都已標準化了，設(shè)計時應按國家標準設(shè)計。都已標準化了，設(shè)計時應按國家標準設(shè)計。三、螺紋的主要幾何參數(shù)三、螺紋的主要幾何參數(shù) 直徑直徑大徑大徑d d：公稱直徑。：公稱直徑。M20d=20mmM20d=20mm小徑小徑d d1 1：螺紋的最小直徑。：螺紋的最小直徑。中徑中徑d d2 2：齒厚：齒厚= =齒槽寬處直徑，幾何計算齒槽寬處直徑，幾何計算

6、用。用。 一般?。阂话闳。篸 d2 2=(d+d=(d+d1 1)/2)/2 線數(shù)線數(shù)n n：n=1n=1時用于聯(lián)接；時用于聯(lián)接；n n1 1時用于傳動；時用于傳動；nn，但為便于制造，但為便于制造n4n4 升角升角：2arctandnp牙形角牙形角：螺紋牙兩側(cè)面夾角。：螺紋牙兩側(cè)面夾角。 螺距螺距p p： 導程導程s s ：s=nps=np接觸高度接觸高度h h：內(nèi)外螺紋旋合后接觸面的徑向高度內(nèi)外螺紋旋合后接觸面的徑向高度h 四、常用螺紋的應用四、常用螺紋的應用普通螺紋：普通螺紋： 同一公稱直徑可以有多種螺距。其中螺距最大的稱為粗牙同一公稱直徑可以有多種螺距。其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余

7、的均稱為細牙螺紋。螺紋，其余的均稱為細牙螺紋。細牙螺紋因螺距小，升角小，因細牙螺紋因螺距小，升角小，因此自鎖性好、強度高，但不耐磨、此自鎖性好、強度高，但不耐磨、易滑扣。易滑扣。細牙螺紋用于薄細牙螺紋用于薄壁零件以及受振動載荷的聯(lián)接、壁零件以及受振動載荷的聯(lián)接、微調(diào)機構(gòu)中。微調(diào)機構(gòu)中。螺紋的精度：螺紋的精度：A A級：主要用于配合精確，防止振動的場合；級：主要用于配合精確，防止振動的場合；B B級：多用于受載較大、經(jīng)常拆裝、調(diào)整或承受變載荷的連接；級：多用于受載較大、經(jīng)常拆裝、調(diào)整或承受變載荷的連接；C C級：主要用于一般的連接。級：主要用于一般的連接。 四、常用螺紋的應用四、常用螺紋的應用管

8、螺紋：管螺紋： 公稱直徑為管子的公稱通經(jīng)。公稱直徑為管子的公稱通經(jīng)。非螺紋密封管螺紋：用于管接頭、閥門的連非螺紋密封管螺紋：用于管接頭、閥門的連接；接；螺紋密封管螺紋：用于管子、管接頭、閥門螺紋密封管螺紋：用于管子、管接頭、閥門的連接。的連接。 傳動螺紋：傳動螺紋：梯形螺紋是最常用的螺紋。梯形螺紋是最常用的螺紋。第二節(jié)第二節(jié) 螺紋聯(lián)接的類型及標準連接件螺紋聯(lián)接的類型及標準連接件一一. .螺紋聯(lián)接的基本類型：螺紋聯(lián)接的基本類型：1. 1. 螺栓聯(lián)接：螺栓聯(lián)接：1 1）被聯(lián)接件的孔不用加工螺紋，裝拆方便，）被聯(lián)接件的孔不用加工螺紋，裝拆方便，用于經(jīng)常拆裝的場合。用于經(jīng)常拆裝的場合。2 2）只適用于

9、被聯(lián)接件都較薄的情況。）只適用于被聯(lián)接件都較薄的情況。（1）普通螺栓聯(lián)接（2）鉸制孔螺栓聯(lián)接2. 2. 雙頭螺柱聯(lián)接：雙頭螺柱聯(lián)接： 被聯(lián)接件之一需加工螺被聯(lián)接件之一需加工螺紋孔。用于被聯(lián)接件之一比較紋孔。用于被聯(lián)接件之一比較厚，需經(jīng)常拆裝的情況厚，需經(jīng)常拆裝的情況。3. 3. 螺釘聯(lián)接：螺釘聯(lián)接： 被聯(lián)接件之一需加工螺紋被聯(lián)接件之一需加工螺紋孔，省去了螺母，結(jié)構(gòu)簡單?？祝∪チ寺菽?，結(jié)構(gòu)簡單。用于被聯(lián)接件之一比較厚，不用于被聯(lián)接件之一比較厚，不宜經(jīng)常拆裝的場合。宜經(jīng)常拆裝的場合。4. 4. 緊定螺釘聯(lián)接：緊定螺釘聯(lián)接： 用于固定兩零件的用于固定兩零件的相對位置，并傳遞不大相對位置，并傳遞不大

10、的力或力矩。的力或力矩。地腳螺栓地腳螺栓吊環(huán)螺栓吊環(huán)螺栓T T形槽螺栓形槽螺栓其它常用的螺紋聯(lián)接其它常用的螺紋聯(lián)接二二. .標準螺紋聯(lián)接件標準螺紋聯(lián)接件1.1.螺栓螺栓 螺栓的形狀較螺栓的形狀較 多，用途也很廣泛。多，用途也很廣泛。如右圖所示為各種不如右圖所示為各種不同形式的螺栓。螺栓同形式的螺栓。螺栓聯(lián)接也可以用于螺釘聯(lián)接也可以用于螺釘聯(lián)接中。聯(lián)接中。2.2.雙頭螺柱雙頭螺柱螺栓螺栓 GB/T5782 M12GB/T5782 M128080螺柱螺柱 GB/T898 M10GB/T898 M1050503.3.螺釘螺釘 螺釘?shù)念^部和端部有螺釘?shù)念^部和端部有多種形式，以適應不同多種形式，以適應不

11、同場合的需要。場合的需要。 螺釘有：螺釘有：連接螺釘和緊定螺釘連接螺釘和緊定螺釘螺釘螺釘 GB/T70 M8GB/T70 M820204.4.螺母螺母螺母螺母 GB/T6170 M10GB/T6170 M105.5.墊圈墊圈墊圈墊圈 GB/T93 16GB/T93 16止動墊圈止動墊圈第三節(jié)第三節(jié) 螺紋聯(lián)接的預緊螺紋聯(lián)接的預緊 在裝配時，螺紋聯(lián)接都必須預緊。對于重要的螺紋在裝配時，螺紋聯(lián)接都必須預緊。對于重要的螺紋聯(lián)接，還應控制其預緊力的大小。聯(lián)接，還應控制其預緊力的大小。預緊力：預緊力：預緊的目的：預緊的目的：1 1）增加聯(lián)接的可靠性；）增加聯(lián)接的可靠性；2 2）增加聯(lián)接的剛性；）增加聯(lián)接的

12、剛性；3 3）防松；）防松；4 4）受橫向載荷作用時，增大摩擦力，防止相對滑動；）受橫向載荷作用時，增大摩擦力，防止相對滑動；5 5）增大疲勞強度。）增大疲勞強度。使聯(lián)接在承受工作載荷之前預先受到力的作用，使聯(lián)接在承受工作載荷之前預先受到力的作用，這個力稱為這個力稱為預緊力預緊力。 預緊力不能太大，太大易過載拉斷，因此，預緊力要預緊力不能太大，太大易過載拉斷，因此，預緊力要保證且又不使其過載。保證且又不使其過載。第三節(jié)第三節(jié) 螺紋聯(lián)接的預緊螺紋聯(lián)接的預緊預緊力大小確定原則：預緊力大小確定原則：預緊力的控制方法：預緊力的控制方法：1 1）測力矩扳手；）測力矩扳手；2 2）定力矩扳手；）定力矩扳手

13、；3 3）螺栓變形伸長量；）螺栓變形伸長量；4 4）憑手感經(jīng)驗。）憑手感經(jīng)驗。碳素鋼螺栓：碳素鋼螺栓：合金鋼螺栓：合金鋼螺栓：10)7 . 06 . 0(AFs10)6 . 05 . 0(AFs測力矩扳手定力矩扳手擰緊力矩與預緊力的關(guān)系：擰緊力矩與預緊力的關(guān)系：受載之前受載之前擰緊螺母擰緊螺母預緊力預緊力F F預緊聯(lián)接剛度防松能力緊密性擰緊力矩擰緊力矩T=T=？螺母支承面間的摩擦阻力矩螺母支承面間的摩擦阻力矩以螺母分析：以螺母分析：T=TT=T1 1+T+T2 2螺紋副間的摩擦力矩螺紋副間的摩擦力矩00螺旋副間的摩擦力矩螺旋副間的摩擦力矩T T1 1：設(shè)設(shè)F F0 0為螺栓所受的預緊力為螺栓所

14、受的預緊力, ,則則: :)(0vtgFF)(222021vtgdFdFT螺母與支撐面間的摩擦力矩：螺母與支撐面間的摩擦力矩：fcrFfT02式中式中: : f fc c為螺母與被聯(lián)接件支撐面間的摩擦系數(shù)。為螺母與被聯(lián)接件支撐面間的摩擦系數(shù)。 無潤滑時無潤滑時f fc c=0.15=0.1520203030031dDdDFfc20203030020312dDdDFftgdFTcv擰緊力矩擰緊力矩: :20203030020312dDdDFftgdFTcv擰緊力矩擰緊力矩: :T 0.2F0 d Nmm 對對M12M12以下的螺栓，應注意控制預以下的螺栓，應注意控制預緊力，以防過載拉斷。緊力，以

15、防過載拉斷。00對于對于M10 M68的普通紋，的普通紋， ，fc=0.15， ，f 為螺旋副的間的為螺旋副的間的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù),無潤滑時無潤滑時 f=0.10.2，則：則：dDdddd5 . 1,1 . 1,9 . 0002farctgv155. 1,23241 1 1）在沖擊、振動、變載荷作用下，螺旋副間的摩擦阻力）在沖擊、振動、變載荷作用下，螺旋副間的摩擦阻力極不穩(wěn)定，在某一瞬間會急劇減少以致消失，失去自鎖能力，極不穩(wěn)定，在某一瞬間會急劇減少以致消失，失去自鎖能力，聯(lián)接就可能松脫；聯(lián)接就可能松脫； 2 2）螺栓在高溫、溫度變化較大的情況下工作，材料發(fā)生）螺栓在高溫、溫度變化較大的情況下

16、工作，材料發(fā)生蠕變和應力松弛，也會使預緊力和摩擦力逐漸減少，最終導蠕變和應力松弛，也會使預緊力和摩擦力逐漸減少，最終導致聯(lián)接失效。致聯(lián)接失效。防松的根本原理：防松的根本原理：防止螺旋副的相對轉(zhuǎn)動防止螺旋副的相對轉(zhuǎn)動。防松的原因：防松的原因：第四節(jié)第四節(jié) 螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接的防松防松的方法：防松的方法： 摩擦防松：摩擦防松：摩擦防松簡單方便，不如以下兩種方法可摩擦防松簡單方便，不如以下兩種方法可靠?？?。 機械防松：機械防松：機械防松可靠，可和摩擦防松聯(lián)合使用。機械防松可靠，可和摩擦防松聯(lián)合使用。用于不再拆卸聯(lián)接。這種方法是將螺旋副變用于不再拆卸聯(lián)接。這種方法是將螺旋副變成非運動副，從而排除了

17、相對運動的可能性。成非運動副，從而排除了相對運動的可能性。 鉚沖防松：鉚沖防松：摩擦防松：摩擦防松： 彈簧墊圈防松彈簧墊圈防松開口方向：開口方向：斜向右下方斜向右下方摩擦防松：摩擦防松： 自鎖螺母防松自鎖螺母防松對頂螺母防松對頂螺母防松0F0F00FF0F0F螺栓裝配圖開槽螺母開口銷機械防松機械防松開口銷防松開口銷防松止動墊片防松止動墊片防松串聯(lián)鋼絲防松串聯(lián)鋼絲防松正確不正確注意金屬絲穿入方向鉚沖防松：鉚沖防松：在軸向載荷作用下，螺栓桿或螺紋部分發(fā)生塑性變形或拉斷；在軸向載荷作用下，螺栓桿或螺紋部分發(fā)生塑性變形或拉斷；螺栓聯(lián)接的失效形式：螺栓聯(lián)接的失效形式：在橫向載荷作用下，鉸制孔螺栓聯(lián)接的失

18、效形式是：螺拴桿在橫向載荷作用下，鉸制孔螺栓聯(lián)接的失效形式是：螺拴桿 和孔壁的貼合上可能的壓潰或螺栓桿被剪斷；和孔壁的貼合上可能的壓潰或螺栓桿被剪斷；螺紋牙的滑扣。螺紋牙的滑扣。第五節(jié)第五節(jié) 螺紋聯(lián)接的強度計算螺紋聯(lián)接的強度計算-單個螺栓聯(lián)接的受力分析和強度計算單個螺栓聯(lián)接的受力分析和強度計算對單個螺栓來說受力的形式不外對單個螺栓來說受力的形式不外乎是乎是軸向力軸向力或或橫向力橫向力。設(shè)計準則：設(shè)計準則：保證螺栓的靜力或疲勞強度。保證螺栓的靜力或疲勞強度。設(shè)計準則：設(shè)計準則：保證螺栓的擠壓強度和螺栓的保證螺栓的擠壓強度和螺栓的 剪切強度剪切強度。設(shè)計準則：設(shè)計準則：提高材料性能提高材料性能。螺

19、栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接受拉螺栓受拉螺栓受剪螺栓受剪螺栓松聯(lián)接：不擰緊，無預緊力松聯(lián)接：不擰緊，無預緊力F F0 0，僅受工作載荷，僅受工作載荷F F緊聯(lián)接：需擰緊緊聯(lián)接：需擰緊僅受預緊力僅受預緊力F F0 0同時受預緊力同時受預緊力F F0 0和工作載荷和工作載荷F F一、松螺栓聯(lián)接強度計算一、松螺栓聯(lián)接強度計算如：起重滑輪螺栓如：起重滑輪螺栓僅受軸向工作拉力僅受軸向工作拉力F F失效：拉斷失效：拉斷強度條件：強度條件：4/21dFMPa 校核式式中：式中：d d1 1危險截面計算直徑危險截面計算直徑許用應力，許用應力， = = s sS S，見，見P86P86、P87P87表表5-85-8、5-10

20、5-10。41Fd mm 設(shè)計式查手冊，選螺栓松螺栓連接松螺栓連接：不必把螺母擰緊，在承受工：不必把螺母擰緊，在承受工作載荷前，螺栓不受力（自重不計）。作載荷前，螺栓不受力（自重不計）。二、緊螺栓聯(lián)接強度計算二、緊螺栓聯(lián)接強度計算1 1）只受預緊力）只受預緊力F F0 0的緊聯(lián)接的緊聯(lián)接4/210dF擰緊過程中，在擰緊過程中，在T T1 1作用下螺栓受扭作用下螺栓受扭產(chǎn)生產(chǎn)生4/)tan(216/2/)tan(2101231201dFddddFWTvvT對鋼制對鋼制M10M68M10M68螺栓：螺栓： 0.5螺栓危險截面的拉伸應力：螺栓危險截面的拉伸應力：緊螺栓連接：緊螺栓連接：在裝配時，螺母

21、需擰緊，即在在裝配時，螺母需擰緊，即在承受工作載荷之前，螺栓就受到了一定的預承受工作載荷之前，螺栓就受到了一定的預緊力。緊力。F0F03 . 1322ca校核式校核式4/3 . 1210dFca意義意義：緊聯(lián)接時，將拉應力增大：緊聯(lián)接時，將拉應力增大30%30%以考慮以考慮擰緊力矩擰緊力矩的影響。的影響。3 . 1401Fdmm 設(shè)計式設(shè)計式根據(jù)第四強度理論根據(jù)第四強度理論 可用減載零件來承受橫向力，此可用減載零件來承受橫向力，此時螺栓只起聯(lián)接作用，不承載，強度時螺栓只起聯(lián)接作用，不承載，強度計算按減載零件計算。計算按減載零件計算。F0F0FF2 2）受預緊力）受預緊力F F0 0和軸向工作載

22、荷和軸向工作載荷F F的緊螺栓聯(lián)接的緊螺栓聯(lián)接FFF02螺栓所受的總拉力螺栓所受的總拉力F F2 2不等于預緊力不等于預緊力F F0 0與工作拉力與工作拉力F F之和之和重要或緊密性要求的連接：重要或緊密性要求的連接：F F1 1=（1.5-1.81.5-1.8）F F一般連接、工作穩(wěn)定的連接：一般連接、工作穩(wěn)定的連接：F F1 1=（0.2-0.60.2-0.6）F F工作載荷不穩(wěn)定的連接：工作載荷不穩(wěn)定的連接：F F1 1=（0.6-1.00.6-1.0）F F地腳螺栓：地腳螺栓：F F1 1FF殘余預緊力與工作載荷的取值：殘余預緊力與工作載荷的取值：FFF12螺栓的總拉力：螺栓的總拉力：

23、bbF0tanbbbFC0tanC Cb b稱為稱為螺栓的剛度螺栓的剛度mmF0tanmmmFC0tanC Cmm稱為稱為被連接件的剛度被連接件的剛度)(001002mbmmmbCCFFFCFFFFCFFFFmbCCF令令令令)(001002mbmmmbCCFFFCFFFFCFFFFmbCCFmbbCCCFFF02mbbCCC螺栓的相對剛度或相對剛度系數(shù)螺栓的相對剛度或相對剛度系數(shù)1 001mbbmbmCCCFFCCCFFF同理，考慮扭轉(zhuǎn)作用，強度條件為：同理，考慮扭轉(zhuǎn)作用，強度條件為：校核式4/3 . 1212dFc3 . 1421Fdmm 設(shè)計式 當工作載荷在當工作載荷在0-F0-F變化變

24、化時，螺栓總拉力時，螺栓總拉力F F2 2在在F F0 0-F-F2 2之間變化，若不考慮扭轉(zhuǎn)之間變化，若不考慮扭轉(zhuǎn)影響：影響：2121022)(2dFCCCdFFmbba應力幅：應力幅：212max41dF210min41dFSKKSatcca)2)()(2minmin13 3）承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接）承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接失效形式：失效形式： 剪斷、接觸表面壓潰。剪斷、接觸表面壓潰。螺栓剪切強度條件：螺栓剪切強度條件：4/20dFd0桿抗剪面直徑許用剪應力擠壓強度條件：擠壓強度條件：min0ppLdFLmin對象受壓最小高度；p許用擠壓應力。第六節(jié)第六節(jié) 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計螺栓組聯(lián)接的設(shè)

25、計一、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計被聯(lián)接件結(jié)合面形狀應簡單對稱被聯(lián)接件結(jié)合面形狀應簡單對稱： 便于加工，便于螺栓對稱布置，使便于加工，便于螺栓對稱布置，使螺栓組的對稱中心與結(jié)合面形心重合螺栓組的對稱中心與結(jié)合面形心重合螺栓的布置應使螺栓受力合理：螺栓的布置應使螺栓受力合理： 受橫向力的螺栓組受力方向不受橫向力的螺栓組受力方向不超過超過8 8個；受力矩作用時應適當遠個；受力矩作用時應適當遠離對稱軸；離對稱軸；布置螺栓應留有合理的間距、邊距，方布置螺栓應留有合理的間距、邊距，方便裝配便裝配 扳手空間尺寸，查標準扳手空間尺寸，查標準 壓力容器螺栓間距，壓力容器螺栓間距，P73P73表

26、表5-45-4分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應取偶數(shù)取偶數(shù)避免螺栓偏心承載，而避免螺栓偏心承載，而產(chǎn)生附加彎曲載荷產(chǎn)生附加彎曲載荷同一螺栓組緊固件形狀、尺寸、材料應盡量一致同一螺栓組緊固件形狀、尺寸、材料應盡量一致 螺栓組聯(lián)接設(shè)計計算的一般步驟：螺栓組聯(lián)接設(shè)計計算的一般步驟：螺栓組受力分析螺栓組受力分析 找出受力最大的螺栓找出受力最大的螺栓, ,及其力的及其力的大小大小；單個螺栓受力和失效分析單個螺栓受力和失效分析 單個螺栓強度計算；單個螺栓強度計算；確定螺栓的尺寸（直徑、長度）。確定螺栓的尺寸（直徑、長度）。二、螺栓組聯(lián)接的受力分析：二、螺栓組聯(lián)接的受力分析：兩種情況

27、的工作原理不同！兩種情況的工作原理不同！普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接1. 1. 承受橫向載荷作用的螺栓組聯(lián)接承受橫向載荷作用的螺栓組聯(lián)接為了簡化計算，假設(shè)：為了簡化計算，假設(shè)： 1 1）所有螺栓的）所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同材料、直徑、長度和預緊力均相同； 2 2）螺栓組的）螺栓組的幾何中心幾何中心與聯(lián)接與聯(lián)接結(jié)合面的形心重合結(jié)合面的形心重合； 3 3）受載后聯(lián)接）受載后聯(lián)接結(jié)合面仍保持為平面結(jié)合面仍保持為平面。fziFKFFKzifFss00或受力平衡條件：單個螺栓受力單個螺栓受力0F3 . 11 . 1_5576_可靠性系數(shù)，取接合面數(shù)目；表接合面

28、間的摩擦系數(shù)，sKiPf螺栓組受力螺栓組受力F dFddFca012103 . 144/3 . 1或普通螺栓組聯(lián)接普通螺栓組聯(lián)接單個螺栓受力單個螺栓受力zFF螺栓組受力螺栓組受力F剪切強度計算：剪切強度計算： 4/20dF孔壁螺栓ppp,min擠壓強度：擠壓強度：ppLdFmin0 鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接2. 2. 受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接TKfrFfrFfrFsz 02010不滑動條件：)(210zsrrrfTKF 1 1）普通螺栓聯(lián)接）普通螺栓聯(lián)接ir0fF0fF dFddFca012103 . 144/3 . 1或ziisrfTK1iriFmaxFmaxr2 2）鉸

29、制孔用螺栓聯(lián)接）鉸制孔用螺栓聯(lián)接iirFrFmaxmaxzzrFrFrFT 2211力矩平衡：22221maxmaxzrrrTrF 受力最大螺栓：)(22221maxmaxzrrrrFT 即：變形量越大，則工作剪力越大變形量越大，則工作剪力越大 ziirTr12maxmaxmaxrrFFiiiriFmaxFmaxr剪切強度計算：剪切強度計算： 4/20maxdF擠壓強度：擠壓強度：ppLdFmin0maxF03.3.受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接單個螺栓的受力：預緊力單個螺栓的受力：預緊力F F0 0 工作力工作力F F : :zFFFCCCFFFFmbb002 dFddFca2

30、12123 . 144/3 . 1或001mbmCCCFFF對于有緊密性要求的聯(lián)接，對于有緊密性要求的聯(lián)接，F(xiàn)F8 .15 .114.4.受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接假定假定: : 1) 1)底板為剛體；底板為剛體； 2)2)傾覆力矩作用在螺栓組聯(lián)接的形傾覆力矩作用在螺栓組聯(lián)接的形心；心； 3)3)受載后繞受載后繞O-OO-O轉(zhuǎn)動仍保持平面。轉(zhuǎn)動仍保持平面。在在M M的作用下：的作用下： 左側(cè)：左側(cè)：螺栓拉力增大；螺栓拉力增大； 右側(cè)：右側(cè)：螺栓拉力減小而地面壓螺栓拉力減小而地面壓 力增大力增大失效分析：失效分析： 1.1.螺栓拉斷；螺栓拉斷； 2.2.底板左側(cè)出現(xiàn)間隙；底板左

31、側(cè)出現(xiàn)間隙； 3.3.底板右側(cè)壓潰。底板右側(cè)壓潰。 zzLFLFLFM 2211力矩平衡： ziizLLMLLLLMF12max22221maxmax力：受力最大螺栓的工作拉螺栓所受的工螺栓所受的工作拉力與距離作拉力與距離成正比成正比iLmaxLmax02FCCCFFmbb：受力最大螺栓的總拉力maxFiFiiLFLFmaxmaxmaxmaxLLFFiimax02FCCCFFmbb：受力最大螺栓的總拉力 dFddFca212123 . 144/3 . 1或2FmF2受翻轉(zhuǎn)力矩前，接合面擠壓應力分布圖受翻轉(zhuǎn)力矩前，接合面擠壓應力分布圖F0在翻轉(zhuǎn)力矩作用下，接合面擠壓應力分布圖在翻轉(zhuǎn)力矩作用下，接

32、合面擠壓應力分布圖1B1C2F1FF2C2BmF1mF2mF2FmF2驗算接合面的強度計算驗算接合面的強度計算0minppp左側(cè)不出現(xiàn)間隙：左側(cè)不出現(xiàn)間隙：ppppmax右側(cè)不壓潰：右側(cè)不壓潰：AzFp0mbmpCCCWMWM00minWMAzFpppWMAzF0maxmF 小結(jié)：小結(jié)：1. 1.在實際工作中，螺栓所受的工作載荷往往是以上四中在實際工作中，螺栓所受的工作載荷往往是以上四中 簡單形式的不同組合，但不論受力多復雜，都可以將簡單形式的不同組合，但不論受力多復雜，都可以將 復雜狀態(tài)簡化成以上四中簡單的受力狀況，先分別求復雜狀態(tài)簡化成以上四中簡單的受力狀況，先分別求 螺栓的工作載荷，然后

33、向量迭加，就可求出螺栓所受螺栓的工作載荷，然后向量迭加，就可求出螺栓所受 的總工作載荷；的總工作載荷；橫向荷載橫向荷載+ +軸向載荷軸向載荷+ +翻轉(zhuǎn)力矩翻轉(zhuǎn)力矩橫向載荷橫向載荷+ +旋轉(zhuǎn)力矩旋轉(zhuǎn)力矩FT=Fe2.2.雖然前面講了螺栓的四種不同外載（橫向、轉(zhuǎn)矩、軸雖然前面講了螺栓的四種不同外載（橫向、轉(zhuǎn)矩、軸 向、傾覆力矩），但對單個螺栓而言，受力只有兩種：向、傾覆力矩），但對單個螺栓而言，受力只有兩種： 拉力、剪力；拉力、剪力；3.3.為了保證落栓聯(lián)接的可靠性，還要考慮綜合條件：不為了保證落栓聯(lián)接的可靠性，還要考慮綜合條件：不 出現(xiàn)間隙、不壓潰等。出現(xiàn)間隙、不壓潰等。第七節(jié)第七節(jié) 螺紋聯(lián)接件

34、的材料和許用應力螺紋聯(lián)接件的材料和許用應力一、常用材料：一、常用材料： 碳素鋼：碳素鋼： Q215Q215、Q235Q235、1010、3535、4545等等 合金鋼：合金鋼： 15Cr15Cr、40Cr40Cr、30CrMnSi30CrMnSi等等特殊用途（防蝕、防磁、導電、耐高溫）：特殊用途（防蝕、防磁、導電、耐高溫）： 特種鋼（如不銹鋼）、銅合金、鋁合金等特種鋼（如不銹鋼）、銅合金、鋁合金等 P86P86表表5-8 5-8 螺栓、螺釘、螺柱的性能等級：螺栓、螺釘、螺柱的性能等級：3.6 -12.93.6 -12.9P86P86表表5-9 5-9 螺母性能等級：螺母性能等級：4 -124

35、-12選用時，螺母的性能等級應不低于與其相配螺栓的性能等級選用時，螺母的性能等級應不低于與其相配螺栓的性能等級 鉸制孔用螺鉸制孔用螺栓受橫向載荷栓受橫向載荷 控制預緊力時控制預緊力時S=1.21.5； 不能嚴格控制預緊力時不能嚴格控制預緊力時S查查 表表5-10 受軸向載荷、橫向載受軸向載荷、橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接荷的普通螺栓聯(lián)接許用應力許用應力 聯(lián)接的受載情況聯(lián)接的受載情況 Ss 被聯(lián)接件為鑄鐵被聯(lián)接件為鋼PBpPspsSSS二、許用應力：二、許用應力：安全系數(shù)見安全系數(shù)見P87P87表表5-105-10第八節(jié)第八節(jié) 提高螺栓聯(lián)接強度的措施提高螺栓聯(lián)接強度的措施 一、降低影響螺栓疲勞強度的應

36、力幅一、降低影響螺栓疲勞強度的應力幅 應力變化幅度過大是疲勞斷裂的根本原因。應力變化幅度過大是疲勞斷裂的根本原因。)(002mbbCCCFFFF的變化范圍：bC) 1殘余預緊力減小，降低了連接的緊密性。殘余預緊力減小，降低了連接的緊密性。：mC)2殘余預緊力減小，降低了連接的緊密性。殘余預緊力減小，降低了連接的緊密性。:,)30FCCmb措措施施 二、改善螺紋牙的受力不均二、改善螺紋牙的受力不均 變形不諧調(diào)是螺紋牙受力變形不諧調(diào)是螺紋牙受力不均的根本原因。不均的根本原因。三、減少應力集中三、減少應力集中 對螺紋來講，形狀突變是產(chǎn)生應力集中的主要原因。對螺紋來講，形狀突變是產(chǎn)生應力集中的主要原因

37、。四、四、減小附加應力減小附加應力 偏心拉伸對螺栓十分不利。偏心拉伸對螺栓十分不利。五、采用合理的制造工藝方法五、采用合理的制造工藝方法 1 1）冷墩頭部、滾壓螺紋）冷墩頭部、滾壓螺紋 2 2）氮化、氰化、噴丸等處理。）氮化、氰化、噴丸等處理。 例例1 1：如圖為一凸緣聯(lián)軸器，它是利用凸臺對中的，用：如圖為一凸緣聯(lián)軸器，它是利用凸臺對中的，用4 4個個螺栓連接，已知螺栓中心圓直徑螺栓連接，已知螺栓中心圓直徑D D0 0=180mm=180mm，聯(lián)軸器傳遞的，聯(lián)軸器傳遞的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T=4.8T=4.810105 5NmmNmm，試確定螺栓的直徑。，試確定螺栓的直徑。1 1）作用在螺栓中心圓）作用在

38、螺栓中心圓D D0 0上的圓周力：上的圓周力：021DTF N5333180108 . 4252 2）計算螺栓的預緊力：）計算螺栓的預緊力：FKfziFs0412 . 02 . 1zifKsNF800003 3）確定螺栓直徑：）確定螺栓直徑：根據(jù)公式：根據(jù)公式： 210413 . 1dFmmFd06.136 .7780003 . 143 . 1401若取若取Mpa6 .77查標準，公稱直徑為查標準，公稱直徑為16mm16mm小徑為小徑為13.835mm13.835mm采用采用M16M16的螺栓的螺栓例例2 2：一壓力容器如圖所示，頂蓋用：一壓力容器如圖所示，頂蓋用8 8個螺栓壓緊，個螺栓壓緊，

39、已知容器的內(nèi)徑已知容器的內(nèi)徑D=300mmD=300mm，容器內(nèi)最大壓力，容器內(nèi)最大壓力P=1MpaP=1Mpa，墊片寬度，墊片寬度b=20mmb=20mm，試計算螺栓直徑。，試計算螺栓直徑。1 1）作用在每個螺栓上的外載荷）作用在每個螺栓上的外載荷pDFp42bDDp32NzpbDzFF69.963381)2032300(4)32(4222 2）殘余預緊力）殘余預緊力FF)8 . 15 . 1 (1壓力容器有緊密性要求，殘余預緊力為：壓力容器有緊密性要求，殘余預緊力為：FF5 . 11N54.1445069.96335 . 13 3）螺栓總拉力）螺栓總拉力NFFF23.24084124 4）

40、確定螺栓直徑）確定螺栓直徑3 . 1421Fdmm12.14選選M16M16，其小徑為，其小徑為14.376mmm14.12mm14.376mmm14.12mm，可行。，可行。螺栓材料：螺栓材料：3535# #鋼，等級鋼，等級5.65.6級級MpaSSMpass2005 . 13005 . 1300例例3 3：一厚度為：一厚度為 的鋼板用的鋼板用4 4個螺栓固聯(lián)在厚度個螺栓固聯(lián)在厚度 的鑄鐵支架上，螺栓的布置有的鑄鐵支架上，螺栓的布置有A A、B B兩種方案，已知載荷兩種方案，已知載荷 螺栓材料為螺栓材料為Q235Q235（性能等級為（性能等級為4.64.6級），級）， ，鑄鐵，鑄鐵架架 ，鋼

41、板，鋼板 ，螺栓，螺栓M16-M45 M16-M45 的拉應力安的拉應力安全系數(shù)全系數(shù)S=4-2S=4-2，板和架的摩擦系數(shù)，板和架的摩擦系數(shù)f=0.15f=0.15。（1 1）試比較哪種螺栓布置方案合理？）試比較哪種螺栓布置方案合理？（2 2）按合理的布置方案，分別確定采用普通螺栓和鉸制孔用）按合理的布置方案，分別確定采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓的螺栓直徑。螺栓的螺栓直徑。mm12mm301,100,400,12000mmammlNFMpa96Mpap180Mpap3201. 1. 螺栓組的受力分析螺栓組的受力分析1 1） 將載荷向螺栓組形心簡化：將載荷向螺栓組形心簡化：3104800,lFT

42、F2 2） 確定各個螺栓所受的橫向載荷：確定各個螺栓所受的橫向載荷：在橫向力在橫向力F F作用下作用下 NFF300041200041在旋轉(zhuǎn)力矩在旋轉(zhuǎn)力矩T T作用下作用下 A A方案方案NzrTFaa84874 .141410480032cos2212221maxaaaFFFFFN1082045cos8487300028487300022B B方案方案NzrTFbb33210121004104800NFFFbb1500021max方案比較方案比較 baFFmaxmaxA A方案較合理方案較合理2. 2. 按按A A方案布置，確定螺栓直徑方案布置，確定螺栓直徑1 1）采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接）采用

43、鉸制孔用螺栓聯(lián)接mmFd98.119610820440查標準，取查標準，取M12M12，d d0 0=13mm=13mm校核配合面的擠壓強度校核配合面的擠壓強度螺栓公稱長度螺栓公稱長度60mm60mm，L L0 0=22mm=22mm，L Lminmin=8mm=8mm螺栓光桿與鋼板螺栓光桿與鋼板孔之間孔之間 MpaLdFpp32010481310820min0螺栓光桿與鑄鐵螺栓光桿與鑄鐵支架之間支架之間 MpaLdFpp1807 .273013108201012 2）采用普通螺栓聯(lián)接）采用普通螺栓聯(lián)接FKfziFs01, 4,15. 0, 2 . 1izfKsNF2164003 . 1401

44、Fd螺栓材料為螺栓材料為Q235Q235，性能等級為，性能等級為4.64.6級級Mpas240?Sd安全系數(shù)螺栓直徑試算法4.4S105P87M12，表表，用插值法查表，用插值法查表假設(shè)先取螺栓直徑為假設(shè)先取螺栓直徑為MpaSs55.54mmFd63.2555.54216403 . 143 . 1401此值與假設(shè)相差太大，再假設(shè)螺栓直徑為此值與假設(shè)相差太大，再假設(shè)螺栓直徑為M24M24，同理用插值法，同理用插值法求得求得S=3.14S=3.14MpaSs43.76mmFd65.2143.76216403 . 143 . 1401要求為止。要求為止。直到滿足直到滿足重新按上述方法試算。重新按上述方法試算。的螺栓其強度還不夠，的螺栓其強度還不夠，說明選擇說明選擇螺栓，其小徑螺栓，其小徑冊，冊，查機械設(shè)計課程設(shè)計手查機械設(shè)計課程設(shè)計手M24,65.21752.20M241mmmmd試試設(shè)設(shè)計計此此螺螺栓栓組組連連接接。寬寬，底底板板高