第3章-螺紋連接

1、第第3 3章螺紋連接章螺紋連接3 31 1螺紋螺紋( (類型、參數(shù)、標(biāo)記、功用）類型、參數(shù)、標(biāo)記、功用）3 32 2螺紋連接的螺紋連接的類型類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件及標(biāo)準(zhǔn)連接件3 33 3螺紋連接的螺紋連接的預(yù)緊和預(yù)緊和防松防松3 35 5單個(gè)螺栓的單個(gè)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算3 34 4螺栓組連接的螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與與受力分析受力分析3 36 6提高螺栓連接強(qiáng)度的措施提高螺栓連接強(qiáng)度的措施3 30 0 引言引言3 30 0 引引 言言( (停停) ) 由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運(yùn)輸?shù)确矫娴脑颍瑱C(jī)器由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運(yùn)輸?shù)确矫娴脑?，機(jī)器中很多零件需要彼此聯(lián)接。機(jī)械零件之間的聯(lián)

2、接分為：中很多零件需要彼此聯(lián)接。機(jī)械零件之間的聯(lián)接分為：被聯(lián)接件之間相互完全固定。被聯(lián)接件之間相互完全固定。（形鎖合、摩擦鎖合、材料鎖合）（形鎖合、摩擦鎖合、材料鎖合）被聯(lián)接件之間能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。被聯(lián)接件之間能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如：運(yùn)動(dòng)副。例如：運(yùn)動(dòng)副。靜聯(lián)接：靜聯(lián)接：動(dòng)聯(lián)接：動(dòng)聯(lián)接：本課程介紹的聯(lián)接主要是本課程介紹的聯(lián)接主要是靜聯(lián)接靜聯(lián)接。聯(lián)接的類型：聯(lián)接的類型：螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接彈性環(huán)聯(lián)接等彈性環(huán)聯(lián)接等鉚接鉚接焊接焊接粘接粘接聯(lián)聯(lián)接接可拆可拆聯(lián)接聯(lián)接不可拆不可拆聯(lián)接聯(lián)接過(guò)盈聯(lián)接過(guò)盈聯(lián)接（介于兩者之間）（介于兩者之間）一、螺紋的形成一、

3、螺紋的形成3 31 1螺螺 紋紋d d2 2螺旋線螺旋線一動(dòng)點(diǎn)在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋一動(dòng)點(diǎn)在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿軸向作等速移動(dòng)的軌跡轉(zhuǎn)，同時(shí)沿軸向作等速移動(dòng)的軌跡。螺紋螺紋一平面圖形沿螺旋線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)保持該圖形通過(guò)一平面圖形沿螺旋線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)保持該圖形通過(guò)圓柱體的軸線，就得到螺紋。圓柱體的軸線，就得到螺紋。螺紋螺紋按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分螺螺紋紋的的分分類類按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母體形狀分按母體形狀分矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺

4、紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋停停P30P30表表3-13-1螺紋的牙型螺紋的牙型矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋151530303 33030潘存云教授研制潘存云教授研制各種螺紋的特點(diǎn)、應(yīng)用各種螺紋的特點(diǎn)、應(yīng)用自鎖條件：升角自鎖條件：升角 =(0.3=(0.30.5)0.5)d d ;變載荷變載荷l l1 1=0.75=0.75d d ;沖擊載荷或彎曲載荷沖擊載荷或彎曲載荷l l1 1d d ;鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓l l1 1d d ;螺紋伸出長(zhǎng)度螺紋伸出長(zhǎng)度a a=(0.2=(0.20.3)0.3)d d ;螺栓軸線到被連接件邊緣的螺栓軸線到被連

5、接件邊緣的距離距離 e e= =d d+(3+(36) mm6) mm用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。潘存云教授研制潘存云教授研制d dd d孔與螺桿之孔與螺桿之間留有間隙間留有間隙普通螺栓普通螺栓P33P33表表3-23-2潘存云教授研制座端擰入深度座端擰入深度H H，當(dāng)螺孔材料為：當(dāng)螺孔材料為：a ae e雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接連接件厚，允許拆裝。鋼或青銅鋼或青銅 H H= =d d; ;鑄鐵鑄鐵 H H=(1.25=(1.251.5)1.5)d d鋁合金鋁合金 H H=(1.5=(1.5 2.5)2.5)d d螺紋孔深度螺紋孔深度 H H1 1= =H H+(2+(2 2.5)2.5)P P;

6、 ;鉆孔深度鉆孔深度 H H2 2= =H H1 1+(0.5+(0.5 1)1)d d; ;參數(shù)參數(shù)l l1 1 、e e、a a與螺栓相同與螺栓相同 l l1 1H HH1H1H1H1H H2 2螺釘連接螺釘連接用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省了螺用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省了螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺孔而修復(fù)困難?？锥迯?fù)困難。e el l1 1H HH H2 2d d2 2、螺釘連接和雙頭螺柱連接、螺釘連接和雙頭螺柱連接 潘存云教授研制緊定螺釘緊定螺釘3、緊定螺釘連接、緊定螺釘連接緊定螺釘連接緊定螺釘連接用于固定兩個(gè)零件的相對(duì)位置并可傳遞不大的力或轉(zhuǎn)矩。二、二、螺紋緊固件螺紋緊固件

7、1 1、螺栓、螺栓螺栓的結(jié)構(gòu)形式螺栓的結(jié)構(gòu)形式L LL L0 0d d六角頭六角頭L Ld dL L0 0小六角頭小六角頭d dL L0 0L L1 1L LL L1 1 座端長(zhǎng)度座端長(zhǎng)度L L0 0 螺母端長(zhǎng)度螺母端長(zhǎng)度2 2、雙頭螺柱、雙頭螺柱末端末端結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)頭部頭部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)3、螺釘、緊定螺釘、螺釘、緊定螺釘潘存云教授研制地腳螺栓地腳螺栓 起吊螺釘起吊螺釘 4 4、專用螺紋連接、專用螺紋連接T T 型螺栓型螺栓 用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。用于尺寸受限制之處。國(guó)標(biāo)羅列有余種不同結(jié)構(gòu)的螺母5、螺母、螺母六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母圓螺母圓螺母潘存云教授研制6、其它螺母

8、：、其它螺母：潘存云教授研制7 7、墊圈、墊圈 平墊圈平墊圈薄平墊圈薄平墊圈A A型平墊圈型平墊圈B B型平墊圈型平墊圈斜墊圈斜墊圈彈簧墊圈彈簧墊圈圓螺母用止動(dòng)墊圈圓螺母用止動(dòng)墊圈作用作用：增加支撐面積以減小壓：增加支撐面積以減小壓強(qiáng)，避免擰緊螺母擦傷表面、強(qiáng)，避免擰緊螺母擦傷表面、防松。防松。普通螺栓連接普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(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)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘連接螺釘連接螺釘擰入深度H: 鋼或青銅 Hd 鑄鐵 H=(1.251.5)d 鋁合金 H=(1.52.5)d雙頭

9、螺柱連接其他螺紋連接類型緊定螺釘連接地腳螺栓連接吊環(huán)螺栓連接T型槽螺栓連接緊定螺釘連接緊定螺釘連接錐端緊定螺釘平端緊定螺釘?shù)啬_螺栓連接吊環(huán)螺栓連接吊環(huán)螺栓連接T型槽螺栓連接3 33 3螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊預(yù)緊力：預(yù)緊力：大多數(shù)螺紋連接在裝配時(shí)都需要擰緊，使之在承受工大多數(shù)螺紋連接在裝配時(shí)都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。預(yù)緊的目的：預(yù)緊的目的：增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。

10、預(yù)緊力的確定原則預(yù)緊力的確定原則： 擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過(guò)其擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過(guò)其材料的屈服極限材料的屈服極限( (s s) )的的80%80%。 一、概述一、概述一般螺紋連接在裝配時(shí)都必須擰緊，這時(shí)螺紋連接受到預(yù)緊力的作用。對(duì)于重要的螺紋連接，應(yīng)控制其預(yù)緊力，因?yàn)轭A(yù)緊力的大小對(duì)螺紋連接的可靠性，強(qiáng)度和密封均有很大影響。碳素鋼螺栓：碳素鋼螺栓：F F0 0(0.6(0.60.7) s s A1合金鋼螺栓：合金鋼螺栓：F F0 0 (0.5(0.50.6) s s A1A A1 1 危險(xiǎn)截面積，危險(xiǎn)截面積， A A1 1 d d2 21 1/4/40212c0 f()2

11、vF dTTTtgf F r0212tan()2vFdTTT二、二、擰緊力矩?cái)Q緊力矩( (停停) )T T1 1 克服螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩；克服螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩；T T2 2 克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；設(shè)預(yù)緊力為設(shè)預(yù)緊力為F F0 0 或預(yù)緊力（不受軸向載荷） f fc c 摩擦因子。摩擦因子。 無(wú)潤(rùn)滑時(shí)取無(wú)潤(rùn)滑時(shí)取 f fc c =0.15 =0.15r rf f 支撐面摩擦半徑支撐面摩擦半徑簡(jiǎn)化公式簡(jiǎn)化公式 P38式3-6,適用于M10M-68的粗牙螺紋，f=0.15, fc=0.15, T T0.20.2F F0 0d d總力矩總力矩 F Fa

12、ad d0 0d dT T測(cè)力矩扳手測(cè)力矩扳手預(yù)緊力控制方法預(yù)緊力控制方法: :連接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)，不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時(shí)消失，連接仍有可能松動(dòng)。高溫下的螺栓連接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮防松。即防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。F F定力矩扳手定力矩扳手通常螺紋連接擰緊是憑工人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定的，重要螺栓則必須預(yù)緊力進(jìn)行精確控制。(1)(1)憑手感經(jīng)驗(yàn)憑手感經(jīng)驗(yàn)(2)(2)測(cè)力矩扳手測(cè)力矩扳手 P36P36(3)(3)定力矩扳手定力矩扳手 P37P37(4)(4)測(cè)定伸長(zhǎng)量測(cè)定伸長(zhǎng)量L LS

13、 SL LM ML LS S尼龍圈鎖緊螺母尼龍圈鎖緊螺母連接用三角形螺紋都具有自鎖性（螺旋升角），在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)，不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時(shí)消失，連接仍有可能松動(dòng)而失效。高溫或溫差大的螺栓連接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮防松，即防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松的方法防松的方法 1.1.利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松彈簧墊圈彈簧墊圈對(duì)頂螺母對(duì)頂螺母3 33 3螺紋連接的防松螺紋連接的防松防松防松防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 P38P38表表3-53-5開(kāi)口銷與六開(kāi)口銷與六角開(kāi)槽螺母角開(kāi)槽螺母串聯(lián)鋼絲

14、串聯(lián)鋼絲2.2.采用專門防松元件防松采用專門防松元件防松圓螺母用止動(dòng)墊圈圓螺母用止動(dòng)墊圈潘存云教授研制止動(dòng)墊圈止動(dòng)墊圈潘存云教授研制潘存云教授研制沖點(diǎn)防松法沖點(diǎn)防松法3.3.其它方法防松其它方法防松1 11.51.5P P用沖頭沖用沖頭沖2 2至至3 3點(diǎn)點(diǎn)粘合法防松粘合法防松涂粘合劑涂粘合劑3 34 4螺栓組連接的設(shè)計(jì)螺栓組連接的設(shè)計(jì)(P40)(P40)在設(shè)計(jì)螺栓組連接時(shí)，關(guān)鍵是連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。它是根據(jù)被連接件的結(jié)構(gòu)和連接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式。. .為了便于加工制造和對(duì)稱布置螺栓，保證連接為了便于加工制造和對(duì)稱布置螺栓，保證連接結(jié)合面受力均勻，通常連接接合面的幾何形狀都設(shè)結(jié)合面受力

15、均勻，通常連接接合面的幾何形狀都設(shè)計(jì)成計(jì)成一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則基本原則（六項(xiàng)）：（六項(xiàng)）：大多數(shù)機(jī)械中螺栓都是成組使用的。大多數(shù)機(jī)械中螺栓都是成組使用的。軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀 圓形圓形 圓環(huán)形圓環(huán)形 矩形矩形 矩形框矩形框 三角形三角形 . .螺栓布置應(yīng)使各螺栓的螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理受力合理FF(1) (1) 對(duì)于鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向?qū)τ阢q制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置個(gè)以上的螺栓，以免上成排地布置個(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過(guò)于不均載荷分布過(guò)于不均；潘存云教授研制潘存云教授研制合理不

16、合理(2)(2)當(dāng)螺栓連接承受當(dāng)螺栓連接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近連接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。近連接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。(3)(3)當(dāng)同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，采用抗當(dāng)同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，采用抗 剪零件來(lái)承受橫向載荷。（鍵、套筒、銷等）剪零件來(lái)承受橫向載荷。（鍵、套筒、銷等）dhD. .螺栓的排列應(yīng)有螺栓的排列應(yīng)有合理間距、邊距合理間距、邊距，以保證扳手空間，以保證扳手空間潘存云教授研制60CCEE60扳手空間的尺寸見(jiàn)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。AB對(duì)于壓力容器等緊密性要求較高的重要連接。螺對(duì)于壓力容器等緊密性要求較高

17、的重要連接。螺栓的間距不大于下表所推薦的取值。栓的間距不大于下表所推薦的取值。t0潘存云教授研制螺栓間距t0工作壓力/MPa7d 5d 4.5 4d 3.5 3d t0 /mm 1.6 1.64 410 1016 1620 2030 d. .為了便于在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫線，通為了便于在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4 4、6 6、8 8等偶數(shù)。等偶數(shù)。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度應(yīng)相同同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度應(yīng)相同支承面傾斜支承面傾斜采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)支承面不平支承面不平保證被連接件，螺母和

18、螺栓頭支承面平整，并與螺栓軸線相互垂直。對(duì)于在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時(shí)，應(yīng)制成凸臺(tái)或沉頭座。當(dāng)支承面為傾斜表面時(shí)，應(yīng)采用斜面墊圈等。特殊情況下也可采用球面墊圈。. .避免螺栓承受附加的彎曲載荷避免螺栓承受附加的彎曲載荷切削加工支承面切削加工支承面支承面傾斜支承面傾斜. .合理選擇螺栓組的防松裝置合理選擇螺栓組的防松裝置二、螺栓組連接的受力分析二、螺栓組連接的受力分析( (停停)P42)P42受力分析的目的受力分析的目的: : 根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所求出受力最大的螺栓及其所受的力受的力，以便進(jìn)行螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。，以便進(jìn)行螺栓連接的

19、強(qiáng)度計(jì)算。受力分析時(shí)所作假設(shè)受力分析時(shí)所作假設(shè): : (1) (1)所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均同；所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均同； (3)(3)受載后連接接合面仍保持為平面受載后連接接合面仍保持為平面。受力分析的類型：受力分析的類型：(2)(2)螺栓組的對(duì)稱中心與連接接合面的形心重合；螺栓組的對(duì)稱中心與連接接合面的形心重合；受轉(zhuǎn)矩受轉(zhuǎn)矩受橫向載荷受橫向載荷受軸向載荷受軸向載荷受傾覆力矩受傾覆力矩M M（1 1）對(duì)于對(duì)于鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓連接，每個(gè)螺栓所受工作剪力為連接，每個(gè)螺栓所受工作剪力為（2 2）對(duì)于對(duì)于普通螺栓普通螺栓連接，按預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦連接，按

20、預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有力必須大于或等于橫向載荷的要求，有式中式中z z為螺栓數(shù)目。為螺栓數(shù)目。 圖示為由四個(gè)螺栓組成的受橫向載 荷的螺栓組連接。1 1受橫向載荷的螺栓組連接受橫向載荷的螺栓組連接zFF0SfF ziK FK Ks s為防滑系數(shù)，設(shè)計(jì)中可取為防滑系數(shù)，設(shè)計(jì)中可取K Ks s =1.1 =1.11.31.3。鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓FFFF普通螺栓S0K FFfzi或或P43P43式式3-313-31P43P43式式3-73-7潘存云教授研制TO潘存云教授研制O采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺栓組受轉(zhuǎn)矩時(shí)的受力情況是不同的。2 2受轉(zhuǎn)矩的螺栓

21、組連接受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接01020zsF frF frF frK T1,zi iiFrT采用普通螺栓，是靠連接預(yù)緊后采用普通螺栓，是靠連接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)抵抗轉(zhuǎn)在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩矩T T。采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩和螺栓與孔壁的擠壓作用來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T T。maxmax,iiFFrrmaxmax21ziiTrFrS01ziiK TFfrTrmaxFmaxr1f F0f F0r2riFi假設(shè)底板受載仍為平面，則螺栓的剪切變形量與距離成正比，F(xiàn)=Kri,iiFK r剪切力與距離r的比值為常數(shù)P44P4

22、4式式3-93-9P44P44式式3-103-10D D3 3受軸向載荷的螺栓組連接受軸向載荷的螺栓組連接若作用在螺栓組上軸向總載荷若作用在螺栓組上軸向總載荷F F作用線與螺栓軸作用線與螺栓軸線平行，并通過(guò)螺栓組的對(duì)稱中心，則各個(gè)螺栓受載線平行，并通過(guò)螺栓組的對(duì)稱中心，則各個(gè)螺栓受載相同，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為相同，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為通常，各個(gè)螺栓還承受預(yù)緊力通常，各個(gè)螺栓還承受預(yù)緊力F F0 0的作用，當(dāng)連接要有保證的殘余的作用，當(dāng)連接要有保證的殘余預(yù)緊力為預(yù)緊力為F F1 1時(shí)，每個(gè)螺栓所承受的時(shí)，每個(gè)螺栓所承受的總載荷總載荷F F2 2為為zFF=F F2 2 = = F F

23、1 1 + + F Fp pFF FF FP45P45式式3-113-114 4受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接傾覆力矩 M 作用在連接接合面的一個(gè)對(duì)稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已被擰緊并承受預(yù)緊力F0且被拉伸，地基有均勻的壓縮。在作用M后，接觸面繞0-0線轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，左邊的地基被放松，而螺栓被進(jìn)一步拉伸；右邊的螺栓被放松，而地基被進(jìn)一步壓縮。單個(gè)螺栓拉力產(chǎn)生單個(gè)螺栓拉力產(chǎn)生的力矩為的力矩為F F1 1F F0 0 F F0 0 p p ( ( F F 0 0引起引起) )F F2m2mp2p2( ( F F1m1m引起引起) )p1p1( ( F F1 1引起引起) )

24、L Li iL LmaxmaxO OO Ox xx xO OM MM MM Mi i= F= Fi i L Li i iimaxmax=rFrF假設(shè)底板受載仍為平面，則螺栓受力與螺栓中心到螺栓組排列中心的距離成正比。iiFKr螺栓承受的載荷與距離成正比螺栓承受的載荷與距離成正比 強(qiáng)調(diào)是基座上的壓力單個(gè)螺栓的受力分析單個(gè)螺栓的受力分析未加傾覆力矩時(shí)，工未加傾覆力矩時(shí)，工作點(diǎn)在作點(diǎn)在A A。M Mi i=0=0施加傾覆力矩施加傾覆力矩M M時(shí)，時(shí)，左邊的螺栓，工作點(diǎn)移至左邊的螺栓，工作點(diǎn)移至B B1 1 和和C C1 1 右邊的螺栓，工作點(diǎn)移至右邊的螺栓，工作點(diǎn)移至B B2 2 和和C C2 2

25、左邊螺栓總拉力增加，左邊螺栓總拉力增加，右邊螺栓總拉力減小。右邊螺栓總拉力減小。F F1m1m F Fm m F F2m2m F F1 1 F F F F2 2 C C2 2 O Om m 力力 變形變形 O Ob b C C1 1 B B2 2 B B1 1 A A F F0 0 1ziiiMFL作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M M平衡，即平衡，即iiLFLFmaxmax由：iiLLFFmaxmax求得最大工作載荷ZiLMLF12imaxmax0PmaxPzFMAW00minPWMAzF為防止接合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出為防止接合面受壓最大處被壓碎或

26、受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求現(xiàn)間隙，要求接合面的有效面積接合面的有效面積接合面的有效抗彎截面系數(shù)接合面的有效抗彎截面系數(shù)地基接合面的許用壓應(yīng)力地基接合面的許用壓應(yīng)力P45P45式式3-123-12P46P46式式3-13,143-13,14螺栓的總拉力螺栓的總拉力maxmbb02FCCCFF連接接合面材料的許用擠壓應(yīng)力材料 鋼 鑄鐵 混凝土 磚(水泥漿縫) 木材p (MPa) 0.8S (0.40.5)B 2.03.0 1.52.0 2.04.03 35 5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算 P46P46螺栓連接螺栓連接主要失效主要失效形式形式滑扣滑扣 因經(jīng)常拆裝受拉螺栓受拉螺栓塑性變形塑性變形

27、 螺紋部分疲勞斷裂疲勞斷裂受剪螺栓受剪螺栓 剪斷剪斷壓潰壓潰 螺桿和孔壁的貼合面經(jīng)常拆卸經(jīng)常拆卸 軸向變載荷軸向變載荷斷裂斷裂潘存云教授研制螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據(jù)等強(qiáng)度原則及使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的。采用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，這些部分都不需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。所以，螺栓連接的計(jì)算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋公稱直徑d及螺距P等。 一、松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算一、松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算P47P47強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件3-153-1521 /4Fd式中式中d d1 1 螺紋小徑螺紋小徑mmmm ， 許用應(yīng)力許用應(yīng)力二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算FF力除以面積設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)公式3-163-161

28、4 Fd裝配時(shí)需要擰緊，在工作狀態(tài)下可能還需要補(bǔ)充擰緊。1. 1. 僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接2. 2. 承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接3. 3. 承受工作剪力的緊螺栓連接承受工作剪力的緊螺栓連接裝配時(shí)不須要擰緊在擰緊力矩的作用下，螺栓受軸向拉力在擰緊力矩的作用下，螺栓受軸向拉力F F0和螺紋摩擦力矩和螺紋摩擦力矩T T1的雙重作用。的雙重作用。021/ 4Fd拉應(yīng)力拉應(yīng)力1.1.僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接（預(yù)緊）（預(yù)緊）扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力113T1/16TTWd0231tan()2/16vFdd022112tan

29、()/4vFddd分母為抗剪截面系數(shù)1.3對(duì)于對(duì)于M10M10M64M64的普通鋼制螺紋，可?。旱钠胀ㄤ撝坡菁y，可?。?得：得： 0.5 0.5計(jì)算應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力22ca322)5 . 0( 3由此可見(jiàn)，對(duì)于M10 - M64普通螺紋的鋼制緊螺栓連接，在擰緊時(shí)，雖然同時(shí)承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，但在計(jì)算時(shí)，可以只考慮拉伸強(qiáng)度計(jì)算，并將預(yù)緊力增大30%來(lái)考慮扭轉(zhuǎn)的影響。（式3-18）0ca211.3/ 4Fd強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件又又螺栓材料塑性，根據(jù)第四強(qiáng)度理論可得螺栓材料塑性，根據(jù)第四強(qiáng)度理論可得Tanv f =0.17， d2 /d1=1.041.08, tan 0.05 設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)公式 P49

30、P49式式3-193-19當(dāng)普通螺栓連接承受當(dāng)普通螺栓連接承受橫向工作載荷橫向工作載荷時(shí)，時(shí)， 預(yù)緊力預(yù)緊力F F0 0導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于于橫向載荷橫向載荷F F。K Ks s 可靠性系數(shù)，常取可靠性系數(shù)，常取 K Ks s =1.1=1.11.31.30sKFFfz i預(yù)緊力預(yù)緊力F F0 0 f f 接合面接合面摩擦系數(shù)，對(duì)鋼與鑄鐵，摩擦系數(shù)，對(duì)鋼與鑄鐵， 取取 f f =0.1=0.10.160.16i i 結(jié)合面數(shù)結(jié)合面數(shù) 上圖上圖 i i=1,=1,下圖下圖 i i=2=2若取若取 f f =0.15=0.15，K Ks s=1.2, =1.2

31、, i i=1, z =1=1, z =1則則F F0 0 8 8F F螺栓結(jié)構(gòu)尺寸大螺栓結(jié)構(gòu)尺寸大F FF FF FF/2F/2F/2F/2F F0 0F F0 0F F0 0F F0 0F FF/2F/2F/2F/2改進(jìn)措施：改進(jìn)措施： (1)(1)采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷。采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷。螺栓僅起連接作用螺栓僅起連接作用(2)(2)采用無(wú)間隙的鉸制孔用螺栓。采用無(wú)間隙的鉸制孔用螺栓。2.2.受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接（緊拉）（緊拉）設(shè)缸內(nèi)流體壓強(qiáng)為設(shè)缸內(nèi)流體壓強(qiáng)為p p，螺栓數(shù)目為，螺栓數(shù)目為Z Z，則缸體周圍每個(gè)螺，則缸體周圍

32、每個(gè)螺栓的平均載荷為栓的平均載荷為p pD D2 2/4/4F F = =Z ZD Dp pF FF F潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制 預(yù)預(yù)緊緊 狀態(tài)狀態(tài)潘存云教授研制特別注意，軸向載荷：特別注意，軸向載荷：F F2 2 F F + + F F0 0加預(yù)緊力后加預(yù)緊力后螺栓受拉伸長(zhǎng)螺栓受拉伸長(zhǎng)b b被連接件受壓縮短被連接件受壓縮短m m加載加載 F F 后后: :螺栓總伸長(zhǎng)量增加為螺栓總伸長(zhǎng)量增加為 總拉力為總拉力為 被連接件壓縮量減少為被連接件壓縮量減少為 殘余預(yù)緊力減少為殘余預(yù)緊力減少為 F F1 1 很顯然很顯然 F F1 1 F F0 0 被連接

33、件放松了 F F1 1推薦值推薦值 見(jiàn)見(jiàn) P51-52P51-52+ +b bm m - - F F0 0F F0 0受載受載變形變形松弛松弛狀態(tài)狀態(tài)潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F F2 2F F2 2F F2 2= =F F + + F F1 1F F1 1F F1 1F FF Fm mb b F F0 0F F0 0螺栓變形螺栓變形b b力力F F0 0arctanarctanC Cb bF Fb bF Fm m螺栓變形螺栓變形力力F F2 2F F1 1F FF F0 0b bm m連接件變形連接件變形力力F F0 0arctanarctanC Cm mm mF F1 1推

34、薦值推薦值 見(jiàn)見(jiàn) P51-52P51-52力力螺栓變形螺栓變形arctanarctanC Cb bF= F= F Fb b + +F Fm m=(=(C Cb b +C +Cm m ) ) F F1 1= F= F0 0- - F Fm m= F= F0 0 - - C Cm m F F2 2= F= F0 0 + + F Fb b= F= F0 0 + +C Cb b C Cb b +C +Cm mF F= =F FF F2 2F Fb bF F0 0F Fm mF F1 1相對(duì)剛度系數(shù)相對(duì)剛度系數(shù)C Cb b +C +Cm mC Cb bF F2 2 = F = F0 0 +F +FC C

35、b b +C +Cm mC Cb bF F1 1 = F = F0 0 F F代入得：代入得：1表表3 34 4螺栓的相對(duì)剛度系數(shù)螺栓的相對(duì)剛度系數(shù)墊片類型墊片類型 金屬墊片或無(wú)墊片金屬墊片或無(wú)墊片 皮革皮革 銅皮石棉銅皮石棉 橡膠橡膠 0.20.20.3 0.7 0.8 0.90.3 0.7 0.8 0.9C Cb b +C +Cm mC Cb b2ca211.3/ 4Fd靜強(qiáng)度條件靜強(qiáng)度條件P52P52式式3-253-252141 .3Fd設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)公式P52P52式式3-263-26受軸向變載荷的重要連接，還應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。受軸向變載荷的重要連接，還應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。當(dāng)工作拉力在

36、當(dāng)工作拉力在0 0F F之間變化時(shí)，之間變化時(shí)，螺栓所受總拉力在螺栓所受總拉力在F F0 0 F F2 2之間之間變化。變化。F F2 2 F F0 0 m m b bF F 若不考慮摩擦力矩的影響，有若不考慮摩擦力矩的影響，有2max21/ 4Fd最大拉應(yīng)力：0min21/ 4Fd最小拉應(yīng)力：maxminba2bm122CFCCd應(yīng) 力 幅 ：D DI I因?yàn)橐驗(yàn)閙in min = =constconst , , 應(yīng)力工作點(diǎn)應(yīng)力工作點(diǎn)M M落在落在ODG IODG I區(qū)域內(nèi)，依據(jù)疲勞強(qiáng)度區(qū)域內(nèi)，依據(jù)疲勞強(qiáng)度理論有：理論有：（P53P53式式3-273-27）-1tcmincaamin2()(

37、)(2)KSSK其中其中-1tc-1tc 螺栓材料的對(duì)稱螺栓材料的對(duì)稱循環(huán)拉壓疲勞極限。循環(huán)拉壓疲勞極限。疲勞極限疲勞極限-1-1 -1tc-1tc10 16010 160220 120220 120150150Q215 170Q215 170220 120220 12016016035 22035 220300 17030025045 250340 190340 19025025040Cr 32040Cr 320440 240440 240340340材材 料料 材料特性系數(shù)材料特性系數(shù)碳素鋼碳素鋼 =0.1=0.10.20.2合金鋼合金鋼 =0.3=0.30.30

38、.3minmin-1e-1e-1-1a am mO OC CA AS S G GMM3K K 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)S S 安全系數(shù)安全系數(shù) 見(jiàn)見(jiàn)P54 表表3-12這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來(lái)承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無(wú)間隙，接觸表面受擠壓。在連接接合面處，螺栓桿則受剪切。3 3承受工作剪力的緊螺栓連接承受工作剪力的緊螺栓連接螺栓桿與孔壁的螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件擠壓強(qiáng)度條件為為 螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為 F F 螺栓所受的工作剪力，單位為螺栓所受的工作剪力，單位為N N；PP0minFd L 204FdL Lminmin鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓FFd d0

39、0設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使 L Lminmin1.251.25d d0 0d d0 0 螺栓剪切面直徑螺栓剪切面直徑（可取螺栓孔直徑（可取螺栓孔直徑），），單位為單位為mmmm；L Lminmin 螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度， 單位為單位為mmmm。P54P54式式3-283-28P54P54式式3-293-29M-M-受剪工作面數(shù)受剪工作面數(shù)3 37 7螺栓的材料和許用應(yīng)力螺栓的材料和許用應(yīng)力一、螺紋連接件材料一、螺紋連接件材料螺栓、螺柱、螺釘常用材料：螺栓、螺柱、螺釘常用材料：Q215Q215、Q235Q235、3535、4545等碳素鋼；等碳素鋼；特殊用途特殊

40、用途( (防磁、導(dǎo)電防磁、導(dǎo)電):): 特殊鋼、銅合金、特殊鋼、銅合金、鋁合金等，并經(jīng)表面處理鋁合金等，并經(jīng)表面處理螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為1010級(jí)級(jí)。作為標(biāo)準(zhǔn)零件，螺紋連接件是按其性能等級(jí)選用的。對(duì)于一定性能等級(jí)的螺紋連接件應(yīng)具備一定的強(qiáng)度極限。沖擊振動(dòng)場(chǎng)合用：沖擊振動(dòng)場(chǎng)合用：15Cr15Cr、40Cr40Cr、 30CrMnSi30CrMnSi等合金鋼。等合金鋼。普通墊圈：普通墊圈：Q235Q235、1515、 3535彈簧墊圈：彈簧墊圈： 65Mn65Mn = =點(diǎn)前數(shù)字點(diǎn)前數(shù)字 X X 100100；= =點(diǎn)前數(shù)字點(diǎn)前數(shù)字 X X 點(diǎn)后數(shù)字點(diǎn)后數(shù)字

41、 X 10X 10選用原則：選用原則： 一般用途：通常選用一般用途：通常選用4.84.8級(jí)左右的螺栓，級(jí)左右的螺栓， 重要場(chǎng)合：要選用高的性能等級(jí)，重要場(chǎng)合：要選用高的性能等級(jí)， 如在壓力容器中常采用如在壓力容器中常采用8.88.8級(jí)的螺栓。級(jí)的螺栓。螺母的性能等級(jí)分為7級(jí)。螺母性能等級(jí)數(shù)字粗略表示其所能保證最小螺母性能等級(jí)數(shù)字粗略表示其所能保證最小應(yīng)力的應(yīng)力的1/100；二、螺紋連接件的許用應(yīng)力二、螺紋連接件的許用應(yīng)力 螺紋連接件的許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)螺紋連接件的許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)( (靜、變載荷靜、變載荷) )、裝配情況裝配情況( (松、緊連接松、緊連接) )、材料、結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。、材料、結(jié)

42、構(gòu)尺寸有關(guān)。許用拉應(yīng)力許用拉應(yīng)力 許用切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力許用切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力 S SS SSPPS被連接件為鋼被連接件為鋼P(yáng)BPS被連接件為鑄鐵被連接件為鑄鐵S S 、S Sp p 安全系數(shù)，其取值詳見(jiàn)安全系數(shù)，其取值詳見(jiàn)P54P54表表3-123-123 38 8提高螺栓連接強(qiáng)度的措施提高螺栓連接強(qiáng)度的措施承受軸向變載荷時(shí)，螺栓的損壞形式：承受軸向變載荷時(shí)，螺栓的損壞形式：疲勞斷裂疲勞斷裂容易斷裂部位：容易斷裂部位：提高螺栓連接強(qiáng)度的措施有哪些呢？以螺栓連接為例，螺栓連接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，因此，提高螺栓的強(qiáng)度，將大大提高連接系統(tǒng)的可靠性。65%65%20%20%15%15%一、降低影

43、響螺栓總拉伸載荷一、降低影響螺栓總拉伸載荷F F2 2的變化范圍的變化范圍軸向工作載荷軸向工作載荷F F的變化范圍的變化范圍 0 0F F總拉伸載荷的總拉伸載荷的F F2 2變化范圍變化范圍 C Cb b 所以所以 C Cm m F F2 2變化范圍變化范圍 F F C Cb b+ C+ Cm mC Cb bF F0 0 F F0 0 +F +F=F=F2 2F F0 0 m m b b措施一：措施一：降低螺栓剛度（降低螺栓剛度（ C Cb b C Cb b , , b b b b ）F F F F F F1 1 F F2 2 雖然F F= =F F但有F F C Cm m , , m m m

44、 m ） 措施三：措施三：綜合措施（綜合措施（ C Cb b C Cm m , F , F0 0 F F0 0 ）F F2 2F FF F F F1 1b bF F0 0m m F F F F強(qiáng)調(diào)殘余預(yù)緊力減小F F= =F FF F= =F F， F F1 1 = =F F 1 1F F F F2 2 F F3 3 F F4 4 F F5 5螺螺栓栓桿桿F F潘存云教授研制螺螺栓栓桿桿F F螺母體螺母體均載螺母均載原理均載螺母均載原理 螺母和螺桿均為拉伸變形，有助于減小兩者螺距變化，使受載均勻。10圈以后，螺母牙幾乎不承受載荷。10101515懸置螺母懸置螺母環(huán)槽螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母內(nèi)斜螺母

45、10101515內(nèi)斜與環(huán)槽螺母內(nèi)斜與環(huán)槽螺母均載原理相同均載原理相同螺母也受拉螺母也受拉內(nèi)斜螺母因力的作用點(diǎn)外移可使載荷較大的頭幾圈螺紋牙容易變形，使載荷上移而改善載荷分布不均。均載均載元件元件懸置螺母懸置螺母環(huán)槽螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母內(nèi)斜螺母內(nèi)斜與環(huán)槽螺母內(nèi)斜與環(huán)槽螺母都是改變螺母旋合部分的變形性質(zhì)，使之和螺栓變形性質(zhì)相同，均為拉伸變形，從而使螺紋牙上載荷分布趨于均勻；鋼絲螺套鋼絲螺套加工復(fù)雜，加工復(fù)雜，僅限于用在僅限于用在重要場(chǎng)合或大型連接。重要場(chǎng)合或大型連接。采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)三、減小應(yīng)力集中三、減小應(yīng)力集中1.1.增大過(guò)渡圓角增大過(guò)渡圓角2.2.切制卸載槽切制卸載槽r r四、避免或減小附加應(yīng)四、避免或減小附加應(yīng)力力3.3.卸載過(guò)渡結(jié)構(gòu)卸載過(guò)渡結(jié)構(gòu)要從結(jié)構(gòu)、制造與裝配精度采取措施。要從結(jié)構(gòu)、制造與裝配精度采取措施。支承面不平支承面不平切削加工支承面切削加工支承面潘存云教授研制五、采用特殊制造工藝五、采用特殊制造工藝?yán)溏咁^部、滾壓螺紋冷鐓頭部、滾壓螺紋疲勞強(qiáng)度提高疲勞強(qiáng)度提高30%30% 比車削 若熱處理后再滾壓可提高若熱處理后再滾壓可提高70%-100%7