章螺紋聯(lián)接設(shè)計(講課09.10)

1、螺栓螺栓*. 本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容1. 螺紋類型及主要參數(shù)螺紋類型及主要參數(shù);螺紋聯(lián)接的主要類型、特點及應(yīng)用螺紋聯(lián)接的主要類型、特點及應(yīng)用;2 . 螺旋副的受力、效率及自鎖螺旋副的受力、效率及自鎖,預(yù)緊和防松預(yù)緊和防松;3 . 螺栓的強度計算螺栓的強度計算;4 . 螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計.Dp螺母螺母墊圈墊圈16-1 螺紋的主要參數(shù)及類型螺紋的主要參數(shù)及類型 一一. 螺紋形成原理螺紋形成原理 將一傾斜角為將一傾斜角為 的直線繞的直線繞在圓柱體上就形成一條螺旋線在圓柱體上就形成一條螺旋線。二二 常用螺紋類型常用螺紋類型按螺紋繞行按螺紋繞行方向分類方向分類左旋螺紋左旋螺紋自右下方

2、向左上自右下方向左上 方繞行的螺紋方繞行的螺紋右旋螺紋右旋螺紋自左下方向右上自左下方向右上 方繞行的螺紋方繞行的螺紋左左旋旋右右旋旋d2phd2按螺紋牙分按螺紋牙分的表面分類的表面分類外螺紋外螺紋在圓柱外表面上形成的螺紋，如螺栓在圓柱外表面上形成的螺紋，如螺栓、 螺釘螺釘內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋在圓柱孔內(nèi)壁上形成的螺紋，如螺母在圓柱孔內(nèi)壁上形成的螺紋，如螺母內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋外螺紋外螺紋螺母螺母螺桿螺桿按螺紋牙的牙型分類按螺紋牙的牙型分類:普通螺紋普通螺紋 牙型角牙型角=60，當(dāng)量摩擦系數(shù)較大，自鎖性能當(dāng)量摩擦系數(shù)較大，自鎖性能 好，主要好，主要用于連接用于連接。圓柱管螺紋圓柱管螺紋牙型角牙型角=55，用于壓力

3、用于壓力p1.57MPa1.57MPa的的管子管子連接連接矩形螺紋矩形螺紋牙型角牙型角=0，當(dāng)量摩擦系數(shù)小，效率高，當(dāng)量摩擦系數(shù)小，效率高，用于傳動用于傳動梯形螺紋梯形螺紋牙型角牙型角=30，牙根強度高，效率較高，易保證加工精度，廣泛牙根強度高，效率較高，易保證加工精度，廣泛 用于傳動用于傳動。鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋牙型斜角兩邊不相等，工作面牙型斜角兩邊不相等，工作面=3,非工作面非工作面= 30，效率較三，效率較三 角形螺紋高，角形螺紋高，只能用于單向傳動只能用于單向傳動。6030普普通通螺螺紋紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋p外外螺紋螺紋dd2d1矩形螺紋矩形螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋p外螺紋外螺紋d1d2d3015內(nèi)

4、螺紋內(nèi)螺紋p外外螺紋螺紋dd2d1梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋dd2d1內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋p外外螺紋螺紋330p圓圓柱柱管管螺螺紋紋d內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋d2d1外外螺紋螺紋55粗牙，細(xì)牙粗牙，細(xì)牙按螺紋線按螺紋線數(shù)分類數(shù)分類單線螺紋單線螺紋 Z=1，效率低，自鎖性好，易加工，效率低，自鎖性好，易加工三線螺紋三線螺紋Z=3，效率高，自鎖性差，難加工，效率高，自鎖性差，難加工雙線螺紋雙線螺紋Z=2，效率較，效率較Z=1 高高單線螺紋單線螺紋雙線螺紋雙線螺紋三線螺紋三線螺紋三三. 螺紋的主要參數(shù)螺紋的主要參數(shù)以圓柱普通外（內(nèi)）螺紋為例來說明以圓柱普通外（內(nèi)）螺紋為例來說明SPdd2d11 .大徑大徑d：

5、外、內(nèi)螺紋的最大直徑，為螺紋的公稱直徑（管螺紋除外）外、內(nèi)螺紋的最大直徑，為螺紋的公稱直徑（管螺紋除外）2 .小徑小徑d1：與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱的直徑。與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱的直徑。 在強度計算中常用作危險截面的計算直徑。在強度計算中常用作危險截面的計算直徑。 3 .中徑中徑d2：處于大徑和小徑之間的一個假想圓柱的直徑，在該圓柱的母線處于大徑和小徑之間的一個假想圓柱的直徑，在該圓柱的母線 上螺紋牙厚度與牙槽寬度相等。上螺紋牙厚度與牙槽寬度相等。4 .螺距螺距P ： 相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。5 .導(dǎo)程導(dǎo)

6、程S ：螺紋上任一點沿螺旋線繞一周所移過軸向距離。螺紋上任一點沿螺旋線繞一周所移過軸向距離。S= zP。6 .升角升角 ：螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾 角，通常用中徑處的升角角，通常用中徑處的升角表示。其計算式為：表示。其計算式為：2tandS7 .牙型角牙型角：在螺紋軸線平面內(nèi)螺紋牙兩側(cè)面的夾角在螺紋軸線平面內(nèi)螺紋牙兩側(cè)面的夾角 。螺紋牙型的側(cè)。螺紋牙型的側(cè) 邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙型斜角邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙型斜角 。對于三角。對于三角 形、梯形螺紋等對稱牙型，形、梯形螺紋等對稱牙型， =/2。內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋外螺紋外螺紋F

7、tFFt由機械原理可知螺旋副在擰緊、松開時的受力由機械原理可知螺旋副在擰緊、松開時的受力 關(guān)系、效率和自鎖為：關(guān)系、效率和自鎖為：cosarctantan)tan(tantantantanff當(dāng)量摩擦系數(shù)f當(dāng)量摩擦角擰緊時效率FFF擰緊力VVVVVVVtVtF螺旋副所螺旋副所 受軸向力受軸向力自鎖條件自鎖條件松開力松開力松開時效率松開時效率-牙型斜角牙型斜角V 一）螺栓聯(lián)接一）螺栓聯(lián)接 16-2 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接一一. 螺紋聯(lián)接的基本類型螺紋聯(lián)接的基本類型結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點：普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接1. 普通螺栓（即受拉螺栓）聯(lián)接普通螺栓（即受拉螺栓）聯(lián)接受力特點：受力特點：dd0FRFR聯(lián)接承

8、受外載荷時，聯(lián)接承受外載荷時，螺栓受拉力作用螺栓受拉力作用FF 使用方便使用方便,通常被聯(lián)接件不太厚，能從被通常被聯(lián)接件不太厚，能從被聯(lián)接件兩邊進(jìn)行裝配的場合。聯(lián)接件兩邊進(jìn)行裝配的場合。 被聯(lián)接件通孔和螺栓間有間隙被聯(lián)接件通孔和螺栓間有間隙,通孔加工精度要求較低，其通孔加工精度要求較低，其 結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，應(yīng)用廣泛。結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，應(yīng)用廣泛。2. 2. 鉸制孔用螺栓（即受剪螺栓）聯(lián)接。鉸制孔用螺栓（即受剪螺栓）聯(lián)接。 被聯(lián)接件孔和螺栓桿之間常采用基孔制過渡配合被聯(lián)接件孔和螺栓桿之間常采用基孔制過渡配合（H7/m6， H7/n6）。用于要求精確固定被聯(lián)接件相對位置，并能承受橫向）。用于要

9、求精確固定被聯(lián)接件相對位置，并能承受橫向 載荷，但孔的加工精度要求較高。載荷，但孔的加工精度要求較高。 鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接al1dd0FRFRdd0FRFRFF受力特點：受力特點：聯(lián)接借助螺栓桿承受橫向外載荷，螺栓受剪力作用。聯(lián)接借助螺栓桿承受橫向外載荷，螺栓受剪力作用。結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點： 將螺栓一端旋緊在一被聯(lián)接件的螺紋孔內(nèi)，另一端穿過另一將螺栓一端旋緊在一被聯(lián)接件的螺紋孔內(nèi)，另一端穿過另一 被聯(lián)接件的孔，旋上螺母，從而將被聯(lián)接件聯(lián)成一體。被聯(lián)接件的孔，旋上螺母，從而將被聯(lián)接件聯(lián)成一體。二）雙頭螺柱聯(lián)接二）雙頭螺柱聯(lián)接 用于被聯(lián)接件之一太厚不便穿孔，且需

10、經(jīng)常裝拆用于被聯(lián)接件之一太厚不便穿孔，且需經(jīng)常裝拆或結(jié)構(gòu)上受限制或結(jié)構(gòu)上受限制不能采用螺栓聯(lián)接的場合。不能采用螺栓聯(lián)接的場合。 注意：被聯(lián)接件上螺紋孔底部正確繪制注意：被聯(lián)接件上螺紋孔底部正確繪制d 特點特點：應(yīng)用應(yīng)用： 螺釘聯(lián)接不用螺母，而是直接將螺釘擰入被聯(lián)接件之一的螺紋孔螺釘聯(lián)接不用螺母，而是直接將螺釘擰入被聯(lián)接件之一的螺紋孔內(nèi)，從而實現(xiàn)聯(lián)接。內(nèi)，從而實現(xiàn)聯(lián)接。三）螺釘聯(lián)接三）螺釘聯(lián)接 用于被聯(lián)接件之一較厚的場合，不經(jīng)常裝拆聯(lián)接的場合。用于被聯(lián)接件之一較厚的場合，不經(jīng)常裝拆聯(lián)接的場合。注意：被聯(lián)接件上螺紋孔底部正確繪制注意：被聯(lián)接件上螺紋孔底部正確繪制 特點：特點：應(yīng)用：應(yīng)用： 特點：特

11、點：緊定螺釘聯(lián)接，是利用緊定螺釘聯(lián)接，是利用緊定螺釘旋入一零件，并以其末端緊定螺釘旋入一零件，并以其末端頂緊另一零件（或該零件的的凹坑頂緊另一零件（或該零件的的凹坑 內(nèi)）來固定兩零件之間的相互位置內(nèi)）來固定兩零件之間的相互位置四）緊定螺釘聯(lián)接四）緊定螺釘聯(lián)接 應(yīng)用：應(yīng)用：可用于傳遞不大的力及轉(zhuǎn)可用于傳遞不大的力及轉(zhuǎn)矩，多用于軸和軸上零件的聯(lián)接。矩，多用于軸和軸上零件的聯(lián)接。二二. 螺紋聯(lián)接件螺紋聯(lián)接件緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接一）螺栓一）螺栓klbd 二）雙頭螺栓二）雙頭螺栓兩端均制有螺紋，兩端螺紋可相同（均為粗牙）也可兩端均制有螺紋，兩端螺紋可相同（均為粗牙）也可不同（一端為粗牙，另一端為細(xì)牙

12、）。不同（一端為粗牙，另一端為細(xì)牙）。sedl0lkdPl2六角頭鉸制孔用螺栓六角頭鉸制孔用螺栓d0 三）地腳螺栓三）地腳螺栓是將機座固定在地基上一種特殊螺栓。是將機座固定在地基上一種特殊螺栓。地腳螺栓地腳螺栓螺釘頭部結(jié)構(gòu)型式螺釘頭部結(jié)構(gòu)型式外六外六角頭角頭內(nèi)六內(nèi)六角頭角頭一字槽沉頭一字槽沉頭十字槽沉頭十字槽沉頭十字槽半圓頭十字槽半圓頭一字槽圓柱頭一字槽圓柱頭四）螺釘四）螺釘、緊定螺釘緊定螺釘螺釘頭部螺釘頭部、緊定螺釘末端有多種結(jié)構(gòu)型式緊定螺釘末端有多種結(jié)構(gòu)型式錐端錐端平端平端圓柱端圓柱端尖錐尖錐端端緊定螺釘末端結(jié)構(gòu)緊定螺釘末端結(jié)構(gòu)五）螺母五）螺母六角薄螺母六角薄螺母六角厚螺母六角厚螺母六角槽

13、形螺母六角槽形螺母圓螺母圓螺母六）六） 墊圈墊圈平墊圈平墊圈斜墊圈斜墊圈彈簧墊圈彈簧墊圈圓螺母用帶翹圓螺母用帶翹墊圈墊圈 擰緊力矩T等于螺旋副間的阻力矩T1與螺母環(huán)形端面和被連接件(或墊圈)支承面間的摩擦力矩T2之和，即 擰緊力矩和預(yù)緊力三、三、 螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊預(yù)緊的目的是為了增強連接預(yù)緊的目的是為了增強連接的的剛性、緊密性和防松能力剛性、緊密性和防松能力。式中： 螺母與被連接件的環(huán)形接觸面的外徑和內(nèi)徑； K-擰緊力矩系數(shù)，般K=0.10.3，平均取K=0.2。00、dD 通常通過控制擰緊力矩等方法來控制預(yù)通常通過控制擰緊力矩等方法來控制預(yù)緊力的大小。用測力矩扳手或定力矩扳手可緊

14、力的大小。用測力矩扳手或定力矩扳手可控制擰緊力矩?？刂茢Q緊力矩。 為保證螺紋連接的可靠性，對于重要為保證螺紋連接的可靠性，對于重要的螺栓連接，在裝配時應(yīng)采用一定的措施控的螺栓連接，在裝配時應(yīng)采用一定的措施控制預(yù)緊力。制預(yù)緊力。 測力矩板手測力矩板手：測出預(yù)緊力矩：測出預(yù)緊力矩定力矩板手定力矩板手：達(dá)到固定的擰緊力矩：達(dá)到固定的擰緊力矩T時，時，彈簧受壓將自動打滑。彈簧受壓將自動打滑。M12 1摩擦防松摩擦防松 這類防松措施是使擰緊的螺紋之間不因外載荷變化而失去壓這類防松措施是使擰緊的螺紋之間不因外載荷變化而失去壓力，即始終有摩擦阻力防止聯(lián)接松脫。這種方法不十分可靠，力，即始終有摩擦阻力防止聯(lián)接

15、松脫。這種方法不十分可靠，故多用于沖擊和振動不劇烈場合。常用的有如下幾種：故多用于沖擊和振動不劇烈場合。常用的有如下幾種：彈簧墊圈彈簧墊圈 雙螺母雙螺母 尼龍圈鎖緊螺母尼龍圈鎖緊螺母 四、螺紋連接的防松四、螺紋連接的防松2. 機械防松機械防松 機械防松的措施是，利用各種止動零件，以阻止擰緊的螺機械防松的措施是，利用各種止動零件，以阻止擰緊的螺紋零件產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。這類防松方法相當(dāng)可靠，應(yīng)用很廣。常紋零件產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。這類防松方法相當(dāng)可靠，應(yīng)用很廣。常用的方法有：用的方法有：槽形螺母和開口銷槽形螺母和開口銷 串聯(lián)鋼絲串聯(lián)鋼絲 正確結(jié)構(gòu)正確結(jié)構(gòu)錯誤結(jié)構(gòu)錯誤結(jié)構(gòu)止動墊圈止動墊圈 3. 破壞及改變螺旋副

16、關(guān)系破壞及改變螺旋副關(guān)系粘合防松粘合防松將粘合劑涂于螺紋旋合表面，擰緊螺母后，粘合劑能自行將粘合劑涂于螺紋旋合表面，擰緊螺母后，粘合劑能自行固化，防松效果良好。固化，防松效果良好。 沖點法防松沖點法防松焊住防松焊住防松16-3 螺栓聯(lián)接的強度計算螺栓聯(lián)接的強度計算 一一. 螺栓聯(lián)接強度計算的目的：螺栓聯(lián)接強度計算的目的： 確定螺栓的公稱直徑確定螺栓的公稱直徑d二二. 螺栓聯(lián)接的失效形式及計算準(zhǔn)則螺栓聯(lián)接的失效形式及計算準(zhǔn)則 2 .受剪螺栓受剪螺栓（受橫向載荷的鉸制孔螺受橫向載荷的鉸制孔螺 栓）栓） 1 .受拉螺栓受拉螺栓（受軸向載荷或橫向載荷受軸向載荷或橫向載荷的普通螺栓）的普通螺栓）普通螺栓

17、聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接dd0FRFRFF鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接al1dd0FRFR壓壓潰潰剪斷剪斷 主要破壞形式為螺栓主要破壞形式為螺栓桿和螺紋部分可能發(fā)生桿和螺紋部分可能發(fā)生塑性變形或斷裂塑性變形或斷裂計算準(zhǔn)則：計算準(zhǔn)則： 保證螺栓的靜力（或疲勞）保證螺栓的靜力（或疲勞）拉伸強度。拉伸強度。 螺栓桿與孔壁間螺栓桿與孔壁間壓潰或螺栓桿壓潰或螺栓桿被剪斷被剪斷 計算準(zhǔn)則計算準(zhǔn)則: 保證保證聯(lián)接的擠壓強度和螺栓的聯(lián)接的擠壓強度和螺栓的剪切強度剪切強度，其中聯(lián)接的擠壓強度對聯(lián)接的可，其中聯(lián)接的擠壓強度對聯(lián)接的可靠性起決定性的作用?？啃云饹Q定性的作用。吊環(huán)螺栓聯(lián)接（松）吊環(huán)螺栓聯(lián)接（松）FF0氣缸

18、蓋螺栓聯(lián)接（緊）氣缸蓋螺栓聯(lián)接（緊）三三. 螺栓聯(lián)接的強度計算螺栓聯(lián)接的強度計算按裝配情況螺栓聯(lián)按裝配情況螺栓聯(lián)接可分為兩大類接可分為兩大類松松螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接裝配時不需擰緊螺母如吊環(huán)螺栓聯(lián)接裝配時不需擰緊螺母如吊環(huán)螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接裝配時必須將螺母擰緊，應(yīng)用廣泛。裝配時必須將螺母擰緊，應(yīng)用廣泛。 如氣缸蓋螺栓聯(lián)接等。如氣缸蓋螺栓聯(lián)接等。一）受拉螺栓連接一）受拉螺栓連接DpF螺栓危險剖面的抗拉強度條件為：螺栓危險剖面的抗拉強度條件為：( (一）一） 松螺栓聯(lián)接松螺栓聯(lián)接 螺栓受力螺栓受力工作載荷前，螺栓并不受力工作載荷前，螺栓并不受力工作時受拉力工作時受拉力F（由外加載荷產(chǎn)生）（由外

19、加載荷產(chǎn)生） 212144dFdFAFMPa校核計算式：校核計算式：設(shè)計計算式：設(shè)計計算式： Fd41mm式中：式中：d d1 1 螺栓危險剖面直徑，即螺紋小徑，螺栓危險剖面直徑，即螺紋小徑，mm；吊環(huán)螺栓聯(lián)接吊環(huán)螺栓聯(lián)接螺栓的公稱直徑螺栓的公稱直徑d確定確定：根據(jù)根據(jù)d1查普通螺紋基本尺寸（查普通螺紋基本尺寸（GB196-81GB196-81）機械機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計課程設(shè)計表表11-111-1，確定螺栓的公稱直徑，確定螺栓的公稱直徑d d。 松螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力松螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力，Mpa， ,松Sss 螺栓材料的屈服極限螺栓材料的屈服極限（見表16-5p337）S松松松螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)

20、松螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)，S=1.21.7 公稱直徑（公稱直徑（mm）螺螺 距（距（p）mm 中中 徑（徑（d2）mm小小 徑（徑（d1）mm第一系列第一系列 第二系列第二系列81.257.1886.6471.007.3506.9170.757.5187.188101.59.0268.3761.259.1888.6471.009.3508.9170.759.5139.188121.7510.86310.1061.511.02610.3761.2511.18810.6741.011.35010.917142.012.70111.8351.513.02612.37686.647108.3761210.

21、106普通螺紋基本尺寸（普通螺紋基本尺寸（GB196-81GB196-81）課程設(shè)計課程設(shè)計表表11-111-11411.8351.1.只受預(yù)緊力只受預(yù)緊力 的的緊螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接可采用兩種不同的螺栓聯(lián)可采用兩種不同的螺栓聯(lián)接承接承受橫向外載荷即：受橫向外載荷即：普通螺栓（即受拉螺栓）聯(lián)接普通螺栓（即受拉螺栓）聯(lián)接鉸制孔用螺栓（即受剪螺栓）聯(lián)接鉸制孔用螺栓（即受剪螺栓）聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接FRFR普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接FRFR只受預(yù)緊力只受預(yù)緊力F 的的緊螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接同時受同時受預(yù)緊力預(yù)緊力F 和軸向工作載荷和軸向工作載荷F的的緊螺栓聯(lián)接（緊螺栓聯(lián)接（略略）（二）（二

22、） 緊螺栓緊螺栓聯(lián)接聯(lián)接 dd0采用普通螺栓聯(lián)接承受采用普通螺栓聯(lián)接承受橫向外載荷橫向外載荷FR被連接件間不發(fā)生相對滑移的條件：被連接件間不發(fā)生相對滑移的條件：其接合面之間的摩擦力必須大于橫其接合面之間的摩擦力必須大于橫向載荷，即：向載荷，即：結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：螺栓桿與孔間有間隙螺栓桿與孔間有間隙承載原理：承載原理：靠被連接件接合面間的靠被連接件接合面間的 摩擦力來承摩擦力來承受受橫向外載荷橫向外載荷普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接FRFRT F F 螺栓受力：螺栓受力：螺栓所受拉力不變，均螺栓所受拉力不變，均 等于等于預(yù)緊力預(yù)緊力F F F 預(yù)緊力預(yù)緊力F 大小：大?。焊鶕?jù)根據(jù)防止被連接件防止被連

23、接件間發(fā)生相對滑移所需要的接合面之間發(fā)生相對滑移所需要的接合面之間的摩擦力間的摩擦力Ff來決定。來決定。RfFKfFmmfFKFRfdd0T mfFKFRf預(yù)緊力預(yù)緊力F 計算式：計算式： -可靠性系數(shù)，常取可靠性系數(shù)，常取 =1.11.3 f 被聯(lián)接件接合面之間的摩擦系數(shù)表被聯(lián)接件接合面之間的摩擦系數(shù)表16-2(P331)m 被聯(lián)接件接合面的面數(shù)被聯(lián)接件接合面的面數(shù)FR FR /2式中：式中：FR /2ZFmfKmfFKFRfRfFRFRdd0F F m=1FR 單個螺栓所受橫向外載荷單個螺栓所受橫向外載荷Z個螺栓聯(lián)接時：個螺栓聯(lián)接時：ZFFRRm = 2fKfK螺栓危險剖面的抗拉強度條件為

24、：螺栓危險剖面的抗拉強度條件為： 212131443131dF.dF.AF.eMPa校核計算式：校核計算式：設(shè)計計算式：設(shè)計計算式： mm3 .141Fd式中：式中：1.3 考慮擰緊螺母時，螺栓在力矩考慮擰緊螺母時，螺栓在力矩T作用下，扭剪應(yīng)力影作用下，扭剪應(yīng)力影 響，將拉力增大響，將拉力增大30%。e e 緊螺栓的當(dāng)量拉應(yīng)力緊螺栓的當(dāng)量拉應(yīng)力 緊螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力，緊螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力，Mpa， 緊緊Sss 螺栓材料的屈服極限螺栓材料的屈服極限 見表見表16-4(P336)S緊緊緊螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)，表緊螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)，表16-6a(P337)2.受預(yù)緊力和軸向工作載荷的緊螺栓連按受預(yù)緊

25、力和軸向工作載荷的緊螺栓連按(1) 螺栓和被連接件的受力與變形螺栓和被連接件的受力與變形工作時工作時螺栓：再加螺栓：再加F 總伸長（總伸長（ ）總拉力）總拉力F0被聯(lián)件：總壓縮量（被聯(lián)件：總壓縮量（ ）聯(lián)接面間受壓）聯(lián)接面間受壓F”2211F+F(2) 各力的關(guān)系式各力的關(guān)系式)(21CCCDBDF21CCF總拉力總拉力FCCCFBDFF2110剩余預(yù)緊力剩余預(yù)緊力FCCCFCDFF212螺栓相對剛度螺栓相對剛度被聯(lián)件相對剛度被聯(lián)件相對剛度所以所以FCCCCCDFCCCCBD21222111212211CCCCCC 歸納： 這三個公式是計算受軸向載荷緊螺栓連接的基本公式，這三個公式是計算受軸向

26、載荷緊螺栓連接的基本公式，C1(C1+C2)為螺栓的相對剛度為螺栓的相對剛度,大小與螺栓及被連接件的大小與螺栓及被連接件的材料、尺寸、結(jié)構(gòu)形狀和墊片等因素有關(guān)，其值在材料、尺寸、結(jié)構(gòu)形狀和墊片等因素有關(guān)，其值在01之之間變動。若被連接件的剛度很大間變動。若被連接件的剛度很大(如采用剛性簿墊片如采用剛性簿墊片)，而，而螺栓的剛度很小螺栓的剛度很小(如細(xì)長或空心螺栓如細(xì)長或空心螺栓)時，則螺栓的相對剛時，則螺栓的相對剛度趨于零；反之，其值趨于度趨于零；反之，其值趨于l。為了降低螺栓的受力，提高。為了降低螺栓的受力，提高螺栓連接的承載能力，應(yīng)使螺栓連接的承載能力，應(yīng)使C1(C1+C2)值盡量小些。值

27、盡量小些。C1/(C1+C2)值可通過計算或?qū)嶒灤_定。值可通過計算或?qū)嶒灤_定。 一般設(shè)計時可參考表163。C2(C1+C2)為為被連接件的相對剛度，因C2(C1+C2)=1-C1(C1+C2)，則可按C1(C1+C2)值求得C2(C1+C2)。 螺栓工作載荷過大時，使連接出現(xiàn)縫隙,這是不允許的。顯然F應(yīng)大于零，以保證連接的緊密性。選擇F”時： 有緊密性要求的螺栓連接，通常可取F”=(1.51.8)F 一般的連接，工作載荷穩(wěn)定時，可取F”=(0.20.6)F, 外載荷有變化時,可取F”=(0.61.0)F; 地腳螺栓連接，可取F“F;考慮在工作載荷下可能補充擰緊螺母考慮在工作載荷下可能補充擰緊螺

28、母強度條件同受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接強度條件同受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接)()3 . 1 (44/21021MPadFdFv)()3 . 1 (401mmFd 保證聯(lián)接的緊密性保證聯(lián)接的緊密性剩余預(yù)緊力剩余預(yù)緊力0F (3)按靜載與變載兩種情況計算強度按靜載與變載兩種情況計算強度 受軸向靜載荷螺栓連接的強度計算受軸向靜載荷螺栓連接的強度計算對于受軸向變載荷的重要連接(如內(nèi)燃機氣缸蓋螺栓連接，其氣缸反復(fù)進(jìn)、排氣)，其螺栓所受工作載荷如圖所示在0F之間變化，因而螺栓所受的總拉力在FF0之間變化。設(shè)計時一般可先按受靜載荷強度計算螺栓直徑，然后校核其疲勞強度。 受軸向變載荷螺栓連接的強度計算受軸向變載荷

29、螺栓連接的強度計算aaadFCCCdFCCCdFFdFF2121121211210210minmax2242242影響變載下疲勞強度的主要因素是應(yīng)力幅。因此螺栓疲勞強度的校核公式為式中： 螺栓的許用應(yīng)力幅，MPa，按表16-6a所給的公式計算。二）采用二）采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接承受承受橫向外載荷橫向外載荷F結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：螺栓桿與被連接件孔間螺栓桿與被連接件孔間無間隙無間隙承載原理：承載原理：靠螺栓桿受剪切及螺栓桿與被連接件受擠壓來承靠螺栓桿受剪切及螺栓桿與被連接件受擠壓來承受受橫向外橫向外 載荷載荷鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接dd0FsFs剪切力剪切力螺栓桿受剪切力：螺

30、栓桿受剪切力：F =Fs螺栓桿與被連接件配合面受擠壓力：螺栓桿與被連接件配合面受擠壓力：F = Fs螺栓受力螺栓受力擠壓力擠壓力螺栓的剪切強度條件：螺栓的剪切強度條件： mdFdmFss202044螺栓桿與螺栓桿與孔壁孔壁配合面的配合面的強度強度條件：條件：pspsphdFAF0式中：式中：d d0 0 螺栓剪切面直徑（螺栓桿直徑），螺栓剪切面直徑（螺栓桿直徑），mm； h 計算對象的最小受壓高度，計算對象的最小受壓高度，mm;dd0h251.sp螺栓或孔壁材料為鋼：螺栓或孔壁材料為鋼：522.Bp螺栓或孔壁材料為鑄鐵螺栓或孔壁材料為鑄鐵： p許用擠許用擠壓應(yīng)力壓應(yīng)力 52 .s許用剪應(yīng)力許用

31、剪應(yīng)力設(shè)計計算設(shè)計計算由螺栓的剪切強度條件決定螺栓公稱直徑由螺栓的剪切強度條件決定螺栓公稱直徑 mm40mFsd按按d0查標(biāo)準(zhǔn)確定螺栓公稱直徑查標(biāo)準(zhǔn)確定螺栓公稱直徑d164 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計螺栓組聯(lián)接的設(shè)計圓形、矩形、三角形等圓形、矩形、三角形等(2) 螺栓布置使各螺栓受力合理螺栓布置使各螺栓受力合理(3) 分部在同一圓周上的螺栓數(shù)目成偶數(shù)分部在同一圓周上的螺栓數(shù)目成偶數(shù)便于鉆孔時分度或畫線便于鉆孔時分度或畫線1.1.螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(1) 結(jié)合面力求簡單、對稱結(jié)合面力求簡單、對稱(4) 為增加可靠性，減小直徑，可采用減載裝置為增加可靠性，減小直徑，可采用減載裝置套筒減

32、載套筒減載鍵減載鍵減載銷釘減載銷釘減載止口減載止口減載(5) 螺栓排列的間距、邊距合理螺栓排列的間距、邊距合理留有板手空間留有板手空間支承面應(yīng)平整且與螺栓軸線垂直支承面應(yīng)平整且與螺栓軸線垂直(6) 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(1) 受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接求每個螺栓的工作載荷求每個螺栓的工作載荷)()3 . 1 (44/21021MPadFdFv求單個螺栓所受總載荷求單個螺栓所受總載荷FCCCFF2110FCCCFF212FFF0zFFQ強度校核強度校核2.螺栓組聯(lián)接的受力分析螺栓組聯(lián)接的受力分析FQFF(2) 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接受橫向載荷的螺

33、栓組聯(lián)接單個螺栓所受的工作載荷單個螺栓所受的工作載荷ZFFRRfFKmzfFmzfFKFRf)()3 . 1 (44/2121MPadFdFvzFKmfFRf求預(yù)緊力求預(yù)緊力強度校核強度校核FR/2FR/2FRFFFSFSFR/2FR/2FRFSFS單個螺栓所受的工作載荷單個螺栓所受的工作載荷ZmFFR(3) 受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接 采用普通螺栓時采用普通螺栓時 底板上每個螺栓的預(yù)緊力相同，均為底板上每個螺栓的預(yù)緊力相同，均為FTKrFfrFfrFffZ.21ZiifrfTKF1求預(yù)緊力求預(yù)緊力螺栓軸線到螺栓組對稱中心的距離螺栓軸線到螺栓組對稱中心的距離)()3 . 1 (44/

34、2121MPadFdFv強度校核強度校核 采用鉸制孔用螺栓時采用鉸制孔用螺栓時 由由螺栓變形協(xié)調(diào)條件螺栓變形協(xié)調(diào)條件,各螺栓的剪切變形量各螺栓的剪切變形量與與 r 成正比成正比,因為螺栓的剪切剛度相同因為螺栓的剪切剛度相同maxmax2211.rFrFrFrFiiiirFFrmaxmaxTrFrFrFZZ.2211max2max22max21max.rTrFrFrFZ求工作剪力求工作剪力ZiiSrrTFF12maxmax強度校核強度校核420mdFS0PSPhdF所以所以由底板靜力平衡條件由底板靜力平衡條件iirFFrmaxmax兩邊同乘兩邊同乘rmaxTO16543287F1F2r1r2 受

35、翻轉(zhuǎn)力矩受翻轉(zhuǎn)力矩M的底板螺的底板螺栓組連接。假設(shè)底板為剛體，栓組連接。假設(shè)底板為剛體，在力矩在力矩M作用下接合面保持作用下接合面保持平面，并且底板有繞對稱軸平面，并且底板有繞對稱軸線線OO翻轉(zhuǎn)的趨勢，對稱翻轉(zhuǎn)的趨勢，對稱軸線左側(cè)的螺栓被拉緊，螺軸線左側(cè)的螺栓被拉緊，螺栓的軸向力增大；栓的軸向力增大； (4). 受翻轉(zhuǎn)力矩受翻轉(zhuǎn)力矩M的螺栓組連接的螺栓組連接 而對稱軸線右側(cè)的螺栓而對稱軸線右側(cè)的螺栓被放松，使螺栓的預(yù)緊力減被放松，使螺栓的預(yù)緊力減少。即在此翻轉(zhuǎn)力矩少。即在此翻轉(zhuǎn)力矩M的作的作用下，引起左、右兩側(cè)各螺用下，引起左、右兩側(cè)各螺栓產(chǎn)生工作載荷，其對栓產(chǎn)生工作載荷，其對O-O軸線之力矩

36、之和必和此翻轉(zhuǎn)軸線之力矩之和必和此翻轉(zhuǎn)力矩力矩M相平衡相平衡OO16543287L1L maxM受翻轉(zhuǎn)力矩受翻轉(zhuǎn)力矩M的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接O16543287OOL1L maxMMLFLFLFzz2211底板的平衡條件為：底板的平衡條件為： 根據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件，各螺根據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件，各螺栓的拉伸變形量與其軸線到螺栓栓的拉伸變形量與其軸線到螺栓組對稱軸線組對稱軸線的距離成正比的距離成正比。因為各螺栓的拉伸剛度相同，。因為各螺栓的拉伸剛度相同，所以左、右兩側(cè)螺栓的工作載荷所以左、右兩側(cè)螺栓的工作載荷與這個距離成正比。與這個距離成正比。 maxmax2211LFLFLFLFzzF1FmaxF

37、max 受力最大螺栓的工作拉力；受力最大螺栓的工作拉力；L max 受力最大螺栓至受力最大螺栓至軸線的距離。軸線的距離。式中：式中：受力最大螺栓所受的工作拉力受力最大螺栓所受的工作拉力Fmax為：為： 22221maxmaxzLLLMLF受力最大螺栓受力最大螺栓的總拉力的總拉力F0 ：maxFCCCFF211016543287OOL1L maxMF1Fmax對于受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接，不僅要對于受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接，不僅要對螺栓進(jìn)行強度計算，而且還應(yīng)保證接對螺栓進(jìn)行強度計算，而且還應(yīng)保證接合面不因擠壓應(yīng)力過大而壓潰，并要使合面不因擠壓應(yīng)力過大而壓潰，并要使接合面的最小擠壓應(yīng)力大于零。接合面的

38、最小擠壓應(yīng)力大于零。 p p pmin pmax在預(yù)緊力作用下，接在預(yù)緊力作用下，接合面的擠壓應(yīng)為：合面的擠壓應(yīng)為：AzFp 在翻轉(zhuǎn)力矩在翻轉(zhuǎn)力矩M的作用下，左邊接的作用下，左邊接合面的擠壓應(yīng)力減小，右邊接合面的合面的擠壓應(yīng)力減小，右邊接合面的擠壓應(yīng)力增大，接合面間擠壓應(yīng)力擠壓應(yīng)力增大，接合面間擠壓應(yīng)力WM)CCCM(Wp 2121相對剛度相對剛度 的值為的值為1 212CCC接合面最大受壓處不壓潰的條件為接合面最大受壓處不壓潰的條件為WMAzFpppmaxp 接合面最小受壓處不出現(xiàn)間隙的條件：接合面最小受壓處不出現(xiàn)間隙的條件：0min WMAzFppp 五、 按受力最大的螺栓進(jìn)行強度計算 通

39、過螺栓組連接的受力分析求出受力最大的螺栓及其所受的力后，即可按單個螺栓連接的強度計算方法進(jìn)行計算。 必須注意: 1. 松連接螺栓，只受拉伸外載荷F，則應(yīng)以 =F為載荷進(jìn)行強度計算； 2. 受橫向載荷的受拉普通緊螺栓組連接和受扭轉(zhuǎn)力矩的受拉普通緊螺栓組連接，螺栓只受預(yù)緊力F，則應(yīng)乘以系數(shù)1.3以考慮預(yù)緊時扭轉(zhuǎn)力矩的影響，并以 = 1.3F為載荷進(jìn)行強度計算; 3.受軸向載荷的普通緊螺栓組連接和受翻轉(zhuǎn)力矩的普通緊螺栓組連接，螺栓受預(yù)緊力和工作載荷，則應(yīng)以 = 1.3F0為載荷進(jìn)行強度計算； 4.受剪的鉸制孔用螺栓組連接和受扭轉(zhuǎn)力矩的受剪鉸制孔用螺栓組連接。則應(yīng)以螺栓所受的剪力(或擠壓力) =FS，

40、或 =Fmax為載荷進(jìn)行剪切及擠壓強度計算。 VF設(shè)計計算式：設(shè)計計算式： vFd41mmVFVFVFVF 螺栓連接的強度主要取決于螺栓的強度。 影響螺栓強度的因素很多，主要涉及螺紋牙的載荷分配，應(yīng)力幅、應(yīng)力集中、附加應(yīng)力和材料的力學(xué)性能等幾個方面。一、改善螺紋牙間的載荷分配 從螺母支承面算起，第一圈螺紋變形最大，因而受力也最大，以后各圈遞減。即80以上載荷集中作用于第一、二圈的螺紋面上。因此采用圈數(shù)過多的加厚螺 母，并不能提高連接的強度。 螺栓和螺母的剛度及變形性質(zhì)不同，各圈螺紋牙上的受力也不同。 當(dāng)連接受載時，螺栓受拉伸，外螺紋的螺距增大；而螺母受壓縮，內(nèi)螺紋的螺距減小。165 提高螺栓連

41、接強度的措施提高螺栓連接強度的措施 為了改善螺紋牙上載荷分配的現(xiàn)象常采用以下幾種方法。 1. 盡可能將螺母制成受拉的結(jié)構(gòu) 圖a為懸置螺母，螺母的旋合部分全部受拉，其變形性質(zhì)與螺栓相同，從而可減少兩者的螺距變化差，使螺紋牙上載荷分布趨于均勻。 2. 減小螺栓受力大的螺紋牙受力面 圖b為內(nèi)斜螺母，螺母旋入端受力大的幾圈螺紋處制1015的斜角可減小原螺栓受力大的螺紋的剛度而將力轉(zhuǎn)移到受力小的牙上，使載荷分布趨于均勻。圖C所示的螺母兼有懸置螺母和內(nèi)斜螺母的作用。 二. 減小螺栓的應(yīng)力幅 受變載荷的緊螺栓連接，在最大應(yīng)力定時，應(yīng)力幅越小，疲勞強度越高。在工作載荷F和剩余預(yù)緊力F不變的情況下，降低螺栓剛度

42、或增大被連接件剛度都能達(dá)到減小應(yīng)力幅的目的，但預(yù)緊力F應(yīng)該有所增加。 降低螺拴剛度的措施有： 增加螺栓的長度； 適當(dāng)減小螺栓無螺紋部分的截面積； 在螺母下面安裝彈性元件等。 三、采用合理的制造工藝 采用冷墩頭部和液壓螺紋的螺栓，由于有冷作硬化的作用，使金屬組織緊密，金屬流線走向合理，所以其疲勞強度比車削螺紋提高35左右。 四、避免附加彎曲應(yīng)力 為減小和避免彎曲應(yīng)力，可采用經(jīng)機械加工后制成的凸臺與沉頭座、球面墊圈斜面墊圈等來保證螺栓連接的裝配精度。 五、減小應(yīng)力集中的影響 螺栓的螺紋牙根、螺紋收尾和螺栓頭部與螺栓桿的過渡圓角等處都產(chǎn)生應(yīng)力集中。為了減小應(yīng)力集中，采用較大的過渡圓角半徑，或?qū)⒙菁y收尾改為退刀槽