陜西科技大學(xué) 過程裝備與控制工程 課件1機(jī)械設(shè)計(jì)(王寧俠)第9章.

1、第9章 螺紋聯(lián)接 第第9章章 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接 9.1 螺紋9.2 螺紋聯(lián)接的基本類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件 9.3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 9.4 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 9.5 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算 9.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 習(xí)題 第9章 螺紋聯(lián)接 9.1 螺紋螺紋9.1.1 螺紋的主要類型及應(yīng)用螺紋的主要類型及應(yīng)用螺紋分為內(nèi)螺紋和外螺紋。內(nèi)、外螺紋共同組成螺旋副而起聯(lián)接作用或傳動(dòng)作用。用于聯(lián)接的螺紋稱為聯(lián)接螺紋；而用于傳動(dòng)的螺紋稱為傳動(dòng)螺紋。根據(jù)形成螺紋的母體形狀的不同，螺紋又分為圓柱螺紋和圓錐螺紋，圓柱螺紋用于一般聯(lián)接和傳動(dòng)，圓錐螺紋用于管件聯(lián)接。螺紋又分米制螺紋和英制螺紋(螺紋以每英寸牙數(shù)

2、表示)。我國除管螺紋保留英制外，均采用米制螺紋。第9章 螺紋聯(lián)接 根據(jù)牙型的不同，螺紋又分為普通螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等。普通螺紋和管螺紋主要用于聯(lián)接，而矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋主要用于傳動(dòng)。普通螺紋又有粗牙和細(xì)牙之分，同一公稱直徑可以有多種螺距，其中最大螺距者稱為粗牙螺紋，其余均為細(xì)牙螺紋。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一些標(biāo)準(zhǔn)的螺紋牙型、大徑和螺距，凡牙型、大徑、螺距三項(xiàng)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)的螺紋稱為標(biāo)準(zhǔn)螺紋。上述螺紋中，除矩形螺紋外，其余螺紋都屬于標(biāo)準(zhǔn)螺紋。標(biāo)準(zhǔn)螺紋的基本尺寸可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用見表9-1。在機(jī)械制造中，除了上述螺紋外，還制定有特殊用途的螺紋，以適

3、應(yīng)各行業(yè)的特殊工作要求，需用時(shí)可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 9.1.2 螺紋的主要參數(shù)螺紋的主要參數(shù)現(xiàn)以圖9-1所示的普通螺紋的外螺紋為例，來說明螺紋的主要幾何參數(shù)。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-1 螺紋的主要幾何參數(shù)第9章 螺紋聯(lián)接 1. 大徑大徑d大徑d指外螺紋的最大直徑，即與螺紋牙頂相重合的假想圓柱面的直徑，在標(biāo)準(zhǔn)中定為公稱直徑。2. 小徑小徑d1小徑d1指外螺紋的最小直徑，即與螺紋牙底相重合的假想圓柱面的直徑，在強(qiáng)度計(jì)算中常作為螺紋危險(xiǎn)截面的計(jì)算直徑。3. 中徑中徑d2中徑d2指在軸向截面內(nèi)，螺紋的牙間寬與牙厚相等處的假想圓柱面的直徑。中徑是用來確定

4、螺紋幾何參數(shù)和配合性質(zhì)的直徑。第9章 螺紋聯(lián)接 4. 線數(shù)線數(shù)n線數(shù)n指螺紋的螺旋線數(shù)。沿一條螺旋線形成的螺紋稱為單線螺紋；沿多條等距螺旋線形成的螺紋稱為多線螺紋。單線螺紋的效率低，自鎖性好，常用做聯(lián)接螺紋。多線螺紋效率高，故用做傳動(dòng)螺紋。為了便于制造，一般用的螺紋線數(shù)n4。5. 螺距螺距P螺距P指相鄰兩個(gè)螺紋牙對應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離。6. 導(dǎo)程導(dǎo)程S導(dǎo)程S指螺紋上任意點(diǎn)沿同一條螺旋線繞行一周所移動(dòng)的軸向距離。單線螺紋的導(dǎo)程S=P；多線螺紋的導(dǎo)程S = nP。第9章 螺紋聯(lián)接 7. 螺紋升角螺紋升角螺紋升角指螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。在不同直徑的圓柱面上，螺旋線的螺紋升角各不相同

5、。通常取中徑d2處圓柱面上螺旋線的螺紋升角作為參數(shù)，即 (9-1)8. 牙型角牙型角牙型角指在螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。螺紋牙型的一側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角稱為牙側(cè)角，對稱牙型的牙側(cè)角=/2。22arctanarctandnPdS第9章 螺紋聯(lián)接 9. 接觸高度接觸高度h接觸高度h指內(nèi)外螺紋旋合后，螺紋接觸面的徑向高度。各種英制管螺紋的幾何參數(shù)可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其公稱尺寸代號(hào)不是螺紋的大徑，而近似等于管子的內(nèi)徑。第9章 螺紋聯(lián)接 9.2 螺紋聯(lián)接的基本類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件螺紋聯(lián)接的基本類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件9.2.1 螺紋聯(lián)接的基本類型螺紋聯(lián)接的基本類型1. 螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接用于通

6、孔聯(lián)接，如圖9-2所示。這種聯(lián)接在聯(lián)接件損壞后容易更換。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-2 螺栓聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 螺栓聯(lián)接又可分為普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔用螺栓聯(lián)接兩種。圖9-2(a)所示為普通螺栓聯(lián)接，這種聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是被聯(lián)接件上的通孔和螺栓桿之間留有間隙，通孔的加工精度要求低，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，使用時(shí)不受被聯(lián)接件材料的限制，因此應(yīng)用最廣。圖9-2(b)所示為鉸制孔用螺栓聯(lián)接，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是被聯(lián)接件上的孔與螺栓桿之間沒有間隙，孔與螺栓桿常采用基孔制過渡配合，故孔的加工精度要求較高，主要用在利用螺桿承受橫向載荷或需精確固定被聯(lián)接件相對位置的場合。n6H7或m6H7第9章 螺紋聯(lián)接 在螺栓聯(lián)接中，

7、螺紋余留長度l1為： 靜載荷時(shí)l1(0.30.5)d；變載荷時(shí)l10.75d; 沖擊載荷或彎曲載荷時(shí)l1d；鉸制孔用螺栓聯(lián)接時(shí)l1d。螺紋伸出長度a(0.20.3)d。螺栓軸線到被聯(lián)接件邊緣的距離e=d+(36)mm。通孔直徑d01.1d。第9章 螺紋聯(lián)接 2. 雙頭螺柱聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接雙頭螺柱聯(lián)接用于盲孔聯(lián)接，如圖9-3(a)所示。雙頭螺柱兩端都有螺紋，其一端完全旋入被聯(lián)接件之一的螺紋孔中，直至旋緊為止；另一端則穿過另一被聯(lián)接件的通孔后用螺母擰緊。拆卸時(shí)只拆下螺母，不用拆下螺柱，故被聯(lián)接件的螺紋孔不易損壞。這種聯(lián)接適用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓聯(lián)接的場合，例如被聯(lián)接件之一太厚或其他原因不易制成通孔

8、，而又需要經(jīng)常裝拆的場合。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-3 雙頭螺柱聯(lián)接和螺釘聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 在雙頭螺柱聯(lián)接中， 螺紋擰入的深度H為：鋼或青銅Hd；鑄鐵H(1.251.5)d；鋁合金H(1.52.5)d。螺紋孔的深度H1=H+l2。鉆孔深度H2=H+l3。其中l(wèi)2=(22.5)P(P為螺距）， l3=(0.51)d。第9章 螺紋聯(lián)接 3. 螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接也用于盲孔聯(lián)接，但不用螺母，而是將螺釘直接擰入被聯(lián)接件的螺紋孔中實(shí)現(xiàn)聯(lián)接的，如圖9-3(b)所示。這種聯(lián)接比雙頭螺柱聯(lián)接的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、使用方便，但多次裝拆容易使被聯(lián)接件的螺紋孔損壞，故這種聯(lián)接多用于受力不大或不需經(jīng)常裝拆的場合。

9、第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-4 緊定螺釘聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 4. 緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接是利用旋入零件螺紋孔的螺釘末端頂緊另一零件的表面(見圖9-4(a)或頂入相應(yīng)的凹坑中(見圖9-4(b)，以固定兩個(gè)零件的相對位置，并可傳遞不大的力或轉(zhuǎn)矩。在這種聯(lián)接中， 螺釘除了作為聯(lián)接和緊定用外，還可以用于調(diào)整零件的相對位置，如機(jī)器、儀器中的調(diào)節(jié)螺釘?shù)取Ｔ诰o定螺釘聯(lián)接中， 螺釘?shù)闹睆絛(0.20.3)dZ(dZ為軸的直徑)轉(zhuǎn)矩大時(shí)取大值。第9章 螺紋聯(lián)接 5. 其他聯(lián)接其他聯(lián)接 除上述四種螺紋聯(lián)接的基本形式外，還有一些特殊形式的聯(lián)接。例如專門用于將機(jī)器或機(jī)座固定在地基上的地腳螺栓聯(lián)接(如圖9

10、-5所示)；裝在機(jī)器或大型零部件的頂蓋或外殼上便于起吊用的吊環(huán)螺釘聯(lián)接(如圖9-6所示)；用于工裝設(shè)備中的T型槽螺栓聯(lián)接(如圖9-7所示)等等。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-5 地腳螺栓聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-6 吊環(huán)螺釘聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-7 T型槽螺栓聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 9.2.2 標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件1. 螺栓螺栓螺栓的種類很多，有六角頭、方頭、沉頭、半圓頭、T型、地腳等種類, 每種又有多種結(jié)構(gòu), 其中以六角頭螺栓應(yīng)用最普遍。六角頭螺栓按頭部大小又分為標(biāo)準(zhǔn)六角頭螺栓(見圖9-8) 和小六角頭螺栓兩種。六角頭螺栓分A、B、C三個(gè)精度等級(jí)，其中A級(jí)精度最高，C級(jí)精度最低

11、。A級(jí)用于重要的、裝配精度高的以及受較大沖擊、振動(dòng)或變載荷的場合，一般通用機(jī)械制造中多用C級(jí)。螺栓桿部可以全部有螺紋(見圖9-8(a)，也可只有一段螺紋(見圖9-8(b)。螺紋可用粗牙，也可用細(xì)牙(A、B級(jí))。圖9-8(c)為六角頭鉸制孔用螺栓，可承受剪切并具有聯(lián)接定位作用。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-8 標(biāo)準(zhǔn)六角頭螺栓第9章 螺紋聯(lián)接 2. 雙頭螺柱雙頭螺柱雙頭螺柱兩端均有螺紋，兩端的螺紋可相同也可不同。雙頭螺柱有A型和B型兩種結(jié)構(gòu)，如圖9-9所示。擰入被聯(lián)接零件螺紋孔的一端稱為座端(其長度為bm)，另一端用螺母旋緊以固定其他零件。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-9 雙頭螺柱第9章 螺紋聯(lián)接 3.

12、螺釘螺釘螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)與螺栓大致相同，頭部的形狀也很多，以適應(yīng)不同場合的要求，如圖9-10所示。圖 9-10 螺釘?shù)?章 螺紋聯(lián)接 4. 緊定螺釘緊定螺釘緊定螺釘末端有多種結(jié)構(gòu)形狀，常用的有錐端、平端和圓柱端，如圖9-11所示。錐端適用于被緊定零件的表面硬度較低或不經(jīng)常拆卸的場合；平端接觸面積大，不傷零件表面，適用于被緊定零件表面硬度較大或經(jīng)常拆卸的場合；圓柱端要壓入軸上的凹坑中，以緊定軸上零件，適用于緊定空心軸上的零件。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-11 緊定螺釘?shù)?章 螺紋聯(lián)接 5. 自攻螺釘自攻螺釘自攻螺釘頭部形狀有圓頭、平頭、半沉頭及沉頭等。頭部的槽有一字、十字等形式。末端形狀有錐端和平端兩種

13、，如圖9-12所示。自攻螺釘多用于金屬薄板、輕合金或塑料零件的聯(lián)接。使用時(shí)，在被聯(lián)接件上不預(yù)先制出螺紋，而是利用螺釘直接攻出螺紋。螺釘?shù)牟牧弦话阌脻B碳鋼，熱處理后表面的硬度不低于45 HRC。自攻螺釘?shù)穆菁y與普通螺紋相比，在相同大徑時(shí)，它的螺距大而小徑稍小。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-12 自攻螺釘?shù)?章 螺紋聯(lián)接 6. 螺母螺母螺母的形狀也有多種，如六角螺母、圓螺母、方螺母等，其中以六角螺母應(yīng)用最廣。六角螺母根據(jù)厚度不同，分為標(biāo)準(zhǔn)六角螺母、六角薄螺母以及六角厚螺母(見圖9-13(a)等。一般聯(lián)接常用標(biāo)準(zhǔn)六角螺母；六角薄螺母常用在防松裝置中作為副螺母起鎖緊作用；六角厚螺母用于經(jīng)常拆卸的聯(lián)接中。六

14、角螺母制造精度與螺栓相同，分A、B、C三級(jí)，分別與相應(yīng)精度的螺栓、螺柱以及墊圈相配用。圓螺母常與止動(dòng)墊圈配用(見圖9-13(b)，作為軸上零件的軸向固定用。方螺母在裝拆時(shí)扳手不宜打滑，用于粗糙、簡單的結(jié)構(gòu)中。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-13 螺母第9章 螺紋聯(lián)接 7. 墊圈墊圈在螺母與被聯(lián)接件之間通常裝有墊圈用以保護(hù)被聯(lián)接件表面在擰緊螺母時(shí)不被擦傷，同時(shí)還可增大接觸面積，減小比壓。墊圈有平墊圈和斜墊圈(見圖9-14(a)、球面墊圈(見圖9-14(b)、 止動(dòng)墊圈 (見圖9-13(b)、彈簧墊圈(見圖9-14(c)和彈性墊圈(見圖9-14(d)等。 平墊圈按加工精度分A、C兩級(jí)，用于同一直徑的平墊

15、圈按大小又分四種，最大的用于鐵木結(jié)構(gòu)；斜墊圈用于將被聯(lián)接件的傾斜表面墊平，使螺母支撐面垂直于螺桿，避免螺桿受到彎矩作用；球面墊圈具有自動(dòng)調(diào)位的作用，使螺母支撐面與螺桿垂直，避免螺桿受到彎矩作用，多用于工裝中；止動(dòng)墊圈、彈簧墊圈和彈性墊圈主要用于要求防松的場合。圓螺母止動(dòng)墊圈與圓螺母配合使用，主要用于滾動(dòng)軸承的軸向固定；彈簧墊圈廣泛用于經(jīng)常拆卸的聯(lián)接處，靠彈性及斜口摩擦防止緊固件的松動(dòng)；彈性墊圈是靠本身的彈性變形壓緊緊固件，防止其松動(dòng)。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-14 墊圈第9章 螺紋聯(lián)接 9.3 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松9.3.1 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊螺紋聯(lián)接的預(yù)緊一般螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)

16、都要擰緊，使螺紋聯(lián)接在承受工作載荷之前，就預(yù)先受到力的作用，這就是預(yù)緊。而預(yù)加的作用力叫預(yù)緊力。預(yù)緊的目的是要增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性，防止受載荷后被聯(lián)接件之間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對滑移。適當(dāng)選用較大的預(yù)緊力，有利于提高聯(lián)接的可靠性、緊密性和疲勞強(qiáng)度。但過大的預(yù)緊力會(huì)導(dǎo)致整個(gè)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)尺寸增大，也會(huì)使聯(lián)接件在裝配或偶然過載時(shí)被拉斷。因此，為了保證聯(lián)接具有所需的預(yù)緊力，而又不使螺紋聯(lián)接件過載，對重要的螺紋聯(lián)接，在裝配時(shí)要控制預(yù)緊力的大小。第9章 螺紋聯(lián)接 1. 預(yù)緊力的控制預(yù)緊力的控制預(yù)緊力的大小可根據(jù)螺紋聯(lián)接件的受力情況和聯(lián)接的工作要求決定。一般規(guī)定，擰緊后螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊力不得超過其材料屈服極限

17、S的80%。對于一般聯(lián)接用的鋼制螺栓聯(lián)接，推薦用預(yù)緊力F0按下列關(guān)系確定：碳素鋼螺栓 F0(0.60.7)SA1 合金鋼螺栓 F0(0.50.6)SA1(9-2)式中：S螺栓材料的屈服極限，單位為MPa； A1螺栓危險(xiǎn)截面的面積，單位為mm2， 。控制預(yù)緊力的方法很多，常用的方法有以下幾種。2114dA 第9章 螺紋聯(lián)接 1) 力矩法力矩法是借助于測力矩扳手(見圖9-15)和定力矩扳手(見圖9-16)，利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。測力矩扳手的工作原理是根據(jù)扳手上的彈性元件，在擰緊力矩作用下所產(chǎn)生的彈性變形量來指示擰緊力矩的大小。為方便計(jì)算，可將指示刻度表直接以力矩值標(biāo)出。定力矩扳

18、手的工作原理是當(dāng)擰緊力矩超過規(guī)定值時(shí)，彈簧被壓縮，扳手卡盤與圓柱銷之間打滑，若繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，扳手卡盤則不再轉(zhuǎn)動(dòng)。擰緊力矩的大小可利用螺釘調(diào)節(jié)彈簧壓緊力來控制。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-15 測力矩扳手第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-16 定力矩扳手第9章 螺紋聯(lián)接 2) 螺母轉(zhuǎn)角法螺母轉(zhuǎn)角法將螺母擰到與被聯(lián)接件貼緊后，再旋轉(zhuǎn)一定的角度來獲得所需的預(yù)緊力。螺母旋轉(zhuǎn)的角度 (9-3)式中：P 螺距(單頭螺紋)，單位為mm； F0預(yù)緊力，單位為N； C1螺栓的剛度，單位為N/mm； C2被聯(lián)接件的剛度，單位為N/mm。21011360CCPF第9章 螺紋聯(lián)接 3) 測定螺栓伸長法如圖9-17所示，當(dāng)螺母擰

19、到與被聯(lián)接件貼緊時(shí)，測得螺栓的原始長度Ls；根據(jù)所需的預(yù)緊力F0，擰緊螺母后螺栓的總伸長量應(yīng)為 (9-4)10smCFLL第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-17 測量螺栓伸長法第9章 螺紋聯(lián)接 4) 螺栓預(yù)伸長法通過液力、電力或蒸汽加熱使螺栓預(yù)伸長到所要求的變形量，再擰緊螺母，冷卻后螺栓縮短使聯(lián)接預(yù)緊。這種方法不受擰緊力矩的作用，螺栓強(qiáng)度可以提高，但需要預(yù)變形裝置。采用測力矩扳手或定力矩扳手控制預(yù)緊力的方法，操作簡便，使用較多，但由于受摩擦系數(shù)的影響比較大，其準(zhǔn)確性較差，而且也不適用于大型結(jié)構(gòu)的螺栓連接。用后幾種方法可得到比較精確的預(yù)緊力，但使用不方便。第9章 螺紋聯(lián)接 2. 擰緊力矩的計(jì)算擰緊力矩的

20、計(jì)算如圖9-18所示，用定力矩扳手控制預(yù)緊力時(shí)，由于擰緊力矩T的作用，使螺栓和被聯(lián)接件之間產(chǎn)生預(yù)緊力F0。由機(jī)械原理可知，扳手的擰緊力矩T是用于克服螺旋副中的摩擦阻力矩T1和螺母與被聯(lián)接件(或墊圈)支撐面間的端面摩擦力矩T2的，即T=T1+T2 (9-5)螺旋副中的摩擦力矩為(9-6)tan(2021vFdT第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-18 擰緊力矩第9章 螺紋聯(lián)接 螺母與支撐面間的摩擦力矩為 (9-7)將式(9-6)、(9-7)代入式(9-5)中，得到所需的擰緊力矩為 (9-8)202w303w0231dDdDFfTc)mmN( 3tan20202w303wc20dKFdDdDf)(dFTv第

21、9章 螺紋聯(lián)接 式中：v螺紋當(dāng)量摩擦角，v=arctanfv，fv為螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)；fc螺母與被聯(lián)接件支撐面間的摩擦系數(shù)；K擰緊力矩系數(shù)，其計(jì)算公式為 (9-9)202w303wc23tan2dDdDdf)(ddKv第9章 螺紋聯(lián)接 對于普通粗牙M12M64的螺紋，螺紋升角=14232；螺紋中徑d20.9d；Dw1.5d; d01.1d；當(dāng)量摩擦系數(shù)fv1.155f(無潤滑時(shí)f0.100.20)。若取fc=0.15, 則擰緊力矩系數(shù)K=0.10.3；若取K=0.2，則擰緊力矩為 T=0.2F0d(9-10)當(dāng)公稱直徑d以及所要求的預(yù)緊力F0已知時(shí)，即可按式(9-10)計(jì)算出扳手的擰緊力矩T。

22、一般標(biāo)準(zhǔn)扳手的長度L15d，若施加于扳手上的擰緊力為F，則T=FL。由式(9-10) 可得F075F。假定F=200 N，則擰緊后產(chǎn)生的預(yù)緊力F015 000 N。如果用這個(gè)力來擰緊M12以下的鋼制螺栓，則有可能因?yàn)檫^載而被擰斷。因此，對于重要的聯(lián)接，應(yīng)盡可能不用直徑小于M12的螺栓。必須使用時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制擰緊力矩。推薦使用的K值列于表9-2中，可供設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)參考。第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 9.3.2 螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接的防松聯(lián)接螺紋一般采用單線的三角形普通螺紋，螺紋升角較小(14232)，能滿足自鎖條件v(v 6301030)，故具有防松作用。此外，擰緊后螺母和螺栓頭部與被聯(lián)接

23、件支撐面間的摩擦阻力也有防松作用。所以，在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)，螺紋聯(lián)接不會(huì)出現(xiàn)松脫的現(xiàn)象。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，螺紋間的摩擦力可能減小或瞬間消失，使聯(lián)接失去自鎖能力，出現(xiàn)自動(dòng)松脫現(xiàn)象。在高溫或溫度變化較大的情況下，螺紋聯(lián)接件和被聯(lián)接件的材料發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛，也會(huì)使聯(lián)接中的預(yù)緊力和摩擦力減小，而導(dǎo)致聯(lián)接失效。第9章 螺紋聯(lián)接 螺紋聯(lián)接一旦出現(xiàn)松脫現(xiàn)象，不僅會(huì)影響機(jī)器的正常工作，還可能造成嚴(yán)重的事故。因此，為了防止聯(lián)接松脫，保證機(jī)器的正常工作，設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接時(shí)應(yīng)采取有效的防松措施。螺紋聯(lián)接防松的根本問題在于防止組成螺旋副的螺栓與螺母在載荷作用時(shí)發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)。防松的方法很多，按工作原

24、理的不同可分為摩擦防松、機(jī)械防松和破壞螺旋副防松等。一般來說，摩擦防松結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，但可靠性較低。機(jī)械防松的可靠性高，對于重要的、不易檢查的聯(lián)接，都應(yīng)采用機(jī)械防松。破壞螺旋副的防松方法只用在不需要反復(fù)裝拆的場合。螺紋聯(lián)接常用的防松方法見表9-3。第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 9.4 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算大多數(shù)機(jī)器中的螺紋聯(lián)接都是成組使用的。在對其進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算以前，先要進(jìn)行螺栓組的受力分析，找出其中受力最大的螺栓及其所受的力，作為進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。對構(gòu)成整個(gè)聯(lián)接的螺栓組來說，所受的載荷包括軸向載荷、橫向載

25、荷、彎矩和轉(zhuǎn)矩等。但對其中的每個(gè)螺栓來說，其所受載荷的形式不外乎是軸向載荷和橫向載荷。螺栓聯(lián)接所受載荷性質(zhì)不同，其失效形式也不同。在軸向靜載荷的作用下，失效形式多為螺栓桿和螺紋部分的塑性變形或斷裂；而在變載荷作用下，其失效形式為疲勞斷裂。對于受橫向載荷作用的鉸制孔用螺栓聯(lián)接，其失效形式為螺栓桿和被聯(lián)接件孔壁貼合面被壓潰或螺栓桿被剪斷。若螺紋的精度低或經(jīng)常拆卸, 常會(huì)因螺紋出現(xiàn)滑扣而失效。第9章 螺紋聯(lián)接 螺栓和螺母的螺紋牙及其他各部分的尺寸是根據(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。因此，螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算主要是確定螺紋的小徑d1，然后按標(biāo)準(zhǔn)選用螺紋的公稱直徑

26、d，以及螺母、墊圈等聯(lián)接零件的尺寸。第9章 螺紋聯(lián)接 9.4.1 普通螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算1. 松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算松螺栓聯(lián)接裝配時(shí)，螺母不需要擰緊。在承受工作載荷之前，若忽略有關(guān)零件的自重，聯(lián)接螺栓不受力。如拉桿、起重吊鉤或滑輪等的螺栓聯(lián)接都屬于這類連接?，F(xiàn)以圖9-19所示起重滑輪所用的松螺栓聯(lián)接為例，說明松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算方法。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-19 起重滑輪的松螺栓聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 如圖9-19所示，當(dāng)起吊重物聯(lián)接螺栓受到軸向工作拉力F的作用時(shí)，螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為 (9-11) (9-12)式中：F工作拉力，單位為N；螺栓材

27、料的許用應(yīng)力，單位為MPa。 dFAF4211 Fd41第9章 螺紋聯(lián)接 2. 緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算1) 受橫向載荷作用的緊螺栓聯(lián)接如圖9-20所示，由于采用了普通螺栓聯(lián)接，螺栓桿與被聯(lián)接件的孔之間有間隙，螺栓桿不直接承受橫向載荷F。因此，要使被聯(lián)接件在橫向的外載荷作用下不發(fā)生滑移，則必須將螺母擰緊，使螺栓桿與被聯(lián)接件接合面之間產(chǎn)生足夠的摩擦力來抵抗工作載荷F。這種聯(lián)接在工作時(shí)，螺栓只受到預(yù)緊力F0的拉伸作用，故又稱其為只受預(yù)緊力作用的緊螺栓聯(lián)接。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-20 承受橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 這種聯(lián)接安裝時(shí)，在擰緊力矩作用下，螺栓除受預(yù)緊力F0

28、的拉伸而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力外，還受螺旋副中摩擦力矩T1的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，使螺栓處于拉伸和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下。因此，這種聯(lián)接在計(jì)算時(shí)，應(yīng)綜合考慮拉伸應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的作用。第9章 螺紋聯(lián)接 螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸應(yīng)力為 (9-13) 螺栓危險(xiǎn)截面的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 (9-14)4210dF 42tantan1tantan 162tan2101231201dFdddd)(FwTvvv第9章 螺紋聯(lián)接 對于M10M64的普通螺紋的鋼制螺栓聯(lián)接,取tan0.17,，tanv0.05， 可得 0.5。由于螺栓的材料是塑性材料，根據(jù)第四強(qiáng)度理論，可得螺栓的計(jì)算應(yīng)力為 (9-15)故螺栓危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度條件為 (

29、9-16)或 (9-17)式中，F(xiàn)0螺栓所受的預(yù)緊力，單位為N，其大小可根據(jù)被聯(lián)接件不產(chǎn)生滑移的條件確定。08. 104. 112dd3 . 1)5 . 0( 332222ca 43 .1210cadF 1.3401Fd第9章 螺紋聯(lián)接 由式(9-15)和式(9-16)可知，對于M10M64的普通螺紋的鋼制螺栓聯(lián)接，在擰緊時(shí)雖同時(shí)承受拉伸與扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，但在計(jì)算時(shí)可只按拉伸強(qiáng)度計(jì)算，只是將所受的拉力增大30%來考慮扭轉(zhuǎn)作用的影響。第9章 螺紋聯(lián)接 由式(9-17)可知，這種靠摩擦力來平衡工作載荷的緊螺栓聯(lián)接，螺栓的直徑取決于F0。而預(yù)緊力則應(yīng)根據(jù)被聯(lián)接件不出現(xiàn)滑移的條件來確定，即應(yīng)滿足fmF

30、0F。故得 (9-18)式中：F工作拉力，單位為N； f 螺栓桿與被聯(lián)接件接合面間的摩擦系數(shù)，查表9-4； m螺栓桿與被聯(lián)接件之間的接合面數(shù)。mfFF 0第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 當(dāng)f =0.15、m =1時(shí)，F(xiàn)07F。由于預(yù)緊力較大，使得聯(lián)接的結(jié)構(gòu)尺寸增大。另外，在振動(dòng)、沖擊或變載荷作用下，由于接觸面間摩擦力的變化，將使聯(lián)接的可靠性降低。為了避免出現(xiàn)上述問題，可用各種減載零件來承擔(dān)橫向載荷，如圖9-21所示。這種采用了減載零件的緊螺栓聯(lián)接，其聯(lián)接強(qiáng)度按減載零件的剪切和擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算，螺栓聯(lián)接只保證聯(lián)接不承受工作載荷，因此所需預(yù)緊力小，而且聯(lián)接的可靠性提高了。第9章 螺紋聯(lián)接 圖

31、9-21 承受橫向載荷的減載零件第9章 螺紋聯(lián)接 2) 受軸向載荷作用的緊螺栓聯(lián)接受軸向載荷作用的緊螺栓聯(lián)接所受的載荷與螺栓軸線平行，工作時(shí)，螺栓受到軸向拉力的作用。所受軸向力的大小不僅與預(yù)緊力F0和外載荷F有關(guān)，而且與螺栓和被聯(lián)接件的剛度有關(guān)。為了確定這種聯(lián)接螺栓所受軸向力的大小，需要分析螺栓聯(lián)接的受力與變形之間的關(guān)系。圖9-22所示為單個(gè)緊螺栓聯(lián)接在受軸向載荷前后的受力與變形情況。圖9-22(a)為螺母與被聯(lián)接件剛剛接觸還未擰緊時(shí)的情況。此時(shí)螺栓與被聯(lián)接件都不受力，因而不產(chǎn)生變形。第9章 螺紋聯(lián)接 圖9-22(b)所示為螺母已擰緊，但未加工作載荷的情況。此時(shí)螺栓受到預(yù)緊力F0的拉伸作用，其

32、伸長量為1；同時(shí)被聯(lián)接件受預(yù)緊力F0的壓縮作用，產(chǎn)生的壓縮變形量為2。圖9-22(c)所示為聯(lián)接承受工作載荷F時(shí)的情況。此時(shí)，若螺栓和被聯(lián)接件的材料在彈性變形范圍內(nèi)，則螺栓和被聯(lián)接件的受力和變形應(yīng)符合虎克定律。當(dāng)螺栓承受工作載荷后，所受拉力由F0增大到F1，其伸長量增加，總伸長量為1。被聯(lián)接件由于螺栓伸長而被放松，壓縮量減小。根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，被聯(lián)接件壓縮變形的減小量應(yīng)等于螺栓拉伸變形的增加量，則總的壓縮量為，被聯(lián)接件所受的壓力由F0減小到。 稱為剩余預(yù)緊力。220F0F第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-22 螺栓與被聯(lián)接件的受力與變形第9章 螺紋聯(lián)接 螺栓與被聯(lián)接件的受力和變形關(guān)系也可用圖9-23所

33、示的線圖表示。圖中縱坐標(biāo)代表力，橫坐標(biāo)代表變形。圖9-23(a)表示螺栓的受力與變形關(guān)系，拉伸變形由坐標(biāo)原點(diǎn)O1向右量起；圖9-23(b)表示被聯(lián)接件的受力與變形關(guān)系，被聯(lián)接件的壓縮變形由坐標(biāo)原點(diǎn)O2向左量起。由圖9-23(a)和(b)可見，在聯(lián)接未受工作載荷F之前，螺栓所受的拉力和被聯(lián)接件所受的壓力均為預(yù)緊力F0。為了便于分析，現(xiàn)將圖9-23(a)、(b)兩圖合并為一圖，即圖9-23(c)。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-23 螺栓與被聯(lián)接件的受力與變形關(guān)系線圖第9章 螺紋聯(lián)接 如圖9-23(c)所示，當(dāng)聯(lián)接承受工作載荷F后，螺栓所受的總拉力為F1，其總的伸長量為1；被聯(lián)接件所受的壓力等于剩余預(yù)緊

34、力，此時(shí)的壓縮變形量為2。由圖可知，螺栓的總拉力并不等于預(yù)緊力F0與工作載荷F之和，而等于剩余預(yù)緊力與工作載荷F之和，即 (9-19)0F0FFFF01第9章 螺紋聯(lián)接 螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力F0與剩余預(yù)緊力、螺栓的總拉力F1之間的關(guān)系，可根據(jù)圖9-23(c) 中幾何關(guān)系推出，即 (9-20)式中，C1、C2螺栓和被聯(lián)接件的剛度，均為定值。0F22201110tantanCFCF第9章 螺紋聯(lián)接 由圖9-23(c)得(9-20a)由圖9-23(c)中幾何關(guān)系得由上式可得(9-20b)(00FFFF2121tantanCCFFFFCCCF211第9章 螺紋聯(lián)接 將式(9-20b)代入式(9-20a)中

35、，可得螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力為 (9-21)由圖9-23(c)可知，螺栓的總拉力又可表示為 (9-22) 或 (9-22)式中，K0預(yù)緊系數(shù)，查表9-5，預(yù)緊力F0=K0F；KC螺栓的相對剛度系數(shù)，。FCCCFFCCCFF2120211001FCCCFFFF211001FKKF)(C01211CCCKC第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 螺栓的相對剛度系數(shù)的大小與螺栓和被聯(lián)接件的材料、結(jié)構(gòu)尺寸以及墊片等因素有關(guān)，其值在01之間變化。一般設(shè)計(jì)時(shí)，KC值可按表9-6選取。第9章 螺紋聯(lián)接 另外，為了保證聯(lián)接的緊密性，防止聯(lián)接受載后被聯(lián)接件結(jié)合面之間出現(xiàn)縫隙，應(yīng)使剩余預(yù)緊力。通常推薦采用的在下列范圍內(nèi)選取

36、：(1) 對于有緊密性要求的聯(lián)接，取。(2) 對于一般聯(lián)接，工作載荷平穩(wěn)時(shí)，取 ;工作載荷不平穩(wěn)時(shí)，取 。(3) 對于地腳螺栓聯(lián)接，取。0F00FFF)8 . 15 . 1 (0FF)6 . 02 . 0(0FF)0 . 16 . 0(0FF 0第9章 螺紋聯(lián)接 設(shè)計(jì)時(shí)，可先根據(jù)聯(lián)接的受載情況，求出螺栓的工作載荷F，再根據(jù)聯(lián)接的工作要求選取剩余預(yù)緊力，并按式(9-19)求得螺栓的總拉力F1，然后即可進(jìn)行螺栓的強(qiáng)度計(jì)算?？紤]到在工作載荷作用下聯(lián)接需補(bǔ)充擰緊，仿照前面的分析，將總拉力增大30%以考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。故此時(shí)，危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為 (9-23)或 (9-24)0F43 .1211

37、cadF 1.3411Fd第9章 螺紋聯(lián)接 對于受軸向變載荷的重要聯(lián)接(如內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋的螺栓聯(lián)接)，除按式(9-23)或(9-24) 作靜強(qiáng)度計(jì)算外，還應(yīng)按下述方法對螺栓作疲勞強(qiáng)度的精確校核計(jì)算。由圖9-24可知，當(dāng)工作載荷在0F之間變化時(shí)，螺栓所受的總拉力在F0F1之間變化。螺栓危險(xiǎn)截面的應(yīng)力隨載荷的變化而變化，但最小應(yīng)力min(min=F0/A1)等于常數(shù)。在這種應(yīng)力變化規(guī)律下，影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素為應(yīng)力幅a，故其強(qiáng)度條件為 (9-25)式中，a螺栓受變載荷作用時(shí)的許用應(yīng)力幅，單位為MPa。2221s21C212111adFKdFCCCAF第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-24 承受軸向變載

38、荷時(shí)螺栓拉力的變化第9章 螺紋聯(lián)接 9.4.2 鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算承受橫向載荷的聯(lián)接，不僅可以采用普通螺栓聯(lián)接，也可以采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接，如圖9-25所示。這種聯(lián)接的螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁之間沒有間隙，橫向外載荷是靠螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁接觸面所受擠壓以及螺栓桿所受的剪切來承受的，因此，應(yīng)分別按擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度條件計(jì)算。計(jì)算時(shí)，假設(shè)螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁接觸面上的壓力是均勻分布的，而且這種聯(lián)接所需的預(yù)緊力很小，故可不考慮預(yù)緊力和螺旋副中摩擦力的影響。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-25 鉸制孔用螺栓聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 螺栓桿和被聯(lián)接件孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為 (9-26

39、)螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為(9-27)pmin0phdF420dF第9章 螺紋聯(lián)接 式中： F 螺栓所受的橫向載荷，單位為N； d0 螺栓剪切面的直徑，單位為mm； hmin螺栓桿與被聯(lián)接件孔壁受擠壓面的最小高度，單位為mm，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使hmin1.25d0；p螺栓或被聯(lián)接件孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa； 螺栓材料的許用剪切應(yīng)力，單位為MPa。第9章 螺紋聯(lián)接 9.4.3 螺紋聯(lián)接件的材料及許用應(yīng)力螺紋聯(lián)接件的材料及許用應(yīng)力1. 螺紋聯(lián)接件的材料螺紋聯(lián)接件的材料螺紋聯(lián)接件常用碳素鋼或合金鋼制作。一般聯(lián)接常用碳素鋼，如Q215、Q235、10、35和45鋼。對于重要的或受沖擊、振動(dòng)和變載荷作

40、用，以及有特殊用途的螺紋聯(lián)接件可采用合金鋼，并根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?。常用的合金鋼?5Cr、40Cr、15MnVB、30CrMnSi、65Mn等。第9章 螺紋聯(lián)接 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定螺紋聯(lián)接件按其材料的力學(xué)性能分等級(jí)，見表9-7和表9-8，詳細(xì)規(guī)定見GB/T 3098.12000和GB/T 3098.22000。按螺栓、螺釘、螺柱的性能，國標(biāo)將其分為10個(gè)等級(jí)，由3.6到12.9。小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字代表材料的抗拉強(qiáng)度極限B的百分之一(B/100)，小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字代表材料的屈服極限S(或0.2)與抗拉強(qiáng)度極限B比值的10倍 (10S/B)。例如材料性能等級(jí)為4.6的螺栓，其抗拉強(qiáng)度極限為B=4100=

41、400 MPa, 而屈服極限 S=6B/10=6400/10=240 MPa。螺母的性能等級(jí)分為七級(jí)，用整數(shù)表示，由4到12，用螺栓性能等級(jí)標(biāo)記中小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字標(biāo)記，且為與之相配的螺栓中性能等級(jí)最高的相對應(yīng)。所以，一般來說，性能等級(jí)較高的螺母可以替換性能等級(jí)較低的螺母，且螺母的性能等級(jí)不能低于相配螺栓的性能等級(jí)。第9章 螺紋聯(lián)接 2. 許用應(yīng)力許用應(yīng)力螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力與載荷的性質(zhì)(靜載荷或變載荷)、裝配情況(松聯(lián)接或緊聯(lián)接) 以及螺紋聯(lián)接件的材料、結(jié)構(gòu)尺寸等因素有關(guān)。螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力分別按下式確定。許用拉應(yīng)力： (9-28)許用應(yīng)力幅： (9-29) SSa1aSkl第9章 螺紋聯(lián)接

42、許用切應(yīng)力： (9-30)許用擠壓應(yīng)力： (9-31) (9-32) SSPSPSPBPS(對于鋼) (對于鑄鐵) 第9章 螺紋聯(lián)接 式中： S、B螺紋聯(lián)接件材料的屈服極限和強(qiáng)度極限，見表9-7，常用鑄鐵聯(lián)接件的強(qiáng)度極限B可取200 250 MPa； S、Sa、S、SP安全系數(shù)，見表9-9；螺紋尺寸系數(shù)，見表9-10；k螺紋的有效應(yīng)力集中系數(shù)，見表9-11； -1l材料在拉壓對稱循環(huán)下的疲勞極限，單位為MPa，見表9-12。第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 9.5 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)計(jì)算螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)包含兩個(gè)內(nèi)容。(1

43、) 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括確定被聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)形狀、聯(lián)接所需螺栓的數(shù)目及布置形式、聯(lián)接類型及聯(lián)接的結(jié)構(gòu)尺寸等。(2) 螺栓組聯(lián)接的受力分析：根據(jù)聯(lián)接所受載荷的特點(diǎn)，分析各螺栓的受力狀況，找出受力最大的螺栓，并求出其所受力的大小和方向，然后按單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。關(guān)于單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算方法，前面已作了介紹，本節(jié)主要討論螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析。第9章 螺紋聯(lián)接 9.5.1 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺栓組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的，主要是合理確定被聯(lián)接件接合面的幾何形狀，以及螺栓的布置形式。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡力使各螺栓和被聯(lián)接件接合面受力均勻，便于加工和裝配。為此

44、，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題。(1) 被聯(lián)接件接合面的幾何形狀應(yīng)盡量簡單，并使其幾何形心與螺栓組的對稱中心重合。通常，被聯(lián)接件接合面被設(shè)計(jì)成軸對稱的幾何形狀，如圓形、環(huán)形、矩形、框形和三角形等，如圖9-26所示。這樣不僅便于加工制造，而且便于螺栓的對稱布置，從而達(dá)到被聯(lián)接件接合面受力均勻的目的。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-26 常用被聯(lián)接件接合面的形狀第9章 螺紋聯(lián)接 (2) 螺栓的布置應(yīng)合理。 螺栓的布置應(yīng)使其受力均勻并盡可能小。受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用的螺栓組，螺栓的布置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離對稱中心，以減小螺栓的受力，如圖9-27所示。對于鉸制孔用的螺栓組聯(lián)接，在平行于工作載荷方向上，不應(yīng)成排布置8個(gè)以上的螺栓

45、，以免載荷分布過于不均。對于分布在同一圓周上的螺栓組，螺栓數(shù)目應(yīng)選用4、6、8等偶數(shù)，以便于在圓周上鉆孔時(shí)分度和劃線。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-27 受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用時(shí)螺栓的布置第9章 螺紋聯(lián)接 螺栓的排列應(yīng)有合理的邊距和間距。布置螺栓時(shí)，應(yīng)根據(jù)扳手操作所需空間尺寸，確定各螺栓軸線間和螺栓軸線到機(jī)體壁間的最小距離。圖9-28所示的扳手空間尺寸可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。對于壓力容器類使用的緊密性要求較高的重要聯(lián)接，螺栓的間距t0不得大于表9-13的推薦值。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-28 扳手空間尺寸第9章 螺紋聯(lián)接 (3) 聯(lián)接結(jié)構(gòu)應(yīng)使螺栓受力合理。 對于承受較大橫向載荷的普通螺栓聯(lián)接，應(yīng)采用銷、套筒、鍵

46、等減載零件(見圖9-21), 以保證聯(lián)接可靠和減小螺栓的結(jié)構(gòu)尺寸。 避免螺栓承受偏心載荷而產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，如圖9-29 所示。要在結(jié)構(gòu)上保證載荷不偏心。此外，還應(yīng)保證被聯(lián)接件、螺母和螺栓頭部的支承面平整，并與螺栓軸線相垂直。在被聯(lián)接件粗糙表面，應(yīng)加工出凸臺(tái)或沉頭座(見圖9-30)，或采用斜墊圈(見圖9-31)。 (4) 同一螺栓組中各螺栓的材料、直徑和長度應(yīng)相同。螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除了考慮以上各點(diǎn)外，還應(yīng)根據(jù)聯(lián)接的工作條件合理地選用防松裝置。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-29 螺栓承受偏心載荷第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-30 平整接觸面第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-31 斜墊圈第9章 螺紋聯(lián)接 9.5

47、.2 螺栓組聯(lián)接的受力分析螺栓組聯(lián)接的受力分析對螺栓組聯(lián)接進(jìn)行受力分析的目的，是要根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載的情況，找出受力最大的螺栓，并求出其所受的最大力，以便于進(jìn)行螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。為了簡化計(jì)算，在分析螺栓組聯(lián)接的受力時(shí)，假設(shè)所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同；螺栓組的對稱中心與被聯(lián)接件接合面的幾何形心重合；受載后被聯(lián)接件接合面仍為平面。第9章 螺紋聯(lián)接 1. 受軸向載荷作用的螺栓組聯(lián)接受軸向載荷作用的螺栓組聯(lián)接圖9-32所示的受軸向載荷作用的螺栓組聯(lián)接為氣缸蓋螺栓組聯(lián)接。工作時(shí)，聯(lián)接所受總載荷F的作用線與各螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對稱中心。此時(shí)，可認(rèn)為各螺栓受力相等。設(shè)螺栓數(shù)為z，

48、則各螺栓所受的工作載荷為 (9-33)求得單個(gè)螺栓所受的工作載荷F后，按式(9-22)計(jì)算螺栓的總拉力F1，并按式(9-23) 計(jì)算螺栓的強(qiáng)度。zFF第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-32 受軸向載荷作用的螺栓組聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 2. 受橫向載荷作用的螺栓組連接受橫向載荷作用的螺栓組連接圖9-33所示為四個(gè)螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接，載荷的作用線與螺栓的軸線垂直，并通過螺栓組的對稱中心。載荷可通過兩種不同的聯(lián)接方式來傳遞。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-33 受橫向載荷作用的螺栓組聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 1) 普通螺栓聯(lián)接當(dāng)采用普通螺栓聯(lián)接時(shí)(見圖9-33(a)，由于聯(lián)接螺栓與被聯(lián)接件的孔之間留有間

49、隙，螺栓擰緊后靠預(yù)緊力F0在被聯(lián)接件的接合面間產(chǎn)生的摩擦來傳遞橫向載荷。假設(shè)各螺栓的擰緊程度相同，即預(yù)緊力F0相等，則根據(jù)平衡條件得(9-34)fmzFKFFKzmfFf0f0或第9章 螺紋聯(lián)接 式中： f 被聯(lián)接件接合面的摩擦系數(shù)，見表9-4； m被聯(lián)接件接合面數(shù)(圖9-33中m=2)； Kf 防滑安全系數(shù)，Kf =1.11.3。由式(9-34)求得預(yù)緊力F0后，再按式(9-16)校核螺栓的強(qiáng)度。第9章 螺紋聯(lián)接 2) 鉸制孔用螺栓聯(lián)接當(dāng)采用圖9-33(b)所示的鉸制孔用螺栓聯(lián)接時(shí)，靠螺栓桿受剪切和螺栓與被聯(lián)接件相互擠壓來傳遞載荷。忽略預(yù)緊力和摩擦力，各螺栓所受的橫向載荷為 (9-35) 求

50、得F后，按式(9-26)和式(9-27)校核螺栓聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。zFF第9章 螺紋聯(lián)接 3. 受轉(zhuǎn)矩作用的螺栓組聯(lián)接受轉(zhuǎn)矩作用的螺栓組聯(lián)接如圖9-34所示，受轉(zhuǎn)矩作用的底座的螺栓組聯(lián)接在轉(zhuǎn)矩T作用下，底板有繞過螺栓組對稱中心并與接合面垂直的軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。為了防止底板轉(zhuǎn)動(dòng)，可以采用普通螺栓聯(lián)接，也可以采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接，其傳力方式與受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接相同。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-34 受轉(zhuǎn)矩作用的螺栓組聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 1) 普通螺栓聯(lián)接采用普通螺栓聯(lián)接時(shí)，靠聯(lián)接預(yù)緊后產(chǎn)生的摩擦力矩來平衡轉(zhuǎn)矩T(見圖9-34(a)。假設(shè)各螺栓的預(yù)緊程度相同，即各螺栓的預(yù)緊力F0相等，故各螺栓

51、聯(lián)接處產(chǎn)生的摩擦力均相等，并假設(shè)摩擦力集中作用在螺栓的中心處，與螺栓中心到底板的旋轉(zhuǎn)中心O的連線垂直。為防止接合面間發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，則應(yīng)滿足條件fF0r1+ fF0r2+ fF0rzKfT第9章 螺紋聯(lián)接 由上式可得各螺栓所需的預(yù)緊力為(9-36)式中： ri 第i個(gè)螺栓的軸線到螺栓組對稱中心O的距離； z 螺栓數(shù)目。由式(9-37)求得預(yù)緊力F0后，按式(9-16)校核螺栓的強(qiáng)度。ziirfTKrrrfTKF1fz21f0)(第9章 螺紋聯(lián)接 2) 鉸制孔用螺栓聯(lián)接采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接(見圖9-34(b)時(shí)，在轉(zhuǎn)矩T作用下，各螺栓受到剪切和擠壓的作用。各螺栓所受的橫向工作剪力與螺栓軸線到螺栓組

52、對稱中心O的連線垂直。假設(shè)底板為剛體，受載荷作用后仍保持為平面，則各螺栓的剪切變形量與螺栓軸線到螺栓組對稱中心的距離成正比。即離螺栓組對稱中心O越遠(yuǎn)的螺栓，剪切變形量越大。各螺栓的剪切剛度相同，故螺栓剪切變形量越大，其所受的工作剪力越大?，F(xiàn)設(shè)ri、rmax分別為第i個(gè)螺栓和受力最大的螺栓的軸線到螺栓組對稱中心O的距離；Fi、Fmax分別為第i個(gè)螺栓和受力最大的螺栓所受的工作剪力，則得(9-37), 2 , 1(maxmaxmaxmaxzirrFFrFrFiiii或第9章 螺紋聯(lián)接 又根據(jù)底板的力矩平衡條件得(9-38) 將式(9-38)和式(9-39)聯(lián)立求解，得最大剪力(9-39) 求得Fm

53、ax后，再按式(9-26)及式(9-27)校核螺栓聯(lián)接擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。TrFrFrFrFiziizz12211ziirTrF12maxmax第9章 螺紋聯(lián)接 圖9-34(c)所示為用于凸緣聯(lián)軸器的螺栓組聯(lián)接。這是承受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接的典型實(shí)例。各螺栓的受力可根據(jù)r1=r2=rz的關(guān)系以及螺栓聯(lián)接的類型，分別代入式(9-36)或式(9-39)即可求得。第9章 螺紋聯(lián)接 4. 受傾覆力矩作用的螺栓組聯(lián)接受傾覆力矩作用的螺栓組聯(lián)接1) 受力分析圖9-35所示為受傾覆力矩作用的底板螺栓組聯(lián)接。傾覆力矩M作用在通過x-x軸，并垂直于被聯(lián)接件接合面的對稱平面內(nèi)。底板在承受傾覆力矩前螺栓已擰緊，螺栓受到

54、預(yù)緊力F0的拉伸作用，均勻伸長；地基在各螺栓的預(yù)緊力F0的作用下，均勻壓縮，如圖9-35(b) 所示。當(dāng)?shù)装迨艿絻A覆力矩M作用后，繞軸線O-O傾轉(zhuǎn)一定的角度。假設(shè)底板為剛性體，其接合面始終保持為一平面。此時(shí)，在軸線O-O左側(cè)，地基被放松，螺栓被進(jìn)一步拉伸；而在右側(cè)，螺栓被放松，地基被進(jìn)一步壓縮。在傾覆力矩M作用下底板的受力情況如圖9-35(c)所示。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-35 受傾覆力矩作用的底板螺栓組聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 上述過程，可用單個(gè)螺栓地基的受力變形圖表示，見圖9-36。為簡便起見，地基與底板的相互作用力以作用在各螺栓中心的集中力表示。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-36 單個(gè)螺栓地基

55、的受力變形圖第9章 螺紋聯(lián)接 如圖9-36所示，斜線O1A表示螺栓的受力變形線，斜線OmA表示地基的受力變形線。在傾覆力矩M作用以前，螺栓與地基的工作點(diǎn)都在A點(diǎn)，底板上受的合力為零。當(dāng)?shù)装迨艿酵饧觾A覆力矩M作用后，在傾轉(zhuǎn)軸線O-O左側(cè)，螺栓與地基的工作點(diǎn)分別移到B1和C1點(diǎn)，兩者作用到底板上的合力的大小等于螺栓的工作載荷F，方向向下。在O-O右側(cè)，螺栓與地基的工作點(diǎn)分別為B2和C2點(diǎn)，兩者作用到底板上的合力等于Fm，其大小等于工作載荷F，但方向向上(右側(cè)螺栓的工作載荷為零)。作用在底板O-O兩側(cè)的兩個(gè)總合力，對O-O軸形成一個(gè)力矩，該力矩應(yīng)與外加傾覆力矩M平衡，即(9-40) ziiiLFM1

56、第9章 螺紋聯(lián)接 又因 則得 所以 (9-41)maxmaxLLFFiiziiLFM12maxmaxLziiMLF12maxmaxL第9章 螺紋聯(lián)接 式中：Fmax最大工作載荷；z 螺栓數(shù)目； Li 第i個(gè)螺栓的軸線到底板傾轉(zhuǎn)軸線的距離；LmaxLi中的最大值。第9章 螺紋聯(lián)接 求得Fmax后，由式(9-22)計(jì)算受最大工作載荷的螺栓所受的總拉力為(9-42)然后按式(9-23)校核螺栓的強(qiáng)度。除了滿足強(qiáng)度要求之外，還應(yīng)保證在載荷作用下，接合面間不會(huì)出現(xiàn)縫隙，也不會(huì)出現(xiàn)接合面被壓潰的現(xiàn)象。maxC0max21101FKFFCCCFF第9章 螺紋聯(lián)接 2) 接合面間不出現(xiàn)縫隙的條件為了保證聯(lián)接的

57、緊密性，防止接合面受壓最小處出現(xiàn)縫隙，還應(yīng)檢查最小應(yīng)力，使其滿足條件pmin=p-pmax0(9-43)式中：p接合面受載荷前由預(yù)緊力引起的擠壓應(yīng)力，；A接合面的有效接觸面積；p接合面的許用擠壓應(yīng)力；AzF0p第9章 螺紋聯(lián)接 pmax加載后在接合面上產(chǎn)生的附加擠壓應(yīng)力的最大值，可用下式計(jì)算： (9-44)式中：W接合面的有效抗彎截面系數(shù)；接合面的相對剛度。對于剛性大的接合面，螺栓的相對剛度比較小，的值接近于1，計(jì)算時(shí)可取其極限情況，即取，于是(9-45)則式(9-43)可寫成(9-46)212pmaxW1CCCM212CCC212CCC1212CCCWpmaxM00minpWMAzF第9章

58、螺紋聯(lián)接 3) 接合面不被壓潰的條件為了防止接合面受壓最大處被壓潰，還應(yīng)滿足條件(9-47) 接合面材料的許用擠壓應(yīng)力p，可查表9-14。p0pmaxppmaxWMAzF第9章 螺紋聯(lián)接 第9章 螺紋聯(lián)接 在實(shí)際工程中，螺栓組聯(lián)接所受的工作載荷常常是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合。但不論受力狀態(tài)如何復(fù)雜，都可以用靜力分析的方法將復(fù)雜受力狀態(tài)簡化成上述四種簡單受力狀態(tài)。因此，只要分別計(jì)算出螺栓組中每個(gè)螺栓在簡單受力狀態(tài)下的工作載荷，就可按力的疊加原理求得每個(gè)螺栓的總的工作載荷。一般情況下，對于普通螺栓聯(lián)接，可按軸向載荷和傾覆力矩確定螺栓的工作拉力，按橫向載荷和轉(zhuǎn)矩確定聯(lián)接所需的預(yù)緊力，然后求出螺

59、栓的總拉力。對于鉸制孔用螺栓聯(lián)接，則按橫向載荷和轉(zhuǎn)矩確定螺栓所受的工作剪力，求出受力最大的螺栓及其所受的最大力，即可進(jìn)行單個(gè)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算。第9章 螺紋聯(lián)接 例例9-1 圖9-37所示為一固定在鋼制立柱上的鑄鐵托架，已知總載荷F=5000 N，其作用線與垂直線的夾角=50，托架材料為HT200，底板高h(yuǎn)=340 mm，寬b=150 mm，試設(shè)計(jì)此螺栓組聯(lián)接。解解1. 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 采用如圖9-37所示的結(jié)構(gòu)，螺栓數(shù)z=4，對稱布置。第9章 螺紋聯(lián)接 圖 9-37 托架底板螺栓組聯(lián)接第9章 螺紋聯(lián)接 2. 螺栓受力分析螺栓受力分析 (1) 在總載荷F的作用下，螺栓組聯(lián)接承受以下各力和傾覆力矩的

60、作用： 軸向力，即F的水平分力Fh，作用于螺栓組中心，水平向右，其計(jì)算為 Fh=F sin=5000 sin 50=3830 N 橫向力，即F的垂直分力Fv，作用于接合面，垂直向下，其計(jì)算為 Fv=F cos=5000 cos50=3214 N 傾覆力矩M(順時(shí)針方向)，其計(jì)算為 M =Fh160Fv150=1 094 900 Nmm第9章 螺紋聯(lián)接 (2) 在軸向力Fh的作用下，各螺栓所受的工作拉力為 (3) 在傾覆力矩M的作用下，上面兩螺栓受到加載作用，而下面兩螺栓受到減載作用，故上面的螺栓受力較大，所受的最大工作載荷按式(9-42)確定:故上面的螺栓所受的軸向工作載荷為 F=FaFmax