第5章螺紋聯(lián)接

1、第5章螺紋聯(lián)接靜聯(lián)接靜聯(lián)接（fixed joint） 機(jī)器工作時(shí)，被聯(lián)接零件之間不機(jī)器工作時(shí)，被聯(lián)接零件之間不允許有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接。允許有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接。螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接焊接焊接可拆聯(lián)接可拆聯(lián)接 不需要?dú)娜魏瘟慵涂刹痖_(kāi)的不需要?dú)娜魏瘟慵涂刹痖_(kāi)的聯(lián)接。聯(lián)接?？紤]結(jié)構(gòu)安裝運(yùn)考慮結(jié)構(gòu)安裝運(yùn)輸維護(hù)輸維護(hù)螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接不可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接 拆開(kāi)時(shí)至少要破壞一個(gè)零件的聯(lián)接拆開(kāi)時(shí)至少要破壞一個(gè)零件的聯(lián)接鉚接鉚接 焊接焊接考慮制造經(jīng)濟(jì)性考慮制造經(jīng)濟(jì)性第五章第五章 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接一、一、 螺紋（螺紋（thread）1. 螺紋的形成螺紋的形成2. 螺紋的類型螺紋的類型 按平面圖形分按平面圖

2、形分三角形螺紋三角形螺紋(triangular thread) 矩形螺紋矩形螺紋(rectangle thread)梯形螺紋梯形螺紋(trapezoidal thread)鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋(sawtooth thread)管螺紋（管螺紋（pipe thread） 牙根強(qiáng)度牙根強(qiáng)度 工藝性工藝性 適用場(chǎng)合適用場(chǎng)合三角形螺紋三角形螺紋 最大最大 好好 聯(lián)接聯(lián)接矩形螺紋矩形螺紋 小小 差差 傳動(dòng)傳動(dòng)梯形螺紋梯形螺紋 較大較大 好好 傳動(dòng)傳動(dòng)鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋 較大較大 好好 傳動(dòng)傳動(dòng)管螺紋管螺紋 聯(lián)接聯(lián)接 按螺線的繞行方向分按螺線的繞行方向分左旋螺紋（左旋螺紋（left-hand thread

3、）右旋螺紋（右旋螺紋（right-hand thread） 按螺紋線數(shù)分按螺紋線數(shù)分單線螺紋（單線螺紋（single-thread）用于聯(lián)接用于聯(lián)接雙線螺紋（雙線螺紋（double-thread）用于傳動(dòng)用于傳動(dòng)三線螺紋（三線螺紋（triple-thread）用于傳動(dòng)用于傳動(dòng)多線螺紋多線螺紋用于傳動(dòng)用于傳動(dòng)3. 主要參數(shù)主要參數(shù)大徑大徑d公稱直徑（公稱直徑（nominal thread）小徑小徑d1危險(xiǎn)剖面直徑，強(qiáng)度計(jì)算直徑危險(xiǎn)剖面直徑，強(qiáng)度計(jì)算直徑中徑中徑d2軸線剖面上的假想直徑軸線剖面上的假想直徑線數(shù)線數(shù)n 螺旋線數(shù)目螺旋線數(shù)目螺距螺距P（thread pitch）導(dǎo)程導(dǎo)程S（lead）S

4、nP牙牙型型角角工作高度工作高度h牙牙側(cè)側(cè)角角升升角角（）lead angle三角形螺紋三角形螺紋2 二、螺紋聯(lián)接的基本類型二、螺紋聯(lián)接的基本類型1. 螺栓（螺栓（bolt）聯(lián)接）聯(lián)接 普通螺栓（普通螺栓（general bolt）聯(lián)接）聯(lián)接 鉸制孔螺栓（鉸制孔螺栓（reamer bolt）聯(lián)接）聯(lián)接2. 雙頭螺柱（雙頭螺柱（stud，double-end bolt）聯(lián)接）聯(lián)接3. 螺釘（螺釘（screw）聯(lián)接）聯(lián)接4. 緊定螺釘（緊定螺釘（setscrew）聯(lián)接）聯(lián)接5. 特殊用螺釘聯(lián)接特殊用螺釘聯(lián)接 地腳螺釘?shù)啬_螺釘(foundation bolt)聯(lián)接聯(lián)接吊環(huán)螺釘（吊環(huán)螺釘（eye bo

5、lt）聯(lián)接）聯(lián)接自攻螺釘自攻螺釘螺母螺母墊圈墊圈 6. 其他標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件其他標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件 三、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松三、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松（一）螺紋副受力分析（一）螺紋副受力分析1. 矩形螺紋矩形螺紋 物體沿斜面勻速上升物體沿斜面勻速上升螺母旋轉(zhuǎn)一周的輸入功為螺母旋轉(zhuǎn)一周的輸入功為)tan(0 FF2021)tan(dFdFA 舉升重物的有效功為舉升重物的有效功為效率為效率為)tan(tan)tan(tan202012 dFdFAA tan2002dFSFA 時(shí)，螺紋副的效率最高時(shí)，螺紋副的效率最高當(dāng)當(dāng) 5 . 0450 物體沿斜面勻速下降物體沿斜面勻速下降自鎖條件為自鎖條件為)tan(0

6、 FF0)tan(0 FF 2. 三角形螺紋三角形螺紋摩擦力摩擦力 cos2sin200FFN 000coscos222fFfFfFNfFf 力的關(guān)系力的關(guān)系)tan(tanv 自鎖條件自鎖條件 cosarctanarctanffv )tan(0vFF 效效 率率 （二）螺紋聯(lián)接的預(yù)緊（二）螺紋聯(lián)接的預(yù)緊1. 螺紋阻力矩螺紋阻力矩)tan(2201vdFT 2. 支承面阻力矩支承面阻力矩202030300231dDdDfFTc 3. 擰緊力矩?cái)Q緊力矩FLdDdDfdFTTTcv 20203030202132)tan(21 增加可靠性增加可靠性緊密性緊密性4. 控制預(yù)緊力的方法控制預(yù)緊力的方法

7、測(cè)力矩板手測(cè)力矩板手 定力矩板手定力矩板手 測(cè)定螺栓伸長(zhǎng)量測(cè)定螺栓伸長(zhǎng)量（三）螺紋聯(lián)接的防松（三）螺紋聯(lián)接的防松1. 摩擦防松（摩擦防松（prevent loosening by friction） 雙螺母（雙螺母（double nut）彈簧墊圈（彈簧墊圈（spring washer）自鎖螺母（自鎖螺母（self-locking nut）2. 機(jī)械防松機(jī)械防松開(kāi)口銷開(kāi)口銷(spring cotter)與與六角開(kāi)槽螺母六角開(kāi)槽螺母(notch nut)止動(dòng)墊圈（止動(dòng)墊圈（stop washer）串聯(lián)金屬絲（串聯(lián)金屬絲（in series wire）3. 永久防松（破壞螺紋副）永久防松（破壞螺紋副

8、）沖點(diǎn)、焊接沖點(diǎn)、焊接(jointing)、粘合、粘合(conglutination)四、單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算四、單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算1. 失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則 受拉螺栓受拉螺栓 斷裂、螺紋滑扣斷裂、螺紋滑扣計(jì)算準(zhǔn)則：計(jì)算準(zhǔn)則：保證螺栓的靜力拉伸強(qiáng)度保證螺栓的靜力拉伸強(qiáng)度占占65%占占20%占占15% ca 受剪螺栓受剪螺栓 螺桿和通孔孔壁被壓螺桿和通孔孔壁被壓潰和螺桿被剪斷潰和螺桿被剪斷計(jì)算準(zhǔn)則：保證螺栓的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。計(jì)算準(zhǔn)則：保證螺栓的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。pp 2. 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)算拉伸強(qiáng)度條件為：拉伸強(qiáng)度條件為：式中：式中：d1 危險(xiǎn)剖

9、面直徑，危險(xiǎn)剖面直徑，mm421 dFAF41 Fd Ss 許許用用應(yīng)應(yīng)力力， Mpa3. 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)算拉伸應(yīng)力：拉伸應(yīng)力：2104dF 22031161tan()dvFd 扭剪應(yīng)力：扭剪應(yīng)力：0221411tantan21tantanvvFddd 普通鋼制螺栓：普通鋼制螺栓：223ca 17.0tan v 05.0tan 1 1. .0 08 804.112 dd代入計(jì)算得：代入計(jì)算得： 5 .0 223(0.5 )1.3 （1） 受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接螺桿的強(qiáng)度條件為：螺桿的強(qiáng)度條件為：減載鍵、減載環(huán)減載鍵、減載環(huán)3 . 14210 dFc

10、a擠壓強(qiáng)度：擠壓強(qiáng)度：1 AFp剪切強(qiáng)度：剪切強(qiáng)度：2 AF（2）鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度）鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度剪切強(qiáng)度：剪切強(qiáng)度：min0ppLdF 420 dF擠壓強(qiáng)度：擠壓強(qiáng)度：（3）受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接）受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接螺桿的總受力螺桿的總受力 F2F0F ？FFF 02FFF 12殘余預(yù)緊力殘余預(yù)緊力（residual pretightening force） 推薦值為：推薦值為：金屬墊片金屬墊片0.20.3皮革墊片皮革墊片0.7銅皮石棉墊片銅皮石棉墊片0.8橡膠墊片橡膠墊片0.9。 bCF mCFFmbCCFFF FCCCFmbb FFF 02FCCCFmbb 0FFF 0

11、2相對(duì)剛度相對(duì)剛度拉伸強(qiáng)度：拉伸強(qiáng)度： 保證聯(lián)接的緊密性，應(yīng)使保證聯(lián)接的緊密性，應(yīng)使F10 3 .14212 dFca 設(shè)計(jì)式：設(shè)計(jì)式：3.1421 Fd 說(shuō)明說(shuō)明一般聯(lián)接，載荷穩(wěn)定：一般聯(lián)接，載荷穩(wěn)定：F1（0.20.6）F一般聯(lián)接，載荷不穩(wěn)定：一般聯(lián)接，載荷不穩(wěn)定：F1(0.61.0)F地腳螺栓：地腳螺栓：F1F壓力容器：壓力容器：F1（1.51.8）F 對(duì)變載重要聯(lián)接，應(yīng)作疲勞強(qiáng)度校核對(duì)變載重要聯(lián)接，應(yīng)作疲勞強(qiáng)度校核SKKS )2)()(2minmin1 atccat tc c螺螺栓栓材材料料的的對(duì)對(duì)稱稱循循環(huán)環(huán)拉拉壓壓疲疲勞勞極極限限1 kK 試試件件的的材材料料常常數(shù)數(shù) 合合金金鋼鋼

12、 碳碳 素素鋼鋼0.1 0.20.2 0.3 拉拉壓壓疲疲勞勞強(qiáng)強(qiáng)度度綜綜合合影影響響系系數(shù)數(shù)KS 安全系數(shù)安全系數(shù) 有有效效應(yīng)應(yīng)力力集集中中系系數(shù)數(shù)k 尺尺寸寸系系數(shù)數(shù)（4）受偏心載荷的緊螺栓聯(lián)接）受偏心載荷的緊螺栓聯(lián)接2103100432dFdeFAFWTb 949432210210210 dFdFdF1ed 避免偏載的措施：避免偏載的措施： 鑄造出凸臺(tái)；鑄造出凸臺(tái)； 斜面用斜墊圈；斜面用斜墊圈； 加工沉頭座；加工沉頭座； （魚眼坑）（魚眼坑） 采用球面墊圈。采用球面墊圈。五、螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)五、螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì) 1. 螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何

13、形狀受力均勻受力均勻便于加工便于加工a、鉸制孔螺栓，在載荷方向不要成排布置、鉸制孔螺栓，在載荷方向不要成排布置8個(gè)以上的個(gè)以上的螺栓。螺栓。b、受彎矩或扭矩時(shí)，螺栓應(yīng)布置在結(jié)合面的邊、受彎矩或扭矩時(shí)，螺栓應(yīng)布置在結(jié)合面的邊緣上，使受力小。緣上，使受力小。c、同時(shí)受軸向、橫向載荷時(shí)，用減載鍵、銷、套筒、同時(shí)受軸向、橫向載荷時(shí)，用減載鍵、銷、套筒等。等。 螺栓的受力合理螺栓的受力合理 螺栓間有合理的間距、邊距；螺栓間有合理的間距、邊距； 同一圓周上的螺栓數(shù)目盡量取偶數(shù)，同一螺栓組中各同一圓周上的螺栓數(shù)目盡量取偶數(shù)，同一螺栓組中各螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度應(yīng)一致；螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度應(yīng)一致； 避免螺栓

14、受偏心載荷。避免螺栓受偏心載荷。2. 螺栓組受力分析螺栓組受力分析目的：找出受力最大的螺拴及所受力的大小目的：找出受力最大的螺拴及所受力的大小假設(shè)：螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度、預(yù)緊力相同；假設(shè)：螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度、預(yù)緊力相同； 螺栓組的對(duì)稱中心與接合面形心重合；螺栓組的對(duì)稱中心與接合面形心重合； 受載后結(jié)合面仍保持為平面。受載后結(jié)合面仍保持為平面。（1）受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接）受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接f 接合面摩擦系數(shù)；接合面摩擦系數(shù)；i 接合面數(shù)目；接合面數(shù)目；z 螺栓數(shù)目；螺栓數(shù)目；Ks防滑系數(shù)，防滑系數(shù)， Ks1.11.3。zF0 fzF0 f0szF fiF K zFF zF0zF0F0

15、2zF fF （2）受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接）受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接 普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接不滑移條件不滑移條件ri第第i個(gè)螺栓的軸線到螺栓組對(duì)稱中心的距離個(gè)螺栓的軸線到螺栓組對(duì)稱中心的距離TKrfFrfFrfFSz 02010 iSzSrfTKrrrfTKF)(210f F0f F0 鉸制孔螺栓組聯(lián)接鉸制孔螺栓組聯(lián)接TrFrFrFzz 2211TrFii F1FmaxiirFrF maxmaxmaxmaxrrFFii TrrFrrrFrFiiiii 2maxmaxmaxmax 2maxmaxirTrF（3）受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接）受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接假設(shè)：底板是剛性假設(shè)：底板是剛性 底板繞底板繞O

16、O翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn) 螺桿和地基按各自的剛度螺桿和地基按各自的剛度拉伸和壓縮。拉伸和壓縮。pDF2241 （4）受傾覆力矩的螺紋組聯(lián)接）受傾覆力矩的螺紋組聯(lián)接FiFmaxzFF 計(jì)算受力最大螺栓的受力計(jì)算受力最大螺栓的受力最大外載荷：最大外載荷：MLFLFZZ 11maxmaxLFLFii MLFii maxmaxFLLFii 2maxmaxiLMLF螺栓總拉力：螺栓總拉力：max02FCCCFFmbb 考慮地基強(qiáng)度考慮地基強(qiáng)度受外載前地基的擠壓應(yīng)力：受外載前地基的擠壓應(yīng)力：M引起的最大應(yīng)力：引起的最大應(yīng)力：AzFp0 近似取近似取)(maxmbmpCCCWM 1 mbmCCCWMp max 左邊不出現(xiàn)

17、縫隙左邊不出現(xiàn)縫隙右邊地基不被壓潰右邊地基不被壓潰0maxmin ppp maxmaxpppp 地地基基材材料料的的許許用用擠擠壓壓應(yīng)應(yīng)力力p六、螺紋聯(lián)接件的材料及許用應(yīng)力六、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)接件的材料常用材料：常用材料：Q215、Q235，10、35、45等；等；沖擊振動(dòng)大的場(chǎng)合：沖擊振動(dòng)大的場(chǎng)合：40Cr、30CrMnSi等；等；特殊場(chǎng)合：特殊場(chǎng)合：1Cr13、CrNi2、H62等。等。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定： 螺紋聯(lián)接件按材料的力學(xué)性能分等級(jí)：螺紋聯(lián)接件按材料的力學(xué)性能分等級(jí)：螺栓、螺柱、螺釘從螺栓、螺柱、螺釘從3.612.9分十個(gè)等級(jí)；分十個(gè)等

18、級(jí)；3.6的含義：的含義：抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度B300MPa ：S180MPa ：螺母從螺母從412分七個(gè)等級(jí)。分七個(gè)等級(jí)。標(biāo)記的含義：標(biāo)記的含義：保證最小應(yīng)力的保證最小應(yīng)力的1100選用時(shí)：選用時(shí)：螺母的性能等級(jí)不低于螺栓的性能等級(jí)螺母的性能等級(jí)不低于螺栓的性能等級(jí)2. 許用應(yīng)力許用應(yīng)力Ss 螺紋聯(lián)接件的許用拉應(yīng)力：螺紋聯(lián)接件的許用拉應(yīng)力：螺紋聯(lián)接件的許用剪應(yīng)力：螺紋聯(lián)接件的許用剪應(yīng)力： Ss 螺紋聯(lián)接件的許用擠壓應(yīng)力：螺紋聯(lián)接件的許用擠壓應(yīng)力：鋼：鋼：PsPS 鑄鐵：鑄鐵：PBPS B B、聯(lián)聯(lián)接接件件材材料料的的屈屈服服極極限限、強(qiáng)強(qiáng)度度極極限限；sP P、安安全全系系數(shù)數(shù)。SSS七、提高螺拴聯(lián)接強(qiáng)度的措施七、提高螺拴聯(lián)接強(qiáng)度的措施 減少螺栓剛度減少螺栓剛度Cb1. 降低應(yīng)力幅降低應(yīng)力幅改變前改變前改變后改變后用腰狀螺桿、空心螺桿用腰狀螺桿、空心螺桿螺母下安裝彈性元件螺母下安裝彈性元件 增大被聯(lián)接件剛度增大被聯(lián)接件剛度Cm不用墊片，或用不用墊片，或用剛性較大墊片剛性較大墊片改變前改變前改變后改變后 減少螺栓剛度減少螺栓剛度Cb、增大被聯(lián)接件剛度、增大被聯(lián)接件剛度Cm和增大預(yù)緊和增大預(yù)緊力并用。力并用。改變后改變后改變前改變前2. 改善螺紋