第4講螺紋聯(lián)接yym

1、螺螺 紋紋 聯(lián)聯(lián) 接接本章介紹如下內(nèi)容本章介紹如下內(nèi)容 聯(lián)聯(lián) 接接 概概 述述 螺紋基本知識(shí)螺紋基本知識(shí) 螺紋聯(lián)接的主要類型螺紋聯(lián)接的主要類型 螺栓組設(shè)計(jì)與受力分析螺栓組設(shè)計(jì)與受力分析 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松 螺栓的強(qiáng)度計(jì)算螺栓的強(qiáng)度計(jì)算 提高聯(lián)接螺栓強(qiáng)度的措施提高聯(lián)接螺栓強(qiáng)度的措施 例例 題題 1 12 21 1 聯(lián)聯(lián) 接接 概概 述述按工作性質(zhì)分按工作性質(zhì)分 動(dòng)聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接( (運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副) )，靜聯(lián)接，靜聯(lián)接( (本課所指本課所指) )按拆卸性質(zhì)分按拆卸性質(zhì)分 可拆可拆( (螺紋、鍵、銷聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)螺紋、鍵、銷聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接接) )；不可拆的；不可拆的( (過(guò)盈配合

2、聯(lián)接、鉚、焊、過(guò)盈配合聯(lián)接、鉚、焊、粘接）。粘接）。按傳力性質(zhì)分按傳力性質(zhì)分 形鎖合形鎖合( (擠壓、剪切擠壓、剪切) )；力鎖合；力鎖合( (摩擦摩擦傳力傳力) )；材料鎖合；材料鎖合( (分子力分子力) )。返回2 2 螺紋基本知識(shí)螺紋基本知識(shí)一、螺紋的形成一、螺紋的形成按母體按母體 ( (圓柱、圓錐圓柱、圓錐) )，內(nèi)外表面內(nèi)外表面 ( (內(nèi)、外螺紋內(nèi)、外螺紋) )，螺旋線旋向螺旋線旋向( (左、右左、右) )，螺旋線線數(shù)螺旋線線數(shù)( (單、多線單、多線) )，牙牙 型型( (三角、梯形、矩形、三角、梯形、矩形、 鋸齒形、圓形鋸齒形、圓形) )標(biāo)準(zhǔn)螺紋標(biāo)準(zhǔn)螺紋二、螺紋的分類二、螺紋的分類

3、5左螺紋的產(chǎn)品標(biāo)志三、螺紋的主要參數(shù)三、螺紋的主要參數(shù)大徑大徑d d（名義直徑）（名義直徑）2dzPp=2dLtgp =小徑小徑d d1 1（強(qiáng)度計(jì)算）（強(qiáng)度計(jì)算）中徑中徑d d2 2（分析效率）（分析效率）螺距螺距 P P，導(dǎo)程，導(dǎo)程 L L牙型角牙型角 a a導(dǎo)程角導(dǎo)程角牙型斜角牙型斜角三、螺紋的主要參數(shù)三、螺紋的主要參數(shù)螺紋的自鎖條件螺紋的自鎖條件：v v 式中當(dāng)量摩擦角式中當(dāng)量摩擦角v v arctan(arctan(/cos/cos) ) 為實(shí)際摩擦系數(shù)為實(shí)際摩擦系數(shù)2dzPp=2dLtgp =導(dǎo)程角導(dǎo)程角牙型斜角牙型斜角四、螺紋的特點(diǎn)與應(yīng)用四、螺紋的特點(diǎn)與應(yīng)用三角形（分粗牙、細(xì)牙，

4、細(xì)牙多用于振動(dòng)、三角形（分粗牙、細(xì)牙，細(xì)牙多用于振動(dòng)、薄壁件和不經(jīng)常拆卸處）多用于聯(lián)接；薄壁件和不經(jīng)常拆卸處）多用于聯(lián)接；梯形、矩形、鋸齒形多用于傳動(dòng)。梯形、矩形、鋸齒形多用于傳動(dòng)。圓形多用于臟污環(huán)境和薄壁件。圓形多用于臟污環(huán)境和薄壁件。返回3 3 螺紋聯(lián)接的主要類型、預(yù)緊與防松螺紋聯(lián)接的主要類型、預(yù)緊與防松一、類型和應(yīng)用一、類型和應(yīng)用1.1.螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接 有受拉有受拉( (力鎖和力鎖和) )、受剪受剪( (型鎖和型鎖和) )之分，之分，最為常用。最為常用。2.2.雙頭螺柱雙頭螺柱 一件很厚且需經(jīng)常一件很厚且需經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合，這種情拆卸的場(chǎng)合，這種情況下，采用螺栓聯(lián)接況下，采用螺栓聯(lián)接要鉆

5、深孔，細(xì)長(zhǎng)螺栓要鉆深孔，細(xì)長(zhǎng)螺栓也相對(duì)貴一些。也相對(duì)貴一些。3.3.螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接 一件厚且無(wú)需經(jīng)常一件厚且無(wú)需經(jīng)常拆卸的地方，外露部拆卸的地方，外露部分要美觀一些。分要美觀一些。4.4.緊定螺釘緊定螺釘傳力不大，在光軸上傳力不大，在光軸上可同時(shí)作軸向和周向可同時(shí)作軸向和周向固定，一般作為軸轂固定，一般作為軸轂聯(lián)接的輔助聯(lián)接用。聯(lián)接的輔助聯(lián)接用。返回 擰緊聯(lián)接能提高聯(lián)接的剛性、緊密性和防擰緊聯(lián)接能提高聯(lián)接的剛性、緊密性和防松能力。故絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接在承受載荷之前松能力。故絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接在承受載荷之前都是要擰緊的。但過(guò)度擰緊也不行。都是要擰緊的。但過(guò)度擰緊也不行。二二. .預(yù)緊受力分析預(yù)緊受

6、力分析 如圖，擰緊螺母時(shí)，需要克服螺紋副的螺紋力矩T1和螺母的承壓面力矩T2;螺栓所受的螺紋力矩T1與頭部的承壓面力矩T3和夾持力矩T4相平衡。所以擰緊時(shí)：擰緊時(shí)：擰緊力矩?cái)Q緊力矩TT1T2T1=T3+T4在在 的影響下，螺紋副間有圓周力的影響下，螺紋副間有圓周力 的作用，螺栓的作用，螺栓受到預(yù)緊力受到預(yù)緊力 ，被聯(lián)接件則受到預(yù)緊壓力，被聯(lián)接件則受到預(yù)緊壓力 。1TFtFF二二. .預(yù)緊受力分析預(yù)緊受力分析由機(jī)原知：由機(jī)原知：)(221vtgFdTry+=2021323dDdDFT-*=m310于是于是k F dtg (y + r ) +FdTtv22=202133dDdDF-*m310式中式

7、中)cos(mrarctgv= 采用標(biāo)準(zhǔn)扳手?jǐn)Q緊時(shí)有：采用標(biāo)準(zhǔn)扳手?jǐn)Q緊時(shí)有：即有：即有：T=LF =15dFHHF =75FH 將常用的將常用的1068mm螺紋的參數(shù)帶入上式，整理螺紋的參數(shù)帶入上式，整理可得：可得：0 . 2tkk F dtg (y + r ) +FdTtv22=202133dDdDF-*m310T 0. 2Fd于是有：于是有： 顯然：若螺栓太小，預(yù)緊稍有過(guò)載則斷，故不控顯然：若螺栓太小，預(yù)緊稍有過(guò)載則斷，故不控制預(yù)緊力時(shí)，最好不要用制預(yù)緊力時(shí)，最好不要用M12M12以下的螺栓。以下的螺栓。 對(duì)重要的聯(lián)接，應(yīng)控對(duì)重要的聯(lián)接，應(yīng)控制預(yù)緊力?？芍祁A(yù)緊力。可采用測(cè)力矩、采用測(cè)力矩、

8、定力矩扳手，測(cè)量螺栓伸定力矩扳手，測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)，控制螺母轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)等。長(zhǎng)，控制螺母轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)等。三三. .防松目的與方法防松目的與方法 在靜載荷作用下，聯(lián)接螺栓都能自鎖，不會(huì)松脫。在靜載荷作用下，聯(lián)接螺栓都能自鎖，不會(huì)松脫。但在振動(dòng)、沖擊和溫度變化頻繁時(shí)，會(huì)出現(xiàn)但在振動(dòng)、沖擊和溫度變化頻繁時(shí)，會(huì)出現(xiàn)F F 為零為零T T1 1為零的情況，在這種情況下，最終會(huì)導(dǎo)致螺栓松脫。因?yàn)榱愕那闆r，在這種情況下，最終會(huì)導(dǎo)致螺栓松脫。因此應(yīng)考慮防松措施。此應(yīng)考慮防松措施。 防松的本質(zhì)就是防止螺母相對(duì)于螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)。具體防松的本質(zhì)就是防止螺母相對(duì)于螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)。具體方法分為三類：方法分為三類：利用附加摩擦力利用附加摩擦力機(jī)

9、械方法鎖住機(jī)械方法鎖住破壞螺紋副破壞螺紋副返回4 4 螺栓組設(shè)計(jì)與受力分析螺栓組設(shè)計(jì)與受力分析一一. .螺栓組設(shè)計(jì)螺栓組設(shè)計(jì) 螺栓一般都是成組使用的，設(shè)計(jì)時(shí)常根據(jù)被聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)和螺栓一般都是成組使用的，設(shè)計(jì)時(shí)常根據(jù)被聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)和聯(lián)接的載荷來(lái)確定聯(lián)接的傳力方式、螺栓的數(shù)目和布置。為了聯(lián)接的載荷來(lái)確定聯(lián)接的傳力方式、螺栓的數(shù)目和布置。為了減少所用螺栓的規(guī)格和提高聯(lián)接的結(jié)構(gòu)工藝性，通常都采用相減少所用螺栓的規(guī)格和提高聯(lián)接的結(jié)構(gòu)工藝性，通常都采用相同的螺栓（材料、直徑和長(zhǎng)度）。同的螺栓（材料、直徑和長(zhǎng)度）。目的：使各螺栓受力均勻，以最少螺栓滿足使用要求。目的：使各螺栓受力均勻，以最少螺栓滿足使用要求

10、。原則：原則：1. 1. 布置最好對(duì)稱布置最好對(duì)稱, , 受力矩作用時(shí)，最好遠(yuǎn)離受力矩作用時(shí)，最好遠(yuǎn)離 對(duì)稱軸線。對(duì)稱軸線。2. 2. 螺栓數(shù)目應(yīng)便于劃線鉆孔，偶數(shù)為好。螺栓數(shù)目應(yīng)便于劃線鉆孔，偶數(shù)為好。3. 3. 邊距、間距要合理邊距、間距要合理( (注意留出扳手空間注意留出扳手空間) )。二二. .螺栓組受力分析螺栓組受力分析目的：找出受力最大的螺栓，求出其最大作用力，供目的：找出受力最大的螺栓，求出其最大作用力，供強(qiáng)度計(jì)算用。強(qiáng)度計(jì)算用。假設(shè)：假設(shè)： 各螺栓材質(zhì)、幾何尺寸相同（避免誤裝）。各螺栓材質(zhì)、幾何尺寸相同（避免誤裝）。的的的的的的 各螺栓預(yù)緊力相等且螺栓的應(yīng)變?cè)趶椥愿髀菟A(yù)緊力相

11、等且螺栓的應(yīng)變?cè)趶椥?范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 的的的的的的 被聯(lián)接件為剛體（變形與被聯(lián)接件無(wú)關(guān)）。被聯(lián)接件為剛體（變形與被聯(lián)接件無(wú)關(guān)）。注意：注意：以下分析中螺栓的受力，應(yīng)理解為螺栓分擔(dān)的以下分析中螺栓的受力，應(yīng)理解為螺栓分擔(dān)的工作載荷，不一定就是螺栓的實(shí)際受力，詳見工作載荷，不一定就是螺栓的實(shí)際受力，詳見強(qiáng)度計(jì)算一節(jié)。強(qiáng)度計(jì)算一節(jié)。二二. .螺栓組受力分析螺栓組受力分析zpD422p=zFFQ=則有則有 圖示汽缸蓋螺栓聯(lián)接，圖示汽缸蓋螺栓聯(lián)接，工作氣壓的合力通過(guò)螺栓組工作氣壓的合力通過(guò)螺栓組形心，設(shè)螺栓的數(shù)目為形心，設(shè)螺栓的數(shù)目為 ，工作氣壓為工作氣壓為 。 zp1.1. 聯(lián)接受軸向力聯(lián)接受軸向力

12、二二. .螺栓組受力分析螺栓組受力分析2.2.聯(lián)接受橫向力聯(lián)接受橫向力 采用受剪螺栓時(shí)有：采用受剪螺栓時(shí)有： zFFRS=聯(lián)接承受橫向力時(shí)，采用受拉螺栓有如下缺點(diǎn)：聯(lián)接承受橫向力時(shí)，采用受拉螺栓有如下缺點(diǎn)：mzFkFsRfm=采用受拉螺栓時(shí)有：采用受拉螺栓時(shí)有： 螺栓只受預(yù)緊力F，靠接合面的摩擦力來(lái)傳遞載荷。 靠螺栓與被聯(lián)接件的相互剪切和擠壓作用來(lái)傳遞載荷。注意：由于板實(shí)際是彈性體，兩端螺栓所受剪力比中間螺栓大，所以沿載荷方向布置的螺栓數(shù)目不宜超過(guò)6個(gè)，以免受力嚴(yán)重不均。受剪螺栓受剪螺栓3.3.聯(lián)接受旋轉(zhuǎn)力矩聯(lián)接受旋轉(zhuǎn)力矩 受拉螺栓受拉螺栓TkFfzs=(r +r + +r )21m.TkFf

13、zs=(r +r + +r )21m.Fs1=1s2szr=FrFr2z12r 于是于是:)(2maxmaxzSrrrTF+=.22Fs1r1+Fs2r2+Fszrz=T螺栓變形協(xié)調(diào)條件4.4.聯(lián)接受傾覆力矩聯(lián)接受傾覆力矩于是：于是：力平衡條件力平衡條件變形協(xié)調(diào)條件變形協(xié)調(diào)條件MrFz=+21.rF+rF+z21rFz=21.rFrFz21=)(21maxmaxzrrrMrF+=.+222返回說(shuō)明說(shuō)明5 5 螺栓的強(qiáng)度計(jì)算螺栓的強(qiáng)度計(jì)算螺紋聯(lián)接的失效往往由于螺栓的失效而引起。螺紋聯(lián)接的失效往往由于螺栓的失效而引起。 螺栓可能的失效形式有螺栓可能的失效形式有螺栓斷裂、螺紋牙塑性變形螺栓斷裂、螺紋

14、牙塑性變形或經(jīng)常拆卸導(dǎo)致滑扣等。由或經(jīng)常拆卸導(dǎo)致滑扣等。由于工作載荷的變化幾乎是不于工作載荷的變化幾乎是不可避免的，因此最主要的失可避免的，因此最主要的失效形式還是疲勞斷裂。統(tǒng)計(jì)效形式還是疲勞斷裂。統(tǒng)計(jì)表明，斷裂發(fā)生的部位如圖表明，斷裂發(fā)生的部位如圖所示。所示。 因螺紋聯(lián)接件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，螺栓各部分的尺寸因螺紋聯(lián)接件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，螺栓各部分的尺寸是根據(jù)等強(qiáng)度原則確定的，因此強(qiáng)度計(jì)算的目的是是根據(jù)等強(qiáng)度原則確定的，因此強(qiáng)度計(jì)算的目的是確定或驗(yàn)算危險(xiǎn)截面的尺寸。確定或驗(yàn)算危險(xiǎn)截面的尺寸。5 5 螺栓的強(qiáng)度計(jì)算螺栓的強(qiáng)度計(jì)算 s 2cp d4 F 圖示起重滑輪螺栓是受拉圖示起重滑輪螺栓是受拉松螺栓，起重

15、時(shí)才承受拉伸載松螺栓，起重時(shí)才承受拉伸載荷。設(shè)螺紋部分危險(xiǎn)截面的荷。設(shè)螺紋部分危險(xiǎn)截面的直徑為直徑為 ( (一般取一般取d dc c=d=d1 1) )。cdF一一. .受拉松螺栓聯(lián)接受拉松螺栓聯(lián)接則強(qiáng)度條件為：則強(qiáng)度條件為：式中 松螺栓聯(lián)接的許用拉應(yīng)力，MPa二二. . 只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接 如前所述，這種螺栓不僅受拉應(yīng)力作用，還受到如前所述，這種螺栓不僅受拉應(yīng)力作用，還受到螺紋力矩螺紋力矩T T1 1產(chǎn)生的剪力作用。其中：產(chǎn)生的剪力作用。其中： 1.3322sstss+=Tc拉應(yīng)力拉應(yīng)力3231)(816cvcTdtgFddTprypt+=剪應(yīng)力剪應(yīng)力 1.342s

16、p. .cdF于是于是強(qiáng)度條件為：強(qiáng)度條件為：2cs = F/ (p d )s2)(2vctgddry+= 螺栓通常是塑性螺栓通常是塑性材料，采用第四強(qiáng)度材料，采用第四強(qiáng)度理論；再把理論；再把101068mm68mm的單頭公制螺紋的參的單頭公制螺紋的參數(shù)及摩擦角的平均值數(shù)及摩擦角的平均值帶入，經(jīng)整理得：帶入，經(jīng)整理得： 圖示汽缸蓋螺栓在汽缸工作之前先要擰緊，因此圖示汽缸蓋螺栓在汽缸工作之前先要擰緊，因此螺栓受到預(yù)緊力螺栓受到預(yù)緊力 F 的作用，汽缸工作時(shí)，螺栓還要受的作用，汽缸工作時(shí)，螺栓還要受到由汽缸內(nèi)部工作壓力引起的工作載荷到由汽缸內(nèi)部工作壓力引起的工作載荷 F 的作用。的作用。 對(duì)于這種

17、螺栓對(duì)于這種螺栓,因螺栓和被聯(lián)接件都是彈性體，一因螺栓和被聯(lián)接件都是彈性體，一般情況下般情況下,螺栓所受總拉力螺栓所受總拉力 F0 是否等于是否等于F 與與 F 之和？之和？三三. . 受軸向工作拉力的緊螺栓受軸向工作拉力的緊螺栓1聯(lián)解得：聯(lián)解得：變形諧調(diào)條件：變形諧調(diào)條件：于是，強(qiáng)度條件為：于是，強(qiáng)度條件為： 1.3420sp.cdF101cF+-=DdF=FF-F1c22cF-=DdFFcFF10+=c1c20F+= = FF靜平衡條件靜平衡條件: :FcFF2+-=c1c2說(shuō)明說(shuō)明1、 強(qiáng)度條件式中，強(qiáng)度條件式中， 為螺栓危險(xiǎn)截面的計(jì)算直為螺栓危險(xiǎn)截面的計(jì)算直 徑，理論上徑，理論上dc=

18、(d1d2H/6)/2。對(duì)質(zhì)量良好的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)質(zhì)量良好的標(biāo)準(zhǔn) 件廠生產(chǎn)的螺栓，應(yīng)按此計(jì)算；當(dāng)不清楚螺栓來(lái)源件廠生產(chǎn)的螺栓，應(yīng)按此計(jì)算；當(dāng)不清楚螺栓來(lái)源 或?yàn)榱撕?jiǎn)化計(jì)算，可取或?yàn)榱撕?jiǎn)化計(jì)算，可取 ，這樣做偏于安全。，這樣做偏于安全。cd1ddc=說(shuō)明說(shuō)明2 2、 受軸向工作拉力的緊螺栓聯(lián)接，不允許被聯(lián)受軸向工作拉力的緊螺栓聯(lián)接，不允許被聯(lián) 接件間出現(xiàn)間隙。對(duì)于這種聯(lián)接，其設(shè)計(jì)程序?yàn)椋航蛹g出現(xiàn)間隙。對(duì)于這種聯(lián)接，其設(shè)計(jì)程序?yàn)椋?首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或推薦取定殘余預(yù)緊力從而確首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或推薦取定殘余預(yù)緊力從而確定總拉力：定總拉力：0FFF+= 1.3420sp. .cdF 然后確定螺栓直徑然后確定螺栓直徑

19、: :FcFF2+=c1c2 最后確定合適的預(yù)緊力：最后確定合適的預(yù)緊力：顯然，這種聯(lián)接是不允許不控制擰緊力矩的。顯然，這種聯(lián)接是不允許不控制擰緊力矩的。螺栓的擰緊力矩螺栓的擰緊力矩 T0.2Fd說(shuō)明說(shuō)明3、受軸向工作拉力的緊螺栓聯(lián)接的工作載荷在受軸向工作拉力的緊螺栓聯(lián)接的工作載荷在 與與 之間變化時(shí)，螺栓總拉力在之間變化時(shí)，螺栓總拉力在 和和 之間變之間變 化，載荷變幅為：化，載荷變幅為： 因螺栓在變應(yīng)力下工作，故應(yīng)校核應(yīng)力幅以保證因螺栓在變應(yīng)力下工作，故應(yīng)校核應(yīng)力幅以保證 疲勞強(qiáng)度：疲勞強(qiáng)度：01F02F1F2F2)(211cFa-.+=-=02F01F1c2c1F2F ( )2122cc

20、aacdFAFps+.-=1F1c2cas四四. .受剪螺栓受剪螺栓 受剪螺栓聯(lián)接的可能失效形式有：螺栓桿剪斷，受剪螺栓聯(lián)接的可能失效形式有：螺栓桿剪斷，螺栓桿和孔壁兩者中的弱者被擠壞。螺栓桿和孔壁兩者中的弱者被擠壞。1.1.剪切強(qiáng)度計(jì)算剪切強(qiáng)度計(jì)算4F2p d t S式中：式中： d 為剪切面直徑，為剪切面直徑，F(xiàn) 為一個(gè)剪切面所受的剪力。為一個(gè)剪切面所受的剪力。S2.2.擠壓強(qiáng)度計(jì)算擠壓強(qiáng)度計(jì)算 影響擠壓應(yīng)力分布的因素很多且常常難以確定，影響擠壓應(yīng)力分布的因素很多且常常難以確定，故計(jì)算是經(jīng)驗(yàn)性的。故計(jì)算是經(jīng)驗(yàn)性的。FS dh s ps p強(qiáng)度條件為：強(qiáng)度條件為：式中式中 是弱者的許用擠壓應(yīng)

21、力。是弱者的許用擠壓應(yīng)力。五五. .關(guān)于螺栓材料、強(qiáng)度級(jí)別及安全系數(shù)的說(shuō)明關(guān)于螺栓材料、強(qiáng)度級(jí)別及安全系數(shù)的說(shuō)明 各強(qiáng)度計(jì)算式中的許用應(yīng)力按教材的表各強(qiáng)度計(jì)算式中的許用應(yīng)力按教材的表2.4表表2.6確定，但使用中要注意如下兩點(diǎn)。確定，但使用中要注意如下兩點(diǎn)。1、 因同樣的材料在不同的熱處理或制造方法下，其因同樣的材料在不同的熱處理或制造方法下，其 機(jī)械性能相差較大，因此，確定材料就意味著確機(jī)械性能相差較大，因此，確定材料就意味著確 定材料種類及熱處理方法。定材料種類及熱處理方法。 為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作，國(guó)標(biāo)允許直接選擇螺栓的為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作，國(guó)標(biāo)允許直接選擇螺栓的 強(qiáng)度級(jí)別。強(qiáng)度級(jí)別數(shù)字的含義是：強(qiáng)度

22、級(jí)別。強(qiáng)度級(jí)別數(shù)字的含義是： 個(gè)位數(shù)個(gè)位數(shù)100=抗拉強(qiáng)度極限；抗拉強(qiáng)度極限； 小數(shù)部分小數(shù)部分抗拉強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度極限=屈服強(qiáng)度極限。屈服強(qiáng)度極限。 例如強(qiáng)度級(jí)別例如強(qiáng)度級(jí)別4.8的含義是：的含義是：MP4004100b=saMP3200.8400s=sa2、 對(duì)于預(yù)緊力不加控制的緊螺栓聯(lián)接，由于安全系對(duì)于預(yù)緊力不加控制的緊螺栓聯(lián)接，由于安全系數(shù)與螺栓直徑有關(guān)，而設(shè)計(jì)之初直徑未知，因此數(shù)與螺栓直徑有關(guān)，而設(shè)計(jì)之初直徑未知，因此只能采取只能采取試算法試算法，即先憑經(jīng)驗(yàn)初定安全系數(shù)，再，即先憑經(jīng)驗(yàn)初定安全系數(shù)，再求螺栓直徑，如求出的直徑與先前假定的一致則求螺栓直徑，如求出的直徑與先前假定的一致則

23、認(rèn)可；否則，應(yīng)修正安全系數(shù)重新計(jì)算，直至假認(rèn)可；否則，應(yīng)修正安全系數(shù)重新計(jì)算，直至假定值與計(jì)算值一致為止。定值與計(jì)算值一致為止。返回例題例題6 6 提高聯(lián)接螺栓強(qiáng)度的措施提高聯(lián)接螺栓強(qiáng)度的措施一一. . 改善螺紋牙的受力不均改善螺紋牙的受力不均 變形不諧調(diào)是螺紋牙受力不均的根本原因。變形不諧調(diào)是螺紋牙受力不均的根本原因。 懸置螺母 內(nèi)斜螺母 環(huán)槽螺母 二二. . 減小附加應(yīng)力減小附加應(yīng)力螺栓受到附加彎矩作螺栓受到附加彎矩作用是十分不利的，偏用是十分不利的，偏心拉伸對(duì)螺栓強(qiáng)度尤心拉伸對(duì)螺栓強(qiáng)度尤其不利。其不利。例如 螺栓的最大應(yīng)力一定時(shí)，應(yīng)力幅越小，螺栓的最大應(yīng)力一定時(shí)，應(yīng)力幅越小，疲勞強(qiáng)度越高

24、。在工作載荷疲勞強(qiáng)度越高。在工作載荷F和剩余預(yù)緊和剩余預(yù)緊力力F”不變的情況下，減小螺栓剛度或增大不變的情況下，減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度都能達(dá)到減小應(yīng)力幅的目的，被聯(lián)接件剛度都能達(dá)到減小應(yīng)力幅的目的，但預(yù)緊力則應(yīng)增大。但預(yù)緊力則應(yīng)增大。 ( )2122ccaacdFAFps+.-=1F1c2cas疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度: :三三. . 降低應(yīng)力幅降低應(yīng)力幅 應(yīng)力變化幅度過(guò)大是疲勞斷裂的根本原因。應(yīng)力變化幅度過(guò)大是疲勞斷裂的根本原因。四四. . 減少應(yīng)力集中減少應(yīng)力集中 對(duì)螺紋來(lái)講，形狀突變是產(chǎn)生應(yīng)力集中的對(duì)螺紋來(lái)講，形狀突變是產(chǎn)生應(yīng)力集中的主要原因。適當(dāng)增大過(guò)渡圓角是有力的措施。主要原因。適當(dāng)

25、增大過(guò)渡圓角是有力的措施。五五. . 改善制造工藝改善制造工藝 制造工藝對(duì)螺栓的疲勞強(qiáng)度有重要影響。制造工藝對(duì)螺栓的疲勞強(qiáng)度有重要影響。返回 采用滾壓螺紋，由于表層有殘余壓采用滾壓螺紋，由于表層有殘余壓應(yīng)力、冷作硬化作用和金屬流線合理，應(yīng)力、冷作硬化作用和金屬流線合理，其疲勞強(qiáng)度比車制螺紋高其疲勞強(qiáng)度比車制螺紋高30304040。 采用氮化、噴丸等表面處理措施都采用氮化、噴丸等表面處理措施都可以提高螺栓的疲勞強(qiáng)度?？梢蕴岣呗菟ǖ钠趶?qiáng)度。 一鋼制液壓缸有關(guān)尺寸如圖示，油壓一鋼制液壓缸有關(guān)尺寸如圖示，油壓P=3N/mm2，為保證密封性要求，螺栓間距為保證密封性要求，螺栓間距L L不得大于不得大于

26、4.54.5倍螺栓公倍螺栓公稱直徑，試設(shè)計(jì)該雙頭螺柱聯(lián)接（確定螺柱直徑、個(gè)稱直徑，試設(shè)計(jì)該雙頭螺柱聯(lián)接（確定螺柱直徑、個(gè)數(shù)及分布圓直徑數(shù)及分布圓直徑D D0 0）。）。分析：分析： 1.1.螺栓結(jié)構(gòu)：受軸向工作螺栓結(jié)構(gòu)：受軸向工作 載荷作用的緊螺栓聯(lián)接載荷作用的緊螺栓聯(lián)接 2.2.螺栓直徑與數(shù)目：螺栓直徑與數(shù)目： 顯然，顯然，Q Q不變，螺柱直徑大則數(shù)目不變，螺柱直徑大則數(shù)目Z Z?。环粗。环粗?Z,Z大則螺大則螺柱直徑小。因此，柱直徑小。因此，Z Z取值不同本題可有多解?？紤]到油取值不同本題可有多解?？紤]到油缸是壓力容器，有緊密性要求，故缸是壓力容器，有緊密性要求，故Z Z應(yīng)適當(dāng)大些。另外

27、，應(yīng)適當(dāng)大些。另外，數(shù)目數(shù)目Z Z最好是偶數(shù)，而且要便于分度。綜上：取最好是偶數(shù)，而且要便于分度。綜上：取Z=12Z=12。例題例題 一鋼制液壓缸有關(guān)尺寸如圖示，油壓一鋼制液壓缸有關(guān)尺寸如圖示，油壓P=3N/mmP=3N/mm2 2，為，為保證密封性要求，螺栓間距保證密封性要求，螺栓間距L L不得大于不得大于4.54.5倍螺栓公稱倍螺栓公稱直徑，試設(shè)計(jì)該雙頭螺栓聯(lián)接（確定螺柱直徑、個(gè)數(shù)直徑，試設(shè)計(jì)該雙頭螺栓聯(lián)接（確定螺柱直徑、個(gè)數(shù)及分布圓直徑及分布圓直徑D D0 0）。）。1 1、求螺柱總拉力、求螺柱總拉力 (F(F0 0=F+F”)=F+F”)例題例題NpDQ60288241=p因因NZQF

28、5024=螺柱工作拉力螺柱工作拉力( (單個(gè)單個(gè)) )FF8 . 1=取取于是螺柱總拉力于是螺柱總拉力14067.2N2.80=+ =FFFF=（壓力容器）（壓力容器） 根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，放置螺栓處的缸體壁厚約為根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，放置螺栓處的缸體壁厚約為2.52.5倍螺紋大徑。因此，暫定倍螺紋大徑。因此，暫定 dDD200mm2.50=+=臨界值為：臨界值為： ，故取，故取 合理。合理。 4.5d=72mmD =200mm0查手冊(cè)，取查手冊(cè)，取M1616（其（其d1=13.83512.07=13.83512.07）。）。2 2、確定螺柱直徑、確定螺柱直徑20112.0716014067.25.2 5.

29、2Fmmd=. .=psp 擬用擬用4 4 .6.6級(jí)的級(jí)的Q235Q235螺柱，擰緊時(shí)螺柱，擰緊時(shí)控制預(yù)緊力控制預(yù)緊力，取取 ，于是：，于是： 。由強(qiáng)度條件得：由強(qiáng)度條件得：asMPS160 =ss1.5 =S3 3、 確定螺柱分布圓直徑確定螺柱分布圓直徑 D D0ZL=D180sin00=51.76mm. .于是螺栓間距為：，于是螺栓間距為：，4 4、確定螺柱具體規(guī)格、確定螺柱具體規(guī)格螺柱旋入機(jī)體螺柱旋入機(jī)體(鋼鋼)端長(zhǎng)度：端長(zhǎng)度：L1d=16mm螺柱螺母端長(zhǎng)度：螺柱螺母端長(zhǎng)度： L=缸蓋厚度缸蓋厚度+墊圈厚度墊圈厚度+螺母厚度螺母厚度+伸出長(zhǎng)度伸出長(zhǎng)度 = 16 + 4 + 14.8 +

30、 5 10 =40mm螺柱規(guī)格：螺柱螺柱規(guī)格：螺柱 M1640 GB897L1d注注 按題意，本題確定按題意，本題確定Z =12=12，螺柱，螺柱 M16M1640 GB89740 GB897，D0=200=200mm后就算解畢，但對(duì)于有密封性要求的螺栓聯(lián)后就算解畢，但對(duì)于有密封性要求的螺栓聯(lián)接，一般還應(yīng)確定必須的預(yù)緊力和擰緊力矩。接，一般還應(yīng)確定必須的預(yù)緊力和擰緊力矩?，F(xiàn)確定如下：現(xiàn)確定如下： 由結(jié)構(gòu)示意圖知，由結(jié)構(gòu)示意圖知，缸蓋與缸體間無(wú)軟墊片缸蓋與缸體間無(wú)軟墊片, ,查手冊(cè)或教材可得相對(duì)查手冊(cè)或教材可得相對(duì)剛度為：剛度為： ，0.25c1=+c1c2Fc0F12811.2N1=+-=Fc

31、1c2于是預(yù)緊力為：于是預(yù)緊力為：NF13000=最終取定：最終取定：返回?cái)Q緊力矩?cái)Q緊力矩T0.2Fd42Nm例題例題NQRv866030cos=oNQRH500030sin=o 圖示支架用圖示支架用6個(gè)螺栓聯(lián)接在磚墻上。已知磚墻為個(gè)螺栓聯(lián)接在磚墻上。已知磚墻為水泥砂漿縫，載荷水泥砂漿縫，載荷Q =10KN，螺栓強(qiáng)度級(jí)別，螺栓強(qiáng)度級(jí)別 4.6，支，支架底板與磚墻間摩擦系數(shù)架底板與磚墻間摩擦系數(shù) = 0.3，支架底板材料為，支架底板材料為ZG270-500， ，試設(shè)計(jì)該螺栓聯(lián)接。，試設(shè)計(jì)該螺栓聯(lián)接。c + c1c= 0.112m分析：分析： 支架正常工作的條件是：支架正常工作的條件是：在傾覆力矩

32、在傾覆力矩M和水和水平力平力RH作用下上側(cè)螺栓不被拉斷；作用下上側(cè)螺栓不被拉斷；在鉛垂力在鉛垂力RV作用作用下底板不下滑；下底板不下滑；底板上側(cè)與磚墻不能有間隙；底板上側(cè)與磚墻不能有間隙；底底板下側(cè)或磚墻不能被壓潰?？紤]到便于安裝和制造，板下側(cè)或磚墻不能被壓潰?？紤]到便于安裝和制造，采用普通受拉螺栓為好。采用普通受拉螺栓為好。解：解：根據(jù)力學(xué)原理，載根據(jù)力學(xué)原理，載荷對(duì)螺栓組聯(lián)接的作用荷對(duì)螺栓組聯(lián)接的作用可用可用RH、Rv及及M的聯(lián)合的聯(lián)合作用來(lái)代替，其中：作用來(lái)代替，其中：NmQMHv5156.800200480=+=Q1 1由不下滑條件確由不下滑條件確 定螺栓予緊力定螺栓予緊力 設(shè)予緊力為

33、F，在螺栓軸向載荷 作用上以后，底板與墻體間殘余予緊力產(chǎn)生的摩擦力總和應(yīng)大于，而力矩M不會(huì)影響下滑。6/HRVR例題例題c + c1c= 0.112m = 0.3NRv8660=NRH5000=NmM5156.800=有：有：VfHRkRc+-=mm)(6F26Fc1c2其中可靠性系數(shù)其中可靠性系數(shù) 見教材，這里取見教材，這里取 =1.1。 故：故：fkfkNcRRkFHVf6042650000.90.3686601.1( )661=*+*=+m+c2c2*預(yù)緊力和預(yù)緊力和RH引起的壓應(yīng)力：引起的壓應(yīng)力：ap2MPWM0.645=s力矩力矩M引起的壓應(yīng)力引起的壓應(yīng)力: : 顯然，底板不下滑條件

34、是顯然，底板不下滑條件是 。為避免力為避免力矩矩M作用后上側(cè)出現(xiàn)間隙，應(yīng)將作用后上側(cè)出現(xiàn)間隙，應(yīng)將 適當(dāng)取大些。從后適當(dāng)取大些。從后面的計(jì)算可知，取面的計(jì)算可知，取 = 8000N 能滿足要求。能滿足要求。NF6042FF2 2由上側(cè)不出現(xiàn)間隙、下側(cè)由上側(cè)不出現(xiàn)間隙、下側(cè) 不被壓潰條件確定預(yù)緊力不被壓潰條件確定預(yù)緊力 底板接觸面積底板接觸面積 A= (500-300)300=6104mm2 底板抗彎截面模量底板抗彎截面模量W=300(5002-3002)/6=8106mm3 +-=662Hp1RcFAs1c2c由手冊(cè)查得水由手冊(cè)查得水泥砂漿縫磚墻泥砂漿縫磚墻的許用擠壓應(yīng)的許用擠壓應(yīng)力為：力為：

35、apMP21.5 =s由由下側(cè)不被壓潰條件下側(cè)不被壓潰條件: pp1ss+p2s( )NRcAFHp2p930066 2=+-ss可求得可求得:c1c2可知，滿足工作要求的預(yù)緊力范圍為：可知，滿足工作要求的預(yù)緊力范圍為： 7200N 9300N7200N 9300N，F(xiàn)2由上側(cè)不出現(xiàn)間隙、下側(cè)由上側(cè)不出現(xiàn)間隙、下側(cè) 不被壓潰條件確定預(yù)緊力不被壓潰條件確定預(yù)緊力 由由上側(cè)不出現(xiàn)間隙的條件：上側(cè)不出現(xiàn)間隙的條件：0-p1sp2s可得可得:NRcAFHp27200661=+sc2c2F最終取最終取 =8000 N=8000 N3根據(jù)螺栓不被拉斷的強(qiáng)度條件確定螺栓直徑根據(jù)螺栓不被拉斷的強(qiáng)度條件確定螺栓

36、直徑 d 上側(cè)螺栓受力最大，其中有上側(cè)螺栓受力最大，其中有 ，由，由RH引起的引起的工作拉力工作拉力 ，由力矩，由力矩M引起的工作拉力引起的工作拉力 ，于是螺栓總拉力為：，于是螺栓總拉力為： F( )6200/*= MFM6/=RFHHNFFcccFFMH853212005156800650001 . 08000)(2110=+=+= 依題意，螺栓屈服極限依題意，螺栓屈服極限 ，為確，為確保安全，裝配時(shí)控制予緊力，取安全系數(shù)保安全，裝配時(shí)控制予緊力，取安全系數(shù) ，于是于是 。1.5s=2/240mmNs=s2/160/mmNs=sss由強(qiáng)度條件有：由強(qiáng)度條件有：mmFd387. 9160853

37、22 . 53 . 1401=*=*psp查手冊(cè)取查手冊(cè)取M12可矣可矣 ( 其其d1 =10.106 計(jì)算值計(jì)算值9.387 )。注注1 1 如擰緊力不加控制，由著工人盡可能地?cái)Q緊，如擰緊力不加控制，由著工人盡可能地?cái)Q緊，為避免螺栓擰斷，應(yīng)適當(dāng)增大螺栓直徑。計(jì)算表明，為避免螺栓擰斷，應(yīng)適當(dāng)增大螺栓直徑。計(jì)算表明，在這種情況下，至少應(yīng)采用在這種情況下，至少應(yīng)采用M18M18的螺栓。的螺栓。注注2 2 由本題看出，予緊力由本題看出，予緊力 太大太小都不行，太小會(huì)太大太小都不行，太小會(huì) 因因 太小而使上側(cè)出現(xiàn)間隙；太大又會(huì)使太小而使上側(cè)出現(xiàn)間隙；太大又會(huì)使 太大，最終使下側(cè)壓潰。太大，最終使下側(cè)壓

38、潰。F21ppss+-p1sp2s返回1. 如何判定螺旋線的旋向是左旋還是右旋？如何判定螺旋線的旋向是左旋還是右旋？2. 為什么聯(lián)接螺紋常用三角形螺紋而傳動(dòng)螺紋常用梯為什么聯(lián)接螺紋常用三角形螺紋而傳動(dòng)螺紋常用梯 形或鋸齒形螺紋？形或鋸齒形螺紋？3. 鉸制孔用螺栓與普通受拉螺栓的工作原理和結(jié)構(gòu)有鉸制孔用螺栓與普通受拉螺栓的工作原理和結(jié)構(gòu)有 何不同？何不同？4. 有一螺栓組聯(lián)接。測(cè)得被聯(lián)接件的剛度有一螺栓組聯(lián)接。測(cè)得被聯(lián)接件的剛度C2是螺栓剛是螺栓剛 度度C1的的3倍，而預(yù)緊力倍，而預(yù)緊力 F = 5000 N。問(wèn)：。問(wèn)： 螺栓承受的總拉力螺栓承受的總拉力F0為多大時(shí)，螺栓的伸長(zhǎng)量剛為多大時(shí)，螺栓

39、的伸長(zhǎng)量剛 好是被聯(lián)接件壓縮量的好是被聯(lián)接件壓縮量的5倍。倍。 螺栓承受的工作載荷螺栓承受的工作載荷F為多大時(shí)，被聯(lián)接件的彈為多大時(shí)，被聯(lián)接件的彈 性變形等于零？性變形等于零？思思 考考 題題5. “只要制造和裝配精度足夠高，則旋合后螺紋牙各只要制造和裝配精度足夠高，則旋合后螺紋牙各 圈的受力就相等圈的受力就相等”。這種說(shuō)法正確嗎？為什么？。這種說(shuō)法正確嗎？為什么？6. 試分析圖示的三種螺栓組聯(lián)接中，哪一種布置形式試分析圖示的三種螺栓組聯(lián)接中，哪一種布置形式 最好。最好。思思 考考 題題 對(duì)于圖示的受拉螺栓聯(lián)接，對(duì)于圖示的受拉螺栓聯(lián)接， 。平均。平均取摩擦系數(shù)取摩擦系數(shù) ，可靠性系數(shù)，可靠性系

40、數(shù) ，那，那麼就有麼就有 。顯然這種聯(lián)接所需的預(yù)緊力很大，。顯然這種聯(lián)接所需的預(yù)緊力很大，造成螺栓直徑較大，是比較浪費(fèi)材料的。為克服造成螺栓直徑較大，是比較浪費(fèi)材料的。為克服這個(gè)缺點(diǎn)，可采用如下方法。這個(gè)缺點(diǎn)，可采用如下方法。RfFkF=m0.15=m1.2=fkRF8F=返返 回回FFe返返 回回 圖示鉤頭螺栓擰緊后，螺栓受圖示鉤頭螺栓擰緊后，螺栓受到預(yù)緊力的偏心拉伸。將力到預(yù)緊力的偏心拉伸。將力 向螺向螺栓軸線簡(jiǎn)化，得到一主矢栓軸線簡(jiǎn)化，得到一主矢 和一主和一主矩矩 。FFeFswsls主矢產(chǎn)生拉應(yīng)力主矢產(chǎn)生拉應(yīng)力24cldFps=332cwdeFps=主矩產(chǎn)生彎曲應(yīng)力主矩產(chǎn)生彎曲應(yīng)力cde設(shè)，則螺栓截面應(yīng)力分布如設(shè)，則螺栓截面應(yīng)力分布如圖，最大正應(yīng)力為拉應(yīng)力的圖，最大正應(yīng)力為拉應(yīng)力的9倍。倍。 說(shuō)明： 以上四種典型情況都是應(yīng)用力(或力矩)的平衡條件及受力變形協(xié)調(diào)條件分別推導(dǎo)的計(jì)算公式，即求得了四種典型載荷情況下螺