螺紋聯(lián)接鍵銷焊接鉚接課件(公開課)

1、第二篇第二篇 連接連接連接分類連接分類連接類型的選用連接類型的選用連接設(shè)計(jì)應(yīng)注意問題連接設(shè)計(jì)應(yīng)注意問題第二篇第二篇 連接連接連接分類連接分類 動連接動連接靜連接靜連接不可拆連接不可拆連接 可拆連接可拆連接螺紋連接螺紋連接鍵連接鍵連接 花鍵連接花鍵連接銷連接銷連接焊接焊接鉚接鉚接膠接膠接例例本書提到本書提到的連接皆的連接皆指靜連接指靜連接，除非特，除非特別指出別指出第二篇第二篇 連接連接連接類型的選用連接類型的選用n依據(jù)：使用要求、加工條件、被連接件的材依據(jù)：使用要求、加工條件、被連接件的材 料、形狀、尺寸、經(jīng)濟(jì)性要求等料、形狀、尺寸、經(jīng)濟(jì)性要求等n常見連接的選用：常見連接的選用：板件與板件連接

2、：螺紋連接、焊接、鉚接、膠接板件與板件連接：螺紋連接、焊接、鉚接、膠接桿件與桿件：螺紋連接或焊接桿件與桿件：螺紋連接或焊接軸和輪轂：鍵連接、花鍵連接、過盈連接軸和輪轂：鍵連接、花鍵連接、過盈連接軸和軸：聯(lián)軸器、離合器軸和軸：聯(lián)軸器、離合器有時(shí)幾種連接形式并用有時(shí)幾種連接形式并用連接設(shè)計(jì)應(yīng)注意問題連接設(shè)計(jì)應(yīng)注意問題強(qiáng)度、剛度、經(jīng)濟(jì)性、緊密性強(qiáng)度、剛度、經(jīng)濟(jì)性、緊密性第五章第五章 螺紋連接和螺旋傳動螺紋連接和螺旋傳動 螺紋螺紋螺紋連接的類型和標(biāo)準(zhǔn)連接件螺紋連接的類型和標(biāo)準(zhǔn)連接件螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的防松螺紋連接的防松螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算螺栓組連接的設(shè)計(jì)螺栓組連接的設(shè)

3、計(jì)螺栓連接件的材料及許用應(yīng)力螺栓連接件的材料及許用應(yīng)力提高螺紋連接強(qiáng)度的措施提高螺紋連接強(qiáng)度的措施螺旋傳動螺旋傳動5-1 螺紋螺紋螺紋的形成螺紋的形成螺紋的類型及應(yīng)用螺紋的類型及應(yīng)用螺紋的主要參數(shù)螺紋的主要參數(shù)5-1螺紋的形成螺紋的形成a.螺旋線的形成螺旋線的形成 雙線螺紋雙線螺紋單線螺紋單線螺紋p=5-1 b.牙形的形成牙形的形成 沿螺旋線運(yùn)動，運(yùn)動時(shí)保持該圖形沿螺旋線運(yùn)動，運(yùn)動時(shí)保持該圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋通過圓柱體的軸線，就得到螺紋pooo螺紋螺紋一平面圖形一平面圖形( (如下圖）如下圖）5-1螺紋的類型及應(yīng)用螺紋的類型及應(yīng)用n按牙形分按牙形分：三角形、梯形、矩形、鋸齒形螺紋：

4、三角形、梯形、矩形、鋸齒形螺紋n按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分：內(nèi)螺紋、外螺紋：內(nèi)螺紋、外螺紋n按螺旋線的繞行方向分按螺旋線的繞行方向分：左旋螺紋、右旋螺紋：左旋螺紋、右旋螺紋n按用途分按用途分：連接螺紋、傳動螺紋：連接螺紋、傳動螺紋n按形成螺紋的螺旋線數(shù)分按形成螺紋的螺旋線數(shù)分：單線螺紋、多線螺紋：單線螺紋、多線螺紋n按母體形狀分按母體形狀分：圓柱螺紋、圓錐螺紋：圓柱螺紋、圓錐螺紋n按使用長度單位分按使用長度單位分：米制螺紋、英制螺紋：米制螺紋、英制螺紋5-1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1530330潘存云教授研制潘存云教授研制5-1按回

5、轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分：內(nèi)螺紋、外螺紋按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分：內(nèi)螺紋、外螺紋外螺紋外螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋5-1按螺紋旋向分：左旋螺紋、右旋螺紋按螺紋旋向分：左旋螺紋、右旋螺紋左旋螺紋左旋螺紋右旋螺紋右旋螺紋5-1按用途分：連接螺紋、傳動螺紋按用途分：連接螺紋、傳動螺紋連接螺紋連接螺紋傳動螺紋傳動螺紋潘存云教授研制5-1按形成螺紋的螺旋線數(shù)分：單線螺紋、多線螺紋按形成螺紋的螺旋線數(shù)分：單線螺紋、多線螺紋潘存云教授研制雙線螺紋雙線螺紋單線螺紋單線螺紋PSS = 2PPSPS =P5-1按母體形狀分：圓柱螺紋、圓錐螺紋按母體形狀分：圓柱螺紋、圓錐螺紋圓柱螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋圓錐螺紋管螺紋管螺紋5-1n螺紋的參數(shù)

6、螺紋的參數(shù)大徑大徑d小徑小徑d1中徑中徑d2線數(shù)線數(shù)n螺距螺距p導(dǎo)程導(dǎo)程S螺紋升角螺紋升角牙形角牙形角 牙側(cè)角牙側(cè)角接觸高度接觸高度h22SnparctgarctgddnpS dd1d2hpt1t25-1n常用螺紋類型常用螺紋類型連接螺紋連接螺紋 普通螺紋普通螺紋：等邊三角形。同一公稱直徑的普通螺紋有多種螺距，：等邊三角形。同一公稱直徑的普通螺紋有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細(xì)牙螺紋。其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細(xì)牙螺紋。粗牙粗牙細(xì)牙細(xì)牙耐磨性好，自鎖性好。耐磨性好，自鎖性好。應(yīng)用最廣，用于一般連接。應(yīng)用最廣，用于一般連接。升角小、小徑大、自鎖性好、強(qiáng)度高，不

7、耐磨易滑扣。升角小、小徑大、自鎖性好、強(qiáng)度高，不耐磨易滑扣。應(yīng)用：薄壁零件、受動載荷的連接和微調(diào)機(jī)構(gòu)。應(yīng)用：薄壁零件、受動載荷的連接和微調(diào)機(jī)構(gòu)。Pd粗牙粗牙dP細(xì)牙細(xì)牙dP細(xì)牙細(xì)牙5-1d dd d2 2d d1 1P P用螺紋密封的管用螺紋密封的管螺紋螺紋普通細(xì)牙普通細(xì)牙螺紋螺紋管管螺紋螺紋非螺紋密封管非螺紋密封管螺紋（圓柱管壁螺紋（圓柱管壁, = 55 ）用螺紋密封管用螺紋密封管螺紋（圓錐管壁螺紋（圓錐管壁, = 55 ）60 圓錐管圓錐管螺紋螺紋 55 55 非螺紋密封的管非螺紋密封的管螺紋螺紋d dd d2 2d d1 1P P25-1傳動螺紋：矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋傳動螺紋：

8、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋梯形梯形螺紋：螺紋：梯梯 形形鋸齒形鋸齒形30330鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋:常用于傳動。常用于傳動。= 15= 3cosarctanfVVtantan5-1說明：說明： 螺紋尺寸大多已標(biāo)準(zhǔn)化，少量未標(biāo)準(zhǔn)化的螺紋尺寸大多已標(biāo)準(zhǔn)化，少量未標(biāo)準(zhǔn)化的也已有推薦尺寸。對表也已有推薦尺寸。對表5-1應(yīng)從工藝性、工作時(shí)應(yīng)從工藝性、工作時(shí)的的 自鎖性、強(qiáng)度、適宜載荷類型、密封性、傳自鎖性、強(qiáng)度、適宜載荷類型、密封性、傳動效率等方面進(jìn)行認(rèn)真分析相互比較，掌握各自動效率等方面進(jìn)行認(rèn)真分析相互比較，掌握各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。 所有的螺紋連接都不能保證螺桿和螺母之所有的螺

9、紋連接都不能保證螺桿和螺母之間有較高的同心度或雙頭螺柱與被連接件之間有間有較高的同心度或雙頭螺柱與被連接件之間有較高的垂直度，一般不能用其滿足某種定位要求。較高的垂直度，一般不能用其滿足某種定位要求。5-2 螺紋連接的類型螺紋連接的類型和標(biāo)準(zhǔn)連接件和標(biāo)準(zhǔn)連接件n螺紋連接的類型螺紋連接的類型n標(biāo)準(zhǔn)連接件標(biāo)準(zhǔn)連接件 螺紋連接主要是由螺紋件，例如：螺栓、螺母、螺柱、螺釘?shù)?，與被連接件上的螺紋部分組成。螺紋連接件都是標(biāo)準(zhǔn)件。螺紋連接主要是由螺紋件，例如：螺栓、螺母、螺柱、螺釘?shù)?，與被連接件上的螺紋部分組成。螺紋連接件都是標(biāo)準(zhǔn)件。它們的形狀和尺寸在螺紋連接標(biāo)準(zhǔn)中都有規(guī)定。它們的形狀和尺寸在螺紋連接標(biāo)準(zhǔn)中

10、都有規(guī)定。 螺紋連接的基本類型有四種：螺紋連接的基本類型有四種：1、螺栓連接；、螺栓連接；2、雙頭螺栓連接；、雙頭螺栓連接；3、螺釘連接；、螺釘連接；4、緊定螺釘連接。兩個(gè)變種（特殊、緊定螺釘連接。兩個(gè)變種（特殊連接）：地腳與吊環(huán)。連接）：地腳與吊環(huán)。5-2類型類型n螺栓連接螺栓連接普通螺栓連接普通螺栓連接特點(diǎn)：對通孔加工精度特點(diǎn)：對通孔加工精度 要求低，結(jié)構(gòu)簡要求低，結(jié)構(gòu)簡 單，拆裝方便，單，拆裝方便， 主要承受縱向載主要承受縱向載 荷，并可承受一荷，并可承受一 定的橫向載荷定的橫向載荷孔與螺桿之孔與螺桿之間留有間隙間留有間隙5-2鉸制孔用螺栓連接鉸制孔用螺栓連接特點(diǎn)：對通孔加工精度要求高，

11、被連接件的位置可精特點(diǎn)：對通孔加工精度要求高，被連接件的位置可精確固定，主要承受橫向載荷確固定，主要承受橫向載荷5-2n雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接特點(diǎn)：拆裝方便，主要用于不能采用螺栓連接的場合特點(diǎn)：拆裝方便，主要用于不能采用螺栓連接的場合d5-2n螺釘連接螺釘連接特點(diǎn)：與雙頭螺柱連接相特點(diǎn)：與雙頭螺柱連接相 似，但結(jié)構(gòu)更簡單，似，但結(jié)構(gòu)更簡單， 不宜于經(jīng)常拆裝不宜于經(jīng)常拆裝5-2n緊定螺釘緊定螺釘連接連接特點(diǎn)：可固特點(diǎn)：可固定兩零件定兩零件相對位置，相對位置，也可傳遞也可傳遞不大的力不大的力矩矩5-2吊環(huán)螺栓連接吊環(huán)螺栓連接T型槽螺栓連接型槽螺栓連接地腳螺栓連接地腳螺栓連接其他：地腳螺栓連接、吊

12、環(huán)螺栓連接、其他：地腳螺栓連接、吊環(huán)螺栓連接、T型型槽螺栓連接等槽螺栓連接等5-2標(biāo)準(zhǔn)連接件標(biāo)準(zhǔn)連接件n常見種類常見種類 螺紋連接件的類型很多，在機(jī)械制造中常見螺紋連接件的類型很多，在機(jī)械制造中常見的螺紋連接件有：的螺紋連接件有： 六角頭六角頭螺栓螺栓、雙頭螺柱雙頭螺柱、螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘、自攻螺釘、自攻螺釘、圓螺母、六角頭螺母圓螺母、六角頭螺母、墊圈、彈簧墊圈、彈簧墊圈墊圈等等。 這類零件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸都已標(biāo)準(zhǔn)化；設(shè)這類零件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸都已標(biāo)準(zhǔn)化；設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。計(jì)時(shí)可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。 螺栓螺栓螺螺紋紋緊緊固固件件螺栓的結(jié)構(gòu)形式螺栓的結(jié)構(gòu)形式LL0d六角頭六角頭L

13、dL0小六角頭小六角頭dL0L1LL1 -座端長度座端長度L0 -螺母端長度螺母端長度螺螺紋紋緊緊固固件件雙頭螺柱雙頭螺柱螺栓螺栓螺螺紋紋緊緊固固件件末端末端結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)頭部頭部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱雙頭螺柱螺栓螺栓緊定螺釘螺螺紋紋緊緊固固件件地腳螺栓地腳螺栓 起吊螺釘起吊螺釘 螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱雙頭螺柱螺栓螺栓專用螺紋連接專用螺紋連接T 型螺栓型螺栓 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螺螺紋紋緊緊固固件件螺母螺母螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱雙頭螺柱螺栓螺栓專用螺紋連接專用螺紋連接潘存云教授研制其它螺母：其它螺母：潘

14、存云教授研制其它螺母：其它螺母：墊圈墊圈 平墊圈平墊圈薄平墊圈薄平墊圈A型平墊圈型平墊圈B型平墊圈型平墊圈螺母螺母 螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱雙頭螺柱二、二、螺紋緊固件螺紋緊固件螺栓螺栓螺螺紋紋緊緊固固件件斜墊圈斜墊圈彈簧墊圈彈簧墊圈圓螺母用止動墊圈圓螺母用止動墊圈作用：增加支撐面積以減作用：增加支撐面積以減小壓強(qiáng)，避免擰緊螺母擦小壓強(qiáng)，避免擰緊螺母擦傷表面、防松。傷表面、防松。專用螺紋連接專用螺紋連接5-2標(biāo)準(zhǔn)連接件標(biāo)準(zhǔn)連接件n國標(biāo)中螺紋連接件的精度國標(biāo)中螺紋連接件的精度A級級精度最高，用于配合精確、防止振動等重精度最高，用于配合精確、防止振動等重要零件的連接要零件的連接B級級精度

15、低于精度低于A級，多用于受載較大且經(jīng)常裝級，多用于受載較大且經(jīng)常裝拆、調(diào)整或承受變載荷處拆、調(diào)整或承受變載荷處C級級精度最低，多用于一般連接精度最低，多用于一般連接5-3 螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊n什么是預(yù)緊什么是預(yù)緊n預(yù)緊的目的預(yù)緊的目的n確定預(yù)緊力大小的原則確定預(yù)緊力大小的原則n控制預(yù)緊力大小的手段控制預(yù)緊力大小的手段n擰緊力矩?cái)Q緊力矩T和預(yù)緊力的關(guān)系和預(yù)緊力的關(guān)系n當(dāng)量摩擦角當(dāng)量摩擦角、自鎖自鎖、效率效率5-3什么是預(yù)緊什么是預(yù)緊指螺紋連接在承受工作載荷之前，因預(yù)先擰緊而受到力指螺紋連接在承受工作載荷之前，因預(yù)先擰緊而受到力的作用。該力即預(yù)緊力。其大小通過擰緊力矩來控制。的作用。該力

16、即預(yù)緊力。其大小通過擰緊力矩來控制。預(yù)緊的目的預(yù)緊的目的增強(qiáng)連接可靠性和緊密性，并可提高連接件的疲勞強(qiáng)度增強(qiáng)連接可靠性和緊密性，并可提高連接件的疲勞強(qiáng)度確定預(yù)緊力大小的原則確定預(yù)緊力大小的原則擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限限s的的80%。碳素鋼螺栓：碳素鋼螺栓： F0(0.60.7) s A1合金鋼螺栓：合金鋼螺栓： F0 (0.50.6) s A1 A1危險(xiǎn)截面面積5-3控制預(yù)緊力大小的手段控制預(yù)緊力大小的手段）憑手感經(jīng)驗(yàn)；）憑手感經(jīng)驗(yàn)；）測力矩扳手、）測力矩扳手、）定力矩扳手、）定力矩扳手、）通過測量螺栓伸長量控制）通過測

17、量螺栓伸長量控制通常螺紋連接擰緊是憑工人的經(jīng)驗(yàn)來決定的，重要螺通常螺紋連接擰緊是憑工人的經(jīng)驗(yàn)來決定的，重要螺栓則必須預(yù)緊力進(jìn)行精確控制。栓則必須預(yù)緊力進(jìn)行精確控制。5-3測力矩扳手測力矩扳手F F定力矩扳手定力矩扳手L LS SL LM ML LS S5-3擰緊力矩?cái)Q緊力矩T和預(yù)緊力的關(guān)系（推導(dǎo)）和預(yù)緊力的關(guān)系（推導(dǎo)）202030302032)tg(21dDdDfdFTcvF0FnFHFFRvv)tg(21201vdFT202030300231dDdDFfTc擰緊力矩?cái)Q緊力矩T等于螺旋等于螺旋副間的摩擦阻力矩副間的摩擦阻力矩T1和螺母與被連接和螺母與被連接件支承面間的摩擦件支承面間的摩擦阻力矩

18、阻力矩T2之和。之和。F05-3M10M64粗牙普通螺紋的鋼制螺栓，各參數(shù)粗牙普通螺紋的鋼制螺栓，各參數(shù)代入后有：代入后有：當(dāng)量摩擦角當(dāng)量摩擦角dFT02 .0v000tgcoscoscos ffFffFFfFnFFcos00FnF0FnF5-3自鎖自鎖 滑塊等速下滑滑塊等速下滑, FH為阻力為阻力 FH 為驅(qū)動力，這時(shí)螺旋自鎖為驅(qū)動力，這時(shí)螺旋自鎖0vtg()HFF v vF0FHFnv5-3效率效率)tg(tg2v10TSF5-4 螺紋連接的防松螺紋連接的防松為什么要防松為什么要防松防松的根本問題防松的根本問題防松的方法防松的方法5-4為什么要防松為什么要防松防松的根本問題在于：防止螺旋副

19、的相對轉(zhuǎn)防松的根本問題在于：防止螺旋副的相對轉(zhuǎn)動動從工作原理分，防松方法有：從工作原理分，防松方法有：n摩擦防松：摩擦防松：對頂螺母，彈簧墊圈，自鎖螺母對頂螺母，彈簧墊圈，自鎖螺母n機(jī)械防松：機(jī)械防松：開口銷與六角開槽螺母，止動墊圈，開口銷與六角開槽螺母，止動墊圈，帶翅墊片，串聯(lián)鋼絲（用于螺栓組）帶翅墊片，串聯(lián)鋼絲（用于螺栓組）n其他：其他：鉚沖防松，膠粘防松，尼龍環(huán)鉚沖防松，膠粘防松，尼龍環(huán)等等螺紋連接件一般采用單線普通螺紋。螺紋的升角（=14232）小于螺旋副的當(dāng)量摩擦角（=547）。因此，螺紋連接一般都能滿足自鎖條件（）。此外，擰緊后螺母和螺栓頭部等支承面處的摩擦也有防松作用，所以在靜載

20、荷和工作溫度變化不大時(shí)，螺紋連接不會自動松脫。但在沖擊、振動或變載荷作用下，或在高溫或溫度變化較大的情況下，螺紋連接中的預(yù)緊力和摩擦力會逐漸減小或可能瞬時(shí)消失，這種現(xiàn)象重復(fù)多次后螺紋連接就會出現(xiàn)松動或松脫。導(dǎo)致連接失效。螺紋連接一旦失效，將嚴(yán)重影響機(jī)器的正常工作，甚至造成事故。因此，為保證連接安全可靠，設(shè)計(jì)時(shí)必須采取有效的防松措施。 5-4n摩擦防松：對頂螺母，彈簧墊圈，自鎖螺母摩擦防松：對頂螺母，彈簧墊圈，自鎖螺母利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松尼龍圈鎖緊螺母尼龍圈鎖緊螺母彈簧墊圈彈簧墊圈對頂螺母對頂螺母5-4n機(jī)械防松：開口銷與六角開槽螺母，止機(jī)械防松：開口銷與六角開槽螺母，止動墊圈，

21、帶翅墊片，串聯(lián)鋼絲（用于螺栓動墊圈，帶翅墊片，串聯(lián)鋼絲（用于螺栓組），采用專門的防松元件組），采用專門的防松元件開口銷與六開口銷與六角開槽螺母角開槽螺母串聯(lián)鋼絲串聯(lián)鋼絲潘存云教授研制止止動動墊墊圈圈圓螺母用止動墊圈圓螺母用止動墊圈帶帶翅翅墊墊片片帶帶翅翅墊墊片片5-4其他：鉚沖防松，膠粘防松，尼龍環(huán)等其他：鉚沖防松，膠粘防松，尼龍環(huán)等5-5 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算算螺紋連接的載荷形式和失效形式螺紋連接的載荷形式和失效形式松螺栓連接松螺栓連接緊螺栓連接緊螺栓連接受橫向工作載荷的緊螺栓連接受橫向工作載荷的緊螺栓連接受軸向工作載荷的緊螺栓連接受軸向工作載荷的緊螺栓連接5-5螺紋聯(lián)結(jié)的載荷

22、形式和失效形式螺紋聯(lián)結(jié)的載荷形式和失效形式n螺紋連接形式多樣，本節(jié)以螺栓連接為例。螺紋連接形式多樣，本節(jié)以螺栓連接為例。n螺栓連接通常是成組使用的，對整個(gè)螺栓組來說螺栓連接通常是成組使用的，對整個(gè)螺栓組來說所受載荷可能是軸向載荷、橫向載荷、彎矩或扭所受載荷可能是軸向載荷、橫向載荷、彎矩或扭矩。但是，在螺栓強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，要先對螺栓組進(jìn)矩。但是，在螺栓強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，要先對螺栓組進(jìn)行受力分析，確定單個(gè)螺栓的工作載荷，然后對行受力分析，確定單個(gè)螺栓的工作載荷，然后對單個(gè)螺栓作強(qiáng)度計(jì)算或校核。單個(gè)螺栓作強(qiáng)度計(jì)算或校核。n無論螺栓組所受載荷為何種形式，對單個(gè)螺栓來無論螺栓組所受載荷為何種形式，對單個(gè)螺栓來說，

23、其載荷形式皆為說，其載荷形式皆為橫向力或軸向力橫向力或軸向力。5-5n螺栓連接的失效形式螺栓連接的失效形式軸向力作用下螺栓桿和螺紋部分發(fā)生塑性變形或斷裂軸向力作用下螺栓桿和螺紋部分發(fā)生塑性變形或斷裂 保證靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度保證靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度受橫向力：受橫向力： 鉸制孔用螺栓接合部位發(fā)生壓潰或螺栓桿被剪斷鉸制孔用螺栓接合部位發(fā)生壓潰或螺栓桿被剪斷 保證連接處的擠壓強(qiáng)度和螺栓桿的剪切強(qiáng)度保證連接處的擠壓強(qiáng)度和螺栓桿的剪切強(qiáng)度 普通螺栓普通螺栓 被連接件發(fā)生相對滑動被連接件發(fā)生相對滑動 解決預(yù)緊力和摩擦力問題解決預(yù)緊力和摩擦力問題墊片、螺母、螺紋牙強(qiáng)度、螺栓桿、光桿部分失效墊片、螺母、螺紋牙強(qiáng)度

24、、螺栓桿、光桿部分失效5-5n螺栓連接的失效形式螺栓連接的失效形式其他失效形式：其他失效形式：墊片、螺母、螺紋牙強(qiáng)度、螺栓桿、光桿部墊片、螺母、螺紋牙強(qiáng)度、螺栓桿、光桿部分失效分失效螺栓螺栓連接連接的主的主要失要失效形效形式：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 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軸向載荷軸向載荷橫向載荷橫向載荷保證靜力或疲勞保證靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度保證結(jié)合處的擠壓強(qiáng)度保證結(jié)合處的擠壓強(qiáng)度和螺栓桿的剪切強(qiáng)度和螺栓桿的剪切強(qiáng)度鉸制孔鉸制孔用螺栓用螺栓普通螺栓普通螺栓 被連

25、接件發(fā)生相對被連接件發(fā)生相對滑動滑動 解決預(yù)緊力和摩擦力問解決預(yù)緊力和摩擦力問題題5-5松螺栓連接松螺栓連接 螺栓工作之前不需擰緊，不受力。螺栓工作之前不需擰緊，不受力。強(qiáng)度條件為：強(qiáng)度條件為： d1一般為螺栓的小徑一般為螺栓的小徑 注意：螺栓的危險(xiǎn)截面注意：螺栓的危險(xiǎn)截面 2141dFF Fd41設(shè)計(jì)式為：設(shè)計(jì)式為：5-5緊螺栓連接緊螺栓連接n僅受預(yù)緊力的螺栓連接僅受預(yù)緊力的螺栓連接1.預(yù)緊力預(yù)緊力F0（拉伸應(yīng)力）（拉伸應(yīng)力） 2.螺紋摩擦力矩螺紋摩擦力矩T1（扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力）（扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力） 21041dF162)tg(312v01ddFITF0F0T15-5 3. 強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則第四

26、強(qiáng)度理論：螺栓的計(jì)算應(yīng)力為第四強(qiáng)度理論：螺栓的計(jì)算應(yīng)力為 2102243.13.13dFcaM10M64普通鋼制螺普通鋼制螺栓栓=0.5設(shè)計(jì)式為：設(shè)計(jì)式為： 013 . 14Fd5-5n受橫向工作載荷受橫向工作載荷當(dāng)用普通螺栓連接時(shí)當(dāng)用普通螺栓連接時(shí) 預(yù)緊力預(yù)緊力F0（拉伸應(yīng)力）（拉伸應(yīng)力）+ 螺紋螺紋摩擦力矩摩擦力矩T1（扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力）（扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力）強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則（與僅受強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則（與僅受預(yù)緊力的螺栓連接相同）預(yù)緊力的螺栓連接相同）第四強(qiáng)度理論：螺栓的計(jì)第四強(qiáng)度理論：螺栓的計(jì)算應(yīng)力為算應(yīng)力為 ： FF/2F/2F0F0T1 2102243 . 13 . 13dFca5-5另外，因橫向載荷是由預(yù)

27、緊力在被連接件間產(chǎn)另外，因橫向載荷是由預(yù)緊力在被連接件間產(chǎn)生的摩擦力來抵抗的，所以還應(yīng)滿足：生的摩擦力來抵抗的，所以還應(yīng)滿足： 用上式?jīng)Q定的預(yù)緊力往往很大，計(jì)算出的螺栓尺用上式?jīng)Q定的預(yù)緊力往往很大，計(jì)算出的螺栓尺寸相應(yīng)也很大，這時(shí)可采取其他措施承擔(dān)橫向力。寸相應(yīng)也很大，這時(shí)可采取其他措施承擔(dān)橫向力。見下頁見下頁nfFF0FnfF0設(shè)計(jì)式設(shè)計(jì)式 013 . 14Fd5-55-5當(dāng)用鉸制孔用螺栓連接時(shí)當(dāng)用鉸制孔用螺栓連接時(shí)結(jié)合面處受剪切：結(jié)合面處受剪切：m螺栓抗剪截面?zhèn)€數(shù)螺栓抗剪截面?zhèn)€數(shù)螺栓與孔壁接觸面受擠壓：螺栓與孔壁接觸面受擠壓： mdFs241psphdFFF/2F/2F0F0ds抗剪截面5

28、-5n受軸向工作載荷受軸向工作載荷受力分析受力分析bmF0F0F0F05-5bmF0F0F1F1FFF1F1F0F05-5被連接件總壓縮量為：被連接件總壓縮量為：被連接件間擠壓力為：被連接件間擠壓力為： F1（ F1 F0）螺栓總伸長量為：螺栓總伸長量為：螺栓中總拉力為：螺栓中總拉力為： F2(F2 F1)根據(jù)力與變形協(xié)調(diào)關(guān)系，有：根據(jù)力與變形協(xié)調(diào)關(guān)系，有：bmFFF12bbmCFFFCFFCFF010210定義為螺栓的相對剛度其中或：聯(lián)立二式求解得：mbbmbbmbmCCCFCCCFFFFFCCCFF002105-5力與變形關(guān)系線圖力與變形關(guān)系線圖預(yù)緊后：預(yù)緊后：bF0Ob力變形mOm力F0

29、mbObOm力變形mbF0螺栓被連接件合并后mmbbCtgCtg預(yù)緊且有工作載荷后：預(yù)緊且有工作載荷后：5-5FFFFFFF1002那么：令：FCCCFCCFFFbmbmbmtgtgb由力與變形關(guān)系：FCCCFFFFFCCCFFmbbmbm00210或：聯(lián)立二式求解得：FF0ObOm力變形ABCbmbmF2FF15-5強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算這時(shí)即可套用前面預(yù)緊力作用下螺栓強(qiáng)度計(jì)算式，這時(shí)即可套用前面預(yù)緊力作用下螺栓強(qiáng)度計(jì)算式，考慮受載后補(bǔ)充擰緊，總載荷取總拉力考慮受載后補(bǔ)充擰緊，總載荷取總拉力F2的的1.3倍倍 21243.1dFca5-5強(qiáng)度校核計(jì)算強(qiáng)度校核計(jì)算由機(jī)器要求確定工作載荷由機(jī)器要求確定

30、工作載荷F由工作性能要求確定工作狀態(tài)由工作性能要求確定工作狀態(tài)下連接的緊密性要求確定殘余下連接的緊密性要求確定殘余預(yù)緊力預(yù)緊力F1計(jì)算螺栓中的最大拉力計(jì)算螺栓中的最大拉力F2及危險(xiǎn)截面最大應(yīng)力及危險(xiǎn)截面最大應(yīng)力ca ca試選螺栓尺寸，確定試選螺栓尺寸，確定d1細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)NOYES由工作性能要求確定工作狀態(tài)由工作性能要求確定工作狀態(tài)下連接的緊密性要求確定需要下連接的緊密性要求確定需要的殘余預(yù)緊力的殘余預(yù)緊力F1試選螺栓尺寸，確定試選螺栓尺寸，確定d1由機(jī)器要求確定工作載荷由機(jī)器要求確定工作載荷F由螺栓材料性能計(jì)算螺栓由螺栓材料性能計(jì)算螺栓可承受最大拉力可承受最大拉力F2計(jì)算螺栓連接

31、中的殘余預(yù)緊力計(jì)算螺栓連接中的殘余預(yù)緊力F1 11FF 細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)NOYES確定螺栓預(yù)緊情況確定螺栓預(yù)緊情況F05-5強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算由強(qiáng)度計(jì)算公式推導(dǎo)出設(shè)計(jì)計(jì)算式：由強(qiáng)度計(jì)算公式推導(dǎo)出設(shè)計(jì)計(jì)算式： 213.14Fd設(shè)計(jì)式：設(shè)計(jì)式：5-5疲勞強(qiáng)度計(jì)算疲勞強(qiáng)度計(jì)算 （畫圖表示載荷變化范圍）（畫圖表示載荷變化范圍）軸向工作載荷變化范圍：軸向工作載荷變化范圍：0 F螺栓所受的總軸向拉力：螺栓所受的總軸向拉力：F0 F2螺栓中的應(yīng)力變化范圍：螺栓中的應(yīng)力變化范圍：（忽略螺紋間摩擦力矩）（忽略螺紋間摩擦力矩） 應(yīng)力幅：應(yīng)力幅：那么，強(qiáng)度條件為：那么，強(qiáng)度條件為：對重要零件，校核對重要零件，

32、校核疲勞安全系數(shù)：疲勞安全系數(shù)：2104dF2124dF21minmax22dFCCCmbbaambbadFCCC212SKKStccaminmaxmin1225-5 螺栓連接受力分析和強(qiáng)度分析總結(jié)螺栓連接受力分析和強(qiáng)度分析總結(jié)僅受預(yù)緊力作用的螺栓連接僅受預(yù)緊力作用的螺栓連接 同上同上 疲勞強(qiáng)疲勞強(qiáng)度度靜強(qiáng)度靜強(qiáng)度鉸制鉸制孔用孔用螺栓螺栓普通普通螺栓螺栓受軸向受軸向載荷載荷受受橫橫向向載載荷荷工作前受預(yù)緊工作前受預(yù)緊力，工作后受力，工作后受殘余預(yù)緊力及殘余預(yù)緊力及工作載荷共同工作載荷共同作用作用取二式計(jì)算結(jié)果中較取二式計(jì)算結(jié)果中較大的大的ds 選擇螺栓選擇螺栓螺栓受預(yù)緊力，受工螺栓受預(yù)緊力，受

33、工作載荷的剪切和擠壓作載荷的剪切和擠壓作用作用螺栓只受預(yù)緊力，靠螺栓只受預(yù)緊力，靠摩擦力抵抗外載時(shí)，摩擦力抵抗外載時(shí)，應(yīng)控制預(yù)緊力應(yīng)控制預(yù)緊力緊緊螺螺栓栓連連接接承載前螺栓不受力，承載前螺栓不受力，承載后螺栓受拉力承載后螺栓受拉力松螺栓連接松螺栓連接設(shè)計(jì)式設(shè)計(jì)式計(jì)算式計(jì)算式受力特點(diǎn)受力特點(diǎn)連接狀態(tài)連接狀態(tài) 013 . 14Fd 2141dF 013 .14FdFd41 214103.1dFFnfF0 mdFs241psphdFFFFCCCFFmbb102 214123.1dFca 213 .14FdambbadFCCC212SKKSatccaminmin122nfFF0 214103.1dF5

34、-5 螺栓連接受力分析和強(qiáng)度分析總結(jié)螺栓連接受力分析和強(qiáng)度分析總結(jié)在強(qiáng)度計(jì)算公式中所使用的載荷必須是計(jì)入各種影響后螺栓承受的總的載荷：松螺栓連接為工作載荷F；對只承受預(yù)緊力的緊螺栓連接要考慮擰緊力矩的影響：為預(yù)緊力F0的1.3倍；對同時(shí)承受軸向工作載荷的緊螺栓連接，考慮受載后補(bǔ)充擰緊，總載荷取總拉力F2的1.3倍。5-6 螺栓組連接的設(shè)計(jì)螺栓組連接的設(shè)計(jì)螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的受力分析例題例題 螺栓組連接設(shè)計(jì)的大致步驟為：首先確定螺栓數(shù)目及布置形式，再確定螺栓連接的結(jié)構(gòu)尺寸。在確定螺栓尺寸時(shí)，對不重要的連接，可采用類比法確定不再進(jìn)行強(qiáng)度校核；但對

35、于重要的連接，則需進(jìn)行受力分析，找出受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核。 螺栓組連接設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析。5-6螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)解決的問題：螺栓連接結(jié)合面的幾何形狀、螺栓應(yīng)解決的問題：螺栓連接結(jié)合面的幾何形狀、螺栓 的布置形式、螺栓的個(gè)數(shù)的布置形式、螺栓的個(gè)數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大原則：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大原則：n結(jié)合面通常采用軸對稱的簡單幾何形狀結(jié)合面通常采用軸對稱的簡單幾何形狀軸對稱的簡單幾何形狀。軸對稱的簡單幾何形狀。 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 主要目的：合理地確定連接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，力求各螺栓和連接接合面間受力均勻，

36、便于加工和裝配。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題集中在螺栓組連接接合面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和螺栓排列布置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。連接接合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對稱的簡單幾何形狀，如圓形、環(huán)形、矩形、框形、三角形等。這樣不但便于加工制造，而且便于對稱布置螺栓，使螺栓組的對稱中心和連接接合面的形心重合，從而保證連接接合面受力比較均勻。 5-6螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大原則：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大原則：n螺栓布置應(yīng)使各螺栓受力合理螺栓布置應(yīng)使各螺栓受力合理潘存云教授研制FF潘存云教授研制潘存云教授研制合理不合理!不合理!5-6螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大原則：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大原則：n螺栓排

37、列應(yīng)有合理間距和排距，保證扳手空間螺栓排列應(yīng)有合理間距和排距，保證扳手空間dhD60 CCEE60AB5-6螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大原則：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大原則：n避免螺栓受附加彎曲載荷避免螺栓受附加彎曲載荷采用凸臺或沉孔結(jié)構(gòu)采用凸臺或沉孔結(jié)構(gòu)切削加工支承面切削加工支承面支承面不平支承面不平支承面傾斜支承面傾斜采用斜墊圈采用斜墊圈5-6螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大原則：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大原則：n布置在同一圓周上螺栓數(shù)目常為偶數(shù)布置在同一圓周上螺栓數(shù)目常為偶數(shù)n同一組螺栓中螺栓直徑、材料、精度等級盡量同一組螺栓中螺栓直徑、材料、精度等級盡量 相同相同n根據(jù)

38、工作條件合理選擇防松裝置根據(jù)工作條件合理選擇防松裝置5-6螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的受力分析 對螺栓組受力分析的目的和任務(wù)：根據(jù)對螺栓組受力分析的目的和任務(wù)：根據(jù) 螺栓組結(jié)構(gòu)及承載情況求出螺栓組中受力最大螺栓組結(jié)構(gòu)及承載情況求出螺栓組中受力最大 的螺栓所在位置及其所受工作載荷的大小，以的螺栓所在位置及其所受工作載荷的大小，以 便進(jìn)行螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算。便進(jìn)行螺栓連接強(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)： 螺栓組中各螺栓螺栓組中各螺栓 直徑、長度、材料均相同；預(yù)緊力都相等且在直徑、長度、材料均相同；預(yù)緊力都相等且在 結(jié)合面間產(chǎn)生的壓力均勻分布；連接中各零件結(jié)合面間產(chǎn)生的壓力均勻

39、分布；連接中各零件 的應(yīng)力均在彈性極限范圍內(nèi)；受載后結(jié)合面仍的應(yīng)力均在彈性極限范圍內(nèi)；受載后結(jié)合面仍 保持為平面；螺栓組對稱中心與結(jié)合面的形心保持為平面；螺栓組對稱中心與結(jié)合面的形心 重合；連接只受簡單的單一載荷情況。重合；連接只受簡單的單一載荷情況。79受力分析的類型受力分析的類型： 受橫向載荷受橫向載荷 受受 扭扭 矩矩 受軸向載荷受軸向載荷 受傾覆力矩受傾覆力矩一、受橫向載荷一、受橫向載荷F的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接 下圖所示為一由四個(gè)螺栓組成的受橫向載荷的螺栓下圖所示為一由四個(gè)螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接。組聯(lián)接。 橫向載荷的作用線與螺栓軸線垂直，并通過螺栓組橫向載荷的作用線與螺栓軸

40、線垂直，并通過螺栓組的對稱中心。的對稱中心。 當(dāng)采用普通螺栓聯(lián)接時(shí)，靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面件當(dāng)采用普通螺栓聯(lián)接時(shí)，靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面件產(chǎn)生的摩擦力來抵抗橫向載荷；當(dāng)采用鉸制孔用螺栓聯(lián)產(chǎn)生的摩擦力來抵抗橫向載荷；當(dāng)采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接時(shí)靠螺栓桿受剪切和聯(lián)接時(shí)靠螺栓桿受剪切和聯(lián)接的擠壓來抵抗橫向載荷接的擠壓來抵抗橫向載荷 在計(jì)算時(shí)可以近似認(rèn)在計(jì)算時(shí)可以近似認(rèn)為，在橫向載荷為，在橫向載荷F的作用的作用下，各螺栓承擔(dān)的載荷是下，各螺栓承擔(dān)的載荷是均等的。均等的。80FFFFb)a)一一、受橫向載荷受橫向載荷F時(shí)時(shí)1）用受拉螺栓）用受拉螺栓 當(dāng)采用當(dāng)采用普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接時(shí)時(shí)，應(yīng)保證聯(lián)接預(yù)緊后，接

41、合，應(yīng)保證聯(lián)接預(yù)緊后，接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力不應(yīng)小于橫向載荷。面間所產(chǎn)生的最大摩擦力不應(yīng)小于橫向載荷。 若各螺栓所受的預(yù)緊力均為若各螺栓所受的預(yù)緊力均為F0，螺栓數(shù)目為，螺栓數(shù)目為z，則其，則其平衡條件為：平衡條件為： f F0 z i KsF 或或 則則所需預(yù)緊力所需預(yù)緊力為：為： F0 KsF /(f zi)式中：式中：f 為接合面的摩擦系為接合面的摩擦系數(shù)數(shù)(見見教材教材P76頁表頁表5-5）；）； i為接合面數(shù)；為接合面數(shù)； Ks為防滑系數(shù)（常取為防滑系數(shù)（常取 取取1.11.3） 81FFFFb)a)一一、受橫向載荷受橫向載荷F時(shí)時(shí) 2）用受剪螺栓）用受剪螺栓 當(dāng)采用當(dāng)采用鉸制孔

42、用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接時(shí)，由于橫向載荷通過時(shí)，由于橫向載荷通過螺栓組形心，在前述假設(shè)下，各螺栓承受的橫向力螺栓組形心，在前述假設(shè)下，各螺栓承受的橫向力Fs相等。相等。 則：則：注：注：a) 不通過螺栓組形心時(shí)，不通過螺栓組形心時(shí)，向形心平移后再計(jì)算。向形心平移后再計(jì)算。b) 沿沿F方向上的受剪螺栓個(gè)方向上的受剪螺栓個(gè)數(shù)不宜過多。數(shù)不宜過多。鉸制孔用螺栓連接的擠壓強(qiáng)度條件：鉸制孔用螺栓連接的擠壓強(qiáng)度條件：螺栓桿剪切強(qiáng)度條件：螺栓桿剪切強(qiáng)度條件：82FFFFb)a)FFFFb)a)sFFzp0min/dhFz 204Fdz二、受轉(zhuǎn)矩T的螺栓組聯(lián)接 如下圖所示，轉(zhuǎn)矩T作用在被聯(lián)接件的聯(lián)接結(jié)合面內(nèi)

43、，在轉(zhuǎn)矩T的作用下，底板將繞通過螺栓組對稱中心O且與結(jié)合面相垂直的軸線轉(zhuǎn)動。 為防止底板轉(zhuǎn)動，可采用普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接，也可采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接。83二、受轉(zhuǎn)矩T的螺栓組聯(lián)接 當(dāng)采用普通螺栓聯(lián)接時(shí)，假設(shè)各螺栓的預(yù)緊力均為F0，則各螺栓聯(lián)接處產(chǎn)生的fF0相等且集中作用在螺栓中心處。 為阻止接合面發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，各fF0應(yīng)與相應(yīng)螺栓的軸線到螺栓組對稱中心O的連線（即力臂ri）相垂直。由底板上力矩平衡條件得：各螺栓所需預(yù)緊力為：840121sszziiK TK TFf rrrfr0 1201zzisifF rfFrfFrfFrK T式中：f為摩擦系數(shù)；Ks為防滑系數(shù)（常取1.11

44、.3）；z為螺栓數(shù)目； ri為第i個(gè)螺栓軸線刀螺栓組對稱中心O的距離。二、受轉(zhuǎn)矩T的螺栓組聯(lián)接 當(dāng)采用鉸制孔螺栓連接時(shí)，底板轉(zhuǎn)矩T作用下，有繞轉(zhuǎn)動中心O轉(zhuǎn)動的趨勢，而各個(gè)螺栓聯(lián)接處將受到橫向工作剪力Fsi。 取出底板作為研究對象，假設(shè)：第i個(gè)螺栓在聯(lián)接處所受到的橫向工作剪力Fsi集中作用于第i個(gè)螺栓孔中心，并與底板轉(zhuǎn)動中心O之連線相垂直。由底板平衡條件得：顯然，每個(gè)螺栓所受到的Fsi與其位置，即ri有關(guān)。根據(jù)85zs1 1s2 2szsi ii=1zF rF rF rF rT二、受轉(zhuǎn)矩T的螺栓組聯(lián)接前面的假設(shè)，底板在轉(zhuǎn)矩T作用下有繞轉(zhuǎn)動中心O轉(zhuǎn)動的趨勢。由于底板的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于螺栓桿的剪切剛度，

45、因此可以將底板認(rèn)為是剛性體。故，各個(gè)螺栓的剪切變形量i將與螺栓中心置底板轉(zhuǎn)動中心O之距離ri成正比，即：i ri。又由于每個(gè)螺栓的剪切剛度Fsi/i（GA）相同，故：Fsi i GAri ，即： Fsi Cri 。將上式代入到平衡方程86zsi ii=1F rT中得：21ziiCrT21ziiCTr或：21isiiziiTrFCrr二、受轉(zhuǎn)矩T的螺栓組聯(lián)接 因此，距底板轉(zhuǎn)動中心O越遠(yuǎn)的螺栓所受到的橫向工作剪力也就越大，即：求得的最大橫向工作剪力，按鉸制孔螺栓聯(lián)接的剪切強(qiáng)度條件和擠壓強(qiáng)度條件，可以求得鉸制孔螺栓的直徑。8721isiiziiTrFCrrmaxmax21sziiTrFr三、受軸向載

46、荷三、受軸向載荷F的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接 下圖所示為一受F的氣缸蓋螺栓組聯(lián)接。 F的作用線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對稱中心。 計(jì)算時(shí)，認(rèn)為螺栓平均受載，則每個(gè)螺栓聯(lián)接處所受的軸向工作載荷為：應(yīng)該指出的是，各螺栓除承受軸向工作載荷F外，還受有預(yù)緊力F0的作用。因此,各螺栓在工作時(shí)所受的總拉力F2并不等于F與F0之和，而是應(yīng)按：計(jì)算總拉力F2。8820bbmCFFFCCFFz四、受傾覆力矩四、受傾覆力矩M的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接 下圖為一受傾覆力矩M的底板螺栓組聯(lián)接的示例。傾覆力矩M作用在通過x-x軸并垂直于聯(lián)接結(jié)合面的對稱平面內(nèi)。89四、受傾覆力矩四、受傾覆力矩M的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接

47、 底板承受傾覆力矩作用前，由于螺栓已擰緊，螺栓承受預(yù)緊力F0，有均勻的伸長，地基在各螺栓的F0作用下，有均勻的壓縮；當(dāng)?shù)装迨艿絻A覆力矩作用后，它繞90四、受傾覆力矩四、受傾覆力矩M的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接軸線O-O傾轉(zhuǎn)一個(gè)角度，假定底板仍保持平面。此時(shí)，在軸線O-O左側(cè)，地基壓縮變形量被放松，螺栓被進(jìn)一步拉伸；在右側(cè)，則螺栓拉力被放松，地基壓縮變形量被進(jìn)一步增大。被進(jìn)一步增大。91四、受傾覆力矩四、受傾覆力矩M的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接 上述過程，可用單個(gè)螺栓一地基的受力變形圖來表示。為簡便起見，地基與底板的互相作用力以作用在各螺栓中心的集中力代表。如圖所示，斜線ObA表示螺栓的受力變形線，斜線

48、OmA表示地基的受力變形線。在傾覆力矩M作用以前，螺栓和地基的工作點(diǎn)都處于A點(diǎn)。底板上受到的合力為零。當(dāng)?shù)装迳鲜艿酵饧拥膬A覆力矩M后，在傾轉(zhuǎn)軸線O-O左側(cè)，螺栓與地基的工作點(diǎn)分別移至B1與C1點(diǎn)。兩者作用到底板上的合92四、受傾覆力矩四、受傾覆力矩M的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接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)分別移至B2與C2點(diǎn)，兩者作用到底板上的合力等于載荷Fm，其大小等于工作載荷F，但方向向上(注意右側(cè)螺栓的工作載荷為零)。作用在O-O兩側(cè)底板上的兩個(gè)93四、受傾覆力矩四、受傾覆力矩M的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接總合力，對O-O形成一個(gè)力矩。這個(gè)力矩應(yīng)與外加

49、的傾覆力矩M平衡，即：因結(jié)合面仍為平面，所以：94ziii=1MFLiiFCLz2ii=1CMLz2iiii=1FMLL四、受傾覆力矩四、受傾覆力矩M的螺栓組聯(lián)接的螺栓組聯(lián)接于是螺栓所受的最大工作載荷為：式中：z總的螺栓個(gè)數(shù)； Li各螺栓軸線到底 板軸線O-O的距離； LmaxLi中最大的值 根據(jù)該最大軸向工作載荷即可進(jìn)行單個(gè)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算。由 Fmax 求出螺栓的總拉力 F2：95z2iiii=1FMLLz2maxmaxii=1FMLL20maxbbmCFFFCC5-6由下式設(shè)計(jì)或校核： 為了防止接合面受壓最大處被壓潰，應(yīng)校核受載后地基接合面壓應(yīng)力的最大值不超過允許值，以及受壓最小處出現(xiàn)間隙

50、，即最小值不小于零：式中： 地基接合面在受載前由于預(yù)緊力而產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力； 傾覆M在地基接合面上產(chǎn)生的附加擠 壓應(yīng)力的最大值。PPPPmaxmaxminmax0PPPWMCCCmbmPmax地基的相對剛度mbmCCC 2211.34caFd0=PzFAp為地基接合面的許用擠壓應(yīng)力，可由P79頁表5-6查出。5-6總結(jié)：總結(jié)：螺栓組的設(shè)計(jì)包括兩部分內(nèi)容：螺栓組的設(shè)計(jì)包括兩部分內(nèi)容：a) . 正確進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，正確進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過受力分析找出受力最大的螺栓；通過受力分析找出受力最大的螺栓；b). 按照單個(gè)螺栓連按照單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算公式來設(shè)計(jì)這個(gè)受力最大的螺栓的尺寸，接的強(qiáng)度計(jì)算公式來設(shè)計(jì)這

51、個(gè)受力最大的螺栓的尺寸，其余螺栓則按同樣尺寸選用。其余螺栓則按同樣尺寸選用。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)正確解決的幾個(gè)問題：設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)正確解決的幾個(gè)問題：a). 螺栓組的布置，一螺栓組的布置，一般可參考現(xiàn)有設(shè)備由經(jīng)驗(yàn)確定；也可先將總載荷分解，般可參考現(xiàn)有設(shè)備由經(jīng)驗(yàn)確定；也可先將總載荷分解，再按各種載荷進(jìn)行分配計(jì)算，在疊加，得到總載荷在各再按各種載荷進(jìn)行分配計(jì)算，在疊加，得到總載荷在各螺栓中的分配情況；螺栓中的分配情況；b). 確定螺栓的擰緊力矩；必要時(shí)確定螺栓的擰緊力矩；必要時(shí)將這一結(jié)果標(biāo)注到相應(yīng)的圖紙上；將這一結(jié)果標(biāo)注到相應(yīng)的圖紙上；c). 確定螺栓直徑確定螺栓直徑 ，據(jù)此確定螺栓其他部分尺寸，并進(jìn)行精確校核，疲

52、勞強(qiáng)據(jù)此確定螺栓其他部分尺寸，并進(jìn)行精確校核，疲勞強(qiáng)度校核時(shí)應(yīng)特別注意受力變形線圖；度校核時(shí)應(yīng)特別注意受力變形線圖；d). 注意采取適當(dāng)注意采取適當(dāng)措施提高螺栓連接強(qiáng)度。措施提高螺栓連接強(qiáng)度。鉸制鉸制螺栓螺栓普通普通螺栓螺栓直接以直接以Fmax代入剪切和擠壓代入剪切和擠壓強(qiáng)度計(jì)算；而預(yù)緊力僅起保強(qiáng)度計(jì)算；而預(yù)緊力僅起保證連接緊固作用證連接緊固作用各螺栓受相等預(yù)緊力各螺栓受相等預(yù)緊力及不相等橫向工作載及不相等橫向工作載荷，受力最大的螺栓荷，受力最大的螺栓距形心最遠(yuǎn)距形心最遠(yuǎn)以以F代入強(qiáng)度計(jì)算代入強(qiáng)度計(jì)算緊連接緊連接鉸制鉸制螺栓螺栓對受力最大螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)對受力最大螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算而且應(yīng)滿足下式：

53、算而且應(yīng)滿足下式：各螺栓所受軸向工作各螺栓所受軸向工作載荷不相等，其中受載荷不相等，其中受載荷最大的螺栓距螺載荷最大的螺栓距螺栓組對稱軸線最遠(yuǎn)栓組對稱軸線最遠(yuǎn)傾覆力傾覆力矩矩M各螺栓僅受相等的預(yù)各螺栓僅受相等的預(yù)緊力緊力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩T松連接松連接各螺栓所受軸向工作各螺栓所受軸向工作載荷相等載荷相等軸向載軸向載荷荷F普通螺栓普通螺栓各螺栓所受橫向工作各螺栓所受橫向工作載荷相等載荷相等橫向載橫向載荷荷F備注備注受力最大螺受力最大螺栓的受力栓的受力組中各螺栓受力狀況組中各螺栓受力狀況螺栓組螺栓組受力受力zFFFKizFfS0FzhdsPmin Fzds24zFFFCCCFFmbb02ziiSrfTKF1

54、0ziirTrF1maxmaxPPPPmaxmax 00maxminPPPziiLMLF12maxmax99 實(shí)際使用中的螺栓組所受工作載荷可以是上述實(shí)際使用中的螺栓組所受工作載荷可以是上述四種受力狀態(tài)的不同組合。分析時(shí)可先將復(fù)雜受力四種受力狀態(tài)的不同組合。分析時(shí)可先將復(fù)雜受力狀態(tài)分解為上述四種簡單受力狀態(tài)，再將其各自結(jié)狀態(tài)分解為上述四種簡單受力狀態(tài)，再將其各自結(jié)果向量疊加，便得到每個(gè)螺栓的總的工作載荷。果向量疊加，便得到每個(gè)螺栓的總的工作載荷。 一般說，對普通螺栓可按軸向載荷或（和）傾一般說，對普通螺栓可按軸向載荷或（和）傾覆力矩確定工作拉力；按橫向載荷或（和）轉(zhuǎn)矩確覆力矩確定工作拉力；按橫

55、向載荷或（和）轉(zhuǎn)矩確定連接所需的最小預(yù)緊力，然后求出螺栓的總拉力。定連接所需的最小預(yù)緊力，然后求出螺栓的總拉力。對于鉸制孔用螺栓則按橫向載荷或（和）轉(zhuǎn)矩確定對于鉸制孔用螺栓則按橫向載荷或（和）轉(zhuǎn)矩確定螺栓的工作剪力，求得受力最大的螺栓及其受的剪螺栓的工作剪力，求得受力最大的螺栓及其受的剪力后，再進(jìn)行單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。力后，再進(jìn)行單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。100 對于復(fù)雜的受力狀態(tài)，可以化簡為上述四種簡單受力狀態(tài)，再按力的疊加原理求出螺栓受力。求出受力最大螺栓的力值后，即可進(jìn)行單個(gè)螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算。 受復(fù)合載荷的螺栓 組連接 橫向荷載+軸向載荷+翻轉(zhuǎn)力矩101受復(fù)合載荷的螺栓組連接 橫向載荷

56、+ 旋轉(zhuǎn)力矩 1021031041055-7 螺紋連接件的材螺紋連接件的材料和許用應(yīng)力料和許用應(yīng)力螺紋連接件的材料螺紋連接件的材料標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件的標(biāo)記標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件的標(biāo)記螺紋連接件的許用應(yīng)力螺紋連接件的許用應(yīng)力5-7螺紋連接件的材料螺紋連接件的材料n常用材料：常用材料：Q235, 10, 35 , 45 號鋼號鋼n變載、振動、沖擊的連接，可用合金鋼：變載、振動、沖擊的連接，可用合金鋼：40Cr, 30CrMnSi, 15MnVB等等n特殊用途：特種鋼、銅合金、鋁合金等特殊用途：特種鋼、銅合金、鋁合金等n螺母：應(yīng)比相配合螺栓硬度低螺母：應(yīng)比相配合螺栓硬度低2040HB。n螺母：性能等級應(yīng)不低于相

57、配合螺栓的性能等級螺母：性能等級應(yīng)不低于相配合螺栓的性能等級n墊圈：普通墊圈用墊圈：普通墊圈用Q235、35號鋼，彈簧墊圈用號鋼，彈簧墊圈用65Mn且經(jīng)熱處理及表面處理且經(jīng)熱處理及表面處理5-7標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件的標(biāo)記標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件的標(biāo)記 螺栓、螺釘、螺柱性能等級分十級，其標(biāo)螺栓、螺釘、螺柱性能等級分十級，其標(biāo)記由兩部分?jǐn)?shù)字組成，之間用記由兩部分?jǐn)?shù)字組成，之間用“ ”分隔開。第分隔開。第一部分?jǐn)?shù)字（一部分?jǐn)?shù)字（“ ”前）前） ：表示：表示B的的1/100,即：即：b/100；第二部分?jǐn)?shù)字（；第二部分?jǐn)?shù)字（“ ”后）：表示后）：表示s或或0.2與與B比值的比值的10倍，即倍，即10 s/ B ，單位

58、：，單位：MPa。 如：標(biāo)記為如：標(biāo)記為6.8的大徑為的大徑為20的螺栓的螺栓 B =600MPa，s =8 B /10=480MPa 標(biāo)記為：標(biāo)記為：M206.8 螺母的性能等級分螺母的性能等級分7級，由級，由412表示，表表示，表示螺母所能承受最小應(yīng)力的示螺母所能承受最小應(yīng)力的1/100（min/100）5-7n許用拉應(yīng)力：許用拉應(yīng)力：n許用切應(yīng)力：許用切應(yīng)力：n許用擠壓應(yīng)力：許用擠壓應(yīng)力： sS sS螺紋連接件的許用應(yīng)力螺紋連接件的許用應(yīng)力 許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)、裝配情況、螺紋連接件許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)、裝配情況、螺紋連接件材料、結(jié)構(gòu)尺寸等因素有關(guān)。材料、結(jié)構(gòu)尺寸等因素有關(guān)。minppS 式

59、中，式中，s為螺紋連接件的屈服極限，根據(jù)其性能等級確定；為螺紋連接件的屈服極限，根據(jù)其性能等級確定；lim為連接件與被連接件中較弱的極限應(yīng)力，若均為鋼為連接件與被連接件中較弱的極限應(yīng)力，若均為鋼材，則取材料的屈服極限材，則取材料的屈服極限s；若被連接件是鑄件，則取其鑄；若被連接件是鑄件，則取其鑄件的強(qiáng)度極限件的強(qiáng)度極限B。S、S、Sp為安全系數(shù)，參見下表。為安全系數(shù)，參見下表。 1105-8 提高螺紋連接強(qiáng)度提高螺紋連接強(qiáng)度的措施的措施降低應(yīng)力幅，提高螺栓疲勞強(qiáng)度降低應(yīng)力幅，提高螺栓疲勞強(qiáng)度改善螺紋牙上載荷分布不均勻現(xiàn)象改善螺紋牙上載荷分布不均勻現(xiàn)象減小應(yīng)力集中減小應(yīng)力集中采用合理的制造工藝方

60、法采用合理的制造工藝方法5-8降低應(yīng)力幅，提高螺栓疲勞強(qiáng)度降低應(yīng)力幅，提高螺栓疲勞強(qiáng)度由式由式 可知：可知：減小螺栓剛度減小螺栓剛度Cb或增大被連接件的剛度或增大被連接件的剛度Cm都都可以減小應(yīng)力幅，提高螺栓的疲勞性能。可以減小應(yīng)力幅，提高螺栓的疲勞性能。但是，但是， F1減小，連接的減小，連接的緊密性受到了影響。緊密性受到了影響?？稍诓挥绊戩o強(qiáng)度的可在不影響靜強(qiáng)度的條件下增大預(yù)緊力，以保持連接緊密性。條件下增大預(yù)緊力，以保持連接緊密性。下面從力和變形線圖方面分析：下面從力和變形線圖方面分析：21minmax22dFCCCmbbaFCCCFFmbm015-8F1F2F1F2FF b bCbCb