機(jī)械設(shè)計(jì) 第05章螺栓

1、 機(jī)械連接可分為機(jī)械動(dòng)連接(運(yùn)動(dòng)副如齒輪、凸輪機(jī)構(gòu)等等)和機(jī)械靜連接。本篇主要研究的是機(jī)械靜連接。第二篇第二篇 連連 接接第五章第五章 螺紋連接與螺紋傳動(dòng)螺紋連接與螺紋傳動(dòng)重點(diǎn)：螺紋連接中螺栓組的受力分重點(diǎn)：螺紋連接中螺栓組的受力分析、強(qiáng)度計(jì)算析、強(qiáng)度計(jì)算難點(diǎn)：螺栓組的受力分析難點(diǎn)：螺栓組的受力分析返回目錄前一頁后一頁退 出第一節(jié)第一節(jié) 螺螺 紋紋一、螺紋的類型和應(yīng)用一、螺紋的類型和應(yīng)用 1、工程應(yīng)用、工程應(yīng)用返回目錄前一頁后一頁退 出2、按螺紋牙型分類：、按螺紋牙型分類：返回目錄前一頁后一頁退 出粗牙螺紋：常用螺紋粗牙螺紋：常用螺紋細(xì)牙螺紋：螺距小，升角小，細(xì)牙螺紋：螺距小，升角小， 自鎖性

2、好，強(qiáng)度高，自鎖性好，強(qiáng)度高， 但易滑扣。但易滑扣。螺紋螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接螺紋傳動(dòng)螺紋傳動(dòng)螺紋普通螺紋：牙型：三角形。普通螺紋：牙型：三角形。 牙型角：牙型角：=60米制螺紋：牙型角米制螺紋：牙型角=60，螺紋分布在錐角為，螺紋分布在錐角為1：16圓錐壁上圓錐壁上管螺紋：牙型：三角形；牙角管螺紋：牙型：三角形；牙角=55。矩形螺紋：牙型：正方形；牙型角：矩形螺紋：牙型：正方形；牙型角：= 0 傳動(dòng)效率高，但牙根強(qiáng)度弱。傳動(dòng)效率高，但牙根強(qiáng)度弱。梯形螺紋：牙型：等腰梯形；牙型角：梯形螺紋：牙型：等腰梯形；牙型角： = 0 效率低于矩形螺紋，但牙根強(qiáng)度高，效率低于矩形螺紋，但牙根強(qiáng)度高， 對(duì)中性好，

3、較常用。對(duì)中性好，較常用。鋸齒形螺紋：牙型：鋸齒形；工作面牙側(cè)角為鋸齒形螺紋：牙型：鋸齒形；工作面牙側(cè)角為3 ；非；非工作面牙側(cè)角為工作面牙側(cè)角為30 ；兼有螺紋傳動(dòng)效率；兼有螺紋傳動(dòng)效率高、梯形螺紋牙根強(qiáng)度高特點(diǎn)。高、梯形螺紋牙根強(qiáng)度高特點(diǎn)。 只用于單向螺旋傳動(dòng)。只用于單向螺旋傳動(dòng)。聯(lián)接用螺紋的當(dāng)量摩擦角較大，有利于實(shí)現(xiàn)可靠聯(lián)接；傳動(dòng)用螺紋的當(dāng)量摩擦角較小，有利于提高傳動(dòng)的效率。二、螺紋主要參數(shù)二、螺紋主要參數(shù) 螺紋可分左旋和右旋。螺紋可分左旋和右旋。1、大徑、大徑d：公稱直徑。公稱直徑。 2、小徑、小徑d1：最小直徑，強(qiáng)度算用。最小直徑，強(qiáng)度算用。 返回目錄前一頁后一頁退 出)(21212

4、ddd動(dòng)力、運(yùn)動(dòng)、幾何分析中用動(dòng)力、運(yùn)動(dòng)、幾何分析中用。3、中徑、中徑d2：4 4、線數(shù)、線數(shù)n n：螺紋的螺旋線數(shù)目。：螺紋的螺旋線數(shù)目。n4n4。 n效率效率自鎖性自鎖性，n自鎖性越好。自鎖性越好。 因此，常用聯(lián)接的螺紋要求自鎖性，一般為單線。因此，常用聯(lián)接的螺紋要求自鎖性，一般為單線。 5 5、螺距、螺距P P：相鄰兩螺紋牙型上對(duì)應(yīng)點(diǎn)間距離。：相鄰兩螺紋牙型上對(duì)應(yīng)點(diǎn)間距離。 6 6、導(dǎo)程、導(dǎo)程S S：螺旋線上任一點(diǎn)沿同一條螺旋線旋轉(zhuǎn)一周，該：螺旋線上任一點(diǎn)沿同一條螺旋線旋轉(zhuǎn)一周，該軸線上升的距離軸線上升的距離。 S= nPS= nP7 7、升角、升角 ：螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面

5、間的夾角。22dnPdstg可見，可見，SS效率效率自鎖性自鎖性。 8 8、牙形角、牙形角：螺紋牙兩側(cè)邊的夾角，對(duì)稱牙形，：螺紋牙兩側(cè)邊的夾角，對(duì)稱牙形，=2=2， ：牙型側(cè)角。：牙型側(cè)角。返回目錄前一頁后一頁退 出9、工作高度、工作高度h：內(nèi)外螺紋旋合的接觸面的高度。：內(nèi)外螺紋旋合的接觸面的高度。10、效率、效率：)(Vtgtg1111、自鎖條件：、自鎖條件： 返回目錄前一頁后一頁退 出第二節(jié)第二節(jié) 螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件一、一、螺紋連接件的類型螺紋連接件的類型螺紋連接件的類型螺紋連接件的類型螺栓連接螺栓連接普通螺栓連接普通螺栓連接鉸制孔用螺栓連接鉸制孔用螺栓連

6、接雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接螺釘連接螺釘連接緊定螺釘連接緊定螺釘連接地腳螺栓地腳螺栓二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件返回目錄前一頁后一頁退 出常用標(biāo)準(zhǔn)件常用標(biāo)準(zhǔn)件第三節(jié)第三節(jié) 螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊一、預(yù)緊力一、預(yù)緊力預(yù)緊力預(yù)緊力F F0 0: : 絕大多數(shù)螺紋連接在裝配時(shí)都必須擰緊，使連接在承絕大多數(shù)螺紋連接在裝配時(shí)都必須擰緊，使連接在承受受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用。這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用。這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。緊力。 預(yù)緊目的預(yù)緊目的： 在于增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接在于增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙

7、或發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。 預(yù)緊力確定的原則：預(yù)緊力確定的原則： 為保證連接的需要，且又要防止螺紋超載而破壞，一般為保證連接的需要，且又要防止螺紋超載而破壞，一般要控制預(yù)緊力要控制預(yù)緊力F0；螺栓擰緊后，預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的；螺栓擰緊后，預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服限屈服限s的的80%。返回目錄前一頁后一頁退 出預(yù)緊力的限制預(yù)緊力的限制控制預(yù)緊力的方法控制預(yù)緊力的方法： 利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。通?？刹捎脺y(cè)力矩扳手或定力矩扳手，對(duì)于重要的螺栓連接，也可以采用測(cè)定螺栓伸長的方法來控制預(yù)緊力。返回目錄前一頁后一頁退 出 注意：對(duì)于重要的連接，應(yīng)盡可能不采用直

8、徑過小(M12)的螺栓。 預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系：dFT02 . 0詳細(xì)推導(dǎo)一般：扳手的長度：L=15d 擰 緊 力：F=200N 擰 緊力 矩：T=FL 螺栓承受的預(yù)緊力：F0=15000N第四節(jié)第四節(jié) 螺紋連接的防松螺紋連接的防松防松的根本問題防松的根本問題：在于防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)在于防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松方法：防松方法：摩擦防松摩擦防松機(jī)械防松機(jī)械防松其它防松其它防松返回目錄前一頁后一頁退 出第五節(jié)第五節(jié) 螺栓組連接的設(shè)計(jì)螺栓組連接的設(shè)計(jì) 大多數(shù)機(jī)器的螺紋連接件都是成組使用的，其中以螺栓大多數(shù)機(jī)器的螺紋連接件都是成組使用的，其中以螺栓組連接最具有典型性，故以螺栓組連接為例，討論螺紋

9、連接組連接最具有典型性，故以螺栓組連接為例，討論螺紋連接的設(shè)計(jì)和計(jì)算問題，其結(jié)論對(duì)雙頭螺柱組、螺釘組連接也同的設(shè)計(jì)和計(jì)算問題，其結(jié)論對(duì)雙頭螺柱組、螺釘組連接也同樣適用。樣適用。 螺栓設(shè)計(jì)步驟：螺栓設(shè)計(jì)步驟： 1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：螺栓數(shù)目、布置方式。、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：螺栓數(shù)目、布置方式。 2、受力分析：找出受力最大的螺栓。、受力分析：找出受力最大的螺栓。 3、強(qiáng)度計(jì)算：確定螺栓的直徑。、強(qiáng)度計(jì)算：確定螺栓的直徑。 返回目錄前一頁后一頁退 出一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目的目的：確定螺栓數(shù)目及布置形式確定螺栓數(shù)目及布置形式。 要求要求：設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮以下六個(gè)方面問題設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮以下六個(gè)

10、方面問題 1 1、連接接合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡單幾、連接接合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡單幾何形狀，何形狀，如圓形、環(huán)形、矩形、三角形等。便于對(duì)稱布置螺栓，如圓形、環(huán)形、矩形、三角形等。便于對(duì)稱布置螺栓，使螺栓組的對(duì)稱中心和連接接合面的形心重合，從而保證連接使螺栓組的對(duì)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。接合面受力比較均勻。 2 2、螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受、螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。力合理。 （1 1）對(duì)于鉸制孔用螺栓連接，不）對(duì)于鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地要在平行于工作載荷的方向上成排地布置八個(gè)以上的螺栓，以免載

11、荷分布布置八個(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過于不均。過于不均。 返回目錄前一頁后一頁退 出（2）當(dāng)螺栓連接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠）當(dāng)螺栓連接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近連接接合面的邊緣，以減小螺栓的受力。近連接接合面的邊緣，以減小螺栓的受力。（3）當(dāng)采用普通螺栓連接時(shí)，如果螺栓同時(shí)承受軸向載荷和）當(dāng)采用普通螺栓連接時(shí)，如果螺栓同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，應(yīng)采用銷、套筒、鍵等抗剪零件來承受橫較大的橫向載荷時(shí)，應(yīng)采用銷、套筒、鍵等抗剪零件來承受橫向載荷向載荷 ，以減小螺栓的預(yù)緊力及其結(jié)構(gòu)尺寸。，以減小螺栓的預(yù)緊力及其結(jié)構(gòu)尺寸。返回目錄前一頁后一頁退 出3、螺栓的排列

12、應(yīng)有合理的間距、邊距、螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。 各螺栓軸線間以及螺栓軸線和機(jī)體壁間的最小距離，應(yīng)根各螺栓軸線間以及螺栓軸線和機(jī)體壁間的最小距離，應(yīng)根據(jù)扳手所需活動(dòng)空間的大小來決定。據(jù)扳手所需活動(dòng)空間的大小來決定。 4、分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)取成偶數(shù)，便于在圓周、分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)取成偶數(shù)，便于在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫線。上鉆孔時(shí)的分度和畫線。 5、為了便于裝配，同一螺栓組中所有螺栓的材料、直徑和長、為了便于裝配，同一螺栓組中所有螺栓的材料、直徑和長度均應(yīng)相同。度均應(yīng)相同。 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。 返回目錄前一頁后一頁退 出返回目

13、錄前一頁后一頁退 出二、螺栓組連接的受力分析二、螺栓組連接的受力分析 螺栓組受力分析的目的：螺栓組受力分析的目的：確定螺栓組中受力最大的螺栓及確定螺栓組中受力最大的螺栓及其所承受的工作載荷的大小其所承受的工作載荷的大小 。 1 1、受橫向載荷的螺栓組連接、受橫向載荷的螺栓組連接 （1 1）采用普通螺栓連接）采用普通螺栓連接 izfFKFKizfFff F 00返回目錄前一頁后一頁退 出保證被連接件接合面不產(chǎn)生滑移保證被連接件接合面不產(chǎn)生滑移 （2 2）采用鉸制孔用螺栓連接）采用鉸制孔用螺栓連接 若每個(gè)螺栓承受的工作載荷均為若每個(gè)螺栓承受的工作載荷均為F F，則根據(jù)平衡條件得則根據(jù)平衡條件得 z

14、FF 2、受扭轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接、受扭轉(zhuǎn)力矩的螺栓組連接 （1）采用普通螺栓連接（假設(shè)各螺栓的預(yù)）采用普通螺栓連接（假設(shè)各螺栓的預(yù)緊程度相同緊程度相同,則各螺栓連接處產(chǎn)生的摩擦力均相則各螺栓連接處產(chǎn)生的摩擦力均相等，并假設(shè)此摩擦力集中作用在螺栓的中心處）等，并假設(shè)此摩擦力集中作用在螺栓的中心處） ziissziirfTKFTKrfF1010TKfrFfrFfrFSz02010返回目錄前一頁后一頁退 出根據(jù)底板上力矩平衡條件：根據(jù)底板上力矩平衡條件： （2）采用鉸制孔用螺栓連接）采用鉸制孔用螺栓連接 設(shè)底板為剛體，受載后結(jié)合面仍為平面，則各螺栓的剪切設(shè)底板為剛體，受載后結(jié)合面仍為平面，則各螺栓的

15、剪切變形量與該螺栓軸線到螺栓組中心變形量與該螺栓軸線到螺栓組中心O的距離成正比，所以距離的距離成正比，所以距離中心越遠(yuǎn)，其螺栓剪切變形越大，受力也越大。因此：中心越遠(yuǎn)，其螺栓剪切變形越大，受力也越大。因此： maxmaxmaxmax/ /rrFFrFrFiiiiziirTrF12maxmax/返回目錄前一頁后一頁退 出 如圖所示為氣缸蓋螺栓組連接，如圖所示為氣缸蓋螺栓組連接，每個(gè)螺栓所受的軸向工作載荷每個(gè)螺栓所受的軸向工作載荷F： F= F/z思考：思考：各螺栓在工作時(shí)所受的總各螺栓在工作時(shí)所受的總拉力，是不是等于拉力，是不是等于F與與F0之和？之和？返回目錄前一頁后一頁退 出 3受軸向載荷的

16、螺栓組連接受軸向載荷的螺栓組連接4受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接 假定底板為剛體，在假定底板為剛體，在M作用下接合面仍保持平面；地基和螺栓為彈作用下接合面仍保持平面；地基和螺栓為彈性體；底板受翻轉(zhuǎn)力矩性體；底板受翻轉(zhuǎn)力矩M作用后，將繞對(duì)稱軸作用后，將繞對(duì)稱軸OO翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)。 根據(jù)力矩平衡條件根據(jù)力矩平衡條件 得：得：MLFziii1返回目錄前一頁后一頁退 出 根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件： iiLFLF/maxmax 可以得到可以得到： ziiLMLF12maxmax返回目錄前一頁后一頁退 出 為了防止接合面受壓最大處為了防止接合面受壓最大處(如圖底板右如圖底板右邊緣邊緣)被

17、壓碎或受壓最小處被壓碎或受壓最小處(如圖底板左邊緣如圖底板左邊緣)出現(xiàn)間隙，應(yīng)使受載后地基接合面擠壓應(yīng)力出現(xiàn)間隙，應(yīng)使受載后地基接合面擠壓應(yīng)力的最大值不超過底板與地基兩者中最弱材料的最大值不超過底板與地基兩者中最弱材料的許用值，最小值不小于零。也就是的許用值，最小值不小于零。也就是： pppp maxmax：右側(cè)防止壓潰0maxmin ppp ：左側(cè)防止離縫AzFp/0式中：式中：WMCCCMWmbm)(1max （接合面產(chǎn)生的附加的最大擠壓應(yīng)力，其中（接合面產(chǎn)生的附加的最大擠壓應(yīng)力，其中W-抗彎截面系數(shù)）抗彎截面系數(shù)）返回目錄前一頁后一頁退 出 故故： 00min0maxWMAzFWMAzF

18、ppp返回目錄前一頁后一頁退 出 實(shí)際中，螺栓組所受的外載荷常常是復(fù)合狀態(tài)，但都可實(shí)際中，螺栓組所受的外載荷常常是復(fù)合狀態(tài)，但都可以簡化成上述四種簡單受力狀態(tài)，再按力的疊加原理求出螺以簡化成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。求得受力最大的螺栓所受的載荷后，即可進(jìn)行單個(gè)栓受力。求得受力最大的螺栓所受的載荷后，即可進(jìn)行單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。三、螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算三、螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算 返回目錄前一頁后一頁退 出螺栓的失效形式：螺栓的失效形式： 1、受拉螺栓、受拉螺栓 失效形式：失效形式：螺栓桿螺紋部分發(fā)生斷裂。螺栓桿螺紋部分發(fā)生斷裂。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保

19、證螺栓的靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度。保證螺栓的靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度。 420 dF ppLdF min0 SdFAFs211 41 2、受剪螺栓、受剪螺栓失效形式：失效形式：螺栓桿和孔壁的貼合面上出壓潰或螺栓桿被剪斷。螺栓桿和孔壁的貼合面上出壓潰或螺栓桿被剪斷。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證螺栓的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。保證螺栓的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。65%20%15% SdFAFs211 41 Fd4 1 或或 以起重機(jī)的吊鉤為例，在承受工作載荷前螺紋不預(yù)緊，以起重機(jī)的吊鉤為例，在承受工作載荷前螺紋不預(yù)緊，當(dāng)承受拉伸載荷當(dāng)承受拉伸載荷F時(shí)其拉伸的強(qiáng)度條件為：時(shí)其拉伸的強(qiáng)度條件為：返回目錄前一頁后一頁退 出（一）

20、松螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算（一）松螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算 （二）緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算（二）緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算 (承受軸向拉力螺栓強(qiáng)度計(jì)算）承受軸向拉力螺栓強(qiáng)度計(jì)算） 1 1、僅承受預(yù)緊力的緊螺栓強(qiáng)度計(jì)算、僅承受預(yù)緊力的緊螺栓強(qiáng)度計(jì)算危險(xiǎn)截面的拉伸應(yīng)力危險(xiǎn)截面的拉伸應(yīng)力： 21041/dF危險(xiǎn)截面的剪應(yīng)力危險(xiǎn)截面的剪應(yīng)力： 1612)tan(21201ddFWTv 緊螺栓在裝配時(shí)，除了受預(yù)緊力緊螺栓在裝配時(shí)，除了受預(yù)緊力F F0 0產(chǎn)生的拉應(yīng)力外，還產(chǎn)生的拉應(yīng)力外，還承受補(bǔ)充扭緊時(shí)扭緊力矩承受補(bǔ)充扭緊時(shí)扭緊力矩T T1 1產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的作用。產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的作用。返回目錄前一頁后一頁退 出 對(duì)于對(duì)

21、于M12M64螺栓：螺栓： 05. 0tan08. 104. 1 17. 0tan12，ddv 由由 此此 可可 得：得： 5 . 0 根據(jù)第四強(qiáng)度理論，其計(jì)算應(yīng)力：根據(jù)第四強(qiáng)度理論，其計(jì)算應(yīng)力： 3 . 1)5 . 0(332222ca 危險(xiǎn)剖面的強(qiáng)度條件是危險(xiǎn)剖面的強(qiáng)度條件是： 210413 . 1dFca 系數(shù)系數(shù)1.3的意義：的意義： 在補(bǔ)充擰緊時(shí)，將螺栓所承受的總拉力增大在補(bǔ)充擰緊時(shí)，將螺栓所承受的總拉力增大 30%來考慮來考慮扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生剪切應(yīng)力的影響。扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生剪切應(yīng)力的影響。 返回目錄前一頁后一頁退 出 2 2、既承受預(yù)緊力又承受工作拉力時(shí)緊螺栓強(qiáng)度計(jì)算、既承受預(yù)緊力又承受工作拉力時(shí)

22、緊螺栓強(qiáng)度計(jì)算 （1 1）受力分析）受力分析返回目錄前一頁后一頁退 出受力變形動(dòng)畫 （2 2）受力變形圖）受力變形圖 式中：式中：Cb，Cm聯(lián)接件與被聯(lián)接件的聯(lián)接件與被聯(lián)接件的剛度。剛度。)(mbCCFFFmbCCF 故故 螺栓所承受的工作力螺栓所承受的工作力F F：螺栓總的拉力：螺栓總的拉力：FFF 02 bCF0FCmCCFbb 0FF 1；mmbbCCtan,tan令令返回目錄前一頁后一頁退 出bbC FtanmmCF tan 式中：mbbCCC為螺栓的相對(duì)剛度，其取值范圍為 01。說明 殘余預(yù)緊力為：殘余預(yù)緊力為：FFF 21FCCCFmbm 0結(jié)論：結(jié)論：1 1、上述分析可見：螺栓承

23、受的總拉力、上述分析可見：螺栓承受的總拉力F2F0+F 2 2、當(dāng)、當(dāng)F F0 0及及F F一定時(shí)，一定時(shí)，F(xiàn) F2 2取決于取決于 Cb/(Cb+Cm) Cb（Cm）螺栓受力螺栓受力F F2 2 ，采用剛度小的螺栓，剛，采用剛度小的螺栓，剛度大的被聯(lián)接件。度大的被聯(lián)接件。 3 3、為防止出現(xiàn)縫隙，殘余預(yù)緊力應(yīng)大于、為防止出現(xiàn)縫隙，殘余預(yù)緊力應(yīng)大于0,0,一般：一般：F F1 1 =(0.21)F; 有密封要求的有密封要求的F0 =(1.51.8)F。FFCCCFmbb 0返回目錄前一頁后一頁退 出（3 3）強(qiáng)度計(jì)算）強(qiáng)度計(jì)算1 1）工作載荷為靜載荷）工作載荷為靜載荷在設(shè)計(jì)時(shí)首先計(jì)算螺栓的工作

24、載荷在設(shè)計(jì)時(shí)首先計(jì)算螺栓的工作載荷F F，再根據(jù)連接的要求選取，再根據(jù)連接的要求選取F F1 1值，計(jì)算螺栓的總拉力值，計(jì)算螺栓的總拉力F F2 2，在考慮可能補(bǔ)充擰緊將總拉力增大，在考慮可能補(bǔ)充擰緊將總拉力增大3030后考慮扭切應(yīng)力的影響。截面的拉伸強(qiáng)度條件是：后考慮扭切應(yīng)力的影響。截面的拉伸強(qiáng)度條件是： 212123 . 1441/3 . 1FddFca ，或：，或：返回目錄前一頁后一頁退 出 如果不考慮螺紋摩擦力矩的扭轉(zhuǎn)作用如果不考慮螺紋摩擦力矩的扭轉(zhuǎn)作用螺栓的最大拉應(yīng)力為：螺栓的最大拉應(yīng)力為： 212max41dF 螺栓的最小拉應(yīng)力為：螺栓的最小拉應(yīng)力為：210min41dF 應(yīng)力幅為

25、應(yīng)力幅為：21minmax22dFCCCmbba 計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù))2)()(2minmin1maxmaxlimSKKSaamameaeca 由前面知識(shí)可知這種應(yīng)力狀態(tài)為最小應(yīng)力等于常數(shù)由前面知識(shí)可知這種應(yīng)力狀態(tài)為最小應(yīng)力等于常數(shù) min=C返回目錄前一頁后一頁退 出2 2）工作載荷為變載荷工作載荷為變載荷( (螺栓的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核螺栓的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核) )工作載荷在工作載荷在0 0F F變化時(shí)螺栓總拉力在變化時(shí)螺栓總拉力在F F0 0FCmCCFFbb 02之間變化。之間變化。（三）承受工作剪力的緊螺栓連接（三）承受工作剪力的緊螺栓連接這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切力來

26、承受載荷這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切力來承受載荷F的。的。失效形式：螺桿被剪斷及螺桿或孔壁被壓潰失效形式：螺桿被剪斷及螺桿或孔壁被壓潰。擠壓強(qiáng)度條件為：擠壓強(qiáng)度條件為： ppLdF min0螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為：螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為：返回目錄前一頁后一頁退 出 第六節(jié)第六節(jié) 螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力 返回目錄前一頁后一頁退 出國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了螺紋連接件的性能等級(jí)。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為10級(jí)，螺母的性能等級(jí)分為 7級(jí)。在一般用途的設(shè)計(jì)中，通常選用4.8級(jí)左右的螺栓，在重要的或有特殊要求設(shè)計(jì)中的螺紋連接件，要選用高的性能等級(jí)，如在壓力容器中常采用8.8級(jí)

27、的螺栓。一、螺紋連接件材料常用的螺紋連接件材料為Q215、Q235、35、45等碳素鋼。當(dāng)強(qiáng)度要求高時(shí)，還可采用合金鋼，如15Cr、40Cr等。性能等級(jí)二、螺紋連接件的許用應(yīng)力1螺紋連接件的許用拉應(yīng)力2螺紋連接件的許用剪應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力3螺紋連接件的安全系數(shù)見表5-10說明SsSsPsPS（被連接件為鋼）PBPS（被連接件為鑄鐵） 第七節(jié)第七節(jié) 提高螺紋連接強(qiáng)度的措施提高螺紋連接強(qiáng)度的措施 返回目錄前一頁后一頁退 出 從螺栓總拉力公式從螺栓總拉力公式 可以看出，在預(yù)緊力不變可以看出，在預(yù)緊力不變的情況下，減小應(yīng)力幅實(shí)際就是減少螺栓的總拉力的情況下，減小應(yīng)力幅實(shí)際就是減少螺栓的總拉力F2，所以

28、有以，所以有以下三種方法：下三種方法： 1）減小連接件的剛度）減小連接件的剛度1、降低影響螺栓連接的應(yīng)力幅、降低影響螺栓連接的應(yīng)力幅FCCCFFmbb02 2）增加被連接件的剛度）增加被連接件的剛度 3）適當(dāng)增加預(yù)緊力及減小連接件的剛度和增大被連接件）適當(dāng)增加預(yù)緊力及減小連接件的剛度和增大被連接件的剛度的剛度返回目錄前一頁后一頁退 出減小連接件剛度方法：減小連接件剛度方法：增加螺栓長度，采用腰狀螺栓或空心螺栓。增加螺栓長度，采用腰狀螺栓或空心螺栓。 增大被連接件剛度的方法：增大被連接件剛度的方法：采用剛度較大的金屬氣缸墊片或采用密封環(huán)。采用剛度較大的金屬氣缸墊片或采用密封環(huán)。返回目錄前一頁后一

29、頁退 出 2、改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象、改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象 返回目錄前一頁后一頁退 出 由于螺栓和螺母的剛度和變形的性質(zhì)不同，即使制造和由于螺栓和螺母的剛度和變形的性質(zhì)不同，即使制造和裝配都很精確，各圈螺紋牙上受力也是不同的。裝配都很精確，各圈螺紋牙上受力也是不同的。 當(dāng)連接受載時(shí)，螺栓受拉伸，外螺紋螺距增大，而螺母被壓當(dāng)連接受載時(shí)，螺栓受拉伸，外螺紋螺距增大，而螺母被壓縮，內(nèi)螺紋螺距減小。縮，內(nèi)螺紋螺距減小。 螺紋的螺距變化，第一圈最大，以后各圈遞減。經(jīng)試驗(yàn)證明：螺紋的螺距變化，第一圈最大，以后各圈遞減。經(jīng)試驗(yàn)證明：約有約有1/3的載荷集中在第一圈上，第八圈以后，螺紋幾乎不

30、承的載荷集中在第一圈上，第八圈以后，螺紋幾乎不承受載荷。受載荷。改善螺紋牙載荷分布方法。改善螺紋牙載荷分布方法。 1) 采用懸置螺母（如圖采用懸置螺母（如圖a）所示，使螺母受拉，其性質(zhì)與）所示，使螺母受拉，其性質(zhì)與螺栓完全相同，從而減小兩者間的螺距差，使螺紋牙上的載荷螺栓完全相同，從而減小兩者間的螺距差，使螺紋牙上的載荷分布均勻。分布均勻。 2) 采用環(huán)槽螺母（如圖采用環(huán)槽螺母（如圖b所示），使螺母下端（螺栓旋所示），使螺母下端（螺栓旋入端）局部受拉，其作用和懸置螺母相似。入端）局部受拉，其作用和懸置螺母相似。 3) 內(nèi)斜螺母（如圖內(nèi)斜螺母（如圖c所示），螺母下端受力大的幾圈螺紋所示），螺母下

31、端受力大的幾圈螺紋處制成處制成1015的斜角，使螺栓螺紋牙的受力面由上而下逐的斜角，使螺栓螺紋牙的受力面由上而下逐漸外移。使載荷分布均勻。漸外移。使載荷分布均勻。 4）圖）圖d所示結(jié)構(gòu)，兼有環(huán)槽螺母和內(nèi)斜螺母的作用。所示結(jié)構(gòu)，兼有環(huán)槽螺母和內(nèi)斜螺母的作用。 返回目錄前一頁后一頁退 出3減小應(yīng)力集中的影響減小應(yīng)力集中的影響 增大過渡圓角或采用卸載結(jié)構(gòu)增大過渡圓角或采用卸載結(jié)構(gòu) 4、避免或減小附加載荷、避免或減小附加載荷返回目錄前一頁后一頁退 出返回目錄前一頁后一頁退 出四、合理的制造工藝四、合理的制造工藝采用冷鐓螺栓頭部和滾壓螺紋的工藝方法，可以顯著提高螺栓的采用冷鐓螺栓頭部和滾壓螺紋的工藝方法

32、，可以顯著提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。冷鐓螺栓頭、滾壓螺紋牙、強(qiáng)化處理。疲勞強(qiáng)度。冷鐓螺栓頭、滾壓螺紋牙、強(qiáng)化處理。五、采用高強(qiáng)度鋼制造螺栓五、采用高強(qiáng)度鋼制造螺栓返回目錄前一頁后一頁退 出作業(yè)作業(yè) 5-5返回目錄前一頁后一頁退 出例題1、圖示塔接板，用8個(gè)普通螺栓聯(lián)接，每個(gè)螺栓危險(xiǎn)剖面面積為225mm2，作用在聯(lián)接板上的橫向外力F=18000N，接合面間的摩擦系數(shù)F=0.15，防滑系數(shù)KS=1.2，求螺栓承受的最小工作應(yīng)力。解：1）求每個(gè)螺栓施加的預(yù)緊力。 NfziFKFZFKfziFSS180004215. 0180002 . 14002）求螺栓工作應(yīng)力 a0MP 1045 .225180003

33、. 13 . 1AFcaNF18000min0返回目錄前一頁后一頁退 出例題2、圖示凸緣聯(lián)軸器，用六個(gè)普通螺栓將兩半聯(lián)軸器相聯(lián)，被聯(lián)軸的轉(zhuǎn)速n=960r/min，傳遞的功率P= 1.5kW，聯(lián)軸器接合面間摩擦系數(shù)f=0.2，防滑系數(shù)Ks=1.2，螺栓材料屈服極限s=320Mpa，安全系數(shù)S=1.5，計(jì)算螺栓直徑。解：1）聯(lián)軸器所傳遞轉(zhuǎn)矩mmNnPT.105 . 1960151055. 91055. 94662）螺栓所承受的預(yù)緊力F0 NFNzfrTKFS1500： 15001002 . 0610152 . 1040取TKfzrFs0返回目錄前一頁后一頁退 出3）求許用應(yīng)力 asMPs3 .21

34、35 . 1/320/4）求螺栓直徑 mmdmmFddFca41. 3：41. 33 .21315003 . 143 . 14413 . 1101210取返回目錄前一頁后一頁退 出例題3 、氣缸蓋聯(lián)接結(jié)構(gòu)如圖所示，氣缸內(nèi)徑D=250mm，為保證氣密性要求采用12個(gè)M18的螺栓，螺紋內(nèi)徑15.294mm、中徑16.376mm，許用拉應(yīng)力 =120MPa，取殘余預(yù)緊力為工作拉力的1.5倍，求氣缸所能承受的最大壓強(qiáng)。 解：1.單個(gè)螺栓所能承受的總的拉力NdFdFca2 .169493 . 1120294.1525. 03 . 141413 . 122122122.單個(gè)螺栓所承受的工作力NFFFFFF

35、FF68.67795 . 2/5 . 25 . 1212 F 返回目錄前一頁后一頁退 出3. 氣缸蓋所承受的總的拉力NzFF16.8135668.6779124.氣缸所能承受的最大壓強(qiáng)。 aMPDFAFp658. 1)2250(16.81356)2(22max返回目錄前一頁后一頁退 出例題4、一緊螺栓聯(lián)接，已知 ， ，加工作載荷F后，螺栓又伸長1mm，此時(shí)螺栓受到軸向總載荷F2=5000kN，求螺栓的預(yù)緊力F0、工作載荷F、殘余預(yù)緊力F1大??？ mmKNCb/1000mmKNCm/2000解：受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接預(yù)緊時(shí)的受力-變形圖。 NCCFFFmbmb30001)20001000()

36、(tantanNFCCCFFFCCCFFmbbmbb400030003150002002NFFF20003000500021 F返回目錄前一頁后一頁退 出例題5、如圖所示，為龍門起重導(dǎo)軌托架，兩塊邊板各用4個(gè)螺栓與立柱相聯(lián)接，托架所承受的最大載荷為P=20kN，載荷有較大的變動(dòng)。試問，此螺栓聯(lián)接采用普通螺栓聯(lián)接還是鉸制孔用螺栓聯(lián)接為宜？為什么？=100MPa，=150MPa解：1、螺栓受力分析 根據(jù)力的平移原理，將力P轉(zhuǎn)化為在形心上的力P和力矩T。 T=PL=200000.3=6000N.m 2、螺栓受力 F1=P/8=20000/8=2500N 轉(zhuǎn)矩作用在螺栓上的力NrTFrFT707022

37、1508100060008822返回目錄前一頁后一頁退 出如圖所示，受力最大的螺栓為最右側(cè)兩螺栓。其最大切向力為：NFFFFF9050135cos70702500270702500135cos2222122213、設(shè)計(jì)螺栓 1）采用鉸制孔螺栓， mmdmmFddF7 .10 7 .10441min0020返回目錄前一頁后一頁退 出螺栓直徑：mmFd48.24150543003 . 143 . 140min1413 . 1210dFca2)采用普通螺栓聯(lián)接不發(fā)生滑移條件： NifFKFFKiFfvSSv543002 . 090502 . 100返回目錄前一頁后一頁退 出例題6 、如圖所示結(jié)構(gòu)，用

38、四個(gè)M16普通螺栓聯(lián)接，d1=13.835mm，螺栓材料的許用應(yīng)力=88Mpa，各接合面的摩擦系數(shù)f=0.3，防滑系數(shù)Ks=1.2，接合面不滑移條件求該結(jié)構(gòu)能夠承擔(dān)的最大載荷 F。（設(shè)：) 1mbbCCC解：先將F簡化到I中心O。 MI=500F FI=F設(shè)螺栓的預(yù)緊力為F0I。按接合面不發(fā)生滑移條件， FFzfFKFFKZfFsIsI23.022.100返回目錄前一頁后一頁退 出在傾覆力矩作用下，受力最大螺栓1所承受的工作載荷F工作 FFMFI33. 8302305003023022工作螺栓1所承受總的軸向載荷 ： FFCCCFFmbbII33.1002工作由強(qiáng)度公式：NFFdFI 1 .9

39、8588835.134133.103 . 1413 . 121212返回目錄前一頁后一頁退 出FFFrTFRIIIII5 .1010220022再計(jì)算處：將F簡化到中心。 T=200F F=F螺栓4受橫向載荷最大。由不滑移條件：（螺栓預(yù)緊力Q） FfRKFRKfFIISIIIISII42: 00可行由強(qiáng)度公式： NFdFII9 .242: 413 . 1210得所以接合面處最危險(xiǎn)，且最大載荷為：F=242.29N返回目錄前一頁后一頁退 出在傾覆力矩作用下，受力最大螺栓1所承受的工作載荷F工作 FFMFI33. 8302305003023022工作螺栓1所承受總的軸向載荷 ： FFCCCFFmbbII33.1002工作由強(qiáng)度公式：NFFdFI 1 .98588835.134133.103 . 1413 . 12121259螺紋傳動(dòng)螺紋傳動(dòng)螺旋千斤頂螺旋千斤頂返回目錄前一頁后一頁退 出螺旋千斤頂作業(yè)任務(wù)書螺旋千斤頂作業(yè)任務(wù)書 一、題目：螺旋千斤頂 項(xiàng) 目 設(shè) 計(jì) 方 案1234567890最大起重量F（kN）20253035404550556065最大起升高度H(mm)150 160 170 180 190 200 210 220 230 240原始數(shù)據(jù)：二、工作量： 1）總裝配圖一張（M1：1） 2）計(jì)算說明書一份返回目錄前一頁后一頁退 出