螺紋連接和螺旋傳動(dòng)

關(guān)于螺紋連接和螺旋傳動(dòng)第1頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六連接機(jī)械動(dòng)連接（運(yùn)動(dòng)副）機(jī)械靜連接可拆連接不可拆連接螺紋連接鍵連接銷連接鉚釘連接焊接膠接（固定連接）型面連接靜連接按工作原理還可分為：形鎖合連接；摩擦鎖合連接和材料鎖合連接過盈連接第2頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六CHAPTER5螺紋連接螺紋連接的特征螺紋連接的設(shè)計(jì)螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第3頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六SECTION1螺紋第4頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六一、螺旋線的形成5-1螺紋第5頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六二、螺紋的形成5-1螺紋第6頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六三、螺紋的分類1、螺紋的位置外螺紋與內(nèi)螺紋，它們共同組成螺旋副。2、螺紋旋向

左旋螺紋潘存云教授研制右旋螺紋（常用）5-1螺紋第7頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六三、螺紋的分類3、螺紋線數(shù)：單線（連接）；多線（傳動(dòng)）。PSS=2PPSPS=P單線螺紋雙線螺紋連接用螺紋的當(dāng)量摩擦角較大，有利于實(shí)現(xiàn)可靠連接；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。4、按螺紋工作性質(zhì)：連接螺紋和傳動(dòng)螺紋。5-1螺紋第8頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六5、按螺紋牙形三、螺紋的分類1）普通螺紋、管螺紋：三角形，多用于連接。2）矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋：效率較高，主要用于螺旋傳動(dòng)60°三角形單線

粗牙：一般情況下使用。細(xì)牙：d相同，P小，α大，牙淺，自鎖性好，但不耐磨，易滑扣。30°3°30°梯形鋸齒形矩形雙線或多線5-1螺紋第9頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六6、按母體形狀分圓柱螺紋圓錐螺紋管螺紋：有圓柱和圓錐兩種，主要用于管路的聯(lián)接。圓柱螺紋圓錐螺紋三、螺紋的分類5-1螺紋第10頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六表5-1常用螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用的管螺紋非螺紋密封的管螺紋用螺紋密封5-1螺紋第11頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六表5-1常用螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用5-1螺紋第12頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六3、中徑d2：通過軸截面內(nèi)螺紋牙的槽和牙體寬度相等處的圓柱體的直徑。確定螺紋幾何參數(shù)和配合性質(zhì)d1d2d1、大徑d：螺紋最大直徑，標(biāo)準(zhǔn)中為公稱直徑2、小徑d1：螺紋的最小直徑。強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的危險(xiǎn)截面直徑p四、螺紋的主要參數(shù)4、線數(shù)n：n=1時(shí)用于連接；n＞1時(shí)用于傳動(dòng)；

n↑→η↑，一般為便于制造n≤45-1螺紋第13頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六βd27、螺紋升角φ：在中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角8、牙型角

牙側(cè)角

β

6、導(dǎo)程Ph：同一螺旋線上相鄰兩螺牙在中徑線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離Ph=nPPβ四、螺紋的主要參數(shù)5、螺距P：相鄰兩螺紋牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離5-1螺紋第14頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六SECTION2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第15頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六1、螺栓連接：適用于兩薄形零件連接普通螺栓連接（受拉螺栓連接）鉸制孔用螺栓連接（受剪螺栓連接）受拉螺栓F0F0受剪螺栓一、螺紋連接的基本類型5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第16頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六1）普通螺栓連接（受拉螺栓）工藝：鉆孔特點(diǎn)：裝拆方便，應(yīng)用廣泛l1dd0一、螺紋連接的基本類型1、螺栓連接：適用于兩薄形零件連接2、螺紋余留長度l11、d0=1.1d結(jié)構(gòu)：4、螺栓軸線到被連接件邊緣的距離e=d+(3～6)mm3、螺紋伸出長度a=(0.2～0.3)d;沖擊載荷或彎曲載荷l1≥d;5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件a第17頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六1）普通螺栓連接（受拉螺栓）一、螺紋連接的基本類型1、螺栓連接：適用于兩薄形零件連接5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第18頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六1）普通螺栓連接（受拉螺栓）一、螺紋連接的基本類型1、螺栓連接：適用于兩薄形零件連接5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第19頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六d0l1d2、螺紋留余長度：

l1

d2）鉸制孔用螺栓連接（受剪螺栓）結(jié)構(gòu)：1、螺栓桿與孔過渡配合失效：1、受剪力剪斷2、受擠壓壓潰工藝：先鉆后鉸特點(diǎn)：裝拆不方便，主要承受橫向載荷一、螺紋連接的基本類型1、螺栓連接：適用于兩薄形零件連接5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第20頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六一、螺紋連接的基本類型1、螺栓連接：適用于兩薄形零件連接2）鉸制孔用螺栓連接（受剪螺栓）5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第21頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六2、雙頭螺柱連接螺釘連接：不可經(jīng)常裝拆工藝：一被連接件螺紋孔，另一光孔受力失效：受拉塑性變形斷裂特點(diǎn)：雙頭螺柱：可經(jīng)常裝拆適用于被連接件之一較厚，不宜制成通孔的場合。3、螺釘連接d一、螺紋連接的基本類型HH座端擰入深度H，當(dāng)螺孔材料為：鋼或青銅H=d;鑄鐵H=(1.25~1.5)d鋁合金H=(1.5~2.5)dl1l15-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第22頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六2、雙頭螺柱連接3、螺釘連接一、螺紋連接的基本類型5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第23頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六雙頭螺柱連接一、螺紋連接的基本類型5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第24頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六雙頭螺柱連接一、螺紋連接的基本類型5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第25頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六螺釘連接一、螺紋連接的基本類型5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第26頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六螺釘連接一、螺紋連接的基本類型5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第27頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六4、緊定螺釘連接用來固定兩個(gè)零件的相對(duì)位置，受力較小。工藝：一件加工螺紋孔，另一件配加工錐孔。特點(diǎn)：靠摩擦力，是輔助定位，不經(jīng)常裝拆，軸轂輕載連接一、螺紋連接的基本類型5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第28頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六特殊結(jié)構(gòu)的螺紋連接：T型槽螺栓連接、吊環(huán)螺釘連接和地腳螺栓連接等。一、螺紋連接的基本類型吊環(huán)螺釘聯(lián)接裝在機(jī)器或大型零、部件的頂蓋或外殼上便于起吊用地腳螺栓聯(lián)接專用于將機(jī)座或機(jī)架固定在地基上T型槽螺栓聯(lián)接用于工裝設(shè)備中5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第29頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六螺紋連接件的類型很多，常見的螺紋連接件結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第30頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第31頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第32頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六二、標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件螺紋連接件分為三個(gè)精度等級(jí)，其代號(hào)為A、B、C。A級(jí)精度最高，C級(jí)最低，用于一般的螺紋連接。5-2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件第33頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六SECTION3螺紋連接的預(yù)緊第34頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六1、預(yù)緊：大多數(shù)螺紋連接在裝配時(shí)都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力F0。擰緊后,螺紋連接件由預(yù)緊力產(chǎn)生的預(yù)緊應(yīng)力不得超過材料屈服極限σs的80%。2、預(yù)緊的目的：增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。3、預(yù)緊力的確定原則：

一、預(yù)緊和預(yù)緊力5-3螺紋連接的預(yù)緊碳素鋼螺栓：F0≤(0.6~0.7)σsA1合金鋼螺栓：F0≤(0.5~0.6)σsA1A1—危險(xiǎn)截面積，A1≈πd12/4第35頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六1、預(yù)緊力和預(yù)緊力矩之間的關(guān)系：

二、預(yù)緊力的控制擰緊力矩T（＝F?L）等于螺旋副間的摩擦力矩T1與螺母環(huán)形面和被聯(lián)接件間的摩擦力矩T2之和。對(duì)M10～M64粗牙普通螺紋鋼制螺栓：螺旋副間的摩擦力矩T1螺母和支承面間的摩擦力矩T2F0：預(yù)緊力；d2：螺紋中徑；φ：螺紋升角；φv：螺旋副當(dāng)量摩擦角；D0：螺母環(huán)形支承面外徑；d0：螺栓孔直徑；fc：螺母與支承面間的摩擦系數(shù)對(duì)重要連接，應(yīng)盡可能不采用直徑過小(＜M12)的螺栓。F05-3螺紋連接的預(yù)緊第36頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六2、預(yù)緊力的控制：測力矩扳手定力矩扳手

二、預(yù)緊力的控制5-3螺紋連接的預(yù)緊第37頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六測定螺栓伸長量

二、預(yù)緊力的控制LSLM2、預(yù)緊力的控制：5-3螺紋連接的預(yù)緊第38頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六螺紋連接的防松SECTION4第39頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六1、螺紋連接松動(dòng)的原因：螺紋連接一般都能滿足自鎖條件，不會(huì)自動(dòng)松脫。但在特殊情況（沖擊、振動(dòng)、變載荷、高溫或溫度變化較大）下，連接中的預(yù)緊力和摩擦力會(huì)減小或瞬時(shí)消失，導(dǎo)致連接失效。

一、螺紋連接的松動(dòng)2、防松的根本問題：防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。5-4螺紋連接的防松第40頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六

二、螺紋連接防松的方法防松原理：摩擦防松、機(jī)械防松、破壞防松等。1、利用摩擦力防松1）對(duì)頂螺母5-4螺紋連接的防松第41頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六1、利用摩擦力防松2）彈簧墊圈

二、螺紋連接防松的方法5-4螺紋連接的防松第42頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六尼龍圈鎖緊螺母3）尼龍圈鎖緊螺母

二、螺紋連接防松的方法1、利用摩擦力防松5-4螺紋連接的防松第43頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六1）開口銷與六角開槽螺母2、機(jī)械防松

二、螺紋連接防松的方法5-4螺紋連接的防松第44頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六2）止動(dòng)墊片

二、螺紋連接防松的方法2、機(jī)械防松5-4螺紋連接的防松第45頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六

二、螺紋連接防松的方法2）止動(dòng)墊片2、機(jī)械防松5-4螺紋連接的防松第46頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六沖點(diǎn)法防松沖頭沖2～3點(diǎn)1~1.5p粘合法防松涂粘合劑3、破壞防松（破壞螺紋副關(guān)系）焊點(diǎn)法防松0305

二、螺紋連接防松的方法5-4螺紋連接的防松第47頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六螺紋連接的類型螺拴連接普通螺拴連接鉸制孔用螺拴連接螺釘連接緊定螺釘連接雙頭螺柱連接螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的防松摩擦防松機(jī)械防松其它方法防松（破壞螺紋副關(guān)系）（防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)）第48頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六螺栓組連接的設(shè)計(jì)SECTION5第49頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、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：如圓形、環(huán)形、矩形、框形、三角形等。2、螺栓的布置應(yīng)使螺栓受力合理。接合面受彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)螺栓的布置a）合理b）不合理5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第50頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六3、螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。螺栓的周圍應(yīng)留有足夠的空間，以方便裝配螺栓間距t0一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第51頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六4、分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)取成4、6、8等偶數(shù)，以便在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫線。同一螺栓組中螺栓的材料、直徑和長度均應(yīng)相同5、避免螺栓承受附加的彎曲載荷一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第52頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六§5-4螺栓組聯(lián)接受力分析目的：求出螺栓組中受力最大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。假設(shè)：1、所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同；2、螺栓組的對(duì)稱中心和被連接件接合面的形心重合；3、被連接件受載后接合面仍為平面。螺栓組聯(lián)接的基本受載類型有四種：二、螺栓組連接的受力分析單個(gè)螺栓的載荷：1、預(yù)緊力：因預(yù)緊而施加在螺栓上的載荷；2、工作載荷：因被連接件工作時(shí)螺栓分擔(dān)的載荷。5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第53頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六受橫向載荷11、受橫向載荷1）用受拉螺栓（普通螺栓連接）螺栓預(yù)緊后在被聯(lián)接件的接觸面上產(chǎn)生正壓力，靠由此產(chǎn)生的摩擦力承受FΣ。為使被聯(lián)接件不相對(duì)滑動(dòng)，須滿足：則所需預(yù)緊力為式中：Ks－可靠性系數(shù)，Ks=1.1~1.3f

－結(jié)合面的摩擦系數(shù)；見表5-5i－結(jié)合面數(shù)。二、螺栓組連接的受力分析5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第54頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六受橫向載荷22）受剪螺栓（絞制孔用螺栓連接）FΣ通過螺栓組形心時(shí)，在前述假設(shè)下，各螺栓承受的橫向力F相等。則注：a）FΣ不通過螺栓組形心時(shí)，向形心平移后再計(jì)算。b）沿FΣ方向上的受剪螺栓個(gè)數(shù)不宜過多。二、螺栓組連接的受力分析1、受橫向載荷5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第55頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六承受轉(zhuǎn)矩T時(shí)12、承受轉(zhuǎn)矩時(shí)1）用受拉螺栓（普通螺栓連接）保證底板在

T

作用下不轉(zhuǎn)動(dòng)，須滿足則所需預(yù)緊力式中：Ks－防滑系數(shù)，Ks=1.1~1.3

f

－摩擦系數(shù)。見表5-5O在轉(zhuǎn)矩T作用下，底板有繞螺栓組形心軸線O-O旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。二、螺栓組連接的受力分析5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第56頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六靠剪切和擠壓承載，各螺栓在T作用下受橫向力Fi。則平衡條件：F1r1+F2r2+…+Fzrz=T變形條件：視底板為剛體，各螺栓剪切變形量與其軸線到螺栓組形心軸線距離成正比2）用受剪螺栓代入工作條件中：二、螺栓組連接的受力分析2、承受轉(zhuǎn)矩時(shí)O5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第57頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六§5-4螺栓組聯(lián)接受力分析3、承受軸向載荷FΣ時(shí)當(dāng)FΣ通過螺栓組形心時(shí)，各螺栓所受的工作載荷F相等。即注：1、如FΣ不通過螺栓組的形心，應(yīng)向形心平移后再計(jì)算；2、螺栓的載荷不等于工作載荷與預(yù)緊力之和。二、螺栓組連接的受力分析例：氣缸蓋螺栓連接。缸蓋上的壓強(qiáng)為p，螺栓數(shù)目為zDpFFFF5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第58頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六4、受傾翻力矩M時(shí)M作用M

后：視底板為剛體。底板在力矩M平面的轉(zhuǎn)動(dòng)使螺栓和地基產(chǎn)生相應(yīng)變形。M通過底板對(duì)左側(cè)螺栓形成附加拉力（工作載荷），而對(duì)右側(cè)地基直接形成附加壓力（工作載荷）。作用M前：各螺栓受相同預(yù)緊力F0二、螺栓組連接的受力分析力變形底板地基力矩M分別給左側(cè)螺栓和右側(cè)地基帶來工作載荷，它們作用在底板上的反力形成的力矩與M平衡A5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第59頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六力變形4、受傾翻力矩M時(shí)（視底板相對(duì)地基為剛體）M作用M

后：右側(cè)ΔΔ左側(cè)左側(cè)螺栓進(jìn)一步受拉，其總載荷F1B為M帶來的工作載荷F1與殘余預(yù)緊力F11之和；地基被放松，其受到的壓力即為殘余預(yù)緊力。底板所受合力為向上的F1右側(cè)地基進(jìn)一步受壓，總載荷F4G為M帶來的工作載荷F4與殘余預(yù)緊力F41之和；右側(cè)螺栓被放松，其工作載荷為零，總載荷為螺栓殘余預(yù)緊力；二、螺栓組連接的受力分析受到最大總拉力的螺栓在左側(cè)，受到最大壓力的地基在右側(cè)AB1C1B2C25-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第60頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六平衡條件：變形條件：二、螺栓組連接的受力分析力變形右側(cè)左側(cè)M根據(jù)平衡條件，左側(cè)螺栓受到的工作載荷F1、F2與右側(cè)底板受到的工作載荷F3、F4形成的力矩等于M4、受傾翻力矩M時(shí)式中：右側(cè)以地基工作載荷代入5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第61頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六受翻轉(zhuǎn)力矩M時(shí)2防止左側(cè)接合面出現(xiàn)間隙，即左側(cè)地基表面最小壓應(yīng)力：防止右側(cè)接合面被壓潰，即右側(cè)地基表面最大壓應(yīng)力：式中：A－接合面的面積（mm2）。W－接合面的抗彎截面模量（mm3）。[σp]－許用擠壓應(yīng)力（Mpa），見表5－6。注：實(shí)際中，螺栓組往往同時(shí)承受兩種或兩種以上的載荷。校核條件：左側(cè)接合面不出現(xiàn)縫隙右側(cè)地基表面不被壓潰二、螺栓組聯(lián)接的受力分析4、受傾翻力矩M時(shí)5-5螺栓組連接的設(shè)計(jì)第62頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算SECTION6第63頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六1、連接的失效形式：20%65%15%受拉螺栓：螺桿和螺紋部分塑性變形或疲勞斷裂受剪螺栓：螺桿被剪斷或螺桿與孔壁的貼合面被壓潰2、失效原因：疲勞（90%以上）5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算4、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：受拉螺栓：保證螺栓的靜力或疲勞拉伸強(qiáng)度；受剪螺栓：保證擠壓強(qiáng)度或剪切強(qiáng)度總述3、失效位置：應(yīng)力集中部位第64頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六假設(shè)：工作載荷作用在螺紋的中心線上松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算6、螺栓強(qiáng)度計(jì)算分類：2、承受軸向工作載荷1、承受橫向工作載荷5、螺栓強(qiáng)度計(jì)算步驟：螺栓小徑根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定其它部分的結(jié)構(gòu)尺寸。連接類型裝配情況載荷狀態(tài)螺栓受力總述5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第65頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六一、松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算2、強(qiáng)度條件：—校核公式—設(shè)計(jì)公式螺栓不預(yù)緊1、特點(diǎn)螺栓僅受工作拉力F3、根據(jù)d1查表求標(biāo)準(zhǔn)螺栓直徑式中d1—螺紋小徑，mm；[σ]—許用應(yīng)力，MPa5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第66頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六1、僅受預(yù)緊力的螺栓連接FFF0F0①螺栓僅受預(yù)緊力F0（受拉和扭轉(zhuǎn)）；②螺栓在加載前后受力不變；③靠接合面產(chǎn)生的摩擦力承受橫向載荷。1）特點(diǎn)：二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第67頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六危險(xiǎn)截面因預(yù)緊力形成的拉應(yīng)力：危險(xiǎn)截面因螺紋副摩擦力矩形成的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：因此：根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力:F0F0（對(duì)于M10~M64的普通螺紋）二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算2）強(qiáng)度條件1、僅受預(yù)緊力的螺栓連接5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第68頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六

（1）采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷。（2）采用無間隙的鉸制孔螺栓。FF/2F/2二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算3）避免因預(yù)緊力造成螺桿尺寸過大的措施：1、僅受預(yù)緊力的螺栓連接預(yù)緊力可能過大：5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第69頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六2、受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接例：氣缸蓋螺栓連接。缸蓋上的壓強(qiáng)為p，螺栓數(shù)目為z，每個(gè)螺栓的平均工作載荷為：FFDp①靠結(jié)合面產(chǎn)生的壓縮變形保證缸體內(nèi)的密封性；②螺栓在加載前后受力變化；③螺栓既預(yù)緊力又受工作載荷（受拉和扭切）。1）特點(diǎn)：二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第70頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六2）螺栓受力分析二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算mbF1F1F0F0FF加預(yù)緊力F0：加載F：螺栓總伸長量增加為：

b

＋被連接件壓縮量減少為：

m

－預(yù)緊力減小為：F1螺栓受拉伸長b→被連接件受壓縮短

m螺母未擰緊螺母預(yù)緊已承受工作載荷FF——?dú)堄囝A(yù)緊力2、受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接螺栓總拉力F2=F+F15-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第71頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算螺栓受到的總拉力為：

F2=F+F1=F0+ΔF

力變形力變形力變形2）螺栓受力分析2、受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接為保證聯(lián)接的緊密性，應(yīng)使F1＞0。通常根據(jù)連接性質(zhì)及F確定。有密封要求的連接：F1=（1.5～1.8）F；一般連接的F1見教材P.84；5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第72頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算力變形力變形力變形螺栓的剛度Cb

：被聯(lián)接件的剛度Cm

：2）螺栓受力分析2、受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第73頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算力變形螺栓的總拉力

所以，螺栓的預(yù)緊力

2）螺栓受力分析2、受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接由于因此又由于：F0=F1+（F-ΔF）5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第74頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六承受軸向載荷的緊螺栓4（2）設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)F確定F1，再行計(jì)算滿足F1

所需的F0，進(jìn)而計(jì)算總拉力F2，最后計(jì)算螺栓的強(qiáng)度。螺栓的總拉力

稱為螺栓的相對(duì)剛度，取決于螺栓及被連接件的尺寸，材料及墊片等，值在0～1間，可通過計(jì)算或?qū)嶒?yàn)確定。當(dāng)螺栓的相對(duì)剛度很小（細(xì)長或中空）時(shí)，工作載荷對(duì)總載荷的影響也很小。一般根據(jù)墊片材質(zhì)確定其值（見P.84）。（1）二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算2）螺栓受力分析2、受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第75頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六承受軸向載荷的緊螺栓4

（1）靜強(qiáng)度計(jì)算（F不變化時(shí)）強(qiáng)度條件為：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力是預(yù)緊力帶來的。承載后雖然預(yù)緊力下降，但由于常補(bǔ)充擰緊，故依然將F2增大0.3倍，以考慮切應(yīng)力的影響。設(shè)計(jì)式為：3）強(qiáng)度計(jì)算二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算2、受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第76頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力1當(dāng)工作拉力在0～F之間變化時(shí)，螺栓的總拉力在F0～F2之間變化。顯然螺栓的應(yīng)力變化規(guī)律為最小應(yīng)力不變。且應(yīng)力幅為：

（2）疲勞強(qiáng)度計(jì)算（F變化時(shí)）二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算3）強(qiáng)度計(jì)算2、受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第77頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六設(shè)螺栓工作應(yīng)力在OJGI區(qū)σ-1tc—螺栓材料的對(duì)稱循環(huán)拉壓疲勞強(qiáng)度極限，見5-7表，φσ—試件材料特性。碳鋼：

0.1～0.2；合金鋼：

0.2～0.3，Kσ—拉壓疲強(qiáng)綜合影響系數(shù)。S—安全系數(shù)二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算3）強(qiáng)度計(jì)算2、受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算

（2）疲勞強(qiáng)度計(jì)算（F變化時(shí)）第78頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六3、受橫向工作載荷的螺栓強(qiáng)度（鉸制孔用螺栓連接）FFd0Lmin螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件F—螺栓所受的工作剪力，N；

d0—螺栓剪切面直徑（可取螺栓孔直徑），mm；

Lmin—螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，mm；設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使Lmin≥1.25d0①利用鉸制孔用螺栓抗剪切來承受橫向工作載荷；②螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓。；③結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切（受剪切和擠壓）。特點(diǎn)：式中：二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第79頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六螺栓類別普通螺栓（受拉螺栓）單個(gè)螺栓受力強(qiáng)度條件松螺栓軸向載荷緊螺栓連接僅受預(yù)緊力受預(yù)緊力和工作拉力總拉力鉸制孔螺栓（受剪螺栓）橫向載荷螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算小結(jié)工作載荷螺栓受力F=F總拉力剪切、擠壓力5-6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算第80頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六螺紋連接件的材料與許用應(yīng)力SECTION7第81頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六一、螺紋連接件材料常用材料為：Q215、Q235、10、35、45鋼對(duì)于重要和特殊用途的材料：15Cr、40Cr、30CrMnSi等力學(xué)性能較高的合金鋼材料性能等級(jí)：螺栓、螺柱、螺釘分為9級(jí)，自4.6～12.9.。其含義為

A、小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示σB/100（σB—材料的抗拉強(qiáng)度）

B、小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字表示10σS/σB（σS—材料的屈服極限）第82頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六一、螺紋連接件材料螺母的性能等級(jí)分為7級(jí)，自4～12，其含義為該等級(jí)螺母僅能匹配相應(yīng)以其為級(jí)別第一位數(shù)字的螺栓第83頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六

螺紋連接件的許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)(靜、變載荷)、裝配情況(松、緊連接)、材料、結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。1、許用拉應(yīng)力2、許用切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力被連接件為鋼被連接件為鑄鐵Sτ,Sp—安全系數(shù)，其取值詳見下頁表。二、螺紋連接件的許用應(yīng)力第84頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六螺栓連接的安全系數(shù)S

碳素鋼5～44～2.52.5～2碳素鋼12.5～8.58.58.5~12.5M6～M16M16～M30M30～M60M16～M16M16～M30M30～M60不控制預(yù)緊力的計(jì)算控制預(yù)緊力的計(jì)算受載類型靜載荷變載荷松螺栓連接1.2～1.7合金鋼5.7~55~3.43.4~3合金鋼10~6.86.86.8~101.2~1.51.2~1.5(Sa=2.5~4)鋼：Sτ=2.5，Sp=1.25鋼：Sτ=3.5~5，Sp=1.5鑄鐵：Sp=2.0~2.5鑄鐵：Sp=2.5~3鉸制孔用螺栓連接受軸向及橫向載荷的普通螺栓連接緊螺栓連接第85頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六提高螺紋連接強(qiáng)度的措施SECTION8第86頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六一、降低螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅受軸向載荷時(shí)1、減小Cb2、增大Cm上述措施均使殘余預(yù)緊力減小。因此，如果殘余預(yù)緊力減小過多，應(yīng)同時(shí)適當(dāng)增加預(yù)緊力F0，以保證密封性，同時(shí)避免過分削弱螺栓的靜強(qiáng)度

減小應(yīng)力幅的措施（保持F0和F不變）:3、減小Cb同時(shí)增大Cm由于第87頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六1、降低螺栓剛度Cb（

C’b<Cb,θ’b

<θb

）

一、降低螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅F0

θm

θb?FFF1

F2

F’2F?F’F’1

θ’b

采用腰桿螺栓采用空心螺栓加彈性元件在降低應(yīng)力幅的同時(shí)，殘余預(yù)緊力減小第88頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六F0

θm

θb?FFF1

F2

2、提高被連接件剛度（C’m

>Cm,θ’m

>θm

）

F’2F’?Fθ’m

F’1降低應(yīng)力幅的同時(shí)，殘余預(yù)緊力減小措施：不宜采用剛度小的墊片。一、降低螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅不合適合適第89頁，共107頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)57分，星期六F’F’1?F’3、綜合措施（

C’b

<Cb,C’m

>Cm,F’0

>F0

）θ’

bF’0θm

應(yīng)力幅減小。同時(shí)減小Cb和增大Cm時(shí)，如果適當(dāng)增加F0，可保證工作載荷和殘余應(yīng)力不變，既提高了疲勞強(qiáng)度，又保證了連接的緊密性F0