機(jī)械設(shè)計(jì)第5章課件

第二篇連接1）機(jī)器工作時(shí)，被連接的零件之間可以有相對運(yùn)動（但不能分開）——機(jī)械動連接（運(yùn)動副）；

機(jī)械（機(jī)器）都是通過各種機(jī)械零件相互聯(lián)系、連接而組成的；

機(jī)械的連接可分為兩大類：2）機(jī)器工作時(shí)，被連接的零件之間不允許產(chǎn)生相對運(yùn)動——機(jī)械靜連接；按照工作性質(zhì)可分為三類：型鎖合連接摩擦鎖合連接材料鎖合連接第二篇連接1）機(jī)器工作時(shí)，被連接的零件之間可11）型鎖合連接：通過被連接件或附加固定零件的形狀互相嵌合來達(dá)到連接目的。例如，鉸制孔螺栓連接，平鍵連接等。2）摩擦鎖合連接：通過被連接件的壓緊，在接觸面間產(chǎn)生摩擦力阻止被連接件的相對移動，以達(dá)到連接目的。例如，在橫向載荷作用下的緊螺栓連接，過盈配合連接等。3）材料鎖合連接：靠分子間的分子力將零件連接在一起，例如膠接，焊接等。按照可拆性(靜連接)可拆（卸）連接不可拆（卸）連接1）型鎖合連接：通過被連接件或附加固定零件的形狀互相嵌合來達(dá)2機(jī)器連接類型的設(shè)計(jì)（選擇）：

可拆連接：在需要拆卸時(shí)，不允許毀壞（有些甚至不允許損傷）連接中的任一零件就可拆開的連接；常用可拆連接：螺紋、鍵、銷接等

不可拆連接：在需要拆卸時(shí)，至少要?dú)倪B接中的某一部分才能拆開的連接（鉚釘、焊接、膠接等）；

過盈配合聯(lián)接：既可拆又不可拆；使用要求經(jīng)濟(jì)性加工條件、材料、形狀、尺寸機(jī)器連接類型的設(shè)計(jì)（選擇）：可拆連接：在需要3第五章螺紋連接與螺旋傳動

§5—1螺紋一、螺紋的形成、類型及應(yīng)用螺紋連接是靜連接；螺旋傳動為動連接第五章螺紋連接與螺旋傳動§5—1螺紋一、螺4按牙型三角形螺紋（粗牙、細(xì)牙）管螺紋（三角形）非密封密封螺紋分類方法矩形梯形主要用于傳動螺紋鋸齒形

用于連接按牙型三角形螺紋（粗牙、細(xì)牙）螺紋分5鋸齒形螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋矩形螺紋梯形螺紋6

內(nèi)螺紋（在圓孔的內(nèi)表面）按位置外螺紋（在圓柱的外表面）

右旋（常用）按螺旋線繞行方向

左旋單線（頭）螺紋——用于連接根據(jù)螺旋線數(shù)目雙線螺紋多線螺紋用于傳動

米制（我國常用）按制式英制內(nèi)螺紋（在圓孔的內(nèi)表面71）大徑（外徑）d——與螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，制訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，稱為“公稱直徑”；2）小徑（內(nèi)徑）d1——與螺紋牙底相重合的假想圓柱面直

徑，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的危險(xiǎn)截面；3）中徑d2——在軸向截面內(nèi)凸起寬度（牙厚）與溝槽（牙間寬）相等處的假想圓柱面直徑，d2≈0.5(d+d1)二、螺紋的主要參數(shù)1）大徑（外徑）d——與螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直二、螺紋84）線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目；

5）螺距P——相鄰兩牙對應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離；6）導(dǎo)程S——同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動的軸向距離，即同一條螺旋線上相鄰兩牙對應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離；單線螺紋：S=P；多線螺紋：S=nP

4）線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目；97）螺紋升角ψ——螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面之間夾角，一般按照中徑處計(jì)算；8）牙型角α——螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角；9）牙側(cè)角β——螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角對稱牙型時(shí)：α=2β

10）接觸高度h——內(nèi)外螺紋旋合后的接觸面的徑向高度7）螺紋升角ψ——螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面之10§5—2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件一、螺紋連接基本類型1、螺栓連接

被連接件為通孔（光孔），螺桿一端有螺栓頭，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，主要承受拉伸載荷,孔的加工精度低，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，應(yīng)用很廣。1）普通螺栓連接§5—2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件一、螺紋連接基本類112）鉸制孔螺栓連接孔和螺栓桿采用基孔制過渡配合，裝配后無間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用。2）鉸制孔螺栓連接孔和螺栓桿采用基孔制過渡配合，裝配后無間隙122、雙頭螺柱連接螺桿無螺栓頭，兩端均有螺紋，裝配時(shí)一端旋入被連接件（一般為盲螺紋孔），另一端配以螺母。適于常拆卸而被連接件之一較厚時(shí)。2、雙頭螺柱連接螺桿無螺栓頭，兩端均有螺紋，裝配時(shí)一端旋入被13

一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小、被連接件之一較厚（有螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆。3、螺釘連接3、螺釘連接14

無螺釘頭，一端開槽，不需螺母，擰入螺紋孔頂緊另一零件表面（或凹坑），以固定兩個(gè)零件的相對位置并能傳遞一定的扭矩。4、緊定螺釘連接無螺釘頭，一端開槽，不需螺母，擰入螺紋孔頂緊另4、緊定螺釘15特殊連接：地腳螺栓

吊環(huán)螺釘T型槽螺栓特殊連接：地腳螺栓16二、螺紋標(biāo)準(zhǔn)連接件

1、螺栓普通螺栓

鉸制孔螺栓

六角頭，小六角頭，大六角頭,內(nèi)六角；按照精度分為：A、B、C三級，常用C級；

二、螺紋標(biāo)準(zhǔn)連接件1、螺栓17

2、雙頭螺柱——兩端帶螺紋

A型——有退刀槽B型——無退刀槽2、雙頭螺柱——兩端帶螺紋184、緊定螺釘錐端、平端、圓柱端3、螺釘圓頭、扁圓頭、六角頭、圓柱頭、沉頭等；

圓頭、扁圓頭、沉頭——使用螺絲刀；圓柱頭（內(nèi)六角）——內(nèi)六角扳手；

4、緊定螺釘3、螺釘196、螺母六角螺母、標(biāo)準(zhǔn)、扁、厚

5、自攻螺釘——由螺釘在被連接件上攻出螺紋6、螺母5、自攻螺釘——由螺釘在被連接件上攻出螺紋208、墊圈7、圓螺母與止退墊圈

帶有缺口，應(yīng)用時(shí)帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊。8、墊圈7、圓螺母與止退墊圈21§5—３螺紋連接的預(yù)緊一、預(yù)緊

預(yù)緊目的——增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，提高防松能力。螺紋連接松連接——裝配時(shí)不擰緊，加載時(shí)受力作用。緊連接——裝配時(shí)擰緊。兩種情況：若預(yù)緊力過大，螺桿靜載荷增大、降低強(qiáng)度；預(yù)緊力過小，工作不可靠。

預(yù)緊力F0——螺紋連接時(shí)，預(yù)加于被連接件上的力。一般來說：預(yù)緊應(yīng)力不得超過材料屈服極限的80%。

§5—３螺紋連接的預(yù)緊一、預(yù)緊預(yù)緊目的——增強(qiáng)連接22預(yù)緊力控制方法：測力矩板手——測出預(yù)緊力矩；定力矩板手——達(dá)到固定擰緊力矩時(shí)，彈簧受壓自動打滑；測量預(yù)緊前后螺栓伸長量。扳手?jǐn)Q緊力矩計(jì)算方法：預(yù)緊力控制方法：扳手?jǐn)Q緊力矩計(jì)算方法：23其中，T1——螺紋摩擦阻力矩；這里，F(xiàn)——手柄上的作用力；L——力臂；

T2——螺母環(huán)形端面與被連接件間面之間的摩擦阻力矩；式中，——螺母與支承面之間的摩擦系數(shù)；D0——螺母環(huán)形端工作面（支承面）外徑；d0------螺栓孔徑；——螺旋副的當(dāng)量摩擦角；其中，T1——螺紋摩擦阻力矩；這里，F(xiàn)——24

K——擰緊力矩系數(shù)；常用的M10～M64粗牙普通鋼制螺栓，K=0.1～0.3

注意：按照以上各式計(jì)算出的預(yù)緊力不適應(yīng)于直徑小的螺栓（M12以下），容易在擰緊時(shí)過載擰斷螺栓。K——擰緊力矩系數(shù)；常用的M10～M64粗牙普通鋼制螺25工作中，外載荷振動、變化、高溫蠕變等會造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋連接松動，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋連接就會松馳而失效。因此，必須進(jìn)行防松，否則會影響正常工作，造成事故。防松原理：消除（或限制）螺紋副之間的相對運(yùn)動，或增大相對運(yùn)動的難度。

1、摩擦防松

雙螺母

方法、措施：

§5—4螺紋連接的防松工作中，外載荷振動、變化、高溫蠕變等會造成摩擦力減少，螺紋26彈簧墊圈自鎖螺母——螺母一端做成非圓形收口或開縫后徑面收口，螺母擰緊后收口脹開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。彈簧墊圈自鎖螺母——螺母一端做成非圓形收口或開縫后273）破壞螺旋副運(yùn)動關(guān)系的防松永久防松(端鉚、沖點(diǎn)、點(diǎn)焊)；化學(xué)防松(粘合)

開槽螺母與開口銷螺母與止動墊圈串聯(lián)鋼絲2、機(jī)械防松3）破壞螺旋副運(yùn)動關(guān)系的防松開槽螺母螺母串聯(lián)鋼絲2、機(jī)械防松28§5—5螺栓組連接的設(shè)計(jì)

工程中螺栓皆成組使用，單個(gè)使用極少；螺栓組連接設(shè)計(jì)的順序——選布局、定數(shù)目、力分析、計(jì)算尺寸；

一、螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）布局要盡量對稱分布，螺栓組中心與連接接合面形心重合（有利于分度、劃線、鉆孔、受力均勻）；

2）受剪螺栓組（鉸制孔螺栓）時(shí)，不要在外載作用方向成排布置8個(gè)以上，以免受力不均；

受彎扭、轉(zhuǎn)矩作用螺栓組，要適當(dāng)靠近接合面的邊緣，減小螺栓的受力（圖5-12）；§5—5螺栓組連接的設(shè)計(jì)工程中螺栓皆成組使用，單個(gè)使293）螺栓排列有適當(dāng)?shù)拈g距、邊距，留足扳手活動空間表5-4；軸向和橫向載荷同時(shí)作用時(shí)，設(shè)置銷、套筒、鍵等來抗剪切作用，以減小螺栓組的預(yù)緊力及結(jié)構(gòu)尺寸（圖5-23）；4）同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)取偶數(shù)；5）避免偏心結(jié)構(gòu)，附加彎曲載荷——設(shè)置凸臺、沉孔、加斜面墊圈；3）螺栓排列有適當(dāng)?shù)拈g距、邊距，留足扳手活動空間表5-4；30二、螺栓組連接的受力分析

求受力最大的螺栓或被連接件必要的假設(shè)：各螺栓材料、直徑、長度、預(yù)緊力均相同；接合面形心與螺栓組對稱中心重合；受力后接合面保持平面；外載垂直于螺栓軸線并通過螺栓組的對稱中心；普通螺栓、鉸制孔用螺栓皆可用，圖5-16。1、受橫向載荷的螺栓組連接

二、螺栓組連接的受力分析求受力最大的螺栓或被連接件必要的假31近似認(rèn)為：單個(gè)螺栓所承受的橫向載荷相等；

1)鉸制孔螺栓組連接——螺桿承受剪切和擠壓抵抗橫向載荷

設(shè)橫向總載荷為F∑；連接用螺栓總數(shù)目為z個(gè)；

每個(gè)螺栓工作載荷（剪力）為：近似認(rèn)為：單個(gè)螺栓所承受的橫向載荷相等；1)鉸322)普通螺栓組連接——預(yù)緊后產(chǎn)生的摩擦力抵抗橫向載荷；受力條件：應(yīng)保證連接預(yù)緊后，接合面間產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于等于橫向載荷。

式中，f——摩擦系數(shù)（表5-5）；

Ks——防滑系數(shù)，一般取1.1~1.3;

i——接合面數(shù)；2、受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接

轉(zhuǎn)矩T作用在連接接合面內(nèi)，在T作用下，底板將繞通過螺栓組對稱中心O并與接合面相垂直的軸線轉(zhuǎn)動（圖5-17）。2)普通螺栓組連接——預(yù)緊后產(chǎn)生的摩擦力抵抗橫向載荷；331)普通螺栓——預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩抵抗轉(zhuǎn)矩；矩形分布上式，——各螺栓軸線到螺栓組對稱中心O的距離；

1)普通螺栓——預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩抵抗轉(zhuǎn)矩；矩342)鉸制孔螺栓組

當(dāng)被連接板（底板）為剛體且受載后保持平面，則各螺栓剪切變形量與各r成正比，變形量越大，剪切力越大（變形協(xié)調(diào)條件）。2)鉸制孔螺栓組當(dāng)被連接板（底板）為剛體且受載后保持平面35則有由平衡條件對按照圓均布的螺栓組（如聯(lián)軸器），各個(gè)r相等；

普通螺栓鉸制孔螺栓則有由平衡條件對按照圓均布的螺栓組（如聯(lián)軸器），各個(gè)r相等；363、受軸向載荷的螺栓組連接（如圖5-18）

單個(gè)螺栓軸向工作載荷為：3、受軸向載荷的螺栓組連接（如圖5-18）單個(gè)螺栓軸向工作374、受傾覆力矩螺栓組連接

矩形分布，力矩M在鉛直平面內(nèi)，繞O-O回轉(zhuǎn)；設(shè)底板（上）剛性，下底板（地基）不動；螺栓可能被拉斷，地基被壓潰；4、受傾覆力矩螺栓組連接矩形分布，力矩M在鉛直平面內(nèi)，繞O38傾覆力矩M作用前情況：螺栓受預(yù)緊力F0而伸長，地基被壓縮；

M作用后情況：O-O左側(cè)的螺栓再伸長，地基被放松；右側(cè)螺栓被放松；地基再壓縮；

螺栓與地基受力與變形情況如圖5-20所示。傾覆力矩M作用前情況：M作用后情況：螺栓與地基受力與變形39由平衡條件：由變形協(xié)調(diào)條件：上式，——各螺栓軸線到底板軸線O-O的距離；

由平衡條件：由變形協(xié)調(diào)條件：上式，40為保證地基接合面受壓最大處不被壓碎，則應(yīng)

為保證地基接合面受壓最小處不出現(xiàn)縫隙，則應(yīng)

為保證地基接合面受壓最大處不被壓碎，則應(yīng)為保證地基接合面受41總結(jié)及說明：１、工程中受力情況往往很復(fù)雜，但只要合理簡化，一般都可轉(zhuǎn)化為以上四種典型受力狀態(tài)，或它們的不同組合。計(jì)算時(shí)只要分別計(jì)算出螺栓組在這些簡單受力狀態(tài)下每個(gè)螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來，便得到每個(gè)螺栓的總工作載荷，再對受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算即可；２、計(jì)算公式是在對稱分布情況下推導(dǎo)出來的，對不對稱情況，要做適當(dāng)簡化后也可以用這些公式計(jì)算。總結(jié)及說明：42

設(shè)計(jì)思路：螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（布局、數(shù)目）→螺栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）→求單個(gè)螺栓最大工作載荷（判斷哪個(gè)最大）→按最大載荷的單個(gè)螺栓設(shè)計(jì)（求d1—標(biāo)準(zhǔn)）→全組采用同樣尺寸螺栓（互換的目的）。

設(shè)計(jì)思路：43§5—6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算1、失效形式和原因

受拉螺栓——螺栓桿和螺紋可能發(fā)生塑性變形或斷裂受剪螺栓——螺栓桿和孔壁間可能發(fā)生壓潰或被剪斷b）失效原因：應(yīng)力集中

a）失效形式

載荷：拉（壓）、橫、彎、扭失效：靜載荷，變載荷疲勞工程中螺栓多數(shù)為疲勞失效

受拉螺栓：保證螺栓疲勞拉伸和靜強(qiáng)度受剪螺栓：保證螺栓的擠壓和剪切強(qiáng)度

應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程。2、設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則與思路§5—6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算1、失效形式和原因受拉螺44、松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算例如拉桿、吊鉤螺栓，螺母不需要擰緊，工作前無F0。當(dāng)受到工作載荷F（拉力）時(shí)，螺栓受到拉伸作用。強(qiáng)度條件：d1——螺桿危險(xiǎn)截面直徑（mm）；[σ]——許用拉應(yīng)力(MPa)；

、松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算例如拉桿、吊鉤螺栓，螺母不需要擰緊，工作45二、緊螺栓連接1、只承受預(yù)緊力F0的緊螺栓連接

受力情況：螺母要擰緊，在力矩T作用下，螺栓承受預(yù)緊力F0的拉伸作用以及螺紋摩擦力矩T1的扭剪作用。

應(yīng)力情況：F0——拉伸應(yīng)力T1——扭剪切應(yīng)力復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)拉伸應(yīng)力扭剪切應(yīng)力二、緊螺栓連接1、只承受預(yù)緊力F0的緊螺栓連接受力情況46按照第四強(qiáng)度理論：

即計(jì)算應(yīng)力約為1.3倍的拉伸應(yīng)力。據(jù)此，強(qiáng)度條件為：對于Ｍ１０－Ｍ６４的普通鋼制螺栓：按照第四強(qiáng)度理論：即計(jì)算應(yīng)力約為1.3倍的拉伸應(yīng)力。對于Ｍ47

工作要求：當(dāng)被連接件受到橫向載荷（Ｆ）作用時(shí)，施加的預(yù)緊力要保證被連接件在工作中不發(fā)生錯(cuò)動，條件為：分析：取f=0.2則F0≥5F；這要加大螺栓直徑；在沖擊、振動、變載下工作極不可靠。解決辦法：加減載銷、減載套筒、減載鍵工作要求：當(dāng)被連接件受到橫向載荷（Ｆ）作用時(shí)，施加的48２、承受工作剪力（鉸制孔）緊螺栓連接連接情況：螺拴與孔緊配合，無間隙；螺桿承受擠壓和剪切；２、承受工作剪力（鉸制孔）緊螺栓連接連接情況：49式中，d0——螺桿或孔的直徑（mm）；Lmin——擠壓孔壁的最小高度（mm）；——螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力（MPa）；[τ]——材料許用剪應(yīng)力（MPa）；螺栓桿與孔壁接觸表面的擠壓強(qiáng)度：

螺栓的剪切強(qiáng)度條件為：式中，d0——螺桿或孔的直徑（mm）；螺栓桿與孔壁接觸表面的50３、在預(yù)緊力和軸向工作拉力作用下的緊螺栓連接１）工作狀態(tài)：擰緊螺母，有F0；工作中加上工作載荷F；２）變形分析當(dāng)未擰緊螺母時(shí)，螺栓與螺母均處于松馳狀態(tài)，不受力，不變形。

圖5-24a３、在預(yù)緊力和軸向工作拉力作用下的緊螺栓連接１）工作狀態(tài)：擰51當(dāng)擰緊螺母后：螺栓受F0作用而被拉長λb；被連接件受F0作用被壓縮λm圖5-24b當(dāng)擰緊螺母后：圖5-24b52當(dāng)螺栓再受到外載荷Ｆ的作用后：螺栓再被拉長△λ；總伸長量（λb+△λ）；

圖5-24c連接件被放松，原壓縮量λm要減小△m

。

當(dāng)螺栓再受到外載荷Ｆ的作用后：圖5-24c連接件被放松，53根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件：螺栓伸長增加量△λ=被連接件壓縮變形減小量△m

∴總壓縮量

根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件：∴總壓縮量54

3)載荷變化分析螺栓的總拉力等于工作拉力與殘余預(yù)緊力之和

F2=Ｆ＋F1

被連接件受到的壓縮力由F0減到F1

F1——?dú)堄囝A(yù)緊力對殘余預(yù)緊力Ｆ１的要求：為保證受載后接合面連接的緊密性，應(yīng)使

有密封要求時(shí)，F(xiàn)1=（1.5～1.8）F；一般連接載荷穩(wěn)定時(shí)，F(xiàn)1=（0.2～0.6）F；載荷不穩(wěn)定F1=（0.6～1.0）F；地腳螺栓連接，F(xiàn)1>F；3)載荷變化分析螺栓的總拉力等于工作拉力與殘余預(yù)緊力之和被55

受力與變形關(guān)系圖——僅預(yù)緊力作用時(shí)：螺栓被連接件受力與變形關(guān)系圖——僅預(yù)緊力作用時(shí)：螺栓被連接件56受力與變形關(guān)系圖——預(yù)緊力+工作拉力時(shí)：由圖知：螺栓的剛度：連接件剛度：受力與變形關(guān)系圖——預(yù)緊力+工作拉力時(shí)：由圖知：螺栓的剛度：57——螺栓的相對剛度

令

——螺栓的相對剛度令58４）分析與討論為降低螺栓的受力，以提高連接的承載能力，應(yīng)使Kc盡量小。

這是最理想的情況。

若被連接件的剛度大，螺栓的剛度小，即若螺栓的剛度很大，被連接件的剛度很小，即

這是最壞的情況。４）分析與討論這是最理想的情況。若被連接件的剛度大，螺59解決辦法：a)采用剛度小的螺栓（例如空心、加長、細(xì)頸）b)加墊片（金屬、皮革、銅皮、石棉、橡膠等）

解決辦法：60５）計(jì)算方法與步驟第一步，受載分析，求F

第二步，根據(jù)工作要求，取F1；由F2=F1+F，求F2第三步，補(bǔ)充擰緊并考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將F2增加30%第四步，強(qiáng)度計(jì)算（靜拉伸強(qiáng)度）：５）計(jì)算方法與步驟第一步，受載分析，求F第二步，根據(jù)工作要61一、常用材料

根據(jù)機(jī)械性能，把螺栓、螺柱、螺釘分１０級并以數(shù)字表示（如表5-8）。

例如３.63表示材料的抗拉強(qiáng)度極限為300MPa;6表示屈服極限與抗拉強(qiáng)度極限比值的10倍為0.6小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字表示螺母等級分７級（如表5-9）

注意：所選螺母的級別應(yīng)不低于相配螺栓的級別。

數(shù)字表示螺母承受最小應(yīng)力的1/100§5—7螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力

一、常用材料根據(jù)機(jī)械性能，把螺栓、螺柱、螺釘分１０級并62二、許用應(yīng)力

許用拉應(yīng)力：

許用切應(yīng)力：

許用擠壓應(yīng)力：

以上各式中的安全系數(shù)見表5-10。

二、許用應(yīng)力許用拉應(yīng)力：許用切應(yīng)力：許用擠壓應(yīng)力：以63§5—8提高螺紋連接強(qiáng)度的措施影響連接強(qiáng)度的因素很多：如材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、工藝、螺紋牙型、載荷分布、應(yīng)力幅、機(jī)械性能等。

一、改善螺紋牙間載荷分布不均狀況

旋合螺紋間的載荷分布如圖所示。工作中螺栓牙抗拉伸長，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面處第一圈為最大，應(yīng)力、應(yīng)變亦最大，其余各圈依次遞減。采用圈數(shù)過多的加厚螺母，并不能提高連接的強(qiáng)度。

§5—8提高螺紋連接強(qiáng)度的措施影響連接強(qiáng)度的因素很多：如64機(jī)械設(shè)計(jì)第5章課件65懸置螺母環(huán)槽螺母c)內(nèi)斜螺母d)環(huán)槽內(nèi)斜e)鋼絲套圈懸置螺母66二、降低螺栓應(yīng)力幅

1、降低螺栓剛性

2、增大連接件的剛度

3、降低螺栓剛性

、增大連接件剛度與預(yù)緊力并用具體措施：增加螺栓長度；端頭螺紋光桿（腰狀桿）螺栓；空心螺栓；彈性墊圈（彈性元件）具體措施：不用墊圈、剛度好的墊圈；金屬墊圈代替軟質(zhì)墊圈；密封環(huán)代替墊圈；二、降低螺栓應(yīng)力幅1、降低螺栓剛性2、增大連接件的剛度67三、減小應(yīng)力集中的影響1、加大過渡處圓角半徑；2、卸載槽；3、卸載過渡結(jié)構(gòu)；4、改用退刀槽。三、減小應(yīng)力集中的影響1、加大過渡處圓角半徑；68四、合理的制造工藝

1、切削法、冷鐓法、滾壓法；2、冷作硬化、氰化、氮化、噴丸、熱處理后滾壓螺紋；３、控制單個(gè)螺距誤差和螺距累積誤差。四、合理的制造工藝1、切削法、冷鐓法、滾壓法；69例題:已知總載荷Ｆ∑＝4800Ｎ，α＝50°，h=340，b=150，試設(shè)計(jì)該螺栓組連接。解：1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（圖示）這里，z=4，對稱布置。

2、力分析(分解)1）軸向力F∑h=F∑sinα=3677N

2）橫向力F∑v=F∑cosα=3085N3）傾覆力矩M=16F∑h+15F∑v=105107N.cm

例題:已知總載荷Ｆ∑＝4800Ｎ，α＝50°，解：1、703、求螺栓承受的載荷1)F∑h的作用下,各螺栓承受的工作拉力

Fa=F∑h/z=3677N/4=919N2)在M作用下,上部兩個(gè)螺栓受到加載拉伸作用,下部受到減載作用,所以上部兩螺栓受力較大:

3、求螺栓承受的載荷Fa=F∑h/z=36771

則,上部兩螺栓的軸向工作載荷為:

4、求所需要的預(yù)緊力F0在橫向力F∑v的作用下,接合面不產(chǎn)生滑移(向下)的條件為:則,上部兩螺栓的軸向工作載荷為:472查表5-6,f=0.16;取螺栓相對剛度為0.2,則地基相對剛度為0.8;取防滑系數(shù)Ks=1.2;代入計(jì)算得:F0=6520N

查表5-6,f=0.16;735、計(jì)算上部各螺栓所承受的總拉力F2螺栓(材料Q235,性能等級4.6);查表5-8,σs=240MPa;查表5-10,S=1.5;則,[σ]=σs/S=160MPa;6、確定螺栓直徑(選螺栓）5、計(jì)算上部各螺栓所承受的總拉力F2螺栓(材料Q235,性能74查國標(biāo)（GB196-81）選用M12的普通粗牙螺栓（螺紋d1=10.106mm）7、相關(guān)校核1）接合面（下部）不被壓碎的條件:查國標(biāo)（GB196-81）7、相關(guān)校核1）接合面（下部75查表5-7,[σp]=0.5σB=125MPa＞1.84MPa(安全)。２）接合面（上部）不開縫（間隙）的條件:查表5-7,[σp]=0.5２）接合面（上部）不開縫（間隙）76３）預(yù)緊力是否過大（Ｍ10）

滿足要求，不會擰斷螺栓。

8、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（螺栓長度、精度、螺母、墊圈等）

３）預(yù)緊力是否過大（Ｍ10）滿足要求，不會擰斷螺栓。77§5—9螺旋傳動一、螺旋傳動的類型、特點(diǎn)與應(yīng)用

利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動。主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，亦可反之。

按照相對運(yùn)動關(guān)系：１、螺桿轉(zhuǎn)螺母移——機(jī)床進(jìn)給絲杠；２、螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺母固定）——壓力機(jī)；３、螺母轉(zhuǎn)螺桿移；４、螺母又轉(zhuǎn)又移（螺桿固定）。

§5—9螺旋傳動一、螺旋傳動的類型、特點(diǎn)與應(yīng)用利用螺桿78按照用途：１、傳力（力放大器）——起重機(jī)；２、傳導(dǎo)（導(dǎo)向、運(yùn)動為主）——機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)；３、調(diào)整（微調(diào)機(jī)構(gòu)）；

按照摩擦性質(zhì)：１、滑動螺旋；２、滾動螺旋；３、靜壓螺旋（流體摩擦）；

按照用途：按照摩擦性質(zhì)：79二、螺旋起重器二、螺旋起重器80三、設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)

受力情況：拉壓與轉(zhuǎn)矩失效形式：傳力螺旋——強(qiáng)度要求自鎖螺旋——自鎖性精密傳導(dǎo)螺旋——剛度細(xì)長螺桿——穩(wěn)定性高速長螺桿——臨界轉(zhuǎn)速（橫向振動）相對滑動——耐磨性三、設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)受力情況：拉壓與轉(zhuǎn)矩失效形式：傳力81滾動螺旋傳動摩擦性質(zhì)為滾動摩擦。滾動螺旋傳動是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動體（多用鋼球），當(dāng)傳動工作時(shí)，滾動體沿螺紋滾道滾動并形成循環(huán)。按循環(huán)方式有：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)兩種。

滾動螺旋傳動82本章總結(jié)及要點(diǎn)：1、常用連接方法及用途；2、螺紋的分類及主要參數(shù)計(jì)算公式；3、螺紋連接的類型；4、螺紋連接常用標(biāo)準(zhǔn)件及用途；5、螺紋連接預(yù)緊、防松的目的及方法；

本章總結(jié)及要點(diǎn)：836、螺栓組連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)；7、螺栓組連接的受力分析方法；8、螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算方法；9、提高螺紋連接強(qiáng)度的措施；10、螺旋傳動的類型及用途。

作業(yè)：P101-102T5-4、6、T5-7、T5-８

作業(yè)：P101-10284第二篇連接1）機(jī)器工作時(shí)，被連接的零件之間可以有相對運(yùn)動（但不能分開）——機(jī)械動連接（運(yùn)動副）；

機(jī)械（機(jī)器）都是通過各種機(jī)械零件相互聯(lián)系、連接而組成的；

機(jī)械的連接可分為兩大類：2）機(jī)器工作時(shí)，被連接的零件之間不允許產(chǎn)生相對運(yùn)動——機(jī)械靜連接；按照工作性質(zhì)可分為三類：型鎖合連接摩擦鎖合連接材料鎖合連接第二篇連接1）機(jī)器工作時(shí)，被連接的零件之間可851）型鎖合連接：通過被連接件或附加固定零件的形狀互相嵌合來達(dá)到連接目的。例如，鉸制孔螺栓連接，平鍵連接等。2）摩擦鎖合連接：通過被連接件的壓緊，在接觸面間產(chǎn)生摩擦力阻止被連接件的相對移動，以達(dá)到連接目的。例如，在橫向載荷作用下的緊螺栓連接，過盈配合連接等。3）材料鎖合連接：靠分子間的分子力將零件連接在一起，例如膠接，焊接等。按照可拆性(靜連接)可拆（卸）連接不可拆（卸）連接1）型鎖合連接：通過被連接件或附加固定零件的形狀互相嵌合來達(dá)86機(jī)器連接類型的設(shè)計(jì)（選擇）：

可拆連接：在需要拆卸時(shí)，不允許毀壞（有些甚至不允許損傷）連接中的任一零件就可拆開的連接；常用可拆連接：螺紋、鍵、銷接等

不可拆連接：在需要拆卸時(shí)，至少要?dú)倪B接中的某一部分才能拆開的連接（鉚釘、焊接、膠接等）；

過盈配合聯(lián)接：既可拆又不可拆；使用要求經(jīng)濟(jì)性加工條件、材料、形狀、尺寸機(jī)器連接類型的設(shè)計(jì)（選擇）：可拆連接：在需要87第五章螺紋連接與螺旋傳動

§5—1螺紋一、螺紋的形成、類型及應(yīng)用螺紋連接是靜連接；螺旋傳動為動連接第五章螺紋連接與螺旋傳動§5—1螺紋一、螺88按牙型三角形螺紋（粗牙、細(xì)牙）管螺紋（三角形）非密封密封螺紋分類方法矩形梯形主要用于傳動螺紋鋸齒形

用于連接按牙型三角形螺紋（粗牙、細(xì)牙）螺紋分89鋸齒形螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋矩形螺紋梯形螺紋90

內(nèi)螺紋（在圓孔的內(nèi)表面）按位置外螺紋（在圓柱的外表面）

右旋（常用）按螺旋線繞行方向

左旋單線（頭）螺紋——用于連接根據(jù)螺旋線數(shù)目雙線螺紋多線螺紋用于傳動

米制（我國常用）按制式英制內(nèi)螺紋（在圓孔的內(nèi)表面911）大徑（外徑）d——與螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，制訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，稱為“公稱直徑”；2）小徑（內(nèi)徑）d1——與螺紋牙底相重合的假想圓柱面直

徑，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的危險(xiǎn)截面；3）中徑d2——在軸向截面內(nèi)凸起寬度（牙厚）與溝槽（牙間寬）相等處的假想圓柱面直徑，d2≈0.5(d+d1)二、螺紋的主要參數(shù)1）大徑（外徑）d——與螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直二、螺紋924）線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目；

5）螺距P——相鄰兩牙對應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離；6）導(dǎo)程S——同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動的軸向距離，即同一條螺旋線上相鄰兩牙對應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離；單線螺紋：S=P；多線螺紋：S=nP

4）線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目；937）螺紋升角ψ——螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面之間夾角，一般按照中徑處計(jì)算；8）牙型角α——螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角；9）牙側(cè)角β——螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角對稱牙型時(shí)：α=2β

10）接觸高度h——內(nèi)外螺紋旋合后的接觸面的徑向高度7）螺紋升角ψ——螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面之94§5—2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件一、螺紋連接基本類型1、螺栓連接

被連接件為通孔（光孔），螺桿一端有螺栓頭，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，主要承受拉伸載荷,孔的加工精度低，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，應(yīng)用很廣。1）普通螺栓連接§5—2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件一、螺紋連接基本類952）鉸制孔螺栓連接孔和螺栓桿采用基孔制過渡配合，裝配后無間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用。2）鉸制孔螺栓連接孔和螺栓桿采用基孔制過渡配合，裝配后無間隙962、雙頭螺柱連接螺桿無螺栓頭，兩端均有螺紋，裝配時(shí)一端旋入被連接件（一般為盲螺紋孔），另一端配以螺母。適于常拆卸而被連接件之一較厚時(shí)。2、雙頭螺柱連接螺桿無螺栓頭，兩端均有螺紋，裝配時(shí)一端旋入被97

一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小、被連接件之一較厚（有螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆。3、螺釘連接3、螺釘連接98

無螺釘頭，一端開槽，不需螺母，擰入螺紋孔頂緊另一零件表面（或凹坑），以固定兩個(gè)零件的相對位置并能傳遞一定的扭矩。4、緊定螺釘連接無螺釘頭，一端開槽，不需螺母，擰入螺紋孔頂緊另4、緊定螺釘99特殊連接：地腳螺栓

吊環(huán)螺釘T型槽螺栓特殊連接：地腳螺栓100二、螺紋標(biāo)準(zhǔn)連接件

1、螺栓普通螺栓

鉸制孔螺栓

六角頭，小六角頭，大六角頭,內(nèi)六角；按照精度分為：A、B、C三級，常用C級；

二、螺紋標(biāo)準(zhǔn)連接件1、螺栓101

2、雙頭螺柱——兩端帶螺紋

A型——有退刀槽B型——無退刀槽2、雙頭螺柱——兩端帶螺紋1024、緊定螺釘錐端、平端、圓柱端3、螺釘圓頭、扁圓頭、六角頭、圓柱頭、沉頭等；

圓頭、扁圓頭、沉頭——使用螺絲刀；圓柱頭（內(nèi)六角）——內(nèi)六角扳手；

4、緊定螺釘3、螺釘1036、螺母六角螺母、標(biāo)準(zhǔn)、扁、厚

5、自攻螺釘——由螺釘在被連接件上攻出螺紋6、螺母5、自攻螺釘——由螺釘在被連接件上攻出螺紋1048、墊圈7、圓螺母與止退墊圈

帶有缺口，應(yīng)用時(shí)帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊。8、墊圈7、圓螺母與止退墊圈105§5—３螺紋連接的預(yù)緊一、預(yù)緊

預(yù)緊目的——增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，提高防松能力。螺紋連接松連接——裝配時(shí)不擰緊，加載時(shí)受力作用。緊連接——裝配時(shí)擰緊。兩種情況：若預(yù)緊力過大，螺桿靜載荷增大、降低強(qiáng)度；預(yù)緊力過小，工作不可靠。

預(yù)緊力F0——螺紋連接時(shí)，預(yù)加于被連接件上的力。一般來說：預(yù)緊應(yīng)力不得超過材料屈服極限的80%。

§5—３螺紋連接的預(yù)緊一、預(yù)緊預(yù)緊目的——增強(qiáng)連接106預(yù)緊力控制方法：測力矩板手——測出預(yù)緊力矩；定力矩板手——達(dá)到固定擰緊力矩時(shí)，彈簧受壓自動打滑；測量預(yù)緊前后螺栓伸長量。扳手?jǐn)Q緊力矩計(jì)算方法：預(yù)緊力控制方法：扳手?jǐn)Q緊力矩計(jì)算方法：107其中，T1——螺紋摩擦阻力矩；這里，F(xiàn)——手柄上的作用力；L——力臂；

T2——螺母環(huán)形端面與被連接件間面之間的摩擦阻力矩；式中，——螺母與支承面之間的摩擦系數(shù)；D0——螺母環(huán)形端工作面（支承面）外徑；d0------螺栓孔徑；——螺旋副的當(dāng)量摩擦角；其中，T1——螺紋摩擦阻力矩；這里，F(xiàn)——108

K——擰緊力矩系數(shù)；常用的M10～M64粗牙普通鋼制螺栓，K=0.1～0.3

注意：按照以上各式計(jì)算出的預(yù)緊力不適應(yīng)于直徑小的螺栓（M12以下），容易在擰緊時(shí)過載擰斷螺栓。K——擰緊力矩系數(shù)；常用的M10～M64粗牙普通鋼制螺109工作中，外載荷振動、變化、高溫蠕變等會造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋連接松動，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋連接就會松馳而失效。因此，必須進(jìn)行防松，否則會影響正常工作，造成事故。防松原理：消除（或限制）螺紋副之間的相對運(yùn)動，或增大相對運(yùn)動的難度。

1、摩擦防松

雙螺母

方法、措施：

§5—4螺紋連接的防松工作中，外載荷振動、變化、高溫蠕變等會造成摩擦力減少，螺紋110彈簧墊圈自鎖螺母——螺母一端做成非圓形收口或開縫后徑面收口，螺母擰緊后收口脹開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。彈簧墊圈自鎖螺母——螺母一端做成非圓形收口或開縫后1113）破壞螺旋副運(yùn)動關(guān)系的防松永久防松(端鉚、沖點(diǎn)、點(diǎn)焊)；化學(xué)防松(粘合)

開槽螺母與開口銷螺母與止動墊圈串聯(lián)鋼絲2、機(jī)械防松3）破壞螺旋副運(yùn)動關(guān)系的防松開槽螺母螺母串聯(lián)鋼絲2、機(jī)械防松112§5—5螺栓組連接的設(shè)計(jì)

工程中螺栓皆成組使用，單個(gè)使用極少；螺栓組連接設(shè)計(jì)的順序——選布局、定數(shù)目、力分析、計(jì)算尺寸；

一、螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）布局要盡量對稱分布，螺栓組中心與連接接合面形心重合（有利于分度、劃線、鉆孔、受力均勻）；

2）受剪螺栓組（鉸制孔螺栓）時(shí)，不要在外載作用方向成排布置8個(gè)以上，以免受力不均；

受彎扭、轉(zhuǎn)矩作用螺栓組，要適當(dāng)靠近接合面的邊緣，減小螺栓的受力（圖5-12）；§5—5螺栓組連接的設(shè)計(jì)工程中螺栓皆成組使用，單個(gè)使1133）螺栓排列有適當(dāng)?shù)拈g距、邊距，留足扳手活動空間表5-4；軸向和橫向載荷同時(shí)作用時(shí)，設(shè)置銷、套筒、鍵等來抗剪切作用，以減小螺栓組的預(yù)緊力及結(jié)構(gòu)尺寸（圖5-23）；4）同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)取偶數(shù)；5）避免偏心結(jié)構(gòu)，附加彎曲載荷——設(shè)置凸臺、沉孔、加斜面墊圈；3）螺栓排列有適當(dāng)?shù)拈g距、邊距，留足扳手活動空間表5-4；114二、螺栓組連接的受力分析

求受力最大的螺栓或被連接件必要的假設(shè)：各螺栓材料、直徑、長度、預(yù)緊力均相同；接合面形心與螺栓組對稱中心重合；受力后接合面保持平面；外載垂直于螺栓軸線并通過螺栓組的對稱中心；普通螺栓、鉸制孔用螺栓皆可用，圖5-16。1、受橫向載荷的螺栓組連接

二、螺栓組連接的受力分析求受力最大的螺栓或被連接件必要的假115近似認(rèn)為：單個(gè)螺栓所承受的橫向載荷相等；

1)鉸制孔螺栓組連接——螺桿承受剪切和擠壓抵抗橫向載荷

設(shè)橫向總載荷為F∑；連接用螺栓總數(shù)目為z個(gè)；

每個(gè)螺栓工作載荷（剪力）為：近似認(rèn)為：單個(gè)螺栓所承受的橫向載荷相等；1)鉸1162)普通螺栓組連接——預(yù)緊后產(chǎn)生的摩擦力抵抗橫向載荷；受力條件：應(yīng)保證連接預(yù)緊后，接合面間產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于等于橫向載荷。

式中，f——摩擦系數(shù)（表5-5）；

Ks——防滑系數(shù)，一般取1.1~1.3;

i——接合面數(shù)；2、受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接

轉(zhuǎn)矩T作用在連接接合面內(nèi)，在T作用下，底板將繞通過螺栓組對稱中心O并與接合面相垂直的軸線轉(zhuǎn)動（圖5-17）。2)普通螺栓組連接——預(yù)緊后產(chǎn)生的摩擦力抵抗橫向載荷；1171)普通螺栓——預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩抵抗轉(zhuǎn)矩；矩形分布上式，——各螺栓軸線到螺栓組對稱中心O的距離；

1)普通螺栓——預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩抵抗轉(zhuǎn)矩；矩1182)鉸制孔螺栓組

當(dāng)被連接板（底板）為剛體且受載后保持平面，則各螺栓剪切變形量與各r成正比，變形量越大，剪切力越大（變形協(xié)調(diào)條件）。2)鉸制孔螺栓組當(dāng)被連接板（底板）為剛體且受載后保持平面119則有由平衡條件對按照圓均布的螺栓組（如聯(lián)軸器），各個(gè)r相等；

普通螺栓鉸制孔螺栓則有由平衡條件對按照圓均布的螺栓組（如聯(lián)軸器），各個(gè)r相等；1203、受軸向載荷的螺栓組連接（如圖5-18）

單個(gè)螺栓軸向工作載荷為：3、受軸向載荷的螺栓組連接（如圖5-18）單個(gè)螺栓軸向工作1214、受傾覆力矩螺栓組連接

矩形分布，力矩M在鉛直平面內(nèi)，繞O-O回轉(zhuǎn)；設(shè)底板（上）剛性，下底板（地基）不動；螺栓可能被拉斷，地基被壓潰；4、受傾覆力矩螺栓組連接矩形分布，力矩M在鉛直平面內(nèi)，繞O122傾覆力矩M作用前情況：螺栓受預(yù)緊力F0而伸長，地基被壓縮；

M作用后情況：O-O左側(cè)的螺栓再伸長，地基被放松；右側(cè)螺栓被放松；地基再壓縮；

螺栓與地基受力與變形情況如圖5-20所示。傾覆力矩M作用前情況：M作用后情況：螺栓與地基受力與變形123由平衡條件：由變形協(xié)調(diào)條件：上式，——各螺栓軸線到底板軸線O-O的距離；

由平衡條件：由變形協(xié)調(diào)條件：上式，124為保證地基接合面受壓最大處不被壓碎，則應(yīng)

為保證地基接合面受壓最小處不出現(xiàn)縫隙，則應(yīng)

為保證地基接合面受壓最大處不被壓碎，則應(yīng)為保證地基接合面受125總結(jié)及說明：１、工程中受力情況往往很復(fù)雜，但只要合理簡化，一般都可轉(zhuǎn)化為以上四種典型受力狀態(tài)，或它們的不同組合。計(jì)算時(shí)只要分別計(jì)算出螺栓組在這些簡單受力狀態(tài)下每個(gè)螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來，便得到每個(gè)螺栓的總工作載荷，再對受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算即可；２、計(jì)算公式是在對稱分布情況下推導(dǎo)出來的，對不對稱情況，要做適當(dāng)簡化后也可以用這些公式計(jì)算?？偨Y(jié)及說明：126

設(shè)計(jì)思路：螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（布局、數(shù)目）→螺栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）→求單個(gè)螺栓最大工作載荷（判斷哪個(gè)最大）→按最大載荷的單個(gè)螺栓設(shè)計(jì)（求d1—標(biāo)準(zhǔn)）→全組采用同樣尺寸螺栓（互換的目的）。

設(shè)計(jì)思路：127§5—6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算1、失效形式和原因

受拉螺栓——螺栓桿和螺紋可能發(fā)生塑性變形或斷裂受剪螺栓——螺栓桿和孔壁間可能發(fā)生壓潰或被剪斷b）失效原因：應(yīng)力集中

a）失效形式

載荷：拉（壓）、橫、彎、扭失效：靜載荷，變載荷疲勞工程中螺栓多數(shù)為疲勞失效

受拉螺栓：保證螺栓疲勞拉伸和靜強(qiáng)度受剪螺栓：保證螺栓的擠壓和剪切強(qiáng)度

應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程。2、設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則與思路§5—6螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算1、失效形式和原因受拉螺128、松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算例如拉桿、吊鉤螺栓，螺母不需要擰緊，工作前無F0。當(dāng)受到工作載荷F（拉力）時(shí)，螺栓受到拉伸作用。強(qiáng)度條件：d1——螺桿危險(xiǎn)截面直徑（mm）；[σ]——許用拉應(yīng)力(MPa)；

、松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算例如拉桿、吊鉤螺栓，螺母不需要擰緊，工作129二、緊螺栓連接1、只承受預(yù)緊力F0的緊螺栓連接

受力情況：螺母要擰緊，在力矩T作用下，螺栓承受預(yù)緊力F0的拉伸作用以及螺紋摩擦力矩T1的扭剪作用。

應(yīng)力情況：F0——拉伸應(yīng)力T1——扭剪切應(yīng)力復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)拉伸應(yīng)力扭剪切應(yīng)力二、緊螺栓連接1、只承受預(yù)緊力F0的緊螺栓連接受力情況130按照第四強(qiáng)度理論：

即計(jì)算應(yīng)力約為1.3倍的拉伸應(yīng)力。據(jù)此，強(qiáng)度條件為：對于Ｍ１０－Ｍ６４的普通鋼制螺栓：按照第四強(qiáng)度理論：即計(jì)算應(yīng)力約為1.3倍的拉伸應(yīng)力。對于Ｍ131

工作要求：當(dāng)被連接件受到橫向載荷（Ｆ）作用時(shí)，施加的預(yù)緊力要保證被連接件在工作中不發(fā)生錯(cuò)動，條件為：分析：取f=0.2則F0≥5F；這要加大螺栓直徑；在沖擊、振動、變載下工作極不可靠。解決辦法：加減載銷、減載套筒、減載鍵工作要求：當(dāng)被連接件受到橫向載荷（Ｆ）作用時(shí)，施加的132２、承受工作剪力（鉸制孔）緊螺栓連接連接情況：螺拴與孔緊配合，無間隙；螺桿承受擠壓和剪切；２、承受工作剪力（鉸制孔）緊螺栓連接連接情況：133式中，d0——螺桿或孔的直徑（mm）；Lmin——擠壓孔壁的最小高度（mm）；——螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力（MPa）；[τ]——材料許用剪應(yīng)力（MPa）；螺栓桿與孔壁接觸表面的擠壓強(qiáng)度：

螺栓的剪切強(qiáng)度條件為：式中，d0——螺桿或孔的直徑（mm）；螺栓桿與孔壁接觸表面的134３、在預(yù)緊力和軸向工作拉力作用下的緊螺栓連接１）工作狀態(tài)：擰緊螺母，有F0；工作中加上工作載荷F；２）變形分析當(dāng)未擰緊螺母時(shí)，螺栓與螺母均處于松馳狀態(tài)，不受力，不變形。

圖5-24a３、在預(yù)緊力和軸向工作拉力作用下的緊螺栓連接１）工作狀態(tài)：擰135當(dāng)擰緊螺母后：螺栓受F0作用而被拉長λb；被連接件受F0作用被壓縮λm圖5-24b當(dāng)擰緊螺母后：圖5-24b136當(dāng)螺栓再受到外載荷Ｆ的作用后：螺栓再被拉長△λ；總伸長量（λb+△λ）；

圖5-24c連接件被放松，原壓縮量λm要減小△m

。

當(dāng)螺栓再受到外載荷Ｆ的作用后：圖5-24c連接件被放松，137根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件：螺栓伸長增加量△λ=被連接件壓縮變形減小量△m

∴總壓縮量

根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件：∴總壓縮量138

3)載荷變化分析螺栓的總拉力等于工作拉力與殘余預(yù)緊力之和

F2=Ｆ＋F1

被連接件受到的壓縮力由F0減到F1

F1——?dú)堄囝A(yù)緊力對殘余預(yù)緊力Ｆ１的要求：為保證受載后接合面連接的緊密性，應(yīng)使

有密封要求時(shí)，F(xiàn)1=（1.5～1.8）F；一般連接載荷穩(wěn)定時(shí)，F(xiàn)1=（0.2～0.6）F；載荷不穩(wěn)定F1=（0.6～1.0）F；地腳螺栓連接，F(xiàn)1>F；3)載荷變化分析螺栓的總拉力等于工作拉力與殘余預(yù)緊力之和被139

受力與變形關(guān)系圖——僅預(yù)緊力作用時(shí)：螺栓被連接件受力與變形關(guān)系圖——僅預(yù)緊力作用時(shí)：螺栓被連接件140受力與變形關(guān)系圖——預(yù)緊力+工作拉力時(shí)：由圖知：螺栓的剛度：連接件剛度：受力與變形關(guān)系圖——預(yù)緊力+工作拉力時(shí)：由圖知：螺栓的剛度：141——螺栓的相對剛度

令

——螺栓的相對剛度令142４）分析與討論為降低螺栓的受力，以提高連接的承載能力，應(yīng)使Kc盡量小。

這是最理想的情況。

若被連接件的剛度大，螺栓的剛度小，即若螺栓的剛度很大，被連接件的剛度很小，即

這是最壞的情況。４）分析與討論這是最理想的情況。若被連接件的剛度大，螺143解決辦法：a)采用剛度小的螺栓（例如空心、加長、細(xì)頸）b)加墊片（金屬、皮革、銅皮、石棉、橡膠等）

解決辦法：144５）計(jì)算方法與步驟第一步，受載分析，求F

第二步，根據(jù)工作要求，取F1；由F2=F1+F，求F2第三步，補(bǔ)充擰緊并考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將F2增加30%第四步，強(qiáng)度計(jì)算（靜拉伸強(qiáng)度）：５）計(jì)算方法與步驟第一步，受載分析，求F第二步，根據(jù)工作要145一、常用材料

根據(jù)機(jī)械性能，把螺栓、螺柱、螺釘分１０級并以數(shù)字表示（如表5-8）。

例如３.63表示材料的抗拉強(qiáng)度極限為300MPa;6表示屈服極限與抗拉強(qiáng)度極限比值的10倍為0.6小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字表示螺母等級分７級（如表5-9）

注意：所選螺母的級別應(yīng)不低于相配螺栓的級別。

數(shù)字表示螺母承受最小應(yīng)力的1/100§5—7螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力

一、常用材料根據(jù)機(jī)械性能，把螺栓、螺柱、螺釘分１０級并146二、許用應(yīng)力

許用拉應(yīng)力：

許用切應(yīng)力：

許用擠壓應(yīng)力：

以上各式中的安全系數(shù)見表5-10。

二、許用應(yīng)力許用拉應(yīng)力：許用切應(yīng)力：許用擠壓應(yīng)力：以147§5—8提高螺紋連接強(qiáng)度的措施影響連接強(qiáng)度的因素很多：如材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、工藝、螺紋牙型、載荷分布、應(yīng)力幅、機(jī)械性能等。

一、改善螺紋牙間載荷分布不均狀況

旋合螺紋間的載荷分布如圖所示。工作中螺栓牙抗拉伸長，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面處第一圈為最大，應(yīng)力、應(yīng)變亦最大，其余各圈依次遞減。采用圈數(shù)過多的加厚螺母，并不能提高連接的強(qiáng)度。

§5—8提高螺紋連接強(qiáng)度的措施影響連接強(qiáng)度的因素很多：如148機(jī)械設(shè)計(jì)第5章課件149懸置螺母環(huán)槽螺母c)內(nèi)斜螺母d)環(huán)槽內(nèi)斜e)鋼絲套