第16章 螺紋聯(lián)接

第三篇聯(lián)接零件和軸系零部件設計

第十三章螺紋聯(lián)接本章主要內(nèi)容螺紋聯(lián)接的基本類型和標準聯(lián)接件螺栓聯(lián)接的預緊與防松螺栓聯(lián)接的強度計算螺栓組聯(lián)接的設計提高螺紋聯(lián)接強度的措施本章基本要求

1、掌握螺蚊聯(lián)接的基本知識。應了解螺紋聯(lián)接的類型、特性、標準、結(jié)構(gòu)、應用場合，預緊和防松的方法，以便能夠正確地選用。2、掌握螺栓聯(lián)接強度計算的理論與方法，能進行受力分析和強度計算。3、掌握螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設計、受力分析，能夠較合理地設計出可靠的螺栓組聯(lián)接。4、掌握提高螺紋聯(lián)接強度的各種措施。本章重點與難點本章重點是螺栓組聯(lián)接的設計（1）首先要進行正確結(jié)構(gòu)設計，解決螺栓組的布置問題。（2）然后通過螺栓組的受力分析,找出受力最大的螺栓，并求出其所受的力；（3）再進行單個螺栓聯(lián)接的強度計算；或按照強度計算公式來設計受力最大的螺栓直徑，其余螺栓按此選用。

復雜受力狀態(tài)下的螺栓組聯(lián)接受力分析、強度計算。本章重點本章難點第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本類型和標準聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接的基本類型

（一）螺栓聯(lián)接

如圖示,螺栓聯(lián)接用于聯(lián)接兩個便于加工通孔的較薄零件?？着c螺栓不配合，加工精度要求低，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，損壞后容易更換。a)普通螺栓聯(lián)接b)鉸制孔用螺栓聯(lián)接圖13－1螺栓聯(lián)接（二）螺釘聯(lián)接兩被聯(lián)接件中，若其中一個被聯(lián)接件較厚不便鉆通孔，可采用螺釘聯(lián)接。在較薄的零件上加工通孔，在較厚的零件上首先加工盲孔，然后在盲孔上攻絲。直接在不能制出通孔的聯(lián)接件上加工螺紋孔代替螺母，將螺釘擰入被聯(lián)接件之一的螺紋孔內(nèi)實現(xiàn)聯(lián)接稱為螺釘聯(lián)接。如圖13－2a所示。圖13－2a螺釘聯(lián)接第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本類型和標準聯(lián)接件（三）雙頭螺柱聯(lián)接當螺釘聯(lián)接需要經(jīng)常拆卸或螺釘無法安裝時，可以采用雙頭螺柱聯(lián)接。將雙頭螺柱的一端旋入并緊定在被聯(lián)接件的螺孔中，另一端穿過另一被聯(lián)接件的孔并擰入螺母實現(xiàn)聯(lián)接。如圖13－2b所示。圖13－2b雙頭螺栓聯(lián)接第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本類型和標準聯(lián)接件（四）緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接如圖13－3所示，用來固定兩零件間的相互位置，用于傳遞不大的力及力矩。多用于軸和軸上零件的聯(lián)接。圖13－3緊定螺釘聯(lián)接第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本類型和標準聯(lián)接件二、標準螺紋聯(lián)接件(GB/T3103.1－2002)機械制造中常見的螺紋聯(lián)接件有：螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母和墊圈。螺紋聯(lián)接件分為三個精度等級（根據(jù)國標GB/T3103.1－2002）：A級－用于重要零件的聯(lián)接；B級－用于受載大經(jīng)常裝拆或受變載的聯(lián)接。

C級－用于一般聯(lián)接。第一節(jié)螺紋聯(lián)接的基本類型和標準聯(lián)接件第二節(jié)螺紋聯(lián)接的預緊和防松一、螺紋聯(lián)接的預緊預緊力F0與擰緊力矩T:

為保證工作所需的預緊力，又不使螺紋聯(lián)接件過載損壞，對重要的聯(lián)接，裝配時應控制預緊力F0。預緊力的大小是通過擰緊力矩T來控制的。M10～M64的普通粗牙螺紋的擰緊力矩為：預緊目的：

增加可靠性和緊密性，防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對位移?？刂祁A緊力的方法：1.借助測力矩板手、定力矩板手，控制擰緊力矩。2.重要聯(lián)接，控制螺栓伸長量。圖13－4控制擰緊力矩的扳手a)測力矩板手b)定力矩板手二、螺紋聯(lián)接的防松

（一）摩擦防松防松的關鍵是防止螺旋副在受載時發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。（1）對頂螺母防松；（2）彈簧墊圈防松；（3）自鎖螺母防松第二節(jié)螺紋聯(lián)接的預緊和防松a）對頂螺母b）彈簧墊圈c）金屬鎖緊螺母d）尼龍圈鎖緊螺母圖13－5常用的摩擦放松形式（二）機械防松利用各種止動零件，阻止擰緊的螺紋零件相對轉(zhuǎn)動。機械防松比較可靠，應用廣泛,常用的如圖示.對不拆的聯(lián)接，可用破壞螺紋副、粘接的方法防松。a）槽形螺母和開口銷b）圓螺母和帶翅墊圈c）止動墊片防松圖13－6常用的機械防松形式d）串聯(lián)鋼絲第二節(jié)螺紋聯(lián)接的預緊和防松第三節(jié)螺拴聯(lián)接的強度計算一、螺紋聯(lián)接的失效形式和計算準則保證螺栓的擠壓強度和剪切強度螺紋聯(lián)接的失效形式受拉螺栓受剪螺栓螺栓桿和螺紋部分塑性變形或斷裂螺栓桿和孔壁間壓潰或螺栓桿被剪斷螺紋聯(lián)接的設計準則受拉螺栓受剪螺栓保證螺栓的靜力或疲勞拉伸強度。二、螺紋聯(lián)接件的材料及許用應力（一）螺紋聯(lián)接件的常用材料常用材料：Q215、Q235、25、45號鋼對承受沖擊、振動或變載荷可采用：15Cr、20Cr、40Cr、15MnVB、30CrMnSi等合金鋼對特殊用途可采用：特種鋼或銅合金、鋁合金等常用材料的力學性能：見表13－1螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏质?；螺母性能等級分七級。見?3－2（二）螺紋聯(lián)接件的許用應力見表13－3、13－6第三節(jié)螺拴聯(lián)接的強度計算二、螺紋聯(lián)接件的材料及許用應力（一）螺紋聯(lián)接件的常用材料常用材料：Q215、Q235、25、45號鋼對承受沖擊、振動或變載荷可采用：15Cr、20Cr、40Cr、15MnVB、30CrMnSi等合金鋼對特殊用途可采用：特種鋼或銅合金、鋁合金等常用材料的力學性能：見表13－1螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏质墸宦菽感阅艿燃壏制呒?。見?3－2（二）螺紋聯(lián)接件的許用應力見表13－3、13－6第三節(jié)螺拴聯(lián)接的強度計算在擰緊螺母時，螺栓受F0和T1所產(chǎn)生的拉伸與扭轉(zhuǎn)的復合應力作用。三、普通螺栓聯(lián)接的強度計算（確定螺紋小徑）

1.只承受預緊力的緊螺栓聯(lián)接的強度計算危險截面拉伸強度條件：圖13－7受橫向工作載荷的普通緊螺栓聯(lián)接第三節(jié)螺拴聯(lián)接的強度計算減載零件承受橫向工作載荷靠摩擦力抵抗工作載荷的緊螺栓聯(lián)接要求保持較大的預緊力,使結(jié)構(gòu)尺寸增大。在振動、沖擊和變載荷下，有可能出現(xiàn)松脫。

為此，采用減載零件承擔橫向工作載荷，螺栓僅起聯(lián)接作用。a）用減載銷b）用減載套筒c）用減載鍵圖13－8承受橫向載荷的減速裝置第三節(jié)螺拴聯(lián)接的強度計算受工作載荷時：螺栓：受拉伸，

伸長增量被聯(lián)接件：受

壓縮壓縮增量

2.受預緊力F0和軸向工作載荷F共同作用的緊螺栓聯(lián)接強度計算受軸向工作載荷

F后，總拉力F1＝?

螺母未擰緊時螺母擰緊時受工作載荷時圖13－9單個螺栓聯(lián)接的受力—變形圖第三節(jié)螺拴聯(lián)接的強度計算螺母擰緊時：螺栓：受拉伸，伸長量被聯(lián)接件：受

壓縮壓縮量

殘余預緊力螺栓的相對剛度見表13－7由圖所示的幾何關系，可得：圖13－10單個螺栓聯(lián)接的力—變形線圖單個螺栓聯(lián)接的力－變形線圖第三節(jié)螺拴聯(lián)接的強度計算為降低螺栓的受力，提高螺栓聯(lián)接的承載能力，應使螺栓的相對剛度值盡量小些，取較硬的墊片。螺栓的相對剛度通過計算或?qū)嶒灤_定：見表13－7金屬墊片0.2～0.3；皮革墊片0.7；銅皮石棉墊片0.8；橡膠墊片0.9。螺栓的相對剛度對一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定時，可取對于地腳螺栓聯(lián)接，可取對外載荷有變化時，可取為保證聯(lián)接的剛性或緊密性，殘余預緊力應對于有緊密性要求的聯(lián)接，可取第三節(jié)螺拴聯(lián)接的強度計算（1）受軸向靜載荷作用時的強度計算1）求出螺栓工作載荷F2）按聯(lián)接要求選擇預緊力F2（或由F0求出F2）3）計算總拉力F1＝F2＋

F4）計算螺栓強度：根據(jù)聯(lián)接的受載情況：考慮聯(lián)接在外載荷作用下可能進行補充擰緊，以及考慮螺紋力矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應力的影響，則螺栓危險截面的拉伸強度條件為第三節(jié)螺拴聯(lián)接的強度計算（2)

受軸向變載荷作用時的強度計算單位為MPa，由表13－3公式計算1）按靜強度計算初定d1

圖13－11受軸向變載荷螺栓中拉力的變化2）校核疲勞強度：第三節(jié)螺拴聯(lián)接的強度計算四.鉸制孔用螺栓聯(lián)接的強度計算聯(lián)接所受預緊力很小，設計強度計算時可不考慮預緊力和螺紋面間摩擦力矩的影響。螺栓材料的許用切應力、螺栓或孔壁材料的許用擠壓應力，單位均為MPa。見表13－6。螺栓桿的抗剪切強度條件：螺栓桿與孔壁的抗壓強度條件：圖13－12受橫向工作載荷的鉸制孔用螺栓聯(lián)接失效形式：接觸面壓潰及螺栓剪切。第三節(jié)螺拴聯(lián)接的強度計算結(jié)構(gòu)設計受力分析按聯(lián)接用途和被聯(lián)接件結(jié)構(gòu)，選定螺栓的數(shù)目和布置形式按聯(lián)接結(jié)構(gòu)和受載情況找出受力最大的螺栓求出其所受力螺紋聯(lián)接的設計強度計算計算受力最大的螺栓的強度。第四節(jié)螺栓組聯(lián)接的設計一、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設計1）聯(lián)接接合面幾何形狀與機器機構(gòu)相適應，設計成軸對稱的簡單幾何形狀；2）螺栓布置應使各螺栓的受力合理；3）分布在同一圓周上的螺栓數(shù)量應為偶數(shù),同組螺栓的直徑、長度、材料應相同；4）螺栓的排列應有合理的間距、邊距一般情況t0

=（5～8）d對接合面無要求t0

=10要求較高的重要聯(lián)接見表13－8；圖13－13螺栓聯(lián)接常見布置方式圖13－14凸臺與沉頭座a）凸臺b）沉頭座5）螺栓與螺母的支撐面應平整，與螺栓軸線垂直;6）螺栓聯(lián)接中，設計有可靠的防松裝置。第四節(jié)螺栓組聯(lián)接的設計二、螺栓組聯(lián)接的受力分析

（一）受軸向載荷FQ的螺栓組聯(lián)接每個螺栓所受軸向工作載荷F相等：

z—螺栓數(shù)目為簡化計算，螺栓組受力分析假設：1、各螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同；2、被聯(lián)接件為剛體，受載后聯(lián)接接合面保持為平面；3、螺栓的變形在彈性范圍內(nèi)。第四節(jié)螺栓組聯(lián)接的設計（二）受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接

(1)采用普通螺栓聯(lián)接---結(jié)合面的摩擦因數(shù),見表13－9；——接合面對數(shù)——可靠性系數(shù)取1.1－1.3聯(lián)接的靜力平衡條件：預緊力：如圖示，靠螺母擰緊后在聯(lián)接接合面間產(chǎn)生的摩擦力來抵抗橫向載荷。第四節(jié)螺栓組聯(lián)接的設計圖13－7以被聯(lián)接件接合面不滑移為計算準則（2）采用鉸制孔螺栓聯(lián)接每個螺栓所受的橫向工作剪力：二、螺栓組聯(lián)接的受力分析

（二）受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接螺栓聯(lián)接擰緊力矩不大，在強度計算中不考慮預緊力和摩擦力。計算時近似認為各螺栓所承擔的工作載荷相等。如圖示，靠螺栓桿受剪切和螺栓桿與孔壁間受擠壓來傳遞橫向載荷。第四節(jié)螺栓組聯(lián)接的設計(三)受扭轉(zhuǎn)力矩T的螺栓組聯(lián)接

（1）采用普通螺栓聯(lián)接式中：—螺栓的軸線到螺栓組對稱中心O的距離，單位為㎜。根據(jù)底板上各力矩平衡條件得或所需預緊力：

圖13－16受扭轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接用普通螺栓聯(lián)接用鉸制孔用螺栓聯(lián)接第四節(jié)螺栓組聯(lián)接的設計（2）采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接根據(jù)底板上各力矩平衡條件得根據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件受力最大螺栓所受的工作剪力在實際工作中，螺栓組聯(lián)接所受的工作載荷常常是若干種簡單受力狀態(tài)的不同組合。在螺栓組聯(lián)接中不論受力狀態(tài)如何復雜，都可以簡化成幾種簡單受力狀態(tài)，再按理的疊加原理求出螺栓的受力。第四節(jié)螺栓組聯(lián)接的設計例例一厚度δ=12mm的鋼板，用4個螺栓固聯(lián)在厚度為的鑄鐵支架上，螺栓的布置有a.b兩種方案，如圖13-17所示。已知：螺栓材料為Q235，［σ］=95MPa，［τ]=96MPa,鋼板［σp]=320MPa,鑄鐵［σp1]=180MPa，接合面間的摩擦因數(shù)f=0.15,可靠性系數(shù)Kf=1.2,載荷F∑=12000N，尺寸l=400mm,a=100mm．（１）試比較哪種螺栓布置方案合理？（２）按照螺栓布置合理方案，分別確定采用普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔用螺栓聯(lián)接時的螺栓直徑．圖13－17托架螺栓組聯(lián)接

（１）將載荷簡化將載荷F∑向螺栓組聯(lián)接接合面形心O簡化，得一橫向載荷F∑=12000N和一旋轉(zhuǎn)力矩如圖示。例－1圖13－18托架螺栓組聯(lián)接（一）（２）確定各個螺栓所受的橫向載荷在橫向載荷F∑的作用下，各個螺栓所受的橫向載荷F1大小相同，與F∑同向。解：１．螺栓組聯(lián)接受力分析由圖a可知，螺栓１和２所受兩力的夾角α最小，故螺栓１和２所受的橫向載荷最大。例－2在扭轉(zhuǎn)力矩T的作用下，由于各個螺栓中心至形心O點距離相等，所以各個螺栓所受的橫向載荷大小也相同，但方向各垂直與螺栓中心與形心O的連線如圖示。圖13－19托架螺栓組聯(lián)接（二）對于方案a，各個螺栓中心至形心O點的距離為所以（３）兩種方案比較在螺栓布置方案a中，受力最大的螺栓１和受力最大的螺栓２的總橫向載荷；而在螺栓布置方案b中，受力最大的螺栓１所受的總橫向載荷?？梢钥闯?，因此方案a比較合理。例－3即所以由圖b可知，螺栓１所受的橫向載荷最大，即

對于方案b，各個螺栓中心至形心O點的距離為例－4２．按螺栓布置方案a確定螺栓直徑

（１）采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接１）因為采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接是靠螺栓光桿手剪切力和配合面受擠壓來傳遞橫向載荷，因此按抗剪切強度設計螺栓光桿部分的直徑。查GB/T27－1988，取M12×60（）。２）校核配合面擠壓強度。按圖13-20所示的配合尺寸，有螺栓光桿與鋼板孔間螺栓光桿與鑄鐵支架孔間故配合面擠壓強度足夠。圖13－20采用鉸制孔用螺栓例－5

（２）采用普通螺栓聯(lián)接因為普通螺栓聯(lián)接是靠螺栓預緊后在被聯(lián)接件的接合面間產(chǎn)生的摩擦力來傳遞橫向載荷，因此首先要求出螺栓所需的預緊力。由，得根據(jù)強度條件式可得螺栓小徑，即查GB/T196－1981，取M45（）的螺栓。＞第五節(jié)提高螺紋聯(lián)接強度的措施

一、改善螺紋牙載荷分布不均的現(xiàn)象螺栓受力后螺距變化，內(nèi)