第五章螺紋聯(lián)接

§5-1概述§5-2螺紋連接的類型與標(biāo)準(zhǔn)連接件§5-3螺紋連接的預(yù)緊§5-6螺紋連接組的設(shè)計(jì)§5-5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算§5-8提高螺紋連接強(qiáng)度的措施§5-7螺紋連接件的材料與許用應(yīng)力§5-9螺旋傳動(dòng)§5-4螺紋連接的防松§1概述一、連接分類1、按運(yùn)動(dòng)關(guān)系分靜連接：只固定，無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如螺紋連接、普通平鍵連接。動(dòng)連接：彼此有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如花鍵、螺旋傳動(dòng)等?！\(yùn)動(dòng)副2、按傳載原理分靠摩擦力（力閉合）：如受拉螺栓、過(guò)盈連接。非摩擦（形閉合）：靠連接零件的相互嵌合傳載，如平鍵。材料鎖合連接：利用附加材料分子間作用，如粘接、焊接。3、按拆開(kāi)時(shí)是否損壞零件分可拆連接：如螺紋連接（最廣泛的可拆連接）。不可拆連接：如焊接、鉚接等。二、螺紋基本知識(shí)①直徑大徑d：公稱直徑。M20→d=20mm小徑d1：螺紋的最小直徑。中徑d2：齒厚=齒槽寬處直徑，幾何計(jì)算用。一般?。篸2=(d+d1)/2④螺距p②線數(shù)n：n=1時(shí)用于連接；n＞1時(shí)用于傳動(dòng)；n↑→η↑，但為便于制造n≤4③牙形角α：螺紋牙兩側(cè)面夾角。1、螺紋的主要參數(shù)2、螺紋的類型右旋左旋螺紋位置：內(nèi)螺紋——螺母；外螺紋——螺釘。旋向判定：順著軸線方向看，可見(jiàn)左側(cè)邊高則為左旋，右邊高則為右旋。螺紋旋向：左旋螺紋，右旋螺紋（常用）。思考：⑥中徑升角ψ：⑤導(dǎo)程s：s=np連接：效率低、自鎖性好。傳動(dòng)：效率高、自鎖性差。螺紋牙形：三角形、矩形、梯形、鋸齒形等30°3°30°60°三角形梯形鋸齒形矩形單線，用于連接雙線或多線，常用于傳動(dòng)粗牙：一般情況下使用。細(xì)牙：d相同，p小，ψ小，牙淺，自鎖性好，但不耐磨，易滑扣?！嘤糜谧冚d荷場(chǎng)合。∴連接螺紋：一般為單線、粗牙、右旋的三角螺紋。螺紋線數(shù)：?jiǎn)尉€（連接）；多線（傳動(dòng)）?！?螺紋連接的主要類型、材料一、主要類型（注意各圖的畫(huà)法）1、螺栓連接受拉——普通螺栓普通螺栓：無(wú)需在被聯(lián)件上加工螺紋孔，裝拆方便，用于兩被聯(lián)件均不太厚的場(chǎng)合。受剪——鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓：除起連接作用外，還起定位作用。2、雙頭螺柱連接

用于有一連接件較厚，并經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合，拆卸時(shí)只需擰下螺母即可。3、螺釘連接用于有一連接件較厚，且不需經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。4、緊定螺釘連接螺釘末端頂住另一零件的表面或相應(yīng)凹坑，以固定兩個(gè)零件的相互位置，并可傳遞不大的力或力矩。二、性能等級(jí)1、螺栓等：十個(gè)性能等級(jí)，如：3.6、4.6、4.8、……性能等級(jí)材料性能如：6.8σBmin/100=6σBmin=600MPa10(σsmin/σBmin)=8σsmin=480MPa或σsmin=(6×8)×10=480MPa低碳鋼或中碳鋼2、螺母：七個(gè)等級(jí)，與螺栓性能相配。（自學(xué)）§3螺紋連接的預(yù)緊一、擰緊受載之前擰緊螺母預(yù)緊力F’預(yù)緊↑連接剛度↑防松能力↑緊密性1、擰緊力矩T=？螺母支承面間的摩擦阻力矩以螺母分析：T=T1+T2螺紋副間的摩擦力矩——螺紋副間有效圓周力（rf——支承面摩擦半徑）∴kt——擰緊力矩系數(shù)，一般取kt=0.22、控制T的方法T↑F↑拉斷、滑扣T↓不能滿足工作要求控制T的大小一般情況憑經(jīng)驗(yàn)，擰緊即可。方法：測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量：σμ（大型螺栓連接）定力矩扳手測(cè)力矩扳手沖擊扳手采用測(cè)力矩扳手或定力矩扳手控制預(yù)緊力，準(zhǔn)確性較差，也不適用與大型的螺栓連接。為此，可以采用測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量的方法來(lái)控制預(yù)緊力。測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量3、嚴(yán)格控制預(yù)緊力時(shí)d≮M12~M16標(biāo)準(zhǔn)扳手長(zhǎng)度L=15d，若擰緊力為F，則：T=FL=15dF=0.2F’d→F’=75F若F=200N，則F’=15000N?！∮贛12，則易拉斷。二、防松1、螺紋連接按自鎖條件設(shè)計(jì)：

ψ≤ρv?！?/p>

靜載下不會(huì)自行松脫。2、松動(dòng)原因沖擊、振動(dòng)、變載荷下溫度變化較大時(shí)螺旋副摩擦力Ff減小或瞬時(shí)消失松動(dòng)對(duì)頂螺母3、防松方法——防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。按防松原理不同，分為三類：a）摩擦防松自鎖螺母彈簧墊圈開(kāi)口方向：斜向右下方彈性增壓尖端抵住開(kāi)口銷與槽形螺母b）機(jī)械防松（直接鎖?。┱_不正確注意金屬絲穿入方向串聯(lián)金屬絲c）破壞螺紋副關(guān)系不可拆連接膠接沖點(diǎn)焊住螺紋連接組的設(shè)計(jì)1§4螺栓組連接的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)螺栓組連接時(shí)，關(guān)鍵是連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。它是根據(jù)被連接件的結(jié)構(gòu)和連接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式。為了便于加工制造和對(duì)稱布置螺栓，保證連接結(jié)合面受力均勻，通常聯(lián)接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀。螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。為了便于在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫(huà)線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。避免螺栓承受附加的彎曲載荷。說(shuō)明說(shuō)明說(shuō)明一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各螺栓之間的距離大小既要保證連接的可靠性又要考慮裝拆方便，還應(yīng)留有足夠的扳手空間。大多數(shù)機(jī)械中螺栓都是成組使用的。

扳手空間均布?jí)|平改錯(cuò)螺紋連接組的設(shè)計(jì)21．受橫向載荷2．受轉(zhuǎn)矩3．受軸向載荷4．受傾覆力矩受力分析的目的：根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。受力分析時(shí)所作假設(shè)：所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均相同；受載后連接接合面仍保持為平面。受力分析的類型：二、螺栓組連接的受力分析螺栓組的對(duì)稱中心與連接接合面的形心重合；

螺紋連接組的設(shè)計(jì)3（1）對(duì)于鉸制孔用螺栓連接（圖b），每個(gè)螺栓所受工作剪力為：（2）對(duì)于普通螺栓連接（圖a），按預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有：式中：z為螺栓數(shù)目。圖示為由四個(gè)螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。1．受橫向載荷的螺栓組連接或

Ks為防滑系數(shù)，設(shè)計(jì)中可取Ks=1.1~1.3。螺紋連接組的設(shè)計(jì)4采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺栓組受轉(zhuǎn)矩時(shí)的受力情況是不同的。2．受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接采用普通螺栓，是靠連接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。

螺紋連接組的設(shè)計(jì)53．受軸向載荷的螺栓組連接若作用在螺栓組上軸向總載荷FΣ作用線與螺栓軸線平行，并通過(guò)螺栓組的對(duì)稱中心，則各個(gè)螺栓受載相同，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為：

通常，各個(gè)螺栓還承受預(yù)緊力F0的作用，當(dāng)連接要有保證的殘余預(yù)緊力為F1時(shí)，每個(gè)螺栓所承受的總載荷F2為。F2=F1+F

螺紋連接組的設(shè)計(jì)64．受傾覆力矩的螺栓組連接傾覆力矩M作用在連接接合面的一個(gè)對(duì)稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已擰緊并承受預(yù)緊力F0。作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡，即：由此可以求出最大工作載荷：

螺紋連接組的設(shè)計(jì)7螺栓的總拉力：為防止結(jié)合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求：底板受傾覆力矩后，在軸線O-O左側(cè)，螺栓與地基的工作點(diǎn)分別移至B1

和C1，兩者作用在底板上的合力為F。受傾覆力矩的底板螺栓組連接的受力過(guò)程可用右圖表示。在軸線O-O右側(cè)，螺栓與地基的工作點(diǎn)分別移至B2和C2

，兩者作用在底板上的合力為Fm

。在傾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作點(diǎn)都處于A點(diǎn)。

例4一鋼板采用三個(gè)鉸制孔螺栓連接,下列三個(gè)方案哪個(gè)最好?F3F3F3FL2aFL2aFmax=F3=FL2aF3+F3F3F3FL2aFL2aFmax=F1=F3=F3F3F3FL3aFl3aFL3aFmax=F2=比較：方案一：Fmax=FL2aF3+方案二：Fmax=方案三：Fmax=——差誰(shuí)好？由：L=結(jié)論：1）當(dāng)L>時(shí)，方案三最好。2）當(dāng)L<時(shí)，方案二最好。受任意載荷螺栓組向形心簡(jiǎn)化———————→四種簡(jiǎn)單狀態(tài)迭加——→受載最大螺栓——→按單個(gè)計(jì)算例5、圖示底板用8個(gè)螺栓與支架相連，受外力Q作用，Q作用于包含X軸并垂直于底板接縫面，試計(jì)算此螺栓組聯(lián)接。（θ=30°）解：

（一）受力分析QQHQH=QcosθQVQV=QsinθHMHQHH=QcosθMH=H·300VMVQVV=QsinθMV=V·400H=4330N，V=2500N，M=MH-MV=299000N·mm（二）工作條件分析1、保證結(jié)合面不滑移又：2、受力最大螺栓軸向載荷a、FV=V/z=2500/8=312.5N（每個(gè)螺栓受V作用相同）b、M作用，離形心越遠(yuǎn)受力越大c、最大工作載荷d、螺栓總拉力=5662.5N?。篕s

=1.3f=0.133、螺栓直徑：d1d4、其它條件a、左側(cè)不出現(xiàn)間隙：b、接合面右側(cè)不壓潰：

螺栓擰緊并承受軸向載荷H后，剩余預(yù)緊力在結(jié)合面產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力。翻轉(zhuǎn)力矩對(duì)擠壓應(yīng)力的影響選擇螺栓性能等級(jí)，計(jì)算許用應(yīng)力

。QQ例6、設(shè)計(jì)圖示螺紋聯(lián)接：1.受拉螺栓2.受剪螺栓解：一）受力分析RTFSRFSRFSRFSRFSTFSTFSTFSTR=Q/2=10000NQT=R×300=3000000N.mmR使各螺栓受到橫向工作載荷FSR：FSR=R/4=2500（N）T也使各螺栓受到橫向工作載荷FST，方向與形心連線垂直。受載最大的螺栓：受拉螺栓：受剪螺栓：相同二）設(shè)計(jì)計(jì)算

受拉螺栓

由預(yù)緊力F’產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞外載荷FS。（?。簁f=1.3、μs=0.13）

受剪螺栓選擇螺栓性能等級(jí)，計(jì)算許用應(yīng)力

。螺栓直徑：d1d橫向載荷由螺栓桿與被聯(lián)件的擠壓與剪切傳遞。受載最大螺栓的橫向載荷為：FS=9014（N）選擇螺栓性能等級(jí)，計(jì)算許用應(yīng)力

。螺栓直徑：查手冊(cè)

比較受拉螺栓：相同材料螺栓：d受拉>>d受剪§5單個(gè)螺栓連接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算螺栓連接受拉螺栓受剪螺栓松連接：不擰緊，無(wú)預(yù)緊力F’，僅受工作載荷F緊連接：需擰緊僅受預(yù)緊力F’同時(shí)受預(yù)緊力F’和工作載荷F一、受拉螺栓連接對(duì)于受拉螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂。危險(xiǎn)截面面積由螺紋小徑d1確定：1、松連接如：起重滑輪螺栓僅受軸向工作拉力F——失效：拉斷強(qiáng)度條件：式中：d1——危險(xiǎn)截面計(jì)算直徑[σ]——許用應(yīng)力，[σ]=σs／[Ss]。mm——設(shè)計(jì)式查手冊(cè)，選螺栓MPa

——校核式2、緊連接（1）只受預(yù)緊力的緊連接外載荷FR——對(duì)螺栓為橫向力——靠摩擦力傳遞a.F作用下，板不滑移：F≤Ff，而Ff—→F。b.按F0計(jì)算：F0為螺栓軸向負(fù)荷—→拉應(yīng)力c.擰緊過(guò)程中，在T1作用下螺栓受扭—→產(chǎn)生τT對(duì)鋼制M10~M68螺栓：τT≈0.5σ。d.危險(xiǎn)截面上受復(fù)合應(yīng)力（σ、τT）作用—→強(qiáng)度準(zhǔn)則螺栓為塑性材料—→第四強(qiáng)度理論?！：耸郊矗?.3意義：緊連接時(shí)，將拉應(yīng)力增大30%以考慮擰緊力矩的影響。mm

——設(shè)計(jì)式（2）受預(yù)緊力和軸向工作載荷的緊螺栓連接變形受力過(guò)程：無(wú)變形—→F0

—→λbλ

m—→+F—→λ

b+Δλλ

m-Δλ變形協(xié)調(diào)條件：Δλ

b=Δλ

m=Δλ思考：圖b中，F(xiàn)2=？圖c中，F(xiàn)2=F+F0？靜力平衡條件：

F2=F+F1即：螺栓總拉力等于工作載荷與剩余預(yù)緊力之和。■

上述過(guò)程還可通過(guò)力——變形圖表示螺栓剛度：被聯(lián)件剛度：在合并圖中：∴——檢查F1的大小——求總拉力即：螺栓總拉力等于預(yù)緊力加上部分工作載荷。由于兩圖合并討論：1、——螺栓相對(duì)剛度系數(shù)當(dāng)工作載荷、預(yù)緊力一定時(shí)，∴為↓螺栓受力—→選擇不同墊片↓—→應(yīng)使2、：不出現(xiàn)縫隙。(由驗(yàn)算)同理，考慮扭轉(zhuǎn)作用，強(qiáng)度條件為：——校核式mm——設(shè)計(jì)式若工作載荷為變載荷：當(dāng)工作載荷在F1~F2變化時(shí)，螺栓總拉力在F01~F02之間變化變載荷下螺栓失效：Fa作用下的疲勞拉斷Fa——拉力變幅：∴應(yīng)力幅：螺栓許用應(yīng)力幅即：變載荷下螺栓，應(yīng)力幅越小，疲勞強(qiáng)度越高。二、受剪螺栓連接1、失效形式：剪斷、接觸表面壓潰。2、螺栓剪切強(qiáng)度條件d——桿抗剪面直徑m——抗剪面數(shù)目[τ]——許用剪應(yīng)力3、擠壓強(qiáng)度條件h——對(duì)象受壓高度；[σp]——許用擠壓應(yīng)力，表6.4，取弱者計(jì)算；§6提高螺紋連接強(qiáng)度的措施1、機(jī)理工作時(shí)，螺栓受拉，p↑螺母受壓，p↓兩者產(chǎn)生螺距差一、改善螺紋牙間受力分配第一圈：Δp最大，受力最大第8~10圈后幾乎不受力各圈受載不均∴采用加高螺母不能提高連接強(qiáng)度。2、辦法采用受拉螺母（變形一致）

——減小螺栓螺母螺距變化差二、減小附加彎曲應(yīng)力螺紋牙根彎曲應(yīng)力——————→斷裂螺紋孔不正、被聯(lián)件表面不平、發(fā)生變形等。引起附加彎曲應(yīng)力因素：措施：墊圈、凸臺(tái)、沉孔等。思考：采用凸臺(tái)、沉孔的目的？三、減輕應(yīng)力集中收尾：退刀槽；增大牙根處過(guò)渡圓角半徑。四、降低應(yīng)力幅σaσmax一定時(shí)：σa↓—→疲勞強(qiáng)度↑當(dāng)F、F”不變時(shí)：↓cb或↑c(diǎn)m。措施：

1）↑螺栓長(zhǎng)度