螺纹连接和螺旋传动-ppt课件.ppt

1、第二篇第二篇 连接连接第五章第五章 螺纹连接和螺旋传动螺纹连接和螺旋传动第六章第六章 键、花键、无键连接和销连接键、花键、无键连接和销连接第七章第七章 铆接、焊接、胶接和过盈连接铆接、焊接、胶接和过盈连接螺纹的类型与特点1连接概述 1 1、连接的目的、连接的目的 便于机器的制造、安装、运输、维修以及提高劳动生产率。便于机器的制造、安装、运输、维修以及提高劳动生产率。2 2、学习目标、学习目标 熟悉各种机器中常用的连接方法及有关连接零件的结构、类熟悉各种机器中常用的连接方法及有关连接零件的结构、类型、性能和应用场合，掌握它们的设计理论和选用方法。型、性能和应用场合，掌握它们的设计理论和选用方法。

2、3 3、连接的分类、连接的分类连接的分类连接的分类动连接动连接：静连接静连接：机器工作时，零部件之间可以有相对机器工作时，零部件之间可以有相对运动。例如：机械原理中，各种运动运动。例如：机械原理中，各种运动副之间的连接。副之间的连接。在机器工作中，不允许零部件之间存在机器工作中，不允许零部件之间存在相对运动的连接。（本篇讨论的内容）在相对运动的连接。（本篇讨论的内容）螺纹的类型与特点1连接概述 静连接静连接不可拆连接不可拆连接：至少毁坏连接中的一部分才能拆开至少毁坏连接中的一部分才能拆开 的连接。例如：铆接、焊接等。的连接。例如：铆接、焊接等。过盈连接：界于可拆与不可拆之间。过盈连接：界于可拆

3、与不可拆之间。可拆连接可拆连接：不需毁坏连接中的任何一个零件就可拆不需毁坏连接中的任何一个零件就可拆 开的连接。多次装拆无损于其使用性能。开的连接。多次装拆无损于其使用性能。 例如：螺纹连接、键连接、销连接等。例如：螺纹连接、键连接、销连接等。 （可拆性）（可拆性）连接概述 静连接静连接材料锁合连接材料锁合连接：在被连接件间涂敷附加材料，靠其在被连接件间涂敷附加材料，靠其 分子间的分子力将零件连接在一分子间的分子力将零件连接在一 起。起。 如胶接、钎焊等如胶接、钎焊等摩擦锁合连接：摩擦锁合连接：靠被连接件的压紧，在接触面间靠被连接件的压紧，在接触面间 产生摩擦力阻止被连接件的相对产生摩擦力阻止

4、被连接件的相对 移动，达到连接的目的。移动，达到连接的目的。 如受横向如受横向 载荷的紧螺栓连接、过盈连接等。载荷的紧螺栓连接、过盈连接等。形锁合连接：形锁合连接：靠被连接件或附加固定零件的形状靠被连接件或附加固定零件的形状 互相嵌合，使其产生连接作用。互相嵌合，使其产生连接作用。 如铰制孔用螺栓连接、平键连接等。如铰制孔用螺栓连接、平键连接等。（工作原（工作原理）理）第五章 螺纹连接与螺旋传动5-1 螺纹5-2 螺纹连接的类型与标准连接件5-3 螺纹连接的预紧5-6 螺纹连接的强度计算5-5 螺纹组连接的设计5-8 提高螺纹连接强度的措施5-7 螺纹连接件的材料及许用应力5-9 螺旋传动5-

5、4 螺纹连接的防松潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺纹的形成与分类一、螺纹的形成与分类5 51螺螺 纹纹d2螺旋线螺旋线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹螺纹一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹9工件工件卡盘卡盘车刀车刀螺纹加工方法螺纹加工方法10开始退刀开始退刀退出车刀退出车刀车刀车刀车刀车刀内退刀槽内退刀槽外退刀槽外退刀槽退刀纹退刀纹螺纹收尾螺纹收尾按螺纹的牙型分

6、按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制螺纹的牙型螺纹的牙型潘存云教授研制矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹1530330潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表

7、面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹潘存云教授研制左旋螺纹左旋螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹 一般一般: n 4PSS = 2PPS

8、PS =Pn线螺纹线螺纹: S = n P单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺纹副螺纹副潘存云教授研制潘存云教授研制外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的

9、旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹螺旋传动螺旋传动连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状

10、分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制(3)中径中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。d1d2d(1)大径大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。(2) 小径小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(4) 螺距螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5) 导程

11、导程S(6) 螺纹升角螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角 (7)牙型角牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。tan=d2 nP 牙侧角牙侧角 d2SS = nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P二、螺纹的主要参数二、螺纹的主要参数SP (8)接触高度接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。h螺纹螺纹，同一公称直径可以有多种螺，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹粗牙螺纹，其余的统称为，其余的统称为细牙细牙螺纹。螺纹。60Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙

12、粗牙螺纹应用最广粗牙螺纹应用最广细牙螺纹的优点：细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高，升角小、小径大、自锁性好、强度高，缺点：缺点：不耐磨易滑扣。不耐磨易滑扣。标记示例：标记示例：M24(M24(粗牙普通螺纹、直径粗牙普通螺纹、直径2424、螺距、螺距3) 3) M24M241.5(1.5(细牙普通螺纹细牙普通螺纹, ,直径直径24,24,螺距螺距1.5)1.5) 设计：潘存云设计：潘存云一、一、 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型螺栓连接螺栓连接基基本本类类型型eaal1 1l1 1可承受横向载荷。螺纹余留长度螺纹余留长度l1 铰制孔螺栓铰制孔螺栓孔与螺杆之孔与螺杆之间留有间隙

13、间留有间隙静载荷静载荷l1=(0.30.5)d;变载荷变载荷l1=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷冲击载荷或弯曲载荷l1 d;螺纹伸出长度螺纹伸出长度a=(0.20.3)d; 螺栓轴线到边缘的距离螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36) mm用于经常拆装易磨损之处。d5 52 螺纹连接的类型和标准连接件螺纹连接的类型和标准连接件d设计：潘存云设计：潘存云螺栓连接螺栓连接基基本本类类型型螺钉连接螺钉连接座端拧入深度座端拧入深度H，当螺孔材料为：，当螺孔材料为：ae ee e双头螺柱连接双头螺柱连接 连接件厚，允许拆装。钢或青铜钢或青铜 H=d;铸铁铸铁 H=(1.251.5)d铝合金铝合金 H=(1.

14、52.5)d螺纹孔深度螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;钻孔深度钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;参数参数l1 、e、a与螺栓相同与螺栓相同 l1 1l1 1H HH HH H1 1H H1 1H H2 2H H2 2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。d一、一、 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型5 52 螺纹连接的类型和标准连接件螺纹连接的类型和标准连接件设计：潘存云螺栓连接螺栓连接基基本本类类型型螺钉连接螺钉连接双头螺柱连接双头螺柱连接紧定螺钉连接紧定螺钉连接紧定螺钉紧定螺钉一、一、 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型5 52 螺纹连接的类型和标准连接件

15、螺纹连接的类型和标准连接件潘存云教授研制潘存云教授研制地脚螺栓地脚螺栓 潘存云教授研制起吊螺钉起吊螺钉 T 型螺栓型螺栓 特殊结构的连接特殊结构的连接28潘存云教授研制潘存云教授研制二、标准二、标准螺纹连接件螺纹连接件螺栓螺栓螺螺纹纹连连接接件件螺栓的结构形式螺栓的结构形式LL0d六角头六角头LdL0小六角头小六角头dL0L1LL1 座端长度座端长度L0 螺母端长度螺母端长度螺螺纹纹连连接接件件双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓二、标准二、标准螺纹连接件螺纹连接件螺螺纹纹连连接接件件末端末端结构结构头部头部结构结构螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓二、标准二、标准螺纹连接件螺纹连接件螺

16、螺纹纹连连接接件件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有余种不同结构的螺母螺母螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母潘存云教授研制圆螺母圆螺母二、标准二、标准螺纹连接件螺纹连接件潘存云教授研制其它螺母：其它螺母：潘存云教授研制其它螺母：其它螺母：垫圈垫圈 平垫圈平垫圈薄平垫圈薄平垫圈A型平垫圈型平垫圈B型平垫圈型平垫圈螺母螺母 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓螺螺纹纹连连接接件件斜垫圈斜垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈作用：作用：增加支撑面积以减增加支撑面积以减小压

17、强，避免拧紧螺母擦小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。伤表面、防松。二、标准二、标准螺纹连接件螺纹连接件六角头螺栓六角头螺栓内六角螺栓内六角螺栓双头螺柱双头螺柱螺钉螺钉自攻螺钉自攻螺钉内六角平端紧定螺钉内六角平端紧定螺钉内六角锥端紧定螺钉内六角锥端紧定螺钉一字槽钢珠紧定螺钉一字槽钢珠紧定螺钉内六角圆柱端紧定螺钉内六角圆柱端紧定螺钉内六角凹端紧定螺钉内六角凹端紧定螺钉方头紧定螺钉方头紧定螺钉一字平端紧定螺钉一字平端紧定螺钉方头紧定螺钉方头紧定螺钉螺母与垫圈螺母与垫圈5 53螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧预紧力：预紧力：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承

18、受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。作用力称为预紧力。预紧的目的：预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧力的确定原则：预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限得超过其材料的屈服极限s ss的的80%。 一、概述一、概述碳素钢螺栓：碳素钢螺栓： F0(0.6(0.60.7) s s A1合金钢螺栓：合金钢螺栓： F0 (0.5(0.50.6) s s

19、 A1A1 危险截面积，危险截面积， A1 d d1 12 2/4/4测力矩扳手测力矩扳手预紧力控制方法预紧力控制方法: :F F定力矩扳手定力矩扳手(1)(1)凭手感经验凭手感经验(2)(2)测力矩扳手测力矩扳手(3)(3)定力矩扳手定力矩扳手( (4)4)测定伸长量测定伸长量潘存云教授研制L LS SL LM ML LS S45拧紧力矩拧紧力矩TT1为螺旋副间的摩擦阻力矩为螺旋副间的摩擦阻力矩T2为螺母与支承面间的摩擦阻力矩为螺母与支承面间的摩擦阻力矩FLT 21TTT预紧力预紧力F0与拧紧力矩与拧紧力矩T46)tan(2v201dFT202030300c231dDdDFfT2020303

20、0cv202132)tan(21dDdDfdFTTT螺母与支承面间的摩擦阻力矩螺母与支承面间的摩擦阻力矩T2螺旋副间的摩擦阻力矩螺旋副间的摩擦阻力矩T1拧紧力矩拧紧力矩D0d0d47dFT02 . 0dD5 . 10dd9 . 02dd1 . 10f155. 1arctanv232412 . 01 . 0f15. 0cfM10M64的粗牙普通螺纹的粗牙普通螺纹D0d0d48重要螺栓公称直径大于重要螺栓公称直径大于M12dL15FF750预紧力预紧力F0和拧紧力和拧紧力FdFFLT02.049拧紧后螺栓长度拧紧后螺栓长度 LM=LS+F0/Cb精确控制预紧力精确控制预紧力F0图图5-11 测量螺

21、栓伸长量测量螺栓伸长量螺栓原始长度螺栓原始长度 LS5 54螺纹连接的防松螺纹连接的防松防松防松防止螺旋副相对转动。防止螺旋副相对转动。 防松的方法防松的方法 1. 摩擦防松摩擦防松弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母串联钢丝串联钢丝2. 机械防松机械防松圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈潘存云教授研制止动垫圈止动垫圈潘存云教授研制潘存云教授研制冲点防松法冲点防松法3. 破坏螺旋副运动关系的防松破坏螺旋副运动关系的防松11.5P用冲头冲用冲头冲2至至3点点粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂5 55 5螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 为了便于加工制造和对称布

22、置螺栓，保证连接结为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常连接接合面的几何形状都设计合面受力均匀，通常连接接合面的几何形状都设计成成一、螺栓组连接的结构设计一、螺栓组连接的结构设计基本原则：基本原则：大多数机械中螺栓都是成组使用的。大多数机械中螺栓都是成组使用的。轴对称的简单几何形状轴对称的简单几何形状 圆形圆形 圆环形圆环形 矩形矩形 矩形框矩形框 三角形三角形 潘存云教授研制 螺栓布置应使各螺栓的受力合理螺栓布置应使各螺栓的受力合理FF(1) 对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓，以免

23、载荷分布过于不均；成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；潘存云教授研制潘存云教授研制合理不合理(2)当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制dhD 螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间(3)当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗 剪零件来承受横向载荷。剪零件来承受横向载荷。潘存云教授

24、研制潘存云教授研制60CCEE60AB潘存云教授研制对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。栓的间距不大于下表所推荐的取值。t0潘存云教授研制螺栓间距t0工作压力/MPa7d 5d 4.5d 4d 3.5d 3d t0 /mm 1.6 1.6 4 410 1016 1620 2030 d 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成布在同一圆周上的螺栓数目取成 4、6、8等偶数。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、

25、长度应相同潘存云教授研制支承面倾斜支承面倾斜采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制支承面不平支承面不平5. 5. 避免螺栓承受附加的弯曲载荷避免螺栓承受附加的弯曲载荷切削加工支承面切削加工支承面支承面倾斜支承面倾斜潘存云教授研制二、螺栓组连接的受力分析二、螺栓组连接的受力分析受力分析的目的受力分析的目的: : 根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。受力分析时所作假设受力分析时所作假设: : (1)(1)所有螺栓的材料、直径

26、、长度和预紧力均相同；所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； (3)(3)受载后连接接合面仍保持为平面。受载后连接接合面仍保持为平面。受力分析的类型：受力分析的类型：(2)(2)螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；受转矩受转矩受横向载荷受横向载荷受轴向载荷受轴向载荷受倾覆力矩受倾覆力矩M（1）对于铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受工作剪对于铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受工作剪力为力为（2）对于普通螺栓连接对于普通螺栓连接 ，按预紧后接合面间所产生的，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要

27、求，有式中式中 z z为螺栓数目。为螺栓数目。1 1受横向载荷受横向载荷的螺栓组连接的螺栓组连接zFF0SfF ziK FKs为防滑系数，设计中可取为防滑系数，设计中可取Ks =1.11.3。潘存云教授研制铰制孔螺栓铰制孔螺栓FFFF潘存云教授研制普通螺栓S0K FFfzi或或潘存云教授研制TO潘存云教授研制O2受转矩的螺栓组连接受转矩的螺栓组连接01020zsF frF frF frK T1,zi iiFrT采用普通螺栓，是靠连接预采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩来抵抗转矩T。采用铰制孔用螺栓，是靠采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺

28、栓与孔壁的挤螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩压作用来抵抗转矩T。maxmax,iiFFrrmaxmax21ziiTrFrS01ziiK TFfrTrmaxFmaxr1f F0f F0r2riFi,iiFK r潘存云教授研制D3受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接若作用在螺栓组上轴向总载荷若作用在螺栓组上轴向总载荷F F 作用线与螺栓轴作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为通常，各个螺栓还承受预紧通常，各个螺栓还承受预紧力力F0的作用，每个螺栓所承

29、受的的作用，每个螺栓所承受的总载荷总载荷F2为为zFF=FFCCCFFmbb02F F潘存云教授研制潘存云教授研制4受倾覆力矩的螺栓组连接受倾覆力矩的螺栓组连接单个螺栓拉力单个螺栓拉力产生的力矩为产生的力矩为F2F0 F0 p ( F 0引起引起)F2mp2( F1m引起引起)p1( F1引起引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi Li 螺栓承受的载荷与距离成正比螺栓承受的载荷与距离成正比 iiLKFiimaxmaxLFLF潘存云教授研制F1m 强调是基座上的压力Fm F2m F1 F F2 C2 单个螺栓的受力分析单个螺栓的受力分析Om 力力 变形变形 Ob 1ziiiMFL作用在底板两

30、侧的合力矩与倾覆力矩作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即平衡，即未加倾覆力矩时，工未加倾覆力矩时，工作点在作点在A。Mi=0施加倾覆力矩施加倾覆力矩M时，时，左边的螺栓，工作点移至左边的螺栓，工作点移至B1 和和C1 右边的螺栓，工作点移至右边的螺栓，工作点移至B2 和和C2 C1 B2 B1 iiLFLFmaxmax由：iiLLFFmaxmax求得最大工作载荷ZiLMLF12imaxmaxA F0 67防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，应校核受载后地基接合面压应力的最大值和最小值：应校核受载后地基接合面压应力的最大值和最小值

31、：pmaxppmaxpssss0maxpppminsss地基接合面受载前由预紧力产生的挤压应力地基接合面受载前由预紧力产生的挤压应力AzF0ps力矩力矩M加载在地基接合面上产生的附加最大挤压应力加载在地基接合面上产生的附加最大挤压应力WMps表表5-6（P79）连接接合面材料的许用挤压应力）连接接合面材料的许用挤压应力P681. 将复杂工作载荷转化为简单载荷的组合。将复杂工作载荷转化为简单载荷的组合。2. 1 普通螺栓：普通螺栓： 1）根据轴向载荷和倾覆力矩来确定螺栓的工作拉力；）根据轴向载荷和倾覆力矩来确定螺栓的工作拉力； 2）根据横向载荷和转矩来确定连接所需的预紧力；）根据横向载荷和转矩来

32、确定连接所需的预紧力； 3）找出受总拉力最大的螺栓；）找出受总拉力最大的螺栓； 4）对受总拉力最大的螺栓进行强度计算。）对受总拉力最大的螺栓进行强度计算。2.2 铰制孔用螺栓：铰制孔用螺栓： 1）按横向载荷以及转矩来确定螺栓的工作剪力；）按横向载荷以及转矩来确定螺栓的工作剪力； 2）找出受工作剪力最大的螺栓；）找出受工作剪力最大的螺栓； 3）对受工作剪力最大的螺栓进行强度计算。）对受工作剪力最大的螺栓进行强度计算。复杂工作载荷作用下螺栓组强度计算说明复杂工作载荷作用下螺栓组强度计算说明5 56螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算螺栓组所受的载荷包括螺栓组所受的载荷包括轴向载荷轴向载荷横向载荷横

33、向载荷弯矩弯矩转矩转矩但对其中每一个具体螺栓而言，其受载形式不外乎是但对其中每一个具体螺栓而言，其受载形式不外乎是受受轴向力轴向力或受或受横向力横向力。在轴向力作用下，螺栓杆和螺纹部分可能发生塑性变在轴向力作用下，螺栓杆和螺纹部分可能发生塑性变形或断裂；形或断裂；在横向力作用下，螺栓杆和孔壁的贴合面上可能发生在横向力作用下，螺栓杆和孔壁的贴合面上可能发生压溃或螺栓杆被剪断等；（采用铰制孔用螺栓时）压溃或螺栓杆被剪断等；（采用铰制孔用螺栓时）根据统计分析，在静载荷下螺栓连接很少发生破坏，根据统计分析，在静载荷下螺栓连接很少发生破坏，只有在严重过载时才会发生。就破坏性质而言，约有只有在严重过载时才

34、会发生。就破坏性质而言，约有90%的螺栓属于疲劳破坏的螺栓属于疲劳破坏。螺栓连接螺栓连接的主要失的主要失效形式效形式受拉螺栓受拉螺栓塑性变形塑性变形 螺纹部分疲劳断裂疲劳断裂受剪螺栓受剪螺栓 剪断剪断压溃压溃 螺杆和孔壁的贴合面断裂断裂螺栓连接螺栓连接的设计准的设计准则则受拉螺栓：受拉螺栓：受剪螺栓：受剪螺栓： 保证螺栓的静力或疲劳拉伸保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度强度保证连接的挤压强度和螺栓保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度的剪切强度螺栓连接的强度计算：螺栓连接的强度计算：（1）根据连接的类型、连接的装配情况（预紧）根据连接的类型、连接的装配情况（预紧或不预紧）、载荷状态等条件，确定螺栓的受或

35、不预紧）、载荷状态等条件，确定螺栓的受力；力；（2）按相应的强度条件计算螺栓危险截面的直）按相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径（螺纹小径）或校核其强度。径（螺纹小径）或校核其强度。螺栓的其他部分（螺纹牙、螺栓头、光杆）和螺螺栓的其他部分（螺纹牙、螺栓头、光杆）和螺母、垫圈的结构尺寸，是根据等强度条件及使用母、垫圈的结构尺寸，是根据等强度条件及使用经验规定的，通常都不需要进行强度计算，可按经验规定的，通常都不需要进行强度计算，可按螺栓螺纹的公称直径由标准中选定。螺栓螺纹的公称直径由标准中选定。潘存云教授研制一、松螺栓连接强度计算一、松螺栓连接强度计算强度条件强度条件式中式中 d1 螺纹小径螺纹

36、小径 mm ， 许用许用应力应力二、紧螺栓连接强度计算二、紧螺栓连接强度计算FF设计公式设计公式1. 仅承受预紧力的紧螺栓连接仅承受预紧力的紧螺栓连接2. 承承受受预紧力和工作拉力预紧力和工作拉力的紧螺栓连接的紧螺栓连接3. 承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接421ssdF41sFd 1.3s螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力F0和摩擦力矩和摩擦力矩T1的双重作用。的双重作用。021/ 4Fds拉应力拉应力1. 仅承受预紧力的紧螺栓连接仅承受预紧力的紧螺栓连接扭转切应力扭转切应力113T1/16TTWd0231tan()2/16Fdd022112tan()/4Fddd对于对于M10M6

37、4的普通钢制螺纹，可取：的普通钢制螺纹，可取： Tan f =0.17， d2 /d1=1.04 1.08, tan 0.05 得：得： 0.5 分母为抗剪截面系数计算应力计算应力22ca3ss22)5 . 0( 3ss由此可见，对于M10 M64普通螺纹的钢制紧螺栓连接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。0ca211.3/ 4Fdss强度条件强度条件潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制 预紧预紧 状态状态潘存云教授研制特别注意，螺栓总拉力：特别注意，螺栓总拉力：F2 F0+F

38、加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b被连接件受压缩短被连接件受压缩短m加载加载 F 后后:螺栓总伸长量增加为螺栓总伸长量增加为 总拉力为总拉力为 被连接件压缩量减少为被连接件压缩量减少为 残余预紧力减少为残余预紧力减少为 F1 很显然很显然 F1F0 被连接件放松了 +bm - - F0F0受载受载变形变形松弛松弛状态状态潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F2F2F2=F+F1F1F1FFmb F0F02. 受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接潘存云教授研制潘存云教授研制b连接件变形连接件变形力力螺栓变形螺栓变形力力FbFm螺栓变形螺栓变形力力F2F1

39、FF0F0F0barctanCbarctanCmmm78图图5-26(c) 单个螺栓连接受力变形线图单个螺栓连接受力变形线图螺栓刚度螺栓刚度 mF1FF2FF0力力变形变形bmm b被连接件刚度被连接件刚度b0bbtanFCm0mmtanFC螺栓总拉力：螺栓总拉力： F2= F1+F= F0+ F79 mF1FF2FF0力力变形变形bmm bmbmbtantanCCFFFFCCCFmbb由几何关系得由几何关系得80FCCCFFCCCFFFFFmbm1mbb1101)(FCCCFFFFmbb002螺栓预紧力螺栓预紧力螺栓总拉力螺栓总拉力 mF1FF2FF0力力变形变形bmm b螺栓的相对刚度螺栓

40、的相对刚度mbbCCC2ca211.3/ 4Fdss静强度条件静强度条件重要场合的螺栓连接，还应进行疲劳强度校核。（略）重要场合的螺栓连接，还应进行疲劳强度校核。（略）2141 .3Fds设计公式设计公式潘存云教授研制潘存云教授研制3 3承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为 螺栓杆的剪切强度条件为螺栓杆的剪切强度条件为 F 螺栓所受的工作剪力，单位螺栓所受的工作剪力，单位为为N；PP0minFd Lss 204FdLminmin铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓FFd0设计时应使设计时应使 Lmin1.25d0d0 螺栓剪切面的直径（可

41、取螺螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为栓孔直径），单位为mm；Lmin 螺栓杆与孔壁挤压面的最螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，小高度， 单位为单位为mm。FFFCCCFFmbb21002FFF2143 . 1212ssdFcaSsssnFFFFFFF4 . 14 . 14 . 01243 . 1212ssdFcas fziFKFsmax043 . 1210ssdFcaSsss5 57螺纹连接件的材料和许用应力螺纹连接件的材料和许用应力一、螺纹连接件一、螺纹连接件材料材料螺栓、螺柱、螺钉常用材料：螺栓、螺柱、螺钉常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素钢；等碳素钢；特殊用途特殊用途(

42、 (防磁、导电防磁、导电): ): 特殊钢、铜合金、铝合金等。特殊钢、铜合金、铝合金等。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为9级。级。3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9冲击振动场合用：冲击振动场合用：15Cr、40Cr、 30CrMnSi等合金钢。等合金钢。普通垫圈：普通垫圈：Q235、15、 35 弹簧垫圈：弹簧垫圈： 65Mn 选用原则：选用原则： 一般用途：通常选用一般用途：通常选用4.8级左右的螺栓，级左右的螺栓， 重要场合：要选用高的性能等级，重要场合：要选用高的性能等级， 如在压力容器中常采用如在压力容器中常采

43、用8.8级的螺栓。级的螺栓。螺母的性能等级分为 7级。 4 5 6 8 9 10 12二、螺纹连接件的许用应力二、螺纹连接件的许用应力 螺纹连接件的许用应力与载荷性质螺纹连接件的许用应力与载荷性质( (静、变载荷静、变载荷) )、装配情况装配情况( (松、紧连接松、紧连接) )、材料、结构尺寸有关。、材料、结构尺寸有关。许用拉应力许用拉应力 许用切应力和挤压应力许用切应力和挤压应力 S SssS SsSPPSss被连接件为钢被连接件为钢PBPSss被连接件为铸铁被连接件为铸铁S S, , S Sp p 安全系数，其取值详见下页表。安全系数，其取值详见下页表。潘存云教授研制螺栓连接的安全系数螺栓

44、连接的安全系数S 碳素钢碳素钢 54 42.5 2.52 碳素钢碳素钢 12.58.5 8.5 8.512.5 M6M16 M16M30 M30M60 M16M16 M16 M30 M30M60不控制不控制预紧力预紧力的计算的计算控制预控制预紧力的紧力的计算计算受载类型受载类型 静载荷静载荷 变载荷变载荷松螺栓连接松螺栓连接 1.21.7合金钢合金钢 5.75 53.4 3.43 合金钢合金钢 106.8 6.8 6.810 1.2 1.5 1.2 1.5(Sa=2.54 )钢：钢：S=2.5， Sp= 1. 25 钢：钢：S=3.55， Sp= 1. 5铸铁：铸铁：Sp=2.02.5 铸铁：

45、铸铁： Sp= 2.53铰制孔用铰制孔用螺栓连接螺栓连接受轴受轴向及向及横向横向载荷载荷的普的普通螺通螺栓连栓连接接紧紧螺螺栓栓连连接接5 58提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：疲劳断裂疲劳断裂容易断裂部位：容易断裂部位：一、一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅降低影响螺栓疲劳强度的应力幅轴向工作载荷轴向工作载荷F的变化范围的变化范围 0 FCb+ CmCbF0 F0 +F总拉伸载荷的总拉伸载荷的F2变化范围变化范围 Cb 或或 Cm F2变化范围变化范围F 提高螺栓连接强度的措施有哪些呢？65%20%15%潘存云教授研

46、制潘存云教授研制潘存云教授研制F0 m b措施一：措施一：降低螺栓刚度（降低螺栓刚度（ Cb Cb , b Cm , m m ） 措施三：措施三：综合措施（综合措施（ Cb Cm , F0 F0 ）F F F1 F2 F2FF m F1 bF0m F2F FF1 b F0 m bF F F1 F2 FF1FF0 bF F F1 F2 m dd潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制0.8d0.7d采用柔性结构：加弹性元件、采用柔性结构：加弹性元件、 或采用柔性螺栓。或采用柔性螺栓。2. 有密封要求时，采用金属薄垫片有密封要求时，采用金属薄垫片3. 或者采用或者采用

47、O形密封圈形密封圈宜采取措施宜采取措施:因密封采用软垫片将降低被连接件的刚度，这时可采用 潘存云教授研制普通螺母普通螺母二、二、改善螺纹牙间的载荷分布改善螺纹牙间的载荷分布措施措施: 采用均载螺母采用均载螺母加厚螺母不能提高连接强度！加厚螺母不能提高连接强度！螺螺栓栓杆杆螺螺母母体体螺螺栓栓杆杆螺螺母母体体螺螺栓栓杆杆F Fa aF F5 5/2/2F F4 4/2/2F F3 3/2/2F F2 2/2/2F F1 1/2/2F F5 5/2/2F F4 4/2/2F F3 3/2/2F F2 2/2/2F F1 1/2/2潘存云教授研制螺螺母母体体螺螺栓栓杆杆F FF F= =F F1 1

48、+ +F F2 2+ +F F3 3+ +F F4 4+ +F F5 5F F1 1 F F2 2 F F3 3 F F4 4 F F5 5螺螺栓栓杆杆F F潘存云教授研制螺螺栓栓杆杆F F螺母体螺母体均载螺母均载原理均载螺母均载原理 螺母和螺杆均为拉伸变形，有助于减小两者螺距变化，使受载均匀。加厚螺母加厚螺母潘存云教授研制1015悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母1015内斜与环槽螺母内斜与环槽螺母均载原理相同均载原理相同螺母也受拉螺母也受拉均载均载元件元件悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母内斜与环槽螺母内斜与环槽螺母钢丝螺套钢丝螺套加工复杂，仅限于用加工复杂，仅

49、限于用在重要场合或大型连接。在重要场合或大型连接。潘存云教授研制采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构潘存云教授研制潘存云教授研制三、减小应力集中三、减小应力集中1.1.增大过渡圆角增大过渡圆角2.2.切制卸载槽切制卸载槽r r此外，避免或减小附加应力此外，避免或减小附加应力3.3.卸载过渡结构卸载过渡结构要从结构、制造与装配精度采取措施。要从结构、制造与装配精度采取措施。潘存云教授研制支承面不平支承面不平切削加工支承面切削加工支承面潘存云教授研制潘存云教授研制四、采用合理的制造工四、采用合理的制造工艺艺冷镦头部、辗压螺纹冷镦头部、辗压螺纹疲劳强度提高疲劳强度提高30% 比车削 表面处理：表面处

50、理： 氰化、氮化也能氰化、氮化也能提高疲劳强度。提高疲劳强度。球面垫圈球面垫圈采用球面垫圈和采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺腰环螺栓可以保证螺栓的装配精度。栓的装配精度。潘存云教授研制腰环螺栓腰环螺栓潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制课间休息00 0059585756555453525150494847464544434241403938373635343332313029282726252423222120191817 161514131211 10090807060504030201050403020100 0059585756555453525150494847464544434