第三章螺纹联接课件.ppt

1、第十四章第十四章 螺纹连接螺纹连接 联接分类联接分类：1.1.按机械工作时被联接零（部）件间是否有相对运动分：按机械工作时被联接零（部）件间是否有相对运动分：2.2.按能否拆开分：按能否拆开分：联接联接静联接静联接动联接动联接螺纹联接、键联接、花键联接、销联接螺纹联接、键联接、花键联接、销联接 导向平键联接、导向花键联接及各种运动副导向平键联接、导向花键联接及各种运动副 联接联接可拆联接可拆联接不可拆联接不可拆联接螺纹联接、键联接，销联接、形面联接螺纹联接、键联接，销联接、形面联接 焊接、粘接和铆接等焊接、粘接和铆接等 一、螺纹的主要参数及其分类一、螺纹的主要参数及其分类(P213)(P213

2、)第一节第一节 概述概述 （一）螺纹的形成（一）螺纹的形成1.1.螺旋线的形成螺旋线的形成Ph d2 d2Ph d2 d2一、螺纹的主要参数及其分类一、螺纹的主要参数及其分类(P213)(P213)第一节第一节 概述概述 （一）螺纹的形成（一）螺纹的形成1.1.螺旋线的形成螺旋线的形成右旋、单头右旋、单头左旋、单头左旋、单头右旋、双头右旋、双头2.2.螺纹的形成螺纹的形成右旋单线三角螺纹的形成右旋单线三角螺纹的形成右旋双线三角螺纹的形成右旋双线三角螺纹的形成右旋双线矩形螺纹的形成右旋双线矩形螺纹的形成左旋双线矩形螺纹的形成左旋双线矩形螺纹的形成（二）螺纹的分类（二）螺纹的分类普通螺普通螺纹纹

3、管螺纹管螺纹 自攻螺钉用螺纹自攻螺钉用螺纹 矩矩形形螺螺纹纹 梯梯形螺纹形螺纹 锯齿锯齿形螺纹形螺纹 1.1.按牙型分按牙型分:2.2.按螺纹分布的部位，可分为按螺纹分布的部位，可分为外螺纹外螺纹和和内螺纹内螺纹。外螺纹外螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹在圆柱孔的外表面形成的螺纹内螺纹内螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹在圆柱孔的内表面形成的螺纹3.3.根据螺旋线绕行方向：根据螺旋线绕行方向：左旋左旋、右旋右旋。内外螺纹两者旋合组成的运动副称为内外螺纹两者旋合组成的运动副称为螺纹副螺纹副或或螺螺旋副旋副。4.4.根据螺旋线的数目，分为根据螺旋线的数目，分为单线螺纹单线螺纹和和多线螺纹多线螺纹。单线螺

4、纹用于连接，多线螺纹用于传动。单线螺纹用于连接，多线螺纹用于传动。二、二、普通普通螺纹的主要参数螺纹的主要参数1.1.大径大径 d：最大直径：最大直径螺纹的公称直径。螺纹的公称直径。2.2.小径小径 d1：最小直径：最小直径常用于连接的强度计算常用于连接的强度计算3.3.中径中径 d2 轴向剖面内轴向剖面内牙厚等于牙间宽处的圆柱牙厚等于牙间宽处的圆柱直径。直径。dd2d1常用于连接的几何计算常用于连接的几何计算4.4.螺距螺距PP5.5.导程导程PhPhd2PhnP6.6.升角升角：在中径圆柱上，螺旋线：在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直其轴线的平面所夹的的切线与垂直其轴线的平面所夹的夹角夹角

5、22hnPPtandd d2 Ph2d 7.7.牙型角牙型角8.8.牙型斜角牙型斜角 2 对称牙型对称牙型 三、螺旋副的受力分析、效率和自锁三、螺旋副的受力分析、效率和自锁 T1问题的提出：问题的提出：1.1.力关系力关系2.2.效率问题效率问题螺旋千斤顶螺旋千斤顶aF3.3.自锁问题自锁问题问题的提出：问题的提出：1.1.力关系力关系2.2.效率问题效率问题螺旋千斤顶螺旋千斤顶aF一、矩形螺旋副一、矩形螺旋副 T11.1.力关系式力关系式2Fa2FaT1d21.1.力关系式力关系式aFaFFF 1.1.力关系式力关系式T1aFFa +F Ff fFFR 1.1.力关系式力关系式摩擦角摩擦角

6、：fNNfNFf tanfarctan )tan(a FFFFaFNFR F Ff f 1.1.力关系式力关系式摩擦角摩擦角 ：fNNfNFf tanfarctan )tan(a FFFFaFNFR221dFT 2)tan(2adF d2F 当螺母旋转一周时当螺母旋转一周时:2.2.螺旋副的效率螺旋副的效率输入功：输入功：输出功：输出功：112 TW T1Ph2Fa2Fa 当螺母旋转一周时当螺母旋转一周时:输入功：输入功：输出功：输出功：112 TW 2d2.2.螺旋副的效率螺旋副的效率F Fa aPh 当螺母旋转一周时当螺母旋转一周时:输入功：输入功：输出功：输出功：112 TW 2.2.螺

7、旋副的效率螺旋副的效率F Fa a 2dPh 当螺母旋转一周时当螺母旋转一周时:输入功：输入功：输出功：输出功：112 TW 2.2.螺旋副的效率螺旋副的效率F Fa a 2dPh 当螺母旋转一周时当螺母旋转一周时:12WW 输入功：输入功：输出功：输出功：112 TW haPFW 2效率效率:1h2 TPFa 2)tan(2tan22dFdFaa )tan(tan 2.2.螺旋副的效率螺旋副的效率 tan2hdP F Fa a 2dPh在工程应用中：在工程应用中：25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 9010080604020螺纹升角螺纹升角 效率效率（%）1.0tan

8、f2.2.螺旋副的效率螺旋副的效率3.3.螺旋副的自锁螺旋副的自锁 FaFNFfFFR -FaFFR)tan(a FF tana0FF 0FF tan)tan(当当 时，时，自锁条件自锁条件 ：螺旋副自锁的用处：螺旋副自锁的用处：连接用的螺旋副，紧固物件可连接用的螺旋副，紧固物件可自动防松自动防松；螺旋千斤顶举重物，可自动防止重物下落。螺旋千斤顶举重物，可自动防止重物下落。)tan(tan2)tan()tan(2a1adFTFF小结：矩形螺旋副力关系、效率、自锁条件小结：矩形螺旋副力关系、效率、自锁条件 二、非矩形螺旋副二、非矩形螺旋副 设设 22NaF 22NaF 2Fa2Fa2Fa2Fa

9、FaFf f N f Fa cos22NaF N Fa/cos Ff f N f Fa/cos 2Fa2Fa2Fa2Fa22NaF 22NaF FaFf f N f Fa cos22NaF N Fa/cos Ff f N f Fa/cos 2Fa2FaafFfF cos fv当量摩擦因数。当量摩擦因数。cosffv vvftan v当量摩擦角。当量摩擦角。avFf 非矩形螺旋副力关系、效率、自锁条件非矩形螺旋副力关系、效率、自锁条件 vvvavatgdFTFF )tg(2)tg()tg(21 )tan(tan2)tan()tan(2a1adFTFF讨论讨论：1.当螺纹升角当螺纹升角 一定时，螺

10、纹的牙型斜角一定时，螺纹的牙型斜角 愈大，愈大，则则fv（或（或 v）愈大，效率愈低，但自锁性愈好。因而）愈大，效率愈低，但自锁性愈好。因而在几种牙型的螺纹中，三角形螺纹自锁性最好，其次在几种牙型的螺纹中，三角形螺纹自锁性最好，其次为梯形、锯齿形螺纹、矩形螺纹自锁性最差，传动效为梯形、锯齿形螺纹、矩形螺纹自锁性最差，传动效率则与此相反。率则与此相反。2.2.当当fv（或（或 v）一定时，一般升角）一定时，一般升角 愈小，螺纹愈小，螺纹效率愈低，愈易自锁。故效率愈低，愈易自锁。故单线螺纹多用于连接，多单线螺纹多用于连接，多线螺纹则常用于传动线螺纹则常用于传动。)tg(vtg 因此因此三角形螺纹用

11、于连接，梯形、锯齿形螺纹、三角形螺纹用于连接，梯形、锯齿形螺纹、矩形螺纹用于传动矩形螺纹用于传动。四、四、螺纹连接的主要类型和标准连接件螺纹连接的主要类型和标准连接件（一）机械设备中的常用螺纹（一）机械设备中的常用螺纹 螺纹螺纹 连接用螺纹连接用螺纹 传动用螺纹传动用螺纹 三角形螺纹三角形螺纹 矩形、梯形和锯齿形螺矩形、梯形和锯齿形螺纹纹（二）螺纹连接的主要类型（二）螺纹连接的主要类型 1.1.螺栓连接螺栓连接1)1)普通螺栓连接普通螺栓连接被连接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不被连接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间

12、隙，并在工用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多次装拆，应用较广。，可多次装拆，应用较广。2)2)铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接铰制孔用螺栓能精铰制孔用螺栓能精确固定连接件的相对位置并能承受横向载确固定连接件的相对位置并能承受横向载荷，但对孔的加工精度要求高。荷，但对孔的加工精度要求高。d0l1da2.2.双头螺栓连接双头螺栓连接双头螺柱旋紧在被连接件之一的螺孔中，双头螺柱旋紧在被连接件之一的螺孔中，用于因结构限制不能用螺栓连接的地方用于因结构限制不能用螺栓连接的地方（如被连接之一太厚）或希望结构较紧（如被连接之一太厚）或希望结构较

13、紧凑且经常装拆的场合凑且经常装拆的场合 。3.3.螺钉连接螺钉连接适于被连接件之一较适于被连接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况。较小情况。Hdl2l1dl2Hl34 4、紧定螺钉连接、紧定螺钉连接拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩的轴向力或扭矩。吊环螺钉连接吊环螺钉连接特殊连接：特殊连接：地脚螺栓连接地脚螺栓连接（三）标准螺纹连接

14、件（三）标准螺纹连接件螺纹连接件的类型很多，在机械设备中常见的有螺纹连接件的类型很多，在机械设备中常见的有螺栓螺栓、双头螺栓双头螺栓、螺钉螺钉、螺母螺母和和垫圈垫圈等。这类零件的结构型式和尺等。这类零件的结构型式和尺寸都已标准化，设计时应根据有关标准选用。寸都已标准化，设计时应根据有关标准选用。1.1.螺栓螺栓 普通螺栓普通螺栓 六角头，小六角头，标准六角头，六角头，小六角头，标准六角头，大六角头大六角头,内六角内六角 铰制孔螺栓铰制孔螺栓螺纹部分直径较小螺纹部分直径较小辗制末端edslrdadslsklgk 2.2.双头螺柱双头螺柱两端带螺纹两端带螺纹 A A型型有退刀槽有退刀槽 B B型型

15、无退刀槽无退刀槽倒角端ddsbX辗制末端lddsXbl倒角端X辗制末端bmA型XB型bm3.3.螺钉螺钉 与螺栓区别与螺栓区别要求螺纹部分直径较粗，全螺纹。要求螺纹部分直径较粗，全螺纹。dbntdkRXl4.4.紧定螺钉紧定螺钉 锥锥 端端适于零件表面硬度较低不常拆卸常合。适于零件表面硬度较低不常拆卸常合。平平 端端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸。的平面，适于经常拆卸。圆柱端圆柱端压入轴上凹坑中，适于紧定空心轴上零件的位置压入轴上凹坑中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板。轻材料和金属薄板。5.5.自攻螺钉自攻螺

16、钉由螺钉攻出螺纹由螺钉攻出螺纹tdlRn6.6.螺母螺母 六角螺母：标准，扁，厚六角螺母：标准，扁，厚 desm圆螺母圆螺母+止退垫圈止退垫圈带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧Cd0D1D1bdC1DHbt7.7.垫圈垫圈d1d2斜垫圈h平垫圈第二节第二节 螺纹连接的拧紧和防松螺纹连接的拧紧和防松（一）螺纹连接的拧紧（一）螺纹连接的拧紧 螺纹拧紧的螺纹拧紧的目的目的：增强螺纹的连接的可增强螺纹的连接的可靠性、紧密性和防松靠性、紧密性和防松能力。能力。预紧力预紧力F：大多大多数螺纹连

17、接在装配时数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，承受工作载荷之前，预先受到力的作用，预先受到力的作用，这个预加作用力称为这个预加作用力称为预紧力。预紧力。1.1.确定拧紧力矩确定拧紧力矩 T0.2F d (3-8)一般标准扳手的长度一般标准扳手的长度L15d,若拧紧力为若拧紧力为F，则，则T=FL,由（由（3-8）式可得：）式可得：F 75F。假定假定F=200N，则，则F=15000N。如果用这个预紧力如果用这个预紧力拧紧拧紧M12以下的钢制螺栓，以下的钢制螺栓，就很可能过载折断。因此，就很可能过载折断。因此，对于重要的连接，应尽可对于重要的连接，应尽可能不

18、采用直径过小（例如能不采用直径过小（例如小于小于M12）的螺栓。必须）的螺栓。必须使用时，应严格控制其拧使用时，应严格控制其拧紧力矩。紧力矩。2.2.控制预紧力的方法控制预紧力的方法 利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可采利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可采用用测力矩扳手测力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手，对于重要的螺栓连接，也可以采，对于重要的螺栓连接，也可以采用用测测定螺栓伸长定螺栓伸长的方法来控制预紧力。的方法来控制预紧力。动画动画动画动画（二）螺纹连接的防松（二）螺纹连接的防松 2.2.防松原理防松原理消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的消除（

19、或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。难度。按工作原理的不同，防松方法分为按工作原理的不同，防松方法分为摩擦防松摩擦防松、机械防松机械防松、永永久止动防松久止动防松等。等。1.1.防松目的防松目的实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹连接松动，如经反复作用，螺纹连接就会松驰而失效。而使螺纹连接松动，如经反复作用，螺纹连接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。因此，必须进

20、行防松，否则会影响正常工作，造成事故。3.3.防松办法及措施防松办法及措施1 1）摩擦防松）摩擦防松 双螺母双螺母螺栓上螺母下螺母弹簧垫圈弹簧垫圈1 1）摩擦防松）摩擦防松 自锁螺母自锁螺母1 1）摩擦防松）摩擦防松 以特殊技术使特殊的工程树以特殊技术使特殊的工程树脂材料永久粘付在螺牙上，利用脂材料永久粘付在螺牙上，利用工程树脂材料的反弹性，使螺栓工程树脂材料的反弹性，使螺栓和螺母在锁紧过程中通过挤压工和螺母在锁紧过程中通过挤压工程树脂材料产生强大的摩擦力，程树脂材料产生强大的摩擦力，达到对震动及冲击的绝对阻力，达到对震动及冲击的绝对阻力，彻底解决了螺丝的松动问题。彻底解决了螺丝的松动问题。2

21、 2）机械防松）机械防松 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，止开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，止动垫片，串联钢丝等。动垫片，串联钢丝等。开槽螺母与开口销开槽螺母与开口销2 2）机械防松）机械防松 圆螺母与止动垫圈圆螺母与止动垫圈Cd0D1D1bdC1DHbt2 2）机械防松）机械防松 止动垫片止动垫片2 2）机械防松）机械防松 串联钢丝串联钢丝正确不正确3 3）永久防松：端铆、冲点、点、粘合）永久防松：端铆、冲点、点、粘合防松紧固的新工艺防松紧固的新工艺:微型胶囊防松紧固加工工艺微型胶囊防松紧固加工工艺。当紧固件安装进去时，胶囊就会当紧固件安装进去时，胶囊就会破裂，产生化学反应使之凝固。

22、但以破裂，产生化学反应使之凝固。但以前的这种加工需要较长的凝固时间，前的这种加工需要较长的凝固时间，而且保管时间也比较短，在使用方法而且保管时间也比较短，在使用方法与稳定上都给使用者带来很多不便。与稳定上都给使用者带来很多不便。PrecotePrecote 作为一种化学毡合剂，作为一种化学毡合剂，他的主要特性就是环氧树脂与固化剂他的主要特性就是环氧树脂与固化剂各自独立包装在微型胶囊里。这种专各自独立包装在微型胶囊里。这种专利技术与只有一种成分的胶囊包装工利技术与只有一种成分的胶囊包装工艺相比，他的寿命更长。而且可以避艺相比，他的寿命更长。而且可以避免由于潮湿或溶剂反应而使之提前固免由于潮湿或溶

23、剂反应而使之提前固化。化。第三节第三节 螺栓组连接的结构设计及受力分析螺栓组连接的结构设计及受力分析 （一）结构设计（一）结构设计 设计螺栓组连接结构时，应根据连接的载荷、用设计螺栓组连接结构时，应根据连接的载荷、用途和被连接件的结构，确定连接类型、螺栓的数目和布途和被连接件的结构，确定连接类型、螺栓的数目和布置形式，应尽可能使各个螺栓受载均匀，装拆方便，工置形式，应尽可能使各个螺栓受载均匀，装拆方便，工作情况良好，故应综合考虑以下的问题：作情况良好，故应综合考虑以下的问题：1 1连接接合面的几何形状通常设计成轴对称的简单连接接合面的几何形状通常设计成轴对称的简单几何形状。几何形状。2 2螺栓

24、的布置应使各螺栓的受力合理，使接合面上受力比螺栓的布置应使各螺栓的受力合理，使接合面上受力比较均匀。较均匀。3 3分布在同一圆周上的螺栓数目应取易于分度的偶数以利画线分布在同一圆周上的螺栓数目应取易于分度的偶数以利画线钻孔。钻孔。4 4为了减少螺栓的规格，便于装配，除非受结构限制或受力相为了减少螺栓的规格，便于装配，除非受结构限制或受力相差过大时，一般应使各螺栓的材料，直径和长度相同。差过大时，一般应使各螺栓的材料，直径和长度相同。5 5螺栓排列应有合理的间距、边距，根据扳手空间的螺栓排列应有合理的间距、边距，根据扳手空间的尺寸和连接密封性的要求决定。尺寸和连接密封性的要求决定。1.1.受力分

25、析的目的：受力分析的目的：求出联接中受载最大的螺栓及其载荷，为螺栓求出联接中受载最大的螺栓及其载荷，为螺栓强度计算提供依据。强度计算提供依据。2.2.前提（假设）：前提（假设）：(1)各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同。各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同。(2)受力后材料变形在弹性范围内。受力后材料变形在弹性范围内。(3)被联接件为刚性不变形，只有地基变形。被联接件为刚性不变形，只有地基变形。(4)接合面形心与螺栓组形心接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍重合，受力后其接缝面仍保持平面。保持平面。（二）受力分析（二）受力分析一、受轴向载荷一、受轴向载荷Q Q的螺栓组联接的螺栓组联接 单个螺栓工

26、作载荷为：单个螺栓工作载荷为：F=Q/ZF=Q/Z Q Q轴向外载荷；轴向外载荷；Z Z螺栓个数。螺栓个数。二、受横向载荷二、受横向载荷R R的螺栓组联接的螺栓组联接1.1.受拉螺栓联接受拉螺栓联接 每个螺栓需要的预紧力为：每个螺栓需要的预紧力为：式中式中 Kf可靠性系数，可靠性系数，Kf=1.11.3；fs接合面间的摩擦系数，对于钢或铸铁的干燥加工表面接合面间的摩擦系数，对于钢或铸铁的干燥加工表面 fs=0.100.16，当加工表面沾有油污时，当加工表面沾有油污时fs=0.060.10；m 接合面数量。接合面数量。zmfRKFsf2.2.受剪螺栓联接受剪螺栓联接 设联接螺栓数目为设联接螺栓数

27、目为z,则每个螺栓受到横向工作剪力则每个螺栓受到横向工作剪力为为：zRFs/三、受旋转力矩三、受旋转力矩T T的螺栓组联接的螺栓组联接 1.1.受拉螺栓联接受拉螺栓联接 则各个螺栓所需的预紧力为：则各个螺栓所需的预紧力为：TKrFfrFfrFffzsss21 联接件不产生相联接件不产生相对滑动的条件为：对滑动的条件为：ziisfzsfrfTKrrrfTKF121)(2.2.受剪螺栓联接受剪螺栓联接 由底板静力平衡条件（由底板静力平衡条件（各各螺栓的剪切变形量与螺栓中心到螺栓的剪切变形量与螺栓中心到底板旋转中心的距离成正比底板旋转中心的距离成正比）得：）得：TrFrFrFrFziiSizSZSS

28、12211根据螺栓变形协调条件得：根据螺栓变形协调条件得：maxmaxrFrFsiSiissirrFFmaxmax或或ziisrrFT12maxmax或或ziisrTrF12maxmax式中式中 Fsi第第i个螺栓承受的横向工作剪力；个螺栓承受的横向工作剪力；Fsmax受载最大（离螺栓组形心最远）的螺栓承受的横向工作受载最大（离螺栓组形心最远）的螺栓承受的横向工作 剪力；剪力；ri第第i个螺栓中心至底板旋转中心的距离；个螺栓中心至底板旋转中心的距离；rmax受载最大的螺栓中心至底板旋转中心的距离。受载最大的螺栓中心至底板旋转中心的距离。四、受翻转力矩四、受翻转力矩M的螺栓组联接的螺栓组联接 设

29、单个螺栓工作载荷为设单个螺栓工作载荷为F Fi i，取，取板为受力对象，由静平衡条件得板为受力对象，由静平衡条件得 ：MLFLFLFzz2211MLFziii1或或根据螺栓变形协调条件根据螺栓变形协调条件（各螺栓的工作拉力（各螺栓的工作拉力Fi与距离与距离Li成成正比）正比）得：得：maxmaxLFLFiiiiLLFFmaxmax或或将此式代入上式得将此式代入上式得 ziiLLFM12maxmaxziiLMLF12maxmax或或式中式中 Fmax受载最大（离翻转轴线受载最大（离翻转轴线O-O距离最远）的螺栓承受距离最远）的螺栓承受的轴向工作拉力；的轴向工作拉力；Fi第第i个螺栓承受的轴向工作

30、拉力；个螺栓承受的轴向工作拉力；Lmax受载最大的螺栓中心至底板翻转轴线的距离；受载最大的螺栓中心至底板翻转轴线的距离；Li第第i个螺栓中心至底板翻转轴线的距离。个螺栓中心至底板翻转轴线的距离。1.1.接合面右边不被压溃的条件接合面右边不被压溃的条件 ppMpFpWMAzF max2.2.接合面左边不出现间隙的条件接合面左边不出现间隙的条件 0minWMAzFpMpFp 式中式中 F每个螺栓的预紧力（每个螺栓的预紧力（N）；）；z螺栓数目；螺栓数目；A接合面面积（接合面面积（mm2），如图），如图14-14所示，所示，A=ab-ab1；W接合面对接合面对O-O轴的抗弯截面模量（轴的抗弯截面模量

31、（mm3）；p接合面材料的许用挤压应力接合面材料的许用挤压应力(MPa)，应接强度较弱者选，应接强度较弱者选取，其值列于表取，其值列于表1414-3。工程中受力情况很复杂，工程中受力情况很复杂，实际使用实际使用中螺栓组联接所受的载荷是以上中螺栓组联接所受的载荷是以上四种四种简单受力状态的不同组合简单受力状态的不同组合。计算时只。计算时只要分别计算出螺栓组在这些简单受力要分别计算出螺栓组在这些简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后按状态下每个螺栓的工作载荷，然后按向量叠加起来，便得到每个螺栓的总向量叠加起来，便得到每个螺栓的总工作载荷，再对受力最大的螺栓进行工作载荷，再对受力最大的螺栓进行强度计

32、算即可。强度计算即可。第四节第四节 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算 进行螺栓联接强度计算的目的：是根据强进行螺栓联接强度计算的目的：是根据强度条件确定螺栓直径或校核其强度。度条件确定螺栓直径或校核其强度。1.1.受拉螺栓联接的强度计算受拉螺栓联接的强度计算 2.2.受剪螺栓联接的强度计算受剪螺栓联接的强度计算一、螺栓联接的失效形式一、螺栓联接的失效形式 1.1.受拉螺栓受拉螺栓 失效形式主要是螺纹部分的失效形式主要是螺纹部分的塑性变形塑性变形和和螺杆的疲劳螺杆的疲劳断裂断裂。2.2.受剪螺栓受剪螺栓 失效形式可能是失效形式可能是螺栓杆被剪断螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的或螺栓杆和孔壁的贴合

33、面被贴合面被压溃压溃。65%20%15%二、螺栓联接的强度计算准则二、螺栓联接的强度计算准则 1.1.受拉螺栓受拉螺栓 设计准则是保证螺栓的设计准则是保证螺栓的静力静力或或疲劳抗拉强度疲劳抗拉强度；2.2.受剪螺栓受剪螺栓 设计准则是保证联接的设计准则是保证联接的挤压强度挤压强度和螺栓的和螺栓的抗剪强度抗剪强度，其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。1.1.松螺栓连接松螺栓连接如吊钩螺栓，工作前不拧紧，只有如吊钩螺栓，工作前不拧紧，只有工作载荷工作载荷F F起拉伸作用，强度条件为：起拉伸作用，强度条件为：421 dFa验算用验算用 41 a

34、Fd 设计用设计用 式中式中 d1螺纹小径，螺纹小径，mm；松螺栓连接的许用拉应力，松螺栓连接的许用拉应力，MPa，其值见表，其值见表1414-5。（一）受拉螺栓连接的强度计算（一）受拉螺栓连接的强度计算 或或2.2.紧螺栓连接紧螺栓连接（1）只受预紧力的紧螺栓连接只受预紧力的紧螺栓连接)(zmfFkFFkzmfFsRfRfs 即即受力时被连接件接合面间不受力时被连接件接合面间不应相对滑移失效，预紧力应相对滑移失效，预紧力F F 的大小根据板件的静力平衡的大小根据板件的静力平衡条件可得条件可得 ：拧紧螺母时，螺栓除受预紧力拧紧螺母时，螺栓除受预紧力F产生的拉应力产生的拉应力 外，外，还受螺纹力

35、矩还受螺纹力矩T1产生的扭剪应力产生的扭剪应力t t作用。螺栓危险剖面作用。螺栓危险剖面上产生的上产生的拉应力拉应力 和和扭剪应力扭剪应力t分别为分别为 214dF 122131212)tg(416)tg(2dddFddFWTvvT t t 对于常用的对于常用的M10M68的钢制普通螺栓，可取的钢制普通螺栓，可取、，则。、，则。17.0tanv 121.1 dd 05.0tg t t5.0 t t 3.1)5.0(332222 e由于钢制螺栓是塑性材料，根据第四强度理论其当量应力为由于钢制螺栓是塑性材料，根据第四强度理论其当量应力为 故螺纹部分的强度条件为故螺纹部分的强度条件为 2143.13

36、.1dFe 验算用验算用 Fd43.11设计用设计用 式中式中 紧连接螺栓的许用拉应力（紧连接螺栓的许用拉应力（MPa）由此可见，同时受拉伸和扭转作用的紧连接螺栓，由此可见，同时受拉伸和扭转作用的紧连接螺栓，可把拉力增大可把拉力增大30%30%当纯拉伸来计算螺栓的强度，以考虑螺当纯拉伸来计算螺栓的强度，以考虑螺纹力矩的影响，纹力矩的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续，故又称伸来处理，大大简化了计算手续，故又称简化计算法简化计算法 。但由下式可知，当但由下式可知，当m=1，fs=0.15，Kf=1.2时，螺栓需要的预紧力时，螺栓

37、需要的预紧力F=8=8R R。因而所需螺栓尺寸较大，如有冲击、振动或变载荷作用时，。因而所需螺栓尺寸较大，如有冲击、振动或变载荷作用时，连接的可靠性更差。连接的可靠性更差。zmfFKFsRf 为避免上述缺点，为避免上述缺点，增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力，载能力，可采用各种抗剪元件来传递横向载荷，如用销、套简、键可采用各种抗剪元件来传递横向载荷，如用销、套简、键等，如下图所示。其强度计算与受剪螺栓连接相似。另外，也可改等，如下图所示。其强度计算与受剪螺栓连接相似。另外，也可改为铰制孔用螺栓连接。为铰制孔用螺栓连接。a)a)减载销减载销b)b)

38、减载套筒减载套筒c)c)减载键减载键 靠摩擦传递横向载荷的连接，具有结构简单、装配方便等优点。靠摩擦传递横向载荷的连接，具有结构简单、装配方便等优点。（2）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 解决问题解决问题：a)a)工作时螺栓总载荷，工作时螺栓总载荷，a a=？b)b)保证安全可靠的工作，保证安全可靠的工作，预紧力预紧力F=？工作特点工作特点：工作前拧紧，有：工作前拧紧，有预紧力预紧力F；工作后加上工作；工作后加上工作载荷载荷F F。根据变形协调条件求螺拴受力根据变形协调条件求螺拴受力1)1)螺母拧紧后未受工作拉力时，连接只受螺母拧紧后未受工作拉力时，连接只受F F

39、作用作用 （a）螺拴变形图）螺拴变形图(b)被连接件变形图被连接件变形图（c）合并后的变形图）合并后的变形图设设c1、c2分别表示螺栓和被连接件的刚度，则螺栓的伸长变形分别表示螺栓和被连接件的刚度，则螺栓的伸长变形量为量为d d1=F/c1，被联拉件的压缩变形量为，被联拉件的压缩变形量为d d2=F/c2。2)2)螺母拧紧后受工作拉力螺母拧紧后受工作拉力F F作用作用从图线可看出，从图线可看出，螺栓受工作载荷螺栓受工作载荷F F时，时，螺栓总载荷：螺栓总载荷：Fa=F+F 11/cF d d22/)(cFF d d变形协调条件变形协调条件dd1=d d2 FKFcccFc 211FKFFFFF

40、c)1()(FKFFc)1(FKFFFFca Kc的值与螺栓刚度的值与螺栓刚度c1和被连接件（包括垫片、螺母和被连接件（包括垫片、螺母和垫圈等）刚度和垫圈等）刚度c2有关，在有关，在01之间变化。之间变化。Kc的值可通过计算或试验确定。对于钢螺栓和钢、铁的的值可通过计算或试验确定。对于钢螺栓和钢、铁的被连接件，其值如下：被连接件，其值如下：皮革垫片皮革垫片Kc=0.7；金属垫片或不用垫片金属垫片或不用垫片Kc=0.20.3；铜皮、石棉垫片铜皮、石棉垫片Kc=0.8；橡胶垫片橡胶垫片Kc=0.9。式中，称为相对刚度系数。式中，称为相对刚度系数。211cccKc 当当螺栓刚度螺栓刚度c1很小（如细

41、长的或中空螺栓），而被连很小（如细长的或中空螺栓），而被连接件（包括垫片、螺母和垫圈等）刚度接件（包括垫片、螺母和垫圈等）刚度c2很大时很大时，由知，螺栓所受总拉力增加很少。由知，螺栓所受总拉力增加很少。0 cKFKFFca 反过来当反过来当螺栓刚度螺栓刚度c1很大，而被连接件（包括垫片、很大，而被连接件（包括垫片、螺母和垫圈等）刚度螺母和垫圈等）刚度c2很小时很小时，由，由知，螺栓所受总拉力有较大的增加。知，螺栓所受总拉力有较大的增加。1 cKFKFFca 为了降低螺栓的受力，提高螺栓连接的承载能力，应使为了降低螺栓的受力，提高螺栓连接的承载能力，应使Kc的值尽量小些的值尽量小些。3)3)剩

42、余预紧力剩余预紧力F F 的选取的选取若工作载荷若工作载荷F过大，致使过大，致使dd1d d2，被，被连接件间出现缝隙，这是不允许的。因此，连接件间出现缝隙，这是不允许的。因此，要求工作时要求工作时剩余预紧力剩余预紧力F大于零大于零，以保，以保证连接的紧密性和刚性。证连接的紧密性和刚性。通常根据工作要求按经验选取通常根据工作要求按经验选取F，下列数据可供参考：下列数据可供参考：对紧固连接，当对紧固连接，当F无变化时，无变化时，F=(0.20.6)F；当当F有变化时，有变化时，F=(0.61.0)F；对压力容器等紧密性要求较高的连接，对压力容器等紧密性要求较高的连接，F=(1.51.8)F；对地

43、脚螺栓连接，对地脚螺栓连接，FF。4)4)设计时力计算公式的使用设计时力计算公式的使用已知已知F、F，由式求出，由式求出Fa，以计算螺栓的强度；由式，以计算螺栓的强度；由式求出预紧力求出预紧力F。Fa=F+FFKFFc)1(已知已知F、F F ，由式求出，由式求出Fa a，以计算螺栓的强度；由式，以计算螺栓的强度；由式（3-13）求出）求出F以检查其是否达到需要值。以检查其是否达到需要值。FKFFFFca FKFFc)1(5）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强度条件强度条件 aFd2.51 设计用设计用 213.14dFae验算用验算用或或紧连接螺栓通常应在承受工作

44、拉力之前拧紧。为了紧连接螺栓通常应在承受工作拉力之前拧紧。为了安全，考虑到可能在总拉力安全，考虑到可能在总拉力Fa作用下被补充拧紧（应尽作用下被补充拧紧（应尽量避免），量避免），因此因此螺栓承受了拉、扭应力的作用，按第四螺栓承受了拉、扭应力的作用，按第四强度理论得出的强度条件为：强度理论得出的强度条件为：(二二)受剪螺栓连接强度计算受剪螺栓连接强度计算 主要失效形式有：主要失效形式有：螺栓杆被剪断螺栓杆被剪断，螺栓杆与孔螺栓杆与孔壁接触表面压溃壁接触表面压溃。1.1.螺栓杆的抗剪强度条件为螺栓杆的抗剪强度条件为 t t t t mdFs2042.2.螺栓杆与孔壁接触表面的挤压强度条件为螺栓杆与

45、孔壁接触表面的挤压强度条件为 psphdF 0 式中式中 Fs单个螺栓承受的横向工作剪力（单个螺栓承受的横向工作剪力（N）；）；m螺栓杆受剪面的数目，如图螺栓杆受剪面的数目，如图14-21a所示，所示，m=1，如图，如图14-21b所示，所示，m=2；d0螺栓杆受剪面的直径（螺栓杆受剪面的直径（mm）；）；h螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度（螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度（mm），如图），如图14-21b所示，取（所示，取（h1+h2）与与h3中的小值；中的小值；t t螺栓的许用切应力（螺栓的许用切应力（MPa），见表），见表14-5；p螺栓或孔壁材料的许用挤压应力（螺栓或孔壁材料的许用挤压应力（M

46、Pa），见表），见表1414-5。(三三)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 1.1.螺纹连接件的常用材料螺纹连接件的常用材料一般采用碳素钢，如一般采用碳素钢，如Q215、Q235、35和和45号钢等。对于号钢等。对于承受冲击、振动或变载荷的螺纹连接件，可采用承受冲击、振动或变载荷的螺纹连接件，可采用15Cr、30CrMnsi、40Cr等力学性能较高的合金钢。等力学性能较高的合金钢。2.2.螺母、螺栓强度级别螺母、螺栓强度级别(表表14144)4)1 1）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此乃强度级别）根据机械性能，把栓母分级并以数字表示，此乃强度级别 2 2）所依据机械

47、性能为抗拉强度极限）所依据机械性能为抗拉强度极限b b和屈服极限和屈服极限s s螺栓级别螺栓级别:带点数字表示，带点数字表示，点前数字为：点前数字为：100/b 点后数字为：点后数字为：bs /10螺母级别螺母级别:100/b 注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2020 40HB40HB）3.3.螺栓连接的许用应力（表螺栓连接的许用应力（表14-514-5）4.4.紧连接螺栓的安全系数紧连接螺栓的安全系数S S （表（表14-614-6）表表14-6 14-

48、6 紧连接螺栓的安全系数紧连接螺栓的安全系数S S（不控制预紧力）（不控制预紧力）螺栓材料螺栓材料静载荷静载荷变戴荷变戴荷M6M6M16M16M16M16M30M30M30M30M60M60M6M6M16M16M16-M30M16-M30钢钢合金钢合金钢4 43 35 54 43 32 24 42.52.52 21.31.32.52.510106.56.57.5-57.5-56.56.55 5Ss 注意注意：1.1.不控制预紧力不控制预紧力 的紧螺栓连接，易过载，设计时的紧螺栓连接，易过载，设计时应取较大的完全系数。控制预紧力时可取较小的安应取较大的完全系数。控制预紧力时可取较小的安全系数全系

49、数S S。2.2.安全系数安全系数S S 及及 与与d d 有关有关所以设计时，先假设所以设计时，先假设d d，选取一安全系数进行，选取一安全系数进行试算，计算结果与估计直径相比较，如在原先估试算，计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直径所属范围内即可，否则需重新进行估算。计直径所属范围内即可，否则需重新进行估算。试算法试算法思路：思路：螺纹连接计算实例：螺纹连接计算实例：螺栓组结构设计（布局、数目）螺栓组结构设计（布局、数目）螺栓组受力分螺栓组受力分析（载荷类型、状态、形式）析（载荷类型、状态、形式）求单个螺栓的最大工求单个螺栓的最大工作载荷（判断哪个最大）作载荷（判断哪个最大）按最大载荷

50、的单个螺栓设按最大载荷的单个螺栓设计（求计（求d d1 1标准）标准）全组采用同样尺寸螺栓（互换的全组采用同样尺寸螺栓（互换的目的）目的）例例3-1 起重卷筒用起重卷筒用6个均匀分布在个均匀分布在D0=500mm的圆周上的双头的圆周上的双头螺柱与齿轮连接，利用双头螺柱夹紧产生的摩擦力矩将转矩螺柱与齿轮连接，利用双头螺柱夹紧产生的摩擦力矩将转矩传至卷筒（见图传至卷筒（见图3-26）。已知卷筒上的钢绳拉力）。已知卷筒上的钢绳拉力G=15000N，卷筒直径卷筒直径D=400mm，螺柱强度级别，螺柱强度级别4.6级，连接接合面摩擦系级，连接接合面摩擦系数数fc=0.12，可靠性系数，可靠性系数Kf=1