第2章螺纹联接

1、螺纹联接,第二章螺纹联结,动联接（,movable connection,）,机器工作时，,被联接零件之间可以有相对运动的联接。,可拆联接,不需要毁坏任何零件就可拆开的联,接。,静联接（,fixed joint,）,机器工作时，被联接,零件之间不允许有相对运动的连接。,运动副,轴承,螺纹联接,焊接,不可拆联接,拆开时至少要破坏一个零件的联,接。,考虑结构安装,运输维护,螺纹联接,键联接,焊接,铆接,考虑制造,经济性,螺纹联接,一,螺纹联接的主要类型,一、,螺纹（,thread,）,1,、螺纹的形成,2,、螺纹的类型,按平面图形分,牙根强度,工艺性,适用场合,三角形螺纹,(triangular

2、thread),最大,好,联接,矩形螺纹,(rectangle thread),小,差,传动,梯形螺纹,(trapezoidal thread),较大,好,传动,锯齿形螺纹,(sawtooth thread),较大,好,传动,管螺纹（,pipe thread,）,联接,螺纹联接,按螺线的绕行方向分,左旋螺纹（,left-hand thread,）,右旋螺纹（,right-hand thread,）,按螺纹线数分,单线螺纹（,single-thread,）,用于联接,双线螺纹（,double-thread,）,用于传动,三线螺纹（,triple-thread,）,用于传动,多线螺纹,用于传动,螺

3、纹联接,3,、主要参数,大径,d,公称直径（,nominal thread,）,小径,d,1,危险剖面直径，强度计算直径,中径,d,2,轴线剖面上的假想直径,线数,n,螺旋线数目,螺距,P,（,thread pitch,）,导程,S,（,lead,）,S,nP,升角,（,lead angle,）,牙型角,?,牙侧角,?,工作高度,h,螺纹联接,二、螺纹联接的基本类型,1,、螺栓（,bolt,）联接,受拉螺栓联结（普通螺栓联接,）,受剪螺栓联结（铰制孔螺栓联接）,2,、双头螺柱（,stud,，,double-end bolt,）联接,螺纹联接,3,、螺钉（,screw,）联接,4,、紧定螺钉（,

4、setscrew,）联接,5,、特殊用螺钉联接,地脚螺钉,(foundation,bolt),联接,吊环螺钉（,eye,bolt,）联接,螺纹联接,6,、标准螺纹联接件,螺栓、螺柱、螺钉、紧定螺钉,自攻螺钉、螺母、垫圈,螺纹联接,三、螺纹联接的预紧和防松,（一）螺纹副受力分析,1,、矩形螺纹,物体沿斜面匀速上升,R,F,R,N,F,F,f,F,tan,（,+,）,螺母旋转一周的输入功为,A,1,F,?,d,2,tan,（,+,）,?,d,2,举升重物的有效功为,A,2,S,?,d,2,tan,F,?,F,?,F,?,F,?,F,?,F,?,螺纹联接,效率：,),tan(,tan,),tan(,

5、tan,2,2,1,2,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,d,F,d,F,A,A,当,45o,0.5,时，螺纹副的效率最高,物体沿斜面匀速下降,R,N,F,F,f,R,F,F,tan,（,）,自锁条件为：,F,tan,（,）,0,?,F,?,F,?,F,?,F,?,螺纹联接,2,、三角形螺纹,摩擦力：,力的关系,F,tan,（,?,v,）,效,率,?,?,cos,2,sin,2,F,F,N,?,?,?,?,cos,cos,2,2,2,f,F,f,F,f,F,Nf,F,f,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),tan(,tan,v,?,?,?,?,?,?,自锁条件

6、,?,?,?,cos,arctan,arctan,f,f,V,?,?,?,N,N,F,?,F,?,螺纹联接,（二）螺纹联接的预紧,1,、螺纹阻力矩,),tan(,2,2,1,V,d,F,T,?,?,?,?,?,?,2,、支承面阻力矩,2,0,2,0,3,0,3,0,0,2,3,1,d,D,d,D,f,F,T,c,?,?,?,3,、拧紧力矩,FL,d,D,d,D,f,d,F,T,T,T,c,v,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,2,0,2,0,3,0,3,0,2,0,2,1,3,2,),tan(,2,1,?,?,增加可靠性,紧密性,螺纹联接,4,、控制预紧力的方法,测力矩板

7、手,定力矩板手,测定螺栓伸长量,螺纹联接,（三）螺纹联接的防松,1,、摩擦防,松,（,prevent,loosening,by,friction,）,双螺母（,double,nut,）,弹簧垫圈（,spring,washer,）,自锁螺母（,self-locking,nut,）,螺纹联接,2,、机械防松,开口销,(spring,cotter),与六角开槽螺母,(notch,nut),止动垫圈（,stop,washer,）,串联金属丝（,in,series,wire,）,螺纹联接,3,、永久防松（破坏螺纹副）,冲点、焊接,(jointing),、粘合,(conglutination),四、单个螺

8、栓联接的强度计算,1,、失效形式及计算准则,受拉螺栓,断裂（过载断裂、疲劳,断裂）、螺纹滑扣；,计算准则：保证螺栓的静力拉伸强度。,占,65%,占,20%,占,15%,螺纹联接,受剪螺栓,螺杆和通孔孔壁被压溃和螺杆被剪断；,计算准则：保证螺栓的挤压强度和剪切强度。,螺纹联接,2,、松螺栓联接的强度计算,拉伸强度条件为：,式中：,d,1,危险剖面直径，,mm,?,许用应力，,Mpa,?,?,S,S,4,2,1,?,?,?,?,?,?,d,F,A,F,4,1,?,?,F,d,?,螺纹联接,3,、紧螺栓联接的强度计算,拉伸应力为：,2,1,4,d,F,?,?,?,?,2,1,4,1,1,2,3,1,

9、16,1,2,2,tan,tan,1,tan,tan,),tan(,2,d,F,d,d,d,F,v,v,d,v,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,扭剪应力：,普通钢制螺栓，,tan,0.17,d,2,d,1,1.04,1.08,，,tan,0.05,代入计算得,?,0.5,?,?,?,?,?,?,?,3,.,1,),5,.,0,(,3,3,2,2,2,2,?,?,?,?,?,ca,?,?,螺纹联接,1,）,受横向载荷的紧螺栓联接,螺杆的强度条件为：,减载键、减载环,3,.,1,4,2,1,?,?,?,?,?,?,?,d,F,ca,F,?,F,?,螺纹联接,

10、挤压强度：,1,?,?,?,?,A,F,p,剪切强度：,2,?,?,?,?,A,F,2,）铰制孔用螺栓联接的强度,剪切强度：,min,0,p,p,L,d,F,?,?,?,?,4,2,0,?,?,?,?,?,d,F,挤压强度：,螺纹联接,3),受轴向载荷的紧螺栓联结,螺栓的总载荷,:,F,F,F,?,?,?,0,F,F,F,?,?,?,?,0,残余预紧力,螺纹联接,拉伸强度：,保证联接的紧密性，应使,0,有紧密性要求的：,（,1.5,1.8,）,F,一般联接，载荷稳定：,（,0.2,0.6,）,F,一般联接，载荷不稳定：,（,0.6,1.0,）,F,地脚螺栓：,F,3,.,1,4,2,1,0,?

11、,?,?,?,?,?,d,F,ca,设计式：,3,.,1,4,0,1,?,?,F,d,?,?,说明,F,?,?,F,?,?,F,?,?,F,?,?,F,?,?,螺纹联接,2,1,?,?,?,?,?,1,1,C,F,?,?,?,1,1,0,1,C,F,F,F,C,F,F,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,2,2,C,F,F,?,?,?,?,?,?,?,F,C,C,C,F,F,2,1,2,?,?,?,?,?,?,2,2,C,F,?,?,?,F,F,C,C,C,F,F,2,1,1,0,?,?,?,?,F,C,C,C,F,F,2,1,2,?,?,?,?,?,?,螺纹联接,相对刚度尽可能取小些

12、，,推荐值为：金属垫片,(,或无垫片,)0.2,0.3,，皮,革垫片,0.7,，铜皮石棉垫,片,0.8,，橡胶垫片,0.9,。,2,1,1,C,C,C,?,螺栓刚度,被联接件刚度,联接相对刚度,螺纹联接,?,当为变载荷,除计算静强度外,还应计算变,载强度,计算应力幅,螺栓的拉力变幅为,:,?,应力幅的条件为,:,F,C,C,C,F,F,),(,2,2,2,1,1,0,?,?,?,?,?,?,a,d,F,C,C,C,?,?,?,?,?,2,1,2,1,1,2,螺纹联接,4,）受偏心载荷的紧螺栓联接,2,1,0,3,1,0,0,4,32,d,F,d,e,F,A,F,W,T,b,?,?,?,?,?,

13、?,?,?,?,?,?,9,4,9,4,32,2,1,0,2,1,0,2,1,0,?,?,?,d,F,d,F,d,F,1,d,e,?,螺纹联接,避免偏载的措施：,铸造出凸台；,斜面用斜垫圈；,采用球面垫圈。,加工沉头座；,螺纹联接,五、螺栓组联接的设计,1,、螺栓组的结构设计,轴对称的简单几何形状,螺纹联接,a,、铰制孔螺栓，在载荷方向不要成排布置,8,个以上的螺栓。,b,、受弯矩或扭矩时，螺栓应布置在结合面的,边缘上，使受力小。,c,、同时受轴向、横向载荷时，用减载键、,销、套筒等。,螺栓的受力合理,螺纹联接,螺栓间有合理的间距、边距；,同一圆周上的螺栓数目尽量取偶数，同一螺,栓组中各螺栓的

14、材料、直径、长度应一致；,避免螺栓受偏心载荷。,d,t,7,0,?,螺纹联接,2,、螺栓组受力分析,目的：找出受力最大的螺拴及所受力的大小,假设：螺栓的材料、直径、长度、预紧力相同；,螺栓组的对称中心与接合面形心重合；,受载后结合面仍保持为平面,;,螺栓的应变,没,有超出,弹性范围。,螺纹联接,（,1,）受横向载荷的螺栓组联接,F,z,F,f,接合面摩擦系数；,i,接合面数目；,z,螺栓数目；,K,S,防滑系数，,K,S,1.1,1.3,。,F,f z,f z,f,z,i,F,K,S,F,?,F,?,F,?,螺纹联接,（,2,）受转矩的螺栓组联接,普通螺栓联接,不滑移条件,r,i,第,i,个螺

15、栓的轴线到螺栓组对称中心的距离。,T,K,r,F,f,r,F,f,r,F,f,S,z,?,?,?,?,?,?,?,?,?,2,1,?,?,?,?,?,?,?,i,S,z,S,r,f,T,K,r,r,r,f,T,K,F,),(,2,1,?,f F,0,f F,0,螺纹联接,铰制孔螺栓组联接,T,r,F,r,F,r,F,z,z,?,?,?,?,?,?,2,2,1,1,T,r,F,i,i,?,?,?,F,1,F,max,i,i,r,F,r,F,?,max,max,max,max,r,r,F,F,i,i,?,?,T,r,r,F,r,r,r,F,r,F,i,i,i,i,i,?,?,?,?,?,?,2,m

16、ax,max,max,max,?,?,2,max,max,i,r,Tr,F,各螺栓,剪切变,形量与,其至中,心距离,成正比,螺纹联接,（,3,）受轴向载荷的螺栓组联接,假设：底板是刚性,底板绕,O,O,翻转,螺杆和地基按各自的,刚度拉伸和压缩。,F,F,z,p,D,F,2,2,4,1,?,?,?,（,4,）受倾覆力矩的螺纹组联接,F,1,F,max,螺纹联接,计算受力最大螺栓的受力,最大外载荷：,M,L,F,L,F,Z,Z,?,?,?,1,1,m,ax,m,ax,L,F,L,F,i,i,?,M,L,F,i,i,?,?,?,max,max,F,L,L,F,i,i,?,?,?,?,2,m,ax,m

17、,ax,i,L,ML,F,螺栓总拉力：,max,0,2,F,C,C,C,F,F,m,b,b,?,?,?,螺纹联接,?,如图所示为一汽缸盖螺,栓组联结，已,知汽缸内的工作压力,P=0,1MP,缸盖与缸体均为钢制，,直径,D,1,=350mm,，,D,2,=250mm,，上、下凸,缘厚均为,25mm,，试设,计此联结,螺纹联接,六、螺纹联接件的材料及许用应力,1,、螺纹联接件的材料,常用材料：,Q215,、,Q235,，,10,、,35,、,45,等；,冲击振动大的场合：,40Cr,、,30CrMnSi,等；,特殊场合：,1Cr13,、,CrNi2,、,H62,等。,国家标准规定：,螺纹联接件按材

18、料的力学性能分等级：,螺栓、螺柱、螺钉从,3.6,12.9,分十个等级；,螺母从,4,12,分七个等级。见表,2-4,2-5,2-6,螺纹联接,2,、许用应力,螺纹联接件的许用拉应力：,s,S,螺纹联接件的许用剪应力：,s,S,螺纹联接件的许用挤压应力：,钢：,p,s,S,p,铸铁：,p,B,S,p,s,、,B,联接件材料的屈服极限、强度极限；,S,、,S,、,S,p,安全系数。,螺纹联接,七、提高螺拴联接强度的措施,减少螺栓刚度,C,b,1,、降低应力幅,用腰,状螺,杆、,空心,螺杆,螺母,下安,装弹,性元,件,改变前,改变后,螺纹联接,增大被联接件刚度,C,m,不用垫片，或用刚性较大垫片,

19、减少螺栓刚度,C,b,、增大被联接,件刚度,C,m,和增大预紧力并用。,改变前,改变后,改变前,改变后,螺纹联接,2,、改善螺纹牙上载荷分布不均现象,螺栓和螺母的刚度和变形性质不同，造成螺纹,牙上各圈的受力不均,第一圈螺纹牙承受约,l,3,的载荷，以后各圈依,次递减，第,8,圈以后的螺纹几乎不受载。,螺纹联接,用受拉螺母,悬置螺母,内斜螺母,环槽螺母,内斜、环槽,共用螺母,用钢丝螺套,螺纹联接,3,、减小应力集中,增大过渡圆角、增加卸载槽、卸载过渡结构,采用球面垫圈,采用腰环结构,螺纹联接,4,、采用合理的制造工艺,采用冷墩螺纹头部；,滚压螺纹；,冷作硬化表面。,本章练习,:5-4,5-6,螺纹联接,本章总结,?,动、静联接，可拆、不可拆联接,?,螺纹分类与应用,（功能、牙型、旋向、线数、）,管螺纹与其它螺纹有何不同？,?,主要参数,：,d, d,1, d,2, n, p, s, , h,?,螺纹联接,：类型与应用，联接件，预紧与防松,（受力，效率，自锁，拧紧力矩），,?,强度计算,：松螺栓，紧螺栓,仅有（拉伸载荷，,横向载荷），,?,F,0,+F,？,F,0,= +F= +,F,，,C,1,/(C,1,+C