机械设计第11章螺纹连接

1、11-1 11-1 螺纹螺纹 11-2 11-2 螺纹联接螺纹联接 11-3 11-3 单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算 11-4 11-4 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计 11-5 11-5 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施 11-6 11-6 设计实例设计实例 螺栓螺栓 *. 本章的主要内容本章的主要内容 1. 螺纹类型及主要参数螺纹类型及主要参数;螺纹联接的主要类型、特点及应用螺纹联接的主要类型、特点及应用; 2 . 螺旋副的受力、效率及自锁螺旋副的受力、效率及自锁,预紧和防松预紧和防松; 3 . 螺栓的强度计算螺栓的强度计算; 4 . 螺栓组的结构设计。螺栓组

2、的结构设计。 D p 螺母螺母 垫圈垫圈 11-1 螺纹螺纹 一一. 螺纹形成原理螺纹形成原理 将一倾斜角为将一倾斜角为 的直线绕的直线绕 在圆柱体上就形成一条螺旋线在圆柱体上就形成一条螺旋线 。取一平面图形使其沿螺旋线。取一平面图形使其沿螺旋线 运动，该平面图形在空间的轨运动，该平面图形在空间的轨 迹即为螺纹。迹即为螺纹。 二二 常用螺纹类型常用螺纹类型 按螺纹绕行按螺纹绕行 方向分类方向分类 左旋螺纹左旋螺纹自右下方向左上自右下方向左上 方绕行的螺纹方绕行的螺纹 右旋螺纹右旋螺纹自左下方向右上自左下方向右上 方绕行的螺纹方绕行的螺纹(常用常用) 左左旋旋右右旋旋 d2 S d2 按螺纹牙的

3、按螺纹牙的 表面分类表面分类 外螺纹外螺纹在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓在圆柱外表面上形成的螺纹，如螺栓、 螺钉螺钉 内螺纹内螺纹在圆柱空内壁上形成的螺纹，如螺母在圆柱空内壁上形成的螺纹，如螺母 内螺纹内螺纹 外螺纹外螺纹 螺杆螺杆 螺母螺母 按螺纹牙的按螺纹牙的 度量衡分类度量衡分类 公制螺纹公制螺纹 mm 英制螺纹英制螺纹 扣扣 / in 按螺纹牙的牙型分类按螺纹牙的牙型分类: 三角形螺纹：三角形螺纹： 牙型角牙型角=60，当量摩擦系数较大，自锁性能当量摩擦系数较大，自锁性能 好，主要好，主要用于连接用于连接。 圆柱管螺纹圆柱管螺纹牙型角牙型角=55，用于压力用于压力p1.57MPa1.

4、57MPa的的管子管子连接连接 矩形螺纹矩形螺纹牙型角牙型角=0，当量摩擦系数小，效率高，当量摩擦系数小，效率高，用于传动用于传动 梯形螺纹梯形螺纹牙型角牙型角=30，牙根强度高，效率较高，易保证加工精度，广泛牙根强度高，效率较高，易保证加工精度，广泛 用于传动用于传动。 锯齿形螺纹锯齿形螺纹牙型斜角两边不相等，工作面牙型斜角两边不相等，工作面=3,非工作面非工作面= 30，效率较三，效率较三 角形螺纹高，角形螺纹高，只能用于单向传动只能用于单向传动。 60 30 普普 通通 螺螺 纹纹 内螺纹内螺纹 p 外外螺纹螺纹 d d2 d1 矩形螺纹矩形螺纹 内螺纹内螺纹p 外螺纹外螺纹 d1 d2

5、 d 30 15 内螺纹内螺纹 p 外外螺纹螺纹 d d2 d1 梯形螺纹梯形螺纹 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 d d2 d1 内螺纹内螺纹 p 外外螺纹螺纹 3 30 p 圆圆 柱柱 管管 螺螺 纹纹 d 内螺纹内螺纹 d2 d1 外外螺纹螺纹 55 按螺纹线按螺纹线 数分类数分类 单线螺纹单线螺纹 n=1，效率低，自锁性好，易加工，效率低，自锁性好，易加工 三线螺纹三线螺纹n=3，效率高，自锁性差，难加工，效率高，自锁性差，难加工 双线螺纹双线螺纹n=2，效率较，效率较n=1 高高 单线螺纹单线螺纹 双线螺纹双线螺纹 三线螺纹三线螺纹 三三. 螺纹的主要参数螺纹的主要参数以圆柱普通外（内）螺纹为

6、例来说明以圆柱普通外（内）螺纹为例来说明 1 .大径大径d：外、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径（管螺纹除外）外、内螺纹的最大直径，为螺纹的公称直径（管螺纹除外） 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上面的直径。与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱上面的直径。 在强度计算中常用作危险截面的计算直径。在强度计算中常用作危险截面的计算直径。 3 .中径中径d2：处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线 上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。 4 .螺距螺距P ： 相邻两牙在中径线上对

7、应两点间的轴向距离。相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 5 .导程导程Ph ：螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。螺纹上任一点沿螺旋线绕一周所移过轴向距离。Ph= zP。 6 .升角升角 ：螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹 角，通常用中径处的升角角，通常用中径处的升角表示。其计算式为：表示。其计算式为： 2 d P tan h 7 .牙型角牙型角：在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角在螺纹轴线平面内螺纹牙两侧面的夹角 。螺纹牙型的侧。螺纹牙型的侧 边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角 。对于三角形

8、、。对于三角形、 梯形螺纹等对称牙型，梯形螺纹等对称牙型， =/2。 S P d d2 d1 内螺纹内螺纹 外螺纹外螺纹 1 .大径大径d：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的圆柱直径，规定为螺纹的公与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的圆柱直径，规定为螺纹的公 称直径（管螺纹除外）。称直径（管螺纹除外）。 2 .小径小径d1：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的圆柱体直径。在强度计算中与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的圆柱体直径。在强度计算中 常用作危险截面的计算直径。常用作危险截面的计算直径。 3 .中径中径d2：处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆柱的母线处于大径和小径之间的一个假想圆柱的直径，在该圆

9、柱的母线 上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。上螺纹牙厚度与牙槽宽度相等。 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。相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 5 .导程导程S ：同一螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。同一螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 S= nP。 7 .牙型角牙型角：在螺纹轴线平面内，螺纹牙两侧边的夹角在螺纹轴线平面内，螺纹牙两侧边的夹角 。螺纹牙型的侧。螺纹牙型的侧 边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角边与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙型斜角 。对于三角形、。对于三角形、 梯形螺纹等对称牙型，梯形螺纹等对称牙型， =/2。

10、6 .升角升角 ：在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹 角，其计算式为：角，其计算式为： 2 tan d np 牙型角牙型角=0=0） 1）拧紧螺母时）拧紧螺母时相当于滑块沿斜面等速上升运动相当于滑块沿斜面等速上升运动 d2d2 () 22 11 t tanFFT1 Q r+ 拧紧力矩: ()tanFF Qt r+ 水平力: ()()r r + + tan tan tan tan 2 2 2 1 1 2 dF dF T SF W W Q QQ 效率：效率： Ft FQ Ft Ft FQ Ft FQFf FRn FR v FR

11、+ + 2）松脱螺母时）松脱螺母时相当于滑块沿斜面等速下降相当于滑块沿斜面等速下降 Ft FQ Ff FRn FR v FR FQ Ft - - 当滑块在当滑块在FQ Q作用下沿斜面等速下作用下沿斜面等速下 降时，滑块上的摩擦力降时，滑块上的摩擦力Ff沿斜面向上，沿斜面向上， 斜面对滑块的总反力斜面对滑块的总反力FR与与FQ之间夹角之间夹角 为为 - -，由力三角形可的水平力：由力三角形可的水平力： )tan(r Qt FF 3）螺旋副的自锁条件）螺旋副的自锁条件 由松脱螺母时由松脱螺母时的水平力计算式可知，若的水平力计算式可知，若 ，则，则FtFt为负值。表明要使为负值。表明要使 滑块在滑块

12、在FQ Q作用下沿斜面等速下滑，必须加一反方向的作用下沿斜面等速下滑，必须加一反方向的水平力水平力F Ft t，否则不论，否则不论F FQ Q力有力有 多大，多大，滑块都不会在其作用下自行下滑，即螺母不会在轴向载荷滑块都不会在其作用下自行下滑，即螺母不会在轴向载荷F FQ Q作用下自行松作用下自行松 脱脱此现象称为自锁。此现象称为自锁。 螺旋副的自锁条件：螺旋副的自锁条件： 牙型角牙型角00） FQ Q FQ Q FRn FRn 1）矩形螺纹：）矩形螺纹： FRn= FQ Q F Ff f= =FRnf f= FQ Q f 摩擦角摩擦角=arctanf=arctanf 2）非矩形螺纹：）非矩形

13、螺纹： FRn = FQ Q/cos/cos F F f f= = FRn f f= FQ Q f /cos /cos = = FQ Q fv 摩擦角摩擦角v v=arctanf=arctanfv v () () 2 tan 2 ： tan： 22 t d F d FT FF VQ VQt r r + + 拧紧力矩 水平力 () V r + tan tan 效率：效率： 非矩形非矩形螺旋副的自锁条件：螺旋副的自锁条件： v v 一）螺栓连接一）螺栓连接 螺栓连接是利用螺栓穿过被连接件的孔，拧上螺螺栓连接是利用螺栓穿过被连接件的孔，拧上螺 母，将被连接件连成一体。其被连接件的孔内不切制螺纹，使用

14、方便。母，将被连接件连成一体。其被连接件的孔内不切制螺纹，使用方便。通常用通常用 被连接件不太厚，能从被连接件不太厚，能从被连联接件被连联接件两边进行装配的场合。两边进行装配的场合。 11-2 螺纹连接螺纹连接 一一. 螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型 结构特点结构特点：被连接件通孔和螺栓间有间隙被连接件通孔和螺栓间有间隙故通孔加工精度要求较低，其故通孔加工精度要求较低，其 结构简单、装拆方便，应用广泛。结构简单、装拆方便，应用广泛。 普通螺栓连接普通螺栓连接 1. 普通螺栓（即受拉螺栓）连接普通螺栓（即受拉螺栓）连接 受力特点：受力特点： 连接承受外载荷时，连接承受外载荷时，螺栓受拉力作

15、用螺栓受拉力作用 d d0 FR FR F F 2. 2. 铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）连接铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）连接 结构特点结构特点：被连接件孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合被连接件孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合（H7/m6， H7/n6）。用于要求精确固定被连接件相对位置，并能承受横向）。用于要求精确固定被连接件相对位置，并能承受横向 载荷，但孔的加工精度要求较高。载荷，但孔的加工精度要求较高。 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接 a l1 d d0 FR FR 受力特点：连受力特点：连接借助螺栓杆承受横向外载荷，螺栓受剪力作用。接借助螺栓杆承受横向外载荷，螺栓受剪力作用。 特点特

16、点：将螺栓一端旋紧在一被连接件的螺纹孔内，另一端穿过另一：将螺栓一端旋紧在一被连接件的螺纹孔内，另一端穿过另一 被连接件的孔，旋上螺母，从而将被连接件联成一体。被连接件的孔，旋上螺母，从而将被连接件联成一体。 二）双头螺柱连接二）双头螺柱连接 应用应用：用于被连接件之一太厚不便穿孔，且需经常装拆：用于被连接件之一太厚不便穿孔，且需经常装拆或结构上受限制或结构上受限制 不能采用螺栓连接的场合。不能采用螺栓连接的场合。 注意：被连接件上螺纹孔底部正确绘制注意：被连接件上螺纹孔底部正确绘制 d 发动机缸体发动机缸体 特点：特点：螺钉连接不用螺母，而是直接将螺钉拧入被连接件之一的螺纹螺钉连接不用螺母，

17、而是直接将螺钉拧入被连接件之一的螺纹 孔内，从而实现连接。孔内，从而实现连接。 三）螺钉联接三）螺钉联接 应用：应用：用于被连接件之一较厚的场合，不经常装拆连接的场合。用于被连接件之一较厚的场合，不经常装拆连接的场合。 注意：被连接件上螺纹孔底部正确绘制注意：被连接件上螺纹孔底部正确绘制 特点：特点：紧定螺钉连接是利用紧定螺钉连接是利用 紧定螺钉旋入一零件，并以其末端紧定螺钉旋入一零件，并以其末端 顶紧另一零件（或该零件的的凹坑顶紧另一零件（或该零件的的凹坑 内）来固定两零件之间的相互位置内）来固定两零件之间的相互位置 四）紧定螺钉连接四）紧定螺钉连接 应用：应用：可用于传递不大的力及转可用于

18、传递不大的力及转 矩，多用于轴和轴上零件的连接。矩，多用于轴和轴上零件的连接。 二二. 螺纹联接件螺纹联接件 紧定螺钉连接紧定螺钉连接 一）螺栓一）螺栓 s e d b l k 六角头螺栓六角头螺栓 k l b d 二）双头螺栓二）双头螺栓两端均制有螺纹，两端螺纹可相同（均为粗牙）也可两端均制有螺纹，两端螺纹可相同（均为粗牙）也可 不同（一端为粗牙，另一端为细牙）。不同（一端为粗牙，另一端为细牙）。 s e d l0 l k dP l2 六角头铰制孔用螺栓六角头铰制孔用螺栓 d0 三）地脚螺栓三）地脚螺栓是将机座固定在地基上一种特殊螺栓。是将机座固定在地基上一种特殊螺栓。 四）螺钉四）螺钉、紧

19、定螺钉紧定螺钉螺钉头部螺钉头部、紧定螺钉末端有多种结构型式紧定螺钉末端有多种结构型式 地脚螺栓地脚螺栓螺钉头部结构型式螺钉头部结构型式 外六角头外六角头 内六角头内六角头 一字槽沉头一字槽沉头 十字槽沉头十字槽沉头 十字槽半圆头十字槽半圆头 一字槽圆柱头一字槽圆柱头 锥端锥端 平端平端 圆柱端圆柱端 尖锥端尖锥端 紧定螺钉末端结构紧定螺钉末端结构 五）螺母五）螺母 六角薄螺母六角薄螺母 六角厚螺母六角厚螺母 六角槽形螺母六角槽形螺母 圆螺母圆螺母 六）六） 垫圈垫圈 平垫圈平垫圈斜垫圈斜垫圈 弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用带翘圆螺母用带翘 垫圈垫圈 三三. 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧 1、预紧的目

20、的：、预紧的目的： 预紧的目的是提高连接的可靠性、刚性、紧密性和防松能力。对于普通预紧的目的是提高连接的可靠性、刚性、紧密性和防松能力。对于普通 螺栓连接，还可以提高疲劳强度；对于铰制孔用螺栓连接，有利于增大接螺栓连接，还可以提高疲劳强度；对于铰制孔用螺栓连接，有利于增大接 合面间的摩擦力，提高承载能力。合面间的摩擦力，提高承载能力。 预紧：工作之前将螺纹连接拧紧加预紧力预紧：工作之前将螺纹连接拧紧加预紧力F。 一般预紧力一般预紧力F产生的应力不超过材料的屈服极限的产生的应力不超过材料的屈服极限的80% 碳素钢碳素钢 F（0.60.7）sA1 合金钢合金钢 F（0.50.6）sA1 2、预紧的

21、方法、预紧的方法 F不容易控制，一般采用：不容易控制，一般采用： 1)凭手感经验（不准确）凭手感经验（不准确） ； 2)测力矩扳手；测力矩扳手； 3)定力矩扳手；定力矩扳手； 4)测定伸长量。测定伸长量。 L LM M L LS S 测定伸长量测定伸长量 测力矩扳手测力矩扳手 定力矩扳手定力矩扳手 T 0.2 F 0.2 Fd f 摩擦系数。摩擦系数。 无润滑时取：无润滑时取： f =0.15 dKF dD dD fF dF TTT v / 2 0 2 0 3 0 3 0/ 2 21 )( )( 3 1 )tan( 2 + +r K 拧紧力矩系数，拧紧力矩系数，K=0.2 拧紧力矩大小拧紧力矩

22、大小 d 0 d 2 F 2 F T D1 如图所示，在拧紧螺母时，需要如图所示，在拧紧螺母时，需要克服螺克服螺 纹副相对扭转的阻力矩纹副相对扭转的阻力矩T1和和螺母与支承螺母与支承 面之间的摩擦阻力矩面之间的摩擦阻力矩T2，即拧紧力矩，即拧紧力矩 T=T1+T2 。设预紧力为设预紧力为FF，则，则 00 ,dD 分别为螺母与被连接件的环形接触面的外径和内径。分别为螺母与被连接件的环形接触面的外径和内径。 四四. 螺纹连接防松螺纹连接防松 防松的根本目的在于防止螺纹副间的相对转动。防松的措防松的根本目的在于防止螺纹副间的相对转动。防松的措 施很多，按工作原理可分为如下三类。施很多，按工作原理可

23、分为如下三类。 1摩擦防松摩擦防松 这类防松措施是使拧紧的螺纹之间不因外载荷变化而失去压这类防松措施是使拧紧的螺纹之间不因外载荷变化而失去压 力，即始终有摩擦阻力防止连接松脱。这种方法不十分可靠，力，即始终有摩擦阻力防止连接松脱。这种方法不十分可靠， 故多用于冲击和振动不剧烈场合。常用的有如下几种：故多用于冲击和振动不剧烈场合。常用的有如下几种： 弹簧垫圈弹簧垫圈 双螺母双螺母 尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母 2. 机械防松机械防松 机械防松的措施是，利用各种止动零件，以阻止拧紧的螺机械防松的措施是，利用各种止动零件，以阻止拧紧的螺 纹零件产生相对转动。这类防松方法相当可靠，应用很广。常纹零件产

24、生相对转动。这类防松方法相当可靠，应用很广。常 用的方法有：用的方法有： 槽形螺母和开口销槽形螺母和开口销 串联钢丝串联钢丝 正确结构正确结构错误结构错误结构 止动垫圈止动垫圈 3.粘合和破坏螺纹副防松粘合和破坏螺纹副防松 （1 1）粘接法：将粘合剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后，）粘接法：将粘合剂涂于螺纹旋合表面，拧紧螺母后， 粘合剂能自行固化，防松效果良好。粘合剂能自行固化，防松效果良好。 （2）冲点法：利用焊、）冲点法：利用焊、 冲点的方法，排除了冲点的方法，排除了 螺母相对螺栓转动的螺母相对螺栓转动的 可能。可能。 11-3 单个单个螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算 一一. 螺栓连接

25、强度计算的目的螺栓连接强度计算的目的 确定螺栓的公称直径确定螺栓的公称直径d 二二. 螺栓连接的失效形式及计算准则螺栓连接的失效形式及计算准则 2 .受剪螺栓受剪螺栓（受横向载荷的铰制孔螺受横向载荷的铰制孔螺 栓）栓）主要破坏形式为螺栓杆与孔壁主要破坏形式为螺栓杆与孔壁 间间压溃或螺栓杆被剪断压溃或螺栓杆被剪断，计算准则应是，计算准则应是 保证保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强连接的挤压强度和螺栓的剪切强 度度，其中连接的挤压强度对连接的可靠，其中连接的挤压强度对连接的可靠 性起决定性的作用。性起决定性的作用。 1 .受拉螺栓受拉螺栓（受轴向载荷或横向载荷受轴向载荷或横向载荷 的普通螺栓）的普通

26、螺栓）主要破坏形式为主要破坏形式为螺栓螺栓 杆和螺纹部分可能发生杆和螺纹部分可能发生塑性变形或断裂塑性变形或断裂 ，其计算准则是：其计算准则是：保证螺栓的静力（或保证螺栓的静力（或 疲劳）拉伸强度。疲劳）拉伸强度。 普通螺栓联接普通螺栓联接 d d 0 F R FR F F 铰制孔用螺栓联接铰制孔用螺栓联接 a l1 d d0 FR FR 压压 溃溃 剪断剪断 吊环螺栓联接（松）吊环螺栓联接（松） F F0 气缸盖螺栓联接（紧）气缸盖螺栓联接（紧） 三三. 螺栓联接的强度计算螺栓联接的强度计算 按装配情况螺栓连按装配情况螺栓连 接可分为两大类接可分为两大类 松松螺栓连接螺栓连接装配时不需拧紧螺

27、母如吊环螺栓连接装配时不需拧紧螺母如吊环螺栓连接 紧螺栓连接紧螺栓连接装配时必须将螺母拧紧，应用广泛。装配时必须将螺母拧紧，应用广泛。 如气缸盖螺栓连接等。如气缸盖螺栓连接等。 一）受轴向载荷一）受轴向载荷（力作用线与螺栓轴线平行）（力作用线与螺栓轴线平行）的螺栓连接的螺栓连接 D p F 螺栓危险剖面的抗拉强度条件为：螺栓危险剖面的抗拉强度条件为： 1. 1. 松螺栓连接松螺栓连接 螺栓受力螺栓受力 在承受工作载荷前，螺栓并不受力；在承受工作载荷前，螺栓并不受力； 工作时受拉力工作时受拉力F（由外加载荷产生）（由外加载荷产生） 2 1 2 1 4 4d F d F A F MPa 校核计算式

28、：校核计算式： 设计计算式：设计计算式： F d 4 1 mm 式中：式中： d d1 1 螺栓危险剖面直径，即螺纹小径，螺栓危险剖面直径，即螺纹小径，mm； 螺栓的公称直径螺栓的公称直径d确定：确定：根据根据dd1的原则的原则查普通螺纹基本尺寸（查普通螺纹基本尺寸（GB196-GB196- 8181）机械设计课程设计机械设计课程设计表表11-111-1，确定螺栓的公称直径，确定螺栓的公称直径d d。 松螺栓连接的许用应力松螺栓连接的许用应力，Mpa， , 松 S s s 螺栓材料的屈服极限螺栓材料的屈服极限 S松 松松螺栓连接的安全系数 松螺栓连接的安全系数，S松 松=1.21.7 吊环螺栓

29、联接吊环螺栓联接 公称直径（公称直径（mm） 螺螺 距（距（p） mm 中中 径（径（d2） mm 小小 径（径（d1） mm 第一系列第一系列 第二系列第二系列 8 1.257.1886.647 1.007.3506.917 0.757.5187.188 10 1.59.0268.376 1.259.1888.647 1.009.3508.917 0.759.5139.188 12 1.7510.86310.106 1.511.02610.376 1.2511.18810.674 1.011.35010.917 142.012.70111.835 1.513.02612.376 8 6.64

30、7 10 8.376 12 10.106 普通螺纹基本尺寸（普通螺纹基本尺寸（GB196-81GB196-81） 课程设计课程设计表表11-111-1 14 11.835 2、紧螺栓连接、紧螺栓连接 （装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。）装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。） 1)只受预紧力作用的紧螺栓连接只受预紧力作用的紧螺栓连接 （受横向载荷（受横向载荷FR 作用的受拉普通螺栓是只受预紧作用的受拉普通螺栓是只受预紧 力的紧螺栓连接的例子）力的紧螺栓连接的例子） d d0 FR FR F F 螺栓与孔之间有间隙，工作时预螺栓与孔之间有间隙，工作时预 紧力紧力F导致接

31、合面所产生的摩擦力应导致接合面所产生的摩擦力应 大于横向载荷大于横向载荷FR。 mf FK F Rf 预紧力预紧力F 可靠性系数，常取可靠性系数，常取 =1.11.3 m 结合面数，图示结合面数，图示m=1 f 摩擦系数，对钢与铸铁，取摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.10.15 若取若取 f f =0.15=0.15， =1.2, m=1, =1.2, m=1, 则：则： 结构尺寸大，但由于结构简单，装配方便，仍广泛使用。结构尺寸大，但由于结构简单，装配方便，仍广泛使用。 f K f K f K R FF8 这种靠摩擦传递横向载荷的受拉螺栓连接，在冲击、振动载这种靠摩擦传递横向载荷的受拉

32、螺栓连接，在冲击、振动载 荷作用下工作不够可靠，且所需的螺栓直径较大，改进措施如下：荷作用下工作不够可靠，且所需的螺栓直径较大，改进措施如下： 1. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用螺栓仅起连接作用 2. 采用无间隙的铰制孔螺栓。采用无间隙的铰制孔螺栓。 F F/2 F/2 螺栓受预紧力螺栓受预紧力F和摩擦力矩和摩擦力矩 的双重作用。的双重作用。 4/ 2 1 d F 拉应力拉应力： 强度计算强度计算 d d0 FR FR F F 切应力：切应力： 16/ 3 1 11 d T W T T 16/ 2)tan( 3 1 2 d dF v r+

33、 4/ )tan( 2 2 11 2 d F d d v r + 分母为抗剪分母为抗剪 截面系数截面系数 1 T 4/ 3 . 1 2 1 d F 对于对于M10M68的普通螺纹，取的普通螺纹，取d1、d2和和的平均值，的平均值， 并取：并取： tanV = f V =0.15 得：得： 0.5 当量应力：当量应力： 22 3+ c 22 )5 . 0( 3+ 强度条件：强度条件： 3 .1 3 . 14 1 F d 设计式设计式依所得依所得d1靠标准直径靠标准直径d 设流体压强为设流体压强为p，螺栓数目为，螺栓数目为Z， 则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：则缸体周围每个螺栓的平均载荷为： p

34、D2/4 F = = Z 2) 受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接 p F0 F0 D 此时此时,螺栓受总拉力螺栓受总拉力F0 = F+ F吗吗? 特别注意，轴向总载荷特别注意，轴向总载荷F0： F0 F+ F 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 松弛松弛 状态状态 受载受载 变形变形 分析加载过程：分析加载过程： 加预紧力加预紧力F后后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长1 被联接件受压缩短被联接件受压缩短2 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： 被联接件压缩量减少为：被联接件压缩量减少为： 残余预紧力减

35、少为：残余预紧力减少为： F 很显然很显然: FFF2 2FF3 3FF4 4FF5 5 螺螺 栓栓 杆杆 F F F F 螺螺 栓栓 杆杆 螺母体螺母体 假设螺母为刚体，则螺纹假设螺母为刚体，则螺纹 牙变形与普通螺栓相同。牙变形与普通螺栓相同。 但实际上螺母也是弹性体，但实际上螺母也是弹性体， 受载也被拉长，变形螺纹受载也被拉长，变形螺纹 牙产生回弹，从而减小两牙产生回弹，从而减小两 者螺距变化，使受载均匀。者螺距变化，使受载均匀。 10圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。 采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构 三、减小应力集中三、减小应力集中 1.1.增大过渡圆角增

36、大过渡圆角 2.2.切制卸载槽切制卸载槽 r r 四、避免或减小附加应四、避免或减小附加应 力力 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。 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 被连接件刚性小被连接件刚性小 例1. 厚度=12mm的钢板用4个螺栓固连在厚 度1=30mm的铸铁支架上，螺栓的布置有例 图(a)、(b)所示的两种方案。 已知螺栓材料为Q235，=95MPa，=96 MPa，钢板 P=320 MPa，铸铁 pl=180MPa，接合面间摩擦系数f=0.15， 可靠性系数Ks=1.2，载荷F=12000N， 尺寸L=400mm，a=100mm。 (1)试比较哪