WANGWZH 第三章 螺纹连接

1、1 2 主要内容主要内容 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构 第三节第三节 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 第四节第四节 单个螺栓的强度计算单个螺栓的强度计算 第五节第五节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 第六节第六节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施 3 第第1节节 概述概述 1.1 螺纹的基本参数螺纹的基本参数 与外螺纹牙顶或内螺纹与外螺纹牙顶或内螺纹 牙底相重合的假想圆柱牙底相重合的假想圆柱 面直径，在标准中定为面直径，在标准中定为 公称直径。公称直径。 （1）公称直径）公称直径-大径大径 d (D) 与外螺纹牙底或内螺纹牙

2、顶与外螺纹牙底或内螺纹牙顶 相重合的假想圆柱面直径。相重合的假想圆柱面直径。 （2）小径）小径 d1(D1) （3）中径）中径(D2) d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处 的假想圆柱面的直径。的假想圆柱面的直径。 常用于连接的强度计算常用于连接的强度计算 常用于连接的几何计算常用于连接的几何计算 4 （4）螺）螺 距距 p 螺纹相邻两牙在中径上对应两点间的轴螺纹相邻两牙在中径上对应两点间的轴 向距离。向距离。 （5）导程）导程 S 螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所 移动的轴向距离。移动的轴向距离。 第第1节节 概述概述 5 第

3、第1节节 概述概述 导程是螺纹旋转一圈所移动的轴导程是螺纹旋转一圈所移动的轴 向距离。向距离。 螺距指的是第一个牙与第二牙的螺距指的是第一个牙与第二牙的 轴向距离。轴向距离。 如是单头，二者相等，如是多头如是单头，二者相等，如是多头 导程螺距导程螺距头数头数 （6）线）线 数数 n 螺纹的螺旋线数目。连接用螺纹要求螺纹的螺旋线数目。连接用螺纹要求 有自锁性，多用有自锁性，多用 单线螺纹。单线螺纹。 d1 S P 6 （7）旋向）旋向 螺纹有右旋和左旋之分。工程上常用右旋螺纹。螺纹有右旋和左旋之分。工程上常用右旋螺纹。 （8）牙型角）牙型角 轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹角。轴向剖面内螺纹牙型两侧

4、边的夹角。 （9）牙型斜角）牙型斜角 轴向剖面内，螺纹牙的侧边与螺纹轴线轴向剖面内，螺纹牙的侧边与螺纹轴线 的垂线间的夹角。对三角形、梯形等对称牙型的垂线间的夹角。对三角形、梯形等对称牙型 = /2 第第1节节 概述概述 （10）工作高度）工作高度 h 内、外螺纹的径向接触高度。内、外螺纹的径向接触高度。 7 。 （11）螺纹升角）螺纹升角 中径圆柱面上螺旋线的切线与垂中径圆柱面上螺旋线的切线与垂 直于螺旋线轴线的平面的夹角。直于螺旋线轴线的平面的夹角。 22 tan d nP d S 第第1节节 概述概述 S 2 d 8 1.2 螺纹的种类、特点及应用螺纹的种类、特点及应用 按牙型可将螺纹分

5、为按牙型可将螺纹分为普通螺纹普通螺纹、管螺纹管螺纹、 矩形螺纹矩形螺纹、 梯形螺纹梯形螺纹和和锯齿形螺纹锯齿形螺纹。三角形螺纹、管螺纹用于连。三角形螺纹、管螺纹用于连 接，其他用于传动。接，其他用于传动。 1.普通螺纹普通螺纹 应用最广，米制三角形螺纹，牙型角应用最广，米制三角形螺纹，牙型角60 当量摩擦角大，自锁性能好当量摩擦角大，自锁性能好 主要用于连接主要用于连接,按螺距大小分为粗牙和细牙按螺距大小分为粗牙和细牙,细牙螺纹的细牙螺纹的 螺距小螺距小,自锁性好自锁性好;适于薄壁细小零件和冲击变载等。适于薄壁细小零件和冲击变载等。 9 2.圆柱管螺纹圆柱管螺纹 英制细牙三角形螺纹，牙型角英制

6、细牙三角形螺纹，牙型角 =55,牙顶牙顶 有较大圆角，内外螺纹旋合后无径向间隙有较大圆角，内外螺纹旋合后无径向间隙 公称直径近似为管子内径，紧密性好。公称直径近似为管子内径，紧密性好。 多用于压力为多用于压力为1.568MPa以下的水、煤气管以下的水、煤气管 道、润滑和电线管路系统。道、润滑和电线管路系统。 3.矩形螺纹矩形螺纹 牙型为正方形，牙型角为牙型为正方形，牙型角为0，当量摩擦，当量摩擦 角小，效率高。角小，效率高。 牙根强度差，磨损后无法补偿间隙，定心牙根强度差，磨损后无法补偿间隙，定心 性能差。性能差。 矩形螺纹尚未标准化，很少采用，目前已矩形螺纹尚未标准化，很少采用，目前已 逐渐

7、被梯形螺纹所代替。逐渐被梯形螺纹所代替。 1.2 螺纹的种类、特点及应用螺纹的种类、特点及应用 10 4.梯形螺纹梯形螺纹 牙型为等腰梯形，牙型角牙型为等腰梯形，牙型角30 与矩形螺纹相比，传动效率略低，但与矩形螺纹相比，传动效率略低，但 工艺性好，牙根强度高，对中性好工艺性好，牙根强度高，对中性好 应用较广的传动螺纹应用较广的传动螺纹 5.锯齿形螺纹锯齿形螺纹 牙型为不等腰梯形，工作面的牙型半牙型为不等腰梯形，工作面的牙型半 角为角为3,非工作面的牙型半角为非工作面的牙型半角为30 综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙 根强度高的特点。根强度高的特点。 用于单向受

8、力的传力螺旋中，如螺旋用于单向受力的传力螺旋中，如螺旋 压力机。压力机。 1.2 螺纹的种类、特点及应用螺纹的种类、特点及应用 11 1.螺纹副中轴向力与圆周力的关系螺纹副中轴向力与圆周力的关系 1.3 螺纹副的受力、自锁和效率螺纹副的受力、自锁和效率 矩形矩形 螺纹螺纹 12 拧紧螺母受力图拧紧螺母受力图和和力的封闭三角形力的封闭三角形 )tan( t FF 2 tan() 2 d TF 拧紧螺母拧紧螺母 1.3 螺纹副的受力、自锁和效率螺纹副的受力、自锁和效率 13 松退螺母松退螺母 t tan()FF 1.3 螺纹副的受力、自锁和效率螺纹副的受力、自锁和效率 N R F F t F R

9、fN t F 14 对于牙型角对于牙型角 不等于零的三角形螺纹和梯形螺纹等不等于零的三角形螺纹和梯形螺纹等 可等效为楔形重物沿槽形斜面的运动可等效为楔形重物沿槽形斜面的运动 )tan( vt FF 2v )tan( 2 1 dFT )tan( vt FF 拧紧螺母时拧紧螺母时 松退螺母时松退螺母时 1.3 螺纹副的受力、自锁和效率螺纹副的受力、自锁和效率 cos v f f当量摩擦系数当量摩擦系数 vv arctan f当量摩擦角当量摩擦角 15 2.螺纹传动的效率螺纹传动的效率 旋转螺母一周所作的功为旋转螺母一周所作的功为 TW2 1 有效功有效功 FSW 2 螺纹传动的效率为螺纹传动的效率

10、为 )tan( tan )tan( tan 2 vv2 2 1 2 dF dF T FS W W 1.3 螺纹副的受力、自锁和效率螺纹副的受力、自锁和效率 16 3.螺纹的自锁条件螺纹的自锁条件 v sinF v tancosFfNcos vF f 1.3 螺纹副的受力、自锁和效率螺纹副的受力、自锁和效率 17 2.1 螺纹连接主要类型螺纹连接主要类型 1.螺栓连接螺栓连接 (a)普通螺栓连接普通螺栓连接-被连接件上开有被连接件上开有 通孔，通孔不带螺纹，装配后孔与通孔，通孔不带螺纹，装配后孔与 杆间有间隙。杆间有间隙。 结构简单，装拆方便，应用较广结构简单，装拆方便，应用较广 第第2节节 螺

11、纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构 (b)铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接装配后无间装配后无间 隙，主要承受横向载荷，也可定位隙，主要承受横向载荷，也可定位 孔和螺栓杆之间采用基孔制过渡配孔和螺栓杆之间采用基孔制过渡配 合合(H7/m6、H7/n6) 18 螺杆两端均有螺纹，装配时其一端旋入螺杆两端均有螺纹，装配时其一端旋入 被连接件的螺纹孔中，另一端与螺母旋合被连接件的螺纹孔中，另一端与螺母旋合 适用于常拆卸而被连接件之一较厚或不适用于常拆卸而被连接件之一较厚或不 宜制成通孔、材料又比较软的场合。宜制成通孔、材料又比较软的场合。 3.螺钉连接螺钉连接 2.双头螺栓连接双头螺栓连接 螺钉直接拧

12、入被连接件之一的螺螺钉直接拧入被连接件之一的螺 纹孔内，不用螺母纹孔内，不用螺母 用途和双头螺柱连接相似，但不用途和双头螺柱连接相似，但不 适合经常装拆，易使螺纹孔磨损适合经常装拆，易使螺纹孔磨损 第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构 19 拧入后，利用末端顶住另一零件表面或旋拧入后，利用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转矩可传递不大的轴向力或转矩 4.紧定螺钉连接紧定螺钉连接 第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构 20 地脚螺栓连接地脚螺栓连接吊环螺钉连接吊环螺钉连接

13、T型槽螺栓连接型槽螺栓连接 5.特殊连接特殊连接 第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构 21 2.双头螺柱双头螺柱 1.六角头螺栓六角头螺栓 2.2 标准螺纹连接件标准螺纹连接件 A型型有退刀槽有退刀槽 B型型无退刀槽无退刀槽 3. 螺螺 钉钉 第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构 22 4.4.紧定螺钉紧定螺钉 圆柱端圆柱端: : 压入轴上凹坑中，适压入轴上凹坑中，适 于紧定空心轴上零件于紧定空心轴上零件 的位置，轻材料和金的位置，轻材料和金 属薄板。属薄板。 锥锥 端端: : 适于零件表面硬度较低不常拆卸的场合。适于零件表面硬度较低不常拆卸的场合。 平平 端

14、端: : 接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度 较大的平面，适于经常拆卸的场合。较大的平面，适于经常拆卸的场合。 第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构 23 6.螺母螺母 5.自攻螺钉自攻螺钉 (由螺钉攻出螺纹由螺钉攻出螺纹)7.圆螺母圆螺母+止动垫圈止动垫圈 8.垫垫 圈圈 第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构 24 2.3 螺纹连接零件常用材料和机械性能螺纹连接零件常用材料和机械性能 1.常用材料常用材料 一般工况一般工况：中低碳钢，如中低碳钢，如Q215、10、35和和45钢等钢等 变载荷或有冲击、振动的重要连接中：

15、变载荷或有冲击、振动的重要连接中：合金钢，如合金钢，如 40Gr、15MnVB和和30CrMnSi等。等。 2.机械性能等级机械性能等级 国家标准规定螺纹连接件按材料的机械性能分级。国家标准规定螺纹连接件按材料的机械性能分级。 螺栓、螺柱、螺钉的机械性能等级分为十级，从螺栓、螺柱、螺钉的机械性能等级分为十级，从3.6至至 12.9 ；螺母的性能等级分为七级，从；螺母的性能等级分为七级，从4到到12。 抗拉强度B 百分之一百分之一 B S 10 第第2节节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构 25 3.1螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧 增强连接的可靠性和紧密性，防止受载增强连接的可靠性和紧密

16、性，防止受载 后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移 增加连接刚度，提高防松能力；增加连接刚度，提高防松能力； 适当选用较大的预紧力可提高螺纹连接适当选用较大的预紧力可提高螺纹连接 件的疲劳强度件的疲劳强度 F 在装配时拧紧，即在承载前，已预先受预在装配时拧紧，即在承载前，已预先受预 紧力紧力 。 F 目的：目的： 预紧：预紧： 预紧力控制：预紧力控制： 通过控制拧紧力矩等方法控制预紧力的大小。通过控制拧紧力矩等方法控制预紧力的大小。 用测力矩扳手或定力矩扳手可控制拧紧力矩。用测力矩扳手或定力矩扳手可控制拧紧力矩。 第第3节节 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和

17、防松 26 定力矩板手定力矩板手：达到固定的拧紧力矩：达到固定的拧紧力矩T时，时， 弹簧受压将自动打滑。弹簧受压将自动打滑。 第第3节节 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 测力矩板手测力矩板手：测出预紧力矩：测出预紧力矩 定力矩扳手 测力矩扳手 定力矩扳手 测力矩扳手 27 )( 3 2 )tan( 2 1 2 0 2 0 3 0 2 0 v 2 dD dD d f d d K c 令 2 . 0 K T T2 T1 T T2 T1 拧紧时螺母：拧紧时螺母：T=T1+T2 拧紧力矩拧紧力矩:扳手拧紧力矩扳手拧紧力矩: T=FL )tan( 2 v 2 1 d FT 2 0 2 0 3

18、0 3 0 v2 3 2 )tan( 2 1 dD dD fdFT c 2 0 2 0 3 0 3 0 2 3dD dD fF T c 0.2 TFdF L 对于常用对于常用M10-M68粗牙普通钢制螺纹粗牙普通钢制螺纹 第第3节节 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 预紧力 28 消除（或限制）螺纹副之间的相对转动。消除（或限制）螺纹副之间的相对转动。 摩擦防松摩擦防松 3.2 螺纹连接的防松螺纹连接的防松 1 . 为什么防松为什么防松 3 . 防松办法防松办法 2 . 防松原理防松原理 在冲击在冲击,振动或变载荷的作用下振动或变载荷的作用下,螺纹副间的摩擦螺纹副间的摩擦 力可能减小或

19、瞬时消失，力可能减小或瞬时消失，从而使螺纹联接松动从而使螺纹联接松动 高温或温度变化大时高温或温度变化大时,材料发生蠕变和应力松弛材料发生蠕变和应力松弛, 预紧力和摩擦力逐渐减小预紧力和摩擦力逐渐减小 机械防松机械防松破坏螺纹副关系破坏螺纹副关系 第第3节节 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 29 主要内容主要内容 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 螺纹连接的类型与结构螺纹连接的类型与结构 第三节第三节 螺纹连接的预紧和防松螺纹连接的预紧和防松 第四节第四节 单个螺栓的强度计算单个螺栓的强度计算 第五节第五节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 第六节第六节 提高螺栓强度的措施提

20、高螺栓强度的措施 30 受剪螺栓受剪螺栓 失效形式失效形式（工程中螺栓联接（工程中螺栓联接90%为疲劳失效）为疲劳失效） 静载荷：螺纹部分发生塑性变形或断裂静载荷：螺纹部分发生塑性变形或断裂 受拉螺栓受拉螺栓 变载荷：疲劳断裂。失效部位变载荷：疲劳断裂。失效部位 螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 31 受剪螺栓：连接的受剪螺栓：连接的挤压强度挤压强度和螺栓剪切强度和螺栓剪切强度 螺纹设计计算准则螺纹设计计算准则 受拉螺栓：疲劳拉伸强度或静强度受拉螺栓：疲劳拉伸强度或静强度 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺

21、纹的强度计算 强度计算的目的：螺纹选择和校核强度计算的目的：螺纹选择和校核 32 受载形式受载形式 轴向受拉和横向受剪轴向受拉和横向受剪 受力性质受力性质 静载荷和变载荷静载荷和变载荷 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 如何强度计算？如何强度计算？ 连接类型连接类型 松松/紧连接、铰制螺纹连接等紧连接、铰制螺纹连接等 装配情况装配情况 是否预紧？是否预紧？ 按相应的强度条件计算危险截面的直径（小径）按相应的强度条件计算危险截面的直径（小径） 或校核其强度或校核其强度 其他部分一般不校核，按公称直径在标准中选取其他部分一般不校核，按公称直径在标准中选取 33 4.1受拉螺栓连接的

22、强度计算受拉螺栓连接的强度计算 1. 松连接螺栓强度计算松连接螺栓强度计算 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 34 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 1.受载荷形式受载荷形式轴向拉伸（工作拉力轴向拉伸（工作拉力F） 2.失效形式失效形式 螺栓拉断（静、疲劳）螺栓拉断（静、疲劳） 3.设计准则设计准则 保证螺栓拉伸强度保证螺栓拉伸强度 4.强度条件：强度条件： 5.危险截面应力计算：危险截面应力计算： 6.螺栓材料及许用应力螺栓材料及许用应力 查表查表 7.安全系数安全系数s1.21.7 8.设计计算方法：设计计算方法： 查手册，求查手册，求d 4 1 F d 2

23、 1 4 d F d1-螺纹小径螺纹小径mm 松螺栓连接设计松螺栓连接设计 / s S 35 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 (a)仅承受预紧力的紧连接螺栓的强度计算仅承受预紧力的紧连接螺栓的强度计算 特点：仅靠摩擦力承受横向载荷特点：仅靠摩擦力承受横向载荷 2. 紧连接螺栓强度计算紧连接螺栓强度计算 F F 36 T1(螺纹副摩擦力矩螺纹副摩擦力矩)产生的扭转剪应力产生的扭转剪应力 2 1 1 /() 4 Fd 应力合成应力合成: 按第四强度理论按第四强度理论,螺纹部分的计算应力为螺纹部分的计算应力为 3 . 13 22 ca F(预紧力预紧力)产生拉应力产生拉应力 2 1

24、 1 2 v 3 1 2 v 1 4 2 tan 16 2 tan d F d d d d F W T 近似处理：近似处理：常用的常用的M10M64钢制普通螺纹钢制普通螺纹0.49 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 应力计算应力计算 可先按纯拉伸计算螺可先按纯拉伸计算螺 栓的应力栓的应力,然后增大然后增大 30%以考虑扭转的影以考虑扭转的影 响响,从而得到计算应力从而得到计算应力 37 )tan( t FF 2 tan() 2 d TF 38 强度条件强度条件: 2 1 4 3 . 1 3 . 1 d F ca 设计公式设计公式: 2 . 5 1 F d 第第4节节 单个螺纹的

25、强度计算单个螺纹的强度计算 39 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 靠摩擦力承受横向载荷的紧螺栓连接的可靠性靠摩擦力承受横向载荷的紧螺栓连接的可靠性 差。为增加可靠性，减小直径，可采用减载装差。为增加可靠性，减小直径，可采用减载装 置置 套筒减载套筒减载键减载键减载 销钉减载销钉减载止口减载止口减载 40 (b)承受预紧力承受预紧力F和工作拉力和工作拉力F的紧连接螺栓强度计算的紧连接螺栓强度计算 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 F F 41 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 螺母未拧紧螺母未拧紧 42 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强

26、度计算 螺母未拧紧螺母未拧紧螺母已拧紧螺母已拧紧 F 变形变形 力力 43 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 螺母未拧紧螺母未拧紧 螺母已拧紧螺母已拧紧 但未受工作载荷但未受工作载荷 已受工作载荷已受工作载荷 F F F F 0 F 变形变形 力力 变形变形 力力 44 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 求螺栓的轴向受力求螺栓的轴向受力F0 45 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 求出螺栓的轴向受力求出螺栓的轴向受力F0 46 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 求出螺栓的轴向受力求出螺栓的轴向受力F0 47 LLLL tanFC

27、FFFF tanFFC F CC C F FL L C FFFFFF CC F LF 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 螺栓刚度螺栓刚度 求出螺栓的轴向受力求出螺栓的轴向受力F0 0 FFFFF FL 被连接件被连接件 刚度刚度 有密封要求有密封要求:F=(1.51.8)F 一般连接一般连接: 载荷稳定载荷稳定 F=(0.20.6)F 载荷不稳定载荷不稳定 F=(0.61.0)F 地脚螺栓地脚螺栓: F=F 48 LLLL tanFC FFFF tanFFC F CC C F FL L C FFFFFF CC F LF FKFF CC C FFFFFF c FL L 0 第第4

28、节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 螺栓的相螺栓的相 对刚度对刚度 求出螺栓的轴向受力求出螺栓的轴向受力F0 0 FFFFF FL 49 FL L C CC C K 螺栓的相对刚度，与螺栓，被螺栓的相对刚度，与螺栓，被 连接件的结构尺寸，材料，垫片，连接件的结构尺寸，材料，垫片， 工作载荷的作用位置等有关工作载荷的作用位置等有关 金属垫片金属垫片(或无垫片或无垫片) 0.20.3 皮革垫片皮革垫片 0.7 铜皮石棉垫片铜皮石棉垫片 0.8 橡胶垫片橡胶垫片 0.9 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 50 2 1 0 4 3 . 1 d F ca强度条件强度条件 设计公式

29、设计公式 2 . 5 0 1 F d 轴向载荷轴向载荷F为静载荷为静载荷 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 51 轴向载荷轴向载荷F为变载荷，在为变载荷，在0F之间变化之间变化 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 应力幅影响应力幅影响 疲劳强度疲劳强度 52 按螺栓最大拉力按螺栓最大拉力F0进行强度校核与设计，然后进进行强度校核与设计，然后进 行疲劳强度校核行疲劳强度校核 设计公式设计公式 2 . 5 0 1 F d 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 2 1 0 4 3 . 1 d F ca 强度条件强度条件 (1)强度校核与设计强度校核与设计 5

30、3 螺栓的总拉力螺栓的总拉力 0 F F 应力幅应力幅 拉力变化幅度拉力变化幅度 F KFFKFFF 222 cc0 2 1 cminmax 4 2/ 2 d FK a 疲劳强度校核公式疲劳强度校核公式: a 2 1 c 2 d FK a 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 影响零件疲劳强度的主要因素是影响零件疲劳强度的主要因素是应力幅，应力幅， 所以主要进行应力幅校核所以主要进行应力幅校核 (2)疲劳强度校核疲劳强度校核 54 (c)受横向载荷的铰制孔用螺栓连接强度计算受横向载荷的铰制孔用螺栓连接强度计算 主要失效形式主要失效形式 强度条件强度条件 挤压挤压 P min0 P

31、Ld F 剪切剪切 2 0 4 d F 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 螺栓杆被剪断螺栓杆被剪断 螺栓杆或孔壁被压溃螺栓杆或孔壁被压溃 55 第第4节节 单个螺纹的强度计算单个螺纹的强度计算 例例1: 1: 图示为某受轴向工作载荷的紧螺栓连接预紧时的受图示为某受轴向工作载荷的紧螺栓连接预紧时的受 力力- -变形图变形图 当工作载荷为当工作载荷为F=2000NF=2000N时时, ,求螺栓所受总拉力求螺栓所受总拉力F F0 0及被连及被连 接件件剩余预紧力接件件剩余预紧力F F, ,并在图上画出来并在图上画出来. . (1)(1)若要求被连接件不出现缝隙若要求被连接件不出现缝隙

32、, ,最大工作载荷最大工作载荷F Fmax max是多少 是多少? ? 0 30 0 45 4000N 力 变形 0 max 4732 2732 6309.4 FN FN FN F 0 F F 56 5.1螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计 目的：目的： 合理确定连接接合面的几何形状和螺合理确定连接接合面的几何形状和螺 栓的布置栓的布置 形式，力求各螺栓和连接接形式，力求各螺栓和连接接 合面间受力均匀，便于加工和装配合面间受力均匀，便于加工和装配 。 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 57 1. 接合面设计成轴对称的简单几何形状，如圆接合面设计成轴对称的简单几何形状，如圆

33、 形、形、 环形、矩形、三角形等。便于加工制造（有利环形、矩形、三角形等。便于加工制造（有利 于分度、划线、钻孔），使各个螺栓受力合理，于分度、划线、钻孔），使各个螺栓受力合理， 接合面受力均匀。接合面受力均匀。 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 58 2. 螺栓的布置应使各螺栓受力合理螺栓的布置应使各螺栓受力合理 对于对于铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接不要在平行于工作载荷的方不要在平行于工作载荷的方 向上成排布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。向上成排布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。 当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当当螺栓连接承受弯矩或转矩时，

34、应使螺栓的位置适当 靠近连接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。靠近连接接合面的边缘，以减小螺栓的受力。 (a)合理合理 ( b)不合理不合理 T T 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷，应采用销、如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷，应采用销、 套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预 紧力及其结构尺寸。紧力及其结构尺寸。 59 3. 合理间距，适当边距，以利用扳手装拆。合理间距，适当边距，以利用扳手装拆。 4. 同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均应相同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均

35、应相 同，以简化结构和便于加工装配。同，以简化结构和便于加工装配。 5. 分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8 等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 60 6. 连接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并与连接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并与 螺栓轴线相垂直。在铸、锻件等的粗糙表面上安螺栓轴线相垂直。在铸、锻件等的粗糙表面上安 装螺栓时，应制成凸台或沉头座等。装螺栓时，应制成凸台或沉头座等。 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 61 5.2螺栓组

36、连接的受力分析螺栓组连接的受力分析 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 目的目的 根据连接的结构和受载情况，求出受力最根据连接的结构和受载情况，求出受力最 大的螺栓及所受的力，以便进行螺栓连接大的螺栓及所受的力，以便进行螺栓连接 的强度计算。的强度计算。 62 1受横向载荷的螺栓组连接受横向载荷的螺栓组连接 普通螺栓连接普通螺栓连接 FKzmFf n fzm FK F n 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 预紧后产生的摩擦力平衡横向载荷预紧后产生的摩擦力平衡横向载荷 假设假设(1)各螺栓均匀受载各螺栓均匀受载;(2)螺栓组的对称中心螺栓组的对称中心 与连接接合面的

37、形心重合与连接接合面的形心重合;(3)受载后连接接合受载后连接接合 面仍保持为平面面仍保持为平面 可靠性系数可靠性系数 1.11.3 63 铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接 每个螺栓所受的横向工作剪力为每个螺栓所受的横向工作剪力为 z F F 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 靠螺栓受剪切及与孔壁的挤压来抵抗横向力靠螺栓受剪切及与孔壁的挤压来抵抗横向力 64 2受转矩的螺栓组连接受转矩的螺栓组连接 普通螺栓连接普通螺栓连接 TKrFfrFfrFf zn21 z i i z rf TK rrrf TK F 1 n 21 n 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 力平衡

38、条件力平衡条件 所需预紧力所需预紧力 65 i i r F r F max max max max i i r FF r z i ii TrF 1 铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接 z i i r Tr F 1 2 max max i=1z 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 力平衡条件力平衡条件 受力最大的螺栓的工作切力受力最大的螺栓的工作切力 忽略预紧力和摩擦力忽略预紧力和摩擦力 66 3. 受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接 z F F 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 认为各螺栓均匀受载认为各螺栓均匀受载 67 4受翻转力矩的螺栓组连接受翻转力矩

39、的螺栓组连接 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 68 受翻转力矩前仅受预紧力作用受翻转力矩前仅受预紧力作用 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 69 受翻转力矩后受翻转力矩后 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 70 i z i inn LFLFLFLFM 1 2211 max max 2 2 1 1 L F L F L F L F n n z i i n L ML LLL ML F 1 2 max 22 2 2 1 max max 最大受压处不被压溃条件最大受压处不被压溃条件 pPmax W M A Fz 0 Pmin W M A Fz 最小受压处

40、不出现间隙条件最小受压处不出现间隙条件 第第5节节 螺栓组连接受力分析螺栓组连接受力分析 变形协调条件刚度相同变形协调条件刚度相同 力平衡力平衡 最大工作拉力最大工作拉力 0max c FFK F 螺栓受的总螺栓受的总拉力拉力 校核工作能力校核工作能力 确定螺栓直径确定螺栓直径 71 影响连接强度的因素很多，如材料、结构、尺影响连接强度的因素很多，如材料、结构、尺 寸、工艺、螺纹牙间载荷分布、应力幅度、机寸、工艺、螺纹牙间载荷分布、应力幅度、机 械性能械性能. 螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度。 第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施 72 6.1

41、、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 1.保持预紧力不变降低螺栓刚度保持预紧力不变降低螺栓刚度 LCa CKF 腰状杆螺栓腰状杆螺栓 空心螺栓空心螺栓 螺母下面安螺母下面安 装弹性元件装弹性元件 第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施 0c FFFFK F FL L C CC C K 73 2.保持预紧力不变增大被连接件刚度保持预紧力不变增大被连接件刚度 FCa CKF 3. 同时降低螺栓刚性，增大被连接件刚度同时降低螺栓刚性，增大被连接件刚度 可以不用垫片或采用可以不用垫片或采用 刚度较大的垫片。刚度较大的垫片。 有紧密性要求的连接，有紧密性要求的连接， 采

42、用刚度较大的金属垫采用刚度较大的金属垫 片或密封环。片或密封环。 第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施 74 ！注意：！注意： 尽管尽管减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度都减小螺栓刚度或增大被连接件的刚度都 可以达到减小应力幅的目的；可以达到减小应力幅的目的； 但是但是将引起剩余预紧力的减小，从而降低了将引起剩余预紧力的减小，从而降低了 连接的紧密性；连接的紧密性； 因而因而同时适当增加预紧力以提高剩余预紧力，同时适当增加预紧力以提高剩余预紧力， 但不宜增大太多（消弱静强度）但不宜增大太多（消弱静强度） 第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施 75 6.2 改善螺纹牙间载荷

43、分布不均状况改善螺纹牙间载荷分布不均状况 螺栓螺纹牙受拉伸长，螺母螺纹牙受压缩短，螺距螺栓螺纹牙受拉伸长，螺母螺纹牙受压缩短，螺距 变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应 力最大，其余各圈依次递减。力最大，其余各圈依次递减。 第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施 第一圈受第一圈受1/3载荷，第八圈后基本不受力。载荷，第八圈后基本不受力。 圈数过多的加厚螺母，并不能提高连接的强度。圈数过多的加厚螺母，并不能提高连接的强度。 76 改善螺纹牙上的载荷分布不均的措施改善螺纹牙上的载荷分布不均的措施 第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺

44、栓强度的措施 螺母的旋合部分受拉，变形螺母的旋合部分受拉，变形 性质与螺栓相同，从而减小性质与螺栓相同，从而减小 了两者的螺距变化差，螺纹了两者的螺距变化差，螺纹 牙上的载荷分布更均匀牙上的载荷分布更均匀 螺母的旋合部分局部 受拉，螺纹牙上的载 荷均布效果不及悬置 螺母 受力大的几圈螺纹处制成受力大的几圈螺纹处制成1015度的度的 斜角，螺栓螺纹牙的受力面由上而下斜角，螺栓螺纹牙的受力面由上而下 逐渐外移，螺栓螺纹牙易变形，载荷逐渐外移，螺栓螺纹牙易变形，载荷 将向上转移，分布趋于均匀将向上转移，分布趋于均匀 77 6.3减小应力集中和避免附加弯曲应力减小应力集中和避免附加弯曲应力 1.减小应

45、力集中减小应力集中 第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施 78 钩头螺栓连接钩头螺栓连接支承面不平支承面不平螺母孔不正螺母孔不正被连接件刚度小被连接件刚度小 2.避免附加弯曲应力避免附加弯曲应力 第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施 如何避免如何避免 79 6.4采用合理的制造工艺方法采用合理的制造工艺方法 提高疲劳强度提高疲劳强度: 采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法 第第6节节 提高螺栓强度的措施提高螺栓强度的措施 消除应力集中消除应力集中 不切断材料纤维，金属流线走向合理不切断材料纤维，金属流线走向合理 有冷作硬化效果有冷作硬

46、化效果 表层有残余应力表层有残余应力 3040 70100 采用先热处理后滚压螺纹的工艺方法采用先热处理后滚压螺纹的工艺方法 80 下图为一固定在钢制立柱上的轴承托架，已知载下图为一固定在钢制立柱上的轴承托架，已知载 荷荷Q=5500N,力方向力方向=50；托架材料为灰铸铁；托架材料为灰铸铁 HT200,底板宽底板宽b=150mm,长长h=340mm,试设计此螺试设计此螺 栓组连接栓组连接(接合面摩擦系数取接合面摩擦系数取0.16) 例题例题1： h b 220 Q Fv FH 280 150 81 1 1 螺栓组受力分析螺栓组受力分析 例题例题1： (1)(1)计算螺栓组所受工作载荷计算螺栓

47、组所受工作载荷- - 转换到结合面中心转换到结合面中心 线上线上 轴向载荷，横向载荷和翻转力矩轴向载荷，横向载荷和翻转力矩 Fv =Qsin=5500*sin50=4213N FH=Qcos=5500*cos50=3535N M= Fv 160FH1501204330Nmm 82 例题例题1： (2)计算单个螺栓所受最大工作拉力计算单个螺栓所受最大工作拉力 轴向力 F1 =Fv/z=4213/4=1053N 翻转力矩 max max 222 12 2151 . n ML FN LLL 螺栓所受总的最大工作拉力 1max 3204FFFN 83 例题例题1： (3)计算螺栓预紧力计算螺栓预紧力

48、横向力作用下滑移，不滑移条件横向力作用下滑移，不滑移条件 1 (1) F cvnH FL C zfFFf zFK FK F CC 1 (1) nH cv K F FK F zf 7471FN 取取Kc=0.2(无垫片无垫片)； 可靠性系数可靠性系数Kn=1.2 84 例题例题1： (4) 计算螺栓所受总拉力计算螺栓所受总拉力 0 8112 c FFK FN 85 2 确定螺栓直径确定螺栓直径 例题例题1： 0 1 5.2 12.96 F dmm 查手册，选用查手册，选用M16粗牙普通螺纹粗牙普通螺纹 选择螺栓材料为选择螺栓材料为Q235，强度级别为，强度级别为4.6, 表表3-3查得查得 s240MPa。假设螺栓的公称直径。假设螺栓的公称直径d在在1630mm 间，得间，得S=32,取取3,因而因而 80MPa s s 86 3 校核螺栓组连接的工作能力校核螺栓组连接的工作能力 例题例题1： 最大受压处不被压溃条件，注意考虑螺栓预最大受压处不被压溃条件，注意考虑螺栓预 紧力的变化紧力的变化 Pmaxp zFM AW 0 Pmin zFM AW