第14章螺纹联接

1、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 14.114.1 概述概述一、螺纹联接的基本类一、螺纹联接的基本类型型 1.1.螺栓联接螺栓联接d0l1da

2、1) 1) 普通螺栓联接普通螺栓联接 被联接件不太厚，螺杆带钉头，被联接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多次装拆，应用较广。拆方便，可多次装拆，应用较广。第第1414章章 螺纹联接螺纹联接 2)2)铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接 铰制孔用螺栓能精确固定联接件的相对位置并能承受横铰制孔用螺栓能精确固定联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。向载荷，但对孔的加工精度要求高。Hdl22.2.双头

3、螺柱联接双头螺柱联接 双头螺柱旋紧在被联接件之一的螺孔中，用于因结构双头螺柱旋紧在被联接件之一的螺孔中，用于因结构限制不能用螺栓联接的地方（如被联接之一太厚）或希望限制不能用螺栓联接的地方（如被联接之一太厚）或希望结构较紧凑且经常装拆的场合结构较紧凑且经常装拆的场合 。3.3.螺钉联接螺钉联接 适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，适于被联接件之一较厚（上带螺纹孔），不需经常装拆，一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况。一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况。l1dl2Hl34 4、紧定螺钉联接、紧定螺钉联接拧入后，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

4、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。吊环螺钉联接吊环螺钉联接特殊联接：特殊联接：地脚螺栓联接地脚螺栓联接二、标准螺纹联接件二、标准螺纹联接件螺纹联接件的类型很多，在机械设备中常见的有螺纹联接件的类型很多，在机械设备中常见的有螺栓螺栓、双头螺柱双头螺柱、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

5、，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

6、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14

7、.214.2 螺纹联接的拧紧和防松螺纹联接的拧紧和防松 一、螺纹联接的拧紧一、螺纹联接的拧紧 螺纹拧紧的螺纹拧紧的目的目的：增：增强螺纹的联接的可靠性、强螺纹的联接的可靠性、紧密性和防松能力。紧密性和防松能力。 预紧力预紧力F：大多数大多数螺纹联接在装配时都需要螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为用，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 (14-1) 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（1414

8、-1）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，对于重要的联接，应尽可对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小（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。通常可采用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

9、要的螺栓联接，也可以采用，对于重要的螺栓联接，也可以采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、螺纹联接的防松二、螺纹联接的防松 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（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

10、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，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。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、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等 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

11、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 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

12、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防盗装置防盗装置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。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。 Precote

13、Precote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剂反应而使之提前固化。化。14.314.3螺栓组联接的受力分析螺栓组联接的受力分析 螺栓组联接受力分析的螺栓组联接受力分析的目的：目的：根据联接的结构和载荷情况，求出联接中受载根据联接的结构和载荷情况，求出联接中受载最大的螺栓及其载荷，为螺栓强

14、度计算提供依据。最大的螺栓及其载荷，为螺栓强度计算提供依据。 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重合，受力后其接缝面仍接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面。保持平面。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

15、荷二、受横向载荷R R的螺栓组联接的螺栓组联接载荷载荷R的作用线通过螺栓组形心，并与螺栓轴线垂直。载的作用线通过螺栓组形心，并与螺栓轴线垂直。载荷荷R可以通过受拉或受剪螺栓联接来传递可以通过受拉或受剪螺栓联接来传递 。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，对于钢或接合面间的摩擦系数，对于钢或铸铁的干燥加工表面铸铁的干燥加工表面fs=0.100.16，当，当加工表面沾有油污时加工表面沾有油污时fs=0.060.10； zmfRKFsf（143）2.2.受剪螺栓联接受剪螺

16、栓联接 设联接螺栓数目为设联接螺栓数目为z,则每个螺栓受到横则每个螺栓受到横向工作剪力为向工作剪力为 ：(14-4) 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：TKrFfrFfrFffzsss .21 假设各螺栓的预紧力相假设各螺栓的预紧力相同，而且各螺栓联接处产生同，而且各螺栓联接处产生的摩擦力集中作用在螺栓中的摩擦力集中作用在螺栓中心，并垂直于螺栓中心与底心，并垂直于螺栓中心与底板旋转中心的连线。板旋转中心的连线。联接件联接件不产生相对滑动的条件为：不产生相对滑动的条件为： z

17、iisfzsfrfTKrrrfTKF121).(14-5)2.2.受剪螺栓联接受剪螺栓联接 在旋转力矩在旋转力矩T作用下作用下,各螺栓受各螺栓受的横向工作剪力的横向工作剪力Fs与螺栓中心到与螺栓中心到底板旋转中心的连线垂直底板旋转中心的连线垂直,计算中计算中不考虑结合面摩擦力的影响不考虑结合面摩擦力的影响,按底按底板静力平衡条件得板静力平衡条件得TrFrFrFrFziiSizSZSS 12211.根据螺栓变形协调条件，各螺栓的剪切变形量与螺栓中心到根据螺栓变形协调条件，各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。由于螺栓的剪切刚度相同，所以各底板旋转中心的距离成正比。由于螺栓的剪切

18、刚度相同，所以各螺栓受的横向工作剪力也与这个距离成正比，即螺栓受的横向工作剪力也与这个距离成正比，即 maxmaxrFrFsiSiissirrFFmaxmax或或将此式代入上式得将此式代入上式得 ziisrrFT12maxmax或或ziisrTrF12maxmax(14-6) 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）的螺栓承受的横受载最大（离螺栓组形心最远）的螺栓承受的横向工作剪力；向工作剪力；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

19、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 假设被联接件（基座）有一定的假设被联接件（基座）有一定的弹性，而底板刚性很大，接合面始终弹性，而底板刚性很大，接合面始终保持平面，在保持平面，在M作用下底板有绕螺栓作用下底板有绕螺栓组对称轴线组对称轴线O-O翻转的趋势，各螺栓翻转的趋势，各螺栓承受的预紧力承受的预紧力F相等，拉伸刚度相相等，拉伸刚度相同。同。 设单个螺栓工作载荷为设单个螺栓工作载荷为F Fi i，取板取板为受力对象，由静平衡条件得为受力对象，由静平衡条件得 MLFLFLFzz .2211MLFziii1或或根据螺栓变形协调条件，各螺栓的拉

20、伸变形量与螺栓中心至根据螺栓变形协调条件，各螺栓的拉伸变形量与螺栓中心至底板翻转轴线底板翻转轴线O-O的距离的距离Li成正比。由于螺栓的拉伸刚度相同，成正比。由于螺栓的拉伸刚度相同，所以各螺栓的工作拉力所以各螺栓的工作拉力Fi与距离与距离Li成正比，即成正比，即 maxmaxLFLFiiiiLLFFmaxmax或或将此式代入上式得将此式代入上式得 ziiLLFM12maxmaxziiLMLF12maxmax或或（14-7）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）的螺栓距离最远）的螺栓承受的轴向工作拉力；承受的轴向工作拉力；Fi第第i个螺栓承受的轴向工作拉力；个

21、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.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 max（14-8）2.接合面左边出现间隙的条件接合面左边出现间隙的条件 0minWMAzFpMpFp （14-9）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

22、面模量（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)，应接强度较弱者选取，其，应接强度较弱者选取，其值列于表值列于表14-3。 bbbaW6/ )(313 在工程中螺栓组联接受力情况很复杂，实际使用在工程中螺栓组联接受力情况很复杂，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简单受力状态的四种简单受力状态的不同组合不同组合。计算时只要分别计算出螺栓组在这些简单。计算时只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，然后按向量叠加起受力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工作载荷，再对受力最大的来

23、，便得到每个螺栓的总工作载荷，再对受力最大的螺栓进行强度计算即可。螺栓进行强度计算即可。螺栓联接强度计算的螺栓联接强度计算的目的目的是：根据强度条件确定螺栓是：根据强度条件确定螺栓直径或校核其强度直径或校核其强度 ，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定。分尺寸均按标准选定。螺栓联接的强度计算主要与联接的装配情况（预螺栓联接的强度计算主要与联接的装配情况（预紧或不预紧）、外载荷的性质和材料性能等有关。紧或不预紧）、外载荷的性质和材料性能等有关。14.414.4单个单个 栓连接的强度栓连接的强度计算计算一、螺栓联接的失效形式一、螺栓联接的失效形式 对于受

24、拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的对于受拉螺栓，其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断裂螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓，其失效形式可能是对于受剪螺栓，其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贴合面被或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃压溃。65%20%15%螺栓联接的强度计算准则螺栓联接的强度计算准则 对于受拉螺栓，设计准则是保证螺栓的对于受拉螺栓，设计准则是保证螺栓的静力静力或或疲劳抗疲劳抗拉强度拉强度；对于受剪螺栓其设计准则是保证联接的对于受剪螺栓其设计准则是保证联接的挤压强度挤压强度和螺和螺栓的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，其中联接

25、的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。定性作用。 （一）松螺栓联接（一）松螺栓联接如吊钩螺栓，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 dF验算用验算用 41 Fd 设计用设计用 式中式中 d1螺纹小径，螺纹小径，mm； 松螺栓联接的许用拉应力，松螺栓联接的许用拉应力，MPa，其值见表，其值见表14-5。 二、受拉螺栓联接的强度计算二、受拉螺栓联接的强度计算 或或（二）紧螺栓联接（二）紧螺栓联接 1只受预紧力的紧螺栓联接只受预紧力的紧螺栓联接 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

26、生的拉应力 外，还受螺纹力矩外，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。螺栓危险剖作用。螺栓危险剖面上产生的拉应力面上产生的拉应力 和扭剪应力和扭剪应力t t分别分别为为 214dF 122131212)tg(416)tg(2dddFddFWTT 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故螺纹部分的强度条件为故螺纹部分的强度条件为 2143 . 13 . 1dFe 验算用验算用 Fd43 . 11设计

27、用设计用 式中式中 紧联接螺栓的许用拉应力（紧联接螺栓的许用拉应力（MPa） 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 由此可见，同时受拉伸和扭转作用的紧联接螺栓，可把拉力由此可见，同时受拉伸和扭转作用的紧联接螺栓，可把拉力增大增大30%30%当纯拉伸来计算螺栓的强度，以考虑螺纹力矩的影响，当纯拉伸来计算螺栓的强度，以考虑螺纹力矩的影响，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，故又称算手续，故又称简化计算法简化计算法 。 但由式（但由式（14-3）可知

28、，当）可知，当m=1，fs=0.15，Kf=1.2时，螺栓需要的时，螺栓需要的预紧力预紧力F=8=8R R。因而所需螺栓尺寸较大，如有冲击、振动或变载荷。因而所需螺栓尺寸较大，如有冲击、振动或变载荷作用时，联接的可靠性更差。作用时，联接的可靠性更差。 zmfRKFsf （14-3）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，如图等，如图14-17所示。其强度计算与受剪螺栓联接相似。另外，也所示。其强度计算与受剪螺

29、栓联接相似。另外，也可改为铰制孔用螺栓联接。可改为铰制孔用螺栓联接。a)a)减载销减载销b)b)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联接，具有结构简单、装配方便等优点。靠摩擦传递横向载荷的联接，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联接受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接 （2 2）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， 0 0= =？ 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= =？（1 1）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；工作后加上工作载荷上工作载荷F F，工作前、

30、工作中载荷变化。，工作前、工作中载荷变化。（3）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a)a)螺母拧紧后未受工作拉力时，联接只受螺母拧紧后未受工作拉力时，联接只受F F作用作用 （a）螺拴变形图）螺拴变形图(b)联接件变形图联接件变形图（c）合并后的变形图）合并后的变形图设设c1、c2分别表示螺栓和联接件的刚度，则螺栓的伸长变形量分别表示螺栓和联接件的刚度，则螺栓的伸长变形量为为d d1= F / c1，联接件的压缩变形量为，联接件的压缩变形量为d d2= F / c2 。b)b)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

31、栓受工作载荷F F时，时，螺栓总载荷：螺栓总载荷： F0= F+ F（14-12） 11/cF d d22/ )(cFF d d变形协调条件变形协调条件dd1= d d2 FKFcccFc 211FKFFFFFc)1()( （14-13）FKFFc)1( （14-14）FKFFFFc （14-15）Kc的值与螺栓刚度的值与螺栓刚度c1和被联接件（包括垫片、螺母和被联接件（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、铁的被联接件，其值如下：被联接件，其值如下：皮革

32、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（如细长的或中空螺栓），而被联很小（如细长的或中空螺栓），而被联接件（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 cKFKFFc 反过来当反过来当螺栓刚度螺栓刚度c1很大，而被联接件（包括垫片、很大，而被联接件（包括垫片、螺母和垫圈等）刚度螺母和垫

33、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 cKFKFFc 为了降低螺栓的受力，提高螺栓联接的承载能力，应使为了降低螺栓的受力，提高螺栓联接的承载能力，应使Kc的值尽量小些的值尽量小些。c)c)剩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，被联接件间出现缝隙，这是不允许的。因此，联接件间出现缝隙，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，以保证联接的紧密性和刚性。证联接的紧密性和刚性。 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

34、F，下，下列数据可供参考：列数据可供参考：对紧固联接，当对紧固联接，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联接，对压力容器等紧密性要求较高的联接，F=（1.51.8）F；对地脚螺栓联接，对地脚螺栓联接，FF。 d)d)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（，由式（14-12）求出）求出F0 0，以计算螺栓的，以计算螺栓的强度；由式（强度；由式（14-14）求出预紧力）求出预紧力F 。F0= F+ F（14-12） FKFFc)1( （14-14）已知已知F、F F ，由式（，由式

35、（14-15）求出）求出F0 0，以计算螺栓的强，以计算螺栓的强度；由式（度；由式（14-13）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。FKFFFFc （14-15）FKFFc)1( （14-13）（4）受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接强度条件强度条件 012 . 5 Fd 设计用设计用 2103 . 14dFe验算用验算用或或紧联接螺栓通常应在承受工作拉力之前拧紧。为了紧联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F0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

36、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：3.受预紧力和变载荷的紧螺栓联接受预紧力和变载荷的紧螺栓联接 当工作拉力在当工作拉力在0与与F之间变化时，螺栓的拉力变幅为之间变化时，螺栓的拉力变幅为: :（F F0 0F F ）/2=/2= F F/2=/2=K Kc cF F/2 /2 。 2 . 5 24/2/2102121dFdFKdFKaCCa（14-17） 二、受剪螺栓联接强度计算二、受剪螺栓联接强度计算 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

37、.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 mdFs204(14-18) 2.2.螺栓杆与孔壁接触表面的挤压强度条件为螺栓杆与孔壁接触表面的挤压强度条件为 psphdF 0(14-19) 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h

38、3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（MPa），见表），见表14-514-5 。 三、螺纹联接件的材料和许用应力三、螺纹联接件的材料和许用应力 1.1.螺纹联接件的常用材料螺纹联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联接件，可采用承受冲击、振动或变载荷的螺纹联接件，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

39、别螺母、螺栓强度级别( (表表14-4) 14-4) 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：螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬注意：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（均低于度稍低于螺栓的硬度（均低于2020 40

40、HB40HB） 3.3.螺栓联接的许用应力（表螺栓联接的许用应力（表14-514-5） 4.4.紧联接螺栓的安全系数紧联接螺栓的安全系数S S （表（表14-614-6）表表14-6 14-6 紧联接螺栓的安全系数紧联接螺栓的安全系数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

41、：1.1.不控制预紧力不控制预紧力 的紧螺栓联接，易过载，设计时的紧螺栓联接，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试，选取一安全系数进行试算，计算结果与估计直径相比较，如在原先估计直算，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。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：螺纹联接计算实例：螺纹联接计算实例：螺栓组结构设计（布局、数目）螺栓

42、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14-1 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联接，利用双头螺柱夹紧产生的摩擦力矩将转矩螺柱与齿轮联接，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）。

43、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，联接接合面摩擦系级，联接接合面摩擦系数数fc=0.12，可靠性系数，可靠性系数Kf=1.2，试计算双头螺柱的直径。，试计算双头螺柱的直径。 解解： 1计算双头螺柱的预紧力计算双头螺柱的预紧力F如图如图14-22所示，卷筒与齿轮联接采用止口结构，因此双头螺所示，卷筒与齿轮联接采用止口结构，因此双头螺柱联接只承受转矩柱联接只承受转矩T的作用，不受横向力的作用，不受横向力G的作用。的作用。 在联接接合面上双头螺柱以预紧力在联接接合面上双头螺柱以预紧力F夹紧产生的摩擦力矩夹紧产生的摩擦力矩 D20

44、fFzTcf 保证此双头螺柱联接正常工作的条件为保证此双头螺柱联接正常工作的条件为故为产生足够的摩擦力，每个螺柱所需的预紧力为故为产生足够的摩擦力，每个螺柱所需的预紧力为 NDzfDGKFcf20000250012. 062400150002 . 122 卷筒上的阻力矩卷筒上的阻力矩 2DGT 220DGKDfFzfc TTf 即即2确定双头螺柱直径确定双头螺柱直径 d(mm) Fd 3 . 141 由表由表14-5查得查得 ，因为双头螺柱的强度级别为，因为双头螺柱的强度级别为4.6级，级，由表由表14-4查得查得 s=240N/mm2，初估双头螺柱直径初估双头螺柱直径d=22mm（查表（查表

45、得得d1=19.294mm），查表），查表14-6，当不控制预紧力时，当不控制预紧力时，S=2.57（用（用插值法插值法求得）。故求得）。故 Ss 2mmN4 .9357. 2240 sS mm8 .184 .93200003 . 141 d则则 因因18.8mm19.294mm18.8mm19.294mm，故选用，故选用6个个M22（GB897-88）双头螺）双头螺柱，螺柱长度按结构确定。柱，螺柱长度按结构确定。 162232322.57例例14-2 如图所示底板螺栓组连接，如图所示底板螺栓组连接，用用4个螺栓将铸铁支架固定在混凝个螺栓将铸铁支架固定在混凝土地基上。已知外载荷土地基上。已知外

46、载荷P=10kN， ，支架尺寸：支架尺寸：a=180mm，b=600mm，b1=300mm，c=500mm，h=350mm。支架与地基接合面的摩擦系数支架与地基接合面的摩擦系数fs=0.4。试确定螺栓的公称直径。试确定螺栓的公称直径。 30解解： 1螺栓组受力分析螺栓组受力分析 将图中外载荷将图中外载荷P P沿垂直方向和水平方向沿垂直方向和水平方向分解，并向螺栓组形心简化，则螺栓组连分解，并向螺栓组形心简化，则螺栓组连接将承受轴向载荷接将承受轴向载荷Q Q、横向载荷、横向载荷R R和翻转力和翻转力矩矩M M的联合作用，其计算值为的联合作用，其计算值为N500030sin10000sinPQN8

47、66030cos10000cosPRmmN1003. 335086606 RhM1 1）受轴向载荷）受轴向载荷Q Q时，每个螺栓的轴向工作时，每个螺栓的轴向工作拉力为拉力为N125045000QzQF2 2）受翻转力矩）受翻转力矩M M时，左边每个螺栓的轴向时，左边每个螺栓的轴向工作拉力工作拉力F FM M按公式按公式(14(14 7)7)确定确定N3030)2/500(4/ )2500(1003. 326412maxMiiLMLF故左边每个螺栓总的轴向工作拉力为故左边每个螺栓总的轴向工作拉力为3 3）受横向载荷）受横向载荷R R作用时，按支架接合面不作用时，按支架接合面不滑动的条件求各螺栓的

48、预紧力滑动的条件求各螺栓的预紧力FF。由静力。由静力平衡条件得平衡条件得N428030301250MQFFFRfsFKfF 因翻转力矩因翻转力矩M M对左右两边接合面剩余预紧力的对左右两边接合面剩余预紧力的影响相互抵消，故影响相互抵消，故QKFFFFFcQ144 即即 RKfQKFfsc14因此每个螺栓的预紧力因此每个螺栓的预紧力FF为为N683050007 . 014 . 086601 . 141141csfQKfRKF式中取可靠性系数式中取可靠性系数Kf=1.1，铸铁与混凝，铸铁与混凝土连接的相对刚性系数土连接的相对刚性系数Kc=0.3。4 4）受载最大的螺栓所承受的总拉力）受载最大的螺栓

49、所承受的总拉力F F0 0按公式按公式(14(14 15)15)确定，则确定，则N811442803 . 06830c0FKFF2 2确定螺栓直径确定螺栓直径螺栓强度级别选为螺栓强度级别选为5.65.6级，材料为中碳钢，级，材料为中碳钢，由表由表1414 4 4知，知，R Re=300MPae=300MPa。不控制预紧力。不控制预紧力时，螺栓的许用拉应力时，螺栓的许用拉应力 s s 与螺栓直径有与螺栓直径有关，故需预估螺栓直径，初设关，故需预估螺栓直径，初设d d=18mm=18mm，由，由表表1414 6 6知，安全系数知，安全系数S S=2.86=2.86，由表，由表1414 5 5知，知

50、， MPa9 .10486. 2/MPa300eSR按公式按公式(14(14 16)16)计算螺栓小径计算螺栓小径 mm315.119 .10481142 . 52 . 501Fd由普通螺纹标准知，当由普通螺纹标准知，当d d=18mm=18mm时，时， mm315.11mm290.151d故应改选尺寸较小的螺栓。现改选故应改选尺寸较小的螺栓。现改选d d=16mm=16mm，查表得，查表得S S=3=3， MPa1003/300mm589.1110081142 . 51d查表当查表当d d=16mm=16mm时，时， mm589.11mm835.131d适合。故选用适合。故选用4 4个个M1

51、6M16的普通螺栓。的普通螺栓。 3 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1 1）按接合面不被压溃的条件校核最大挤压应力）按接合面不被压溃的条件校核最大挤压应力 式中式中 MPa734. 01045. 91003. 3104 . 55000104 . 5683046644PMPQFppmaxWMAQAFz241mm104 . 5)300600(180ababA3633313mm1045. 96006)300600(1806)(bbbaW由表由表1414 3 3知混凝土的知混凝土的 MPa734. 0MPa) 32(p安全安全 3 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

52、2 2）按接合面不出现缝隙的条件校核最小挤压应力）按接合面不出现缝隙的条件校核最小挤压应力 故不会出现缝隙。故不会出现缝隙。0MPa092. 0321. 0093. 0506. 0PMPQFppmin14.514.5 提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施 影响联接强度的因素很多，如螺纹牙间载荷分配、应力幅、影响联接强度的因素很多，如螺纹牙间载荷分配、应力幅、应力集中、附加应力、材料、结构、尺寸参数、制造和装配工应力集中、附加应力、材料、结构、尺寸参数、制造和装配工艺等艺等 ，而，而螺栓联接的强度又主要取决于螺栓的强度螺栓联接的强度又主要取决于螺栓的强度。 一、改善螺纹牙间的载荷分配一、

53、改善螺纹牙间的载荷分配 工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压缩短，伸与缩的螺距变工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压缩短，伸与缩的螺距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，旋合螺纹间的载荷分布如图所示。约余各圈依次递减，旋合螺纹间的载荷分布如图所示。约1/31/3的的载荷集中在第一圈上，第载荷集中在第一圈上，第8 8 1010圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷所以采用圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度。所以采用圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度。 办法：降低刚性，易变形、增加协调性

54、，以缓和矛盾办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾 1）悬置螺母（图）悬置螺母（图3-29a），螺母的旋合部分全部受拉，其变形性质），螺母的旋合部分全部受拉，其变形性质与螺栓相同以减少螺距变化差，可提高螺栓疲劳强度达与螺栓相同以减少螺距变化差，可提高螺栓疲劳强度达40%； 2）内斜螺母（图）内斜螺母（图3-29b），螺母下端（螺栓旋入端）受力大的几圈），螺母下端（螺栓旋入端）受力大的几圈螺纹制成螺纹制成1015的斜角，因其刚度减小而把力分移到原受力小的斜角，因其刚度减小而把力分移到原受力小的螺纹牙上，可提高螺栓疲劳强度达的螺纹牙上，可提高螺栓疲劳强度达20%； 3）环槽螺母（图）环槽螺母（图3-29c），利用螺母下端