第4讲螺纹联接yym

1、螺螺 纹纹 联联 接接本章介绍如下内容本章介绍如下内容 联联 接接 概概 述述 螺纹基本知识螺纹基本知识 螺纹联接的主要类型螺纹联接的主要类型 螺栓组设计与受力分析螺栓组设计与受力分析 螺纹联接的预紧与防松螺纹联接的预紧与防松 螺栓的强度计算螺栓的强度计算 提高联接螺栓强度的措施提高联接螺栓强度的措施 例例 题题 1 12 21 1 联联 接接 概概 述述按工作性质分按工作性质分 动联接动联接( (运动副运动副) )，静联接，静联接( (本课所指本课所指) )按拆卸性质分按拆卸性质分 可拆可拆( (螺纹、键、销联接、弹性环联螺纹、键、销联接、弹性环联接接) )；不可拆的；不可拆的( (过盈配合

2、联接、铆、焊、过盈配合联接、铆、焊、粘接）。粘接）。按传力性质分按传力性质分 形锁合形锁合( (挤压、剪切挤压、剪切) )；力锁合；力锁合( (摩擦摩擦传力传力) )；材料锁合；材料锁合( (分子力分子力) )。返回2 2 螺纹基本知识螺纹基本知识一、螺纹的形成一、螺纹的形成按母体按母体 ( (圆柱、圆锥圆柱、圆锥) )，内外表面内外表面 ( (内、外螺纹内、外螺纹) )，螺旋线旋向螺旋线旋向( (左、右左、右) )，螺旋线线数螺旋线线数( (单、多线单、多线) )，牙牙 型型( (三角、梯形、矩形、三角、梯形、矩形、 锯齿形、圆形锯齿形、圆形) )标准螺纹标准螺纹二、螺纹的分类二、螺纹的分类

3、5左螺纹的产品标志三、螺纹的主要参数三、螺纹的主要参数大径大径d d（名义直径）（名义直径）2dzPp=2dLtgp =小径小径d d1 1（强度计算）（强度计算）中径中径d d2 2（分析效率）（分析效率）螺距螺距 P P，导程，导程 L L牙型角牙型角 a a导程角导程角牙型斜角牙型斜角三、螺纹的主要参数三、螺纹的主要参数螺纹的自锁条件螺纹的自锁条件：v v 式中当量摩擦角式中当量摩擦角v v arctan(arctan(/cos/cos) ) 为实际摩擦系数为实际摩擦系数2dzPp=2dLtgp =导程角导程角牙型斜角牙型斜角四、螺纹的特点与应用四、螺纹的特点与应用三角形（分粗牙、细牙，

4、细牙多用于振动、三角形（分粗牙、细牙，细牙多用于振动、薄壁件和不经常拆卸处）多用于联接；薄壁件和不经常拆卸处）多用于联接；梯形、矩形、锯齿形多用于传动。梯形、矩形、锯齿形多用于传动。圆形多用于脏污环境和薄壁件。圆形多用于脏污环境和薄壁件。返回3 3 螺纹联接的主要类型、预紧与防松螺纹联接的主要类型、预紧与防松一、类型和应用一、类型和应用1.1.螺栓联接螺栓联接 有受拉有受拉( (力锁和力锁和) )、受剪受剪( (型锁和型锁和) )之分，之分，最为常用。最为常用。2.2.双头螺柱双头螺柱 一件很厚且需经常一件很厚且需经常拆卸的场合，这种情拆卸的场合，这种情况下，采用螺栓联接况下，采用螺栓联接要钻

5、深孔，细长螺栓要钻深孔，细长螺栓也相对贵一些。也相对贵一些。3.3.螺钉联接螺钉联接 一件厚且无需经常一件厚且无需经常拆卸的地方，外露部拆卸的地方，外露部分要美观一些。分要美观一些。4.4.紧定螺钉紧定螺钉传力不大，在光轴上传力不大，在光轴上可同时作轴向和周向可同时作轴向和周向固定，一般作为轴毂固定，一般作为轴毂联接的辅助联接用。联接的辅助联接用。返回 拧紧联接能提高联接的刚性、紧密性和防拧紧联接能提高联接的刚性、紧密性和防松能力。故绝大多数螺纹联接在承受载荷之前松能力。故绝大多数螺纹联接在承受载荷之前都是要拧紧的。但过度拧紧也不行。都是要拧紧的。但过度拧紧也不行。二二. .预紧受力分析预紧受

6、力分析 如图，拧紧螺母时，需要克服螺纹副的螺纹力矩T1和螺母的承压面力矩T2;螺栓所受的螺纹力矩T1与头部的承压面力矩T3和夹持力矩T4相平衡。所以拧紧时：拧紧时：拧紧力矩拧紧力矩TT1T2T1=T3+T4在在 的影响下，螺纹副间有圆周力的影响下，螺纹副间有圆周力 的作用，螺栓的作用，螺栓受到预紧力受到预紧力 ，被联接件则受到预紧压力，被联接件则受到预紧压力 。1TFtFF二二. .预紧受力分析预紧受力分析由机原知：由机原知：)(221vtgFdTry+=2021323dDdDFT-*=m310于是于是k F dtg (y + r ) +FdTtv22=202133dDdDF-*m310式中式

7、中)cos(mrarctgv= 采用标准扳手拧紧时有：采用标准扳手拧紧时有：即有：即有：T=LF =15dFHHF =75FH 将常用的将常用的1068mm螺纹的参数带入上式，整理螺纹的参数带入上式，整理可得：可得：0 . 2tkk F dtg (y + r ) +FdTtv22=202133dDdDF-*m310T 0. 2Fd于是有：于是有： 显然：若螺栓太小，预紧稍有过载则断，故不控显然：若螺栓太小，预紧稍有过载则断，故不控制预紧力时，最好不要用制预紧力时，最好不要用M12M12以下的螺栓。以下的螺栓。 对重要的联接，应控对重要的联接，应控制预紧力。可制预紧力。可采用测力矩、采用测力矩、

8、定力矩扳手，测量螺栓伸定力矩扳手，测量螺栓伸长，控制螺母转动圈数等。长，控制螺母转动圈数等。三三. .防松目的与方法防松目的与方法 在静载荷作用下，联接螺栓都能自锁，不会松脱。在静载荷作用下，联接螺栓都能自锁，不会松脱。但在振动、冲击和温度变化频繁时，会出现但在振动、冲击和温度变化频繁时，会出现F F 为零为零TT1 1为零的情况，在这种情况下，最终会导致螺栓松脱。因为零的情况，在这种情况下，最终会导致螺栓松脱。因此应考虑防松措施。此应考虑防松措施。 防松的本质就是防止螺母相对于螺栓转动。具体防松的本质就是防止螺母相对于螺栓转动。具体方法分为三类：方法分为三类：利用附加摩擦力利用附加摩擦力机械

9、方法锁住机械方法锁住破坏螺纹副破坏螺纹副返回4 4 螺栓组设计与受力分析螺栓组设计与受力分析一一. .螺栓组设计螺栓组设计 螺栓一般都是成组使用的，设计时常根据被联接件的结构和螺栓一般都是成组使用的，设计时常根据被联接件的结构和联接的载荷来确定联接的传力方式、螺栓的数目和布置。为了联接的载荷来确定联接的传力方式、螺栓的数目和布置。为了减少所用螺栓的规格和提高联接的结构工艺性，通常都采用相减少所用螺栓的规格和提高联接的结构工艺性，通常都采用相同的螺栓（材料、直径和长度）。同的螺栓（材料、直径和长度）。目的：使各螺栓受力均匀，以最少螺栓满足使用要求。目的：使各螺栓受力均匀，以最少螺栓满足使用要求。

10、原则：原则：1. 1. 布置最好对称布置最好对称, , 受力矩作用时，最好远离受力矩作用时，最好远离 对称轴线。对称轴线。2. 2. 螺栓数目应便于划线钻孔，偶数为好。螺栓数目应便于划线钻孔，偶数为好。3. 3. 边距、间距要合理边距、间距要合理( (注意留出扳手空间注意留出扳手空间) )。二二. .螺栓组受力分析螺栓组受力分析目的：找出受力最大的螺栓，求出其最大作用力，供目的：找出受力最大的螺栓，求出其最大作用力，供强度计算用。强度计算用。假设：假设： 各螺栓材质、几何尺寸相同（避免误装）。各螺栓材质、几何尺寸相同（避免误装）。的的的的的的 各螺栓预紧力相等且螺栓的应变在弹性各螺栓预紧力相等

11、且螺栓的应变在弹性 范围内。范围内。 的的的的的的 被联接件为刚体（变形与被联接件无关）。被联接件为刚体（变形与被联接件无关）。注意：注意：以下分析中螺栓的受力，应理解为螺栓分担的以下分析中螺栓的受力，应理解为螺栓分担的工作载荷，不一定就是螺栓的实际受力，详见工作载荷，不一定就是螺栓的实际受力，详见强度计算一节。强度计算一节。二二. .螺栓组受力分析螺栓组受力分析zpD422p=zFFQ=则有则有 图示汽缸盖螺栓联接，图示汽缸盖螺栓联接，工作气压的合力通过螺栓组工作气压的合力通过螺栓组形心，设螺栓的数目为形心，设螺栓的数目为 ，工作气压为工作气压为 。 zp联接受轴向力联接受轴向力二二. .螺

12、栓组受力分析螺栓组受力分析2.2.联接受横向力联接受横向力 采用受剪螺栓时有：采用受剪螺栓时有： zFFRS=联接承受横向力时，采用受拉螺栓有如下缺点：联接承受横向力时，采用受拉螺栓有如下缺点：mzFkFsRfm=采用受拉螺栓时有：采用受拉螺栓时有： 螺栓只受预紧力F，靠接合面的摩擦力来传递载荷。 靠螺栓与被联接件的相互剪切和挤压作用来传递载荷。注意：由于板实际是弹性体，两端螺栓所受剪力比中间螺栓大，所以沿载荷方向布置的螺栓数目不宜超过6个，以免受力严重不均。受剪螺栓受剪螺栓3.3.联接受旋转力矩联接受旋转力矩 受拉螺栓受拉螺栓TkFfzs=(r +r + +r )21m.TkFfzs=(r

13、+r + +r )21m.Fs1=1s2szr=FrFr2z12r 于是于是:)(2maxmaxzSrrrTF+=.22Fs1r1+Fs2r2+Fszrz=T螺栓变形协调条件4.4.联接受倾覆力矩联接受倾覆力矩于是：于是：力平衡条件力平衡条件变形协调条件变形协调条件MrFz=+21.rF+rF+z21rFz=21.rFrFz21=)(21maxmaxzrrrMrF+=.+222返回说明说明5 5 螺栓的强度计算螺栓的强度计算螺纹联接的失效往往由于螺栓的失效而引起。螺纹联接的失效往往由于螺栓的失效而引起。 螺栓可能的失效形式有螺栓可能的失效形式有螺栓断裂、螺纹牙塑性变形螺栓断裂、螺纹牙塑性变形或

14、经常拆卸导致滑扣等。由或经常拆卸导致滑扣等。由于工作载荷的变化几乎是不于工作载荷的变化几乎是不可避免的，因此最主要的失可避免的，因此最主要的失效形式还是疲劳断裂。统计效形式还是疲劳断裂。统计表明，断裂发生的部位如图表明，断裂发生的部位如图所示。所示。 因螺纹联接件已经标准化，螺栓各部分的尺寸因螺纹联接件已经标准化，螺栓各部分的尺寸是根据等强度原则确定的，因此强度计算的目的是是根据等强度原则确定的，因此强度计算的目的是确定或验算危险截面的尺寸。确定或验算危险截面的尺寸。5 5 螺栓的强度计算螺栓的强度计算 s 2cp d4 F 图示起重滑轮螺栓是受拉图示起重滑轮螺栓是受拉松螺栓，起重时才承受拉伸

15、载松螺栓，起重时才承受拉伸载荷。设螺纹部分危险截面的荷。设螺纹部分危险截面的直径为直径为 ( (一般取一般取d dc c=d=d1 1) )。cdF一一. .受拉松螺栓联接受拉松螺栓联接则强度条件为：则强度条件为：式中 松螺栓联接的许用拉应力，MPa二二. . 只受预紧力的紧螺栓联接只受预紧力的紧螺栓联接 如前所述，这种螺栓不仅受拉应力作用，还受到如前所述，这种螺栓不仅受拉应力作用，还受到螺纹力矩螺纹力矩T T1 1产生的剪力作用。其中：产生的剪力作用。其中： 1.3322sstss+=Tc拉应力拉应力3231)(816cvcTdtgFddTprypt+=剪应力剪应力 1.342sp. .cd

16、F于是于是强度条件为：强度条件为：2cs = F/ (p d )s2)(2vctgddry+= 螺栓通常是塑性螺栓通常是塑性材料，采用第四强度材料，采用第四强度理论；再把理论；再把101068mm68mm的单头公制螺纹的参的单头公制螺纹的参数及摩擦角的平均值数及摩擦角的平均值带入，经整理得：带入，经整理得： 图示汽缸盖螺栓在汽缸工作之前先要拧紧，因此图示汽缸盖螺栓在汽缸工作之前先要拧紧，因此螺栓受到预紧力螺栓受到预紧力 F 的作用，汽缸工作时，螺栓还要受的作用，汽缸工作时，螺栓还要受到由汽缸内部工作压力引起的工作载荷到由汽缸内部工作压力引起的工作载荷 F 的作用。的作用。 对于这种螺栓对于这种

17、螺栓,因螺栓和被联接件都是弹性体，一因螺栓和被联接件都是弹性体，一般情况下般情况下,螺栓所受总拉力螺栓所受总拉力 F0 是否等于是否等于F 与与 F 之和？之和？三三. . 受轴向工作拉力的紧螺栓受轴向工作拉力的紧螺栓1联解得：联解得：变形谐调条件：变形谐调条件：于是，强度条件为：于是，强度条件为： 1.3420sp.cdF101cF+-=DdF=FF-F1c22cF-=DdFFcFF10+=c1c20F+= = FF静平衡条件静平衡条件: :FcFF2+-=c1c2说明说明1、 强度条件式中，强度条件式中， 为螺栓危险截面的计算直为螺栓危险截面的计算直 径，理论上径，理论上dc=(d1d2H

18、/6)/2。对质量良好的标准。对质量良好的标准 件厂生产的螺栓，应按此计算；当不清楚螺栓来源件厂生产的螺栓，应按此计算；当不清楚螺栓来源 或为了简化计算，可取或为了简化计算，可取 ，这样做偏于安全。，这样做偏于安全。cd1ddc=说明说明2 2、 受轴向工作拉力的紧螺栓联接，不允许被联受轴向工作拉力的紧螺栓联接，不允许被联 接件间出现间隙。对于这种联接，其设计程序为：接件间出现间隙。对于这种联接，其设计程序为： 首先根据经验或推荐取定残余预紧力从而确首先根据经验或推荐取定残余预紧力从而确定总拉力：定总拉力：0FFF+= 1.3420sp. .cdF 然后确定螺栓直径然后确定螺栓直径: :FcF

19、F2+=c1c2 最后确定合适的预紧力：最后确定合适的预紧力：显然，这种联接是不允许不控制拧紧力矩的。显然，这种联接是不允许不控制拧紧力矩的。螺栓的拧紧力矩螺栓的拧紧力矩 T0.2Fd说明说明3、受轴向工作拉力的紧螺栓联接的工作载荷在受轴向工作拉力的紧螺栓联接的工作载荷在 与与 之间变化时，螺栓总拉力在之间变化时，螺栓总拉力在 和和 之间变之间变 化，载荷变幅为：化，载荷变幅为： 因螺栓在变应力下工作，故应校核应力幅以保证因螺栓在变应力下工作，故应校核应力幅以保证 疲劳强度：疲劳强度：01F02F1F2F2)(211cFa-.+=-=02F01F1c2c1F2F ( )2122ccaacdFA

20、Fps+.-=1F1c2cas四四. .受剪螺栓受剪螺栓 受剪螺栓联接的可能失效形式有：螺栓杆剪断，受剪螺栓联接的可能失效形式有：螺栓杆剪断，螺栓杆和孔壁两者中的弱者被挤坏。螺栓杆和孔壁两者中的弱者被挤坏。1.1.剪切强度计算剪切强度计算4F2p d t S式中：式中： d 为剪切面直径，为剪切面直径，F 为一个剪切面所受的剪力。为一个剪切面所受的剪力。S2.2.挤压强度计算挤压强度计算 影响挤压应力分布的因素很多且常常难以确定，影响挤压应力分布的因素很多且常常难以确定，故计算是经验性的。故计算是经验性的。FS dh s ps p强度条件为：强度条件为：式中式中 是弱者的许用挤压应力。是弱者的

21、许用挤压应力。五五. .关于螺栓材料、强度级别及安全系数的说明关于螺栓材料、强度级别及安全系数的说明 各强度计算式中的许用应力按教材的表各强度计算式中的许用应力按教材的表2.4表表2.6确定，但使用中要注意如下两点。确定，但使用中要注意如下两点。1、 因同样的材料在不同的热处理或制造方法下，其因同样的材料在不同的热处理或制造方法下，其 机械性能相差较大，因此，确定材料就意味着确机械性能相差较大，因此，确定材料就意味着确 定材料种类及热处理方法。定材料种类及热处理方法。 为简化设计工作，国标允许直接选择螺栓的为简化设计工作，国标允许直接选择螺栓的 强度级别。强度级别数字的含义是：强度级别。强度级

22、别数字的含义是： 个位数个位数100=抗拉强度极限；抗拉强度极限； 小数部分小数部分抗拉强度极限抗拉强度极限=屈服强度极限。屈服强度极限。 例如强度级别例如强度级别4.8的含义是：的含义是：MP4004100b=saMP3200.8400s=sa2、 对于预紧力不加控制的紧螺栓联接，由于安全系对于预紧力不加控制的紧螺栓联接，由于安全系数与螺栓直径有关，而设计之初直径未知，因此数与螺栓直径有关，而设计之初直径未知，因此只能采取只能采取试算法试算法，即先凭经验初定安全系数，再，即先凭经验初定安全系数，再求螺栓直径，如求出的直径与先前假定的一致则求螺栓直径，如求出的直径与先前假定的一致则认可；否则，

23、应修正安全系数重新计算，直至假认可；否则，应修正安全系数重新计算，直至假定值与计算值一致为止。定值与计算值一致为止。返回例题例题6 6 提高联接螺栓强度的措施提高联接螺栓强度的措施一一. . 改善螺纹牙的受力不均改善螺纹牙的受力不均 变形不谐调是螺纹牙受力不均的根本原因。变形不谐调是螺纹牙受力不均的根本原因。 悬置螺母 内斜螺母 环槽螺母 二二. . 减小附加应力减小附加应力螺栓受到附加弯矩作螺栓受到附加弯矩作用是十分不利的，偏用是十分不利的，偏心拉伸对螺栓强度尤心拉伸对螺栓强度尤其不利。其不利。例如 螺栓的最大应力一定时，应力幅越小，螺栓的最大应力一定时，应力幅越小，疲劳强度越高。在工作载荷

24、疲劳强度越高。在工作载荷F和剩余预紧和剩余预紧力力F”不变的情况下，减小螺栓刚度或增大不变的情况下，减小螺栓刚度或增大被联接件刚度都能达到减小应力幅的目的，被联接件刚度都能达到减小应力幅的目的，但预紧力则应增大。但预紧力则应增大。 ( )2122ccaacdFAFps+.-=1F1c2cas疲劳强度疲劳强度: :三三. . 降低应力幅降低应力幅 应力变化幅度过大是疲劳断裂的根本原因。应力变化幅度过大是疲劳断裂的根本原因。四四. . 减少应力集中减少应力集中 对螺纹来讲，形状突变是产生应力集中的对螺纹来讲，形状突变是产生应力集中的主要原因。适当增大过渡圆角是有力的措施。主要原因。适当增大过渡圆角

25、是有力的措施。五五. . 改善制造工艺改善制造工艺 制造工艺对螺栓的疲劳强度有重要影响。制造工艺对螺栓的疲劳强度有重要影响。返回 采用滚压螺纹，由于表层有残余压采用滚压螺纹，由于表层有残余压应力、冷作硬化作用和金属流线合理，应力、冷作硬化作用和金属流线合理，其疲劳强度比车制螺纹高其疲劳强度比车制螺纹高30304040。 采用氮化、喷丸等表面处理措施都采用氮化、喷丸等表面处理措施都可以提高螺栓的疲劳强度。可以提高螺栓的疲劳强度。 一钢制液压缸有关尺寸如图示，油压一钢制液压缸有关尺寸如图示，油压P=3N/mm2，为保证密封性要求，螺栓间距为保证密封性要求，螺栓间距L L不得大于不得大于4.54.5

26、倍螺栓公倍螺栓公称直径，试设计该双头螺柱联接（确定螺柱直径、个称直径，试设计该双头螺柱联接（确定螺柱直径、个数及分布圆直径数及分布圆直径D D0 0）。）。分析：分析： 1.1.螺栓结构：受轴向工作螺栓结构：受轴向工作 载荷作用的紧螺栓联接载荷作用的紧螺栓联接 2.2.螺栓直径与数目：螺栓直径与数目： 显然，显然，Q Q不变，螺柱直径大则数目不变，螺柱直径大则数目Z Z小；反之小；反之,Z,Z大则螺大则螺柱直径小。因此，柱直径小。因此，Z Z取值不同本题可有多解。考虑到油取值不同本题可有多解。考虑到油缸是压力容器，有紧密性要求，故缸是压力容器，有紧密性要求，故Z Z应适当大些。另外，应适当大些

27、。另外，数目数目Z Z最好是偶数，而且要便于分度。综上：取最好是偶数，而且要便于分度。综上：取Z=12Z=12。例题例题 一钢制液压缸有关尺寸如图示，油压一钢制液压缸有关尺寸如图示，油压P=3N/mmP=3N/mm2 2，为，为保证密封性要求，螺栓间距保证密封性要求，螺栓间距L L不得大于不得大于4.54.5倍螺栓公称倍螺栓公称直径，试设计该双头螺栓联接（确定螺柱直径、个数直径，试设计该双头螺栓联接（确定螺柱直径、个数及分布圆直径及分布圆直径D D0 0）。）。1 1、求螺柱总拉力、求螺柱总拉力 (F(F0 0=F+F”)=F+F”)例题例题NpDQ60288241=p因因NZQF5024=螺

28、柱工作拉力螺柱工作拉力( (单个单个) )FF8 . 1=取取于是螺柱总拉力于是螺柱总拉力14067.2N2.80=+ =FFFF=（压力容器）（压力容器） 根据一般经验，放置螺栓处的缸体壁厚约为根据一般经验，放置螺栓处的缸体壁厚约为2.52.5倍螺纹大径。因此，暂定倍螺纹大径。因此，暂定 dDD200mm2.50=+=临界值为：临界值为： ，故取，故取 合理。合理。 4.5d=72mmD =200mm0查手册，取查手册，取M1616（其（其d1=13.83512.07=13.83512.07）。）。2 2、确定螺柱直径、确定螺柱直径20112.0716014067.25.2 5.2Fmmd=

29、. .=psp 拟用拟用4 4 .6.6级的级的Q235Q235螺柱，拧紧时螺柱，拧紧时控制预紧力控制预紧力，取取 ，于是：，于是： 。由强度条件得：由强度条件得：asMPS160 =ss1.5 =S3 3、 确定螺柱分布圆直径确定螺柱分布圆直径 D D0ZL=D180sin00=51.76mm. .于是螺栓间距为：，于是螺栓间距为：，4 4、确定螺柱具体规格、确定螺柱具体规格螺柱旋入机体螺柱旋入机体(钢钢)端长度：端长度：L1d=16mm螺柱螺母端长度：螺柱螺母端长度： L=缸盖厚度缸盖厚度+垫圈厚度垫圈厚度+螺母厚度螺母厚度+伸出长度伸出长度 = 16 + 4 + 14.8 + 5 10

30、=40mm螺柱规格：螺柱螺柱规格：螺柱 M1640 GB897L1d注注 按题意，本题确定按题意，本题确定Z =12=12，螺柱，螺柱 M16M1640 GB89740 GB897，D0=200=200mm后就算解毕，但对于有密封性要求的螺栓联后就算解毕，但对于有密封性要求的螺栓联接，一般还应确定必须的预紧力和拧紧力矩。接，一般还应确定必须的预紧力和拧紧力矩。现确定如下：现确定如下： 由结构示意图知，由结构示意图知，缸盖与缸体间无软垫片缸盖与缸体间无软垫片, ,查手册或教材可得相对查手册或教材可得相对刚度为：刚度为： ，0.25c1=+c1c2Fc0F12811.2N1=+-=Fc1c2于是预

31、紧力为：于是预紧力为：NF13000=最终取定：最终取定：返回拧紧力矩拧紧力矩T0.2Fd42Nm例题例题NQRv866030cos=oNQRH500030sin=o 图示支架用图示支架用6个螺栓联接在砖墙上。已知砖墙为个螺栓联接在砖墙上。已知砖墙为水泥砂浆缝，载荷水泥砂浆缝，载荷Q =10KN，螺栓强度级别，螺栓强度级别 4.6，支，支架底板与砖墙间摩擦系数架底板与砖墙间摩擦系数 = 0.3，支架底板材料为，支架底板材料为ZG270-500， ，试设计该螺栓联接。，试设计该螺栓联接。c + c1c= 0.112m分析：分析： 支架正常工作的条件是：支架正常工作的条件是：在倾覆力矩在倾覆力矩M

32、和水和水平力平力RH作用下上侧螺栓不被拉断；作用下上侧螺栓不被拉断；在铅垂力在铅垂力RV作用作用下底板不下滑；下底板不下滑；底板上侧与砖墙不能有间隙；底板上侧与砖墙不能有间隙；底底板下侧或砖墙不能被压溃。考虑到便于安装和制造，板下侧或砖墙不能被压溃。考虑到便于安装和制造，采用普通受拉螺栓为好。采用普通受拉螺栓为好。解：解：根据力学原理，载根据力学原理，载荷对螺栓组联接的作用荷对螺栓组联接的作用可用可用RH、Rv及及M的联合的联合作用来代替，其中：作用来代替，其中：NmQMHv5156.800200480=+=Q1 1由不下滑条件确由不下滑条件确 定螺栓予紧力定螺栓予紧力 设予紧力为F，在螺栓轴

33、向载荷 作用上以后，底板与墙体间残余予紧力产生的摩擦力总和应大于，而力矩M不会影响下滑。6/HRVR例题例题c + c1c= 0.112m = 0.3NRv8660=NRH5000=NmM5156.800=有：有：VfHRkRc+-=mm)(6F26Fc1c2其中可靠性系数其中可靠性系数 见教材，这里取见教材，这里取 =1.1。 故：故：fkfkNcRRkFHVf6042650000.90.3686601.1( )661=*+*=+m+c2c2*预紧力和预紧力和RH引起的压应力：引起的压应力：ap2MPWM0.645=s力矩力矩M引起的压应力引起的压应力: : 显然，底板不下滑条件是显然，底板

34、不下滑条件是 。为避免力为避免力矩矩M作用后上侧出现间隙，应将作用后上侧出现间隙，应将 适当取大些。从后适当取大些。从后面的计算可知，取面的计算可知，取 = 8000N 能满足要求。能满足要求。NF6042FF2 2由上侧不出现间隙、下侧由上侧不出现间隙、下侧 不被压溃条件确定预紧力不被压溃条件确定预紧力 底板接触面积底板接触面积 A= (500-300)300=6104mm2 底板抗弯截面模量底板抗弯截面模量W=300(5002-3002)/6=8106mm3 +-=662Hp1RcFAs1c2c由手册查得水由手册查得水泥砂浆缝砖墙泥砂浆缝砖墙的许用挤压应的许用挤压应力为：力为：apMP21

35、.5 =s由由下侧不被压溃条件下侧不被压溃条件: pp1ss+p2s( )NRcAFHp2p930066 2=+-ss可求得可求得:c1c2可知，满足工作要求的预紧力范围为：可知，满足工作要求的预紧力范围为： 7200N 9300N7200N 9300N，F2由上侧不出现间隙、下侧由上侧不出现间隙、下侧 不被压溃条件确定预紧力不被压溃条件确定预紧力 由由上侧不出现间隙的条件：上侧不出现间隙的条件：0-p1sp2s可得可得:NRcAFHp27200661=+sc2c2F最终取最终取 =8000 N=8000 N3根据螺栓不被拉断的强度条件确定螺栓直径根据螺栓不被拉断的强度条件确定螺栓直径 d 上

36、侧螺栓受力最大，其中有上侧螺栓受力最大，其中有 ，由，由RH引起的引起的工作拉力工作拉力 ，由力矩，由力矩M引起的工作拉力引起的工作拉力 ，于是螺栓总拉力为：，于是螺栓总拉力为： F( )6200/*= MFM6/=RFHHNFFcccFFMH853212005156800650001 . 08000)(2110=+=+= 依题意，螺栓屈服极限依题意，螺栓屈服极限 ，为确，为确保安全，装配时控制予紧力，取安全系数保安全，装配时控制予紧力，取安全系数 ，于是于是 。1.5s=2/240mmNs=s2/160/mmNs=sss由强度条件有：由强度条件有：mmFd387. 916085322 . 5

37、3 . 1401=*=*psp查手册取查手册取M12可矣可矣 ( 其其d1 =10.106 计算值计算值9.387 )。注注1 1 如拧紧力不加控制，由着工人尽可能地拧紧，如拧紧力不加控制，由着工人尽可能地拧紧，为避免螺栓拧断，应适当增大螺栓直径。计算表明，为避免螺栓拧断，应适当增大螺栓直径。计算表明，在这种情况下，至少应采用在这种情况下，至少应采用M18M18的螺栓。的螺栓。注注2 2 由本题看出，予紧力由本题看出，予紧力 太大太小都不行，太小会太大太小都不行，太小会 因因 太小而使上侧出现间隙；太大又会使太小而使上侧出现间隙；太大又会使 太大，最终使下侧压溃。太大，最终使下侧压溃。F21p

38、pss+-p1sp2s返回1. 如何判定螺旋线的旋向是左旋还是右旋？如何判定螺旋线的旋向是左旋还是右旋？2. 为什么联接螺纹常用三角形螺纹而传动螺纹常用梯为什么联接螺纹常用三角形螺纹而传动螺纹常用梯 形或锯齿形螺纹？形或锯齿形螺纹？3. 铰制孔用螺栓与普通受拉螺栓的工作原理和结构有铰制孔用螺栓与普通受拉螺栓的工作原理和结构有 何不同？何不同？4. 有一螺栓组联接。测得被联接件的刚度有一螺栓组联接。测得被联接件的刚度C2是螺栓刚是螺栓刚 度度C1的的3倍，而预紧力倍，而预紧力 F = 5000 N。问：。问： 螺栓承受的总拉力螺栓承受的总拉力F0为多大时，螺栓的伸长量刚为多大时，螺栓的伸长量刚

39、好是被联接件压缩量的好是被联接件压缩量的5倍。倍。 螺栓承受的工作载荷螺栓承受的工作载荷F为多大时，被联接件的弹为多大时，被联接件的弹 性变形等于零？性变形等于零？思思 考考 题题5. “只要制造和装配精度足够高，则旋合后螺纹牙各只要制造和装配精度足够高，则旋合后螺纹牙各 圈的受力就相等圈的受力就相等”。这种说法正确吗？为什么？。这种说法正确吗？为什么？6. 试分析图示的三种螺栓组联接中，哪一种布置形式试分析图示的三种螺栓组联接中，哪一种布置形式 最好。最好。思思 考考 题题 对于图示的受拉螺栓联接，对于图示的受拉螺栓联接， 。平均。平均取摩擦系数取摩擦系数 ，可靠性系数，可靠性系数 ，那，那

40、麽就有麽就有 。显然这种联接所需的预紧力很大，。显然这种联接所需的预紧力很大，造成螺栓直径较大，是比较浪费材料的。为克服造成螺栓直径较大，是比较浪费材料的。为克服这个缺点，可采用如下方法。这个缺点，可采用如下方法。RfFkF=m0.15=m1.2=fkRF8F=返返 回回FFe返返 回回 图示钩头螺栓拧紧后，螺栓受图示钩头螺栓拧紧后，螺栓受到预紧力的偏心拉伸。将力到预紧力的偏心拉伸。将力 向螺向螺栓轴线简化，得到一主矢栓轴线简化，得到一主矢 和一主和一主矩矩 。FFeFswsls主矢产生拉应力主矢产生拉应力24cldFps=332cwdeFps=主矩产生弯曲应力主矩产生弯曲应力cde设，则螺栓截面应力分布如设，则螺栓截面应力分布如图，最大正应力为拉应力的图，最大正应力为拉应力的9倍。倍。 说明： 以上四种典型情况都是应用力(或力矩)的平衡条件及受力变形协调条件分别推导的计算公式，即求得了四种典型载荷情况下螺栓