机械设计 第6章 螺纹联接(3、4节)

1、Design of Machinery1n按联接的类型、装配情况（预紧或不预按联接的类型、装配情况（预紧或不预紧）、载荷状态（静载荷或变载荷）等紧）、载荷状态（静载荷或变载荷）等条件，条件，确定螺栓的受力确定螺栓的受力。n按相应的强度条件按相应的强度条件计算计算螺栓危险剖面的螺栓危险剖面的直径（螺纹小径）或直径（螺纹小径）或校核校核其强度。其强度。n螺栓的螺栓的其它部分其它部分（螺纹牙、螺栓头、光（螺纹牙、螺栓头、光杆）和螺母、垫圈的结构尺寸，可按螺杆）和螺母、垫圈的结构尺寸，可按螺栓螺纹的公称直径在栓螺纹的公称直径在标准中查得标准中查得。Design of Machinery2n受拉螺栓联接

2、受拉螺栓联接n受横向力铰制孔螺栓联接受横向力铰制孔螺栓联接 螺栓杆和孔壁间的螺栓杆和孔壁间的压溃压溃 ； 螺栓杆被螺栓杆被剪断剪断Design of Machinery3n安装时，不必将螺母拧紧。安装时，不必将螺母拧紧。n承受工作载荷之前，联接不承受工作载荷之前，联接不受力。受力。 螺栓所受载荷为工作载荷螺栓所受载荷为工作载荷F 44121ssSFddFs: 材料屈服极限，表材料屈服极限，表5.4；Ss：安全系数，表安全系数，表6.36.4强度条件：强度条件：Design of Machinery4紧螺栓联接的两种受力形式紧螺栓联接的两种受力形式n受横向工作载荷受横向工作载荷的普通紧螺栓联接的

3、普通紧螺栓联接n受轴向工作载荷受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接的普通紧螺栓联接Design of Machinery5n受力形式：受力形式：普通螺栓普通螺栓联接承受联接承受横向载荷横向载荷（拧紧螺母，产生（拧紧螺母，产生预紧力预紧力FF，靠靠接合面间的摩擦接合面间的摩擦力承受外载荷）力承受外载荷）n以接触面之间不发生滑移为以接触面之间不发生滑移为计算准则计算准则Design of Machinery6n装配时，拧紧螺母，装配时，拧紧螺母，螺栓受预紧力引起螺栓受预紧力引起的的拉应力；拉应力；n在拧紧力矩的作用在拧紧力矩的作用下，螺栓还受螺纹下，螺栓还受螺纹摩擦力矩摩擦力矩T1的扭转的扭转而产生扭转

4、而产生扭转剪应力。剪应力。n 螺栓联接处于拉伸与扭转的复合应力状态下。螺栓联接处于拉伸与扭转的复合应力状态下。n 复合应力状态下，用强度理论计算。复合应力状态下，用强度理论计算。Design of Machinery73 . 1)5 . 0(3312. 1, 32815. 0, 3025 . 042)(162)(164222212211231231121xdddtgdFddtgddtgFdTdFovvovv度条件）根据第四强度理论（强）；（扭转剪应力拉伸应力：预紧力螺栓危险剖面的3 . 143 . 14121FddF或校核、设计公式：校核、设计公式：Design of Machinery8De

5、sign of Machinery9受力受力变形变形螺栓螺栓被联接件被联接件螺栓螺栓被联接件被联接件a.螺母没拧紧螺母没拧紧0000b.拧紧螺母拧紧螺母FF12c.加工作载荷加工作载荷F0=F+F”F”1 +12 - 2Design of Machinery10Design of Machinery11FCCCFFFCCCFFFCCCFFFFF21102122120 螺栓的总拉力螺栓的总拉力为了保证螺栓联接的为了保证螺栓联接的刚性和紧密性刚性和紧密性,剩余预紧力剩余预紧力 F”应该大于应该大于0。P108F无变化无变化: F”=(0.20.6)FF有变化有变化: F”=(0.61.0)F紧密联

6、接紧密联接: F”=(1.51.8)FDesign of Machinery12zFFRs/mF44s2pspspsdhFdhFdmdFDesign of Machinery13Design of Machinery14n1. 被联接件为刚体被联接件为刚体(受载后联接结受载后联接结合面仍保持平面合面仍保持平面)；n2. 各螺栓直径、长度、材料和预各螺栓直径、长度、材料和预紧力大小均相同；紧力大小均相同；n3. 螺栓的应变在弹性范围内。螺栓的应变在弹性范围内。Design of Machinery15zFFQ:轴向工作载荷每个螺栓所受的Design of Machinery16螺栓只受预紧力螺栓

7、只受预紧力FF的作用，的作用，以联接接合面不发生滑移作以联接接合面不发生滑移作为为计算准则计算准则。每个螺栓所受的RfSFkzmFzmFkFSRf:最小预紧力Design of Machinery17靠螺栓杆受剪，螺栓与被靠螺栓杆受剪，螺栓与被联接件孔表面之间的挤压联接件孔表面之间的挤压来传递外载荷。来传递外载荷。zFFRs:剪切力每个螺栓所受的Design of Machinery18n在在T作用下，底板有作用下，底板有绕通过螺栓组中心的绕通过螺栓组中心的轴线轴线OO旋转的趋势；旋转的趋势；n每个螺栓联接都受有每个螺栓联接都受有横向力。横向力。Design of Machinery19的距离

8、各螺栓轴线到回转中心螺栓所需的预紧力件：根据底板的静力平衡条ifzSSSrFTkrFrFrF.21ziiSfrTkF1螺栓所需的预紧力n假设接合面的假设接合面的摩擦力集中作摩擦力集中作用在各螺栓中用在各螺栓中心处；心处；n摩擦力与螺栓摩擦力与螺栓中心至底板旋中心至底板旋转中心的连线转中心的连线垂直。垂直。Design of Machinery20n各螺栓的工作载荷与其中心至底板旋转各螺栓的工作载荷与其中心至底板旋转中心的连线垂直。中心的连线垂直。n忽略联接中的预紧力和摩擦力。忽略联接中的预紧力和摩擦力。Design of Machinery21成正比。各螺栓的剪力与距离螺栓剪切刚度相同，的距离

9、成正比。其中心至底板旋转中心各螺栓的剪切变形量与底板静力平衡条件ziisississszszssrrFrrFFrFrFrFTrFrFrF12maxmaxmaxmaxmaxmax22112211.ziisrTrF12maxmaxDesign of Machinery22n采用受拉普通螺栓联接。采用受拉普通螺栓联接。拧紧后，螺栓受预紧力。拧紧后，螺栓受预紧力。n假设被联接件为弹性体，假设被联接件为弹性体，但其接合面始终保持为但其接合面始终保持为平面。平面。n在在M作用下底板有绕通作用下底板有绕通过螺栓组中心过螺栓组中心OO翻转的翻转的趋势。趋势。Design of Machinery23轴线的距离

10、各螺栓轴线到底板对称各螺栓刚度相同。成正比。至底板翻转轴线的距离其中心各螺栓的拉伸变形量与底板的静力平衡条件iziiziiiizzrrMrFrrFrrFFrFrFrFMrFrFrF12maxmax12maxmaxmaxmaxmaxmax22112211.:ziirMrF12maxmaxDesign of Machinery24一个托架的边一个托架的边板用板用6 6个铰制孔用个铰制孔用螺栓联接，载荷螺栓联接，载荷与边板螺栓组的与边板螺栓组的垂直对称轴线平垂直对称轴线平行，哪种布置形行，哪种布置形式所用的螺栓直式所用的螺栓直径最小？径最小？Design of Machinery25NmmPTNP6

11、101530050000 扭扭矩矩横横向向载载荷荷Design of Machinery26Fs1Fs2Fs3Fs4Fs6Fs5.103 . 86500003方向均向下方向均向下相等相等每个螺栓所受剪力每个螺栓所受剪力NzPFs Design of Machinery27r1r2r3r4r5r6Fs6Design of Machinery28max136245maxmax1366216224150/cos30173.21503086.615 10173.23 173.23 86.62.3 10iirrrrrrrtgTrFFFFrN r1r2r3r4r5r6Design of Machinery

12、29r1r2r3r4r5r622max3 24242cos30(8.3 10 )(2.3 10 ).3.05 10sssssFFFF FNFs3Design of Machinery30Design of Machinery31NFFFrTFNzPFsssss4max4631053. 2107 . 1150610156.103 . 8650000 力相等力相等每个螺栓扭矩产生的剪每个螺栓扭矩产生的剪方向均向下方向均向下生的剪力相等生的剪力相等每个螺栓所受横向力产每个螺栓所受横向力产Design of Machinery32Design of Machinery33NFNrrTrFmmrrmmr

13、rrrrNzPFsss4max4226222maxmax42226431max31077. 2102752)7 .167(47 .167101524757 .167)2150()150(.103 . 8650000 求扭矩产生的剪力求扭矩产生的剪力方向均向下方向均向下的剪力相等的剪力相等每个螺栓受横向力产生每个螺栓受横向力产生Design of Machinery34可从以下几个方面提高螺栓的强度。可从以下几个方面提高螺栓的强度。1. 均匀螺纹牙受力分配 工作中，螺栓受拉，螺母受压，从而产生螺距差，导致旋合的各圈螺纹牙受载不均。810圈后螺纹几乎不受载荷办法办法：降低刚性，易变形、增加协调降低

14、刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾。性，以缓和矛盾。 采用悬置螺母、内斜螺母、环槽采用悬置螺母、内斜螺母、环槽螺母，见图螺母，见图6.15。采用钢丝螺套，见。采用钢丝螺套，见图图6.16。Design of Machinery352. 避免或减小附加应力Design of Machinery363. 减小应力集中Design of Machinery374. 降低应力幅 若受的是变载，工作载荷在F1与F2之间变化，则螺栓拉力的拉力变幅为（p108)：211122aFFcFcc 应力幅为：21121122()aaFFFcAdcc 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。减小螺栓

15、刚度或增大被联接件刚度都能达到减小应力幅的目的。5. 改善制造工艺冷镦、碾压、氮化、喷丸等工艺均可提高螺栓的强度。Design of Machinery38n结构设计结构设计 确定螺纹联接的类型和确定螺纹联接的类型和联接件的分布。联接件的分布。n参数设计参数设计 确定螺纹联接件的尺寸。确定螺纹联接件的尺寸。Design of Machinery39n目的目的n合理确定联接合理确定联接结合面的几何形状。结合面的几何形状。n螺栓的布置形式螺栓的布置形式和和防松装置防松装置的结构。的结构。n力求联接安全可靠，各螺栓和联接接力求联接安全可靠，各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。合面间受力均匀

16、，便于加工和装配。Design of Machinery40n1、联接结合面的几何形状应与机器的结构形、联接结合面的几何形状应与机器的结构形状相适应状相适应。Design of Machinery412、螺栓数目、螺栓数目n分布在同一圆周上的螺栓数目应分布在同一圆周上的螺栓数目应取成取成3，4，6，8，12等易于分等易于分度的数目，以便在圆周上钻孔时度的数目，以便在圆周上钻孔时分度和分度和加工加工。n同一螺栓组中螺栓的材同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均料、直径和长度均应相应相同同，以简化结构和便于，以简化结构和便于装配。装配。Design of Machinery42n布置螺栓时，最小距离应考虑扳布置螺栓时，最小距离应考虑扳手所需活动空间；手所需活动空间；扳手空间扳手空间查有查有关手册。关手册。n螺栓间距螺栓间距