第五章螺纹联接与螺旋传动

第五章螺纹连接与螺旋传动§5-1螺纹

§5-2螺纹连接的类型与标准连接件

§5-3螺纹连接的预紧

§5-6螺纹组连接的设计

§5-5螺纹连接的强度计算

§5-8提高螺纹连接强度的措施

§5-7螺纹连接件的材料与许用应力

§5-4螺纹连接的防松

典型例题

螺旋线的形成按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹一般:n≤4双线螺纹单线螺纹PSS=2PPSPS=Pn线螺纹:S=nP按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹螺纹副设计：潘存云外螺纹内螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹螺旋传动联接螺纹传动螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹管螺纹螺纹的类型与特点1螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。§5-1螺纹连接用螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠连接；传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。螺纹按工作性质分为连接用螺纹和传动用螺纹。一、螺纹的分类

二、普通螺纹的主要参数升角ψ的计算式为：

§5-1螺纹dd2d1ψpSββα大径d－即螺纹的公称直径。小径d1－常用于连接的强度计算。中径d2－常用于连接的几何计算。螺距P－螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。牙型角α－螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。牙侧角β—螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角对称牙型：β=α/2

升角ψ－螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。线数n－螺纹的螺旋线数目。导程Ph－螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离，S=nP。接触高度h—内外螺纹旋合后的接触面的径向高度，垂直于轴线方向的高度。§5-2螺纹连接的类型与标准连接件一、螺纹连接的基本类型

除上述连接的基本类型外，在机器中，还有一些特殊结构的螺纹连接。如：T型槽螺栓连接、吊环螺钉连接和地脚螺栓连接等。螺纹连接的基本类型1.螺栓连接：带螺帽、用于两薄型零件连接，通孔中无螺纹。基本类型2.螺纹余留长度l1

静载荷l1≥(0.3~0.5)d;变载荷l1≥0.75d;普通螺栓连接（受拉螺栓连接）铰制孔螺栓连接（受剪螺栓连接）1)普通螺栓连接（受拉螺栓连接）结构上：1.d<d0受力失效上：受拉塑性变形断裂工艺：钻孔特点：装拆方便，应用广泛§5-2螺纹连接的类型与标准连接件dd0l13.l1要尽可能小，l1（0.1~0.2)d2)铰制孔螺栓连接（受剪螺栓连接）结构上：1.螺栓杆与孔有配合关系（过渡或过盈配合)2.ds=d0>d受力失效：受剪力剪断受挤压压溃工艺：先钻后铰特点：装拆不方便，主要承受横向载荷dsdl1ddS§5-2螺纹连接的类型与标准连接件d0螺纹连接的基本类型1.螺栓连接

基本类型2.螺钉连接3.双头螺柱连接

适用于被连接件之一太厚的连接螺钉连接：不可经常装拆工艺：被连接件一件光孔，一件螺纹孔受力失效：受拉塑性变形断裂特点：双头螺柱：可以经常装拆连接类型与标准件4§5-2螺纹连接的类型与标准连接件d螺纹连接的基本类型

1.螺栓连接

基本类型2.螺钉连接3.双头螺柱连接4.紧定螺钉连接

用来固定两个零件的相对位置，受力较小工艺：一件加工螺纹孔，另一件配加工锥孔特点：靠摩擦力，是辅助定位，不经常装拆，用于轴毂轻载连接连接类型与标准件5§5-2螺纹连接的类型与标准连接件

除上述联接的基本类型外，在机器中，还有一些特殊结构的螺纹联接。如：T型槽螺栓联接、吊环螺钉联接和地脚螺栓联接等。连接类型与标准件6二、标准螺纹连接件

螺纹连接的类型很多，在机械制造中常见的螺纹连接件的结构型式和尺寸都已经标准化，设计时可以根据有关标准选用。虚拟现实中的螺纹连接件

§5-2螺纹连接的类型与标准连接件§5-2螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件§5-2螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件§5-2螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件§5-2螺纹连接的类型与标准连接件二、标准螺纹连接件

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或定力矩扳手，对于重要的螺栓连接，也可以采用测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。螺纹连接的预紧§5-3螺纹连接的预紧

大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。

增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧力限制

拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。

预紧力：

预紧的目的：

预紧力的确定原则：

预紧力的控制：

预紧力和预紧力矩之间的关系：

预紧力的控制：测力矩扳手

力矩扳手定测定螺栓伸长测力矩扳手定力矩扳手§5-3螺纹连接的预紧冲击扳手螺纹连接的预紧2一般标准扳手的长度L15d，若拧紧力为F，则T=FL。而T0.2F0d则：F075F若F=200N，则F015000N所以，对于直径小的螺栓，拧紧时很可能过载拉断。

注意：对于重要的螺纹连接，不控制预紧力时应尽可能不采用直径过小(＜M12)的螺栓。§5-3螺纹连接的预紧dd0总力矩：T1—克服螺纹副相对转动的阻力矩；T2—克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；T0.2F0d螺纹连接的防松1§5-4螺纹连接的防松

螺纹连接一般都能满足自锁条件不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致连接失效。

防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。按工作原理的不同，防松方法分为摩擦防松、机械防松等。此外还有一些特殊的防松方法，例如铆冲防松、在旋合螺纹间涂胶防松等。

防松的方法1.利用摩擦力防松弹簧垫圈对顶螺母螺纹连接的防松2§5-4螺纹连接的防松尼龙圈锁紧螺母开口销与六角开槽螺母2.机械防松螺纹连接的防松3§5-4螺纹连接的防松圆螺母加止动垫圈螺纹连接的防松4§5-4螺纹连接的防松串联钢丝止动垫圈螺纹连接的防松5§5-4螺纹连接的防松冲点防松法用冲头冲2~3点1~1.5P粘合法防松涂粘合剂3.其他方法防松螺纹连接的防松6焊点法防松§5-4螺纹连接的防松日本HardLock螺母螺纹连接的防松6§5-4螺纹连接的防松螺纹连接的强度计算1§5-5螺纹连接的强度计算

螺栓连接的强度计算主要与连接的装配情况（预紧或不预紧）、外载荷的性质和材料性能等有关。

螺栓连接强度计算的目的是根据强度条件确定螺栓直径，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定。一、松螺栓连接强度计算二、紧螺栓连接强度计算1．仅受预紧力的紧螺栓连接2．受轴向载荷的紧螺栓连接

3．承受工作剪力的紧螺栓连接

连接的失效形式：主要是指螺纹连接件的失效。对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。螺纹连接的强度计算21．仅受预紧力的紧螺栓连接(靠摩擦力承受横向载荷）预紧力引起的拉应力：螺牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力：强度条件根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:

§5-5螺纹连接的强度计算1.3意义：紧连接时，将拉应力增大30%以考虑拧紧力矩的影响当连接承受较大的横向载荷F时，由于要求fF0≥F，使接合面不滑移的预紧F0≥F/f

=5F

（假设f=0.2)

，结果必然使螺栓直径增大；此外，由于在振动、冲击或变载荷下，f

的变动使连接的可靠性降低，有可能出现松脱。可采用各种减载零件（键、套、销）来承担横向载荷，这时螺栓只起连接作用。讨论螺纹连接的强度计算3§5-5螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算42．受轴向载荷的紧螺栓连接

气缸盖螺栓安装时受预紧力F0，充气后每个螺栓又受到工作载荷F的作用，螺栓的总拉力F2=?这时螺栓的总拉力为：

为使工作载荷作用后，连接结合面间有残余预紧力F1存在，要求螺栓连接的预紧力F0为：静强度条件：式中F1为残余预紧力，为保证连接的紧密性，应使F1

＞0，一般根据连接的性质确定F1的大小。式中：为螺栓的相对刚度，其取值范围为0~1。详细分析

疲劳强度校核

详细分析

§5-5螺纹连接的强度计算mb

F1F1F0F0FF加预紧力F0后→

加载F后→

螺栓总伸长量增加为：b+

被连接件压缩量减少为：

m-

预紧力减小为：残余预紧力F1螺栓受到的总拉力为：F1+F螺栓受拉伸长b→

被连接件受压缩短m螺母未拧紧螺母已拧紧

已承受工作载荷螺纹连接的强度计算5§5-5螺纹连接的强度计算b∆

被连接件变形力螺栓变形力变形力F2F1F

F0F0m

F0bmb

mF

--螺栓的刚度--被连接件的刚度b

m§5-5螺纹连接的强度计算2．受轴向载荷的紧螺栓连接

螺栓预紧力F0后，在工作拉力F的作用下，螺栓的总拉力F2=?这时螺栓的总拉力为：

为使工作载荷作用后，连接结合面间有残余预紧力F1存在，要求螺栓连接的预紧力F0为：式中F1为残余预紧力，为保证连接的紧密性，应使F1

＞0，一般根据连接的性质确定F1的大小。式中：为螺栓的相对刚度，其取值范围为0~1。详细分析

详细分析

§5-5螺纹连接的强度计算∆

变形力F2F1F

F0bmF

讨论当Cm>>Cb时，，F2F0，即工作载荷作用后，螺栓受的总拉力增加很少；当Cm<<Cb时，，F2F+F0即工作载荷作用后，螺栓受的总拉力增加很多，为减小螺栓的总载荷，应使

垫片材料不同，不同；螺纹连接的强度计算8§5-5螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算9根据受载情况，求出螺栓的工作载荷F；根据螺栓工作要求，确定残余预紧力F1；F无变化时，F1=(0.2~0.6)FF有变化时，F1=(0.6~1)F有密封要求时，F1=(1.5~1.8)F

强度计算静载荷下螺栓的强度计算

变载荷下螺栓的疲劳强度计算设计步骤：§5-5螺纹连接的强度计算机械设计变载荷

静载荷

螺纹联接的强度计算F0变形力F2F1FF

若工作载荷在0~F间变化，则螺栓的总拉力在F0~F2间变化。

若不考虑扭转的作用，则螺栓受到的最大、最小应力为：应力幅：属于min=C的应力变化规律，利用第三章公式，有：式中：-1tc------螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限，见表5-7。3．承受工作剪力的紧螺栓连接

这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在连接结合面处，螺栓杆则受剪切。预紧力较小，一般忽略不计。螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：

§5-5螺纹连接的强度计算h

Lmin

2

d0

2

1

剪断破坏

挤压破坏

被连接件

a)

受剪螺栓连接

b)

螺栓被挤压

FFF

b)a)

F

F

F

§5-5螺纹连接的强度计算式中：F－每个螺栓所受的工作剪力，单位为N；

d0－螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为mm；

Lmin－螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，单位为mm；设计应使

Lmin≥1.25d0[σp]—螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，单位为MPa，取两者中小值；

[τ]—螺栓材料的许用切应力，单位为MPa；

i—螺栓杆受剪切面的数目。

螺栓组连接的设计1螺栓组：所有螺栓的材料、尺寸、拧紧程度完全一样螺栓组设计的任务：1）合理地确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和连接接合面间受力均匀，便于加工和装配-------结构设计2）对于重要的连接，找出螺栓组中受力最大的螺栓及其载荷→受力分析→强度校核基本假定1）各螺栓刚度相同；2）各螺栓预紧力F0相同；3）变形在弹性范围内；§5-6螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计2

在设计螺栓组连接时，关键是连接的结构设计。它是根据被连接件的结构和连接的用途，确定螺栓数目和分布形式。为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。螺栓布置应使各螺栓的受力合理。螺栓的排列应有合理的间距、边距。

为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8、10、12等偶数。避免螺栓承受附加的弯曲载荷。一、螺栓组连接的结构设计

各螺栓之间的距离大小既要保证连接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空间。大多数机械中螺栓都是成组使用的。

§5-6螺栓组连接的设计机械设计1.为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接接合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状，例如圆形、环形、矩形等。2.螺栓布置应使各螺栓的受力合理。一、螺栓组联接的结构设计对于铰制孔螺栓，不要在平行与工作载荷的方向上成排地布置8个以上螺栓，以免载荷分布过于不均。§5-6螺栓组连接的设计机械设计合理不合理当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。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。合理不合理§5-6螺栓组连接的设计机械设计3.螺栓的排列应有合理的间距、边距。扳手空间的尺寸可查阅有关标准。

对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距t0不得大于推荐数值。工作压力/MPa1.6>1.6~4>4~10>10~16>16~20>20~30t0/mm7d5.5d4.5d4d3.5d3d表5-4螺栓间距t0§5-6螺栓组连接的设计机械设计4.为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。5.避免螺栓承受附加的弯曲载荷。凸台沉头座斜面垫圈§5-6螺栓组连接的设计§5-6螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计31．受横向载荷

2．受转矩

3．受轴向载荷

4．受倾覆力矩

受力分析的目的：根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。

受力分析时所作假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；受载后连接接合面仍保持为平面。

受力分析的类型：二、螺栓组连接的受力分析螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；

§5-6螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计4（1）对于受剪螺栓连接（图b），靠杆受剪切与挤压承载，每个螺栓所受工作剪力为：

式中：z为螺栓数目，图示z=4。1．受横向载荷的螺栓组连接

强度条件：------剪切强度------挤压强度特点：横向载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组对称中心。i—螺栓杆受剪切面的数目，图示i=2；d0－螺栓剪切面的直径，即杆径；Lmin－杆与孔壁面的最小挤压高度，单位为mm；设计应使

Lmin≥1.25d0§5-6螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计5

（2）对于普通螺栓连接（图a），靠摩擦力承载，按预紧后接合面间所产生的最大摩力必须大于或等于横向载荷的要求，有：1．受横向载荷的螺栓组连接或

Ks------防滑系数(可靠系数)，设计中可取Ks=1.1~1.3。式中：f------接合面的摩擦系数；i-----结合(摩擦)面数目，（图a)中，i=2；强度条件：F∑F0F0F0F0fF0fF0fF0fF0§5-6螺栓组连接的设计§5-6螺栓组连接的设计讨论：F

0

F

0

F∑

F∑

由此可见：该种连接的缺点是：①所需的预紧力Ｆ０大→尺寸ｄ大；②靠摩擦传力，冲击振动时可靠性差。克服上述缺点的结构措施如图示：用各种抗剪元件（键、套、销）来承受横向力Ｆ∑，这时螺栓只起连接作用（任务分配原则）。

螺纹连接组的设计6（1）普通螺栓（受拉螺栓图a)）2．受旋转力矩T的螺栓组连接

采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来平衡转矩T。

式中：ri------第i个螺栓的轴线至螺栓组对称中心o的距离；强度条件：f-------接合面的摩擦系数。特点：在转矩T作用下，底板有绕螺栓组形心轴线O-O旋转的趋势。§5-6螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计7

采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来平衡转矩T。(2)铰制孔用螺栓(受剪螺栓图b)

）∵剪切变形i

ri

∵剪切刚度---（1）（2）变形协调条件§5-6螺栓组连接的设计静力平衡条件螺栓组连接的设计8ri------第i个螺栓的轴线至螺栓组对称中心o(点到点)的距离；rmax------受力最大螺栓的轴线至螺栓组对称中心o(点到点)的距离；式中：Fmax------受力最大螺栓的工作剪力。强度条件：------剪切强度------挤压强度§5-6螺栓组连接的设计讨论：受拉螺栓：受剪螺栓：螺栓组合设计原则：①结构允许时ri↑，螺栓受力F0↓Fmax↓②当ri=ｒ＝常数时各个螺栓的工作能力得到充分发挥。§5-6螺栓组连接的设计讨论：受拉螺栓：受剪螺栓：螺栓组合设计原则：①结构允许时ri↑，螺栓受力F0↓Fmax↓；各个螺栓的工作能力得到充分发挥，如图示方案三。§5-6螺栓组连接的设计再如：联轴器的法兰盖，各螺栓：r1＝r2＝ri…＝常数②当ri=ｒ＝常数时受拉螺栓：受剪螺栓：方案一

方案三方案二3．受轴向载荷的螺栓组连接特点：轴向总载荷FΣ作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：

通常，各个螺栓在安装时还承受预紧力F0的作用，当连接要求有保证密封的残余预紧力为F1时，则每个螺栓所承受的总载荷F2为。F2=F1+F

强度条件：§5-6螺栓组连接的设计注意：①当所受轴向力F∑不通过形心时，应向形心简化后，再计算。②必要时还可以验算残余预紧力：4．受倾覆力矩（翻转力矩）M的螺栓组连接

§5-6螺栓组连接的设计①倾覆力矩M作用在连接接合面的一个垂直对称平面(x-x)内；②底板在承受倾覆力矩之前，各螺栓已均匀拧紧并承受预紧力F0;③底板受M后仍保持为平面、地基与螺栓为弹性体地基底板假设：特点：在M作用下，底板有绕螺栓组对称轴线O-O翻转的趋势。（1）求受力最大螺栓上的工作载荷Fmax作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：静力平衡条件：------（1）F0F0F0F0o

o

1

2

FmF

F1mF2mMF1F2LiLi

在倾覆力矩作用前，螺栓和地基的工作点都处于A点，各螺栓受相同预紧力F0。在倾覆力矩作用后，在轴线O-O左侧，∵螺栓拉力增加地基压力减小，∴螺栓与地基的工作点分别移至B1

和C1

，两者作用在底板上的合力为F，方向朝下。

F与Fm对称作用于0-0两侧，形成一力偶，其力偶矩与倾覆力矩M平衡。------（1）螺栓地基

在轴线O-O右侧，∵螺栓拉力减小地基压力增加，∴螺栓与地基的工作点分别移至B2

和C2，两者作用在底板上的合力为

Fm

,方向朝上。§5-6螺栓组连接的设计底板地基螺纹连接组的设计11

由此可以求出最大工作载荷：变形协调条件：拉伸变形:iLi拉伸刚度----受力最大螺栓的中心到翻转轴线(点到线)的距离。----第i个螺栓的中心到翻转轴线(点到线)的距离。------（2）------（1）§5-6螺栓组连接的设计螺纹连接组的设计12(2)求螺栓的总拉力：螺栓不拉断的强度条件：讨论：设计时，如何布置螺栓更合理？——远离对称轴线Li↑→Fmax↓

§5-6螺栓组连接的设计（3）分析接合面间的受力接合面间的挤压应力F0引起：PM引起：Pmax

总挤压应力Pmin

Pmax因加载M而在地基接合面上产生的附加挤压应力的最大值F0引起的挤压应力§5-6螺栓组连接的设计M引起的力的变化包括两部分，一是

地基的、二是螺栓的，两者的分配比

例与它们的刚度大小成正比。即为地基的。称为地基的相对刚度，对于刚度大的地基来说，螺栓的刚度较小A——底板与地基之间的受压面积最大挤压应力σmax发生在底板的右侧边缘

最小挤压应力σmin发生在底板的左侧边缘实际应用中的螺栓组连接可以转化为上述四种状态的不同组合：分别计算迭加普通螺栓连接横向载荷和旋转力矩轴向载荷和翻转力矩强度计算§5-6螺栓组连接的设计连接接合面材料的许用挤压应力[P]见表5-6。

为防止结合面受压最大处(右侧)被压碎或受压最小处(左侧)出现间隙，要求：-----不压溃的条件------不离缝的条件接合面间的挤压应力Pmin

Pmax总挤压应力M引起：Pmax

F0引起：P

国家标准规定螺纹连接件按材料的力学性能分出等级。一、螺纹连接件材料性能等级

§5-7螺纹连接件的材料及许用应力螺栓、螺柱、螺钉的强度级别为10级：3.64.64.85.65.86.88.89.810.912.9

例如：5.6级螺母的强度级别为7级：456891012注意：选用螺母的性能等级应不低于与其相配螺栓的性能等级。二、螺纹连接件的许用应力1．螺纹连接件的许用拉应力2．螺纹连接件的许用剪应力和许用挤压应力3．螺纹连接件的安全系数表5-10（被连接件为钢）（被连接件为铸铁）§5-7螺纹连接件的材料及许用应力螺纹连接组的设计14螺栓类别螺栓连接强度计算小结普通螺栓（受拉螺栓）单个螺栓受力强度条件预紧力F0=0松螺栓轴向载荷轴向力F紧螺栓连接横向载荷转矩F0------预紧力轴向载荷总拉力静强度疲劳强度倾覆力矩铰制孔螺栓（受剪螺栓）横向载荷转矩被连接件强度例1：图示一钢制底板用两个普通螺栓固定在钢制地基上。已知F=4KN,底板与地基之间的摩擦系数

f=0.3,螺栓的相对刚度Cb/(Cb+Cm)=0.2，防滑系数Ks=1.2，其他尺寸如图示，螺栓的许用应力，试计算所需用螺栓的小径d1。LXY底板地基12120170170AA向21F地基典型例题3解：1、将F向形心及结合面简化FX

FY

2、在FX的作用下不滑移3、螺栓所受的总拉力F24、计算螺栓的小径例2：图示机架A上用两个普通螺栓固定一杠杆B。在杆的两端各作用一垂直力FP，两者方向相反，在杆的中心作用一垂直力FQ=2KN,已知杠杆与机架结合面之间的摩擦系数

f=0.2,防滑系数Ks=1.2,螺栓的相对刚度Cb/(Cb+Cm)=0.4,每个螺栓的预紧力F0=9KN（结合面的抗压强度足够），螺栓的许用应力，试求力FP和螺栓的小径d1。

典型例题4解：140例题1-1典型例题1例3：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数f=0.5,[P]=2MP，螺栓采用强度级别为4.6级的Q235钢，Ks

=1.2，试设计此螺栓连接。解：螺栓受力分析将Q力向接合面形心O简化QxQyM轴向力Qx=Qcos45º=6010N横向力Qy=Qsin45º=6010N

倾覆力矩M=L·Qy=300520Nmm单个螺栓的轴向工作载荷分析(最上部螺栓的工作载荷最大为Fmax)在Qx作用下每个螺栓的轴向载荷为：在M作用下最上部螺栓的轴向载荷为：该螺栓组连接受横向力QY、轴向力Qx和倾覆力矩M三种载荷的共同作用。例题1-2典型例题1例1：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数f=0.5,[P]=2MP，螺栓采用强度级别为4.6级的Q235钢,Ks=1.2,试设计此螺栓连接。解：失效形式分析在Qx、M的作用下，接合面上部离缝，因此要求：

Pmin>0(不松)QxQyM在F0、Qx、M的作用下，接合面下部压溃，因此要求：

Pmax[P]（不碎）在横向载荷Qy作用下，托架下滑，因此要求：在F2的作用下，螺栓被拉断或塑性变形，因此要求：（不断）（不滑）F1为仅考虑QX时的残余预紧力M使底板接合面间的压力在翻转轴线上下以同样大小减小和增加，

所以M对接合面间的总压力大小无影响，对接合面间的摩擦力大小无影响。例题1-3典型例题1例1：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数f=0.5,[P]=2MP，螺栓采用强度级别为4.6级的Q235钢，Ks=1.2，试设计此螺栓连接。解：确定单个螺栓的预紧力F0按不离缝确定F0

，要求：Pmin>0QxQyM注意：为仅考虑Qx的残余预紧力例题1-4典型例题1例1：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数f=0.5,[P]=2MP，螺栓采用强度级别为4.6级的Q235钢，Ks=1.2，试设计此螺栓连接。解：QxQyM可取：综合，按不下滑确定F0

，要求：按不压溃确定F0

，要求Pmax[P]典型例题1例1：已知：图示支承尺寸及载荷，支座与墙面的摩擦系数f=0.5,[P]=2MP，螺栓采用强度级别为4.6级的Q235钢，Ks=1.2，试设计此螺栓连接。查手册，取M10（d=10mm，d1=8.376mm)，F0=4808N。控制预紧力，由表5-10，S=1.5，则：螺栓为4.6级Q235钢，B=400MP，S=240MP。确定螺栓直径

确定螺栓的最大工作载荷Fmax和总作用力F2

解：典型例题1讨论：1本题螺栓组连接需要满足四个条件：①不断：②不滑：③不松：④不碎：D=150r=60D=150r=60讨论：2典型例题1典型例题2例4：已知：=12mm，1=30mm，螺栓为Q235钢4.6级，[]=96MP，铸铁架[P1]=100MP，钢板[P2]=320MP，f=0.15，F=12KN，L=400mm，a=100mm，Ks=1.2；试问：1）图示A、B方案，哪个合理？2）取合理方案，用受拉螺栓和受剪螺栓连接，哪一种螺栓连接合理？解：将力F向形心O简化F=12KNT=F·L=4800Nm

T在每个螺栓中心处引起的横向力为FT

A)TFB)A)方案较合理。螺栓组受横向力F和旋转力矩T的

共同作用,

F在每个螺栓中心处引起的横向力为FFA方案受力最大的螺栓是1和2B方案受力最大的螺栓是1例题2-2典型例题2取A)方案计算采用受拉螺栓FmaxA螺栓强度级别为4.6，S=240MP不控制预紧力，先试算：假设d=30mm，由表5-10，S=2.5与假设相差较大，再设d=42mm，S=2.3选用M42的螺栓（d1=37.129mm)。例题2-3FmaxA采用受剪螺栓典型例题2按剪切强度计算直径，校核挤压强度取M12的螺栓,dS=13mm,l0=22，l=35~180mm(5进位）301222l=?取l=60mmLminLmin=60-22-30=8mmdsdl0ll=65mm，可否？

若被连接件均为铸铁，则上板被压溃，怎么办？d121234O2a2aLF钢板铸铁取M12的螺栓，dS=13mm，l0=22mm，l=35~180mm(5进位）取l=60mmh=60-22-30=8mmd301222l=?hl=65mm，可否？若被连接件均为铸铁，则上板被压溃，怎么办？Fmax23=1001269

典型例题2d12提高螺纹连接强度的措施1§5-8提高螺纹连接强度的措施

以螺栓连接为例，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高连接系统的可靠性。影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓强度。改善螺纹牙上载荷分布不均的现象降低影响螺栓疲劳强度的应力幅减小应力集中的影响采用合理的制造工艺分析

分析

分析

一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅σa当轴向工作载荷变化范围为：0~F螺栓的总拉力的变化范围为：F0~F2

在保持预紧力F0不变的条件下，减小Cb，增大Cm，均可减小总拉力F2的变化范围，减小应力幅。但是在F0给定的条件下，减小Cb，增大Cm，都将引起残余预紧力减小，从而降低了连接的紧密性。所以，应：1、减小螺栓刚度Cb

；2、增大被连接件刚度Cm；3、适当增大预紧力F0

§5-8提高螺纹连接强度的措施§5-8提高螺纹连接强度的措施1、降低螺栓刚度Cb

适当增大预紧力F0

具体措施：1）采用柔性结构的螺栓；2）适当增加螺栓长度；3）在螺母下安装弹性元件0.8d

d

0.7dd

b

b′F0F0′F2

柔性螺栓a）有密封要求时，采用金属薄垫片；b）或者采用O形密封圈。具体措施:§5-8提高螺纹连接强度的措施2、提高被联件刚度Cm

适当增大预紧力F0

m′F2

F0′F0m1）不宜采用刚度小的垫片2）增加被连件的厚度§5-8提高螺纹连接强度的措施3、降低螺栓刚度Cb

、提高被联件刚度Cm、适当增大预紧力F0

在保证总载荷F2和残余预紧力F1不变的前提下：降低螺栓刚度Cb提高被联件刚度Cm适当增大预紧力F00

0

F

F

>

¢

C

C

b

b

<

¢

\

C

C

m

m

>

¢

\

即降低应力幅提高了疲劳强度，又使残余预紧力F1不变保证了连接的紧密性。螺母体螺栓杆§5-8提高螺纹连接强度的措施二、改善螺纹牙上载荷分布不均的现象1.机理工作时螺杆受拉，螺距p↑螺母受压，螺距p↓两者变形性质不同产生螺距变化差，但两者螺纹是旋合贴近的，由变形协调条件得知：该螺距变化差主要靠旋合各圈螺纹牙不同的弯剪变形来补偿。第一圈：螺距变化差Δp最大，变形最大、受力最大第8~10圈后几乎不受力各圈受载不均螺栓杆F

螺母体F=F1+F2+F3+F4+F5F1>F2>F3>F4>F5F5/2F4/2F3/2F2/2F1/2F5/2F4/2F3/2F2/2F1/2即各圈螺纹牙弯剪变形不同、受力不同。两者变形不协调§5-8提高螺纹连接强度的措施∴采用加高螺母不能提高连接强度。2.措施采用受拉螺母（变形一致也称变形协调）

——减小螺栓螺母的螺距变化差机械设计措施：

内斜螺母提高螺纹联接强度的措施悬置螺母环槽螺母环槽、内斜提高疲劳强度40%提高疲劳强度30%提高疲劳强度20%§5-8提高螺纹连接强度的措施§5-8提高螺纹连接强度的措施§5-8提高螺纹连接强度的措施螺母体螺栓杆悬置螺母均载原理

采用悬置螺母和环槽螺母后，螺母和螺杆均为拉伸变形，有助于减小两者螺距变化差，使各圈螺纹受载趋于均匀。螺母体F

螺栓杆悬置螺母均载原理支承面不平三、减小应力集中

1.增大过渡圆角2.切制卸载槽r

四、避免或减小附加应力采用凸台或沉孔结构切削加工支承面被连接件变形太大§5-8提高螺纹连接强度的措施机械设计提高螺纹连接强度的措施6五、采用合理的制造工艺1、采用冷墩螺栓头部和滚压螺纹工艺，比车制螺纹提高疲劳强度30~40%。2、采用氮化、氰化、喷丸等强化工艺。原因：1）降低应力集中；2）材料纤维未被切断，金属流线走向合理；3）冷作硬化，表面有残余压应力§5-8提高螺纹连接强度的措施5—1螺纹升角ψ增大，则连接的自锁性

C

，传动的效率

A

；牙型角增大，则连接的自锁性

A，传动的效率

C

。A、提高B、不变C、降低5—2在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是

D。

A、三角形螺纹B、梯形螺纹C、锯齿形螺纹

D、矩形螺纹5—3当两个被连接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常装拆时，往往采用

A。A、双头螺柱连接

B、螺栓连接

C、螺钉连接

D、紧定螺钉连接5—4螺纹连接防松的根本问题在于

C

。A、增加螺纹连接的轴向力B、增加螺纹连接的横向力C、防止螺纹副的相对转动D、增加螺纹连接的刚度5—5对顶螺母为

A

防松，开口销为

B

防松，串联钢丝为

B

防松。A、摩擦B、机械C、不可拆5—6在铰制孔用螺栓连接中，螺栓杆与孔的配合为

B

。

A、间隙配合B、过渡配合C、过盈配合

5—7在承受横向工作载荷或旋转力矩的普通紧螺栓连接中，螺栓杆

C作用。A、受剪切应力B、受拉应力C、受扭转切应力和拉应力D、既可能只受切应力又可能只受拉应力一、选择题5—8受横向工作载荷的普通紧螺栓连接中，依靠

A

来承载。

A、接合面间的摩擦力

B、螺栓的剪切和挤压

C、螺栓的剪切和被连接件的挤压

5—9受横向工作载荷的普通紧螺栓连接中，螺栓所受的载荷为

B

；受横向工作载荷的铰制孔螺栓连接中，螺栓所受的载荷为

A

；受轴向工作载荷的普通松螺栓连接中，螺栓所受的载荷是

A

；受轴向工作载荷的普通紧螺栓连接中，螺栓所受的载荷是

D

。

A、工作载荷

B、预紧力

C、工作载荷+预紧力

D、工作载荷+残余预紧力

E、残余预紧力

5—10受轴向工作载荷的普通紧螺栓连接。假设螺栓的刚度Cb与被连接件的刚度Cm相等，连接的预紧力为F0，要求受载后接合面不分离，当工作载荷F等于预紧力F0时，则

D

。

A、连接件分离，连接失效

B、被连接件即将分离，连接不可靠

C、连接可靠，但不能再继续加载

D、连接可靠，只要螺栓强度足够，工作载荷F还可增加到接近预紧力的两倍

5—11重要的螺栓连接直径不宜小于M12，这是因为

C

。A、要求精度高

B、减少应力集中

C、防止拧紧时过载拧断

D、便于装配

一、选择题5—12紧螺栓连接强度计算时将螺栓所受的轴向拉力乘以1.3，是由于

D

。

A、安全可靠

B、保证足够的预紧力

C、防止松脱

D、计入扭转剪应力

5—13对于工作载荷是轴向变载荷的重要连接，螺栓所受总拉力在F0与F2之间变化，则螺栓的应力变化规律按

C

。

A、r=常数

B、m=常数

C、min=常数

5—14对承受轴向变载荷的普通紧螺栓连接，在限定螺栓总拉力的情况下，提高螺栓疲劳强度的有效措施是B。A、增大螺栓的刚度Cb，减小被连接件的刚度CmB、减小Cb，增大Cm

C、减小Cb和CmD、增大Cb和Cm

5—15有一汽缸盖螺栓连接，若汽缸内气体压力在0—2MPa之间变化，则螺栓中的应力变化规律为C。A、对称循环B、脉动循环C、非对称循环D、非稳定循环

5—16当螺栓的最大总拉力F2和残余预紧力F1不变，只将螺栓由实心变成空心，则螺栓的应力幅a与预紧力F0为

D

。A、a增大，预紧力F0应适当减小B、a增大，预紧力F0应适当增大C、a减小，预紧力F0应适当减小D、a减小，预紧力F0应适当增大5—17螺栓连接螺纹牙间载荷分配不均是由于D。A、螺母太厚B、应力集中C、螺母和螺栓变形大小不同D、螺母和螺栓变形性质不同一、选择题5—18螺栓的材料性能等级为6.8级，则螺栓材料的最小屈服极限近似为

A

。

A、480MPa

B、6MPa

C、8MPa

D、0.8MPa

5—19采用凸台或沉头座作为螺栓头或螺母的支承面，是为了

A

。

A、避免螺栓受弯