第五章螺纹连接

第5章螺纹联接连接综述第5章螺纹联接5.1螺纹联接的主要类型、材料和精度5.2螺栓联接的拧紧和防松5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算5.4螺栓组联接的受力分析5.5提高螺栓联接强度的措施5.6例题第5章螺纹联接原理：利用螺纹零件实现的可拆联接内容：联接的原理和方法单个螺栓：受各类载荷时的设计计算螺栓组：受几种典型载荷按轴向剖面形状（螺纹的牙型）1.螺纹的种类：三角形螺纹：常用于联接，常用于传动，单向受载第5章螺纹联接常用于传动梯形螺纹：锯齿形螺纹：第5章螺纹联接按螺旋线数目分单头螺纹：多头螺纹：按螺旋线绕行方向分左旋右旋（常用）左旋右旋第5章螺纹联接2

螺纹的主要参数大径d小径d1中径d2螺距P导程S升角牙型角a

牙型斜角b第5章螺纹联接第5章螺纹联接大径：与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径（标记用）小径：与外螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径（计算用）中径：一假想圆柱的直径，该圆柱母线上的沟槽和凸起宽度相等。螺距P：相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离。导程S

：同一条螺线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离升角：在圆柱上，螺线切线与垂直于螺线轴线平面间的夹角牙型角a与牙型斜角b：轴向剖面内牙型相邻两侧边的夹角，称为牙型角a，牙型侧边与螺纹轴线垂线间的夹角称为牙型斜角b。5.1螺纹联接的主要类型、材料和精度5.1.1主要类型（表5.1）按工作前拧紧否按受力情况紧联接松联接受拉螺栓受剪螺栓按主要联接件的结构特征，机器中的常见螺纹联接有四种：5.1螺纹联接的主要类型、材料和精度1.螺栓联接5.1螺纹联接的主要类型、材料和精度普通螺栓工作原理：螺栓受以拉力承受外载荷应用：应用于被联接件不太厚的常拆卸处受剪螺栓工作原理侧壁受挤压杆横截面受剪承受外载应用：需精确固定两被联接件的相对位置螺栓联接又分：2.双头螺柱联接工作原理：螺栓受拉力，承受外载5.1螺纹联接的主要类型、材料和精度应用：被联接件较厚，且常拆卸处3.螺钉联接工作原理：螺栓受拉承受外载应用：一被联件较厚，但不常拆卸处5.1螺纹联接的主要类型、材料和精度4.紧定螺钉联接5.1螺纹联接的主要类型、材料和精度工作原理：靠承受外载应用：薄壁件联接5.1螺纹联接的主要类型、材料和精度5.1.2螺纹紧固件的性能等级和材料1.定义：螺栓、双头螺柱、标准化螺钉、螺母、垫圈5.1螺纹联接的主要类型、材料和精度2.性能等级：按机械性能分10级（螺母等级低于螺栓）常用低碳钢和中碳钢变载、冲击用合金钢（特殊场合用有色金属）5.1.3螺纹公差和精度1.公差：内螺纹G、H外螺纹e、f、g、h2.精度：精密中等一般用途粗糙精度要求低5.2螺栓联接的拧紧和防松（以螺栓联接为例，也适于双头螺栓与螺钉联接）5.2.1螺栓联接的拧紧拧紧目的：提高螺栓联接刚性、可靠性、紧密性，防止出现缝隙和相对滑动。1.拧紧力矩和预紧力5.2螺栓联接的拧紧和防松其中式中kt－拧紧力矩系数分析：对于M16~M68粗牙，副间无润滑剂T与有关联，故可由限制T螺纹间摩擦力矩T1支承面处与螺母间摩擦力矩T2图5.1a拧紧力矩T预紧力作用下产生的应力不得超过屈服极限的80%。5.2螺栓联接的拧紧和防松2.拧紧力矩的控制测力矩扳手见图5.8、5.9测力矩扳手：给钢球足够的压紧力定力矩扳手：手柄易变形，而稳定作刻度手柄变形与T成正比扳手伸长量5.2.2

螺栓联接的防松目的：冲击、震动、变化副间急剧下降原理：防止螺旋副间的相对转动。摩擦防松：简便，但不可靠直接防松（机械）:破坏螺纹副：可靠，一次性弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺母开口销带翅垫片止动垫片5.2螺栓联接的拧紧和防松温度变化，材料蠕变联接松脱分类：表5.3其他防松5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算

单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。标准选定螺纹的公称直径（大径）d等。5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算5.3.1

受拉螺栓联接失效：和断裂静载螺纹部分塑性变形变载螺杆疲劳断裂危险截面计算直径：H－牙型三角形高度15％20％65％(5.2)1.受拉松螺栓联接强度条件：拉应力（MPa）,查表5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算式中为松联接螺栓的许用(5.3)2.受拉紧螺栓联接5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算螺栓拉伸应力T1（对于M10～64单头）扭剪应力据第四强度理论（螺栓塑性）或式中为紧联接螺栓的许用拉应力(5.4)(1)仅受预紧力的紧螺栓连接5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算(2)受预紧力和工作拉力的螺栓连接（伸长量）（压缩量）a：螺栓未预紧b：螺栓预紧c：螺栓受工作载荷被联接件不受载螺栓不受载螺栓被联接件（拉力）（伸长量）（压力）（压缩量）螺栓联件（拉力）（压力）螺栓的预紧和受载后螺栓轴向拉力的分析5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算(2)受预紧力和工作拉力的螺栓连接受力分析力力5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算(由螺栓受＋被联件受力)由可得：(5.6)(5.7)式中：相对刚度5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算考虑到补充拧紧：与联接只受预紧力时的（5.9）螺纹力矩相仿，可得此时的螺纹力矩(5.10）5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算力时间OF2F1工作载荷变化变形O力

(3)工作载荷为变载荷5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算5.3.2

受剪螺栓联接5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算1.抗剪切强度条件（5.11）2.挤压强度条件（5.12）5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算5.3.3

许用应力表5.3受拉螺栓静：许用拉应力变载：应力幅表5.4受剪螺栓许用剪应力许用挤压应力例5.1变载螺栓：5.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算5.4螺栓组联接的受力分析假设：（1）被联接件为刚体；（2）各螺栓拉伸或剪切刚度相同；预紧力相同；（3）螺栓应变没有超出弹性范围。四种典型情况：受横向载荷的螺栓组联接受旋转力矩的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接受翻转力矩的螺栓组联接5.4螺栓组联接的受力分析5.4.1受轴向力FQ的螺栓组联接（图5.18）条件：FQ通过螺栓组的对称中心，且平行于螺栓轴线工作载荷（5.13）式中：z－螺栓个数5.4.2受横向力FR的螺栓组联接（图5.16）条件：FR作用线通过螺栓组的对称中心，且垂直于螺栓轴线FRFR5.4螺栓组联接的受力分析1.受拉螺栓组联接（a）（5.14）式中：(a)用受拉螺栓联接2.受剪螺栓组联接（b）5.4螺栓组联接的受力分析螺杆受剪力＋侧壁受挤压条件：各螺栓受载均等（5.15）分析：d可减小；各螺栓受载不均，故z不宜多于6个。(b)用受剪螺栓联接1.受拉螺栓组联接（图6.12b）由力矩平衡（5.16）式中ri－第i螺栓的回旋半径；(b)用受拉螺栓联接5.4螺栓组联接的受力分析5.4.3受旋转力矩T的螺栓组联接(a)联接受旋转力矩T5.4螺栓组联接的受力分析2.受剪螺栓组联接各螺栓受Fs不同（Fs

与位移成由变形协调条件：（甲）将上述两式联立，得：（5.17）(c)用受剪螺栓联接正比）5.4螺栓组联接的受力分析5.4.4受翻转力矩M的螺栓组联接（图5.13）研究地座表面左边：受螺栓拉伸后反力右边：地基压缩后反力1.102.94.75.6M底板受M与阻力矩相等（甲）由变形协调条件：（甲）、（乙）联立，得：5.4螺栓组联接的受力分析（5.18）式中rmax－受Fmax螺栓至0－0之距；

ri－第I螺栓至0－0距离小结（对螺栓而言）相同：F0为F与F的组合不同：FQ时各工作载荷相等，M时各工作载荷不等5.4螺栓组联接的受力分析相同：总载荷仅有F’或Fs不同：FR：各载荷相等（F’或Fs

）T：受拉：各载荷相等F’受剪：各载荷不等Fsmax所以单个螺栓F0M：仅求FmaxFQ：F相等T：F’相等，(Fs不相等）仅求FsmaxFR：F’相等，Fs相等F’或Fs5.4螺栓组联接的受力分析举例：简化至联接：为解得：F’由FQ求得5.5提高螺栓联接强度的措施5.5.1改善螺纹牙间受力分配机理：螺栓受拉：自上而下积累，p逐渐变大螺母受压：自上而下积累，p逐渐变小措施：采用受拉螺母：悬置螺母和环槽螺母采用内斜螺母：最下面几圈易变形采用均载装置：钢丝螺套螺栓p<螺母p

螺母采用有色金属等（E小，变形小）除钢丝螺套，皆采用变形协调条件5.5提高螺栓联接强度的措施内斜螺母环槽螺母悬置螺母5.5.2减小附加应力措施：提高被联件刚度不采用钩头及相应不合理而导致同类结果，

可采用端部反扭。5.5提高螺栓联接强度的措施避免附加弯曲应力5.5提高螺栓联接强度的措施5.5.3减轻应力集中主要在加工和结构处理时考虑5.5提高螺栓联接强度的措施5.5.4降低应力幅通过降低螺栓刚度，提高被联件刚度。措施：作柔性螺栓；提高被联件刚度。减小螺栓刚度的方法a.柔性螺栓b.弹性元件5.5提高螺栓联接强度的措施5.5提高螺栓联接强度的措施增大被联接件刚度的方法a.金属垫片b.密封环5.5.5选择恰当的预紧力并