第四章 螺纹联结

2花键联结3销联结1键联结第4章键接结及螺纹联结4.1键、花键和销联结4螺纹联结的强度计算4.2螺纹联结及联结件3螺纹联结的预紧和防松6螺纹联结的结构设计2螺纹联结1螺纹5螺纹联结件的性能等级及许用应力

4.2螺纹联结及联结件4螺纹联结的强度计算6螺纹联结的结构设计2螺纹联结1螺纹5螺纹联结件的性能等级及许用应力

3螺纹联结的预紧和防松螺纹联接——用螺纹联接件（螺栓，螺钉）将两个以上零件联成一体。联接件螺栓被联接件Dp螺母垫圈4.2螺纹联结及联结件螺纹形成原理1螺纹d2螺旋线——一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹——一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹一、螺纹的主要几何参数d1d2d(1)螺纹牙型(2)直径(5)螺距P和导程S=nPλSPP/2P/2三角形、矩形、梯形螺纹的最大直径为大径，即公称直径，最小的为小径，牙型沟槽和凸起宽度相等时的直径为中经。相邻两牙在中径线上同侧齿廓之间的轴向距离。同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(4)线数n螺纹的螺旋线数。右旋螺纹，左旋螺纹。(3)

旋向三角形（普通螺纹）、矩形、梯形、锯齿形、管螺纹等。60°三角形螺纹30°梯形螺纹30°3°锯齿形螺纹矩形螺纹管螺纹55º属于细牙三角螺纹二、常见螺纹的类型和特点联接：效率低、自锁性好。传动：效率高、自锁性差。单线，用于联接双线或多线，常用于传动粗牙：一般情况下使用。细牙：d相同，p小，λ小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。∴用于变载荷场合。∴联接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹矩形螺纹2、螺纹联接一）螺栓联接——螺栓联接是利用螺栓穿过被联接件的孔，拧上螺母，将被联接件联成一体。其被联接件的孔内不切制螺纹，使用方便。通常用于被联接件不太厚，能从被联接件两边进行装配的场合。一、螺纹联接的类型结构特点：被联接件通孔和螺栓间有间隙，故通孔加工精度要求较低，其结构简单、装拆方便，应用广泛。1.普通螺栓（即受拉螺栓）联接受力特点：联接承受外载荷时，螺栓受拉力作用。eal1孔与螺杆之间留有间隙d螺纹余留长度l1静载荷l1>=(0.3~0.5)d;变载荷l1>=0.75d;螺纹伸出长度a=(0.2~0.3)d；螺栓轴线到边缘的距离e=d+(3~6)mm2.铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）联接结构特点：被联接件孔和螺栓杆之间常采用基孔制过渡配合（H7/m6，H7/n6）。用于要求精确固定被联接件相对位置，并能承受横向载荷，但孔的加工精度要求较高。

受力特点：联接借助螺栓杆承受横向外载荷，螺栓受剪力作用。al1d铰制孔用螺栓的l1

应尽可能小于螺纹伸出长度a，l1≈0;二）双头螺柱联接HH1H2ael1d座端拧入深度H，当螺孔材料为：钢或青铜H=d;铸铁H=(1.25~1.5)d参数l1、e、a与螺栓相同

特点：将螺栓一端旋紧在一被联接件的螺纹孔内，另一端穿过另一被联接件的孔，旋上螺母，从而将被联接件联成一体。应用：用于被联接件之一太厚不便穿孔，且需经常装拆或结构上受限制不能采用螺栓联接的场合。注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制铝合金H=(1.5~2.5)d螺纹孔深度H1=H+(2~2.5)P;钻孔深度H2=H1+(0.5~1)d;特点：螺钉联接不用螺母，而是直接将螺钉拧入被联接件之一的螺纹孔内，从而实现联接。三）螺钉联接应用：用于被联接件之一较厚的场合，不经常装拆联接的场合。注意：被联接件上螺纹孔底部正确绘制。HH1H2el1座端拧入深度H、螺纹孔深度H1、钻孔深度H2与双头螺柱相同。参数l1、e与螺栓相同

特点：紧定螺钉联接，是利用紧定螺钉旋入一零件，并以其末端顶紧另一零件（或该零件的的凹坑内）来固定两零件之间的相互位置。四）紧定螺钉联接应用：可用于传递不大的力及转矩，多用于轴和轴上零件的联接。紧定螺钉二、标准螺纹联接件一）六角头螺栓sedblk六角头螺栓sedl0lkdPl2六角头铰制孔用螺栓d0klbd二）双头螺栓——两端均制有螺纹，两端螺纹可相同（均为粗牙）也可不同（一端为粗牙，另一端为细牙）。三）地脚螺栓——是将机座固定在地基上一种特殊螺栓。地脚螺栓四）螺钉、紧定螺钉——螺钉头部、紧定螺钉末端有多种结构型式锥端平端圆柱端尖锥端紧定螺钉末端结构螺钉头部结构型式外六角头内六角头一字槽沉头十字槽沉头十字槽半圆头一字槽圆柱头五）螺母六角薄螺母六角厚螺母六角槽形螺母圆螺母六）垫圈平垫圈斜垫圈弹簧垫圈圆螺母用带翘垫圈一、螺纹联接的预紧预紧力：大多数螺纹联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。预紧↑联接刚度↑防松能力↑紧密性对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹联接的可靠性、强度和密封均有很大影响。预紧力的大小是通过拧紧力矩来控制的。

注意：对于重要的联接，应尽可能采用>M12的螺栓。3螺纹联接的预紧和防松1、拧紧力矩以螺母分析：T=T1+T2克服螺纹副相对转动的阻力矩螺母支承面上的摩擦阻力矩TD1dd0F’fc—螺母与支承面间的摩擦系数；d2—螺纹中径，mm；F’—预紧力，N；D1、d0—螺母环形端面与被联接件接触面的外径和内径；简化公式：T≈0.2F’

d适用于M10~M68的粗牙螺纹，fv=tanρv=0.15，f=0.15

2、控制T的方法T↑T↓不能满足工作要求控制T的大小拉断、滑扣F

’↑通常螺纹联接拧紧是凭人的经验来决定的，重要螺栓则必须对预紧力进行精确控制。控制方法:1)凭手感经验；2)测力矩扳手；3)定力矩扳手；4)测定螺栓伸长量。测力矩扳手F定力矩扳手采用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力，准确性较差，也不适用于大型的螺栓联接。为此，可以采用测量螺栓伸长量的方法来控制预紧力。二、螺纹联接的防松防松----防止螺旋副相对转动。螺纹联接按自锁条件设计：

λ≤ρv。∴

静载下不会自行松脱。松动原因：冲击、振动、变载荷下温度变化较大时螺旋副摩擦力Ff减小或瞬时消失松动防松的方法：1.摩擦防松（利用附加摩擦力防松）弹簧垫圈开口方向：斜向右下方弹性增压尖端抵住对顶螺母尼龙圈锁紧螺母2.机械防松（采用专门防松元件防松、直接锁住）开口销与槽形螺母利用各种止动零件，以阻止拧紧的螺纹零件产生相对转动。这类防松方法相当可靠，应用很广。圆螺母用止动垫圈潘存云教授研制止动垫圈串联金属丝3.永久防松1~1.5P用冲头冲2～3点冲点防松法粘合法防松涂粘合剂点焊、铆接（用铆钉联接）、黏合、冲点不可拆联接螺栓联接受剪螺栓受拉螺栓松联接：不拧紧，无预紧力F’，仅受工作载荷F紧联接（需拧紧）仅受预紧力F’同时受预紧力F’和工作载荷F螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径(大径)d及螺距P等。4螺栓联接的强度计算一）松螺栓联接螺栓受力工作载荷前，螺栓并不受力工作时受拉力F（由外加载荷产生）FF螺栓危险截面的抗拉强度条件：校核计算式：设计计算式：mm螺栓的公称直径d确定：根据d1查设计手册中普通螺纹基本尺寸，确定螺栓的公称直径d。[σ]—松螺栓联接的许用应力，，MPa；σs为螺栓材料的屈服极限S为松螺栓联接的安全系数，S=1.2~1.7式中：d1—螺栓危险截面直径，即螺纹小径，mm；

公称直径（mm）螺距（p）mm中径（d2）mm小径（d1）mm第一系列第二系列81.257.1886.6471.007.3506.9170.757.5187.188101.59.0268.3761.259.1888.6471.009.3508.9170.759.5139.188121.7510.86310.1061.511.02610.3761.2511.18810.6741.011.35010.917142.012.70111.8351.513.02612.37686.647108.3761210.106普通螺纹基本尺寸（GB196-81）1411.835二）紧螺栓联接1、只受预紧力F’的紧螺栓联接2、受预紧力F’和轴向工作载荷F的紧螺栓联接（略）三、受横向外载荷的螺栓联接（力作用线与螺栓轴线垂直）普通螺栓联接FRFR铰制孔用螺栓联接FRFRdd0可采用两种不同的螺栓联接承受横向外载荷即：普通螺栓（即受拉螺栓）联接铰制孔用螺栓（即受剪螺栓）联接结构特点：螺栓杆与孔间有间隙承载原理：靠被联接件接合面间的摩擦力来承受横向外载荷普通螺栓联接FRFRF'F'螺栓受力：螺栓所受拉力不变，均等于预紧力F'F'F'预紧力F’大小：根据防止被联接件间发生相对滑移所需要的接合面之间的摩擦力Ff来决定。dd0一）采用普通螺栓联接被联接件间不发生相对滑移的条件：其接合面之间的摩擦力必须大于横向载荷，即：式中：

C—可靠性系数，常取C=1.1～1.3；f—接合面间的摩擦系数，对钢与铸铁，取f=0.1~0.15；m—接合面数目；FRFRdd0F'F'm=1FR/2FR/2FR/2m=2z—联接螺栓数。螺栓危险剖面的抗拉强度条件为：MPa校核计算式：设计计算式：1.3意义：考虑拧紧螺母时，螺栓在力矩T作用下，扭剪应力影响，将拉力增大30%。——

紧螺栓联接的许用应力，MPa，——螺栓材料的屈服极限（见表9-4）S紧——紧螺栓联接的安全系数，表9-5材料：一般用途：低碳钢或中碳钢(35~45及Q235~Q275)重要联接：合金钢（40Cr、30CrMnTi）2许用应力：5螺纹联接的材料与许用应力许用拉应力：

已知：不控制QP的紧螺栓联接，易过载。∴设计时应取较大的安全系数。控制预紧力时可取较小的安全系数S。∵显然S，[σ]与d有关。∴设计时，先假设d，进行试算，选取一安全系数进行计算，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。——试算法螺纹联接的材料与许用应力计算螺栓小径时采用试算法来选用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，通常联接接合面的几何形状都设计成：轴对称的简单几何形状。基本原则：圆形圆环形矩形矩形框三角形大多数机械中螺栓都是成组使用的。6螺栓组的结构设计2.螺栓布置应使各螺栓的受力合理FRFRa)对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置８个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；潘存云教授研制潘存云教授研制合理不合理!b)当螺栓联接弯矩或转矩时，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。c)当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗剪零件来承受横向载荷。L要有合理的边距要有合理的间距Dp距离过小