螺纹连接经典--课件

第五章 螺纹连接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5-5 螺栓组连接的设计5-6 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 螺纹连接的防松连接设计连接设计机械系统中的连接有两大类：机械系统中的连接有两大类：动连接：动连接：被联接的零部件之间可以有相对运动的联接；被联接的零部件之间可以有相对运动的联接；静连接：静连接：被联接的零部件之间不允许有相对运动的联接。被联接的零部件之间不允许有相对运动的联接。静联接可分为可拆连接和不可拆连接。静联接可分为可拆连接和不可拆连接。可拆连接：可拆连接：可多次拆装而不影响使用性能。如螺纹联接、可多次拆装而不影响使用性能。如螺纹联接、键联接、销钉联接等；键联接、销钉联接等；不可拆连接：不可拆连接：至少必须毁坏联接中的某一部分才能拆开至少必须毁坏联接中的某一部分才能拆开的联接。常见的有铆接、焊接和胶结等。的联接。常见的有铆接、焊接和胶结等。第五章 螺纹连接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5-5 螺栓组连接的设计5-6 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 螺纹连接的防松螺纹的类型螺纹的类型按回转体的内外表面分：内螺纹、外螺纹按回转体的内外表面分：内螺纹、外螺纹 按螺旋线的绕行方向分：左旋螺纹、右旋螺纹按螺旋线的绕行方向分：左旋螺纹、右旋螺纹 按用途分：联接螺纹、传动螺纹按用途分：联接螺纹、传动螺纹 按形成螺纹的螺旋线数分：单线螺纹、多线螺纹按形成螺纹的螺旋线数分：单线螺纹、多线螺纹 按母体形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹按母体形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹按牙型分：三角形、梯形、矩形、锯齿形螺纹按牙型分：三角形、梯形、矩形、锯齿形螺纹按使用长度单位分：米制螺纹、英制螺纹按使用长度单位分：米制螺纹、英制螺纹 按回转体的内外表面按回转体的内外表面分：螺纹有分：螺纹有外螺纹外螺纹与与内螺纹内螺纹之分，它们共同组成之分，它们共同组成螺旋副螺旋副。外螺纹 内螺纹 外螺纹 内螺纹 按螺纹旋向分按螺纹旋向分：左旋螺纹、右旋螺纹：左旋螺纹、右旋螺纹左旋左旋螺纹螺纹:反扣反扣右旋右旋螺纹螺纹:正扣正扣(常用常用)右旋右旋(常用常用)左旋左旋按用途分按用途分：联接螺纹、传动螺纹：联接螺纹、传动螺纹联接螺纹联接螺纹 传动螺纹传动螺纹 连接用螺纹的当量摩擦角较大，有利于实现可靠连接；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。传动用螺纹的当量摩擦角较小，有利于提高传动的效率。按形成螺纹的螺旋线数分按形成螺纹的螺旋线数分：单线螺纹、多线螺纹单线螺纹、多线螺纹单线螺纹：单线螺纹：S=PS=P多线螺纹：多线螺纹：S S=nP=nP=导程导程螺距螺距螺距螺距 导程导程按母体形状分按母体形状分：圆柱螺纹、圆锥螺纹：圆柱螺纹、圆锥螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹 圆锥螺纹圆锥螺纹 管螺纹管螺纹 圆柱管螺纹圆柱管螺纹按牙型分类螺纹形成原理及主要参数螺纹形成原理及主要参数大径大径d d，D D小径小径d d1 1，D D1 1中径中径d d2 2，D D2 2螺距螺距P P导程导程S S升角升角l l牙型角牙型角a a线数线数n n螺纹工作高度螺纹工作高度h h牙侧角牙侧角o普通螺纹牙基本尺寸普通螺纹牙基本尺寸 每种尺寸的普通螺纹有多种螺距，其中螺距每种尺寸的普通螺纹有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。粗牙粗牙 细牙细牙耐磨性好，耐磨性好，强度高，强度高，应用广。应用广。升角小、小径大、升角小、小径大、自锁性好自锁性好，不耐磨、，不耐磨、易滑扣易滑扣。应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。P d 粗牙粗牙d P 细牙细牙d P 细牙细牙粗牙与细牙粗牙与细牙M202LH5g6gS普通螺纹普通螺纹大径大径d20螺距螺距P2(细牙细牙)短旋合长度短旋合长度顶径公差带代号顶径公差带代号左旋左旋中径公差带代号中径公差带代号标注标注1：标注标注2：Tr4014(P7)7HL梯形螺纹梯形螺纹大径大径D40导程导程14螺距螺距P7线数线数2中径、顶径公差中径、顶径公差带代号带代号长旋合长度长旋合长度右旋右旋第五章 螺纹连接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5-5 螺栓组连接的设计5-6 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 螺纹连接的防松四种基本类型四种基本类型:螺栓联接螺栓联接、双头螺柱联接双头螺柱联接、螺钉联接螺钉联接和和紧定螺钉联接紧定螺钉联接。1.1.螺栓联接螺栓联接螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型o特点和应用：无须在被联接件上切制螺纹。特点和应用：无须在被联接件上切制螺纹。o分为分为受拉螺栓联接受拉螺栓联接和和受剪螺栓联接受剪螺栓联接。普通螺栓联接普通螺栓联接铰制孔螺栓联接铰制孔螺栓联接2.2.双头螺柱联接双头螺柱联接o特点和应用：座端旋入并特点和应用：座端旋入并紧定在被联接件之一的螺紧定在被联接件之一的螺纹孔中，用于受结构限制纹孔中，用于受结构限制而不能用螺栓或而不能用螺栓或经常拆装经常拆装的场合。的场合。双头螺柱安装专用工具双头螺柱安装专用工具1996年获国家专利年获国家专利(专利号专利号:ZL95232266.8)有效地解决了双头螺柱不易装配的有效地解决了双头螺柱不易装配的问题问题,提高工效提高工效68倍倍1.工具体工具体 2.减摩元件减摩元件3.紧定元件紧定元件4.手柄手柄3.3.螺钉联接螺钉联接o特点和应用：不用螺母，特点和应用：不用螺母，而且能有光整的外露表面，而且能有光整的外露表面，应用于与双头螺柱联接相应用于与双头螺柱联接相似，但似，但不宜用于时常装拆不宜用于时常装拆的联接，以免损坏被联接的联接，以免损坏被联接件的螺纹孔。件的螺纹孔。4.4.紧定螺钉联接紧定螺钉联接o特点和应用：旋入被联特点和应用：旋入被联接件之一的螺纹孔中，接件之一的螺纹孔中，其末端顶住另一被联接其末端顶住另一被联接件的表面或顶入相应的件的表面或顶入相应的坑中，以固定两个零件坑中，以固定两个零件的相互位置，并可的相互位置，并可传递传递不大的力或转矩不大的力或转矩。展开式两级圆柱齿轮减速器展开式两级圆柱齿轮减速器连接类型与标准件连接类型与标准件2标准螺纹连接件标准螺纹连接件 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，可以根据有关标准选用。第五章 螺纹连接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5-5 螺栓组连接的设计5-6 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 大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受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，工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加的轴向作这个预加的轴向作用力称为预紧力用力称为预紧力。增强连接的增强连接的可靠性可靠性和和紧密性紧密性，以防止受载后被连接，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。件间出现缝隙或发生相对移动。v 预紧力：预紧力：v 预紧的目的：预紧的目的：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s的80%。v 预紧力的确定原则：螺母受力：螺母受力：T拧紧力矩拧紧力矩T1 螺纹力矩螺纹力矩 T2 承压面力矩承压面力矩 螺母所受转矩螺母所受转矩T=T1+T2 螺栓受力：螺栓受力：T1 螺纹力矩螺纹力矩 T3 承压面力矩承压面力矩 T4 夹持力矩夹持力矩 螺栓所受转矩螺栓所受转矩T1=T3+T4预紧受力分析预紧受力分析拧紧力矩计算拧紧力矩计算对于对于M10M10M68M68的钢制普通的钢制普通粗牙螺纹，无润滑时，约粗牙螺纹，无润滑时，约QQ【补充】斜面机构【补充】斜面机构 对于一般联接，预紧力凭对于一般联接，预紧力凭装配经验装配经验控制；控制；对于重要的联接，可用对于重要的联接，可用测力矩扳手测力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手来控制来控制预紧力预紧力F F0 0的大小。的大小。拧紧力矩控制？拧紧力矩控制？冲击扳手o测量螺栓伸长控制预紧力测量螺栓伸长控制预紧力通过螺母转角控制预紧力通过螺母转角控制预紧力 预紧力预紧力F F0 0与螺母转角与螺母转角的关系的关系 式中：式中：P P螺距；螺距；C Cb b螺栓的刚度；螺栓的刚度；C Cm m被联接件的刚度。被联接件的刚度。潘存云教授研制 第五章 螺纹连接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5-5 螺纹组连接的设计5-6 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 联接用的三角普通螺纹，螺纹升角都较小，在静载荷联接用的三角普通螺纹，螺纹升角都较小，在静载荷作用下，一般都能作用下，一般都能满足自锁条件满足自锁条件。但在。但在冲击、振动或变载冲击、振动或变载荷荷作用下，或当作用下，或当高温或温度变化高温或温度变化很大时，螺旋副间的摩擦很大时，螺旋副间的摩擦力减小或瞬时小时，联接就可能产生自动松脱现象，影响力减小或瞬时小时，联接就可能产生自动松脱现象，影响联接的牢固和紧密，甚至造成严重的事故。联接的牢固和紧密，甚至造成严重的事故。螺纹放松的螺纹放松的根本问题根本问题在于要在于要防止螺旋副的相对运动防止螺旋副的相对运动。常用的常用的防松方法防松方法:摩擦式防松摩擦式防松机械式防松（锁死）机械式防松（锁死）破坏螺旋副关系破坏螺旋副关系螺纹联接的防松螺纹联接的防松弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母自锁螺母自锁螺母开口销开口销止动垫片止动垫片串联钢丝串联钢丝粘合法粘合法焊点法焊点法冲点法冲点法螺栓防盗螺栓防盗防松？防松？第五章 螺纹连接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5-5 螺栓组连接的设计5-6 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 对于受拉螺栓对于受拉螺栓，其，其失效形式失效形式主要是螺纹部分的塑性变形主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂；经常装拆时绘因磨损而发生滑扣，故其和螺杆的疲劳断裂；经常装拆时绘因磨损而发生滑扣，故其设计准则设计准则主要保证螺栓杆有足够的拉伸强度和疲劳强度。主要保证螺栓杆有足够的拉伸强度和疲劳强度。对于受剪螺栓对于受剪螺栓，其，其失效形式失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃；故其杆和孔壁的贴合面被压溃；故其设计准则设计准则应保证被联接件的应保证被联接件的挤压强度和螺栓杆足够的的剪切强度。挤压强度和螺栓杆足够的的剪切强度。螺栓的失效形式和设计准则螺栓的失效形式和设计准则一、一、松螺栓松螺栓连接强度计算连接强度计算二、二、紧螺栓紧螺栓连接强度计算连接强度计算仅受预紧力的紧螺栓连接仅受预紧力的紧螺栓连接 受轴向载荷的紧螺栓连接受轴向载荷的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接 螺栓连接的强度计算主要与连接的装配情况（预紧或不预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。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螺栓连接强度计算的目的是根据强度条件确定螺栓直径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。而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定。校核公式：校核公式：设计公式：设计公式：d d1 1计算出后计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。再按标准查选螺纹的公称直径。松螺栓连接强度计算松螺栓连接强度计算二者在数学上等效，但在工程上不等效。二者在数学上等效，但在工程上不等效。松螺栓连接装配时，螺母不需要拧紧。在承受工松螺栓连接装配时，螺母不需要拧紧。在承受工作载荷之前，螺栓不受力。作载荷之前，螺栓不受力。1.1.仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接 螺栓螺纹部分处于拉伸螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的与扭转的复合应力状态复合应力状态。紧螺栓连接强度计算紧螺栓连接强度计算预紧力引起的预紧力引起的拉应力拉应力：螺纹力矩引起的螺纹力矩引起的扭转切应力扭转切应力：复合应力复合应力强度计算？强度计算？第一强度理论：最大拉应力理论第一强度理论：最大拉应力理论 无论材料处于什么应力状态，只要最大拉应力达到无论材料处于什么应力状态，只要最大拉应力达到极限值，材料就会发生脆性断裂。极限值，材料就会发生脆性断裂。强度条件强度条件:强度条件：强度条件：1 1n n（2 2+3 3）第二强度理论：最大拉应变理论第二强度理论：最大拉应变理论 无论材料处于什么应力状态，只要最大伸长线应变无论材料处于什么应力状态，只要最大伸长线应变达到极限值，材料就发生脆性断裂。达到极限值，材料就发生脆性断裂。【补充】：强度理论【补充】：强度理论 无论材料处于什么应力状态，只要最大剪应力达到无论材料处于什么应力状态，只要最大剪应力达到极限值，就发生屈服破坏。极限值，就发生屈服破坏。第三强度理论：最大剪应力理论第三强度理论：最大剪应力理论 强度条件：强度条件：第四强度理论：畸变能理论第四强度理论：畸变能理论 无论材料处于什么应力状态，只要形状改变比能达无论材料处于什么应力状态，只要形状改变比能达到极限值，就发生屈服破坏。到极限值，就发生屈服破坏。强度条件：强度条件：强度条件中直接与许用应力强度条件中直接与许用应力 比较的量，称为比较的量，称为相当应力相当应力r r适用范围：适用范围：脆性断裂脆性断裂塑性屈服塑性屈服第一、第二强度理论第一、第二强度理论第三、第四强度理论第三、第四强度理论【特例【特例】二向应力状态二向应力状态已知：已知：和和 计算计算:相当应力表达式。相当应力表达式。解：首先确定主应力解：首先确定主应力20第三强度理论第三强度理论（最大剪应力理论）：（最大剪应力理论）：第四强度理论第四强度理论（畸变（畸变能理论）：能理论）：r4=校核公式：校核公式：设计公式：设计公式：根据根据第四强度理论第四强度理论，可求出螺栓危险剖面的当量应力为：，可求出螺栓危险剖面的当量应力为：由此可见，仅受预紧力的螺栓连接在拧紧时虽是同时由此可见，仅受预紧力的螺栓连接在拧紧时虽是同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时可以只按拉伸强承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时可以只按拉伸强度计算，但需度计算，但需将拉力增大将拉力增大30%来考虑扭矩来考虑扭矩的影响。的影响。2.2.同时承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接同时承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接 缸体周围每个螺栓平均缸体周围每个螺栓平均承受的轴向工作载荷为：承受的轴向工作载荷为：在气缸内具有工作介质之前，螺栓受预紧力在气缸内具有工作介质之前，螺栓受预紧力F0，在，在承受工作拉力承受工作拉力F 的作用后，螺栓的总拉力的作用后，螺栓的总拉力F2=?螺栓受力的定性分析螺栓受力的定性分析DlDl螺栓的再伸长量螺栓的再伸长量F F1 1残余预紧力残余预紧力螺栓的预紧过程螺栓的预紧过程螺栓受力的定量分析螺栓受力的定量分析螺栓的加载过程螺栓的加载过程o单个紧螺栓连接单个紧螺栓连接受力变形线图受力变形线图螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算3一部分用于一部分用于抵抗工作载荷；抵抗工作载荷；一部分一部分压紧被连接件。压紧被连接件。（残余预紧力）（残余预紧力）螺栓所受总拉力螺栓所受总拉力螺栓伸长量：螺栓伸长量：l lb b+DlDl被连接件压缩被连接件压缩：l lm m -Dl-Dl变形过程：变形过程：螺栓的总拉力（实际受力）：螺栓的总拉力（实际受力）：为保证连接的紧密性，即为保证连接的紧密性，即在轴向力作用下应能保证被联在轴向力作用下应能保证被联接件的接件的结合面不出现缝隙结合面不出现缝隙，至，至少少应使残余预紧力应使残余预紧力F F1 1 0 0。当工作载荷当工作载荷F F不稳定时，取不稳定时，取有紧密性要求的联接，取有紧密性要求的联接，取当工作载荷当工作载荷F F稳定时，取稳定时，取螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算3则则 为使工作载荷为使工作载荷F F作用后，作用后，连接结合面间有连接结合面间有F F1 1存在，存在，要求要求螺栓连接的预紧力螺栓连接的预紧力为为称为称为螺栓的相对刚度螺栓的相对刚度。垫片类别垫片类别金属垫片或金属垫片或无垫片无垫片皮革垫片皮革垫片铜皮石棉垫铜皮石棉垫片片橡胶垫片橡胶垫片相对刚度相对刚度系数系数0.20.20.30.30.80.80.80.80.90.9 设计设计时，先根据受载情况时，先根据受载情况求出工作拉力求出工作拉力F F，再根据工作，再根据工作要求要求选定残余预紧力选定残余预紧力F F1 1，最后得到总拉力，最后得到总拉力F F2 2。疲劳强度校核：疲劳强度校核：静强度校核：静强度校核：若工作拉力在若工作拉力在0F间变化间变化螺栓受力：螺栓受力：F0F2间变化间变化应力变化规律：应力变化规律：min=C校核公式如式校核公式如式3-24所示所示弯曲疲劳弯曲疲劳强度极限强度极限拉压疲劳拉压疲劳强度极限强度极限（1 1）采用）采用铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓接触表面的接触表面的挤压强度条件挤压强度条件：螺栓杆的螺栓杆的剪切强度条件剪切强度条件：式中：式中：Lmin挤压面最小高度，应使挤压面最小高度，应使Lmin1.25d03.3.承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算2 当承受较大的横向载荷当承受较大的横向载荷F时，由于要求时，由于要求fF0F(f=0.2)，即即F05F，因而需要大幅增加螺栓直径。当有冲击时可靠，因而需要大幅增加螺栓直径。当有冲击时可靠性降低，为减小螺栓直径的增加，可采用减载措施。性降低，为减小螺栓直径的增加，可采用减载措施。（2）采用）采用普通螺栓联接普通螺栓联接要求：要求：最大静摩擦力最大静摩擦力横向载荷横向载荷此时：螺栓轴向拉力过大！此时：螺栓轴向拉力过大！仅靠摩擦力可靠？仅靠摩擦力可靠？o减载零件减载零件此时，连接强度按减载零件的挤压、剪切强度条件计算。此时，连接强度按减载零件的挤压、剪切强度条件计算。第五章 螺纹连接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5-5 螺栓组连接的设计5-6 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 在设计螺栓组连接时，关键是连接的结构设计。它是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。形式。各螺栓之间的距离大小既要保证连接的可靠性又要考虑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。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。大多数机械中螺栓都是成组使用的。螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计 结构设计结构设计目的目的：力求使各螺栓和结合面间受力均匀力求使各螺栓和结合面间受力均匀。要设计成轴对称的几何形状，要设计成轴对称的几何形状，保证连接结合面受力均匀保证连接结合面受力均匀螺栓的布置应使螺栓的受力均匀（螺栓的布置应使螺栓的受力均匀（位置适当位置适当）受倾覆力矩和旋转力矩时受倾覆力矩和旋转力矩时FF螺栓过多，载荷分布过于不均!对于铰制孔用螺栓，承受横向载荷时个数小于对于铰制孔用螺栓，承受横向载荷时个数小于8螺栓排列应有合理的间距、边距（螺栓排列应有合理的间距、边距（间距合理间距合理）为了便于在圆周上钻孔时的为了便于在圆周上钻孔时的分度分度和和画线画线，分布在分布在同已圆周上的螺栓数目应取为偶数。同已圆周上的螺栓数目应取为偶数。o避免螺栓承受附加弯矩避免螺栓承受附加弯矩 受力分析的受力分析的目的目的：受力分析时所作受力分析时所作假设假设：受载后连接接合面仍保持为平面。受载后连接接合面仍保持为平面。螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；螺栓组连接的受力分析螺栓组连接的受力分析所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；根据连接的结构设计和受载情况，根据连接的结构设计和受载情况，找出受力最大的螺找出受力最大的螺栓并求其受力栓并求其受力，以便进行螺栓连接的强度校核计算。，以便进行螺栓连接的强度校核计算。1 1受横向载荷受横向载荷2 2受旋转力矩受旋转力矩3 3受轴向载荷受轴向载荷4 4受翻转力矩受翻转力矩 受力分析的类型受力分析的类型 （1 1）对于）对于铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓连接连接 式中：式中：z z为螺栓数目。为螺栓数目。1 1受横向载荷的螺栓组连接受横向载荷的螺栓组连接每个螺栓所受工作剪力为：每个螺栓所受工作剪力为：工作剪力工作剪力F需同时满足挤压强度条件、剪切强度条件。需同时满足挤压强度条件、剪切强度条件。（2 2）对于）对于普通螺栓普通螺栓连接，按预紧后接合面间所产生的连接，按预紧后接合面间所产生的最大静摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有：最大静摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有：或或其中：其中：K Ks s为为防滑系数防滑系数，设计中可取，设计中可取K Ks=1.11.3s=1.11.3。2 2受转矩（旋转力矩）的螺栓组连接受转矩（旋转力矩）的螺栓组连接（1 1）采用）采用普通螺栓普通螺栓旋转力矩旋转力矩（受拉螺栓）（受拉螺栓）则，各螺栓所需则，各螺栓所需的预紧力为：的预紧力为：（2 2）采用）采用铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓旋转力矩旋转力矩（受剪螺栓）（受剪螺栓）其中受力最大的螺栓其中受力最大的螺栓的工作剪力为：的工作剪力为：【例】联轴器【例】联轴器1）受拉螺栓连接：）受拉螺栓连接：2）受剪螺栓连接：）受剪螺栓连接：（最大值即均值）（最大值即均值）（最小值）（最小值）3 3受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接 总载荷总载荷F F作用线沿作用线沿螺栓轴线并通过螺栓组螺栓轴线并通过螺栓组的对称中心，则每个螺的对称中心，则每个螺栓所受工作载荷为：栓所受工作载荷为：通常，各个螺栓还承受预紧力通常，各个螺栓还承受预紧力F F0 0，当连接保证要有足，当连接保证要有足够的残余预紧力够的残余预紧力F F1 1时，每个螺栓所承受的总载荷时，每个螺栓所承受的总载荷F F2 2为：为：F F2 2=F F1 1+F F4 4受倾覆力矩（翻转力矩）的螺栓组受倾覆力矩（翻转力矩）的螺栓组 作用在底座两侧的作用在底座两侧的合合力矩力矩与倾覆力矩与倾覆力矩M平衡：平衡：由此，最大工作载荷：由此，最大工作载荷：因此，受力最大螺栓的因此，受力最大螺栓的实际载荷实际载荷/拉力拉力：另外，为防止结合面另外，为防止结合面受压最大处被压碎受压最大处被压碎或或受压受压最小处出现间隙最小处出现间隙：由于：由于：得：得：1 1受横向载荷受横向载荷2 2受旋转力矩受旋转力矩3 3受轴向载荷受轴向载荷4 4受翻转力矩受翻转力矩 螺栓组的螺栓组的4 4种受力状态种受力状态 一般说，对一般说，对普通螺栓组普通螺栓组可可按轴向载荷和倾覆力矩确按轴向载荷和倾覆力矩确定其工作拉力定其工作拉力；按横向载荷和转矩确定所需的预紧力按横向载荷和转矩确定所需的预紧力，然后求出螺栓的总拉力。对于然后求出螺栓的总拉力。对于铰制孔螺栓组铰制孔螺栓组则按横向载则按横向载荷或转矩确定螺栓的工作剪力。荷或转矩确定螺栓的工作剪力。第五章 螺纹连接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5-5 螺栓组连接的设计5-6 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 螺纹连接的防松国家标准规定了螺纹连接件的国家标准规定了螺纹连接件的性能等级性能等级。螺栓、螺柱、。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为螺钉的性能等级分为1010级，螺母的性能等级分为级，螺母的性能等级分为7 7级。级。在一般用途的设计中，通常选用在一般用途的设计中，通常选用4.84.8级级左右的螺栓，在左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹连接件，要选用高的性能重要的或有特殊要求设计中的螺纹连接件，要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用等级，如在压力容器中常采用8.88.8级的螺栓。级的螺栓。一、螺纹连接件材料一、螺纹连接件材料【例】性能等级举例【例】性能等级举例性能等级性能等级表示了材料本身的性能表示了材料本身的性能如：6.8Bmin/100=6Bmin=600MPa10(smin/Bmin)=8smin=480MPa低碳钢或中碳钢低碳钢或中碳钢常用的螺纹连接件材料为常用的螺纹连接件材料为Q215Q215、Q235Q235、3535、4545等碳素钢。等碳素钢。当强度要求高时，还可采用合金钢，如当强度要求高时，还可采用合金钢，如15Cr15Cr、40Cr40Cr等。等。二、螺纹连接件的许用应力二、螺纹连接件的许用应力1 1螺纹连接件的许用拉应力螺纹连接件的许用拉应力2 2螺纹连接件的许用剪应力和许用挤压应力螺纹连接件的许用剪应力和许用挤压应力3 3螺纹连接件的安全系数螺纹连接件的安全系数（被连接件为钢）（被连接件为钢）（被连接件为铸铁）（被连接件为铸铁）第五章 螺纹连接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5-5 螺栓组连接的设计5-6 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 螺纹连接的防松以螺栓连接为例，以螺栓连接为例，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高连接系统的可，因此，提高螺栓的强度，将大大提高连接系统的可靠性。靠性。影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面：影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面：改善螺纹牙上的改善螺纹牙上的载荷分布不均载荷分布不均降低影响螺栓降低影响螺栓的应力幅的应力幅减小应力集中减小应力集中的影响的影响采用合理的制采用合理的制造工艺造工艺 受变载荷作用的螺栓，其应力也在一定的幅度内变动，受变载荷作用的螺栓，其应力也在一定的幅度内变动，减小螺栓刚度减小螺栓刚度或或增大被联接件刚度增大被联接件刚度等皆可以使螺栓的应力等皆可以使螺栓的应力变化幅度减小。变化幅度减小。一、降低螺栓的应力幅一、降低螺栓的应力幅措施一措施一：降低螺栓的刚度：降低螺栓的刚度降低螺栓刚度的方法降低螺栓刚度的方法措施二措施二：增大被连接件的刚度：增大被连接件的刚度a.a.金属垫片金属垫片b.b.密封环密封环增大被连接件刚度的方法增大被连接件刚度的方法有问题？有问题？措施三措施三：在前两种措施基础上适当提高预紧力：在前两种措施基础上适当提高预紧力二、改善螺纹牙间的偏载二、改善螺纹牙间的偏载几种均载螺母：几种均载螺母：三、减小应力集中的影响三、减小应力集中的影响四、避免螺栓承受偏心载荷四、避免螺栓承受偏心载荷五、采用合理的制造工艺五、采用合理的制造工艺 冷镦螺栓头部冷镦螺栓头部和和滚压螺纹滚压螺纹，其疲劳强度比车制螺栓约，其疲劳强度比车制螺栓约提高提高3030，热处理后再经滚压的效果更好。，热处理后再经滚压的效果更好。氮化、氰化等热处理措施都能提高螺栓的疲劳强度。氮化、氰化等热处理措施都能提高螺栓的疲劳强度。保持组织结保持组织结构的完整性构的完整性本章小结o单个螺栓的强度计算单个螺栓的强度计算o螺栓组的受力分析螺栓组的受力分析例题例题