Ch03-l-螺紋聯(lián)接

1、第三章第三章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng)螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng) 3-1 螺紋基本知識(shí)螺紋基本知識(shí) 3-3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 3-6 螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng) 3-4 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 3-2 螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算 3-5 螺紋連接的防松螺紋連接的防松 2 連連 接接 機(jī)械動(dòng)連接機(jī)械動(dòng)連接運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副 機(jī)械靜連接機(jī)械靜連接焊接、焊接、 膠接、膠接、 鉚接鉚接 螺紋連接螺紋連接、鍵連接、鍵連接 銷連接等銷連接等 3 一、螺紋的形成一、螺紋的形成 將直角三角形纏繞到直將直角三角形纏繞到直 徑為徑為d d2 2的圓柱上，其斜的圓柱上，其斜

2、 邊在圓柱上形成的螺旋邊在圓柱上形成的螺旋 形體形體螺紋螺紋 螺紋的類型（表螺紋的類型（表3-2） （1 1）按螺紋牙形分）按螺紋牙形分 三角形螺紋三角形螺紋矩形螺紋矩形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋 三角形三角形 螺紋用螺紋用 于聯(lián)接于聯(lián)接 3-1 3-1 螺紋聯(lián)接基本知識(shí)螺紋聯(lián)接基本知識(shí) 4 （2 2）按螺紋旋向分）按螺紋旋向分 將圓柱體將圓柱體 直立判斷：直立判斷： 螺紋右傾螺紋右傾 為右旋，為右旋， 螺紋左傾螺紋左傾 為左旋。為左旋。 右旋右旋 螺紋螺紋 左旋左旋 螺紋螺紋 （3）按螺紋頭數(shù)分）按螺紋頭數(shù)分 單頭單頭多頭多頭 單頭螺紋單頭螺紋 的自鎖性的自鎖性 較好，故較好，

3、故 聯(lián)接螺紋聯(lián)接螺紋 多見(jiàn)單頭多見(jiàn)單頭 螺紋。螺紋。 5 （5 5）按螺紋尺寸基制分）按螺紋尺寸基制分 米制（毫米）米制（毫米） 英制英制 （英寸）（英寸） 主要用于普通公制聯(lián)接用螺紋。主要用于普通公制聯(lián)接用螺紋。 主要用于管螺紋。主要用于管螺紋。 （4 4）按螺紋分布位置分）按螺紋分布位置分 內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋 外螺紋外螺紋 6 （1 1）普通螺紋）普通螺紋 牙型為三角形、用米制表達(dá)尺寸、用于緊固的圓柱形聯(lián)接螺紋。牙型為三角形、用米制表達(dá)尺寸、用于緊固的圓柱形聯(lián)接螺紋。 1 1）大徑）大徑d d： 公稱直徑公稱直徑； 2 2）小徑）小徑d d1 1： 強(qiáng)度計(jì)算用直徑；強(qiáng)度計(jì)算用直徑； 3 3）中徑

4、）中徑d d2 2： 螺紋配合用直徑螺紋配合用直徑； 4 4）螺距）螺距 P P： 中徑線上兩牙之距；中徑線上兩牙之距； 5 5）導(dǎo)程）導(dǎo)程 L L： 同一條螺旋線上兩牙之距；同一條螺旋線上兩牙之距； npL （為螺旋線頭數(shù)）（為螺旋線頭數(shù)） 22 tan d np d L 二、螺紋的主要參數(shù)二、螺紋的主要參數(shù) 6 6）升角）升角 ：螺柱底平面與中徑線上螺旋線切線之間所夾銳角；螺柱底平面與中徑線上螺旋線切線之間所夾銳角； 7 7）牙型角）牙型角 ：螺紋牙型之夾角（螺紋牙型之夾角（ =60=60o o 三角螺紋）； 三角螺紋）； 7 三角形三角形 0 30 （2 2）螺紋特點(diǎn)及應(yīng)用螺紋特點(diǎn)及應(yīng)用

5、: : 矩形矩形 =0 梯形梯形 0 15 cos arctan f f f v vv 螺旋副效率螺旋副效率 v tan tan 螺旋副自鎖條件螺旋副自鎖條件 v 8 同一公稱直徑上根據(jù)螺距不同普通螺同一公稱直徑上根據(jù)螺距不同普通螺 紋可分為：紋可分為： 1 1）普通粗牙螺紋：）普通粗牙螺紋：用于一般聯(lián)接。用于一般聯(lián)接。 2 2）普通細(xì)牙螺紋：）普通細(xì)牙螺紋：用于薄壁零件聯(lián)接。用于薄壁零件聯(lián)接。 三角形螺紋自鎖性好，三角形螺紋自鎖性好，用于連接螺紋用于連接螺紋。 矩形、梯形螺紋傳動(dòng)效率高，矩形、梯形螺紋傳動(dòng)效率高，用于傳動(dòng)用于傳動(dòng)螺螺 紋紋。 9 三三、螺紋的精度、螺紋的精度: : 1 1、普

6、通螺紋的標(biāo)記、普通螺紋的標(biāo)記 螺紋代號(hào)螺紋代號(hào)-公差帶代號(hào)公差帶代號(hào)-旋合長(zhǎng)度代號(hào)旋合長(zhǎng)度代號(hào) M和公稱直徑和公稱直徑 中徑和頂徑中徑和頂徑 公差帶公差帶 S、N、L M105g6gS 螺紋代號(hào)（普通螺紋，公稱直徑為螺紋代號(hào)（普通螺紋，公稱直徑為10mm） 中徑公差帶代號(hào)中徑公差帶代號(hào) 頂徑（大徑）公差帶代號(hào)頂徑（大徑）公差帶代號(hào) 旋合長(zhǎng)度代號(hào)旋合長(zhǎng)度代號(hào) 10 M101 左左6H 螺紋代號(hào)（公稱直徑為螺紋代號(hào)（公稱直徑為10mm，螺距為，螺距為1mm的的 細(xì)牙螺紋，螺紋旋向左旋）細(xì)牙螺紋，螺紋旋向左旋） 中徑和頂徑（小徑）公差帶代號(hào)中徑和頂徑（小徑）公差帶代號(hào) M2025H / 5g6g 內(nèi)

7、螺紋公差帶代號(hào)內(nèi)螺紋公差帶代號(hào) 外螺紋公差帶代號(hào)外螺紋公差帶代號(hào) 示例示例1 1： M 24 GB19681M 24 GB19681 公稱直徑公稱直徑d=24mmd=24mm的普通粗牙螺紋；的普通粗牙螺紋； 示例示例2 2： M 24 M 24 1.5 GB196811.5 GB19681 公稱直徑公稱直徑d=24mmd=24mm，螺距，螺距P=1.5mmP=1.5mm的普通細(xì)牙螺紋；的普通細(xì)牙螺紋； 11 四、螺紋聯(lián)接的基本類型四、螺紋聯(lián)接的基本類型 受拉螺栓聯(lián)接（普通螺栓聯(lián)接）受拉螺栓聯(lián)接（普通螺栓聯(lián)接） 受剪螺栓聯(lián)接（鉸制孔用螺栓聯(lián)接）受剪螺栓聯(lián)接（鉸制孔用螺栓聯(lián)接） 1）螺栓聯(lián)接）螺栓

8、聯(lián)接 2）雙頭螺柱聯(lián)接）雙頭螺柱聯(lián)接 3）螺釘聯(lián)接）螺釘聯(lián)接 4）緊定螺釘聯(lián)接）緊定螺釘聯(lián)接 1、常用標(biāo)準(zhǔn)、常用標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件螺紋聯(lián)接件 （1）螺栓）螺栓 按精度不同分為：按精度不同分為：普通螺栓、精制螺栓普通螺栓、精制螺栓 按頭部形狀分：按頭部形狀分：標(biāo)準(zhǔn)六角頭螺栓、小六角頭螺栓。標(biāo)準(zhǔn)六角頭螺栓、小六角頭螺栓。 12 按直徑特點(diǎn)分為：按直徑特點(diǎn)分為：等徑螺柱、不等徑螺柱等徑螺柱、不等徑螺柱 （2）雙頭螺柱）雙頭螺柱 按螺紋長(zhǎng)度分為：按螺紋長(zhǎng)度分為：兩端螺紋等長(zhǎng)、兩端螺紋不等長(zhǎng)兩端螺紋等長(zhǎng)、兩端螺紋不等長(zhǎng) （3）螺釘）螺釘 主要按頭部形狀分：主要按頭部形狀分：內(nèi)六角頭、六角內(nèi)六角頭、六角 頭、

9、開(kāi)槽圓頭、開(kāi)槽沉頭、開(kāi)槽盤頭、頭、開(kāi)槽圓頭、開(kāi)槽沉頭、開(kāi)槽盤頭、 開(kāi)槽十字頭、滾花頭等；開(kāi)槽十字頭、滾花頭等； 主要按端部形狀分：主要按端部形狀分：錐端、平端、長(zhǎng)錐端、平端、長(zhǎng) 圓柱端、凹端等緊定螺釘。圓柱端、凹端等緊定螺釘。 （4）緊定螺釘）緊定螺釘 13 （5）螺母）螺母 按精度不同分為：按精度不同分為：普通螺母、精制螺母普通螺母、精制螺母 按厚度不同分為：按厚度不同分為：標(biāo)準(zhǔn)螺母、薄螺母、加厚螺母標(biāo)準(zhǔn)螺母、薄螺母、加厚螺母 按功用不同分為：按功用不同分為：一般螺母、防松螺母一般螺母、防松螺母 （6）墊圈）墊圈 按適用場(chǎng)合分為：按適用場(chǎng)合分為： 平墊、薄平墊、斜墊、彈簧墊等。平墊、薄平墊、

10、斜墊、彈簧墊等。 14 2 2、螺紋連接類型、螺紋連接類型 （1 1）螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接 螺栓桿部與被聯(lián)接件孔螺栓桿部與被聯(lián)接件孔 之間有間隙，孔加工精之間有間隙，孔加工精 度要求低；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；度要求低；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 裝拆方便；螺栓受拉力裝拆方便；螺栓受拉力 主要承受軸向載荷；應(yīng)主要承受軸向載荷；應(yīng) 用廣泛。用廣泛。 普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接 螺栓桿部與被聯(lián)接件空螺栓桿部與被聯(lián)接件空 之間為配合關(guān)系，桿孔之間為配合關(guān)系，桿孔 配合精度要求高；螺栓配合精度要求高；螺栓 受剪切、擠壓主要用于受剪切、擠壓主要用于 橫向載荷大的聯(lián)接。橫向載荷大的聯(lián)接。 鉸制孔螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接 15 （2 2）雙頭螺

11、柱聯(lián)接）雙頭螺柱聯(lián)接 雙頭螺柱雙頭螺柱受拉力，主受拉力，主 要適用于被聯(lián)接件之要適用于被聯(lián)接件之 一較厚或必須采用盲一較厚或必須采用盲 孔，且經(jīng)常拆卸的場(chǎng)孔，且經(jīng)常拆卸的場(chǎng) 合，拆卸時(shí)只需擰下合，拆卸時(shí)只需擰下 螺母。螺母。 （3 3）螺釘聯(lián)接）螺釘聯(lián)接 螺釘螺釘受拉力，主要適受拉力，主要適 用于被聯(lián)接件之一較用于被聯(lián)接件之一較 厚或必須采用盲孔，厚或必須采用盲孔， 且不經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。且不經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。 16 （4 4）緊定螺釘緊定螺釘聯(lián)接聯(lián)接 適用于固定兩個(gè)零件間的位置，并可傳遞不適用于固定兩個(gè)零件間的位置，并可傳遞不 大的力或轉(zhuǎn)矩。大的力或轉(zhuǎn)矩。 17 （1 1）螺栓組的布置應(yīng)盡可）螺

12、栓組的布置應(yīng)盡可 能對(duì)稱，以使接合面受力比較能對(duì)稱，以使接合面受力比較 均勻，一般都將接合面設(shè)計(jì)成均勻，一般都將接合面設(shè)計(jì)成 對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀，并應(yīng)使對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀，并應(yīng)使 螺栓組的對(duì)稱中心與接合面的螺栓組的對(duì)稱中心與接合面的 形心重合，如圖所示形心重合，如圖所示. . 原則：合理確定螺栓組的布置形式及接合面的幾原則：合理確定螺栓組的布置形式及接合面的幾 何形狀；使各螺栓受力均勻，便于加工、裝配何形狀；使各螺栓受力均勻，便于加工、裝配 3-2 3-2 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析 一、螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 （2 2）當(dāng)螺栓聯(lián)接承受彎矩

13、和轉(zhuǎn)矩時(shí)，還須將螺）當(dāng)螺栓聯(lián)接承受彎矩和轉(zhuǎn)矩時(shí)，還須將螺 栓盡可能地布置在靠近接合面邊緣，以減少螺栓中栓盡可能地布置在靠近接合面邊緣，以減少螺栓中 的載荷。的載荷。 如果普通螺栓聯(lián)接受較大的橫向載荷，則可用如果普通螺栓聯(lián)接受較大的橫向載荷，則可用 套筒、鍵、銷等零件來(lái)分擔(dān)橫向載荷，以減小套筒、鍵、銷等零件來(lái)分擔(dān)橫向載荷，以減小 螺栓的預(yù)緊力和結(jié)構(gòu)尺寸。螺栓的預(yù)緊力和結(jié)構(gòu)尺寸。 減荷裝置減荷裝置 19 （3 3）螺栓布置要有合理的距離。在布置螺栓時(shí)，螺栓）螺栓布置要有合理的距離。在布置螺栓時(shí)，螺栓 中心線與機(jī)體壁之間、螺栓相互之間的距離，要根據(jù)中心線與機(jī)體壁之間、螺栓相互之間的距離，要根據(jù) 扳手

14、活動(dòng)所需的空間大小來(lái)決定扳手活動(dòng)所需的空間大小來(lái)決定. .如下圖和表如下圖和表3-43-4 扳手空間扳手空間 （4 4）分布在同一圓周上的螺栓數(shù)，應(yīng)取為）分布在同一圓周上的螺栓數(shù)，應(yīng)取為4 4、6 6、 8 8等易于等分的數(shù)目，以便于加工。等易于等分的數(shù)目，以便于加工。 20 目的：求出螺栓組中受力最大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓目的：求出螺栓組中受力最大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓 聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算。 假設(shè)：假設(shè)：（1 1）所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和）所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力預(yù)緊力均相同；（均相同；（2 2） 螺栓的對(duì)稱中心與連接結(jié)合面的形心重合；（螺栓的對(duì)

15、稱中心與連接結(jié)合面的形心重合；（3 3）受載后連）受載后連 接結(jié)合面仍保持為平面接結(jié)合面仍保持為平面；（；（4 4）各螺栓的剛度相同，且螺栓的變）各螺栓的剛度相同，且螺栓的變 形在彈性范圍內(nèi)形在彈性范圍內(nèi)。 二、螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算二、螺栓組聯(lián)接受力分析與計(jì)算 螺栓組聯(lián)接的基本螺栓組聯(lián)接的基本受載類型有四種：受載類型有四種： 3受軸向載荷受軸向載荷 1受橫向載荷受橫向載荷 2受轉(zhuǎn)矩受轉(zhuǎn)矩 4受傾覆力矩受傾覆力矩 21 氣缸螺栓連接圖氣缸螺栓連接圖 D 1 1、受軸向力的緊螺栓組、受軸向力的緊螺栓組 p FP P 單個(gè)螺栓工作拉力單個(gè)螺栓工作拉力 z Dp z P Q 4/ 2 注：如注：如

16、 不通過(guò)螺不通過(guò)螺 栓組的形心，應(yīng)向形栓組的形心，應(yīng)向形 心平移后再計(jì)算。心平移后再計(jì)算。 P 22 2 2、受橫向載荷的螺栓組連接、受橫向載荷的螺栓組連接 鉸制孔鉸制孔用用螺栓連接螺栓連接 RR R Z螺栓的數(shù)目螺栓的數(shù)目 用普通螺栓連接用普通螺栓連接 R/2 R/2 單個(gè)螺栓受剪力單個(gè)螺栓受剪力 z R F 23 用普通螺栓連接用普通螺栓連接 RR mzf RK Q n P 2m P Q P Q fQP 聯(lián)接的不滑移條件聯(lián)接的不滑移條件： RKzmfQ np m m接合面數(shù)目（摩擦工作面）；接合面數(shù)目（摩擦工作面）； Q QP P單個(gè)螺栓預(yù)緊力單個(gè)螺栓預(yù)緊力 K Kn n安全系數(shù)，一般取安

17、全系數(shù)，一般取1.11.11.31.3 24 例：例：Qp p=100N,=100N,z=3,=3,f =0.15, K =1.2求 求F =? =? 不滑移的條件：不滑移的條件： n P K fZmQ F N150 21 43150100 . . F F FKzmfQ np 25 3 3、受扭矩的螺栓組連接、受扭矩的螺栓組連接 a.a.用普通螺栓連接用普通螺栓連接 n i i n P rf TK Q 1 fQP fQP i r T TKfrQ n n i ip 1 聯(lián)接不轉(zhuǎn)動(dòng)的條件聯(lián)接不轉(zhuǎn)動(dòng)的條件： 靠結(jié)合面上的摩擦力承受靠結(jié)合面上的摩擦力承受T 。 26 160 120 T=10Nm,z=

18、6, f =0.15, Kn=1.2求單求單 個(gè)螺栓個(gè)螺栓Q Qp p=?=? r1 r2 r1 =60mm,r2 =100mm NQP7 .307 )1004602(15. 0 1000102 . 1 n i i n P rf TK Q 1 解：不轉(zhuǎn)動(dòng)的條件：解：不轉(zhuǎn)動(dòng)的條件： 27 b.采用鉸制孔螺栓連接采用鉸制孔螺栓連接 i i r F r F max max TrF i n i i 1 又 n i i r Tr F 1 2 max max 則受載最大的螺栓所受剪力則受載最大的螺栓所受剪力 T max r max F i r i F rz T FF max 則 max rr i 當(dāng) 28

19、 160 120 T=10Nm, z=6, 求求Fmax=? =? F1= ?= ? r1 r2 r1 =60mm,r2 =100mm N18.21 1004602 100100010 22 n i i r Tr F 1 2 max max 1 1 max max r F r F N r rF F7 .1260 100 18.21 max 1max 1 29 4 4、受翻轉(zhuǎn)力矩、受翻轉(zhuǎn)力矩M M 的螺栓組連接的螺栓組連接 i i L Q L Q max max 幾何條件： z i ii MLQ 1 平衡條件： z i i L ML Q 1 2 max max 0 M i Q max Q max

20、 L i L 30 例例1：繞軸：繞軸y-y受翻轉(zhuǎn)力矩受翻轉(zhuǎn)力矩 M=10Nm, 求求Q Qmax max=? =? z i i L ML Q 1 2 max max 160 120 y y x x L Lmax=L=80 N25.31 804 80100010 2 若繞軸若繞軸x-x受翻轉(zhuǎn)力矩受翻轉(zhuǎn)力矩 M=10Nm, 求求Q Qmax max=? =? NQ7 .27 606 60100010 2 max 31 3-3 3-3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 一、失效形式一、失效形式 其主要失效形式為：其主要失效形式為： 螺栓被剪斷螺栓被剪斷 孔壁被壓潰孔壁被壓潰 螺栓失效中

21、，螺栓失效中，65%的斷裂發(fā)生在螺母和被聯(lián)接件的接合處。的斷裂發(fā)生在螺母和被聯(lián)接件的接合處。 65% 20%15% 二、受拉螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算二、受拉螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 受拉螺栓聯(lián)接受拉螺栓聯(lián)接 松聯(lián)接：不預(yù)緊的。松聯(lián)接：不預(yù)緊的。 緊聯(lián)接：預(yù)緊的。緊聯(lián)接：預(yù)緊的。 受拉螺栓的失效形式主受拉螺栓的失效形式主要是：要是： 螺紋部分的塑性變形。螺紋部分的塑性變形。 螺桿的疲勞斷裂。螺桿的疲勞斷裂。 32 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 1. 松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算（不預(yù)緊）（不預(yù)緊） 松螺栓松螺栓聯(lián)接裝配時(shí)不需要把螺聯(lián)接裝配時(shí)不需要把螺 母擰緊，在承受工作載荷前，母擰緊，在承受工作載荷前

22、， 除有關(guān)零件的自重外，聯(lián)接并除有關(guān)零件的自重外，聯(lián)接并 不受力。不受力。 工作中，松螺栓只受工作中，松螺栓只受工作拉力工作拉力 F 。 4/ 2 1 d Q 強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件為： 設(shè)計(jì)式設(shè)計(jì)式為： 1 d Q4 式中：d1螺栓小徑（mm）； 螺栓的許用拉應(yīng)力（Mpa)。 注：對(duì)鋼制螺栓 ,屈服極限、安全系數(shù)見(jiàn)表格。 S s Q Q Q Q 33 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 2. 2. 緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 （1 1）僅受預(yù)緊力）僅受預(yù)緊力 Q Qp p的緊螺栓聯(lián)接橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接橫向載荷 這種聯(lián)接在擰緊的瞬間最危險(xiǎn)，這種聯(lián)接在擰緊的瞬間最危險(xiǎn)， 此時(shí)：此時(shí)： 4/ 2 1

23、 d Qp Q Qp p引起的拉應(yīng)力：引起的拉應(yīng)力： 此外，還有擰緊力矩此外，還有擰緊力矩 M 引起的引起的 切應(yīng)力切應(yīng)力 。經(jīng)分析推導(dǎo)可知： 5 . 0 按按第四強(qiáng)度理論第四強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力，則計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力，則 3 . 1)5 . 0(33 2222 e p Q p Q F F 34 強(qiáng)度條件為強(qiáng)度條件為： 4 3 . 1 2 1 d Qp ca 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 設(shè)計(jì)式為設(shè)計(jì)式為： p Q d 3 . 14 1 1.1.3 3系數(shù)是考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響系數(shù)是考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響 時(shí)，當(dāng)2 . 0 ,fFQf P FQP5 減載銷減載銷( (圖圖3-7a)3-7a) 減載套筒減載套

24、筒( (圖圖3-7b)3-7b) 減載鍵減載鍵( (圖圖3-7c3-7c) ) 35 F F 例例2 2：普通螺栓連接，：普通螺栓連接，3 3個(gè)螺栓個(gè)螺栓,=200MPa,=200MPa,f =0.15, Kn=1.2,F=15000N,求所需螺栓的直徑求所需螺栓的直徑d1？ 2315. 0 150002 . 1 =20 000N fzm FK Q n p 解：解：不發(fā)生滑移的條件：不發(fā)生滑移的條件： 2)2)強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： p Q d 43 . 1 1 200 2000043 . 1 =12.86mm M16 d1=13.835mm 查標(biāo)準(zhǔn)查標(biāo)準(zhǔn) 36 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 （2 2

25、）承受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接）承受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接 雖然，這種螺栓是在受預(yù)緊力雖然，這種螺栓是在受預(yù)緊力 Qp的基礎(chǔ)上，又受的基礎(chǔ)上，又受工作拉力工作拉力Q。但。但 是，是，螺栓的總拉力螺栓的總拉力 QQQ p 0 p 氣缸螺栓連接圖氣缸螺栓連接圖 D Q P Q z Dp Q 4/ 2 預(yù)緊力預(yù)緊力QpQp 單個(gè)螺栓工作拉力單個(gè)螺栓工作拉力Q Q： 37 L T L T P Q 預(yù)緊時(shí)預(yù)緊時(shí)受工作載荷后受工作載荷后 )( 0LL Q )( TTp Q Qp殘余預(yù)緊力殘余預(yù)緊力 螺栓：螺栓： 被聯(lián)接件被聯(lián)接件： Tp Q Q 0 Q Q P Q 螺栓的總拉力為螺栓的總拉力為 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)

26、度計(jì)算 a L QQQp 0 Qp P Q P Q P Q Q 0 Q 0 Q P Q P Q 38 可用載荷變形圖分析各力之間的關(guān)系。可用載荷變形圖分析各力之間的關(guān)系。 螺栓的剛度螺栓的剛度 ： CL 被聯(lián)接件的剛度被聯(lián)接件的剛度：CT T T 力 變形 L P Q 力 變形 o 力 變形 o P Q Q 0 Q T T L b P Q LL Ctan TT Ctan Q CC C Q TL L L 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 L L 變形協(xié)調(diào)條件：變形協(xié)調(diào)條件： 螺栓總拉力：螺栓總拉力： TL ）（193 0 p QQQ 39 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 注注（1 1）為保證工作安全，必須）為保證

27、工作安全，必須Q Qp p O,O,工程上一般取工程上一般取 ： 工作載荷工作載荷Q Q穩(wěn)定時(shí)：穩(wěn)定時(shí)： 工作載荷工作載荷Q Q不穩(wěn)定時(shí)：不穩(wěn)定時(shí)： 有密封要求時(shí)：有密封要求時(shí)： QQ QQ QQ p p p )8 . 15 . 1 ( )0 . 16 . 0( )6 . 02 . 0( 令 TL L CC C K L ，稱為螺栓的稱為螺栓的相對(duì)剛度相對(duì)剛度 )233( 0 QKQQ CC C QQ Q CC C QQQ CC C QQ Lp TL L p TL T pp TL T pp ，經(jīng)整理得： 40 TL L PLPLPP CC C QQKQQQQQQQ 0 討論：討論： ） 最不利的

28、情況最不利的情況 ) 1( 0 LPTL KQQQCC ) 0( 0 LPTL KQQCC） 最理想的情況最理想的情況 ）不允許的情況）不允許的情況有縫隙存在，漏氣有縫隙存在，漏氣 QKQQ LpP )1 ( 0即 ）降低螺栓受力的措施）降低螺栓受力的措施： a) a) 必須采用剛度小螺栓（空心、加長(zhǎng)、細(xì)頸）必須采用剛度小螺栓（空心、加長(zhǎng)、細(xì)頸） b) b) 加硬墊片或直接擰在凸緣上均可提高強(qiáng)度加硬墊片或直接擰在凸緣上均可提高強(qiáng)度 ）為聯(lián)接緊密、不漏氣，）為聯(lián)接緊密、不漏氣，要求要求 LpP KQQQ1 0 即 41 QQQ QQQ P P 0 0 6 6）計(jì)算時(shí)可根據(jù)已知條件選擇）計(jì)算時(shí)可根

29、據(jù)已知條件選擇其一其一進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行計(jì)算 a a）軸向靜力緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算）軸向靜力緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 靜力靜力Q不變，不變，Q為靜力，但考慮補(bǔ)充擰緊為靜力，但考慮補(bǔ)充擰緊防斷防斷 強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式： 4 3 .1 2 1 0 d Q ca 43.1 1 d 設(shè)計(jì)公式設(shè)計(jì)公式： b b）軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算）軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 分析：當(dāng)工作載荷，由分析：當(dāng)工作載荷，由0Q 2 1 0 max0 4 d Q Q 螺栓總載，由螺栓總載，由QpQ0 QP 2 1 min 4 d Q Q P p 部分載荷，由部分載荷，由0Q Q0 2 1 2 1 2 4 1 2/ 2

30、d QK d QQ L a 42 7)7)當(dāng)驗(yàn)算不滿足時(shí)當(dāng)驗(yàn)算不滿足時(shí)措施措施： a dd 1 b) 最好改善結(jié)構(gòu)、降低應(yīng)力集中。包括：工藝、結(jié)構(gòu)、制最好改善結(jié)構(gòu)、降低應(yīng)力集中。包括：工藝、結(jié)構(gòu)、制 造、造、C CT TCCL L，適當(dāng)提高，適當(dāng)提高Q QP P等綜合措施等綜合措施 a) 例例3:圖示氣缸蓋用圖示氣缸蓋用6個(gè)普通螺栓連接個(gè)普通螺栓連接,已知?dú)飧讐毫σ阎獨(dú)飧讐毫=2MPa， D=80mm,取取 試求試求: 1、螺栓小徑、螺栓小徑d1；2、安裝時(shí)預(yù)緊力、安裝時(shí)預(yù)緊力 （F-工作拉力）工作拉力） ,2,5 . 1 LTP CCQQ ? P Q ,MPa160 p D 43 解：解：

31、1、求工作拉力、求工作拉力Q N D p Z Q Q 1674 6 4 80 2 6 4 22 2、求總拉力、求總拉力Q0 NQ QQQQQ p 41855 . 2 5 . 1 0 D Q Q p 44 3、求螺栓小徑、求螺栓小徑 4、求螺栓的預(yù)緊力、求螺栓的預(yù)緊力 P Q mm Q d 58. 6 160 418543 . 143 . 1 0 1 N Q CC C QQ TL L P 3627 1674 3 1 4185 0 NQQP25115 . 1 45 min 0 d 三三、受剪螺栓連接、受剪螺栓連接的的 p s p d F min0 4/ 2 0 dm F 剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度 失效形式

32、失效形式： 螺栓剪斷螺栓剪斷 接觸表面壓潰接觸表面壓潰 擠壓強(qiáng)度擠壓強(qiáng)度 d d0 0桿抗剪面直徑桿抗剪面直徑 mm抗剪面數(shù)目抗剪面數(shù)目 許用剪許用剪應(yīng)力應(yīng)力 pp - -螺栓或孔壁較弱的材料螺栓或孔壁較弱的材料 46 四四、螺栓材料與許用應(yīng)力計(jì)算、螺栓材料與許用應(yīng)力計(jì)算 1 1、材料、材料 螺母、螺栓強(qiáng)度級(jí)別螺母、螺栓強(qiáng)度級(jí)別： 1 1）根據(jù)機(jī)械性能，把栓母分級(jí)并以數(shù)字表示，此乃強(qiáng)度級(jí)別）根據(jù)機(jī)械性能，把栓母分級(jí)并以數(shù)字表示，此乃強(qiáng)度級(jí)別 2 2）所依據(jù)機(jī)械性能為抗拉強(qiáng)度極限）所依據(jù)機(jī)械性能為抗拉強(qiáng)度極限bmin和屈服極限和屈服極限Smin 螺栓級(jí)別螺栓級(jí)別: 帶點(diǎn)數(shù)字表示帶點(diǎn)數(shù)字表示 ，

33、點(diǎn)前數(shù)字為點(diǎn)前數(shù)字為 100/ minb 點(diǎn)后數(shù)字為點(diǎn)后數(shù)字為）（ minmin /10 bs 螺母級(jí)別螺母級(jí)別: : 100/ minb 注意：選擇對(duì)螺母的強(qiáng)度級(jí)別應(yīng)低于螺栓材料的強(qiáng)度級(jí)別，螺母的注意：選擇對(duì)螺母的強(qiáng)度級(jí)別應(yīng)低于螺栓材料的強(qiáng)度級(jí)別，螺母的 硬度稍低于螺栓的硬度（均低于硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB） 47 48 2 2、許用應(yīng)力、許用應(yīng)力 許用拉應(yīng)力許用拉應(yīng)力： S S 已知：不控制已知：不控制QP的緊螺栓聯(lián)接，易過(guò)載。的緊螺栓聯(lián)接，易過(guò)載。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取較大的安全系數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取較大的安全系數(shù)?？刂祁A(yù)緊力時(shí)可取較小的安?？刂祁A(yù)緊力時(shí)可取較小的安 全系數(shù)全系數(shù)S。 顯然

34、顯然S、與與d 有關(guān)。有關(guān)。 設(shè)計(jì)時(shí)，先假設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)，先假設(shè)d，進(jìn)行試算，選取一安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)行試算，選取一安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算 ，計(jì)算結(jié)果與估計(jì)直徑相比較，如在原先估計(jì)直徑所屬，計(jì)算結(jié)果與估計(jì)直徑相比較，如在原先估計(jì)直徑所屬 范圍內(nèi)即可，否則需重新進(jìn)行估算。范圍內(nèi)即可，否則需重新進(jìn)行估算。試算法試算法 49 機(jī)理機(jī)理: : 工作時(shí)，工作時(shí)， 螺栓受拉，螺栓受拉，pp 螺母受壓，螺母受壓，pp 兩者產(chǎn)生螺距差兩者產(chǎn)生螺距差 一、改善螺紋牙間受力分配一、改善螺紋牙間受力分配 第一圈：第一圈：pp最大，受力最大最大，受力最大 第第810810圈后幾乎不受力圈后幾乎不受力 各圈受載不均各圈受載不均

35、3-43-4 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 P:P:螺距螺距 50 采用加高螺母不能采用加高螺母不能 提高聯(lián)接強(qiáng)度。提高聯(lián)接強(qiáng)度。 常用方法（變形一致）常用方法（變形一致） 減小螺栓螺母螺距變化差減小螺栓螺母螺距變化差 51 L C T C 0 Q Q 0 p Q 力力 變形變形 T L p Q Q Q CC C QQ TL L p 0 52 措施：措施： 1 1）螺栓長(zhǎng)度螺栓長(zhǎng)度 2 2）光桿直徑光桿直徑 3 3）采用細(xì)長(zhǎng)）采用細(xì)長(zhǎng)/ /空心螺栓空心螺栓 1 1、降低螺栓剛度降低螺栓剛度c c1 1 1 2 措施：措施：不宜采用剛度小的墊不宜采用剛度小的墊 片片。 53 a)

36、用密封墊片 b)用密封環(huán) 密封墊片密封環(huán) 3 3、減小螺栓剛度、增大被連接件剛度，同時(shí)增加預(yù)緊力、減小螺栓剛度、增大被連接件剛度，同時(shí)增加預(yù)緊力 p Q p Q 0 Q p Q Q 54 三、減輕應(yīng)力集中三、減輕應(yīng)力集中 卸載槽；退刀槽；卸載槽；退刀槽； 增大牙根處過(guò)渡圓角半徑。增大牙根處過(guò)渡圓角半徑。 四、減小附加彎曲應(yīng)力四、減小附加彎曲應(yīng)力 螺紋牙根螺紋牙根 彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力 斷裂斷裂 螺紋孔不正、被聯(lián)件表面不平、螺紋孔不正、被聯(lián)件表面不平、 發(fā)生變形等發(fā)生變形等。 引起附加彎曲應(yīng)力因素：引起附加彎曲應(yīng)力因素： a)螺栓受偏心載荷 e F b)被聯(lián)接件剛度不夠 55 a)采用球面墊圈 抗彎 力偶 e)采用環(huán)腰d)采用沉頭座 b)采用斜墊圈 c)采用凸臺(tái) 措施：墊圈、措施：墊圈、凸臺(tái)、沉孔凸臺(tái)、沉孔等等。 五、采用合理的制造方法五、采用合理的制造方法 1.冷鐓螺栓頭，滾壓螺紋；冷鐓螺栓頭，滾壓螺紋； 2. 采用氮化、氰化、噴丸處理。采用氮化、氰化、噴丸處理。 目的：提高螺栓疲勞強(qiáng)度。目的：提高螺栓疲勞強(qiáng)度。 56 3-5