第2章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動

1、第二篇第二篇 連連 接接 機械設計人員必須熟悉常用的連接方法及連機械設計人員必須熟悉常用的連接方法及連 接件的結構、類型、性能、適用場合，掌握它接件的結構、類型、性能、適用場合，掌握它 們的設計理論或選用方法。們的設計理論或選用方法。 連接對于機器的制造、安裝、維修必不可少。連接對于機器的制造、安裝、維修必不可少。 第二章第二章 螺紋連接螺紋連接 21 螺紋螺紋 22 螺紋連接的類型及標準連接件螺紋連接的類型及標準連接件 23 螺紋連接的預緊螺紋連接的預緊 26 螺紋連接的強度計算螺紋連接的強度計算 27 螺紋連接件的材料及許用應力螺紋連接件的材料及許用應力 28 提高螺紋連接強度的措施提高螺

2、紋連接強度的措施 24 螺紋連接的防松螺紋連接的防松 25 螺栓組連接的設計螺栓組連接的設計 本章主要內容：本章主要內容： 螺紋連接的基本知識；螺紋連接的基本知識； 螺紋連接的預緊和防松；螺紋連接的預緊和防松； 螺栓組的受力分析、失效分析及強度計算方法；螺栓組的受力分析、失效分析及強度計算方法； 4 4 單個螺紋連接的強度計算。單個螺紋連接的強度計算。 本章的重點及難點：本章的重點及難點： 受預緊力和軸向工作載荷的緊螺栓連接強度受預緊力和軸向工作載荷的緊螺栓連接強度 計算，多種受力狀態(tài)下螺栓組連接的設計計算。計算，多種受力狀態(tài)下螺栓組連接的設計計算。 外螺紋外螺紋 內螺紋內螺紋 潘存云教授研制

3、 外螺紋外螺紋 內螺紋內螺紋 螺旋副螺旋副 （一）螺紋的類型和應用（一）螺紋的類型和應用 2 -1 螺螺 紋紋 按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分 右旋螺紋右旋螺紋 左旋螺紋左旋螺紋 右旋右旋左旋左旋 請判斷下列螺紋的旋向？請判斷下列螺紋的旋向？ 左旋左旋 右旋右旋 按螺旋線的數目分按螺旋線的數目分 單線螺紋單線螺紋 多線螺紋多線螺紋 雙線螺紋雙線螺紋單線螺紋單線螺紋 連接螺紋連接螺紋傳動螺紋傳動螺紋 潘存云教授研制 潘存云教授研制 按螺紋作用分按螺紋作用分 連接螺紋連接螺紋 傳動螺紋傳動螺紋 圓柱螺紋圓柱螺紋 圓錐螺紋圓錐螺紋 -用于一般的連接和傳動用于一般的連接和傳動 -主要用于管道連接主要用于

4、管道連接 按母體形狀分按母體形狀分 圓柱螺紋圓柱螺紋 圓錐螺紋圓錐螺紋 按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分 30 3 矩形螺紋矩形螺紋 鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋 梯形螺紋梯形螺紋 30 普通螺紋普通螺紋 60 管螺紋管螺紋 55 按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分 普通螺紋普通螺紋 管螺紋管螺紋 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 用于傳動用于傳動 用于連接用于連接 常用螺紋的類型、特點和應用，見表常用螺紋的類型、特點和應用，見表 5 - 1 中徑中徑 d2 d1d2 d 小徑小徑 d1 （二）螺紋的主要參數（二）螺紋的主要參數 -在標準中定為公稱直徑在標準中定為公稱直徑 大徑大徑 d

5、-強度計算中常作為螺桿危險截面的強度計算中常作為螺桿危險截面的 計算直徑計算直徑 三三 徑徑 -常用于計算螺紋幾何尺寸常用于計算螺紋幾何尺寸 d1d2 d 導程導程（升距）（升距）S （二）螺紋的主要參數（二）螺紋的主要參數 螺距螺距 P S P 二二 距距 n-螺紋的線數螺紋的線數 單線螺紋單線螺紋: S = P 多線螺紋多線螺紋: S = nP d1d2 d S P 牙型角牙型角 牙側角牙側角 d2 S 螺紋升角螺紋升角 二二 角角 tan =d 2 S d2 nP = 中徑中徑 d2 d1d2 d 小徑小徑 d1 導程導程（升距）（升距）S S = nP （二）螺紋的主要參數（匯總）（二

6、）螺紋的主要參數（匯總） h 大徑大徑 d 螺距螺距 P S P 牙型角牙型角 牙側角牙側角 d2 S 螺紋升角螺紋升角 二二 角角 tan =d 2 S d2 nP = 三三 徑徑 二二 距距 線數（頭數）線數（頭數）n -螺紋的螺旋線數目螺紋的螺旋線數目 單線螺紋單線螺紋 自鎖性好自鎖性好 多用于連接多用于連接； 多線螺紋多線螺紋 傳動效率高傳動效率高 多用于傳動。多用于傳動。 為了便于制造，一般螺紋的線數為了便于制造，一般螺紋的線數 n44 引入公式：引入公式： 螺旋副的自鎖條件：螺旋副的自鎖條件： arctan cos arctan vv f f 螺旋副的效率：螺旋副的效率： )tan

7、( tan v tan = d2 nP S d2 = （二）螺紋的主要參數（二）螺紋的主要參數 自鎖性能好，連接可靠自鎖性能好，連接可靠 普通螺紋普通螺紋 細牙細牙 粗牙粗牙 普通螺紋同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺普通螺紋同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺 距最大的稱為距最大的稱為粗牙螺紋粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為，其余的統(tǒng)稱為細牙螺紋細牙螺紋。 （一）基本常識（一）基本常識 1. 螺紋連接螺紋連接-螺紋零件螺紋零件-可拆連接可拆連接 2. 普通螺紋普通螺紋 =30，當量摩擦系數，當量摩擦系數 ，v , f cos =fv 2-2 螺紋連接的類型和標準連接件螺紋連接的類型和標準連接件 arct

8、an cos arctan vv f f 缺點：缺點：不耐磨易滑扣。不耐磨易滑扣。 應用：應用：薄壁零件、受變載荷的連接和微調機構。薄壁零件、受變載荷的連接和微調機構。 P d 粗牙粗牙 d P 細牙細牙 d P 細牙細牙 tg= d2 nP 自鎖性更好、連接更可靠；且螺紋深度自鎖性更好、連接更可靠；且螺紋深度 淺，強度高。淺，強度高。 細牙螺紋細牙螺紋 v P P , ,由于制造簡單，一般連接常用。由于制造簡單，一般連接常用。 p ， ， 優(yōu)點：優(yōu)點： 粗牙螺紋粗牙螺紋 （二）螺紋連接的基本類型（二）螺紋連接的基本類型 1.1.螺栓連接螺栓連接 鉸制孔用螺栓連接鉸制孔用螺栓連接 孔與螺桿之間

9、孔與螺桿之間 留有間隙留有間隙 d0 d d0 普通螺栓連接普通螺栓連接 結構簡單，裝拆結構簡單，裝拆 方便，應用最廣方便，應用最廣 多用于承受橫多用于承受橫 向載荷的場合向載荷的場合 受拉螺栓受拉螺栓 受剪螺栓受剪螺栓 3. 螺釘連接螺釘連接 2. 雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接 d 思考：這兩種連接適用在什么場合？各有何特點？思考：這兩種連接適用在什么場合？各有何特點？ -不宜經常拆卸不宜經常拆卸 -可經常拆裝可經常拆裝 用于盲孔用于盲孔 的連接的連接 （二）螺紋連接的基本類型（二）螺紋連接的基本類型 雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接 螺釘連接螺釘連接 潘存云教授研制 4. 緊定螺釘連接緊定螺釘連接 緊

10、定螺釘緊定螺釘 1. 螺栓連接螺栓連接 2. 螺釘連接螺釘連接 3. 雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接 （二）螺紋連接的基本類型（二）螺紋連接的基本類型 二、二、螺紋緊固件螺紋緊固件 螺栓螺栓 螺螺 紋紋 緊緊 固固 件件 螺栓的結構形式螺栓的結構形式 L L0 d 六角頭六角頭 L d L0 小六角頭小六角頭 d L0 L1 L L1 -座端長度座端長度 L0 -螺母端長度螺母端長度 二、螺紋緊固件二、螺紋緊固件 螺螺 紋紋 緊緊 固固 件件 雙頭螺柱雙頭螺柱 螺栓螺栓 二、二、螺紋緊固件螺紋緊固件 螺螺 紋紋 緊緊 固固 件件 末端末端 結構結構 頭部頭部 結構結構 螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘

11、雙頭螺柱雙頭螺柱 螺栓螺栓 二、二、螺紋緊固件螺紋緊固件 螺螺 紋紋 緊緊 固固 件件 地腳螺栓地腳螺栓 起吊螺釘起吊螺釘 螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘 雙頭螺柱雙頭螺柱 螺栓螺栓 專用螺紋連接專用螺紋連接 T 型螺栓型螺栓 六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母圓螺母圓螺母 二、二、螺紋緊固件螺紋緊固件 螺螺 紋紋 緊緊 固固 件件 用于尺寸受限制之處。 螺母螺母 螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘 雙頭螺柱雙頭螺柱 螺栓螺栓 專用螺紋連接專用螺紋連接 墊圈墊圈 螺母螺母 螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘 雙頭螺柱雙頭螺柱 二、二、螺紋緊固件螺紋緊固件 螺栓螺栓 螺螺 紋紋 緊緊 固

12、固 件件 平墊圈平墊圈 薄平墊圈薄平墊圈 A型平墊圈型平墊圈B型平墊圈型平墊圈 斜墊圈斜墊圈 彈簧墊圈彈簧墊圈 圓螺母用止動墊圈圓螺母用止動墊圈 作用：作用： 增加支撐面積以減增加支撐面積以減 小壓強，避免擰緊螺母小壓強，避免擰緊螺母 擦傷表面、防松。擦傷表面、防松。 專用螺紋連接專用螺紋連接 2-3 螺紋連接的預緊螺紋連接的預緊 預緊力預緊力F0 ：螺紋連接在承受工作載荷之前，預先螺紋連接在承受工作載荷之前，預先 受到的作用力受到的作用力 預緊的目的：預緊的目的：增強連接的可靠性和緊密性，以防止增強連接的可靠性和緊密性，以防止 受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對移動。受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙

13、或發(fā)生相對移動。 預緊力的確定原則：預緊力的確定原則： ( (一一) ) 概述概述 碳素鋼螺栓：碳素鋼螺栓：F0(0.6(0.60.7) s A1 合金鋼螺栓：合金鋼螺栓：F0 (0.5(0.50.6) s A1 A1 -危險截面積，危險截面積， A1 dd2 21 1/4/4 測力矩扳手測力矩扳手 預緊力控制方法預緊力控制方法: : F F 定力矩扳手定力矩扳手 通常螺紋連接擰緊是憑工人的經驗通常螺紋連接擰緊是憑工人的經驗 來決定的，重要螺栓則必須預緊力來決定的，重要螺栓則必須預緊力 進行精確控制。進行精確控制。 L LS S 1)1)憑手感經驗；憑手感經驗； 2)2)測力矩扳手；測力矩扳手

14、； 3)3)定力矩扳手；定力矩扳手； 4)4)測定伸長量。測定伸長量。 L LM M L LS S ( (二二) ) 擰緊力矩擰緊力矩T的計算的計算 T 裝配時，裝配時，F(xiàn)0的大小通過擰緊力矩的大小通過擰緊力矩T來控制。來控制。 F F0 0 d0 d D0 擰緊力矩：擰緊力矩： T 0.2 F 0.2 F0 d 標準扳手長度標準扳手長度 L15 d， 設：擰緊力為設：擰緊力為F ，則，則 T = FL FL= F15 d = 0.2 F F0 dF F0 = 75F 若：若： 擰緊力擰緊力F = 200N 則：則： 預緊力預緊力F0 15000 N 若用這個預緊力擰若用這個預緊力擰M12以下

15、的鋼制螺栓，則很可能以下的鋼制螺栓，則很可能 因過載而被擰斷。因過載而被擰斷。 對于重要的連接，不宜采用對于重要的連接，不宜采用 M12 的螺栓。的螺栓。 T 0.2 F 0.2 F0 d F L d （一）防松的目的（一）防松的目的 思考：連接螺紋一般具有自鎖性，為何還要防松？思考：連接螺紋一般具有自鎖性，為何還要防松？ （二）防松的方法（二）防松的方法 具體方法有三種：具體方法有三種： 2 2-4 螺紋連接的防松螺紋連接的防松 1、摩擦防松：、摩擦防松：雙螺母、彈簧墊圈、自鎖螺母雙螺母、彈簧墊圈、自鎖螺母 2、機械防松：、機械防松：開口銷、止動墊片、串連鋼絲開口銷、止動墊片、串連鋼絲 3、

16、永久防松：、永久防松：焊、粘、沖焊、粘、沖 防松的根本問題防松的根本問題 是防止螺紋副發(fā)生相對轉動是防止螺紋副發(fā)生相對轉動 防松的方法：防松的方法： 1. 利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松 尼龍圈鎖緊螺母尼龍圈鎖緊螺母 彈簧墊圈彈簧墊圈 對頂螺母對頂螺母 防松的根本目的防松的根本目的-防止螺旋副相對轉動防止螺旋副相對轉動 開口銷與六開口銷與六 角開槽螺母角開槽螺母 串連鋼絲串連鋼絲 2. 采用專門防松元件防松采用專門防松元件防松 圓螺母用止動墊圈圓螺母用止動墊圈 潘存云教授研制 止動墊圈止動墊圈 3. 其他方法防松其他方法防松 11.5P 用沖頭沖用沖頭沖23點點 沖點防松法沖點防松法 粘

17、合法防松粘合法防松 涂粘合劑涂粘合劑 設計步驟：設計步驟： 定出螺栓的尺寸定出螺栓的尺寸 2-5 螺栓組連接的設計螺栓組連接的設計 結構設計結構設計受力分析受力分析( (單單) )強度計算強度計算確定確定d 1 確定螺栓的數確定螺栓的數 目及布置形式目及布置形式 找出受力最找出受力最 大的螺栓大的螺栓 對不重要的螺栓連接，可用類比法確定，不再進行強度校核。對不重要的螺栓連接，可用類比法確定，不再進行強度校核。 （一）螺栓組連接的結構設計（一）螺栓組連接的結構設計 基本原則：基本原則： 1. 1. 連接結合面的幾何形狀常設計成連接結合面的幾何形狀常設計成: : 軸對稱的簡單幾何形狀軸對稱的簡單幾

18、何形狀 圓形圓形 圓環(huán)形圓環(huán)形 矩形矩形 矩形框矩形框 三角形 三角形 設計目的：設計目的： 確定接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，力求各確定接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，力求各 螺栓和接合面受力均勻、便于加工裝配。螺栓和接合面受力均勻、便于加工裝配。 2. 螺栓的布置應使各螺栓的受力合理螺栓的布置應使各螺栓的受力合理 F F F F A) 對鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成對鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成 排地布置個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均；排地布置個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均； 合理 不合理! B) 當螺栓連接受彎矩或轉矩作用時，應使螺栓

19、的位置靠近當螺栓連接受彎矩或轉矩作用時，應使螺栓的位置靠近 接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。 d h D 3. 螺栓的排列應有合理的間距、邊距，以保證扳手空間螺栓的排列應有合理的間距、邊距，以保證扳手空間 C) 若同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，應采用抗剪零若同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，應采用抗剪零 件來承受橫向載荷。件來承受橫向載荷。 60 C C EE 60 A B 鍵鍵 套筒套筒 銷銷 套筒扳套筒扳 對壓力容器等緊密性要求較高的重要連接，螺栓的對壓力容器等緊密性要求較高的重要連接，螺栓的 間距間距 t t0 0 不大于表 不大于表5-4所推薦的

20、數值。所推薦的數值。 4. 為便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，分布在同為便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，分布在同 一圓周上的螺栓數目，應取成一圓周上的螺栓數目，應取成: 4、6、8 等偶數。等偶數。 同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應相同。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應相同。 螺栓間距螺栓間距 t0 工作壓力 (MPa) 7d 4.5d 4.5d 4d 3.5d 3d t0 (mm) 1.6 1.6 4 4 10 10 16 16 20 20 30 d 表表5-45-4 t0 5. 5. 避免螺栓承受附加的彎曲載荷避免螺栓承受附加的彎曲載荷 采用斜墊圈采用斜墊圈 螺栓組的結構設計，

21、還包括合理地選擇螺栓組的防松裝置。螺栓組的結構設計，還包括合理地選擇螺栓組的防松裝置。 支承面不平支承面不平 采用凸臺或沉孔結構采用凸臺或沉孔結構 切削加工支承面切削加工支承面 支承面傾斜支承面傾斜 ( (二二) ) 螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的受力分析 目的：目的： 求出受力最大的螺栓及其所受的力，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進行螺栓以便進行螺栓 連接的強度計算。連接的強度計算。 假設：假設： 1）所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同；所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同； 2）螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合；螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合； 3）受載后連

22、接接合面仍保持為平面。受載后連接接合面仍保持為平面。 典型的螺栓組受載情況：典型的螺栓組受載情況： M 受橫向載荷受橫向載荷 FF 受轉矩受轉矩 潘存云教授研制 O T p D 受軸向載荷受軸向載荷 F 受傾覆力矩受傾覆力矩 1 1受橫向載荷的螺栓組連接受橫向載荷的螺栓組連接 鉸制孔用螺栓連接鉸制孔用螺栓連接 普通螺栓連接普通螺栓連接 Question：在橫向載荷的作用下被連接件之間有何運動趨勢？在橫向載荷的作用下被連接件之間有何運動趨勢？ 載荷的特點：載荷的特點： 載荷作用線與螺栓軸線垂直，并通過螺栓組的對載荷作用線與螺栓軸線垂直，并通過螺栓組的對 稱中心。稱中心。 F F FF ( (二二

23、) ) 螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的受力分析 1 1受橫向載荷的螺栓組連接受橫向載荷的螺栓組連接 A 若采用鉸制孔用螺栓連接若采用鉸制孔用螺栓連接 z F F 每個螺栓所受工作剪力為：每個螺栓所受工作剪力為： 工作原理工作原理: : 依靠螺栓桿受剪切和受擠壓來抵抗橫向載荷依靠螺栓桿受剪切和受擠壓來抵抗橫向載荷F F 螺栓數目螺栓數目 F F 1 1受橫向載荷的螺栓組連接受橫向載荷的螺栓組連接 B 若采用普通螺栓連接若采用普通螺栓連接 工作原理工作原理: : 靠螺栓預緊后預緊力在接合面上產生摩擦力來靠螺栓預緊后預緊力在接合面上產生摩擦力來 抵抗外載荷抵抗外載荷F F FF F0 F0 F0

24、F0 A 若采用鉸制孔用螺栓連接若采用鉸制孔用螺栓連接 F0為預緊力為預緊力 B 若采用普通螺栓連接若采用普通螺栓連接 工作原理工作原理: : 靠螺栓預緊后在接合面靠螺栓預緊后在接合面 上產生摩擦力來抵抗外載荷上產生摩擦力來抵抗外載荷F F 。 。 FF F0 F0 預緊后接合面間所產生的最大摩擦力預緊后接合面間所產生的最大摩擦力橫向載荷：橫向載荷： FKiZFf s0 表表5-5螺栓個數螺栓個數接合面數接合面數 防滑系數防滑系數， Ks =1.11.3 本題：本題：i =2 F0 F0 izf FK F s 0 預緊后接合面間所產生的最大摩擦力預緊后接合面間所產生的最大摩擦力橫向載荷：橫向載

25、荷： FKiZFf s0 保證連接件不產生滑移時，保證連接件不產生滑移時， 單個螺栓所承受的軸向拉力單個螺栓所承受的軸向拉力 FF F0 F0 F0 F0 連接所受載荷與螺栓所連接所受載荷與螺栓所 受載荷之間有何不同。受載荷之間有何不同。 注意：注意： 潘存云教授研制 O 采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺栓組受轉矩時的受采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓組成的螺栓組受轉矩時的受 力情況是不同的。力情況是不同的。 2受轉矩的螺栓組連接受轉矩的螺栓組連接T 在轉矩在轉矩T T作用下，被連接件底板將繞通過螺栓組對稱作用下，被連接件底板將繞通過螺栓組對稱 中心中心O并與接合面相垂直的軸線轉動，并與接合面相垂

26、直的軸線轉動， 1 1受橫向載荷受橫向載荷的螺栓組連接的螺栓組連接 ( (二二) ) 螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的受力分析 在轉矩作用下被連接件之間有什么運動趨勢？在轉矩作用下被連接件之間有什么運動趨勢？ QuestionQuestion： 2受轉矩的螺栓組連接受轉矩的螺栓組連接 潘存云教授研制 O T r1 f F0 f F0 r2 A. 采用普通螺栓采用普通螺栓 -靠連接預緊后在接合面間產生的摩擦力矩來抵抗轉矩靠連接預緊后在接合面間產生的摩擦力矩來抵抗轉矩T T。 2受轉矩的螺栓組連接受轉矩的螺栓組連接 z i i rf TK 1 S 潘存云教授研制 O T r1 f F0 f F0

27、r2 根據作用在底板上的力矩平衡條件：根據作用在底板上的力矩平衡條件： TKrfFrfFrfF SZ 02010 )( 21 0 Z S rrrf TK F A. 采用普通螺栓，是靠連接預緊后在接合面間產生的摩擦力采用普通螺栓，是靠連接預緊后在接合面間產生的摩擦力 矩來抵抗轉矩矩來抵抗轉矩T T。 傳遞傳遞T T時，每個螺栓所需的預緊力時，每個螺栓所需的預緊力 潘存云教授研制 TO 2受轉矩的螺栓組連接受轉矩的螺栓組連接 B.B. 采用鉸制孔用螺栓采用鉸制孔用螺栓 rmax Fmax ri Fi （1） -靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉矩靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉矩

28、T T。 max max 2 2 1 1 r F r F r F r F r F i i z z 各螺栓的剪切變形量與其軸線到對稱中心各螺栓的剪切變形量與其軸線到對稱中心O的距離成正比。的距離成正比。 （亦螺栓離（亦螺栓離O越遠，變形量越大，所受的工作剪力也越大）越遠，變形量越大，所受的工作剪力也越大） 2受轉矩的螺栓組連接受轉矩的螺栓組連接 B. 采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓 的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來 抵抗轉矩抵抗轉矩T T。 潘存云教授研制 TO rmax Fmax ri Fi max max 2 2 1 1 r F r F r

29、F r F r F i i z z z i i r rT F 1 2 max max 據作用在底板上的力矩平衡條件：據作用在底板上的力矩平衡條件： TrFrFrF zz 2211 聯(lián)立求解得：聯(lián)立求解得： TrF z i ii 1 受力最大螺栓所受的工作剪力受力最大螺栓所受的工作剪力 （1） （2） 潘存云教授研制 TO rmax Fmax ri Fi z i i r rT F 1 2 max max 受力最大螺栓所受的工作剪力受力最大螺栓所受的工作剪力 可見，距旋轉中心可見，距旋轉中心O O點最遠的螺栓點最遠的螺栓 承受的工作剪力最大。承受的工作剪力最大。 圖示凸緣連軸器，是承受轉矩的圖示凸

30、緣連軸器，是承受轉矩的 螺栓組連接的典型部件。螺栓組連接的典型部件。 2受轉矩的螺栓組連接受轉矩的螺栓組連接 凸緣聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器 鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓 當螺栓分布在半徑為當螺栓分布在半徑為r r的圓周上，的圓周上， 請寫出請寫出F Fmax max的表達式。 的表達式。 Question： d 注意：注意：對承受轉矩的螺栓組連接對承受轉矩的螺栓組連接 若采用若采用普通螺栓普通螺栓，則要確定的是：，則要確定的是：預緊力預緊力F0 若采用若采用鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓，則要確定的是：，則要確定的是：工作剪力 工作剪力Fmax 2受轉矩的螺栓組連接受轉矩的螺栓組連接 1 1受橫向載荷受橫向載荷

31、的螺栓組連接的螺栓組連接 ( (二二) ) 螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的受力分析 3受軸向載荷的螺栓組連接受軸向載荷的螺栓組連接 軸向總載荷軸向總載荷F F 作用線與螺栓軸線平行，并通過螺 作用線與螺栓軸線平行，并通過螺 栓組的對稱中心。栓組的對稱中心。 z F F p D F F F 2受轉矩的螺栓組連接受轉矩的螺栓組連接 1 1受橫向載荷受橫向載荷的螺栓組連接的螺栓組連接 ( (二二) ) 螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的受力分析 載荷特點：載荷特點： 因螺栓均勻分布，則各個螺栓受載相同。因螺栓均勻分布，則各個螺栓受載相同。 每個螺栓所受軸向工作載荷：每個螺栓所受軸向工作載荷： FFF

32、 02 總拉力：總拉力： 此時，被連接件有分離的趨勢。此時，被連接件有分離的趨勢。 一般多用普通螺栓連接。一般多用普通螺栓連接。 p D F F F 軸向載荷軸向載荷F F作用下被連接件之間作用下被連接件之間 有什么運動趨勢？有什么運動趨勢？ Question： 3受軸向載荷的螺栓組連接受軸向載荷的螺栓組連接 注意：注意： 各螺栓除承受軸向載荷各螺栓除承受軸向載荷F之外，還受有預緊力之外，還受有預緊力F0的作用的作用 ( (二二) ) 螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的受力分析 4受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接 F1 F2m p2( F1m引起引起) p1( F1引起引起) O O

33、 xx O M F0 F0 p ( F 0引起引起) 載荷特點：載荷特點：傾覆力矩傾覆力矩 M 作用在連接接合面的一個對稱平面內。作用在連接接合面的一個對稱平面內。 承受承受M之前，之前， 底板的受力情況底板的受力情況 承受承受M之后，之后， 底板的受力情況底板的受力情況 M 4受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接 Li Lmax O O xx F1 F2mM 為阻止底板翻轉，作用在底板兩側為阻止底板翻轉，作用在底板兩側 的作用力，對的作用力，對0-00-0軸形成一個力矩，這軸形成一個力矩，這 個力矩應與外加的個力矩應與外加的M相平衡。相平衡。 （即：左側螺栓以及右側支承面對（即：左側

34、螺栓以及右側支承面對0-00-0 軸線的反力矩應與軸線的反力矩應與M相平衡）相平衡） O M Fi Fmax Li O M Fi Fmax Li 簡化：簡化： 底板的平衡條件為：底板的平衡條件為： MLFLFLF zz 2211 z i LFM 1 ii Li Lmax O O xx F1 F2mM O M Fi Fmax Li 簡化：簡化： 根據螺栓的拉伸變形量與其軸線根據螺栓的拉伸變形量與其軸線 到到O-O軸之距成正比：軸之距成正比： max max 2 2 1 1 L F L F L F L F L F i i i i 變形協(xié)調條件變形協(xié)調條件 ii L L F F max max Z

35、i L ML F 1 2 i max max max max 2 2 1 1 L F L F L F L F L F i i i i 底板的平衡條件為：底板的平衡條件為： MLFLFLF zz 2211 z i LFM 1 ii 受力最大的螺栓所受力最大的螺栓所 受的工作拉力受的工作拉力 顯然，距顯然，距 OOOO軸線最軸線最 左側的兩個左側的兩個 螺栓受力最螺栓受力最 大。大。 22 2 2 1 max z LLL LM 此時螺栓內部的總拉力此時螺栓內部的總拉力F F2 2： F2 = F0 + Fmax Question： ？ 變形協(xié)調條件：變形協(xié)調條件： 受受M作用的螺栓組連接，除要保證

36、螺栓有足夠的強作用的螺栓組連接，除要保證螺栓有足夠的強 度外，還需對接合面的情況進行驗算。度外，還需對接合面的情況進行驗算。 F1 F2mM 0 0 min W M A ZF p 為防止受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求為防止受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求 ： pp W M A ZF 0 max 為防止受壓最大處被壓碎，要求：為防止受壓最大處被壓碎，要求： 表表5-6 -（5-20） -（5-21） 5、對受力復雜的螺栓組連接、對受力復雜的螺栓組連接 將復雜受力狀態(tài)分解成四種簡單受力狀態(tài)；將復雜受力狀態(tài)分解成四種簡單受力狀態(tài)； 實際螺栓組所受的工作載荷往往是以上四 種基本受力狀態(tài)的不同組合。 3受軸向載荷的螺

37、栓組連接受軸向載荷的螺栓組連接 2受轉矩的螺栓組連接受轉矩的螺栓組連接 1 1受橫向載荷受橫向載荷的螺栓組連接的螺栓組連接 ( (二二) ) 螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的受力分析 4受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接 作法：作法： 按各種簡單受力狀態(tài)單獨計算；按各種簡單受力狀態(tài)單獨計算； 將螺栓受力向量迭加求出總的工作載荷。將螺栓受力向量迭加求出總的工作載荷。 P sin P cos P cos M= a P sin + b P cos P sin P a b 示例示例1： 示例示例2： Q a Q T T= Q a F合 合 鉸制孔用鉸制孔用 螺栓組螺栓組 5、對受力復雜的螺栓

38、組連接、對受力復雜的螺栓組連接 將復雜受力狀態(tài)分解成四種簡單受力狀態(tài)；將復雜受力狀態(tài)分解成四種簡單受力狀態(tài)； 作法：作法： 按各種狀態(tài)單獨計算；按各種狀態(tài)單獨計算； 將螺栓受力向量迭加可求出總的工作載荷。將螺栓受力向量迭加可求出總的工作載荷。 注意：注意： 對普通螺栓：對普通螺栓： 對鉸制孔用螺栓：對鉸制孔用螺栓： 按橫向載荷或轉矩按橫向載荷或轉矩 按按 軸、傾軸、傾 螺栓的工作拉力螺栓的工作拉力F 橫、轉橫、轉連接所需的預緊力連接所需的預緊力F0 螺栓的總拉力螺栓的總拉力 確定螺栓所受的工作剪力確定螺栓所受的工作剪力 2-6 螺紋連接的強度計算螺紋連接的強度計算 塑性變形塑性變形 疲勞斷裂疲

39、勞斷裂 斷裂斷裂 螺栓連接的主要失效形式：螺栓連接的主要失效形式： 受拉螺栓受拉螺栓 受剪螺栓受剪螺栓 剪斷剪斷 壓潰壓潰 螺桿和孔壁的貼合面螺桿和孔壁的貼合面 F F 螺栓連接的強度計算是針對螺栓組中受力最大的螺螺栓連接的強度計算是針對螺栓組中受力最大的螺 栓而進行的。栓而進行的。 螺栓連接的強度計算，一是按強度條件去確定螺栓的直徑；另螺栓連接的強度計算，一是按強度條件去確定螺栓的直徑；另 外，也可對選定了直徑的螺栓去校核其強度。外，也可對選定了直徑的螺栓去校核其強度。 螺栓連接的強度計算：螺栓連接的強度計算： 連接類型連接類型 裝配情況裝配情況 載荷情況載荷情況 確定螺栓受力確定螺栓受力計

40、算計算 d d1 1 螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據等強度原則等強度原則及使 用經驗規(guī)定的。采用標準件時，這些部分都不需要進行強度計算。 所以，螺栓連接的計算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標準選 定螺紋公稱直徑d及螺距P等。 潘存云教授研制 （一）松螺栓連接強度計算（一）松螺栓連接強度計算 強度條件：強度條件： 4/ 2 1 d F 式中式中: d1-螺紋小徑螺紋小徑 mm ， 許用應力許用應力 （二）緊螺栓連接強度計算（二）緊螺栓連接強度計算 F F 設計公式：設計公式： 4 1 F d 1.1.僅承受預緊力的緊螺栓連接僅承受預緊力的緊螺栓連接 2.2.承受預緊力和工作拉力的緊螺栓

41、連接承受預緊力和工作拉力的緊螺栓連接 3.3.承受工作剪力的緊螺栓連接承受工作剪力的緊螺栓連接 裝配時需擰緊螺母，靜載荷、變載荷均可承受，在工程上應用裝配時需擰緊螺母，靜載荷、變載荷均可承受，在工程上應用 最廣。最廣。 1. 1. 僅承受預緊力僅承受預緊力F0的緊螺栓連接的緊螺栓連接 此時的連接靠此時的連接靠F0在接合面產生摩擦力來抵抗橫向載在接合面產生摩擦力來抵抗橫向載 荷或轉矩，在螺栓的軸線方向沒有工作載荷。荷或轉矩，在螺栓的軸線方向沒有工作載荷。 （二）緊螺栓連接強度計算（二）緊螺栓連接強度計算 F F0 0拉伸應力拉伸應力 T T1 1扭轉切應力扭轉切應力 在擰緊力矩作用下，在擰緊力矩

42、作用下， F0 F0 F0 F0 螺栓處于拉伸與扭轉的復合應螺栓處于拉伸與扭轉的復合應 力狀態(tài)下力狀態(tài)下 3 . 1 4/ 2 1 0 d F 由由F0產生的拉應力：產生的拉應力： 1. 1. 僅承受預緊力的緊螺栓連接僅承受預緊力的緊螺栓連接 由由T1產生的扭轉切應力：產生的扭轉切應力： 16/ 3 1 11 d T W T T 16/ 2) ( 3 1 20 d dtgF 22 3 ca 22 )5 . 0( 3 代入代入M 10 M 64 的螺紋參數，得到：的螺紋參數，得到： 0.5 計算應力：計算應力： 強度條件：強度條件： 4 3.1 3.1 2 1 0 d F ca 對于緊螺栓連接，

43、在計算時，可只按單純拉伸強對于緊螺栓連接，在計算時，可只按單純拉伸強 度計算，但需將所受拉力（預緊力）增大度計算，但需將所受拉力（預緊力）增大30%來考慮來考慮 扭轉的影響。扭轉的影響。 結論：結論： 在擰緊時雖同時承受拉伸和扭轉的連合作用， 強度條件：強度條件： 4 3.1 3.1 2 1 0 d F ca 1. 1. 僅承受預緊力的緊螺栓連接僅承受預緊力的緊螺栓連接 （二）緊螺栓連接強度計算（二）緊螺栓連接強度計算 F F F0 F0 僅受預緊力作用的緊螺栓連接，其工作原理是利用預僅受預緊力作用的緊螺栓連接，其工作原理是利用預 緊力的作用，在接合面產生的摩擦力來抵抗工作載荷。緊力的作用，在

44、接合面產生的摩擦力來抵抗工作載荷。 普通螺栓連接承受橫向普通螺栓連接承受橫向 載荷或轉矩時，螺栓僅受預載荷或轉矩時，螺栓僅受預 緊力的作用緊力的作用 izf FK F s 0 -受橫向載荷（普）受橫向載荷（普） z i i rf TK F 1 S 0 -受轉矩的（普）受轉矩的（普） 預緊力的大小， 可根據連接的受力狀 態(tài)，由公式確定： F F F0 F0 izf FK F s 0 預緊力預緊力F0 ： 若取若取 f =0.2， Ks=1.2, i =1, 則：則： F0 6 6F 結構尺寸大結構尺寸大 靠摩擦力抵抗工作載荷的緊螺栓連接，靠摩擦力抵抗工作載荷的緊螺栓連接， b. b. 采用無間隙

45、的鉸制孔用螺栓。采用無間隙的鉸制孔用螺栓。 F F/2 F/2 a. a. 采用鍵、套筒、銷承擔橫向工作載荷。采用鍵、套筒、銷承擔橫向工作載荷。螺栓僅起連接作用 改進措施：改進措施： 這時，其連接強度按減載零件的剪切、擠壓強度條件計算，而這時，其連接強度按減載零件的剪切、擠壓強度條件計算，而 螺栓只是保證連接，不再承受工作載荷，因此預緊力不必很大。螺栓只是保證連接，不再承受工作載荷，因此預緊力不必很大。 2. 承受預緊力和工作拉力的緊螺栓連接承受預緊力和工作拉力的緊螺栓連接 設流體壓強為設流體壓強為p p，螺栓數目為，螺栓數目為Z Z，則，則 缸蓋上每個螺栓所受的軸向工作載荷為：缸蓋上每個螺栓

46、所受的軸向工作載荷為： p D2/4 F = = Z p D （二）緊螺栓連接強度計算（二）緊螺栓連接強度計算 前面分析過，當預緊后螺栓若再承受軸向工作載荷或前面分析過，當預緊后螺栓若再承受軸向工作載荷或 傾覆力矩的作用，則螺栓內部的拉力會進一步增加，傾覆力矩的作用，則螺栓內部的拉力會進一步增加， 螺栓所受的總拉力：螺栓所受的總拉力：F2 F0 + F特別注意：特別注意： F F 螺母未擰緊螺母未擰緊 b m 螺母已擰緊螺母已擰緊 F0 F0 螺栓伸長量為螺栓伸長量為: b 被連接件壓縮量為：被連接件壓縮量為：m 注意：注意： 雖然螺栓所受拉力等于被連接件所雖然螺栓所受拉力等于被連接件所 受壓

47、力，但由于兩者的剛度不同，所受壓力，但由于兩者的剛度不同，所 以它們的變形量也不同。以它們的變形量也不同。 螺栓的伸長量：螺栓的伸長量： b b C F 0 m m C F 0 被連接件的壓縮量：被連接件的壓縮量： 螺栓的剛度螺栓的剛度 被連接件的剛度被連接件的剛度 螺母未擰緊螺母未擰緊 +b b m F1 F1 F F F2 螺母已擰緊螺母已擰緊 已承受工作載荷已承受工作載荷 F0 F0 m 加載加載 F 后后: 螺栓總伸長量增加為螺栓總伸長量增加為: +b 被連接件壓縮量減少為：被連接件壓縮量減少為： m =m - - 螺母未擰緊螺母未擰緊 +b b m F1 F1 F F F2 螺母已擰緊螺母已擰緊 已承受工作載荷已承受工作載荷 F0 F0 m 總拉力：總拉力： F2=F+F1 被連接件的壓縮力減少為：被連接件的壓縮力減少為： F F1 1 很顯然很顯然: F1 0 F F1 1 的選取原則如下：的選取原則如下： 有密封性要求時：有密封性要求時： F1 =（1.51.8）F 工作載荷不穩(wěn)定時工作載荷不穩(wěn)定時 ：F1 =（0.61.0）F 工作載荷穩(wěn)定的時：工作載荷