第5章螺紋聯(lián)接和螺旋傳動(dòng)

1、第二篇第二篇 連連 接接 機(jī)械設(shè)計(jì)人員必須熟悉常用的連接方法及連機(jī)械設(shè)計(jì)人員必須熟悉常用的連接方法及連接件的結(jié)構(gòu)、類型、性能、適用場合，掌握它接件的結(jié)構(gòu)、類型、性能、適用場合，掌握它們的設(shè)計(jì)理論或選用方法。們的設(shè)計(jì)理論或選用方法。 連接對(duì)于機(jī)器的制造、安裝、維修必不可少。連接對(duì)于機(jī)器的制造、安裝、維修必不可少。1.1.動(dòng)連接動(dòng)連接2.2.靜連接靜連接 可拆連接可拆連接 不可拆連接不可拆連接機(jī)械連接的分類：機(jī)械連接的分類： 如如: :各種運(yùn)動(dòng)副各種運(yùn)動(dòng)副-如如: : 螺紋、鍵、銷連接等螺紋、鍵、銷連接等-鉚、焊、粘接等鉚、焊、粘接等 （永久連接）（永久連接）-被連接的零件間可以有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接被

2、連接的零件間可以有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接-被連接件之間不許產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接被連接件之間不許產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接提問：提問：有沒有既是可拆連接又是不可拆連接的連接形式有沒有既是可拆連接又是不可拆連接的連接形式 ？（一）過盈連接的特點(diǎn)及應(yīng)用（一）過盈連接的特點(diǎn)及應(yīng)用 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 利用零件間的配合過盈來達(dá)到連接目的利用零件間的配合過盈來達(dá)到連接目的。過過 盈盈 連連 接接 簡簡 介介過盈連接過盈連接 - - 干涉配合連接或緊配合連接干涉配合連接或緊配合連接（一）過盈連接的特點(diǎn)及應(yīng)用（一）過盈連接的特點(diǎn)及應(yīng)用 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 利用零件間的配合過盈來達(dá)到連接目的利用零件間的配合過盈來達(dá)到連接目的應(yīng)用：主要用于軸

3、與轂、輪圈與輪芯、滾動(dòng)軸承與軸應(yīng)用：主要用于軸與轂、輪圈與輪芯、滾動(dòng)軸承與軸 或座孔的連接等?；蜃椎倪B接等。AAA-A曲軸過盈連接組件曲軸過盈連接組件d過過 盈盈 連連 接接 簡簡 介介AAA-A曲軸過盈連接組件曲軸過盈連接組件d過過 盈盈 連連 接接 簡簡 介介曲臂曲臂主軸頸主軸頸連桿軸頸連桿軸頸（二）過盈連接的工作原理（二）過盈連接的工作原理 工作原理工作原理 軸與孔配合中，軸的實(shí)際尺軸與孔配合中，軸的實(shí)際尺寸大于孔，寸大于孔，在裝配后的配合面上，在裝配后的配合面上，便產(chǎn)生了一定的徑向正壓力。便產(chǎn)生了一定的徑向正壓力。軸的尺寸減去孔的尺寸軸的尺寸減去孔的尺寸-過盈量過盈量 d FF d

4、p p Mf T 當(dāng)連接承受軸向力當(dāng)連接承受軸向力F F或轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)矩T T時(shí)，時(shí)，配合面上便產(chǎn)生摩擦阻力或摩擦阻配合面上便產(chǎn)生摩擦阻力或摩擦阻力矩以抵抗和傳遞外載荷。力矩以抵抗和傳遞外載荷。p p 裝配方法：裝配方法： （二）過盈連接的工作原理（二）過盈連接的工作原理壓入法壓入法溫差法溫差法冷卻被包容件（尺寸冷卻被包容件（尺寸）加熱包容件（尺寸加熱包容件（尺寸）本篇重點(diǎn)掌握第五章和第六章本篇重點(diǎn)掌握第五章和第六章第五章第五章 螺紋連接和螺旋傳動(dòng)螺紋連接和螺旋傳動(dòng)5 51 1 螺紋螺紋5 52 2 螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件5 53 3 螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊5

5、55 5 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算5 57 7 螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力螺紋連接件的材料及許用應(yīng)力5 58 8 提高螺紋連接強(qiáng)度的措施提高螺紋連接強(qiáng)度的措施5 54 4 螺紋連接的防松螺紋連接的防松5 56 6 螺栓組連接的設(shè)計(jì)螺栓組連接的設(shè)計(jì)本章主要內(nèi)容有：本章主要內(nèi)容有：螺紋連接的基本知識(shí)：螺紋連接的基本知識(shí)： 螺紋和螺紋連接件的類型、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，應(yīng)用場合螺紋和螺紋連接件的類型、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，應(yīng)用場合及選用原則，要特別注意普通螺栓連接與鉸制孔用螺栓連及選用原則，要特別注意普通螺栓連接與鉸制孔用螺栓連接在傳力、失效形式、結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則上的不同；接在傳力、失效形式、結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度計(jì)

6、算準(zhǔn)則上的不同；螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算，主要是緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。要螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算，主要是緊螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。要求掌握緊螺栓連接力與變形之間的關(guān)系、提高螺栓連接強(qiáng)求掌握緊螺栓連接力與變形之間的關(guān)系、提高螺栓連接強(qiáng)度的措施；度的措施；螺紋連接的防松原理及防松裝置；螺紋連接的防松原理及防松裝置；螺栓組的受力分析、失效分析及強(qiáng)度計(jì)算方法；螺栓組的受力分析、失效分析及強(qiáng)度計(jì)算方法；本章的重點(diǎn)及難點(diǎn)：本章的重點(diǎn)及難點(diǎn)：1 1 受預(yù)緊力和軸向工作載荷的緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算，受預(yù)緊力和軸向工作載荷的緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算，多種受力狀態(tài)下螺栓組連接的設(shè)計(jì)計(jì)算。多種受力狀態(tài)下螺栓組連接的設(shè)計(jì)計(jì)算。外螺紋外螺紋內(nèi)螺

7、紋內(nèi)螺紋潘存云教授研制外螺紋外螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋螺旋副螺旋副（一）螺紋的類型和應(yīng)用（一）螺紋的類型和應(yīng)用5 -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(qǐng)判斷下列螺紋的旋向？請(qǐng)判斷下列螺紋的旋向？左旋左旋右旋右旋按螺旋線的數(shù)目分按螺旋線的數(shù)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(dòng)螺紋傳動(dòng)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(dòng)螺紋傳動(dòng)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(dòng)用于一般的連接和傳動(dòng)-主要用于管道連接主要用于管道連接按母體形狀分按母

8、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303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(dòng)用于傳動(dòng)用于連接用于連接常用螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用，見表常用螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用，見表 5 - 15 - 1 中徑中徑 d2d1d2d 小徑小徑 d1（二）螺紋的主要參數(shù)（二）螺紋的主要參數(shù)-在標(biāo)準(zhǔn)中定為公稱直徑在標(biāo)準(zhǔn)中定為公稱直徑 大徑大徑 d-強(qiáng)度計(jì)算中常作為螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度計(jì)算中常作為螺桿危險(xiǎn)截面的 計(jì)算直

9、徑計(jì)算直徑 三三徑徑d1d2d 導(dǎo)程（升距）導(dǎo)程（升距）Ph（二）螺紋的主要參數(shù)（二）螺紋的主要參數(shù) 螺距螺距 PSP二二距距n n-螺紋的線數(shù)螺紋的線數(shù)單線螺紋單線螺紋: S = P 多線螺紋多線螺紋: S = nP 牙型角牙型角 牙側(cè)角牙側(cè)角 d2S 螺紋升角螺紋升角二二角角tan =d2 S d2 nP =d1d2dSP 中徑中徑 d2 小徑小徑 d1 導(dǎo)程（升距）導(dǎo)程（升距）SS = nP（二）螺紋的主要參數(shù)（匯總）（二）螺紋的主要參數(shù)（匯總） 大徑大徑 d 螺距螺距 P 牙型角牙型角 牙側(cè)角牙側(cè)角 螺紋升角螺紋升角二二角角tan =d2 S d2 nP =三三徑徑二二距距d1d2dS

10、d2S 線數(shù)（頭數(shù)）線數(shù)（頭數(shù)）n n -螺紋的螺旋線數(shù)目螺紋的螺旋線數(shù)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(dòng)效率高傳動(dòng)效率高 多用于傳動(dòng)。多用于傳動(dòng)。為了便于制造，一般螺紋的線數(shù)為了便于制造，一般螺紋的線數(shù) n n44復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：螺旋副的自鎖條件：螺旋副的自鎖條件： arctancosarctanvvff螺旋副的效率：螺旋副的效率： )tan(tanvtan tan = =dd2 2 nPnP S Sdd2 2 = =（二）螺紋的主要參數(shù)（二）螺紋的主要參數(shù) 接觸高度接觸高度h h -內(nèi)、外螺紋旋合后的接觸面的徑向高度內(nèi)、外螺紋旋合后的接觸面的徑

11、向高度自鎖性能好，連接可靠自鎖性能好，連接可靠 （一）基本常識(shí)（一）基本常識(shí)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2.2.普通螺紋普通螺紋 =30，當(dāng)量摩擦系數(shù)，當(dāng)量摩擦系數(shù) ，v ,fcos=fv5-2 螺紋連接的類型和標(biāo)準(zhǔn)連接件螺紋連接的類型和標(biāo)準(zhǔn)連接件 arctancosarctanvvffA A級(jí)級(jí)B B級(jí)級(jí)C C級(jí)級(jí)公差小，精度最高，用于配合精確，防振動(dòng)等場合；公差小，精度最高，用于配合精確，防振動(dòng)等場合；受載較大且經(jīng)常拆卸，調(diào)整或承受變載荷的聯(lián)接；受載較大且經(jīng)常拆卸，調(diào)整或承受變載荷的聯(lián)接；用于一般聯(lián)接，最常用。用于一般聯(lián)接，最常用。螺紋的精度等級(jí)螺紋的精度等級(jí)

12、 普通螺紋以大徑普通螺紋以大徑d d為公稱直徑，同一公稱直徑為公稱直徑，同一公稱直徑可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，可以有多種螺距，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余的統(tǒng)稱為細(xì)牙螺紋。其余的統(tǒng)稱為細(xì)牙螺紋。6060粗牙螺紋應(yīng)用最廣粗牙螺紋應(yīng)用最廣細(xì)牙螺紋的優(yōu)點(diǎn)：升角小、小徑大、自鎖性好、細(xì)牙螺紋的優(yōu)點(diǎn)：升角小、小徑大、自鎖性好、強(qiáng)度高強(qiáng)度高 缺點(diǎn)：不耐磨易滑扣。缺點(diǎn)：不耐磨易滑扣。應(yīng)用：薄壁零件、受動(dòng)載荷的聯(lián)接和微調(diào)機(jī)構(gòu)。應(yīng)用：薄壁零件、受動(dòng)載荷的聯(lián)接和微調(diào)機(jī)構(gòu)。P Pd d粗牙粗牙d dP P細(xì)牙細(xì)牙d dP P細(xì)牙細(xì)牙普通螺紋普通螺紋細(xì)牙細(xì)牙粗牙粗牙d0（二）螺紋連接的基本類型（

13、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孔與螺桿之間留有間隙留有間隙d0d普通螺栓連接普通螺栓連接結(jié)構(gòu)簡單，裝拆結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，應(yīng)用最廣方便，應(yīng)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 受剪螺栓3. 3. 螺釘連接螺釘連接2. 2. 雙頭螺柱連接雙頭螺柱連接結(jié)構(gòu)簡單，省了螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺孔而修復(fù)困難。d思考：這兩種連接適用在什么場合？各有何特點(diǎn)？思考：這兩種連接適用在什么場合？各有何特點(diǎn)？雙頭螺柱是如何擰入、擰出的？雙頭螺柱是如何擰入、擰出的？-不宜經(jīng)常拆卸不宜經(jīng)常拆卸-可經(jīng)常拆裝可經(jīng)常拆裝用于盲孔用于盲

14、孔的連接的連接潘存云教授研制4. 緊定螺釘連接緊定螺釘連接緊定螺釘緊定螺釘二、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(jié)構(gòu)形式螺栓的結(jié)構(gòu)形式LL0d六角頭六角頭LdL0小六角頭小六角頭dL0L1LL1 -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螺螺紋紋緊緊固固件件末端末端結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)頭部頭部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)螺釘、緊定螺釘螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱雙頭螺柱螺栓螺栓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

15、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螺螺紋紋緊緊固固件件用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。用于尺寸受限制之處。國標(biāo)羅列有六十余種不同結(jié)構(gòu)的螺母螺母螺母螺釘、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潘存云教授研制其它螺母：其它螺母：潘存云教授研制其它螺母：其它螺母：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螺栓螺栓螺螺紋紋緊緊固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(dòng)墊圈圓螺母用止動(dòng)墊圈作用：作用： 增加支撐面積以減小增加支撐面積以減小壓強(qiáng)，避免擰緊螺母擦壓強(qiáng)，

16、避免擰緊螺母擦傷表面、防松。傷表面、防松。專用螺紋連接專用螺紋連接5-3 螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊 預(yù)緊力預(yù)緊力F F0 0 ：螺紋連接在承受工作載荷之前，預(yù)先受：螺紋連接在承受工作載荷之前，預(yù)先受 到的作用力。到的作用力。 預(yù)緊的目的：增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止預(yù)緊的目的：增強(qiáng)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(duì)移動(dòng)。受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。 預(yù)緊力的確定原則：預(yù)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 A1A1 -危

17、險(xiǎn)截面積，危險(xiǎn)截面積， A1 dd2 21 1/4/4測力矩扳手測力矩扳手 預(yù)緊力控制方法預(yù)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(jīng)驗(yàn)來決定的，重要螺栓則必須預(yù)緊力進(jìn)行精確控制。L LS S1)1)憑手感經(jīng)驗(yàn)；憑手感經(jīng)驗(yàn)；2)2)測力矩扳手；測力矩扳手；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 ML LS S操作簡單操作簡單, ,但準(zhǔn)確性較差但準(zhǔn)確性較差( (二二) ) 擰緊力矩?cái)Q緊力矩T T的計(jì)算的計(jì)算T裝配時(shí)，裝配時(shí)，F(xiàn) F0 0的大小通過擰緊力矩的大小通過擰緊力矩T T來控制。來控制。 擰緊力矩 T 愈大則預(yù)緊力 F0 也愈

18、大，那么兩者之間有何關(guān)系呢？F F0 0d0d dD0擰緊力矩：擰緊力矩：T 0.2 F 0.2 F0 d20203030022131)(2dDdDFftgdFTTTca)tan(22021vdFTTT21TTTT T1 1克服螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩；克服螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩；T T2 2克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；總力矩：總力矩：標(biāo)準(zhǔn)扳手長度標(biāo)準(zhǔn)扳手長度 L15 d，設(shè)：擰緊力為設(shè)：擰緊力為F F ，則，則 T = FL FL= F15 d = 0.2 F F0 dF F0 = 75F若：若： F = 200N則：則： F0 15000 N 若用這個(gè)預(yù)緊力擰

19、若用這個(gè)預(yù)緊力擰M12M12以下的鋼制螺栓，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(duì)于重要的連接，不宜采用對(duì)于重要的連接，不宜采用 M12 M12 的螺栓。的螺栓。T 0.2 F 0.2 F0 dFLdT（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： 5 5-4 螺紋連接的防松螺紋連接的防松 (自學(xué)自學(xué))1 1、摩擦防松：雙螺母、彈簧墊圈、自鎖螺母、摩擦防松：雙螺母、彈簧墊圈、自鎖螺母2 2、機(jī)械防松：開口銷、止動(dòng)墊片、串連鋼絲、機(jī)

20、械防松：開口銷、止動(dòng)墊片、串連鋼絲3 3、永久防松：焊、粘、沖、永久防松：焊、粘、沖具體內(nèi)容見表具體內(nèi)容見表 5 - 3 5 - 3 QuestionQuestion：表表5-35-3中串連鋼絲防松方法圖中串連鋼絲防松方法圖 b b）不正確的原因何在？）不正確的原因何在？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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)是防止螺紋副發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)頂螺母對(duì)頂螺母防松防松-防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 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

21、元件防松采用專門防松元件防松圓螺母用止動(dòng)墊圈圓螺母用止動(dòng)墊圈潘存云教授研制止動(dòng)墊圈止動(dòng)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(diǎn)點(diǎn)沖點(diǎn)防松法沖點(diǎn)防松法粘合法防松粘合法防松涂粘合劑涂粘合劑試指出下列圖中的錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)，并畫出正確的結(jié)構(gòu)圖。試指出下列圖中的錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)，并畫出正確的結(jié)構(gòu)圖。 a)螺釘連接 b)雙頭螺柱連接 c)鉸制孔用螺栓連接內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧1.螺紋按牙型分為哪幾種？應(yīng)用？螺紋按牙型分為哪幾種？應(yīng)用？2.螺紋連接的基本類型及應(yīng)用。螺紋連接的基本類型及應(yīng)用。3.螺紋連接的防松。螺紋連接的防松。4.螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：定出螺栓

22、的尺寸定出螺栓的尺寸5-5 螺栓組連接的設(shè)計(jì)螺栓組連接的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力分析受力分析( (單單) )強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算確定確定d 1確定螺栓的數(shù)確定螺栓的數(shù)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(duì)不重要的螺栓連接，可用類比法確定，不再進(jìn)對(duì)不重要的螺栓連接，可用類比法確定，不再進(jìn)行強(qiáng)度校核。行強(qiáng)度校核。（一）螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 基本原則：基本原則：1. 1. 連接結(jié)合面的幾何形狀常設(shè)計(jì)成連接結(jié)合面的幾何形狀常設(shè)計(jì)成: :軸對(duì)稱的簡單幾何形狀軸對(duì)稱的簡單幾何形狀 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(shè)計(jì)目的：設(shè)計(jì)目

23、的： 確定接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式，力求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。各螺栓和接合面受力均勻、便于加工裝配。2. 2. 螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理F FF FA) A) 對(duì)鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成對(duì)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(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過于不均；等等。排地布置個(gè)以上的螺栓，以免載荷分布過于不均；等等。合理合理不合理不合理! !B) B) 當(dāng)螺栓連接受彎矩或轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置靠近當(dāng)螺栓連接受彎矩或轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置靠近接合

24、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。dhD3. 3. 螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距，以保證扳手空螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距，以保證扳手空間間C) C) 若同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，應(yīng)采用抗剪零若同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，應(yīng)采用抗剪零 件來承受橫向載荷件來承受橫向載荷。60CCEE60AB B鍵鍵套筒套筒銷銷 對(duì)壓力容器等緊密性要求較高的重要連接，螺栓的對(duì)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所推薦的數(shù)值。所推薦的數(shù)值。4. 為便于在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫線，分布在同為便于在圓周上鉆孔時(shí)的分度和畫

25、線，分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)取成一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)取成: 4、6、8 等偶數(shù)。等偶數(shù)。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應(yīng)相同。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應(yīng)相同。螺栓間距螺栓間距 t t0 0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5-45-4t05. 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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還包括合理地選擇螺栓組的防松裝置。螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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

26、臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)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，以便進(jìn)行螺求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。栓連接的強(qiáng)度計(jì)算。 假設(shè)：假設(shè)： 1 1）所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同；）所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同； 2 2）螺栓組的對(duì)稱中心與連接接合面的形心重合；）螺栓組的對(duì)稱中心與連接接合面的形心重合； 3 3）受載后連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

27、荷受橫向載荷FF受轉(zhuǎn)矩受轉(zhuǎn)矩潘存云教授研制OTpD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QuestionQuestion：在橫向載荷的作用下被連接件之間有何運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)？在橫向載荷的作用下被連接件之間有何運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)？載荷的特點(diǎn)：載荷的特點(diǎn)： 載荷作用線與螺栓軸線垂直，并通過螺栓組的對(duì)載荷作用線與螺栓軸線垂直，并通過螺栓組的對(duì)稱中心。稱中心。FFFF( (二二) ) 螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的受力分析A A 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(yù)緊后在靠螺栓

28、預(yù)緊后在接合面上產(chǎn)生摩擦力來抵抗接合面上產(chǎn)生摩擦力來抵抗外載荷外載荷F FFFF0F0F0F0預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力的最大摩擦力橫向載荷：橫向載荷：FKiZFfs0表表5-55-5螺栓個(gè)數(shù)螺栓個(gè)數(shù)接合面數(shù)接合面數(shù)防滑系數(shù)，防滑系數(shù)，Ks =1.11.3本題：本題：i =2izfFKFs0 預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力預(yù)緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力橫向載荷：橫向載荷：FKiZFfs0 保證連接件不產(chǎn)生滑移時(shí)，保證連接件不產(chǎn)生滑移時(shí)， 單個(gè)螺栓所承受的軸向拉力單個(gè)螺栓所承受的軸向拉力FFF0F0F0F0 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

29、。受載荷之間有何不同。注意：注意：izfFKFs0進(jìn)一步分析：進(jìn)一步分析：當(dāng)當(dāng) f = 0.2，KS =1.2 ， Z=1，i =1 時(shí)，時(shí)，F(xiàn)0 6F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(zhuǎn)矩時(shí)的受力情況是不同的。2受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接T 在轉(zhuǎn)矩在轉(zhuǎn)矩T T作用下，被連接件作用下，被連接件底板將繞通過螺栓組對(duì)稱中心底板將繞通過螺栓組對(duì)稱中心O O并與接合面相垂直的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。并與接合面相垂直的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)矩作用下被連接件之間在轉(zhuǎn)矩作用下被連接件之間有什么運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)？有什么運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)？QuestionQuestion：ziirfTK1S 根據(jù)作用在底板上的根據(jù)作用

30、在底板上的力矩平衡條件：力矩平衡條件：TKrfFrfFrfFSZ 02010)(210ZSrrrfTKF A. A. 采用普通螺栓采用普通螺栓-是靠是靠連接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)連接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩T T。傳遞傳遞T T時(shí)，每個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力時(shí)，每個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力潘存云教授研制OTr1f F0f F0r2B B 若采用鉸制孔用螺栓連接若采用鉸制孔用螺栓連接zFF每個(gè)螺栓所受工作剪力為：每個(gè)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(shù)目螺栓數(shù)目FFB. B. 采

31、用鉸制孔用螺栓采用鉸制孔用螺栓（1）-靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉(zhuǎn)矩靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉(zhuǎn)矩T T。maxmax2211rFrFrFrFrFiizz 各螺栓的剪切變形量與其軸線到對(duì)稱中心各螺栓的剪切變形量與其軸線到對(duì)稱中心O O的距離成正比。的距離成正比。（亦即螺栓離（亦即螺栓離O O越遠(yuǎn)，變形量越大，所受的工作剪力也越大）越遠(yuǎn)，變形量越大，所受的工作剪力也越大）潘存云教授研制TOrmaxFmaxriFi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的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉(zhuǎn)矩用來抵抗轉(zhuǎn)矩T T。潘存云教授研制TOrm

32、axFmaxriFimaxmax2211rFrFrFrFrFiizz ziirrTF12maxmax據(jù)作用在底板上的力矩平衡條件：據(jù)作用在底板上的力矩平衡條件：TrFrFrFzz 2211聯(lián)立求解得：聯(lián)立求解得：TrFziii1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）ziirrTF12maxmax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(zhuǎn)中心可見，距旋轉(zhuǎn)中心O O點(diǎn)最遠(yuǎn)點(diǎn)最遠(yuǎn)的螺栓承受的工作剪力最大。的螺栓承受的工作剪力最大。 圖示凸緣連軸器，是承受圖示凸緣連軸器，是承受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接的典型部件。轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接的典型部件。 凸緣聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸

33、器鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓 當(dāng)螺栓分布在半徑為當(dāng)螺栓分布在半徑為r r的圓周的圓周上，請(qǐng)寫出上，請(qǐng)寫出F Fmaxmax的表達(dá)式。的表達(dá)式。Question：d潘存云教授研制TOrmaxFmaxriFi注意：對(duì)承受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接注意：對(duì)承受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接1 1、若采用普通螺栓，則要確定的是：、若采用普通螺栓，則要確定的是：預(yù)緊力預(yù)緊力F F0 02 2、若采用鉸制孔用螺栓，則要確定的是：、若采用鉸制孔用螺栓，則要確定的是：工作剪力工作剪力F Fmaxmax3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 作用線與作用線與螺栓軸線平行，并通過螺栓螺栓軸線平行，并通過

34、螺栓組的對(duì)稱中心。組的對(duì)稱中心。zFFpDFFF載荷特點(diǎn)：載荷特點(diǎn)：因螺栓均勻分布，則各個(gè)螺栓受載相同。因螺栓均勻分布，則各個(gè)螺栓受載相同。每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷：每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷：FFF02總拉力：總拉力： 此時(shí)，被連接件有分離的此時(shí)，被連接件有分離的趨勢(shì)。趨勢(shì)。一般多用普通螺栓連接。一般多用普通螺栓連接。 軸向載荷軸向載荷F F作用下被連接作用下被連接件之間有什么運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)？件之間有什么運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)？Question：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 F之外，還受有預(yù)緊之外，還受有預(yù)緊力力F F0 0的作用的作用pDFFF4受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組

35、連接F2F2mp2( F1m引起引起)p1( F1引起引起)OOxxOMF0 F0 p ( F 0引起引起)載荷特點(diǎn)：傾覆力矩載荷特點(diǎn)：傾覆力矩 M M 作用在通過作用在通過x-xx-x軸并垂直于連接接合面的軸并垂直于連接接合面的一個(gè)對(duì)稱平面內(nèi)。一個(gè)對(duì)稱平面內(nèi)。 承受承受M M之前，之前，底板的受力情況底板的受力情況 承受承受M M之后，之后，底板的受力情況底板的受力情況MLiLmaxOOxxF1F2mM 為阻止底板翻轉(zhuǎn)，作用在底板兩側(cè)為阻止底板翻轉(zhuǎn)，作用在底板兩側(cè)的作用力，對(duì)的作用力，對(duì)0-00-0軸形成一個(gè)力矩，這軸形成一個(gè)力矩，這個(gè)力矩應(yīng)與外加的個(gè)力矩應(yīng)與外加的M M相平衡。相平衡。 （

36、即：左側(cè)螺栓以及右側(cè)支承面對(duì)（即：左側(cè)螺栓以及右側(cè)支承面對(duì)0-00-0軸線的反力矩應(yīng)與軸線的反力矩應(yīng)與M M相平衡）相平衡）OMFiFmaxLiOMFiFmaxLi簡化：簡化：底板的平衡條件為：底板的平衡條件為：MLFLFLFzz 2211ziLFM1iiiiLLFFmaxmaxZiLMLF12imaxmax 根據(jù)螺栓的拉伸變形量與其軸線到根據(jù)螺栓的拉伸變形量與其軸線到0000軸之距成正比：軸之距成正比：maxmax2211LFLFLFLFLFiiii 底板的平衡條件為：底板的平衡條件為：MLFLFLFzz 2211ziLFM1ii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，

37、距OO軸線最左側(cè)的兩個(gè)螺栓受力最大。22221maxzLLLLM 此時(shí)螺栓內(nèi)部的總拉力此時(shí)螺栓內(nèi)部的總拉力F F2 2： F2 = F0 + FmaxQuestion：？ 受受M M作用的螺栓組連接，除作用的螺栓組連接，除要保證螺栓有足夠的強(qiáng)度外，還要保證螺栓有足夠的強(qiáng)度外，還需對(duì)接合面的情況進(jìn)行驗(yàn)算。需對(duì)接合面的情況進(jìn)行驗(yàn)算。F2F2mM00minWMAZFp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 ： ppWMAZF0max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-（5-22）-（5-235-23）5、對(duì)受力復(fù)雜的螺栓組連接、對(duì)受力復(fù)雜的螺

38、栓組連接 將復(fù)雜受力狀態(tài)分解成四種簡單受力狀態(tài)；將復(fù)雜受力狀態(tài)分解成四種簡單受力狀態(tài)； 實(shí)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。作法：作法： 按各種簡單受力狀態(tài)單獨(dú)計(jì)算；按各種簡單受力狀態(tài)單獨(dú)計(jì)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 sinP cosP cosM= a P sin+ b P cosP sinPab示例示例1：示例示例2：QaQTT= Q aF合合示例示例3：首先將首先將P P向向0 0點(diǎn)簡化，可以得到一個(gè)橫向力和一個(gè)轉(zhuǎn)矩。點(diǎn)簡化，可以得到一個(gè)橫向力和一個(gè)轉(zhuǎn)矩。 在在P P 作用下每個(gè)螺栓受到什么力作用？方向、大小如

39、何？作用下每個(gè)螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？ 在在T T 作用下每個(gè)螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？作用下每個(gè)螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？ 將將P P和和T T作用下螺栓所受的力進(jìn)行合成，結(jié)果如何？作用下螺栓所受的力進(jìn)行合成，結(jié)果如何？ 圖示為鉸制孔用螺栓組連接的兩種方案，試分圖示為鉸制孔用螺栓組連接的兩種方案，試分析哪個(gè)方案較好？析哪個(gè)方案較好？LP2aTPLP2aTP5 5、對(duì)受力復(fù)雜的螺栓組連接、對(duì)受力復(fù)雜的螺栓組連接 將復(fù)雜受力狀態(tài)分解成四種簡單受力狀態(tài)；將復(fù)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(dú)計(jì)算；按各種狀態(tài)單獨(dú)計(jì)算； 將螺栓受力向量迭加可

40、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(duì)普通螺栓：對(duì)普通螺栓：對(duì)鉸制孔用螺栓：對(duì)鉸制孔用螺栓：按橫向載荷或轉(zhuǎn)矩按橫向載荷或轉(zhuǎn)矩按按軸、傾軸、傾螺栓的工作拉力螺栓的工作拉力F F橫、轉(zhuǎn)橫、轉(zhuǎn)連接所需的預(yù)緊力連接所需的預(yù)緊力F F0 0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5-6 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算塑性變形塑性變形疲勞斷裂疲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FF 螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算是針對(duì)螺栓組中受力最大的螺螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算

41、是針對(duì)螺栓組中受力最大的螺栓而進(jìn)行的。栓而進(jìn)行的。 螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算，一是按強(qiáng)度條件去確定螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算，一是按強(qiáng)度條件去確定螺栓的直徑；二是可對(duì)選定了直徑的螺栓去校核其螺栓的直徑；二是可對(duì)選定了直徑的螺栓去校核其強(qiáng)度。強(qiáng)度。螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算：螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)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(jì)算計(jì)算 d d1 1 螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據(jù)等強(qiáng)度原則及使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的。采用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，這些部分都不需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。所以，螺栓連接的計(jì)算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度

42、計(jì)算（一）松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：4/21dF式中式中: d: d1 1-螺紋小徑螺紋小徑mm mm 許用應(yīng)力許用應(yīng)力FF設(shè)計(jì)公式：設(shè)計(jì)公式：41Fd （二）緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算（二）緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算1.1.僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接2.2.承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接承受預(yù)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(shí)需擰緊螺母，靜載荷、變載荷均可承受，在裝配時(shí)需擰緊螺母，靜載荷、變載荷均可承受，在工程上應(yīng)用最廣。工程上應(yīng)用最廣。1. 1. 僅承受預(yù)緊力僅承受預(yù)緊力F F0 0的緊螺栓連接的緊螺栓連接 此時(shí)的

43、連接靠此時(shí)的連接靠F F0 0在接合面產(chǎn)生摩擦力來抵抗橫向載在接合面產(chǎn)生摩擦力來抵抗橫向載荷或轉(zhuǎn)矩，在螺栓的軸線方向沒有工作載荷。荷或轉(zhuǎn)矩，在螺栓的軸線方向沒有工作載荷。F F0 0拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力T T1 1扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 在擰緊力矩作用下，在擰緊力矩作用下，F(xiàn)0F0F0F0 螺栓處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)螺栓處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下力狀態(tài)下3 . 14/210dF由由F F0 0產(chǎn)生的拉應(yīng)力：產(chǎn)生的拉應(yīng)力：由由T T1 1產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：16/3111dTWTT16/2)tan( 3120ddFv223ca22)5 . 0( 3代入代入M 10M 10 M 64

44、 M 64 的螺紋參數(shù)，得到：的螺紋參數(shù)，得到： 0.5 0.5 計(jì)算應(yīng)力：計(jì)算應(yīng)力：強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：43.13.1210dFca結(jié)論：結(jié)論：對(duì)于緊螺栓連接，在計(jì)算時(shí)，可只對(duì)于緊螺栓連接，在計(jì)算時(shí)，可只按單純拉伸強(qiáng)度計(jì)算，但需將所受拉力按單純拉伸強(qiáng)度計(jì)算，但需將所受拉力（預(yù)緊力）增大（預(yù)緊力）增大30%30%來考慮扭轉(zhuǎn)的影響。來考慮扭轉(zhuǎn)的影響。在擰緊時(shí)同時(shí)承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用。強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：43.13.1210dFca 僅受預(yù)緊力作用的緊螺栓連接，其工作僅受預(yù)緊力作用的緊螺栓連接，其工作原理是利用預(yù)緊力的作用，在接合面產(chǎn)生的原理是利用預(yù)緊力的作用，在接合面產(chǎn)生的摩擦力來抵抗工作載

45、荷。摩擦力來抵抗工作載荷。 普通螺栓連接承受橫向載荷或普通螺栓連接承受橫向載荷或轉(zhuǎn)矩時(shí)，螺栓僅受預(yù)緊力的作用。轉(zhuǎn)矩時(shí)，螺栓僅受預(yù)緊力的作用。izfFKFs0-受橫向載荷（普）受橫向載荷（普）ziirfTKF1S0-受轉(zhuǎn)矩的受轉(zhuǎn)矩的（普）（普） 預(yù)緊力的大小，可根據(jù)連接的受力狀態(tài)，由公式確定：F0F0F0F0izfFKFs0預(yù)緊力預(yù)緊力F0 ：若取若取 f =0.2， Ks=1.2, i =1, 則：則：F0 6 6F 結(jié)構(gòu)尺寸大結(jié)構(gòu)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，F(xiàn)0F0F0F0b. b. 采用無間隙的鉸制孔用螺栓。采用無間隙的鉸制孔用螺栓。FF/2F

46、/2 a. a. 采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷。采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷。螺栓僅起連接作用改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：這時(shí)，其連接強(qiáng)度按減載零件的剪切、擠壓強(qiáng)度這時(shí)，其連接強(qiáng)度按減載零件的剪切、擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算，而螺栓只是保證連接，不再承受工作條件計(jì)算，而螺栓只是保證連接，不再承受工作載荷，因此預(yù)緊力不必很大。載荷，因此預(yù)緊力不必很大。示例示例3：首先將首先將P P向向0 0點(diǎn)簡化，可以得到一個(gè)橫向力和一個(gè)轉(zhuǎn)矩。點(diǎn)簡化，可以得到一個(gè)橫向力和一個(gè)轉(zhuǎn)矩。 在在P P 作用下每個(gè)螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？作用下每個(gè)螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？ 在在T T 作用下每個(gè)螺栓受到什么

47、力作用？方向、大小如何？作用下每個(gè)螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？ 將將P P和和T T作用下螺栓所受的力進(jìn)行合成，結(jié)果如何？作用下螺栓所受的力進(jìn)行合成，結(jié)果如何？ 圖示為鉸制孔用螺栓組連接的兩種方案，試分圖示為鉸制孔用螺栓組連接的兩種方案，試分析哪個(gè)方案較好？析哪個(gè)方案較好？LP2aTPLP2aTP2. 承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接 設(shè)流體壓強(qiáng)為設(shè)流體壓強(qiáng)為p p，螺栓數(shù)目為，螺栓數(shù)目為Z Z，則，則缸蓋上每個(gè)螺栓所受的軸向工作載荷為：缸蓋上每個(gè)螺栓所受的軸向工作載荷為：p D2/4F = =Z 前面分析過，當(dāng)預(yù)緊后螺栓若再承受軸向工作載荷或傾覆力矩的

48、作用，則螺栓內(nèi)部的拉力會(huì)進(jìn)一步增加，螺栓所受的總拉力：螺栓所受的總拉力：F F2 2 F F0 0 + F + F特別注意：特別注意：pDFFF螺母未擰緊螺母未擰緊b bm m螺母已擰緊螺母已擰緊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：雖然螺栓所受拉力等于被連注意：雖然螺栓所受拉力等于被連接件所受壓力，但由于兩者的剛度接件所受壓力，但由于兩者的剛度不同，所以它們的變形量也不同。不同，所以它們的變形量也不同。螺栓的伸長量：螺栓的伸長量：F0F0bbCF0mmCF0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

49、未擰緊+b bb bm mF F1 1F F1 1F FF FF F2 2已承受工作載荷已承受工作載荷m m加載加載 F F 后后: :螺栓總伸長量增加為螺栓總伸長量增加為: :+b+b被連接件壓縮量減少為：被連接件壓縮量減少為：m m = =m m - - F0F0螺母已擰緊螺母已擰緊螺母未擰緊螺母未擰緊+b bb bm mF F1 1F F1 1F FF FF F2 2已承受工作載荷已承受工作載荷m mF F2 2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 0F F1 1 的選取原則如下：的選取原則如下：有密封性要求

50、時(shí)：有密封性要求時(shí)： F1 =（1.51.8）F工作載荷不穩(wěn)定時(shí)工作載荷不穩(wěn)定時(shí) ：F1 =（0.61.0）F 工作載荷穩(wěn)定的時(shí)：工作載荷穩(wěn)定的時(shí)： F1 =（0.20.6）F一般連接：一般連接： 以上螺栓連接的受力與變形關(guān)系可以用線圖以上螺栓連接的受力與變形關(guān)系可以用線圖（即力與變形坐標(biāo)圖）來表示。（即力與變形坐標(biāo)圖）來表示。被連接件受力變形圖被連接件受力變形圖力變形螺栓受力變形圖螺栓受力變形圖mF0力mOm變形bF0Obb設(shè)螺栓的剛度為設(shè)螺栓的剛度為Cb，被連接件的剛度為，被連接件的剛度為Cm則：則：bbbCF0tanmmmCF0tanFbmF- F顯見：顯見：F0 = F1 + （FF）

51、力變形變形F0bmbmF2F1FObOmFbmF- F力力變形變形F0bmbmF2F1FObOm由圖中的幾何關(guān)系可得由圖中的幾何關(guān)系可得：FFFmbtantanmbCCFCCCFmbb FCCCFmbb 見教材見教材p84p84頁。其大小與螺栓和被連接件的結(jié)構(gòu)尺寸、材料以頁。其大小與螺栓和被連接件的結(jié)構(gòu)尺寸、材料以及墊片等因素有關(guān)。數(shù)值在及墊片等因素有關(guān)。數(shù)值在0 01 1之間。之間。螺栓的相對(duì)剛度螺栓的相對(duì)剛度FbmF- F力力變形變形F0bmbmF2F1FObOmFCCCFmbb FCCCFFmbb110FCCCFmbm1FFF02 F0 = F1 + （FF） 在承受軸向工作拉力的螺栓連

52、接中，采用橡膠墊片在承受軸向工作拉力的螺栓連接中，采用橡膠墊片和采用鐵墊片哪一個(gè)對(duì)連接有利？為什么？和采用鐵墊片哪一個(gè)對(duì)連接有利？為什么？FCCCFmbb0QuestionQuestion：-(5-33)-(5-34)FFF12FCCCFFmbb02螺栓所受的總拉力：螺栓所受的總拉力：-（5-31）-（5-34） 結(jié)論：承受結(jié)論：承受軸向軸向工作載荷的緊螺栓連接，其設(shè)計(jì)步驟如下：工作載荷的緊螺栓連接，其設(shè)計(jì)步驟如下：按連接的受載情按連接的受載情況求出螺栓的工況求出螺栓的工作拉力作拉力F根據(jù)連接根據(jù)連接要求選取要求選取 F1計(jì)算螺計(jì)算螺栓的總栓的總拉力拉力F2按按F2進(jìn)行進(jìn)行螺栓的強(qiáng)螺栓的強(qiáng)度計(jì)

53、算度計(jì)算強(qiáng)度條件式：強(qiáng)度條件式：21423.1dFca（校核式）（校核式）或：或： )(3 . 1421mmFd （設(shè)計(jì)式）（設(shè)計(jì)式） 承受承受F F0 0和和F F共同作用的緊螺栓連接，其強(qiáng)度公式與僅共同作用的緊螺栓連接，其強(qiáng)度公式與僅承受承受F F0 0作用時(shí)的公式形式相同，區(qū)別在于一個(gè)是作用時(shí)的公式形式相同，區(qū)別在于一個(gè)是F F2 2，一，一個(gè)是個(gè)是F F0 0。而。而F F2 2的求法略微復(fù)雜。的求法略微復(fù)雜。結(jié)論：結(jié)論： 以上是對(duì)靜載荷作用下進(jìn)行的計(jì)算，對(duì)于受軸向變以上是對(duì)靜載荷作用下進(jìn)行的計(jì)算，對(duì)于受軸向變載荷的重要連接，除要作靜強(qiáng)度計(jì)算外，還應(yīng)對(duì)螺栓載荷的重要連接，除要作靜強(qiáng)度計(jì)

54、算外，還應(yīng)對(duì)螺栓的疲勞強(qiáng)度作精確校核。的疲勞強(qiáng)度作精確校核。工作拉力工作拉力FF在在 0F 之間變化之間變化螺栓總拉力螺栓總拉力F2在在 F0F2 之間變化之間變化4212maxdF應(yīng)力幅：應(yīng)力幅：2minmaxa212dFCCCmbb4210mindF 由圖可見，無由圖可見，無論工作載荷論工作載荷 F 如何如何變化，螺栓的最小變化，螺栓的最小應(yīng)力應(yīng)力min是不變的，是不變的，所以可按式（所以可按式（3-24）（即（即min = C 的情況）的情況）進(jìn)行校核。進(jìn)行校核。螺栓最大應(yīng)力計(jì)算安全系數(shù)為：螺栓最大應(yīng)力計(jì)算安全系數(shù)為：SKKSatccaminmin122式中的參數(shù)說明見教材式中的參數(shù)說明

55、見教材 P85。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 思考：這種螺栓連接受到哪些思考：這種螺栓連接受到哪些力的作用？應(yīng)當(dāng)按什么強(qiáng)度條力的作用？應(yīng)當(dāng)按什么強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算？件進(jìn)行計(jì)算？桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件：桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件： ppLdFmin0螺栓螺栓或或被連接件被連接件的許用的許用擠壓應(yīng)力，查表擠壓應(yīng)力，查表5 7Lmin1.25d0螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件：螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件： 204dmF剪切面數(shù)剪切面數(shù)螺栓材料的許用切應(yīng)螺栓材料的許用切應(yīng)力，查表力，查表510Lmind0FF5 57 螺栓的材料和許用應(yīng)力螺栓的材料和許用應(yīng)力一、螺紋聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接件材料材料螺栓

56、、螺柱、螺釘常用材料：螺栓、螺柱、螺釘常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素鋼；等碳素鋼；特殊用途特殊用途( (防磁、導(dǎo)電防磁、導(dǎo)電): ): 特殊鋼、銅合金、鋁合金等。特殊鋼、銅合金、鋁合金等。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為9級(jí)。級(jí)。3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9作為標(biāo)準(zhǔn)零件，螺紋聯(lián)接件是按其性能等級(jí)選用的。對(duì)于一定性能等級(jí)的螺紋聯(lián)接件應(yīng)具備一定的強(qiáng)度極限。沖擊振動(dòng)場合用：沖擊振動(dòng)場合用：15Cr、40Cr、 30CrMnSi等合金鋼。等合金鋼。墊圈：墊圈：Q235、15、 35墊圈：墊圈： 65Mn

57、HBW選用原則：選用原則：一般用途：通常選用一般用途：通常選用4.8級(jí)左右的螺栓，級(jí)左右的螺栓，重要場合：要選用高的性能等級(jí)，重要場合：要選用高的性能等級(jí)，如在壓力容器中常采用如在壓力容器中常采用8.8級(jí)的螺栓。級(jí)的螺栓。螺母的性能等級(jí)分為 7級(jí)。 4 5 6 8 9 10 12二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力 螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)( (靜、變載荷靜、變載荷) )、裝配情況裝配情況( (松、緊聯(lián)接松、緊聯(lián)接) )、材料、結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。、材料、結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。許用拉應(yīng)力：許用拉應(yīng)力： 許用剪應(yīng)力和擠壓應(yīng)力：許用剪應(yīng)力和擠壓應(yīng)力： SsSsPs

58、PS-被聯(lián)接件為鋼被聯(lián)接件為鋼P(yáng)BPS-被聯(lián)接件為鑄鐵被聯(lián)接件為鑄鐵S S, , S Sp p-安全系數(shù)，其取值詳見下頁表。安全系數(shù)，其取值詳見下頁表。表表5-11 螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)S 碳素鋼碳素鋼 54 42.5 2.52 碳素鋼碳素鋼 12.58.5 8.5 8.512.5 M6M16 M16M30 M30M60 M16M16 M16 M30 M30M60不控制不控制預(yù)緊力預(yù)緊力的計(jì)算的計(jì)算控制預(yù)控制預(yù)緊力的緊力的計(jì)算計(jì)算受載類型受載類型 靜載荷靜載荷 變載荷變載荷松螺栓聯(lián)接松螺栓聯(lián)接 1.21.7合金鋼合金鋼 5.75 53.4 3.43 合金鋼合金鋼 106.8 6

59、.8 6.810 1.2 1.5 1.2 1.5(Sa=2.54 )鋼：鋼：S=2.5， Sp= 1. 25， 鋼：鋼：S=3.55， Sp= 1. 5鑄鐵：鑄鐵：Sp=2.02.5， 鑄鐵：鑄鐵： Sp= 2.53鉸制孔用螺鉸制孔用螺栓聯(lián)接栓聯(lián)接受軸受軸向及向及橫向橫向載荷載荷的普的普通螺通螺栓聯(lián)栓聯(lián)接接緊緊螺螺栓栓聯(lián)聯(lián)接接5 58 提高螺紋連接強(qiáng)度的措施提高螺紋連接強(qiáng)度的措施承受軸向變載荷時(shí)，螺栓的損壞形式：承受軸向變載荷時(shí)，螺栓的損壞形式： 疲勞斷裂疲勞斷裂容易斷裂部位：容易斷裂部位：提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施有哪些呢？ 以螺栓聯(lián)接為例，螺栓連接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，因此，提高螺栓的強(qiáng)

60、度，將大大提高聯(lián)接系統(tǒng)的可靠性。65%20%15%影響螺栓強(qiáng)度的因素影響螺栓強(qiáng)度的因素：螺紋牙的載荷分配、應(yīng)力變化：螺紋牙的載荷分配、應(yīng)力變化幅度、應(yīng)力集中、附加應(yīng)力、材料的力學(xué)性能和制造幅度、應(yīng)力集中、附加應(yīng)力、材料的力學(xué)性能和制造工藝等。工藝等。一、一、降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅軸向工作載荷軸向工作載荷F的變化范圍的變化范圍: 0 FCb+ CmCbF0 F0 +F總拉伸載荷的總拉伸載荷的F2變化范圍變化范圍: Cb 或或 Cm F2變化范圍變化范圍F （降低螺栓總拉伸載荷（降低螺栓總拉伸載荷F2的變化范圍）的變化范圍）F0 m b措施一措施一：降低螺栓剛度（