第5章-機械設計-螺紋連接和螺旋傳動課件

第5章螺紋連接和螺旋傳動§5－1螺紋§5－2螺紋連接的類型及標準連接件§5－3螺紋連接的預緊§5－6螺紋連接的強度計算§5－7螺栓的材料和許用應力§5－8提高螺栓連接強度的措施§5－9螺旋傳動§5－4螺紋連接的防松§5－5螺栓組連接的設計中國地質大學專用作者：潘存云教授第5章螺紋連接和螺旋傳動§5－1螺紋§5－2螺紋連接的1潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺紋的形成§5－1螺紋d2螺旋線——一動點在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋轉，同時沿軸向作等速移動的軌跡。螺紋——一平面圖形沿螺旋線運動，運動時保持該圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。螺紋中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺紋的形成§5－1螺紋2按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉體的內外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋中國地質大學專用作者：潘存云教授按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉3潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制螺紋的牙型潘存云教授研制矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋15o30o3o30o潘存云教授研制潘存云教授研制中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制螺紋4潘存云教授研制按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉體的內外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋潘存云教授研制左旋螺紋中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線5潘存云教授研制潘存云教授研制按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉體的內外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋一般:n≤4PSS=2PPSPS=Pn線螺紋:S=n

P單線螺紋多線螺紋中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的6按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉體的內外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內螺紋螺紋副中國地質大學專用作者：潘存云教授按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回7潘存云教授研制潘存云教授研制外螺紋內螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制外螺紋內螺紋潘存云教授研制潘存云8按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉體的內外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內螺紋連接螺紋傳動螺紋螺旋傳動中國地質大學專用作者：潘存云教授按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回9連接螺紋傳動螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制中國地質大學專用作者：潘存云教授連接螺紋傳動螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制中國地質大學專用10按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉體的內外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋外螺紋內螺紋連接螺紋傳動螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋中國地質大學專用作者：潘存云教授按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回11潘存云教授研制圓柱螺紋圓錐螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制管螺紋中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制圓柱螺紋圓錐螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制管12ψ潘存云教授研制(3)中徑d2

也是一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。βd1d2d(1)大徑d

與外螺紋牙頂(或內螺紋牙底)相重合的假想圓柱體的直徑。(2)小徑d1

與外螺紋牙底(或內螺紋牙頂)相重合的假想圓柱體的直徑。(4)螺距P

相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。(5)導程S(6)螺紋升角ψ

中徑d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角(7)牙型角

α

軸向截面內螺紋牙型相鄰兩側邊的夾角。牙型側邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。tanψ=πd2

nP

牙側角

β

αβψπd2SS=nP同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距P二、螺紋的主要幾何參數(shù)SPP/2P/2(8)接觸高度

h

內外螺紋旋合后，接觸面的徑向高度。h圓周長展開長度中國地質大學專用作者：潘存云教授ψ潘存云教授研制(3)中徑d2也是一個假想圓柱的直徑，13普通螺紋以大徑d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，其余的統(tǒng)稱為細牙螺紋。60?螺紋的精度等級:A級B級C級公差小，精度最高，用于配合精確，防振動等場合受載較大且經(jīng)常拆卸，調整或承受變載荷的連接用于一般連接，最常用粗牙螺紋應用最廣。細牙螺紋的優(yōu)點：升角小、小徑大、自鎖性好、強度高缺點：不耐磨，易滑扣。應用：薄壁零件、受動載荷的連接和微調機構。Pd粗牙dP細牙dP細牙中國地質大學專用作者：潘存云教授普通螺紋以大徑d為公稱直徑，同一公稱直徑可以14潘存云教授研制潘存云教授研制梯形螺紋：梯形鋸齒形30o3o30o為了減少摩擦和提高效率，這兩種螺紋的牙側角β比三角形螺紋的要小得多。用于剖分螺母時，梯形螺紋可消除因摩擦而產(chǎn)生的間隙，應用較廣。鋸齒形螺紋的效率比矩形螺紋高，但只適合單向傳動。鋸齒形螺紋:常用于傳動。β=15oβ=3o粗牙普通螺紋、細牙普通螺紋和梯形螺紋的基本尺寸見后續(xù)各表（或查閱相關機械設計手冊）。螺紋的基本尺寸：中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制梯形螺紋：梯形鋸齒形30o315§5－2螺紋連接的類型及標準連接件一、

螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型eaal1l1可承受橫向載荷。螺紋余留長度l1鉸制孔用螺栓靜載荷l1>=(0.3~0.5)d;變載荷l1>=0.75d;沖擊載荷或彎曲載荷l1≥d;鉸制孔用螺栓l1≈d;螺紋伸出長度a=(0.2~0.3)d;螺栓軸線到被連接件邊緣的距離e=d+(3~6)mm用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。潘存云教授研制潘存云教授研制d潘存云教授研制d孔與螺桿之間留有間隙潘存云教授研制潘存云教授研制中國地質大學專用作者：潘存云教授§5－2螺紋連接的類型及標準連接件一、螺紋連接的基本類16潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、

螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型螺釘連接座端擰入深度H，當螺孔材料為：aee雙頭螺柱連接

連接件厚，允許拆裝。鋼或青銅H=d;鑄鐵H=(1.25~1.5)d鋁合金H=(1.5~2.5)d螺紋孔深度H1=H+(2~2.5)P;鉆孔深度H2=H1+(0.5~1)d;參數(shù)l1、e、a與螺栓相同

l1l1HHH1H1H2H2結構簡單，省了螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺孔而修復困難?！?－2螺紋連接的類型及標準連接件d中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺紋連接的17潘存云教授研制一、

螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型螺釘連接雙頭螺柱連接緊定螺釘連接緊定螺釘§5－2螺紋連接的類型及標準連接件潘存云教授研制中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制一、螺紋連接的基本類型螺栓連接基本類型螺釘18潘存云教授研制潘存云教授研制二、螺紋緊固件螺栓螺紋緊固件螺栓的結構形式LL0d六角頭LdL0小六角頭中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制二、螺紋緊固件螺栓螺紋緊固件螺栓19dL0L1LL1

——座端長度L0

——螺母端長度二、螺紋緊固件螺紋緊固件雙頭螺柱螺栓中國地質大學專用作者：潘存云教授dL0L1LL1——座端長度L0——螺母端長度二、螺紋緊20二、螺紋緊固件螺紋緊固件末端結構頭部結構螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓中國地質大學專用作者：潘存云教授二、螺紋緊固件螺紋緊固件末端結構頭部結構螺釘、緊定螺釘雙頭螺21潘存云教授研制二、螺紋緊固件螺紋緊固件潘存云教授研制地腳螺栓機座、機架固定于地基

潘存云教授研制起吊螺釘機器或大型零、部件的頂蓋或外殼，便于起吊

螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋連接T型螺栓工裝設備中中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制二、螺紋緊固件螺紋緊固件潘存云教授研制地腳螺栓22二、螺紋緊固件螺紋緊固件用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。用于尺寸受限制之處。國標羅列有６０余種不同結構的螺母螺母螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱螺栓專用螺紋連接六角螺母六角扁螺母六角厚螺母潘存云教授研制圓螺母中國地質大學專用作者：潘存云教授二、螺紋緊固件螺紋緊固件用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。用于尺寸受限23墊圈平墊圈薄平墊圈A型平墊圈B型平墊圈螺母螺釘、緊定螺釘雙頭螺柱二、螺紋緊固件螺栓螺紋緊固件斜墊圈彈簧墊圈圓螺母用止動墊圈作用：增加支撐面積以減小壓強，避免擰緊螺母擦傷表面、防松。專用螺紋連接中國地質大學專用作者：潘存云教授墊圈平墊圈薄平墊圈A型平墊圈B型平墊圈螺母螺釘、緊定螺釘24§5－3螺紋連接的預緊預緊力：大多數(shù)螺紋連接在裝配時都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預先受到力的作用，這個預加作用力稱為預緊力。預緊的目的：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。預緊力的確定原則：擰緊后螺紋連接件的預緊應力不得超過其材料的屈服極限ss的80%。一、概述一般螺紋連接在裝配時都必須擰緊，這時螺紋連接受到預緊力的作用。對于重要的螺紋連接，應控制其預緊力，因為預緊力的大小對螺紋連接的可靠性，強度和密封均有很大影響。碳素鋼螺栓：F0≤(0.6~0.7)σsA1合金鋼螺栓：F0≤(0.5~0.6)σsA1A1——危險截面積，A1≈πd21/4中國地質大學專用作者：潘存云教授§5－3螺紋連接的預緊預緊力：大多數(shù)螺紋連接在裝配時都需要25尼龍圈鎖緊螺母連接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時，不會自動松脫。但在沖擊、振動和變載條件下，預緊力可能在某一瞬時消失，連接仍有可能松動而失效。高溫下的螺栓連接，由于溫度變形差異等，也可能發(fā)生松脫現(xiàn)象（如高壓鍋），因此設計時必須考慮防松，即防止相對轉動。防松的方法1.利用附加摩擦力防松彈簧墊圈對頂螺母§5－4螺紋連接的防松防松——防止螺旋副相對轉動。中國地質大學專用作者：潘存云教授尼龍圈鎖緊螺母連接用三角形螺紋都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫26開口銷與六角開槽螺母串聯(lián)鋼絲2.采用專門防松元件防松圓螺母用止動墊圈潘存云教授研制止動墊圈潘存云教授研制潘存云教授研制中國地質大學專用作者：潘存云教授開口銷與六串聯(lián)鋼絲2.采用專門防松元件防松圓螺母用止動墊圈27沖點防松法3.其它方法防松1~1.5P用沖頭沖2至3點粘合法防松涂粘合劑中國地質大學專用作者：潘存云教授沖點防松法3.其它方法防松1~1.5P用沖頭沖2至3點粘合28§5－5螺栓組連接的設計在設計螺栓組連接時，關鍵是連接的結構設計。它是根據(jù)被連接件的結構和連接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式?！鵀榱吮阌诩庸ぶ圃旌蛯ΨQ布置螺栓，保證連接結合面受力均勻，通常連接接合面的幾何形狀都設計成一、螺栓組連接的結構設計基本原則：大多數(shù)機械中螺栓都是成組使用的。軸對稱的簡單幾何形狀圓形圓環(huán)形矩形矩形框三角形中國地質大學專用作者：潘存云教授§5－5螺栓組連接的設計在設計螺栓組連接時，關鍵是連接的結29潘存云教授研制▲螺栓布置應使各螺栓的受力合理FF(1)對于鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置８個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均；潘存云教授研制潘存云教授研制合理不合理(2)當螺栓連接承受彎矩或轉矩時，應使螺栓的位置適當靠近連接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制▲螺栓布置應使各螺栓的受力合理FF(1)對于30潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制dhD▲螺栓的排列應有合理的間距、邊距，以保證扳手空間(3)當同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，采用抗剪零件來承受橫向載荷。潘存云教授研制潘存云教授研制60?CCEE60?扳手空間的尺寸見有關標準。AB潘存云教授研制中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存31對于壓力容器等緊密性要求較高的重要連接。螺栓的間距不大于下表所推薦的取值。t0潘存云教授研制螺栓間距t0工作壓力/MPa7d5d4.54d3.53dt0/mm≤1.61.6~44~1010~1616~2020~30d▲為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應相同中國地質大學專用作者：潘存云教授對于壓力容器等緊密性要求較高的重要連接。螺栓的間距不大于32潘存云教授研制支承面傾斜采用凸臺或沉孔結構潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制支承面不平保證被連接件，螺母和螺栓頭支承面平整，并與螺栓軸線相互垂直。對于在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時，應制成凸臺或沉頭座。當支承面為傾斜表面時，應采用斜面墊圈等。▲避免螺栓承受附加的彎曲載荷切削加工支承面支承面傾斜潘存云教授研制中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制支承面傾斜采用凸臺或沉孔結構潘存云教授研制潘存33二、螺栓組連接的受力分析受力分析的目的:根據(jù)連接的結構和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進行螺栓連接的強度計算。受力分析時所作假設:

(1)所有螺栓的材料、直徑、長度和預緊力均相同；(3)受載后連接接合面仍保持為平面。受力分析的類型：(2)螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合；受轉矩受橫向載荷受軸向載荷受傾覆力矩M中國地質大學專用作者：潘存云教授二、螺栓組連接的受力分析受力分析的目的:受力分析時所作假設:34（1）對于鉸制孔用螺栓連接，每個螺栓所受工作剪力為（2）對于普通螺栓連接，按預緊后接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷的要求，有式中z為螺栓數(shù)目。圖示為由四個螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組連接。1．受橫向載荷的螺栓組連接Ks為防滑系數(shù)，設計中可取Ks=1.1~1.3。潘存云教授研制鉸制孔螺栓F∑F∑F∑F∑潘存云教授研制普通螺栓或i接合面數(shù)f接合面摩擦系數(shù)中國地質大學專用作者：潘存云教授（1）對于鉸制孔用螺栓連接，每個螺栓所受工作剪力為（2）對于35潘存云教授研制TO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力情況是不同的。2．受轉矩的螺栓組連接采用普通螺栓，是靠連接預緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉矩T。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抵抗轉矩T。TrmaxFmaxr1fF0fF0r2riFi假設底板受載仍為平面，則螺栓的剪切變形量與距離成正比，F(xiàn)=Kri剪切力與距離r的比值為常數(shù)中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制TO潘存云教授研制O采用普通螺栓和鉸制孔用螺栓36潘存云教授研制D3．受軸向載荷的螺栓組連接若作用在螺栓組上軸向總載荷FΣ作用線與螺栓軸線平行，并通過螺栓組的對稱中心，則各個螺栓受載相同，每個螺栓所受軸向工作載荷為通常，各個螺栓還承受預緊力F0的作用，當連接要有保證的殘余預緊力為F1時，每個螺栓所承受的總載荷F2為F2=F1+FpF∑FF中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制D3．受軸向載荷的螺栓組連接若作用在螺栓組37潘存云教授研制潘存云教授研制4．受傾覆力矩的螺栓組連接傾覆力矩M作用在連接接合面的一個對稱面內，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已被擰緊并承受預緊力F0且被拉伸，地基有均勻的壓縮。在作用M后，接觸面繞0-0線轉動一個角度，左邊的地基被放松，而螺栓被進一步拉伸；右邊的螺栓被放松，而地基被進一步壓縮。單個螺栓拉力產(chǎn)生的力矩為F1F0

F0

σp

(

F

0引起)F2mσp2(

F1m引起)σp1(

F1引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi

Li

假設底板受載仍為平面，則螺栓受力與螺栓中心到螺栓組排列中心的距離成正比。螺栓承受的載荷與距離成正比中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制4．受傾覆力矩的螺栓組連接傾覆38潘存云教授研制F1m

強調是基座上的壓力Fm

F2m

F1

F

F2

C2

單個螺栓的受力分析Om

力變形Ob

作用在底板兩側的合力矩與傾覆力矩M平衡，即未加傾覆力矩時，工作點在A?！芃i=0施加傾覆力矩M時，左邊的螺栓，工作點移至B1

和C1

右邊的螺栓，工作點移至B2

和C2

左邊螺栓總拉力增加，右邊螺栓總拉力減小。F2

F2m

C1

B2

B1

求得最大工作載荷A

F0

中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制F1m強調是基座上的壓力FmF2mF139螺栓的總拉力為防止接合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求連接接合面材料的許用擠壓應力材料鋼鑄鐵混凝土磚(水泥漿縫)木材[σ]p(MPa)0.8σS(0.4~0.5)σB2.0~3.01.5~2.02.0~4.0直接引用前面的結論中國地質大學專用作者：潘存云教授螺栓的總拉力為防止接合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出40§5－6螺紋連接的強度計算螺栓連接的主要失效形式滑扣

因經(jīng)常拆裝受拉螺栓塑性變形螺紋部分疲勞斷裂受剪螺栓剪斷壓潰螺桿和孔壁的貼合面經(jīng)常拆卸——軸向變載荷斷裂螺栓桿中國地質大學專用作者：潘存云教授§5－6螺紋連接的強度計算螺栓連接的主要失效形式滑扣41潘存云教授研制螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據(jù)等強度原則及使用經(jīng)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。一、松螺栓連接強度計算強度條件式中d1——螺紋小徑mm，[σ]——許用應力二、緊螺栓連接強度計算FaFa力除以面積設計公式裝配時需要擰緊，在工作狀態(tài)下可能還需要補充擰緊。1.僅承受預緊力的緊螺栓連接2.承受預緊力和工作拉力的緊螺栓連接3.承受工作剪力的緊螺栓連接裝配時不須要擰緊起重吊鉤中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據(jù)等強度原42螺栓受軸向拉力F0和摩擦力矩T1的雙重作用。拉應力1.僅承受預緊力的緊螺栓連接扭轉切應力對于M10~M64的普通鋼制螺紋，可?。篢anρ’≈f‘=0.17，d2/d1=1.04~1.08,tanρ’≈0.5得：τ≈0.5σ分母為抗剪截面系數(shù)計算應力由此可見，對于M10~M64普通螺紋的鋼制緊螺栓連接，在擰緊時，雖然同時承受拉伸和扭轉的聯(lián)合作用，但在計算時，可以只考慮拉伸強度計算，并將預緊力增大30%來考慮扭轉的影響。強度條件中國地質大學專用作者：潘存云教授螺栓受軸向拉力F0和摩擦力矩T1的雙重作用。拉應力1.僅承43當承受橫向工作載荷時，預緊力F0導致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應大于橫向載荷F。C——可靠性系數(shù)，常取C=1.1~1.3預緊力F0

f——摩擦系數(shù)，對鋼與鑄鐵，取f=0.1~0.15m——結合面數(shù)上圖m=1,下圖m=2若取f=0.15，C=1.2,m=1,則F0

≥8F→螺栓結構尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0中國地質大學專用作者：潘存云教授當承受橫向工作載荷時，預緊力F0導致接合面所產(chǎn)生的摩擦44潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制FF/2F/2潘存云教授研制D2.受預緊力和工作拉力的緊螺栓連接改進措施：采用鍵、套筒、銷等減載零件承擔橫向工作載荷。螺栓僅起連接作用設流體壓強為p，螺栓數(shù)目為Z，則缸體周圍每個螺栓的平均載荷為pπD2/4F

=ZpFF中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存45潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制預緊狀態(tài)潘存云教授研制特別注意，螺栓和被連接件的彈性變形，軸向載荷：F2≠

F0+F加預緊力后→螺栓受拉伸長λb→被連接件受壓縮短λm加載F

后:螺栓總伸長量增加為總拉力為被連接件壓縮量減少為

殘余預緊力減少為F1

很顯然F1<F0被連接件放松了?λ+λbλm-?λF0F0受載變形松弛狀態(tài)潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F2F2F2=F+F1F1F1FFλmλb?λ?λ

F0F0中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存46潘存云教授研制潘存云教授研制λb?λ連接件變形壓縮力螺栓變形拉力?Fb?Fm螺栓變形力F2F1FF0F0F0λbarctanCbarctanCmλmλm中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制λb?λ連接件變形壓縮力螺栓變形47力螺栓變形arctanCb潘存云教授研制——螺栓的相對剛度系數(shù)F=?Fb+?Fm=(Cb+Cm

)?δCb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0

–F

1-F1=F0-?Fm=F0

-Cm

?δF2=F0

+?Fb=F0

+Cb

?δCb+CmF?λ=FF2?FbF0?λ代入得：表5－4螺栓的相對剛度系數(shù)墊片類型金屬墊片或無墊片皮革銅皮石棉橡膠0.2~0.30.70.80.9Cb+CmCb?FmF1中國地質大學專用作者：潘存云教授力螺栓變形arctanCb潘存云教授研制——螺栓的相對剛度系48靜強度條件重要場合的螺栓連接，還應進行疲勞強度校核。設計公式當工作拉力在0~F之間變化時，螺栓所受總拉力在F0

~F2之間變化。F2

F0

θm

θbF若不考慮摩擦力矩的影響，有中國地質大學專用作者：潘存云教授靜強度條件重要場合的螺栓連接，還應進行疲勞強度校核。設計公式49DI因為σmin=const,應力工作點M落在ODGI區(qū)域內，依據(jù)疲勞強度理論有其中σ-1tc——螺栓材料的對稱循環(huán)拉壓疲勞極限。疲勞極限σ-1

σ-1tc10160~220120~150Q215170~220120~16035220~300170~22045250~340190~25040Cr320~440240~340材料Ψσ——材料特性系數(shù)碳素鋼ψσ

=0.1~0.2合金鋼ψσ

=0.3~0.3σminσ-1eσ-1σaσmOCAσSGMM’3Kσ

——綜合影響系數(shù)S

——安全系數(shù)見下頁螺栓的最大應力計算安全系數(shù)σ-1彎曲循環(huán)疲勞極限中國地質大學專用作者：潘存云教授DI因為σmin=const,應力工作點M落在ODG50潘存云教授研制潘存云教授研制這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓。在連接接合面處，螺栓桿則受剪切。3．承受工作剪力的緊螺栓連接螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為螺栓桿的剪切強度條件為F——螺栓所受的工作剪力，單位為N；Lmin鉸制孔用螺栓FFd0設計時應使Lmin≥1.25d0d0——螺栓剪切面的直徑（可取螺栓孔直徑），單位為mm；Lmin——螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為mm。螺栓或孔壁材料的許用擠壓應力許用切應力中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制這種連接是利用鉸制孔用螺栓抗剪51§5－7螺栓的材料和許用應力一、螺紋連接件材料國家標準規(guī)定了螺紋聯(lián)接件的性能等級。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級，螺母的性能等級分為7級。螺紋聯(lián)接件的材料與許用應力3.64.64.85.6586.88.89.810.912.9作為標準零件，螺紋連接件是按其性能等級選用的。對于一定性能等級的螺紋連接件應具備一定的強度極限。中國地質大學專用作者：潘存云教授§5－7螺栓的材料和許用應力一、螺紋連接件材料國家標準52特殊用途(防磁、導電):特殊鋼、銅合金、鋁合金等。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級。普通墊圈：Q235、15、35彈簧墊圈：65Mn

常用的螺紋聯(lián)接件材料為Q215、Q235、35、45等碳素鋼。當強度要求高時，還可采用合金鋼，如15Cr、40Cr等。中國地質大學專用作者：潘存云教授特殊用途(防磁、導電):特殊鋼、銅合金、鋁合金等。螺栓、53選用原則：一般用途：通常選用4.8級左右的螺栓，重要場合：要選用高的性能等級，如在壓力容器中常采用8.8級的螺栓。螺母的性能等級分為7級。456891012中國地質大學專用作者：潘存云教授選用原則：螺母的性能等級分為7級。454二、螺紋連接件的許用應力螺紋連接件的許用應力與載荷性質(靜、變載荷)、裝配情況(松、緊連接)、材料、結構尺寸有關。許用拉應力許用切應力和擠壓應力被連接件為鋼被連接件為鑄鐵Sτ,Sp——安全系數(shù)，其取值詳見下頁表。屈服極限中國地質大學專用作者：潘存云教授二、螺紋連接件的許用應力螺紋連接件的許用應力與載荷性質(55潘存云教授研制螺栓連接的安全系數(shù)S

碳素鋼5~44~2.52.5~2碳素鋼12.5~8.58.58.5~12.5M6~M16M16~M30M30~M60M16~M16M16~M30M30~M60不控制預緊力的計算控制預緊力的計算受載類型靜載荷變載荷松螺栓連接1.2~1.7合金鋼5.7~55~3.43.4~3合金鋼10~6.86.86.8~101.2~1.51.2~1.5(Sa=2.5~4)鋼：Sτ=2.5，Sp=1.25鋼：Sτ=3.5~5，Sp=1.5鑄鐵：Sp=2.0~2.5鑄鐵：Sp=2.5~3鉸制孔用螺栓連接受軸向及橫向載荷的普通螺栓連接緊螺栓連接中國地質大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制螺栓連接的安全系數(shù)S碳素鋼5~56§5－8提高螺栓連接強度的措施承受軸向變載荷時，螺栓的損壞形式：疲勞斷裂容易斷裂部位：一、降低影響螺栓疲勞強度的應力幅。軸向工作載荷F的變化范圍0~FCb+CmCbF0~F0+F總拉伸載荷的F2變化范圍

螺栓剛度Cb

↓

或

被連接件剛度Cm

↑→F2變化范圍?F↓提高螺栓連接強度的措施有哪些呢？以螺栓連接為例，螺栓連接的強度主要取決于螺栓的強度，因此，提高螺栓的強度，將大大提高連接系統(tǒng)的可靠性。2、改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象。1、降低影響螺栓疲勞強度的應力幅。3、減小應力集中的影響。4、采用合理的制造工藝。中國地質大學專用作者：潘存云教授§5－8提高螺栓連接強度的措施承受軸向變載荷時，螺栓的損壞57潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F0

θm

θb措施一：降低螺栓剛度（C’b<Cb,θ’b

<θb

）措施二：提高被連接件剛度（C’m

>Cm,θ’m

>θm

）

措施三：綜合措施（C’b

<Cb,C’m

>Cm,F’0

>F0

）?FFF1

F2

F’2F’?Fθ’m

F’1θ’

bF’0θm

雖然F’=F?F’<?F強調殘余預緊力減小但有?F’<?F強調殘余預緊力減小F’=FF’=F，F(xiàn)’1

=F1?F’<?F前兩種措施會導致殘余預緊力減小，使密封性能降低。為保證