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1、螺栓组结构设计5-5-1 1 螺纹螺纹5-5-1 1 螺纹螺纹一、螺纹的主要参数一、螺纹的主要参数大径大径d d 是螺纹的公称直径。是螺纹的公称直径。小径小径d d1 1常用于强度计算。常用于强度计算。中径中径d d2 2常用于几何计算。常用于几何计算。螺距螺距P P 相邻两螺纹牙上对应点相邻两螺纹牙上对应点 间的轴向距离。间的轴向距离。导程导程 S 沿螺纹上同一条螺旋线沿螺纹上同一条螺旋线 转一周所移动的轴向距离，转一周所移动的轴向距离，S=nP。线数线数 n 螺纹的螺旋线数目。螺纹的螺旋线数目。牙型角牙型角a a在轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。在轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。牙侧角
2、牙侧角在轴向截面内，螺纹牙型一侧边与螺纹轴线的垂在轴向截面内，螺纹牙型一侧边与螺纹轴线的垂 线之间的夹角。线之间的夹角。螺纹的类型螺纹的类型螺纹升角螺纹升角y y螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。螺纹螺纹二、螺纹的类型二、螺纹的类型螺纹分为螺纹分为外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹左旋左旋右旋右旋常用右旋常用右旋效率较高，主要用于螺旋传动效率较高，主要用于螺旋传动此外，还有此外，还有 管螺纹：管螺纹：主要用于管路的连接主要用于管路的连接。按牙型的不同分为按牙型的不同分为普通螺纹：普通螺纹：矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺
3、纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹（详见表详见表5 51 1）效率低，易自锁，多用于连接效率低，易自锁，多用于连接。详细介绍详细介绍5-2 螺纹连接螺纹连接5-2 5-2 螺纹连接螺纹连接一、螺纹连接的基本类型一、螺纹连接的基本类型1、螺栓连接、螺栓连接（1 1）普通螺栓连接）普通螺栓连接特点：杆与通孔有间隙特点：杆与通孔有间隙 使用不受被连接件材料限制使用不受被连接件材料限制受力：杆受拉应力和扭转切应力受力：杆受拉应力和扭转切应力力传递：力传递：时，时，被连接件不发生相对错动被连接件不发生相对错动优点：通孔精度低，结构简单，优点：通孔精度低，结构简单，装拆方便装拆方便缺点：不能准确定位缺点：不能准确定位
4、螺纹连接螺纹连接螺纹连接螺纹连接（2 2）铰制孔用螺栓连接）铰制孔用螺栓连接特点：杆与通孔无间隙，采用基孔特点：杆与通孔无间隙，采用基孔 制过渡配合制过渡配合受力：杆受剪切力和挤压力受力：杆受剪切力和挤压力优点：可准确定位优点：可准确定位缺点：通孔加工精度要求高缺点：通孔加工精度要求高螺栓连接应用场合：螺栓连接应用场合：被连接件不太厚，有通孔，且能从连接的两边进行装配被连接件不太厚，有通孔，且能从连接的两边进行装配螺纹连接螺纹连接2、双头螺柱连接、双头螺柱连接双头螺栓连接座端被旋入并拧紧在双头螺栓连接座端被旋入并拧紧在被连接件之一的螺纹孔中被连接件之一的螺纹孔中特点及应用场合：特点及应用场合：
5、用于结构上不能采用螺栓连接的场合用于结构上不能采用螺栓连接的场合且需要经常拆装的场合。且需要经常拆装的场合。3、螺钉连接、螺钉连接特点与应用：特点与应用：螺钉连接不用螺母，结构简单紧凑，螺钉连接不用螺母，结构简单紧凑，而且能有光整的外露表面；而且能有光整的外露表面；应用与双头螺柱连接相似，但不宜应用与双头螺柱连接相似，但不宜用于经常拆卸的连接，以免损坏被用于经常拆卸的连接，以免损坏被连接件的螺纹孔。连接件的螺纹孔。螺纹连接螺纹连接双头螺柱连接和螺钉连接的主要尺寸关系：双头螺柱连接和螺钉连接的主要尺寸关系：螺纹连接螺纹连接4、紧定螺钉连接、紧定螺钉连接特点：特点：利用拧入的螺钉末端顶住另一个零件
6、的表面或顶入相应的凹坑中，利用拧入的螺钉末端顶住另一个零件的表面或顶入相应的凹坑中，以固定两个零件的相对位置，并可同时传递不大的力或扭矩。以固定两个零件的相对位置，并可同时传递不大的力或扭矩。螺纹连接螺纹连接6、特殊结构的连接、特殊结构的连接（1 1）地脚螺栓连接）地脚螺栓连接（2 2）吊环螺钉连接）吊环螺钉连接（3 3）T T形槽螺栓连接形槽螺栓连接二、标准螺纹连接件二、标准螺纹连接件螺纹连接螺纹连接标准螺纹连接件精度标准螺纹连接件精度A A级：公差小，精度最高，用于准确定位、装配要求高的场合级：公差小，精度最高，用于准确定位、装配要求高的场合B B级：精度居中，用于受载较大，且需要调整、装
7、拆的零件级：精度居中，用于受载较大，且需要调整、装拆的零件C C级：精度较低，用于一般场合的标准螺纹连接件级：精度较低，用于一般场合的标准螺纹连接件注意：注意：（1 1）标准螺纹连接件的结构形式、尺寸、画法等均已标准化，设）标准螺纹连接件的结构形式、尺寸、画法等均已标准化，设计时可查手册。计时可查手册。（2 2）自学表）自学表5-25-2，总结各标准连接件特点和应用，总结各标准连接件特点和应用 规定，规定，拧紧后螺纹连接件在预紧力拧紧后螺纹连接件在预紧力 作用下产生的预紧应作用下产生的预紧应力不得超过其材料屈服极限力不得超过其材料屈服极限 的的80%推荐：推荐：碳素钢螺栓碳素钢螺栓 合金钢螺栓
8、合金钢螺栓螺纹连接的拧紧螺纹连接的拧紧螺纹连接螺纹连接三、螺纹连接的拧紧三、螺纹连接的拧紧 大多数螺纹连接在装配时就已经拧紧，称之为大多数螺纹连接在装配时就已经拧紧，称之为预紧预紧。预紧使连。预紧使连接中的零件所受的力称为接中的零件所受的力称为预紧力，预紧力，用用 F0表示表示。预紧的目的：增大连接的刚性；提高紧密性；防松。预紧的目的：增大连接的刚性；提高紧密性；防松。预紧力的控制：预紧力的控制：紧螺栓连接：工作前安装时就拧紧，各零件已受力紧螺栓连接：工作前安装时就拧紧，各零件已受力松螺栓连接：工作前安装时不拧紧，各零件不受力松螺栓连接：工作前安装时不拧紧，各零件不受力 分类分类螺纹连接螺纹连
9、接控制预紧力的方法：控制预紧力的方法：通常，通过控制通常，通过控制拧紧力矩拧紧力矩 M 来控制预紧力。来控制预紧力。预紧力和预紧力矩之间的预紧力和预紧力矩之间的关系关系：注意注意：对于重要的连接，尽可能不采用直径过小：对于重要的连接，尽可能不采用直径过小(M12)的螺栓。的螺栓。可采可采用用测力矩扳手测力矩扳手或或定力矩扳手定力矩扳手控制拧紧力矩。对于重要的螺控制拧紧力矩。对于重要的螺栓连接，也可以通过栓连接，也可以通过控制螺栓的伸长控制螺栓的伸长量量来控制预紧力。来控制预紧力。纹连接的防松纹连接的防松螺纹连接螺纹连接四、螺纹连接的防松四、螺纹连接的防松 螺纹连接一般都能满足自锁条件不会自动松
10、脱。但在冲击、振螺纹连接一般都能满足自锁条件不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，或在温度变化较大的情况下，螺纹连接可能会动或变载荷作用下，或在温度变化较大的情况下，螺纹连接可能会产生松脱现象。产生松脱现象。防松的本质在于防止螺旋副相对转动。防松的本质在于防止螺旋副相对转动。按工作原理的不同，防松方法分三类：按工作原理的不同，防松方法分三类：（详见表（详见表53）摩擦防松摩擦防松机械防松机械防松破坏螺旋副关系放松（永久防松）破坏螺旋副关系放松（永久防松）详细说明详细说明5-3 螺栓组连接的设计一、螺栓组连接设计步骤一、螺栓组连接设计步骤1、进行螺栓组的结构设计，即确定螺栓的数目、布置形式
11、、间距、进行螺栓组的结构设计，即确定螺栓的数目、布置形式、间距、边距等；边距等；2、对螺栓组进行受力分析，求出每一个螺栓所受的力，找出受力最、对螺栓组进行受力分析，求出每一个螺栓所受的力，找出受力最大的螺栓及其所受的力；大的螺栓及其所受的力；3、对找出的受力最大的螺栓进行强度计算，求出螺栓的最小直径、对找出的受力最大的螺栓进行强度计算，求出螺栓的最小直径d14、根据求出的最小直径、根据求出的最小直径d1，查国家手册来选取合适的螺栓的公称直，查国家手册来选取合适的螺栓的公称直径径d及长度及长度L，再据公称直径，再据公称直径d查手册选与螺栓相配合的螺母和垫圈。查手册选与螺栓相配合的螺母和垫圈。螺栓
12、组连接的设计螺栓组连接的设计目的：合理的确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和目的：合理的确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和连接接合面间受力均匀，便于加工和装配。连接接合面间受力均匀，便于加工和装配。v接结合面的几何形状都设计成接结合面的几何形状都设计成轴对称轴对称的简单几何形状。的简单几何形状。v螺栓布置应使各螺栓的受力合理。螺栓布置应使各螺栓的受力合理。v螺栓的排列应有合理的间距、边距。螺栓的排列应有合理的间距、边距。v 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成数
13、目取成4、6、8等等偶数偶数。v避免螺栓承受附加的弯曲载荷。避免螺栓承受附加的弯曲载荷。说明说明说明说明说明说明二、螺栓组连接的结构设计二、螺栓组连接的结构设计 目的：求出螺栓组中受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓目的：求出螺栓组中受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓 连接的强度计算。连接的强度计算。一、承受轴向载荷一、承受轴向载荷 时（仅能用普通螺栓连接）时（仅能用普通螺栓连接）设设 平行于螺栓轴线且通过螺栓组形平行于螺栓轴线且通过螺栓组形心心，则各螺栓所受的工作载荷，则各螺栓所受的工作载荷 相等。相等。则则螺栓个数螺栓个数注：如注：如 不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。不
14、通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。螺栓组连接的螺栓组连接的基本基本受载类型受载类型有四种：有四种：螺栓组连接的受力分析与计算螺栓组连接的受力分析与计算假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；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；被连接件为刚体，受载后连接接合面仍保持为平面；被连接件为刚体，受载后连接接合面仍保持为平面；各螺栓刚度相同，且螺栓的变形在弹性范围内。各螺栓刚度相同，且螺栓的变形在弹性范围内。螺栓组连接的受载类型螺栓组连接的受载类型螺栓组连接的受载类型螺栓组连接的受载类型螺栓组连接的
15、基本螺栓组连接的基本受载类型：受载类型：2受横向载荷受横向载荷FS SFS S4受倾覆力矩受倾覆力矩OM3受转矩受转矩riOT1受轴向载荷受轴向载荷FFS S受横向载荷受横向载荷1二、二、受横向载荷受横向载荷 时时1）用普通螺栓连接（受拉螺栓）用普通螺栓连接（受拉螺栓）设螺栓仅受预紧作用，靠接合面设螺栓仅受预紧作用，靠接合面间产生的摩擦力承受横向载荷。间产生的摩擦力承受横向载荷。设各螺栓连接接合面摩擦力相等设各螺栓连接接合面摩擦力相等并集中在螺栓中心处，则并集中在螺栓中心处，则 保证被连接件不相对滑动，须满足：保证被连接件不相对滑动，须满足：则则所需预紧力所需预紧力为为式中：式中：Ks防滑系数
16、，防滑系数，Ks=1.11.3。结合面的摩擦因数。结合面的摩擦因数。表表5-5。i结合面数。（图中，结合面数。（图中，i=2）注注：为提高承载能力，：为提高承载能力，可采用减载措施。可采用减载措施。说明说明螺栓组连接受力分析与计算螺栓组连接受力分析与计算受横向载荷受横向载荷22）用铰制孔用螺栓连接（受剪螺栓）用铰制孔用螺栓连接（受剪螺栓）通过螺栓组形心通过螺栓组形心时，在前时，在前述假设下，各螺栓承受的横向力述假设下，各螺栓承受的横向力 相等。相等。则则注：注：a)不通过螺栓组形心时，向形心平移后再计算。不通过螺栓组形心时，向形心平移后再计算。b)沿沿 方向上的受剪螺栓个数不宜过多。方向上的受
17、剪螺栓个数不宜过多。螺栓组连接受力分析与计算螺栓组连接受力分析与计算 靠螺栓杆受剪切和螺栓杆与孔壁之靠螺栓杆受剪切和螺栓杆与孔壁之间的挤压传递载荷，一般忽略拧紧产间的挤压传递载荷，一般忽略拧紧产生的摩擦力。生的摩擦力。承受转矩承受转矩 T 时时1三、承受转矩三、承受转矩 T 时时1）用受拉螺栓）用受拉螺栓 靠结合面上的摩擦力承受靠结合面上的摩擦力承受T。保证底板在保证底板在 T 作用下不转动，须满足作用下不转动，须满足则所需预紧力则所需预紧力式中：式中：、同上同上。螺栓组连接受力分析与计算螺栓组连接受力分析与计算O假设：各螺栓预紧程度相同，则各螺假设：各螺栓预紧程度相同，则各螺栓产生的摩擦力均
18、相等；栓产生的摩擦力均相等；各摩擦力集中在螺栓中心处，并与螺各摩擦力集中在螺栓中心处，并与螺栓中心与底板中心的连线垂直。栓中心与底板中心的连线垂直。承受转矩承受转矩 T 时时22）用受剪螺栓）用受剪螺栓螺栓组连接受力分析与计算螺栓组连接受力分析与计算靠螺栓杆受剪切和挤压来抵抗转矩靠螺栓杆受剪切和挤压来抵抗转矩联立两式求解，得联立两式求解，得最大工作剪力最大工作剪力即即O据螺栓变形协调条件：螺栓所受工作据螺栓变形协调条件：螺栓所受工作横向力与螺栓轴线到螺栓组对称中心横向力与螺栓轴线到螺栓组对称中心o的距离成正比：的距离成正比：据前述假设：螺栓所受横向力与螺栓轴线到螺栓组对称中心据前述假设：螺栓所
19、受横向力与螺栓轴线到螺栓组对称中心o的连的连线垂直；据静力平衡方程：线垂直；据静力平衡方程：受翻转力矩受翻转力矩M时时1螺栓组连接受力分析与计算螺栓组连接受力分析与计算四、受倾翻力矩四、受倾翻力矩 M 时（仅能用普通螺栓连接）时（仅能用普通螺栓连接）M（1）作用效果：在）作用效果：在 M 作用下，底作用下，底板有绕通过螺栓组形心的轴线板有绕通过螺栓组形心的轴线 O 转转动的趋势。动的趋势。（3）据变形协调条件，各螺栓）据变形协调条件，各螺栓所受的工作拉力所受的工作拉力 与其中心到与其中心到翻转轴线的距离翻转轴线的距离 成正比。成正比。即即（2）在前述假设条件下：由静力矩平衡条件，得：）在前述假
20、设条件下：由静力矩平衡条件，得：（4）螺栓所受最大工作载荷：）螺栓所受最大工作载荷：受翻转力矩受翻转力矩M时时2为防止为防止结合面受压最小处结合面受压最小处出现间隙出现间隙，要求：，要求：（5）为防止）为防止结合面受压最大处结合面受压最大处被压溃被压溃，要求：，要求：式中：式中：A结合面的面积（结合面的面积（mm2）。）。W结合面的抗弯截面模量（结合面的抗弯截面模量（mm3）。）。许用挤压应力（许用挤压应力（Mpa），），见表见表56。螺栓组连接受力分析与计算螺栓组连接受力分析与计算注：注：实际中，螺栓组往往同时承受两种或两种以上的载荷。实际中，螺栓组往往同时承受两种或两种以上的载荷。利用静力
21、学分析方法将复杂的受力状态简化为利用静力学分析方法将复杂的受力状态简化为4种简单受力状态分种简单受力状态分析；析；一般，对普通螺栓连接可按：一般，对普通螺栓连接可按：轴向载荷或（和）倾覆力矩确定螺栓的工作拉力；轴向载荷或（和）倾覆力矩确定螺栓的工作拉力；横向载荷或（和）转矩确定连接所需的预紧力；横向载荷或（和）转矩确定连接所需的预紧力；铰制孔用螺栓连接，按横向载荷或（和）转矩确定工作载荷。铰制孔用螺栓连接，按横向载荷或（和）转矩确定工作载荷。螺栓组连接受力分析与计算螺栓组连接受力分析与计算实例实例螺栓组连接受力分析与计算螺栓组连接受力分析与计算例：例：如图所示的支架受如图所示的支架受 F 力。
22、力。将将 F 力分解并向螺栓组力分解并向螺栓组形心及结合面平移，得：形心及结合面平移，得：轴向载荷轴向载荷 横向载荷横向载荷翻转力矩翻转力矩设计中，采用普通螺栓连接，需要防止如下四种可能的失效形式设计中，采用普通螺栓连接，需要防止如下四种可能的失效形式：上沿开缝：上沿开缝：下沿压溃：下沿压溃：支架下滑：支架下滑：需要足够大的需要足够大的 。螺栓拉断：螺栓拉断：需要足够大的螺栓直径需要足够大的螺栓直径 。5-3 单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度强度5-4 5-4 单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算 本节以螺栓连接为代表，讨论强度计算问题，其方法和结论也适本节以螺栓连接为代表，讨论强度计
23、算问题，其方法和结论也适用于其他形式的螺纹连接。用于其他形式的螺纹连接。螺栓连接螺栓连接强度计算的目的强度计算的目的是：确定防止失效所需的螺栓直径。是：确定防止失效所需的螺栓直径。连接的连接的强度计算内容强度计算内容，根据其可能的失效形式而定。，根据其可能的失效形式而定。螺纹连接的受载形式基本分为：螺纹连接的受载形式基本分为：采用受拉螺栓采用受拉螺栓可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。轴向载荷（轴向载荷（沿轴线方向沿轴线方向）：）：横向载荷（横向载荷（轴线方向轴线方向）：）：下面按螺栓类型和受载形式的不同，分别讨论其强度计算方法。下面按螺栓类型和受载形式的不同，分别讨论
24、其强度计算方法。一、受剪螺栓连接的强度计算一、受剪螺栓连接的强度计算其主要失效形式为：其主要失效形式为：螺栓被剪断螺栓被剪断剪切强度剪切强度孔壁被压溃孔壁被压溃挤压强度挤压强度受剪螺栓的强度受剪螺栓的强度2 2）螺栓杆与孔壁的）螺栓杆与孔壁的挤压强度挤压强度条件为：条件为：1 1）螺栓杆的）螺栓杆的剪切强度剪切强度条件为：条件为：式中：式中：F螺栓所受的工作剪力（螺栓所受的工作剪力（N）；）；d0螺栓剪切面的直径（螺栓剪切面的直径（mm）；）；i螺栓受剪面数；螺栓受剪面数；螺栓材料的许用切应力。螺栓材料的许用切应力。单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算式中：式中：Lmin螺栓杆与孔壁挤
25、压面的最小高度螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度（mm），设计时；），设计时；螺栓或孔壁材料的许用挤压应力（螺栓或孔壁材料的许用挤压应力（Mpa)。0min25.1dL受拉螺栓的强度受拉螺栓的强度单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算二、受拉螺栓连接的强度计算二、受拉螺栓连接的强度计算受拉螺栓连接受拉螺栓连接松连接：不预紧的。松连接：不预紧的。紧连接：预紧的。紧连接：预紧的。1.松螺栓连接的强度计算松螺栓连接的强度计算工作中，松螺栓只受工作中，松螺栓只受工作拉力工作拉力 F。设计准则：拉伸强度计算。设计准则：拉伸强度计算。强度条件强度条件为：为：设计式设计式为为：式中：式中：d1螺纹小径（螺纹
26、小径（mm）；）；螺栓的许用拉应力（螺栓的许用拉应力（Mpa)。实例实例 受拉螺栓的失效形式受拉螺栓的失效形式主要是：主要是：静载：塑性变形或拉断。静载：塑性变形或拉断。变载：疲劳断裂。（变载：疲劳断裂。（90%90%）仅受预紧力的螺栓连仅受预紧力的螺栓连接接单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算2.2.紧螺栓连接的强度计算紧螺栓连接的强度计算1 1）仅受预紧力）仅受预紧力 F0 0的紧螺栓连接的紧螺栓连接 这种连接在拧紧的瞬间最危险，这种连接在拧紧的瞬间最危险，此时：此时：F0 0引起的拉应力：引起的拉应力：此外，还有螺纹摩擦力矩此外，还有螺纹摩擦力矩 T 1引引起的切应力起的切应力
27、。经分析推导可知：经分析推导可知：按第四强度理论计算当量应力，则按第四强度理论计算当量应力，则承受轴向载荷的紧螺栓连接承受轴向载荷的紧螺栓连接强度条件强度条件为：为：单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算设计式设计式为：为：2 2）承受轴向载荷的紧螺栓连接）承受轴向载荷的紧螺栓连接 如右图所示的气缸盖上的连接即如右图所示的气缸盖上的连接即属此种类型。属此种类型。虽然，这种螺栓是在受预紧力虽然，这种螺栓是在受预紧力F0的基础上，又受的基础上，又受工作拉力工作拉力F。但。但是，是，螺栓的总拉力螺栓的总拉力 。为什么？。为什么？承受轴向载荷的紧螺栓承受轴向载荷的紧螺栓2预紧时预紧时受工作载荷后
28、受工作载荷后F1残余预紧力残余预紧力螺栓：螺栓：被连接件：被连接件：螺栓的总拉力为螺栓的总拉力为单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算承受轴向载荷的紧螺栓承受轴向载荷的紧螺栓3可用载荷变形图分析各力之间的关系。可用载荷变形图分析各力之间的关系。螺栓的刚度螺栓的刚度：Cb 被连接件的刚度：被连接件的刚度：Cm力力变形变形力力变形变形力力变形变形螺栓总拉力表达式螺栓总拉力表达式单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算受力变形动画受力变形动画承受轴向载荷的紧螺栓承受轴向载荷的紧螺栓4单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算令令，称为螺栓的，称为螺栓的相对刚度相对刚度，其值其值01。（见
29、教材（见教材P84）为保证连接的紧密性，为保证连接的紧密性，应使应使 F1 0。通常根据工作拉力。通常根据工作拉力 F 的性的性质确定质确定F1。（见教材见教材P83）设计中，设计中，根据根据F计算总拉力计算总拉力计算螺栓的强度。计算螺栓的强度。a)静强度计算静强度计算（F 不变化时不变化时）强度条件为：强度条件为：注注：式中：式中“1.3”考虑的是工作中可能的补充拧紧引起的切应力的影响。考虑的是工作中可能的补充拧紧引起的切应力的影响。设计式为：设计式为：螺纹连接件的许用应力螺纹连接件的许用应力1b)疲劳强度计算疲劳强度计算（F变化时）变化时）当工作拉力在当工作拉力在 0F 之间变化时，螺栓的
30、总拉力在之间变化时，螺栓的总拉力在 之间之间变化。变化。单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算 若不考虑摩擦力矩的扭转作用，则螺栓危险截面的：若不考虑摩擦力矩的扭转作用，则螺栓危险截面的：单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算n强度条件强度条件1许用应力幅许用应力幅n强度条件强度条件2若螺栓工作应力点在若螺栓工作应力点在OJGI区，则按疲劳强度建立强度条件，即区，则按疲劳强度建立强度条件，即：螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限，：螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限，MPa，表，表5-7：试件的材料常数，也即循环应力中平均应力的折算系数：试件的材料常数，也即循环应力中平均应力的折算系数：拉压
31、疲劳强度综合影响系数：拉压疲劳强度综合影响系数：许用安全系数，表：许用安全系数，表5-10碳素钢：碳素钢：合金钢：合金钢：1、螺栓等、螺栓等 性能等级用两个数字表示，共性能等级用两个数字表示，共10级，表级，表5-8其中：整数部分：表示材料的抗拉强度极限的其中：整数部分：表示材料的抗拉强度极限的1/100，即，即 ；小数部分：表示材料的屈服极限与抗拉强度极限之比小数部分：表示材料的屈服极限与抗拉强度极限之比 （屈强比）的（屈强比）的10倍，即倍，即单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算若螺栓工作应力点在若螺栓工作应力点在GIC区，则按静强度建立强度条件，即区，则按静强度建立强度条件，即三
32、、螺纹连接件的材料三、螺纹连接件的材料螺纹标准件的性能等级螺纹标准件的性能等级产品等级：按公差大小不同分为产品等级：按公差大小不同分为A、B、C三级三级 A级精度最高，级精度最高，C级较低，用于一般场合级较低，用于一般场合性能等级：按力学性能不同所分等级性能等级：按力学性能不同所分等级国标规定：国标规定：A、B级产品的性能等级为级产品的性能等级为8.8级级 C级产品的性能等级为级产品的性能等级为4.6级或级或4.8级级选用时，螺母的性能等级应不低于与其相配的螺栓的性能等级。选用时，螺母的性能等级应不低于与其相配的螺栓的性能等级。一般选两者性能等级相同。一般选两者性能等级相同。单个单个螺栓连接的
33、螺栓连接的强度计算强度计算2、螺母、螺母 性能等级用一个数字粗略表示螺母能承受的最小应力的性能等级用一个数字粗略表示螺母能承受的最小应力的 1/100，共，共7级，表级，表5-9螺纹标准件的材料螺纹标准件的材料常用材料：低碳钢常用材料：低碳钢 Q215，10钢钢 中碳钢中碳钢 Q235，35钢，钢，45钢钢冲击或变载荷：低合金钢、合金钢，如冲击或变载荷：低合金钢、合金钢，如15Cr，40Cr等等普通垫圈材料：推荐采用普通垫圈材料：推荐采用Q235，15钢，钢，35钢钢弹簧垫圈：用弹簧垫圈：用65Mn制造，并经热处理和表面处理制造，并经热处理和表面处理标准规定：标准规定：8.8或或8.8级以上的
34、中碳钢、低碳或中碳合金钢需经淬火级以上的中碳钢、低碳或中碳合金钢需经淬火 并回火处理。并回火处理。单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算b)疲劳强度疲劳强度计算的许用应力幅计算的许用应力幅式中：式中：、见附表见附表36、7。：可按经验公式近似计算：可按经验公式近似计算 或表或表5-7 见表见表510。单个单个螺栓连接的螺栓连接的强度计算强度计算四、螺纹连接件的许用应力四、螺纹连接件的许用应力a)静强度静强度计算的许用应力计算的许用应力式中：式中：S安全系数安全系数。松螺栓连接：松螺栓连接：S=1.21.7紧螺栓连接：紧螺栓连接：S 的值见表的值见表510。说明说明5-5 提高螺栓强度的措
35、提高螺栓强度的措施施5-55-5 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施可从以下几个方面提高螺栓的强度。可从以下几个方面提高螺栓的强度。4）采用合理的制造工艺。）采用合理的制造工艺。2）减小螺栓的应力幅。）减小螺栓的应力幅。3）减小附加弯曲应力。减小附加弯曲应力。1）改善各螺纹牙受载不均的现象。）改善各螺纹牙受载不均的现象。工作中，螺栓受拉，螺母受压，从而产生螺距差，导致旋合的工作中，螺栓受拉，螺母受压，从而产生螺距差，导致旋合的各圈螺纹牙受载各圈螺纹牙受载不均。不均。改善措施：改善措施：采用悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母。采用悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母。采用钢丝螺套。采用钢丝螺套。分析
36、分析（）减小减小增大增大均可使均可使 减小。减小。措施：措施：冷镦、碾压、氮化、喷丸等工艺均可提高螺栓的强度。冷镦、碾压、氮化、喷丸等工艺均可提高螺栓的强度。说明说明凸台、沉头座凸台、沉头座斜垫圈、球面垫圈斜垫圈、球面垫圈措施：措施：分析分析螺旋传动螺旋传动1螺旋传动螺旋传动一、一、螺旋传动的类型和应用螺旋传动的类型和应用传力螺旋传导螺旋传力螺旋传导螺旋 调整螺旋调整螺旋螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为：螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为：说明说明滑动滑动螺旋螺旋 滚动螺旋滚动螺旋 静压螺旋静压螺旋说明说明 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。它主螺旋传动是利用
37、螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。它主要用于将要用于将回转运动转变为直线运动回转运动转变为直线运动，同时传递动力。，同时传递动力。螺旋传动按其用途不同，可分为以下三种类型螺旋传动按其用途不同，可分为以下三种类型:螺旋传动按运动形式有：螺杆转动，螺母移动螺旋传动按运动形式有：螺杆转动，螺母移动 螺母固定，螺杆转动并移动。螺母固定，螺杆转动并移动。螺旋传动螺旋传动2螺旋传动螺旋传动二、二、滑动螺旋的结构和材料滑动螺旋的结构和材料1 1滑动螺旋的结构滑动螺旋的结构整体螺母整体螺母组合螺母组合螺母剖分螺母剖分螺母螺母结构螺母结构:滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母
38、的固定和支承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度和支承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系。等和支承结构有直接关系。螺杆支承结构：螺杆支承结构：螺杆短而粗且垂直布置时：螺杆短而粗且垂直布置时：利用螺母本身做支承；利用螺母本身做支承；螺杆细长且水平布置时：螺杆细长且水平布置时：在螺杆两端或中间附加支在螺杆两端或中间附加支承，以提高螺杆工作刚度。承，以提高螺杆工作刚度。螺旋传动螺旋传动螺旋传动常采用螺纹牙型：矩形、梯形、锯齿形和三角形。螺旋传动常采用螺纹牙型：矩形、梯形、锯齿形和三角形。其中：梯形螺纹效率高，工艺性好，应用最广；其中：梯形螺纹效率高，工艺性好，应用最广；矩形螺
39、纹加工工艺性差，牙根强度低，应用较少；矩形螺纹加工工艺性差，牙根强度低，应用较少；锯齿形螺纹用于单面受力；锯齿形螺纹用于单面受力；三角形螺纹在受力不大的调整螺旋等情况采用。三角形螺纹在受力不大的调整螺旋等情况采用。螺杆旋向：常用右旋，特殊场合左旋螺杆旋向：常用右旋，特殊场合左旋传力螺旋和调整螺旋：要求自锁时，采用单头螺纹传力螺旋和调整螺旋：要求自锁时，采用单头螺纹传导螺旋：为提高效率和直线运动速度，可采用多线螺纹传导螺旋：为提高效率和直线运动速度，可采用多线螺纹2 2螺杆和螺母材料螺杆和螺母材料螺杆材料：要求足够的强度和耐磨性螺杆材料：要求足够的强度和耐磨性螺母材料：足够的强度，且与螺杆材料配
40、合的摩擦系数小，且耐磨螺母材料：足够的强度，且与螺杆材料配合的摩擦系数小，且耐磨螺旋传动螺旋传动3螺旋传动螺旋传动三、三、滑动螺旋传动的设计计算滑动螺旋传动的设计计算主要失效形式主要失效形式:螺牙的磨损螺牙的磨损 设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距；设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距；校核螺杆、螺母强度等。校核螺杆、螺母强度等。另：受力较大的传力螺旋：校核危险截面另：受力较大的传力螺旋：校核危险截面 及螺纹牙强度；及螺纹牙强度；精密的传导螺旋：校核螺杆刚度精密的传导螺旋：校核螺杆刚度 长径比很大的螺杆：校核稳定性长径比很大的螺杆：校核稳定性 高速长螺杆：校核其临界转速高速长螺杆：校核其临界
41、转速 要求自锁的螺杆：校核其自锁性要求自锁的螺杆：校核其自锁性螺旋传动螺旋传动3螺旋传动螺旋传动设计方法和步骤设计方法和步骤：1 1耐磨性计算耐磨性计算 滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，其滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，其强度条件：强度条件：设计公式：令设计公式：令则得：则得：式中式中:30锯齿形螺纹锯齿形螺纹矩形和梯形螺纹矩形和梯形螺纹螺纹工作高度螺纹工作高度螺旋传动螺旋传动4螺旋传动螺旋传动依据计算出的螺纹中径，按螺纹标准选择合适的公称直径和螺距。依据计算出的螺纹中径，按螺纹标准选择合适的公称直径和螺距。验算：验算：若不满足要求，则增大螺距。若不满足
42、要求，则增大螺距。2螺杆的强度计算螺杆的强度计算 对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度理论求出危险截面对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度理论求出危险截面的计算应力：的计算应力：螺杆的强度条件：螺杆的强度条件：式中，式中，F为螺杆所受的轴向压力（或拉力），为螺杆所受的轴向压力（或拉力），T为螺杆所受的扭矩，为螺杆所受的扭矩，螺旋传动螺旋传动螺旋传动螺旋传动5螺旋传动螺旋传动3螺母螺牙的强度计算螺母螺牙的强度计算螺牙上的平均压力为：螺牙上的平均压力为：F/u4验算自锁性验算自锁性5螺杆的稳定性计算螺杆的稳定性计算详细说明详细说明 对于长径比较大的受压螺杆，需要校核压杆的稳定性，要求螺杆的工作对于长径比较大的受压螺杆，需要校核压杆的稳定性，要求螺杆的工作压力压力F要小于临界载荷要小于临界载荷Fcr传力螺旋传力螺旋传导螺旋传导螺旋精密螺杆或水平安装精密螺杆或水平安装其危险截面其危险截面 a a 的剪切强度条件的剪切强度条件和弯曲强度条件分别为：和弯曲强度条件分别为：此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢