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1、上海理工大学机械原理与机械零件螺纹联接设计91 螺螺 纹纹一、螺纹的形成一、螺纹的形成一、螺纹的形成一、螺纹的形成 将一倾斜角为将一倾斜角为将一倾斜角为将一倾斜角为 的直线绕于圆柱体上的直线绕于圆柱体上的直线绕于圆柱体上的直线绕于圆柱体上形成一螺旋线形成一螺旋线形成一螺旋线形成一螺旋线。取一平面图形使它沿螺旋线运动取一平面图形使它沿螺旋线运动取一平面图形使它沿螺旋线运动取一平面图形使它沿螺旋线运动(保持图形通过圆柱保持图形通过圆柱保持图形通过圆柱保持图形通过圆柱体的轴线体的轴线体的轴线体的轴线)。二、螺纹分类二、螺纹分类二、螺纹分类二、螺纹分类 按平面按平面按平面按平面图形形状图形形状图形形状
2、图形形状分：分：分：分：三角形三角形三角形三角形、梯形梯形梯形梯形和和和和锯齿锯齿锯齿锯齿形。形。形。形。按按按按螺旋旋向螺旋旋向螺旋旋向螺旋旋向分：分：分：分：左左左左旋、旋、旋、旋、右右右右旋旋旋旋(常用常用常用常用)。按按按按螺纹位置螺纹位置螺纹位置螺纹位置分分分分:内内内内螺纹、螺纹、螺纹、螺纹、外外外外螺纹螺纹螺纹螺纹 按按按按母线母线母线母线分分分分:圆柱螺纹、圆锥螺纹圆柱螺纹、圆锥螺纹圆柱螺纹、圆锥螺纹圆柱螺纹、圆锥螺纹 按按按按螺纹螺纹螺纹螺纹头数头数头数头数(44)分分分分:单单单单线、线、线、线、多多多多线线线线三、三、三、三、螺纹参数螺纹参数螺纹参数螺纹参数 大径大径大径
3、大径d d:公称直径。公称直径。公称直径。公称直径。小径小径小径小径 d d1 1 :在强度计算时使用。在强度计算时使用。在强度计算时使用。在强度计算时使用。中径中径中径中径d d2 2:母线上牙沟槽和牙厚相等的母线上牙沟槽和牙厚相等的母线上牙沟槽和牙厚相等的母线上牙沟槽和牙厚相等的假想假想假想假想圆柱的直径；圆柱的直径；圆柱的直径；圆柱的直径；是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。d d2 2(d+dd+d1 1)/2)/2螺距螺距螺距螺距P P :相邻两牙中径相邻两牙中径相邻两牙中径相
4、邻两牙中径 线上对应两点间的轴线上对应两点间的轴线上对应两点间的轴线上对应两点间的轴 向距离。向距离。向距离。向距离。导程导程导程导程S S:同一螺旋线上相同一螺旋线上相同一螺旋线上相同一螺旋线上相邻两牙中径线上对应两邻两牙中径线上对应两邻两牙中径线上对应两邻两牙中径线上对应两点间的轴向距离。点间的轴向距离。点间的轴向距离。点间的轴向距离。若若若若螺旋线数螺旋线数螺旋线数螺旋线数为为为为n n，则，则，则，则 S SnPnP升角升角升角升角:中径中径中径中径d d2 2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺
5、纹 轴线的平面间的夹角。轴线的平面间的夹角。轴线的平面间的夹角。轴线的平面间的夹角。tgtg=npnpdd2 2牙型角牙型角牙型角牙型角：轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型斜牙型斜牙型斜牙型斜：牙型侧边螺纹轴线的垂线间的夹角。牙型侧边螺纹轴线的垂线间的夹角。牙型侧边螺纹轴线的垂线间的夹角。牙型侧边螺纹轴线的垂线间的夹角。对于对于对于对于对称对称对称对称牙型牙型牙型牙型 /2/2 (如三角螺纹如三角螺纹如三角螺纹如三角螺纹)9-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和
6、自锁 一、矩形螺纹一、矩形螺纹一、矩形螺纹一、矩形螺纹(=0)=0)将矩形螺纹沿中径展开可得一将矩形螺纹沿中径展开可得一将矩形螺纹沿中径展开可得一将矩形螺纹沿中径展开可得一斜面斜面斜面斜面。在轴向载荷。在轴向载荷。在轴向载荷。在轴向载荷F Fa a 作用下螺旋副的相对运动，可看作推动滑块沿此斜面作用下螺旋副的相对运动，可看作推动滑块沿此斜面作用下螺旋副的相对运动，可看作推动滑块沿此斜面作用下螺旋副的相对运动，可看作推动滑块沿此斜面(螺纹面螺纹面螺纹面螺纹面)运动。运动。运动。运动。当滑块沿斜面当滑块沿斜面当滑块沿斜面当滑块沿斜面等速上升等速上升等速上升等速上升时，驱动力时，驱动力时，驱动力时，
7、驱动力 F F=F Fa a tgtg(+)当滑块沿斜面当滑块沿斜面当滑块沿斜面当滑块沿斜面等速下滑等速下滑等速下滑等速下滑时，驱动力时，驱动力时，驱动力时，驱动力 F F=F Fa a tgtg(-)当量摩擦角当量摩擦角当量摩擦角当量摩擦角=tg=tg-1-1f f 驱动力矩驱动力矩驱动力矩驱动力矩 T T=FdFd2 2/2/2:螺纹升角螺纹升角螺纹升角螺纹升角F Fa a:轴向载荷轴向载荷轴向载荷轴向载荷F Fn n:法向反力法向反力法向反力法向反力 fF fFn n:摩擦力摩擦力摩擦力摩擦力 f f:摩擦系摩擦系摩擦系摩擦系数数数数F F:中径处水平推力中径处水平推力中径处水平推力中径
8、处水平推力滑块受力分析滑块受力分析滑块受力分析滑块受力分析 二、非矩形螺纹二、非矩形螺纹二、非矩形螺纹二、非矩形螺纹(如三角、梯形和锯形螺纹如三角、梯形和锯形螺纹如三角、梯形和锯形螺纹如三角、梯形和锯形螺纹)受力分析受力分析受力分析受力分析：若略去若略去若略去若略去 的影响，在轴向力的影响，在轴向力的影响，在轴向力的影响，在轴向力F Fa a作用下，非矩形螺纹作用下，非矩形螺纹作用下，非矩形螺纹作用下，非矩形螺纹的法向力大于矩形螺纹。将法向力的增加看作摩擦系数的的法向力大于矩形螺纹。将法向力的增加看作摩擦系数的的法向力大于矩形螺纹。将法向力的增加看作摩擦系数的的法向力大于矩形螺纹。将法向力的增
9、加看作摩擦系数的增加。则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为：增加。则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为：增加。则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为：增加。则非矩形螺纹的摩擦阻力可写为：f fF Fn n=f=fF Fa a/cos/cos =(f/cosf/cos)F Fa a =f f F Fa a =tg=tg-1-1f f 当滑块沿非矩形螺纹当滑块沿非矩形螺纹当滑块沿非矩形螺纹当滑块沿非矩形螺纹等速上升等速上升等速上升等速上升时时时时,驱动力驱动力驱动力驱动力F F=F Fa atgtg(+)当滑块沿非矩形螺纹当滑块沿非矩形螺纹当滑块沿非矩形螺纹当滑块沿非矩形螺纹等速下滑等速下滑等速下滑等速下滑时时时时,驱动力
10、驱动力驱动力驱动力F F=F Fa a tgtg(-)驱动力矩驱动力矩驱动力矩驱动力矩 T T=FdFd2 2/2/2F Fa aF Fa aF Fa a=F=Fn nF Fn n=F=Fa a/cos/cos 螺旋副的效率螺旋副的效率：螺纹上升时的驱动力矩螺纹上升时的驱动力矩T是用来克服螺旋副的摩是用来克服螺旋副的摩擦阻力和升起重物的。螺旋副的效率是擦阻力和升起重物的。螺旋副的效率是有效功有效功与与输输入功之比入功之比。按螺旋转动一圈计算，输人功为。按螺旋转动一圈计算，输人功为2T，有效功为有效功为FaS，则螺旋副的效率为：，则螺旋副的效率为：一定时，一定时，=f()。取。取d/d=0,得得
11、=45-/2时时,效率最高。效率最高。一般一般 25(过大制造困难过大制造困难,且且对提高对提高不显著不显著)。=tgtg tgtg(+)F Fa aS S2 2 T TF Fa a dd2 2 tgtg 2 2 F Fa atgtg(+)d d2 2/2/2 螺旋副自锁的条件螺旋副自锁的条件：当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时的驱动力当滑块沿非矩形螺纹等速下滑时的驱动力 F=Fatg(-)是用来维持滑块等速下滑的支持力是用来维持滑块等速下滑的支持力是用来维持滑块等速下滑的支持力是用来维持滑块等速下滑的支持力 当当 时，无论时，无论Fa多大，滑块不会自动下多大，滑块不会自动下滑的现象滑的现象,称为螺
12、旋副的自锁。自锁条件是称为螺旋副的自锁。自锁条件是:93 螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型 普通螺纹普通螺纹用于紧用于紧用于紧用于紧固联接固联接固联接固联接牙型角牙型角牙型角牙型角 6060 的三角形米制螺纹。大径的三角形米制螺纹。大径的三角形米制螺纹。大径的三角形米制螺纹。大径d d为公称直径。同一公称直径有多种螺距，为公称直径。同一公称直径有多种螺距，为公称直径。同一公称直径有多种螺距，为公称直径。同一公称直径有多种螺距，其中螺距最大的为粗牙螺纹其中螺距最大的为粗牙螺纹其中螺距最大的为粗牙螺纹其中螺距最大的为粗牙螺纹(应用最多应用最多应用最多应用最多)，其余为细牙螺纹。细牙螺纹升角小、
13、小，其余为细牙螺纹。细牙螺纹升角小、小，其余为细牙螺纹。细牙螺纹升角小、小，其余为细牙螺纹。细牙螺纹升角小、小径大，因而自锁性能好、强度高。但不耐径大，因而自锁性能好、强度高。但不耐径大，因而自锁性能好、强度高。但不耐径大，因而自锁性能好、强度高。但不耐磨、易滑扣。适用于薄壁零件、受动载荷磨、易滑扣。适用于薄壁零件、受动载荷磨、易滑扣。适用于薄壁零件、受动载荷磨、易滑扣。适用于薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。的联接和微调机构。的联接和微调机构。的联接和微调机构。一、一、一、一、机械制造常用螺纹机械制造常用螺纹三角螺纹三角螺纹 管螺纹管螺纹用用用用于于于于紧紧紧紧密密密密联联联联接接接接英制
14、螺纹，公称直径是管子的公称通径。英制螺纹，公称直径是管子的公称通径。英制螺纹，公称直径是管子的公称通径。英制螺纹，公称直径是管子的公称通径。5555 圆柱管螺纹圆柱管螺纹圆柱管螺纹圆柱管螺纹:5555 圆锥管螺纹圆锥管螺纹圆锥管螺纹圆锥管螺纹6060 圆柱管螺纹圆柱管螺纹圆柱管螺纹圆柱管螺纹普通细牙管螺纹普通细牙管螺纹普通细牙管螺纹普通细牙管螺纹用于水、煤气、润滑管路系统中。用于水、煤气、润滑管路系统中。用于水、煤气、润滑管路系统中。用于水、煤气、润滑管路系统中。用于高精密密封处，不用填料、用于高精密密封处，不用填料、用于高精密密封处，不用填料、用于高精密密封处，不用填料、旋合迅速。旋合迅速。
15、旋合迅速。旋合迅速。梯形螺纹梯形螺纹锯形螺纹锯形螺纹 =3=3，效率比梯形螺纹高效率比梯形螺纹高效率比梯形螺纹高效率比梯形螺纹高,但但但但只能承受单方向轴向力。只能承受单方向轴向力。只能承受单方向轴向力。只能承受单方向轴向力。=15=15，比矩形螺纹易切削比矩形螺纹易切削比矩形螺纹易切削比矩形螺纹易切削用于传动用于传动用于传动用于传动 锯锯锯锯 梯梯梯梯 三三三三小结小结：6种螺纹种螺纹附表附表附表附表:直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸(摘自摘自摘自摘自GB/T196-1981)GB/T196-19
16、81)公称直径公称直径公称直径公称直径(大径大径大径大径)粗粗粗粗 牙牙牙牙细细细细 牙牙牙牙D D、d d螺距螺距螺距螺距P P中径中径中径中径D D2 2、d d2 2小径小径小径小径D D1 1、d d1 1螺距螺距螺距螺距P P3 34 40.50.50.70.72.6752.6753.5453.5452.4592.4593.2423.242 0.35 0.355 56 68 80.80.81 11.251.254.4804.4805.3505.3507.1887.1884.1344.1344.9184.9186.6476.647 0.5 0.510101.51.59.0269.026
17、8.3768.376 1.25,1,0.75 1.25,1,0.7512121.751.7510.86310.86310.10610.106 1.5,1.25,1,0.5 1.5,1.25,1,0.5(14)(14)16162 22 212.70112.70114.70114.70111.83511.83513.83513.835 1.5,1 1.5,1(18)(18)2020(22)(22)2424(27)(27)30302.52.52.52.52.52.53 33 33.53.516.37616.37618.37618.37620.37620.37633.05233.05225.05225
18、.05227.72727.72715.29415.29417.29417.29419.29419.29420.75220.75223.75223.75226.21126.211 2,1.5,1 2,1.5,1注注注注:括号内的公称直径为第二系列。括号内的公称直径为第二系列。括号内的公称直径为第二系列。括号内的公称直径为第二系列。HH=0.866=0.866P dP d2 2=d d-0.6495-0.6495P dP d1 1=d d-1.0825-1.0825P PD D、d-d-内、外螺纹大径内、外螺纹大径内、外螺纹大径内、外螺纹大径D D2 2、d d2 2-内、外螺纹中径内、外螺纹中径
19、内、外螺纹中径内、外螺纹中径D D1 1、d d1 1-内、外螺纹小径内、外螺纹小径内、外螺纹小径内、外螺纹小径 P-P-螺距螺距螺距螺距标记示例标记示例标记示例标记示例:M24(:M24(粗牙普通螺纹粗牙普通螺纹粗牙普通螺纹粗牙普通螺纹,直径直径直径直径24,24,螺距螺距螺距螺距3)3)M241.5(M241.5(细牙普通螺纹细牙普通螺纹细牙普通螺纹细牙普通螺纹,直径直径直径直径24,24,螺距螺距螺距螺距1.5)1.5)二、螺纹联接的二、螺纹联接的基本类型基本类型双头螺柱双头螺柱双头螺柱双头螺柱螺螺螺螺 栓栓栓栓螺螺螺螺 钉钉钉钉紧定螺钉紧定螺钉紧定螺钉紧定螺钉普通螺栓普通螺栓普通螺栓普
20、通螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓螺纹紧固件螺纹紧固件六角头螺栓六角头螺栓六角头螺栓六角头螺栓双头螺栓双头螺栓双头螺栓双头螺栓六角螺母六角螺母六角螺母六角螺母六角开槽螺母六角开槽螺母六角开槽螺母六角开槽螺母平垫圈平垫圈平垫圈平垫圈圆螺母圆螺母圆螺母圆螺母弹簧垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈内六角圆柱头螺钉内六角圆柱头螺钉内六角圆柱头螺钉内六角圆柱头螺钉开槽圆柱头螺钉开槽圆柱头螺钉开槽圆柱头螺钉开槽圆柱头螺钉平圆头螺钉平圆头螺钉平圆头螺钉平圆头螺钉开槽沉头螺钉开槽沉头螺钉开槽沉头螺钉开槽沉头螺钉紧定螺钉紧定螺钉紧定螺钉紧定螺
21、钉94 螺纹联接的预紧和防松螺纹联接的预紧和防松 对于重要的螺纹联接对于重要的螺纹联接对于重要的螺纹联接对于重要的螺纹联接,应控制其预紧力。因预紧力的应控制其预紧力。因预紧力的应控制其预紧力。因预紧力的应控制其预紧力。因预紧力的大小对螺纹联接的可靠性、强度和密封有很大影响。大小对螺纹联接的可靠性、强度和密封有很大影响。大小对螺纹联接的可靠性、强度和密封有很大影响。大小对螺纹联接的可靠性、强度和密封有很大影响。一、一、拧紧力矩拧紧力矩 螺纹副相对转动的阻力矩螺纹副相对转动的阻力矩螺纹副相对转动的阻力矩螺纹副相对转动的阻力矩螺母支承面上的摩擦阻力矩螺母支承面上的摩擦阻力矩螺母支承面上的摩擦阻力矩螺
22、母支承面上的摩擦阻力矩F Fa a d d2 22 2T T=T T1 1+T T2 2=tgtg(+)+)+f fc cF Fa ar rf fF Fa a:预紧力预紧力预紧力预紧力 d d2 2:螺纹中径螺纹中径螺纹中径螺纹中径f fc c:螺母与被联接件支承螺母与被联接件支承螺母与被联接件支承螺母与被联接件支承 面间的摩擦系数。无面间的摩擦系数。无面间的摩擦系数。无面间的摩擦系数。无 摩擦摩擦摩擦摩擦f fc c=0.15=0.15 r rf f:支承面摩擦半径支承面摩擦半径支承面摩擦半径支承面摩擦半径 r rf f=(=(D D0 0+d d0 0)/4)/4 D D0 0 :螺纹支承
23、面的外径螺纹支承面的外径螺纹支承面的外径螺纹支承面的外径 d d0 0:螺栓孔直径螺栓孔直径螺栓孔直径螺栓孔直径 对于对于对于对于MM1010MM6868的粗牙螺纹的粗牙螺纹的粗牙螺纹的粗牙螺纹,若取若取若取若取f f=0.15,=0.15,f fc c=0.15,=0.15,则得：则得：则得：则得：T T=0.2=0.2F Fa ad d (d d:螺纹公称直径螺纹公称直径螺纹公称直径螺纹公称直径)拧紧力矩的控制拧紧力矩的控制：小直径螺栓小直径螺栓小直径螺栓小直径螺栓装配时应施加小拧紧力矩装配时应施加小拧紧力矩装配时应施加小拧紧力矩装配时应施加小拧紧力矩;对重要的有对重要的有对重要的有对重要
24、的有强度要求的螺接联接，不宜采用小于强度要求的螺接联接，不宜采用小于强度要求的螺接联接，不宜采用小于强度要求的螺接联接，不宜采用小于MM1212的螺栓。的螺栓。的螺栓。的螺栓。通常通常通常通常:拧紧程度凭拧紧程度凭拧紧程度凭拧紧程度凭人工经验人工经验人工经验人工经验决定决定决定决定;重要联接处重要联接处重要联接处重要联接处:小批小批小批小批量生产时用量生产时用量生产时用量生产时用测力矩扳手测力矩扳手测力矩扳手测力矩扳手和和和和定力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手、大量生产时用、大量生产时用、大量生产时用、大量生产时用风扳机风扳机风扳机风扳机控制。控制。控制。控制。测力矩扳手测力矩扳手测力矩
25、扳手测力矩扳手定力矩扳机定力矩扳机定力矩扳机定力矩扳机二、螺纹联接的防松二、螺纹联接的防松 静载荷下，三角螺纹紧固件可自锁。在冲击、振动静载荷下，三角螺纹紧固件可自锁。在冲击、振动静载荷下，三角螺纹紧固件可自锁。在冲击、振动静载荷下，三角螺纹紧固件可自锁。在冲击、振动和变载作用下，联接须防松。和变载作用下，联接须防松。和变载作用下，联接须防松。和变载作用下，联接须防松。螺纹联接防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转螺纹联接防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转螺纹联接防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转螺纹联接防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动。动。动。动。防松方法防松方法防松方法防松方法很多
26、，常用方法如下。很多，常用方法如下。很多，常用方法如下。很多，常用方法如下。串联钢丝防松串联钢丝防松弹簧垫圈防松弹簧垫圈防松95 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算 螺栓的主要螺栓的主要螺栓的主要螺栓的主要失效形式失效形式失效形式失效形式有：有：有：有：(1)(1)螺栓杆拉断螺栓杆拉断螺栓杆拉断螺栓杆拉断(静载受拉螺静载受拉螺静载受拉螺静载受拉螺栓栓栓栓)；(2)(2)螺纹的压溃和螺纹的压溃和螺纹的压溃和螺纹的压溃和剪断剪断剪断剪断(铰制孔螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓铰制孔螺栓)；(3)(3)经常装拆而经常装拆而经常装拆而经常装拆而滑扣滑扣滑扣滑扣(动载受拉螺栓动载受拉螺栓动载受拉螺栓动载受拉螺
27、栓)。螺栓设计遵循螺栓设计遵循螺栓设计遵循螺栓设计遵循等强度原则等强度原则等强度原则等强度原则,其强度计算是其强度计算是其强度计算是其强度计算是:确定螺纹确定螺纹确定螺纹确定螺纹小径小径小径小径d d 1 1,再按标准选定螺纹公称直径再按标准选定螺纹公称直径再按标准选定螺纹公称直径再按标准选定螺纹公称直径(大径大径大径大径)d d及螺距及螺距及螺距及螺距P P。一、松螺栓联接强度计算一、松螺栓联接强度计算一、松螺栓联接强度计算一、松螺栓联接强度计算 松螺栓联接松螺栓联接松螺栓联接松螺栓联接时时时时螺母不拧紧螺母不拧紧螺母不拧紧螺母不拧紧，在承受工作载荷前不受，在承受工作载荷前不受，在承受工作载
28、荷前不受，在承受工作载荷前不受力。当承受工作载荷力。当承受工作载荷力。当承受工作载荷力。当承受工作载荷F F 时，其强度条件为：时，其强度条件为：时，其强度条件为：时，其强度条件为：螺纹小径螺纹小径螺纹小径螺纹小径,mmmm许用拉应力，许用拉应力，许用拉应力，许用拉应力，MPaMPa F Fdd1 12 2/4/4=例例例例:起重机吊钩起重机吊钩起重机吊钩起重机吊钩二、紧螺栓联接强度计算二、紧螺栓联接强度计算1.1.仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接仅受预紧力的紧螺栓联接 紧螺栓联接紧螺栓联接紧螺栓联接紧螺栓联接时时时时,螺栓除受预紧力螺栓除受预紧力螺栓除受预紧
29、力螺栓除受预紧力F F0 0 外外外外,还要承受螺还要承受螺还要承受螺还要承受螺纹副相对转动的阻力矩纹副相对转动的阻力矩纹副相对转动的阻力矩纹副相对转动的阻力矩T T1 1，因此其应力为，因此其应力为，因此其应力为，因此其应力为:故故故故紧螺栓紧螺栓紧螺栓紧螺栓联接的联接的联接的联接的强度强度强度强度条件为：条件为：条件为：条件为：对于对于对于对于MM1010MM6868的螺纹，取的螺纹，取的螺纹，取的螺纹，取 f f=0.15,=0.15,d d1 1、d d2 2和和和和 取平均取平均取平均取平均值值值值(d d2 2/d d1 1=1.041.08)=1.041.08)，得：，得：，得：
30、，得：0.5 0.5 由于螺栓是塑性材料，故按第四强度理论由于螺栓是塑性材料，故按第四强度理论由于螺栓是塑性材料，故按第四强度理论由于螺栓是塑性材料，故按第四强度理论(最大形变最大形变最大形变最大形变能理论能理论能理论能理论),),当量应力为当量应力为当量应力为当量应力为 caca为：为：为：为：d d1 12.2.受预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接受预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接受预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接受预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接 由于由于由于由于螺栓和被联接件的变形螺栓和被联接件的变形螺栓和被联接件的变形螺栓和被联接件的变形,F F2 2 F F0 0+F F ,应从分析螺应从分
31、析螺应从分析螺应从分析螺栓联接的受力和变形入手栓联接的受力和变形入手栓联接的受力和变形入手栓联接的受力和变形入手,找出螺栓总拉力的大小。找出螺栓总拉力的大小。找出螺栓总拉力的大小。找出螺栓总拉力的大小。螺栓拧紧螺栓拧紧螺栓拧紧螺栓拧紧但不受工作载荷时但不受工作载荷时但不受工作载荷时但不受工作载荷时,螺栓受拉力螺栓受拉力螺栓受拉力螺栓受拉力F F0 0 ,伸长伸长伸长伸长 b b 被联接件受压力被联接件受压力被联接件受压力被联接件受压力F F0 0 ,缩短缩短缩短缩短 mm 当当当当承受轴向载荷承受轴向载荷承受轴向载荷承受轴向载荷F F时时时时,螺栓伸长螺栓伸长螺栓伸长螺栓伸长量为量为量为量为
32、b b+,受拉力受拉力受拉力受拉力F F2 2。根据变形。根据变形。根据变形。根据变形协调条件协调条件协调条件协调条件(被联接件压缩变形减被联接件压缩变形减被联接件压缩变形减被联接件压缩变形减小量等于螺栓拉伸变形增加量小量等于螺栓拉伸变形增加量小量等于螺栓拉伸变形增加量小量等于螺栓拉伸变形增加量),),被联接件总压缩量为被联接件总压缩量为被联接件总压缩量为被联接件总压缩量为 mm-,而被而被而被而被联接件的压缩量由联接件的压缩量由联接件的压缩量由联接件的压缩量由F F0 0减至减至减至减至F F1 1 。F F1 1称为残余预紧力称为残余预紧力称为残余预紧力称为残余预紧力。螺栓总拉力：螺栓总拉
33、力：螺栓总拉力：螺栓总拉力：F F2 2=F F+F F1 1F F1 1F F1 1F FF FF F2 2F F2 2F F0 0F F0 0F F0 0F F0 0 b b c cF F1 1F F1 1F FF FF F2 2F F2 2F F0 0F F0 0F F0 0F F0 0 mb用线图表示螺栓和被联接件的用线图表示螺栓和被联接件的用线图表示螺栓和被联接件的用线图表示螺栓和被联接件的受力变形关系受力变形关系受力变形关系受力变形关系C Cb bC Cb b+C Cmm螺栓的螺栓的螺栓的螺栓的相对刚度系数相对刚度系数相对刚度系数相对刚度系数F F2 2=F+F=F+F1 1若若若
34、若F F 在在在在0 0 F F 间变化时，则间变化时，则间变化时，则间变化时，则F F2 2在在在在F F0 0 F F2 2间变化。间变化。间变化。间变化。设计步骤设计步骤 先求先求先求先求F F，再根据联接情况选择，再根据联接情况选择，再根据联接情况选择，再根据联接情况选择F F1 1，最后求，最后求，最后求，最后求F F2 2 ,计算螺计算螺计算螺计算螺栓强度；当栓强度；当栓强度；当栓强度；当F F和和和和F F0 0已知时，则先求已知时，则先求已知时，则先求已知时，则先求F F2 2，再检验，再检验，再检验，再检验F F1 1是否合是否合是否合是否合乎要求。乎要求。乎要求。乎要求。F
35、1的确定的确定 当当当当F F 不变不变不变不变时，可取时，可取时，可取时，可取 F F1 1=(0.20.6)=(0.20.6)F F 当当当当F F 变化变化变化变化时，可取时，可取时，可取时，可取 F F1 1=(0.61.0)=(0.61.0)F F 对有对有对有对有密封密封密封密封性要求的联接，性要求的联接，性要求的联接，性要求的联接，F F1 1=(1.51.8)=(1.51.8)F F 螺栓联接的螺栓联接的强度条件强度条件为：为：3.3.受横向载荷的螺栓联接受横向载荷的螺栓联接受横向载荷的螺栓联接受横向载荷的螺栓联接 螺栓受横向工作载荷螺栓受横向工作载荷螺栓受横向工作载荷螺栓受横
36、向工作载荷F F 时，若接合面的摩擦力足时，若接合面的摩擦力足时，若接合面的摩擦力足时，若接合面的摩擦力足够大，则联接件间不会发生相对滑动。因此螺栓所需够大，则联接件间不会发生相对滑动。因此螺栓所需够大，则联接件间不会发生相对滑动。因此螺栓所需够大，则联接件间不会发生相对滑动。因此螺栓所需的轴向力的轴向力的轴向力的轴向力(即预紧力即预紧力即预紧力即预紧力)应为：应为：应为：应为：K KS SF FmfmfF F0 0 附附附附:当当当当f f=0.15,=0.15,K KS S=1.2=1.2，mm=1=1时，时，时，时，F F0 0 8 8F F。故靠摩擦力来。故靠摩擦力来。故靠摩擦力来。故
37、靠摩擦力来承担横向载荷时，其尺寸较大。承担横向载荷时，其尺寸较大。承担横向载荷时，其尺寸较大。承担横向载荷时，其尺寸较大。F F0 0：预紧力：预紧力：预紧力：预紧力 K KS S:可靠性系数可靠性系数可靠性系数可靠性系数,通常通常通常通常K KS S1.11.31.11.3 m m:接合面数目接合面数目接合面数目接合面数目,对钢铁被联接件可取对钢铁被联接件可取对钢铁被联接件可取对钢铁被联接件可取 f f:接合面摩擦系数接合面摩擦系数接合面摩擦系数接合面摩擦系数,对钢铁对钢铁对钢铁对钢铁f f=0.10.15=0.10.15 附附附附:为避免上述缺点、可用：为避免上述缺点、可用：为避免上述缺点
38、、可用：为避免上述缺点、可用：键键键键、套筒套筒套筒套筒或或或或销销销销承担横向工作载荷，螺栓来联接。承担横向工作载荷，螺栓来联接。承担横向工作载荷，螺栓来联接。承担横向工作载荷，螺栓来联接。铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓(螺杆与孔之间无间隙螺杆与孔之间无间隙螺杆与孔之间无间隙螺杆与孔之间无间隙)。这些减载装置中的键、套筒、销和铰制孔用螺栓可这些减载装置中的键、套筒、销和铰制孔用螺栓可这些减载装置中的键、套筒、销和铰制孔用螺栓可这些减载装置中的键、套筒、销和铰制孔用螺栓可按受剪切和受挤压进行强度核算。按受剪切和受挤压进行强度核算。按受剪切和受挤压进行强度核算。按受剪切和受挤压
39、进行强度核算。附附附附:螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力国标规定了螺纹联接件的国标规定了螺纹联接件的国标规定了螺纹联接件的国标规定了螺纹联接件的性能等级性能等级性能等级性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的。螺栓、螺柱、螺钉的。螺栓、螺柱、螺钉的。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为性能等级分为性能等级分为性能等级分为1010级，螺母的性能等级分为级，螺母的性能等级分为级，螺母的性能等级分为级，螺母的性能等级分为7 7级，常用级，常用级，常用级，常用4.84.8级左右级左右级左右级左右的螺栓，重要或特殊要求中选用高性能等级，如压力容器中常
40、的螺栓，重要或特殊要求中选用高性能等级，如压力容器中常的螺栓，重要或特殊要求中选用高性能等级，如压力容器中常的螺栓，重要或特殊要求中选用高性能等级，如压力容器中常用用用用8.88.8级螺栓。级螺栓。级螺栓。级螺栓。一、螺纹联接件材料一、螺纹联接件材料一、螺纹联接件材料一、螺纹联接件材料常用螺纹联接件材料为常用螺纹联接件材料为常用螺纹联接件材料为常用螺纹联接件材料为Q215Q215、Q235Q235、3535、4545等碳素钢。高等碳素钢。高等碳素钢。高等碳素钢。高强度时可采用合金钢，如强度时可采用合金钢，如强度时可采用合金钢，如强度时可采用合金钢，如15Cr15Cr、40Cr40Cr等。等。等
41、。等。选材时选材时选材时选材时，应使，应使，应使，应使螺母材螺母材螺母材螺母材料料料料的强度级别的强度级别的强度级别的强度级别低于螺栓材料低于螺栓材料低于螺栓材料低于螺栓材料、硬度稍低于螺栓，以减少磨损及避、硬度稍低于螺栓，以减少磨损及避、硬度稍低于螺栓，以减少磨损及避、硬度稍低于螺栓，以减少磨损及避免咬死，并便于免咬死，并便于免咬死，并便于免咬死，并便于换螺母换螺母换螺母换螺母。二、螺纹联接件的许用应力二、螺纹联接件的许用应力二、螺纹联接件的许用应力二、螺纹联接件的许用应力1.1.螺纹联接件的螺纹联接件的螺纹联接件的螺纹联接件的许用拉应力许用拉应力许用拉应力许用拉应力2.2.螺纹联接件的螺纹
42、联接件的螺纹联接件的螺纹联接件的许用剪应力许用剪应力许用剪应力许用剪应力和和和和许用挤压应力许用挤压应力许用挤压应力许用挤压应力3.3.螺纹联接件的螺纹联接件的螺纹联接件的螺纹联接件的安全系数安全系数安全系数安全系数(被联接件为钢被联接件为钢被联接件为钢被联接件为钢)(被联接件为铸铁被联接件为铸铁被联接件为铸铁被联接件为铸铁)9-6 螺栓组的螺栓组的结构设计结构设计 目的目的：求出：求出螺栓组螺栓组中各螺栓受力的大小，特别中各螺栓受力的大小，特别是其中受力是其中受力最大最大的螺栓及其载荷。的螺栓及其载荷。一、受横向载荷一、受横向载荷F 的螺栓组联接的螺栓组联接1、受剪螺栓受剪螺栓受剪螺栓受剪螺
43、栓:2 2、受拉螺栓受拉螺栓:fFfF0 0mz=Kmz=KS SF F f f:接合面摩擦系数接合面摩擦系数接合面摩擦系数接合面摩擦系数 F F0 0:螺栓预紧力螺栓预紧力螺栓预紧力螺栓预紧力;mm :接合面数接合面数接合面数接合面数;K KS S:考虑摩擦传力的可靠性系数考虑摩擦传力的可靠性系数考虑摩擦传力的可靠性系数考虑摩擦传力的可靠性系数 F F:各螺栓所受的工作载荷各螺栓所受的工作载荷各螺栓所受的工作载荷各螺栓所受的工作载荷 F F:横向载荷横向载荷横向载荷横向载荷;z z:螺栓数目螺栓数目螺栓数目螺栓数目二、受转矩二、受转矩二、受转矩二、受转矩T T的螺栓组联接的螺栓组联接的螺栓组
44、联接的螺栓组联接1.1.普通螺栓普通螺栓普通螺栓普通螺栓(受拉受拉受拉受拉)根据螺栓变形根据螺栓变形根据螺栓变形根据螺栓变形协调条件，作用在协调条件，作用在协调条件，作用在协调条件，作用在各螺栓上的剪力及各螺栓上的剪力及各螺栓上的剪力及各螺栓上的剪力及其剪切变形量与其其剪切变形量与其其剪切变形量与其其剪切变形量与其中心到底板旋转中中心到底板旋转中中心到底板旋转中中心到底板旋转中心的距离成正比。心的距离成正比。心的距离成正比。心的距离成正比。离底板旋转中心的离底板旋转中心的离底板旋转中心的离底板旋转中心的距离最距离最距离最距离最远远远远的螺栓受力的螺栓受力的螺栓受力的螺栓受力最大最大最大最大。靠
45、联接预紧后在接合面靠联接预紧后在接合面靠联接预紧后在接合面靠联接预紧后在接合面间产生摩擦力矩抵抗间产生摩擦力矩抵抗间产生摩擦力矩抵抗间产生摩擦力矩抵抗T T T T 靠螺栓的剪切和螺栓靠螺栓的剪切和螺栓靠螺栓的剪切和螺栓靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压抵抗与孔壁的挤压抵抗与孔壁的挤压抵抗与孔壁的挤压抵抗T T T T2.2.受剪螺栓受剪螺栓受剪螺栓受剪螺栓(铰制孔铰制孔铰制孔铰制孔)(补充补充补充补充)三、受轴向载荷三、受轴向载荷三、受轴向载荷三、受轴向载荷F F 的螺栓组联接的螺栓组联接的螺栓组联接的螺栓组联接 若作用在螺栓组上轴向总载荷若作用在螺栓组上轴向总载荷若作用在螺栓组上轴向总载荷若作
46、用在螺栓组上轴向总载荷F F 作用线与螺栓轴线作用线与螺栓轴线作用线与螺栓轴线作用线与螺栓轴线平行，并通过平行，并通过平行，并通过平行，并通过螺栓组的对称中心螺栓组的对称中心螺栓组的对称中心螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相，则各个螺栓受载相，则各个螺栓受载相，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：通常，各个螺栓还承受预紧力通常，各个螺栓还承受预紧力通常，各个螺栓还承受预紧力通常，各个螺栓还承受预紧力F F0 0的作用，当联接的作用，当联接的作用，当联接的作用，当联接要有保证的残余预紧力为
47、要有保证的残余预紧力为要有保证的残余预紧力为要有保证的残余预紧力为F F1 1时，每个螺栓所承受的总时，每个螺栓所承受的总时，每个螺栓所承受的总时，每个螺栓所承受的总载荷载荷载荷载荷F F2 2为为为为:F2=F1+F F F:轴向力轴向力轴向力轴向力;z z:螺栓数目螺栓数目螺栓数目螺栓数目四、受翻转力矩四、受翻转力矩M的螺栓组联接的螺栓组联接 因螺栓拉伸刚度相同因螺栓拉伸刚度相同因螺栓拉伸刚度相同因螺栓拉伸刚度相同,由由由由变形协调条件，各螺栓拉变形协调条件，各螺栓拉变形协调条件，各螺栓拉变形协调条件，各螺栓拉伸变形量与其中心至翻转伸变形量与其中心至翻转伸变形量与其中心至翻转伸变形量与其中
48、心至翻转中心轴线的距离成正比中心轴线的距离成正比中心轴线的距离成正比中心轴线的距离成正比 倾覆力矩倾覆力矩倾覆力矩倾覆力矩 M M 作用作用作用作用在联接接合面的一在联接接合面的一在联接接合面的一在联接接合面的一个对称面内个对称面内个对称面内个对称面内,底板在承受倾覆力矩之前底板在承受倾覆力矩之前底板在承受倾覆力矩之前底板在承受倾覆力矩之前,螺栓已拧紧并承受预紧力螺栓已拧紧并承受预紧力螺栓已拧紧并承受预紧力螺栓已拧紧并承受预紧力F F0 0。作用在底板两侧的合力矩与倾覆力作用在底板两侧的合力矩与倾覆力作用在底板两侧的合力矩与倾覆力作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩矩矩矩MM平衡，即：平衡，即：平
49、衡，即：平衡，即：离翻转轴线最远的受拉应力的离翻转轴线最远的受拉应力的离翻转轴线最远的受拉应力的离翻转轴线最远的受拉应力的螺栓最危险螺栓最危险螺栓最危险螺栓最危险max 为为为为防止结合面防止结合面防止结合面防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出受压最大处被压碎或受压最小处出受压最大处被压碎或受压最小处出受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：现间隙，要求：现间隙，要求：现间隙，要求：螺栓的总拉力：螺栓的总拉力：螺栓的总拉力：螺栓的总拉力：左端边缘处最小挤压应左端边缘处最小挤压应左端边缘处最小挤压应左端边缘处最小挤压应力大于等于零力大于等于零力大于等于零力大于等于零限制右端边缘处的最大挤
50、压应限制右端边缘处的最大挤压应限制右端边缘处的最大挤压应限制右端边缘处的最大挤压应力力力力,保证右半边结合面不被压溃保证右半边结合面不被压溃保证右半边结合面不被压溃保证右半边结合面不被压溃_97 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施 螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度。螺栓承受螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度。螺栓承受螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度。螺栓承受螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度。螺栓承受轴向变载荷时，其失效形式为：轴向变载荷时，其失效形式为：轴向变载荷时，其失效形式为：轴向变载荷时，其失效形式为：螺杆疲劳断裂螺杆疲劳断裂螺杆疲劳断裂螺杆疲劳断裂，常发常发常发常发生在