機(jī)械設(shè)計(jì)第11章螺紋連接

1、11-1 11-1 螺紋螺紋11-2 11-2 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接11-3 11-3 單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算11-4 11-4 螺栓組連接的設(shè)計(jì)螺栓組連接的設(shè)計(jì)11-5 11-5 提高螺栓連接強(qiáng)度的措施提高螺栓連接強(qiáng)度的措施11-6 11-6 設(shè)計(jì)實(shí)例設(shè)計(jì)實(shí)例螺栓螺栓*. 本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容1. 螺紋類型及主要參數(shù)螺紋類型及主要參數(shù);螺紋聯(lián)接的主要類型、特點(diǎn)及應(yīng)用螺紋聯(lián)接的主要類型、特點(diǎn)及應(yīng)用;2 . 螺旋副的受力、效率及自鎖螺旋副的受力、效率及自鎖,預(yù)緊和防松預(yù)緊和防松;3 . 螺栓的強(qiáng)度計(jì)算螺栓的強(qiáng)度計(jì)算;4 . 螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。Dp螺母螺

2、母墊圈墊圈11-1 螺紋螺紋 一一. 螺紋形成原理螺紋形成原理 將一傾斜角為將一傾斜角為 的直線繞的直線繞在圓柱體上就形成一條螺旋線在圓柱體上就形成一條螺旋線。取一平面圖形使其沿螺旋線。取一平面圖形使其沿螺旋線運(yùn)動，該平面圖形在空間的軌運(yùn)動，該平面圖形在空間的軌跡即為螺紋。跡即為螺紋。 二二 常用螺紋類型常用螺紋類型按螺紋繞行按螺紋繞行方向分類方向分類左旋螺紋左旋螺紋自右下方向左上自右下方向左上 方繞行的螺紋方繞行的螺紋右旋螺紋右旋螺紋自左下方向右上自左下方向右上 方繞行的螺紋方繞行的螺紋(常用常用)左左旋旋右右旋旋d2 Sd2按螺紋牙的按螺紋牙的表面分類表面分類外螺紋外螺紋在圓柱外表面上形成

3、的螺紋，如螺栓在圓柱外表面上形成的螺紋，如螺栓、 螺釘螺釘內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋在圓柱空內(nèi)壁上形成的螺紋，如螺母在圓柱空內(nèi)壁上形成的螺紋，如螺母內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋外螺紋外螺紋螺桿螺桿螺母螺母按螺紋牙的按螺紋牙的度量衡分類度量衡分類公制螺紋公制螺紋 mm英制螺紋英制螺紋 扣扣 / in按螺紋牙的牙型分類按螺紋牙的牙型分類:三角形螺紋：三角形螺紋： 牙型角牙型角=60，當(dāng)量摩擦系數(shù)較大，自鎖性能當(dāng)量摩擦系數(shù)較大，自鎖性能 好，主要好，主要用于連接用于連接。圓柱管螺紋圓柱管螺紋牙型角牙型角=55，用于壓力用于壓力p1.57MPa1.57MPa的的管子管子連接連接矩形螺紋矩形螺紋牙型角牙型角=0，當(dāng)量摩擦系數(shù)小，效率

4、高，當(dāng)量摩擦系數(shù)小，效率高，用于傳動用于傳動梯形螺紋梯形螺紋牙型角牙型角=30，牙根強(qiáng)度高，效率較高，易保證加工精度，廣泛牙根強(qiáng)度高，效率較高，易保證加工精度，廣泛 用于傳動用于傳動。鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋牙型斜角兩邊不相等，工作面牙型斜角兩邊不相等，工作面=3,非工作面非工作面= 30，效率較三，效率較三 角形螺紋高，角形螺紋高，只能用于單向傳動只能用于單向傳動。6030普普通通螺螺紋紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋p外外螺紋螺紋dd2d1矩形螺紋矩形螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋p外螺紋外螺紋d1d2d3015內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋p外外螺紋螺紋dd2d1梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋dd2d1內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋p外外螺紋螺紋330

5、p圓圓柱柱管管螺螺紋紋d內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋d2d1外外螺紋螺紋55按螺紋線按螺紋線數(shù)分類數(shù)分類單線螺紋單線螺紋 n=1，效率低，自鎖性好，易加工，效率低，自鎖性好，易加工三線螺紋三線螺紋n=3，效率高，自鎖性差，難加工，效率高，自鎖性差，難加工雙線螺紋雙線螺紋n=2，效率較，效率較n=1 高高單線螺紋單線螺紋雙線螺紋雙線螺紋三線螺紋三線螺紋三三. 螺紋的主要參數(shù)螺紋的主要參數(shù)以圓柱普通外（內(nèi)）螺紋為例來說明以圓柱普通外（內(nèi)）螺紋為例來說明1 .大徑大徑d：外、內(nèi)螺紋的最大直徑，為螺紋的公稱直徑（管螺紋除外）外、內(nèi)螺紋的最大直徑，為螺紋的公稱直徑（管螺紋除外）2 .小徑小徑d1：與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙

6、頂相重合的假想圓柱上面的直徑。與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱上面的直徑。 在強(qiáng)度計(jì)算中常用作危險(xiǎn)截面的計(jì)算直徑。在強(qiáng)度計(jì)算中常用作危險(xiǎn)截面的計(jì)算直徑。 3 .中徑中徑d2：處于大徑和小徑之間的一個(gè)假想圓柱的直徑，在該圓柱的母線處于大徑和小徑之間的一個(gè)假想圓柱的直徑，在該圓柱的母線 上螺紋牙厚度與牙槽寬度相等。上螺紋牙厚度與牙槽寬度相等。4 .螺距螺距P ： 相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。5 .導(dǎo)程導(dǎo)程Ph ：螺紋上任一點(diǎn)沿螺旋線繞一周所移過軸向距離。螺紋上任一點(diǎn)沿螺旋線繞一周所移過軸向距離。Ph= zP。6 .升角升角 ：螺旋線的切線

7、與垂直于螺紋軸線的平面間的夾螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾 角，通常用中徑處的升角角，通常用中徑處的升角表示。其計(jì)算式為：表示。其計(jì)算式為：2dPtanh7 .牙型角牙型角：在螺紋軸線平面內(nèi)螺紋牙兩側(cè)面的夾角在螺紋軸線平面內(nèi)螺紋牙兩側(cè)面的夾角 。螺紋牙型的側(cè)。螺紋牙型的側(cè) 邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙型斜角邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙型斜角 。對于三角形、。對于三角形、 梯形螺紋等對稱牙型，梯形螺紋等對稱牙型， =/2。SPdd2d1內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋外螺紋外螺紋1 .大徑大徑d：與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相切的圓柱直徑，規(guī)定為螺紋的公與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相切的圓柱直徑，規(guī)定為螺

8、紋的公 稱直徑（管螺紋除外）。稱直徑（管螺紋除外）。2 .小徑小徑d1：與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相切的圓柱體直徑。在強(qiáng)度計(jì)算中與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相切的圓柱體直徑。在強(qiáng)度計(jì)算中 常用作危險(xiǎn)截面的計(jì)算直徑。常用作危險(xiǎn)截面的計(jì)算直徑。3 .中徑中徑d2：處于大徑和小徑之間的一個(gè)假想圓柱的直徑，在該圓柱的母線處于大徑和小徑之間的一個(gè)假想圓柱的直徑，在該圓柱的母線 上螺紋牙厚度與牙槽寬度相等。上螺紋牙厚度與牙槽寬度相等。4 .螺距螺距P ： 相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。5 .導(dǎo)程導(dǎo)程S ：同一螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。同一

9、螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。 S= nP。7 .牙型角牙型角：在螺紋軸線平面內(nèi)，螺紋牙兩側(cè)邊的夾角在螺紋軸線平面內(nèi)，螺紋牙兩側(cè)邊的夾角 。螺紋牙型的側(cè)。螺紋牙型的側(cè) 邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙型斜角邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙型斜角 。對于三角形、。對于三角形、 梯形螺紋等對稱牙型，梯形螺紋等對稱牙型， =/2。6 .升角升角 ：在中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾在中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾 角，其計(jì)算式為：角，其計(jì)算式為： 2tandnp牙型角牙型角=0=0）1）擰緊螺母時(shí)）擰緊螺母時(shí)相當(dāng)于滑塊沿斜面等速上升運(yùn)動相當(dāng)于

10、滑塊沿斜面等速上升運(yùn)動d2d2()2211ttanFFT1Qr+ 擰緊力矩:()tanFFQtr+ 水平力:()()rr+tantantantan222112dFdFTSFWWQQQ效率：效率：FtFQFtFtFQFtFQFfFRnFRvFR + +2）松脫螺母時(shí)）松脫螺母時(shí)相當(dāng)于滑塊沿斜面等速下降相當(dāng)于滑塊沿斜面等速下降FtFQFfFRnFRvFRFQFt - - 當(dāng)滑塊在當(dāng)滑塊在FQ Q作用下沿斜面等速下作用下沿斜面等速下降時(shí)，滑塊上的摩擦力降時(shí)，滑塊上的摩擦力Ff沿斜面向上，沿斜面向上，斜面對滑塊的總反力斜面對滑塊的總反力FR與與FQ之間夾角之間夾角為為 - -，由力三角形可的水平力：由

11、力三角形可的水平力：)tan(rQtFF3）螺旋副的自鎖條件）螺旋副的自鎖條件 由松脫螺母時(shí)由松脫螺母時(shí)的水平力計(jì)算式可知，若的水平力計(jì)算式可知，若 ，則，則FtFt為負(fù)值。表明要使為負(fù)值。表明要使滑塊在滑塊在FQ Q作用下沿斜面等速下滑，必須加一反方向的作用下沿斜面等速下滑，必須加一反方向的水平力水平力F Ft t，否則不論，否則不論F FQ Q力有力有多大，多大，滑塊都不會在其作用下自行下滑，即螺母不會在軸向載荷滑塊都不會在其作用下自行下滑，即螺母不會在軸向載荷F FQ Q作用下自行松作用下自行松脫脫此現(xiàn)象稱為自鎖。此現(xiàn)象稱為自鎖。螺旋副的自鎖條件：螺旋副的自鎖條件： 牙型角牙型角00）F

12、Q QFQ QFRnFRn1）矩形螺紋：）矩形螺紋： FRn= FQ Q F Ff f= =FRnf f= FQ Q f摩擦角摩擦角=arctanf=arctanf2）非矩形螺紋：）非矩形螺紋： FRn = FQ Q/cos/cos F Ff f= = FRn f f= FQ Q f /cos /cos = = FQ Q fv摩擦角摩擦角v v=arctanf=arctanfv v()()2tan2：tan：22tdFdFTFFVQVQtrr+擰緊力矩水平力()Vr+tantan效率：效率：非矩形非矩形螺旋副的自鎖條件：螺旋副的自鎖條件： v v 一）螺栓連接一）螺栓連接 螺栓連接是利用螺栓穿

13、過被連接件的孔，擰上螺螺栓連接是利用螺栓穿過被連接件的孔，擰上螺母，將被連接件連成一體。其被連接件的孔內(nèi)不切制螺紋，使用方便。母，將被連接件連成一體。其被連接件的孔內(nèi)不切制螺紋，使用方便。通常用通常用 被連接件不太厚，能從被連接件不太厚，能從被連聯(lián)接件被連聯(lián)接件兩邊進(jìn)行裝配的場合。兩邊進(jìn)行裝配的場合。 11-2 螺紋連接螺紋連接一一. 螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：被連接件通孔和螺栓間有間隙被連接件通孔和螺栓間有間隙故通孔加工精度要求較低，其故通孔加工精度要求較低，其 結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，應(yīng)用廣泛。結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，應(yīng)用廣泛。普通螺栓連接普通螺栓連接1. 普通螺栓（即

14、受拉螺栓）連接普通螺栓（即受拉螺栓）連接受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)： 連接承受外載荷時(shí)，連接承受外載荷時(shí)，螺栓受拉力作用螺栓受拉力作用dd0FRFRFF2. 2. 鉸制孔用螺栓（即受剪螺栓）連接鉸制孔用螺栓（即受剪螺栓）連接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：被連接件孔和螺栓桿之間常采用基孔制過渡配合被連接件孔和螺栓桿之間常采用基孔制過渡配合（H7/m6， H7/n6）。用于要求精確固定被連接件相對位置，并能承受橫向）。用于要求精確固定被連接件相對位置，并能承受橫向 載荷，但孔的加工精度要求較高。載荷，但孔的加工精度要求較高。 鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接al1dd0FRFR受力特點(diǎn)：連受力特點(diǎn)：連接借助螺栓桿承受

15、橫向外載荷，螺栓受剪力作用。接借助螺栓桿承受橫向外載荷，螺栓受剪力作用。 特點(diǎn)特點(diǎn)：將螺栓一端旋緊在一被連接件的螺紋孔內(nèi)，另一端穿過另一：將螺栓一端旋緊在一被連接件的螺紋孔內(nèi)，另一端穿過另一被連接件的孔，旋上螺母，從而將被連接件聯(lián)成一體。被連接件的孔，旋上螺母，從而將被連接件聯(lián)成一體。二）雙頭螺柱連接二）雙頭螺柱連接 應(yīng)用應(yīng)用：用于被連接件之一太厚不便穿孔，且需經(jīng)常裝拆：用于被連接件之一太厚不便穿孔，且需經(jīng)常裝拆或結(jié)構(gòu)上受限制或結(jié)構(gòu)上受限制不能采用螺栓連接的場合。不能采用螺栓連接的場合。 注意：被連接件上螺紋孔底部正確繪制注意：被連接件上螺紋孔底部正確繪制d發(fā)動機(jī)缸體發(fā)動機(jī)缸體 特點(diǎn)：特點(diǎn)：螺

16、釘連接不用螺母，而是直接將螺釘擰入被連接件之一的螺紋螺釘連接不用螺母，而是直接將螺釘擰入被連接件之一的螺紋孔內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)連接?？變?nèi)，從而實(shí)現(xiàn)連接。三）螺釘聯(lián)接三）螺釘聯(lián)接 應(yīng)用：應(yīng)用：用于被連接件之一較厚的場合，不經(jīng)常裝拆連接的場合。用于被連接件之一較厚的場合，不經(jīng)常裝拆連接的場合。注意：被連接件上螺紋孔底部正確繪制注意：被連接件上螺紋孔底部正確繪制 特點(diǎn)：特點(diǎn)：緊定螺釘連接是利用緊定螺釘連接是利用緊定螺釘旋入一零件，并以其末端緊定螺釘旋入一零件，并以其末端頂緊另一零件（或該零件的的凹坑頂緊另一零件（或該零件的的凹坑 內(nèi)）來固定兩零件之間的相互位置內(nèi)）來固定兩零件之間的相互位置四）緊定螺釘連接

17、四）緊定螺釘連接 應(yīng)用：應(yīng)用：可用于傳遞不大的力及轉(zhuǎn)可用于傳遞不大的力及轉(zhuǎn)矩，多用于軸和軸上零件的連接。矩，多用于軸和軸上零件的連接。二二. 螺紋聯(lián)接件螺紋聯(lián)接件緊定螺釘連接緊定螺釘連接一）螺栓一）螺栓sedblk六角頭螺栓六角頭螺栓klbd 二）雙頭螺栓二）雙頭螺栓兩端均制有螺紋，兩端螺紋可相同（均為粗牙）也可兩端均制有螺紋，兩端螺紋可相同（均為粗牙）也可不同（一端為粗牙，另一端為細(xì)牙）。不同（一端為粗牙，另一端為細(xì)牙）。sedl0lkdPl2六角頭鉸制孔用螺栓六角頭鉸制孔用螺栓d0 三）地腳螺栓三）地腳螺栓是將機(jī)座固定在地基上一種特殊螺栓。是將機(jī)座固定在地基上一種特殊螺栓。四）螺釘四）螺釘

18、、緊定螺釘緊定螺釘螺釘頭部螺釘頭部、緊定螺釘末端有多種結(jié)構(gòu)型式緊定螺釘末端有多種結(jié)構(gòu)型式地腳螺栓地腳螺栓螺釘頭部結(jié)構(gòu)型式螺釘頭部結(jié)構(gòu)型式外六角頭外六角頭內(nèi)六角頭內(nèi)六角頭一字槽沉頭一字槽沉頭十字槽沉頭十字槽沉頭十字槽半圓頭十字槽半圓頭一字槽圓柱頭一字槽圓柱頭錐端錐端平端平端圓柱端圓柱端尖錐端尖錐端緊定螺釘末端結(jié)構(gòu)緊定螺釘末端結(jié)構(gòu)五）螺母五）螺母六角薄螺母六角薄螺母六角厚螺母六角厚螺母六角槽形螺母六角槽形螺母圓螺母圓螺母六）六） 墊圈墊圈平墊圈平墊圈斜墊圈斜墊圈彈簧墊圈彈簧墊圈圓螺母用帶翹圓螺母用帶翹墊圈墊圈三三. 螺紋連接的預(yù)緊螺紋連接的預(yù)緊1、預(yù)緊的目的：、預(yù)緊的目的： 預(yù)緊的目的是提高連接的

19、可靠性、剛性、緊密性和防松能力。對于普通預(yù)緊的目的是提高連接的可靠性、剛性、緊密性和防松能力。對于普通螺栓連接，還可以提高疲勞強(qiáng)度；對于鉸制孔用螺栓連接，有利于增大接螺栓連接，還可以提高疲勞強(qiáng)度；對于鉸制孔用螺栓連接，有利于增大接合面間的摩擦力，提高承載能力。合面間的摩擦力，提高承載能力。預(yù)緊：工作之前將螺紋連接擰緊加預(yù)緊力預(yù)緊：工作之前將螺紋連接擰緊加預(yù)緊力F。一般預(yù)緊力一般預(yù)緊力F產(chǎn)生的應(yīng)力不超過材料的屈服極限的產(chǎn)生的應(yīng)力不超過材料的屈服極限的80% 碳素鋼碳素鋼 F（0.60.7）sA1 合金鋼合金鋼 F（0.50.6）sA12、預(yù)緊的方法、預(yù)緊的方法F不容易控制，一般采用：不容易控制，

20、一般采用：1)憑手感經(jīng)驗(yàn)（不準(zhǔn)確）憑手感經(jīng)驗(yàn)（不準(zhǔn)確） ；2)測力矩扳手；測力矩扳手；3)定力矩扳手；定力矩扳手；4)測定伸長量。測定伸長量。L LM ML LS S測定伸長量測定伸長量測力矩扳手測力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手T 0.2 F 0.2 Fdf 摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)。 無潤滑時(shí)?。簾o潤滑時(shí)?。?f =0.15dKFdDdDfFdFTTTv/20203030/221)()(31)tan(2+rK 擰緊力矩系數(shù)，擰緊力矩系數(shù)，K=0.2擰緊力矩大小擰緊力矩大小d0d2F2FTD1如圖所示，在擰緊螺母時(shí)，需要如圖所示，在擰緊螺母時(shí)，需要克服螺克服螺紋副相對扭轉(zhuǎn)的阻力矩紋副相對扭轉(zhuǎn)的阻力矩T

21、1和和螺母與支承螺母與支承面之間的摩擦阻力矩面之間的摩擦阻力矩T2，即擰緊力矩，即擰緊力矩T=T1+T2 。設(shè)預(yù)緊力為設(shè)預(yù)緊力為FF，則，則00,dD分別為螺母與被連接件的環(huán)形接觸面的外徑和內(nèi)徑。分別為螺母與被連接件的環(huán)形接觸面的外徑和內(nèi)徑。四四. 螺紋連接防松螺紋連接防松 防松的根本目的在于防止螺紋副間的相對轉(zhuǎn)動。防松的措防松的根本目的在于防止螺紋副間的相對轉(zhuǎn)動。防松的措施很多，按工作原理可分為如下三類。施很多，按工作原理可分為如下三類。 1摩擦防松摩擦防松 這類防松措施是使擰緊的螺紋之間不因外載荷變化而失去壓這類防松措施是使擰緊的螺紋之間不因外載荷變化而失去壓力，即始終有摩擦阻力防止連接松

22、脫。這種方法不十分可靠，力，即始終有摩擦阻力防止連接松脫。這種方法不十分可靠，故多用于沖擊和振動不劇烈場合。常用的有如下幾種：故多用于沖擊和振動不劇烈場合。常用的有如下幾種：彈簧墊圈彈簧墊圈 雙螺母雙螺母 尼龍圈鎖緊螺母尼龍圈鎖緊螺母 2. 機(jī)械防松機(jī)械防松 機(jī)械防松的措施是，利用各種止動零件，以阻止擰緊的螺機(jī)械防松的措施是，利用各種止動零件，以阻止擰緊的螺紋零件產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。這類防松方法相當(dāng)可靠，應(yīng)用很廣。常紋零件產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。這類防松方法相當(dāng)可靠，應(yīng)用很廣。常用的方法有：用的方法有：槽形螺母和開口銷槽形螺母和開口銷 串聯(lián)鋼絲串聯(lián)鋼絲 正確結(jié)構(gòu)正確結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)止動墊圈止動墊圈 3.粘

23、合和破壞螺紋副防松粘合和破壞螺紋副防松 （1 1）粘接法：將粘合劑涂于螺紋旋合表面，擰緊螺母后，）粘接法：將粘合劑涂于螺紋旋合表面，擰緊螺母后，粘合劑能自行固化，防松效果良好。粘合劑能自行固化，防松效果良好。 （2）沖點(diǎn)法：利用焊、）沖點(diǎn)法：利用焊、沖點(diǎn)的方法，排除了沖點(diǎn)的方法，排除了螺母相對螺栓轉(zhuǎn)動的螺母相對螺栓轉(zhuǎn)動的可能。可能。11-3 單個(gè)單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算 一一. 螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算的目的螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算的目的 確定螺栓的公稱直徑確定螺栓的公稱直徑d二二. 螺栓連接的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則螺栓連接的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則 2 .受剪螺栓受剪螺栓（受橫向載荷的鉸制孔螺受橫向載

24、荷的鉸制孔螺 栓）栓）主要破壞形式為螺栓桿與孔壁主要破壞形式為螺栓桿與孔壁 間間壓潰或螺栓桿被剪斷壓潰或螺栓桿被剪斷，計(jì)算準(zhǔn)則應(yīng)是，計(jì)算準(zhǔn)則應(yīng)是 保證保證連接的擠壓強(qiáng)度和螺栓的剪切強(qiáng)連接的擠壓強(qiáng)度和螺栓的剪切強(qiáng) 度度，其中連接的擠壓強(qiáng)度對連接的可靠，其中連接的擠壓強(qiáng)度對連接的可靠 性起決定性的作用。性起決定性的作用。 1 .受拉螺栓受拉螺栓（受軸向載荷或橫向載荷受軸向載荷或橫向載荷的普通螺栓）的普通螺栓）主要破壞形式為主要破壞形式為螺栓螺栓桿和螺紋部分可能發(fā)生桿和螺紋部分可能發(fā)生塑性變形或斷裂塑性變形或斷裂，其計(jì)算準(zhǔn)則是：其計(jì)算準(zhǔn)則是：保證螺栓的靜力（或保證螺栓的靜力（或疲勞）拉伸強(qiáng)度。疲勞）

25、拉伸強(qiáng)度。普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接dd0FRFRFF鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接al1dd0FRFR壓壓潰潰剪斷剪斷吊環(huán)螺栓聯(lián)接（松）吊環(huán)螺栓聯(lián)接（松）FF0氣缸蓋螺栓聯(lián)接（緊）氣缸蓋螺栓聯(lián)接（緊）三三. 螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算按裝配情況螺栓連按裝配情況螺栓連接可分為兩大類接可分為兩大類松松螺栓連接螺栓連接裝配時(shí)不需擰緊螺母如吊環(huán)螺栓連接裝配時(shí)不需擰緊螺母如吊環(huán)螺栓連接緊螺栓連接緊螺栓連接裝配時(shí)必須將螺母擰緊，應(yīng)用廣泛。裝配時(shí)必須將螺母擰緊，應(yīng)用廣泛。 如氣缸蓋螺栓連接等。如氣缸蓋螺栓連接等。一）受軸向載荷一）受軸向載荷（力作用線與螺栓軸線平行）（力作用線與螺栓軸線平行）的螺

26、栓連接的螺栓連接DpF螺栓危險(xiǎn)剖面的抗拉強(qiáng)度條件為：螺栓危險(xiǎn)剖面的抗拉強(qiáng)度條件為：1. 1. 松螺栓連接松螺栓連接 螺栓受力螺栓受力在承受工作載荷前，螺栓并不受力；在承受工作載荷前，螺栓并不受力；工作時(shí)受拉力工作時(shí)受拉力F（由外加載荷產(chǎn)生）（由外加載荷產(chǎn)生） 212144dFdFAFMPa校核計(jì)算式：校核計(jì)算式：設(shè)計(jì)計(jì)算式：設(shè)計(jì)計(jì)算式： Fd41mm式中：式中：d d1 1 螺栓危險(xiǎn)剖面直徑，即螺紋小徑，螺栓危險(xiǎn)剖面直徑，即螺紋小徑，mm；螺栓的公稱直徑螺栓的公稱直徑d確定：確定：根據(jù)根據(jù)dd1的原則的原則查普通螺紋基本尺寸（查普通螺紋基本尺寸（GB196-GB196-8181）機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)

27、計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表表11-111-1，確定螺栓的公稱直徑，確定螺栓的公稱直徑d d。 松螺栓連接的許用應(yīng)力松螺栓連接的許用應(yīng)力，Mpa， ,松Sss螺栓材料的屈服極限螺栓材料的屈服極限S松松松螺栓連接的安全系數(shù)松螺栓連接的安全系數(shù)，S松松=1.21.7吊環(huán)螺栓聯(lián)接吊環(huán)螺栓聯(lián)接 公稱直徑（公稱直徑（mm）螺螺 距（距（p）mm 中中 徑（徑（d2）mm小小 徑（徑（d1）mm第一系列第一系列 第二系列第二系列81.257.1886.6471.007.3506.9170.757.5187.188101.59.0268.3761.259.1888.6471.009.3508.9170.759.51

28、39.188121.7510.86310.1061.511.02610.3761.2511.18810.6741.011.35010.917142.012.70111.8351.513.02612.37686.647108.3761210.106普通螺紋基本尺寸（普通螺紋基本尺寸（GB196-81GB196-81）課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表表11-111-11411.8352、緊螺栓連接、緊螺栓連接 （裝配時(shí)須要擰緊，在工作狀態(tài)下可能還需要補(bǔ)充擰緊。）裝配時(shí)須要擰緊，在工作狀態(tài)下可能還需要補(bǔ)充擰緊。）1)只受預(yù)緊力作用的緊螺栓連接只受預(yù)緊力作用的緊螺栓連接（受橫向載荷（受橫向載荷FR 作用的受拉普通螺

29、栓是只受預(yù)緊作用的受拉普通螺栓是只受預(yù)緊力的緊螺栓連接的例子）力的緊螺栓連接的例子）dd0FRFRFF 螺栓與孔之間有間隙，工作時(shí)預(yù)螺栓與孔之間有間隙，工作時(shí)預(yù)緊力緊力F導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于橫向載荷大于橫向載荷FR。mfFKFRf預(yù)緊力預(yù)緊力F 可靠性系數(shù)，常取可靠性系數(shù)，常取 =1.11.3m 結(jié)合面數(shù)，圖示結(jié)合面數(shù)，圖示m=1 f 摩擦系數(shù)，對鋼與鑄鐵，取摩擦系數(shù)，對鋼與鑄鐵，取: f =0.10.15若取若取 f f =0.15=0.15， =1.2, m=1, =1.2, m=1, 則：則：結(jié)構(gòu)尺寸大，但由于結(jié)構(gòu)簡單，裝配方便，仍廣泛使用。結(jié)構(gòu)尺寸大

30、，但由于結(jié)構(gòu)簡單，裝配方便，仍廣泛使用。fKfKfKRFF8 這種靠摩擦傳遞橫向載荷的受拉螺栓連接，在沖擊、振動載這種靠摩擦傳遞橫向載荷的受拉螺栓連接，在沖擊、振動載荷作用下工作不夠可靠，且所需的螺栓直徑較大，改進(jìn)措施如下：荷作用下工作不夠可靠，且所需的螺栓直徑較大，改進(jìn)措施如下： 1. 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。螺栓僅起連接作用螺栓僅起連接作用2. 采用無間隙的鉸制孔螺栓。采用無間隙的鉸制孔螺栓。FF/2F/2螺栓受預(yù)緊力螺栓受預(yù)緊力F和摩擦力矩和摩擦力矩 的雙重作用。的雙重作用。4/21dF拉應(yīng)力拉應(yīng)力：強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算dd0FRFRFF切應(yīng)力：切

31、應(yīng)力：16/3111dTWTT16/2)tan(312ddFvr+4/)tan(22112dFddvr+分母為抗剪分母為抗剪截面系數(shù)截面系數(shù)1T4/3 . 121dF對于對于M10M68的普通螺紋，取的普通螺紋，取d1、d2和和的平均值，的平均值，并取：并?。?tanV = f V =0.15 得：得： 0.5 當(dāng)量應(yīng)力：當(dāng)量應(yīng)力：223+c22)5 . 0( 3+強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：3 .13 . 141Fd設(shè)計(jì)式設(shè)計(jì)式依所得依所得d1靠標(biāo)準(zhǔn)直徑靠標(biāo)準(zhǔn)直徑d 設(shè)流體壓強(qiáng)為設(shè)流體壓強(qiáng)為p，螺栓數(shù)目為，螺栓數(shù)目為Z，則缸體周圍每個(gè)螺栓的平均載荷為：則缸體周圍每個(gè)螺栓的平均載荷為：p D2/4F

32、= =Z2) 受預(yù)緊力和軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接受預(yù)緊力和軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接pF0F0D此時(shí)此時(shí),螺栓受總拉力螺栓受總拉力F0 = F+ F嗎嗎?特別注意，軸向總載荷特別注意，軸向總載荷F0：F0 F+ F設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云松弛松弛狀態(tài)狀態(tài)受載受載變形變形分析加載過程：分析加載過程： 加預(yù)緊力加預(yù)緊力F后后螺栓受拉伸長螺栓受拉伸長1被聯(lián)接件受壓縮短被聯(lián)接件受壓縮短2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: 總拉力為：總拉力為：被聯(lián)接件壓縮量減少為：被聯(lián)接件壓縮量減少為： 殘余預(yù)緊力減少為：殘余預(yù)緊力減少為： F 很顯然很顯然: FFF2 2

33、FF3 3FF4 4FF5 5螺螺栓栓桿桿F F F F螺螺栓栓桿桿螺母體螺母體假設(shè)螺母為剛體，則螺紋假設(shè)螺母為剛體，則螺紋牙變形與普通螺栓相同。牙變形與普通螺栓相同。但實(shí)際上螺母也是彈性體，但實(shí)際上螺母也是彈性體，受載也被拉長，變形螺紋受載也被拉長，變形螺紋牙產(chǎn)生回彈，從而減小兩牙產(chǎn)生回彈，從而減小兩者螺距變化，使受載均勻。者螺距變化，使受載均勻。10圈以后，螺母牙幾乎不承受載荷。圈以后，螺母牙幾乎不承受載荷。采用凸臺或沉孔結(jié)構(gòu)采用凸臺或沉孔結(jié)構(gòu)三、減小應(yīng)力集中三、減小應(yīng)力集中1.1.增大過渡圓角增大過渡圓角2.2.切制卸載槽切制卸載槽r r四、避免或減小附加應(yīng)四、避免或減小附加應(yīng)力力3.3

34、.卸載過渡結(jié)構(gòu)卸載過渡結(jié)構(gòu)要從結(jié)構(gòu)、制造與裝配精度采取措施。要從結(jié)構(gòu)、制造與裝配精度采取措施。支承面不平支承面不平切削加工支承面切削加工支承面潘存云教授研制被連接件剛性小被連接件剛性小 例1. 厚度=12mm的鋼板用4個(gè)螺栓固連在厚度1=30mm的鑄鐵支架上，螺栓的布置有例圖(a)、(b)所示的兩種方案。 已知螺栓材料為Q235，=95MPa，=96 MPa，鋼板 P=320 MPa，鑄鐵 pl=180MPa，接合面間摩擦系數(shù)f=0.15， 可靠性系數(shù)Ks=1.2，載荷F=12000N， 尺寸L=400mm，a=100mm。 (1)試比較哪種螺栓布置方案合理， (2)按照螺栓布置合理方案，分別確定采用普通