第3章-螺紋連接

第3章螺紋連接§3－1螺紋(類型、參數(shù)、標(biāo)記、功用）§3－2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件§3－3螺紋連接的預(yù)緊和防松§3－5單個(gè)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算§3－4螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與受力分析§3－6提高螺栓連接強(qiáng)度的措施§3－0

引言§3－0引言(停)

由于使用、結(jié)構(gòu)、制造、裝配、運(yùn)輸?shù)确矫娴脑?，機(jī)器中很多零件需要彼此聯(lián)接。機(jī)械零件之間的聯(lián)接分為：被聯(lián)接件之間相互完全固定。（形鎖合、摩擦鎖合、材料鎖合）被聯(lián)接件之間能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如：運(yùn)動(dòng)副。靜聯(lián)接：動(dòng)聯(lián)接：本課程介紹的聯(lián)接主要是靜聯(lián)接。聯(lián)接的類型：螺紋聯(lián)接鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接彈性環(huán)聯(lián)接等鉚接焊接粘接聯(lián)接可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接過盈聯(lián)接（介于兩者之間）一、螺紋的形成§3－1螺紋d2螺旋線——一動(dòng)點(diǎn)在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿軸向作等速移動(dòng)的軌跡。螺紋——一平面圖形沿螺旋線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)保持該圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。螺紋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(zhuǎn)體的內(nèi)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停P30表3-1螺紋的牙型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各種螺紋的特點(diǎn)、應(yīng)用自鎖條件：升角<v（摩擦角）；牙型斜角越小越不容易加工。綜合摩擦系數(shù)：牙型斜角大，cos小，f大v大1——用于聯(lián)接；2、3、4——很少用聯(lián)接；v

矩形、梯形——傳動(dòng)絲杠；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(zhuǎn)體的內(nèi)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(zhuǎn)體的內(nèi)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(zhuǎn)體的內(nèi)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(nèi)螺紋螺紋副外螺紋內(nèi)螺紋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(zhuǎn)體的內(nèi)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(nèi)螺紋連接螺紋傳動(dòng)螺紋螺旋傳動(dòng)連接螺紋傳動(dòng)螺紋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(zhuǎn)體的內(nèi)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(nèi)螺紋連接螺紋傳動(dòng)螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋按標(biāo)準(zhǔn)制米/英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(3)中徑d2

也是一個(gè)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。d1d2d(1)大徑d

與外螺紋牙頂(或內(nèi)螺紋牙底)相重合的假想圓柱體的直徑,公稱直徑。(2)小徑d1

與外螺紋牙底(或內(nèi)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(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。(5)導(dǎo)程S(6)螺紋升角λ

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tanλ=πd2

nP

ψS=nP同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距P二、螺紋的主要幾何參數(shù)SPP/2P/2hλβ(7)牙型角α

軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角。牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。牙型斜角β

αβπd2S(8)工作高度h

內(nèi)外螺紋旋合后，接觸面的徑向高度。

螺紋的精度等級(jí):A級(jí)B級(jí)C級(jí)公差小，精度最高，用于配合精確，防振動(dòng)等場(chǎng)合受載較大且經(jīng)常拆卸，調(diào)整或承受變載荷的連接用于一般連接，最常用

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(xì)牙螺紋。60?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、強(qiáng)度高缺點(diǎn)：不耐磨，易滑扣。應(yīng)用：薄壁零件、受動(dòng)載荷的連接和微調(diào)機(jī)構(gòu)。Pd粗牙dP細(xì)牙dP細(xì)牙梯形螺紋：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(cè)角β比三角形螺紋的要小得多。用于剖分螺母時(shí)，梯形螺紋可消除因摩擦而產(chǎn)生的間隙，應(yīng)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(dòng)。鋸齒形螺紋:常用于傳動(dòng)。β=15oβ=3o

粗牙普通螺紋、細(xì)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(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）。螺紋的基本尺寸：直徑與螺距、粗牙普通螺紋基本尺寸mmH=0.866P

d2=d-0.6495P

d1=d-1.0825PD1、d1——內(nèi)、外螺紋小徑

D2、d2——內(nèi)、外螺紋中徑

D、d

——內(nèi)、外螺紋大徑

P——螺距

標(biāo)記示例：M24(粗牙普通螺紋、直徑24、螺距3)M24×1.5(細(xì)牙普通螺紋,直徑24,螺距1.5)

PP/8P/8P/8H/4D

dD2

d2

D1

d1

P/2P/430?60?

90?

30.52.6752.459公稱直徑（大徑）粗牙細(xì)牙

D

d

螺距P

中徑D2d2小徑D2d2螺距P

40.73.5453.24250.83.5454.1340.350.5615.3504.91881.257.1886.647101.59.0268.3761.25,10.75121.7510.86310.1061.5,1.250.5(14)212.70111.8351.5,116214.70113.835(18)2.516.37615.294202.518.37617.294(20)2.520.37619.29424322.05220.752(27)325.05223.752303.527.72726.2112,1.5,1注：括號(hào)內(nèi)的公稱直徑為第二系列

梯形螺紋基本尺寸mm內(nèi)螺紋外螺紋dPR1R2D1D4H1D2

d2d3acac30?

H4R2標(biāo)記示例：Tr48×8(梯形螺紋，直徑48，螺距8)P

h3=H4

ac

第1系列第2系列D2d2

D1

螺距螺紋牙高牙頂間隙

公稱直徑d

中徑內(nèi)螺紋小徑

126.50.590、10085、95d-6d-12

105.50.540、70、8038、42、65d-5d-10

86.50.548、5246、50d-4d-8

42.250.2516、18d-2d-4

52.750.2524、2822、26d-2.5d-5

62.250.532、3630、34d-3d-6

dd2d1P用螺紋密封的管螺紋普通細(xì)牙螺紋管螺紋非螺紋密封管螺紋（圓柱管壁α=55?）用螺紋密封管螺紋（圓錐管壁α=55?）60?圓錐管螺紋管螺紋的公稱直徑不是螺紋大徑而近似等于管子的公稱通徑。與普通螺紋不同55?55?非螺紋密封的管螺紋dd2d1Pφ2φ§3－2螺紋連接的類型及標(biāo)準(zhǔn)連接件(P30)一、螺紋連接的基本類型1、螺栓連接eaal1l1可承受橫向載荷螺紋余留長(zhǎng)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(zhǎng)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dd孔與螺桿之間留有間隙普通螺栓P33表3-2潘存云教授研制座端擰入深度H，當(dāng)螺孔材料為：ae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

l1HH1H1H2螺釘連接用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省了螺母，不宜經(jīng)常拆裝，以免損壞螺孔而修復(fù)困難。el1HH2d2、螺釘連接和雙頭螺柱連接

潘存云教授研制緊定螺釘3、緊定螺釘連接緊定螺釘連接用于固定兩個(gè)零件的相對(duì)位置并可傳遞不大的力或轉(zhuǎn)矩。二、螺紋緊固件1、螺栓螺栓的結(jié)構(gòu)形式LL0d六角頭LdL0小六角頭dL0L1LL1

——座端長(zhǎng)度L0

——螺母端長(zhǎng)度2、雙頭螺柱末端結(jié)構(gòu)頭部結(jié)構(gòu)3、螺釘、緊定螺釘潘存云教授研制地腳螺栓起吊螺釘

4、專用螺紋連接T型螺栓用于經(jīng)常拆裝易磨損之處。用于尺寸受限制之處。國(guó)標(biāo)羅列有６０余種不同結(jié)構(gòu)的螺母5、螺母六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圓螺母潘存云教授研制6、其它螺母：潘存云教授研制7、墊圈平墊圈薄平墊圈A型平墊圈B型平墊圈斜墊圈彈簧墊圈圓螺母用止動(dòng)墊圈作用：增加支撐面積以減小壓強(qiáng)，避免擰緊螺母擦傷表面、防松。普通螺栓連接普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接鉸制孔用螺栓聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘聯(lián)接螺釘連接螺釘連接螺釘擰入深度H:

鋼或青銅H≈d

鑄鐵H=(1.25～1.5)d

鋁合金H=(1.5～2.5)d雙頭螺柱連接其他螺紋連接類型緊定螺釘連接地腳螺栓連接吊環(huán)螺栓連接T型槽螺栓連接緊定螺釘連接緊定螺釘連接地腳螺栓連接吊環(huán)螺栓連接吊環(huán)螺栓連接T型槽螺栓連接§3－3螺紋連接的預(yù)緊預(yù)緊力：大多數(shù)螺紋連接在裝配時(shí)都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。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)。預(yù)緊力的確定原則：擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限(σs)的80%。

一、概述一般螺紋連接在裝配時(shí)都必須擰緊，這時(shí)螺紋連接受到預(yù)緊力的作用。對(duì)于重要的螺紋連接，應(yīng)控制其預(yù)緊力，因?yàn)轭A(yù)緊力的大小對(duì)螺紋連接的可靠性，強(qiáng)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(xiǎn)截面積，

A1≈πd21/4二、擰緊力矩(停)T1

——克服螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩；T2

——克服螺母支撐面上的摩擦阻力矩；設(shè)預(yù)緊力為F0

或預(yù)緊力（不受軸向載荷）

fc

——摩擦因子。無潤(rùn)滑時(shí)取

fc=0.15rf

——支撐面摩擦半徑簡(jiǎn)化公式

P38式3-6,適用于M10M-68的粗牙螺紋，f’=0.15,fc=0.15,

T≈0.2F0d總力矩

Fad0dT測(cè)力矩扳手預(yù)緊力控制方法: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(shí)，不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時(shí)消失，連接仍有可能松動(dòng)。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(shè)計(jì)時(shí)必須考慮防松。即防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。F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。(1)憑手感經(jīng)驗(yàn)(2)測(cè)力矩扳手P36(3)定力矩扳手P37(4)測(cè)定伸長(zhǎng)量LSLMLS尼龍圈鎖緊螺母連接用三角形螺紋都具有自鎖性（螺旋升角），在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)，不會(huì)自動(dòng)松脫。但在沖擊、振動(dòng)和變載條件下，預(yù)緊力可能在某一瞬時(shí)消失，連接仍有可能松動(dòng)而失效。高溫或溫差大的螺栓連接，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(shè)計(jì)時(shí)必須考慮防松，即防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松的方法

1.利用附加摩擦力防松彈簧墊圈對(duì)頂螺母§3－3螺紋連接的防松防松——防止螺旋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

P38表3-5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(dòng)墊圈潘存云教授研制止動(dòng)墊圈潘存云教授研制潘存云教授研制沖點(diǎn)防松法3.其它方法防松1～1.5P用沖頭沖2至3點(diǎn)粘合法防松涂粘合劑§3－4螺栓組連接的設(shè)計(jì)(P40)在設(shè)計(jì)螺栓組連接時(shí)，關(guān)鍵是連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。它是根據(jù)被連接件的結(jié)構(gòu)和連接的用途，確定螺栓數(shù)目和分布形式?！?為了便于加工制造和對(duì)稱布置螺栓，保證連接結(jié)合面受力均勻，通常連接接合面的幾何形狀都設(shè)計(jì)成一、螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則（六項(xiàng)）：大多數(shù)機(jī)械中螺栓都是成組使用的。軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀

圓形

圓環(huán)形

矩形

矩形框

三角形

▲２.螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理FF(1)對(duì)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?jìng)€(gè)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(dāng)螺栓連接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近連接接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。(3)當(dāng)同時(shí)承受軸向載荷和較大的橫向載荷時(shí)，采用抗剪零件來承受橫向載荷。（鍵、套筒、銷等）dhD▲３.螺栓的排列應(yīng)有合理間距、邊距，以保證扳手空間潘存云教授研制60?CCEE60?扳手空間的尺寸見有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。AB

對(duì)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/MPa7d5d

4.54d3.5

3d

t0/mm≤1.61.6～44～1010～1616～2020～30

d▲４.為了便于在圓周上鉆孔時(shí)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(zhǎng)度應(yīng)相同支承面傾斜采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)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(duì)于在鑄、鍛件等的粗糙表面上安裝螺栓時(shí)，應(yīng)制成凸臺(tái)或沉頭座。當(dāng)支承面為傾斜表面時(shí)，應(yīng)采用斜面墊圈等。特殊情況下也可采用球面墊圈。▲５.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▲６.合理選擇螺栓組的防松裝置二、螺栓組連接的受力分析(停)P42受力分析的目的:

根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，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。受力分析時(shí)所作假設(shè):(1)所有螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均同；

(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(duì)稱中心與連接接合面的形心重合；受轉(zhuǎn)矩受橫向載荷受軸向載荷受傾覆力矩M（1）對(duì)于鉸制孔用螺栓連接，每個(gè)螺栓所受工作剪力為（2）對(duì)于普通螺栓連接，按預(yù)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(gè)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(shè)計(jì)中可取Ks=1.1～1.3。鉸制孔螺栓F∑F∑F∑F∑普通螺栓或P43式3-31P43式3-7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(zhuǎn)矩時(shí)的受力情況是不同的。2．受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接采用普通螺栓，是靠連接預(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(zhuǎn)矩T。TrmaxFmaxr1fF0fF0r2riFi假設(shè)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)ｉ=Kri剪切力與距離r的比值為常數(shù)P44式3-9P44式3-10D3．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(duì)稱中心，則各個(gè)螺栓受載相同，每個(gè)螺栓所受軸向工作載荷為通常，各個(gè)螺栓還承受預(yù)緊力F0的作用，當(dāng)連接要有保證的殘余預(yù)緊力為F1時(shí)，每個(gè)螺栓所承受的總載荷F2為F2=F1+FpF∑FFP45式3-114．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(gè)對(duì)稱面內(nèi)，底板在承受傾覆力矩之前，螺栓已被擰緊并承受預(yù)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(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，左邊的地基被放松，而螺栓被進(jìn)一步拉伸；右邊的螺栓被放松，而地基被進(jìn)一步壓縮。單個(gè)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(shè)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強(qiáng)調(diào)是基座上的壓力單個(gè)螺栓的受力分析

未加傾覆力矩時(shí)，工作點(diǎn)在A?！芃i=0施加傾覆力矩M時(shí)，左邊的螺栓，工作點(diǎn)移至

B1

和C1

右邊的螺栓，工作點(diǎn)移至

B2

和C2

左邊螺栓總拉力增加，右邊螺栓總拉力減小。F1m

Fm

F2m

F1

F

F2

C2

Om

力

變形Ob

C1

B2

B1

A

F0

作用在底板兩側(cè)的合力矩與傾覆力矩M平衡，即求得最大工作載荷

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Ａ—接合面的有效面積Ｗ—接合面的有效抗彎截面系數(shù)［σｐ］—地基接合面的許用壓應(yīng)力P45式3-12P46式3-13,14螺栓的總拉力

連接接合面材料的許用擠壓應(yīng)力材料鋼鑄鐵混凝土磚(水泥漿縫)木材[σp]

(MPa)0.8σS(0.4～0.5)σB2.0～3.01.5～2.02.0～4.0§3－5螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算P46螺栓連接主要失效形式滑扣

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(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。一、松螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算P47強(qiáng)度條件3-15式中d1

—螺紋小徑mm

，[σ]

—許用應(yīng)力二、緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算FF力除以面積設(shè)計(jì)公式3-16裝配時(shí)需要擰緊，在工作狀態(tài)下可能還需要補(bǔ)充擰緊。1.僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接2.承受預(yù)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(shí)不須要擰緊在擰緊力矩的作用下，螺栓受軸向拉力F0和螺紋摩擦力矩T1的雙重作用。拉應(yīng)力1.僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接（預(yù)緊）扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力分母為抗剪截面系數(shù)對(duì)于M10～M64的普通鋼制螺紋，可?。旱茫?/p>

τ≈0.5σ計(jì)算應(yīng)力由此可見，對(duì)于M10-M64普通螺紋的鋼制緊螺栓連接，在擰緊時(shí)，雖然同時(shí)承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，但在計(jì)算時(shí)，可以只考慮拉伸強(qiáng)度計(jì)算，并將預(yù)緊力增大30%來考慮扭轉(zhuǎn)的影響。（式3-18）強(qiáng)度條件又∵螺栓材料塑性，根據(jù)第四強(qiáng)度理論可得Tanφv≈f=0.17，d2/d1=1.04～1.08,tanψ≈0.05

設(shè)計(jì)公式P49式3-19

當(dāng)普通螺栓連接承受橫向工作載荷時(shí)，預(yù)緊力F0導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于橫向載荷F。Ks

——可靠性系數(shù)，常取

Ks

=1.1～1.3預(yù)緊力F0

f

——接合面摩擦系數(shù)，對(duì)鋼與鑄鐵，取

f=0.1～0.16i——結(jié)合面數(shù)

上圖i=1,下圖i=2若取

f=0.15，Ks=1.2,i=1,z=1則F0≥8F螺栓結(jié)構(gòu)尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0FF/2F/2改進(jìn)措施：

(1)采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷。螺栓僅起連接作用(2)采用無間隙的鉸制孔用螺栓。2.受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接（緊拉）設(shè)缸內(nèi)流體壓強(qiáng)為p，螺栓數(shù)目為Z，則缸體周圍每個(gè)螺栓的平均載荷為pπD2/4F

=ZDpFF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(yù)緊

狀態(tài)潘存云教授研制特別注意，軸向載荷：F2≠F+F0加預(yù)緊力后→螺栓受拉伸長(zhǎng)λb→被連接件受壓縮短λm加載F

后:螺栓總伸長(zhǎng)量增加為

總拉力為

被連接件壓縮量減少為

殘余預(yù)緊力減少為

F1

很顯然

F1<F0

被連接件放松了

F1推薦值見P51-52?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螺栓變形λb力F0arctanCb△λ?Fb?Fm螺栓變形力F2F1FF0λbλm連接件變形力F0arctanCmλmF1推薦值見P51-52力螺栓變形arctanCbF=?Fb+?Fm=(Cb+Cm

)?λF1=F0-?Fm=F0-

Cm

?λF2=F0

+?Fb=F0

+Cb

?λCb+CmF?λ=FF2?FbF0?λ?FmF1——相對(duì)剛度系數(shù)Cb+CmCbF2=F0+FCb+CmCbF1=F0

–F代入得：1－表3－4螺栓的相對(duì)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靜強(qiáng)度條件P52式3-25設(shè)計(jì)公式P52式3-26受軸向變載荷的重要連接，還應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。當(dāng)工作拉力在0～F之間變化時(shí)，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DI因?yàn)棣襪in=const

,應(yīng)力工作點(diǎn)M落在ODGI區(qū)域內(nèi)，依據(jù)疲勞強(qiáng)度理論有：（P53式3-27）其中σ-1tc

——螺栓材料的對(duì)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-1σaσmOCAσS

GMM’3Kσ

——綜合影響系數(shù)S

——安全系數(shù)見P54表3-12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(qiáng)度條件為

螺栓桿的剪切強(qiáng)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使

Lmin≥1.25d0d0—螺栓剪切面直徑（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。P54式3-28P54式3-29M-受剪工作面數(shù)§3－7螺栓的材料和許用應(yīng)力一、螺紋連接件材料螺栓、螺柱、螺釘常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素鋼；特殊用途(防磁、導(dǎo)電):

特殊鋼、銅合金、鋁合金等，并經(jīng)表面處理螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃?jí)分為10級(jí)。作為標(biāo)準(zhǔn)零件，螺紋連接件是按其性能等級(jí)選用的。對(duì)于一定性能等級(jí)的螺紋連接件應(yīng)具備一定的強(qiáng)度極限。沖擊振動(dòng)場(chǎng)合用：15Cr、40Cr、30CrMnSi等合金鋼。普通墊圈：Q235、15、35彈簧墊圈：65Mn

σｂ=點(diǎn)前數(shù)字

X

100；

σｓ=點(diǎn)前數(shù)字X點(diǎn)后數(shù)字X10選用原則：一般用途：通常選用4.8級(jí)左右的螺栓，重要場(chǎng)合：要選用高的性能等級(jí)，如在壓力容器中常采用8.8級(jí)的螺栓。螺母的性能等級(jí)分為7級(jí)。螺母性能等級(jí)數(shù)字粗略表示其所能保證最小應(yīng)力的1/100；二、螺紋連接件的許用應(yīng)力

螺紋連接件的許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)(靜、變載荷)、裝配情況(松、緊連接)、材料、結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。許用拉應(yīng)力

許用切應(yīng)力和擠壓應(yīng)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P54表3-12§3－8提高螺栓連接強(qiáng)度的措施承受軸向變載荷時(shí)，螺栓的損壞形式：疲勞斷裂容易斷裂部位：提高螺栓連接強(qiáng)度的措施有哪些呢？以螺栓連接為例，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)度，將大大提高連接系統(tǒng)的可靠性。65%20%15%一、降低影響螺栓總拉伸載荷F2的變化范圍軸向工作載荷F的變化范圍

0～F總拉伸載荷的F2變化范圍

Cb

↓

所以

Cm

↑→F2變化范圍

?F↓Cb+CmCbF0～

F0+F=F2F0

θm

θb措施一：降低螺栓剛度（

C’b<Cb,θ’b

<θb

）?FFF1

F2

雖然F’=F但有?F’<?F強(qiáng)調(diào)殘余預(yù)緊力減小F’2F’

?F’F’1

θ’b

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

）F’2F’?F

F’1θ’bF’0θm

?F’<?F強(qiáng)調(diào)殘余預(yù)緊力減小F’=FF’=F，F(xiàn)’1

=F1?F’<?F前兩種措施會(huì)導(dǎo)致殘余預(yù)緊力減小，使密封性能降低。為保證可靠工作，可適當(dāng)增大預(yù)緊力。F0

θm

θb?FF

F1

F2

F’F’1?F’F0

θb?FF

F1

F2

dd0.8d0.7d采用柔性結(jié)構(gòu)：加彈性元件、或采用柔性螺栓（腰桿、空心螺栓）。2.有密封要求時(shí)，宜采用剛度較大的金屬墊片

P57

或密封環(huán)宜采取措施:普通螺母二、改善螺紋牙間的載荷分布措施:

采用均載螺母加厚螺母不能提高連接強(qiáng)度！加厚螺母螺栓桿螺母體螺栓桿螺母體螺栓桿FaF5/2F4/2F3/2F2/2F1/2F5/2F4/2F3/2F2/2F1/2潘存云教授研制螺母體螺栓桿FF=F1+F2+F3+F4+F5F1>F2>F3>F4>F5螺栓桿F潘存云教授研制螺栓桿F螺母體均載螺母均載原理螺母和螺桿均為拉伸變形，有助于減小兩者螺距變化，使受載均勻。10圈以后，螺母牙幾乎不承受載荷。10～15?懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母10～15?內(nèi)斜與環(huán)槽螺母均載原理相同螺母也受拉內(nèi)斜螺母因力的作用點(diǎn)外移可使載荷較大的頭幾圈螺紋牙容易變形，使載荷上移而改善載荷分布不均。均載元件懸置螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母內(nèi)斜與環(huán)槽螺母都是改變螺母旋合部分的變形性質(zhì)，使之和螺栓變形性質(zhì)相同，均為拉伸變形，從而使螺紋牙上載荷分布趨于均勻；鋼絲螺套加工復(fù)雜，僅限于用在重要場(chǎng)合或大型連接。采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)三、減小應(yīng)力集中1.增大過渡圓角2.切制卸載槽r四、避免或減小附加應(yīng)力3.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。支承面不平切削加工支承面潘存云教授研制五、采用特殊制造工藝?yán)溏咁^部、滾壓螺紋疲勞強(qiáng)度提高30%