第五章螺紋聯(lián)接gai

鋸齒形螺紋三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋第五章螺紋聯(lián)接

§5—1螺紋

如用一個三角形K沿螺旋線運動并使K平面始終通過圓柱體軸線YY-這樣就構(gòu)成了三角形螺紋。同樣改變平面圖形K，可得到矩形、梯形、鋸齒形、管螺紋一、螺紋的形成按牙型:三角形螺紋、管螺紋——聯(lián)接螺紋矩形、梯形、鋸齒形螺紋——傳動螺紋按螺紋的位置：內(nèi)螺紋——在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋外螺紋——在圓柱體的外表面形成的螺紋三角形螺紋：粗牙螺紋——用于緊固件細牙螺紋——同樣的公稱直徑下，螺距最小，自鎖性好，適于薄壁細小零件和沖擊變載等根據(jù)螺旋線繞行方向：左旋——如圖右旋——常用根據(jù)螺旋線頭數(shù)：單頭螺紋（n=1）——用于聯(lián)接雙頭螺紋（n=2）——如圖多線螺紋（n≥2）——用于傳動二、螺紋的類型1）外徑（大徑）d（D）——與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，亦稱公稱直徑2）內(nèi)徑（小徑）d1(D1)——與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑3）中徑d2——在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，d2≈0.5(d+d1)三、螺紋的主要參數(shù)4）螺距P——相鄰兩牙對應兩點間的軸向距離5）導程（S）——同一螺旋線上相鄰兩牙的對應兩點間的軸向距離6）線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n≤4螺距、導程、線數(shù)之間關(guān)系：S=nP7）螺旋升角ψ——中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角8）牙型角α——螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角9）牙型斜角β——螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角螺旋副的自鎖條件為：螺旋副的傳動效率為：克服軸向力Q勻速上升所需的圓周力：四、常用螺紋的種類、特點與應用具體見表§5—2螺紋聯(lián)接的類型及螺紋聯(lián)接件

一、螺紋聯(lián)接主要類型1、螺栓聯(lián)接a)普通螺栓聯(lián)接——被聯(lián)接件不太厚，螺桿帶釘頭，通孔不帶螺紋，螺桿穿過通孔與螺母配合使用。裝配后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，可多個裝拆，應用較廣。b)鉸制孔螺栓聯(lián)接——裝配后無間隙，主要承受橫向載荷，也可作定位用，采用基孔制配合鉸制孔螺栓聯(lián)接2、雙頭螺柱聯(lián)接——螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯(lián)接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被聯(lián)接件之一較厚時。折裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯(lián)接件中擰出。3、螺釘聯(lián)接——適于被聯(lián)接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經(jīng)常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接,吊環(huán)螺釘聯(lián)接4、緊定螺釘聯(lián)接——擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應的缺口中以固定零件的相對位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。二、螺紋聯(lián)接件

2）雙頭螺柱——兩端帶螺紋

A型——有退刀槽B型——無退刀槽1）螺栓普通螺栓——六角頭，小六角頭，標準六角頭，大六角頭,內(nèi)六角鉸制孔螺栓——螺紋部分直徑較小螺母4）緊定螺釘

錐端——適于零件表面硬度較低不常拆卸常合平端——接觸面積大、不傷零件表面，用于頂緊硬度較大的平面，適于經(jīng)常拆卸圓柱端——壓入軸上凹抗中，適于緊定空心軸上零件的位置輕材料和金屬薄板3）螺釘與螺栓區(qū)別——要求螺紋部分直徑較粗;要求全螺紋6）螺母六角螺母：標準，扁，厚

5）自攻螺釘——由螺釘攻出螺紋圓螺母+止退墊圈——帶有缺口，應用時帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊7）墊圈§5—３螺紋聯(lián)接的預緊和防松

一、預緊預緊目的——保持正常工作。如汽缸螺栓聯(lián)接，有緊密性要求，防漏氣，接觸面積要大，靠摩擦力工作，增大剛性等。增大剛性——增加聯(lián)接剛度、緊密性和提高防松能力預緊力QP——預先軸向作用力（拉力）螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接——在裝配時不擰緊，只在受外載時才受到力的作用緊聯(lián)接——在裝配時需擰緊，即在承載時，已預先受力，預緊力QP預緊過緊——擰緊力QP過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強度過松——擰緊力QP過小，工作不可靠

扳手擰緊力矩——T=FH·L,擰緊時螺母：T=T1+T2T——擰緊力矩T1——螺紋摩擦阻力矩T2——螺母端環(huán)形面與被聯(lián)接件間的摩擦力矩FH—作用于手柄上的力，L——力臂

一般K=0.1~0.3

——擰緊力矩系數(shù)由于直徑過小的螺栓，容易在擰緊時過載拉斷，所以對于重要的聯(lián)接不宜小于M10~M14預緊力QP的控制：測力矩板手——測出預緊力矩，如左圖定力矩板手——達到固定的擰緊力矩T時，彈簧受壓將自動打滑，如右圖測量預緊前后螺栓伸長量——精度較高

二、螺紋防松

1、防松目的實際工作中，外載荷有振動、變化、材料高溫蠕變等會造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動，如經(jīng)反復作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進行防松，否則會影響正常工作，造成事故

2、防松原理消除（或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。3、防松辦法及措施

1）摩擦防松

雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等

彈簧墊圈自鎖螺母——螺母一端做成非圓形收口或開峰后徑面收口，螺母擰緊后收口漲開，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊2）機械防松：開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動墊圈，彈簧墊片，軸用帶翅墊片，止動墊片，串聯(lián)鋼絲等3）永久防松：端鉚、沖點、點焊4）化學防松——粘合

開槽螺母與開口銷圓螺母與止動墊圈串聯(lián)鋼絲§5—４單個螺栓聯(lián)接的強度計算

針對不同零件的不同失效形式，分別擬定其設計計算方法，則失效形式是設計計算依據(jù)和出發(fā)點。1、失效形式和原因

受拉螺栓——螺栓桿和螺紋可能發(fā)生塑性變形或斷裂受剪螺栓——螺栓桿和孔壁間可能發(fā)生壓潰或被剪斷b）失效原因：應力集中

a）失效形式

工程中螺栓聯(lián)接多數(shù)為疲勞失效

受拉螺栓：設計準則為保證螺栓的疲勞拉伸強度和靜強度受剪螺栓：設計準則為保證螺栓的擠壓強度和剪切強度

應力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程2、設計計算準則與思路、松螺栓聯(lián)接如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無QP，只有工作載荷F起拉伸作用強度條件為：——驗算用

——設計用

d1——螺桿危險截面直徑（mm）[σ]——許用應力(MPa)

σs——材料屈服極限Mpa表11-3、11-4、11-5aS——安全系數(shù)，S=1.2～1.7二、緊螺栓聯(lián)接——工作前有預緊力QP工作前擰緊，在擰緊力矩T作用下：預緊力QP→產(chǎn)生拉伸應力σ螺紋摩擦力矩T1→產(chǎn)生剪應力τ

復合應力狀態(tài):接第四強度理論：∴強度條件為：

式中：QP——預緊力（N）

T1——螺紋摩擦力矩，起扭剪作用，又稱螺紋扭矩，N.mm1.3——系數(shù)將外載荷提高30%，以考慮螺紋力矩對螺栓聯(lián)接強度的影響，這樣把拉扭的復合應力狀態(tài)簡化為純拉伸來處理，大大簡化了計算手續(xù)，故又稱簡化計算法1、受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接計算——主要防止被聯(lián)接件錯動

特點：桿孔間有間隙，靠擰緊的正壓力(QP)產(chǎn)生摩擦力來傳遞外載荷，保證聯(lián)接可靠(不產(chǎn)生相對滑移)的條件為：（1）普通螺栓聯(lián)接f——接合面間的摩擦系數(shù),表11－1i——接合面數(shù)目KS——防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)）KS=1.1~1.3

強度條件驗算公式：

設計公式：

分析：由上式可知，當f=0.2,m=1,KS=1則QP=5R，說明這種聯(lián)接螺栓直徑大，且在沖擊振動變載下工作極不可靠

為增加可靠性，減小直徑，簡化結(jié)構(gòu)，提高承載能力可采用如下減載裝置：a)減載銷b)減載套筒c)減載鍵2、鉸制孔螺栓聯(lián)接——防滑動特點：螺桿與孔間緊密配合，無間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來傳遞外載荷R進行工作螺栓的剪切強度條件為：螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強度條件為：

R——橫向載荷（N）d0——螺桿或孔的直徑（mm）Lmin——被聯(lián)接件中受擠壓孔壁的最小長度（mm），如圖所示[τ]——螺栓許用剪應力，MPa，表11－6，——螺栓或被聯(lián)接件中較弱者的許用擠壓應力，MPa表11－6鉸制孔螺栓能承受較大的橫向載荷，但被加工件孔壁加工精度較高，成本較高3、軸向載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算①工作特點：工作前擰緊，有QP；工作后加上工作載荷F工作前、工作中載荷變化②工作原理：靠螺桿抗拉強度傳遞外載F③解決問題：a)保證安全可靠的工作，QP=？b)工作時螺栓總載荷，Q=？

④分析：

圖1，螺母未擰緊螺栓螺母松馳狀態(tài)

圖２，擰緊—預緊狀態(tài)被聯(lián)接件—壓—λm—QP栓桿—拉—λb

→QP

圖3，加載F后→工作狀態(tài)栓桿—繼續(xù)拉—被聯(lián)接件—放松———殘余預緊力

——總載⑤作圖，為了更明確以簡化計算（受力變形圖）設：材料變形在彈性極限內(nèi)，力與變形成正比

單個緊螺栓聯(lián)接受力變形圖

左圖——擰緊螺母時,螺栓與被聯(lián)接件的力與變形

右圖——將上兩圖合并，并施加工作載荷F從圖線可看出，螺栓受工作載荷F時，螺栓總載荷：

變形協(xié)調(diào)條件：

被聯(lián)接件→壓力減量

變形縮小Δλm

栓桿→拉力增量

變形縮小Δλb

變形協(xié)調(diào)條件——

∴由圖可知，螺栓剛度：

被聯(lián)接件剛度：

——稱螺栓相對于聯(lián)接的剛度，稱螺栓的相對剛度

ΔF——部分工作載荷

對殘余預緊力的要求，為保證受載后接合面聯(lián)接的緊密性應使QP′的取法:

QP′=（1.5～1.8）F——有密封要求一般聯(lián)接QP′=（0.2~0.6）F載荷穩(wěn)定QP′=（0.6~1.0）F載荷不穩(wěn)定

QP′>F地腳螺栓聯(lián)接

討論：

１）最不利的情況

２）最理想的情況

３）不允許的情況——有縫隙存在，漏氣

４）降低螺栓受力的措施：

a)必須采用剛度小螺栓（空心、加長、細頸）b)加硬墊片或直接擰在凸緣上均可提高強度

５）為聯(lián)接緊密、不漏氣，要求

6）計算時可根據(jù)已知條件選擇其一進行計算a）軸向靜力緊螺栓聯(lián)接強度計算

靜力F不變，Q為靜力，但考慮補充擰緊

強度條件驗算公式：

設計公式：

b）軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算

分析：當工作載荷，由0→F

螺栓總載，由Qp→Q→QP

部分載荷，由0→ΔF→0

4、當驗算不滿足時→措施：b)最好改善結(jié)構(gòu)、降低應力集中。包括：工藝、結(jié)構(gòu)、制造、Cm↑Cb↓，適當提高QP等綜合措施a)三、螺紋聯(lián)接的材料與許用應力（表11－3～11－6）1、材料

螺母、螺栓強度級別：

1）根據(jù)機械性能，把栓母分級并以數(shù)字表示，此乃強度級別

2）所依據(jù)機械性能為抗拉強度極限σBmin和屈服極限σSmin

螺栓級別:

帶點數(shù)字表示，點前數(shù)字為點后數(shù)字為螺母級別:

注意：選擇對螺母的強度級別應低于螺栓材料的強度級別，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于20~40HB）

2、許用應力

許用拉應力：

已知：不控制QP的緊螺栓聯(lián)接，易過載。∴設計時應取較大的完全系數(shù)?？刂祁A緊力時可取較小的安全系數(shù)S?！唢@然S，[σ]與d有關(guān)?！嘣O計時，先假設d，進行試算，選取一安全系數(shù)進行計算，計算結(jié)果與估計直徑相比較，如在原先估計直徑所屬范圍內(nèi)即可，否則需重新進行估算。——試算法§5—5螺栓組聯(lián)接的設計與受力分析

工程中螺栓皆成組使用，單個使用極少。因此，必須研究栓組設計和受力分析。它是單個螺栓計算基礎和前提條件。螺栓組聯(lián)接設計的順序——選布局、定數(shù)目、力分析、設計尺寸

一、結(jié)構(gòu)設計原則

1、布局要盡量對稱分布，栓組中心與聯(lián)接結(jié)合面形心重合（有利于分度、劃線、鉆孔），以受力均勻2、受剪螺栓組（鉸制孔螺栓聯(lián)接）時，不要在外載作用方向布置8個以上，螺栓要使其受力均勻，以免受力太不均勻，但彎扭作用螺栓組，要適當靠接縫邊緣布局，否則受力太不均

3、合理間距，適當邊距，以利用扳手裝拆4、避免偏心載荷作用a）被聯(lián)接件支承面不平突起b）表面與孔不垂直c）鉤頭螺栓聯(lián)接防偏載措施：a）凸臺；b）凹坑（魚眼坑）；c）斜墊片

二、螺栓組受力分析

目的——求受力最大載荷的螺栓前提（假設）：①被聯(lián)接件為剛性不變形，只有地基變形。②各螺栓材料、尺寸、擰緊力均相同③受力后材料變形在彈性范圍內(nèi)④接合面形心與螺栓組形心重合，受力后其接縫面仍保持平面1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接

單個螺栓工作載荷為：F=P/Z

P——軸向外載Z——螺栓個數(shù)

2、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接特點：普通螺栓，鉸制孔用螺栓皆可用，外載垂直于螺栓軸線、防滑普通螺栓——受拉伸作用鉸制孔螺栓——受橫向載荷剪切、擠壓作用。單個螺栓所承受的橫向載荷相等R=RL/Z3、受橫向扭矩螺栓組聯(lián)接

矩形接合面

a)普通螺栓聯(lián)接

由靜平衡條件則各個螺栓所需的預緊力為∴聯(lián)接件不產(chǎn)生相對滑動的條件為：b)鉸制孔螺栓聯(lián)接組

由變形協(xié)調(diào)條件可知，各個螺栓的變形量和受力大小與其中心到接合面形心的距離成正比由假設——板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應變與半徑成正比。在材料彈性范圍內(nèi)，應力與應變成正比

由靜平衡條件4、受傾覆（縱向）力矩螺栓組聯(lián)接

特點：M在鉛直平面內(nèi)，繞O-O回轉(zhuǎn)，只能用普通螺栓，取板為受力對象，由靜平衡條件

設單個螺栓工作載荷為Fi

①螺栓桿不拉斷的條件

設計公式

驗算公式

②右側(cè)不壓潰條件（被聯(lián)接件）

QP作用下接合面的擠壓應力

M作用下接合面的擠壓應力

③左側(cè)不開縫的條件

實際使用中螺栓組聯(lián)接所受的載荷是以上四種簡單受力狀態(tài)的不同組合。計算時只要分別計算出螺栓組在這些簡單受力狀態(tài)下每個螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來，便得到每個螺栓的總工作載荷，再對受力最大的螺栓進行強度計算即可說明：①工程中受力情況很復雜，但均可轉(zhuǎn)化為四種典型情況進行解決。②計算公式在對稱分布情況下推導，但不對稱也可以用

總設計思路：螺栓組結(jié)構(gòu)設計（布