螺蚊連接(第5章)

1

連接是指被連接件與連接件的組合。常見的機(jī)械連接有兩類：一是機(jī)械動(dòng)連接，如各種運(yùn)動(dòng)副；二是機(jī)械靜連接，本章所學(xué)習(xí)內(nèi)容是機(jī)械靜連接問題。靜連接不可拆連接—裝拆方便，多次裝拆無(wú)損于使用性能。如螺紋連接、鍵連接、銷連接—在拆開連接時(shí)會(huì)損壞連接中的零件或使用性能。如焊接、鉚接、粘接第二篇連接可拆連接（永久性連接）—裝拆方便，多次裝拆無(wú)損于使用性能。如螺紋連接、鍵連接、銷連接可拆連接2連接的目的

便于機(jī)器的制造、安裝、運(yùn)輸、維修以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。學(xué)習(xí)目標(biāo)

熟悉機(jī)器連接中常用的各種連接件的結(jié)構(gòu)、類型、性能和應(yīng)用場(chǎng)合，掌握設(shè)計(jì)理論和選用方法。3第五章螺紋連接和螺旋傳動(dòng)

§5—1螺紋如用一個(gè)三角形K沿螺旋線運(yùn)動(dòng)并使K平面始終通過圓柱體軸線Y-Y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、管螺紋螺紋的形成外螺紋內(nèi)螺紋潘存云教授研制外螺紋內(nèi)螺紋螺旋副（一）螺紋的類型和應(yīng)用2.按螺紋的旋向分右旋螺紋左旋螺紋右旋左旋1、將螺紋軸線豎直放置，螺旋線自左向右逐漸升高的是右旋螺紋。反之也成立。2、從端部沿軸線看去，當(dāng)螺紋順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為旋進(jìn)時(shí)，此螺紋為右旋螺紋。左旋右旋旋向判斷方法：請(qǐng)判斷下列螺紋的旋向？左旋右旋3.按螺旋線的數(shù)目分單線螺紋多線螺紋雙線螺紋單線螺紋連接螺紋傳動(dòng)螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制4.按螺紋作用分連接螺紋傳動(dòng)螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋-----用于一般的連接和傳動(dòng)-----主要用于管道連接5.按母體形狀分圓柱螺紋圓錐螺紋6.按螺紋的牙型分30o3o矩形螺紋鋸齒形螺紋梯形螺紋30o普通螺紋60o管螺紋55o普通螺紋管螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋用于傳動(dòng)用于連接常用螺紋的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用，見表5-1131）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)(二)、螺紋的主要參數(shù)144）螺距P——相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離5）導(dǎo)程（L）——同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)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

注意：

螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：L=nP

157）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16一、矩形螺紋二、非矩形螺紋(三)、螺旋副的受力分析、效率和自鎖三、螺旋副效率17一、矩形螺紋（

=0)1、螺紋受力分析摩擦角ρ：

滑塊在水平面上，受到外力R（F+Fa）作用，同時(shí)還受到法向反力Fn與摩擦力Ff的作用，令法向反力與摩擦力的總反力為Fr，則Fr與Fn方向之間所夾的銳角ρ被稱為摩擦角。FnFrFfRFaFρtgρ=Ff/Fn；Ff=Fn×tgρ=Fnff=tgρ稱為摩擦系數(shù)。18FaFFnFrfFnψρ（1）把螺旋副在力矩和軸向載荷作用下的運(yùn)動(dòng)，看成作用在中徑的水平力推動(dòng)滑塊沿螺紋運(yùn)動(dòng)。（2）將矩形螺紋沿中徑d2展開得一斜面。ψ

圖中ψ為螺旋升角，F(xiàn)a為軸向載荷，

F為水平推力，F(xiàn)n為法向反力，F(xiàn)f為摩擦力，f為摩擦系數(shù)，ρ為摩擦角，法向反力Fn與摩擦力Ff的總反力為Fr。F=Fa

tg(ψ+)（3）其受力狀況可以理解為：作用在滑塊上F為一驅(qū)動(dòng)力，軸向載荷Fa為一阻力，總反力為Fr。FaFFnFrfFnψ

ρψ

v若使滑塊等速沿斜面上升，滑塊所受三力平衡：可得：ψ+ρFaFFrF+Fa

+Fr=0擰緊時(shí)：那么轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋所需要的轉(zhuǎn)矩：T1=F×d2/2=tg(ψ+)d2

Fa/2螺母旋轉(zhuǎn)一周所需的輸入功為：W1=2πT1因此螺旋副的效率為：此時(shí)螺母上升一個(gè)導(dǎo)程L，其有效功為W2=Fa×Lη=W2／W1=tgψ/

tg(ψ+)F=Fa

tg(ψ-)松開時(shí)：相當(dāng)于使滑塊等速沿斜面下滑，軸向載荷Fa變?yōu)轵?qū)動(dòng)力，F(xiàn)變?yōu)榫S持滑塊等速運(yùn)動(dòng)所需的平衡力。FaFFrfFnvψ

Fnρψ

FFrFaψ-ρ

可得：F=Fa

tg(ψ-)（1）ψ->0，ψ>

，F(xiàn)>0分析：

說明滑塊在重力作用下下滑，必須給以止動(dòng)力，防止加速下滑。（2）ψ-0，ψ，F(xiàn)0<<<

說明滑塊不能在重力作用下下滑。這一現(xiàn)象稱為自鎖現(xiàn)象。螺旋千斤頂就是利用這一原理工作的。2、螺紋自鎖：24二、非矩形螺紋（

=0)三角形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋1、螺紋受力分析：唯一差別是：法向力比矩形螺紋大。（忽略升角ψ的影響）25這時(shí)螺紋的摩擦阻力為：在Fa的作用下，法向反力比矩形螺紋大為：f'稱為當(dāng)量摩擦系數(shù)ρ'稱為當(dāng)量摩擦角這時(shí)把法向力的增加看成摩擦系數(shù)的增加。26

用f'取代f，用ρ'取代ρ，就可像矩形螺紋那樣對(duì)非矩形螺紋進(jìn)行受力分析上升：F=Fa

tg(ψ+')下滑：F=Fa

tg(ψ-')2、螺紋自鎖條件為：ψ'<27三、螺旋副效率為：螺旋副的效率問題是由于摩擦引起的：上升：

在同樣的載荷Fa，同樣的牽引速度V，走過同樣的距離S情況下：F=Fa

tg(ψ)若不考慮摩擦?xí)r：若考慮摩擦?xí)r：F=Fa

tg(ψ+')沒有摩擦?xí)r，需要的輸入功=FS=FaStg(ψ)考慮摩擦?xí)r，需要的輸入功=FS=Fa

Stg(ψ+')理論上實(shí)際上ψ

FaFFrψ+ρFaFFr28所以：從上式可以看出：

當(dāng)

'不變時(shí)，η與ψ的關(guān)系如右圖所示。取：可得：當(dāng)ψ=45o-

‘/2時(shí)效率最高。ψ常取25o左。ψ太大會(huì)引起制造困難，且效率增高也不顯著。自鎖性能好，連接可靠普通螺紋細(xì)牙粗牙普通螺紋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。（一）基本常識(shí)1.螺紋連接-----螺紋零件----可拆連接2.普通螺紋β=30°，當(dāng)量摩擦系數(shù)，φv

,fcosβ=fv§5-2螺紋連接的類型和標(biāo)準(zhǔn)連接件缺點(diǎn)：不耐磨易滑扣。應(yīng)用：薄壁零件、受變載荷的連接和微調(diào)機(jī)構(gòu)。Pd粗牙dP細(xì)牙dP細(xì)牙tgψ=πd2nP

自鎖性更好、連接更可靠；且螺紋深度淺，強(qiáng)度高。細(xì)牙螺紋ψ

≤φvP

,由于制造簡(jiǎn)單，一般連接常用。p

，ψ，優(yōu)點(diǎn)：粗牙螺紋31§5—2螺紋連接的類型及螺紋連接件一、螺紋連接主要類型1、螺栓連接a)普通螺栓連接——被連接件不太厚，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(jiǎn)單，裝拆方便，可多個(gè)裝拆，應(yīng)用較廣。b)鉸制孔螺栓連接——裝配后無(wú)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連接322、雙頭螺柱連接——螺桿兩端無(wú)釘頭，但均有螺紋，裝配時(shí)一端旋入被連接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被連接件之一較厚時(shí)。折裝時(shí)只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被連接件中擰出。3、螺釘連接——適于被連接件之一較厚（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33特殊連接：地腳螺栓連接

,吊環(huán)螺釘連接4、緊定螺釘連接——擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應(yīng)的缺口中以固定零件的相對(duì)位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。34二、螺紋連接件

2）雙頭螺柱——兩端帶螺紋

A型——有退刀槽B型——無(wú)退刀槽1）螺栓普通螺栓——六角頭，小六角頭，標(biāo)準(zhǔn)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354）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366）螺母六角螺母：標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)用時(shí)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377）墊圈38§5—３螺紋連接的預(yù)緊和防松一、預(yù)緊預(yù)緊目的——保持正常工作。如汽缸螺栓連接，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——增加連接剛度、緊密性和提高防松能力預(yù)緊力F0——預(yù)先軸向作用力（拉力）螺紋連接：松連接——在裝配時(shí)不擰緊，只存受外載時(shí)才受到力的作用緊連接——在裝配時(shí)需擰緊，即在承載時(shí)，已預(yù)先受力，預(yù)緊力F0預(yù)緊過緊——擰緊力F0過大，螺桿靜載荷增大、降低本身強(qiáng)度過松——擰緊力F0過小，工作不可靠39扳手?jǐn)Q緊力矩——T=F·L,擰緊時(shí)螺母：T=T1+T2T——擰緊力矩T1——螺紋摩擦阻力矩T2——螺母端環(huán)形面與被連接件間的摩擦力矩F—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(shí)過載拉斷，所以對(duì)于重要的連接不宜小于M10~M1440預(yù)緊力F0的控制：測(cè)力矩板手——測(cè)出預(yù)緊力矩，如左圖定力矩板手——達(dá)到固定的擰緊力矩T時(shí)，彈簧受壓將自動(dòng)打滑，如右圖測(cè)量預(yù)緊前后螺栓伸長(zhǎng)量——精度較高二、螺紋防松

411、防松目的實(shí)際工作中，外載荷有振動(dòng)、變化、材料高溫蠕變等會(huì)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，從而使螺紋連接松動(dòng)，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋連接就會(huì)松馳而失效。因此，必須進(jìn)行防松，否則會(huì)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(duì)運(yùn)動(dòng)，或增大相對(duì)運(yùn)動(dòng)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

42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(jī)械防松：開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動(dòng)墊圈，彈簧墊片，軸用帶翅墊片，止動(dòng)墊片，串聯(lián)鋼絲等433）永久防松：端鉚、沖點(diǎn)、點(diǎn)焊4）化學(xué)防松——粘合

開槽螺母與開口銷圓螺母與止動(dòng)墊圈串聯(lián)鋼絲44§5—４單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算針對(duì)不同零件的不同失效形式，分別擬定其設(shè)計(jì)計(jì)算方法，則失效形式是設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。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(yīng)力集中

a）失效形式

工程中螺栓連接多數(shù)為疲勞失效

受拉螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證螺栓的疲勞拉伸強(qiáng)度和靜強(qiáng)度受剪螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證螺栓的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度

應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程2、設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則與思路45、松螺栓連接如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無(wú)F0，只有工作載荷F起拉伸作用強(qiáng)度條件為：——驗(yàn)算用

——設(shè)計(jì)用

d1——螺桿危險(xiǎn)截面直徑（mm）[σ]——許用拉應(yīng)力N/mm2(MPa)

σs——材料屈服極限MpaS——安全系數(shù)，46二、緊螺栓連接在擰緊力矩T作用下：預(yù)緊力F0→產(chǎn)生拉伸應(yīng)力σ螺紋摩擦力矩T1→產(chǎn)生剪應(yīng)力τ

復(fù)合應(yīng)力狀態(tài):接第四強(qiáng)度理論：∴強(qiáng)度條件為：

1、僅承受預(yù)緊力F0的緊螺栓連接47式中：F0——預(yù)緊力（N）1.3——系數(shù)將外載荷提高30%，以考慮螺紋力矩對(duì)螺栓連接強(qiáng)度的影響，這樣把拉扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)化為純拉伸來(lái)處理，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算手續(xù)，故又稱簡(jiǎn)化計(jì)算法48注：若承受橫向載荷的緊螺栓連接計(jì)算

——主要防止被連接件錯(cuò)動(dòng)

特點(diǎn)：桿孔間有間隙，靠擰緊的正壓力(F0)產(chǎn)生摩擦力來(lái)傳遞外載荷，保證連接可靠(不產(chǎn)生相對(duì)滑移)的條件為：（1）普通螺栓連接

f——接縫面間的摩擦系數(shù)

i——接縫界面數(shù)目

KS——防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)）

KS=1.1~1.349強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式：

設(shè)計(jì)公式：

分析：由上式可知，當(dāng)f=0.2,i=1,KS=1則F0=5R，說明這種連接螺栓直徑大，且在沖擊振動(dòng)變載下工作極不可靠

為增加可靠性，減小直徑，簡(jiǎn)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50（2）鉸制孔螺栓連接——防滑動(dòng)特點(diǎn)：螺桿與孔間緊密配合，無(wú)間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來(lái)傳遞外載荷R進(jìn)行工作螺栓的剪切強(qiáng)度條件為：螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強(qiáng)度條件為：R——橫向載荷（N）d0——螺桿或孔的直徑（mm）

Lmin

——被連接件中受擠壓孔壁的最小長(zhǎng)度（mm），如圖所示[τ]——螺栓許用剪應(yīng)力，MPa，，——螺栓或被連接件中較弱者的許用擠壓應(yīng)力，MPa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512、承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算①工作特點(diǎn)：工作前擰緊，有F0；工作后加上工作拉力F

工作前、工作中載荷變化②工作原理：靠螺桿抗拉強(qiáng)度傳遞外載F③解決問題：

a)保證安全可靠的工作，F(xiàn)0=？

b)工作時(shí)螺栓總載荷，F(xiàn)2=？

④分析：

圖1，螺母未擰緊螺栓螺母松馳狀態(tài)

52

圖２，擰緊—預(yù)緊狀態(tài)栓桿—拉—λb

→F0

被連接件—壓—λm—F053

圖3，加載F后→工作狀態(tài)栓桿—繼續(xù)拉—被連接件—

放松———?dú)堄囝A(yù)緊力

——總載54變形協(xié)調(diào)條件：

被連接件→壓力減量

變形縮小Δλm

栓桿→拉力增量

變形伸長(zhǎng)Δλb

變形協(xié)調(diào)條件——

55⑤作圖，為了更明確以簡(jiǎn)化計(jì)算（受力變形圖）設(shè)：材料變形在彈性極限內(nèi)，力與變形成正比

單個(gè)緊螺栓連接受力變形圖

左圖——擰緊螺母時(shí),螺栓與被連接件的力與變形

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(shí)，螺栓總載荷：

56∴由圖可知，螺栓剛度：

被連接件剛度：

——稱螺栓相對(duì)于連接的剛度，稱螺栓的相對(duì)剛度

57對(duì)殘余預(yù)緊力的要求，為保證受載后接合面連接的緊密性應(yīng)使F1的取法:

F1=（1.5~1.8）F——有密封要求一般連接

F1=（0.2~0.6）F載荷穩(wěn)定

F1=（0.6~1.0）F載荷不穩(wěn)定

F1>F

地腳螺栓連接58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(zhǎng)、細(xì)頸）b)加硬墊片或直接擰在被連接件上均可提高強(qiáng)度

５）為連接緊密、不漏氣，要求

59a）軸向靜力緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算

靜力F不變，F(xiàn)0為靜力，但考慮補(bǔ)充擰緊——防斷

強(qiáng)度條件驗(yàn)算公式：

設(shè)計(jì)公式：

b）軸向變載荷緊螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算

分析：當(dāng)工作載荷，由0→F

螺栓總載，由F0→F2部分載荷，由0→ΔF→0603、當(dāng)驗(yàn)算不滿足時(shí)→措施：b)最好改善結(jié)構(gòu)、降低應(yīng)力集中。包括：工藝、結(jié)構(gòu)、制造、Cm↑Cb↓，適當(dāng)提高F0等綜合措施a)61三、螺栓材料與許用應(yīng)力計(jì)算

1、材料

螺母、螺栓強(qiáng)度級(jí)別：

1）根據(jù)機(jī)械性能，把栓母分級(jí)并以數(shù)字表示，此乃強(qiáng)度級(jí)別

2）所依據(jù)機(jī)械性能為抗拉強(qiáng)度極限σBmin和屈服極限σSmin

螺栓級(jí)別:

帶點(diǎn)數(shù)字表示，點(diǎn)前數(shù)字為點(diǎn)后數(shù)字為螺母級(jí)別:

注意：選擇對(duì)螺母的強(qiáng)度級(jí)別應(yīng)低于螺栓材料的強(qiáng)度級(jí)別，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于20~40HB）622、許用應(yīng)力

許用拉應(yīng)力：

已知：不控制F0的緊螺栓連接，易過載?！嘣O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取較大的安全系數(shù)?？刂祁A(yù)緊力時(shí)可取較小的安全系數(shù)S。∵顯然n，[σ]與d有關(guān)?！嘣O(shè)計(jì)時(shí)，先假設(shè)d，進(jìn)行試算，選取一安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與估計(jì)直徑相比較，如在原先估計(jì)直徑所屬范圍內(nèi)即可，否則需重新進(jìn)行估算?！囁惴?3§5—5螺栓組連接的設(shè)計(jì)與受力分析工程中螺栓皆成組使用，單個(gè)使用極少。因此，必須研究栓組設(shè)計(jì)和受力分析。它是單個(gè)螺栓計(jì)算基礎(chǔ)和前提條件。螺栓組連接設(shè)計(jì)的順序——選布局、定數(shù)目、力分析、設(shè)計(jì)尺寸

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則1、布局要盡量對(duì)稱分布，栓組中心與連接結(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（鉸制孔螺栓連接）時(shí)，不要在外載作用方向布置8個(gè)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(dāng)靠接縫邊緣布局，否則受力過大3、合理間距，適當(dāng)邊距，以利用扳手裝拆644、避免偏心載荷作用

a）被連接件支承面不平突起

b）表面與孔不垂直防偏載措施：a）凸臺(tái)；b）沉頭座；c）斜墊片

65前提（假設(shè)）：①被連接件為剛性不變形，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、受軸向載荷螺栓組連接

單個(gè)螺栓工作載荷為：F=F∑/Z

P——軸向外載

Z——螺栓個(gè)數(shù)

二、螺栓組受力分析

目的——求受力最大載荷的螺栓66例2，圖示為一鑄鐵吊架，它用兩只普通螺栓固定在梁上。吊架承受的載荷FQ=10000N，螺栓材料為5.8級(jí)、Q235，σs=400MPa，安裝時(shí)不控制預(yù)緊力，取安全系數(shù)[Ss]=4，取剩余預(yù)緊力為工作拉力的0.4倍，試確定螺栓所需最小直徑。672、受橫向載荷的螺栓組連接特點(diǎn)：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，靠連接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生摩擦力抵抗橫向載荷鉸制孔螺栓——受橫向載荷剪切、擠壓作用，靠剪切和擠壓抵抗橫向載荷。

對(duì)于鉸制孔螺栓連接，單個(gè)螺栓所承受的橫向工作剪力相等：F=F∑/Z

對(duì)于普通螺栓連接，保證連接預(yù)緊后，接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力要大于等于橫向載荷。

693、受橫向扭矩螺栓組連接

（1）圓形接合面：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓所受橫向載荷（2）矩形接合面

a)普通螺栓連接

則各個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力為連接件不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的條件為：70b)鉸制孔螺栓連接組

由變形協(xié)調(diào)條件可知，各個(gè)螺栓的剪切形量（剪力大?。┡c其中心到接合面形心的距離成正比由假設(shè)——板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應(yīng)變與半徑成正比。在材料彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比

由靜平衡條件71例3，圖示，剛性凸緣聯(lián)軸器用六個(gè)普通螺栓連接。螺栓均勻分布在D=100mm的圓周上，接合面摩擦因數(shù)f=0.15，考慮摩擦傳力的可靠性系數(shù)Ks=1.2。若聯(lián)軸器傳遞的轉(zhuǎn)矩T=150N·m，載荷較平穩(wěn)，螺栓材料為6.8級(jí)、45鋼，σs=480MPa，不控制預(yù)緊力，安全系數(shù)取[Ss]=4，試求螺栓的最小直徑。72例5：圖示為某減速裝置的組裝齒輪，齒圈為45鋼，齒芯為鑄鐵HT250，用6個(gè)8.8級(jí)M6的鉸制孔用螺栓均布在D0=110mm的圓周上進(jìn)行連接，有關(guān)尺寸如圖所示。試確定該連接傳遞最大轉(zhuǎn)矩Tmax。解：1)按剪切強(qiáng)度條件計(jì)算單個(gè)螺栓的許用剪力FS根據(jù)M6鉸制孔用螺栓查得；螺栓的屈服極限；查表??；則螺栓材料的許用剪應(yīng)力為732)按剪切強(qiáng)度計(jì)算螺栓組的許用轉(zhuǎn)矩T：3）計(jì)算許用擠壓應(yīng)力螺栓為8.8級(jí)，，取，螺栓材料的許用擠壓應(yīng)力為輪芯材料為鑄鐵HT250，強(qiáng)度極限，取，許用擠壓應(yīng)力為：輪芯材料較弱，以計(jì)算轉(zhuǎn)矩。4)按擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算單個(gè)螺栓的許用剪力FS74由圖，，則：5)按擠壓強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓組的許用轉(zhuǎn)矩T綜上，此螺栓組所傳遞的最大轉(zhuǎn)矩。754、受傾覆（縱向）力矩螺栓組連接

特點(diǎn)：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(duì)象，由靜平衡條件

設(shè)單個(gè)螺栓工作載荷為Fi

76①螺栓桿不拉斷的條件

設(shè)計(jì)公式

驗(yàn)算公式

②右側(cè)不壓潰條件（被連接件）

F0作用下接合面的擠壓應(yīng)力

M作用下接合面的擠壓應(yīng)力

77③左側(cè)不開縫的條件

④若受有橫向載荷PH，板不滑動(dòng)條件為：

——被連接件相對(duì)剛度

實(shí)際使用中螺栓組連接所受的載荷是以上四種簡(jiǎn)單受力狀態(tài)的不同組合。計(jì)算時(shí)只要分別計(jì)算出螺栓組在這些簡(jiǎn)單受力狀態(tài)下每個(gè)螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來(lái)，便得到每個(gè)螺栓的總工作載荷，再對(duì)受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算即可78例7、圖示底板用8個(gè)螺栓與支架相連，受外力Q作用，Q作用于包含X軸并垂直于底板接縫面，試計(jì)算此螺栓組連接。（θ=30°）?。簁s

=1.3f=0.1379解：

（一）受力分析QQHQH=QcosθQVQV=QsinθHMHQHH=QcosθMH=H·300VMVQVV=QsinθMV=V·400H=4330N，V=2500N，M=MH-MV=299000N·mm80（二）工作條件分析1、保證結(jié)合面不滑移又：2、受力最大螺栓軸向載荷a、FV=V/z=2500/8=312.5N（每個(gè)螺栓受V作用相同）b、M作用，離形心越遠(yuǎn)受力越大c、最大工作載荷d、螺栓總拉力=5662.5N813、螺栓直徑：d1d4、其它條件a、左側(cè)不出現(xiàn)間隙：b、接合面右側(cè)不壓潰：

螺栓擰緊并承受軸向載荷H后，剩余預(yù)緊力在結(jié)合面產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力。翻轉(zhuǎn)力矩對(duì)擠壓應(yīng)力的影響選擇螺栓性能等級(jí)，計(jì)算許用應(yīng)力

。82說明：①工程中受力情況很復(fù)雜，但均可轉(zhuǎn)化為四種典型情況進(jìn)行解決。②計(jì)算公式在對(duì)稱分布情況下推導(dǎo)，但不對(duì)稱也可以用③取轉(zhuǎn)軸不同，公式計(jì)算精度不同。

總設(shè)計(jì)思路：螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（布局、數(shù)目）→螺栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）→求單個(gè)螺栓的最大工作載荷（判斷哪個(gè)最大）→按最大載荷的單個(gè)螺栓設(shè)計(jì)（求d1—標(biāo)準(zhǔn)）→全組采用同樣尺寸螺栓（互換的目的）

83例1，汽缸蓋連接結(jié)構(gòu)如圖，汽缸內(nèi)徑D=250mm，為保證氣密性要求采用12個(gè)M18的螺栓，螺紋內(nèi)徑15.294mm，中徑16.376mm，許用拉應(yīng)力[σ]=120MPa，取剩余預(yù)緊力為工作拉力的1.5倍，求汽缸所能承受的最大壓強(qiáng)（取計(jì)算直徑dc=d1）受任意載荷螺栓組向形心簡(jiǎn)化———————→四種簡(jiǎn)單狀態(tài)迭加——→受載最大螺栓——→按單個(gè)計(jì)算84例4：用兩個(gè)4.6級(jí)普通螺栓固定一塊鋼板，板上一端作用著向下的載荷F=200N。板與固定件之間的摩擦系數(shù)f=0.15，螺栓屈服極限σs=240MPa，安全系數(shù)S=4，選擇螺栓直徑。a=100L1=800F85解：在圖示的結(jié)構(gòu)中,兩螺栓左右排列,將外載荷F向螺栓組中心簡(jiǎn)化a=100L1=800L=850FyF2F1TZ橫向力Fy=F=200N:單個(gè)螺栓FF=100N轉(zhuǎn)矩TZ=F×L=170000N·mm單個(gè)螺栓FT=1700N86由此可得兩螺栓所受的橫向力按F1進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，并取可靠性系數(shù)KS=1.2，得螺栓所受軸向預(yù)緊力許用應(yīng)力

計(jì)算螺栓小徑取M24螺栓，其小徑20.752滿足要求。87

例6：如圖鋼板厚度δ=16mm

用兩個(gè)鉸制孔用螺栓固定在機(jī)架上，F(xiàn)=5000N，其它尺寸如圖。板和機(jī)架材料均為Q235。試：（1）分析鉸制孔用螺栓的失效形式；（2）分析鉸制孔用螺栓的受力（3）按強(qiáng)度設(shè)計(jì)鉸制孔用螺栓的直徑（4）若用普通螺栓，計(jì)算螺栓的直徑（f=0.2，ks=1.1）受任意載荷螺栓組向形心簡(jiǎn)化———————→四種簡(jiǎn)單狀態(tài)迭加——→受載最大螺栓——→按單個(gè)計(jì)算88

解：1.鉸制孔用螺栓的失效形式為剪切和擠壓失效；2.受力分析：將載荷F向形心O簡(jiǎn)化后，每個(gè)螺栓的受力3.按剪切強(qiáng)度計(jì)算螺栓的直徑89粗選d=10，d0=11mm的六角頭鉸制孔用螺栓，螺母d=10，H=8。根據(jù)機(jī)架，板厚及螺母H選用l=100（l3=82，l2=2）選用兩個(gè)M10×100GB27--88六角頭鉸制孔用螺栓。按擠壓強(qiáng)度校核904.改用普通螺栓每個(gè)螺栓的預(yù)緊力選用兩個(gè)M30（d1=26.21）的六角螺栓。小結(jié)：受復(fù)合載荷螺栓，其合力按向量相加；鉸制孔用螺栓比普通螺栓尺寸小很多。91§5—6提高螺栓連接強(qiáng)度的措施影響連接強(qiáng)度的因素很多，如材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、工藝、螺紋牙間、載荷分布、應(yīng)力幅度、機(jī)械性能，而螺栓連接的強(qiáng)度又主要取決于螺栓的強(qiáng)度。

一、改善螺紋牙間載荷分布不均狀況

工作中螺栓牙抗拉伸長(zhǎng)，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面處第一圈為最大，應(yīng)變最大，應(yīng)力最大，其余各圈依次遞減，旋合螺紋間的載荷分布如圖所示。所以采用圈數(shù)過多的加厚螺母，并不能提高連接的強(qiáng)度。

辦法：降低剛性，易變形、增加協(xié)調(diào)性，以緩和矛盾

92a)懸置螺母b)環(huán)槽螺母c)內(nèi)斜螺母d)環(huán)槽內(nèi)斜二、降低螺栓應(yīng)力幅

1、降低螺栓剛性

抗疲勞強(qiáng)度得到提高，可用空心桿、細(xì)長(zhǎng)桿、柔性螺栓連接

932、增大凸緣剛性

提高螺栓連接疲勞強(qiáng)度，采用高硬度墊片或直接擰。94三、減小應(yīng)力集中的影響1）加大過渡處圓角(圖1)2）改用退刀槽3）卸載槽(圖2)4）卸載過渡結(jié)構(gòu)。（圖3）

95四、采用合理的制造工藝

1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強(qiáng)度提高30~40%2）冷作硬化，表層有殘余應(yīng)力（壓）、氰化、氮化、噴丸等可提高疲勞強(qiáng)度3）熱處理后再進(jìn)行滾壓螺紋，效果更佳，強(qiáng)度提高70~100%，此法具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗功能4）控制單個(gè)螺距誤差和螺距累積誤差96五、避免或減小附加彎曲應(yīng)力（a）承壓面傾斜（b）被連接件變形太大引起附加應(yīng)力的原因

(a)采用球面墊圈（b）采用斜墊圈（c）采用凸臺(tái)（d）采用沉頭座（e）采用環(huán)腰使栓桿減免彎曲應(yīng)力的措施97§5—7螺旋傳動(dòng)一、螺旋傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)與應(yīng)用

1、應(yīng)用

螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。

2、傳動(dòng)形式：

a)螺桿轉(zhuǎn)螺母移