上海工程技术大学机械设计A复习题第五章螺纹连接和螺旋传动讲义.ppt

上海工程技术大学机械设计A复习题第五章螺纹连接和螺旋传动讲义 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望连接的设计要求连接的设计要求1）强强度要求度要求2）刚刚度条件度条件3）紧紧密性要求密性要求4）经济经济性要求性要求2连接的选择：连接的选择：1）板件和板件：螺）板件和板件：螺纹连纹连接、接、焊焊接、接、铆铆接或胶接接或胶接2）杆件和杆件：螺）杆件和杆件：螺纹连纹连接或接或焊焊接接3）轴轴与与轮毂轮毂：键键、花、花键键或或过过盈盈连连接接4）轴轴与与轴轴：联轴联轴器或离合器器或离合器第五章第五章 螺纹连接和螺旋传动螺纹连接和螺旋传动5-1 螺纹螺纹5-2 螺纹连接的类型和标准联接件螺纹连接的类型和标准联接件5-3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松5-5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算5-7 螺栓连接件的材料及许用应力螺栓连接件的材料及许用应力5-8 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施5-9 螺旋传动螺旋传动3螺螺纹纹的形成的形成d2螺纹螺纹45-1 螺螺 纹纹工件工件卡盘卡盘车刀车刀5螺螺纹纹加工方法加工方法开始退刀开始退刀退出车刀退出车刀车刀车刀车刀车刀内退刀槽内退刀槽外退刀槽外退刀槽退刀纹退刀纹螺纹收尾螺纹收尾6螺纹旋向：左旋螺纹和螺纹旋向：左旋螺纹和右旋螺纹右旋螺纹右旋右旋左旋左旋71.螺螺纹纹的的类类型和型和应应用用89 传动螺纹传动螺纹普通螺纹普通螺纹管螺纹管螺纹矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹连接螺纹连接螺纹螺纹牙型螺纹牙型普通螺纹普通螺纹按螺距按螺距可分为可分为粗牙粗牙和和细牙，内外螺纹旋合后有细牙，内外螺纹旋合后有径向间隙径向间隙。细牙螺纹细牙螺纹螺距小，升角小，自锁性能好，强螺距小，升角小，自锁性能好，强度高，主要用于细小、薄壁件或受冲击、振动或变载荷度高，主要用于细小、薄壁件或受冲击、振动或变载荷的场合。的场合。普通螺普通螺纹纹（M）6010管螺纹为管螺纹为英制细牙螺纹英制细牙螺纹，基准直径基准直径为管子的为管子的外螺纹大径外螺纹大径，内外螺纹旋合后内外螺纹旋合后无径向间隙无径向间隙。非螺非螺纹纹密封的管螺密封的管螺纹纹（G）5511螺螺纹纹分布在分布在1:16的的圆锥圆锥管壁管壁上，内外螺上，内外螺纹纹配合配合时时没有没有间间隙，隙，密封密封简单简单。螺螺纹纹密封的管螺密封的管螺纹纹（R）5512矩形螺纹为矩形螺纹为非标准螺纹非标准螺纹，标注时应注出大径、小径和螺距。，标注时应注出大径、小径和螺距。牙型为正方形，牙厚是螺距的一半。牙型为正方形，牙厚是螺距的一半。矩形螺纹矩形螺纹13牙型牙型为为等腰梯型，牙型角等腰梯型，牙型角为为30，传动传动效率比矩形螺效率比矩形螺纹纹低，低，但牙根但牙根强强度高，度高，对对中性好。中性好。梯形螺梯形螺纹纹（Tr）3014牙型牙型为为不等腰梯形，工作面的牙不等腰梯形，工作面的牙侧侧角角为为3，非工作面的，非工作面的牙牙侧侧角角为为30，只能，只能 用于用于单单向向传动传动。锯齿锯齿形螺形螺纹纹（B）30315螺纹的牙型螺纹的牙型矩形螺纹矩形螺纹梯形螺纹梯形螺纹15锯齿形螺纹锯齿形螺纹303三角形螺三角形螺纹纹3016连连接接螺螺纹纹传传动动螺螺纹纹MGTrB粗牙粗牙细牙细牙管螺纹管螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形锯齿形 螺纹螺纹普通普通螺纹螺纹最常用的连接螺纹最常用的连接螺纹用于细小、薄壁零件用于细小、薄壁零件用于管路、旋塞和阀门用于管路、旋塞和阀门最常用的传动螺纹。最常用的传动螺纹。只能单方向受力。只能单方向受力。螺纹种类螺纹种类特征特征代号代号外形图外形图用途用途171）大径）大径（公称直径）（公称直径）d：与外螺与外螺纹纹牙牙顶顶（或内螺（或内螺纹纹牙底）牙底）相切的假想相切的假想圆圆柱体的直径。柱体的直径。2）小径）小径d1：与外螺与外螺纹纹牙底（或内螺牙底（或内螺纹纹牙牙顶顶）相切的假想）相切的假想圆圆柱体的直径。柱体的直径。小径小径牙底牙底牙底牙底牙顶牙顶牙顶牙顶大径大径2.螺螺纹纹的主要参数的主要参数18外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹牙顶牙顶牙底牙底牙底牙底牙顶牙顶大径大径 D，d小径小径D1，d1中径中径D2，d23）中径中径d2：通通过过螺螺纹轴纹轴截面内牙型上的沟槽和凸起截面内牙型上的沟槽和凸起宽宽度相等度相等处处的假想的假想圆圆柱的直径。柱的直径。194）线线数数n：螺：螺纹纹的螺旋的螺旋线线数目。数目。单线螺纹：单线螺纹：沿一根螺旋线形成的螺纹。沿一根螺旋线形成的螺纹。多线螺纹：多线螺纹：沿两根或两根以上的轴向等沿两根或两根以上的轴向等距分布螺旋线形成的螺纹。距分布螺旋线形成的螺纹。单线螺纹单线螺纹双线螺纹双线螺纹205）螺距）螺距P：相相邻邻两牙两牙在在中径中径线线上上对应对应两点两点间间的的轴轴向距离向距离。6）导导程程 Ph：同一螺旋同一螺旋线线上相上相邻邻两牙在两牙在中径中径线线上上对应对应两点两点的的轴轴向距离向距离，Ph=nP。单线螺纹：单线螺纹：Ph=P多多线线螺螺纹纹：Ph=nP=导程导程螺距螺距螺距螺距导程导程217）螺）螺纹纹升角升角：在中径在中径圆圆柱柱上螺旋上螺旋线线的切的切线线与垂直于螺与垂直于螺纹轴线纹轴线的平面的平面间间的的夹夹角。角。225-1 螺纹8）牙型角）牙型角：在在轴轴向截面内螺向截面内螺纹纹牙牙型两型两侧边侧边的的夹夹角。角。牙型牙型侧侧角角：螺螺纹纹牙型一牙型一侧边侧边与螺与螺纹轴线纹轴线的垂直平面之的垂直平面之间间的的夹夹角。角。9）接触高度）接触高度h：内、外螺内、外螺纹纹旋合后旋合后接触面的径向高度。接触面的径向高度。23 大径线画粗实线大径线画粗实线 倒角圆不画倒角圆不画小径圆约画小径圆约画3/4圈圈小径线画细实线且画小径线画细实线且画到倒角内到倒角内小径小径0.85d螺纹终止线画螺纹终止线画粗实线粗实线大径大径螺纹终止线画一小段螺纹终止线画一小段剖面线画到大径线剖面线画到大径线小径小径AAAA24外螺纹画法外螺纹画法螺纹终止线螺纹终止线 大径线画细实线大径线画细实线 小径线画粗实线小径线画粗实线 倒角圆不画倒角圆不画大径圆约画大径圆约画3/4圈圈剖面线画到小径线剖面线画到小径线AAAA25内螺纹画法内螺纹画法螺纹连接的画法螺纹连接的画法AA内、外螺纹剖面线方向相反内、外螺纹剖面线方向相反AA旋入深度旋入深度按不剖画按不剖画26先画外螺纹先画外螺纹再画内螺纹再画内螺纹旋和部分按外螺纹画旋和部分按外螺纹画27螺螺纹纹的的标记标记特征代号特征代号公称直径公称直径 导程导程(P螺距螺距)旋向旋向右旋右旋左旋左旋旋合长度代号旋合长度代号长长：L 中等：中等：N短：短：S公差带代号公差带代号中中径径和和顶顶径径公差带代号公差带代号粗牙螺粗牙螺纹纹不不标标注螺距注螺距右旋螺右旋螺纹纹不用不用标标注旋向，左旋注旋向，左旋时则标时则标注注LH公差公差带带代号按中径、代号按中径、顶顶径公差径公差带带代号代号顺顺序序标标注注旋合旋合长长度度为为中等中等时时，N可可省略省略28注意事项注意事项u中径和中径和顶顶径的公差径的公差带带相同相同时时，只注一个，只注一个u连连接螺接螺纹纹公称公称带带等等级级：内螺：内螺纹纹有有G、H两种，外螺两种，外螺纹纹有有e、f、g、h四种四种u管螺管螺纹纹公称直径公称直径为为管子的通径，采用英制。管子的通径，采用英制。u管螺管螺纹纹公差等公差等级级：外螺：外螺纹纹有有A、B两两级级；内螺；内螺纹仅纹仅一种，一种，不不标标注。注。2930大径大径d20 M202 LH5g6gS螺距螺距P=2（细细牙）牙）左旋左旋普通螺普通螺纹纹中径、中径、顶顶径公差径公差带带代号代号短旋合短旋合长长度度 梯形螺梯形螺纹纹 大径大径D40 长长旋合旋合长长度度 Tr4014（P7）7H L导导程程14，螺距，螺距7，线线数数2中径、中径、顶顶径公差径公差带带代号代号右旋右旋5-2 螺纹连接的类型和标准连接件螺纹连接的类型和标准连接件31螺栓连接螺栓连接普通螺栓连接（普通螺栓连接（受拉螺栓连接受拉螺栓连接）铰制孔用螺栓连接（铰制孔用螺栓连接（受剪螺栓连接受剪螺栓连接）双双头头螺柱螺柱连连接接螺螺钉连钉连接接紧紧定螺定螺钉连钉连接接螺纹连接螺纹连接1.螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型螺栓连接螺栓连接双头螺柱连接双头螺柱连接螺钉连接螺钉连接32螺纹连接的基本类型螺纹连接的基本类型1）螺栓连接）螺栓连接33a）普通螺栓）普通螺栓连连接接b）铰铰制孔用螺栓制孔用螺栓连连接接34螺纹余留长度螺纹余留长度l1 静载荷：静载荷：l1 (0.30.5)d 变载荷：变载荷：l1 0.75d 冲击载荷或弯曲载荷：冲击载荷或弯曲载荷：l1 d 铰制孔用螺栓：铰制孔用螺栓：l1 d螺纹伸出长度螺纹伸出长度:a=(0.20.3)d;螺栓轴线到边缘的距离螺栓轴线到边缘的距离:e=d+(36)mm通孔直径：通孔直径：d0=1.1d l1add0e螺栓连接的简化画法螺栓连接的简化画法351.5d0.2d75d0.7d 1 20.8dL(1.5-2)d2d2.2d(0.20.3d0.15d1.1d0.9dl=t1+t2+0.15d+0.8d+0.3d两被连接件的剖面线方向相反两被连接件的剖面线方向相反螺栓、垫圈、螺母按不剖画螺栓、垫圈、螺母按不剖画36螺栓长度螺栓长度t1l0.3d t2已知被已知被连连接件：板厚接件：板厚1230 mm，板，板宽宽B60 mm。螺栓螺栓 GB/T 5782-2000 24L（螺栓（螺栓长长度）度）螺母螺母 GB/T 6170-2000 24垫垫圈圈 GB/T 93-1987 24螺栓的长度计算螺栓的长度计算37螺栓螺栓长长度：度：L=120.15d0.8d0.2d=30 mm+30 mm+(0.150.80.2)24 mm=91.2 mm将将L圆圆整整为标为标准螺栓系列准螺栓系列长长度度100 mm 螺螺纹纹部分部分长长度度L1=2d=224 mm=48 mm38392）双）双头头螺柱螺柱连连接接钢或青铜钢或青铜 H=d;铸铁铸铁 H=(1.251.5)d铝合金铝合金 H=(1.52.5)dl2=(22.5)Pl3=(0.51)dael1 1Hl2l3dtHll=t+0.15d+0.8d+0.3d螺柱长度螺柱长度4041设计：潘存云el1 1Hl33）螺）螺钉连钉连接接钢钢或青或青铜铜：H=d铸铁铸铁：H=(1.251.5)d铝铝：H=(1.52.5)dl24）紧定螺钉连接）紧定螺钉连接42作作用用：固固定定两两个个零零件件的的相相对对位位置置，并并可可传传递递不不大大的的力力或转矩或转矩地脚螺栓连接地脚螺栓连接吊环螺栓连接吊环螺栓连接435）其它）其它连连接形式接形式T型槽螺栓型槽螺栓连连接接4445螺栓螺栓双头螺栓双头螺栓螺钉螺钉螺母螺母垫圈垫圈2.标准螺纹连接件标准螺纹连接件461）六角）六角头头螺栓螺栓紧定螺钉紧定螺钉一字螺钉一字螺钉十字螺钉十字螺钉自攻螺钉自攻螺钉翼形螺钉翼形螺钉圆头螺钉圆头螺钉2）螺）螺钉钉473）螺母）螺母4）垫圈）垫圈六角螺母六角螺母六角开槽螺母六角开槽螺母圆螺母圆螺母平垫圈平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48A级：用于要求配合精确、防止振动的重要场合级：用于要求配合精确、防止振动的重要场合B级：用于受载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的场合级：用于受载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的场合C级：级：用于一般的螺纹连接用于一般的螺纹连接49螺纹连接精度等级螺纹连接精度等级螺螺纹规纹规格格d=M12，公称，公称长长度度L=80，性能等，性能等级为级为4.8级级，不，不进进行表面行表面处处理，全螺理，全螺纹纹，C级级的六角的六角头头螺栓：螺栓：螺栓螺栓标记标记螺栓螺栓 标标准号准号 螺螺纹规纹规格格有效有效长长度度50螺栓螺栓 GB/T 5780-2000 M1280螺螺纹规纹规格格D=M12，性能等，性能等级为级为10级级，不，不经经表面表面处处理，理，A级级的的六角螺母。六角螺母。螺母螺母标记标记螺母螺母 标准号标准号 螺纹规格螺纹规格51 螺母螺母 GB/T 6170-2000 M12标标准系列，公称尺寸准系列，公称尺寸d=8，性能等，性能等级为级为140HV，不，不经经表面表面处处理的平理的平垫垫圈圈垫垫圈圈标记标记垫圈垫圈 标准号标准号 公称直径公称直径52垫垫圈圈 GB/T 97.1-2000 81.预紧目的预紧目的1）增加连接的可靠性）增加连接的可靠性2）增加连接的紧密性增加连接的紧密性3）防止被连接件间出现缝隙或相对滑动防止被连接件间出现缝隙或相对滑动5-3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧532.预紧力预紧力F0碳碳钢钢螺栓螺栓合金合金钢钢螺栓螺栓预紧应预紧应力不超力不超过连过连接件材料屈服极限接件材料屈服极限S的的80%。543.拧紧力矩拧紧力矩T测力矩扳手测力矩扳手定力矩扳手定力矩扳手55拧紧力矩拧紧力矩TT1为为螺旋副螺旋副间间的摩擦阻力矩的摩擦阻力矩T2为为螺母与支承面螺母与支承面间间的摩擦阻力矩的摩擦阻力矩预紧预紧力力F0与与拧紧拧紧力矩力矩T56螺母与支承面螺母与支承面间间的摩擦阻力矩的摩擦阻力矩T2螺旋副螺旋副间间的摩擦阻力矩的摩擦阻力矩T1拧紧拧紧力矩力矩D0d0d57M10M64的粗牙普通螺纹的粗牙普通螺纹D0d0d重要螺栓公称直径大于重要螺栓公称直径大于M1258预紧预紧力力F0和和拧紧拧紧力力F59拧紧后螺栓长度拧紧后螺栓长度 LM=LS+F0/Cb精确控制精确控制预紧预紧力力F0图图5-11 测量螺栓伸长量测量螺栓伸长量螺栓原始长度螺栓原始长度 LS1.防松目的防松目的根本目的：防止螺旋副的相对转动。根本目的：防止螺旋副的相对转动。2.防松方法防松方法1）摩擦防松）摩擦防松2）机械防松）机械防松3）破坏螺旋副运动关系（铆合和冲点）破坏螺旋副运动关系（铆合和冲点）5-4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松601）摩擦防松）摩擦防松61弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母自锁螺母自锁螺母622）机械防松）机械防松开口销与六角开槽螺母开口销与六角开槽螺母63止动垫圈止动垫圈64圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈串串联钢丝联钢丝6511.5P66用冲头冲用冲头冲34点点3）破坏螺）破坏螺纹纹副运副运动动冲点法冲点法1.螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的结构设计选定螺栓的数目及布置形式选定螺栓的数目及布置形式确定螺栓连接的结构尺寸确定螺栓连接的结构尺寸5-5 螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计671）螺栓组连接的设计内容）螺栓组连接的设计内容接合面应为轴对称的简单几何形状接合面应为轴对称的简单几何形状螺栓的布置应使螺栓的受力合理螺栓的布置应使螺栓的受力合理螺栓排列应保持合理的间距和边距螺栓排列应保持合理的间距和边距同一圆周上螺栓数量应取偶数，且采用相同规格同一圆周上螺栓数量应取偶数，且采用相同规格避免螺栓受附加弯曲载荷避免螺栓受附加弯曲载荷2）螺栓组连接结构设计的原则）螺栓组连接结构设计的原则68接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置螺栓的排列应有合理的间距和边距螺栓的排列应有合理的间距和边距6970密封性有要求的重要连接密封性有要求的重要连接避免附加弯曲载荷的措施避免附加弯曲载荷的措施71球面垫圈球面垫圈斜面垫圈斜面垫圈沉头座沉头座凸台凸台2.螺栓螺栓组组连接的受力分析连接的受力分析目的：目的：找到受力最大的螺栓及其所受的力找到受力最大的螺栓及其所受的力假设：假设：各螺栓规格相同各螺栓规格相同各螺栓预紧力相同各螺栓预紧力相同螺栓组的对称中心与接合面形心重合螺栓组的对称中心与接合面形心重合受载后接合面仍保持为平面受载后接合面仍保持为平面721）受横向）受横向载载荷的螺栓荷的螺栓组连组连接接（1）采用普通螺栓）采用普通螺栓连连接接FFFF73连连接要求：接要求：接合面上的最大摩擦力大于或等于横向外接合面上的最大摩擦力大于或等于横向外载载荷荷74平衡条件平衡条件预紧预紧力力防滑系数防滑系数Ks=1.11.3计算方法：计算方法：转化为仅受预紧力的普通紧螺栓连接的强度计算。转化为仅受预紧力的普通紧螺栓连接的强度计算。（2）采用）采用铰铰制孔用螺栓制孔用螺栓连连接接75每个螺栓所受横向工作剪力每个螺栓所受横向工作剪力计算方法：计算方法：转化为铰制孔用螺栓连接的强度计算。转化为铰制孔用螺栓连接的强度计算。2）受转矩的螺栓组连接）受转矩的螺栓组连接（1）采用普通螺栓连接）采用普通螺栓连接76OfF0fF0Tr2r1力矩平衡条件力矩平衡条件预紧力预紧力通通过预紧过预紧力力F0在接合面上在接合面上产产生的摩擦力矩来平衡生的摩擦力矩来平衡转转矩矩T计算方法：计算方法：转化为转化为仅受仅受预紧力作用的普通紧螺预紧力作用的普通紧螺栓连接进行强度计算栓连接进行强度计算（2）采用铰制孔用螺栓连接）采用铰制孔用螺栓连接77OFmaxFiTrmaxri通通过过横向剪切力横向剪切力F所所产产生生的力矩来平衡外的力矩来平衡外载载荷荷T变形协调条件：变形协调条件：螺栓的剪切变形量与该螺螺栓的剪切变形量与该螺栓到螺栓组对称中心的距栓到螺栓组对称中心的距离成正比。离成正比。78计计算方法：算方法：转转化化为为受最大工作剪力的受最大工作剪力的铰铰制孔螺栓制孔螺栓强强度度计计算。算。螺栓所受的最大工作剪力螺栓所受的最大工作剪力由力矩平衡得由力矩平衡得3）受轴向载荷的螺栓组连接）受轴向载荷的螺栓组连接假假设设各螺栓平均受各螺栓平均受载载，每个螺栓所受的，每个螺栓所受的轴轴向工作向工作载载荷荷求出工作求出工作载载荷荷F后，按受后，按受预紧预紧力力F0和工作和工作载载荷荷F的的紧紧螺栓螺栓连连接接进进行行强强度度计计算。算。79注意：注意：F2 F0+F4）受）受倾倾覆力矩的螺栓覆力矩的螺栓组连组连接接80由力矩平衡得由力矩平衡得由力与由力与变变形条件得形条件得螺栓所受的最大工作螺栓所受的最大工作载载荷荷O123 45678M81防止接合面受防止接合面受压压最大最大处处被被压压碎或受碎或受压压最小最小处处出出现间现间隙，隙，应应校核受校核受载载后地基接合面后地基接合面压应压应力的最大力的最大值值和最小和最小值值：地基接合面受地基接合面受载载前由前由预紧预紧力力产产生的生的挤压应挤压应力力力矩力矩M加加载载在地基接合面上在地基接合面上产产生的附加最大生的附加最大挤压应挤压应力力表表5-6（P79）连连接接合面材料的接接合面材料的许许用用挤压应挤压应力力P1.将复将复杂杂工作工作载载荷荷转转化化为简单载为简单载荷的荷的组组合。合。2.1 普通螺栓：普通螺栓：1）根据）根据轴轴向向载载荷和荷和倾倾覆力矩来确定螺栓的工作拉力；覆力矩来确定螺栓的工作拉力；2）根据横向）根据横向载载荷和荷和转转矩来确定矩来确定连连接所需的接所需的预紧预紧力；力；3）找出受）找出受总总拉力最大的螺栓；拉力最大的螺栓；4）对对受受总总拉力最大的螺栓拉力最大的螺栓进进行行强强度度计计算。算。2.2 铰铰制孔用螺栓：制孔用螺栓：1）按横向）按横向载载荷以及荷以及转转矩来确定螺栓的工作剪力；矩来确定螺栓的工作剪力；2）找出受工作剪力最大的螺栓；）找出受工作剪力最大的螺栓；3）对对受工作剪力最大的螺栓受工作剪力最大的螺栓进进行行强强度度计计算。算。复杂工作载荷作用下螺栓组强度计算说明复杂工作载荷作用下螺栓组强度计算说明825-6螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算失效形式失效形式83受拉螺栓：螺栓杆和螺受拉螺栓：螺栓杆和螺纹纹部分部分的塑性的塑性变变形或断裂形或断裂受剪螺栓：螺栓杆和孔壁受剪螺栓：螺栓杆和孔壁贴贴合合面面压溃压溃或螺栓杆被剪断或螺栓杆被剪断设计设计准准则则受拉螺栓：保受拉螺栓：保证证螺栓的静力或疲螺栓的静力或疲劳劳拉伸拉伸强强度度受剪螺栓：保受剪螺栓：保证连证连接的接的挤压挤压强强度和螺栓的剪切度和螺栓的剪切强强度度螺母不需要拧紧，在承受工作载荷前，螺栓不受力螺母不需要拧紧，在承受工作载荷前，螺栓不受力。1.松螺栓松螺栓连连接接强强度度计计算算84拉伸拉伸强强度条件度条件设计设计公式公式2.紧紧螺螺纹连纹连接的接的强强度度计计算算1）仅仅受受预紧预紧力的力的紧紧螺栓螺栓连连接接85拉伸应力拉伸应力扭转切应力扭转切应力F0F0普通螺栓连接普通螺栓连接86强度条件强度条件第四强度理论第四强度理论M10M64钢钢制螺栓制螺栓设计公式设计公式F0F087连接要求：连接要求：保证接合面不滑移保证接合面不滑移受横向载荷的普通螺栓连接受横向载荷的普通螺栓连接FFF0F0缺点：缺点：1）要求）要求较较大的大的预紧预紧力力2）振）振动动、冲、冲击击或或变载变载荷下荷下连连接可能松脱接可能松脱改善措施：改善措施：1）减）减载销载销；2）减）减载载套筒；套筒；3）减）减载键载键pFFD2）受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接）受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接88图图5-25 单单个个紧紧螺栓螺栓连连接受力接受力变变形形图图89(b)螺母拧紧螺母拧紧(a)螺母未拧紧螺母未拧紧(c)承受工作载荷承受工作载荷FFF1F1F1F1F0F0F0F0 b mmb+90图图5-26(c)单单个螺栓个螺栓连连接受力接受力变变形形线图线图螺栓螺栓刚刚度度 mF1FF2FF0力力变形变形bmm b被被连连接件接件刚刚度度螺栓螺栓总总拉力：拉力：F2=F1+F=F0+F91 mF1FF2FF0力力变形变形bmm b由几何关系得由几何关系得92螺栓螺栓预紧预紧力力螺栓螺栓总总拉力拉力 mF1FF2FF0力力变形变形bmm b螺栓的相螺栓的相对刚对刚度度螺栓相螺栓相对刚对刚度度Cb/(Cb+Cm)材料材料金属金属(无无垫垫片片)皮革皮革铜铜皮石棉皮石棉橡胶橡胶Cb/Cb+Cm0.20.30.70.80.993螺栓螺栓总总拉力拉力941）一般）一般连连接：接：F1(0.20.6)F2）工作）工作载载荷不荷不稳稳定：定：F1(0.61.0)F3）有密封性要求的）有密封性要求的连连接接：F1(1.51.8)F4）地脚螺栓）地脚螺栓连连接：接：F1 F当有当有刚刚性或性或紧紧密性要求密性要求时时，残余，残余预紧预紧力力F10螺栓螺栓总总拉力拉力F2 F1+F残余残余预紧预紧力力F1选择选择原原则则1）根据受）根据受载载情况，求出螺栓的工作拉力情况，求出螺栓的工作拉力F；2）根据）根据连连接的要求，接的要求，选择选择残余残余预紧预紧力力F1；3）计计算螺栓算螺栓总总拉力拉力F2=F1+F；4）螺栓）螺栓强强度校核或确定螺栓危度校核或确定螺栓危险险截面直径。截面直径。95受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接静强度计算：受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接静强度计算：强度条件强度条件设计公式设计公式受轴向变载荷作用的紧螺栓连接受轴向变载荷作用的紧螺栓连接96F1F2F0工作载荷变化范围工作载荷变化范围0 F螺栓总拉力变化范围螺栓总拉力变化范围F0 F297螺栓危险截面的最大和最小应力螺栓危险截面的最大和最小应力应力幅应力幅螺栓螺栓总总拉力拉力mI J-1eamOA MMminaG CS4598螺栓的最大应力计算安全系数螺栓的最大应力计算安全系数如如图图所所示示一一受受轴轴向向工工作作载载荷荷的的紧紧螺螺栓栓连连接接工工作作时时，力力和和变变形形的的关关系系。1）分分析析螺螺栓栓和和被被连连接接件件刚刚度度大大小小对对螺螺栓栓总总拉拉力力F2有有何何影影响响？2）若若预预紧紧力力F0=800N，工工作作载载荷荷F=1000N，Cm=4Cb，求螺栓，求螺栓总载总载荷荷F2以及残余以及残余预紧预紧力力F1。99 mF1FF2FF0力力变形变形bmm b1）减小）减小Cb增大增大Cm可以使可以使总载总载荷荷F2下降下降100解：解：2）螺栓）螺栓总载总载荷荷螺栓残余螺栓残余预紧预紧力力由由得得某某气气缸缸缸缸体体与与缸缸盖盖间间用用10个个M20（d1=17.94mm）的的普普通通螺螺栓栓连连接接。缸缸体体内内径径D250mm，缸缸内内工工作作压压力力p在在01MPa之之间间变变化化，螺螺栓栓的的屈屈服服极极限限s=340MPa，取取安安全系数全系数S=2。101pD求求：1）若若接接合合面面上上的的残残余余预预紧紧力力F1为为工工作作载载荷荷的的1.5倍倍，试试校校核核该该螺螺栓栓的的静静强强度度；2）计计算算汽汽缸缸工工作作时时螺螺栓栓危危险险截截面面上上的的最最大大拉拉应应力力，最最小小拉拉应应力力，平平均均应应力力和和应应力力幅幅。（已知螺栓的相（已知螺栓的相对刚对刚度度0.5）102pD103解：解：1）校核）校核该该螺栓的静螺栓的静强强度度螺栓的工作螺栓的工作载载荷荷螺栓的残余螺栓的残余预紧预紧力力螺栓总拉力螺栓总拉力螺栓的静强度校核螺栓的静强度校核螺栓的许用应力螺栓的许用应力螺栓的静强度满足要求螺栓的静强度满足要求最大最大应应力力1042）计计算螺栓危算螺栓危险险截面上的工作拉力在截面上的工作拉力在F0F2之之间变间变化化最小最小应应力力应应力幅力幅平均平均应应力力3）承受工作剪力的紧螺栓连接）承受工作剪力的紧螺栓连接螺栓杆与被连接件孔壁螺栓杆与被连接件孔壁压溃或螺栓杆剪断压溃或螺栓杆剪断105铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接失效形式失效形式 d0LminFF螺栓杆的剪切强度条件螺栓杆的剪切强度条件螺栓杆与孔壁的挤压强度条件螺栓杆与孔壁的挤压强度条件106螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度Lmin1.25d05-7 螺纹连接的材料及许用应力螺纹连接的材料及许用应力1.螺纹连接件的材料螺纹连接件的材料常用材料常用材料Q215 10Q235 3545冲冲击击振振动动15Cr40Cr30CrMnTi普通普通垫垫圈圈Q235 15 35表表5-8（P86）螺栓、螺钉和螺柱的性能等级螺栓、螺钉和螺柱的性能等级107性能等性能等级级4.64.85.65.86.88.89.810.912.9B/MPa40050060080090010001200S/MPa2403203004004806407209001080HBS114124147152181245286316380材料材料和和热处热处理理碳碳钢钢或添加元素的碳或添加元素的碳钢钢碳碳钢钢、添加元素的碳、添加元素的碳钢钢、合金合金钢钢，淬火并回火，淬火并回火合金合金钢钢、添加元素的碳、添加元素的碳钢钢，淬火并回火，淬火并回火螺栓性能等螺栓性能等级级4.6抗拉抗拉强强度极限度极限400MPa屈服极限与抗拉屈服极限与抗拉强强度极限之比度极限之比为为0.6屈服极限屈服极限为为240MPa1082.螺螺纹连纹连接件的接件的许许用用应应力力109许用拉应力许用拉应力许用切应力许用切应力许用挤压应力许用挤压应力或或表表5-10（P87）螺螺纹连纹连接的安全系数接的安全系数S影响螺栓疲劳强度的因素影响螺栓疲劳强度的因素1）螺纹牙的载荷分布）螺纹牙的载荷分布2）应力变化副）应力变化副3）应力集中）应力集中4）附加应力）附加应力5）材料的力学性能和制造工艺）材料的力学性能和制造工艺5-8 提高螺纹连接强度的措施提高螺纹连接强度的措施1101.降低影响螺栓疲劳强度的应力幅降低影响螺栓疲劳强度的应力幅1）降低螺栓刚度）降低螺栓刚度Cb2）增大被连接件刚度）增大被连接件刚度Cm增加螺栓长度增加螺栓长度腰状杆螺栓或空心螺栓腰状杆螺栓或空心螺栓螺母下装弹性元件螺母下装弹性元件采用刚度较大的金属垫片或密封环采用刚度较大的金属垫片或密封环3）降低）降低Cb，增大，增大Cm和预紧力和预紧力F01111121）降低）降低Cb113FFF0F1F2F2bbFF1F2）增大）增大Cm114mF0FF2mFF2FF1F13）降低）降低Cb，增大，增大Cm和和F0115F0mF0bFFF2F1Fb2.改善螺纹牙上载荷分布不均现象改善螺纹牙上载荷分布不均现象1161）悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母）悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母2）采用钢丝螺套）采用钢丝螺套改善螺纹牙上载荷分布不均的装置改善螺纹牙上载荷分布不均的装置117悬置螺母悬置螺母内斜螺母内斜螺母环槽螺母环槽螺母环槽内斜螺母环槽内斜螺母3.减小应力集中的影响减小应力集中的影响1）采用大）采用大圆圆角和卸角和卸载结载结构。构。2）在）在设计设计、制造及装配上避免、制造及装配上避免产产生附加弯曲生附加弯曲应应力力1181194.采用合理的制造工艺方法采用合理的制造工艺方法1）采用冷）采用冷镦镦螺栓螺栓头头部和部和滚压滚压螺螺纹纹的方法。的方法。2）采用）采用强强化化处处理的方法（氮化、理的方法（氮化、氰氰化、化、喷喷丸）丸）120例例题题（P92）：）：图图示示为为一固定在一固定在钢钢制立柱上的制立柱上的铸铁铸铁拖架，已拖架，已知知总载总载荷荷F=4800N，其作用，其作用线线与垂直与垂直线线的的夹夹角角=50，底板，底板高高h=340mm，宽宽b=150mm，试设计试设计此螺栓此螺栓组连组连接。接。121h=340b=150220150=50F160M280122解：解：1）螺栓）螺栓组结组结构构设计设计h=340b=150220150=50F160M280如如图图所示所示结结构，螺栓数构，螺栓数z=4，对对称布置。称布置。1232）螺栓受力分析）螺栓受力分析h=340b=150220150=50F160M280轴轴向力向力横向力横向力倾倾覆力矩覆力矩（1）螺栓）螺栓组组所受力和力矩所受力和力矩（2）在）在轴轴向力向力Fh作用下，各螺栓所受的工作拉力作用下，各螺栓所受的工作拉力上面螺栓所受轴向工作载荷上面螺栓所受轴向工作载荷124（3）在）在倾倾覆力矩覆力矩M作用下，上面螺栓所受作用下，上面螺栓所受载载荷荷由表由表5-5查查得接合面得接合面间间摩擦系数摩擦系数f=0.16，取，取Cb/（Cb+Cm）=0.2，Ks=1.2，则则各螺栓所需的各螺栓所需的预紧预紧力力（4）在横向力）在横向力Fv作用下，底板作用下，底板连连接面不滑移的条件接面不滑移的条件125340150220105107 Ncm3677 N3085 N（5）上面螺栓所受的）上面螺栓所受的总总拉力拉力F21263）确定螺栓直径）确定螺栓直径选择选择材料材料Q235，性能等，性能等级级4.6的螺栓，由表的螺栓，由表5-8查查得材料得材料屈服极限屈服极限S=240 MPa，由表，由表5-10查查得安全系数得安全系数S=1.5，螺栓材料的螺栓材料的许许用用应应力力127螺栓危螺栓危险险截面的直径截面的直径按粗牙普通螺按粗牙普通螺纹标纹标准（准（GB/T 1962003），），选选用螺用螺纹纹公称直径公称直径d=12mm（螺（螺纹纹小径小径d1=10.106 mm8.6 mm）确定螺栓的公称直径后，确定螺栓的公称直径后，螺栓的螺栓的类类型、型、长长度、精度以度、精度以及相及相应应的螺母、的螺母、垫垫圈等圈等结结构尺寸，可根据底板厚度、构尺寸，可根据底板厚度、螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑虑。1284）校核螺栓）校核螺栓组连组连接接合面的工作能力接接合面的工作能力340150220105107 Ncm3677 N3085 N（1）连连接面下端接面下端挤压应挤压应力不超力不超过许过许用用值值，防止接合面，防止接合面压压碎。碎。129由表由表5-6查查得得p=0.5B=0.5250MPa=125MPa。pmax p，连连接接合面下端不会接接合面下端不会压压碎。碎。130（2）连连接面上端接面上端应应保持一定的残余保持一定的残余预紧预紧力，防止托架受力力，防止托架受力时时接合面接合面间产间产生生间间隙。隙。接合面上端受接合面上端受压压最小最小处处不会不会产产生生间间隙。隙。1315）校核螺栓所需的）校核螺栓所需的预紧预紧力力已知螺栓屈服极限已知螺栓屈服极限s=240 MPa，危，危险险截面面截面面积积取取预紧预紧力下限力下限对对碳碳钢钢螺栓要求螺栓要求要求的要求的预紧预紧力力F0=6520 N，小于上，小于上值值，满满足要求。足要求。如如图图所示的所示的6个普通螺栓个普通螺栓组连组连接，承受接，承受载载荷荷F=1000N，接，接合面摩擦系数合面摩擦系数f=0.2，防滑系数，防滑系数 Ks=1.2。1）试试判断哪个方判断哪个方案合理案合理?2）若改用）若改用铰铰制孔螺栓制孔螺栓组连组连接，接，结结果如何？果如何？F500FT200FFT2001001323）右）右侧侧螺栓受到的最大螺栓受到的最大载载荷荷133解：解：1）横向力作用下每个螺栓的）横向力作用下每个螺栓的载载荷荷2）转转矩作用下每个螺栓的矩作用下每个螺栓的载载荷荷FT普通螺栓普通螺栓组结组结构构设计设计方案方案I134F153.431）横向力作用下每个螺栓的）横向力作用下每个螺栓的载载荷荷2）转转矩作用下每个螺栓的矩作用下每个螺栓的载载荷荷3）右）右侧侧螺栓受到的最大螺栓受到的最大载载荷荷普通螺栓普通螺栓组结组结构构设计设计方案方案II1351）横向力作用下每个螺栓的）横向力作用下每个螺栓的载载荷荷2）转转矩作用下每个螺栓的矩作用下每个螺栓的载载荷荷3）右）右侧侧螺栓受到的最大螺栓受到的最大载载荷荷铰铰制孔螺栓制孔螺栓组结组结构构设计设计方案方案IFT1361）横向力作用下每个螺栓的）横向力作用下每个螺栓的载载荷荷2）转转矩作用下每个螺栓的矩作用下每个螺栓的载载荷荷3）右）右侧侧螺栓受到的最大螺栓受到的最大载载荷荷铰铰制孔螺栓制孔螺栓组结组结构构设计设计方案方案IIF153.43137如如图图所示支架用四个普通螺栓所示支架用四个普通螺栓连连接在立柱上。已知接在立柱上。已知载载荷荷F=1240N，连连接的尺寸如接的尺寸如图图所示，接合面摩擦系数所示，接合面摩擦系数f=0.2，螺栓材料的屈服极限螺栓材料的屈服极限s=270 MPa，安全系数，安全系数S=1.5，螺栓的，螺栓的相相对刚对刚度度为为0.3，防滑系数，防滑系数 Ks=1.2。求所需要的螺。求所需要的螺纹纹小径。小径。F各螺栓所需的各螺栓所需的预紧预紧力力1）保）保证连证连接面不滑移所需接面不滑移所需预紧预紧力力138F连连接面不滑移的条件接面不滑移的条件解：解：139倾倾覆力矩覆力矩2）在）在倾倾覆力矩覆力矩M作用下，螺栓所受最大作用下，螺栓所受最大轴轴向向载载荷荷F3）左）左侧侧螺栓所受的螺栓所受的总总拉力拉力F21404）确定螺栓的最小直径）确定螺栓的最小直径螺栓材料的螺栓材料的许许用用应应力力螺栓的最小直径螺栓的最小直径例：例：如如图图所示所示，一一牵牵引引钩钩用用2个个M10（dl=8.376 mm）的普）的普通螺栓固定于机通螺栓固定于机架架上。已知接合面上。已知接合面间间的的摩擦系数摩擦系数f=0.15，防滑防滑系数系数Ks=1.3，螺栓，螺栓采用性能等采用性能等级为级为4.6的中碳的中碳钢钢，螺螺栓栓许许用用应应力力为为屈服极限屈服极限的的60%。试计试计算算该该螺栓螺栓组组允允许许的的最大最大牵牵引引力力FR。141解：解：1421）确定螺栓材料的）确定螺栓材料的许许用用应应力力由螺栓性能等由螺栓性能等级为级为4.6知，螺栓材料的屈服极限知，螺栓材料的屈服极限螺栓材料的螺栓材料的许许用用应应力力143得得2）确定螺栓）确定螺栓连连接允接允许许的最大的最大预紧预紧力力由由紧紧螺栓螺栓连连接的接的强强度条件度条件螺栓螺栓连连接允接允许许的最大的最大预紧预紧力力F0=6100.5 N。144得得3）确定）确定牵牵引引钩钩允允许许的最大拉力的最大拉力由由紧紧螺栓承受横向螺栓承受横向载载荷的平衡条件荷的平衡条件该该螺栓螺栓组组允允许许的最大的最大牵牵引力引力FR=1407.8 N。5-8（P102）：）：如如图图所示所示，两，两块块金属板金属板用用2个个M12（dl=10.106mm）的普通螺栓）的普通螺栓连连接接。已知螺栓。已知螺栓采用性采用性能等能等级