第9章 螺纹联接.ppt

第第9章章 螺纹联接和螺旋传动螺纹联接和螺旋传动991 1 螺纹螺纹992 2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件993 3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧995 5 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算997 螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力998 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施999 螺旋传动螺旋传动994 4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松996 6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计潘存云教授研制潘存云教授研制一、螺纹的形成一、螺纹的形成991 螺螺 纹纹d2螺螺旋旋线线-一一动动点点在在一一圆圆柱柱体体的的表表面面上上，一一边边绕绕轴轴线线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺螺纹纹-一一平平面面图图形形沿沿螺螺旋旋线线运运动动，运运动动时时保保持持该该图图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹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螺纹的牙型螺纹的牙型潘存云教授研制矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹1530330潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋右旋螺纹螺纹潘存云教授研制左旋左旋螺纹螺纹潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋右旋螺纹螺纹左旋左旋螺纹螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹 一般一般:n 4双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹PSS=2PPSPS=Pn线螺纹线螺纹:S=n P潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋右旋螺纹螺纹左旋左旋螺纹螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹螺纹副螺纹副潘存云教授研制潘存云教授研制外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋右旋螺纹螺纹左旋左旋螺纹螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹螺旋传动螺旋传动联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹右旋右旋螺纹螺纹左旋左旋螺纹螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹联接螺纹联接螺纹传动螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制圆柱螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹圆锥螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制管螺纹管螺纹潘存云教授研制(3)中径中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。d1d2d(1)大径大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。(2)小径小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(4)螺距螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)导程导程S(6)螺纹升角螺纹升角 中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角(7)牙型角牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。tg=d2 nP 牙侧角牙侧角 d2SS=nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P二、螺纹的主要几何参数二、螺纹的主要几何参数SPP/2P/2(8)接触高度接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。h 普通螺纹以大径普通螺纹以大径d为为公称直径公称直径，同一公称直径可，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹粗牙螺纹，其，其余的统称为余的统称为细牙螺纹。细牙螺纹。60螺纹的精度等级螺纹的精度等级:A级级B级级C级级公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的联接；受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的联接；用于一般联接，最常用。用于一般联接，最常用。粗牙螺纹应用最广粗牙螺纹应用最广细牙螺纹的优点：细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点：缺点：不耐磨，易滑扣。不耐磨，易滑扣。应用：应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙潘存云教授研制潘存云教授研制梯形梯形螺纹：螺纹：梯梯 形形锯齿形锯齿形30330为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。锯齿形螺纹锯齿形螺纹:常用于传动。常用于传动。=15=3 粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。螺纹的基本尺寸：螺纹的基本尺寸：潘存云教授研制直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mmmm3 0.5 2.675 2.459 3 0.5 2.675 2.459 公称直径（大径）公称直径（大径）粗粗 牙牙 细细 牙牙 D d D d 螺距螺距P P 中径中径 D D2 2 d d2 2 小径小径 D D2 2 d d2 2 螺距螺距P P 4 0.7 3.545 3.242 4 0.7 3.545 3.242 5 0.8 3.545 4.1345 0.8 3.545 4.1340.350.350.50.56 1 5.350 4.918 6 1 5.350 4.918 8 1.25 7.188 6.647 8 1.25 7.188 6.647 10 1.5 9.026 8.376 1.25,1 0.75 10 1.5 9.026 8.376 1.25,1 0.75 12 1.75 10.863 10.106 1.5,1.25 0.5 12 1.75 10.863 10.106 1.5,1.25 0.5(14)2 12.701 11.835 (14)2 12.701 11.835 1.5,11.5,116 2 14.701 13.835 16 2 14.701 13.835 (18)2.5 16.376 15.294 (18)2.5 16.376 15.294 20 2.5 18.376 17.294 20 2.5 18.376 17.294 (20)2.5 20.376 19.294 (20)2.5 20.376 19.294 24 3 22.052 20.752 24 3 22.052 20.752 (27)3 25.052 23.752 (27)3 25.052 23.752 30 3.5 27.727 26.211 30 3.5 27.727 26.211 2,1.5,12,1.5,1注：括号内的公称直径为第二系列注：括号内的公称直径为第二系列 H=0.866P dH=0.866P d2 2=d-0.6495P d=d-0.6495P d1 1=d-1.0825P=d-1.0825PD D1 1、d d1 1-内、外螺纹小径内、外螺纹小径 D D2 2、d d2 2-内、外螺纹中径内、外螺纹中径 D D、d d -内、外螺纹大径内、外螺纹大径 P-P-螺距螺距 标记示例：标记示例：M24(M24(粗牙普通螺纹、直径粗牙普通螺纹、直径2424、螺距、螺距3)3)M24X1.5(M24X1.5(细牙普通螺纹细牙普通螺纹,直径直径24,24,螺距螺距1.5)1.5)P PP/8P/8P/8P/8P/8P/8H/4H/4D dD dD D2 2 d d2 2 D D1 1 d d1 1 P/2P/2P/4P/43030 6060 9090 潘存云教授研制 细牙普通螺纹基本尺寸细牙普通螺纹基本尺寸 mmmm螺距螺距P P 中径中径D D2 2、d d2 2 小径小径D D1 1、d d1 10.35 d-1+0.773 d-1+0.621 0.35 d-1+0.773 d-1+0.621 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1.25 d-1+0.188 d-2+0.647 1.25 d-1+0.188 d-2+0.647 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 2 d-2+0.701 d-3+0.835 2 d-2+0.701 d-3+0.835 3 d-2+0.052 d-4+0.752 3 d-2+0.052 d-4+0.752 潘存云教授研制潘存云教授研制 梯形螺纹基本尺寸梯形螺纹基本尺寸 mmmm标记示例：标记示例：Tr48X8Tr48X8(梯形螺纹，直径梯形螺纹，直径4848，螺距，螺距8)8)P hP h3 3=H=H4 4 a ac c 第第1 1系列系列 第第2 2系列系列 D D2 2 d d2 2 D D1 1 螺距螺距 螺纹牙高螺纹牙高 牙顶间隙牙顶间隙 公称直径公称直径d d 中中 径径 内螺纹小径内螺纹小径 12 6.5 0.5 9012 6.5 0.5 90、100 85100 85、95 d-6 d-12 95 d-6 d-12 10 5.5 0.5 4010 5.5 0.5 40、7070、80 3880 38、4242、65 d-5 d-10 65 d-5 d-10 8 6.5 0.5 488 6.5 0.5 48、52 4652 46、50 d-4 d-8 50 d-4 d-8 4 2.25 0.25 164 2.25 0.25 16、20 18 d-2 d-4 20 18 d-2 d-4 5 2.75 0.25 245 2.75 0.25 24、28 2228 22、26 d-2.5 d-5 26 d-2.5 d-5 6 2.25 0.5 326 2.25 0.5 32、36 3036 30、34 d-3 d-6 34 d-3 d-6 内螺纹内螺纹外螺纹外螺纹d dP PR R1 1R R2 2D D1 1D D4 4H H1 1D D2 2 d d2 2d d3 3a ac ca ac c3030 H H4 4R R2 2设计：潘存云vFd2Stg=Ff/FnFFQFFQ螺螺纹纹的的拧拧松松-螺螺母母在在F和和FQ的的联联合合作作用用下下，顺顺着着FQ等等速速向下运动。向下运动。螺螺纹纹的的拧拧紧紧-螺螺母母在在F和和FQ的的联联合合作作用用下下，逆逆着着FQ等等速速向向上运动。上运动。一、矩形螺纹一、矩形螺纹=0992 螺旋副的受力分析、效率和自锁螺旋副的受力分析、效率和自锁展开中径展开中径d2 圆柱面得一斜面圆柱面得一斜面.螺旋副在轴向载荷Fa作用下相对运动，可看作在中径的水平力F推动滑块(重物)沿螺纹运动F-水平推力水平推力Fn-法向反力法向反力FQ-轴向载荷轴向载荷Ff=f Fn-摩擦力摩擦力f-摩擦系数摩擦系数d2FR-总反力总反力v=tg-1 f-摩擦角摩擦角=f Fn/Fn =f FnFR定角-由材料确定Ff设计：潘存云设计：潘存云+FnFRvFd2S滑块在F、FR 、Fa三力作用下处于平衡状态d2FFQFFQ 作力多边形作力多边形得：得：F=FQtg(+)驱动力矩：驱动力矩：FQFFR 列出力平衡方程：列出力平衡方程：FR+FQ+F=0 FRFQ=+FR=(1+f)Fn+FQ-阻力，阻力，F-驱动力，驱动力，当螺纹拧紧当螺纹拧紧(滑块上升滑块上升)时：时：FR=Fn+Ff FfFf-摩擦力摩擦力,沿斜面朝下。沿斜面朝下。设计：潘存云设计：潘存云FFQ-FRvFRFQ当当螺纹拧松螺纹拧松(滑块下滑滑块下滑)时：时：FRFQ=-滑块在F、FR 、Fa三力作用下处于平衡状态 作力多边形可得：作力多边形可得：F=FQtg(-)驱动力矩：驱动力矩：d2FFQFFnFf-列出力平衡方程：列出力平衡方程：FR+FQ+F=0 F FQ-驱动力，驱动力，F-阻力，阻力，Ff-摩擦力摩擦力,沿斜面朝下。沿斜面朝下。若若 ，则则T T为正值，其方向与螺为正值，其方向与螺 母运动方向相反，是母运动方向相反，是阻力阻力；若若，则则T T为为负负值值，方方向向相相反反，其其方方向向与与预预先先假假定定的的方方向向相相反反，而而与与螺螺母母运运动动方方向向相相同同，成成为为放放松松螺螺母母所所需需外外加加的的驱动力矩。驱动力矩。提问：提问：当当时，若没有力矩时，若没有力矩T T，螺母螺母在在F FQ Q的作用下会运动吗？的作用下会运动吗？不会！不会！-这种现象称为这种现象称为自锁。自锁。T Td2FaFFd2FQFFT T螺母螺母螺杆螺杆轴轴线线轴轴线线螺杆螺杆螺母螺母FnFQ二、二、非矩形螺纹非矩形螺纹 0矩形螺纹忽略升角的影响时有：矩形螺纹忽略升角的影响时有：Fn=FQ当当 0 时，摩擦力为：时，摩擦力为：摩擦系数为摩擦系数为f 的非矩形螺纹所产生的非矩形螺纹所产生的摩擦力与摩擦系数为的摩擦力与摩擦系数为f ，的矩的矩形螺纹所产生的摩擦力相当。形螺纹所产生的摩擦力相当。称称 为当量摩擦角为当量摩擦角FQFnFQ故称故称 f 为当量摩擦系数。为当量摩擦系数。引入参数引入参数f 和和 就可就可象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进象矩形螺纹那样对非矩形螺纹进行力的分析。行力的分析。滑块上升：滑块上升：滑块下降：滑块下降：非矩形非矩形螺旋的自锁条件：螺旋的自锁条件：对于联接螺纹必须满足自锁条件设计：潘存云设计：潘存云0 10 20 30 40 50 20406080100效率效率%定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：定义螺旋副的效率为有效功与输入功之比：当一定时，效率只是螺纹升角的函数，由此可以绘出效率曲线.当当一定时，在一定时，在=45=45-/2/2 处效率曲线有极大值。处效率曲线有极大值。对于传动螺旋，一般取：对于传动螺旋，一般取：对于联接螺纹，必须取：对于联接螺纹，必须取：升角过大,制造困难，且效率增高也不明显。=5.75.7 =(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 0;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用于经常拆装易磨损之处。潘存云教授研制潘存云教授研制dd潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、一、螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺钉联接座端拧入深度座端拧入深度H，当螺孔材料为：当螺孔材料为：ae ee e双头螺柱联接双头螺柱联接 联接件厚，允许拆装。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)d螺纹孔深度螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;钻孔深度钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;参数参数l1、e、a与螺栓相同与螺栓相同 l1 1l1 1H HH HH H1 1H H1 1H H2 2H H2 2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。d993 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件潘存云教授研制一、一、螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基基本本类类型型螺钉联接螺钉联接双头螺柱联接双头螺柱联接紧定螺钉联接紧定螺钉联接紧定螺钉紧定螺钉993 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件螺栓的结构形式螺栓的结构形式LL0d六角头六角头LdL0小六角头小六角头dL0L1LL1-座端长度座端长度L0-螺母端长度螺母端长度二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件末端末端结构结构头部头部结构结构螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓潘存云教授研制二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件潘存云教授研制地脚螺栓地脚螺栓 潘存云教授研制起吊螺钉起吊螺钉 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓专用螺纹联接专用螺纹联接T 型螺栓型螺栓 六角螺母六角螺母六角扁螺母六角扁螺母六角厚螺母六角厚螺母圆螺母圆螺母二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺螺纹纹紧紧固固件件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有六十余种不同结构的螺母螺母螺母螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱螺栓螺栓专用螺纹联接专用螺纹联接潘存云教授研制其它螺母：其它螺母：潘存云教授研制其它螺母：其它螺母：垫圈垫圈 平垫圈平垫圈薄平垫圈薄平垫圈A型平垫圈型平垫圈B型平垫圈型平垫圈螺母螺母 螺钉、紧定螺钉螺钉、紧定螺钉双头螺柱双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺栓螺螺纹纹紧紧固固件件斜垫圈斜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作用：作用：增加支撑面积以减增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。伤表面、防松。专用螺纹联接专用螺纹联接994 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧预紧力：预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。作用力称为预紧力。预紧的目的：预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧力的确定原则：预紧力的确定原则：拧紧后螺纹联接件的预紧应力不拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限得超过其材料的屈服极限s ss的的80%。一、概述一、概述一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。碳素钢螺栓：碳素钢螺栓：Qp(0.6(0.60.7)s s A1合金钢螺栓：合金钢螺栓：Qp(0.5(0.50.6)s s A1A1-危险截面积，危险截面积，A1 dd2 21 1/4/4二、二、拧紧力矩拧紧力矩T T1 1克服螺纹副相对转动的阻力矩；克服螺纹副相对转动的阻力矩；T T2 2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设轴向力为设轴向力为FF 或预紧力（不受轴向载荷）fc c摩擦系数。摩擦系数。无润滑时取：无润滑时取：fc c=0.15=0.15rf f支撑面摩擦半径。支撑面摩擦半径。rf=(=(dw w+d0 0)/4)/4简化公式：简化公式：适用于M10M60的粗牙螺纹，f=0.15,fc=0.15,T 0.2 F 0.2 F dFFFa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：总力矩：总力矩：注意：对于重要的联接，应尽可能采用M12的螺栓。Td0ddw潘存云教授研制测力矩扳手测力矩扳手预紧力控制方法预紧力控制方法:联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。F F定力矩扳手定力矩扳手通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。L LS S1)1)凭手感经验；凭手感经验；2)2)测力矩扳手；测力矩扳手；3)3)定力矩扳手；定力矩扳手；4)4)测定伸长量。测定伸长量。L LM ML LS S潘存云教授研制联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。防松的方法：防松的方法：1.利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母994 螺纹联接的防松螺纹联接的防松防松防松-防止螺旋副相对转动。防止螺旋副相对转动。潘存云教授研制潘存云教授研制开口销与六开口销与六角开槽螺母角开槽螺母串联钢丝串联钢丝2.采用专门防松元件防松采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈圆螺母用止动垫圈潘存云教授研制止动垫圈止动垫圈3.其他方法防松其他方法防松11.5P用冲头冲用冲头冲23点点冲点防松法冲点防松法粘合法防松粘合法防松涂涂粘合剂粘合剂95 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算联接预紧情况和特点联接预紧情况和特点联接受联接受载方向载方向螺栓受载情况螺栓受载情况图例图例1松联接：螺栓和孔间松联接：螺栓和孔间留有间隙，应用较少留有间隙，应用较少轴向轴向不受预紧力不受预紧力F，工工作时受轴向静载荷作时受轴向静载荷F，螺栓杆受拉。螺栓杆受拉。图图9-112紧联接：螺栓和孔间紧联接：螺栓和孔间留有间隙，应用较多留有间隙，应用较多横向横向受预紧力受预紧力F，工作工作时受轴向载荷时受轴向载荷F，借被联接件接合面借被联接件接合面间的摩擦力来传递间的摩擦力来传递横向载荷横向载荷R。图图9-16螺栓联接的工作情况螺栓联接的工作情况3紧联接：螺栓和孔间紧联接：螺栓和孔间留有间隙，应用较多留有间隙，应用较多轴向轴向受预紧力受预紧力F，工作时工作时受轴向静载荷或变载受轴向静载荷或变载荷荷F。图图9-124理论上是松联接，实理论上是松联接，实际仍需拧紧。螺栓杆际仍需拧紧。螺栓杆和铰制孔采用基孔制和铰制孔采用基孔制过渡配合。过渡配合。横向横向工作时受横向静载荷工作时受横向静载荷或变载荷或变载荷R，螺栓杆螺栓杆受剪切。受剪切。图图9-15约约15%约约20%约约65%螺栓联接螺栓联接的主要失的主要失效形式：效形式：滑滑扣扣 因经常拆装受拉螺栓受拉螺栓塑性变形塑性变形 螺纹部分疲劳断裂疲劳断裂受剪螺栓受剪螺栓 剪断剪断压溃压溃 螺杆和孔壁的贴合面经常拆卸经常拆卸 断裂断裂-轴向变载荷轴向变载荷潘存云教授研制螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。一、松螺栓联接强度计算一、松螺栓联接强度计算强度条件：强度条件：式中式中:d1-螺纹小径螺纹小径 mm，许用应许用应力力二、紧螺栓联接强度计算二、紧螺栓联接强度计算FF力除以面积设计公式：设计公式：装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。1.仅承受预紧力的紧螺栓强度仅承受预紧力的紧螺栓强度2.受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接装配时不须要拧紧螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力F和摩擦力矩和摩擦力矩T1的双重作用。的双重作用。拉应力：拉应力：1.仅承受预紧力的紧螺栓强度仅承受预紧力的紧螺栓强度扭剪应力：扭剪应力：对于对于M10M68的单线粗牙普通钢制螺纹，可取：的单线粗牙普通钢制螺纹，可取：tgv v f v=0.17，d2/d1=1.04-1.08,得：得：0.5 分母为抗剪截面系数计算应力：计算应力：由此可见，对于M10M64普通螺纹的钢制紧螺栓联接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。强度条件：强度条件：潘存云教授研制潘存云教授研制当承受横向工作载荷时，当承受横向工作载荷时，预紧力预紧力F导致接合面所产生的摩擦力应大于导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷横向载荷R。Kf-可靠性系数，常取可靠性系数，常取 Kf=1.11.3预紧力预紧力F：-摩擦系数摩擦系数，对钢与铸铁，取对钢与铸铁，取:=0.10.15m-结合面数结合面数 上图m=1,下图m=2若取若取=0.15，Kf=1.2,m=1,则：则：F 8R结构尺寸大结构尺寸大RRRR/2R/2FFFF潘存云教授研制潘存云教授研制RR/2R/22.受轴向工作载荷的螺栓强度受轴向工作载荷的螺栓强度改进措施：改进措施：a.采用键、套筒、销承担横向工作载荷。采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用b.采用无间隙的铰制孔螺栓。采用无间隙的铰制孔螺栓。设设流体压强为流体压强为p，螺栓数目为螺栓数目为Z，则则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：缸体周围每个螺栓的平均载荷为：p D2/4F=ZpFFD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受载受载变形变形特别注意，轴向载荷：特别注意，轴向载荷：F0=F+F?加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b0被联接件受压缩短被联接件受压缩短m0加载加载 F 后后:螺栓总伸长量增加为螺栓总伸长量增加为:总拉力为：总拉力为：被联接件压缩量减少为：被联接件压缩量减少为：残余预紧力减少为：残余预紧力减少为：F”很显然很显然:F”F 被联接件放松了+b0m0-潘存云教授研制松弛松弛状态状态预紧预紧状态状态b0FFm0FFFFFFFFF0F0F0=F+F”F”F”潘存云教授研制潘存云教授研制b0联接件变形联接件变形力力螺栓变形螺栓变形力力FbFm螺栓变形螺栓变形力力F0F”FFFm0Fb0C0arctgCbarctgCm潘存云教授研制力力螺栓变形螺栓变形arctgCb-相对刚度系数相对刚度系数F=Fb+Fm=(Cb+Cm)Cb+CmCbF0=F+FCb+CmCbF”=F F 1 1-F”=F-F=F-Cm F0=F+Fb=F+Cb Cb+CmF=FF0FbF代入得：代入得：表表9-4 螺栓的相对刚度系数螺栓的相对刚度系数垫片类型垫片类型 金属垫片或无垫片金属垫片或无垫片 皮革皮革 铜皮石棉铜皮石棉 橡胶橡胶 0.20.3 0.7 0.8 0.9Cb+CmCbFmF”三承受横向载荷的铰制孔用螺栓联接三承受横向载荷的铰制孔用螺栓联接 这种联接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在联接结合面处，螺栓杆则受剪切。螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：Fs螺栓所受的工作剪力，单位为螺栓所受的工作剪力，单位为N；Lminmin铰制孔螺栓铰制孔螺栓FsFsd0设计时应使设计时应使:Lmin1.25d0d0螺栓剪切面的直径（可取螺栓螺栓剪切面的直径（可取螺栓 孔直径），单位为孔直径），单位为mm；Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小螺栓杆与孔壁挤压面的最小 高度，高度，单位为单位为mm；996 6 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计在设计螺栓组联接时，关键是联接的结构设计。它是根据被联接件的结构和联接的用途，确定螺栓数目和分布形式。为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成成:螺栓组联接的结构设计螺栓组联接的结构设计基本原则：基本原则：大多数机械中螺栓都是成组使用的。大多数机械中螺栓都是成组使用的。轴对称的简单几何形状。轴对称的简单几何形状。圆形圆形 圆环形圆环形 矩形矩形 矩形框矩形框 三角形三角形 螺栓布置应使各螺栓的受力合理螺栓布置应使各螺栓的受力合理潘存云教授研制FFa)对于铰制孔用螺栓联接，不要在平衡于工作载荷的方向上对于铰制孔用螺栓联接，不要在平衡于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；潘存云教授研制潘存云教授研制合理不合理!b)当螺栓联接弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接当螺栓联接弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。接合面的边缘，以减少螺栓的受力。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潘存云教授研制dhD螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间c)当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗 剪零件来承受横向载荷。剪零件来承受横向载荷。60CCEE60扳手空间的尺寸见有关标准。AB潘存云教授研制对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接。螺栓的对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。间距不大于下表所推荐的取值。t0螺栓间距t0工作压力(MPa)7d 4.5d 4.5 4d 3.5 3d t0(mm)1.6 1.6 4 410 1016 1620 2030 d为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成布在同一圆周上的螺栓数目取成:4、6、8等偶数。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。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保证被联接件，螺母和螺栓头支承面平整，并与螺栓轴线相互垂直。对于在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈等。避免螺栓承受附加的弯曲载荷。避免螺栓承受附加的弯曲载荷。采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构切削加工支承面切削加工支承面支承面不平支承面不平支承面倾斜支承面倾斜采用斜垫圈采用斜垫圈997 螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力一、螺纹联接件一、螺纹联接件材料材料螺栓、螺柱、螺钉常用材料：螺栓、螺柱、螺钉常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素钢；等碳素钢；特殊用途特殊用途(防磁、导电防磁、导电):):特殊钢、铜合金、铝合金等。特殊钢、铜合金、铝合金等。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级。级。3.6 4.6 4.8 5.6 58 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9作为标准零件，螺纹联接件是按其性能等级选用的。对于一定性能等级的螺纹联接件应具备一定的强度极限。冲击振动场合用：冲击振动场合用：15Cr、40Cr、30CrMnSi等合金钢。等合金钢。垫圈：垫圈：Q235、15、35垫圈：垫圈：65Mn 选用原则：选用原则：一般用途：通常选用一般用途：通常选用4.8级左右的螺栓，级左右的螺栓，重要场合重要场合：要选用高的性能等级，要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。级的螺栓。螺母的性能等级分为 7级。4 5 6 8 9 10 12二、螺纹联接件的许用应力二、螺纹联接件的许用应力 螺纹联接件的许用应力与载荷性质螺纹联接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷静、变载荷)、装配情况装配情况(松、紧联接松、紧联接)、材料、结构尺寸有关。、材料、结构尺寸有关。许用拉应力：许用拉应力：许用剪应力和挤压应力：许用剪应力和挤压应力：-被联接件为钢被联接件为钢-被联接件为铸铁被联接件为铸铁S S,S Sp p-安全系数，其取值详见下页表。安全系数，其取值详见下页表。潘存云教授研制表表9-11 螺栓联接的安全系数螺栓联接的安全系数S 碳素钢碳素钢 54 42.5 2.52 碳素钢碳素钢 12.58.5 8.5 8.512.5 M6M16 M16M30 M30M60 M16M16 M16 M30 M30M60不控制不控制预紧力预紧力的计算的计算控制预控制预紧力的紧力的计算计算受载类型受载类型 静载荷静载荷 变载荷变载荷松螺栓联接松螺栓联接 1.21.7合金钢合金钢 5.75 53.4 3.43 合金钢合金钢 106.8 6.8 6.810 1.2 1.5 1.2 1.5(Sa=2.54)钢：钢：S=2.5，Sp=1.25，钢：钢：S=3.55，Sp=1.5铸铁：铸铁：Sp=2.02.5，铸铁：铸铁：Sp=2.53铰制孔用螺铰制孔用螺栓联接栓联接受受轴轴向及向及横向横向载荷载荷的普的普通螺通螺栓联栓联接接紧紧螺螺栓栓联联接接998 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：疲劳断裂疲劳断裂容易断裂部位：容易断裂部位：一、一、降低螺栓总拉伸载荷降低螺栓总拉伸载荷F0的变化范围的变化范围轴向工作载荷轴向工作载荷F的变化范围的变化范围:0 FCb+CmCbF F+F总拉伸载荷的总拉伸载荷的F0变化范围变化范围:Cb 或或 Cm F0变化范围变化范围F 提高螺栓联接强度的措施有哪些呢？以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。65%20%15%潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F0 m b措施一：措施一：降低螺栓刚度（降低螺栓刚度（Cb Cb,b Cm,m m）措施三：措施三：综合措施（综合措施（Cb Cm,F0 F0）F F F”F0 F2F F m F1bF0m 虽然F=FF F强调残余预紧力减小但有F F强调残余预紧力减小F=FF=F，F1=F 1F FF2 2FF3 3FF4 4FF5 510圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。螺螺栓栓杆杆F F螺螺栓栓杆杆F F螺母体螺母体均载螺母均载原理均载螺母均载原理 螺母和螺杆均为拉伸变形，有助于减小两者螺距变化，使受载均匀。加厚螺母加厚螺母潘存云教授研制1015悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母1015内斜与环槽螺母内斜与环槽螺母均载原理相同均载原理相同螺母也受拉螺母也受拉内斜螺母因力的作用点外移可使载荷较大的头几圈螺纹牙容易变形，使载荷上移而改善载荷分布不均。均载均载元件元件悬置螺母悬置螺母环槽螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺母内斜螺与环槽螺母内斜螺与环槽螺母都是改变螺母旋合部分的变形性质，使之和螺栓变形性质相同，均为拉伸变形，从而使螺纹牙上载荷分布趋于均匀；钢丝螺套钢丝螺套加工复杂，仅限于用加工复杂，仅限于用在重要场合或大型