第七章螺紋聯(lián)接

1、第七章第七章 螺紋連接與螺旋傳動(dòng)螺紋連接與螺旋傳動(dòng)u內(nèi)容內(nèi)容7-1 螺紋連接的基本知識螺紋連接的基本知識7-2 螺紋連接的預(yù)緊和防松螺紋連接的預(yù)緊和防松（重點(diǎn)）（重點(diǎn)）7-3 單個(gè)螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算單個(gè)螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算（重點(diǎn)）（重點(diǎn)）7-4 螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7-5 螺紋連接件的材料和許用應(yīng)力螺紋連接件的材料和許用應(yīng)力7-6 提高螺栓連接強(qiáng)度的措施提高螺栓連接強(qiáng)度的措施7-7 螺旋傳動(dòng)簡介螺旋傳動(dòng)簡介v連接的類型：連接的類型：螺紋連接螺紋連接鍵連接、花鍵連接、銷連接鍵連接、花鍵連接、銷連接彈性環(huán)連接等彈性環(huán)連接等焊接焊接鉚接鉚接粘接粘接連接連接可拆連接可拆連接不可拆連接不可拆連

2、接本章介紹的內(nèi)容 任何機(jī)械均由若干零件按一定方式相互聯(lián)接而成。如任何機(jī)械均由若干零件按一定方式相互聯(lián)接而成。如果相連接的零件其相對位置在工作時(shí)按一定的規(guī)律進(jìn)行變果相連接的零件其相對位置在工作時(shí)按一定的規(guī)律進(jìn)行變化，此種聯(lián)接稱化，此種聯(lián)接稱動(dòng)聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接。如果相聯(lián)接的零件在工作時(shí)其相。如果相聯(lián)接的零件在工作時(shí)其相對位置固定不變，此種聯(lián)接稱對位置固定不變，此種聯(lián)接稱靜聯(lián)接靜聯(lián)接。根據(jù)是否可拆卸，。根據(jù)是否可拆卸，聯(lián)接還可分為聯(lián)接還可分為可拆聯(lián)接和不可拆聯(lián)接?？刹鹇?lián)接和不可拆聯(lián)接。現(xiàn)將聯(lián)接分類如下：現(xiàn)將聯(lián)接分類如下：71 螺螺 紋連接的基本知識紋連接的基本知識一、螺紋的形成1、螺紋的形成將一直角三角形

3、abc繞在直徑為d2的圓柱表面上，使三角形底邊ab與圓柱體的底邊重合，則三角形的斜邊amc在圓柱體表面形成一條螺旋線螺旋線am1c1。三角形abc的斜邊與底邊的夾角，稱為螺紋升角升角。若取一平面圖形，使其平面始終通過圓柱體的軸線并沿著螺旋線運(yùn)動(dòng)，則這平面圖形在空間形成一個(gè)螺旋形體，稱為螺紋螺紋。2 2、螺紋的類型、螺紋的類型(1)(1)按螺紋在軸向剖面內(nèi)的形狀，分為矩形螺紋、三角形螺紋、梯形螺紋及鋸齒按螺紋在軸向剖面內(nèi)的形狀，分為矩形螺紋、三角形螺紋、梯形螺紋及鋸齒形螺紋。形螺紋。 (2)(2)按螺紋旋線繞行的方向，分為右旋螺紋和左旋螺紋。只有在特殊需要時(shí)，才按螺紋旋線繞行的方向，分為右旋螺紋

4、和左旋螺紋。只有在特殊需要時(shí)，才采用左螺紋。比如煤汔罐等危險(xiǎn)設(shè)備中使用的螺紋。采用左螺紋。比如煤汔罐等危險(xiǎn)設(shè)備中使用的螺紋。 (3)按螺紋的線數(shù)的線數(shù)，分為單線螺紋和多線螺紋。 沿一條螺旋線所形成的螺紋為單線螺紋單線螺紋。單線螺紋多用于聯(lián)接。沿兩條或兩條以上在軸向等距分布的螺旋線所形成的螺紋為多線螺紋多線螺紋。多線螺紋多用于傳動(dòng)。多線螺紋由于加工制造的原因，線數(shù)一般不超過4 4條。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（危險(xiǎn)剖面直徑）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

5、直徑，d20.5(d+d1)二、螺紋的主要參數(shù)4）螺 距 P 相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點(diǎn)間 的軸向距離5）導(dǎo)程（S）同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面母線 上的對應(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n4 螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：S=nP 7）螺旋升角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 螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角9）牙型斜角螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角22/SdnParctgdarctg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(dòng)螺紋三.幾種常用螺紋的特點(diǎn)和應(yīng)用72 螺旋副的受力分析，效率

6、和自鎖一、一、矩形螺紋矩形螺紋（牙型角=00）受力分析受力分析螺紋副中，螺母所受到的軸向載荷Q是沿螺紋各圈分布的，為便于分析，用集中載荷Q代替，并設(shè)Q作用于中徑d2圓周的一點(diǎn)上。這樣，當(dāng)螺母相對于螺桿等速旋轉(zhuǎn)時(shí)，可看作為一滑塊(螺母)沿著以螺紋中徑d2展開，斜度為螺紋升角的斜面上等速滑動(dòng)勻速擰緊螺母時(shí)，相當(dāng)于以水平力推力F推動(dòng)滑塊沿斜面等速向上滑動(dòng)（圖教材9-8a）。設(shè)法向反力為N，則摩擦力為fN，f為摩擦系數(shù)， 為摩擦角， = arctan f。由于滑塊沿斜面上升時(shí)，摩擦力向下，故總反力R與Q的的夾角為+ 。由力的平衡條件可知，R、F和Q三力組成力封閉三角形，由圖可得：使滑塊等速運(yùn)動(dòng)所需要的

7、水平力 等速上升： Ft=FQtan(+)等速上升所需力矩：T= Ftd2/2= FQtan(+)d2/2等速下降： Ft=FQtan()等速下降所需力矩：T= Ftd2/2=FQtan()d2/22.2.螺紋的自鎖螺紋的自鎖螺母等速松退時(shí)的受力分析：觀察教材圖910，此時(shí)相當(dāng)于滑塊沿斜面等速下滑，由力的封閉三角形，得： 若，則Ft0，這時(shí)必須加一反向作用力Ft才會使滑塊下滑，若不加外力，則不論FQ有多大，滑塊也不會下滑，這種現(xiàn)象叫自鎖。自鎖條件：3.3.螺旋副的效率螺旋副的效率螺旋副效率為有效功W2與輸入功W1之比。螺母在力矩T作用下轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，輸入功W1=2T，此時(shí)升舉重物所作的有效功W2

8、=QS；故螺旋副的效率為：tantan22tantan22212dFdFTSFWWQQQ二、非矩形螺紋螺紋的牙型角0時(shí)的螺紋為非矩形螺紋，如教材圖911所示。非矩形螺紋的螺桿和螺母相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可看成楔形滑塊沿楔形斜面移動(dòng)；平面時(shí)法向反力FN=FQ; 平面時(shí)摩擦力Ff =fFN =fFQ;楔形面時(shí)法向反力FN=FQ/cos；楔形面摩擦力Ff =fFN =fFQ/ cos;令f =f/ cos稱當(dāng)量摩擦系數(shù)。Ff =fQ；與當(dāng)量摩擦系數(shù)對應(yīng)的摩擦角稱為當(dāng)量摩擦角，用V 表示。擰緊螺母時(shí)所需的水平推力及轉(zhuǎn)矩：由于矩形螺紋與非矩形螺紋的運(yùn)動(dòng)關(guān)系相同，將V代替后可得：使滑塊等速運(yùn)動(dòng)所需要的水平力 等速上

9、升： Ft=FQtan(+V)等速上升所需力矩： T= Ftd2/2= FQtan(+ V)d2/2等速下降： Ft=FQtan(-V)等速下降所需力矩： T= Ftd2/2= FQtan(-V)d2/2自鎖條件： V效率為：由于三角形螺紋的=/2=300；梯形螺紋=/2=150；鋸齒形螺紋=30；矩形螺紋=00，所以各種螺紋的當(dāng)量摩擦系數(shù)之間有如下關(guān)系：fv三角fv梯形fv鋸齒fv矩形可見，三角形螺紋的fv大，自鎖性能好，且牙根強(qiáng)度高，故常用于聯(lián)結(jié)。梯形、鋸齒形及矩形螺紋，多用于傳動(dòng)。Vtantan 螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副的受力分析、效率和自鎖滑塊沿斜面勻速上升（旋緊）滑塊沿斜面

10、勻速上升（旋緊）滑塊沿斜面勻速下滑（松開）滑塊沿斜面勻速下滑（松開）水平推力水平推力 驅(qū)動(dòng)力矩驅(qū)動(dòng)力矩 效率效率 自鎖條件自鎖條件 ) (tgFFa) (22tgdFTa) (tgtg) (tgFFa) (22tgdFTa除上述基本類型以外，還有其它特殊連接：除上述基本類型以外，還有其它特殊連接：如地腳螺栓、吊環(huán)螺釘?shù)?。如地腳螺栓、吊環(huán)螺釘?shù)?。螺紋連接的基本類型螺紋連接的基本類型螺栓連接螺栓連接雙頭螺栓連接雙頭螺栓連接螺釘連接螺釘連接緊定螺釘連接緊定螺釘連接普通螺栓連接普通螺栓連接鉸制孔螺栓連接鉸制孔螺栓連接73 螺紋聯(lián)結(jié)的基本類型及其預(yù)緊和防松一、螺紋聯(lián)接主要類型1、螺栓聯(lián)接a) 普通螺栓聯(lián)

11、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(gè)裝拆，應(yīng)用較廣。b) 鉸制孔用螺栓聯(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、雙頭螺栓聯(lián)接螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時(shí)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(shí)。折裝時(shí)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

12、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位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。其他連接其他連接地腳螺栓連接、吊環(huán)螺栓連接、地腳螺栓連接、吊環(huán)螺栓連接、 T T形槽螺栓連接形槽螺栓連接二二螺紋緊固件螺紋緊固件螺紋緊固件的種類繁多，有適應(yīng)面廣、螺紋緊固件的種類繁多，有適應(yīng)面廣、用量大的用量大的通用螺紋緊固件通用螺紋緊固件，還有適應(yīng)某，還有適應(yīng)某種需要、具有特殊結(jié)構(gòu)的種需要、具有特殊結(jié)構(gòu)的專用螺紋緊固專用螺紋緊固件件。通用螺紋緊固件已標(biāo)準(zhǔn)化通用螺紋緊固件已標(biāo)準(zhǔn)化。常用的有螺。常用的有螺栓、雙頭螺柱、螺釘、緊定螺釘、螺母栓、雙頭螺柱、螺釘、緊定螺釘、螺母和墊圈等，這類零件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸和墊圈等，這

13、類零件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選都已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。用。動(dòng)畫動(dòng)畫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(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(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

14、嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊7）墊圈螺紋聯(lián)接件精度：A:精度最高，用于要求配合精度高，防止振動(dòng)的重要聯(lián)接B:用于受載較大且經(jīng)常裝拆調(diào)整或承受變載荷的聯(lián)接 C:一般聯(lián)接，最常用。三、 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 1、預(yù)緊（1）預(yù)緊的目的預(yù)緊目的增加聯(lián)接的可靠性與緊密性，防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙與相對滑移。保持正常工作。預(yù)緊力F0預(yù)先軸向作用力（拉力）螺紋聯(lián)接：松聯(lián)接在裝配時(shí)不擰緊，只存受外載時(shí)才受到力的作用 緊聯(lián)接在裝配時(shí)需擰緊，即在承載時(shí)，螺栓已預(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 預(yù)緊力限制扳手?jǐn)Q緊力矩：T=

15、T+TfT擰緊力矩 T1螺紋摩擦阻力矩 Tf螺母端環(huán)形面與被聯(lián)接件間的摩擦力矩對于M10-68粗牙普通螺紋：T0.2F0*d詳細(xì)推導(dǎo)00.2N mmTF d對于對于M10M68的粗牙螺紋的粗牙螺紋（2）預(yù)緊）預(yù)緊F0值的確定：值的確定：是由螺紋連接的要求來決定的。是由螺紋連接的要求來決定的。u 為了充分發(fā)揮緊固件的工作能力，保證預(yù)緊的可靠，為了充分發(fā)揮緊固件的工作能力，保證預(yù)緊的可靠，擰緊后螺紋緊固件的預(yù)緊應(yīng)力一般可達(dá)到材料屈服極擰緊后螺紋緊固件的預(yù)緊應(yīng)力一般可達(dá)到材料屈服極限限S的的5070%，但不得超過，但不得超過S的的80。對于一般。對于一般連接用鋼螺栓，預(yù)緊力可參考下式確定：連接用鋼螺

16、栓，預(yù)緊力可參考下式確定： 1010) 6 . 05 . 0 () 7 . 06 . 0 (AFAFss 合合金金鋼鋼螺螺栓栓碳碳素素鋼鋼螺螺栓栓螺紋大徑螺紋大徑螺紋危險(xiǎn)螺紋危險(xiǎn)截面面積截面面積（3）預(yù)緊力FQ的控制：測力矩板手測出預(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，如右圖測量預(yù)緊前后螺栓伸長量精度較高 重要聯(lián)結(jié)若不能嚴(yán)格控制預(yù)緊力，而只靠安裝經(jīng)驗(yàn)來擰緊螺栓時(shí)，為避免螺栓拉斷，通常不宜采用小于M12的螺栓，一般采用M12-M24的螺栓(1)、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

17、螺紋聯(lián)接松動(dòng)，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋聯(lián)接就會松馳而失效。因此，必須進(jìn)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(yùn)動(dòng)，或增大相對運(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 2、螺紋防松 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3）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)鋼絲受拉螺栓的失效形式：受拉螺栓的失效形式：螺

18、栓桿的塑性螺栓桿的塑性變形或斷裂。變形或斷裂。 其破壞部位及其出現(xiàn)其破壞部位及其出現(xiàn)的百分比見右圖。的百分比見右圖。因經(jīng)常拆卸使螺紋牙間相互磨損而發(fā)因經(jīng)常拆卸使螺紋牙間相互磨損而發(fā)生滑扣。生滑扣。受剪螺栓的失效形式：受剪螺栓的失效形式：螺栓桿和孔螺栓桿和孔壁間壓潰或螺栓桿被剪斷。壁間壓潰或螺栓桿被剪斷。 普通螺栓連接普通螺栓連接（受拉螺栓）（受拉螺栓） 鉸制孔螺栓連接鉸制孔螺栓連接（受剪螺栓）（受剪螺栓） 軸向拉力軸向拉力剪切力剪切力u螺栓連接螺栓連接松螺栓連接松螺栓連接 緊螺栓連接緊螺栓連接 65%20%15%一一螺栓的受力螺栓的受力二二螺栓的失效形式螺栓的失效形式74 螺栓聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度計(jì)算三

19、三螺栓連接的設(shè)計(jì)方法螺栓連接的設(shè)計(jì)方法1.根據(jù)約束根據(jù)約束強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件確定螺栓確定螺栓(或螺釘、雙頭螺柱或螺釘、雙頭螺柱)的的大徑。大徑。根據(jù)螺栓連接的受力情況，通過分析，確定其所屬類根據(jù)螺栓連接的受力情況，通過分析，確定其所屬類型，然后計(jì)算出受力最大螺栓的拉力或剪力，即可按型，然后計(jì)算出受力最大螺栓的拉力或剪力，即可按強(qiáng)度條件計(jì)算出螺栓的小徑強(qiáng)度條件計(jì)算出螺栓的小徑d1(或螺栓桿直徑或螺栓桿直徑d0)。由。由所計(jì)算出的所計(jì)算出的d1或或d0，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)即可查出相應(yīng)的螺栓大，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)即可查出相應(yīng)的螺栓大徑徑d。2.由螺栓大徑由螺栓大徑d ，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，查出全部螺紋連接件的，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，查出全部螺

20、紋連接件的尺寸和相應(yīng)的代號。尺寸和相應(yīng)的代號。3.完成設(shè)計(jì)。完成設(shè)計(jì)。( (一一) )松螺栓聯(lián)接松螺栓聯(lián)接( (受拉螺栓受拉螺栓) )：1、特點(diǎn)：在承受工作載荷前，螺栓不受力，在工作時(shí)則只承受軸向工作載荷F作用。此聯(lián)接可能發(fā)生的失效形式為螺栓桿的抗斷。2、強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件： F-軸向工作載荷（N）；d1-螺栓小徑（mm）； -松螺栓聯(lián)接時(shí)的許用許用拉應(yīng)力（Mpa），求出d1后，應(yīng)按螺紋標(biāo)準(zhǔn)選取螺紋公稱直徑d421dF41Fd FaFa(二）緊螺栓連接二）緊螺栓連接 421dFa21232111tg()22tg()164aatFdFTdddWd工件工件 受壓受壓(Fa)當(dāng)當(dāng)擰緊擰緊時(shí)時(shí)螺栓螺栓受

21、拉受拉(Fa)拉力拉力Fa 扭矩扭矩T1 復(fù)合應(yīng)力復(fù)合應(yīng)力拉應(yīng)力拉應(yīng)力e當(dāng)量應(yīng)力當(dāng)量應(yīng)力扭剪應(yīng)力扭剪應(yīng)力 第四強(qiáng)度理論第四強(qiáng)度理論223 e對于對于M10M68的普通螺紋，取的普通螺紋，取d1、d2和和的平的平均值，并取均值，并取tg=f=0.15，得，得0.5。則當(dāng)量應(yīng)。則當(dāng)量應(yīng)力力e為為故螺栓螺紋部分的強(qiáng)度條件為故螺栓螺紋部分的強(qiáng)度條件為 3 . 15 . 0332222 ）（e )1210(43 . 121 dFae考慮扭剪應(yīng)力考慮扭剪應(yīng)力設(shè)計(jì)公式：設(shè)計(jì)公式： aFd3 . 141 1.1.受橫向外載荷的緊螺栓聯(lián)接受橫向外載荷的緊螺栓聯(lián)接（1 1） 采用普通螺栓采用普通螺栓如工作時(shí)聯(lián)接受

22、到與螺栓軸線相垂直的外載荷FR的作用。被聯(lián)接件在預(yù)緊力的作用下相互壓緊，依靠結(jié)合面產(chǎn)生的摩擦力來抗衡外載荷，從而避免產(chǎn)生相對移動(dòng)。顯然，無論工作前還是工作后，螺栓本身僅受裝配時(shí)由于擰緊螺母而產(chǎn)生的預(yù)緊力和螺紋副阻力矩的作用。預(yù)緊力使螺栓危險(xiǎn)截面上產(chǎn)生拉應(yīng)力:F0f*z*mKFR F0KFR/ f*z*mz 聯(lián)接螺栓的數(shù)目；m 結(jié)合面數(shù)目；f 結(jié)合面間摩擦系數(shù)，鋼或鑄鐵的干燥加工表面，可取f =0.10.15；K 可靠性系數(shù)，亦稱防滑系數(shù)，通常取K =1.11.3。由此可得，單個(gè)螺栓所需的預(yù)緊應(yīng)力為：=4F0/d12 若計(jì)入扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響012103.1443.1FddFe強(qiáng)度條件為: 設(shè)計(jì)公

23、式為：式中：許用拉應(yīng)力 N/mm2 (MPa)從上式可以計(jì)算，當(dāng)摩擦系數(shù)從上式可以計(jì)算，當(dāng)摩擦系數(shù)f =0.15、可、可靠性系數(shù)靠性系數(shù)C=1.2、 結(jié)合面數(shù)目結(jié)合面數(shù)目m =1時(shí)，時(shí)，F(xiàn)08F。即預(yù)緊力應(yīng)為橫向工作載荷的。即預(yù)緊力應(yīng)為橫向工作載荷的8倍，倍，所以螺栓連接靠摩擦力來承擔(dān)橫向載荷時(shí)，所以螺栓連接靠摩擦力來承擔(dān)橫向載荷時(shí)，其尺寸是較大的。其尺寸是較大的。為了避免上述缺點(diǎn)，可用鍵、套筒或銷承為了避免上述缺點(diǎn)，可用鍵、套筒或銷承擔(dān)橫向工作載荷，而螺栓僅起連接作用，擔(dān)橫向工作載荷，而螺栓僅起連接作用，如下圖。如下圖。（重點(diǎn)）（重點(diǎn)） 24shdmF pshpLdFmin（2）采用鉸制孔用

24、螺栓(受剪螺栓)鉸制孔用螺栓聯(lián)接一般不需擰緊，由預(yù)緊力產(chǎn)生的拉應(yīng)力對聯(lián)接強(qiáng)度的 影響可以不計(jì)。螺栓桿受橫向工作載荷FR時(shí)，強(qiáng)度條件為：ds-螺栓桿剪切面直徑（mm）；Z-聯(lián)接螺栓數(shù)；m-接合面數(shù)；-螺栓的許用剪切應(yīng)力（MPa）；查教材表96。p-螺栓桿或孔壁中的低強(qiáng)度材料的許用擠壓用力（MPa）；（查表教材96） -螺栓桿與孔壁間的最小高度。若為設(shè)計(jì)，可按剪切強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)，再校核擠壓強(qiáng)度條件。ZFFRhminL4mFdhs如下圖所示的氣缸蓋上的連接即屬此種類型。設(shè)缸內(nèi)如下圖所示的氣缸蓋上的連接即屬此種類型。設(shè)缸內(nèi)流體壓強(qiáng)為流體壓強(qiáng)為p，螺栓數(shù)為，螺栓數(shù)為z，則缸體周圍每個(gè)螺栓平均，則缸體周圍每

25、個(gè)螺栓平均承受的軸向工作載荷為承受的軸向工作載荷為雖然，這種螺栓是在受預(yù)緊雖然，這種螺栓是在受預(yù)緊力力F0 的基礎(chǔ)上，又受工作拉的基礎(chǔ)上，又受工作拉力力FE 。但是，螺栓的總拉力。但是，螺栓的總拉力FaF0FE 。為什么？。為什么？zpDFE42 D0FEFE2.受軸向工作載荷的螺栓強(qiáng)度受軸向工作載荷的螺栓強(qiáng)度u下面分析受下面分析受預(yù)緊力預(yù)緊力F0 和和工作工作拉力拉力FE 。作用時(shí)，螺栓的。作用時(shí)，螺栓的受力與變形關(guān)系。受力與變形關(guān)系。注意：螺栓實(shí)際承受的總拉力F并不等于預(yù)緊力F0和軸向工作載荷F之和。 受軸向外載荷的緊螺栓聯(lián)接受軸向外載荷的緊螺栓聯(lián)接 F=F+ F0 F0 ：剩余預(yù)緊力，表

26、9-3強(qiáng)度計(jì)算為：.設(shè)計(jì)公式為： FddF3 . 1443 . 1121根據(jù)受工作載荷F的伸長量與被聯(lián)接件回彈變形量相等的關(guān)系，可導(dǎo)出預(yù)緊力F0與剩余預(yù)緊力F0的關(guān)系為：F0= F0+(1-Kc)F（控制預(yù)緊力）;式中：Kc=C1/(C1+C2)，Kc稱相對剛度系數(shù)見教材表94； C1為螺栓剛度；C2為被聯(lián)接件剛度。F=F+ F0=F0+ C1F/(C1+C2)。F 的變化范圍：F0F。減小C1（減小螺栓光桿部分直徑，采用空心螺栓）或增大C2（使用金屬墊片或不使用墊片）可減小F ，從而提高螺栓強(qiáng)度。殘余預(yù)緊力一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定：對于一般連接，若工作載荷穩(wěn)定，取對于一般連接，若工作載荷穩(wěn)定，取

27、F0=F0=（0.2-0.2-0.60.6）F F，若工作載荷不穩(wěn)定，取，若工作載荷不穩(wěn)定，取F0=F0=（0.6-1.00.6-1.0）F F，對于氣缸、壓力容器等有緊密型要，對于氣缸、壓力容器等有緊密型要求的螺栓連接，取取求的螺栓連接，取取F0=F0=（1.5-1.81.5-1.8）F F。 v設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟: : (1)求單個(gè)連接的工作載荷求單個(gè)連接的工作載荷FE(2)按工作要求定殘余預(yù)緊力按工作要求定殘余預(yù)緊力FR 43 . 121dFae(3)求求Fa： Fa = FR FE(4) 根據(jù)螺栓強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)螺栓強(qiáng)度計(jì)算d1，查表確定，查表確定d FE地腳螺栓連接地腳螺栓連接1.51.8

28、 FE有緊密性要求有緊密性要求0.61.0 FE0.20.6 FE工作載荷變化工作載荷變化工作載荷穩(wěn)定工作載荷穩(wěn)定一般連接一般連接 aFd3 . 141 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)四、 螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、 螺栓位置2、 螺栓組的布置 （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）、承受彎矩或扭矩，應(yīng)盡量將螺栓布置在靠近接合面的邊緣，以充分利用各螺栓的承載能力 （3）、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2，3，4、6、8等數(shù)。75 螺栓聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力 一、螺紋聯(lián)接件的常用材料普通墊圈的材料推薦采用Q235

29、，15，35；彈簧墊圈用65 Mn鋼制造，并經(jīng)熱處理和表面處理。制造螺栓的材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，一定的塑性和韌性，而且便于加工。制造一般螺栓常用的材料為Q215，Q235，10，35和45等鋼。對于承受沖擊、振動(dòng)或變載荷的螺紋聯(lián)接件，可采用低合金鋼、合金鋼，如15Cr，40Cr，30CrMnsi等材料制造。對于特殊用途的螺紋聯(lián)接件，可采用特種鋼、銅合金、鋁合金等材料制造。選擇螺母的材料時(shí)，考慮到更換螺母比更換螺栓較經(jīng)濟(jì)、方便，所以應(yīng)使螺母材料的強(qiáng)度低于螺栓材料的強(qiáng)度。 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了螺紋聯(lián)接件的性能等級。螺栓、螺柱、螺釘?shù)男阅艿燃壏譃?0級，螺母的性能等級分為 7級。在一般用途的設(shè)計(jì)中，通常選

30、用4.8級左右的螺栓，在重要的或有特殊要求設(shè)計(jì)中的螺紋聯(lián)接件，要選用高的性能等級，如在壓力容器中常采用8.8級的螺栓。二、螺紋聯(lián)接的許用應(yīng)力和安全系數(shù)二、螺紋聯(lián)接的許用應(yīng)力和安全系數(shù)不控制預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接中，安全系數(shù)S的選擇與螺栓直徑d有關(guān)，d越小，S越大，許用應(yīng)力也就越低。這是因?yàn)?，如果不控制預(yù)緊力，螺栓直徑越小，擰緊時(shí)螺桿因過載而損壞的可能性就越大。在設(shè)計(jì)時(shí)，因d未知，而S的選擇與d有關(guān)，因此要用試算法，即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，先假定一個(gè)螺栓直徑，再根據(jù)這個(gè)直徑查取S，然后根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算出d1值，若d1的計(jì)算值與所假定的直徑相對應(yīng)，則可將假定值作為設(shè)計(jì)結(jié)果，否則必須重算。表表10-710-7表

31、表10-610-6表表10-710-776 提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施一、降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅理論和實(shí)踐證明，變載荷工作時(shí)，在工作載荷和殘余預(yù)緊力不變的情況下，減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度都能達(dá)到提高螺栓疲勞強(qiáng)度的目的，但應(yīng)適當(dāng)增大預(yù)緊力，以保證聯(lián)接的密封性。減小螺栓剛度的常用措施有：適當(dāng)增加螺栓的長度、減小螺栓桿直徑或做成中空的結(jié)構(gòu)柔性螺栓。柔性螺栓受力時(shí)變形大，吸收能量作用強(qiáng)，也適于承受沖擊和振動(dòng)。在螺母下面安裝彈性元件，當(dāng)工作載荷由被聯(lián)接件傳來時(shí)，由于彈性元件的較大變形，也能起到柔性螺栓的效果。為了增大被聯(lián)接件的剛度，不宜采用剛度小的墊片。教材圖9-38b所示的緊密聯(lián)接就以用密封環(huán)

32、為佳 a.柔性螺栓柔性螺栓b.彈性元件彈性元件u由此可見，受變載荷作用的螺栓，其應(yīng)力也在一定的幅由此可見，受變載荷作用的螺栓，其應(yīng)力也在一定的幅度內(nèi)變動(dòng)度內(nèi)變動(dòng)，減小螺栓剛度減小螺栓剛度或或增大被連接件剛度增大被連接件剛度等皆可以等皆可以使螺栓的應(yīng)力變化幅度減小。使螺栓的應(yīng)力變化幅度減小。1.1.減小螺栓剛度的方法減小螺栓剛度的方法2.增大被連接件剛度的方法增大被連接件剛度的方法a.金屬墊片金屬墊片b.密封環(huán)密封環(huán)二、改善螺紋牙間的載荷分配二、改善螺紋牙間的載荷分配軸向載荷在旋合螺紋各圈間的分布是不均勻的，旋合圈軸向載荷在旋合螺紋各圈間的分布是不均勻的，旋合圈數(shù)越多，載荷分布不均的程度也越顯著

33、。所以，數(shù)越多，載荷分布不均的程度也越顯著。所以，采用圈采用圈數(shù)多的厚螺母，并不能提高連接強(qiáng)度數(shù)多的厚螺母，并不能提高連接強(qiáng)度。（。（動(dòng)畫動(dòng)畫）u導(dǎo)致旋合螺紋牙各圈受力不均的原因是螺桿受拉變長而螺導(dǎo)致旋合螺紋牙各圈受力不均的原因是螺桿受拉變長而螺母受壓變短。母受壓變短。改善螺紋牙載荷分布的措施是采用均載螺母。改善螺紋牙載荷分布的措施是采用均載螺母。分析三.減小應(yīng)力集中和附加應(yīng)力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）避免附加彎曲應(yīng)力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）凸合；b）凹坑（魚眼坑）；c）斜墊片說明四、采用合理的制造工藝四、采用合理的制造工藝制造工藝對螺栓疲勞強(qiáng)度有很大影響。采用碾制螺紋時(shí)，由于冷作硬化的作用，表層有殘余壓應(yīng)力，金屬流線合理，螺栓疲勞強(qiáng)度可比車制螺紋高30%40%；熱處理后再滾壓的效果更好。另外，碳氮共滲、滲氮、噴丸處理都能提高螺栓疲勞強(qiáng)度。1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強(qiáng)度提高3040%2）冷作硬化，表層有殘