第7章 螺紋聯(lián)接(新版)

機械零件

主講人：何春燕7．1螺紋聯(lián)接的基本知識7．2螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松7．3單個螺栓聯(lián)接的強度計算7.4螺紋聯(lián)接件的材料及許用應(yīng)力7．5螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力分析7.6提高螺栓聯(lián)接強度的措施

第7章螺紋聯(lián)接7．1螺紋聯(lián)接的基本知識一、螺紋的主要參數(shù)二、螺紋的類型和應(yīng)用三、標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件四、螺紋聯(lián)接的基本類型下一節(jié)一、螺紋的主要參數(shù)1、大徑d——螺紋的最大直徑.標(biāo)準(zhǔn)中定為公稱直徑它是與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱面的直徑。2、小徑d1——螺紋的最小直徑。計算直徑

它是與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱面 的直徑。在強度計算常作為螺桿危險剖面的計算直徑。3、中徑d2——螺紋牙厚和牙間相等處的假想圓柱

面的直徑。

它是確定螺紋幾何參數(shù)和配合性質(zhì)的直徑。4、線數(shù)n——螺紋螺旋線的數(shù)目。一般不大于4條

單線螺紋：沿一條螺旋線所形成的螺紋。多螺紋：沿2根以上等距螺旋線所形成的螺紋。常用的聯(lián)接螺紋要求具有自鎖性，故多用單線螺紋；傳動螺紋要求效率高，多用雙線或三線螺紋。5、螺距

P——相鄰兩螺紋牙在中徑線上同側(cè)齒廓 之間的軸向距離。

大徑相同時，按螺距大小分：粗牙和細(xì)牙

6、導(dǎo)程

Ph——同一條螺紋線上相鄰兩牙在中徑線 上對應(yīng)點的軸向距離。7、升角——螺旋線的切線與垂直于軸線的平面 間的夾角。在螺紋的不同直徑處，螺旋線的升角各不相同，通常 按中徑處計算：8、牙型角——螺紋軸向剖面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè) 邊的夾角。牙型斜角9、旋向——按螺旋線繞行方向分：左旋：從右向左升高（螺母或螺釘逆時針旋入）右旋：從左向右升高（螺母或螺釘順時針旋入）返回二、螺紋的類型和應(yīng)用有外螺紋和內(nèi)螺紋之分根據(jù)采用的標(biāo)準(zhǔn)制度，可分為米制和英制（管螺紋）根據(jù)工作性質(zhì)，可分為聯(lián)接用螺紋和傳動用螺紋聯(lián)接用螺紋當(dāng)量摩擦角較大，有利于實現(xiàn)可靠聯(lián)接傳動用螺紋當(dāng)量摩擦角較小，有利于提高傳動效率根據(jù)牙型：1）三角形螺紋（聯(lián)接）2）矩形螺紋（傳動）3）梯形螺紋（傳動）4）鋸齒形螺紋（傳動）（5）三角形管螺紋（聯(lián)接）返回三角形螺紋（普通螺紋）矩形螺紋梯形螺紋

鋸齒形螺紋三角形管螺紋圓柱管螺紋：低壓場合圓錐管螺紋：高溫、高壓或密封要求較高的場合三、標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件1、螺栓（六角頭螺紋）2、雙頭螺柱3、螺釘4、緊定螺釘5、螺母6、墊圈返回1、螺栓（六角頭螺紋）受拉螺栓：受剪螺栓（絞制孔用螺栓）：承受剪切力并具有聯(lián)接 定位作用。2、雙頭螺柱旋入端（旋入被聯(lián)接件）和螺母端（安裝螺母）3、螺釘4、緊定螺釘5、螺母6、墊圈四、螺紋聯(lián)接的基本類型1、螺栓聯(lián)接2、雙頭螺柱聯(lián)接3、螺釘聯(lián)接4、緊定螺釘聯(lián)接返回下一節(jié)普通螺栓聯(lián)接鉸制孔螺栓聯(lián)接1、螺栓聯(lián)接2、雙頭螺柱聯(lián)接3、螺釘聯(lián)接返回4、緊定螺釘聯(lián)接7．2螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松一、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊二、螺紋聯(lián)接的防松下一節(jié)一、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊1、預(yù)緊：

聯(lián)接在承受載荷之前，預(yù)先受到力的作用2、預(yù)緊力：擰緊時，螺栓受到預(yù)緊拉力F0，而被聯(lián)接件受到預(yù)緊壓力F03、預(yù)緊的目的增強聯(lián)接的可靠性和緊密性，防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對滑移。4、擰緊力矩T等于螺紋副間的摩擦阻力矩T1和螺母環(huán)形端面與支承表面間的摩擦阻力矩T2之和。預(yù)緊力和預(yù)緊力矩間的關(guān)系5、預(yù)緊力的控制采用測力矩扳手或定力矩扳手。對于重要的螺栓聯(lián)接，可采用測定螺栓伸長量的方法來控制預(yù)緊力返回二、螺紋聯(lián)接的防松防松的根本問題在于防止螺紋副的相對轉(zhuǎn)動。防松方法按其工作原理可分為：1、摩擦防松：使螺紋副間始終具有不隨聯(lián)接載荷而變的壓力，因而始終具有摩擦力矩防止相對轉(zhuǎn)動。彈簧墊圈對頂螺母自鎖螺母2、機械防松：利用附加的機械裝置約束螺紋副。

開口銷、止動墊片、串聯(lián)金屬絲、帶翅墊片等。3、破壞螺紋副關(guān)系防松焊接、沖點、粘接多用于很少拆開或不拆的聯(lián)接。返回下一節(jié)

彈簧墊圈防松

對頂螺母防松

自鎖螺母防松

開口銷與六角螺母防松

止動墊圈防松

串聯(lián)鋼絲防松帶翅墊片一、受拉螺栓聯(lián)接

（普通螺栓聯(lián)接）

1、受拉松螺栓聯(lián)接

2、受拉緊螺栓聯(lián)接

（1）僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接

（2）受橫向外載荷的緊螺栓聯(lián)接

（3）受預(yù)緊力和靜工作拉力的緊螺栓聯(lián)接

二、受剪螺栓聯(lián)接（鉸制孔螺栓聯(lián)接）7．3單個螺栓聯(lián)接的強度計算下一節(jié)一、受拉螺栓聯(lián)接失效：在靜載荷下，螺紋部分的塑性變形和斷裂；在變載荷下，螺栓桿的疲勞斷裂。設(shè)計準(zhǔn)則：保證螺栓有足夠的拉伸強度。返回

裝配時無須預(yù)緊力，在承受工作載荷之前，螺栓不受力。按純拉伸建立強度條件，其螺紋部分強度條件：1、受拉松螺栓聯(lián)接返回

承受工作載荷之前，螺母必須擰緊到一定程度，使被聯(lián)接件間產(chǎn)生足夠的預(yù)緊力。當(dāng)螺栓擰緊后，受到預(yù)緊力F0和螺紋副摩擦力矩T1的聯(lián)合作用，因而分別產(chǎn)生拉應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，即：

在上面的拉、扭復(fù)合作用下，可由第四強度理論求得螺栓的當(dāng)量應(yīng)力：2、受拉緊螺栓聯(lián)接返回（1）僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接在預(yù)緊時雖然同時承受拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合作用，但計算時，可以只按拉伸強度來計算，并將所受的拉力（預(yù)緊力）增大來考慮扭轉(zhuǎn)的影響。螺栓螺紋部分的強度條件：設(shè)計公式返回

螺栓不直接承受橫向載荷FR，而是靠預(yù)緊力在接合面上產(chǎn)生的摩擦力來承受橫向載荷。這時螺栓僅受預(yù)緊力，被聯(lián)接件受壓力在接合面產(chǎn)生摩擦力。若滿足不滑動的條件：

則聯(lián)接不發(fā)生滑動。若考慮聯(lián)接的可靠性及結(jié)合面的數(shù)目：當(dāng)承受橫向載荷時FR時，要聯(lián)接不滑動，螺栓上要承受約8倍于橫向載荷的預(yù)緊力，這樣設(shè)計出的螺栓結(jié)構(gòu)笨重、尺寸大、不經(jīng)濟(jì)，因此盡量避免。（2）受橫向外載荷的緊螺栓聯(lián)接返回RR

由于螺栓和被聯(lián)接件的彈性變形，所以螺栓受到的總拉力：

螺栓總拉力：根據(jù)靜力平衡和變形協(xié)調(diào)條件得出預(yù)緊力和剩余預(yù)緊力的關(guān)系式：（3）受預(yù)緊力和軸向靜載荷的緊螺栓聯(lián)接為了防止聯(lián)接受載后接合面間產(chǎn)生縫隙，應(yīng)使。分析1）螺栓未被擰緊時，螺栓與被聯(lián)接件皆不受力;2）螺栓被擰緊后，螺栓受預(yù)緊拉力F0,伸長；而被聯(lián)接件則受預(yù)緊壓力F0的作用，產(chǎn)生壓縮變形；3）螺栓又受到軸向外載荷F的作用，由于螺栓中總的拉力增大，螺栓比預(yù)緊時增加伸長變形，總伸長量；被聯(lián)接件則隨螺栓的伸長而彈回，其也壓縮變形量減少 ，總壓縮變形量：;此時的壓緊力也隨之減?。ㄊＳ囝A(yù)緊力）。所以螺栓受軸向載荷后，螺栓的總拉力為：剩余預(yù)緊力為了防止聯(lián)接受載后接合面間產(chǎn)生縫隙，應(yīng)使剩余預(yù)緊力大于零。對于較重要的螺栓聯(lián)接，可先取。

F無變化，F(xiàn)有變化，緊密性要求，

由上式知：當(dāng)螺栓承受的軸向工作載荷在間變化時，螺栓中總拉力的變化范圍是。當(dāng)減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度，均可減小相對剛性系數(shù)值，從而縮小螺栓總拉力的變化范圍，提高螺栓承受變載荷時的疲勞強度。

強度條件：

這種聯(lián)接是利用鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的，螺栓桿與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓。在聯(lián)接結(jié)合面處，螺栓桿則受剪切。1、失效形式：螺栓被剪斷，栓桿或孔壁被壓潰。2、設(shè)計準(zhǔn)則：螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件螺栓桿的剪切強度條件二、受剪螺栓聯(lián)接RdsRdsds7．5

螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計

和受力分析一、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計二、螺栓組聯(lián)接的受力分析

1、受橫向力FR的螺栓組聯(lián)接

——用受拉螺栓聯(lián)接——用受剪螺栓聯(lián)接2、受旋轉(zhuǎn)力矩T的螺栓組聯(lián)接

——用受拉螺栓聯(lián)接——用受剪螺栓聯(lián)接

3、受軸向力FQ的螺栓組聯(lián)接

4、受翻轉(zhuǎn)力矩M的螺栓組聯(lián)接

總結(jié)下一節(jié)1、螺栓在聯(lián)接接合面上通常設(shè)計成軸對稱布置，

以便接合面受力比較均勻。2、對承受彎距或扭矩的螺栓組聯(lián)接，應(yīng)使螺栓的 位置適當(dāng)靠近聯(lián)接接合面的邊緣，以減小螺柱 的受力。3、對既承受軸向載荷又承受較大橫向載荷的螺栓 組聯(lián)接，應(yīng)采取銷、套筒、鍵等抗剪零件來承 受橫向載荷，以減小螺栓的預(yù)緊力及其結(jié)構(gòu)尺 寸。一、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計5、在布置螺栓位置時，螺栓中心線與機體壁 之間、以及螺栓組相互之間的最小距離， 應(yīng)根據(jù)扳手所須活動空間的大小來確定。（合理的間距、邊距）4、螺栓組中螺栓數(shù)目不宜過多，以免載荷 分布過于不均。6、被聯(lián)接件、螺母和螺栓頭部的支承面應(yīng)平 整，并與螺栓軸線相垂直。避免承受偏心 載荷7、同一螺栓組中的螺栓一般均采用同樣的材 料和尺寸。返回二、螺栓組聯(lián)接的受力分析目的：求出聯(lián)接中各螺栓受力的大小、特別 是其中受力最大的螺栓及其載荷。假設(shè)：1、所有螺栓材料、規(guī)格、預(yù)緊力相同；2、螺栓組的對稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；3、受載后聯(lián)接接合面仍保持平面；4、被聯(lián)接件為剛體；5、螺栓變形在彈性范圍內(nèi)；返回1、受橫向力FR的螺栓組聯(lián)接——用受拉螺栓聯(lián)接——用受剪螺栓聯(lián)接2、受旋轉(zhuǎn)力矩T的螺栓組聯(lián)接——用受拉螺栓聯(lián)接——用受剪螺栓聯(lián)接3、受軸向力FQ的螺栓組聯(lián)接4、受翻轉(zhuǎn)力矩M的螺栓組聯(lián)接返回總結(jié)

載荷可通過兩種方法傳遞：①普通螺栓聯(lián)接（受拉螺栓聯(lián)接）②鉸制孔螺栓聯(lián)接（受剪螺栓聯(lián)接——用受拉螺栓聯(lián)接（普通螺栓聯(lián)接）僅受預(yù)緊力，靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面產(chǎn)生的摩擦力傳遞外載荷，被聯(lián)接件間不產(chǎn)生相互滑移時，應(yīng)滿足：1、受橫向力FR的螺栓組聯(lián)接

靠螺栓桿的受剪和螺栓桿與被聯(lián)接件相互擠壓時產(chǎn)生的變形來傳遞載荷。每個螺栓所受剪力：——用受剪螺栓聯(lián)接返回——用受拉螺栓聯(lián)接靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力抵抗轉(zhuǎn)矩2、受旋轉(zhuǎn)力矩T的螺栓組聯(lián)接

靠螺栓受剪切和擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩T——用受剪螺栓聯(lián)接返回

3、受軸向力FQ

的螺栓組聯(lián)接FQ返回

擰緊后，螺栓受預(yù)緊力。根據(jù)底板的力矩平衡條件：4、受翻轉(zhuǎn)力矩M的螺栓組聯(lián)接除滿足其強度要求外（），還應(yīng)保證左側(cè)（圖中受力時）接合面不出現(xiàn)縫隙，右側(cè)（圖中受力時）接合面不發(fā)生壓潰破壞。接合面不出現(xiàn)縫隙條件：

右側(cè)（圖中受力時）接合面不發(fā)生壓潰破壞。

返回總結(jié)：1、首先判斷螺栓組所受力的性質(zhì)，算出單個螺栓所受的載荷的大小（最大載荷）；實際應(yīng)用中，螺栓組所受的工作載荷常常是我們講到的四種簡單受力狀態(tài)的不同組合。這時，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，然后用矢量法疊加，便得到每個螺栓的總的工作載荷，然后確定受力最大的螺栓。2、再進(jìn)行單個螺栓的強度計算。下一節(jié)返回1、螺紋聯(lián)接件的材料螺栓采用Q215，Q235，10，15，35，45號鋼。承受沖擊、振動或變載荷的螺栓，可用合金鋼。15Cr，40Cr螺母材料的強度不得低于與之相配的螺栓材料強度。2、螺紋聯(lián)接的許用應(yīng)力和安全系數(shù)7.4螺紋聯(lián)接件的材料及許用應(yīng)力下一節(jié)例1、圖示為一凸緣聯(lián)軸器聯(lián)接兩軸，傳遞轉(zhuǎn)矩,接合面的摩擦系數(shù)，取可靠系數(shù)。分別求:用4個普通螺栓和鉸制孔用螺栓聯(lián)接兩半聯(lián)軸器時，單個螺栓的工作載荷和受力。例2、剛性凸緣聯(lián)軸器傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為1.5，用4個材料為Q235的M16螺栓聯(lián)接。螺栓均布在直徑 的圓周上，聯(lián)軸器材料為H