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1、第第5章螺纹连接和螺旋传动章螺纹连接和螺旋传动51螺纹螺纹52螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件53螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧55螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算57螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力58提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施59螺旋传动螺旋传动54螺纹连接的防松螺纹连接的防松56螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计1、本章主要内容包括两部分：、本章主要内容包括两部分：第一部分为螺栓联接的设计，包括螺栓联接的预紧、第一部分为螺栓联接的设计，包括螺栓联接的预紧、强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高联接强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高联接
2、强度的措施等；第二部分为滑动螺旋传动的设计计强度的措施等；第二部分为滑动螺旋传动的设计计算方法。算方法。2、本章特点市内容包括螺纹联接和螺旋传动两个、本章特点市内容包括螺纹联接和螺旋传动两个部分。前者属于联接，后者属于传动。二者在内容部分。前者属于联接，后者属于传动。二者在内容上虽有一定的联系，但在设计要求上却有很大差别。上虽有一定的联系，但在设计要求上却有很大差别。3、本章学习要求：、本章学习要求： 对于螺纹联接的基本知识，应了解螺纹及螺纹联接件的类型、对于螺纹联接的基本知识，应了解螺纹及螺纹联接件的类型、特性、标准、结构、应用场合及有关的防松方法等，以便在设特性、标准、结构、应用场合及有关
3、的防松方法等，以便在设计时能够正确地选用。计时能够正确地选用。 对于螺栓联接设计及强度计算部分，应掌握结构设计原则及对于螺栓联接设计及强度计算部分，应掌握结构设计原则及强度计算的理论与方法，能正确进行螺栓组的受力分析，能较强度计算的理论与方法，能正确进行螺栓组的受力分析，能较为合理地设计出可靠的螺栓组联接。为合理地设计出可靠的螺栓组联接。 对于螺旋传动部分，主要是掌握螺旋传动性能（效率、自锁对于螺旋传动部分，主要是掌握螺旋传动性能（效率、自锁等）对螺纹选型的要求及主要零件（螺杆、螺母）的设计计算等）对螺纹选型的要求及主要零件（螺杆、螺母）的设计计算方法，并通过一种基本类型方法，并通过一种基本类
4、型螺旋起重器的设计，了解滑动螺旋起重器的设计，了解滑动螺旋传动的主要设计过程。螺旋传动的主要设计过程。 重点：重点： 1.各类不同外载荷情况下，螺栓组中各螺栓的受力分析；各类不同外载荷情况下，螺栓组中各螺栓的受力分析； 2.螺栓联接的强度计算，尤其是承受轴向拉伸载荷的紧螺螺栓联接的强度计算，尤其是承受轴向拉伸载荷的紧螺 栓联接的强度计算。栓联接的强度计算。难点：承受倾覆力矩的底板螺栓组联接的设计。难点：承受倾覆力矩的底板螺栓组联接的设计。 学习时注意：学习时注意：1、前四节是叙述性内容，对于设计螺栓是必不可少的基本知识，、前四节是叙述性内容，对于设计螺栓是必不可少的基本知识，应当结合阅读机械设
5、计手册学习。应当结合阅读机械设计手册学习。2、螺纹及螺纹联接件大都已标准化。设计时，对不太重要的螺纹、螺纹及螺纹联接件大都已标准化。设计时，对不太重要的螺纹联接一般只需根据不同情况进行选用，不需自行设计。对重要的联接一般只需根据不同情况进行选用，不需自行设计。对重要的螺纹联接，设计计算也只是确定螺栓危险截面的直径（螺纹小径），螺纹联接，设计计算也只是确定螺栓危险截面的直径（螺纹小径），螺栓联接的其它部分尺寸由标准选定。但是，在个别特殊情况下，螺栓联接的其它部分尺寸由标准选定。但是，在个别特殊情况下，需要自行设计某种非标准螺纹联接件。需要自行设计某种非标准螺纹联接件。3、螺纹联接的设计主要是螺栓
6、组联接的设计。其设计工作包括两、螺纹联接的设计主要是螺栓组联接的设计。其设计工作包括两部分内容：一是正确进行结构设计，通过受力分析找出受力最大部分内容：一是正确进行结构设计，通过受力分析找出受力最大的螺栓；二是按照单个螺栓联接的强度计算公式来设计这个受力的螺栓；二是按照单个螺栓联接的强度计算公式来设计这个受力最大螺栓的尺寸，其余螺栓则按同样尺寸选用。最大螺栓的尺寸，其余螺栓则按同样尺寸选用。复习思考题复习思考题机械联接可分哪两大类？静联接又可分为哪两类？根机械联接可分哪两大类？静联接又可分为哪两类？根据什么条件划分？选用它们时应考虑哪些因素？据什么条件划分？选用它们时应考虑哪些因素？设计联接时
7、，一般应考虑哪些因素？设计联接时，一般应考虑哪些因素？当一个联接中包含多个危险截面或工作面时，为什么当一个联接中包含多个危险截面或工作面时，为什么要按最薄弱的部位来决定联接的尺寸？要按最薄弱的部位来决定联接的尺寸？在具体的机器上找出几种联接，分析一下为什么要在在具体的机器上找出几种联接，分析一下为什么要在那个部位采用那种联接，你认为采用哪种联接最为合那个部位采用那种联接，你认为采用哪种联接最为合适？为什么？适？为什么？北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 联接联接联接联接被联接件联接件联接联接被联接件被联接件与与联接件联接件的的组合组合北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 联接的类型和应用联接
8、的类型和应用联接的类型联接的类型一、不可拆联接一、不可拆联接破坏联接件或被联接件方能拆卸的联接。铆接、焊接、粘接、过盈配合联接。二、可拆联接二、可拆联接无需破坏零件方可拆卸的联接。螺纹联接、键联接、销联接。北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 联接件预制孔铆钉铆合铆接铆接特点：工艺简单，可靠，耐冲击； 笨重，劳动条件差。应用：目前用于桥梁、飞机制造。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 被联接件局部熔融熔化焊条填充焊缝冷却焊接焊接特点：重量轻，强度高，工艺简单。 残存焊接应力。应用：广泛，单件生产周期短，成本低。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 粘合剂被联接
9、件粘合剂固化粘接粘接特点：重量轻，耐腐蚀，密封好，适用于不同材料。 要求有一定粘接面积。应用：应用于金属三十多年历史。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 粘接应用例粘接应用例粘接的蜗轮被联接件粘接表面涂胶粘剂，经固化。粘接的管道粘接的管件联接的类型和应用北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 被联接件（包容件与被包容件）间存在过 盈量，二者装配后产生压力，工作时 靠摩擦力传递载荷。过盈配合联接过盈配合联接特点：结构简单，定心性好，对轴无削弱，耐冲击性能好。表面精度要求高。过 盈量小时用压入法装配，大时用温差法装配。应用：轻载，定心要求高，不能对轴有削弱之场合。过盈量压入法，温差
10、法联接的类型和应用北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 螺纹联接螺纹联接被联接件螺纹紧固件（拧紧）。被联接件螺纹紧固件（拧紧）。联接的类型和应用北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 键联接键联接被联接件键（定位，传递扭矩）被联接件键（定位，传递扭矩）联接的类型和应用北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 销联接销联接被联接件销（定位，传递不大的载荷）。联接的类型和应用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5 51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
11、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螺纹的牙型螺纹的牙型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
12、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螺纹右旋螺纹潘存云教授研制左旋螺纹左旋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
13、纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线螺纹 一般一般: n 4PSS = 2PPSPS =Pn线螺纹线螺纹: S = n P单线螺纹单线螺纹多线螺纹多线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右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋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
14、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螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋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连接螺纹连接螺纹传动螺纹传动螺纹螺旋传动螺旋传动连接螺纹连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
15、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螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋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连接螺纹连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
16、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。tan=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
17、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连接受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的连接用于一般连接，最常用用于一般连接，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
18、扣。不耐磨，易滑扣。应用：应用：薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。薄壁零件、受动载荷的连接和微调机构。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
19、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
20、 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.
21、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 H=0.866=0.86
22、6P P d d2 2= =d d-0.6495-0.6495P P d d1 1= =d d-1.0825-1.0825P PD 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) M24M241.5(1.5(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 P/8/8P P/8/8P P/8/8H H/4/4D D d dD D2 2
23、 d d2 2 D D1 1 d d1 1 P P/2/2P P/4/43030 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 mm螺距螺距P 中径中径D2、d2 小径小径D1、d10.35 d-1+0.773 d-1+0.621 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1.25 d-1+0.188 d-2+0.647 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 2 d-2+0.701 d-3+0.835 3 d-2+0.052 d-4+0.752 潘存云教授
24、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：Tr488(梯形螺纹，直径梯形螺纹，直径48，螺距，螺距8)P P h 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 95 d d-6 -6 d d-12 -12 10 5.5 0.5 4010 5.5 0.5 40、7070、80 3880 38、
25、4242、65 65 d d-5 -5 d d-10 -10 8 6.5 0.5 488 6.5 0.5 48、52 4652 46、50 50 d d-4 -4 d d-8 -8 4 2.25 0.25 164 2.25 0.25 16、20 18 20 18 d d-2 -2 d d-4 -4 5 2.75 0.25 245 2.75 0.25 24、28 2228 22、26 26 d d-2.5 -2.5 d d-5 -5 6 2.25 0.5 326 2.25 0.5 32、36 3036 30、34 34 d d-3 -3 d d-6 -6 内螺纹内螺纹外螺纹外螺纹dPR1R2D1
26、D4H1D2 d2d3acac30 H4R2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d dd d2 2d d1 1P P用螺纹密封的管用螺纹密封的管螺纹螺纹普通细牙普通细牙螺纹螺纹管管螺纹螺纹非螺纹密封管非螺纹密封管螺纹螺纹（圆柱管壁（圆柱管壁 = 55）用螺纹密封管用螺纹密封管螺纹螺纹（圆锥管壁（圆锥管壁 = 55）60圆锥管圆锥管螺纹螺纹公称直径公称直径管子的公称通径。管子的公称通径。强调与普通螺纹不同55 55 非螺纹密封的管非螺纹密封的管螺纹螺纹d dd d2 2d d1 1P P25 52螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件一、一、 螺纹连接的基本类型
27、螺纹连接的基本类型螺栓连接螺栓连接基基本本类类型型eaal1 1l1 1可承受横向载荷。螺纹余留长度螺纹余留长度l1 铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓静载荷静载荷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; 螺栓轴线到被连接件边缘的螺栓轴线到被连接件边缘的距离距离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d潘存云教授研制d孔与螺杆之孔与螺杆之间留有间隙间留有间隙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一
28、、一、 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基基本本类类型型螺钉连接螺钉连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双头螺柱连接双头螺柱连接 连接件厚，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。5 52螺纹连接的类型
29、及标准连接件螺纹连接的类型及标准连接件d潘存云教授研制一、一、 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基基本本类类型型螺钉连接螺钉连接双头螺柱连接双头螺柱连接紧定螺钉连接紧定螺钉连接紧定螺钉紧定螺钉5 52螺纹连接的类型及标准连接件螺纹连接的类型及标准连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
30、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连接专用螺纹连接T 型螺栓型螺栓 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连接专用螺纹连接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潘存云教授研制
31、圆螺母圆螺母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。专用螺纹连接专用螺纹连接5 53螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧预紧力：预紧力：大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之大多数螺纹连接在装配时都需要拧紧，使之在承受工
32、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：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。载后被连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： 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不拧紧后螺纹连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、概述一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹连接的可靠性，强
33、度和密封均有很大影响。碳素钢螺栓：碳素钢螺栓：F0(0.6(0.60.7) s s A1合金钢螺栓：合金钢螺栓： F0 (0.5(0.50.6) s s A1A1 危险截面积，危险截面积， A1 d d2 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；设预紧力为设预紧力为F F0 0 或预紧力（不受轴向载荷） fc c 摩擦因子。摩擦因子。 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
34、 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 0.2 F F0 0 dFa是由连接要求决定的，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：对于重要的连接，应尽可能采用大于M12的螺栓。F Fa ad0dT测力矩扳手测力矩扳手预紧力控制方法预紧力控制方法: :连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，连接仍有可能松动。高温下的螺栓连接，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。
35、即防止相对转动。F F定力矩扳手定力矩扳手通常螺纹连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。(1)(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潘存云教授研制L LS SL LM ML LS S尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母连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，连接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓连接，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
36、的方法 1. 利用附加摩擦力防松利用附加摩擦力防松弹簧垫圈弹簧垫圈对顶螺母对顶螺母5 53螺纹连接的防松螺纹连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。 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潘存云教授研制潘存云教授研制冲点防松法冲点防松法3. 其它方法防松其它方法防松11.5P用冲头冲用冲头冲2至至3点点粘合法防松粘合法防松涂粘合剂涂粘合剂5 55螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算螺栓连接螺栓连接的主要失的主要失效形式效形式滑扣滑扣 因经常拆装受拉螺栓
37、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 轴向变载荷轴向变载荷断裂断裂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，螺栓连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、松螺栓连接强度计算一、松螺栓连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 ， 许用许用应力应力二、紧螺栓连接强度计算二、紧螺栓连接强度计算FaFa力除以面积设计公式设计公式装配时需要拧紧，在工作状态下可能还需要补
38、充拧紧。1. 仅承受预紧力的紧螺栓连接仅承受预紧力的紧螺栓连接2. 承承受受预紧力和工作拉力预紧力和工作拉力的紧螺栓连接的紧螺栓连接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装配时不须要拧紧螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力F0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连接仅承受预紧力的紧螺栓连接扭转切应力扭转切应力对于对于M10M64的普通钢制螺纹，可取：的普通钢制螺纹，可取： Tan f =0.17， d2 /d1=1.04 1.08, tan 0.5 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M10 M64普通螺纹
39、的钢制紧螺栓连接，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， 预紧预紧力力F0导致接合面所产生的摩擦力应导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷大于横向载荷F。C 可靠性系数，常取可靠性系数，常取 C=1.11.3预紧力预紧力F0 f 摩擦系数，对钢与铸铁，取摩擦系数，对钢与铸铁，取 f =0.10.15m 结合面数结合面数 上图m=1,下图m=2若取若取 f =0.15， C=1.2, m=1, 则则F0 8F结构尺寸大结构尺寸大F
40、FFF/2F/2F0F0F0F0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FF/2F/2潘存云教授研制D2. 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改进措施：改进措施： (1)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(2)采用无间隙的铰制孔用螺栓。采用无间隙的铰制孔用螺栓。设流体压强为设流体压强为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pD2/4F = =ZpFF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 预
41、紧预紧 状态状态潘存云教授研制特别注意，轴向载荷：特别注意，轴向载荷：F2 F0+F加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b被连接件受压缩短被连接件受压缩短m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 被连接件压缩量减少为被连接件压缩量减少为 残余预紧力减少为残余预紧力减少为 F1 很显然很显然 F1F0 被连接件放松了 +bm - - F0F0受载受载变形变形松弛松弛状态状态潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制F2F2F2=F+F1F1F1FFmb F0F0潘存云教授研制潘存云教授研制b连接件变形连接件变形力力螺栓变形螺栓变形力力FbFm螺栓变形螺
42、栓变形力力F2F1FF0F0F0barctanCbarctanCmmm力力螺栓变形螺栓变形arctanCb潘存云教授研制相对刚度系数相对刚度系数F= Fb +Fm=(Cb +Cm ) Cb +CmCbF2 = F0 +FCb +CmCbF1 = F0 F 1 1- -F1= F0- - F= F0 - - Cm F2= F0 + + Fb= F0 + +Cb Cb +CmF=FF2FbF0代入得：代入得：表表54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
43、1静强度条件静强度条件重要场合的螺栓连接，还应进行疲劳强度校核。重要场合的螺栓连接，还应进行疲劳强度校核。设计公式设计公式当工作拉力在当工作拉力在0F之间变化时，之间变化时，螺栓所受总拉力在螺栓所受总拉力在F0 F2之间之间变化。变化。F2 F0 m bF 若不考虑摩擦力矩的影响，有若不考虑摩擦力矩的影响，有DI因为因为min =const , 应力工作点应力工作点M落在落在ODG I区域内，区域内，依据疲劳强度理论有依据疲劳强度理论有其中其中 -1tc 螺栓材料的螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限。对称循环拉压疲劳极限。疲劳极限疲劳极限-1 -1tc10 160220 120 150Q215 1
44、70220 12016035 220300 17022045 250340 19025040Cr 320440 240340材材 料料 材料特性系数材料特性系数碳素钢碳素钢 =0.10.2合金钢合金钢 =0.30.3min-1e-1amOCAS GMM3K 综合影响系数综合影响系数S 安全系数安全系数 见下页潘存云教授研制螺栓连接的安全系数螺栓连接的安全系数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
45、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连接松螺栓连接 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铰制孔用铰制孔用螺栓连接螺栓连接受轴受轴向及向及横向横向载荷载荷的普的普通螺通螺栓连栓连接接紧紧螺螺栓栓连连接接潘存云教授研制潘存云教授研制 这种连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
46、连接接合面处，螺栓杆则受剪切。3 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 F 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铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓FFd0设计时应使设计时应使 Lmin1.25d0d0 螺栓剪切面的直径（可取螺螺栓剪切面的直径（可取螺栓孔直径），单位为栓孔直径），单位为mm；Lmin 螺栓杆与孔壁挤压面的最螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，小高度， 单位为单位为mm。5 56 6螺栓组连接的设计螺栓组连接的设计在设计螺栓组连接时，关键是连接的结
47、构设计。它是根据被连接件的结构和连接的用途，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，保证连接结为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证连接结合面受力均匀，通常连接接合面的几何形状都设计合面受力均匀，通常连接接合面的几何形状都设计成成一、螺栓组连接的结构设计一、螺栓组连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 潘存云教授研制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FF(1) 对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作
48、载荷的方向上对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行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(2)当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。连接接合面的边缘，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(3)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
49、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。潘存云教授研制潘存云教授研制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连接。螺对于压力容器等紧密性要求较高的重要连接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。栓的间距不大于下表所推荐的取值。t0潘存云教授研制螺栓间距t0工作压力/MPa7d 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
50、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支承面倾斜支承面倾斜采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制支承面不平支承面不平保证被连接件，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切削加工支承面切削加工支承面支承面倾斜支承面倾斜潘存云教授研制二、螺栓组连接的受力分析二、螺栓组连接的受力分析受力分析的目的受力分析的目的:
51、 : 根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。受力分析时所作假设受力分析时所作假设: : (1)(1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； (3)(3)受载后连接接合面仍保持为平面。受载后连接接合面仍保持为平面。受力分析的类型：受力分析的类型：(2)(2)螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合；受转矩受转矩受横向载荷受横向载荷受轴向载荷受轴向载荷受倾覆力矩受倾覆力矩M（1）对于
52、铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受工作剪对于铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受工作剪力为力为（2）对于普通螺栓连接对于普通螺栓连接 ，按预紧后接合面间所产生的，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有式中式中 z z为螺栓数目。为螺栓数目。 图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组连接。1 1受横向载荷受横向载荷的螺栓组连接的螺栓组连接Ks为防滑系数，设计中可取为防滑系数，设计中可取Ks =1.11.3。潘存云教授研制铰制孔螺栓铰制孔螺栓FFFF潘存云教授研制普通螺栓或或潘存云教授研制TO潘存云教授研制O采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成
53、的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。2受转矩的螺栓组连接受转矩的螺栓组连接采用普通螺栓，是靠连接预采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩来抵抗转矩T。采用铰制孔用螺栓，是靠采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩压作用来抵抗转矩T。TrmaxFmaxr1f F0f F0r2riFi假设底板受载仍为平面，则螺栓的剪切变形量与距离成正比，F=Kri剪切力与距离r的比值为常数潘存云教授研制D3受轴向载荷的螺栓组连接受轴向载荷的螺栓组连接若作用在螺栓组上轴向总载荷若作用在螺栓组上轴向总载荷F F 作用
54、线与螺栓轴作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为通常，各个螺栓还承受预紧通常，各个螺栓还承受预紧力力F0的作用，当连接要有保证的的作用，当连接要有保证的残余预紧力为残余预紧力为F1时，每个螺栓所时，每个螺栓所承受的总载荷承受的总载荷F2为为F2 = F1 + FpFFF潘存云教授研制潘存云教授研制4受倾覆力矩的螺栓组连接受倾覆力矩的螺栓组连接 倾覆力矩 M 作用在连接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已被拧紧并承受预紧力F0且被拉伸，地基有均匀的压
55、缩。在作用M后，接触面绕0-0线转动一个角度，左边的地基被放松，而螺栓被进一步拉伸；右边的螺栓被放松，而地基被进一步压缩。单个螺栓拉力单个螺栓拉力产生的力矩为产生的力矩为F1F0 F0 p ( F 0引起引起)F2mp2( F1m引起引起)p1( F1引起引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi Li 假设底板受载仍为平面，则螺栓受力与螺栓中心到螺栓组排列中心的距离成正比。螺栓承受的载荷与距离成正比螺栓承受的载荷与距离成正比 潘存云教授研制F1m 强调是基座上的压力Fm F2m F1 F F2 C2 单个螺栓的受力分析单个螺栓的受力分析Om 力力 变形变形 Ob 作用在底板两侧的合力矩与倾覆
56、力矩作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即平衡，即未加倾覆力矩时，工未加倾覆力矩时，工作点在作点在A。Mi=0施加倾覆力矩施加倾覆力矩M时，时，左边的螺栓，工作点移至左边的螺栓，工作点移至B1 和和C1 右边的螺栓，工作点移至右边的螺栓，工作点移至B2 和和C2 左边螺栓总拉力增加，右边螺栓总拉力减小。F2 F2m C1 B2 B1 求得最大工作载荷A F0 螺栓的总拉力螺栓的总拉力为防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出为防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求现间隙，要求连接接合面材料的许用挤压应力材料 钢 铸铁 混凝土 砖(水泥浆缝) 木材p(MPa) 0.8 S (0
57、.40.5)B 2.03.0 1.52.0 2.04.0直接引用前面的结论5 57螺栓的材料和许用应力螺栓的材料和许用应力一、螺纹连接件一、螺纹连接件材料材料螺栓、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，螺纹连接件是按其性能等级选用的。对于一定性能等级的螺纹连接件应具备一
58、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。普通垫圈：普通垫圈：Q235、15、 35 弹簧垫圈：弹簧垫圈： 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：要选用高的性能等级，重要场合：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、螺纹连接件的许用应力二、螺纹连接件的许用应力 螺纹连接件的许用应力与载荷性质螺纹连接件的许用应力与载荷性质( (静、变载荷静、变载荷)
59、)、装配情况装配情况( (松、紧连接松、紧连接) )、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 许用切应力和挤压应力许用切应力和挤压应力 被连接件为钢被连接件为钢被连接件为铸铁被连接件为铸铁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。潘存云教授研制螺栓连接的安全系数螺栓连接的安全系数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
60、型受载类型 静载荷静载荷 变载荷变载荷松螺栓连接松螺栓连接 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铰制孔用铰制孔用螺栓连接螺栓连接受轴受轴向及向及横向横向载荷载荷的普的普通螺通螺栓连栓连接接紧紧螺螺栓栓连连接接5 58提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连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
61、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F2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+ CmCbF0 F0 +F总拉伸载荷的总拉伸载荷的F2变化范围变化范围 Cb 或或 Cm F2变化范围变化范围F 提高螺栓连接强度的措施有哪些呢？ 以螺栓连接为例，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高连接系统的可靠性。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
62、措施（ Cb Cm , F0 F0 ）F F F1 F2 F2FF m F1 bF0m 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 F F2 2 F F3 3 F F4 4 F F5 510圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。螺螺栓栓杆杆F F潘存云教授研制螺螺栓栓杆杆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
63、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连接。在重要场合或大型连接。潘存云教授研制采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构潘存云教授研制潘存云教授研制三、减小应力集中三、减小应力集中1.1.增大过渡圆角增大过渡圆角2.2.切制卸载槽切制卸载槽r r四、避免或减小附加应力四、避免
64、或减小附加应力3.3.卸载过渡结构卸载过渡结构要从结构、制造与装配精度采取措施。要从结构、制造与装配精度采取措施。潘存云教授研制支承面不平支承面不平切削加工支承面切削加工支承面潘存云教授研制潘存云教授研制五、采用特殊制造工艺五、采用特殊制造工艺冷镦头部、辗压螺纹冷镦头部、辗压螺纹疲劳强度提高疲劳强度提高30% 比车削 表面处理：表面处理： 氰化、氮化也能氰化、氮化也能提高疲劳强度。提高疲劳强度。球面垫圈球面垫圈采用球面垫圈和腰采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺栓的环螺栓可以保证螺栓的装配精度。装配精度。潘存云教授研制腰环螺栓腰环螺栓潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制复习思考题1.常用的螺
65、纹有哪几类？它们各有什么特点？其中哪些已标准化？常用的螺纹有哪几类？它们各有什么特点？其中哪些已标准化？2 .例举常用的螺纹联接零件例举常用的螺纹联接零件,螺纹联接有哪几种基本类型？各适用于什么场合螺纹联接有哪几种基本类型？各适用于什么场合？3 .螺纹联接为什么要预紧？预紧力的大小如何保证？螺纹联接为什么要预紧？预紧力的大小如何保证？4 .螺纹联接常用的防松方法有哪几种？它们是如何防松的？其可靠性如何？螺纹联接常用的防松方法有哪几种？它们是如何防松的？其可靠性如何？5 .在受横向载荷的螺栓组联接中，什么情况下宜采用铰制孔用螺栓？在受横向载荷的螺栓组联接中，什么情况下宜采用铰制孔用螺栓？6 .什
66、么叫螺栓刚度？什么叫被联接件刚度？什么叫螺栓刚度？什么叫被联接件刚度？7 .在受倾覆力矩的螺栓组联接中，地基和螺栓的刚度对载荷的分配有什么影在受倾覆力矩的螺栓组联接中，地基和螺栓的刚度对载荷的分配有什么影响？响？8 .受拉伸载荷作用的紧螺栓联接中，为什么总载荷不是预紧力和拉伸载荷之受拉伸载荷作用的紧螺栓联接中，为什么总载荷不是预紧力和拉伸载荷之和？和？9 .提高螺栓刚度的措施有哪些？这些措施中哪些主要是针对静载荷？哪些主提高螺栓刚度的措施有哪些？这些措施中哪些主要是针对静载荷？哪些主要是针对变载荷？要是针对变载荷？10 .为什么有些汽缸盖联接螺栓采用细腰结构的长螺栓？为什么有些汽缸盖联接螺栓采
67、用细腰结构的长螺栓？11 .螺纹联接的常用材料是什么？对螺栓和螺母的材料有什么要求？螺纹联接的常用材料是什么？对螺栓和螺母的材料有什么要求？北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 已知：支架和底板用2个受拉螺栓连接。支架和底板的材料为HT200、螺栓的材料为Q235，支架重量不计。P=3000N、30、A200mm、B50mm、2l250mm、H1300mm、 H2200mm、C60mm，试设计此螺栓连接。 习题课： 螺栓连接设计实例北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 分析：此螺栓组采用受拉螺栓、并有轴向工作载荷，设计公式如下：其中受力最大螺栓的总拉力F2 、螺栓的许用拉应力 为未知量。 通过
68、查表得到， F2 通过受力分析获得。 为计算方便，我们采用后一公式求F2。则首先应求出受力最大螺栓的工作载荷Fmax和预紧力F0。一、螺栓组连接受力分析北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 1.力系简化力系简化2. 受力最大螺栓工作拉力受力最大螺栓工作拉力Fmax北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 3、分析可能的失效形式强度不满足在横向载荷R的作用下，支架有向下滑移的可能在轴向载荷Q的和倾覆力矩M的作用下，结合面上部可能离缝；在轴向载荷Q的和倾覆力矩M的作用下，支架或底板下部被压溃。北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 4、 确定确定F0？（2）不滑移条件（1）不离缝条件北京林业大学专用 作
69、者： 潘存云教授 把相关数据代入、式：取F08539N5、 计算F2北京林业大学专用 作者： 潘存云教授 二、螺栓参数确定 按粗牙普通螺纹标准，选用螺纹公称直径d=12mm（螺纹小径的=10.106mm9.7mm）一、螺旋传动的类型和应用一、螺旋传动的类型和应用调整螺旋调整螺旋静压螺旋静压螺旋类类型型运动形式有运动形式有5 59螺旋传动螺旋传动螺母固定，螺杆转动并移动螺母固定，螺杆转动并移动 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。作用：回转运动作用：回转运动 直线运动，同时传递动力。直线运动，同时传递动力。螺杆转动，螺母移动螺杆转动，螺母移动 刀架刀架 按用按用途分途分传力螺旋传力
70、螺旋传导螺旋传导螺旋滑动螺旋滑动螺旋滚动螺旋滚动螺旋按摩擦按摩擦性质分性质分传递动力传递动力 传递运动传递运动, ,要求精度高要求精度高调整相对位置调整相对位置应用实例为车床刀架溜板潘存云教授研制潘存云教授研制调整螺旋调整螺旋调整螺旋调整螺旋应用实例应用实例 起重设备（起重设备（千斤顶千斤顶）锻压机械锻压机械(压力机压力机)潘存云教授研制潘存云教授研制应用实例应用实例 工件夹紧装置(锯床)潘存云教授研制潘存云教授研制应用实例应用实例 潘存云教授研制钳工虎钳钳工虎钳 潘存云教授研制千分尺千分尺 整体螺母整体螺母组合螺母组合螺母剖分螺母剖分螺母螺母结构螺母结构潘存云教授研制组合螺母组合螺母潘存云教
71、授研制调整楔快调整楔快固定螺钉固定螺钉调整螺钉调整螺钉二、滑动螺旋的结构和材料二、滑动螺旋的结构和材料 滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系。结构有直接关系。1. 结构结构 潘存云教授研制剖分螺母剖分螺母潘存云教授研制螺旋副材料要求：螺旋副材料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦因子小足够的强度、耐磨性、摩擦因子小2. 滑动螺旋的材料滑动螺旋的材料螺杆材料螺杆材料: : Q257、45、50钢，或钢，或T12、40Cr、65Mn 螺母材料螺母材料:
72、 : ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl10Fe3.螺杆螺杆- -螺母材料螺母材料 滑动速度滑动速度 m/min m/min 许用压力许用压力/MPa /MPa 摩擦因子摩擦因子 低速低速 181825 25 3 11 3 1118 18 6 61212 7 710 10 1515 1 12 淬火钢青铜淬火钢青铜 钢青铜钢青铜 钢铸铁钢铸铁 钢钢钢钢 6 61212 10 1013 0.060.08 2.42.4 13 1318 6 61212 4 47 低速低速 7.57.513 0.11 0.110.170.17 0.08 0.080.1 0.12 0.120.15
73、 滑动螺旋副材料的许用压力滑动螺旋副材料的许用压力pp及摩擦因子及摩擦因子 潘存云教授研制三、滑动螺旋传动的设计计算三、滑动螺旋传动的设计计算承受载荷承受载荷: 转矩、轴向力转矩、轴向力 设计准则：设计准则：按耐磨损确定直径，选择螺距按耐磨损确定直径，选择螺距校核螺杆、螺母强度等。校核螺杆、螺母强度等。主要失效形式主要失效形式: 螺牙的磨损螺牙的磨损滑动螺旋副材料的许用应力滑动螺旋副材料的许用应力许用应力许用应力/MPa螺旋副材料螺旋副材料螺杆螺杆 钢钢 /(35)螺母螺母青铜青铜 4060 3040铸铁铸铁 4555 40钢钢 (0.10.2) 0.6 b 注：注：1) s 为材料的屈服极限
74、；为材料的屈服极限； 2)载荷稳定时，许用应力取大值。载荷稳定时，许用应力取大值。对螺旋传动的要求对螺旋传动的要求: : 强度足够强度足够, , 耐磨耐磨, , 摩擦因子小摩擦因子小. .螺杆材料螺杆材料: : Q257、45、50钢，或钢，或T12、40Cr、65Mn螺母材料螺母材料: : ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、 ZCuAl10Fe3。失效形式失效形式: : 磨损磨损 通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺旋各主要参数，而后对可能发生的其它失效一一校核。耐磨性计算耐磨性计算校核公式：校核公式：影响磨损的原因很多，目前还没有完善的计算方法，通常是限
75、制螺纹接触处的压强。p = p d2 hzFaFa为轴向力；为轴向力； z z为参加接触的螺纹圈数；为参加接触的螺纹圈数； d2为螺纹中为螺纹中径；径；h h为螺纹的工作高度；为螺纹的工作高度； p p 为许用压强。为许用压强。速度速度v4 精密螺杆或水平安装精密螺杆或水平安装螺杆的稳定性条件为螺杆的稳定性条件为螺杆长度系数，由下表确定。螺杆长度系数，由下表确定。I 为螺杆危险截面的惯性矩 l(2)当螺杆一端以螺母支承时，当螺杆一端以螺母支承时， l 取取从螺母中部到另一支点上的距离。从螺母中部到另一支点上的距离。l 为螺杆的工作长度为螺杆的工作长度:(1) 当螺杆两端支承时，当螺杆两端支承时
76、， l 取两支点取两支点间的距离；间的距离；l(1)若采用滑动支承时，则以轴承长度若采用滑动支承时，则以轴承长度l0与直径与直径d0的比值来确定：的比值来确定： l0 / d0 3 为固定支承。为固定支承。(3) 若以剖分螺母作为支承时，可作为不完全固定支承。若以剖分螺母作为支承时，可作为不完全固定支承。(2) 若以整体螺母作为支承时，仍按上述方法确定。但取若以整体螺母作为支承时，仍按上述方法确定。但取 l /H 判断螺杆端部支承情况的方法：判断螺杆端部支承情况的方法：H为螺母高度(4) 若采用滚动轴承支承，且有径向约束时，可作为铰支；若采用滚动轴承支承，且有径向约束时，可作为铰支； 有径向和
77、轴向约束时，可作为固定支承。有径向和轴向约束时，可作为固定支承。螺杆长度系数螺杆长度系数两端支承情况两端支承情况 长度系数长度系数 两端固定两端固定 0.50一端固定，一端不完全固定一端固定，一端不完全固定 0.60一端铰支，一端不完全固定一端铰支，一端不完全固定 0.70两端不完全固定两端不完全固定 0.75两端铰支两端铰支 1.00一端固定，一端自由一端固定，一端自由 2.0临界载荷临界载荷F Fcrcr与材料、螺杆长细比与材料、螺杆长细比=l / i 有关。有关。（1 1）当）当100100时时, , 临界载荷为临界载荷为Fcr = N(l)22EIi 螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面
78、面积螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=d12/4则则 i = I/A =d1/4E螺杆的弹性模量螺杆的弹性模量, ,对于钢对于钢 E E=2.06=2.0610105 5 MPa MPa系数含义随后解释I危险截面惯性距危险截面惯性距, , I I= =d14/64（2 2）当）当4040 100100时时Fc = (304- -1.12) 4d12对对B 370 MPa的碳素钢，取的碳素钢，取Fc = (461- -2.57) 4d12对对B 470 MPa的优质碳素钢（如的优质碳素钢（如35、40钢），取钢），取（3 3）当）当4040时，不必进行稳定性校核时，不必进行稳定性校核稳定
79、性校核的条件：稳定性校核的条件：Fa SFc为稳定性校核的安全系数，取为稳定性校核的安全系数，取 S=2.54当不满足条件时，应增大螺纹小径当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。外循环外循环在螺旋和螺母之间设有封闭的循环滚道，其间充以滚珠，这样就使螺旋面的滑动摩擦成为滚动摩擦。四、四、 滚动螺旋简介滚动螺旋简介滑动摩擦滑动摩擦 滚动摩擦滚动摩擦组成：组成：螺杆、螺杆、螺母、滚珠螺母、滚珠返回通道返回通道类型：类型：外循环、内循环外循环、内循环不离开螺旋表面，每圈有一个反向器内循环内循环螺旋螺旋反向器（返回通道）反向器（返回通道）返回通道返回通道返回通道返回通道优点：优点：( (1)1)摩擦损失小
80、、摩擦损失小、效率在效率在90%以上；以上； 缺点：缺点：( (1)1)结构复杂、制造困难；结构复杂、制造困难；应用实例：应用实例：飞机机翼和起落架的控制、水闸的升降、飞机机翼和起落架的控制、水闸的升降、 数控机床、机器人。数控机床、机器人。 (2)磨损很小，传动精度高；磨损很小，传动精度高；(3)不自锁，可实现直线不自锁，可实现直线 旋转运动转换；旋转运动转换；(2)(2)有些机构为防止逆转需要另加自锁机构。有些机构为防止逆转需要另加自锁机构。实践作业在五金店购买10种不同头部结构、不同大径的普通螺栓，3种铰制孔用螺栓，记住其规格型号，在课堂进行分辨，并讲述预紧该种螺栓需要使用的工具。查找牙型分别为三角形（粗牙、细牙）、矩形、梯形和锯齿形螺纹的应用范例，并说明范例中使用该种牙型螺纹的原因。书面作业5-4、5-5、5-6螺旋千斤顶设计设计作业
