三螺紋聯(lián)接課程第1頁/共115頁第三章

螺紋聯(lián)接

一、螺紋的形成及其分類

第一節(jié)

螺紋及螺紋參數(shù)

（一）螺紋的形成1.螺旋線的形成sd2d2第2頁/共114頁第2頁/共115頁第三章

螺紋聯(lián)接

第一節(jié)

螺紋及螺紋參數(shù)

右旋、單頭左旋、單頭第3頁/共114頁第3頁/共115頁右旋、雙頭第4頁/共114頁第4頁/共115頁2、螺紋的形成右旋單線三角螺紋的形成右旋雙線三角螺紋的形成右旋雙線矩形螺紋的形成左旋雙線矩形螺紋的形成第5頁/共114頁第5頁/共115頁（二）螺紋的分類普通螺紋管螺紋自攻螺釘用螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋1.按牙型分:第6頁/共114頁第6頁/共115頁2.按螺紋分布的部位，可分為外螺紋和內(nèi)螺紋。外螺紋——在圓柱孔的外表面形成的螺紋內(nèi)螺紋——在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋3.根據(jù)螺旋線繞行方向：左旋、右旋。內(nèi)外螺紋兩者旋合組成的運(yùn)動(dòng)副稱為螺紋副或螺旋副。4.根據(jù)螺旋線的數(shù)目，分為單線螺紋和多線螺紋。單線螺紋用于聯(lián)接，多線螺紋用于傳動(dòng)。第7頁/共114頁第7頁/共115頁二、普通螺紋的主要參數(shù)1.大徑d：最大直徑螺紋的公稱直徑。2.小徑d1：最小直徑常用于聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算3.中徑d2

－軸向剖面內(nèi)牙厚等于牙間寬處的圓柱直徑。dd2d1常用于聯(lián)接的幾何計(jì)算第8頁/共114頁第8頁/共115頁4.螺距PP5.導(dǎo)程SSd2S＝nP第9頁/共114頁第9頁/共115頁6.升角y：在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直其軸線的平面所夾的夾角d2ySy第10頁/共114頁第10頁/共115頁7.牙型角αα8.牙側(cè)角對(duì)于對(duì)稱牙型第11頁/共114頁第11頁/共115頁第二節(jié)螺紋聯(lián)接

一、螺旋副的受力分析、效率和自鎖

第12頁/共114頁第12頁/共115頁T1問題的提出：1.力關(guān)系2.效率問題螺旋千斤頂Q第13頁/共114頁第13頁/共115頁3.自鎖問題問題的提出：1.力關(guān)系2.效率問題螺旋千斤頂Q第14頁/共114頁第14頁/共115頁一、矩形螺旋副T11.力關(guān)系式第15頁/共114頁第15頁/共115頁T1d21.力關(guān)系式FFQQ第16頁/共114頁第16頁/共115頁y1.力關(guān)系式T1Q第17頁/共114頁第17頁/共115頁1.力關(guān)系式摩擦角r

：

Q+ρQNRFfFRF第18頁/共114頁第18頁/共115頁1.力關(guān)系式摩擦角r

：

d2FρQNRFfF第19頁/共114頁第19頁/共115頁

當(dāng)螺母旋轉(zhuǎn)一周時(shí):2.螺旋副的效率輸入功：輸出功：T1S第20頁/共114頁第20頁/共115頁

當(dāng)螺母旋轉(zhuǎn)一周時(shí):輸入功：輸出功：2.螺旋副的效率QS效率:第21頁/共114頁第21頁/共115頁在工程應(yīng)用中：010203040506070809010080604020螺紋升角效率h（%）2.螺旋副的效率第22頁/共114頁第22頁/共115頁3.螺旋副的自鎖

QNFfρFR-ρQFR當(dāng)

≤

時(shí)，≤０自鎖條件：第23頁/共114頁第23頁/共115頁螺旋副自鎖的用處：連接用的螺旋副，緊固物件可自動(dòng)防松；螺旋千斤頂舉重物，可自動(dòng)防止重物下落。第24頁/共114頁第24頁/共115頁小結(jié)：矩形螺旋副力關(guān)系、效率、自鎖條件第25頁/共114頁第25頁/共115頁二、非矩形螺旋副設(shè)y＝０第26頁/共114頁第26頁/共115頁Ｎ＝QFf

＝fN

＝fQN＝Q/cos

Ff

＝fN＝fQ/cos

第27頁/共114頁第27頁/共115頁Ｎ＝QFf

＝fN

＝fQN＝Q

/cos

Ff

＝fN＝fQ/cos

fv——當(dāng)量摩擦因數(shù)。

rv——當(dāng)量摩擦角。

第28頁/共114頁第28頁/共115頁非矩形螺旋副力關(guān)系、效率、自鎖條件第29頁/共114頁第29頁/共115頁討論：

1.當(dāng)螺紋升角y一定時(shí)，螺紋的牙型斜角b愈大，則fv（或rv）愈大，效率愈低，但自鎖性愈好。因而在幾種牙型的螺紋中，三角形螺紋自鎖性最好，其次為梯形、鋸齒形螺紋、矩形螺紋自鎖性最差，傳動(dòng)效率則與此相反。

2.當(dāng)fv（或rv）一定時(shí)，一般升角y愈小，螺紋效率愈低，愈易自鎖。故單線螺紋多用于聯(lián)接，多線螺紋則常用于傳動(dòng)。

因此三角形螺紋用于聯(lián)接，梯形、鋸齒形螺紋、矩形螺紋用于傳動(dòng)。第30頁/共114頁第30頁/共115頁第三節(jié)

螺紋聯(lián)接的主要類型和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件

一、機(jī)械設(shè)備中的常用螺紋

螺紋

聯(lián)接用螺紋

傳動(dòng)用螺紋

三角形螺紋

矩形、梯形和鋸齒形螺紋

第31頁/共114頁第31頁/共115頁二、螺紋聯(lián)接的主要類型

1.螺栓聯(lián)接1)普通螺栓聯(lián)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(jiǎn)單，裝拆方便，可多次裝拆，應(yīng)用較廣。2)鉸制孔螺栓聯(lián)接——鉸制孔用螺栓能精確固定聯(lián)接件的相對(duì)位置并能承受橫向載荷，但對(duì)孔的加工精度要求高。第32頁/共114頁第32頁/共115頁2.雙頭螺栓聯(lián)接——雙頭螺柱旋緊在被聯(lián)接件之一的螺孔中，用于因結(jié)構(gòu)限制不能用螺栓聯(lián)接的地方（如被聯(lián)接之一太厚）或希望結(jié)構(gòu)較緊湊且經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。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。第33頁/共114頁第33頁/共115頁4、緊定螺釘聯(lián)接——擰入后，利用桿末端頂住另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(duì)位置?？蓚鬟f不大的軸向力或扭矩。第34頁/共114頁第34頁/共115頁吊環(huán)螺釘聯(lián)接特殊聯(lián)接：地腳螺栓聯(lián)接第35頁/共114頁第35頁/共115頁三、標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件螺紋聯(lián)接件的類型很多，在機(jī)械設(shè)備中常見的有螺栓、雙頭螺栓、螺釘、螺母和墊圈等。這類零件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸都已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。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——螺紋部分直徑較小第36頁/共114頁第36頁/共115頁2.雙頭螺柱——兩端帶螺紋A型——有退刀槽B型——無退刀槽第37頁/共114頁第37頁/共115頁3.螺釘與螺栓區(qū)別——要求螺紋部分直徑較粗，全螺紋。第38頁/共114頁第38頁/共115頁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——壓入軸上凹坑中，適于緊定空心軸上零件的位置輕材料和金屬薄板。5.自攻螺釘——由螺釘攻出螺紋第39頁/共114頁第39頁/共115頁6.螺母六角螺母：標(biāo)準(zhǔn)，扁，厚第40頁/共114頁第40頁/共115頁圓螺母+止退墊圈——帶有缺口，應(yīng)用時(shí)帶翅墊圈內(nèi)舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊第41頁/共114頁第41頁/共115頁7.墊圈第42頁/共114頁第42頁/共115頁第四節(jié)

螺紋聯(lián)接的擰緊和防松

一、螺紋聯(lián)接的擰緊

螺紋擰緊的目的：增強(qiáng)螺紋的聯(lián)接的可靠性、緊密性和防松能力。

預(yù)緊力F′：大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)都需要擰緊，使之在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用，這個(gè)預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。

第43頁/共114頁第43頁/共115頁1.確定擰緊力矩

T≈0.2F

d (3-9)一般標(biāo)準(zhǔn)扳手的長度L≈15d,若擰緊力為F，則T=FL,由（3-9）式可得：F′≈75F。假定F=200N，則F′=15000N。

如果用這個(gè)預(yù)緊力擰緊M12以下的鋼制螺栓，就很可能過載折斷。因此，對(duì)于重要的聯(lián)接，應(yīng)盡可能不采用直徑過?。ɡ缧∮贛12）的螺栓。必須使用時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制其擰緊力矩。

第44頁/共114頁第44頁/共115頁2.控制預(yù)緊力的方法

利用控制擰緊力矩的方法來控制預(yù)緊力的大小。通?？刹捎脺y(cè)力矩扳手或定力矩扳手，對(duì)于重要的螺栓聯(lián)接，也可以采用測(cè)定螺栓伸長的方法來控制預(yù)緊力。

動(dòng)畫

動(dòng)畫第45頁/共114頁第45頁/共115頁二、螺紋聯(lián)接的防松

2、防松原理消除（或限制）螺紋副之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或增大相對(duì)運(yùn)動(dòng)的難度。按工作原理的不同，防松方法分為摩擦防松、機(jī)械防松、永久止動(dòng)防松等。

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(huì)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，從而使螺紋聯(lián)接松動(dòng)，如經(jīng)反復(fù)作用，螺紋聯(lián)接就會(huì)松馳而失效。因此，必須進(jìn)行防松，否則會(huì)影響正常工作，造成事故。第46頁/共114頁第46頁/共115頁3、防松辦法及措施1）摩擦防松雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等第47頁/共114頁第47頁/共115頁第48頁/共114頁第48頁/共115頁第49頁/共114頁第49頁/共115頁彈簧墊圈1）摩擦防松第50頁/共114頁第50頁/共115頁自鎖螺母1）摩擦防松第51頁/共114頁第51頁/共115頁

以特殊技術(shù)使特殊的工程樹脂材料永久粘付在螺牙上，利用工程樹脂材料的反彈性，使螺栓和螺母在鎖緊過程中通過擠壓工程樹脂材料產(chǎn)生強(qiáng)大的摩擦力，達(dá)到對(duì)震動(dòng)及沖擊的絕對(duì)阻力，徹底解決了螺絲的松動(dòng)問題。第52頁/共114頁第52頁/共115頁2）機(jī)械防松開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動(dòng)墊圈，止動(dòng)墊片，串聯(lián)鋼絲等。開槽螺母與開口銷第53頁/共114頁第53頁/共115頁2）機(jī)械防松圓螺母與止動(dòng)墊圈第54頁/共114頁第54頁/共115頁2）機(jī)械防松止動(dòng)墊片第55頁/共114頁第55頁/共115頁2）機(jī)械防松串聯(lián)鋼絲第56頁/共114頁第56頁/共115頁防盜裝置第57頁/共114頁第57頁/共115頁3）永久防松：端鉚、沖點(diǎn)、點(diǎn)、粘合防松緊固的新工藝:

微型膠囊防松緊固加工工藝。當(dāng)緊固件安裝進(jìn)去時(shí)，膠囊就會(huì)破裂，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使之凝固。但以前的這種加工需要較長的凝固時(shí)間，而且保管時(shí)間也比較短，在使用方法與穩(wěn)定上都給使用者帶來很多不便。

Precote?作為一種化學(xué)氈合劑，他的主要特性就是環(huán)氧樹脂與固化劑各自獨(dú)立包裝在微型膠囊里。這種專利技術(shù)與只有一種成分的膠囊包裝工藝相比，他的壽命更長。而且可以避免由于潮濕或溶劑反應(yīng)而使之提前固化。第58頁/共114頁第58頁/共115頁第五節(jié)螺栓組聯(lián)接的受力分析

螺栓組聯(lián)接受力分析的目的：

根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和載荷情況，求出聯(lián)接中受載最大的螺栓及其載荷，為螺栓強(qiáng)度計(jì)算提供依據(jù)。

前提（假設(shè)）：(1)各螺栓材料、尺寸、擰緊力均相同。(2)受力后材料變形在彈性范圍內(nèi)。(3)被聯(lián)接件為剛性不變形，只有地基變形。(4)接合面形心與螺栓組形心重合，受力后其接縫面仍保持平面。第59頁/共114頁第59頁/共115頁一、受軸向載荷Q的螺栓組聯(lián)接單個(gè)螺栓工作載荷為：F=Q/ZQ——軸向外載荷

Z——螺栓個(gè)數(shù)第60頁/共114頁第60頁/共115頁二、受橫向載荷R的螺栓組聯(lián)接載荷R的作用線通過螺栓組形心，并與螺栓軸線垂直。載荷R可以通過受拉或受剪螺栓聯(lián)接來傳遞。1.受拉螺栓聯(lián)接

每個(gè)螺栓需要的預(yù)緊力為：式中Kf——可靠性系數(shù)，Kf=1.1~1.3；fs——接合面間的摩擦系數(shù)，對(duì)于鋼或鑄鐵的干燥加工表面fs=0.10~0.16，當(dāng)加工表面沾有油污時(shí)fs=0.06~0.10；

（3－11）第61頁/共114頁第61頁/共115頁2.受剪螺栓聯(lián)接

設(shè)聯(lián)接螺栓數(shù)目為z,則每個(gè)螺栓受到橫向工作剪力為：(3-12)第62頁/共114頁第62頁/共115頁三、受旋轉(zhuǎn)力矩T的螺栓組聯(lián)接1.受拉螺栓聯(lián)接則各個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力為：

假設(shè)各螺栓的預(yù)緊力相同，而且各螺栓聯(lián)接處產(chǎn)生的摩擦力集中作用在螺栓中心，并垂直于螺栓中心與底板旋轉(zhuǎn)中心的連線。聯(lián)接件不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的條件為：

(3－13)第63頁/共114頁第63頁/共115頁2.受剪螺栓聯(lián)接在旋轉(zhuǎn)力矩T作用下,各螺栓受的橫向工作剪力Fs與螺栓中心到底板旋轉(zhuǎn)中心的連線垂直,計(jì)算中不考慮結(jié)合面摩擦力的影響,按底板靜力平衡條件得根據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件，各螺栓的剪切變形量與螺栓中心到底板旋轉(zhuǎn)中心的距離成正比。由于螺栓的剪切剛度相同，所以各螺栓受的橫向工作剪力也與這個(gè)距離成正比，即

或?qū)⒋耸酱肷鲜降?/p>

第64頁/共114頁第64頁/共115頁或(3-14)式中Fsi——第i個(gè)螺栓承受的橫向工作剪力；Fsmax——受載最大（離螺栓組形心最遠(yuǎn)）的螺栓承受的橫向工作剪力；ri——第i個(gè)螺栓中心至底板旋轉(zhuǎn)中心的距離；rmax——受載最大的螺栓中心至底板旋轉(zhuǎn)中心的距離。

第65頁/共114頁第65頁/共115頁四、受翻轉(zhuǎn)力矩M的螺栓組聯(lián)接

假設(shè)被聯(lián)接件（基座）有一定的彈性，而底板剛性很大，接合面始終保持平面，在M作用下底板有繞螺栓組對(duì)稱軸線O-O翻轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，各螺栓承受的預(yù)緊力F′相等，拉伸剛度相同。

設(shè)單個(gè)螺栓工作載荷為Fi，取板為受力對(duì)象，由靜平衡條件得或第66頁/共114頁第66頁/共115頁根據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件，各螺栓的拉伸變形量與螺栓中心至底板翻轉(zhuǎn)軸線O-O的距離Li成正比。由于螺栓的拉伸剛度相同，所以各螺栓的工作拉力Fi與距離Li成正比，即

或?qū)⒋耸酱肷鲜降?/p>

或（3－15）式中Fmax——受載最大（離翻轉(zhuǎn)軸線O-O距離最遠(yuǎn)）的螺栓承受的軸向工作拉力；Fi——第i個(gè)螺栓承受的軸向工作拉力；Lmax——受載最大的螺栓中心至底板翻轉(zhuǎn)軸線的距離；Li——第i個(gè)螺栓中心至底板翻轉(zhuǎn)軸線的距離。

第67頁/共114頁第67頁/共115頁1.接合面右邊不被壓潰的條件

（3－16）2.接合面左邊出現(xiàn)間隙的條件

（3－17）式中F′——每個(gè)螺栓的預(yù)緊力（N）；z——螺栓數(shù)目：A——接合面面積（mm2），如圖3-18所示，A=ab-ab1；W——接合面對(duì)O-O軸的抗彎截面模量（mm3），；[sp]——接合面材料的許用擠壓應(yīng)力(MPa)，應(yīng)接強(qiáng)度較弱者選取，其值列于表3-5。

第68頁/共114頁第68頁/共115頁

在工程中螺栓組聯(lián)接受力情況很復(fù)雜，實(shí)際使用中螺栓組聯(lián)接所受的載荷是以上四種簡(jiǎn)單受力狀態(tài)的不同組合。計(jì)算時(shí)只要分別計(jì)算出螺栓組在這些簡(jiǎn)單受力狀態(tài)下每個(gè)螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來，便得到每個(gè)螺栓的總工作載荷，再對(duì)受力最大的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算即可。第69頁/共114頁第69頁/共115頁第六節(jié)

螺紋聯(lián)接的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則

一、螺栓聯(lián)接的失效形式

對(duì)于受拉螺栓，其失效形式主要是螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂。對(duì)于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓桿被剪斷或螺栓桿和孔壁的貼合面被壓潰。第70頁/共114頁第70頁/共115頁第71頁/共114頁第71頁/共115頁第72頁/共114頁第72頁/共115頁第73頁/共114頁第73頁/共115頁二、螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則

對(duì)于受拉螺栓，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是保證螺栓的靜力或疲勞抗拉強(qiáng)度；對(duì)于受剪螺栓其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是保證聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度和螺栓的抗剪強(qiáng)度，其中聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度對(duì)聯(lián)接的可靠性起決定性作用。

第74頁/共114頁第74頁/共115頁第七節(jié)

螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算

螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算的目的是：根據(jù)強(qiáng)度條件確定螺栓直徑或校核其強(qiáng)度，而螺栓和螺母的螺紋牙及其他各部分尺寸均按標(biāo)準(zhǔn)選定。螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算主要與聯(lián)接的裝配情況（預(yù)緊或不預(yù)緊）、外載荷的性質(zhì)和材料性能等有關(guān)。第75頁/共114頁第75頁/共115頁（一）松螺栓聯(lián)接如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，只有工作載荷F起拉伸作用，強(qiáng)度條件為：——驗(yàn)算用——設(shè)計(jì)用式中

d1—螺紋小徑，mm；[s]—松螺栓聯(lián)接的許用拉應(yīng)力，MPa，其值見表3-6。一、受拉螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算

或第76頁/共114頁第76頁/共115頁（二）緊螺栓聯(lián)接

1．只受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接

擰緊螺母時(shí)，螺栓除受預(yù)緊力F′產(chǎn)生的拉應(yīng)力s外，還受螺紋力矩T1產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力t作用。螺栓危險(xiǎn)剖面上產(chǎn)生的拉應(yīng)力s和扭剪應(yīng)力t分別為第77頁/共114頁第77頁/共115頁對(duì)于常用的M10~M68的鋼制普通螺栓，可取、、，則。故螺紋部分的強(qiáng)度條件為

——驗(yàn)算用

——設(shè)計(jì)用

式中

[s]——緊聯(lián)接螺栓的許用拉應(yīng)力（MPa）

由于鋼制螺栓是塑性材料，根據(jù)第四強(qiáng)度理論其當(dāng)量應(yīng)力為

由此可見，同時(shí)受拉伸和扭轉(zhuǎn)作用的緊聯(lián)接螺栓，可把拉力增大30%當(dāng)純拉伸來計(jì)算螺栓的強(qiáng)度，以考慮螺紋力矩的影響，這樣把拉扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)化為純拉伸來處理，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算手續(xù)，故又稱簡(jiǎn)化計(jì)算法

。第78頁/共114頁第78頁/共115頁但由式（3-11）可知，當(dāng)m=1，fs=0.15，Kf=1.2時(shí)，螺栓需要的預(yù)緊力F′=8R。因而所需螺栓尺寸較大，如有沖擊、振動(dòng)或變載荷作用時(shí)，聯(lián)接的可靠性更差。（3－11）為避免上述缺點(diǎn)，增加可靠性，減小直徑，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高承載能力，可采用各種抗剪元件來傳遞橫向載荷，如用銷、套簡(jiǎn)、鍵等，如圖3-21所示。其強(qiáng)度計(jì)算與受剪螺栓聯(lián)接相似。另外，也可改為鉸制孔用螺栓聯(lián)接。a)減載銷b)減載套筒c)減載鍵

靠摩擦傳遞橫向載荷的聯(lián)接，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配方便等優(yōu)點(diǎn)。第79頁/共114頁第79頁/共115頁2．受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接

（2）解決問題：

a)工作時(shí)螺栓總載荷，Ｆ0=？

b)保證安全可靠的工作，預(yù)緊力F′=？（1）工作特點(diǎn)：工作前擰緊，有預(yù)緊力F′；工作后加上工作載荷F，工作前、工作中載荷變化。第80頁/共114頁第80頁/共115頁第81頁/共114頁第81頁/共115頁（3）根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件求螺拴受力a)螺母擰緊后未受工作拉力時(shí)，聯(lián)接只受F′作用（a）螺拴變形圖(b)聯(lián)接件變形圖（c）合并后的變形圖設(shè)c1、c2分別表示螺栓和聯(lián)接件的剛度，則螺栓的伸長變形量為d1=F/c1，聯(lián)接件的壓縮變形量為d2=F/c2

。第82頁/共114頁第82頁/共115頁b)螺母擰緊后受工作拉力F作用從圖線可看出，螺栓受工作載荷F時(shí)，螺栓總載荷：F0=F+F″

（3-20）

變形協(xié)調(diào)條件Dd1=Dd2

（3－21）（3－22）（3－23）第83頁/共114頁第83頁/共115頁

Kc的值與螺栓剛度c1和被聯(lián)接件（包括墊片、螺母和墊圈等）剛度c2有關(guān)，在0~1之間變化。

Kc的值可通過計(jì)算或試驗(yàn)確定。對(duì)于鋼螺栓和鋼、鐵的被聯(lián)接件，其值如下：皮革墊片Kc=0.7；金屬墊片或不用墊片Kc=0.2~0.3；銅皮、石棉墊片Kc=0.8；橡膠墊片Kc=0.9。式中，稱為相對(duì)剛度系數(shù)。

當(dāng)螺栓剛度c1很?。ㄈ缂?xì)長的或中空螺栓），而被聯(lián)接件（包括墊片、螺母和墊圈等）剛度c2很大時(shí)，，由知，螺栓所受總拉力增加很少。

反過來當(dāng)螺栓剛度c1很大，而被聯(lián)接件（包括墊片、螺母和墊圈等）剛度c2很小時(shí)，，由知，螺栓所受總拉力有較大的增加。

為了降低螺栓的受力，提高螺栓聯(lián)接的承載能力，應(yīng)使Kc的值盡量小些。第84頁/共114頁第84頁/共115頁c)剩余預(yù)緊力F″的選取若工作載荷F過大，致使Dd1＞d2，被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙，這是不允許的。因此，要求工作時(shí)剩余預(yù)緊力F″大于零，以保證聯(lián)接的緊密性和剛性。

通常根據(jù)工作要求按經(jīng)驗(yàn)選取F″，下列數(shù)據(jù)可供參考：對(duì)緊固聯(lián)接，當(dāng)F無變化時(shí)，F(xiàn)″=（0.2~0.6）F；當(dāng)F有變化時(shí)，F(xiàn)″=（0.6~1.0）F；對(duì)壓力容器等緊密性要求較高的聯(lián)接，F(xiàn)″=（1.5~1.8）F；對(duì)地腳螺栓聯(lián)接，F(xiàn)″≥F。

第85頁/共114頁第85頁/共115頁d)設(shè)計(jì)時(shí)力計(jì)算公式的使用已知F、F″，由式（3-20）求出F0，以計(jì)算螺栓的強(qiáng)度；由式（3-22）求出預(yù)緊力F′

。F0=F+F″

（3－20）

（3－22）已知F、F

，由式（3-23）求出F0，以計(jì)算螺栓的強(qiáng)度；由式（3-21）求出F″以檢查其是否達(dá)到需要值。（3－23）（3－21）第86頁/共114頁第86頁/共115頁（4）受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度條件——設(shè)計(jì)用——驗(yàn)算用或緊聯(lián)接螺栓通常應(yīng)在承受工作拉力之前擰緊。為了安全，考慮到可能在總拉力F0作用下被補(bǔ)充擰緊（應(yīng)盡量避免），因此螺栓承受了拉、扭應(yīng)力的作用，按第四強(qiáng)度理論得出的強(qiáng)度條件為：第87頁/共114頁第87頁/共115頁3.受預(yù)緊力和變載荷的緊螺栓聯(lián)接

當(dāng)工作拉力在0與F之間變化時(shí)，螺栓的拉力變幅為:（F0－F′）/2=DF/2=KcF/2。

（3－25）

第88頁/共114頁第88頁/共115頁二、受剪螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算

主要失效形式有：螺栓桿被剪斷，螺栓桿與孔壁接觸表面壓潰。

第89頁/共114頁第89頁/共115頁1.螺栓桿的抗剪強(qiáng)度條件為

(3-26)2.螺栓桿與孔壁接觸表面的擠壓強(qiáng)度條件為

(3-27)式中Fs——單個(gè)螺栓承受的橫向工作剪力（N）；m——螺栓桿受剪面的數(shù)目，如圖3-25a所示，m=1，如圖3-25b所示，m=2；d0——螺栓桿受剪面的直徑（mm）；h——螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度（mm），如圖3-25b所示，?。╤1+h2）與h3中的小值；[t]——螺栓的許用切應(yīng)力（MPa），見表3-6；

[sp]——螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力（MPa），見表3-6。

第90頁/共114頁第90頁/共115頁三、螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力

1.螺紋聯(lián)接件的常用材料一般采用碳素鋼，如Q215、Q235、35和45號(hào)鋼等。對(duì)于承受沖擊、振動(dòng)或變載荷的螺紋聯(lián)接件，可采用15Cr、30CrMnsi、40Cr等力學(xué)性能較高的合金鋼。

2.螺母、螺栓強(qiáng)度級(jí)別(表3－7)1）根據(jù)機(jī)械性能，把栓母分級(jí)并以數(shù)字表示，此乃強(qiáng)度級(jí)別2）所依據(jù)機(jī)械性能為抗拉強(qiáng)度極限σb和屈服極限σs螺栓級(jí)別:帶點(diǎn)數(shù)字表示，點(diǎn)前數(shù)字為：點(diǎn)后數(shù)字為：螺母級(jí)別:注意：螺母的強(qiáng)度級(jí)別應(yīng)低于螺栓材料的強(qiáng)度級(jí)別，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB）第91頁/共114頁第91頁/共115頁3.螺栓聯(lián)接的許用應(yīng)力（表3-6）4.緊聯(lián)接螺栓的安全系數(shù)S

（表3-8）表3-8緊聯(lián)接螺栓的安全系數(shù)S（不控制預(yù)緊力）螺栓材料靜載荷變戴荷M6－M16M16－M30M30－M60M6－M16M16-M30鋼合金鋼4－35－43－24－2.52－1.32.510－6.57.5-56.55第92頁/共114頁第92頁/共115頁注意：1.不控制預(yù)緊力Ｆ的緊螺栓聯(lián)接，易過載，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取較大的完全系數(shù)?？刂祁A(yù)緊力時(shí)可取較小的安全系數(shù)S。2.安全系數(shù)S及[σ]與d有關(guān)所以設(shè)計(jì)時(shí)，先假設(shè)d，選取一安全系數(shù)進(jìn)行試算，計(jì)算結(jié)果與估計(jì)直徑相比較，如在原先估計(jì)直徑所屬范圍內(nèi)即可，否則需重新進(jìn)行估算?！囁惴ǖ?3頁/共114頁第93頁/共115頁思路：螺紋聯(lián)接計(jì)算實(shí)例：螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（布局、數(shù)目）→螺栓組受力分析（載荷類型、狀態(tài)、形式）→求單個(gè)螺栓的最大工作載荷（判斷哪個(gè)最大）→按最大載荷的單個(gè)螺栓設(shè)計(jì)（求d1—標(biāo)準(zhǔn)）→全組采用同樣尺寸螺栓（互換的目的）第94頁/共114頁第94頁/共115頁例3-1

起重卷筒用6個(gè)均勻分布在D0=500mm的圓周上的雙頭螺柱與齒輪聯(lián)接，利用雙頭螺柱夾緊產(chǎn)生的摩擦力矩將轉(zhuǎn)矩傳至卷筒（見圖3-26）。已知卷筒上的鋼繩拉力G=15000N，卷筒直徑D=400mm，螺柱強(qiáng)度級(jí)別4.6級(jí)，聯(lián)接接合面摩擦系數(shù)fc=0.12，可靠性系數(shù)Kf=1.2，試計(jì)算雙頭螺柱的直徑。

第95頁/共114頁第95頁/共115頁解：

1．計(jì)算雙頭螺柱的預(yù)緊力F′如圖3-26所示，卷筒與齒輪聯(lián)接采用止口結(jié)構(gòu)，因此雙頭螺柱聯(lián)接只承受轉(zhuǎn)矩T的作用，不受橫向力G的作用。

在聯(lián)接接合面上雙頭螺柱以預(yù)緊力F′夾緊產(chǎn)生的摩擦力矩

D20fFzTcf=保證此雙頭螺柱聯(lián)接正常工作的條件為故為產(chǎn)生足夠的摩擦力，每個(gè)螺柱所需的預(yù)緊力為

卷筒上的阻力矩

即第96頁/共114頁第96頁/共115頁2．確定雙頭螺柱直徑

d(mm)

由表3-6查得，因?yàn)殡p頭螺柱的強(qiáng)度級(jí)別為4.6級(jí)，由表3-7查得ss=240N/mm2，初估雙頭螺柱直徑d=22mm（查表得d1=19.294mm），查表3-8，當(dāng)不控制預(yù)緊力時(shí)，S=2.57（用插值法求得）。故

則

因18.8mm<19.294mm，故選用6個(gè)M22（GB897-88）雙頭螺柱，螺柱長度按結(jié)構(gòu)確定。

162232322.57第97頁/共114頁第97頁/共115頁第八節(jié)

提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施

影響聯(lián)接強(qiáng)度的因素很多，如螺紋牙間載荷分配、應(yīng)力幅、應(yīng)力集中、附加應(yīng)力、材料、結(jié)構(gòu)、尺寸參數(shù)、制造和裝配工藝等，而螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度又主要取決于螺栓的強(qiáng)度。一、改善螺紋牙間的載荷分配

工作中螺栓牙抗拉伸長，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以緊靠支承面處第一圈為最大，應(yīng)變最大，應(yīng)力最大，其余各圈依次遞減，旋合螺紋間的載荷分布如圖所示。約1/3的載荷集中在第一圈上，第810圈以后的螺紋牙幾乎不承受載荷所以采用圈數(shù)過多的加厚螺母，并不能提高聯(lián)接的強(qiáng)度。第98頁/共114頁第98頁/共115頁辦法：降低剛性，易變形、增加協(xié)調(diào)性，以緩和矛盾1）懸置螺母（圖3-29a），螺母的旋合部分全部受拉，其變形性質(zhì)與螺栓相同以減少螺距變化差，可提高螺栓疲勞強(qiáng)度達(dá)40%；

2）內(nèi)斜螺母（圖3-29b），螺母下端（螺栓旋入端）受力大的幾圈螺紋制成10°~15°的斜角，因其剛度減小而把力分移到原受力小的螺紋牙上，可提高螺栓疲勞強(qiáng)度達(dá)20%；

3）環(huán)槽螺母（圖3-29c），利用螺母下端受拉和剛度降低而起上述兩種螺母的作用，可提高螺栓疲勞強(qiáng)度達(dá)30%。a)懸置螺母b)環(huán)槽螺母c)內(nèi)斜螺母d)環(huán)槽內(nèi)斜第99頁/共114頁第99頁/共115頁4）鋼絲螺套（圖3-30）采用菱形截面的不銹鋼絲繞成螺旋彈簧形的螺套，裝于螺紋孔或螺母中，可起到減輕螺紋牙間受載不均和緩沖、減振作用可提高螺栓疲勞強(qiáng)度達(dá)30%。它主要用來旋入鋁、鎂合金的螺紋孔內(nèi)。鎖緊型鋼絲螺套還兼有防松作用。螺套裝入螺紋孔中后，在安裝柄根缺口處，將安裝柄折斷。

第100頁/共114頁第100頁/共115頁二、降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力幅

螺栓的最大應(yīng)力一定時(shí)，應(yīng)力幅越小，疲勞強(qiáng)度越高。在工作載荷和剩余預(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)到減小應(yīng)力幅的目的,應(yīng)力幅越小，則螺栓越不容易發(fā)生疲勞破壞，聯(lián)接的可靠性越高。

（3－21）（3－23）