1、河海大學機電學院 教案與講稿課程：機械設計 20112012學年 上學期 主講教師：蘇 洲教 學 課 題螺紋聯接教學目的與要求掌握螺紋聯接類型及防松方法，松、緊螺栓聯接強度計算掌握螺栓組設計方法，了解提高螺紋聯接強度的常用措施和螺旋傳動的設計教學重點螺紋聯接的特點、預緊與防松的方法和螺紋設計的要點難點螺紋防松的原理與設計要點；螺紋聯接類型及防松原理，緊螺栓聯接的強度計算螺栓組聯接的設計與受力分析教 具實物與掛圖講 稿（教學要點與板書）§51 螺紋為使機器制造、安裝、調整、維修和運輸、減重、省科、降成、提高效率、等等 必須采用各種方式聯接成整體，才能實現上述要求。因此一個出色的設計者應

2、了解聯接的種類、特點和應用，熟悉聯接設計的準則。掌握好設計的方法。聯接近代機械設計（機器設計）中最感興趣的課題之一，也是近一些年來，發明創造最多的。在通用機械中，聯接件占總零件數的2050%。如Boengs 747中有250萬個緊固聯接件聯接：靜聯接被聯接件間不充許產生相對運動 不可折聯接：鉚、焊、介于可折不可折之間，膠（粘）接等可折聯接：螺紋、鍵、花鍵、銷、成型而聯接等動聯接被聯接零件間可產生相對運動各種運動副聯接一、螺紋的形成如圖4-1所示：把一銳角為的直角三角形繞到一直徑為d的圓柱體上，繞時底邊與圓柱底邊重合，則斜邊就在圓柱體上形成一條空間螺旋線。如用一個平面圖形K（如三角形）沿螺旋線運

3、動并使K平面始終通過圓柱體軸線YY-這樣就構成了三角形螺紋。同樣改變平面圖形K，同樣可得到矩形、梯形、鋸齒形、圓弧形（管螺紋）二、螺紋的類型螺紋 三角形（普通螺紋）、管螺紋聯接螺紋（精密傳動）按牙型 矩形螺紋，梯形螺紋，鋸齒形螺紋傳動螺紋按位置 內螺紋在圓柱孔的內表面形成的螺紋螺紋 外螺紋在圓柱孔的外表面形成的螺紋三角形 粗牙螺紋用于緊固件螺紋 細牙螺紋同樣的公稱直徑d下，P小，自鎖性好，適于薄壁細小零件和沖擊變載等情況根據螺旋線 左旋圖4-2b繞行方向螺紋 右旋常用 單頭螺紋（n=1）用于聯接根據螺旋 雙頭螺紋（n=2） 線頭數 多線螺紋（n2） 用于傳動三、螺紋的主要參數（圖4-3）1）外

4、徑d（大徑）（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）內徑（小徑）d1(D1)與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑，在強度計算中作危險剖面的計算直徑3）中徑d2在軸向剖面內牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，近似等于螺紋的平均直徑 d20.5(d+d1)4）螺距P相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應兩點間的軸向距離5）導程（S）同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對應兩點間的軸向距離6）線數n螺紋螺旋線數目，一般為便于制造n4螺距、導程、線數之間關系：L=nP7）螺旋升角在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螺紋牙型兩側邊的夾角9）牙

5、型斜角螺紋牙型的側邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角。對稱牙型各種螺紋（除矩形螺紋）的主要幾何尺寸可查閱有關標準公稱尺寸為螺紋外徑對管螺紋近似等于管子的內徑。螺旋副的自鎖條件為：（見機械原理）螺旋副的傳動效率為：克服軸向力Q勻速上升所需的圓周力四、常用螺紋的種類、特點與應用，比較具體見表4-1，為加深印象，特列表如下（管螺紋除外）。英制細牙螺紋，內外螺紋旋合后無徑向間隙，以保證配合緊密，公稱直徑為管子內徑，適于以下的水、煤、氣、油等管路。常用螺紋的比較（管螺紋除外類似于三角形）名稱三角梯形鋸齒矩形剖面形狀結構特點牙型角牙型傾角正三角形=60°=30°等腰梯形=30°=1

6、5°不等腰梯形=30°=3°正方形=0°=0°當量摩擦系數-fv當量摩擦角-v傳動效率自鎖性牙根強度工藝性能一般應用Fv=f/cos=1.155ffv=1.035ffv=1.001ffv=f錯誤！鏈接無效。 （在螺紋升角相同的條件下） 條件 當（p、d、tv材料相同的條件下）t0旋合長度即可車又可銑只能車不能銑聯接傳動傳動傳動特點（優缺點及結構性能）由P分：粗牙Md用于緊固件細牙Mdxpd同而d小，因而P，自鎖性，適于薄壁細小零件、沖擊、變載等場合聯接可靠、防震性好，適于重要的動力傳動，要求精密強度高等，適于雙向傳動，如車庫絲扭、雙面工作。用部

7、分螺母可調間隙，應用廣泛。性能介于梯形與矩形之間，適于單向傳動，單面工作（3°）應用千斤頂等特適于高效、輕載傳動如高低機、方向機等，但強度低、精度差、磨損后有間隙，加工藝性差，為便于銑磨，現已改用=10°,=5°自行設計：p=1/4d,d=5/4d1h=1/8d1§52 螺紋聯接的類型及螺紋聯接件一、螺紋聯接主要類型口述：四種基本類型，兩個變種（地腳與吊環）。根據設計應用情況，今后工作需要，抽講兩點最重要的內容，其余以自學為主。注意：結構特點、作用與應用場合1、螺栓聯接普通螺栓聯接被聯接件不太厚，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

8、后孔與桿間有間隙，并在工作中不許消失，結構簡單，裝折方便，可多個裝拆，應用較廣。精密螺栓聯接裝配后無間隙，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接（H7/m6,H7/n6）2、雙頭螺栓聯接螺桿兩端無釘頭，但均有螺紋，裝配時一端旋入被聯接件，另一端配以螺母。適于常拆卸而被聯接件之一較厚時。折裝時只需拆螺母，而不將雙頭螺栓從被聯接件中擰出。3、螺釘聯接螺釘聯接適于被聯接件之一較厚（上帶螺紋孔），不需經常裝拆，一端有螺釘頭，不需螺母，適于受載較小情況（手冊無六角頭螺釘，L0=L即可）4、緊定螺釘聯接擰入后，利用桿末端頂住另一零件表面或旋入零件相應的缺口中以固定零件的相對位置。可傳

9、遞不大的軸向力或扭矩。特殊聯接：地腳螺栓聯（圖4-6a,b） 吊環螺釘聯接（圖4-8）二、螺紋聯接件螺栓聯接（圖4-9）用于工藝聯接 普通螺栓 六角頭：小六角頭，標準六角頭，大六角頭1）螺栓 圓柱頭（內六角） 鉸制孔螺栓螺紋部分直徑較小螺栓 粗制 精制機械制造中常用2）雙頭螺栓兩端帶螺紋 A型有退刀槽 施入端長度也各有不同。 B型無退刀槽3）螺釘種類繁多 半圓頭 一字槽 平圓頭 十字槽 共有按頭部形狀 六角頭 頭部起子槽 內六角孔 圓柱頭 一字加十字槽 沉頭 要求全螺紋與螺栓區別 要求螺紋部分直徑較粗4）緊定螺釘 錐端適于零件表面硬度較低不常拆卸常合 末端 平端接觸面積大、不傷零件表面，用于頂

10、緊硬度較大的平面，適于經常拆卸 圓柱端壓入軸上凹抗中，適于緊定空心軸上零件的位置適于較輕材料和金屬薄板5）自攻螺釘由螺釘攻出螺紋6）螺母 六角螺母：標準，扁，厚 圓螺母（與帶翅墊圈）+止退墊圈帶有缺口，應用時帶翅墊圈內舌嵌入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內，螺母即被鎖緊。螺母 粗制 精制 粗制平墊 精制 A型7）墊圈 普通墊圈 斜墊 B型帶倒角 防松墊圈（彈簧墊圈）起防松作用 帶翅墊圈等§5-3 螺紋聯接的預緊與防松一、預緊螺紋聯接 松聯接在裝配時不擰緊，只存受外載時才受到力的作用輕少用 緊聯接在裝配時需擰緊，即在承載時，已預先受力，預緊力QP預緊目的：保持正常工作。如汽缸螺栓聯接，有緊

11、密性要求，防漏氣，接觸面積要大性，靠摩擦力工作時，增大剛性等。必擰緊增大剛性增加聯接剛度、緊密性和提高防松能力預緊力QP預力軸向作用力（拉力）但：預緊過緊擰緊力過大QP螺桿靜載荷增大、降低本身強度 過松擰緊力QP過小工作不可靠一般：碳鋼： 螺栓最小剖面積 合金鋼： 屈服極限 MPa板手擰緊力矩T=FH·L （4-4）FH作用于手柄上的力，L力臂。擰緊時螺母：T=T1+T2T擰緊，T1螺紋，T2端面摩擦力矩螺栓：T1=T3+T4T1螺紋，T3釘頭，T4夾持其中：螺紋阻力矩： （4-5）端面摩擦力矩： （4-6）其中：fc螺母與支承面間的摩擦系數，取fc =0.15D1,d0支承面的內、

12、外直徑。見圖4-8其余參數同前。 （4-7）則 （4-8） 一般K=0.10.3對M10M68螺母，將其標準參數代入，經簡化后得K0.2 即：T=0.2QPd (4-9)而T=FHL=FH×d QP=75FH說明d過小螺栓易過載！(一般L=15d)注：由于 dM10 易過載 d>M68應力分布不均 最好取d=M16M30預緊力QP的控制 測力矩板手測出預緊力矩圖4-9，圖4-12 定力矩板手達到固定的擰緊力矩T時，彈簧受壓將自動打滑。圖4-10，圖4-13測量預緊前后螺栓伸長量S精度較高。二、防松：理論上，螺紋聯接升角 為什么還要防松：目的 滿足自鎖 根據什么防松：原理三角形螺

13、紋當量摩擦角 防松方法措施1、防松目的（口述）實際工作中，外載荷有振動、有變化、材料高溫需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，從而使螺紋聯接松動，如經反復作用，螺紋聯接就會松馳而失效。因此，必須進行防松，否則會影響正常工作，造成事故。2、防松原理概括成一句話，即消除（或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。3、防松辦法及措施表4-31）摩擦防松雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等尼母墊圈除防松外還可起密封作用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）機械防松：開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動墊圈，彈簧

14、墊片，軸用帶翅墊片，止動墊片，串聯鋼絲等。3）永久防松：端鉚、沖點（破壞螺紋）、點焊4）化學防松粘合思考題：雙頭螺栓聯接，旋入端如何防松？出過題 利用螺尾旋緊產生橫向擴張；利用過盈配合達到橫向擴張；利用桿端預緊，產生軸向預緊作用。§54 單個螺栓聯接的強度計算針對不同零件的不同失效形式，分別擬定其設計計算方法，則失效形式是設計計算依據和出發點。1、失效形式和原因a）形式工程中螺栓聯接多數為抗拉疲勞失效，靜態失效較少，但嚴重過載拉斷，螺牙剪斷，螺紋壓潰等可出現。統計表明：90%以上螺栓失效皆與應力集中有關，集中分布在三處：螺母支承面第一、二牙圈處占65%桿螺尾退刀槽處占20%釘頭支承面

15、處：占15%b）失效原因：應力集中應力集中促使疲勞裂紋的發生和發展過程改善工藝、改進結構、正確安裝、注意使用方法皆可提高抗疲勞強度2、設計計算準則與思路受拉螺栓：設計準則為保證螺栓的疲勞拉伸強度和靜強度受剪螺栓：設計準則為保證螺栓的擠壓強度和剪切強度根據聯接特點、材料性質、受力狀態、失效形式、確定螺桿危險剖面處的尺寸，實質將螺栓看成最小直徑的光桿。其它尺寸和附件由等強度條件或使用經驗確定。系統思路單栓計算一、松栓不預緊、無QP、僅工作載F對桿拉伸、防斷求d1二、緊栓必預緊、有QP 1）橫向外載（防滑） 1）普栓僅QP對桿拉伸求d1 2）精栓橫載對桿同時剪擠求d0 2）軸向外載（防斷）普栓求總載

16、Q a）靜軸外載按Q對桿拉伸求d1 b) 變軸外載按靜設計，再接疲勞強度計算三、材料與許用應力一、松螺栓聯接圖4-11如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無QP，只有工作載荷F起拉伸作用，防斷。強度條件為： MPa 驗算用（4-11）或 （mm） （設計用）定公稱直徑d （4-12）式中：d1螺桿危險截面直徑（mm） 許用拉應力 N/mm2 (MPa) 材料屈服極限Mpa表4-8n安全系數，表4-9二、緊螺栓聯接工作前有預緊力QP工作前擰緊，在擰緊力矩T作用下：預緊力QP產生拉伸應力 復合應力狀態螺紋摩擦力矩T1產生剪應力a) b) 接第四強度理論：強度條件為： （4-13）式中：QP預緊力（N） T1

17、螺紋摩擦力矩，起扭剪作用，又稱螺紋扭矩，N.mm 1.3系數將外載荷提高30%，以考慮螺紋力矩對螺栓聯接強度的影響，這樣把拉扭的復合應力狀態簡化為純拉伸來處理，大大簡化了計算手續，故又稱簡化計算法。QP、（T1與QP有關）的確定？與聯接方式和載荷類型有關。1、橫向載荷的緊螺栓聯接計算主要防止被聯接件錯動（1）普通螺栓聯接防滑圖4-12 P79特點：桿孔間有間隙，靠擰緊后正壓力由（QP）產生摩擦力來傳遞外載荷，保證聯接可靠（不產生相對滑移）的條件為：設所須的預緊力為QP （4-14）工作前后不變，起拉作用式中：f接縫面間的摩擦系數，表4-4 i拉縫界面數目 （圖4-12a，i=2） KS防滑系數

18、（可靠性系數） KS=1.11.3強度條件驗算公式：為式（4-13）設計公式為： （4-15）分析：由式（4-14）可知，當f=0.2,i=1,KS=1則QP=5R，說明這種聯接螺栓直徑大，且在沖擊振動變載下工作極不可靠，為增加可靠性，減小直徑，簡化結構，提高承載能力，須采用如下減載裝置： 圖4-16a) 減載銷；b) 減載套筒；c) 減載鍵；d) 減載牙齒；e) 精螺栓聯接2、鉸制孔螺栓聯接防滑動，圖4-12b特點：螺桿與孔間緊密配合，無間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來傳遞外載荷R進行工作螺栓的剪切強度條件為： MPa (4-16)螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強度條件為： （4-17）R橫向載荷

19、（N）；d0螺桿或孔的直徑（mm）lmin被聯接件中受擠壓孔壁的最小長度（mm），如圖4-12b中lmin所示為一般要求：lmin1.25d0螺栓許用剪應力，MPa，（鋼，安全系數，表4-9）螺栓或被聯接件中較弱者的許用擠壓應力，MPa銅： 見表4-8鑄鐵： np安全系數表4-9鉸制孔螺栓能承受較大的橫向載荷，但被加工件孔壁加工精度較高，成本較高。2、軸向載荷緊螺栓聯接強度計算特點：加載前有預緊力QP、軸向工作載荷F 只適于普通螺栓，不能用精螺栓防斷，受QP與F聯合作用，如汽缸蓋螺栓如圖4-19(a) 螺母未擰緊 (b) 螺母已擰緊 (c) 承受工作載荷圖4-17 單個緊螺栓聯接受力變形圖工作

20、特點：工作前擰緊，有QP；工作后加上工作載荷F工作前、工作中載荷變化，求工作時總載荷Q=？工作原理：靠螺桿抗拉強度傳遞外載F解決問題：a) 保證安全可靠的工作，QP=？ 實質是如何計算b) 工作時螺栓總載荷， Q=？分析：圖a，未擰緊栓母松馳狀態 圖b，擰緊預緊狀態 凸緣壓QP 靜平衡（作用與反作用力） 栓桿拉QP 圖c，加載F后工作狀態栓桿繼拉總載凸緣放松殘余預緊力 作圖，為了更明確以簡化計算（受力變形圖）設：材料變形在彈性極限內，力與變形成正比單個緊螺栓聯接受力變形圖從圖線可看出，螺栓受工作載荷F時，螺栓總載荷：，一般已知，F，如何求Q？1）已知：、F，求Q2）要求和F，求靜平衡條件變形協

21、調條件：凸緣壓力減量為變形縮小 由變形協調條件 桿緣拉力增量變形增加 （在一個整體中兩者必須相等，否則不能成為一個整體結構）由圖可知：螺栓剛度： （a）被聯接件剛度： （b） (c)由式（a）和（b）得 式中：稱螺栓相對于聯接的剛度，稱螺栓的相對剛度 部分工作載荷表4-5 與螺栓，被聯接件材料，墊片等有關又 （d）由（c）代入（d）得： （4-20） （4-21）對殘余預緊力的要求，為保證受載后接合面聯接的緊密性應使>0的取法 =（1.51.8）F有密封要求 =（0.20.6）F 載荷穩定 =（0.61.0）F 載荷不穩定 一般聯接 地腳螺栓聯接 >F結論：討論：1）當 最不利的情

22、況 2）當 最理想情況 3）當<0 即<F 有縫隙存在，不允許的情況（漏氣）4）降低螺栓受力的措施：a) 必須采用剛度小螺栓（空心、加長、細頸）b) 或硬墊片，或直接擰在凸緣上均可提高強度5）為聯接緊密、不漏氣，要求>0，即>F d)6）計算時： 兩者均可根據已知條件行事a）軸向靜大緊螺栓聯接強度計算靜大F不變，Q為靜大，但考慮補充擰緊防斷強度條件：驗算公式： （MPa） (4-22)設計公式： （mm）(公稱直徑) （4-23）b）軸向變載荷緊螺栓聯接強度計算圖4-20分析：當工作載荷，上0F。 Q 螺栓總載，由Q 則 部分載荷，由00 A當只進行驗算時，其強度條件按

23、公式進行按式（2-26）進行疲勞強度計算變載荷螺栓大多為疲勞破壞，而應力幅是變載荷下螺栓疲勞強度的主要因素，對變載荷的緊螺栓聯接，不僅應按最大應力進行強度計算，還要驗算螺紋部分的循環應力幅，即強度條件：最大拉應力： Mpa (4-24) 循環應力幅： Mpa (4-25)螺栓的最大許用拉應力，鋼螺栓，見表48，n安全系數，表49 n=1.252.5螺栓的許用應力幅 Mpa 鋼螺栓對稱循環拉壓疲勞極限（表4-8） 應力幅安全系數表4-9有效應力集中系數表4-10 尺寸系數表4-9再按式（4-25）校核。3、當驗算不滿足時措施：a)b)最好改善結構、降低應力集中。包括：工藝、結構、制造、，適當提高

24、等綜合措施。三、螺栓材料與許用應力計算1、材料 P289 表4-6，4-7 對照自學螺母、螺栓強度級別：保謂強度級別；如何分級；標記方法1）據據成的機械性能，把栓母分級，并以數字表示，此乃強度級別如5-6，8-82）所依據機械性能為抗拉強度極限和屈服極限；螺栓級別用帶點數字表示 點前數字為 點后數字為螺母級別用表示注意：選擇對螺母的強度級別應低于螺栓材料的強度級別，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB）2、許用應力許用拉應力： 表4-8 n表4-9 P85已知：不控制的緊螺栓聯接，易過載。設計時應取較大的完全系數。控制預緊力時可取較小的安全系數n。顯然n，與d有關。設計時，先假設d，

25、進行試算，選取一安全系數進行計算，計算結果與估計直徑相比較，如在原先估計直徑所屬范圍內即可，否則需重新進行估算。試算法：設計時先假設dn和d1(d)與假設比較：符合完成；不符合重算許用剪切應力與許用擠壓應力： （Mpa） 、表4-8 (Mpa) nt，nP安全系數，表4-12試算法：設計時先估d，如d=1630mm，在表4-9中選n算求d1再根據d1查d在此范圍，則合格如d>30或d<16則重估，再選n1，d1d合格為止。為調整計算總結為試算方法。§55 螺栓組聯接的設計與受力分析工程中螺栓皆成組使用，單個使用極少。因此，須研究栓組設計和受力分析。它是單個螺栓計算基礎和前

26、提條件。螺栓組聯接設計的順序選布局、定數目、力分析、設計尺寸一、結構設計原則1、布局要盡量對稱分布，栓組中心與形心重合（有利于分度、劃線、鉆孔），以受力均勻，圖4-182、受剪螺栓組（鉸制孔螺栓聯接）時，不要在外載作用方向布置8個以上，螺栓要使其受力均勻，以免受力太不均勻，P89圖4-23b，但彎扭作用螺栓組，要適當靠接縫邊緣布局，否則受力太不均。不合理 合理3、合理間距，適當邊距，以利用板手裝拆，尺寸按圖4-19對壓力容器間距t。表4-12 P291；表4-13 P88 （作業418，演算420）Z=410個 取Z=8個4、避免偏心載荷作用a）被聯接件支承面不平突起。b）表面與孔不垂直。c）

27、鉤頭螺栓聯接。偏載螺栓的應力：即、強度很差防偏載措施：a）凸合；b）凹坑（魚眼坑）；c）斜墊片；d）球形墊片 圖4-22二、螺栓組受力分析目的單螺栓設計時最最危險之一，受載最大，其載荷多少？如何計算？求受力最大螺栓的載荷！前提（假設）：被聯接件不變形、為剛性，只有地基變形。各螺栓材料、尺寸，擰緊力均相同受力后材料變形（應變）在彈性范圍內兩心重合，受力后其接縫面仍保持平面兩心接合面形心；螺栓組形心1、受軸向載荷螺栓組聯接，圖4-19汽缸螺栓特點：只能用普通螺栓，有間隙，外載/螺栓軸線，螺栓桿受P拉伸作用。單個螺栓工作載荷為：F=P/Z （4-26）P軸向外載；Z螺栓系數2、受橫向載荷的螺栓組聯接

28、 圖4-23特點：普通螺栓，鉸制孔用螺栓皆可用，外載螺栓軸線、防滑普通螺栓受拉伸作用鉸制孔螺栓受橫向載荷剪切、擠壓作用。a)普通螺栓防滑條件：不管是何種螺栓，其單個螺栓所承受的橫向載荷相等：R=P/Z，為螺栓數目 強度計算同前3、受橫向扭矩螺栓組聯接 圖4-24（1）圓形接合面：單個螺栓所受橫向載荷 T扭矩（N.mm） r分布圓半徑（2）矩形接合面a)普通螺栓聯接 特點：同前求單栓預緊拉力a) 普通螺栓組 b) 鉸制孔螺栓組取聯接板為受力對象，由靜平衡條件聯接件不產生相對滑動的條件：則各個螺栓所需的預緊力為： （N） （4-29）式中，f接縫面間摩擦系數 表4-4 ri第I個螺栓軸線至螺栓組中

29、心距離 Z螺栓個數 T扭矩（N.mm） KS防滑系數（可靠性系數） KS=1.11.3b)鉸制孔螺栓聯接組，圖4-24b特點，如前，求單個螺栓最大工作剪力Rmax（由變形協調條件可知，各個螺栓的變形量和受力大小與其中心到接合面形心的距離成正比）由變形協調條件再找R1、R2、R3、RZ之間關系，由假設，板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應變與半徑r成正比。在材料彈性范圍內，應力與應變成正比 （4-30）取板為受力對象，由靜平衡條件 （4-31）將式（4-30）代入式（4-31）得： （4-32）式中符號同前4、受傾覆（縱向）力矩螺栓組聯接，圖4-25特點：M在鉛直平面內，繞O-O回轉，只能用

30、普通螺栓取板為受力對象：由靜平衡條件：設單個螺栓工作載荷為Fi （a）同理由變形協調條件：代入（a）式得： （4-33）式中：Fmax受力最大單個螺栓的工作載荷（N） Lmax距回轉軸線O-O最遠距離（mm） Li第I個螺栓離回轉軸線O-O的距離該聯接保證正常工作的n個條件：螺栓桿不拉斷的條件由QP與Fmax單個螺栓最大拉力a Mpa (驗算)b （mm）（設計）B點不壓潰條件（被聯接件）QP作用下接合面的擠壓應力分布如圖4-25b所示均布M作用下接合面的擠壓應力分布如圖4-25c所示 （4-34）A點不開縫的條件： （4-35）若受有橫向載荷PH，板不滑動條件為：（PV軸向載荷） （4-35

31、）'則QP單個螺栓擰緊力（N）A底座與支承面的接觸面積（mm2） A=a×(b-c) 如圖4-25中A=a×(b-c)W底座接合面的抗彎截面模量（mm3） ()接合面材料許用擠壓應力 Mpa 表4-13被聯接件相對剛度實際使用中螺栓組聯接所受的載荷是以上四種簡單受力狀態的不同組合。計算時只要分別計算出螺栓組在這些簡單受力狀態下每個螺栓的工作載荷，然后按向量疊加起來，便得到每個螺栓的總工作載荷。再對受力最大的螺栓進行強度計算即可。說明：工程中受力情況很復雜，但均可轉化為四種典型情況進行解決。計算公式在對稱分布情況下推導，但不對稱照用。取轉軸不同，公式計算精度不同。鋼對

32、木材底板繞O-O軸好鋼、水泥底板繞邊緣螺栓好 具體情況具體分析具體處理。鋼對鑄鐵板繞底板邊緣好 不可視為教條，不同軸結果不同。總設計思路：螺栓組結構設計（布局、數目）螺栓組受力分析（載荷類型、狀態、形式）求單個螺栓的最大工作載荷（判斷那個最大）按最大載荷的單個螺栓設計（求d1標準）全組采用同樣尺寸螺栓（互換目的）§5-6 提高螺栓聯接強度的措施影響聯接強度的因素很多，如材料、結構、尺寸、工藝、螺紋牙間、載荷分布、應力幅度、機械性能，而螺栓聯接的強度又主要取決于螺栓的強度。一、改善螺紋牙間載荷分布不均狀況，圖4-26，4-27工作中螺栓牙要抗拉伸長，螺母牙受壓縮短，伸與縮的螺距變化差以

33、緊靠支承面處第一圈為最大，應變最大，應力最大，其余各圈（螺距P）依次遞減，旋合螺紋間的載荷分布如圖4-27所示，按茹可夫斯基試驗證明采用圈數過多的加厚螺母，并不能提高聯接的強度。辦法：降低剛性，易變形、增加協調性，以緩和矛盾圖4-28 掛圖 a) 懸置螺母強度40%（母也受拉，與螺栓變形協調，使載荷分布均勻）b) 環槽螺母強度30%（螺母接近支承面處受拉）c) 內斜螺母強度20%（接觸圈減少，載荷上移）d) （b）(c)結合螺母強度40%e) 不同材料匹配強度40%二、減小應力集中的影響三、降低螺栓應力幅（）由前知，有兩種辦法，或同時使用效果最佳1、降低螺栓剛性作圖法分析即（1）條件：、F、不

34、變，、Q減小，（2）獲得：，抗疲勞強度提高（3）措施：用豎心桿、細長桿、柔性螺栓聯接等。被聯接件剛性2、增大凸緣剛性：即螺栓聯接耐疲勞強度1）條件：、F不變，、Q，2）使得：，提高螺栓聯接耐疲勞強度3）措施：采用高硬度墊片、或直接擰在鑄鐵 被聯接件表面上，有密封性要求時采用圖4-31b形式3、同時使用Cb,Cm:增大凸緣剛性、減小，螺栓剛性，且適當增加即同時m(Cm), b(Cb),則F，a,使螺栓聯接耐疲勞強度大大提高條件：Q、Q'P、F不變，QP，使得：，增大了螺栓聯接抗耐勞強度措施：提高被聯接件剛性Cm，降低螺栓剛性Cb,同時QP2>QP2理想方法。四、減小應力集中的影響，

35、圖4-29螺紋牙根、收尾、螺栓頭部與螺栓桿的過渡處等均可能產生應力集中。1）加大過渡處圓角，(圖4-29a) 2）改用退刀槽2040%（螺紋收尾處）3）卸載槽，(圖4-32b) 4）卸載過渡結構。（圖3-32c）五、（工藝方法）采用合理的制造工藝1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強度3040%2）冷作硬化，表層有殘余應力（壓）、氰化、氮化、噴丸等。可提高疲勞強度3）熱處理后再進行滾壓螺紋，效果更佳，強度70100%，此法具有優質、高產、低消耗功能。4）控制單個螺距誤差和螺距累積誤差。例4-1 自學龍門起重機導軌托架螺栓組聯接習題：4-20（兩板各用4個螺栓與主軸相聯）。托架承受的最大載荷為F

36、=20KN，載荷有較大變動試問：1）用普通螺栓與鉸制孔螺栓，那個為宜？ 2）如用鉸制孔螺栓，其直徑為多大？注意：當圖上劃出T、P、Ri時，則F不劃，否則矛盾。解一、 阻止板下滑用鉸制孔螺栓為宜，便于裝配、調整、定位。二、 設計鉸制孔用精螺栓尺寸1、每半邊板受力2、力向回轉中心簡化在P作用下各螺栓剪力，在T作用下各螺栓剪力，Vi、Ri力方向如圖3、求各螺栓總剪力R'中最大者R'max4、材料、許用應力5、螺栓光桿直徑6、螺栓標準化劃出力學模型P、Vi、Ri與T由變形卡加調條件知中最大者為2，3兩個螺栓選螺栓材料（6.6級45# =Mpa, =360Mpa）由表4-12知 45#由

37、表6-1知，載荷變動時（=0.4），下降30%取 附表7-3（P349）查手冊P92表5-9，取表上為d1，d=12(mm)取M12×40鉸鉸孔螺栓取螺栓 M12×L（40） GB7-76 （光桿直徑）d0=13mm 螺母 M12 GB6170-86 手冊 P98 表5-18墊片 12 GB97.1-85 P101 表5-21注意：本來要驗算擠壓應力§57 螺旋傳動一、 螺旋傳動的類型、特點與應用1、應用 回轉 直線 傳遞運動、動力 不自鎖時2、傳動形式：a) 螺桿轉螺母移 b) 螺桿又轉又移（螺平固定）用得多c) 螺母轉螺桿移 d) 螺母又轉又移（螺桿固定）用得

38、少3、螺旋傳動類型按用途分三類：1）傳力螺旋舉重器、千斤頂、加壓螺旋。特點：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖2）傳導螺旋機床進給匯杠傳遞運動和動力，特點：速度高、連續工作、精度高3）調整螺旋機床、儀器及測試裝置中的微調螺旋。其特點是受力較小且不經常轉動螺旋傳動按摩擦副的性質分：重點介紹1、滑動螺旋：構造簡單、傳動比大，承載能力高，加工方便、傳動平穩、工作可靠、易于自鎖。缺點：磨損快、壽命短，低速時有爬行現象（滑移），摩擦損耗大，傳動效率低（3040%）傳動精度低。滑動螺旋的這些致命缺點，使之不能適應現代工業發展的需要。2、滾動螺旋傳動摩擦性質為滾動摩擦。滾動螺旋傳動是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿

39、和螺母之間連續裝填若干滾動體（多用鋼球），當傳動工作時，滾動體沿螺紋滾道滾動并形成循環。按循環方式有：內循環、外循環，滾動螺旋兩種。如圖4-36（a）和（b），為保證循環裝有反向器。特點：傳動效率高（可達90%），起動力矩小，傳動靈活平穩，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆運動效率相同，可實現逆傳動。預緊后剛度好，定位精度高（重復定位精度高）缺點：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結構復雜，制造工藝要求高，成本較高。3、靜壓螺旋液體摩擦，靠外部液壓系統提高壓力油，壓力油進入螺桿與螺母螺紋間的油缸，促使螺桿、螺母、螺紋牙間產生壓力油膜而分隔開，如圖4-37特點：f小，效率高可達99%，工作穩定、無爬行現象、定位精度高、磨損小、壽命長。但螺母結構復雜（需密封），需一穩壓供油系統、成本較高。適用于精密機床中進給和分度機構二、 滑動螺旋的設計計算1、結構與材料結構：圖4-37，千斤頂典型結構 支承結構： a)螺桿長徑比小時，直接用螺母支承千斤頂b)螺桿長徑比大時，且水平布置，在兩端與中間附加支承，以提高螺桿剛工，如機床絲杠。螺母結構 整體式結構簡單，但磨損后精度較差，圖4-38 部分式磨損后可補償間隙、精度較高，圖4-40 組合式適合于雙向傳動，可提高傳動精度，消除空回誤差齒形 矩形 梯形鋸鑿形 常用材料：表415 注意：要