1、第四章第四章 螺紋零件螺紋零件一、概述一、概述 1、作用聯接：起聯接作用的螺紋;傳動：起傳動作用的螺紋;外螺紋內螺紋圓柱圓錐母體2、螺紋的形成 刀具做直線運動； 工件做旋轉運動； 螺紋線：轉動與直線運動； 螺紋牙：某一個形狀小面積沿螺旋線運動就形成；3、螺紋的種類牙型形狀：三角=30矩形=0梯形=15鋸齒=30、3右旋多數用右旋左旋旋向單線螺紋：沿一根螺旋線形成的螺紋；雙線螺紋：沿二根螺旋線形成的螺紋；多線螺紋：沿三根以上螺旋線形成的螺紋；線數 常用螺紋的類型見表9-1，P201。 常用的聯接螺紋要求自鎖性，故多用單線螺紋；傳動螺紋要求傳動效率高，故多用雙線或三線螺紋。米制：我國多采用米制螺紋

2、；英制（管螺紋）；標準制4、主要尺寸、參數（看圖P199，圖9-1a）1）外徑d螺紋的最大直徑，在標準中定為公稱直徑；2）內徑d1螺紋的最小直徑，在強度計算中常作為螺桿危險截面的計算直徑；3）中徑d2近似等于螺紋的平均直徑；4）螺距t相鄰兩牙中徑線上對應軸線間的距離;5）導程S同一條螺旋線相鄰兩牙的軸向距離；單線：S=t雙線：S=2t多線：S=ntn頭數；右旋6）升角：螺旋線與水平線夾角；ttSd2Sd27）牙型角 牙型斜角8）牙的工作高度h二、各種螺紋的特點、應用二、各種螺紋的特點、應用自鎖條件：升角軸松配 （受拉應力）鉸制孔螺栓聯接 孔=軸緊配 （受剪應力）從受力來分析圖9-4地腳螺栓聯接

3、書P2023、安裝形式緊螺栓擰緊；螺母需要擰緊，處于拉伸與扭轉復合應力狀態下；松螺栓不擰緊；螺母不需要擰緊，在承受工作載荷之前，螺栓不受力。例如起重吊鉤等；P2144、螺紋零件精度等級A、B、C：A級精度最高，通常用C級；材料熱處理尺寸系列化標準化M10100（三角、中徑、長度）四、擰緊四、擰緊 在使用上，絕大多數螺紋聯接在裝配時都必須擰緊；預緊的目的在于增強聯接的可靠性和緊密性。 預緊力的大小是通過擰緊力矩來控制的。因此，應從理論上找出預緊力和擰緊力矩之間的關系。端面摩擦力矩T2摩擦力矩T1擰緊力矩TQp 如圖所示，由于擰緊力矩T（T=FL）的作用，使螺栓和被聯接件之間產生預緊力 Qp。由機

4、械原理可知，擰緊力矩T等于螺旋副間的摩擦阻力矩T1和螺母環形端面和被聯接件（或墊圈）支撐面間的摩擦阻力矩T2之和，即：其中：kt擰緊系數，0.10.3； Qp預緊力； d螺栓的公稱直徑； 對于一定公稱直徑d的螺栓，當所要求的預緊力 Qp已知時，即可按上式確定扳手的擰緊力矩T。 控制預緊力的方法很多，有以下幾種方法：1、根據經驗、伸長、圈數來判斷擰緊力的大小；2、用測力矩扳手、定力矩扳手；圖9-6 測力矩扳手 書P204圖9-6定力矩扳手 書P204五、設計螺栓的方法五、設計螺栓的方法 成組使用， ，應力均勻分布。QpSPFmax=?螺栓組受力分析求Fmax ;單個螺栓的受力分析求Q；1、受力分

5、析SPF總 2、應力分析 3、失效分析 4、材料選擇 5、計算準則 6、主要參數計算：d查標準螺栓、螺母、墊片； 7、結構設計l（螺桿長度）根據被聯接件的厚度；習題： 第四章第四章 螺紋零件螺紋零件一、選擇題1、在常用的螺旋傳動中，傳動效率最高的螺紋是 。（1）三角形螺紋；（2）梯形螺紋；（3）鋸齒形螺紋；（4）矩形螺紋；2、在常用的螺紋聯接中，自鎖性最好的螺紋是 。（1）三角形螺紋；（2）梯形螺紋；（3）鋸齒形螺紋；（4）矩形螺紋；3、當兩個被聯接件不太厚時，宜采用 。（1）雙頭螺柱聯接；（2）螺栓聯接；（3）螺釘聯接；（4）緊定螺釘聯接；4、當兩個被聯接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要經常

6、拆裝時，往往采用 。（1）螺栓聯接；（2）螺釘聯接；（3）雙頭螺柱聯接；（4）緊定螺釘聯接；41235、當兩個被聯接件之一太厚，不宜制成通孔，且聯接不需要經常拆裝時，往往采用 。（1）螺栓聯接；（2）螺釘聯接；（3）雙頭螺柱聯接；（4）緊定螺釘聯接；6、在擰緊螺栓聯接時，控制擰緊力矩有很多方法，例如 。（1）增加擰緊力；（2）增加扳手力臂；（3）使用測力矩扳手或定力矩扳手；7、螺紋聯接預緊的目的之一是 。（1）增強聯接的可靠性和緊密性；（2）增加被聯接件的剛性；（3）減小螺栓的剛性；8、有一汽缸蓋螺栓聯接，若汽缸內氣體壓力在02Mpa之間循環變化，則螺栓中的應力變化規律為 。（1）對稱循環變應

7、力；（2）脈動循環變應力；（3）非對稱循環變應力；（4）非穩定循環變應力；2313六、螺栓組的受力分析六、螺栓組的受力分析 絕大多數情況下，螺栓都是成組使用的，在這一組中，螺栓規格完全一致。 進行螺栓組受力分析的目的是：求出受力最大的螺栓及其所受的力。下面針對幾種典型的受載情況，分別加以討論。1、受軸向載荷的螺栓組聯接、受軸向載荷的螺栓組聯接 圖1為一受軸向總載荷F的汽缸蓋螺栓組聯接。F的作用線與螺栓軸線平行，根據螺栓的靜力平衡及變形協調條件，每個螺栓所受的軸向工作載荷為：Z螺栓個數；PF=PS圖1 汽缸蓋螺栓組聯接2、受橫向載荷的螺栓組聯接QpFFFfa）松配（普通螺栓聯接） 上圖所示為一由

8、螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組聯接。橫向載荷的作用線與螺栓軸線垂直，當采用普通螺栓聯接時，靠聯接預緊后在結合面間產生的摩擦力來抵抗橫向載荷。 對于普通螺栓聯接，應保證聯接預緊后，結合面間所產生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷。 假設各螺栓所需要的預緊力均為Qp，螺栓數目為z，則其平衡條件為（靠摩擦力與外載荷平衡）：ks防滑系數，1.11.3;QpFFFfi結合面數；B）緊配（鉸制孔螺栓聯接）F 當采用緊配螺栓聯接時，靠螺栓桿受剪切和擠壓來抵抗橫向載荷。因此，每個螺栓所受的橫向工作剪力為：z螺栓數目；3、受轉矩的螺栓組聯接Tr1r3r4r2QpfQpf松配Tr1r3r4r2QpfQpf緊配機架地

9、基A）松配 當采用普通螺栓時，靠聯接預緊后在結合面間產生的摩擦力矩來抵抗轉矩T。根據作用在底板上的力矩平衡的條件得：由上式可得各螺栓所需的預緊力為：式中：f結合面的摩擦系數； ri第i個螺栓的軸線到螺栓組對稱中心O的距離； z螺栓數目； ks防滑系數，同前。b)緊配 當采用緊配螺栓時，在轉矩T的作用下，各螺栓受到剪切和擠壓作用，則各螺栓的剪切變形量與各該螺栓軸線到螺栓組對稱中心O的距離成正比。即距螺栓組對稱中心O越遠，螺栓的剪切變形量越大，其所受的工作剪力也越大。 如圖所示，用ri、rmax分別表示第i個螺栓和受力最大螺栓的軸線到螺栓組對稱中心O的距離；Fi、Fmax分別表示第i個螺栓和受力最

10、大螺栓的工作剪力，則得：上式可變形為：根據作用在底板上的力矩平衡的條件得：把 代入聯解以上兩式，可求得受力最大的螺栓的工作剪力為：4、受傾覆力矩M機架地基M 在M的作用下，軸線左邊的螺栓將受到工作拉力F，而軸線右邊的螺栓的預緊力將減小。根據底板的靜力平衡條件有：根據螺栓的變形協調條件得知，各螺栓的工作拉力也與這個距離成正比，于是有：各螺栓的工作拉力即可通過聯立以上兩式求出。在圖中左邊距底板翻轉軸線最遠的螺栓1和10的工作拉力最大，為： 一般來說，其他型式的螺栓受力也可這樣分析，其中有些還是上述四種的特例或組合。總總 結結螺栓組 單個螺栓軸向軸向力松配：軸向力Qp緊配：橫向力（假定每個螺栓所受力

11、相同）松配：軸向力Qp緊配：橫向力（單個螺栓所受力是不等的）（rmax）軸向力橫向力橫向轉矩對于單個螺栓來講只受兩個方向的載荷傾覆力矩軸向力（rmax）翻轉半徑最大的地方;例題例題1 平行，均勻分布F支架 吊環解：例題例題2 某鋼制吊架用螺栓組固定在水平鋼梁上，螺栓組由四個普通螺栓組成。吊 架FQFQMr1r2r3r2解：找中心線，向中心簡化，向聯接中心平移。有兩種基本外載荷：軸向力和傾覆力矩，在傾覆力矩作用下，一邊受拉，另一邊受力減小，力臂最大處，載荷最大。例題3 螺栓組聯接的的三種方案如圖示，試問哪個方案較好？哪種螺栓布局更合理？RRRaaaar =aF1F2F1F2RF1TF1-F2F1

12、 解：(1) a）松配b）緊配F1F2F1F2RT（2）第二種方案 半徑為aRF1F2F1F2Fmax（3）第三種半徑為a，最合理。同時由三個螺栓來承受轉矩T，每個螺栓F2。F2是有兩個螺栓起作用。用平行四邊形法則，預緊力小。a) 緊配橫向力比第一種小，要合理一些，所用的螺栓直徑很小。例題4 試分析圖示電動機螺栓聯接中受哪幾種基本載荷？RVHHVMHVVMVHHT解：左、右翻，前、后翻。同時受橫向、軸向、轉矩和翻轉力矩的作用。七、失效分析、計算準則七、失效分析、計算準則軸向、橫向載荷無論受何種形式；受軸向載荷：斷裂、塑性變形受橫向載荷：剪斷、壓潰斷裂剪斷壓潰 pp失效計算準則對單個螺栓聯接而言

13、，其受力的形式不外乎是受軸向力或受橫向力。 對于受拉螺栓，其主要破壞形式是螺栓桿螺紋部分發生斷裂，因而其設計準則是保證螺栓的靜力拉伸強度；對于受剪螺栓，其主要破壞形式是螺栓桿和孔壁間壓潰或螺栓桿被剪斷，其設計準則是保證聯接的擠壓強度和螺栓的剪切強度。八、單個螺栓的受力分析八、單個螺栓的受力分析1、受軸向載荷a)松螺栓聯接 松螺栓聯接裝配時，螺母不需要擰緊。在承受工作載荷之前，螺栓不受力。例如起重吊鉤等的螺紋連接均屬此類。圖9-18起重吊鉤的松螺栓聯接書P214 現以起重吊鉤的螺紋聯接為例，說明松螺栓聯接的強度計算方法。如圖9-18所示，當聯接承受工作載荷F時，螺栓所受的工作拉力為F，則螺栓危險

14、截面的拉伸強度條件為：F（拉應力）或式中：d1螺栓危險截面的直徑，mm； 螺栓材料的許用應力，Mpa；b)只受預緊力 緊螺栓聯接裝配時，螺母需要擰緊，在擰緊力矩作用下，螺栓除受預緊力Qp的拉伸而產生拉伸應力外，還受螺紋摩擦力矩T1的扭轉而產生扭轉剪應力，使螺栓處于拉伸與扭轉的復合應力狀態下。螺栓危險截面的拉伸應力為：螺栓危險截面的扭轉剪應力為：把參數代入上式后可得：根據第四強度理論，求出螺栓預緊狀態下的計算應力為：由此可得： 由此可見，緊螺栓聯接在擰緊時雖是同時承受拉伸和扭轉的聯合作用，但在計算時，可以只按拉伸強度計算，并將所受的拉力（預緊力）增大30%來考慮扭轉的影響。C）受預緊力和軸向外載

15、Qp 和 FQ=?Qp+F工作載荷PF 這種緊螺栓聯接承受軸向拉伸工作載荷后，由于螺栓和被聯接件的彈性變形，螺栓所受的總拉力并不等于預緊力和工作拉力之和。應從分析螺栓聯接的受力和變形的關系入手，找出螺栓總拉力的大小。 圖9-19表示單個螺栓聯接在承受軸向拉伸載荷前后的受力及變形情況。QpQpmbbmQpQpFmbpQFQ 圖9-19a是螺母剛好擰到和被聯接件相接觸，但尚未擰緊。此時，螺栓和被聯接件都不受力，因而也不產生變形。 圖9-19b是螺母已擰緊，但尚未承受工作載荷。此時，螺栓受預緊力Qp的拉伸作用，其伸長量為b。相反，被聯接件則在Qp的壓縮作用下，其壓縮量為m。 圖9-19c是承受工作載

16、荷時的情況。當螺栓承受工作載荷后，因所受的拉力由Qp增至Q而繼續伸長，其伸長量增加，總伸長量為b+。與此同時，原來被壓縮的被聯接件，因螺栓伸長而被放松，其壓縮量也隨著減小。根據聯接的變形協調條件，則被聯接件壓縮變形的減小量應等于螺栓拉伸變形的增加量。因而，總壓縮量為m=m。而被聯接件的壓縮力由Qp減至Qp。Qp稱為殘余預緊力。 顯然，聯接受載后，由于預緊力的變化，螺栓的總拉力Q并不等于預緊力Qp與工作拉力F之和，而等于殘余預緊力Qp與工作拉力F之和。 上述的螺栓和被聯接件的受力和變形關系，還可以用線圖表示。圖9-20a、b分別表示螺栓和被聯接件的受力與變形的關系。由圖可見，在聯接尚未承受工作拉

17、力F時，螺栓的拉力和被聯接件的壓縮力都等于預緊力Qp。因此，為分析上的方便，可將圖9-20a、b，合并成圖9-20c。力變形Qpbb力變形Qpmm 如圖9-20d所示，當聯接承受工作載荷F時，螺栓的總拉力為Q，相應的總伸長量b+；被聯接件的壓縮力等于殘余預緊力Qp，相應的總壓縮量為m=m。由圖可見，螺栓的總拉力Q等于殘余預緊力Qp與工作拉力F之和，即：力變形QpbbmmQFQpF1F2圖9-20單個螺栓聯接受力變形線圖 螺栓的預緊力Qp與殘余預緊力Qp、總拉力Q的關系，可由圖9-20中的幾何關系推出。由圖9-20可得：式中Cb、Cm分別表示螺栓和被聯接件的剛度。由圖9-20d得，螺栓的總拉力為

18、：螺栓的殘余預緊力為： 為了保證聯接的緊密性，以防止聯接受載后結合面間產生縫隙，應使Qp0。推薦采用Qp為：對于有密封性要求的聯接： Qp=（1.51.8）F；對于一般聯接，工作載荷穩定： Qp=（0.20.6）F；工作載荷不穩定時： Qp=（0.61.0）F；對于地腳螺栓聯接： Qp F； 設計時，可先根據連接的受載情況，求出螺栓的工作拉力F；再根據聯接的工作要求選取Qp值；然后按式（9-12）計算螺栓的總拉力Q。求得Q值后即可進行螺栓強度計算。考慮到螺栓在總拉力Q的作用下；可能需要補充擰緊，故仿前將總拉力增加30%以考慮扭轉剪應力的影響。于是螺栓危險截面的拉伸強度條件為： 螺栓總拉力為：Q

19、補充擰緊產生的螺紋摩擦力矩為：T1Qp下1.3Q下1.3這兩個不一樣按照第四強度理論：或例題9-1：P219 圖9-23 圖9-23所示鋼制搭接梁用8個螺栓（每側4個）連接起來。梁的厚度為25mm，搭板厚度為15mm，梁上的橫向靜載荷F=40kN，梁與搭板接合面之間的摩擦因數f=0.15，取過載系數Kf=1.2，裝配時不控制預緊力，試分別按鋼制普通螺栓連接和鋼制鉸制孔用螺栓連接設計此連接，并確定連接件的規格。習題：第四章第四章 螺紋零件螺紋零件一、選擇題8、承受預緊力F的緊螺栓聯接在受工作拉力F時，剩余預緊力為F，其螺栓所受的總拉力F0為 。（1） ； （2） ； （3） ；（4） ；9 承受

20、橫向載荷或旋轉力矩的緊螺栓聯接，該聯接中的螺栓 。（1）受剪切作用；（2）受拉伸作用；（3）受剪切和拉伸作用；（4）既可能受剪切又可能受拉伸作用；FFF0FFF 0FFF 0FCCCFFmbb02410、現有一單個螺栓聯接，要求被聯接件的結合面不分離，假定螺栓的剛度Cb與被聯接的剛度Cm相等，聯接的預緊力為F，現開始對聯接施加軸向載荷，當外載荷達到與預緊力F的大小相等時，則 。（1）被聯接件發生分離，聯結失效；（2）被聯接件即將發生分離，聯接不可靠；（3）聯接可靠，但不能再繼續加載；（4）聯接可靠，只要螺栓強度足夠，外載荷F還可繼續增加到接近預緊力F的兩倍；11、在下列四種具有相同公稱直徑和螺

21、距并采用相同的配對材料的傳動螺旋副中，傳動效率最高的是 。（1）單線矩形螺紋；（2）單線梯形螺紋；（3）雙線矩形螺紋；（4）雙線鋸齒形螺紋；12、被聯接件受橫向載荷作用時，若采用一組普通螺栓聯接，則載荷靠 來傳遞。（1）結合面之間的摩擦力；（2）螺栓的剪切和擠壓；（3）螺栓的剪切和被聯接件的擠壓；43113、設計螺栓組聯接時，雖然每個螺栓的受力不一定相等，但對該組螺栓仍均采用相同的材料、直徑和長度，這主要是為了 。（1）外形美觀；（2）購買方便；（3）便于加工和安裝；14、確定緊螺栓聯接中拉伸和扭轉復合載荷作用下的當量應力時，通常是按 來進行計算的。（1）第一強度理論；（2）第二強度理論；（3

22、）第三強度理論；（4）第四強度理論；15、當采用鉸制孔用螺栓聯接承受橫向載荷時，螺栓桿受到 作用。（1）彎曲和擠壓；（2）拉伸和剪切；（3）剪切和擠壓；（4）扭轉和彎曲；343八、單個螺栓的受力分析八、單個螺栓的受力分析1、受軸向力a)松螺栓：b)只受預緊力Qpc)Qp和F（受預緊力和軸向外載） 對于受軸向變載荷的重要聯接，除作靜強度計算外，還應根據下述方法，對螺栓的疲勞強度作精確校核。力變形QpbbmmQFQp0F螺栓中總拉力的變化螺栓工作拉力的變化圖5-17承受軸向變載荷的螺栓聯接 如圖9-21所示，當工作拉力在0F之間變化時，螺栓所受的總拉力將在QpQ之間變化，則螺栓危險剖面的最大拉應力為：0/204545amADGC45試件零件-1-1/K(0/2,0/2)(0/2,0/2K)r=Cm=Cmin=C0amADGCMNM3N3I4 5minMminN最小拉應力（注意此時螺栓中的應力變化規律是min保持不變）為：應力幅為： 設螺栓的工作應力點在OJGI區域內，則其應力線應與極限應力線AG相交，則可仿下式校核螺栓危險截面的疲勞強度。即：螺栓的最大應力計算安全系數為：RLmind0圖9-