1、2022-5-71機械設計Design of Machinery機電工程學院機械設計研究室2022-5-72第二篇 連 接5.1螺紋螺紋5.2螺紋連接螺紋連接5.3螺栓連接的強度計算螺栓連接的強度計算5.4螺栓組連接的設計螺栓組連接的設計5.5螺紋連接件的材料及許用應力螺紋連接件的材料及許用應力5.6提高螺紋連接強度的措施提高螺紋連接強度的措施5.7螺旋傳動螺旋傳動第五章 螺紋連接和螺旋傳動 連接總論連接總論工程應用工程應用2022-5-73與動力與動力源組合源組合零件零件構件構件機構機構機器機器靜連接靜連接動連接動連接(運動副運動副) 由于使用、結構、制造、裝配、運輸等方面的原因，機由于使用

2、、結構、制造、裝配、運輸等方面的原因，機器中很多零件需要彼此連接。器中很多零件需要彼此連接。 機械零件之間的連接分為：機械零件之間的連接分為：被連接件之間相互完全固定。被連接件之間相互完全固定。靜連接：靜連接：動連接：動連接：本課程介紹的連接主要是靜連接。本課程介紹的連接主要是靜連接。被連接件之間能產生一定的相對運動。例如：運動副。被連接件之間能產生一定的相對運動。例如：運動副。2022-5-74連接的類型：連接的類型：螺紋連接螺紋連接鍵連接、花鍵連接、銷連接鍵連接、花鍵連接、銷連接彈性嵌卡連接等彈性嵌卡連接等鉚接鉚接焊接焊接粘接粘接連接連接可拆連接可拆連接不可拆連接不可拆連接過盈連接過盈連接

3、（介于兩者之間介于兩者之間）1 1、按、按運動關系運動關系分分靜連接：只固定，無相對運動。如螺紋連接、普通平鍵連接。靜連接：只固定，無相對運動。如螺紋連接、普通平鍵連接。動連接：彼此有相對運動。如花鍵、螺旋傳動等。動連接：彼此有相對運動。如花鍵、螺旋傳動等。運動副運動副2 2、按、按傳載原理傳載原理分分靠摩擦力（力閉合）：如受橫向載荷的緊螺栓連接、過盈連接。靠摩擦力（力閉合）：如受橫向載荷的緊螺栓連接、過盈連接。非摩擦（形閉合）：靠連接零件的相互嵌合傳載，如平鍵。非摩擦（形閉合）：靠連接零件的相互嵌合傳載，如平鍵。材料鎖合連接：利用附加材料分子間作用，如粘接、焊接。材料鎖合連接：利用附加材料分

4、子間作用，如粘接、焊接。3 3、按、按拆開時是否損壞零件拆開時是否損壞零件分分2022-5-75 直徑直徑大徑大徑d d：公稱直徑公稱直徑。M20d=20mmM20d=20mm小徑小徑d d1 1：螺紋的最小直徑。：螺紋的最小直徑。中徑中徑d d2 2：齒厚：齒厚= =齒槽寬處直徑，幾何計齒槽寬處直徑，幾何計算用。算用。 一般取：一般取：d d2 2=(d+d=(d+d1 1)/2)/2 螺距螺距p p 線數線數n n：n=1n=1時用于連接時用于連接；n n1 1時用于傳動；時用于傳動； nn，但為便于制造，但為便于制造n4n4 牙形角牙形角 ：螺紋牙兩側面夾角。：螺紋牙兩側面夾角。一、螺紋

5、的主要參數一、螺紋的主要參數5.1 5.1 螺紋螺紋2022-5-76二、螺紋的類型二、螺紋的類型右旋右旋左旋左旋螺紋位置：內螺紋螺紋位置：內螺紋螺母；外螺紋螺母；外螺紋螺釘。螺釘。旋向判定：旋向判定：順著軸線方向看，可見側左邊高順著軸線方向看，可見側左邊高則為左旋，右邊高則為右旋。則為左旋，右邊高則為右旋。螺紋旋向：左旋螺紋，右旋螺紋螺紋旋向：左旋螺紋，右旋螺紋（常用）（常用）。思考：思考： 中徑升角中徑升角 ：2arctandnp 導程導程s s ：s=nps=np2022-5-77連接：效率低、自鎖性好。連接：效率低、自鎖性好。傳動：效率高、自鎖性差。傳動：效率高、自鎖性差。螺紋牙形：三

6、角形、矩形、梯形、鋸齒形等螺紋牙形：三角形、矩形、梯形、鋸齒形等30303 330306060三角形三角形梯形梯形鋸齒形鋸齒形矩形矩形單線，用于連接單線，用于連接雙線或多線，常用于傳動雙線或多線，常用于傳動粗牙：一般情況下使用。粗牙：一般情況下使用。細牙：細牙：d d相同，相同，p p小，小， 小，牙淺，自鎖性好，但不小，牙淺，自鎖性好，但不耐磨，易滑扣。耐磨，易滑扣。 用于變載荷場合。用于變載荷場合。 連接螺紋：一般為單線、粗牙、右旋的三角螺紋。連接螺紋：一般為單線、粗牙、右旋的三角螺紋。螺紋線數螺紋線數：單線（連接）；多線（傳動）。：單線（連接）；多線（傳動）。2022-5-78一、主要類

7、型（一、主要類型（注意各圖的畫法注意各圖的畫法）1 1、螺栓連接、螺栓連接受拉受拉普通螺栓普通螺栓普通螺栓：普通螺栓：無需在被連件上加工螺紋無需在被連件上加工螺紋 孔，裝拆方便，用于孔，裝拆方便，用于兩被兩被 連件均不太厚連件均不太厚的場合。的場合。受剪受剪鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓：鉸制孔螺栓：除起連接作用外，除起連接作用外， 還起還起定位定位作用。作用。5.2 5.2 螺紋連接螺紋連接2022-5-792 2、雙頭螺柱連接、雙頭螺柱連接 用于用于有一連接件較厚，并有一連接件較厚，并經常裝拆經常裝拆的場合，拆卸時只需的場合，拆卸時只需擰下螺母即可。擰下螺母即可。3 3、螺釘連接、螺釘連接

8、 用于用于有一連接件較厚，有一連接件較厚，且不需經常裝拆且不需經常裝拆的場合。的場合。2022-5-7104 4、緊定螺釘連接、緊定螺釘連接 螺釘末端頂住另一零件的表面或相應凹坑，以固定螺釘末端頂住另一零件的表面或相應凹坑，以固定兩個零件的相互位置，并兩個零件的相互位置，并可傳遞不大的力或力矩可傳遞不大的力或力矩。2022-5-711二、螺栓連接的預緊與防松二、螺栓連接的預緊與防松1 1、預緊、預緊受載之前受載之前擰緊螺母擰緊螺母預緊力預緊力F F0 0預緊預緊連接剛度連接剛度防松能力防松能力緊密性緊密性（1 1）擰緊力矩）擰緊力矩T=T=？螺母支承面間的摩擦阻力矩螺母支承面間的摩擦阻力矩以螺

9、母分析：以螺母分析：T=TT=T1 1+T+T2 2螺紋副間的摩擦力矩螺紋副間的摩擦力矩2022-5-712221dFTt)tan(vtFF螺紋副間有效圓周力螺紋副間有效圓周力2)tan(2dFva)螺母所 受轉矩b)螺栓所 受轉矩c)螺栓轉 矩圖T1T2T1TTTT434T3T12022-5-713frFT 2（r rf f支承面摩擦半徑）支承面摩擦半徑）dFkTTTt 21k kt t擰緊力矩系數，一般取擰緊力矩系數，一般取k kt t=0.2=0.2F/2F/2d)螺栓和被聯接 件所受預緊力e)計算螺母承壓面 力矩用的符號FF/2F/2FD1d1221dFTt)tan(vtFF螺紋副間有

10、效圓周力螺紋副間有效圓周力2)tan(2dFv2022-5-714（2 2）控制）控制T T的方法的方法T F T F 拉斷、滑扣拉斷、滑扣TT不能滿足工作要求不能滿足工作要求控制控制T T的大小的大小一般情況憑經驗，擰緊即可。一般情況憑經驗，擰緊即可。方法：方法：測量螺栓伸長量：測量螺栓伸長量： （大型螺栓連接）（大型螺栓連接）定力矩扳手定力矩扳手測力矩扳手測力矩扳手沖擊扳手沖擊扳手2022-5-715 采用測力矩扳手或定力矩扳手控制預緊力，準確性較差，也不采用測力矩扳手或定力矩扳手控制預緊力，準確性較差，也不適用與大型的螺栓連接。為此，可以采用測量螺栓伸長量的方法來適用與大型的螺栓連接。為

11、此，可以采用測量螺栓伸長量的方法來控制預緊力。控制預緊力。測量螺栓伸長量測量螺栓伸長量2022-5-716（3 3）嚴格控制預緊力時）嚴格控制預緊力時 dM12M16dM12M16標準扳手長度標準扳手長度L=15dL=15d，若擰緊力為，若擰緊力為F F，則：，則： T=FL=15dF=0.2FT=FL=15dF=0.2Fd d F F=75F=75F若若F=200NF=200N，則，則F F=15000N=15000N。 小于小于M12M12，則易拉斷。，則易拉斷。二、防松二、防松1 1、螺紋連接按自鎖條件設計：、螺紋連接按自鎖條件設計： v v。 靜載下不會自行松脫。靜載下不會自行松脫。2

12、 2、松動原因、松動原因沖擊、振動、變載荷下沖擊、振動、變載荷下溫度變化較大時溫度變化較大時螺旋副摩擦力螺旋副摩擦力F Ff f減小或瞬時消失減小或瞬時消失松動松動2022-5-717下螺母上螺母螺栓對頂螺母對頂螺母3 3、防松方法、防松方法防止螺旋副相對轉動。防止螺旋副相對轉動。按防松原理不同，分為三類：按防松原理不同，分為三類：a a ）摩擦防松摩擦防松自鎖螺母自鎖螺母2022-5-718彈簧墊圈彈簧墊圈開口方向：開口方向：斜向右下方斜向右下方彈性增壓彈性增壓尖端抵住尖端抵住開口銷與槽形螺母開口銷與槽形螺母b b ）機械防松（直接鎖住）機械防松（直接鎖住）2022-5-7192022-5-

13、720正確正確不正確不正確注意注意金屬絲穿入方向金屬絲穿入方向串連金屬絲串連金屬絲2022-5-721c c ）破壞螺紋副關系破壞螺紋副關系不可拆連接不可拆連接膠接膠接沖點沖點焊住焊住2022-5-722 5.3螺栓連接的強度計算一一失效形式失效形式二二設計步驟設計步驟三三松螺栓連接強度設計松螺栓連接強度設計四四緊螺栓連接強度設計緊螺栓連接強度設計一一僅受預緊力僅受預緊力的緊螺栓連接的緊螺栓連接二二受橫向載荷受橫向載荷的緊螺栓連接的緊螺栓連接三三受軸向載荷受軸向載荷的緊螺栓連接的緊螺栓連接螺栓連接螺栓連接受拉螺栓受拉螺栓受剪螺栓受剪螺栓松連接：不擰緊，無預緊力松連接：不擰緊，無預緊力F F0，

14、僅受工作載荷，僅受工作載荷F F緊連接：需擰緊緊連接：需擰緊僅受預緊力僅受預緊力F F0同時受預緊力同時受預緊力F F0和工作載荷和工作載荷F F2022-5-723一一. .失效形式失效形式失效形式：失效形式：u 1. 1. 螺紋部分的塑性變形和螺栓桿的斷螺紋部分的塑性變形和螺栓桿的斷 裂（裂（普通普通螺栓）螺栓）u 2. 2. 螺栓桿剪斷或帖合面壓潰（螺栓桿剪斷或帖合面壓潰（受剪受剪螺栓）螺栓）u 3. 3. 經常裝拆因磨損而發生滑扣經常裝拆因磨損而發生滑扣u普通螺栓主要為普通螺栓主要為螺桿的疲勞斷裂螺桿的疲勞斷裂u受剪螺栓受剪螺栓( (鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓) )主要為壓潰和剪切主要為壓潰

15、和剪切FFsdhsFsF2022-5-724二二. .設計步驟設計步驟一般設計步驟：一般設計步驟：u螺栓組受力分析螺栓組受力分析找出受力最大的螺栓找出受力最大的螺栓 單個螺單個螺栓受力分析栓受力分析和失效分析和失效分析 單個螺栓強度計算單個螺栓強度計算確確定螺栓的尺寸（直徑、長度）定螺栓的尺寸（直徑、長度）2022-5-725三三 . . 松螺栓連接強度設計松螺栓連接強度設計u受載荷形式受載荷形式軸向拉伸軸向拉伸( (工作拉力工作拉力F)F)u失效形式失效形式螺栓塑變或拉斷螺栓塑變或拉斷 u設計準則設計準則保證螺栓拉伸強度保證螺栓拉伸強度u強度條件：強度條件： s ss s u設計計算方法：設

16、計計算方法： 校核式校核式 : :設計式設計式: : ss4/21dF1dsF4式中：式中：d1螺紋小徑（螺紋小徑（mm）；）； 螺栓的許用拉應力（螺栓的許用拉應力（Mpa)。 s2022-5-726四 .緊螺栓連接強度設計1. 1. 僅受預緊力的緊螺栓連接僅受預緊力的緊螺栓連接（工作前預緊，工作中受力不變，（工作前預緊，工作中受力不變，例：普通設備蓋板）例：普通設備蓋板）u受載荷形式受載荷形式擰緊后擰緊后: :軸向拉伸軸向拉伸( (軸向拉力軸向拉力F F0 0) ) 擰緊過程中擰緊過程中: :軸向拉伸軸向拉伸F F0 0、扭力、扭力T Tu失效形式失效形式螺栓拉斷螺栓拉斷 ( (拉、扭綜合作

17、用拉、扭綜合作用) )u設計準則設計準則保證螺栓拉伸強度保證螺栓拉伸強度u強度條件：強度條件： s scas s u設計計算方法：設計計算方法：校核式校核式 : :TF0F0擰緊力矩擰緊力矩TT剪應力剪應力預緊拉力預緊拉力F F拉應力拉應力s5 .0ca3 . 1)5 . 0(3+=3+=22224/3 . 1=210dFca1.3401Fd設計式設計式: :2022-5-7272.2.受橫向載荷的緊螺栓連接受橫向載荷的緊螺栓連接u受載荷形式受載荷形式工作載荷作用之前工作載荷作用之前，螺栓已受預緊力，螺栓已受預緊力 F0作用作用 （擰緊過程中擰緊過程中:軸向拉伸軸向拉伸F0、扭力、扭力T） 擰

18、緊后擰緊后: 預緊力預緊力 F0u失效形式失效形式 相同否相同否？兩種情況的工作原理不同兩種情況的工作原理不同！普通螺栓普通螺栓鉸制孔螺栓鉸制孔螺栓2022-5-728受橫向載荷的普通螺栓連接受橫向載荷的普通螺栓連接u受載荷形式受載荷形式擰緊過程中擰緊過程中: :軸向拉伸軸向拉伸F F0 0 、扭力扭力T Tu失效形式失效形式螺栓拉斷螺栓拉斷 ( (拉、扭綜合作用拉、扭綜合作用) )u設計準則設計準則保證螺栓拉伸強度保證螺栓拉伸強度u強度條件強度條件： caca u設計計算方法設計計算方法：u問題：預緊力問題：預緊力F F0 0應滿足的條件應滿足的條件? ?與橫向載荷與橫向載荷F F有何關系有

19、何關系？u依據：被連接件不滑移依據：被連接件不滑移界面摩擦力界面摩擦力FF即：即：F0F0FFTF0F0校核式校核式 : :4/3 . 1=210dFca1.3401Fd設計式設計式: :FfF2 . 1=0fFF2 . 1=0討論：討論：f=0.2時，時，F0=?F2022-5-729討論：討論：u普通螺栓受橫向載荷普通螺栓受橫向載荷F F時，為保證結合面時，為保證結合面不發生滑移，靠結合面的摩擦力抵抗不發生滑移，靠結合面的摩擦力抵抗F Fu預緊力預緊力F F0 0的大小，根據接合面不發生滑移的大小，根據接合面不發生滑移的條件確定的條件確定uf=0.2f=0.2時，時，F F0 0=6F=6

20、Fu結論：結論：橫向載荷過大的情況下，不適宜用普通螺栓橫向載荷過大的情況下，不適宜用普通螺栓宜采用鉸制孔螺栓宜采用鉸制孔螺栓必須采用普通螺栓時，應配合必須采用普通螺栓時，應配合減載銷、鍵或減載套筒減載銷、鍵或減載套筒使用使用減載裝置強度計算同鉸制孔螺栓計算減載裝置強度計算同鉸制孔螺栓計算FSFsFFT1.3401FdFFf2.1=02022-5-730受橫向載荷的鉸制孔螺栓連接受橫向載荷的鉸制孔螺栓連接u受載荷形式受載荷形式擰緊過程中擰緊過程中: :軸向拉伸軸向拉伸F F0 0 、扭、扭力力T T( (預緊力小，計算時可忽略預緊力小，計算時可忽略) ) 工作時：工作時：橫向載荷橫向載荷F Fu

21、失效形式失效形式側面壓潰及螺栓剪切側面壓潰及螺栓剪切u設計準則設計準則保證擠壓、剪切強度保證擠壓、剪切強度u強度條件強度條件： p pp p 、 u設計計算方法：設計計算方法：擠壓強度：擠壓強度：剪切強度：剪切強度：min0ppLdFs ss s 420dF2022-5-7313. 3. 受軸向載荷的緊螺栓連接受軸向載荷的緊螺栓連接u受載荷形式受載荷形式擰緊過程中擰緊過程中: : 軸向拉軸向拉伸伸F F0 0 、扭力、扭力T Tu工作時，工作時，再承受工作載荷再承受工作載荷F Fu此時，螺栓所受的總拉力此時，螺栓所受的總拉力: :uF F2 2 = F= F0 0+F +F ? ?TF0F0F

22、FF2F2u須根據靜力平須根據靜力平衡方程和變形衡方程和變形協調條件求解協調條件求解FDDp2022-5-732受力和變形關系受力和變形關系變形協調條件變形協調條件: l l1 1 l lm l lF2F+F0F2=F+F1l lbl lm l l1 l lmF0F0FFF2F2F0F0F1F1預緊預緊F0受載受載F螺栓螺栓被連接件被連接件拉力拉力F0，伸長，伸長l lb壓力壓力F0，壓縮，壓縮l lm拉力拉力F2, 伸長伸長b b l l1 1壓力壓力F1, 壓縮壓縮l lm - l lm未預緊未預緊未受力、無變形未受力、無變形 未受力、無變形未受力、無變形2022-5-733受力變形線圖受

23、力變形線圖F F1 1：殘余預緊力：殘余預緊力u防止受載后接合面產生縫隙防止受載后接合面產生縫隙u根據緊密性要求選取，根據緊密性要求選取，p83p83形變形變l l力力Fl lbl lmllF1FF2F0被連接件被連接件螺栓螺栓l lm螺栓預緊后力與變形的關系螺栓預緊后力與變形的關系螺栓受載后力與變形的關系螺栓受載后力與變形的關系2022-5-734承受軸向載荷的緊螺栓承受軸向載荷的緊螺栓3可用載荷變形圖進一步分析各力之間的關系：可用載荷變形圖進一步分析各力之間的關系：螺栓的剛度螺栓的剛度 ： Cb 被連接件的剛度：被連接件的剛度：Cmmm力力變形變形b0F力力變形變形o力力變形變形ommbb

24、0F1FF2FFbbCtanmmCtanFCCCmbb+=則則螺栓的總拉力螺栓的總拉力 FCCCFFmbb+=02FCCCFFmbm+=10或寫成：或寫成：FCCCFFmbm+=01-bb2022-5-735承受軸向載荷的緊螺栓4令mbb+=CCCKc，稱為螺栓的，稱為螺栓的相對剛度相對剛度，其值見表其值見表P84。 為保證連接的緊密性，為保證連接的緊密性，應使應使 F1 0 。通常根據工作拉力。通常根據工作拉力 F 的性的性質確定質確定F1 。 a) 靜強度計算靜強度計算（ F 不變化時不變化時）強度條件為：強度條件為：21243 .1=dF s注注：式中：式中“ 1.3 ” 考慮的是工作中

25、可能的補充擰緊引起的切應力的影響。考慮的是工作中可能的補充擰緊引起的切應力的影響。設計式為：設計式為：1d F3 . 142F F無變化時，無變化時，F1=(0.2-0.6)FF1=(0.2-0.6)FF F有變化時，有變化時，F1=(0.6-1)FF1=(0.6-1)F有密封要求時，有密封要求時，F1=(1.5-1.8)FF1=(1.5-1.8)F2022-5-736螺紋連接件的許用應力1b) 疲勞強度計算疲勞強度計算（F變化時）變化時）2022-5-737 5.45.4螺栓組連接的設計螺栓組連接的設計螺栓組：所有螺栓的材料、尺寸、擰緊程度完全一樣。螺栓組：所有螺栓的材料、尺寸、擰緊程度完全

26、一樣。螺栓組設計的任務：螺栓組設計的任務：1.合理地確定連接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式及合理地確定連接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式及數目，力求各螺栓和螺栓結合面受力均勻，便于加工和數目，力求各螺栓和螺栓結合面受力均勻，便于加工和裝配裝配-結構設計結構設計;2.找出螺栓組中受力最大的螺栓及其載荷找出螺栓組中受力最大的螺栓及其載荷-受力分析受力分析。2022-5-738螺紋連接組的設計螺紋連接組的設計1 一、螺栓組連接的結構設計一、螺栓組連接的結構設計螺栓組連接的設計螺栓組連接的設計主要目的主要目的：確定螺栓的數目及布置形式；確定螺栓連：確定螺栓的數目及布置形式；確定螺栓連接的結構尺寸。

27、應綜合考慮以下問題：接的結構尺寸。應綜合考慮以下問題：v為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證連接結合面受力均為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證連接結合面受力均勻，通常連接結合面的幾何形狀都設計成軸對稱的簡單幾何形勻，通常連接結合面的幾何形狀都設計成軸對稱的簡單幾何形狀。狀。2022-5-739螺紋連接組的設計螺紋連接組的設計1 一、螺栓組連接的結構設計一、螺栓組連接的結構設計螺栓組連接的設計螺栓組連接的設計v螺栓布置應使各螺栓的受力合理。螺栓布置應使各螺栓的受力合理。v螺栓的排列應有合理的間距、邊距。螺栓的排列應有合理的間距、邊距。v避免螺栓承受附加的彎曲載荷。避免螺栓承受附加的彎曲載荷。說

28、明說明說明說明說明說明2022-5-740螺紋連接組的設計1 一、螺栓組連接的結構設計一、螺栓組連接的結構設計螺栓組連接的設計螺栓組連接的設計v 為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一圓為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數目取成周上的螺栓數目取成4、6、8等偶數。等偶數。2022-5-741螺栓組連接的基本螺栓組連接的基本受載類型：受載類型：1受橫向載荷受橫向載荷FS SFS S4受傾覆力矩受傾覆力矩OM2受轉矩受轉矩riOT3受軸向載荷受軸向載荷FFS S假設：假設：所有螺栓的剛度和預緊力均相同；所有螺栓的剛度和預緊力均相同； 螺栓組的對稱中心與連接接

29、合面的形心重合；螺栓組的對稱中心與連接接合面的形心重合； 受載后連接接合面仍保持為平面受載后連接接合面仍保持為平面; ; 各零件的變形在彈性范圍內。各零件的變形在彈性范圍內。二、螺栓組連接的受力分析二、螺栓組連接的受力分析螺栓組連接的設計螺栓組連接的設計2022-5-742受橫向載荷11、受橫向載荷受橫向載荷 時時F（1）用普通螺栓）用普通螺栓 螺栓預緊后在被連接件的接螺栓預緊后在被連接件的接觸面上產生正壓力，靠由此產生觸面上產生正壓力，靠由此產生的摩擦力承受的摩擦力承受 。F 保證被連接件不相對滑動，保證被連接件不相對滑動，須滿足：須滿足：0FKzifFs則所需預緊力為則所需預緊力為fziF

30、KFS0式中：式中：Ks可靠性系數，可靠性系數，ks=1.1-1.3 接合面的摩擦系數。見表接合面的摩擦系數。見表5-5。i接合面數。接合面數。f注：為減小螺栓直徑，注：為減小螺栓直徑，可采用減載措施。可采用減載措施。說明說明FFFFb)a)FFFF螺栓組連接受力分析2022-5-743受橫向載荷2（2）采用鉸制孔用螺栓FFFFb)a)FFFFb)a)FF 通過螺栓組形心時，在前通過螺栓組形心時，在前述假設下，各螺栓承受的橫向力述假設下，各螺栓承受的橫向力 相等。相等。 則則FFzFF=注：注：a) 不通過螺栓組形心時，向形心平移后再計算。不通過螺栓組形心時，向形心平移后再計算。Fb) 沿沿

31、方向上的受剪螺栓個數不宜過多。方向上的受剪螺栓個數不宜過多。F螺栓組連接受力分析2022-5-744受橫向載荷22 2、承受轉矩、承受轉矩 T T 的螺栓組連接的螺栓組連接連接受載后有繞螺栓組連接受載后有繞螺栓組形心轉動的趨勢，螺栓形心轉動的趨勢，螺栓受力情況與承受橫向工受力情況與承受橫向工作載荷的螺栓連接類似作載荷的螺栓連接類似 承受轉矩的螺栓組連接承受轉矩的螺栓組連接 螺栓組連接受力分析2022-5-745承受轉矩 T 時1(1）用普通螺栓連接）用普通螺栓連接 靠結合面上的摩擦力承受靠結合面上的摩擦力承受T 。 保證底板在保證底板在 T 作用下不轉作用下不轉動，須滿足動，須滿足zrfFrf

32、FrfF02010+TKS則所需預緊力則所需預緊力0F)+(21zSrrrfTK式中：式中： 、 見教材見教材 P76。sKfOT1r2r0fF0fF2 2、承受轉矩、承受轉矩 T T 的螺栓組連接的螺栓組連接螺栓組連接受力分析2022-5-746承受轉矩 T 時2iirKFmaxF(2）采用鉸制孔用螺栓）采用鉸制孔用螺栓 在前述假設下，各螺栓所受在前述假設下，各螺栓所受的工作剪力的工作剪力 與其中心到底板與其中心到底板中心的距離中心的距離 成正比。成正比。iFirOTirmaxriF螺栓組連接受力分析即即iirFrFmaxmax底板的靜力平衡方程為底板的靜力平衡方程為TrFziii1聯立兩式

33、求解，得最大工作剪力聯立兩式求解，得最大工作剪力ZiirTrF12maxmax2022-5-7475-4 螺栓組連接受力分析3、承受軸向載荷、承受軸向載荷 時時F 當當 通過螺栓組形心時，各螺栓所受通過螺栓組形心時，各螺栓所受的工作載荷的工作載荷 相等。相等。SFF則zFFS螺栓個數注：如注：如 不通過螺栓組的形心，應向形心平移后再計算。不通過螺栓組的形心，應向形心平移后再計算。SF螺栓組連接受力分析受軸向載荷的螺栓組連接受軸向載荷的螺栓組連接 SFPFF2022-5-7484受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接 傾覆力矩 M 作用在通過x-x并垂直于連接接合面的對稱面內，底板在承受傾

34、覆力矩之前，螺栓已被擰緊并承受預緊力F0且被拉伸，地基有均勻的壓縮。在作用M后，接觸面繞o-o線轉動一個角度，左邊的地基被放松，而螺栓被進一步拉伸；右邊的螺栓被放松，而地基被進一步壓縮。F2F0 F0 F2mp2( F1m引起引起)p1( F1引起引起)LiLmaxOOxxOMMp ( F 0引起引起)2022-5-749F1m 強調是基座上的壓力Fm F2m F1 F F2 C2 單個螺栓單個螺栓-地基的受力分析：地基的受力分析：Om 力力 變形變形 Ob 未加傾覆力矩時，工未加傾覆力矩時，工作點在作點在A。Mi=0施加傾覆力矩施加傾覆力矩M時時:左邊的螺栓，工作點移至：左邊的螺栓，工作點移

35、至：B1 和和C1 右邊的螺栓，工作點移至：右邊的螺栓，工作點移至：B2 和和C2 左邊螺栓總拉力增加，右邊螺栓總拉力減小。F2 F2m C1 B2 B1 A F0 在在MM的作用下，的作用下，根據底板的靜力根據底板的靜力平衡條件有：平衡條件有：iziiLFM1=maxmaxLLFFii作用在底板上的所有作用載荷之和形成一個作用在底板上的所有作用載荷之和形成一個力矩。這個力矩應該與外加傾覆力矩力矩。這個力矩應該與外加傾覆力矩M相平相平衡衡 假設底板受載仍為平面，則螺栓受假設底板受載仍為平面，則螺栓受力與螺栓中心到螺栓組排列中心的力與螺栓中心到螺栓組排列中心的距離成正比距離成正比: :2022-

36、5-750可見，距離中心線越遠的螺栓受力越大。可見，距離中心線越遠的螺栓受力越大。ziiziiLMLFLLFM12maxmax1max2max所以：故： 4. 4.受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接螺栓組連接受力分析2022-5-751為了防止接合面受壓最大處被壓碎或受壓最為了防止接合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現間隙，應使接合面間的小處出現間隙，應使接合面間的應力應力符合以符合以下條件：下條件：0maxminmaxmaxpppppppsssssssWMCCCMWAzFbmmpp)(1min0ss式中： 4. 4.受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接螺栓組連接受力分析20

37、22-5-7522022-5-753所以，上述條件可表達為：所以，上述條件可表達為：00min0maxWMAzFWMAzFpppsss式中：式中：A接合面的面積（接合面的面積（mm2）。）。W接合面的抗彎截面系數（接合面的抗彎截面系數（mm3）。）。許用擠壓應力（許用擠壓應力（Mpa），），見表見表56。ps 4. 4.受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接螺栓組連接受力分析2022-5-754連接接合面材料的許用擠壓應力見下表：連接接合面材料的許用擠壓應力見下表： 4. 4.受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接螺栓組連接受力分析2022-5-7553.14212max02ssd

38、FFCCCFFcambb強度條件：螺栓的總拉力： 4. 4.受傾覆力矩的螺栓組連接受傾覆力矩的螺栓組連接螺栓組連接受力分析2022-5-756例：例：如圖所示的支架受如圖所示的支架受 F 力。力。MABFOOHFVFHFVF 將將 F 力分解并向螺栓力分解并向螺栓組形心及結合面平移，得：組形心及結合面平移，得：軸向載荷軸向載荷 橫向載荷橫向載荷翻轉力矩翻轉力矩HFVFBFAFMHV設計中，需要防止如下四種可能的失效形式設計中，需要防止如下四種可能的失效形式：上沿開縫；上沿開縫；下沿壓潰下沿壓潰支架下滑；支架下滑； 需要足夠大的需要足夠大的 。 0F螺栓拉斷；螺栓拉斷； 需要足夠大的螺栓直徑需要

39、足夠大的螺栓直徑 。1d0minpsmaxpsps注：注： 實際中，螺栓組往往同時承受兩種或兩種以上的載荷。實際中，螺栓組往往同時承受兩種或兩種以上的載荷。2022-5-7575 57 螺栓的材料和許用應力螺栓的材料和許用應力( (一一) )螺紋連接件螺紋連接件材料材料螺栓、螺柱、螺釘常用材料：螺栓、螺柱、螺釘常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素鋼；等碳素鋼；特殊用途特殊用途( (防磁、導電防磁、導電): ): 特殊鋼、銅合金、鋁合金等。特殊鋼、銅合金、鋁合金等。螺栓、螺柱、螺釘的性能等級分為螺栓、螺柱、螺釘的性能等級分為10級。級。3.6 4.6 4.8 5.6 58 6.8 8.

40、8 9.8 10.9 12.9作為標準零件，螺紋連接件是按其性能等級選用的。對于一定性能等級的螺紋連接件應具備一定的強度極限。沖擊振動場合用：沖擊振動場合用：15Cr、40Cr、 30CrMnSi等合金鋼。等合金鋼。墊圈：墊圈：Q235、15、 35彈簧墊圈：彈簧墊圈： 65Mn 5-7 5-7 螺紋連接件的材料及許用應力螺紋連接件的材料及許用應力2022-5-758選用原則：選用原則：一般用途：通常選用一般用途：通常選用4.8級左右的螺栓，級左右的螺栓，重要場合：要選用高的性能等級，重要場合：要選用高的性能等級，如在壓力容器中常采用如在壓力容器中常采用8.8級的螺栓。級的螺栓。螺母的性能等級

41、分為 7級。 4 5 6 8 9 10 122022-5-759性能等級性能等級1 1、螺栓等：十個性能等級，如：、螺栓等：十個性能等級，如：3.63.6、4.64.6、4.84.8、性能等級性能等級材料性能材料性能如：如：6.86.8 BminBmin/100=6/100=6 BminBmin=600MPa=600MPa10(10(sminsmin/BminBmin)=8)=8 sminsmin=480MPa=480MPa或或 sminsmin=(6=(68)8)10=480MPa10=480MPa低碳鋼或中碳鋼低碳鋼或中碳鋼2 2、螺母的性能等級：、螺母的性能等級：4 4，5 5，6 6，

42、8 8，9 9，1010，1212 螺母性能等級表示可與該螺母相配最高性能等級螺栓抗拉強度的螺母性能等級表示可與該螺母相配最高性能等級螺栓抗拉強度的1/100 1/100 MpaaB40010041004 s s度度為為，相相配配螺螺栓栓最最高高抗抗拉拉強強例例：螺螺母母材材料料性性能能等等級級2022-5-760（二）螺紋連接件的許用應力（二）螺紋連接件的許用應力 螺紋連接件的許用應力與載荷性質螺紋連接件的許用應力與載荷性質( (靜、變載荷靜、變載荷) )、裝配情況裝配情況( (松、緊連接松、緊連接) )、材料、結構尺寸有關。、材料、結構尺寸有關。許用拉應力：許用拉應力： 許用剪應力和擠壓應

43、力：許用剪應力和擠壓應力： SssssSsPsPSss-被連接件為鋼被連接件為鋼PBPSss-被連接件為鑄鐵被連接件為鑄鐵S S, , S Sp p-安全系數，其取值詳見下頁表。安全系數，其取值詳見下頁表。2022-5-761表表5-10 螺栓連接的安全系數螺栓連接的安全系數S 碳素鋼碳素鋼 54 42.5 2.52 碳素鋼碳素鋼 12.58.5 8.5 8.512.5 M6M16 M16M30 M30M60 M16M16 M16 M30 M30M60不控制不控制預緊力預緊力的計算的計算控制預控制預緊力的緊力的計算計算受載類型受載類型 靜載荷靜載荷 變載荷變載荷松螺栓連接松螺栓連接 1.21.

44、7合金鋼合金鋼 5.75 53.4 3.43 合金鋼合金鋼 106.8 6.8 6.810 1.2 1.5 1.2 1.5(Sa=2.54 )鋼：鋼：S=2.5， Sp= 1. 25， 鋼：鋼：S=3.55， Sp= 1. 5鑄鐵：鑄鐵：Sp=2.02.5， 鑄鐵：鑄鐵： Sp= 2.53鉸制孔用鉸制孔用螺栓連接螺栓連接受軸受軸向及向及橫向橫向載荷載荷的普的普通螺通螺栓連栓連接接緊緊螺螺栓栓連連接接2022-5-7625 56 6 提高螺栓連接強度的措施提高螺栓連接強度的措施承受軸向變載荷時，螺栓的損壞形式：承受軸向變載荷時，螺栓的損壞形式：疲勞斷裂疲勞斷裂容易斷裂部位：容易斷裂部位：( (一

45、一) )降低螺栓總拉伸載荷降低螺栓總拉伸載荷F2的變化范圍的變化范圍軸向工作載荷軸向工作載荷F的變化范圍的變化范圍: 0 FCb+ CmCbF0 F0 +F總拉伸載荷的總拉伸載荷的F2變化范圍變化范圍: Cb 或或 Cm F2變化范圍變化范圍F 提高螺栓連接強度的措施有哪些呢？ 以螺栓連接為例，螺栓連接的強度主要取決于螺栓的強度，因此，提高螺栓的強度，將大大提高連接系統的可靠性。65%20%15%2022-5-763F0 m b措施一：降低螺栓剛度（措施一：降低螺栓剛度（ Cb Cb , b Cm , m m ） 措施三：綜合措施（措施三：綜合措施（ Cb Cm , F0 F0 ）F F F1 F2 F2F F m F1bF0m 雖然F = =FF F強調殘余預緊力減小但有F F強調殘余預緊力減小F = =FF = =F， F1 = =F 1F F前兩種措施會導致殘余預緊力減小，使密封性能降低。為保證可靠工作，可適當增大預緊力。F2F F F1 b F0 m bF F F1 F2 FF1FF0 bF F F1 F2 m 分析見圖528。2022-5-7645.6 5.6 提高螺紋連接強度的措施提高螺紋連接強度的措施1 1、機理、機理工作時，工作時，螺栓受拉，螺栓受拉，pp螺母受壓，螺