第5章螺纹联接习题

2 1

4
d12
3.14 (17.29 103 )2 160 106 F 19.26KN 4 1.3 1.5 4 1.3 1.5
d12 [ ]
解题要点： 1.单个螺栓的最大轴向工作载荷F：
2.螺栓所受总拉力F2：
3.被连接件残余预紧力F1：
4.校核螺栓疲劳强度 ：
d1 17.294mm
）。
⑴求螺栓预紧力 F0
fF0iz K s F
F0
Ks F 1.2 F 1.5F f i z 0.2 2 2
⑵螺栓承受的拉应力
综合以上两式得
[ ] 1.3F0

1.3F0

[ ]
4
d12


1.3 1.5F
4
d
F∑
F∑
F F z
螺栓数目
(5-8)
工作原理: 依靠螺栓杆受剪切和受挤压来抵抗横向载荷FΣ
1．受横向载荷的螺栓组连接
A 若采用铰制孔用螺栓连接 B 若采用普通螺栓连接
F0 F0
F∑
F0
F∑
F0
工作原理:
靠螺栓预紧后在接合面上产生摩擦力来抵抗外载荷FΣ
B 若采用普通螺栓连接
F0 F0
工作原理: 靠螺栓预紧后在接合 面上产生摩擦力来抵抗外载荷FΣ。
2 F2 a M F2 2.5F
很显然，1、3两个螺栓 所受力相等，均为最大 值，其最大值
FMAX F F2 2.522 F
2 1 2
对方案3
F1 F / 3
3 F2 a M F2 5 F 3
在图示螺栓联接中采用两个M20的普通螺栓,其许用拉应力 160MPa 联接件接合面间摩擦系数 f =0.2,防滑系数 K s 1.2
F∑
F0
F∑
F0
预紧后接合面间所产生的最大摩擦力≥横向载荷：
f F0 Z i K s F
表5--5 螺栓个数 接合面数 本题：i =2 防滑系数， Ks =1.1~1.3
F0 F0
注意：
F∑
F0
F∑
连接所受载荷与螺栓所 受载荷之间有何不同。
F0
预紧后接合面间所产生的最大摩擦力≥横向载荷：
④
③
⑤
⑥
⑦
⑧ ①
图示为铰制孔用螺栓组连接的两种方案，试分析哪 个方案较好？
L
P
L
P
2a
P
T
P 2a
T
首先将P向0点简化，可以得到一个横向力和一个转矩。
● 在P 作用下每个螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？ ● 在T 作用下每个螺栓受到什么力作用？方向、大小如何？ ● 将P和T作用下螺栓所受的力进行合成，结果如何？
2. 采用专门防松元件防松
潘存云教授研制
开口销与六 角开槽螺母 圆螺母用止动垫圈 止动垫圈
串连钢丝
§5-4
3. 其他方法防松
螺纹连接的防松
涂粘合剂 用冲头冲2~3点 1~1.5P 冲点防松法 粘合法防松
§5-5
设计步骤：
结构设计
螺栓组连接的设计
受力分析
(单)强度计算
确定d 1
确定螺栓的数 目及布置形式
，联接件接合面间摩擦系数 在图示螺栓联接中采用两个 M20的普通螺栓 ,其许用拉应力 请计算该联接允许传递的静载荷 F。（ M20螺栓的小径 d1 17.294mm ）。
160MPa
f 0.20
，防滑系数
，联接件接合面间摩擦系数
Ks 1.2
。请计算该联接允许传递的静载荷F。（M20螺栓的小径
螺纹连接习题课一单项选择题从abcd中选一个答案当螺纹公称直径牙型角螺纹线数相同时细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能对于连接用螺纹主要要求连接可靠自锁性能好故常选用当铰制孔用螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时该螺栓组中的螺栓既可能受剪切也可能受挤压作用计算紧螺栓连接的拉伸强度时考虑到拉伸与扭转的复合作用应将拉伸载荷增加到原来的在同一螺栓组中螺栓的材料直径和长度均应相同这是为了a
4. 为便于在圆周上钻孔时的分度和画线，分布在同 一圆周上的螺栓数目，应取成: 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。
5. 避免螺栓承受附加的弯曲载荷
切削加工支承面
支承面不平
采用凸台或沉孔结构
支承面倾斜
采用斜垫圈
螺栓组的结构设计，还包括合理地选择螺栓组的防松装置。
§5-5
2．受转矩的螺栓组连接 A. 采用普通螺栓
----靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。
O
T
r1 r2
潘存云教授研制
f F0
f F0
2．受转矩的螺栓组连接
A. 采用普通螺栓，是靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力 矩来抵抗转矩T。
O T r1 r2
潘存云教授研制
f F0
根据作用在底板上的力矩平衡条件：
潘存云教授研制
Fi
ri O T
rmax
Fi Fmax F1 F2 Fz r r2 rz ri rmax 1
（1）
据作用在底板上的力矩平衡条件：
f F0 Z i K s F
F0
保证连接件不产生滑移时， 单个螺栓所承受的轴向拉力
K s F f z i
(5-9)
§5-5
螺栓组连接的设计
1．受横向载荷的螺栓组连接 进一步分析：
K s F F0 f z i
当 f = 0.2，KS =1.2 ， Z=1，i =1 时，
螺纹连接习题课
一、单项选择题（从A、B、C、D中选一个答案） 1. 当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细 牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能 A 。 A. 好 B. 差 C. 相同 D. 不一定
2. 对于连接用螺纹，主要要求连接可靠，自锁 性能好，故常选用 A 。 A. 升角小，单线三角形螺纹 B. 升角大， 双线三角形螺纹 C. 升角小，单线梯形螺纹 D. 升角大， 双线矩形螺纹
找出受力最 大的螺栓
定出螺栓的尺寸
对不重要的螺栓连接，可用类比法确定，不再进行强度校核。
§5-5
▲ 设计目的：
螺栓组连接的设计
（一）螺栓组连接的结构设计
确定接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各 螺栓和接合面受力均匀、便于加工装配。 ▲ 基本原则： 1. 连接结合面的几何形状常设计成:
轴对称的简单几何形状
螺栓组连接的设计
(二) 螺栓组连接的受力分析
目的： 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。
假设： 1）所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同； 2）螺栓组的对称中心与连接接合面的形心重合； 3）受载后连接接合面仍保持为平面。
典型的螺栓组受载情况：
F∑
F∑
O T
潘存云教授研制
9．当螺栓组承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中 的螺栓________ D 。 A. 必受剪应力作用 B. 必受拉应力作用 C. 同时受到剪切和拉伸 D. 既可能受剪切，也可能受拉伸 10．随着被联接件刚度的增大，螺栓的疲劳强度 A ________ 。 A．提高 B．降低 C．不变 D．可能提高，也可能降低
F0 ≥ 6F∑
§5-5
(二 )
螺栓组连接的设计
螺栓组连接的受力分析
O T
1．受横向载荷的螺栓组连接 2．受转矩的螺栓组连接
潘存云教授研制
Question： 在转矩作用下被连接件之间有什么运动趋势？ 在转矩T作用下，被连接件底板将绕通过螺栓组对称 中心O并与接合面相垂直的轴线转动，
采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的 螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。
试找下图中普通螺纹连接结构中的错误。
① 螺栓安装方向不对，装不进去，应掉过 头来安装； ③ 弹簧垫圈尺寸不对，缺口方向也不对； ④ 一般连接不应采用扁螺母； ⑤ 螺纹伸出部分过长； ⑥ 无螺纹余留长度，螺母拧紧不可靠； ⑦ 被连接件表面没加工，应做出沉头 座孔并刮平，避免拧紧螺母时螺栓产 生附加弯曲应力； ⑧ 普通螺栓连接被连接件孔要大于螺栓大 径，而下部被连接件孔与向载荷或旋转 力矩时，该螺栓组中的螺栓 D 。 A. 必受剪切力作用 B. 必受拉力作用 C. 同时受到剪切与拉伸 D. 既可能受剪 切，也可能受挤压作用
4. 计算紧螺栓连接的拉伸强度时，考虑到拉 伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的 B 倍。 A. 1.1 B. 1.3 C. 1.25 D. 0.3
受横向载荷
受转矩
F∑
M
p D
受轴向载荷
受倾覆力矩
(二) 螺栓组连接的受力分析
1．受横向载荷的螺栓组连接
Question：在横向载荷的作用下被连接件之间有何运动趋势？
F∑
F∑
F∑
普通螺栓连接
F∑
铰制孔用螺栓连接
载荷的特点： 载荷作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组的对 称中心。
1．受横向载荷的螺栓组连接 A 若采用铰制孔用螺栓连接 每个螺栓所受工作剪力为：
圆形
圆环形
矩形
矩形框
三角形
2.
螺栓的布置应使各螺栓的受力合理
A) 对铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成 排地布置８个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；
F F
B) 当螺栓连接受弯矩或转矩作用时，应使螺栓的位置靠近 接合面的边缘，以减少螺栓的受力。
合理
不合理!
C) 若同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用抗剪零 件来承受横向载荷。 键 套筒 销
f F0
fF0 r1 fF0 r2 fF0 rZ K S T
K ST F0 f (r 1 r 2 r Z )
传递T时，每个螺栓所需的预紧力
(5-10)
2．受转矩的螺栓组连接 B. 采用铰制孔用螺栓
---靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。
螺栓危险截面受到的拉应力
故螺栓强度不够
§ 5-4
螺纹连接的防松
（一）防松的目的
思考：连接螺纹一般具有自锁性，为何还要防松？
（二）防松的方法
防松的根本问题 具体方法有三种： 是防止螺纹副发生相对转动
1、摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母 2、机械防松：开口销、止动垫片、串连钢丝 3、永久防松：焊、粘、冲 具体内容见表 5 - 3 Question： 表5-3中串连钢丝防松方法图 b）不正确的原因何在？
铰制孔用螺栓组联 接的三种方案如图 所示。已知 L=300mm，a=60mm， 试求螺栓组联接的 三个方案中，受力 最大的螺栓所受的 F F M F F L 0.3F (N m) 力各为多少？哪个 F 方案较好？ 。
1 1 2
2
。 对方案1
解：将力F平移到各结合面中心，扭转力矩M作用 下产生的剪切力为 M F L 0.3F (N m)
潘存云教授研制
Fi
O
Fmax rmax
ri
T
各螺栓的剪切变形量与其轴线到对称中心O的距离成正比。
（亦螺栓离O越远，变形量越大，所受的工作剪力也越大）
Fi Fmax F1 F2 Fz r r2 rz ri rmax 1
（1）
2．受转矩的螺栓组连接
B. 采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓 Fmax 的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来 抵抗转矩T。
5. 在螺栓连接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目 的是 C 。 A. 提高强度 B. 提高刚度 C. 防松 D. 减小每圈螺纹牙上的受力
6. 在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度 均应相同，这是为了 B 。 A. 受力均匀 B. 便于装配. C. 外形美观 D. 降低成本
7. 在螺纹联接中，按防松原理，采用双螺母属于 ________ 。 A A．摩擦防松 B．机械防松 C．破坏螺旋副的关系防松 D．增大预紧力防松 8．在螺纹联接设计中，被联接件与螺母和螺栓头的 联接表面加工凸台或沉头座是为了________ D A．使工作面均匀接触 B．使接触面大些，提高防松能力 C．安装和拆卸时方便 D．使螺栓不受附加载荷作用
3. 螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间
E E
60˚
h
A B
C
60˚
d D
C
对压力容器等紧密性要求较高的重要连接，螺栓的
间距 t0 不大于表5--4所推荐的数值。
t0
表5-4
d
螺栓间距 t0 工作压力 (MPa)
≤ 1.6
7d
1.6 ~ 4
4.5d
4 ~ 10 10 ~ 16 16 ~ 20 20 ~ 30 t0 (mm) 4.5d 4d 3.5d 3d
各方案中在力F作用产生的剪切力为 F1
将力F平移到各结合面中心，得扭转力矩
扭转力矩M作用下产生的剪切力为
F2
对方案1
F1 F / 3
2 F2 a M F2 2.5F
很显然，第3个螺栓受力最大，最大力
FMAX F / 3 2.5F 2.833F
对方案2
F1 F / 3
请判断下列螺纹的旋向？
右旋
左旋
一螺旋拉紧装置如图所示，若按图上箭头方向旋转中间零件，能 使两端螺杆A和B向中央移动，从而将两零件拉紧。试问该装置中 螺杆A和B上的螺纹旋向是右旋还是左旋？
答：如图所示若按图上箭头方向旋转中间零件，使两端螺杆A 和B向中央移动，从而将两零件拉紧，螺杆A和B的螺旋线方向 必相反，根据相对运动关系，螺杆A为左旋，螺杆B为右旋。