螺纹联接的强度计算

§5-5 螺纹联接的强度计算
（一）普通螺栓联接受轴向力Fa的强度计算
★失效形式：
Fa
★计算准则：
松螺栓联接强度计算
★紧螺栓联接强度计算
★Fa=F0的情况
★Fa←F0＋F工作的情况
Fa
§5-5 螺纹联接的强度计算
★紧螺栓联接强度计算 螺栓受轴向拉力Fa和螺纹
摩擦力矩T1的双重作用。
Fa
T1
拉应力：
§5-5 螺纹联接的强度计算
一、概述
大多数机械中，螺栓都是成组使用的。
F
T
F M
分析步骤： ①对螺栓组进行受力分析 ②确定受力最大的螺栓及其所受的力 ③对单个螺栓进行强度计算
§5-5 螺纹联接的强度计算
二、单个螺栓联接的强度计算
☻普通螺栓联接
单个螺栓承受轴向力Fa
Fa
☻铰制孔用螺栓联接
单个螺栓承受横向力F
第5章 螺纹联接和螺旋传动
§5-1 螺 纹 §5-2 螺纹联接的类型和标准联接件 §5-3 螺纹联接的预紧 §5-4 螺纹联接的防松 §5-5 螺纹联接的强度计算 §5-6 螺纹组联接的设计 §5-7 螺纹联接件的材料及许用应力 §5-8 提高螺栓联接强度的措施 §5-9 螺旋传动
联接概述
联接的分类: 动联接： 即各种运动副。
牙型角α，牙侧角β
α ββ
螺距P 线数n 导程S －－ S=nP。
升角ψ
d2
d d2 d1
PS
§5-1 螺 纹
S
ψ
πd2
PS
ψ
第5章 螺纹联接和螺旋传动
§5-1 螺 纹 §5-2 螺纹联接的类型和标准联接件 §5-3 螺纹联接的预紧 §5-4 螺纹联接的防松 §5-5 螺纹联接的强度计算 §5-6 螺纹组联接的设计 §5-7 螺纹联接件的材料及许用应力 §5-8 提高螺栓联接强度的措施 §5-9 螺旋传动
松螺栓联接强度计算
Fa
4
d12
即
d1
4Fa
[ ]
Fa/2
Fa/2
Fa——工作拉力，单位：N；
d1——螺栓危险截面的直径，单位：mm；
Fa
[σ]——螺栓材料的许用拉应力，单位：MPa。
螺栓与螺母的其他尺寸（螺纹牙、螺栓头、光杆）
和螺母、垫片等，是根据等强度原则及经验规定的。 采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。 可按螺栓大径d由标准选取
2, 1.5, 1
注：括号内的公称直径为第二系列
P 60˚
§5-1 螺 纹
P
P
粗牙
d
细牙 d
细牙 d
粗牙螺纹应用最广
细牙螺纹的优点：小径大、强度高、升角小、自锁性好， 缺点：不耐磨易滑扣。 应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。
§5-1 螺 纹
管螺纹
公称直径----管子的公称通径。强调与普通螺纹不同
联接概述
联接概述
键联接
第5章 螺纹联接和螺旋传动
§5-1 螺 纹 §5-2 螺纹联接的类型和标准联接件 §5-3 螺纹联接的预紧 §5-4 螺纹联接的防松 §5-5 螺纹联接的强度计算 §5-6 螺纹组联接的设计 §5-7 螺纹联接件的材料及许用应力 §5-8 提高螺栓联接强度的措施 §5-9 螺旋传动
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
一、螺纹联接的基本类型 1. 螺栓联接
普通螺栓联接 应用广泛 分为：
铰制孔用螺栓联接
普通螺栓
铰制孔用螺栓
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
孔与螺杆 之间留有
间隙
普通螺栓联接
相同：均为通孔，装拆较薄件 注意制图、结构的关系
螺杆与 孔壁接
触
铰制孔用螺栓联接
有配合， 成本高：螺杆精度、用铰刀铰孔
§5-4 螺纹联接的防松
☻螺纹联接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动。
☻按工作原理可分为三类：
1. 摩擦防松
弹簧垫圈
对顶螺母
自锁螺母防松
尼龙圈锁 紧螺母
2. 机械防松
§5-4 螺纹联接的防松
止动垫圈
开口销与开槽六角螺母 圆螺母用止动垫圈
串联钢丝
§5-4 螺纹联接的防松
3. 不可拆防松 （铆冲；粘接； 焊接）
T
§5-3 螺纹联接的预紧
预紧力的控制：
定力矩扳手
测力矩扳手 预紧力和预紧力矩之间的关系：
注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(＜M12)的螺栓。
第5章 螺纹联接和螺旋传动
§5-1 螺 纹 §5-2 螺纹联接的类型和标准联接件 §5-3 螺纹联接的预紧 §5-4 螺纹联接的防松 §5-5 螺纹联接的强度计算 §5-6 螺纹组联接的设计 §5-7 螺纹联接件的材料及许用应力 §5-8 提高螺栓联接强度的措施 §5-9 螺旋传动
§5-3 螺纹联接的预紧
☻预紧力
大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载 荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。
☻预紧的目的
T
增加联接的可靠性和紧密性。
☻预紧力的确定原则：
Fa
拧紧后，螺纹联接件的预紧应力不得超
Fa
过其材料的屈服极限s的80%
碳素钢螺栓 F0 (0.6 ~ 0.7) S A1 合金钢螺栓 F0 (0.5 ~ 0.6) S A1
静联接：在机器工作中，不允许零部件之 间存在相对运动的联接。
不须毁坏联接中的任何一个零件就可拆开的联接。
可拆联接： 如螺纹联接、键联接等。
静联接
过盈联接
不可拆联接：如铆接、焊接、胶接等。
至少毁坏联接中的一部分才能拆开的联接
联接概述
螺栓联接
联接概述
铆 接
联接概述
焊 接
焊焊接接的的齿减轮速结箱构体
普通螺纹α = 60˚ 三角形螺纹 管螺纹α = 55˚
普通螺纹:
三角形螺纹
普通螺纹以大径d为公称直径，同一公称直径可以有多种螺距，
其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。
P 60˚
P
P
粗牙
d
细牙 d
细牙 d
表10-1 直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm
P/8
Dd D2 d2 D1 d1
梯形
3º 锯齿形 30º
按螺纹的旋向分:
右旋螺纹
按螺旋线的根数分: S =P
SP
§5-1 螺 纹
左旋螺纹
S = 2P
S
P P
n≤4
单线螺纹
多线螺纹
三、普通螺纹的主要参数
§5-1 螺 纹
P/2P/2
大径d
－－螺纹的公称直径。
小径d1
d d2 d1
－－用于联接的强度计算。
中径d2
－－用于联接的几何计算。
d
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
A型
b l B型
b l
双头螺柱 两端螺纹可相同或不同，螺柱可带退刀槽或制成腰杆， 也可制成全螺纹。
d
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
螺钉
头部形状有圆头、扁圆头、 六角头、圆柱头和沉头等。头部 起子槽有一字槽、十字槽和内六 角孔等形式。
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
F
F
d0
Fa
§5-5 螺纹联接的强度计算
（一）普通螺栓联接受轴向力Fa的强度计算
★失效形式：
Fa
★计算准则：
松螺栓联接强度计算
★紧螺栓联接强度计算
★Fa=F0的情况
★Fa←F0＋F工作的情况
Fa
§5-5 螺纹联接的强度计算
（一）普通螺部分发 生塑性变形或拉断。
12
1.75
10.863
10.106
1.5, 1.25 0.5
(14) 16
2
12.701
2
14.701
11.835 13.835
1.5, 1
(18) 20 (20) 24 (27) 30
2.5
16.376
2.5
18.376
2.5
20.376
3
22.052
3
25.052
3.5
27.727
15.294 17.294 19.294 20.752 23.752 26.211
公称直径（大径）
粗
牙
细牙
Dd
3 4 5 6 8 10
螺距P
0.5 0.7 0.8 1 1.25 1.5
中径 D2 d2 2.675 3.545 3.545 5.350 7.188
9.026
小径 D2 d2 2.459 3.242 4.134 4.918 6.647
8.376
螺距P 0.35 0.5
1.25, 1 0.75
★1～4种类型螺纹联接的结构改错
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
其它：地脚螺栓
吊环螺栓
T形
槽螺栓
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
二、标准螺纹联接件
L L0
d
六角头螺栓
精度分A、B、C三级，通用机械中多用C级。 螺纹有粗牙和细牙之分。细牙螺纹用于细小零件、薄壁零 件或受冲击有变载荷的联接。
涂粘合剂
用冲头冲2~3点
1~1.5P 冲点防松法
粘合法防松
第5章 螺纹联接和螺旋传动
§5-1 螺 纹 §5-2 螺纹联接的类型和标准联接件 §5-3 螺纹联接的预紧 §5-4 螺纹联接的防松 §5-5 螺纹联接的强度计算 §5-6 螺纹组联接的设计 §5-7 螺纹联接件的材料及许用应力 §5-8 提高螺栓联接强度的措施 §5-9 螺旋传动
55 ˚
55 ˚
d d2 d1
P
d
d2d1
P
φ
非螺纹密封的管螺纹
2φ 用螺纹密封的管螺纹
梯形螺纹： β= 15º
锯齿形螺纹: β= 3º
30º
§5-1 螺 纹
常用于传动。
为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角β比三角形螺纹的要小得 多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。 锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。
§5-1 螺 纹
一、螺纹的形成
螺旋线－－一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋
转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。
螺纹－－一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过
圆柱体的轴线，就得到螺纹。
d2
螺纹
§5-1 螺 纹
二、螺纹的分类
螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副。 螺纹按工作性质分为联接用螺纹和传动用螺纹。
紧定螺钉
锥端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸 的场合；平端接触面积大，不伤零件表面，常用于顶紧硬 度较大的平面或经常拆卸的场合；圆柱端压入轴上的凹坑 中，适用于紧定空心轴上的零件位置。
90º
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
自攻螺钉 头部形状有圆头、平头、半沉头及沉头等。头部起子槽有 一字槽、十字槽等形式。末端形状有锥端和平端两种。
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
凸缘联轴器: 普通螺栓
对中榫
铰制孔螺栓
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
2. 双头螺柱联接
3. 螺钉联接
可
不
经
可
常
经
装
常
拆
装
拆
相同：一个为非通孔，装拆较厚件 注意制图、结构的关系
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
4. 紧定螺钉联接
锥端紧定螺钉
平端紧定螺钉 圆柱端紧定螺钉
螺旋千斤顶
按螺纹的牙型分:
30º
§5-1 螺 纹
15º
30º
3º
矩形螺纹
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
用于联接：三角形螺纹（牙形角55º或60º） 用于传动：矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹
三角形螺纹按母体形状分:
§5-1 螺 纹
圆柱螺纹
圆锥螺纹
管螺纹
普通螺纹牙形角为60º，管螺纹牙形角55º
§5-1 螺 纹
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
垫圈
平垫圈分为A级和C级两种。用于同一螺纹直径的垫 圈又分为特大、大、普通和小的四种规格，特大垫圈主要 在铁木结构上使用。
斜垫圈只用于倾斜的支承面上。
第5章 螺纹联接和螺旋传动
§5-1 螺 纹 §5-2 螺纹联接的类型和标准联接件 §5-3 螺纹联接的预紧 §5-4 螺纹联接的防松 §5-5 螺纹联接的强度计算 §5-6 螺纹组联接的设计 §5-7 螺纹联接件的材料及许用应力 §5-8 提高螺栓联接强度的措施 §5-9 螺旋传动
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
六角螺母 根据厚度分为标准螺母和薄型螺母两种。制造精度分 为A、B、C三级，分别与相同级别的螺柱配合使用。
§5-2 螺纹联接的类型与标准联接件
圆螺母与止动垫圈
D
b
b
圆螺母常与止动垫圈配 用，装配时将垫圈内舌插 入轴上的槽内，而将垫圈 的外舌嵌入圆螺母的槽内， 螺母即被锁紧。
扭转切应力：
按第四强度理论 进行拉扭合成：
★强度条件：
Fa Fa Fa
★记住：1.3系数的由来
§5-5 螺纹联接的强度计算
（一）普通螺栓联接受轴向力Fa的强度计算
★失效形式：
Fa
★计算准则：
松螺栓联接强度计算
★紧螺栓联接强度计算
★Fa=F0的情况
★Fa←F0＋F工作的情况
P P/8
60˚
H=0.866P d2=d-0.6495P D、d ----内、外螺纹大径 D2、d2----内、外螺纹中径 D1、d1----内、外螺纹小径
d1=d-1.0825P
P/8
P/230˚
90˚
P/4
H/4
P----螺距
标记示例： M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3)
M24X1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5)
90％的螺栓为疲劳断裂
%15 %20 %65
★计算准则： 保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。
§5-5 螺纹联接的强度计算
（一）普通螺栓联接受轴向力Fa的强度计算
★失效形式：
Fa
★计算准则：
松螺栓联接强度计算
★紧螺栓联接强度计算
★Fa=F0的情况
★Fa←F0＋F工作的情况
Fa
§5-5 螺纹联接的强度计算