第10章 联接4-8

1）可拆联接，即允许多次装拆而不失效的联接，包括 螺纹联接、键联接（包括花键联接和无键联接）和销 联接；
2）不可拆联接，即必须破坏联接某一部分才能拆开的 联接，包括铆钉联接、焊接和粘接等。
10.4 螺纹联接的基本类型与标准螺纹联接件
10.4.1 螺纹联接的基本类型 e 基 本 类 型 螺栓联接
用于经常拆装易磨损之处。 可承受横向载荷。
表10-6 螺栓连接的许用拉应力[σ] 松连接 严格控制 预紧力的 紧联接 载荷性质 σs (0.6~0.8) σs 静载荷 变载荷
M30~M60
直径
不严格控 制预紧力 的紧联接 材料 碳钢 合金钢
M6~M16
M16~M30
M6~M16
M16~M30
(0.25~0.33 (0.33~0.50 (0.50~0.77 (0.10~0.15 ) σs ) σs ) σs ) σs (0.20~0.25 (0.25~0.40 ) σs ) σs 0.4 σs (0.13~0.20 ) σs
d a l1
孔与螺杆之 间留有间隙
l1
螺纹余留长度l1 静载荷l1>=(0.3~0.5)d; 变载荷l1>=0.75d; 冲击载荷或弯曲载荷l1≥ d; 铰制孔用螺栓l1≈ 0; 螺纹伸出长度a=(0.2~0.3)d; 螺栓轴线到边缘的距离 e=d+(3~6) mm
a
d 铰制孔螺栓
10.4 螺纹联接的类型及标准联接件
性能等级 3.6
材料和热处理 低碳钢
性能等级 10.9
材料和热处理
低碳合金钢， 淬火并回火 中碳钢， 淬火并回火
4.6、4.8、 5.6、5.8、 低碳钢或中碳钢 6.8 10.9
低、中碳合金钢， 淬火并回火 合金钢， 淬火并回火
低碳合金钢， 淬火并回火 8.8，9.8
中碳钢， 淬火并回火
12.9
合金钢， 淬火并回火
防松的方法： 1. 利用附加摩擦力防松
弹簧垫圈
对顶螺母
尼龙圈锁紧螺母
2. 机械防松
开口销与六 角开槽螺母
圆螺母用止动垫圈 止动垫圈
串联钢丝
串联钢丝
3. 其他方法防松
涂粘合剂
用冲头冲2~3点 1~1.5P 冲点防松法 粘合法防松
10.6 螺栓联接的强度计算
螺栓联接通常是成组使用的，称为螺栓组。在进 行螺栓组的设计计算时，首先要确定螺栓的数目和布 置;从螺栓组中找出受载最大的螺栓，计算该螺栓所受 的载荷，螺栓组的强度计算，实际上是计算螺栓组中 受载最大的单个螺栓的强度。
表10-5 螺栓、螺钉和双头螺柱的机械性能等级（GB3098.1—1982）
8.8
机械性能等级 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8
<M 16
>M 16
9.8
10.9 12.9
最小抗拉强度 330 极限 σBmin∕N/mm2
400
420
500
520
600
800
830
900
104 0
1220
0.15 σs
0.20 σs
注: σs为螺栓材料的屈服极限,N/mm2
联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动 松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有 可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象 （如高压锅），因此设计时必须考虑防松。即防止相对转动。
10.5.2 螺纹联接的防松
防松----防止螺旋副相对转动。
二.受预紧力和横向工作载荷的紧螺栓联接 紧螺栓联接受横向工作载 荷。普通螺栓与螺栓孔之间 有间隙，它是靠接合面间的 摩擦力来承受工作载荷的。 工作时，只有当接合面间摩 擦力足够大时，才能保证被 联接件不会发生相对滑动。
F Q0 F Q0
m 1
F/2 Q0
m 2
F
Q0
F/2
则螺栓的预紧力Q0应为
Q
由表10—1得，d =27mm时，d1=23.752mm，比根据强度 的计算求得d1值略大，合宜。故吊钩尾部螺纹可采用M27。
即螺栓的强度条件为
1 .3Q 0 s
pd1 / 4
2

N mm
2
式中： Q0为螺栓所受的预紧力，N； d1为螺纹小径，mm2； [s]为紧螺栓联接的许用应用力，N/mm2。
由于螺纹联接件已经标准化，各部分结构尺寸是 根据等强度原则及经验确定的，所以，螺栓联接的设 计只需根据强度理论进行计算确定其螺纹直径即可， 其它部分尺寸可查标准选用。
螺栓组联接的结构设计
要设计 成轴对称 的几何形 状。
10.6 螺栓联接的失效形式和设计准则 螺栓联接中的单个螺栓受力分为轴向载荷（受拉 螺栓）和横向载荷（受剪螺栓）两种。 受拉力作用的普通螺栓联接，其主要失效形式是螺 纹部分的塑性变形或断裂，经常装拆时也会因磨损而发 生滑扣，其设计准则为保证螺栓的静力或者疲劳拉伸强 度；
10.6.4 受预紧力和轴向载荷作用的紧螺栓联接 图示为气缸盖的螺栓联接， 设z个螺栓沿圆周均布，气缸 内的气体压强为p，则 每个螺栓的工作载荷为 P D QF
QF p
pD
2
QF
N
4z
加预紧力QO后→螺栓受 拉伸长λb0
松弛 状态 λm0 Q0 Q0
→被联接件受压缩短λm0 加载Q F 后:
Q0 K
f
F N
（12－5）
zfm
式中：z 为联接螺栓数目；
f为接合面间的摩擦系数，对于钢和铸铁，
f=0.15~ 0.2；
m为摩擦接合面数；
F为横向载荷，N；
Kf为可靠性系数或称防滑系数，通常Kf = 1.1~1.3。
求出预紧力Q0后，即可计算螺栓强度
普通螺栓靠摩擦力来承受横向载荷需要很大的预紧 力，为了防止螺栓被拉断，需要较大的螺栓直径，这将 增大联接的结构尺寸。 为此,可采用辅助结构，用键、套筒和销来承受横向 载荷，这时，螺栓仅起一般联接作用，不受横向载荷。
s
Q s
pd1 / 4
2

Q
N/mm
2
例10—3 如图10—17所示， 已知载荷Q=25kN，吊钩材料为 35钢，许用应力［σ］=60MPa， 试求吊钩尾部螺纹直径。
解：由式（10—11）得螺纹小径
d1
4Q
p [s ]

4 25 10 60 p
3
mm 23 . 033 mm
用键、套筒和销承受横向载荷
10.6.3 受剪螺栓联接
受剪螺栓通常是六角头铰制孔用螺栓，螺栓与螺 栓孔多采用过盈配合或过渡配合。
2
F
F/2 d0
m2
F

F
d0
1
m 1
F/2
2
用铰制孔螺栓受剪
当联接承受横向载荷时，螺栓横截面受剪切，螺 栓杆和被联接件孔壁表面受挤压，螺栓的剪切强度条 件和挤压强度条件分别为 :
(12-2)
式中，ss为螺栓材料的屈服极限，N/mm2； A为螺栓危险截面的面积，A≈pd2/4，mm2。
预紧力控制方法:
通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的， 重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。
1)凭手感经验； 2)测力矩扳手； 3)定力矩扳手； 4)测定伸长量。
测力矩扳手
F
LS LM
定力矩扳手
螺栓联接的许用应力与材料、制造、结构尺寸及 载荷性质等有关。
在设计时，通常螺栓直径未知，因此要用试算法： 假定公称直径d，查出螺栓联接许用拉应力，计算螺 栓小径d1，由d1查取公称直径d，若公称直径与原先假 定值相差较大时，应进行重算，直到两者相近。
表10-5A 螺栓、螺柱、螺钉和相配螺母通常采用的材料及热处理方法
如图所示，在拧紧螺母时，需要克服螺纹副相对 扭转的阻力矩T1和螺母与支承面之间的摩擦阻力矩T2， T 即拧紧力矩T=T1+T2。
Q0 2
Q0 2
d
T1
Q0 Q0
LS
Q0 2
Q0 2
D2
T2
d0
Q0 2
Q0 2
D1 T
拧紧螺母时的力矩计算
一般螺纹联接在装配的时候都必须拧紧，以增强联接的可靠性、紧密 性和防松能力。 对于一般联接，可凭经验来控制预紧力F0的大小，但对于重要的联接 就要严格控制其预紧力。 拧紧时扳手力矩为
H2 H1 H
e
d a
H2 H1 H
l1
10.4 螺纹联接的类型及标准联接件
10.4.1 螺纹联接的基本类型
基 本 类 型 螺栓联接 螺钉联接 双头螺柱联接 紧定螺钉联接
紧定螺钉
10.4.2 标准螺纹联接件 螺栓的结构形式
螺 纹 紧 固 件
螺栓
L L0
d 六角头 L L0 d 小六角头
10.4.2 标准螺纹联接件
sp
F zd 0 sp

t
(N/mm )
2
t
F zmpd 0 / 4
2
(N/mm )
2
m为螺栓受剪面数目； d0为螺栓杆在剪切面处的直径，mm； 为螺栓杆与孔壁间接触受压的最小轴向长度，mm； [t]为螺栓材料许用剪应力，N/mm2； [sp]为螺杆或者被联接件材料的许用挤压应力，N/mm2。
螺栓总伸长量增加为:
∆λ+λb0
λb0
预紧 Q0状态
Q0
∆λ Qr
被联接件压缩量减少为： λm0 - ∆λ 残余预紧力为： Qr 总拉力为： Q=QF+Qr 很显然: Qr<Q0
被联接件放松了
Q1 Q
∆λ 受载 Q 变形
FF Q
F F F Q