第十四章 螺纹连接

螺纹连接
使用测力矩扳手 测力矩扳手原理： 测力矩扳手原理 ： 利用弹性 件的变形量正比于拧紧力矩的原 理， 借助手柄上的指针指示刻度 扳上拧紧力矩值,以控制F 扳上拧紧力矩值,以控制F’。 使用定力矩扳手 定力矩扳手原理： 定力矩扳手原理 ： 当拧紧力 矩超过规定值时，弹簧压缩， 矩超过规定值时，弹簧压缩，卡 盘与圆柱销之间打滑， 盘与圆柱销之间打滑，如果继续 转动手柄，卡盘不再回转， 转动手柄，卡盘不再回转，拧紧 力矩的大小可用螺钉调整弹簧压 力来加以控制。 力来加以控制。
第十四章
•螺纹 螺纹 •螺纹连接 螺纹连接
螺纹连接
•单个螺栓连接的强度计算 单个螺栓连接的强度计算 •螺栓组连接的设计 螺栓组连接的设计 •提高螺纹连接强度的措施 提高螺纹连接强度的措施
§14.1
螺纹
螺纹的主要参数 常用螺纹
螺纹
螺纹的主要参数 是螺纹的公称直径。 大径d －是螺纹的公称直径。
常用于强度计算。 小径d1－常用于强度计算。 中径d2－常用于几何计算。 常用于几何计算。 在轴向截面内， 牙型角α－在轴向截面内， 螺纹牙型两侧边的夹角。 螺纹牙型两侧边的夹角。 牙型高度h－牙顶和牙底 间垂直于轴线的距离 中径线上， 螺距P －中径线上，相邻两螺纹 牙上对应点间的轴向距离。 牙上对应点间的轴向距离。 螺纹的螺旋线数目。 线数 n －螺纹的螺旋线数目。 导程 S －沿螺纹上同一条螺旋线
σe = σ 2 +3 2 = σ 2 +3×(0.5σ )2 ≈1.3σ τ
1.3F′ ≤ [σ ] 强度条件为： 强度条件为： σe = 2 πd1 4
——验算用 验算用 ——设计用。 设计用。 设计用 查手册， 查手册，选螺栓
设计式为： 设计式为：
d1 ≥
4×1.3F′
π[σ ]
当µs＝0.15、m＝1、K＝1.2时，则F ′＝8Fs。
轴向载荷（沿轴线方向）： 采用受拉螺栓 轴向载荷（沿轴线方向）： 横向载荷（ 轴线方向） 可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。 横向载荷（⊥轴线方向）： 可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。
下面按螺栓类型和受载形式的不同， 下面按螺栓类型和受载形式的不同，分别讨论其强度计算方 法。
单个螺栓连接的强度计算
受拉螺栓连接的强度计算
§14.３ ３
单个螺栓连接的强度计算
受拉螺栓连接的强度计算 铰制孔螺栓（受剪螺栓）连接的强度计算 受剪螺栓） 螺纹连接件的许用应力
单个螺栓连接的强度计算
§5-3 单个螺栓联接的强度
本节以螺栓联接为代表，讨论强度计算问题， 本节以螺栓联接为代表，讨论强度计算问题，其方法和 结论也适用于其他形式的螺纹联接。 结论也适用于其他形式的螺纹联接。 螺栓联接强度计算的目的是 确定防止失效所需的螺栓直径。 螺栓联接强度计算的目的是：确定防止失效所需的螺栓直径。 强度计算的目的 联接的强度计算内容，根据其可能的失效形式而定。 联接的强度计算内容，根据其可能的失效形式而定。 强度计算内容 螺纹联接的受载形式基本分为： 螺纹联接的受载形式基本分为：
支承面摩擦半径r rf—支承面摩擦半径rf≈(D1+d0)/4 ； 支承面摩擦半径 D1、d0—螺母支承面的外径、内径。 螺母支承面的外径、 螺母支承面的外径 内径。
简化计算： M10－M68的粗牙普通螺纹 简化计算：对M10－M68的粗牙普通螺纹 取 f /=tg ρ/ =0.15 ， fc＝0.15 得：T≈0.2F/d N.mm
F′引起的拉应力： σ = π 引起的拉应力：
F′
2 d1
4 拧紧力矩 M 引起的切应力
经分析推导可知： 经分析推导可知：
τ
τ=
τ ≈ 0.5σ
T1 = WT
F ′ tan(ψ + ρ ′) π d 12 16
d2 2
仅受预紧力的螺栓联 接
单个螺栓连接的强度计算
按第四强度理论计算当量应力， 按第四强度理论计算当量应力，则
左旋
右旋
§14.２ ２
螺纹连接
螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料及精度 螺纹连接的预紧及其控制 螺纹连接的防松
螺纹连接
螺纹连接的类型和螺纹紧固件的材料和精度
一、螺纹连接的类型
1. 螺栓联接
螺纹连接
2. 双头螺柱联接
工作原理： 工作原理： 螺栓受拉力， 螺栓受拉力，承 受外载
应用： 应用： 被联接件较厚， 被联接件较厚， 且常拆卸处
可见，要想传递一定的外载荷， 可见，要想传递一定的外载荷，需在螺 栓上施加8倍于外载荷的预紧力， 栓上施加8倍于外载荷的预紧力，这将 导致螺栓与连接的结构尺寸过大。 导致螺栓与连接的结构尺寸过大。 为避免上述缺点可采用减载装置， 为避免上述缺点可采用减载装置，如减 采用减载装置 载销、减载套等， 载销、减载套等，或采用铰制孔用螺栓 连接。 连接。
§5-1 螺纹
螺纹升角ψ－螺旋线的切线与 垂直于螺纹轴线的平面间的 夹角。 夹角。
转一周所移动的轴向距离， 转一周所移动的轴向距离，S = nP。 螺纹旋向分左旋和右旋， 螺纹旋向分左旋和右旋，常用右旋螺纹
S nP tan ψ = = πd 2 πd 2
螺纹
常用螺纹
按轴向剖面形状 螺纹的牙型） （螺纹的牙型）
τ=
π
4
F s
2 ds m
≤ [τ ]
式中：Fs－螺栓所受的工作剪力（N）； ds－螺栓剪切面的直径（mm）； m－螺栓受剪面数； [τ ]－螺栓的许用切应力。
单个螺栓连接的强度计算
螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为： 挤压强度条件为 ２、螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：
F σP = s ≤ [σP ] dsh
螺纹连接
螺纹连接的防松 1、螺纹联接多采用单线普通螺纹，一般都具有自锁性； 螺纹联接多采用单线普通螺纹，一般都具有自锁性； 2、在静载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松 但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时， 脱。但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时， 3、联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须 联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠， 考虑放松问题。 考虑放松问题。 防松方法： 防松方法： 摩擦防松 机械防松 永久止动
减载装置 a) 减载销 b) 减载套
单个螺栓连接的强度计算
承受轴向载荷的紧螺栓联接
二、受轴向工作载荷的受拉螺栓连接 1. 受力分析
如图所示的气缸盖上的联接 即属此种类型。 即属此种类型。 虽然，这种螺栓是在受预紧力 虽然， 的基础上，又受工作拉力F 。 F′的基础上，又受 但是， 但是，螺栓的总拉力
受轴向循环载荷螺栓的拉力变化
σa =
σ max − σ min
2
kb 2F = ⋅ k b + k m π d 12
≤[σa]
[σ a ] =
ε σ σ −1
Kσ S a
单个螺栓连接的强度计算
受剪螺栓的强度
铰制孔螺栓联接的强度计算
螺栓被剪断 其主要失效形式为： 其主要失效形式为： 失效形式为 孔壁被压溃 螺栓杆的剪切强度条件为： 剪切强度条件为 １、螺栓杆的剪切强度条件为：
式中： h－计算对象（ 即 h［σp］最小者）的挤压面高度（mm）； －计算对象的许用挤压应力（Mpa) ［σp］
螺纹联接件的许用应力 螺纹连接的许用应力受诸多因素的影响，如材料性能、 螺纹连接的许用应力受诸多因素的影响，如材料性能、 热处理工艺、结构尺寸、载荷性质、使用工况等。 热处理工艺、结构尺寸、载荷性质、使用工况等。必 须综合上述各因素确定许用应力， 须综合上述各因素确定许用应力，一般设计时可参阅 表14-8,14-9,14-10,14-11。 。
单个螺栓连接的强度计算
承受轴向载荷的紧螺栓3
可用载荷变形图分析各力之间的关系。 可用载荷变形图分析各力之间的关系。 螺栓的刚度 ：
力
Cb
力
被联接件的刚度：Cm
tanθb = Cb tanθm = Cm
力
b ∆F = C + C F b m
C
F
F′
θb θm θb
F′
∆δ
θ m F ′′
F0
o
δb
则螺栓的总拉力
２.受轴向静载荷时螺栓连接的强度计算
1 . 3 × 4 F0 σ = ≤ 2 π d1
强度验算： 强度验算：
[σ ]
设计式为： 设计式为：
d1 ≥
4 × 1 .3 F0 π [σ ]
单个螺栓连接的强度计算
3.受轴向循环载荷时螺栓连接的强度计算 3.受轴向循环载荷时螺栓连接的强度计算 静强度计算（同上） 静强度计算（同上） 螺栓的工作载荷在0 疲劳强度计算 螺栓的工作载荷在0～F之间循环变化 时，螺栓所受的总拉力将在F ′ ～ F0之间循环变化
变形
δm
变形
o
δb
δm
变形
F0 = F ′ +
Cb F Cb + Cm
受力变形动画
Cm F ′ = F ′′ + F Cb + C m
或写成： 或写成：
F ′′ = F ′ −
Cm F Cb + Cm
承受轴向载荷的紧螺栓4
单个螺栓连接的强度计算
令 Kc =
Cb ，称为螺栓的相对刚度 Cb +Cm
为保证联接的紧密性，应使 F″ ＞0 。通常根据工作拉力 F 的性 质确定F″。 设计中， 根据F 确定F″ 计算总拉力 F0 计算满足F″所需的F′ 计算螺栓的强度。
注意：对于重要的联接， 注意：对于重要的联接，尽可能不采用 直径过小( M12)的螺栓 的螺制拧紧力矩方法 1）拧紧程度——通常由经验控制 拧紧程度 通常由经验控制 按T计算式 2）重要联接——根据联接要求决定 重要联接 根据联接要求决定 计算出T 在拧紧时用侧力矩扳手 侧力矩扳手或 计算出T的值 。在拧紧时用侧力矩扳手或定力 矩扳手控制T 矩扳手控制T 控制