第十章+联接

2 、紧螺栓连接
1)只受预紧力 F 作用的紧螺栓连接
a. 普通螺栓联接
靠摩擦力传递横向载荷的紧螺栓连接
zfF m Ks R
F ks R / zfm
式中：
f — 接合面摩擦系数
m — 接合面数
z — 螺栓数目
ks —可靠性系数
靠摩擦力传递转矩的紧螺栓连接
zfF D0 / 2 k sT F 2k sT / zfD0
10.5.3 采用减载装置，减少螺栓的受力
10.6 螺 旋 传 动


10.6.1
概
述
螺旋传动的特点：
螺旋传动主要是变回转运动为直线运动。
分 类
按其用途可分为三类
(1)传力螺旋：
以传递动力 为主。如千斤 顶、起重器、 压力机等。
螺旋千斤顶
(2) 、传导螺旋
以传递运 动为主，要 求有较高的 运动精度。
2、按用途分
{
连接螺纹 传动螺纹
3、按母体形状分
{
圆柱螺纹 圆锥螺纹
10.1.2 螺纹的主要几何参数
d--螺纹大径 d1--螺纹小径 d2 --螺纹中径 n--线数 p--螺距 s--导程 ψ--螺纹升角 ，--牙型角，牙侧角 h--螺纹接触高度
s np arctan( ) arctan( ) d 2 d 2
2 1
或： d1 4 1.3F0 / [ ]
式中：F0—螺栓的总拉力 N d1—螺栓的小径 mm [σ]—螺栓材料的许用应力 MPa
10.4.2 铰制孔螺栓联接的强度计算
强度条件：
4 Fs / d s2 [ ] p Fs / d s hmin [ p ]
式中：
固定两个零件或传 递不大的力矩。
5、其它特殊结构的螺纹连接
地脚螺栓
吊环螺钉
T型槽螺栓
二 、标准螺纹连接件
各种螺栓
双头螺柱
各种螺钉
各种螺钉
紧定螺钉的 头部和末端
各种螺母与垫片
10.3 螺纹连接的预紧和防松
10.3.1 螺纹连接的预紧
预紧的目的
预紧可使联接在承受工作载荷之前就受到预 紧力F’的作用，以防止联接受载后被联接件之 间出现间隙或横向滑移。预紧也可以防松。 预紧力过大－－会使整个联接的结构尺寸增 大；也会使联接螺栓在装配时因过载而断裂。 预紧力不足－－则又可能导致联接失效。
2、 螺纹连接件的许用应力可由p182表中查得。
10.4.4 提高螺栓联接强度的措施
一、 改善螺纹牙间的载荷分布
均载螺母实例
二、降低螺栓所受的总拉力F0

C /(C 当 F 和 F 一定时， 的总拉力 F0 就越小。
b
b
Cm ) 越小，则螺栓所受到
降低螺栓刚度有利于减少螺栓所受的总拉力
Q F z
在受轴向工作载荷的螺栓联接中，螺栓实际承受 的总拉伸载荷 F0 F F
图a）联接还没有拧紧 时的情况

•图b) 联接拧紧后螺栓 受到预紧力 F 而伸长 了b ，被联接件受到预 紧力F 而缩短了m 图c) 在联接承受轴向 载荷F时，螺栓的伸长 量增了 b 被连接件的 变形量减少了 m
15% 20% 65%
计算内容 根据强度条件确定螺栓直径， 选取合理的参数
10.4.1
普通螺栓连接的强度计算
1 、松螺栓连接
松螺栓连接的设计计算
4F 2 d1
MPa
或
d1

4F
mm
式中： d1—螺纹小径 mm
F—螺纹承受的轴向工作载荷 N
[σ]—螺纹材料的许用应力 MPa
第十章 螺纹连接与螺旋传动
由于使用、结构、制造、装配、运输等方面的原因，机器中很
引言
多零件需要彼此联接。 机械零件之间的联接分为： 静联接： 被联接件之间相互完全固定。
动联接： 被联接件之间能产生一定的相对运动。例如：运动副。 本课程介绍的联接主要是静联接。 联接的类型： 螺纹联接 键联接、花键联接、销联接
式中：F — 预紧力 N
d1 — 螺纹小径 mm
[σ]—螺纹材料的许用应力 MPa
上式说明紧螺栓连接可按纯拉伸强度计算，但需 将拉伸应力增大30%，以考虑扭剪应力的影响。
2 ）受预紧力 F 及受轴向工作 载荷F 作用的紧螺栓联接
设:缸内总压力为Q， 螺栓数为z，则每个 螺栓所受的工作载荷 为：
减小螺栓刚度的结构
用O形密封圈密封
三、避免或减小附加应力
四、 减少应力集中
10.5 螺栓组连接的结构设计
10.5.1 连接接合面的设计
10.5.2 螺栓的数目及布置
1、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理
（1）对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心 和连接接合面的形心重合。
（2）对于铰制孔螺栓连接的受剪螺栓，在 平行于工作载荷方向上成排布置的螺栓数 目不应超过 8 个，以免载荷分布不均。
螺栓的危险截面处于拉伸和扭转的复合应力 状态，而螺栓通常是塑性的，因此按第四强 度理论，螺栓联接的强度条件为：
e 3 [ ]
2 2
对于M10～M68的普通螺纹钢制螺栓，可取 0.5
4 1.3F e 1.3 2 d1
或
d1 4 1.3F / [ ]
可拆联接
联接 过盈联接
弹性环联接等
铆接 焊接 粘接
（介于两者之间）
不可拆联接
10.1 螺 纹

10.1.1 螺纹的分类
一、螺纹的形成、旋向及线数
螺纹的旋向与线数


按螺旋线的旋向： 左旋螺纹, 右旋螺纹； 按螺旋线的数目： 单线螺纹、多线 螺纹。
二、 螺纹的分类
1、按螺纹的牙齿形状：
三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、 锯齿形螺 纹和管螺纹。
对中性差，牙根强度低，
螺纹牙磨损后间隙难以补
偿。使传动精度降低，故
已被梯形螺纹所代替。
3、 梯形螺纹 (代号：Tr GB 192-81)
特点： =2=30。比矩形螺纹效率略低，但工艺性好
牙根强度高、对中性好。在螺旋传动中有广泛应用。
4 、锯齿形螺纹 (代号：S
JB 923-66)
特点：工作边牙侧角 = 3，非工作边牙侧角 = 30
10.1.3 螺纹副的受力分析、效率和自锁
螺纹副的受力
Ft F tan v 拧紧时：
d2 T1 F tan v 2
Ft F tan v 松脱时：
T1 F d2 tan v 2
螺纹副的效率
tan 拧紧时： tan v
（3）静压螺旋
特点：
传动效率最高、工作平稳、使用寿命长，但 结构复杂，制造精度要求高，需附加一套供油系 统。用于高精度、高效率的重要传动。
滑动螺旋传动的结构和材料
1 、滑动螺旋传动的结构
螺杆：
对于M10-M68粗牙三角螺纹有：T≈0.2F’d
10.3.2 螺纹联接的防松
1、摩擦防松
1) 双螺母防松
2) 弹簧垫圈防松
3) 锁紧螺母防松
尼龙圈锁紧螺母
2、机械防松
1) 开口销与六角开槽螺母防松
2) 止动垫圈防松
3）圆螺母＋翅型垫片防松
←圆螺母用带翅垫片
4) 串联钢丝防松
3、破坏螺纹副关系防松
3 1 d2 2 f D13 d 0 T [ tan( ) ]F d K t F d 2 2 d 3d D12 d 0

式中f为螺母与被联接件支承表面间的摩擦系数。
3 1 d2 2 f D13 d0 Kt [ tan( ) ] 拧紧力矩系数； 2 2 2 d 3d D1 d0
普通螺栓连接 螺栓和孔壁有间隙孔 的加工精度低。 铰制孔螺栓连接 螺杆与孔用过渡配合， 承受轴向载荷孔需精 制。
可起定位作用。
普通螺栓连接 铰制孔螺栓连接
2、 螺钉连接
特点：被连接件不宜做 成通孔。 不宜经常拆卸。 拧入深度： 铜或青铜：H=d 铸 铁：H=1.25~1.5d 铝 合 金： H=1. 5~2.5d
Fs—单个螺栓所受的横向载荷 N ds—螺栓剪切面直径 mm hmin—螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度 mm [τ]——螺栓材料的许用剪切应力 MPa [σp]——螺栓和孔壁材料中弱者的许用挤压应力 MPa
10.4.3 螺栓连接件的材料和许用应力
1、螺纹连接件的材料
常用材料：
低碳钢，中碳钢，如：Q215、Q235、10、35和45号钢 重要和特殊用途的螺纹联接件可采用合金钢，如15Cr、 40Cr、30CrMnSi。
(3) 调整螺旋
用于调整固 定零件间的 相对位置。 这种螺旋不 经常转动， 一般在空载 下调整。
按螺纹副中摩擦性质的不同分类
（1）滑动螺旋
特点：
摩擦阻力大、传动 效率低、磨损快、运 动精度低。但结构简 单、制造方便、易于 自锁，应用广。
（2）滚动螺旋
特点：
摩擦阻力小、传动 效率高、传动平稳、 运动精度高，使用寿 命长，但结构复杂、 制造困难、成本较高。 滚珠螺旋传动
重要的螺栓联接应控制预紧力
装配时控制预紧力的方法
测力矩扳手
定力矩扳手
拧紧螺母时的力矩和预紧力

拧紧螺母时，要克服螺纹副的摩擦力矩T1和螺母与支 持面间的摩擦力矩T2，因此拧紧力矩 T=T1+T2
d T1 F tan( ) 2 2
3 D13 d 0 1 T2 fF 2 3 D1 d 02
10.4 螺栓连接的强度计算
普通螺栓设计准则：保证螺栓的拉伸强度 铰制孔螺栓设计准则：保证螺栓的拉伸强度、 剪切强度和挤压强度 螺栓连接的强度计算，对于螺钉等其他螺纹 连接方式也同样适用
单个螺栓连接的强度计算
失效形式：
受拉螺栓，螺杆的疲劳断裂、塑性变形，位置
受剪螺栓，螺杆被剪断，螺杆和孔壁的贴合面被压溃
式中Cb /(Cb Cm ) 称为相对刚度系数，它与 螺栓和被联接件的材料、结构、尺寸以及工 作载荷作用位置、垫片等因素有关。 相对刚度系数查表得到。 为保证被联接件的接合面不出现缝隙，F 0
F 的值查p181。
螺栓的相对刚度
剩余预紧力
F 0.2 F
''
e 4 1.3F0 / d [ ] 强度条件式：
按螺距的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹。
细牙螺纹与粗牙螺纹的比较
粗牙：常用连接牙形。
细牙：用于薄壁零件的
连接、受动载荷零件的 连接及微调装置的调节 螺纹。
优点：升角小，小径大，
自锁性能更好，强度高。
缺点：牙小，相同载荷
下磨损快，易脱扣。
粗牙
细牙
细牙
2、矩形螺纹
特点：
牙形角α=0°，其传动
效率高，多用于传动。但
拧 入 深 度
钻 孔 深 度
拧入深度
3、双头螺柱连接 特点：被连接件不宜 做成通孔又需要经常 拆卸或用螺钉无法安 装。 拧入深度： 铜或青铜：H=d 铸 铁：H=1.25~1.5d 铝 合 金： H=1. 5~2.5d
4 、紧定螺钉连接
旋入被连接件的螺 纹孔中，顶住另一 被连接件的表面或 凹坑。
根据变形协调条 F F0 F Fb
设：螺栓的刚度为Cb,被 联接件的刚度为Cm。因为
Fb Cb Fm Cm
所以
Fb Fm F
Fb F [Cb /(Cb Cm )]
F0 F F [Cb /(Cb Cm )]
（3）对于受弯矩或转矩的螺栓连接，应使螺 栓尽量布置在靠近连接接合面的边缘上，以减 少螺栓的受力。
2、螺栓的布置应有合理的间距和边距，以保证 连接的紧密性和装配时扳手所需活动空间。
3 、螺栓的数目及布置应便于螺栓孔的加工 分布在同一圆周上的螺栓数目，应取 成4,6,8等偶数，以便于在圆周上钻孔时 的分度和划线。
tan( v ) 松脱时： tan
自锁条件： v
其中：
v arctan( f / cos )
螺纹副效率与升角的关系
10.1.4 常用螺纹的特点和应用
1、三角形螺纹(代号：M GB192-81)
特点：螺纹的牙型角 =2=60,螺纹牙根部的强度 较高，当量摩擦角 大，自锁性能好，用于联接。
它综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的优点,能承受 较大的载荷,但只能用于单向传动。
(5) 圆柱管螺纹
特点：用于管件连接的，三角螺纹,=55，拧紧后 无径向间隙，密封好
（6）圆锥螺纹
特点：三角螺纹,密封好，拧紧后无间隙，用于高温高压密 封管路连接。 =55，1：16锥管
10.2 螺纹联接的基本类型和标准螺纹联接件 1、 螺栓连接