螺纹连接的预紧与防松
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F/2 F0 F0
F0
F
CF 预紧力F0 ： F0 fmz
C---可靠性系数，常取C=1.1~1.3； m---结合面数目； f---摩擦系数； z---螺栓个数；
F/2
F---横向外载荷。
1.3Fa 强度条件： [ ] 2 d1 / 4
其中：Fa =F0
铰制孔用螺栓连接 • 剪切应力
2. 受轴向工作载荷作用的螺栓连接 FE F0 R F 充气前螺栓预紧力为F0
充气后螺栓继续受拉变长， 接合面间作用力减小到FR
F
FE F0 R F
P D
FR——残余预紧力
气体压力
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4 单个螺栓所受的轴向外载荷为:
螺栓所受轴向总载荷： Fa Fa=FE+FR
F P
D2
F FE z
残余预紧力的确定：
b
的
第二数字： 表示螺栓材料的屈服极限σ s 与强度极
见教材表10-6、10-7
本 次 课 重 点回顾
1. 螺纹连接的防松方法
2. 松螺栓强度条件
Fa [ ] 2 d1 / 4
3.紧螺栓强度条件
1.3Fa [ ] 2 d1 / 4
1）受横向载荷 a. 普通螺栓连接
CF Fa = F0 fmz
Fa
滑扣 问题：确定螺纹小径d1，根据标 准选定螺栓的公称直径d、螺距 p、长度L等。
一、松螺栓连接
Fa 强度条件： 2 [ ] d1 / 4
式中: d1----螺纹小径， mm ----许用应力，MPa
Fa
二、紧螺栓连接 螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T的双重作用。
拉应力：
Fa σ d12 / 4
，强度极限
螺栓连接容易因螺杆压溃和剪断而失效。
二、计算题
1. 一刚性凸缘联轴器用6个5.6级M24的普通螺栓连 接，联轴器材料为HT200，允许传递最大转矩 T=5000N· m，接合面摩擦系数 f=0.15，安装时要 求控制预紧力，C=1.2，试校核螺栓连接的强度。
D0 =340mm
解：1.许用应力：螺栓材料5.6级， ∴
弹簧垫圈
对顶螺母
尼龙圈锁紧螺母
2. 采用专门防松元件防松(机械防松) 开口销与槽形螺母
止动垫圈
圆螺母加止动垫圈
串联钢丝
3. 其他方法防松（破坏螺纹副关系） 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 螺栓连接的强度计算
螺栓拉断
失效形式
螺杆压溃或剪断
对于M10～M60的普通粗牙螺纹 简化公式： T ≈ 0.2 Fa d
T
Fa
dw
3. 控制预紧力的方法
1）靠装配工人的经验 2）采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。
F
测力矩扳手
定力矩扳手
二、 螺纹连接的防松
防松的实质：阻止螺纹副相对反转。
1. 防松的方法 1）利用附加摩擦力防松（摩擦防松）
§10－5 螺纹连接的预紧和防松
一、 螺纹连接的预紧 工作载荷作用前，使螺杆受到预紧力的作用。
1. 预紧的目的
1）增加连接的刚度
2）增加紧密性
3）提高防松能力
2. 拧紧力矩
设预紧力为 Fa
T T1 T2 拧紧力矩：
d
T1—克服螺纹副相对转动的阻力矩； T2—克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；
d0
s 5 6 10 300MPa
s
查表10-6，要求控制预紧力，取 S=1.3
300 230 .77 MPa ∴ 许用应力： S 1.3
2.由接合面间不产生相对滑移的条件有：
D F0 f mz CT 2
∴
2CT 2 1.2 5000103 F0 39215 .69N fDm z 0.15 3401 6
b. 铰制孔螺栓连接 • 挤压应力 p
F zd 0 hmin [ p ]
•剪切应力
F
4
[ ]
2 d0 mz
2）受轴向载荷
Fa=FE+FR 4. 螺栓等级符号的意义
练习题
一、填空 1. 对顶螺母属于
防松方法。
防松方法，止动垫片属于
2. 5.6级螺栓的屈服极限是
是 3. 。
F
4
[ ]
d mz
2 0
F/2 F
d0——螺栓孔直径，mm； [τ] ——许用切应力，MPa。 m----接合面数目； z----螺栓个数。
F/2
• 挤压应力
F/2
p
F zd 0 hmin
[ p ]
F/2
h1 h2 h3
F
hmin——螺栓与孔壁间挤压面的最小高度 hmin=min{h1+h3 ,h2} [σp]——螺栓与被连接件中材料机械性能 较差者的许用挤压应力。P148表10-6
螺栓材料为塑性材料，受拉伸和扭剪复合应力作 用，由“第四强度理论”有： 计算应力：
2 2 3 ( 0 . 5 ) c 3 2 2
1.3
由此可见：受拉伸与扭剪复合应力作用的螺栓连接，可 以只按受拉伸应力来计算，但必须将拉应力加大30%， 以考虑剪应力的影响。
1. 受横向工作载荷的紧螺栓连接 普通螺栓连接 工作时，接合面间不允许产 生相对滑移，因此有：
1）工作载荷无变化： FR=(0.2～0.6)FE 2）工作载荷有变化： FR=(0.6～1)FE
3）有紧密性要求： 强度条件：
FR=(1.5～1.8)FE
1.3Fa [ ] 2 d1 / 4
§10－7螺栓的材料和许用应力
1. 螺栓材料 Q235、35、45、40Cr 螺栓按其力学性能进行分级，国标规定： 螺栓 3.6 、4.6 、4.8 、 5.6 、 5.8、6.8 、8.8 、
9.8 、10.9 、12.9
螺母 4 、5 、 6、 8 、9 、 10 、 12
2. 螺栓性能等级代号的意义： 第一数字：表示螺栓材料抗拉强度极限σ 1/100。 σ b =第一数字×100 限σ b 比值的10倍。 σ s =第一数字×第二数字×10 例：4.6级螺栓 σb=4×100=400MPa，σs=4×6×10=240MPa 3.螺纹连接的许用应力
Fa tg ( ' ) d 2 2 T1 切应力： d13 / 16 WT Fa 2d 2 tg ( ' ) 2 d1 d1 / 4
对于M10~M68的普通螺纹，取d1、d2和ψ的平均值， 并取： tgρ’ = f ’ =0.15 得： τ ≈ 0.5 σ
F0
F
CF 预紧力F0 ： F0 fmz
C---可靠性系数，常取C=1.1~1.3； m---结合面数目； f---摩擦系数； z---螺栓个数；
F/2
F---横向外载荷。
1.3Fa 强度条件： [ ] 2 d1 / 4
其中：Fa =F0
铰制孔用螺栓连接 • 剪切应力
2. 受轴向工作载荷作用的螺栓连接 FE F0 R F 充气前螺栓预紧力为F0
充气后螺栓继续受拉变长， 接合面间作用力减小到FR
F
FE F0 R F
P D
FR——残余预紧力
气体压力
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4 单个螺栓所受的轴向外载荷为:
螺栓所受轴向总载荷： Fa Fa=FE+FR
F P
D2
F FE z
残余预紧力的确定：
b
的
第二数字： 表示螺栓材料的屈服极限σ s 与强度极
见教材表10-6、10-7
本 次 课 重 点回顾
1. 螺纹连接的防松方法
2. 松螺栓强度条件
Fa [ ] 2 d1 / 4
3.紧螺栓强度条件
1.3Fa [ ] 2 d1 / 4
1）受横向载荷 a. 普通螺栓连接
CF Fa = F0 fmz
Fa
滑扣 问题：确定螺纹小径d1，根据标 准选定螺栓的公称直径d、螺距 p、长度L等。
一、松螺栓连接
Fa 强度条件： 2 [ ] d1 / 4
式中: d1----螺纹小径， mm ----许用应力，MPa
Fa
二、紧螺栓连接 螺栓受轴向拉力Fa和摩擦力矩T的双重作用。
拉应力：
Fa σ d12 / 4
，强度极限
螺栓连接容易因螺杆压溃和剪断而失效。
二、计算题
1. 一刚性凸缘联轴器用6个5.6级M24的普通螺栓连 接，联轴器材料为HT200，允许传递最大转矩 T=5000N· m，接合面摩擦系数 f=0.15，安装时要 求控制预紧力，C=1.2，试校核螺栓连接的强度。
D0 =340mm
解：1.许用应力：螺栓材料5.6级， ∴
弹簧垫圈
对顶螺母
尼龙圈锁紧螺母
2. 采用专门防松元件防松(机械防松) 开口销与槽形螺母
止动垫圈
圆螺母加止动垫圈
串联钢丝
3. 其他方法防松（破坏螺纹副关系） 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 螺栓连接的强度计算
螺栓拉断
失效形式
螺杆压溃或剪断
对于M10～M60的普通粗牙螺纹 简化公式： T ≈ 0.2 Fa d
T
Fa
dw
3. 控制预紧力的方法
1）靠装配工人的经验 2）采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。
F
测力矩扳手
定力矩扳手
二、 螺纹连接的防松
防松的实质：阻止螺纹副相对反转。
1. 防松的方法 1）利用附加摩擦力防松（摩擦防松）
§10－5 螺纹连接的预紧和防松
一、 螺纹连接的预紧 工作载荷作用前，使螺杆受到预紧力的作用。
1. 预紧的目的
1）增加连接的刚度
2）增加紧密性
3）提高防松能力
2. 拧紧力矩
设预紧力为 Fa
T T1 T2 拧紧力矩：
d
T1—克服螺纹副相对转动的阻力矩； T2—克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；
d0
s 5 6 10 300MPa
s
查表10-6，要求控制预紧力，取 S=1.3
300 230 .77 MPa ∴ 许用应力： S 1.3
2.由接合面间不产生相对滑移的条件有：
D F0 f mz CT 2
∴
2CT 2 1.2 5000103 F0 39215 .69N fDm z 0.15 3401 6
b. 铰制孔螺栓连接 • 挤压应力 p
F zd 0 hmin [ p ]
•剪切应力
F
4
[ ]
2 d0 mz
2）受轴向载荷
Fa=FE+FR 4. 螺栓等级符号的意义
练习题
一、填空 1. 对顶螺母属于
防松方法。
防松方法，止动垫片属于
2. 5.6级螺栓的屈服极限是
是 3. 。
F
4
[ ]
d mz
2 0
F/2 F
d0——螺栓孔直径，mm； [τ] ——许用切应力，MPa。 m----接合面数目； z----螺栓个数。
F/2
• 挤压应力
F/2
p
F zd 0 hmin
[ p ]
F/2
h1 h2 h3
F
hmin——螺栓与孔壁间挤压面的最小高度 hmin=min{h1+h3 ,h2} [σp]——螺栓与被连接件中材料机械性能 较差者的许用挤压应力。P148表10-6
螺栓材料为塑性材料，受拉伸和扭剪复合应力作 用，由“第四强度理论”有： 计算应力：
2 2 3 ( 0 . 5 ) c 3 2 2
1.3
由此可见：受拉伸与扭剪复合应力作用的螺栓连接，可 以只按受拉伸应力来计算，但必须将拉应力加大30%， 以考虑剪应力的影响。
1. 受横向工作载荷的紧螺栓连接 普通螺栓连接 工作时，接合面间不允许产 生相对滑移，因此有：
1）工作载荷无变化： FR=(0.2～0.6)FE 2）工作载荷有变化： FR=(0.6～1)FE
3）有紧密性要求： 强度条件：
FR=(1.5～1.8)FE
1.3Fa [ ] 2 d1 / 4
§10－7螺栓的材料和许用应力
1. 螺栓材料 Q235、35、45、40Cr 螺栓按其力学性能进行分级，国标规定： 螺栓 3.6 、4.6 、4.8 、 5.6 、 5.8、6.8 、8.8 、
9.8 、10.9 、12.9
螺母 4 、5 、 6、 8 、9 、 10 、 12
2. 螺栓性能等级代号的意义： 第一数字：表示螺栓材料抗拉强度极限σ 1/100。 σ b =第一数字×100 限σ b 比值的10倍。 σ s =第一数字×第二数字×10 例：4.6级螺栓 σb=4×100=400MPa，σs=4×6×10=240MPa 3.螺纹连接的许用应力
Fa tg ( ' ) d 2 2 T1 切应力： d13 / 16 WT Fa 2d 2 tg ( ' ) 2 d1 d1 / 4
对于M10~M68的普通螺纹，取d1、d2和ψ的平均值， 并取： tgρ’ = f ’ =0.15 得： τ ≈ 0.5 σ