螺纹联接轴

荷的作用位置有关。
结论： 减小螺栓的刚度或增大被联接件的刚度 均能有效提高联接的承载能力和强度。
37

工作载荷过大或预紧力过小，接合面 会出现缝隙，失去紧密性，载荷变化 时发生冲击。

承受变载荷的螺栓，应力幅是影 响疲劳强度的主要因素，故疲劳 条件为（5－20，21）
38
四、铰制孔用螺栓强度计算
45
滚动螺旋
效率高，但加工困难，结构复杂，不易磨 损，定位精度高。 静压螺旋还要一套压力稳定的供油系统。 二、滑动螺旋传动


结构和材料 螺母有整体式、剖分式和组合式三种。 中碳钢、40Cr等合金钢均可。

主要失效形式：螺纹牙磨损。
46
第十五章 轴和轴毂联接

本章重点：轴的结构设计 本章难点：轴的强度计算、 弯矩和扭矩计算
3 0 2 0

3 0 2 0
D0=1.5d 螺母直径
d0孔径
或
控制预紧力的常用方法：采用定力矩扳手
测力
矩扳手。

定力矩扳手：当拧紧力矩达到定值时，滚珠克服 弹簧的弹力而右移，扳手自动打滑。 此扳
手误差大。只适用于一般联接

测力矩扳手：上有测力表，用于比较精确加载处
按公式5－7计算T。重要联接用不小于M12的螺栓

用合金钢不能提高轴的刚度 ! 提 高的是强度。
52
3球墨铸铁



制造工艺性好、吸振，对应力集中不 敏感，适于制造结构形状复杂的轴。 切削性能和刚性好。 轴的毛坯一般用轧制的圆钢或锻钢， 锻钢的内部组织较均匀，强度高 较重要的大尺寸的轴、常用锻造毛坯。
53
§15—2
轴的结构设计
要求：
①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作 位置
i 1 z

铰制孔用螺栓： 各螺栓的剪切变形量与螺
栓中心到螺栓组形心的距离成正比。每 个螺栓的剪切变形量与所受剪力成正比。
22
Fmax F1 F2 r1 r2 rmax
Fmax
Trmax
r
i 1
z
2
i
23
(三)受轴向载荷的螺栓组联接

普通螺栓铰制孔用螺栓：受力均等
F F z
用柔性螺栓，或在螺母下安装弹性元件 均可减小螺栓刚度。 三、避免附加弯曲应力 如勾头螺栓将引起附加弯曲应力。 四、减小应力集中 加大过渡圆角、螺纹尾部设退刀槽、设 卸载槽等。 五、采用合理工艺

44
§5-9 螺旋传动



一、类型、特点及应用 主要用于回转运动转换成直线运动。，同 时传递力或调整零件位置。 可分：滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。。 滑动螺旋 简单方便，但摩擦阻力大，效率低。易磨 损。微调时出现爬行。用于传力螺旋和机 床进给。
24
(四)受翻转力矩的螺栓组联接

离轴线最远的螺栓受最大工作拉力， 有
Fmax F1 F2 r1 r2 rmax
Fmax MLmax
L
i 1
z
2 i
25

在预紧力不变和翻转力矩的作用下，为防止接
合面受力最大处被压溃和受力最小处开缝，应 满足两个条件。

σPmax≤ [σP]

42
一般来说，螺纹旋合圈数越多，其螺纹牙 间载荷分布不均匀现象越严重。
改善： 1悬置螺母 螺母旋合部分全部受拉， 变形性质与螺栓相同。 2内斜螺母 载荷移到受力小的螺牙上， 受力趋均匀。 3环槽螺母 下部局部受拉且有弹性， 载荷分布均匀。
43
二、减小应力幅 应力幅是导致螺栓发生疲劳破坏的主要因素。
18
第三节 螺栓组联接设计
一、螺栓组联接的结构设计

目的：合理确定接合面的几何形状和螺栓 的布置形式。

原则：尽可能使 各螺栓或接合面受力均
匀，便于加工和装配。
注意事项五条

1几何形状与整台机器结构协调一致。尽
量设计成对称简单形状。螺栓组形心
与接合面的形心必须重合。
19
2布置应使各螺栓受力尽可能均等

设计时应使螺栓杆与孔壁挤压面的最小 高度大于等于1.25d。

设计式
d0
m
4 F

校核式5－36
39
§5－7常用材料和许用应力
材料选择，性能等级

(一)螺纹联接件常用材料和许用应力
常用为10号钢、中碳钢、40Cr等合金钢。
性能等级代号由点隔开的两部分数字组 成，前面的数字为 σB/100，后面为σS/σB*10。
47
§15—1
概述
（一）功用与分类 功用：支承回转零件，传递运动和动力。
48



心轴：自行车前轮轴，只受弯矩，还 有车轮之间的轴也是心轴，转动， 传动轴：只受转矩的轴，如汽车的后 桥到前桥的传动轴。 转轴：减速器中的轴，既受弯矩又受 转矩的轴。
49
（二）轴的设计要求及设计步骤
待解决问题 1)设计计算 强度(必须) 车、汽轮机公司等还要有 刚度、振动计算 2)结构设计 确定外形结构和各部分尺寸。 设计分三步 1初估轴径 零件位置、轴材、轴径 2结构设计 轴的尺寸、跨距和力的作用点 3校核计算 含轴的受力 验算刚度和各部分尺寸
尽量布置在靠近接合面的边缘以减小螺栓受力。
3 排列有合理的间距和边距，确保扳手空 间和联接的紧密性。间距一般为10d，d 为公称直径大径。 4分布在同一圆周上的螺栓数目应取偶数， 以便划线分度。同一螺栓组中的性能等 级、直径和长度均应相同。 5为避免受附加弯曲应力，接触表面应平 整，螺纹孔线与承压面垂直。
使得螺栓直径大，工作也不可靠。所以
设计中加抗剪元件抵抗外载荷。
32
2受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接


拧紧螺母后，螺栓受力伸长，被联接件 被压缩。轴向工作载荷作用下，螺栓继 续伸长，被联接件被放松，压缩变形减 小。 理论上，螺栓的总拉力除了与预紧力、工 作拉力F有关外，还受螺栓及被联接件刚 度等因素的影响。
35
被联接件变形回弹的量与螺栓二次伸长量 相等，也为Δλ



被联接件的压缩总量为λm-Δλ。此 时螺栓被联接件的残余压力为F0ˊ， 称残余预紧力。 螺栓最后所受的拉力 FΣ 应当为残余 预紧力F0ˊ与工作载荷之和。即 FΣ= F0ˊ+F
36

KC 螺栓的相对刚度，与螺栓、被联接件
及垫片材料、联接的结构尺寸及工作载
②轴上零件装拆、调整方便
③轴应具有良好的制造工艺性等 ④尽量避免应力集中
54
结构设计



轴颈：轴被支承的部分 轴 轴头：安装轮毂的部分 轴身：联接轴颈与轴头的部分 结构设计要求： 1) 零件有确定的位置，而且布置合理 2) 轴受力合理，能可靠传递力和转矩。 良好的工艺性
55


4)便于装配和调整 5)节省材料、减轻质量
二、轴上零件的轴向固定 零件和方法有多种：轴肩、轴环、 套筒、螺母，弹性挡圈、轴端挡 圈、锥形轴头、紧定螺钉
56
一、拟定轴上零件的装配方案
原则：1）轴的结构越简单, 则轴的设 计越合理 2）装配越简单、方便越合理 二、轴上零件的定位
57
（四）提高轴的强度的常用措施 （考点）
20
二、螺栓组的受力分析
(一)受横向载荷的螺栓组 普通螺栓： F0 f 接合面的摩擦系数。 Z 螺栓数目 i 接合面数 Ks防滑系数 1.1-1.3

K s F fzi
铰制孔用螺栓：F=FΣ/z
21
(二)受旋转力矩的螺栓组联接

普通螺栓仍然是计算预紧力
F0
K sT f ri
地脚螺栓
吊环螺钉
11
第二节 螺纹联接的预紧和防松
一、螺纹联接的预紧 联接在承受工作载荷之前受到的力称为联 接预紧力。 预紧目的： 提高联接的可靠性和疲劳强度，增强联接 的紧密性、防松能力和刚性。 拧紧时，螺母与支承面之间的摩擦力矩为
12
D d 1 f c F0 T1= 3 D d
第五章 螺纹联接和螺旋传动
本章重点：螺纹联接的类型应用和强度 计算。螺栓组的受力分析。特别是铰制 孔用螺栓的受力分析。单个螺栓所受的 工作载荷及最大载荷。


本章难点：螺栓组联接的受力分析、 单个螺栓所受的工作载荷及最大载 荷。
1
第一节 螺纹联接的类型、特点及应用


螺纹联接结构简单、装拆方便，具有互 换性，故应用广泛。螺纹联接属于静联 接，与齿轮传动等动联接不同。 螺旋传动可以实现回转运动与直线运动 间的转换，在几何关系和受力关系上与 螺纹联接有共性。
50
（三）轴的材料及其选择
要考虑：轴的强度、刚度和耐磨性热 处理、加工工艺性、材料价格等 常用材料： 一、碳素结构钢 中碳钢 45钢最常用，调质或正火，加 工工艺性好，对应力集中敏感性小。

51
二合金结构钢

强度较高 ，机械性能、淬火性能好， 但对应力集中敏感，而且贵，多用 于对强度和耐磨性要求较高的场合。

40
(二)螺纹联接的许用应力


与零件的材料、结构尺寸有关，也 受载荷性质、装配特点影响。 不控制预紧力时，许用应力与螺栓 直径有关。故设计时先估计螺栓直 径，才能进行强度计算。
41
§5-8 提高螺纹联接强度的措施
因素有：材料、结构尺寸、精度和装配 工艺。 一、改善螺纹牙间载荷分布不均匀现象 普通螺栓与螺母互相旋合传力时，因螺 母受压使螺距减小，螺栓却因受拉而使 螺距增大。从螺母支承而起第一圈旋合 螺纹牙变形最大，受力也最大。
2
3
4
1螺距P 螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴 向距离。 2导程S 螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一 周所移动的轴向距离。 3升角 螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平 面间的夹角。通常按中径处计算。 4牙型角 螺纹轴向截面内螺纹牙型两侧边的 夹角。
5
6
7
8
9
圆螺母和止动垫片
10
常用标准件
30

对于常用的M10-68普通螺纹，剪应力约 为0.5拉应力。
1.3F0


设计式为 d 4 1.3F0 1.29 F0 1

4
d
2 1

31

上述靠接合面的摩擦力平衡横向工作载
荷的受拉紧螺栓联接，保证接合面间不
滑移的条件为： ZF0>FΣ∕f

f远远小于1，所以预紧力F0往往较大，
33
由于螺栓与被联接件的变形，螺栓总拉力除了与 预紧力F0、工作拉力F有关外，还受到螺栓与被 联接件的刚度等因素的影响。
注意：

螺栓初次伸长量为λb，被联接件的初次压缩变 形量为 λm ，经过再次变形恢复后螺栓第二次 伸长量为Δλ，而螺栓的总伸长量即二者之和， 为λb+Δλ，与螺栓的总伸长量相应拉力为 FΣ， 拉力的增量为FΣ-F0 =ΔF
27
5.6

发生在从传力的第一圈旋合螺纹处的失效约65%!

ห้องสมุดไป่ตู้

螺纹硬度低或经常装拆，常常发生滑扣。 对于承受挤压和剪切作用的铰制孔螺栓联接， 主要失效形式是螺栓杆的剪断或螺栓杆与 孔壁材料中弱者的压溃。 设计准则：保证联接的挤压强度和螺栓的 剪切强度。
28
三、普通螺栓联接的强度计算

螺栓与螺母均为标准件，各部分尺寸是 按照等强度原则确定。 危险截面按小
13
二、螺纹联接的防松



满足自锁条件，使螺纹联接在静载 荷下也不会自动松脱。 防松的根本在于：防止螺纹间的相 对转动。 方法分三类： 摩擦防松、机械防松、永久性防松。
14
15
16
17
螺纹类型和应用



起联接作用的为联接螺纹，起传动 作用的为传动螺纹。 普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹三 种主要用于联接； 梯形螺纹、矩形螺纹和三角 (即锯齿 形)螺纹主要用于传动。梯形最常用

σPmin>0

注意图5－20
26
第六节 螺栓联接的强度计算
一、失效形式



静载荷下：螺栓杆和螺纹部分变形或断裂； 变载荷下：螺纹部位或尺寸过渡部位发生疲 劳断裂。 九成螺栓为疲劳破坏，且疲劳断裂常在螺纹 根部，有时在螺栓头与光杆交接处。 受拉螺栓主要破坏开幕式是螺栓杆螺纹处断 裂，设计准则：保证螺栓的或疲劳拉伸强度
34


螺栓总伸长量为 λb+Δλ ，与之相应的拉力即螺栓总 拉力为 FΣ ，拉力增量为 FΣ―F0 。同时，被联接件压 缩变形因螺栓伸长增加而回弹，其变形 减小量为Δλ， 故螺栓总压缩量为λm―Δλ。 即拧紧螺母后，螺栓受预紧力作用伸长， ( 初次伸 长)，被联接件被压缩。在轴向工作载荷作用下，螺 栓继续伸长。(2次伸长)被联接件被放松，压缩变形 因弹性恢复而减小。
径计算。 (一)受拉松螺栓联接 只能承受静载荷，螺栓在工作之前 不受力。
29
(二)受拉紧螺栓联接
1.只受预紧力的紧螺栓联接 靠接合面摩擦力平衡横向工作载荷。 螺栓受拉伸和扭转作用，即预紧力 F0，扭矩为T。 螺栓是塑性材料，据第四强度理论 有公式。 预紧力 F0 往往较大，工作也不可靠。