第十四章 螺紋連接

1、螺紋螺紋連接單個螺栓連接的強(qiáng)度計算螺栓組連接的設(shè)計提高螺紋連接強(qiáng)度的措施,,,第十四章 螺紋連接,螺紋的主要參數(shù)常用螺紋,§14.1 　螺紋,§5-1 螺紋,大徑d －是螺紋的公稱直徑。,小徑d1－常用于強(qiáng)度計算。,中徑d2－常用于幾何計算。,螺距P －中徑線上，相鄰兩螺紋牙上對應(yīng)點間的軸向距離。,導(dǎo)程 S －沿螺紋上同一條螺旋線 轉(zhuǎn)一周所移動的軸向距離，S = nP。,線數(shù) n －螺紋的

2、螺旋線數(shù)目。,牙型角a－在軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。,螺紋,螺紋的主要參數(shù),牙型高度h－牙頂和牙底間垂直于軸線的距離,螺紋旋向分左旋和右旋，常用右旋螺紋,螺紋升角y－螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。,,按軸向剖面形狀（螺紋的牙型）,三角形螺紋：,常用于連接，,常用于傳動，單向受載,常用于傳動,梯形螺紋：,鋸齒形螺紋：,按螺旋線數(shù)目分,單頭螺紋：,多頭螺紋：,常用于連接，,常用于傳動,按螺旋線繞行方向分,左旋,右旋（常

3、用）,常用螺紋,螺紋,,,,,,,左旋,右旋,螺紋連接的類型和螺紋緊固件的材料及精度螺紋連接的預(yù)緊及其控制螺紋連接的防松,§14.２ 　螺紋連接,,1. 螺栓聯(lián)接,螺紋連接的類型和螺紋緊固件的材料和精度,螺紋連接,一、螺紋連接的類型,2. 雙頭螺柱聯(lián)接,工作原理：,螺栓受拉力，承受外載,應(yīng)用：,被聯(lián)接件較厚，且常拆卸處,螺紋連接,,3. 螺釘聯(lián)接,工作原理：,螺栓受拉承受外載,應(yīng)用：,一被聯(lián)件較厚，但不常拆卸處,螺紋連

4、接,,4. 緊定螺釘聯(lián)接,工作原理：,靠 承受外載,應(yīng)用：,薄壁件聯(lián)接,螺紋連接,螺栓、螺釘、雙頭螺柱、螺母、墊圈、 防松零件等,,標(biāo)準(zhǔn)化,螺釘、螺母、墊圈,二、螺紋緊固件,螺紋連接,按公差等級分成A、B、C三級。A級的公差等級最高,C級公差等級較低螺栓、螺母、螺釘和雙頭螺柱的常用材料有Q215、Q235、35和45鋼。,,螺紋聯(lián)接件實物,,1. 螺栓聯(lián)接,螺紋連接的預(yù)緊及其控制,螺紋連接,一、螺紋連接的類型,,擰緊目的：提高螺

5、栓聯(lián)接剛性、緊密性、緊固性要求；以及防松,擰緊力矩和預(yù)緊力,預(yù)緊： 安裝時將螺母擰緊，使聯(lián)接受到一定的預(yù)緊力 。,螺紋間摩擦力矩,支承面處與螺母間摩擦力矩,擰緊力矩T,螺紋連接的預(yù)緊及其控制,螺紋連接,T2 = fc F/ rf,F/—預(yù)緊力;d2—螺紋中徑; ?/—當(dāng)量摩擦角 ;,fc—螺母與被聯(lián)接件支承面間摩擦系數(shù),無潤滑時取fc＝0.15；rf—支承面摩擦半徑rf≈(D1+d0)/4 ；,式中,D1、d0—螺母支承面

6、的外徑、內(nèi)徑。,,螺紋連接,注意：對于重要的聯(lián)接，盡可能不采用直徑過小(＜M12)的螺栓。,簡化計算：對M10－M68的粗牙普通螺紋 取 f /=tg ?/ =0.15 ， fc＝0.15,得：T≈0.2F/d N.mm,控制擰緊力矩方法,1）擰緊程度——通常由經(jīng)驗控制,螺紋連接,使用測力矩扳手 測力矩扳手原理：利用彈性件的變形量正比于擰緊力矩的原理，借助手柄上的指針指示刻度扳上擰緊力矩值,以控制F’。,使用定力矩扳

7、手 定力矩扳手原理：當(dāng)擰緊力矩超過規(guī)定值時，彈簧壓縮，卡盤與圓柱銷之間打滑，如果繼續(xù)轉(zhuǎn)動手柄，卡盤不再回轉(zhuǎn)，擰緊力矩的大小可用螺釘調(diào)整彈簧壓力來加以控制。,螺紋連接,1、螺紋聯(lián)接多采用單線普通螺紋，一般都具有自鎖性；2、在靜載荷和工作環(huán)境溫度變化不大的情況下不會自動松脫。但在振動、沖擊、變載荷或溫度變化很大時，3、聯(lián)接就有可能松脫。為保證聯(lián)接安全可靠，設(shè)計時必須考慮放松問題。,防松方法： 摩擦防松 機(jī)械防松　

8、　永久止動,螺紋連接的防松,螺紋連接,受拉螺栓連接的強(qiáng)度計算鉸制孔螺栓（受剪螺栓）連接的強(qiáng)度計算螺紋連接件的許用應(yīng)力,§14.３ 　單個螺栓連接的強(qiáng)度計算,§5-3 單個螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度,本節(jié)以螺栓聯(lián)接為代表，討論強(qiáng)度計算問題，其方法和結(jié)論也適用于其他形式的螺紋聯(lián)接。,螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計算的目的是：確定防止失效所需的螺栓直徑。,聯(lián)接的強(qiáng)度計算內(nèi)容，根據(jù)其可能的失效形式而定。,螺紋聯(lián)接的受載形式基本分為：,采用受拉螺栓

9、,可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。,下面按螺栓類型和受載形式的不同，分別討論其強(qiáng)度計算方法。,單個螺栓連接的強(qiáng)度計算,受拉螺栓的強(qiáng)度,一、受橫向工作載荷的受拉螺栓連接,受拉螺栓連接的強(qiáng)度計算,單個螺栓連接的強(qiáng)度計算,1）僅受預(yù)緊力 F′的緊螺栓聯(lián)接,Fs為橫向工作載荷；?s為被連接件結(jié)合面間的摩擦因數(shù)，m為結(jié)合面?zhèn)€數(shù)；K為可靠性因子，通常K＝1.1～1.3,F′引起的拉應(yīng)力：,擰緊力矩 M 引起的切應(yīng)力,經(jīng)分析推導(dǎo)可知：,,僅受預(yù)緊力的螺

10、栓聯(lián)接,按第四強(qiáng)度理論計算當(dāng)量應(yīng)力，則,單個螺栓連接的強(qiáng)度計算,強(qiáng)度條件為：,設(shè)計式為：,——驗算用,——設(shè)計用。 查手冊，選螺栓,當(dāng)?s＝0.15、m＝1、K＝1.2時，則F ?＝8Fs?？梢?，要想傳遞一定的外載荷，需在螺栓上施加8倍于外載荷的預(yù)緊力，這將導(dǎo)致螺栓與連接的結(jié)構(gòu)尺寸過大。為避免上述缺點可采用減載裝置，如減載銷、減載套等，或采用鉸制孔用螺栓連接。,減載裝置a) 減載銷 b) 減載套,承受軸向載荷的緊螺

11、栓聯(lián)接,二、受軸向工作載荷的受拉螺栓連接,如圖所示的氣缸蓋上的聯(lián)接即屬此種類型。,雖然，這種螺栓是在受預(yù)緊力F′的基礎(chǔ)上，又受工作拉力F 。但是，螺栓的總拉力,單個螺栓連接的強(qiáng)度計算,1. 受力分析,承受軸向載荷的緊螺栓2,,預(yù)緊時,受工作載荷后,F″－剩余預(yù)緊力,,,,螺栓的總拉力為,單個螺栓連接的強(qiáng)度計算,承受軸向載荷的緊螺栓3,可用載荷變形圖分析各力之間的關(guān)系。,,則螺栓的總拉力,或?qū)懗桑?受力變形動畫,單個螺栓連接的強(qiáng)度計算,承

12、受軸向載荷的緊螺栓4,為保證聯(lián)接的緊密性，應(yīng)使 F″ ＞0 。通常根據(jù)工作拉力 F 的性質(zhì)確定F″。,２.受軸向靜載荷時螺栓連接的強(qiáng)度計算,單個螺栓連接的強(qiáng)度計算,單個螺栓連接的強(qiáng)度計算,3.受軸向循環(huán)載荷時螺栓連接的強(qiáng)度計算,靜強(qiáng)度計算（同上）疲勞強(qiáng)度計算　螺栓的工作載荷在0～F之間循環(huán)變化時，螺栓所受的總拉力將在F ? ～ F0之間循環(huán)變化,,≤[?a],,受軸向循環(huán)載荷螺栓的拉力變化,受剪螺栓的強(qiáng)度,１、螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為：

13、,式中：Fs－螺栓所受的工作剪力（N）；　　　ds－螺栓剪切面的直徑（mm）；　　　m－螺栓受剪面數(shù)； －螺栓的許用切應(yīng)力。,鉸制孔螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算,單個螺栓連接的強(qiáng)度計算,２、螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為：,式中： h－計算對象（ 即 最小者）的擠壓面高度（mm）； －計算對象的許用擠壓應(yīng)力（Mpa),單個螺栓連接的強(qiáng)度計算,螺紋聯(lián)接件的

14、許用應(yīng)力,螺紋連接的許用應(yīng)力受諸多因素的影響，如材料性能、熱處理工藝、結(jié)構(gòu)尺寸、載荷性質(zhì)、使用工況等。必須綜合上述各因素確定許用應(yīng)力，一般設(shè)計時可參閱表14-8,14-9,14-10,14-11。,螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計螺栓組連接的受力分析與計算,§14.4 　螺栓組連接的設(shè)計,螺紋聯(lián)接組的設(shè)計1,設(shè)計螺栓組連接時，通常是先進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，即確定結(jié)合面的形狀、螺栓布置方式和數(shù)目，然后按螺栓組的結(jié)構(gòu)和承載狀況進(jìn)行受力分析。,為了

15、便于加工制造和對稱布置螺栓，保證連接結(jié)合面受力均勻，通常聯(lián)接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀。,螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。,為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。,螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。各螺栓之間的距離大小既要保證聯(lián)接的可靠性又要考慮裝拆方便，還應(yīng)留有足夠的扳手空。,,螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計,螺栓組連接的設(shè)計,扳手空間,螺栓組連接的設(shè)計,應(yīng)保證螺栓與螺母的支承面平

16、整，并與螺栓軸線相垂直，以避免引起偏心載荷。為此，應(yīng)將被連接件的支承表面制成凸臺或沉頭座當(dāng)支承面傾斜時，可采用斜面墊圈,凸臺與沉頭座,螺栓組聯(lián)接的基本受載類型：,假設(shè)：所有螺栓的剛度和預(yù)緊力均相同；　 被聯(lián)接件為剛體； 各零件的變形在彈性范圍內(nèi)。,螺栓組連接的受力分析與設(shè)計,螺栓組連接的設(shè)計,§5-4 螺栓組聯(lián)接受力分析,一、承受軸向載荷的螺栓組連接,如圖所示為壓力容器的螺栓組連接，所受軸向總載荷FQ通過螺

17、栓組形心，螺栓組各螺栓所受的工作載荷 相等。,,螺栓數(shù)目,注：如 FQ不通過螺栓組的形心，應(yīng)向形心平移后再計算。,螺栓組連接的設(shè)計,軸向外載荷,,受軸向載荷的螺栓組連接,受橫向載荷1,二、承受橫向載荷的螺栓組連接,１.普通螺栓連接,螺栓預(yù)緊后在被聯(lián)接件的接觸面上產(chǎn)生正壓力，靠由此產(chǎn)生的摩擦力承受 。,保證被聯(lián)接件不相對滑動，須滿足：,則所需預(yù)緊力為,螺栓組連接的設(shè)計,受橫向載荷的螺栓組連接,受橫向載荷2,２. 受鉸制孔螺栓連接,各

18、螺栓承受的橫向力 相等。,分別進(jìn)行剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度計算。,螺栓組連接的設(shè)計,三、承受轉(zhuǎn)矩 T 的螺栓組連接,連接受載后有繞螺栓組形心轉(zhuǎn)動的趨勢，螺栓受力情況與承受橫向工作載荷的螺栓連接類似,承受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接,承受轉(zhuǎn)矩 T 時1,１.普通螺栓連接,靠結(jié)合面上的摩擦力承受T 。,螺栓組連接的設(shè)計,r1、r2、…rz——各螺栓中心與螺栓組形心間的距離。,承受轉(zhuǎn)矩 T 時2,２. 鉸制孔螺栓連接,各螺栓所受的工作剪力 與其中心

19、到底板中心的距離 成正比。,底板的靜力平衡方程為,聯(lián)立兩式求解，得最大工作剪力,即,螺栓組連接的設(shè)計,受翻轉(zhuǎn)力矩M時1,四、承受傾翻力矩 M 的螺栓組連接,在 M 作用下，底板有繞通過螺栓組形心的軸線 O 轉(zhuǎn)動的趨勢。,在前述假設(shè)下，各螺栓所受的工作拉力 與其中心到翻轉(zhuǎn)軸線的距離 成正比。,底板的靜力平衡方程為,聯(lián)立兩式求解，得最大工作拉力,螺栓組連接的設(shè)計,受翻轉(zhuǎn)力矩M時2,為防止結(jié)合面受壓最小處出現(xiàn)間隙，要求：,為防止結(jié)

20、合面受壓最大處被壓潰，要求：,式中：A－結(jié)合面的面積（mm2）,W－結(jié)合面的抗彎截面模量（mm3）,－許用擠壓應(yīng)力（Mpa）,實際中，螺栓組往往同時承受兩種或兩種以上的載荷。,螺栓組連接的設(shè)計,工作時承受外載荷FP,,軸向載荷FV橫向載荷FH 翻轉(zhuǎn)力矩M,改善螺紋牙間的載荷分配減小螺紋的應(yīng)力副減小附加彎曲應(yīng)力,§14.5 　提高螺紋連接強(qiáng)度的措施,螺紋聯(lián)接組的設(shè)計1,設(shè)計螺栓組連接時，通常是先進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，即確定結(jié)合

21、面的形狀、螺栓布置方式和數(shù)目，然后按螺栓組的結(jié)構(gòu)和承載狀況進(jìn)行受力分析。,為了便于加工制造和對稱布置螺栓，保證連接結(jié)合面受力均勻，通常聯(lián)接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀。,螺栓布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。,為了便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，通常分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目取成4、6、8等偶數(shù)。,螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。各螺栓之間的距離大小既要保證聯(lián)接的可靠性又要考慮裝拆方便，還應(yīng)留有足夠的扳手空。,,改善螺紋牙間的載

22、荷分配,提高螺紋連接強(qiáng)度的措施,§5-5 提高螺栓強(qiáng)度的措施,工作中，螺栓受拉，螺母受壓，從而產(chǎn)生螺距差，導(dǎo)致旋合的各圈螺紋牙受載不均。,提高螺栓連接強(qiáng)度的措施,改善螺紋牙間的載荷分配,螺栓受拉伸，其螺紋的螺距增大；螺母受壓縮，其螺紋的螺距減小。,約有1/3的載荷集中作用在第一圈，第八圈以后的螺紋牙幾乎不承受載荷,１、懸置螺母　　螺桿與懸置螺母同時受拉力，使兩者變形協(xié)調(diào)，可使旋合螺紋牙的載荷均勻分配。,提高螺栓連接強(qiáng)度的

23、措施,２、環(huán)槽螺母環(huán)槽螺母和螺栓在支承面處的變形性質(zhì)相同（均受拉），從而改善了旋合圈螺紋的受載狀況。,３、內(nèi)斜螺母,將螺母旋入端制成10?～15?的內(nèi)錐，使螺栓受力較大的螺紋圈之受力點外移，螺栓疲勞強(qiáng)度可提高約20%。,減小螺栓的應(yīng)力幅,增加螺栓的長度,減小無螺紋部分螺桿的直徑螺桿制成中空結(jié)構(gòu)（柔性螺栓） 在螺母下安裝彈性元件,,措施,提高螺栓連接強(qiáng)度的措施,減小螺栓剛度或增大被連接件的剛度，都能使應(yīng)力幅減小,采用合理的制造工藝。