螺纹联接设计.pptx

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1、按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹6.16.1 螺纹类型和主要参数螺纹类型和主要参数二、螺纹类型二、螺纹类型第1页/共86页螺纹的牙型螺纹的牙型矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹15303306.16.1 螺纹类型和主要参数螺纹类型和主要参数第2页/共86页按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的

2、根数分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹6.16.1 螺纹类型和主要参数螺纹类型和主要参数第3页/共86页按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹一般:n 4双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹PSS=2PPSPS=Pn线螺纹:S=

3、n P6.16.1 螺纹类型和主要参数螺纹类型和主要参数第4页/共86页外螺纹内螺纹螺纹副按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 6.16.1 螺纹类型和主要参数螺纹类型和主要参数第5页/共86页外螺纹内螺纹6.16.1 螺纹类型和主要参数螺纹类型和主要参数第6页/共86页按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺

4、旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹螺旋传动6.16.1 螺纹类型和主要参数螺纹类型和主要参数第7页/共86页联接螺纹传动螺纹6.16.1 螺纹类型和主要参数螺纹类型和主要参数第8页/共86页按螺纹的牙型分按螺纹的牙型分螺螺纹纹的的分分类类按螺纹的旋向分按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母体形状分按母体形状分矩形螺纹

5、三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹右旋螺纹左旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹6.16.1 螺纹类型和主要参数螺纹类型和主要参数第9页/共86页圆柱螺纹圆锥螺纹管螺纹6.16.1 螺纹类型和主要参数螺纹类型和主要参数第10页/共86页(3)中径d2 也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。d1d2d(1)大径d 与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。(2)小径 d1 与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(4)螺距P 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)导程S(6)螺纹升角 中径d2圆柱上

6、，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角(7)牙型角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。tg=d2 nP 牙侧角 d2SS=nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距P三、螺纹的主要几何参数三、螺纹的主要几何参数SPP/2P/2(8)接触高度 h 内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。h第11页/共86页 普通螺纹以大径普通螺纹以大径d为为公称直径公称直径，同一公称直径可以有多种，同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹粗牙螺纹，其余的统称为，其余的统称为细牙螺细牙螺纹。纹。一、螺纹的精度等级一、螺纹的精度等

7、级:A级级B级级C级级公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；公差小，精度最高，用于配合精确，防振动等场合；受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的联接；受载较大且经常拆卸，调整或承受变载荷的联接；用于一般联接，最常用。用于一般联接，最常用。粗牙螺纹应用最广细牙螺纹的优点：升角小、小径大、自锁性好、强度高缺点：不耐磨易滑扣。应用：薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构。Pd粗牙粗牙dP细牙细牙dP细牙细牙6.2 6.2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件第12页/共86页梯形梯形螺纹：螺纹：梯梯 形形锯齿形锯齿形30330为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角为了减少摩擦

8、和提高效率，这两种螺纹的牙侧角比三角形螺纹的要小得比三角形螺纹的要小得多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。多。用于剖分螺母时，梯形螺纹可消除因摩擦而产生的间隙，应用较广。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。锯齿形螺纹的效率比矩形螺纹高，但只适合单向传动。锯齿形螺纹:常用于传动。=15=3 粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹和梯形螺纹的基本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。本尺寸见后续各表（或查阅相关机械设计手册）。螺纹的基本尺寸：6.2 6.2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件第13页/共86页

9、直径与螺距、粗牙普通螺纹基本尺寸 mm3 0.5 2.675 2.459 公称直径（大径）粗 牙 细 牙 D d 螺距P 中径 D2 d2 小径 D2 d2 螺距P 4 0.7 3.545 3.242 5 0.8 3.545 4.1340.350.56 1 5.350 4.918 8 1.25 7.188 6.647 10 1.5 9.026 8.376 1.25,1 0.75 12 1.75 10.863 10.106 1.5,1.25 0.5(14)2 12.701 11.835 1.5,116 2 14.701 13.835 (18)2.5 16.376 15.294 20 2.5 18

10、.376 17.294 (20)2.5 20.376 19.294 24 3 22.052 20.752 (27)3 25.052 23.752 30 3.5 27.727 26.211 2,1.5,1注：括号内的公称直径为第二系列 H=0.866P d2=d-0.6495P d1=d-1.0825PD1、d1-内、外螺纹小径 D2、d2-内、外螺纹中径 D、d-内、外螺纹大径 P-螺距 标记示例：M24(粗牙普通螺纹、直径24、螺距3)M24X1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5)PP/8P/8P/8H/4D dD2 d2 D1 d1 P/2P/430 60 90 第14页/共86页

11、细牙普通螺纹基本尺寸细牙普通螺纹基本尺寸 mmmm螺距螺距P P 中径中径D D2 2、d d2 2 小径小径D D1 1、d d1 10.35 d-1+0.773 d-1+0.621 0.35 d-1+0.773 d-1+0.621 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.5 d-1+0.675 d-1+0.459 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 0.75 d-1+0.513 d-1+0.188 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1 d-1+0.35 d-2+0.918 1.25 d-1+0.188 d-2+0.647 1.25 d-1+0.188 d-

12、2+0.647 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 1.5 d-1+0.026 d-2+0.376 2 d-2+0.701 d-3+0.835 2 d-2+0.701 d-3+0.835 3 d-2+0.052 d-4+0.752 3 d-2+0.052 d-4+0.752 第15页/共86页 梯形螺纹基本尺寸 mm标记示例：Tr48X8(梯形螺纹，直径48，螺距8)P h3=H4 ac 第1系列 第2系列 D2 d2 D1 螺距 螺纹牙高 牙顶间隙 公称直径d 中 径 内螺纹小径 12 6.5 0.5 90、100 85、95 d-6 d-12 10 5.5 0.5 40、70、

13、80 38、42、65 d-5 d-10 8 6.5 0.5 48、52 46、50 d-4 d-8 4 2.25 0.25 16、20 18 d-2 d-4 5 2.75 0.25 24、28 22、26 d-2.5 d-5 6 2.25 0.5 32、36 30、34 d-3 d-6 内螺纹外螺纹dPR1R2D1D4H1D2 d2d3acac30 H4R2第16页/共86页dd2d1P用螺纹密封的管螺纹普通细牙普通细牙螺纹螺纹管管螺纹螺纹非螺纹密封管非螺纹密封管螺纹螺纹（圆柱管壁（圆柱管壁=55）用螺纹密封管用螺纹密封管螺纹螺纹（圆锥管壁（圆锥管壁=55）60圆锥管圆锥管螺纹螺纹公称直径-

14、管子的公称通径。强调与普通螺纹不同55 55 非螺纹密封的管非螺纹密封的管螺纹螺纹dd2d1P26.2 6.2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件第17页/共86页 6.6.2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件一、一、螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基本类型eaal1l1可承受横向载荷。螺纹余留长度螺纹余留长度l1 铰制孔螺栓孔与螺杆之间留有间隙静载荷静载荷l1=(0.30.5)d;变载荷变载荷l1=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷冲击载荷或弯曲载荷l1 d;铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓l1 0;螺纹伸出长度螺纹伸出长度a=(0.20.3)d

15、;螺栓轴线到边缘的距离螺栓轴线到边缘的距离e=d+(36)mm用于经常拆装易磨损之处。dd第18页/共86页一、一、螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基本类型螺钉联接螺钉联接座端拧入深度座端拧入深度H，当螺孔材料为：，当螺孔材料为：aee双头螺柱联接双头螺柱联接 联接件厚，允联接件厚，允许拆装。许拆装。钢或青铜钢或青铜 H=d;铸铁铸铁 H=(1.251.5)d铝合金铝合金 H=(1.52.5)d螺纹孔深度螺纹孔深度 H1=H+(22.5)P;钻孔深度钻孔深度 H2=H1+(0.51)d;参数参数l1、e、a与螺栓相同与螺栓相同 l1l1HHH1H1H2H2结构简单，省了螺母

16、，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。d 6.6.2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件第19页/共86页一、一、螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型螺栓联接螺栓联接基本类型螺钉联接螺钉联接双头螺柱联接双头螺柱联接紧定螺钉联接紧定螺钉联接紧定螺钉 6.6.2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件第20页/共86页二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺纹紧固件螺栓的结构形式LL0d六角头LdL0小六角头6.2 6.2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件第21页/共86页dL0L1LL1-座端长度L0-螺母端长度二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺纹紧固

17、件双头螺柱螺栓6.2 6.2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件第22页/共86页二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺纹紧固件末端末端结构结构头部头部结构结构螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓第23页/共86页二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺纹紧固件地脚螺栓 起吊螺钉 螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺纹联接T 型螺栓 6.2 6.2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件第24页/共86页六角螺母六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圆螺母二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺纹紧固件用于经常拆装易磨损之处。用于尺寸受限制之处。国标罗列有六十余种不同结构的螺母螺母螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓专用螺

18、纹联接6.2 6.2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件第25页/共86页其它螺母：第26页/共86页其它螺母：第27页/共86页垫圈 平垫圈薄平垫圈A型平垫圈B型平垫圈螺母 螺钉、紧定螺钉双头螺柱二、二、螺纹紧固件螺纹紧固件螺栓螺纹紧固件斜垫圈弹簧垫圈圆螺母用止动垫圈作用：增加支撑面积以减小压强，避免拧紧螺母擦伤表面、防松。专用螺纹联接6.2 6.2 螺纹联接的类型及标准联接件螺纹联接的类型及标准联接件第28页/共86页预紧力：预紧力：大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为

19、预紧力。作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。预紧的目的：预紧的目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。接件间出现缝隙或发生相对移动。预紧力的确定原则：预紧力的确定原则：拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限材料的屈服极限s ss的的80%。一、概述一般螺纹联接在装配时都必须拧紧，这时螺纹联接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹联接，应控制其预紧力，因为的大小对螺纹联接的可靠性，强度和密封均有很大影响。碳素钢螺栓：碳素钢螺栓：Qp(0.60.7)s A1

20、合金钢螺栓：合金钢螺栓：Qp(0.50.6)s A1A1-危险截面积，A1 d21/46.36.3 螺纹联接的拧紧与防松螺纹联接的拧紧与防松第29页/共86页二、二、拧紧力矩拧紧力矩T T1 1克服螺纹副相对转动的阻力矩；克服螺纹副相对转动的阻力矩；T T2 2克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；克服螺母支撑面上的摩擦阻力矩；设轴向力为设轴向力为F Fa a 或预紧力（不受轴向载荷）或预紧力（不受轴向载荷）fc c摩擦系数。摩擦系数。无润滑时取：无润滑时取：fc c=0.15=0.15rf f支撑面摩擦半径。支撑面摩擦半径。rf=(=(dw w+d0 0)/4)/4简化公式：简化公式：适用于适用于M

21、10M60的粗牙螺纹，的粗牙螺纹，f=0.15,fc=0.15,T 0.2 Fa dFaFa是由联接要求决定的，为了发挥螺栓的工作能力和保证预紧 可靠，应取：总力矩：注意：注意：对于重要的联接，应尽可能采用对于重要的联接，应尽可能采用M12的螺栓。的螺栓。Td0ddw6.36.3 螺纹联接的拧紧与防松螺纹联接的拧紧与防松第30页/共86页测力矩扳手预紧力控制方法预紧力控制方法:联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此

22、设计时必须考虑防松。即防止相对转动。F定力矩扳手通常螺纹联接拧紧是凭工人的经验来决定的，重要螺栓则必须预紧力进行精确控制。LS1)1)凭手感经验；凭手感经验；2)2)测力矩扳手；测力矩扳手；3)3)定力矩扳手；定力矩扳手；4)4)测定伸长量。测定伸长量。LMLS6.36.3 螺纹联接的拧紧与防松螺纹联接的拧紧与防松第31页/共86页联接用三角形螺纹都具有自锁性，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱。但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，联接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓联接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止相对转动。防松

23、的方法：1.利用附加摩擦力防松 尼龙圈锁紧螺母尼龙圈锁紧螺母弹簧垫圈对顶螺母防松-防止螺旋副相对转动。6.36.3 螺纹联接的拧紧与防松螺纹联接的拧紧与防松三、防松方法第32页/共86页 开口销与六开口销与六 角开槽螺母角开槽螺母 串联钢丝串联钢丝2.机械防松圆螺母用止动垫圈 止动垫圈6.36.3 螺纹联接的拧紧与防松螺纹联接的拧紧与防松第33页/共86页3.破坏螺纹防松11.5P用冲头冲用冲头冲23点点冲点防松法冲点防松法粘合法防松粘合法防松涂粘合剂6.36.3 螺纹联接的拧紧与防松螺纹联接的拧紧与防松第34页/共86页6.4 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算螺栓联接螺栓联接的主要失的主

24、要失效形式：效形式：滑扣滑扣 因经常拆装因经常拆装受拉螺栓受拉螺栓塑性变形 螺纹部分疲劳断裂受剪螺栓 剪断压溃 螺杆和孔壁的贴合面经常拆卸 断裂断裂-轴向变载荷第35页/共86页螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。一、松螺栓联接强度计算一、松螺栓联接强度计算强度条件：强度条件：式中式中:d1-螺纹小径螺纹小径 mm，许用应力许用应力二、紧螺栓联接强度计算二、紧螺栓联接强度计算FaFa力除以面积设计公式：设计公式：装配时须要拧紧，在工作状

25、态下可能还需要补充拧紧。1.仅承受预紧力的紧螺栓强度仅承受预紧力的紧螺栓强度2.受轴向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接3.承受工作剪力的紧螺栓联接承受工作剪力的紧螺栓联接装配时不须要拧紧6.4 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算第36页/共86页螺栓受轴向拉力螺栓受轴向拉力F0和摩擦力矩和摩擦力矩T1的双重作用。的双重作用。拉应力：拉应力：1.仅承受预紧力的紧螺栓强度仅承受预紧力的紧螺栓强度扭转切应力：扭转切应力：对于对于M10M64的普通钢制螺纹，可取：的普通钢制螺纹，可取：tg f =0.17，d2/d1=1.04-1.08,tg 0.5 得：0.5 分母为抗剪截面系数计算应力：由

26、此可见，对于M10M64普通螺纹的钢制紧螺栓联接，在拧紧时，虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将预紧力增大30%来考虑扭转的影响。强度条件：强度条件：6.4 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算第37页/共86页当承受横向工作载荷时，当承受横向工作载荷时，预紧力预紧力 导致导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。预紧力F0：FFFF/2F/2F 6.4 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算FFFF 第38页/共86页FF/2F/22.受轴向工作载荷的螺栓强度受轴向工作载荷的螺栓强度改进措施：改进措施：a.采用键、套筒、销

27、承担横向工作载荷。采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用螺栓仅起连接作用b.采用无间隙的铰制孔螺栓。采用无间隙的铰制孔螺栓。设流体压强为设流体压强为p，螺栓数目为，螺栓数目为Z，则缸体周，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：围每个螺栓的平均载荷为：p D2/4F=ZpFFD6.4 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算第39页/共86页受载受载变形变形特别注意，轴向载荷：特别注意，轴向载荷：F2 +F加预紧力后加预紧力后螺栓受拉伸长螺栓受拉伸长b0被联接件受压缩短被联接件受压缩短m0加载加载 F 后后:螺栓总伸长量增加为:总拉力为：被联接件压缩量减少为：被联接件压缩量减少为：残余预紧力减

28、少为：残余预紧力减少为：很显然:被联接件放松了+b0m0-松弛松弛状态状态预紧预紧状态状态b0m0FFFFFFF2F2F2=F+F1F1 6.4 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算F F F F F F F F F 第40页/共86页6.4 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算第41页/共86页力螺栓变形arctgCbFFoF 螺栓的相对刚度系数螺栓的相对刚度系数垫片类型垫片类型 金属垫片或无垫片金属垫片或无垫片 皮革皮革 铜皮石棉铜皮石棉 橡胶橡胶 0.20.3 0.7 0.8 0.9Cb+CmCb6.4 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算Fo=F+F F F 第42页/共86页6.4

29、螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算3、受变载荷作用的螺栓连接第43页/共86页4 4承受工作剪力的紧螺栓联接承受工作剪力的紧螺栓联接 这种联接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压。在联接结合面处，螺栓杆则受剪切。螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：Fs螺栓所受的工作剪力，单位为N；Lmin铰制孔螺栓d0设计时应使:Lmin1.25d0d0螺栓剪切面的直径（可取螺栓 孔直径），单位为mm；Lmin螺栓杆与孔壁挤压面的最小 高度，单位为mm；6.4 螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算Fs Fs Fs Fs 第44页/共86页 6.56.

30、5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计在设计螺栓组联接时，关键是联接的结构设计。它是根据被联接件的结构和联接的用途，确定螺栓数目和分布形式。为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成:一、螺栓组联接的结构设计基本原则：大多数机械中螺栓都是成组使用的。轴对称的简单几何形状。圆形 圆环形 矩形 矩形框 三角形 第45页/共86页螺栓布置应使各螺栓的受力合理FFa)对于铰制孔用螺栓联接，不要在平衡于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；合理不合理!b)当螺栓联接弯距或转距时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。6.

31、56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第46页/共86页dhD螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间c)当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗 剪零件来承受横向载荷。60CCEE60扳手空间的尺寸见有关标准。AB 6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第47页/共86页对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接。螺栓的间距不大于下表所推荐的取值。t0螺栓间距t0工作压力(MPa)7d 4.5d 4.5 4d 3.5 3d t0(mm)1.6 1.6 4 410 1016 1620 2030 d为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成:4、6、8等偶数

32、。同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第48页/共86页保证被联接件，螺母和螺栓头支承面平整，并与螺栓轴线相互垂直。对于在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈等。避免螺栓承受附加的弯曲载荷。采用凸台或沉孔结构采用凸台或沉孔结构切削加工支承面切削加工支承面 支承面不平支承面不平 支承面倾斜支承面倾斜 采用斜垫圈采用斜垫圈 6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第49页/共86页二、螺栓组联接的受力分析受力分析的目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓 及其所受的力，以便进行螺栓联

33、接的强度计算。受力分析时所作假设：a)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；c)受载后联接接合面仍保持为平面。受力分析的类型：b)螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受转矩受横向载荷受轴向载荷受倾覆力矩M 6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第50页/共86页（1）对于铰制孔用螺栓联接，每个螺栓所受工作剪力为：（2）对于普通螺栓联接，按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有：式中：z为螺栓数目。图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。1受横向载荷的螺栓组联接或或Ks为防滑系数，设计中可取为防滑系数，设计中可取Ks=1.11.3。铰制孔螺栓FFFF普

34、通螺栓 6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计FfF第51页/共86页TOO采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺栓组受转矩时的受力情况是不同的。2受转矩的螺栓组联接 采用普通螺栓，是靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。TrmaxFmaxr1f Ff Fr2riFi假设底板受载仍为平面，则螺栓的剪切变形量与距离成正比，F=Kri剪切力与距离r的比值为常数 6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第52页/共86页3受轴向载荷的螺栓组联接 若作用在螺栓组上轴向总载荷F作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，

35、则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当联接要有保证的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷F2为。F0=F”+FpDFFF 6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第53页/共86页4受倾覆力矩的螺栓组联接 倾覆力矩 M 作用在联接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已被拧紧并承受预紧力F0且被拉伸，地基有均匀的压缩。在作用M后，接触面绕o-o线转动一个角度，左边的地基被放松，而螺栓被进一步拉伸；右边的螺栓被放松，而地基被进一步压缩。单个螺栓拉力产生的力矩为：F1F0 F0 p(F 0引起引起)F2mp2(F1m引起引起)p

36、1(F1引起引起)LiLmaxOOxxOMMMi=Fi Li 假设底板受载仍为平面，则螺栓受力与螺栓中心到螺栓组排列中心的距离成正比。螺栓承受的载荷与距离成正比：6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第54页/共86页F1m 强调是基座上的压力Fm F2m F1 F F2 C2 单个螺栓的受力分析：Om 力力 变形变形 Ob 作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：未加倾覆力矩时，工作点在A。Mi=0施加倾覆力矩M时:左边的螺栓，工作点移至：B1 和C1 右边的螺栓，工作点移至：B2 和C2 左边螺栓总拉力增加，右边螺栓总拉力减小。F2 F2m C1 B2 B1 求得最大工作载荷A F

37、0 6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第55页/共86页螺栓的总拉力：螺栓的总拉力：为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：联接接合面材料的许用挤压应力联接接合面材料的许用挤压应力材料材料 钢钢 铸铁铸铁 混凝土混凝土 砖砖(水泥浆缝水泥浆缝)木材木材p(Mpa)0.8 s (0.40.5)B 2.03.0 1.52.0 2.04.0直接引用前面的结论 6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第56页/共86页三、螺纹联接件材料螺栓、螺柱、螺钉常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素钢；特殊用途(防磁、导电

38、):特殊钢、铜合金、铝合金等。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级。级。3.6 4.6 4.8 5.6 58 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9作为标准零件，螺纹联接件是按其性能等级选用的。对于一定性能等级的螺纹联接件应具备一定的强度极限。冲击振动场合用：15Cr、40Cr、30CrMnSi等合金钢。垫圈：Q235、15、35垫圈：65Mn 6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第57页/共86页选用原则：选用原则：一般用途：通常选用一般用途：通常选用4.8级左右的螺栓，级左右的螺栓，重要场合：要选用高的性能等级，重要场合：要选用高的性能等级，如在压力

39、容器中常采用如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。级的螺栓。螺母的性能等级分为螺母的性能等级分为 7级。级。4 5 6 8 9 10 12 6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第58页/共86页四、螺纹联接件的许用应力 螺纹联接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷)、装配情况(松、紧联接)、材料、结构尺寸有关。许用拉应力：许用剪应力和挤压应力：-被联接件为钢被联接件为钢-被联接件为铸铁被联接件为铸铁S,Sp-安全系数，其取值详见下页表。6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第59页/共86页 螺栓联接的安全系数螺栓联接的安全系数S 碳素钢碳素钢 54 42.5 2.52 碳素钢碳素钢 1

40、2.58.5 8.5 8.512.5 M6M16 M16M30 M30M60 M16M16 M16 M30 M30M60不控制不控制预紧力预紧力的计算的计算控制预控制预紧力的紧力的计算计算受载类型受载类型 静载荷静载荷 变载荷变载荷松螺栓联接松螺栓联接 1.21.7合金钢合金钢 5.75 53.4 3.43 合金钢合金钢 106.8 6.8 6.810 1.2 1.5 1.2 1.5(Sa=2.54)钢：钢：S=2.5，Sp=1.25，钢：钢：S=3.55，Sp=1.5铸铁：铸铁：Sp=2.02.5，铸铁：铸铁：Sp=2.53铰制孔用螺铰制孔用螺栓联接栓联接受轴受轴向及向及横向横向载荷载荷的普

41、的普通螺通螺栓联栓联接接紧紧螺螺栓栓联联接接 6.56.5 螺栓组联接设计螺栓组联接设计第60页/共86页 6.6 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：疲劳断裂疲劳断裂容易断裂部位：容易断裂部位：一、一、降低螺栓总拉伸载荷降低螺栓总拉伸载荷F0的变化范围的变化范围轴向工作载荷轴向工作载荷F的变化范围的变化范围:0 FC1+C2C1F F+F总拉伸载荷的总拉伸载荷的F0变化范围变化范围:C1 或 C2 F0变化范围F 提高螺栓联接强度的措施有哪些呢？以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度

42、，将大大提高联接系统的可靠性。65%20%15%第61页/共86页F0 m b措施一：降低螺栓刚度（Cb Cb,b Cm,m m）措施三：综合措施（C1C2 F0 F0）F F F1 F0 F2F F m F1bF0m 虽然F=FF F强调残余预紧力减小但有F F强调残余预紧力减小F=FF=F，F1=F 1F F2F3F4F510圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。圈以后，螺母牙几乎不承受载荷。螺栓杆F螺栓杆F螺母体均载螺母均载原理 螺母和螺杆均为拉伸变螺母和螺杆均为拉伸变形，有助于减小两者螺形，有助于减小两者螺距变化，使受载均匀。距变化，使受载均匀。加厚螺母第64页/共86页1015悬置螺母环槽螺

43、母内斜螺母1015内斜与环槽螺母均载原理相同螺母也受拉内斜螺母因力的作用点外移可使载荷较大的头几圈螺纹牙容易变形，使载荷上移而改善载荷分布不均。均载元件悬置螺母环槽螺母内斜螺母内斜螺与环槽螺母都是改变螺母旋合部分的变形性质，使之和螺栓变形性质相同，均为拉伸变形，从而使螺纹牙上载荷分布趋于均匀；钢丝螺套加工复杂，仅限于用在重要场合或大型联接。6.6 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施第65页/共86页 支承面不平支承面不平三、减小应力集中三、减小应力集中1.1.增大过渡圆角增大过渡圆角2.2.切制卸载槽切制卸载槽r r四、避免或减小附加应力四、避免或减小附加应力采用凸台或沉孔结构采用凸

44、台或沉孔结构切削加工支承面切削加工支承面被联接件变形太大被联接件变形太大3.3.卸载过渡结构卸载过渡结构要从结构、制造与装配精度采取措施。6.6 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施第66页/共86页五、采用特殊制造工艺五、采用特殊制造工艺冷镦头部、辗压螺纹冷镦头部、辗压螺纹疲劳强度提高疲劳强度提高30%比车削比车削 表面处理：表面处理：氰化、氮化也能氰化、氮化也能提高疲劳强度。提高疲劳强度。球面垫圈球面垫圈采用球面垫圈和腰环螺采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺栓的装配栓可以保证螺栓的装配精度。精度。腰环螺栓腰环螺栓 6.6 提高螺栓联接强度的措施提高螺栓联接强度的措施第67页/共86页

45、一、螺旋传动的类型和应用调整螺旋静压螺旋类类型型运动形式有：运动形式有：6.7 螺旋传动设计螺旋传动设计螺母固定，螺杆转动并移动 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。作用：回转运动 直线运动，同时传递动力。螺杆转动，螺母移动 按用途分传力螺旋传导螺旋滑动螺旋滚动螺旋按摩擦性质分传递动力传递动力 传递运动传递运动,要求精度高要求精度高调整相对位置调整相对位置第68页/共86页调整螺旋调整螺旋6.7 螺旋传动设计螺旋传动设计第69页/共86页应用应用:机床的进给机构、起重设备（机床的进给机构、起重设备（千千斤顶斤顶）、锻压机械、锻压机械(压力机压力机)、测量、测量仪器（千分尺）、工具

46、（老虎钳）、仪器（千分尺）、工具（老虎钳）、夹具、玩具、夹具、玩具、机器人机器人及其他工业装及其他工业装备中。备中。二、滑动螺旋的结构和材料 滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系。压力机压力机1、结构 千斤顶千斤顶6.7 螺旋传动设计螺旋传动设计第70页/共86页整体螺母整体螺母组合螺母组合螺母剖分螺母剖分螺母螺母结构组合螺母组合螺母调整楔快固定螺钉调整螺钉剖分螺母剖分螺母6.7 螺旋传动设计螺旋传动设计第71页/共86页螺旋副材料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦系数小2滑动螺旋的材料螺杆材料螺杆材料:Q257、45、50钢，或钢

47、，或T12、40Cr、65Mn 螺母材料螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3.螺杆-螺母材料 滑动速度 m/min 许用压力/Mpa 摩擦系数 低速 1825 3 1118 612 710 15 12 淬火钢-青铜 钢-青铜 钢-铸铁 钢钢 612 1013 0.060.08 2.4 1318 612 47 低速 7.513 0.110.17 0.080.1 0.120.15 滑动螺旋副材料的许用压力p及摩擦系数 6.7 螺旋传动设计螺旋传动设计第72页/共86页三、滑动螺旋传动的设计计算承受载荷:转矩、轴向力 设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距；校核

48、螺杆、螺母强度等。主要失效形式:螺牙的磨损 滑动螺旋副材料的许用应力许用应力/MPa螺旋副材料螺杆 钢 s/(35)螺母青铜 4060 3040铸铁 4555 40 钢 (0.10.2)0.6 b 注：1)s 为材料的屈服极限；2)载荷稳定时，许用应力取大值。6.7 螺旋传动设计螺旋传动设计第73页/共86页对螺旋传动的要求对螺旋传动的要求:强度足够强度足够,耐磨耐磨,摩擦系数小摩擦系数小.螺杆材料螺杆材料:Q257、45、50钢，或钢，或T12、40Cr、65Mn螺母材料螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3.失效形式失效形式:磨损磨损 通常先由耐磨性条

49、件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺旋各主要参数，而后通常先由耐磨性条件，计算螺杆直径和螺母高度，再参照标准确定螺旋各主要参数，而后对可能发生的其他失效一一校核。对可能发生的其他失效一一校核。一)耐磨性计算校核公式：影响磨损的原因很多，目前还没有完善的计算方法，通常是限制螺纹接触处的压强。p=p MPa MPa d2 hzFaFa为轴向力；z为参加接触的螺纹圈数；d2为螺纹中径；h为螺纹的工作高度；p为许用压强。速度速度v4 精密螺杆或水平安装螺杆的稳定性条件为：-螺杆长度系数，由下表确定。I 为螺杆危险截面的惯性矩 lb)当螺杆一端以螺母支承时，l 取从螺母中部到另一支点上的距离。l

50、 为螺杆的工作长度:a)当螺杆两端支承时，l 取两支点间的距离；l6.7 螺旋传动设计螺旋传动设计第80页/共86页1)若采用滑动支承时，则以轴承长度l0与直径d0的比值来确定：l0/d0 1.5 为铰支；l0/d0 3 为固定支承。3)若以剖分螺母作为支承时，可作为不完全固定支承。2)若以整体螺母作为支承时，仍按上述方法确定。但取 l/H 判断螺杆端部支承情况的方法：H为螺母高度4)若采用滚动轴承支承，且有径向约束时，可作为铰支；有径向和轴向约束时，可作为固定支承。螺杆长度系数两端支承情况 长度系数 两端固定 0.50一端固定，一端不完全固定 0.60一端铰支，一端不完全固定 0.70两端不