第5章螺纹连接-第6章键链接

1、2021-12-271 连接是指被连接件与连接件的组合。常见的连接是指被连接件与连接件的组合。常见的机械连接有两类：机械连接有两类：一是机械一是机械动连接动连接，如运动副；，如运动副；二是机械二是机械静连接静连接，本章所学习内容是机械静，本章所学习内容是机械静连接问题。连接问题。不可拆连接不可拆连接装拆方便，多次装拆无损于装拆方便，多次装拆无损于使用性能。如使用性能。如螺纹连接、键连螺纹连接、键连接、销连接接、销连接在拆开联接时会损坏联接在拆开联接时会损坏联接中的零件或使用性能。如中的零件或使用性能。如焊焊接、铆接、粘接接、铆接、粘接连接连接可拆连接可拆连接（永久性连接永久性连接）2021-1

2、2-272第五章第五章 螺纹连接与螺旋传动螺纹连接与螺旋传动5.1 螺纹连接的基本知识5.2 螺纹连接的类型和标准连接件5.3 螺纹连接的预紧5.4 螺纹连接的防松5.5 螺栓组联接的设计5.6 螺纹连接的强度计算 5.7 螺纹连接件的材料和许用应力 5.8 提高螺栓联接强度的措施 5.9 滑动螺旋传动简介 2021-12-273（一）教学要求（一）教学要求1 1、熟悉螺纹的类型、主要参数、特点及应用、熟悉螺纹的类型、主要参数、特点及应用2 2、掌握螺纹联接的主要类型及应用场合、掌握螺纹联接的主要类型及应用场合3 3、熟悉螺栓联接的预紧和防松、熟悉螺栓联接的预紧和防松4 4、掌握单个螺栓连接的

3、强度计算、掌握单个螺栓连接的强度计算5 5、掌握螺栓组结构设计方法，了解提高螺纹联接、掌握螺栓组结构设计方法，了解提高螺纹联接强度的常用措施和螺旋传动的设计强度的常用措施和螺旋传动的设计（二）教学的重点与难点（二）教学的重点与难点1 1、螺纹联接的类型、特点及应用、螺纹联接的类型、特点及应用2 2、紧螺栓联接的强度计算、紧螺栓联接的强度计算3 3、螺栓组的结构设计、螺栓组的结构设计2021-12-2741、螺旋线：、螺旋线： 将一倾斜角为将一倾斜角为的直线绕在圆柱体的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。上便形成一条螺旋线。2、螺纹：、螺纹：平面始终通过圆柱体轴线就平面始终通过圆柱体轴线就得到螺纹

4、。若改变平面图形得到螺纹。若改变平面图形的形状，可得到的形状，可得到三角形三角形、梯梯形形、锯齿形锯齿形、矩形、矩形螺纹螺纹。取一个平面图形沿螺旋线运动并使取一个平面图形沿螺旋线运动并使3、螺纹副：、螺纹副：内外螺纹旋合组成螺旋内外螺纹旋合组成螺旋副或称螺纹副。副或称螺纹副。5.1 螺纹联接的基本知识2021-12-275二、螺纹分类二、螺纹分类2021-12-2761 1、将螺纹轴线竖直、将螺纹轴线竖直放置，螺旋线放置，螺旋线自左自左向右向右逐渐逐渐升高升高的是的是右旋右旋螺纹。反之也螺纹。反之也成立。成立。2 2、从端部沿轴线看从端部沿轴线看去，当螺纹去，当螺纹顺时针顺时针方向方向旋转旋转

5、为为旋进旋进时时，此螺纹为，此螺纹为右旋右旋螺螺纹。纹。左旋左旋右旋右旋2021-12-277双线螺纹双线螺纹单线螺纹单线螺纹2021-12-278 三角形螺纹，主要有三角形螺纹，主要有普通螺纹普通螺纹和和管螺纹管螺纹，前者多，前者多用于用于紧固联接紧固联接和后者用于和后者用于紧密联接紧密联接。内螺纹外螺纹Pd1d2d60内螺纹外螺纹Pd1d2d60内螺纹外螺纹Pd1d2d60内螺纹外螺纹Pd1d2d601、普通螺纹、普通螺纹 在我国的国家标准中，把牙在我国的国家标准中，把牙型角型角=60=60的三角形米制螺纹称的三角形米制螺纹称为普通螺纹为普通螺纹，以大径，以大径d为公称直径。为公称直径。（

6、1）普通螺纹种类）普通螺纹种类 因为因为同一公称直径可以有多种螺距的同一公称直径可以有多种螺距的螺纹螺纹，其，其中中螺距最大螺距最大的称为的称为粗牙螺纹粗牙螺纹，其余的称为，其余的称为细牙细牙螺纹螺纹。一、三角形螺纹一、三角形螺纹常用的螺纹牙型、特点及应用2021-12-279（2）粗、细螺纹特点、适用范围）粗、细螺纹特点、适用范围细牙螺纹：细牙螺纹：升角小，小径大，自锁性能好，强升角小，小径大，自锁性能好，强度高，但不耐磨损，易滑扣，用于度高，但不耐磨损，易滑扣，用于薄壁零件、受动载荷的联接和微调薄壁零件、受动载荷的联接和微调机构的调整。机构的调整。粗牙螺纹：粗牙螺纹：应用最广。应用最广。粗

7、牙螺纹粗牙螺纹细牙螺纹细牙螺纹2021-12-27102、管螺纹、管螺纹管螺纹种类：管螺纹种类： 管螺纹除普通细牙螺纹外，还有管螺纹除普通细牙螺纹外，还有60、55的圆柱的圆柱管螺纹和管螺纹和60、55的圆锥管螺纹。的圆锥管螺纹。 管螺纹广泛用于水、汽、油管路联接中。管螺纹广泛用于水、汽、油管路联接中。2021-12-2711二、梯形（双向）和锯齿形（单向）螺纹二、梯形（双向）和锯齿形（单向）螺纹 梯形螺纹与锯齿形螺纹一般用于梯形螺纹与锯齿形螺纹一般用于传动传动，效率高效率高。它们的它们的牙侧角牙侧角 比三角形螺纹小的多，可以比三角形螺纹小的多，可以减少摩擦减少摩擦和和提高效率提高效率。锯齿形

8、螺纹锯齿形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹牙侧角牙侧角 =3=3。锯齿形螺纹只能用于锯齿形螺纹只能用于承受承受单向轴向载荷单向轴向载荷。梯形螺纹梯形螺纹牙侧角牙侧角 =15=15效率效率比锯齿形螺纹比锯齿形螺纹低。低。2021-12-2712返回返回2021-12-2713常用的螺纹牙型、特点及应用梯形螺纹梯形螺纹结构：牙形角特点：效率较高、牙根强度较大、工艺性好 应用：用于传动 矩形螺纹矩形螺纹 结构：牙形角性能：效率较高、牙根强度小、工艺性差 应用：用于传动 矩齿形螺纹矩齿形螺纹 结构：工作面的牙型斜角为3 非工作面的牙型斜角为30 性能：效率较高、牙根强度较大、工艺性好 应用：用

9、于单向传动 管管 螺螺 纹纹结构：牙形角性能：自锁性好,牙根强度高，工艺性好 应用：用于联接 三角形螺纹三角形螺纹oo60o55o30o0结构：牙形角特点：联接紧密，内外螺纹无间隙 应用：密封性要求较高的场合 联接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。2021-12-2714设计：潘存云(3)中径中径d2设计：潘存云d1d2d(1)大径大径d(2)小径小径 d1(4) 螺距螺距P(5) 导程导程S(6) 螺纹升角螺纹升角 (7)牙型角牙型角 tg =d2 nP (8)牙侧角牙侧角 d2SS = nP二、螺纹的主要几何参数二、螺纹的主要几何参数SPP/2P/2h(9)接触高度接触高度h2021

10、-12-2715一、一、螺纹联结基本类型螺纹联结基本类型二、二、标准连接件标准连接件5.2 螺纹联接的类型和标准连接件 2021-12-2716一、螺纹联接的基本类型一、螺纹联接的基本类型a) 普通螺栓联接普通螺栓联接：1、螺栓联接螺栓联接2021-12-27172021-12-2718b) 精密螺栓联接：精密螺栓联接： 装配后无间隙，主要装配后无间隙，主要承受垂直于螺栓轴线的横承受垂直于螺栓轴线的横向载荷，也可作定位用，向载荷，也可作定位用，采用采用基孔制过渡配合基孔制过渡配合铰制铰制孔螺栓联接孔螺栓联接2021-12-27192、螺钉联接螺钉联接2021-12-27203 3、双头螺柱联接

11、双头螺柱联接2021-12-27214、紧定螺钉联接紧定螺钉联接 常用来固定两零件的相对位置，并可用来传递不大的力常用来固定两零件的相对位置，并可用来传递不大的力和力矩。和力矩。2021-12-2722二、标准螺纹联接件 通用螺纹紧固件已标准化。常用的有螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母和垫圈等，这类零件的结构型式和尺寸都已标准化，设计时可根据有关标准选用。rdadsklskllgd1530辗制末端esrdadsklskllgd1530辗制末端es1.螺栓 有普通螺栓和铰制孔螺栓，精度分A、B、C三级，通常多用C级，杆部可以全是螺纹或只有一段螺纹。2021-12-27232.2.双头螺柱双头

12、螺柱两端带螺纹，分A型（有退刀槽）和B型（无退刀槽）。bmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型bmlbXXdsd倒角端倒角端辗制末端辗制末端dsdbmlbXXA型B型2021-12-27243.3.螺钉螺钉与螺栓区别：要求螺纹部分直径较粗；要求全螺纹。nbXdktldRnbXdktldR2021-12-27254.紧定螺钉锥 端适于零件表面硬度较低不常拆卸场合。 平 端接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适于经常拆卸的场合。 圆柱端压入轴上凹坑中，适于紧定空心轴上零件的位置轻材料和金属薄板。ltnd90Rltnd90R2021-12-27265.5

13、.六角螺母六角螺母 按厚度分为标准、薄型两种，精度与螺栓对应，分A、B、C三级，分别与同级别的螺栓配用。emsd3015emsd30156.圆螺母 圆螺母与带翅垫圈配用，螺母带有缺口，应用时带翅垫圈内舌嵌入轴槽中，外舌嵌入圆螺母的槽内，螺母即被锁紧DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈2021

14、-12-27277.7.垫圈垫圈 垫圈放在螺母与被连接件之间，保护支承面。分平垫和斜垫两者。斜垫用于倾斜的支承面。DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈DC1120btHD1dC4530b3030303015d0D1hd1d2平垫圈斜垫圈2021-12-2728一、拧紧力矩一、拧紧力矩预紧预紧工作前拧紧工作前拧紧1 1、目的：增加螺纹联接刚度、紧密性和防松能力、目的：增加螺纹联接刚度、紧密性和防松能力 5.3 螺纹联接的预紧螺纹联接的预紧2021-12-2729设轴向力为设轴向力为F0或预紧力或预紧力（不受轴向载荷）（不受轴向载荷）dFdDdDf

15、dFTcv020203030202 . 032)tan(212021-12-2730 式中，式中，d为螺纹公称直径；为螺纹公称直径； F 为预紧力。为预紧力。F 由螺纹联接的由螺纹联接的要求决定。一般要求决定。一般不超过不超过螺栓材料屈服极限的螺栓材料屈服极限的80%。12图4-12 测力矩扳手123412图4-12 测力矩扳手1234测力矩板手测力矩板手重要的螺纹（大于重要的螺纹（大于M12M16)应采用有应采用有效的措施控制预紧力效的措施控制预紧力。2021-12-2731定力矩扳手定力矩扳手3 3、预紧力控制方法、预紧力控制方法2021-12-2732测力矩扳手测力矩扳手2021-12-

16、2733 螺纹防松是防止螺纹副的相对转动。常用的方法见表螺纹防松是防止螺纹副的相对转动。常用的方法见表5-35-3。 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失，摩擦力为零，成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失，摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故 1 1、防松目的、防松目的 消除（或限制）螺纹副之间的相

17、对运动，或增大相对消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。运动的难度。2 2、防松原理、防松原理3 3、防松办法及措施、防松办法及措施 5.4 螺纹联接的防松螺纹联接的防松2021-12-27342021-12-27352 2）机械防松：采用专门防松元件防松）机械防松：采用专门防松元件防松槽形螺母与开口销槽形螺母与开口销圆螺母用带翅垫片圆螺母用带翅垫片止动垫片止动垫片2021-12-27363 3）其他方法防松：）其他方法防松：2021-12-2737 5.5 螺栓连接的设计螺栓连接的设计一、螺栓连接设计计算内容与步骤一、螺栓连接设计计算内容与步骤1 1、结构设计：确定螺栓布

18、置形式、数量、结构设计：确定螺栓布置形式、数量2 2、受力分析：确定螺栓组中受载最大螺栓和所受最大载荷、受力分析：确定螺栓组中受载最大螺栓和所受最大载荷3 3、强度计算：按受力最大螺栓确定整组螺栓直径、强度计算：按受力最大螺栓确定整组螺栓直径二、螺栓组联接的结构设计二、螺栓组联接的结构设计1 1、联接接合面的设计、联接接合面的设计2021-12-27381 1、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理、螺栓的布置应使各螺栓的受力合理（1 1）对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合。）对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合。（2) 2) 对于铰制孔螺栓联接的受剪螺栓，在平行

19、于工作载荷方向上成排布对于铰制孔螺栓联接的受剪螺栓，在平行于工作载荷方向上成排布置的螺栓数目不应超过八个，以免载荷分布不均。置的螺栓数目不应超过八个，以免载荷分布不均。2、螺栓的数目及布置、螺栓的数目及布置（3 3）对于受弯矩或转矩的螺栓联接，应使螺栓尽量布置在靠近联接接）对于受弯矩或转矩的螺栓联接，应使螺栓尽量布置在靠近联接接合面的边缘上，以减少螺栓的受力。合面的边缘上，以减少螺栓的受力。2021-12-27392 2、螺栓的布置应有合理的间距和边距，以保证、螺栓的布置应有合理的间距和边距，以保证联接的紧密性和装配时扳手所需活动空间联接的紧密性和装配时扳手所需活动空间2021-12-2740

20、3 3、螺栓的数目及布置应便于螺栓孔的加工、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，应取成分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4,6,84,6,8等偶数，以便于在圆周上等偶数，以便于在圆周上钻孔时得分度和划线。钻孔时得分度和划线。2021-12-27414 4、避免偏心载荷作用、避免偏心载荷作用 a a）被联接件支承面不平突起）被联接件支承面不平突起 b b）表面与孔不垂直）表面与孔不垂直 c c）钩头螺栓联接）钩头螺栓联接 凸台凸台 凹坑凹坑斜垫圈斜垫圈2021-12-2742前提（假设）：前提（假设）：被联接件为刚性不变形，只有地基变形。被联接件为刚性不变形，只有地基变

21、形。各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同受力后材料变形在弹性范围内受力后材料变形在弹性范围内接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面1、受轴向载荷螺栓组联接、受轴向载荷螺栓组联接 单个螺栓工作载荷为：单个螺栓工作载荷为： F=P/Z P轴向外载轴向外载 Z螺栓个数螺栓个数 PDp三、螺栓组连接的受力分析三、螺栓组连接的受力分析 目的目的求受力最大载荷的螺栓求受力最大载荷的螺栓2021-12-27432、受横向载荷的螺栓组联接、受横向载荷的螺栓组联接特点：普通螺栓，铰制孔用螺栓皆可用，外载垂直于螺栓轴特点：普

22、通螺栓，铰制孔用螺栓皆可用，外载垂直于螺栓轴线、防滑线、防滑普普 通通 螺螺 栓栓 受拉伸作用受拉伸作用铰制孔螺栓铰制孔螺栓受横向载荷剪切、挤压作用。受横向载荷剪切、挤压作用。单个螺栓所承受的横向载荷相等单个螺栓所承受的横向载荷相等 R=RL/ZRRRR2021-12-27443、受横向扭矩螺栓组联接、受横向扭矩螺栓组联接 （1）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷 rZTFR（2）矩形接合面）矩形接合面 a)普通螺栓联接普通螺栓联接 OfQpTrifQpTOFmaxrmaxriFi由静平衡条件由静平衡条件0TTKTrfFrfFrfFfZ02010ZiifZfrf

23、TKrrrfKTF1210)(则各个螺栓所需的预紧力为则各个螺栓所需的预紧力为联接件不产生相对滑动的条件为：联接件不产生相对滑动的条件为：2021-12-2745OfQpTrifQpTOFmaxrmaxriFib)铰制孔螺栓联接组铰制孔螺栓联接组 由变形协调条件可知，各个由变形协调条件可知，各个螺栓的变形量和受力大小与其中螺栓的变形量和受力大小与其中心到接合面形心的距离成正比心到接合面形心的距离成正比maxmax2211rFrFrFrFRnnRRR由假设由假设板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪应变与半径成正比。在材料弹性范围内，应力与应变成正比应变与半

24、径成正比。在材料弹性范围内，应力与应变成正比 iRiRRiiRrrFFrFrFmaxmaxmaxmax由静平衡条件由静平衡条件TrFrFrFnnRRR2211niirrTF12maxmaxR 2021-12-27464、普通螺栓组承受倾翻、普通螺栓组承受倾翻 力矩力矩1、基本假定基本假定（1）螺栓、地基为弹性体；）螺栓、地基为弹性体；（2）M作用在作用在z-z平面内，平面内， 机座在机座在M作用下绕作用下绕O-O转动转动（3）机座刚性较大，变形后与）机座刚性较大，变形后与 基础的接触面仍为平面基础的接触面仍为平面2、受力分析受力分析p 左左Q右右Qminp maxp 螺栓螺栓接合面接合面左侧左

25、侧螺栓螺栓右右侧侧螺栓螺栓左侧左侧右侧右侧预紧预紧状态状态拉拉拉拉压压压压工作工作状态状态p pQpQ被联接件被联接件受力受力螺栓螺栓受力受力2021-12-27472、受力分析受力分析 212maxmax2MziiLLF最最大大工工作作载载荷荷：(2) 221MLFziii 力平衡条件力平衡条件2max21max2MFLLzii (1)(1)代入代入(2)(2)变形协调条件变形协调条件(1) maxmaxmaxmaxFLLFLFLFiiii 倾倾翻翻力力矩矩个个螺螺栓栓至至翻翻转转中中心心之之距距第第心心之之距距受受力力最最大大螺螺栓栓至至翻翻转转中中式式中中： MiLLi max2021-

26、12-2748左侧螺栓所受最大力：左侧螺栓所受最大力：max0FCCCFQmbb左max0FCCCFQmbm右右侧螺栓所受最小力：右侧螺栓所受最小力：3 3、失效形式、失效形式（1 1）螺栓被拉断）螺栓被拉断（2 2）机座与地基的接合面被压溃或出缝隙）机座与地基的接合面被压溃或出缝隙2021-12-27494 4、设计准则、设计准则 2143 . 1dQmax0FCCCFQQmbb左式中：0.0minWMCCCAzFmbmMQpp（1 1）保证螺栓不塑变、不被拉断）保证螺栓不塑变、不被拉断（2 2）左侧不出缝隙）左侧不出缝隙（3 3）右侧不被压溃）右侧不被压溃pmbmMQpWMCCCAzFp.

27、0maxWMAzFWMAzFCCCppmbm0max0min 1时，说明：当地基刚度较大2021-12-2750 螺栓联接中的单个螺栓受力分为轴向载荷螺栓联接中的单个螺栓受力分为轴向载荷（受拉螺（受拉螺栓）栓）和横向载荷和横向载荷（受剪螺栓）（受剪螺栓）两种。两种。 受拉力作用的普通螺栓连接，其主要失效形式：受拉力作用的普通螺栓连接，其主要失效形式：螺纹部分的塑性变形或断裂；因磨损而发生滑扣螺纹部分的塑性变形或断裂；因磨损而发生滑扣 设计准则为保证螺栓的静力或者疲劳拉伸强度；设计准则为保证螺栓的静力或者疲劳拉伸强度；受剪切作用的铰制孔螺栓连接，其主要失效形式：受剪切作用的铰制孔螺栓连接，其主要

28、失效形式： 螺杆被剪断；螺杆或者被连接件的孔壁被压溃。螺杆被剪断；螺杆或者被连接件的孔壁被压溃。设计准则为保证螺栓被连接件具有足够的剪切强度和挤压强度。设计准则为保证螺栓被连接件具有足够的剪切强度和挤压强度。一、螺栓联接的失效形式和设计准则一、螺栓联接的失效形式和设计准则 5.6 5.6 螺纹连接的强度计算螺纹连接的强度计算2021-12-2751螺栓的强度计算就是确定小径螺栓的强度计算就是确定小径d d1 1。 工作时不需要将螺母拧紧。工作时不需要将螺母拧紧。如吊钩螺栓如吊钩螺栓. .或拉断）失效形式：螺栓塑变（）受力分析：（21FQ ;4 321NFMpadFAF工作载荷螺栓许用应力）设计

29、准则：（2021-12-2752松螺栓联接松螺栓联接强度条件强度条件：4/21dF其中：其中： 许用拉应力许用拉应力,MPad1螺纹小径螺纹小径mmFd41例题例题2021-12-2753mmFd033.2360102544314/21dF例题例题如下图所示，起重吊钩的起吊重量是如下图所示，起重吊钩的起吊重量是25kN25kN，吊钩材料为吊钩材料为3535钢，许用应力为钢，许用应力为60MPa60MPa，求吊，求吊钩尾部螺纹直径。钩尾部螺纹直径。根据：根据：有有解：解：2021-12-2754 查出的查出的d1比根据强度计算求得的比根据强度计算求得的d1值略大，强度合适。故吊钩尾部螺纹可采值略

30、大，强度合适。故吊钩尾部螺纹可采用用M27。查表得：查表得：d=27mm时，时，d1=23.752mmd1=23.033mm2021-12-27551 1、只受预紧力的螺栓联接、只受预紧力的螺栓联接（工作前预紧，工作中受力不变，例：普通设备盖板工作前预紧，工作中受力不变，例：普通设备盖板）（1 1）受力分析）受力分析5 . 016 4 031210dTTdFTF摩擦力矩：预紧力：3 . 1)5 . 0(332222Te合成应力：合成应力：（2 2）失效形式：螺栓塑变或拉断）失效形式：螺栓塑变或拉断注：受拉、剪应力复合作用的螺栓，可按受纯拉伸处理注：受拉、剪应力复合作用的螺栓，可按受纯拉伸处理,

31、 , 将拉应力将拉应力加大加大30%30%计入剪应力的影响。计入剪应力的影响。只受预紧力普通螺栓只受预紧力普通螺栓F0F0TT单个螺栓预紧力）设计准则：（aeFdF 4 3 . 132102021-12-27562. 受横向工作载荷的螺栓强度受横向工作载荷的螺栓强度Ks-防滑系数，常取防滑系数，常取Ks=1.11.3ifZFKFS0预紧力预紧力F0 ： f-摩擦系数，对钢与铸铁，取摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.10.15i-结合面数结合面数 上图i=1,下图i=2若取若取 f =0.15， Ks=1.2, i=1, Z=1 则：则：F0 8F 结构尺寸大结构尺寸大2021-12-275

32、7c)c)减载销减载销a)a)减载键减载键b)b)减载套筒减载套筒改进措施：改进措施： 1. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用2. 采用无间隙的铰制孔螺栓。采用无间隙的铰制孔螺栓。2021-12-27583.3.采用铰制孔用螺栓联接采用铰制孔用螺栓联接 这些减载装置中的键、套筒、销和铰制孔用螺栓这些减载装置中的键、套筒、销和铰制孔用螺栓可按受剪切和受挤压进行强度计算。可按受剪切和受挤压进行强度计算。2021-12-2759螺栓受剪切强度为：螺栓受剪切强度为： 420dFFFd0 F F 横向载荷（横向载荷（N N） d d0 0 螺栓剪切面直

33、径（螺栓剪切面直径（mmmm）2021-12-2760螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为： 铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工精度较高，成本较高工件孔壁加工精度较高，成本较高0ppdFFFd0 F F 横向载荷（横向载荷（N N） d d0 0 螺栓剪切面直径（螺栓剪切面直径（mmmm） 螺栓杆与被联接件孔壁间螺栓杆与被联接件孔壁间接触受压的最小轴向长度（接触受压的最小轴向长度（mmmm）2021-12-27612）受轴向工作载荷的螺栓强度）受轴向工作载荷的螺栓强度 设流体压强为设流体压强为p，螺栓数目为

34、，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：则缸体周围每个螺栓的平均载荷为：p D2/4F = =Z2021-12-27621 1、如左图所示，当、如左图所示，当螺母未拧紧时，螺螺母未拧紧时，螺栓螺母松驰状态栓螺母松驰状态. . 、拧紧、拧紧预紧状态预紧状态 凸缘凸缘F0 压压c0栓杆栓杆F0 拉拉b0b0c0F0F0F0F0F0F02021-12-27630b螺栓杆螺栓杆凸缘凸缘0c3 3、加载加载F FE E后后工作状态工作状态b0c0 F0F0F0F0F0F0b0+ c0 FF1F1FF2F0凸缘变形缩小变形缩小 拉力增加拉力增加 变形增加变形增加 继续拉长继续拉长压力减小压力减小2

35、021-12-2764螺栓杆螺栓杆受力变形图受力变形图被联接件被联接件受力变形图受力变形图mCFF01FFCFFb102被联接件所受载荷被联接件所受载荷螺栓所受载荷螺栓所受载荷2021-12-2765合合成成受受力力变变形形图图从图线可看出，螺栓受工作载荷从图线可看出，螺栓受工作载荷F F时，时，螺栓总载荷螺栓总载荷： FFF12残余预紧力残余预紧力 1F2021-12-2766螺栓刚度和被联接件刚度对螺栓受力的影响：bbmCFFFFCFFcFF002001变形变形力力F2F0F1F b0 c0 螺栓刚度螺栓刚度 Cb=F0 / b0被联接件刚度被联接件刚度Cm=F0 / c0 Fb Fcba

36、rctgCmarctgCmbbCCFcFF又因为：又因为：mbCCF)1 (0102mbbmbbCCCFFFCCCFFF2021-12-2767mbbCCC称为螺栓的相对刚度系数。 螺栓的相对刚度系数与螺栓及被联接件的螺栓的相对刚度系数与螺栓及被联接件的材料、尺寸和结构有关，其值在材料、尺寸和结构有关，其值在01变化。变化。式中：式中： 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 +CmCb2021-12-2768为保证联接的紧密性（即结合面不出现间隙）：为保证联接的紧密

37、性（即结合面不出现间隙）：4/3 . 1212dF 在一般计算中，先根据联接的工作要求定出在一般计算中，先根据联接的工作要求定出 , , 再计算再计算 , , 最后最后带入强度计算式：带入强度计算式：1FFFF122021-12-2769变形变形力力时间时间 F螺栓中总拉力的变化螺栓中总拉力的变化F2F0F1FK KbK Kc 若轴向工作载荷若轴向工作载荷F在在0 F间周期性变化，则间周期性变化，则螺栓所受总拉伸载荷应在螺栓所受总拉伸载荷应在F0 F2间变化。间变化。 受变载荷螺栓的计算受变载荷螺栓的计算，验算疲劳强度安全系数。，验算疲劳强度安全系数。2021-12-2770212max4dF

38、210min4dFSKKSatccaminmin1222021-12-2771 有一气缸盖与缸体凸缘用4个普通螺栓连接，如图所示。已知气缸中的压力p=2MPa，气缸内径D=500mm，为保证气密性要求，剩余预紧力F1=1.8F。螺栓材料的许用拉伸应力=120MPa， 2Cb=Cm ，试求螺栓小径和安装时预紧力F0.NNpDFQ52210927. 3245004NNZFFQ5 .16362410927. 35解：1、求单个螺栓的轴向工作载荷F： NNFFFFFF458155 .163628 . 28 . 28 . 112计算螺栓的总拉力F2 2021-12-2772计算螺栓直径 ： mmmmFd

39、139.25120458153 . 143 . 1421403615 .16362314581520FCCCFFmbb求螺栓预紧力 ：FF8 . 112021-12-2773例：一横板用两个普通螺栓连在立柱上，已知P=400N,L=200mm，d=100mm，f=0.15，Ks=1.2，=300MPa,试求螺栓小径。2021-12-27742、分析在各载荷作用下，每个螺栓的受力。NdZTFTNPFP80005028000002/:20002:21NFFF8246800020002222212021-12-2775NfFKFFKfFSS6596815. 082462 . 100不滑移的条件： 0

40、8.1943 . 101Fd2021-12-2776 5.7 5.7 螺栓连接件的材料和许用应力螺栓连接件的材料和许用应力2021-12-2777紧螺栓联接的受载情况紧螺栓联接的受载情况 许用应力许用应力 受轴向载荷受轴向载荷, 横向载荷横向载荷铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓受受 横向载荷横向载荷静载荷静载荷变载荷变载荷控制预先紧力时控制预先紧力时S=1.21.5不能严格控制预紧力时查不能严格控制预紧力时查表表5-10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p按静载荷按静载荷p值降低值降低20%30%1.25Sp =3.55=S22.5Bp =2.5S =SS =螺栓的许用应力螺栓的许用

41、应力2021-12-2778螺栓联接的安全系数螺栓联接的安全系数S(不能严格控制预紧力时不能严格控制预紧力时)碳素钢碳素钢 43 32 106.5 6.5 M6M16 M10M30 M6M16 M10M30合金钢合金钢 54 42.5 7.65 5静载荷静载荷 变载荷变载荷材材 料料2021-12-2779注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺注意：选择对螺母的强度级别应低于螺栓材料的强度级别，螺母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于母的硬度稍低于螺栓的硬度（均低于2040HB） 2021-12-2780 5-8 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施2021-12-2781变

42、形变形力力时间时间 F螺栓中总拉力的变化螺栓中总拉力的变化F2F0F1FK KbK Kc 若轴向工作载荷若轴向工作载荷F在在0 F间周期性变化，则间周期性变化，则螺栓所受总拉伸载荷应在螺栓所受总拉伸载荷应在F0 F2间变化。间变化。一、一、降低螺栓总拉伸载荷的降低螺栓总拉伸载荷的F2变化范围变化范围FCCCFFFFmbb0122021-12-27821、降低螺栓刚性、降低螺栓刚性 abbFC,则F2b2b1QpQ2mQp2Qp1FFF1Q112bb1212,aaFF抗疲劳强度得到提高，可用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接抗疲劳强度得到提高，可用竖心杆、细长杆、柔性螺栓联接 2021-12-2783

43、2、增大被连接件刚性、增大被连接件刚性 ammFC,则bQpQ2F2Qp2m2Qp1F1Q1m1FF12mm1212,aaFF提高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度垫片或直接拧在铸铁提高了螺栓联接疲劳强度，采用高硬度垫片或直接拧在铸铁 3、同时使用、同时使用Cb,Cm同时适当增加预紧力同时适当增加预紧力b2b1Qp1Qp2F2Qpm2QFF1m11212,mmbb12FF12aa提高被联接件刚性提高被联接件刚性Cm降低螺栓刚性降低螺栓刚性Cb , 同时同时QP2QP2 理想方法理想方法 2021-12-2784为了减少螺栓刚度，可减为了减少螺栓刚度，可减少螺栓光杆部分直径或采少螺栓光杆部分直径或采

44、用空心螺杆，有时也可增用空心螺杆，有时也可增加螺栓长度。加螺栓长度。宜采取措施宜采取措施:去掉弹性密封垫、加密封环去掉弹性密封垫、加密封环2021-12-2785二、改善螺纹牙间载荷分布不均状况二、改善螺纹牙间载荷分布不均状况 Q工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压工作中螺栓牙抗拉伸长，螺母牙受压缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面缩短，伸与缩的螺距变化差以紧靠支承面处第一圈为最大，应变最大，应力最大，处第一圈为最大，应变最大，应力最大，其余各圈依次递减。其余各圈依次递减。 办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾 1 01 51 01 5a)

45、悬置螺母悬置螺母 b) 环槽螺母环槽螺母 c)c)内斜螺母内斜螺母 d d)环槽内斜环槽内斜2021-12-2786三三. .减小应力集中减小应力集中加大过渡处圆角加大过渡处圆角改用退刀槽改用退刀槽卸载槽卸载槽卸载过渡结构卸载过渡结构2021-12-2787四、避免或减少附加应力四、避免或减少附加应力 引起附加应力的原引起附加应力的原因：支持面不平衡；因：支持面不平衡；被连接件变形太大。被连接件变形太大。避免附加应避免附加应力的措施：力的措施：沉孔、凸台沉孔、凸台处理。处理。2021-12-2788避免附加弯曲应力 被联接件支承面不平突起、表面与孔不垂直，使螺栓被联接件支承面不平突起、表面与孔

46、不垂直，使螺栓承受偏心载荷，从而使螺栓杆产生很大的附加弯曲应力。承受偏心载荷，从而使螺栓杆产生很大的附加弯曲应力。防偏载措施：防偏载措施：2021-12-2789五、采用合理的制造工艺五、采用合理的制造工艺 1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度提高3040% 2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等可提高疲劳强度可提高疲劳强度3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度提高）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度提高70100%，此法具有优质、高产、低消耗功能，此法具有优质、高产、低消

47、耗功能4）控制单个螺距误差和螺距累积误差）控制单个螺距误差和螺距累积误差F螺栓组联接受力单个螺栓受力mZfFkFRs.0ZiisrfTkF10.ZFFRziirrTF12maxmax.紧螺栓联接只受预紧力F0同时受预紧力F0 和轴向工作载荷F松螺栓联接受拉螺栓联接单个螺栓的强度计算ZFFQ2maxmax.illMFFFQ41Fd3 . 1401Fd3 . 1421Fd受剪螺栓联接4/20 dmFR0pRhdF2021-12-2791一支承架与钢底板用螺栓联接，被联接件接合面的摩擦系数 f = 0.15；外载荷 R =7000 N， =20；许用挤压应力P = 150 Mpa；相对刚度系数为 =

48、0.2 ，拧紧螺母时，不控制预紧力。试设计该螺栓组联接。 有关尺寸：L = 320 mm, H = 250 mmb = 180 mm, h = 400 mmh = 100 mm2021-12-2792L二、力分析设计分为五个阶段：三、失效形式分析四、确定螺栓的直径 d 六、校核预紧力 l1l1l2l2L一、结构设计五、验算结合面 2021-12-2793 有关尺寸：l1 = 170 mm, l2 = 80 mmLl1l1l2l2R一、结构设计支承架与钢底板用普通螺栓联接，螺栓个数为8，性能等级为5.6级，材料为25钢，2021-12-2794Ll1l1l2l2二、力分析1. 将R分解为水平方向

49、RH和垂直方向RV：RHRVRH = R cos20= 6580 NRV = R sin20= 2390 N 2. 将RH和RV向螺栓组的形心O点简化，得到作用于螺栓组联接上的载荷：RH = 6580 NRV = 2390 N M = RH.H RV.L = 6580 250 2390 320 = 8.8105 NmmL2021-12-2795Ll1l1l2l2三、失效形式分析在以一定的预紧力 F0 拧紧联接后，可能的失效形式为： 1. 在RV和M作用下，最左侧螺栓所受的轴向拉力最大，可能被拉断： 不断条件L 2. 在RH作用下，支架接合面 可能出现滑动： 不滑条件 2123 . 14dFHS

50、RKfF182021-12-2796l1l1l2l2支架接合面上的正压力为8F1，单个螺栓上的剩余预紧力F1：其中，F 为单个螺栓上的轴向工作载荷轴向工作载荷，是由在RV和M共同引起的。 由RV引起的轴向工作载荷记为FRV： 由M引起的轴向工作载荷记为FMmax：最左侧螺栓受轴向拉力最大，其工作载荷F = FRV + RMmax HSRKfF18 在RH作用下，支架接合面可 能出现滑动： 不滑条件FCCCFFmbm012021-12-2797l1l1l2l2但是，在计算摩擦力时不应计入M的影响：所以，上式中的 F 仅考虑由RV引起的轴向工作载荷上述不滑条件可进一步表示为： HSRKfF18 在

51、RH作用下，支架接合面可 能出现滑动： 不滑条件支架接合面上的正压力为8F1，单个螺栓上的剩余预紧力F1：FCCCFFmbm01HSVmbmRKRCCCFf082021-12-279801minMpFpl1l1l2l23. 在RV和M作用下，支架接合面左侧边缘处可能出现缝隙：不松的条件 0000minWMARCCCAZFWMARCCCZFVmbmVmbmP2021-12-27991maxpMpFpl1l1l2l24. 在RV和M作用下，支架接合面右侧 边缘处 可能出现支架或基座被压碎： 不碎条件pVmbmpVmbmPWMARCCCAZFWMARCCCZF00min2021-12-27100Nl

52、lMZRFFFziiVMRV135912maxmaxl1l1l2l2四、确定螺栓直径 d先求出受力最大的螺栓上的工作载荷F：再由不滑条件求出该螺栓上的预紧力F0：得预紧力F0= 6819NHSVmbmRKRCCCFf082021-12-27101NFcccFFmbb709113592 . 0681902l1l1l2l2四、确定螺栓直径 d所以，受力最大的螺栓上的总拉力F2：计算螺栓直径 d ：2021-12-27102计算螺栓直径 d1 3 . 1421Fd螺栓5.6级初定M16螺栓, S=5610=300 MPa 求许用拉应力:MpaSs754300查表取：S=4)(5 .127514. 3

53、70913 . 141mmdSs查螺纹标准d1 = 13.835 mm d1 = 12.79 mm 13.835 mm（M16）取M=16 合适 2021-12-271031. 验算不松条件00minMpRVpFp00WMARAFzV五、验算接合面Ll1l1l2l2A = 180400180100 = 5.4104 mm236222 2105 . 46)100180400180(6)(mmhhbW077. 0196. 0044. 001. 1105 . 4108 . 8104 . 52390104 . 5681986544minp故符合不松条件，支架左侧边缘处不会出现缝隙2021-12-271

54、042. 验算不碎条件0maxpMpRVpFp0pVWMARAFz五、验算接合面Ll1l1l2l2MPap150162. 1196. 0044. 001. 1105 . 4108 . 8104 . 52390104 . 5681986544max故符合不碎条件，支架或基座右侧边缘处不会出现压碎思考：还需验算不滑条件吗？思考：还需验算不滑条件吗？2021-12-27105六、校核预紧力 0110738216 . 07 . 06 . 0FNAAFSS2021-12-27106本本 章章 重重 点点(1)(1)了解螺纹的类型和主要参数以及螺纹联接的基了解螺纹的类型和主要参数以及螺纹联接的基本类型。本

55、类型。(2)(2)了解螺栓联接的预紧，防松了解螺栓联接的预紧，防松. . (3)(3)掌握各种联接方式的工作原理和强度计算方法，掌握各种联接方式的工作原理和强度计算方法，能根据工程实际问题正确选用相应的联接类型能根据工程实际问题正确选用相应的联接类型 并进行强度计算。并进行强度计算。2021-12-271075.95.9 螺旋传动螺旋传动作用作用: : 将回转运动转变为直线移动将回转运动转变为直线移动. .传力螺旋传力螺旋传导螺旋传导螺旋调整螺旋调整螺旋传递动力传递动力, , 千斤顶千斤顶, , 压力机压力机传递运动传递运动, ,要求精度高要求精度高. .进给机构进给机构. .调整相对位置调整

56、相对位置. .特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁特点：速度高、连续工作、精度高特点：速度高、连续工作、精度高特点：是受力较小且不经常转动特点：是受力较小且不经常转动2021-12-27108千斤顶螺旋传动螺旋传动2021-12-271092021-12-27110设计：潘存云设计：潘存云调整螺旋调整螺旋调整螺旋调整螺旋2021-12-27111二、螺旋传动的结构及材料1.螺母结构整体螺母不能调整间隙，只能用在轻载且精度要求较低的场合组合螺母对开螺母这种螺母便于操作，一般用于车床溜板箱的螺旋传动中2.螺杆结构 通常采用牙型为矩形、提醒或锯齿形的右旋螺

57、纹。特殊情况下也采用左旋螺纹。2021-12-27112组合螺母组合螺母2021-12-271133.材料一般螺杆的选用原则如下：l高精度传动时多选碳素工具钢l需要较高硬度，可采用铬锰合金钢或者采用65Mn钢l一般情况下可用45、50钢 螺母材料可采用铸造锡青铜，重载低速的场合可选用铸造铝铁青铜，而轻载低速时也可选用耐磨铸铁。2021-12-27114一、 滚珠丝杠的分类、特点和应用1.滚珠丝杠的分类（1）按用途分定位滚珠丝杠传动滚珠丝杠通过旋转角度和导程控制轴向位移量，称P类滚珠丝杠用于传动动力的滚珠丝杠，称为T类滚珠丝杠三、 滚动螺旋简介 在螺杆和螺母制建设有封闭循环的滚道，在滚道间填充钢

58、珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，提高传动效率，这种传动称为螺旋传动，又称为滚珠丝杠副。2021-12-27115滚动螺旋滚动螺旋2021-12-27116静压螺旋静压螺旋2021-12-27117螺旋传动应用螺旋传动应用螺旋启闭机螺旋启闭机2021-12-27118（2）按循环方式分内循环滚珠丝杠外循环滚珠丝杠2021-12-271192.滚珠丝杠的特点及应用滚珠丝杠的优点滚动摩擦系数小，传动效率高启动扭矩接近运转扭矩，工作较平稳磨损小且寿命长，可用调整装置调整间隙，传动精度与刚度均得到提高不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动滚珠丝杠的缺点结构复杂，制造困难在需要防止逆转的机构中，要加字

59、所机构承载能力不如滑动螺旋传动大2021-12-27120二、 滚珠丝杠副的特征代号及标注精度等级类型(P/T)承载钢珠圈数螺纹旋向公称导程公称直径结构特征预紧方式循环方式2021-12-271216-1 6-1 键联接键联接6-3 6-3 无键联接无键联接6-2 6-2 花键联接花键联接6-4 6-4 销联接销联接 第六章第六章 键、花键、无键连接和销连接键、花键、无键连接和销连接2021-12-271221 1平键联接平键联接一、键联接的分类、结构型式及应用一、键联接的分类、结构型式及应用2 2半圆键联接半圆键联接3 3楔键联接楔键联接4 4切向键切向键分类：按结构与工作原理不同分类分类：

60、按结构与工作原理不同分类二、二、键的选择和强度校核键的选择和强度校核作用：实现轴和轴上零件之间的作用：实现轴和轴上零件之间的周向固定周向固定以传递转矩。以传递转矩。6-1 键键 联联 接接2021-12-271231) 工作面工作面:1.1. 平键联接平键联接两侧面两侧面 工作时靠工作时靠键与键槽侧键与键槽侧面的挤压面的挤压来传递扭矩，来传递扭矩，故对中性较好。故对中性较好。 2) 工作原理工作原理:4) 特点及应用特点及应用:结构简单，装拆方便，轴与毂的对中性好。普通平键应用极为广泛。结构简单，装拆方便，轴与毂的对中性好。普通平键应用极为广泛。3) 3) 根据用途，平键又可分为：根据用途，平