第6章 螺纹联接
讨论
重点内容：受力分析、强度计算 。
难点：受翻转力矩的螺栓组联接。
附加内容：螺纹的分类和参数
1．螺纹的分类
2. 螺纹参数
（1） 螺纹大径d
（2）螺纹小径d1
（3）螺纹中径d2
（4）螺距p
（5）线数n
（6）导程S
（7）螺纹升角ψ
（8）牙型角α
6.1 螺纹联接的主要类型、材料和精度
6.1.1螺纹联接的主要类型
松联接
根据装配时是否拧紧分 图6.1
紧联接
螺栓联接
螺钉联接
按紧固件不同分 双头螺柱联接
紧定螺钉联接
受拉螺栓联接
按螺栓受力状况分
受剪螺栓联接
6.1.2螺纹紧固件的性能等级和材料
性能等级：十个等级
=点前数字 ×100 ；
=10×点前数字×点后数字。
材料：按性能等级来选。
例如：螺栓的精度等级6.8级
6.2 螺纹联接的拧紧与防松
6.2.1螺纹联接的拧紧
拧紧的目的:
拧紧力矩:
T
螺纹力矩:
T
螺母支承面摩擦力矩：
将
的相关参数（
，
，
，
）
代入且取
得：
标准扳手的长度 L=15d
（图 6.2……）
要求拧紧的螺栓联接应严格控制其拧紧力矩，且不宜用小于
的螺栓。
测力矩扳手或定力矩扳手
控制拧紧力矩的方法：
用液压拉力或加热使螺栓伸长到所需的变形量
6.2.2 螺纹联接的防松
为何要防松？
自锁条件：
<
普通螺纹：
；
静载下满足自锁条件，
但在冲击、振动、变载或温度变化较大的时候，装配时必须考虑防松。
防松的根本问题：防止螺纹副的相对转动。
防松原理：见
表
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6.2
6.3 单个螺栓联接的受力分析和强度计算
6.3.1受拉螺栓联接
主要失效形式：
静载：螺纹部分的塑性变形和断裂
变载：栓杆部分的疲劳断裂
精度低或时常装拆时：滑扣
1.受拉松螺栓联接
只承受轴向静载
强度条件：
计算直径，
2. 受拉紧螺栓联接
横向载荷 螺栓只受预紧力
外载 螺栓受力
静载
轴向载荷 螺栓受预紧力
和轴向工作载荷
变载
（1）只受预紧力的紧螺栓联接
外载：横向载荷
载荷传递：靠被联接件接合面上的摩擦力来传递外载
螺栓受载：只受预紧力
危险截面上的应力为复合应力状态
按第四强度理论得强度条件：
(6.4)
（2）承受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接
外载：轴向载荷
螺栓受载：预紧力
和外载F的联合作用
总拉力
？
螺栓和被联接件都是弹性体，各零件受力属于静不定问题，螺栓总拉力应根据静力平衡条件和变形协调条件确定。
a．螺栓与被联接件的受力与变形
静力平衡条件：
（6.5）
变形协调条件：
(6.6～ 6.8）
螺栓与被联接件的受力与变形线图：
动图 6.7 CScreenaxis cloadxis
b． 设计计算
的计算 ①
求
②
验
c． 参数的选择
螺栓的相对刚度系数：
剩余预紧力
d． 强度条件
静强度：
（6.9）
疲劳强度：工作载荷F是变载。
F在
之间变化 （图 6.8） （为 书图 6.7）
螺栓拉力
在
间变化。
拉力变幅：
疲劳强度：
（6.10）
6.3.2受剪螺栓联接
栓杆被剪断
主要失效形式
栓杆或孔壁被压溃
剪切强度计算
强度计算
挤压强度计算
剪切强度条件：每个螺栓所受的剪力
，抗剪面数m 个。
（6.11）
挤压强度条件：假设挤压应力均匀分布。
（6.12）
螺栓的许用切应力；
螺栓或被联接件较弱者的许用挤压应力；
h 最小受挤压高度。
若被联接件为三块板：
m =2 ,
各段受挤压高度，挤压 （ 图 6.10）
载荷不同，应分别计算
求
6.4螺栓组联接的设计
6.4.1螺栓组联接的结构设计
结构设计目的：确定合理的接合几何形状及螺栓的布置形式，以求各螺栓受力均匀，且便于加工装配。
应考虑以下几个方面：
1. 接合面的几何形状设计成轴对称式。
2. 螺栓的布置要合理。
（1） 分布在同一圆周上的螺栓应取偶数且均匀布置。
（2） 螺栓应有合理的间距和边距。
（3） 受剪螺栓应布置在载荷方向上（或平行），数目不超过6个。
（4） 联接承受转矩、弯矩时，应尽量使螺栓靠近接合面的边缘。
6.4.2 螺栓组联接的受力分析
受力分析的目的：分析各螺栓受力，求出受载最大螺栓所受载荷，进而进行强度计算。
假设：1）被联接件为刚体；
2）各螺栓的拉伸刚度或剪切刚度（材料、直径、长度）和预紧力都相同；
3）螺栓的应变在弹性范围内。
1. 受轴向力
的螺栓组联接
每个螺栓所受载荷相同：工作载荷
图6.10
总拉力：
强度条件：
2. 受横向载荷的螺栓组联接
传力装置：受拉螺栓联接或受剪螺栓联接
（1）受拉螺栓联接
靠被联接件接合面间的摩擦力来传递
，螺栓只受预紧力
。
板的平衡条件：
强度条件：
（ 图6.11）
（2）受剪螺栓联接
螺栓沿载荷方向布置，不超过6个，忽略摩擦力和预紧力。
假设每个螺栓所受剪力
。
板平衡条件：
强度条件：（6.11） （6.12）
受拉与受剪螺栓组联接的比较：
用受拉螺栓联接：m = 1 ,z = 1 ,
,
由
得：
受拉螺栓联接的主要缺点：所需预紧力很大（为载荷的8倍），螺栓的尺寸大。
靠抗剪元件来传递横向力。
若用受剪螺栓联接，可以克服以上缺点，且有较高的定位精度。
3. 受旋转力矩T的螺栓组联接
（1）用受拉螺栓联接
板的平衡条件： （ 图6.12） （书图6.12）
强度条件：
（2）受剪螺栓联接
忽略预紧力和摩擦力
静力平衡条件：
变形协调条件：
以上两式联立：
强度条件： （6.11） （6.12）
4．受翻转力矩M 的螺栓组联接
假设：被联接件是弹性体， 但接合面始终保持水平。
分析底板受力：
翻转力矩M 作用于通过X X轴线垂直于底板的对称平面内。
底板有绕螺栓组形心的轴 O O 翻转的趋势。
底板的静力平衡条件：
变形协调条件：
总拉力：
强度条件： （6.9）
6．5提高螺栓联接强度的措施
从两方面入手：1）减小螺栓的实际应力；
2）提高螺栓的许用疲劳强度。
6.5.1均匀螺纹牙受力分配
变形性质
力的变化
措施：
6.5.2 减小附加应力 图2.18
6.5.3 减轻应力集中
6.5.4 降低应力幅
减小螺栓的刚度或增大被联接件的刚度
6.5.5 选择恰当的预紧力并保持其不减退
6.5.6 改善制造工艺
小结：
1. 本章的重点
螺栓组联接的受力分析和单个螺栓联接的强度计算。
2. 学习要求
（1） 掌握常用螺纹的类型、特点和普通螺纹的主要参数；
（2） 掌握常用螺纹联接的主要类型和应用；
（3） 掌握常用螺纹联接的拧紧与防松；
（4） 掌握常用螺栓组联接的受力分析；
（5） 掌握常用单个螺栓联接的强度计算
（6） 了解螺纹联接的预紧、联接件的材料和许用应力、结构设计、提高螺栓联接强度的措施。
松联接 轴向静载荷
受拉螺栓联接 静
（6.9）
轴向载荷
紧联接 变 （6.10）
螺栓联接 横向载荷
（6.4）
（6.11） （6.12）
受剪螺栓联接 横载
3. 难点：受翻转力矩的螺栓组联接的受力分析
典型例题：
例1．图示为一固定在钢制立柱上的铸铁托架。已知：p=4800N ，z=4 ,
试设计此螺栓组联接。
解：<1> 螺栓组受力
在p 的作用下， 题图：
螺栓组承受以下载荷：
轴向力：
横向力：
翻转力矩：
1）轴向力
作用下各螺栓所受拉力相同
2）在翻转力矩作用下，上面两个螺钉受载最大且相同
总工作载荷：
3）在横向载荷
作用下，底板不滑移。
4）螺栓所受的总拉力
<2> 确定螺栓直径
由强度条件
求
，选参数。
例2．图示为一螺栓组联接的三种方案。已知：L=300mm ，a=60mm ,试求该螺栓组三个方案中受载最大螺栓的剪力各为多少？并说明哪种方案最好？
题图 ……
解：将外载R向螺栓组的形心简化，螺栓组受横载R和旋转力矩T = R L 。横载作用与转矩作用后的向量之和为每个螺栓所受剪力。
（1） 方案一
螺栓3 受载最大为：
（2） 方案二
螺栓4或6受载最大为：
（3） 方案三
螺栓8受载最大为：
∴ 方案三最好。
例3． 图示为由两块板个一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架。两块板各用4个螺栓与支柱相联，托架所承受的最大载荷为20Kn，载荷有较大的变动。试设计此联接，用此螺栓联接采用受拉螺栓联接还是后制孔用螺栓联接为宜？为什么？
题图 ……
复习思考题
1． 螺纹联接预紧的作用是什么？为什么对重要联接要控制预紧力？
2． 螺纹联接常用的防松原理有哪些？
3． 受横向载荷的螺栓组联接，什么情况下宜采用铰制孔用螺栓？
4． 受拉紧螺栓联接中的螺栓危险截面上都有什么应力存在？强度计算公式中1.3的含义是什么？
5． 常用的提高螺栓联接强度的措施有哪些？这些措施中哪些主要针对静载荷？哪些主要针对变载荷？
6．为什么有些气缸盖螺栓用细腰结构的长螺栓？
浙公网安备 33021202002483