页数：104页文件大小：6.04 MB来源： 机械设计ppt课件
本课件讲述螺纹连接和螺旋传动，从螺纹的形成与主要参数入手，介绍螺纹连接的类型与标准连接件、预紧与防松措施，进而给出螺栓组连接的受力分析、螺栓强度计算与提高连接强度的措施，并说明螺旋传动的设计要点。
连接的分类：静连接：机器工作时，零部件之间可以有相对运动。例如：机械原理中，各种运动副之间的连接。在机器工作中，不允许零部件之间存在相对运动的连接。静连接可拆连接：不需毁坏连接中的任何一个零件就可拆开的联接。
例如：螺纹连接、键连接。不可拆连接：至少毁坏连接中的一部分才能拆开的连接。例如：铆接、焊接等。过盈连接机器是由不同的零件组合而成的，这些零件只有通过连接才能构成完整的机器。在机械制造中，连接是指连接件与被连接件的组合。
第二篇连接
第5章 螺纹连接和螺旋传动：第5章螺纹连接和螺旋传动§5－1螺纹§5－2螺纹连接的类型及标准连接件§5－3螺纹连接的预紧§5－5螺纹连接的强度计算§5－7螺栓的材料和许用应力§5－8提高螺栓连接强度的措施§5－9螺旋传动§5－4螺纹连接的防松§5－6螺栓组连接的设计
螺纹的形成：一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹——一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹
按螺纹的牙型分螺纹的分类：按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用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
螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形：螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º
按螺纹的牙型分螺纹的分类：按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用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左旋螺纹
按螺纹的牙型分螺纹的分类：按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用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左旋螺纹单线螺纹多线螺纹一般:n≤ 4PSS =2PPSPS =Pn线螺纹:S = nP单线螺纹多线螺纹
按螺纹的牙型分螺纹的分类：按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用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左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹螺纹副
外螺纹内螺纹
按螺纹的牙型分螺纹的分类：按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用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左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹连接螺纹传动螺纹螺旋传动
连接螺纹传动：螺纹
按螺纹的牙型分螺纹的分类：按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用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左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹连接螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹
圆柱螺纹圆锥螺纹管螺纹
螺纹的中径d2：ψ(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。βd1d2d(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(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ψ中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角(7)牙型角α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。tanψ=πd2nP牙侧角βαβψπd2SS = 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二、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
普通螺纹以大径d为公称直径：同一公称直径可以有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余的统称为细牙螺纹。60˚螺纹的精度等级:A级B级C级公差小，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连接用于一般连接，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、受动载荷的连接和微调机构。Pd粗牙dP细牙dP细牙
梯形螺纹：梯形锯齿形30º3º30º为了减少摩擦和提高效率，这两种螺纹的牙侧角β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。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。β=15ºβ=3º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）。螺纹的基本尺寸：
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Dd螺距P中径D2d2小径D2d2螺距P4 0.7 3.545 3.2425 0.8 3.545 4.1340.350.56 1 5.350 4.9188 1.25 7.188 6.64710 1.5 9.026 8.376 1.25, 1 0.7512 1.75 10.863 10.106 1.5, 1.25 0.5(14) 2 12.701 11.8351.5, 116 2 14.701 13.835(18) 2.5 16.376 15.29420 2.5 18.376 17.294(20) 2.5 20.376 19.29424 3 22.052 20.752(27) 3 25.052 23.75230 3.5 27.727 26.2112, 1.5, 1注：括号内的公称直径为第二系列H=0.866Pd2=d-0.6495Pd1=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)M24×1.5(细牙普通螺纹,直径24,螺距1.5)PP/8P/8P/8H/4DdD2d2D1d1P/2P/430˚60˚90˚
细牙普通螺纹基本尺寸：mm螺距P中径D2、d2小径D1、d10.35d-1+0.773d-1+0.6210.5d-1+0.675d-1+0.4590.75d-1+0.513d-1+0.1881d-1+0.35d-2+0.9181.25d-1+0.188d-2+0.6471.5d-1+0.026d-2+0.3762d-2+0.701d-3+0.8353d-2+0.052d-4+0.752
梯形螺纹基本尺寸mm标记示例：Tr48×8(梯形螺纹，直径48，螺距8)Ph3=H4ac第1系列第2系列D2d2D1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、95d-6d-1210 5.5 0.5 40、70、80 38、42、65d-5d-108 6.5 0.5 48、52 46、50d-4d-84 2.25 0.25 16、20 18d-2d-45 2.75 0.25 24、28 22、26d-2.5d-56 2.25 0.5 32、36 30、34d-3d-6内螺纹外螺纹dPR1R2D1D4H1D2d2d3acac30˚H4R2
管螺纹的类型：dd2d1P用螺纹密封的管螺纹普通细牙螺纹管螺纹非螺纹密封管螺纹（圆柱管壁α= 55˚）用螺纹密封管螺纹（圆锥管壁α= 55˚）60˚圆锥管螺纹公称直径——管子的公称通径。强调与普通螺纹不同55 ˚55 ˚非螺纹密封的管螺纹dd2d1Pφ2φ
螺纹副的受力关系与效率：和自锁1、螺纹副中轴向力与圆周力的关系圆周力：拧紧时松开时2、螺纹传动的效率拧紧时松开时螺纹的效率与螺纹升角和当量摩擦角有关。一般情况下，螺纹线数越多，升角越大，则效率越高；相反，升角越小，效率越低。
三角形螺纹的当量摩擦角大于矩形螺纹的当量摩擦角，因此效率低于矩形螺纹的效率。由于传动螺纹要求效率高、省力，所以多采用矩形、梯形或锯齿形螺纹；而连接螺纹要求连接紧固、自锁性好，所以多采用三角形螺纹。
式中：F—轴向力
螺纹的自锁自锁条件：当量摩擦角当量摩擦系数为了保证连接螺纹具有自锁性，三角形螺纹标准中对基本参数和尺寸关系作了合理匹配。例如普通粗牙三角螺纹的螺纹升角=1.5～5,小于当量摩擦角，因而都是自锁的。至于普通细牙螺纹，因螺距小，螺纹升角也小，所以自锁性更好。
螺纹连接的类型及标准：连接件一、螺纹连接的基本类型螺栓连接：普通螺栓连接、铰制孔用螺栓连接基本类型eaal1l1可承受横向载荷。螺纹余留长度l1铰制孔用螺栓静载荷l1>=(0.3~0.5)d;变载荷l1>=0.75d;冲击载荷或弯曲载荷l1≥d;铰制孔用螺栓l1≈d;螺纹伸出长度a=(0.2~0.3)d;螺栓轴线到被连接件边缘的距离e=d+(3~6) mmdd孔与螺杆之间留有间隙普通螺栓
螺纹连接的类型及标准连接件d：螺纹连接的基本类型螺栓连接基本类型螺钉连接座端拧入深度H，当螺孔材料为：aee双头螺柱连接连接件厚，允许拆装。钢或青铜H=d;铸铁H=(1.25~1.5)d铝合金H=(1.5~2.5)d螺纹孔深度H1=H+(2~2.5)P;钻孔深度H2=H1+(0.5~1)d;参数l1、e、a与螺栓相同l1l1HHH1H1H2H2结构简单，省了螺母，不宜经常拆装，以免损坏螺孔而修复困难。
螺纹连接的类型及标准连接件：螺纹连接的基本类型螺栓连接：普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接基本类型螺钉连接双头螺柱连接紧定螺钉连接紧定螺钉
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
螺纹紧固件与螺栓：座端长度L0——螺母端长度二、螺纹紧固件螺纹紧固件双头螺柱螺栓
螺纹紧固件：末端结构头部结构螺钉、紧定螺钉双头螺柱螺栓
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连接T型螺栓
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６０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纹连接六角螺母六角扁螺母六角厚螺母圆螺母
其它螺母
其它螺母
垫圈的类型：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、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。
专用螺纹连接
螺纹连接的预紧预紧力：大多数螺纹连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预紧力。预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对移动。
预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80%。一、概述一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，这时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为预紧力的大小对螺纹连接的可靠性，强度和密封均有很大影响。
碳素钢螺栓：F0≤(0.6~0.7)σsA1合金钢螺栓：F0≤(0.5~0.6)σsA1A1——危险截面积，A1≈πd21/4
拧紧力矩T1
测力矩扳手预紧力控制方法：连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，连接仍有可能松动。高温下的螺栓连接，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。F定力矩扳手通常螺纹连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。(1)凭手感经验(2)测力矩扳手(3)定力矩扳手(4)测定伸长量LSLMLS
尼龙圈锁紧螺母连接：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，连接仍有可能松动而失效。高温下的螺栓连接，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。
防松的方法1.利用附加摩擦力防松弹簧垫圈对顶螺母§5－3螺纹连接的防松防松——防止螺旋副相对转动。
开口销与止动垫圈防松：开口销与六角开槽螺母串联钢丝2.采用专门防松元件防松圆螺母用止动垫圈止动垫圈
冲点防松法与其它防松方法：防松1~1.5P用冲头冲2至3点粘合法防松涂粘合剂
螺纹连接的强度计算实质：根据连接的类型、连接的配合情况、载荷状况进行受力分析，找出螺栓组内受力最大的螺栓及其所受的力，然后按单个螺栓，按相应条件进行强度计算。方法：受力分析→确定失效形式→建立计算准则→建立强度计算公式。
单个螺栓的受力形式：螺栓有受拉螺栓和受剪螺栓两种。受拉螺栓承受拉应力，可承受轴向载荷也可承受横向载荷；受剪螺栓承受剪应力，只能承受横向载荷。受横向力受轴向力（只能是普通螺栓）普通螺栓联接：受轴向拉伸铰制孔用螺栓联接挤压剪切受拉松螺栓联接：受轴向工作载荷的拉伸作用受拉紧螺栓联接：受轴向工作载荷的拉伸作用
螺栓连接的主要失效形式：滑扣因经常拆装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——轴向变载荷断裂
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，螺栓连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、松螺栓连接强度计算强度条件式中d1——螺纹小径mm，[σ]——许用应力二、紧螺栓连接强度计算FaFa力除以面积设计公式装配时需要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。
1.仅承受预紧力的紧螺栓连接2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接3.承受工作剪力的紧螺栓连接装配时不须要拧紧
螺栓受轴向拉力F0和摩擦：力矩T1的双重作用。拉应力1.仅承受预紧力的紧螺栓连接扭转切应力对于M10~M64的普通钢制螺纹，可取：Tanρ’≈f‘=0.17，d2/d1=1.04~1.08, tanρ’≈ 0.5得：τ≈ 0.5σ分母为抗剪截面系数计算应力由此可见，对于M10~M64普通螺纹的钢制紧螺栓连接，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
当承受横向工作载荷：时，预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F。C——可靠性系数，常取C=1.1~1.3预紧力F0f——摩擦系数，对钢与铸铁，取f=0.1~0.15m——结合面数上图m=1,下图m=2若取f=0.15，C=1.2,m=1,则F0≥8F→结构尺寸大FFFF/2F/2F0F0F0F0
受横向工作载荷的螺栓连接：力和工作拉力的紧螺栓连接改进措施：(1)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用螺栓。设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸体周围每个螺栓的平均载荷为pπD2/4F=ZpFF
预紧状态下的轴向载荷：F2≠F0+F加预紧力后→螺栓受拉伸长λb→被连接件受压缩短λm加载F后:螺栓总伸长量增加为总拉力为被连接件压缩量减少为残余预紧力减少为F1很显然F1<F0被连接件放松了∆λ+λbλm-∆λF0F0受载变形松弛状态F2F2F2=F+F1F1F1FFλmλb∆λ∆λF0F0
λb∆λ连接件变形：力螺栓变形力∆Fb∆Fm螺栓变形力F2F1FF0F0F0λbarctanCbarctanCmλmλm
表5-4 螺栓的相对刚度系数
| 垫片类型 | 相对刚度系数 Cb/(Cb+Cm) |
|---|---|
| 金属垫片或无垫片 | 0.2~0.3 |
| 皮革 | 0.7 |
| 铜皮石棉 | 0.8 |
| 橡胶 | 0.9 |
相对刚度系数F= ∆Fb+∆Fm=(Cb+Cm)∆δCb+CmCbF2= F0+FCb+CmCbF1= F0–F1-F1= F0-∆ F= F0-Cm∆δF2= F0+∆ Fb= F0+Cb∆δCb+CmF∆λ=FF2∆FbF0∆λ代入得：表5－4螺栓的相对刚度系数垫片类型金属垫片或无垫片皮革铜皮石棉橡胶0.2~0.3 0.7 0.8 0.9Cb+CmCb∆FmF1
静强度条件重要场合的螺栓连接：还应进行疲劳强度校核。设计公式当工作拉力在0~F之间变化时，螺栓所受总拉力在F0~F2之间变化。F2F0θmθbF若不考虑摩擦力矩的影响，有
螺栓的静强度条件：工作点M落在ODG I区域内，依据疲劳强度理论有其中σ-1tc——螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限。疲劳极限σ-1σ-1tc10 160~220 120~ 150Q215 170~220 120~16035 220~300 170~22045 250~340 190~25040Cr 320~440 240~340材料Ψσ——材料特性系数碳素钢ψσ=0.1~0.2合金钢ψσ=0.3~0.3σminσ-1eσ-1σaσmOCAσSGMM’3Kσ——综合影响系数S——安全系数见下页
螺栓连接的安全系数：S碳素钢5~4 4~2.5 2.5~2碳素钢12.5~8.5 8.5 8.5~12.5M6~M16 M16~M30 M30~M60 M16~M16 M16 ~M30 M30~M60不控制预紧力的计算控制预紧力的计算受载类型静载荷变载荷松螺栓连接1.2~1.7合金钢5.7~5 5~3.4 3.4~3合金钢10~6.8 6.8 6.8~101.2~ 1.5 1.2~ 1.5(Sa=2.5~4 )钢：Sτ=2.5，Sp= 1. 25钢：Sτ=3.5~5，Sp= 1. 5铸铁：Sp=2.0~2.5铸铁：Sp= 2.5~3铰制孔用螺栓连接受轴向及横向载荷的普通螺栓连接紧螺栓连接
这种连接：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。在连接接合面处，螺栓杆则受剪切。3．承受工作剪力的紧螺栓连接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F——螺栓所受的工作剪力，单位为N；Lmin铰制孔用螺栓FFd0设计时应使Lmin≥1.25d0d0——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。
螺栓组连接的设计：§5－6螺栓组连接的设计在设计螺栓组连接时，关键是连接的结构设计。它是根据被连接件的结构和连接的用途，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，保证连接结合面受力均匀，通常连接接合面的几何形状都设计成一、螺栓组连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
螺栓布置：应使各螺栓的受力合理FF(1)对于铰制孔用螺栓连接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置８个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；合理不合理(2)当螺栓连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。
螺栓的排列间距与扳手空间：dhD▲螺栓的排列应有合理的间距、边距，以保证扳手空间(3)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。60˚CCEE60˚扳手空间的尺寸见有关标准。AB
对于压力容器等紧密性要求：较高的重要连接。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/MPa7d 5d4.5 4d 3.5 3dt0/mm≤1.6 1.6 ~4 4~10 10~16 16~20 20~30d▲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。
同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同
支承面倾斜采用凸台或沉孔结构：支承面不平保证被连接件，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切削加工支承面支承面倾斜
螺栓组连接的受力分析受力分析的目：根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。受力分析时所作假设:(1)所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；(3)受载后连接接合面仍保持为平面。
受力分析的类型：(2)螺栓组的对称中心与连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
对于铰制孔用螺栓连接：每个螺栓所受工作剪力为（2）对于普通螺栓连接，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连接。1．受横向载荷的螺栓组连接Ks为防滑系数，设计中可取Ks=1.1~1.3。
铰制孔螺栓F∑F∑F∑F∑普通螺栓或
受转矩的螺栓组连接：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．受转矩的螺栓组连接采用普通螺栓，是靠连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 F0f F0r2riFi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
D3．受轴向载荷：的螺栓组连接若作用在螺栓组上轴向总载荷FΣ作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，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，当连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F2=F1+FpF∑FF
受倾覆力矩的螺栓组连接：倾覆力矩M作用在连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0-0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F1F0F0σp(F0引起)F2mσp2(F1m引起)σp1(F1引起)LiLmaxOOxxOMMMi=FiLi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
受倾覆力矩的螺栓组连接：F1m强调是基座上的压力FmF2mF1FF2C2单个螺栓的受力分析Om力变形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。
F2F2mC1B2B1求得最大工作载荷AF0
接合面的挤压强度条件：螺栓的总拉力为防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求连接接合面材料的许用挤压应力材料钢铸铁混凝土砖(水泥浆缝)木材[σ]p(MPa) 0.8σS(0.4~0.5)σB2.0~3.0 1.5~2.0 2.0~4.0直接引用前面的结论
螺栓的材料和许用应力：螺纹连接件材料螺栓、螺柱、螺钉常用材料：Q215、Q235、35、45等碳素钢；特殊用途(防磁、导电):特殊钢、铜合金、铝合金等。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10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，螺纹连接件是按其性能等级选用的。
对于一定性能等级的螺纹连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。普通垫圈：Q235、15、35弹簧垫圈：65Mn
选用原则：一般用途：通常选用4.8级左右的螺栓，重要场合：要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。螺母的性能等级分为7级。4 5 6 8 9 10 12
螺纹连接件的许用应力：螺纹连接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷)、装配情况(松、紧连接)、材料、结构尺寸有关。许用拉应力许用切应力和挤压应力被连接件为钢被连接件为铸铁Sτ,Sp——安全系数，其取值详见下页表。
螺栓连接的安全系数：S碳素钢5~4 4~2.5 2.5~2碳素钢12.5~8.5 8.5 8.5~12.5M6~M16 M16~M30 M30~M60 M16~M16 M16 ~M30 M30~M60不控制预紧力的计算控制预紧力的计算受载类型静载荷变载荷松螺栓连接1.2~1.7合金钢5.7~5 5~3.4 3.4~3合金钢10~6.8 6.8 6.8~101.2~ 1.5 1.2~ 1.5(Sa=2.5~4 )钢：Sτ=2.5，Sp= 1. 25钢：Sτ=3.5~5，Sp= 1. 5铸铁：Sp=2.0~2.5铸铁：Sp= 2.5~3铰制孔用螺栓连接受轴向及横向载荷的普通螺栓连接紧螺栓连接
铰制孔用螺栓连接算例：例：如图钢板厚度δ=16mm用两个铰制孔用螺栓固定在机架上，F=5000N，其它尺寸如图。板和机架材料均为Q235。试：（1）分析铰制孔用螺栓的失效形式；（2）分析铰制孔用螺栓的受力（3）按强度设计铰制孔用螺栓的直径（4）若用普通螺栓，计算螺栓的直径（μS=0.2，kf=1.1）
铰制孔螺栓的剪切与挤压校核：形式为剪切和挤压失效；2.受力分析：将载荷F向形心O简化后，每个螺栓的受力3.按剪切强度计算螺栓的直径
铰制孔螺栓校核计算（续）：粗选d=10，d0=11mm的六角头铰制孔用螺栓，螺母d=10，H=8。根据机架，板厚及螺母H选用l=100（l3=82，l2=2）选用两个M10×100 GB27--88六角头铰制孔用螺栓。
按挤压强度校核
改用普通螺栓每个螺栓的预紧：力选用两个M30（d1=26.21）的六角螺栓。小结：受复合载荷螺栓，其合力按向量相加；铰制孔用螺栓比普通螺栓尺寸小很多。
提高螺栓连接强度的措施：承受轴向变载荷时，螺栓的损坏形式：疲劳断裂容易断裂部位：一、降低螺栓总拉伸载荷F2的变化范围轴向工作载荷F的变化范围0~FCb+ CmCbF0~ F0+F总拉伸载荷的F2变化范围Cb↓或Cm↑→F2变化范围∆F↓提高螺栓连接强度的措施有哪些呢？
以螺栓连接为例，螺栓连接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高连接系统的可靠性。65%20%15%
提高螺栓连接强度的措施：降低螺栓刚度（C’b<Cb, θ’b<θb）措施二：提高被连接件刚度（C’m>Cm, θ’m>θm）措施三：综合措施（C’b<Cb, C’m>Cm, F’0>F0）∆FFF1F2F’2F’∆Fθ’mF’1θ’bF’0θm虽然F’=F∆F’<∆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，F’1=F1∆F’<∆F前两种措施会导致残余预紧力减小，使密封性能降低。
为保证可靠工作，可适当增大预紧力。F’2F’∆F’F’1θ’bF0θmθb∆FFF1F2F’F’1∆F’F0θb∆FFF1F2θm
提高螺栓连接强度的措施（续）：加弹性元件、或采用柔性螺栓。2.有密封要求时，采用金属薄垫片3.或者采用O形密封圈宜采取措施:因密封采用软垫片将降低被连接件的刚度，这时可采用
改善螺纹牙间的载荷分布：采用均载螺母加厚螺母不能提高连接强度！螺栓杆螺母体螺栓杆螺母体螺栓杆FaF5/2F4/2F3/2F2/2F1/2F5/2F4/2F3/2F2/2F1/2螺母体螺栓杆FF=F1+F2+F3+F4+F5F1>F2>F3>F4>F510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形，有助于减小两者螺距变化，使受载均匀。加厚螺母
均载螺母的结构形式：10~15˚悬置螺母环槽螺母内斜螺母10~15˚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连接。
采用凸台或沉孔结构：减小应力集中1.增大过渡圆角2.切制卸载槽r四、避免或减小附加应力3.卸载过渡结构要从结构、制造与装配精度采取措施。支承面不平切削加工支承面
采用特殊制造工艺冷镦头部：强度提高30%比车削表面处理：氰化、氮化也能提高疲劳强度。球面垫圈采用球面垫圈和腰环螺栓可以保证螺栓的装配精度。腰环螺栓
普通螺栓联接
螺栓安装方向不对2：螺栓安装方向不对2、普通螺栓联接得被联接件孔要大于螺栓大径被联接件表面没加工,应做出沉头座并刮平3、一般联接不应采用扁螺母4、弹簧垫圈尺寸不对,缺口方向也不对5、螺栓长度不标准,应取标准长l=60mm6、螺栓中螺纹部分长度短了,应取长30mm
螺旋传动的类型和应用：调整螺旋静压螺旋类型运动形式有§5－9螺旋传动螺母固定，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，螺母移动刀架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运动,要求精度高调整相对位置应用实例为车床刀架溜板
调整螺旋
机床的进给机构应用实例：机床的进给机构、起重设备（千斤顶）、锻压机械(压力机)、测量仪器（千分尺）、、夹具、玩具、机器人及其他工业装备中。
应用实例：起重设备（千斤顶）锻压机械(压力机)
应用实例工件夹紧装置：(锯床)
应用实例：钳工虎钳千分尺
整体螺母组合螺母剖分螺母螺母结构：组合螺母调整楔快固定螺钉调整螺钉二、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。1.结构剖分螺母
螺旋副材料要求：足够的强度、耐磨性、摩擦因子小2.滑动螺旋的材料螺杆材料:Q257、45、50钢，或T12、40Cr、65Mn螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3.螺杆-螺母材料滑动速度m/min许用压力/MPa摩擦因子低速18~25≤ 3 11~186~127~10>151~2淬火钢－青铜钢－青铜钢－铸铁钢－钢6~1210~13 0.06~0.08<2.413~186~124~7低速7.5~130.11~0.170.08~0.10.12~0.15滑动螺旋副材料的许用压力[p]及摩擦因子
滑动螺旋传动的设计计算承受载荷：转矩、轴向力设计准则：按耐磨损确定直径，选择螺距校核螺杆、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[σＳ] /(3~5)螺母青铜40~60 30~40铸铁45~55 40钢(0.1~0.2)[σ] 0.6 [σ][σ] [σb] [τ]注：1)σs为材料的屈服极限；2)载荷稳定时，许用应力取大值。
对螺旋传动的要求：强度足够,耐磨,摩擦因子小.螺杆材料:Q257、45、50钢，或T12、40Cr、65Mn螺母材料:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl10Fe3。失效形式:磨损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它失效一一校核。
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]πd2hzFaFa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v<12 m/min 4~7 7~10 10~13低速，如人力驱动等10~18 15~25-----螺旋副的许用压强许用压强配对材料钢对铸铁钢对青铜淬火钢对青铜
螺杆α许用压强螺母设计
螺杆与螺母的许用压强：锯齿形螺纹φ[p]Fd2≥0.65φ=1.2~2.5整体式螺母2.5~3.5剖分式螺母一般取u≤10梯形螺纹φ[p]Fd2≥0.8φ值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。依据计算出的螺纹中径，按螺纹标准选择合适的直径和螺距。
验算若不满足要求，则增大螺距。对有自锁性要求的螺旋传动，应校核自锁条件：螺纹中径的计算公式
螺杆的强度计算：对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度理论求出危险截面的计算应力螺杆的强度条件式中，F为螺杆所受的轴向压力（或拉力），T为螺杆所受的扭矩对碳素钢,[σ]=50~80 MPa
螺母螺牙的强度计算：螺牙上的平均压力为F/u剪切强度条件πDπD2aaF/uπDaaπDπD2aaF/u（1）考虑螺旋副摩擦力矩的作用，螺母悬置部分危险截面b—b的拉伸强度条件：其危险截面a–a的弯曲强度条件在螺旋起重器螺母的设计计算中，除了进行耐磨性计算与螺纹牙的强度计算外，还要进行螺母下段与螺母凸缘的强度计算，螺母凸缘与底座的接触面上产生挤压应力；凸缘根部受到弯曲和剪切作用；螺母下段承受拉力和螺旋副摩擦力矩的作用。
4．螺母外径与凸缘的强度计算FbbbbD3D
凸缘与底座接触表面挤压强度条件：凸缘根部弯曲强度条件：5．螺杆的稳定性计算对于长径比较大的受压螺杆，需要校核压杆的稳定性，要求螺杆的工作压力F要小于临界载荷FcrD3D4Ha
螺杆的稳定性条件：Ss=3.5~5传力螺旋2.5~4传导螺旋>4精密螺杆或水平安装螺杆的稳定性条件为μ－螺杆长度系数，由下表确定。I为螺杆危险截面的惯性矩l(2)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为螺杆的工作长度:(1)当螺杆两端支承时，l取两支点间的距离；l
滑动支承的支承形式：长度l0与直径d0的比值来确定：l0/d0<1.5为铰支；l0/d0=1.5~3为不完全固定；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μ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0.70两端不完全固定0.75两端铰支1.00一端固定，一端自由2.0
临界载荷Fcr与材料：螺杆长细比λ=μl/i有关。（1）当λ≥100时,临界载荷为Fcr=N(μl)2π2EIi螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=πd12/4则i = I/A =d1/4E——螺杆的弹性模量,对于钢E=2.06×105MPa系数含义随后解释I——危险截面惯性距,I=πd14/64
螺杆的临界载荷Fcr：当40<λ<100时Fc=(304-1.12)λ4πd12对σB≥370 MPa的碳素钢，取Fc=(461-2.57)λ4πd12对σB≥470 MPa的优质碳素钢（如35、40钢），取（3）当λ<40时，不必进行稳定性校核稳定性校核的条件：Fa≤SFc为稳定性校核的安全系数，取S=2.5~4当不满足条件时，应增大螺纹小径d1。
滚动螺旋简介：外循环在螺旋和螺母之间设有封闭的循环滚道，其间充以滚珠，这样就使螺旋面的滑动摩擦成为滚动摩擦。四、滚动螺旋简介滑动摩擦滚动摩擦组成：螺杆、螺母、滚珠返回通道类型：外循环、内循环不离开螺旋表面，每圈有一个反向器内循环螺旋反向器（返回通道）返回通道返回通道
滚动螺旋的优缺点与应用：损失小、效率在90%以上；缺点：(1)结构复杂、制造困难；应用实例：飞机机翼和起落架的控制、水闸的升降、数控机床、机器人。(2)磨损很小，传动精度高；(3)不自锁，可实现直线旋转运动转换；(2)有些机构为防止逆转需要另加自锁机构。
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