第五章

本章内容

螺纹连接的类型、结构以及设计计算。

本章学习目标：

1、掌握螺纹的基本知识。

2、掌握螺纹连接的基本知识，包括螺纹连接的基本类型、结构特点、应用场合及其强度计算。

3、掌握螺栓组连接的四种典型受力状态。

4、掌握提高螺纹连接强度的各种措施。

本章重点和难点：

1、螺纹

螺纹类型

普通螺纹（用于连接）：牙型为等边三角形，牙型角为60°。同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和细牙，一般连接多用粗牙普通螺纹。

管螺纹（用于连接）：用于管子连接的螺纹，其螺纹牙分布在圆锥体上。

矩形螺纹（用于传动）：牙型为正方形，牙型角α=0°，其传动效率较其它螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副磨损后，间隙难以修复和补偿。矩形螺纹尚未标准化。

梯形螺纹（用于传动）：牙型为等腰梯形，牙型角为α＝30°，与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度高，可以调整间隙。梯形螺纹是最常用的传动螺纹。

锯齿形螺纹（用于传动）：牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角为 3°，非工作面的牙侧角为30°，兼有矩形螺纹传动效率高、梯形螺纹牙根强度高的特点，但只能用于单向受力的螺纹连接或螺旋传动中。

螺纹主要参数

大径d：螺纹的最大直径，即公称直径。

小径d1：螺纹的最小直径；常用于连接的强度计算。

中径d2：螺纹的平均直径，d2=(d+d1)/2，常用于连接的几何计算。

线数n：螺纹的螺旋线数目，有单线、多线螺纹。

螺距P：螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。

导程S：螺旋转一周其上一点所移动的轴向距离。

螺纹升角ψ：螺旋线上一点的切线与端面的夹角。

牙型角α：轴向截面内，牙型两侧边夹角。

2、螺纹连接

1）螺纹连接的预紧

预紧：使连接螺纹在承受工作载荷之前，受到预先作用的预紧力。

预紧的目的：增强连接的强度、紧密性和防松能力。对于受拉螺栓连接，还可提高螺栓的疲劳强度；对于受剪螺栓连接，有利于增大连接中的摩擦力。

预紧程度：预紧要适度。对重要的螺纹，必须控制预紧力的大小，以保证工作的可靠性。

2）螺纹连接的防松

防松的必要性：螺纹连接一般都能满足自锁条件，拧紧后螺母和螺栓头部等支承面上也有防松作用，所以在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹连接不会自动松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情况下，螺纹连接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致连接失效。

防松目的：防止螺纹连接在冲击、振动、变载或温升的作用下，自动松脱。

防松的根本问题：防止螺旋副相对转动。

防松办法：按照工作原理来分，有摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系防松。

摩擦防松：对顶螺母防松、弹簧垫圈防松、自锁螺母防松

机械防松：六角开槽螺母与开口销防松、止动垫圈防松、串联钢丝防松

破坏螺旋副运动关系防松：冲点防松、粘合防松

3）螺栓连接的强度计算

主要失效形式

受拉螺栓：静载时主要为螺纹部分塑性变形和断裂，受变载荷作用的螺栓连接主要为螺杆疲劳断裂。

受剪螺栓：主要为螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断。

设计准则

对于承受轴向力（包括预紧力）作用的受拉螺栓，保证受拉螺栓的静力或疲劳拉伸强度；

对于承受横向力作用的受剪螺栓（主要是铰制孔用螺栓），保证受剪螺栓连接的挤压强度和螺栓的剪切强度。

4) 螺栓组受力分析

目的：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。

5）提高螺纹联接强度的措施

○1降低影响螺栓疲劳强度的应力幅：在减小Cb或增大Cm的同时,适当增加预紧力F0。

减小Cb：为了减小螺栓的刚度，可适当增加螺栓的长度、或采用腰状杆螺栓和空心螺栓。也可在螺母下面安装上弹性元件。

增大Cm：为了增大被联接件的刚度，可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。对于需要保持紧密性的联接，从增大被联接件的刚度的角度来看，采用较软的气缸垫片并不合适。此时以采用刚度较大的金属垫片或密封环较好。

○2改善螺纹牙上载荷分布不均的现象：由于螺栓螺母的刚度和变形性质不同，载荷在各圈螺纹牙上分布不均，其中旋合的第一圈的分布载荷最大（约占总载荷的1/3）。因此，改善螺纹牙上的载荷分布不均性，可以大大提高螺栓的强度。 采用悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母、钢丝螺套等。

○3减小应力集中影响：螺栓上的螺纹（特别是螺纹的收尾）、螺栓头和螺栓杆的过渡处以及螺栓横截面面积发生变化的部位等，都会产生应力集中。可以采用加大圆角和卸载结构，规定螺母、螺栓头部和被联接件的支承面加工要求。

○4采用合理的制造工艺方法：采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法，可以显著提高螺栓的疲劳强度。

本章学习时间：建议6小时。