第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算受力分析时可分为：
普通螺栓联接,松螺栓联接紧螺栓联接
铰制孔用螺栓联接仅受预紧力作用的螺栓受预紧力和工作载荷作用的螺栓紧螺栓第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
（一）松螺栓联接的计算
1.受载荷形式 — 轴向拉伸
2.失效形式 — 螺栓拉断
3.计算
4.螺栓材料和许用应力（ § 11.5）
5,查手册确定 d，及其它有关尺寸。
）（校核式,12114 2
1
dF
）（设计式,1311
][
4
1
Fd
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
(二）只受预紧力作用的螺栓
5.0
4
2
)t a n (
16
)(
2
2
11
2
3
1
2
d
F
d
d
d
tg
d
F
p
v
vp
切应力：
4
2
1d
F p
拉应力：
3.1)5.0(33 2222v强度理论：
)1411(][
4
3.1
2
1
d
F p
校核式
)1511(
][
4
3.1
1
pF
d设计式第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
(二）只受预紧力作用的螺栓
例：如图钢板厚度 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（ uc=0.2,Kn=1.1）
解,1.铰制孔用螺栓的失效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，
,mm16
N m mTNF 6105.1;5 0 0 0
NF
N
a
TFNFF
TF
790675002500
7500;2500
2
22
2
04/
2211 dF）由式（
mm
F
d
MP a
S
s
24.10
96
7 9 0 644
96
5.2
240
811
0
得由表
3.按剪切强度计算螺栓的直径每个螺栓的受力按挤压强度校核粗选 d=10,d 0=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）
4.改用普通螺栓每个螺栓的预紧力
M P a
d
F
M P a
S
p
s
p
9.59
1211
79062311
192
25.1
240
m i n0
）由式（
由表
mm127018100m i n由结构确定
NFKF
c
n
p 4 3 4 8 32.0
7 9 0 61.1
M P a
S
mm
F
d
s
p
120
2
240
5.24
120
434833.143.14
1
其中选用两个 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 。
选用两个 M10× 100 GB27— 88六角头铰制孔用螺栓 。
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
(三）受预紧力和工作载荷作的紧螺栓联接通过分析螺栓受力和变形的关系，求出螺栓的总拉力
F0 == FP+ FFP
FP
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
(三）受预紧力和工作载荷作的紧螺栓联接
受力和变形关系受力和变形关系 图 11-17
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算力变形
（螺栓）
θ b
b
θ
m
m
（垫片）
力变形受力变形线图（ p368图 11-18）
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算力 （螺栓）
θ b
b
θ m
m
（垫片）
力
(三）受预紧力和工作载荷作的紧螺栓联接受力变形线图（ p368图 11-18）
将两图合在一起力 （螺栓）
θ b
b m
m
（垫片）
力
θ
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算受工作载荷后受预紧力由图可得：
2
22 t a n
pF
C
被联接件的刚度
1
11 t a n
pF
C
螺栓的刚度
)1611(0 FFF p螺栓总拉力力 （螺栓）
θ b
b m
m
（垫片）
力
θ
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
F0
pF?
F
力 （螺栓）
θ b
b m
m
（垫片）
力
θ
)1611(0 FFF p
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算由图 11-18中的几何关系推出螺栓总拉力 F0与预紧力 Fp,残余预紧力 和工作载荷 F 之间的关系,
'pF
)1711(
21
2?
F
CC
CFF
pp
)1811(
21
1
0?
F
CC
CFF
p
F0
pF?
F
用式（ 11-16）计算螺栓的总拉力时，防止受载后接合面产生缝隙，残余预紧力可参考：
紧密性 有冲击 不稳定 载荷稳定 地脚螺栓
1.5~1.8F 1.0~1.5F 0.6~1.0F 0.2~0.6F F'pF?
)1611(0 FFF p
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
)1811(
21
1
0?
F
CC
CFF
p
式（ 11-16）和（ 11-18）是计算螺栓总拉力的两种表达式，视情况选用。
用式（ 11-18）计算螺栓的总拉力时，螺栓的相对刚度 可由表 11-5选取；
为降低螺栓的受力，提高承载能力应使螺栓的相对刚度 值尽量小些，取较硬的垫片。
21
1
CC
C
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
(三）受预紧力和工作载荷作的紧螺栓联接
)1811(
21
1
0?
F
CC
CFF
p
螺栓拉伸强度条件：
设计公式：
)1911(][
4
3.1
2
1
0
d
F
)2011(
][
3.14 0
1?
F
d
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
(三）受预紧力和工作载荷作的紧螺栓联接第 11章 螺纹联接
§ 11.4.2 铰制孔用 螺栓的强度计算
预紧力小，强度计算时可不考虑；
失效形式：螺栓剪切及侧面压溃；
)2211(][
4
2
0
dm
F
剪切强度
)2311(][
mi n0
pp
d
F?
挤压强度
；力，表栓或孔壁的许用挤压应螺栓的许用剪应力，螺、
度，建议取钉杆与孔壁最小接触长；螺栓的抗剪工作面数目
811_____;25.1_____
_____
0m i nm i n
p
d
m
第 11章 螺纹联接
§ 11.5 螺纹联接件的材料和许用应力（自学）
表 11-6
常用零件材料的力学性能等级和牌号
表 11-7
紧螺栓联接的许用应力、安全系数
表 11 -8
受横向载荷螺栓 联接的许用应力、安全系数
螺纹联接件的常用材料：
低碳钢 Q215（原 A2）,10号钢； ----一般联接中碳钢 Q235（原 A3）,35,45号钢； ----一般联接合金钢 40Cr,30CrMnTi。 ----承受 冲击、振动载荷
垫片材料,普通垫片,Q215,15,35号钢；
弹簧垫片,65Mn（需热处理）
螺栓、螺母的性能等级,p371 表 11-6。
材料的性能等级与应力极限之间的换算关系（可用于估算）
例如,螺栓材料 4.6级，
（ Q235）则：
M P a
M P a
S
B
2 4 01064
4 0 01 0 04
mi n
mi n
第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
1.改善螺纹牙载荷分布不均的现象第一圈螺纹承担约三分之一的载荷第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
1.改善螺纹牙载荷分布不均的现象图 11-23 采用均载螺母第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
2.减小应力集中图 11-24 圆角和卸载结构力 （螺栓）
θ b
b m
m
（垫片）
力
θ
第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
3.降低应力幅螺栓的总拉力与螺栓和被联接件的刚度有关，减小螺栓刚度或增大被联接件刚度都能降低应力幅。
第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
3.降低应力幅
腰状杆螺栓和空心螺栓减小螺栓的刚度
图 11-27汽缸采用密封环密封，增加被联接件的刚度第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
4.避免附加应力
结构上,凸台； 沉头座；
图 11-30 斜面垫圈、球面垫圈第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
5.采用合理的制造工艺
冷镦螺栓头部和滚压螺纹；
表面硬化工艺：氮化；氰化；碳氮共渗等处理；
第 8章 螺旋传动一,螺旋传动的特点
1.传动比大，能得到较大的轴向推力；
2.精度高，能准确地调整直线运动的距离和 位置；
3.易实现自锁；
4.效率较低，适于中小功率传动防转机构防转机构
第 8章 螺旋传动
二,螺旋传动的应用承载小，工作时间短，有些要求较高的调整精度
，有些要求较高的调整速度。
调整螺旋以传递运动为主，要求较高的运动速度和精度，传导螺旋以传递动力为主，受力大，速度低，间歇工作，
通常要求自锁。
传力螺旋特 点功能第 8章 螺旋传动三,螺旋传动的类型
¤ 螺杆转动并移动，螺母固定：千斤顶
¤ 螺杆转动，螺母移动：机床进给机构；
¤ 螺母转动并移动：
¤ 螺母转动，螺杆移动：
防转机构防转机构第 8章 螺旋传动三,螺旋传动的类型按螺旋副的摩擦可分为：
摩擦阻力小，传动效率高,结构复杂，需要专门的液压系统供油。
静压螺旋摩擦阻力小，传动效率高,结构复杂，滚动螺旋结构简单，便于制造，易于自锁,摩擦阻力大，效率低，磨损快，
滑动螺旋特 点摩擦性质第 8章 螺旋传动
8.3滑动螺旋传动的设计计算
（自学）
1.滑动螺旋的受力及失效分析
2.滑动螺旋的材料
3.滑动螺旋的设计计算镗刀差动螺旋微调结构
.
正、反螺旋快速调整结构右螺旋左螺旋
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算受力分析时可分为：
普通螺栓联接,松螺栓联接紧螺栓联接
铰制孔用螺栓联接仅受预紧力作用的螺栓受预紧力和工作载荷作用的螺栓紧螺栓第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
（一）松螺栓联接的计算
1.受载荷形式 — 轴向拉伸
2.失效形式 — 螺栓拉断
3.计算
4.螺栓材料和许用应力（ § 11.5）
5,查手册确定 d，及其它有关尺寸。
）（校核式,12114 2
1
dF
）（设计式,1311
][
4
1
Fd
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
(二）只受预紧力作用的螺栓
5.0
4
2
)t a n (
16
)(
2
2
11
2
3
1
2
d
F
d
d
d
tg
d
F
p
v
vp
切应力：
4
2
1d
F p
拉应力：
3.1)5.0(33 2222v强度理论：
)1411(][
4
3.1
2
1
d
F p
校核式
)1511(
][
4
3.1
1
pF
d设计式第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
(二）只受预紧力作用的螺栓
例：如图钢板厚度 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（ uc=0.2,Kn=1.1）
解,1.铰制孔用螺栓的失效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，
,mm16
N m mTNF 6105.1;5 0 0 0
NF
N
a
TFNFF
TF
790675002500
7500;2500
2
22
2
04/
2211 dF）由式（
mm
F
d
MP a
S
s
24.10
96
7 9 0 644
96
5.2
240
811
0
得由表
3.按剪切强度计算螺栓的直径每个螺栓的受力按挤压强度校核粗选 d=10,d 0=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）
4.改用普通螺栓每个螺栓的预紧力
M P a
d
F
M P a
S
p
s
p
9.59
1211
79062311
192
25.1
240
m i n0
）由式（
由表
mm127018100m i n由结构确定
NFKF
c
n
p 4 3 4 8 32.0
7 9 0 61.1
M P a
S
mm
F
d
s
p
120
2
240
5.24
120
434833.143.14
1
其中选用两个 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 。
选用两个 M10× 100 GB27— 88六角头铰制孔用螺栓 。
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
(三）受预紧力和工作载荷作的紧螺栓联接通过分析螺栓受力和变形的关系，求出螺栓的总拉力
F0 == FP+ FFP
FP
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
(三）受预紧力和工作载荷作的紧螺栓联接
受力和变形关系受力和变形关系 图 11-17
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算力变形
（螺栓）
θ b
b
θ
m
m
（垫片）
力变形受力变形线图（ p368图 11-18）
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算力 （螺栓）
θ b
b
θ m
m
（垫片）
力
(三）受预紧力和工作载荷作的紧螺栓联接受力变形线图（ p368图 11-18）
将两图合在一起力 （螺栓）
θ b
b m
m
（垫片）
力
θ
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算受工作载荷后受预紧力由图可得：
2
22 t a n
pF
C
被联接件的刚度
1
11 t a n
pF
C
螺栓的刚度
)1611(0 FFF p螺栓总拉力力 （螺栓）
θ b
b m
m
（垫片）
力
θ
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
F0
pF?
F
力 （螺栓）
θ b
b m
m
（垫片）
力
θ
)1611(0 FFF p
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算由图 11-18中的几何关系推出螺栓总拉力 F0与预紧力 Fp,残余预紧力 和工作载荷 F 之间的关系,
'pF
)1711(
21
2?
F
CC
CFF
pp
)1811(
21
1
0?
F
CC
CFF
p
F0
pF?
F
用式（ 11-16）计算螺栓的总拉力时，防止受载后接合面产生缝隙，残余预紧力可参考：
紧密性 有冲击 不稳定 载荷稳定 地脚螺栓
1.5~1.8F 1.0~1.5F 0.6~1.0F 0.2~0.6F F'pF?
)1611(0 FFF p
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
)1811(
21
1
0?
F
CC
CFF
p
式（ 11-16）和（ 11-18）是计算螺栓总拉力的两种表达式，视情况选用。
用式（ 11-18）计算螺栓的总拉力时，螺栓的相对刚度 可由表 11-5选取；
为降低螺栓的受力，提高承载能力应使螺栓的相对刚度 值尽量小些，取较硬的垫片。
21
1
CC
C
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
(三）受预紧力和工作载荷作的紧螺栓联接
)1811(
21
1
0?
F
CC
CFF
p
螺栓拉伸强度条件：
设计公式：
)1911(][
4
3.1
2
1
0
d
F
)2011(
][
3.14 0
1?
F
d
第 11章 螺纹联接
§ 11.4 单个 螺栓的强度计算
(三）受预紧力和工作载荷作的紧螺栓联接第 11章 螺纹联接
§ 11.4.2 铰制孔用 螺栓的强度计算
预紧力小，强度计算时可不考虑；
失效形式：螺栓剪切及侧面压溃；
)2211(][
4
2
0
dm
F
剪切强度
)2311(][
mi n0
pp
d
F?
挤压强度
；力，表栓或孔壁的许用挤压应螺栓的许用剪应力，螺、
度，建议取钉杆与孔壁最小接触长；螺栓的抗剪工作面数目
811_____;25.1_____
_____
0m i nm i n
p
d
m
第 11章 螺纹联接
§ 11.5 螺纹联接件的材料和许用应力（自学）
表 11-6
常用零件材料的力学性能等级和牌号
表 11-7
紧螺栓联接的许用应力、安全系数
表 11 -8
受横向载荷螺栓 联接的许用应力、安全系数
螺纹联接件的常用材料：
低碳钢 Q215（原 A2）,10号钢； ----一般联接中碳钢 Q235（原 A3）,35,45号钢； ----一般联接合金钢 40Cr,30CrMnTi。 ----承受 冲击、振动载荷
垫片材料,普通垫片,Q215,15,35号钢；
弹簧垫片,65Mn（需热处理）
螺栓、螺母的性能等级,p371 表 11-6。
材料的性能等级与应力极限之间的换算关系（可用于估算）
例如,螺栓材料 4.6级，
（ Q235）则：
M P a
M P a
S
B
2 4 01064
4 0 01 0 04
mi n
mi n
第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
1.改善螺纹牙载荷分布不均的现象第一圈螺纹承担约三分之一的载荷第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
1.改善螺纹牙载荷分布不均的现象图 11-23 采用均载螺母第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
2.减小应力集中图 11-24 圆角和卸载结构力 （螺栓）
θ b
b m
m
（垫片）
力
θ
第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
3.降低应力幅螺栓的总拉力与螺栓和被联接件的刚度有关，减小螺栓刚度或增大被联接件刚度都能降低应力幅。
第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
3.降低应力幅
腰状杆螺栓和空心螺栓减小螺栓的刚度
图 11-27汽缸采用密封环密封，增加被联接件的刚度第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
4.避免附加应力
结构上,凸台； 沉头座；
图 11-30 斜面垫圈、球面垫圈第 11章 螺纹联接
§ 11.6 提高螺栓联接强度的措施
5.采用合理的制造工艺
冷镦螺栓头部和滚压螺纹；
表面硬化工艺：氮化；氰化；碳氮共渗等处理；
第 8章 螺旋传动一,螺旋传动的特点
1.传动比大，能得到较大的轴向推力；
2.精度高，能准确地调整直线运动的距离和 位置；
3.易实现自锁；
4.效率较低，适于中小功率传动防转机构防转机构
第 8章 螺旋传动
二,螺旋传动的应用承载小，工作时间短，有些要求较高的调整精度
，有些要求较高的调整速度。
调整螺旋以传递运动为主，要求较高的运动速度和精度，传导螺旋以传递动力为主，受力大，速度低，间歇工作，
通常要求自锁。
传力螺旋特 点功能第 8章 螺旋传动三,螺旋传动的类型
¤ 螺杆转动并移动，螺母固定：千斤顶
¤ 螺杆转动，螺母移动：机床进给机构；
¤ 螺母转动并移动：
¤ 螺母转动，螺杆移动：
防转机构防转机构第 8章 螺旋传动三,螺旋传动的类型按螺旋副的摩擦可分为：
摩擦阻力小，传动效率高,结构复杂，需要专门的液压系统供油。
静压螺旋摩擦阻力小，传动效率高,结构复杂，滚动螺旋结构简单，便于制造，易于自锁,摩擦阻力大，效率低，磨损快，
滑动螺旋特 点摩擦性质第 8章 螺旋传动
8.3滑动螺旋传动的设计计算
（自学）
1.滑动螺旋的受力及失效分析
2.滑动螺旋的材料
3.滑动螺旋的设计计算镗刀差动螺旋微调结构
.
正、反螺旋快速调整结构右螺旋左螺旋
