螺纹连接
螺纹联接件实物
螺纹连接的预紧及其控制
一、螺纹连接的类型
1. 螺栓联接
螺纹连接
螺纹连接的预紧及其控制
螺纹连接
预紧： 安装时将螺母拧紧，使联接受到一定的预紧力 。F
拧紧目的：提高螺栓联接刚
性、紧密性、紧固性要求；以 及防松
拧紧力矩和预紧力
拧紧力矩T
螺纹间摩擦力矩
T1

F
d2 2
tg(
可用载荷变形图分析各力之间承受的轴向载关荷的紧系螺栓。3
螺栓的刚度 ： Cb 被联接件的刚度：Cm
tanb Cb tanm Cm
力
力力
F

Cb Cb Cm
F
b
o
b
F
变形
m
m 变形 o
F
b

b b
F F0
m F

m
变形
则螺栓的总拉力
F0

F
Cb Cb Cm
螺纹牙型两侧边的夹角。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ牙型高度h－牙顶和牙底
间垂直于轴线的距离
螺距P －中径线上，相邻两螺纹
牙上对应点间的轴向距离。
线数 n －螺纹的螺旋线数目。
螺纹升角－螺旋线的切线与
垂直于螺纹轴线的平面间的夹
导程 S －沿螺纹上同一条螺旋线
角。
转一周所移动的轴向距离，S = nP。
螺纹旋向分左旋和右旋，常用右旋螺纹
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。
螺栓布置应使各螺栓的受力合理。
螺栓的排列应有合理的间距、边距。各螺栓之间的距离大小既要 保证联接的可靠性又要考虑装拆方便，还应留有足够的扳手空。
螺栓组连接的设计
扳手空间
应保证螺栓与螺母的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直，以避免引起偏 心载荷。为此，应将被连接件的支承表面制成凸台或沉头座当支承面倾斜 时，可采用斜面垫圈

)
支承面处与螺母间摩擦力矩 T2 = fc F/ rf
T T1 T2 0.2Fd
螺纹连接
F/—预紧力;d2—螺纹中径; /—当量摩擦角 ;
式中
fc—螺母与被联接件支承面间摩擦系数,无润滑时 取fc＝0.15；
rf—支承面摩擦半径rf≈(D1+d0)/4 ；
D1、d0—螺母支承面的外径、内径。
螺纹联接的受载形式基本分为： 轴向载荷（沿轴线方向）： 采用受拉螺栓 横向载荷（⊥轴线方向）： 可用受剪螺栓，也可用受拉螺栓。
下面按螺栓类型和受载形式的不同，分别讨论其强度计算方 法。
单个螺栓连接的强度计算
受拉螺栓连接的强度计算 受拉螺栓的强度
受拉螺栓的失效形式主要是：
螺纹部分的塑性变形。 螺杆的疲劳断裂。

T1
F tan( ) d 2

2
WT
π d12
16
仅受预紧力的螺栓联 接
单个螺栓连接的强度计算
按第四强度理论计算当量应力，则
e 2 3 2 2 3 (0.5 )2 1.3
强度条件为：
e

1.3F
d12 4

设计式为：
d1
各螺栓承受的横向力F相s 等。
Fs

FsS z
分别进行剪切强度和挤压强 度计算。
三、承受转矩 T 的螺栓组连接
连接受载后有绕螺栓组 形心转动的趋势，螺栓 受力情况与承受横向工 作载荷的螺栓连接类似
螺栓组连接的设计
承受转矩的螺栓组连接
１.普通螺栓连接
螺栓组连接的设计
承受转矩 T 时1
靠结合面上的摩擦力承受T 。 保证底板在 T 作用下不转
螺纹连接
螺纹连接的防松
螺纹连接
1、螺纹联接多采用单线普通螺纹，一般都具有自锁性；
2、在静载荷和工作环境温度变化不大的情况下不会自动松 脱。但在振动、冲击、变载荷或温度变化很大时，
3、联接就有可能松脱。为保证联接安全可靠，设计时必须 考虑放松问题。
防松方法： 摩擦防松 机械防松 永久止动
§14.３ 单个螺栓连接的强度计算
成正比。
即
Fs1 Fs2 Fsz
r1 r2
rz
螺栓组连接的设计
底板的静力平衡方程为
Fs1r1 Fs2r2 Fszrz T
联立两式求解，得最大工作剪力
Fs max

r12
Trmax r22 rz2
四、承受倾翻力矩 M 的螺栓组连接
在 M 作用下，底板有绕通过螺 栓组形心的轴线 O 转动的趋势。
动，须满足 sFr1 sFr2 sFrz ≥ KT
则所需预紧力
F≥
KT
s (r1 r2 rz )
r1、r2、…rz——各螺栓中心与螺栓组形心间的距离。
承受转矩 T 时2
２. 铰制孔螺栓连接
各螺栓所受的工作剪力Fsi 与其中心到底板中心的距离 ri
受拉螺栓连接的强度计算 铰制孔螺栓（受剪螺栓）连接的强度计算 螺纹连接件的许用应力
单个螺栓连接的强度计算
本节以螺栓联接为代表，讨论强度计算问题，其§方5-3 单法个螺栓和联接的强度 结论也适用于其他形式的螺纹联接。 螺栓联接强度计算的目的是：确定防止失效所需的螺栓直径。
联接的强度计算内容，根据其可能的失效形式而定。
凸台与沉头座
螺栓组连接的受力分析与设计
假设：所有螺栓的刚度和预紧力均相同； 被联接件为刚体； 各零件的变形在弹性范围内。
螺栓组联接的基本受载类型：
F
FS
FS
FS
1．受轴向载荷
2．受横向载荷
螺栓组连接的设计
OT ri
3．受转矩
M O
4．受倾覆力矩
一、承受轴向载荷的螺栓§组5-4 螺栓连组联接接受力分析
减载装置
a) 减载销
b) 减载套
二、受轴向工作载荷的受拉螺栓连接
1. 受力分析
如图所示的气缸盖上的联接
F
即属此种类型。
虽然，这种螺栓是在受预紧力F′
的基础上，又受工作拉力F 。但 是，螺栓的总拉力
F0 F F
？
单个螺栓连接的强度计算
承受轴向载荷的紧螺栓联接
Dp D
承受轴向载荷的紧螺栓2
F
受力变形动画
F F Cm F 或写成：
Cb Cm
F F Cm F Cb Cm
承受轴向载荷的紧螺栓4
单个螺栓连接的强度计算
令
Kc

Cb Cb Cm
，称为螺栓的相对刚度
为保证联接的紧密性，应使 F″ ＞0 。通常根据工作拉力 F 的性 质确定F″。
设计中， 根据F
确定F″
计算满足F″所需的F′
计算总拉力 F0 计算螺栓的强度。
２.受轴向静载荷时螺栓连接的强度计算
强度验算： 设计式为：


1.3 4 πd12
F0
≤

d1 ≥
4 1.3F0
π
单个螺栓连接的强度计算
3.受轴向循环载荷时螺栓连接的强度计算 静强度计算（同上）
疲劳强度计算 螺栓的工作载荷在0～F之间循环变化 时，螺栓所受的总拉力将在F ～ F0之间循环变化
使用测力矩扳手 测力矩扳手原理：利用弹性件 的变形量正比于拧紧力矩的原理， 借助手柄上的指针指示刻度扳上 拧紧力矩值,以控制F’。
使用定力矩扳手 定力矩扳手原理：当拧紧力矩 超过规定值时，弹簧压缩，卡盘 与圆柱销之间打滑，如果继续转 动手柄，卡盘不再回转，拧紧力 矩的大小可用螺钉调整弹簧压力 来加以控制。
tan S nP
πd2 πd2
螺纹
常用螺纹
按轴向剖面形状
（螺纹的牙型）
三角形螺纹：常用于连接， 梯形螺纹： 常用于传动 锯齿形螺纹：常用于传动，单向受载
按螺旋线数目分 单头螺纹： 常用于连接， 多头螺纹： 常用于传动
左旋
按螺旋线绕行方向分 右旋（常用）
左旋
右旋
§14.２ 螺纹连接
F″－剩余预紧力
F0 F
F
螺栓的总拉力为
F0 F F
单个螺栓连接的强度计算
b

F
m

F a
F
F
F
F0
F
F
预紧时
螺栓： F b
被联接件： F m
F
F0
受工作载荷后
F0 (b ) F (m )
单个螺栓连接的强度计算
受轴向循环载荷螺栓的拉力变化
a
max min
2

kb kb km
2F π d12
≤[a]
[
a
]

1
K Sa
铰制孔螺栓联接的强度计算
其主要失效形式为： 螺栓被剪断 孔壁被压溃
１、螺栓杆的剪切强度条件为：



4
Fs
d
2 s
m

式中：Fs－螺栓所受的工作剪力（N）； ds－螺栓剪切面的直径（mm）； m－螺栓受剪面数；
螺栓组连接的设计
如图所示为压力容器的螺栓组
连接，所受轴向总载荷FQ通过螺栓
组形心，螺栓组各螺栓所受的工作
载荷 F相等。
FQ


4
D2 p
轴向外载荷
F FQ z
螺栓数目
受轴向载荷的螺栓组连接
注：如 FQ不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。
受横向载荷1
二、承受横向载荷的螺栓组连接